2020
Petteri Horn
5G-JÄRJESTELMÄN
KÄYTTÄMÄN TAAJUUSKAISTAN KENTÄNVOIMAKKUUSMITTAUK SET
– 5G-Force Project
2020 | 35 sivua
Petteri Horn
5G-JÄRJESTELMÄN KÄYTTÄMÄN TAAJUUSKAISTAN
KENTÄNVOIMAKKUUSMITTAUKSET
- 5G-Force Project
Mobiiliverkkoyhteydet ovat tehneet vahvaa tuloaan jo yli vuosikymmenen ajan. 2000-luvun alussa 3G-verkko korvasi monin paikoin lankaverkon käytön niin puhe- kuin datayhteyksissä, puhumattakaan 4G-verkosta. Nykyaikaiset mobiiliverkot ovat huomattavasti monimutkaisempia kuin aiemmat GSM- ja radioverkot, ja jokainen uuden sukupolven verkko on aina edeltäjäänsä kompleksisempi. Jokainen verkko toimii omalla taajuuskaistallaan, jolla on aina omat etunsa ja ongelmansa.
Tässä opinnäytetyössä syvennyttiin 5G-verkkoon ja sen käyttämien taajuuskaistojen tarjoamiin mahdollisuuksiin sekä ongelmiin. Asiaan paneuduttiin kentänvoimakkuusmittauksien avulla. Työ on osa Turun AMK:n radiolaboratorion 5G-Force projektia. Työssä mitataan 700 MHz:n ja 3,5 GHz:n taajuuksilla lähetettyä LTE-signaalia ulkoilmassa ja sisätiloissa.
Mittaukset suoritettiin Keysight Nemo Handy -mobiililaitteella Joukahaisenkadun yksikön lähimaastossa sekä Lemminkäisenkadun Tehdas-ympäristössä. Joukahaisenkadun yksikön katolle asennettiin kolme antennia, joista lähetettiin 700 MHz:n taajuudella signaalia tarkasti suunnattuna eri suuntiin, luoden näin laajemman peittoalueen. Lemminkäisenkadun tehtaassa oli asennettuna kaksi sisäantennia, joista lähetettiin signaalia 3,5 GHz:n taajuudella tarkoituksena luoda mahdollisimman kattava verkko tehtaan sisätiloihin. Mittauksien tuloksista saadaan dataa radiolaboratoriolle aiemmin mainittujen taajuuksien kuuluvuudesta eri ympäristöissä.
ASIASANAT:
5G, kentänvoimakkuus, mobiiliverkko, taajuus, vaimennus
2020 | 35 pages
Petteri Horn
SIGNAL STRENGTH MEASUREMENTS OF THE 5G-SYSTEM’S FREQUENCY BANDS
- 5G-Force Project
Mobile networks have been developing rapidly over the last decade. 3G-network replaced copperlines in many areas in use of voice- and datatraffic. After the launch of 4G-network, the amount of mobile-users increased even more. This day’s mobile networks are much more complicated than previous GSM- and radio networks, and every new-generation network is more complex than their predecessor. Every network uses it’s own frequency bands, which all have their benefits and problems.
This thesis’ purpose is to delve into 5G-network and to the pros and cons of it’s frequency bands, by signal strength measurements. This thesis is part of 5G-Force project, which is a project of radiolaboratory in Turku University of Applied Sciences. In this thesis we measure LTE-signal on frequencies 700 MHz and 3,5 GHz, measured in both out- and indoor circumstances.
Measurements were executed with Nemo Handy -mobile device. Outdoor-measurements were operated in the near area of Joukahaisenkatu and indoor-measurements in the factory environment at Lemminkäisenkatu. There were three antennas mounted to the roof of Joukahaisenkatu campus. All antennas were sending LTE-signal at 700 MHz frequency to different, accurately aimed directions creating wide coverage area. For the indoor-measurements there were two antennas sending the same LTE-signal at 3,5 GHz frequency to provide coverage as wide as possible inside the building. Results of these measurements are provided to radiolaboratory and data collected is important part of the 5G-Force project. Results were mainly expected, but some surprises were also noticed in the process.
KEYWORDS:
5G, attenuation, frequency, mobile network, signal strength
SANASTO 6
1 JOHDANTO 7
2 MOBIILIVERKKOTEKNIIKKA 8
2.1 Mobiiliverkot 8
2.2 Kentänvoimakkuus 8
2.3 5G-verkko 10
3 KENTÄNVOIMAKKUUSMITTAUKSET 11
3.1 Nemo Handy 11
3.2 Mitattava verkko 12
3.3 Ulkomittaukset 14
3.3.1 Itäharju 14
3.3.2 Veritas-stadion 16
3.3.3 Kupittaa 19
3.3.4 Päätelmät 21
3.4 Sisätilamittaukset 22
3.4.1 Mittausreitti 1 23
3.4.2 Mittausreitti 2 28
3.4.3 Uloskäyntimittaus 31
3.4.4 Päätelmät 32
4 LOPUKSI 33
LÄHTEET 34
KUVAT
Kuva 1. Kuvassa on esitetty mitattavan testiverkon rakenne [9]. 12 Kuva 2. Joukahaisenkadun toimipisteen katolle asennettiin kolme kappaletta Kathreinin
80010715 -antenneja. 13
kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm). 15 Kuva 5. Itäharjun kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm). 15 Kuva 6. Stadionin kentänvoimakkuusmittaus RSRP-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm). 17 Kuva 7. Stadionin kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm). 17 Kuva 8. Kupittaankadun kentänvoimakkuusmittaus RSRP-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta
(dBm). 19
Kuva 9. Kupittaankadun kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm). 20 Kuva 10. Sisätilamittausten tilan pohjakuva. Kuvaan merkitty mittausreitit sekä
antennien sijainnit. 23
KUVIOT
Kuvio 1. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan
funktiona. 16
Kuvio 2. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan
funktiona. 18
Kuvio 3. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan
funktiona. 20
Kuvio 4. RSSI-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 1 ajan funktiona. 24 Kuvio 5. RSRP-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 1 ajan funktiona. 24 Kuvio 6. RSSI-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 2 ajan funktiona. 25 Kuvio 7. RSRP-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 2 ajan funktiona. 26 Kuvio 8. RSSI (sininen)- ja RSRP (oranssi)-arvot (dBm) mittausreitillä 1 ajan funktiona
molempien antennien lähettäessä signaalia. 27
Kuvio 9. RSSI-arvot (dBm) mitatessa antennia 1 mittausreitillä 2 ajan funktiona. 28 Kuvio 10. RSRP-arvot (dBm) mitatessa antennia 1 mittausreitillä 2 ajan funktiona. 29 Kuvio 11. RSSI-arvot (dBm) mitattaessa antennia 2 mittausreitillä 2 ajan funktiona. 30 Kuvio 12. RSRP-arvot (dBm) mitattaessa antennia 2 mittausreitillä 2 ajan funktiona. 30 Kuvio 13. RSSI- (sininen) ja RSRP- (oranssi) arvot (dBm) ajan funktiona. 31
3GPP 3rd Generation Partnership Project [12].
5G 5th Generation. Viidennen sukupolven verkkotekniikan nimi.
dB Desibeli. Yksikkö joka vertailee tehosuureiden suhteita loga- ritmisella asteikolla. Sitä käytetään tavallisimmin kahden sig- naalin välisen tehosuhteen ilmaisuun [13].
dBm Desibelimilliwatti. Tehon yksikkö, verraten yhteen milliwattiin (1mW) [13].
Kaistanleveys Kaistanleveys tarkoittaa jonkin siirrettävän signaalin sisältä- män taajuusalueen leveyttä [14].
Kentänvoimakkuus Vastaanotetun signaalin teho.
RSRP Reference Signal Reference Power. Ilmaisee vastaanotetta- van signaalin tehotasoa kanavakohtaisesti [11].
RSSI Received Signal Strength Indication. Ilmaisee vastaanotetta- van signaalin tehoa koko signaalin kaistanleveyden tehosta [11].
Taajuus Taajuus kuvaa toistuvan jaksollisen ilmiön määrää aikayksik- köä kohden, jonka yksikkö on hertsi (Hz) [7].
Vaimennus Lähetetyn signaalin tehon heikentyminen, yksikkö desibeli (dB) [15].
Viive Latenssi, tiedon siirtymiseen verkossa kuluva aika [1].
1 JOHDANTO
Langattomat yhteydet ovat olleet 2000-luvun nopeimmin kasvava tiedonsiirtomuoto.
Useissa kotitalouksissa jo 3G-verkko korvasi langallisen nettiyhteyden, puhumattakaan 4G:stä. Uusi langattoman tiedonsiirron sukupolvi 5G on ollut jo paljon otsikoissa, ja sen odotetaan mullistavan maailmaa automaation, lisääntyvien etähallintamahdollisuuksien sekä huippunopean ja lähes viiveettömän yhteyden myötä. Etähallinnan odotetaan kas- vavan suurempien tiedonsiirtonopeuksien ja erityisesti selkeästi lyhyemmän viiveen myötä. 5G-verkko tulee olemaan ilmassa omalla taajuuskaistallaan kuten edeltäjänsä- kin. Suomessa nämä taajuudet on jo kaupattu suurimmille teleoperaattoreille, jotka ovat rakentaneet pienen mittakaavan suljettuja testiverkkoja sekä yksittäisiä tukiasemia julki- seen käyttöön.
Tässä opinnäytetyössä keskitytään mittamaan ja analysoimaan 5G-verkon taajuuskais- tojen kentänvoimakkuutta, arvioiden niiden luomia mahdollisuuksia, hyötyjä ja haittoja.
Tavoitteena oli syventää aiempaa tietoa ja osaamista mobiiliverkkojen toiminnasta, pe- rehtyä kentänvoimakkuuden mittaamiseen ja siihen mitä mittaustuloksista on pääteltä- vissä sekä kerätä mittausdataa Turun AMK:n radiolaboratorion 5G-Force projektin käyt- töön. Mittaukset suoritettiin Keysight Nemo Handy -ohjelmistolla Nemo-mobiililaitteella, jonka toimintaan perehdyttiin osana tätä työtä. Suomessa 5G-verkko tullaan rakenta- maan aluksi pääasiassa kahdelle eri taajuuskaistalle, 700 MHz:n ja 3,5 GHz:n taajuu- delle. 700 MHz:n taajuudella on jo lähetetty 4G-signaalia Suomessa [1].
Työssä perehdytään aluksi mobiiliverkkoihin, kentänvoimakkuuteen ja 5G-tekniikkaan yleisellä tasolla sekä käydään läpi mittauksiin käytetty laitteisto ja ohjelmisto. Tämän jäl- keen esitetään ja analysoidaan itse mittaukset aloittamalla 700 MHz:n ulkomittauksista, jota seuraa 3,5 GHz:n sisätilamittaukset.
2 MOBIILIVERKKOTEKNIIKKA
Mobiiliverkot ovat hyvin komplekseja kokonaisuuksia koostuen useista eri osista ja verk- kokomponenteista. Nykyisin kaupallisessa käytössä olevia verkkoteknologioita ovat GSM (Global System for Mobile communication) eli 2G, UMTS (Universal Mobile Tele- communications System) eli 3G sekä LTE (Long-Term Evolution) eli 4G [2]. Seuraavan sukupolven 5G-verkkoa on jo paikoin julkisessa käytössä yksittäisinä tukiasemina, laa- jempana jakeluna vasta tulevaisuudessa.
2.1 Mobiiliverkot
Mobiiliverkko koostuu yksinkertaisuudessaan tukiasemista, jotka ovat yhteydessä valo- kuituverkkoon. Tukiasema muodostaa radioyhteyden verkon toimialueella sijaitsevaan päätelaitteeseen, eli esim. kännykkään tai reitittimeen. Verkon käyttäjän lähettäessä da- taa tai soittaessa puhelua, siirtyy tieto päätelaitteen antennista mikroaaltosäteilynä tuki- asemalle josta matka jatkuu valokuituverkkoa pitkin valopulsseina palveluntarjoajan kes- kukselle. [3]
Tukiasema muodostuu yleensä useammasta solusta eli antennista, kuitenkin vähintään yhdestä. Ulkomittauksissa käytetyssä tukiasemassa oli 3 antennia. Tukiaseman antennit sekä lähettävät, että vastaanottavat radiosignaalia verkon käyttäjiltä ja valokuituverkko kuljettaa datan eteenpäin. Käyttämämme laitteet kuten älypuhelimet, ovat päällä olles- saan kaiken aikaa yhteydessä tukiasemaan, jonka toiminta-alueella ne milloinkin sijait- sevat. [3]
2.2 Kentänvoimakkuus
Kentänvoimakkuudella tarkoitetaan tukiasema-antennilta vastaanotetun signaalin tehoa tietyssä sijainnissa. Verkon peittoalueella viitataan laajempaan, useasta tukiasemasta koostuvaan verkon toiminta-alueeseen, jonka sisällä kentänvoimakkuus vaihtelee.
Kentänvoimakkuuteen vaikuttavat mm. käytetty laitteisto, lähetetyn signaalin taajuus, maaston esteet ja jopa säätila. Laitteiston vaikutuksia voivat olla esim. käytetyn lähety- santennin ominaisuudet, signaalin vastaanottavan päätelaitteen sekä sen antennin
ominaisuudet. Signaalin taajuuden vaikutus perustuu siihen, että eri taajuiset signaalit käyttäytyvät eri tavalla. Yleisesti matalampi taajuus kantaa pidemmälle ja läpäisee myös esteitä pääsääntöisesti paremmin. Korkeampi taajuus taas voi olla lyhyillä etäisyyksillä tehokkaampi mutta menettää tehoaan etäisyyden kasvaessa tai signaalin kohdatessa esteitä. Maaston esteet kuten esimerkiksi rakennukset, mäet ja notkot, puusto sekä nii- den lehdet vaikuttavat kaikki signaalin etenemiseen, kuten myös rankka vesisade. [4]
Kentänvoimakkuuden kannalta oleellinen käsite on signaalin vaimennus. Lähetetty sig- naali vaimenee ilmassa mitä pidemmälle signaali etenee. Usein suurempi ongelma sig- naalin etenemisen kannalta on erilaiset esteet kuten rakennukset tai maasto.
Signaalin vaimeneminen ja vahvistuminen perustuvat kahden tehosuureen vertaami- seen keskenään. Yksikkö signaalin vahvuuden kuvaamisessa on desibeli (dB). Positiivi- nen luku tarkoittaa signaalin vahvistusta ja negatiivinen taas vaimennusta, joka selviää laskukaavalla [5]:
𝐺(𝑑𝐵) = 10 ∙ log 𝑃1 𝑃2
Kun puhutaan täysin vapaassa tilassa ilman esteitä kulkevan signaalin vaimennuksesta, on kyse etenemisvaimennuksesta (free space attenuation). Etenemisvaimennus voi- daan laskea kaavalla [5]:
𝐿(𝑑𝐵) = 32,4 + 20 ∙ log 𝑓 + 20 ∙ log 𝑑
jossa
L = Etenemisvaimennus f = Signaalin taajuus
d = Antennien välinen etäisyys
2.3 5G-verkko
Uusi viidennen sukupolven 5G-verkko tulee olemaan edeltäjiensä tapaan askel eteen- päin verrattaessa aiempien sukupolviin. 5G-standardista ja sen kehittämisestä vastaa 3GPP. Standardi lupaa alhaisen viiveen sekä suuren kaistan ja siirtonopeuden. Siirtono- peuden luvataan olevan minimissään 100 Mb/s ja teoreettisen maksiminopeuden kerro- taan olevan 20 Gb/s. Viive tulee olemaan mobiililaitteilla 4 ms ja tehokkaammilla laitteilla jopa 1 ms. [6]
5G-verkon taajuudet sekä signaalia lähettävien antennien tarvittavat tehot ovat olleet paljon esillä, sillä lähtökohtaisesti 3,5 GHz:n taajuus ei kanna kovin pitkälle ja vaatii täten useita tiheään rakennettuja tukiasemia, jotta voidaan muodostaa laajalti kattava verkko.
Yhdysvaltalaistutkija Ted Rappaport testasi opiskelijaryhmän kanssa 5G:n myöhem- mässä kehitysvaiheessa käyttöönotettavien 28 GHz:n ja 38 GHz:n taajuuksien toimintaa mobiiliverkossa. Heidän mukaansa tukiasemia tulisi olla n. 200 metrin välein, kun taas nykyisissä verkoissa riittävä välimatka tukiasemien välillä on voinut olla jopa 2–3 km. [7]
5G-verkko tulee hyödyntämään myös matalampaa 700 MHz:n taajuutta, jota on jo käy- tetty 4G-verkon jakelussa. Tätä taajuutta tullaan varmasti käyttämään harvemmin asu- tuilla alueilla, jotta saadaan mahdollisimman laaja peittoalue pienemmällä määrällä tuki- asemia. 700 MHz:n taajuudella on mahdollista saada verkon kantama jopa 2–10 km:n alueelle maastosta riippuen. Tällöin kuitenkin joudutaan tinkimään verkon suoritusky- vystä verkon siirtonopeuden jäädessä n. 100 Mb/s tasolle käyttäjää kohden. [8]
3 KENTÄNVOIMAKKUUSMITTAUKSET
Tässä luvussa käydään läpi tehdyt mittaukset, mittauksiin käytetty laitteisto ja ohjelmisto, esitetään mittaustulokset ja analysoidaan tuloksien merkitystä. Kentänvoimakkuusmit- tauksia suoritettiin niin ulko- kuin sisätiloissa. Ulkoilmassa mitattiin 700 MHz:n taajuutta ja sisätiloissa 3,5 GHz:n taajuutta. Mittaukset ovat osa Turun ammattikorkeakoulun ra- diolaboratorion 5G-Force projektia.
3.1 Nemo Handy
Mittaukset suoritettiin Keysightin Nemo Handy -ohjelmistolla ja mobiililaitteella. Osana tätä työtä käydään läpi, kuinka mittaukset suoritetaan kyseistä ohjelmaa käyttämällä.
Tätä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää radiolaboratoriossa käyttöohjeena.
Mittauksen suorittaminen Nemo Handy-mobiililaitteella
Nemo-mobiilipäätelaitteeseen asennetaan mitattavan verkon oma SIM-kortti. Laitetta käynnistäessä tulee tarkistaa, että laite nousee verkkoon. Kun laite on verkossa, käyn- nistetään seuraavaksi Nemo Handy-sovellus. Sovelluksessa on huomattava määrä eri- laisia mittausmahdollisuuksia, jotka eivät kaikki ole tässä työssä tarpeellisia eikä niitä siksi esitellä. Ennen mittauksia tulee tarkistaa sovelluksen asetuksista, että tallennettava tiedostomuoto on nmf (esimerkki.nmf). Mikäli halutaan lähettää mittaustulokset johonkin pilvipalveluun, voidaan jo tässä vaiheessa valita haluttu pilvipalvelu ja lisätä käyttäjätun- nukset kyseiseen palveluun laitteen asetuksissa. Laitteen ja sovelluksen asetukset ovat muuten valmiiksi siinä kunnossa, että mittaustyöt voidaan aloittaa. Mittaus aloitetaan pai- namalla tallenna-näppäintä, joka muuttuu mittauksen alkaessa stop-näppäimeksi. Tä- män jälkeen laite tallentaa dataa vastaanotetusta signaalista sekä sijaintitietoa näytteinä 50 ms:n välein. Sijaintitiedon saa näkymään suoraan mitatessakin kartalle, avaamalla Map-välilehden. Mittaus jatkuu aina siihen asti, kunnes käyttäjä lopettaa mittauksen pai- namalla stop-näppäintä. Jos laitteeseen on lisätty pilvipalvelutili (esim. Dropbox) johon tuloksia voi lähettää, ehdottaa ohjelmisto sitä automaattisesti jokaisen mittauksen pää- tyttyä. Tässä vaiheessa voidaan joko lähettää juuri mitattu tulos pilvipalveluun, tai jatkaa mittauksia. Kaikki tehdyt mittaukset tallentuvat laitteelle, ja on mahdollista lähettää valit- tuun pilvipalveluun myöhemminkin.
Tämä mittaus tallentaa sijaintitiedon lisäksi vastaanotetun signaalin laatua (RSRQ), ken- tänvoimakkuutta (RSRP, RSSI), sosiaalisiin medioihin lähetettyä dataa (Facebook, You- tube, WhatsApp jne.) ja monia muita. Tässä työssä keskitytään kuitenkin vain kentänvoi- makkuutta kuvaaviin parametreihin.
3.2 Mitattava verkko
Mitattava verkko on Turun AMK:n radiolaboratorion oma LTE-testiverkko (kuvat 1–3).
Signaalia lähetetään ulkoilmaan siinä missä mitä tahansa muuta julkisessa käytössä ole- vaa radio- tai dataverkkoa. Antenneilla lähetetään LTE-signaalia 5G-verkon lähetystaa- juuksilla. Taajuus on ulkoilmassa 700 MHz ja sisätiloissa 3,5 GHz.
Kuva 1. Kuvassa on esitetty mitattavan testiverkon rakenne [9].
Kuva 2. Joukahaisenkadun toimipisteen katolle asennettiin kolme kappaletta Kathreinin 80010715 -antenneja.
Kuva 3. Sisätilassa käytettiin 5G TNT-tarroilla varustettuja Nokian Flexi Zone Multiband Indoor Pico -antenneja.
3.3 Ulkomittaukset
Ulkomittaukset suoritettiin Turun AMK:n Joukahaisenkadun yksikön läheisyydessä. Jou- kahaisenkadun yksikön katolle asennettiin kolme antennia, joista signaalia lähetettiin kol- meen eri suuntaan. Yksi antenneista suunnattiin Itäharjulle, toinen Veritas-stadionille ja kolmas Kupittaankadun suunnalle. Kaikki antennit lähettivät LTE-signaalia 700 MHz:n taajuudella. Mittaukset suoritettiin niin, että aina yksi antenni lähetti kerrallaan ja kaksi muuta antennia suljettiin mittauksen ajaksi. Näin saatiin tarkempaa dataa jokaisen an- tennin kuuluvuusalueesta. Ensin mitattiin Itäharjulle suunnattu antenni, sitten Veritas- stadionille ja viimeisenä ulkomittauksena Kupittaankadulle suunnattu antenni. Mittaukset suoritettiin jalkautumalla maastoon, alueella kuljettava reitti oli suunniteltu ennakkoon ja jokaiselle mittaukselle laadittiin hypoteesi siitä, millainen kentänvoimakkuus voisi ennak- kotietojen perusteella olla. Reitillä tehtävä mittaus jaettiin osiin, jotta tulosten analysointi olisi selkeämpää.
Mittausten kuvaamiseen on käytetty GPS Visualizer-karttasovellusta [10] sekä Microsoft Excel-taulukointiohjelmaa. Kuvissa 4–9 on esitetty mitatut alueet sekä mittausreitit. Mi- tatulla reitillä reitin väri kuvastaa kentänvoimakkuutta (sininen = erinomainen, vihreä = hyvä, keltainen = kohtalainen, oranssi = heikko, punainen = erittäin heikko tai ei signaa- lia) tietyllä ajanhetkellä ja sijainnilla.
3.3.1 Itäharju
Ensimmäisenä mitattiin Itäharjulle suunnattua antennia. Antennin suunta oli 90°, 15+2°
kallistuksella. Kyseisellä alueella on niin omakotitaloasutusta kuin teollisuutta. Maasto on melko laakea, eikä alueella ole merkittävässä määrin esteitä signaalin kulkua ajatel- len. Tähän ennakkotietoon pohjautuen muodostettiin hypoteesi, jonka mukaan kentän- voimakkuus olisi hyvällä tai vähintään kohtalaisella tasolla koko mitattavalla alueella. Mi- tattu alue sekä kentänvoimakkuus esitetään kuvissa 4 ja 5 sekä kuviossa 1.
Kuva 4. Itäharjun kentänvoimakkuusmittaus RSRP-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuva 5. Itäharjun kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuvio 1. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan funktiona.
Kuviosta 1 näkyy selvästi kentänvoimakkuuden tasaisuus alueella. Käyrällä on havaitta- vissa kuitenkin muutama yksittäinen selkeämpi muutos. Näinä hetkinä mittalaitteen kanssa liikuttiin rakennuksien takana antennin suunnalta katsottuna, jolloin muodostui katve. Mittausreitti alkoi Joukahaisenkadulta antennin tuntumasta ja päättyi lähestyessä aloituspaikkaa. Vahvimmat kentänvoimakkuudet mitattiin juuri antennin läheisyydessä, mittauksen alussa ja lopussa. Kentänvoimakkuuden vaihtelu keskimäärin n. 20 dBm.
Oletus osui oikeaan, ja kentänvoimakkuus pysyi läpi mittauksen heikoimmillaankin koh- talaisella tasolla.
3.3.2 Veritas-stadion
Stadionille suunnattua antennia mitattiin järjestyksessä seuraavana. Alueella ei ole juu- rikaan esteitä signaalin kululle, maastoltaan alue on hyvin tasainen. Antennin suunta oli 200°, 15+2° kallistuksella. Hypoteesi on, että kyseisellä alueella voitaisiin päästä hei- koimmillaankin hyvään kentänvoimakkuuteen. Kuvissa 6 ja 7 esitetty mitattu alue, mit- tausreitti sekä mittaustulokset.
Kuva 6. Stadionin kentänvoimakkuusmittaus RSRP-arvolla mitattuna. Sininen linja ku- vaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuva 7. Stadionin kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuvio 2. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan funktiona.
Mittaustulos on kuviossa 2 hyvin samankaltainen kuin Itäharjulla tehdyssä mittauksessa.
Kentänvoimakkuus on koko alueella melko vahva, ja muutokset ovat pieniä ja tasaisia.
Kentänvoimakkuuden vaihtelu on koko mittauksen aikana n. 20 dBm:n sisällä. Kuviosta 2 näkyy selvästi mittauksen lopussa vahva piikki, jossa kentänvoimakkuus nousee erin- omaiselle tasolle. Kuvassa 7 tämä näkyy melko keskellä aluetta, reitin ollessa sininen.
Tässä kyseisessä sijainnissa ollaan antennin lähetyskeilaan nähden optimaalisessa koh- dassa eikä esteitä signaalin etenemiselle juuri ole. Hypoteesi osui melko hyvin oikeaan, pois lukien mittauksen lopulla näkyvä pudotus, jossa kentänvoimakkuus putosi hiljalleen n. -20 dBm. Tässä tilanteessa lähestyttiin antennia, ja jäätiin hieman rakennuksen kat- veeseen josta kentänvoimakkuuden heikkeneminen johtui. Tämän jälkeen kentänvoi- makkuus vahvistui reilusti, erinomaiselle tasolle liikuttaessa pois katvealueelta.
3.3.3 Kupittaa
Kupittaalle lähetetyn signaalin suunta oli 250°, 15+2° kallistuksella. Maastoltaan alue on osittain laakeaa mutta myös mäkistä. Alueella on myös tiheään rakennettuja kerrostaloja sekä muita isoja rakennuksia, jotka vaikeuttavat signaalin etenemistä aiheuttaen oletet- tavasti katvealueita ja heijastuksia. Täten hypoteesina odotettiin, että kentänvoimakkuu- den vaihtelu voi olla alueella suurtakin. Mitattu alue sekä mittaustulokset on esitetty ku- vissa 8 ja 9 sekä kuviossa 3.
Kuva 8. Kupittaankadun kentänvoimakkuusmittaus RSRP-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuva 9. Kupittaankadun kentänvoimakkuusmittaus RSSI-arvolla mitattuna. Sininen linja kuvaa antennin lähetyssuuntaa. N-arvo ja väri kuvaavat kentänvoimakkuutta (dBm).
Kuvio 3. Kentänvoimakkuutta kuvaavat RSRP (oranssi)- ja RSSI (sininen)-arvot ajan funktiona.
Kuten kuviosta 3 on havaittavissa, tässä mittauksessa havaittiin suurin kentänvoimak- kuuden vaihtelu, erinomaisesta kentänvoimakkuudesta olemattomaan kentänvoimak- kuuteen. Vahvin mittauksen aikana mitattu kentänvoimakkuus oli -53 dBm (RSRP) ja se saavutettiin ajanhetkellä 11:14 josta eteenpäin kentänvoimakkuus alkoi heikentyä. Hei- koimmillaan kentänvoimakkuus oli ajanhetkellä 11:16 (131 dBm RSRP), jolloin verkko katosi mittalaitteelta väliaikaisesti kokonaan. Suurin kentänvoimakkuuden vaihtelu mit- tauksen aikana siis peräti 78 dBm:n verran, lähes nelinkertainen verrattuna kahteen aiemmin mitattuun alueeseen.
Mittaus aloitettiin Kiinanmyllynkadulta pienen mäen pohjalta, jossa kentänvoimakkuus oli jo valmiiksi hieman heikko. Aloituspaikka näkyy kuvien 8 ja 9 ylälaidassa. Liikkeelle lähtiessä kuuluvuus heikkeni jo erittäin huonoksi, kunnes reitti kääntyi ja noustiin mäkeä ylös, jonka jälkeen kentänvoimakkuus parani välittömästi hyvälle tasolle. Ajanhetkestä 11:16:06 eteenpäin esiintyi melko rajustikin sahaavaa liikettä kentänvoimakkuudessa, joka selittyy etäisyydellä antenniin ja alueella sijaitsevilla korkeilla rakennuksilla jotka ai- heuttivat katvealueita.
Mittauksen lopulla kentänvoimakkuus heikkeni lähestyttäessä antennin sijaintia. Vaikka fyysisesti lähestyttiin antennia, jäätiin silti rakennuksen taakse katveeseen. Sijainti alkoi olla myös antennin lähetyskeilan rajalla, eli liian lähellä antennia jolloin ei enää oltu kan- taman sisällä. Tästä johtuen signaali saapuu heikkona ja mahdollisesti vasta heijastuk- sen kautta kyseiseen sijaintiin.
3.3.4 Päätelmät
Voidaan sanoa, että aiemmin esitetyt aluekohtaiset hypoteesit osuivat hyvin oikeaan ul- komittauksien saralla. Mittaustuloksista voidaan todeta, että 700 MHz:n taajuus takaa laajan peittoalueen ja kentänvoimakkuus on yleisesti ottaen hyvä.
Kyseinen taajuus on jo ollut julkisessa käytössä teleoperaattoreilla 4G-tekniikalla, ja sitä käytetään lähinnä harvemmin asutuilla alueilla, joissa yhdellä tukiasemalla pyritään kat- tamaan mahdollisimman laaja alue. Kyseisellä taajuudella myös fyysisten esteiden lä- päisykyky on hyvä. Kokonaisia kerrostaloja signaali ei kuitenkaan läpäise, vaan pikem- minkin signaali kiertää heijastuksina esteet joita ei pystytä läpäisemään. Signaali vaime- nee aina heijastuksen yhteydessä sen lisäksi, että signaali kulkee tällöin pidemmän mat- kan ja kentänvoimakkuus alkaa heikentyä. Tästä syystä isompien kaupunkien keskusta-
alueilla käytetään useimmin korkeampaa taajuutta tiheämmin rakennettujen tukiasemien kautta, jolloin peittoalue ei kokonaisuudessaan kärsi siitä, että antennien lähettämän sig- naalin kantama lyhenee.
3.4 Sisätilamittaukset
Sisätilamittaukset suoritettiin Lemminkäisenkadulla sijaitsevassa tehdasympäristössä.
Kyseiseen tilaan asennettiin kaksi sisäantennia, jotka molemmat lähettivät LTE-signaalia 3,5 GHz:n taajuudella. Tukiasemien sijainnit merkittiin rakennuksen pohjapiirustukseen (kuva 10) ja sen perusteella suunniteltiin kuljettavat reitit tehtaan sisällä. Sisätilamittauk- sissa ei pystytty hyödyntämään paikkatietoa, sillä GPS-signaali ei ole riittävän tarkka si- sätilassa. Tämän johdosta mittausreitit sekä antennien sijainnit piirrettiin tilan pohjaku- vaan manuaalisesti havainnollistamaan mittausten kulkua. Ennen mittausten aloittamista jokaiselle mittaukselle muodostettiin hypoteesit, jotka esitetään mittauskohtaisesti kuta- kin mittausta käsiteltäessä. Hypoteesit muodostettiin ainoastaan pohjakuvan perus- teella, eli rakennusta ei nähty etukäteen eikä täten pystytty ottamaan huomioon kaikkia mahdollisia kentänvoimakkuuteen vaikuttavia tekijöitä.
Mittaukset suoritettiin samalla tavalla kuin ulkomittauksetkin, eli yksi antenni lähetti ker- rallaan toisen antennin ollessa suljettuna. Jokainen mittaus suoritettiin kolmesti samalla mittausreitillä samaa antennia mitaten, jotta mitattu data olisi mahdollisimman tarkkaa.
Poikkeuksena ulkomittauksiin verrattuna yksi mittaus tehtiin molempien antennien lähet- täessä signaalia, tämä mittaus suoritettiin kahdesti.
Sisätilamittauksissa mitattiin myös, kantaako 3,5 GHz:n taajuus tehtaan seinien läpi ulos.
Jos kantaa, kuinka kauas ja kuinka vahvalla kentänvoimakkuudella sekä mikä vaikutus on sillä, onko ovi auki vai kiinni. Tähän käytetiin pohjakuvaan merkittyä nosto-ovea mit- tausreitin 1 lopussa.
Kuva 10. Sisätilamittausten tilan pohjakuva. Kuvaan merkitty mittausreitit sekä antennien sijainnit.
3.4.1 Mittausreitti 1
Antenni 1
Ensimmäisessä mittauksessa mitattiin antennia 1 mittausreitillä 1 (kuva 10). Antenni oli lähempänä reitin alussa kuin reitin lopussa, joten odotettavissa oli, että kentänvoimak- kuus on vahvimmillaan mittauksen alussa alkaen sitten heikentyä loppua kohden. Tulok- set mittauksista esitetään kuvioissa 4 ja 5.
Kuvio 4. RSSI-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 1 ajan funktiona.
Kuvio 5. RSRP-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 1 ajan funktiona.
Kaikki kolme mittauskertaa näkyvät kuvioissa 4 ja 5 eri värein ilmaistuna. Hypoteesi sig- naalin voimakkuuden käytöksestä ei käynyt toteen vaan tulos on päinvastainen. Kuvi- ossa 4 nähdään pientä hajontaa, mutta sama kaava toistuu joka mittauskerralla hieman eri ajan hetkellä. Tämä selittyy sillä, että sama fyysinen sijainti tismalleen samalla ajan hetkellä mittauksen aloittamiseen nähden ei toteutunut, vaikka mittaukset toteutettiin sa- malla tavalla jokaisella kolmella mittauskerralla. Tämä näkyy myös siinä, että käyrät
päättyvät eri kohdin kuviota. Pienet erot mittaajan liikkeen nopeudessa siis aiheuttavat hajonnan.
Kuviossa 5 ei ole havaittavissa vastaavaa hajontaa, vaan käyrät ovat hyvin tasaiset toi- siinsa nähden. Tästä on havaittavissa kahden eri kentänvoimakkuuden mittarin (RSSI ja RSRP) ero. RSSI (Received Signal Strength Indication) kuvaa vastaanotettavan signaa- lin tehoa suhteessa koko signaalin kaistanleveyden tehoon, kun taas RSRP (Reference Signal Received Power) kuvaa vastaanotettavan signaalin tehotasoa kanavakohtaisesti [11]. Kaikkiaan kentänvoimakkuus oli kohtalaisella tasolla, pois lukien mittauksien alku jossa kentänvoimakkuus on melko heikko (n. -105 dBm RSRP).
Antenni 2
Seuraavaksi mitattiin antennia 2. samalla mittausreitillä 1. Pohjakuvaa (kuva 10) tarkas- tellen hypoteesi oli, että kentänvoimakkuus olisi mittauksen alussa heikompi kuin lo- pussa, lähtöpaikan ollessa antennista katsoen nurkan takana. Vahvin kentänvoimakkuus olisi oletettavasti n. mittauksen puolessa välissä, jolloin signaalin suoralle vastaanotolle ei ollut mitään fyysistä estettä. Mittaustulokset on esitetty kuvioissa 6 ja 7.
Kuvio 6. RSSI-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 2 ajan funktiona.
Kuvio 7. RSRP-arvot (dBm) mittausreitillä 1 mitattaessa antennia 2 ajan funktiona.
Kuvioista 6 ja 7 nähdään, että mittaustulos oli osittain sekä hypoteesin mukainen, että sen vastainen riippuen tarkasteltavasta ajan hetkestä. Oletus osui oikeaan siinä, että vahvimmat kentänvoimakkuudet saatiin mitattua n. mittauksen puolessa välissä. Siinä hypoteesi meni vikaan, että kentänvoimakkuus vahvistuisi mittauksen lopulla verrattuna mittauksen alkuun, eli tulos oli näinä ajan hetkinä oletettuun verrattuna päinvastainen.
Mittauksen alussa kentänvoimakkuus oli kutakuinkin odotetun mukaisella tasolla, eli yl- lättävää oli lähinnä mittauksen loppuvaihe, jossa kentänvoimakkuus oli odotettua hei- kompi.
Kentänvoimakkuuden heikkouden mittauksen lopulla selittää antennin ja mittausreitin välillä olleet teollisuushyllyt, täynnä erilaista metalliainesta sekä hitsauspisteet, jotka es- tivät signaalin kulkua suoraan mittalaitteelle. Huomioitavaa mittaustuloksissa on se, että heikoimmillaankin kentänvoimakkuus oli kuitenkin vielä melko hyvällä tasolla (heikoin mitattu näyte -97 dBm RSRP).
Antennit 1 ja 2
Mittausreittiä 1 (kuva 10) mitattiin myös molempien antennien 1 ja 2 lähettäessä signaa- lia. Lähtöpisteessä antenni 1 oli selkeästi lähempänä, joten hypoteesi oli, että mittalaite vastaanottaa signaalin kyseiseltä antennilta mittauksen alussa. Kysymys kuului kuiten- kin, että vaihtaako mittalaite mitattavaa antennia mittauksen myöhäisemmässä vai- heessa lähestyttäessä antennia 2, kun vastaavasti antenni 1 alkaa jäädä kauemmas mi- tattavasta sijainnista. Mittaustulokset esitetään kuviossa 8.
Kuvio 8. RSSI (sininen)- ja RSRP (oranssi)-arvot (dBm) mittausreitillä 1 ajan funktiona molempien antennien lähettäessä signaalia.
Kuviosta 8 nähdään, että mittaustulos on kaikkiaan hyvin tasainen. Mittausreitin lähtö- pisteessä antenni 1 on selkeästi lähempänä, joten mittalaite vastaanottaa signaalin siitä kuten oletettiin. Mitatusta datasta nähdään, että vastaanotettu signaali tuli koko mittauk- sen ajan samasta solusta, eli signaalinvoimakkuus antennilta 1 on riittävän vahva koko mittauksen ajan, eikä mittalaite täten siirtynyt vastaanottamaan signaalia antennilta 2.
Näin voidaan olettaa, että mittaustuloksen tulisi olla vastaava kuin ensimmäinen mittaus, mitattaessa antennia 1 mittausreitillä 1. Mittaustuloksia verrattaessa (kuviot 4 ja 8) tämä oletus voidaan todeta todeksi.
3.4.2 Mittausreitti 2
Antenni 1
Seuraavaksi siirryttiin mittaamaan mittausreitille 2 (kuva 10), yhden antennin lähettäessä kerrallaan. Ensin mitattiin antennia 1. Hypoteesi oli, että kentänvoimakkuuden pitäisi olla vahvempi mittauksen alussa ja heikentyä loppua kohden antennin jäädessä nurkan taakse. Mittaustulokset esitetään kuvioissa 9 ja 10.
Kuvio 9. RSSI-arvot (dBm) mitatessa antennia 1 mittausreitillä 2 ajan funktiona.
Kuvio 10. RSRP-arvot (dBm) mitatessa antennia 1 mittausreitillä 2 ajan funktiona.
Kuvioista 9 ja 10 voidaan nähdä, kuinka mittauksessa toistui sama ilmiö kuin aiemmin mitattaessa antennia 1 mittausreitillä 1 (kuviot 4 ja 5), eli mittaajan liikkeen nopeudesta aiheutuva hajonta käyrille. Kentänvoimakkuudet olivat kuitenkin toistettavissa samoissa fyysisissä sijainneissa. Hypoteesista poiketen kentänvoimakkuus oli vahvimmillaan mit- tauksen lopussa. Tämä selittyy signaalin heijastuksilla hallin rakenteissa, luoden vah- vemman kentänvoimakkuuden alueelle, johon signaali ei pääse kulkemaan suoraan läh- töpisteestään. Hallissa olevat työkoneet sekä antennin sijainti palkin takana estivät sig- naalin kulkemisen suoraan mittausreitin alkupisteeseen. Kentänvoimakkuus oli kautta mittauksen hyvällä tasolla.
Antenni 2
Seuraavaksi mitattiin antennia 2 mittausreitillä 2 (kuva 10). Tässä mittauksessa hypo- teesina oli, että kentänvoimakkuus olisi tasaisen vahva läpi mittauksen, sillä pohjakuvan (kuva 10) perusteella mitään esteitä signaalin kulkemiselle ei pitäisi olla. Mittaustulokset esitetään kuvioissa 11 ja 12.
Kuvio 11. RSSI-arvot (dBm) mitattaessa antennia 2 mittausreitillä 2 ajan funktiona.
Kuvio 12. RSRP-arvot (dBm) mitattaessa antennia 2 mittausreitillä 2 ajan funktiona.
Kuten kuvioista 11 ja 12 on havaittavissa, kentänvoimakkuus painui mittauksen lopulla kaikista tähänastisista sisätilamittauksista heikoimmaksi. Heikkeneminen tapahtuu tasai- sesti, mutta silti kentänvoimakkuusarvo putoaa suhteellisen paljon verrattuna mittauksen alkupisteeseen (n. -30 dBm RSRP). Ilmiölle ei varsinaisesti löytynyt syytä, mutta kysei- nen antenni tippui verkosta pian mittausten jälkeen, joten antennilla 2 oli jokin tekninen häiriö, joka on voinut vaikuttaa sen lähettämään signaaliin jo tämän mittauksen aikana.
Antenni 1 toimi ongelmahetkellä normaalisti, joten laajemmasta testiverkon ongelmasta ei voinut olla kyse. Laitteet käynnistettiin uudelleen ja ongelma poistui, tarkempaa ana- lyysiä ongelmalle ei suoritettu. Tästä mittauksesta ei kuitenkaan kannata tehdä edellä mainitusta seikasta johtuen laajempia johtopäätöksiä kentänvoimakkuuden kannalta.
3.4.3 Uloskäyntimittaus
Viimeisenä sisätilamittauksena suoritettiin mittaus, jossa siirrytään sisätiloista ulos, mi- taten kuinka paljon ovi ja seinät vaimentavat 3,5 GHz:n taajuista signaalia. Antenni 2 olisi ollut lähempänä aluetta jossa mittaus tehtiin, mutta antennilla havaituista ongelmista joh- tuen mittauksessa käytettiin antennia 1. Mittaus aloitettiin kuvassa 10 näkyvän mittaus- reitin 1 lopusta, ja siitä siirryttiin kohti kuvan ylälaidassa näkyvää nosto-ovea ja lopulta kyseisestä ovesta ulos.
Hypoteesi tälle mittaukselle oli, että signaali katoaa kokonaan rakennuksesta poistutta- essa oven sulkeutuessa, tai viimeistään otettaessa lisää etäisyyttä rakennukseen. Mit- taustulokset esitetään kuviossa 13.
Kuvio 13. RSSI- (sininen) ja RSRP- (oranssi) arvot (dBm) ajan funktiona.
Kuviosta 13 näkee selvästi, kuinka kentänvoimakkuus oli hyvällä tasolla mittauksen alussa. Kentänvoimakkuus kuitenkin heikkeni rajusti ovesta ulos astuttaessa ja oven sul- keutuessa. Hypoteesi osui siis melko hyvin oikeaan. Ajan hetkellä 10:54:05 testattiin, kuinka oven sulkeutuminen vaikuttaa kentänvoimakkuuteen. Ovi sekä muut rakenteet vaimentavat signaalia n. -10 dBm. Tässä vaiheessa signaali kuitenkin vielä löytyi, mutta kentänvoimakkuus oli erittäin heikko. Signaali heikkeni kuljettaessa kauemmas raken- nuksesta. Signaali katosi kokonaan ajan hetkellä 10:57:23 n. 30 m:n päässä rakennuk- sesta, kentänvoimakkuuden ollessa n. -130 dBm (RSRP). Jos ajatellaan, että signaalia olisi käytetty puhelimella nettiselailuun, olisi kentänvoimakkuuden heikkous tehnyt käy- töstä mahdotonta käytännössä jo oven sulkeutuessa, vaikka heikko signaali vielä löytyi- kin.
3.4.4 Päätelmät
Edellä mainitut hypoteesit eivät aina osuneet kohdalleen, johtuen niiden perustumisesta vain pohjakuvaan näkemättä tilaa. Tästä syystä kaikkia vaikuttavia tekijöitä ei voitu ottaa huomioon.
Avoimessa tilassa suhteellisen pienillä etäisyyksillä korkea 3,5 GHz:n taajuus oli kentän- voimakkuudeltaan yleisesti ottaen melko hyvä, vähintään kohtalainen. Rakenteiden ja muiden fyysisten esteiden läpäisy oli kuitenkin heikkoa, kentänvoimakkuus heikkeni sel- västi jo esimerkiksi metalliainesta sisältävästä teollisuushyllystä, jonka hyllytasojen ja ta- varoiden välillä on ilmaa ja hyllyn läpi voi nähdä. Kentänvoimakkuutta ja sen kantavuutta voisi verrata nykyään lähes joka kodista löytyvään langattomaan WLAN-verkkoon. Esi- merkiksi, kun suljet oven poistuessasi kotoa, niin puhelimesi ei kovin kauaa pysy yhdis- tyneenä kotiverkkoosi.
Se, kuinka hyvin tämä taajuus olisi toiminut ulkoilmassa jää toistaiseksi olettamusten ja arvailujen varaan, sillä meillä ei ollut viestintäviraston lupaa käyttää 3,5 GHz:n taajuutta ulkoilmassa. Oletettavasti tätä voidaan hyödyntää tiheään asutuilla, lähinnä isompien kaupunkien keskusta-alueilla mutta siihen vaaditaan todella tiheä tukiasemaverkosto, jotta kattava kokonaispeittoalue voidaan muodostaa. Toinen ongelma tulee varmasti ole- maan rakenteiden läpäisemiskyky, varsinkin nykypäivänä rakennettavien paksuseinäis- ten rakennusten osalta. Oman ongelmansa luo myös paksut, lämpöä eristävät selektiivi- ikkunat, jotka eristävät tehokkaasti myös mobiiliverkon signaaleja jo nykyisillä matalam- milla taajuuksilla luoden kiinteistöjen sisälle kuuluvuusongelmia [8].
4 LOPUKSI
Työssä tutustuttiin mobiiliverkon taajuuksien kentänvoimakkuuteen, kentänvoimakkuu- den mittaamiseen ja mobiiliverkkoihin yleensä sekä moniin verkko- ja mittalaitteisiin ja niiden toimintaan. Työssä mitattiin 5G-verkossa käytettävien taajuuksien kentänvoimak- kuutta, jotka olivat 700 MHz ulkoilmassa sekä 3,5 GHz sisätiloissa. Mittaukset suoritettiin Turun AMK:n Radiolaboratorion toimeksiannosta osana 5G-Force projektia.
Työssä saavutettiin asetetut tavoitteet ja onnistuttiin kasvattamaan osaamista mobiiliver- koista, kentänvoimakkuudesta ja siihen vaikuttavista tekijöistä sekä sen mittaamisesta.
Ennen opinnäytetyön suorittamista tietämys mobiiliverkoista oli kohtuullisella tasolla, mutta työn yhteydessä onnistuttiin syventämään osaamista mobiiliverkoista ja langatto- masta tietoliikenteestä.
Yhteenvetona tehtyjen mittauksien perusteella voidaan todeta, että isompien kaupunkien keskusta-alueilla ei matalasta taajuudesta ole juuri hyötyä, sillä se ei pääse etenemään kovin pitkälle osumatta rakennuksiin. Signaali heijastuu kyllä esteistä ja jatkaa etenemis- tään, mutta matalan taajuuden potentiaalia eli vahvaa kantamaa ei päästä todella hyö- dyntämään. Tästä syystä myös 700 MHz:n taajuudella olisi tarve useammille, tiheämmin rakennetuille tukiasemille, jolloin voidaan yleisesti ajatella 3,5 GHz:n taajuuden kanta- man riittävän ja saadaan verkolle parempi suorituskyky. Toisaalta taas harvemmin asu- tuilla alueilla, joissa etäisyydet ovat suuret, on 3,5 GHz:n taajuus melko turha merkittä- västi lyhyemmän kantaman vuoksi, kun taas 700 MHz:n taajuudella voidaan jo yhdellä tukiasemalla luoda merkittävän kokoinen peittoalue. Jos katsotaan verkko-operaattorei- den kuuluvuuskarttoja sekä käytettyjä taajuuksia, voidaan huomata verkkojen perustu- van näiden periaatteiden pohjalle.
LÄHTEET
[1] Digita, Telia Finland Oyj, Heikkilä, T. 2020. Mobiiliverkkojen tilannekatsaus.
9.7.2020. https://www.digita.fi/wp-content/uploads/2020/02/Mobiiliverkot_Digi- taPRO_13022020_Tomi-Heikkila_Telia.pdf.
[2] Määttänen, T. 2015. Mobiiliverkon tukiaseman rakentaminen. Metropolia Ammattikorkea- koulu.
[3] STUK. 2019. Matkapuhelinverkon toiminta ja tukiasemat - STUK.
1.6.2020. https://www.stuk.fi/aiheet/matkapuhelimet-ja-tukiasemat/matkapuhelin- verkko/matkapuhelinverkon-toiminta-ja-tukiasemat.
[4] Jeppesen R. 2020. Näin 5G-verkko muuttaa elämääsi. 23.8.2020. https://tieku.fi/teknolo- gia/verkko-seuraa-pian-kaikkialle.
[5] ITU-R. 2016. Calculation of free-space attenuation. International Telecommunication Union.
[6] Kamunen, J. 2019. 5G-tukiaseman siirtoyhteyden asettamat vaatimukset tietoverkolle.
Savonia Ammattikorkeakoulu.
[7] Suomen Standardisoimisliitto SFS Ry. 2001. SI-opas. 5. painos. Suomen Standardisoi- misliitto Ry.
[8] Niemelä J, Asp A, Sydorov Y. 2012. Radiosignaalin vaimennusmittauksia nykyaikaisissa asuintaloissa. 20.8.2020. https://tutcris.tut.fi/portal/en/publications/radiosignaalin-vaimen- nusmittauksia-nykyaikaisissa-asuintaloissa-loppuraportti(b59f1b44-2857-438c-ac18-
5c391a25bd36).html.
[9] Turun ammattikorkeakoulu. 2019. Testiverkon rakenne. Turun ammattikorkeakoulun ra- diolaboratorio.
[10] GPS Visualizer. 30.5.2020. https://www.gpsvisualizer.com/.
[11] Meerto, I. 2015. 4G-antennien testaus ja vertailu. Turun ammattikorkeakoulu.
[12] 3GPP. About 3GPP. 23.8.2020. https://www.3gpp.org/about-3gpp/about-3gpp.
[13] Cisco. 2008 RF Power Values. 24.8.2020 https://www.cisco.com/c/en/us/sup- port/docs/wireless-mobility/wireless-lan-wlan/23231-powervalues-23231.html.
[14] Oulun ammattikorkeakoulu. 2011. Perusteoriaa signaaleista. 15.6.2020. http://www.tek- niikka.oamk.fi/tl-lab/tietoliikennejarjestelmat/tiedonsiirron_perusteet/Perusteoriaa_signaa- leista.pdf.
[15] Oulun ammattikorkeakoulu. 2013. Tietoliikenne ja verkot 1–2.
24.8.2020. http://www.oamk.fi/~janneku/T080104/SAU14SNS/tieli/1-2.pdf.
