Reichweiten und Bandbreitentests mit WiMax

Transkript

1 Reichweiten und Bandbreitentests mit WiMax Dipl. Inf. Markus Klenk Dr. rer. nat. Rolf Heidemann Kommunikations- und Informationszentrum, Universität Ulm

2 Gliederung Einführung: Was ist WiMax? Welche Technik setzen wir ein? Technik Material Modulationsverfahren: BPSK, QPSK, QAM Reichweitenmessungen Testaufbau Messungen Illertal Donauried

3 Gliederung Ortsmessungen Testaufbau Messungen ländliches Dorf Stadtgebiet Dämpfungstests bei Vegetation Zusammenfassung und Ausblick

4 Einleitung: Was ist WiMax? Welche Technik setzen wir ein?

5 Einführung: Was ist WiMax? WiMAX bedeutet Worldwide Interoperability for Microwave Access Standardisiert nach IEEE a IEEE IEEE regionale Funknetze über große Entfernungen

6 Einführung: Was ist WiMax? Frequenzbereiche: z.zt. in Deutschland freigegeben, aber mit Lizenz: Mhz, Mhz wir setzen Alvarion BreezeMax für den Test ein Sendeleistung am Antennenausgang: Basisstation: 28 dbm (630 mw) Teilnehmerstation: 20 dbm (100 mw)

7 Einführung: Was ist WiMax? Theoretische Datendurchsätze BPSK QPSK QAM16 QAM64 1/2 3/4 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 Mbit/s Mbit/s 1,41 1,41 2,12 2,12 2,82 2,82 4,23 4,23 5,64 5,64 8,67 8,67 11,29 11,29 12,71 12,71 dbm FEC ist die Coderate, das Verhältnis von Nutzsignal und Gesamtsignal (=Nutzsignal und Fehlerschutzsignal).

8 Einführung: Was ist WiMax? Basisstation Indoor Unit Outdoor Unit Antenne Teilnehmerstation Indoor Unit Outdoor Unit Antenne

9 Modulationsverfahren

10 Modulationsverfahren Bei WiMax werden je nach Entfernung folgende Modulationsverfahren (nach Entfernung geordnet) verwendet: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Kurze Vorstellung der Verfahren: BPSK PSK bedeutet Phase Shift Keying 2 Zustände möglich durch Phasenverschiebung um 180 Grad > 1 bit kann gleichzeitig gesendet werden

11 Modulationsverfahren Konstellationsdiagramm für BPSK sin/cos in der komplexen Ebene QPSK Phasenverschiebungen um je 90 Grad erlaubt 4 Zustände ergibt gleichzeitige Sendemöglichjkeit von 2 bit

12 Modulationsverfahren 16QAM, 64QAM ähnlich QPSK, allerdings nicht mit PSK Signalen, sondern unter Verwendung von PSK und AM Signalen AM Signal Konstellationsdiagramm 16QAM PSK Signal (90 verschoben)

13 Reichweitentests

14 Reichweitenmessungen Im Vorfeld der Messung wurden Geländeschnitte angefertigt An einem Meßpunkt wurden im Erfolgsfall aufgenommen: GPS Koordinaten und Höhenmeter Entfernung zur Basisstation Skalenanzeige (SNR) IP Datendurchsatz Messungen wurden im Iller und Donautal durchgeführt

15 Reichweitenmessungen: Illertal Meßaufbau: Dach der Universität: Unser Meßwagen: 16 db Sektorstrahler nach Süden ausgerichtet Basisstation Meßwagen: Mast mit Omniantenne oder 24 dbi Spiegel, ca. 2 m über Grund Teilnehmerstation Laptop

16 Reichweitenmessungen: Illertal Meßergebnisse: # A B C D E F Entfernung Antenne 9,8 km 24 dbi Grid 10 dbi Omni 12,2 km 24 dbi Grid 10 dbi Omni 12,4 km 24 dbi Grid 10 dbi Omni 19,3 km 24 dbi Grid 10 dbi Omni 20,5 km 24 dbi Grid 23,7 km 24 dbi Grid Skala Anmerk. LoS LoS nlos (Wald) nlos (Wald) LoS LoS

17 Reichweitenmessungen: Donautal Meßaufbau: Basisstation auf Hochhausdach: Bild des Aufbaus auf dem Dach: 16 db Sektorstrahler / 24 dbi Gridantenne nach Osten ausgerichtet Meßwagen: Mast mit Omniantenne Spectrum Analyzer Laptop

18 Reichweitenmessungen: Donautal Typ 2 Grid Antenne 18 dbi Typ 3 Grid Antenne 24 dbi A 31,6 km B 54,4 km Typ 1 Typ db 2 db 14 db 2 db C 67,5 km D 70,1 km Typ 3 Typ db 2 db 20 db 2 db d: 5.6 Mb/s d: 2.8 Mb/s u: 577 kb/s d: 3.6 Mb/s u: 1.4 Mb/s

19 Reichweitenmessungen: Donautal Genauere Betrachtung des Meßpunktes D Messungen: Performance Angaben des WiMax Systems Fading 2 db Downstream 3.6 Mbit/s Upstream 1.4 Mbit/s Uplink SNR (db) Uplink Current Rate Downlink RSSI (dbm) Downlink SNR (db) Downlink Current Rate BPSK 1 / 2 BPSK 3 / 4 QPSK 1 / 2 QPSK 3 / 4 QAM 16 1 / 2 QAM 16 3 / 4 QAM 64 2 / 3 QAM 64 3 / : : : : : 7,3 QPSK 1 / QAM16 1 / ,00E+000 0,00E+000 0,00E+000 0,00E+000 0,00E+000 2,60E 003 7,40E 001 9,70E 001

20 Ortsmessungen

21 Ortsmessungen: Ländliches Dorf Ziel: Messung der Verbindungsqualität in bebautem Gebiet (NLoS) Meßaufbau: Basisstation auf Hochhausdach: 60 Sektorantenne nach Osten ausgerichtet wie zuvor Meßwagen: Omniantenne Messung in typisch ländlichem Dorf aufgelockerte Bebauung von Feldern umgeben LoS am westlichen Ortsrand

22 Ortsmessungen: Ländliches Dorf # A Entfernung Antenne 4,33 km Omni B 4,45 km Omni C 4,55 km Omni D 4,78 km Omni Skala Durchsatz 8 d: 4.72 Mb/s u: 1.05 Mb/s 8 d: 6.54 Mb/s u: 1.07 Mb/s 4 d: 710 kb/s u: 984 kb/s 1 d: 39 kb/s u: 167 kb/s Geländeschnitt bei Punkt A

23 Ortsmessungen 3: Ländliches Dorf Ca. 100 Meßpunkte im Dorf Farbe weiß grau rot gelb Skala SNR keine Messung kein Empfang 1 Verbindung hergestellt 2 5 db <= SNR < 10 db 3 10 db <= SNR < 15 db 4 15 db <= SNR < 20 db hellgruen 5 20 db <= SNR < 24 db 6 SNR >=24 db und RSSI < 75 7 SNR >= 24 db und RSSI > 75 grün 8 SNR >= 24 db und RSSI < 70 9 SNR >= 24 db und RSSI > 60

24 Ortsmessungen: Stadtgebiet Ziel: Messung der Verbindungsqualität im Stadtgebiet Meßaufbau: Basisstation auf Hochhausdach: 60 Sektorantenne nach Süden ausgerichtet Meßwagen: Omniantenne Messung in stadttypisch bebautem Gebiet mehrgeschossige Bebauung mit bis zu 6 Stockwerken Plätze Parks mit Grünflächen

25 Ortsmessungen: Stadtgebiet Messergebnisse:

26 Dämpfung durch Vegetation

27 Dämpfung durch Vegetation Testgegenstand: Dämpfung eines 3.5 Ghz Signals durch Vegetation Testaufbau: Sender mit 3.5 GHz Testsignal bei ca. 300 m Entfernung und einer Elevation von 30 vor verschiedenem Buschwerk. Dabei wurde die Antenne vollständig durch die Büsche Eibenbusch abgeschattet Forsythie Felsenbirne (locker belaubte Krone) 0,8 m 1,5 m 5m 10 db 30 db 16 db

28 Zusammenfassung und Ausblick

29 Ausblick Lizenzvergabe Gebühr = Bandbreite [MHz] / 3.5 * 5 * Fläche [km²] 3.5 MHz über ganz Deutschland: Baden Württemberg: Berlin: 4455 WiMax Testgebiet Ulm/Oststadt: 20 aber: 1250 Mindestbetrag wesentlich mehr Bewerber als verfügbare Frequenzbereiche Versteigerung?

30 Reichweiten und Bandbreitentests mit WiMax Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!