Avaliação Experimental de Desempenho em Redes Móveis 4G (Long Term Evolution) em Ambiente Urbano

Transcrição

1 1 Avaliação Experimental de Desempenho em Redes Móveis 4G Long Term Evolution) em Ambiente Urbano J. Nascimento 1, L. Varela 2, P. Vieira 1,3 1 Área Departamental de Eletrónica Telecomunicações e Computadores, ISEL, Lisboa, Portugal 2 CELFINET - Consultoria em Telecomunicações, Lda, Lisboa, Portugal 3 Instituto de Telecomunicações IT), Lisboa, Portugal 3582@alunos.isel.pt, luis.varela@celfinet.com, pvieira@deetc.isel.pt Resumo O Long Term Evolution LTE) é uma tecnologia que está a ser fortemente implementada, não só em Portugal mas no resto do mundo. A adoção do LTE deve-se em grande parte à maior capacidade e à baixa latência oferecidas, para além de ser expansível ao LTE Advanced. O artigo apresentado tem por objetivo a análise do desempenho de uma rede piloto LTE com consequente validação experimental dos resultados teóricos conhecidos. A partir destas medidas experimentais é também sugerido um novo modelo de propagação em larga-escala para LTE em 2,6 GHz. Para distâncias inferiores a 1 km sugere-se o modelo LTE-PL. Para distâncias superiores a 1 km foi feita uma adaptação ao modelo Okumura-Hata para que se aproximasse aos resultados obtidos. Das medições efetuadas observou-se que em boas condições rádio, os débitos binários são bastante próximos dos máximos teóricos. Além disso, foi caracterizado o ambiente de propagação, determinando-se a margem de desvanecimento log-normal e as perdas de penetração no interior dos veículos para um ambiente urbano denso. Foi realizada ainda uma análise de vários Key Performance Indicators KPI) que permitem avaliar o desempenho do LTE, avaliando-se também o impacto da variação de velocidade e da distância à estação-base nas medidas realizadas. Index Terms LTE, Planning, Measurement, Performance, KPI I. INTRODUÇÃO O crescimento do mercado de dados em redes móveis e a exigência dos utilizadores por débitos binários cada vez mais elevados levou à necessidade do desenvolvimento de uma nova tecnologia que permitisse manter a competitividade das redes móveis no futuro. Desse modo surge como resposta o Long Term Evolution LTE). O artigo desenvolvido tem como objetivo principal clarificar acerca do que é expectável em termos do desempenho efetivo de uma rede Long Term Evolution LTE), de 4ª Geração 4G) e comparar com os valores teóricos com valores experimentais obtidos [1]. Para cumprir esse objetivo foram recolhidas medidas numa rede LTE piloto em duas áreas, tendo as simulações adicionais sido feitas sobre a ferramenta MATLAB [2]. O artigo encontra-se organizado da seguinte forma. A secção II aborda numa primeira fase o planeamento em LTE. São definidos os dois novos modelos de propagação propostos, a margem de desvanecimento e as perdas de penetração in-car. Além disso é feita uma comparação entre a metodologia utilizada no planeamento e as medidas obtidas. A secção III apresenta as medidas efectuadas na rede piloto LTE, tal como as estatísticas obtidas nos dois sentidos da ligação. Por último, a secção IV analisa o desempenho de certos indicadores, tais como a eficiência espectral e o o throughput, em função das condições de propagação. É ainda realizada uma análise tendo em conta a variação de velocidade do móvel e a distância à estação-base enb, evolved Node B), seguindo-se as conclusões. II. PLANEAMENTO EM LTE A. Modelo de Propagação LTE-PL De acordo com as medidas empíricas realizadas, chegou-se à conclusão que a determinação da atenuação de propagação pelos modelos Okumura-Hata ou COST231-Hata era bastante pessimista em relação aos valores obtidos, apresentando diferenças da ordem dos 15 db. Sendo assim, foi desenvolvido um novo modelo baseado no modelo de propagação genérico, que se apresenta em 1). )[ ] ) ) 1) O modelo de propagação tem como distância de referência d ) 3 metros. As correspondentes medidas para a determinação do coeficiente de desvanecimento encontram-se na TABELA I.

2 2 Altura da estação base: 27m A determinação do coeficiente de desvanecimento n é feita pela estimação do erro quadrático médio MSE, Mean Square Error) através de 2). O coeficiente de desvanecimento do LTE a 2,6 GHz para uma área com as características das áreas em estudo, ou seja, Dense Urban é determinado por 3), chegando-se ao valor de 7,46 db por década. ) ) 2) ) 3) O modelo de propagação LTE-PL considera-se válido para raios de célula de 3 a 1 m. A atenuação de propagação mediana, PL, dada pelo modelo LTE-PL é determinado pela equação 4), em função da distância ao enb. )[ ] [ ] ) -4 Medidas 2317) LTE-PL Okumura-Hata COST231-Hata Regressão Linear -5-6 Potência Recebida [dbm] TABELA I POTÊNCIA MEDIDA E ESTIMADA A 5, 75 E 1 METROS. Distância enb [m] Potência medida -92,38-94,51-96,98 [dbm] Potência estimada -84,36-12,5n -84,36-13,9n -84,36-15,2n [dbm] Distância [km] Fig. 1. Comparação do modelo de propagação LTE-PL, Okumura-Hata e COST231-Hata com a regressão linear das medidas empíricas B. Melhoramento do Modelo de Propagação Okumura-Hata para LTE O modelo LTE-PL não se considera válido para distâncias superiores a 1 km. No entanto, nenhum dos modelos de propagação analisados Okumura-Hata e COST231-Hata) apresentam uma boa aproximação. O modelo Okumura-Hata é determinado através de 5) e 6). Para que existisse uma aproximação à regressão linear das medidas realizadas, foi feita uma alteração na variável A, dependente da altura a que se situa a antena do enb. [ 4) Em termos de altura da antena na estação-base, a região de validade encontra-se no intervalo de 18 a 38 m, uma vez que a análise notou uma boa adaptação do modelo a esses valores, apresentando uma diferença máxima de 5 db em relação à regressão linear das medidas. Esse valor é ainda superior ao determinado pelo modelo Okumura-Hata [3] e COST231-Hata [4]. A Fig. 1 apresenta uma comparação entre o modelo LTE-PL, o modelo Okumura-Hata e o COST231-Hata e a regressão linear das medidas empíricas realizadas para uma antena com 27 m de altura. É possível notar a forte adaptação do modelo proposto até 1 km, contra a grande disparidade dos outros modelos referidos. Pois como se pode ver a uma distância de 1 km o modelo de Okumura-Hata dista cerca de 15 db em relação à regressão linear das medidas. Enquanto o modelo proposto apresenta uma diferença máxima de aproximadamente 2 db até à distância referida..2 ] ]) [ [ 5) 6) ]) Na sequência, a variável A passou a ser definida por, ) [ ]) [ ]) )) [ ]) 7) 8) A Fig. 2 comprova a desigualdade do modelo LTE-PL em relação às medidas realizadas para distâncias superiores a 1 km. Além disso, mostra-se ainda o resultado da alteração ao modelo Okumura-Hata para diferentes valores de altura das antenas do enb. Apesar da alteração não apresentar resultados tão favoráveis relativamente ao outro modelo proposto para distâncias inferiores a 1 km), são resultados mais aproximados do que os dos modelos Okumura-Hata e COST231-Hata, sendo portanto uma melhor estimativa para determinar a atenuação de propagação mediana para LTE na faixa dos 2,6 GHz.

3 Potência Recebida [dbm] Medidas 18 m Medidas 27 m Medidas 38 m Okumura-Hata alterado 18 m Okumura-Hata alterado 27 m Okumura-Hata alterado 38 m LTE-PL RSRP [dbm] [-75,-6[ [-9,-75] [-15,-9] [-115,-15] ]-12,-115] Distância [km] Fig. 2. Comparação entre o modelo de propagação Okumura-Hata alterado, o modelo de propagação LTE-PL e a regressão linear das medidas para uma altura de antenas de 18, 27 e 38 metros. C. Margem de Desvanecimento De acordo com as medições realizadas, foi possível obter a potência recebida do sinal Reference Signal Received Power RSRP). Uma vez que existiam antenas situadas a diversas alturas, foi analisado o desvio padrão individualmente. Os resultados obtidos apresentam-se na TABELA II. TABELA II CARACTERÍSTICAS DAS DUAS ÁREAS ESTUDADAS Altura das antenas dos enb [m] RSRP Médio [dbm] Desvio Padrão [db] Número de amostras , , , , Como se observa o desvio padrão do ambiente de propagação para antenas situadas de 27 a 38 m, ronda os 11 db. Este constitui o valor utilizado no cálculo da margem de desvanecimento para LTE a 2,6 GHz, em função da probabilidade de cobertura pretendida. D. Perdas de penetração in-car Foram realizados dois percursos idênticos para avaliar as perdas de penetração de in-car, como se pode observar na Fig. 3. Para tal, o primeiro percurso foi realizado com o User Equipment UE) dentro do veículo e o segundo com o UE situado no exterior do veículo. A comparação dos dois percursos foi apenas calculada para pontos que apresentavam as mesmas coordenadas Global Positioning System GPS). Refira-se ainda que as diferenças só foram analisadas até à meia distância entre os enb s, ou seja, até aproximadamente 45 metros. Fig. 3. Percurso com UE no interior do veículo em cima) e no exterior em baixo) realizados na área 2 para avaliar as perdas de penetração in-car. Na TABELA III é possível observar as diferenças entre o nível de sinal RSRP, e extrair o valor médio das perdas de penetração in-car em LTE, para uma frequência de 2,6 GHz. Desse modo o valor obtido é de 2,7 db. Note-se ainda que a velocidade entre dois percursos não é igual, no entanto não é considerada significativa para efeitos deste cálculo. TABELA III COMPARAÇÃO DOS NÍVEIS E QUALIDADE DE SINAL ENTRE O INTERIOR E O EXTERIOR DO VEÍCULO Parâmetros Interior Exterior RSRP Médio [dbm] -82,26-79,56 RSRQ Média [db] -8,28-1,83 SINR Média [db] 17,57 14,76 Velocidade Média [km/h] 27,93 35,14 E. Comparação entre indicadores planeados e efectivos Foram analisadas duas áreas nas quais estava implementada a rede LTE piloto. As características principais dessas áreas estão presentes na TABELA IV. Refira-se a semelhança das características das duas áreas à exceção da área e da densidade populacional) que possibilitou uma análise análoga.

4 4 TABELA IV CARACTERÍSTICAS DAS DUAS ÁREAS ESTUDADAS Características Área 1 Área 2 Morfologia Dense Urban Área [km 2 ] 4,5 13,96 Densidade Populacional [hab/km 2 ] 21,5 38,83 Número de enb s 4 Faixa de Frequências [GHz] 2,6 Largura de Banda [MHz] 2 Padrão de distribuição de frequências 1 Espaçamento entre PCI s 4 Sectores Trisectorizados 18,5 dbi de ganho Antenas 65º de abertura duplamente polarizadas a 45º Potência de Transmissão Total [dbm] 43 Potência de Transmissão dos sinais de referência 12 [dbm] A atenuação máxima permitida foi calculada para um utilizador veicular a 7 km/h no Transmission Mode 3 TM3), MIMO 2x2 Open loop), sendo este o modo de transmissão preferencial durante a obtenção de medidas. A distância entre sites Intra Site Distance, ISD) média para a rede piloto da área 1 era de aproximadamente 54 m, definindo-se o raio de célula com o valor de 36 m. O planeamento foi efetuado tendo em conta este último valor. Assumindo a validade do modelo LTE-PL, foi usado para calcular a atenuação de propagação máxima. O link budget seguiu a metodologia proposta pela Ericsson [5], onde se assumiu uma percentagem da cobertura da área de 95% e um desvio padrão de 1 db, assemelhando-se ao valor obtido e estando assim tabelado. Os resultados experimentais e do planeamento efetuado encontram-se na TABELA V. TABELA V COMPARAÇÃO ENTRE O PLANEAMENTO E OS INDICADORES EFECTIVOS Sentido Indicadores Obtido Simulado Uplink Throughput 31 Mbit/s 31,8 Mbit/s SINR 12,5 db 14,64 db Downlink Débito binário 65 Mbit/s 66,9 Mbit/s Throughput 18 db 18,38 db É possível comprovar a validade da metodologia utilizada em conjunção com o modelo LTE-PL proposto, tendo em consideração a semelhança entre os valores simulados e obtidos para o throughput e a Signal to Interference plus Noise Ratio SINR). A. Regime estacionário III. MEDIDAS EM LTE As medidas realizadas para os pontos estáticos tiveram como objectivo a análise do desempenho da rede piloto em regime estacionário. Os locais de interesse influenciaram a escolha destes pontos, mas eram também locais com boas condições de nível de sinal. Foram feitas 1 sessões com a duração de 6 segundos onde se gerou tráfego UDP nos dois sentidos da ligação, com um equipamento de categoria 3 [6]. As estatísticas obtidas para o downlink podem ser observadas na TABELA VI. TABELA VI ESTATÍSTICAS OBTIDAS EM DOWNLINK EM REGIME ESTACIONÁRIO Downlink Área 1 Área 2 Ponto Distância ao enb [m] Sessões realizadas * 1 Quebras de serviço Acessibilidade de serviço [%] Setups não realizados RSRP Médio [dbm] -58,2-82,5-73,8-83,1-69,1-83,3 RSRQ Média [db] -9,1-1,2-9,5-9,5-7,9-9,6 SINR Média [db] 23,1 21,6 23,1 2,2 25,4 23,2 Débito Binário Médio [Mbit/s] 86,3 81,5 77,1 78,8 86,3 81,3 Débito Binário Máximo [Mbit/s] 97,3 94,5 89,8 93,5 99,3 95,9 Latência [ms] Amostras QPSK Amostras 16QAM Amostras 64QAM PDSCH MCS Mediano PDSCH MCS1 Mediano Wideband CQI Médio 11,9 13,4 11,5 11,5 14,2 12,4 * Apenas foram obtidas sete sessões pois o ficheiro de medidas encontrava-se corrompido. Em primeiro lugar é possível observar que a acessibilidade não registou nenhum problema, estando o serviço sempre acessível para a realização de tráfego. Para a área 1, o comando ping registou valores bastante inferiores de latência relativamente aos máximos definidos pelo 3GPP, podendo suportar qualquer dos serviços propostos [7]. Embora para a área 2 tenham sido registados valores mais elevados, ainda se mantêm dentro do limite. Essa situação deve-se ao facto de existirem mais nós entre o User Equipment UE) e o Packet Data Network Gateway. Relativamente ao throughput máximo obtido, é possível observar que é bastante próximo ao máximo teórico do LTE Release 8. O throughput médio é apenas inferior 1 a

5 5 15 Mbits/s relativamente ao máximo registado, para uma SINR média acima de 2 db. Os testes em uplink foram registados nos mesmos pontos de downlink, sendo o nível de sinal RSRP idêntico. As estatísticas para o uplink apresentam-se na TABELA VII. TABELA VII ESTATÍSTICAS OBTIDAS EM UPLINK EM REGIME ESTACIONÁRIO Estatísticas Uplink Área 1 Área 2 Ponto Distância ao enb [m] Sessões realizadas Quebras de serviço Acessibilidade de 5ervice [%] RSRP Médio [dbm] -58,6-85,4-75,1-83,3-72,9-83,1 RSRQ Média [db] -5,8-5,9-5,9-5,4-3,8-5,31 Débito Binário Médio [Mbit/s] 43,6 35,5 44,2 38,9 44,3 38,62 Débito Binário Máximo [Mbit/s] 48,1 45,9 48,6 43,9 5,5 43,47 Note-se a diferença do sinal RSRQ em relação ao obtido em downlink. Este é mais baixo, o que quer dizer que apresenta menor interferência na largura de banda utilizada. Essa situação deve-se ao facto de não existir transmissão de dados no sentido descendente da ligação, no plano do utilizador. Os débitos máximos são, tal como em downlink, bastante próximos do máximo teórico para um equipamento de categoria 3. É possível comprovar que o desempenho do LTE nos dois sentidos da ligação, em condições reais e em regime estacionário, pode-se considerar igual ao esperado teoricamente. B. Regime de mobilidade Em regime de mobilidade foram feitos 3 percursos idênticos nas situações em que o UE se encontrava: em modo inactivo idle); a realizar tráfego em downlink e a realizar tráfego em uplink. Em modo inactivo é possível avaliar a distribuição dos PCI s na área de estudo, ou seja, permite saber qual o alcance de cada célula e identificar algumas situações de conflito ou mal dimensionadas. Esta análise ainda disponibiliza a informação de re-seleção celular. O percurso efetuado para o downlink é visível na Fig. 4, tal como o throughput obtido para as duas áreas. Dos mapas é possível identificar zonas com baixa qualidade de serviço, vulgo, débito binário baixo inferior a 2 Mbit/s). A análise conjunta dos mapas de RSRP, RSRQ e da SINR, permitem identificar as causas das zonas com baixo débito. Ou seja, a análise do sinal RSRP permite definir os níveis de cobertura de sinal na zona problemática e em conjunção com o sinal RSRQ determinar se o débito é baixo devido à falta de cobertura ou a interferência. Por último, é desejável que a SINR seja o mais elevada possível de forma a alcançar o throughput máximo. Débito Binário [Mbit/s] [8,1] [6,8[ [4,6[ [2,4[ [1,2[ [,1[ Fig. 4. Débito binário obtido para o percurso em downlink para a área 1 em cima) e para a área 2 em baixo) Do percurso identificado, para além dos mapas referidos, foi ainda possível obter as estatísticas presentes na TABELA VIII. Das estatísticas apresentadas destaca-se o débito médio que se situa a metade do débito máximo teórico. O modo de transmissão preferencial é o modo TM3 e a Block Error Ratio BLER) média situa-se entre os 1% e os 15%, como seria desejável, de modo a evitar retransmissões elevadas [8]. TABELA VIII ESTATÍSTICAS OBTIDAS EM DOWNLINK EM REGIME DE MOBILIDADE Estatísticas Downlink Área 1 Área 2 Pontos Obtidos Sucesso Acessos aleatórios [%] 98,72 95,7 Sucesso RRC Connect [%] 1 1 Acessibilidade de serviço [%] 92,98 95,5 Número de setups não realizados 4 5 Tentativas de Handover Sucesso dos Handovers [%] 99,42 99,83 RSRP Médio [dbm] -9,12-95,53 RSRQ Média [db] -9,86-1,49 SINR Média [db] 15,1 12,69 Débito Binário Médio [Mbit/s] 48,88 45,66 Débito Binário Máximo [Mbit/s] 1,25 99,97 Quantidade de amostras QPSK Quantidade de amostras 16QAM

6 Throughput [Mbit/s] Eficiência Espectral [bit/hz/célula] 6 Quantidade de amostras 64QAM Número de amostras em TM Número de amostras em TM PDSCH MCS Mediano PDSCH MCS1 Mediano Número de amostras MCS Número de amostras MCS PDSCH BLER Média [%] 13,57 1,34 Wideband CQI Médio 9,99 1,8 O percurso de uplink, apresentou mapas de sinal RSRP semelhantes aos de downlink. Os mapas RSRQ apresentaram valores mais baixos pelas razões identificadas no regime estacionário, desse modo apresentam-se apenas as estatísticas principais obtidas para este percurso, na TABELA IX. Deste percurso também é possível identificar que, à semelhança do downlink, o débito binário médio se encontra a cerca de metade do valor máximo. Note-se ainda que a potência de transmissão apresenta um valor próximo do máximo permitido, especialmente para a área 2. Tendo em conta que essa área apresenta uma área maior, essa é uma situação expectável. Isso reflectir-se-ia numa perda na autonomia da bateria. No entanto, como os testes foram realizados apenas para um utilizador, estes envolveram o aproveitamento total da largura de banda e exigiram sempre o máximo débito possível da rede. TABELA IX ESTATÍSTICAS OBTIDAS EM UPLINK EM REGIME DE MOBILIDADE Estatísticas Uplink Área 1 Área 2 Sucesso Acessos aleatórios [%] 96,89 1 Sucesso RRC Connect [%] 95,71 1 Acessibilidade de serviço [%] 94,29 1 Número de setups não realizados 4 Tentativas de Handover Sucesso dos Handovers [%] 1 1 RSRP Médio [dbm] -88,48-96,86 RSRQ Média [db] -6,97-4,69 SINR Média [db] 15,74 13,57 Débito Binário Médio [Mbit/s] 24,32 18,41 Débito Binário Máximo [Mbit/s] 48,84 48,48 Potência Transmissão Média [dbm] 21,1 24,6 a três vezes superior ao High Speed Uplink Packet Access HSUPA) [9]. Da Fig. 5 é possível identificar que a rede piloto estudada cumpre os requisitos do 3 rd Generation Partnership Project 3GPP), com uma eficiência espectral, relativamente ao HSPA Release 6, de 3,6 vezes superior em downlink e de 2,65 superior em uplink. A rede piloto apresenta ainda um desempenho superior à média no uplink [1] Fig. 5. Comparação entre a eficiência espectral do HSPA R6, a rede LTE piloto, a média de diversos fornecedores e o máximo teórico. B. Throughput HSPA R6 Medidas Média Máximo O throughput é, a par da latência, um dos mais importantes indicadores para análise do desempenho da rede LTE. Desse modo, para oferecer um determinado débito ao utilizador é necessário estabelecer uma SINR mínima que garanta o serviço pretendido. A obtenção dessa SINR pode ser feita de duas formas: simulações ou medidas empíricas. Na Fig. 6 é possível observar as curvas da SINR usadas no planeamento e as obtidas empiricamente Área 1 Lowess.7) Área 2 Lowess.7) Planeamento Limite Shannon Downlink Uplink A. Eficiência Espectral IV. DESEMPENHO Uma das características definidas para o LTE é o de apresentar uma eficiência espectral superior ao High Speed Packet Access HSPA), das anteriores redes de terceira geração 3G). Nomeadamente, o LTE apresenta uma eficiência espectral de três a quatro vezes superior ao High Speed Downlink Packet Access HSDPA) Release 6 e de duas SINR [db] Fig. 6. Throughput em função da SINR. Comparação entre o limite de Shannon, as regressões lineares dos valores obtidos para as duas áreas de estudo e a fórmula utilizada no planeamento.

7 SINR [db] BLER [%] CQI Throughput [Mbit/s] 7 Note-se que existe uma diferença entre a implementação na rede piloto e o limite de Shannon de cerca 12 db [11]. A Fig. 6 permite verificar mais uma vez que a determinação da SINR no planeamento para as áreas de estudo se adequa à SINR efectiva da rede piloto. É portanto possível extrair uma relação entre a SINR necessária para oferecer um determinado serviço. C. CQI O CQI -15) é um indicador reportado pelo UE das condições do canal, sendo tanto mais baixo quanto a qualidade de transmissão seja menor. Este é usado pelo scheduler escalonador) para aferir as condições do canal e determinar a codificação e modulação a ser utilizada pelo UE em downlink. A Fig. 7 pretende estabelecer uma relação entre o Wideband CQI e a SINR obtida no sentido descendente da ligação, da rede piloto. Esta análise possibilita discernir entre possíveis problemas, ou seja, a média de cada índice CQI tem que apresentar uma relação aproximadamente linear com a SINR. Se isso não acontecer, vão existir problemas ao nível do throughput máximo oferecido, e do número de retransmissões efectuadas. Caso o valor de CQI efetivo seja bastante inferior ao da média, a qualidade do canal pode não suportar a modulação e codificação atribuídas, aumentando o número de blocos com erro e consequentemente as retransmissões. Caso seja superior,irá existir um desaproveitamento dos recursos rádio pois poder-se-ia oferecer um serviço com uma qualidade mais elevada, nomeadamente um débito mais elevado. Tendo em conta o desempenho analisado, a Fig. 7 aparenta ter uma boa correspondência entre esses dois indicadores Medidas Lowess.7 máximo, o qual tende a decrescer. Essa situação é facilmente explicável pois o aumento de pacotes com erro, implica a retransmissão da informação, levando a uma diminuição do débito médio oferecido ao utilizador BLER [%] Fig. 8. Valores de throughput obtidos em função da BLER para as duas áreas de estudo. E. Distância ao enb Área 1 Área 2 A distância ao enb desempenha um papel importante na propagação do sinal, pois esta vai condicionar tipicamente um aumento da atenuação do sinal, à medida que se aumenta a distância entre os terminais. Na Fig. 9 observa-se o comportamento da SINR e da BLER médias. Tal como seria de esperar, à medida que a distância aumenta a qualidade do sinal decresce, no entanto, a adaptação da ligação permite à BLER manter-se estável em torno dos 1%, como é desejável. Acima dos 2 km a SINR torna de novo a aumentar, devendo-se essa situação a um enb que se encontrava a radiar muito alto, sendo este também o responsável pelas amostras recolhidas a essas distâncias. Como ainda existia linha de vista com esse enb, levou ao aumento da SINR identificadas SINR BLER SINR [db] Fig. 7. Mapeamento do CQI em função da SINR da rede piloto. D. BLER A Fig. 8 representa os valores de throughput em função da BLER. Tendo em conta que a BLER deve apresentar valores abaixo dos 1%, nota-se que a maior parte dos pontos obtidos estão situados em torno desse valor [8]. Para a BLER superior a esse valor, embora não seja possível estabelecer uma relação com confiança devido ao menor número de pontos, observa-se o impacto da BLER no débito Distância [km] Fig. 9. SINR e BLER em função da distância para a área 2.

8 Throughput Médio [Mbit/s] BLER Média[%] SINR Média [db] 8 Por último, é de referir que pelo menos até 2,7 km em condições de linha de vista e de pouca carga na rede, usando uma frequência de 2,6 GHz, foi possível oferecer no limite da célula uma SINR média de 7 db. Conseguindo suportar um throughput médio de aproximadamente 3 Mbit/s Área 1 Área 2 F. Velocidade do UE Tendo em conta os objetivos da mobilidade propostos para o LTE, este necessita manter um elevado desempenho até aos 12 km/h [9]. Foi também verificada a influência da velocidade na transmissão, nomeadamente no débito binário médio, na SINR média e se provocava alterações significativas ao nível da BLER. Uma vez que as áreas de teste da rede LTE piloto se encontravam em malha urbana, existiam apenas alguns pontos com vias rápidas, não tendo sido obtidas medidas acima de 9 km/h. Em primeiro lugar, a Fig. 1 retracta o débito binário médio obtido em função da velocidade. Como é observável, para a área 1 existe um decréscimo do débito binário a velocidades elevadas Área 1 Área Velocidade [km/h] Fig. 1. Throughput médio em função da velocidade para as duas áreas de estudo. Essa descida leva a crer que para um utilizador que se desloque num veículo a uma velocidade superior a 7 km/h vai ter perdas significativas em termos da qualidade de serviço, nomeadamente ao nível do throughput. No entanto na análise da Fig. 11 é possível ver que esse decréscimo deve-se ao facto da SINR ser também menor, provocada por uma diminuição dos níveis de sinal e não pelo impacto da mobilidade. Aliás, visível para a área 2, nota-se que o impacto da velocidade até pelo menos 9 km/h não influencia significativamente o desempenho da ligação Velocidade [km/h] Fig. 11. SINR média em função da velocidade para as duas áreas de estudo. Na Fig. 12 é visível que para a área 1 a BLER média aumentou para velocidades maiores, no entanto, esta deve-se à diminuição da qualidade do canal rádio como se viu na Fig. 11. Seria de esperar que para velocidades maiores, aumentasse o número de retransmissões, mas como se observa para a área 2, a BLER média manteve-se por volta dos 1% e vem reforçar a robustez do LTE em regime de mobilidade Área 1 Área Velocidade [km/h] Fig. 12. BLER média em função da velocidade para as duas áreas de estudo. Apesar da velocidade média analisada não ter sido considerada até aos 12 km/h, esta não apresenta alterações significativas no desempenho até 9 km/h, o que deixa adivinhar que para a mobilidade considerada pelo 3GPP, a rede vai conseguir manter níveis de desempenho bastante semelhantes ao regime estático ou a baixas velocidades.

9 9 V. CONCLUSÕES Este artigo teve como objetivo analisar o desempenho efetivo de uma rede LTE em comparação com os valores teóricos e as simulações. Além disso, certas considerações deste artigo podem ser aplicadas numa futura rede LTE, em termos de planeamento e otimização. Em primeiro lugar refira-se a confirmação da viabilidade dos dois modelos propostos LTE-PL e o melhoramento do modelo Okumura-Hata, através das medidas empíricas realizadas numa área urbano denso. Em relação à margem de desvanecimento para o mesmo tipo de área urbano denso) foi definido um valor de 11 db. Relativamente às perdas de penetração in-car foram definidos 2,7 db. A metodologia analisada em conjunção com o modelo de propagação LTE-PL, também se revelou fidedigna para executar um planeamento em LTE. Relativamente às medidas realizadas, foi possível observar que os valores máximos obtidos são idênticos aos máximos teóricos, enquanto que os valores médios em mobilidade) se situam a cerca de metade desses valores. A BLER média situava-se bastante próxima dos 1%, sendo esse o valor desejável, de forma a evitar retransmissões elevadas e as consequências que advêm dessa situação. A eficiência espectral da rede analisada, esta cumpre os requisitos do 3GPP. Tendo em conta as medições, não se pode afirmar com certeza que cumpre os requisitos de mobilidade, no entanto, deixa supor que tal facto seja possível. [8] Kreher, Ralf e Gaenger, Karsten. LTE Signaling, Troubleshooting and Optimization. United Kingdom : John Wiley & Sons, Ltd, [9] 3GPP. UTRA-UTRAN Long Term Evolution LTE) and 3GPP System Architecture Evolution SAE). s.l. : 3GPP, 26. [1] 3GPP TSG RAN R LTE Performance Evaluation Uplink Summary. s.l. : 3GPP, 27. [11] Shannon, C. E. Communication in the presence of noise. Proc. Institute of Radio Engineers. 1949, Vol. 37. [12] Nokia Siemens Networks. The impact of latency on application performance. Nokia Siemens Networks. [Online] [Citação: 7 de Agosto de 212.] /LatencyWhitepaper.pdf. AGRADECIMENTOS Os autores desejam agradecer à CELFINET - Consultoria em Telecomunicações, Lda. pelo suporte e financiamento deste trabalho. REFERÊNCIAS [1]. Nascimento, João. Análise do Desempenho de uma Rede Móveis Long Term Evolution. Lisboa : ISEL, 212. [2]. MathWorks. Matlab: The Language of Technical Computing. MathWorks. [Online] [Citação: 5 de Setembro de 212.] [3]. Hata, M. Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services. Vehicular Technology, IEEE Transactions on. 198, Vols. 29, Issue 3, pp [4]. European Comission. Digital mobile radio towards future generation systems; COST Action 231. Belgium : Office for Official Publications of the European Communities, ISBN [5]. Ericsson. Coverage and Capacity Dimensioning. Estocolmo : s.n., 21. 1/1 56-HSC 15 5/1-T Uen J. [6] 3GPP Technical Specification Evolved Universal Terrestrial Radio Access E-UTRA);User Equipment UE) radio transmission and reception Release 8). France : 3GPP, 28. [7] 3GPP Technical Specification Service aspects; Services and service capabilities Release 8). France : 3GPP, 29.