Small Cell創新應用與服務專題 實驗單元： LTE-Small Cell 的實驗 －量測iperf 國立中山大學 資訊工程系 授課教師：李宗南教授 教材編撰:莊享翰 林泰和

Outline Small Cell實驗架構 (iperf)與設備 系統安裝與設定 測試方法與步驟 量測效能

實驗架構 (iperf) 3 3

實驗設備 (1/2) 硬體 Small Cell：工研院開發的Small Cell EPC：工研院開發的EPC SIM Card：特製的實驗用LTE SIM Card LTE Dongle：Bandrich BandLuxe Dongle UE：HTC Desire 820實驗手機與一般筆記型電腦

實驗設備 (2/2) 軟體 Ubuntu Linux 作業系統 Wireshark封包擷取軟體 gcc編譯器 iperf(iperf手機與PC軟體)

eNB開機流程 執行一台eNB開機流程: PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP MME ~/agent/s.sh MME ~/mmed RRM (w/ X2AP, S1AP, IP forwarding) ~/enbd RRC ~/ltel23

Start eNB系統(1) 在指令列輸入ssh root@10.101.131.6連線到eNB系統中，工研院eNB預設無密碼所以直接連入 可以看到指令列顯示文字變化 wbcp@wbcp-BM6AE-BM1AE-BP1AE:~$ root@k2hk-evm:~# 表示已連線到eNB系統中

Start eNB系統(2) 可以看到在裡面已經有一些寫好的shellscript，切換到agent目錄下輸入此指令啟動相關功能 （PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP） root@k2hk-evm:~/agent目錄下輸入 ./s.sh

Start eNB系統(3) 載入module可看到程式會不斷執行(PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP)的程序。

Start eNB系統(4) 接著要執行MME程式建議請獨立另外開啟一個terminal window 切換到20150814更新版程式目錄下，預設是mmed子目錄內，有許多的參數，選擇 mmed執行檔 輸入 ./mmed 直接執行

Start eNB系統(5) 可看到mmed已經執行並且提示你它進入Interactive mode互動模式，Commands下有參數指令可以下達。 在工研院提供的EPCsimulator軟體中只有這mmed程式需要執行，搭配有mmed_config參數檔案，在執行mmed時會被讀取。

Start eNB系統(6) 因為EPC中只有一個MME程式須執行，所以請回到eNB的 terminal 一樣ssh連線到eNB，這次切換到20150814更新版程式目錄下 。

Start eNB系統(7) eNB介面下尋找enbd執行檔，可看到enbd_0814新版程式，並且去執行

Start eNB系統(8) 這時會看到S1AP的Receive訊息 (S1AP為eNB與MME之間的溝通訊息)。 此程式一樣會常駐執行。

Start eNB系統(9) 接著請再開一個terminal tab 一樣切換到20150814新版本程式目錄下。 輸入 ./ltel23 執行(RRC)

Start eNB系統(10) 此時ltel23視窗會看到RRC test start訊息。 可看到RRC test init RRM socket已建立。

Start eNB系統(11) 請再回到enbd執行視窗 它提示你有這些CLI指令可以下，請輸入a（add）按enter。

Start eNB系統(12) 接著會看到大量RRC訊息，包含cell0 setup OK。 表示eNB與EPC成功建立連線

Start eNB系統(13) 再回到執行 ./ltel23 的畫面會看到STAT_OK表示eNB基地台系統已就緒。 以上已完成第一台eNB開機流程，若需開啟第二台eNB依序以上步驟: Start eNB系統(1~13)，mme只需執行一次。 接著就可以用手機或LTE dongle進行連線。

手機APP 在手機上安裝app，來測量網路效能與串流播放等工具。 PingTools:網路測試工具，發送ICMP封包到指定的IP Address，估算封包遺失率（Packet Loss Ratio）和封包往返時間（RTT，Round-Trip Time）。 Iperf:是一個產生Constant Bit Rate Traffic，透過TCP/IP或UDP/IP網路測量工具。 VLC:提供影音串流以及伺服器功能的Open Source軟體，在串流方面也可以使用RTP、HTTP、UDP等等Protocol來進行串流。 20 20

G-NetTrack Lite 另外在手機安裝G-NetTrack Lite可以觀看手機的RSSI、SNR的訊號品質情況與UL/DL傳輸速率。 21 21

Attach & Detach 當UE開機或是關閉飛航模式時，UE會透過 Attach程序向行動電信網路註冊，以便於使用電信網路服務。反之，當UE關機或開啟飛航模式時，則是透過 Detach程序通知電信網路不再使用電信服務。完整的 Attach與 Detach程序請參考 3GPP TS 23.401[1]。 首先在eNB系統與EPC建立連線後，手機就可以連上4G網路，若手機無反應可以重開機或開啟飛航模式開關，讓手機重新偵測訊號，連線狀態並可看到已自動連上4G。 22 22

Transmission Mode 23 23

Modulation對照表 LTE UE 會依照 CQI (Channel Quality Indicator) 來動態調整合適的MCS ，以降低傳輸錯誤率。 如右表Modulation對照表得到 最大MCS: MCS 9 : (QPSK) MCS 16 : (16QAM) MCS 28 : (64QAM) 24

測試方法(iperf) 使用Iperf 不同的Modulation，可以提供不同的Data Rate，我們使用Iperf測量不同的Modulation下的Bandwidth Capacity。 分別測試在TM3的模式下QPSK、16QAM與64QAM三種 Modulation的Bandwidth Capacity。 (ITRI設備在TM3模式得到最大的傳輸速率(Mbps)) MCS Index：DL MCS 9(QPSK): 20M MCS Index：DL MCS 16(16QAM): 40M MCS Index：DL MCS 28(64QAM): 100M 25

MCS設定(1) ITRI的testmcs(options): 輸入以下指令執行testmcs會提示此系統預設MCS參數 在eNB系統家目錄的agent目錄下有一些ITRI寫好的shellscript，檔案路徑在 ~/agent 有個testmcs執行檔用來設定MCS 輸入以下指令執行testmcs會提示此系統預設MCS參數 ./testmcs 可看到預設mode為tm2 downlink mcs 9 uplink mcs 9(QPSK) 為了得到較高的data rate本實驗範例將tm設成3 26 26

MCS設定(2) ITRI的testmcs(options): 有關testmcs有些參數可以下，如果不知道的話可使用-h(help)看一下 它會提示關於testmcs有哪些usage的options，在ITRI研發的軟體中 tm mode支援2與3 dl mcs 9是QPSK，28是64QAM ul mcs 9是QPSK，20是16QAM (備註：ITRI研發軟體在ul mcs實際上可以到20也就是16QAM，在help提示中看到ul mcs只到15是ITRI程式碼尚未更新) 27 27

效能量測 在LTE-Small Cell測試場域利用Iperf來測量兩台eNB的效能(Throughput、Packet Loss Ratio、Jitter)，Downlink path是在eNB上利用Iperf傳送Traffic給手機來測量eNB Downlink的效能，而Uplink path則是在手機上使用Iperf傳送Traffic給eNB來測量eNB Uplink的效能。 Ue eNB 28 28

Downlink(MCS:9) ITRI的testmcs(options): 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity做iperf實驗 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -c 10.101.131.104 -i 1 -t 60 -b 20M -p 5003 在手機輸入：iperf -u-s -i 1 -p 5003 在tm=3 dl mcs=9(QPSK)傳輸模式下觀察UE實際收到Throughput約19Mbps/sec 、Jitter約1.516 ms、Packet Loss Ratio約4.6%。 29 29

Downlink(MCS:16) ITRI的testmcs(options): 本實驗測試系統的最大Bandwidth Capacity做iperf實驗 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 16 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -c 10.101.131.104 -i 1 -t 60 -b 40M -p 5003 在手機輸入：iperf -u-s -i 1 -p 5003 在tm=3 dl mcs=16(16QAM)傳輸模式下觀察UE實際收到 Throughput約37.2Mbps/sec 、Jitter約0.431 ms、Packet Loss Ratio約6.9%。 30 30

Downlink(MCS:28) ITRI的testmcs(options): 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity做iperf實驗 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 28 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -c 10.101.131.104 -i 1 -t 60 -b 100M -p 5003 在手機輸入：iperf -u-s -i 1 -p 5003 在tm=3 dl mcs=28(64QAM)傳輸模式下觀察UE實際收到Throughput約90Mbps/sec 、Jitter約0.35 ms、Packet Loss Ratio約10% 。 31 31

Uplink(MCS:9) ITRI的testmcs(options): 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity做iperf測試 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 9 在EPC輸入：iperf -u -s -i 1 -p 5003 在手機輸入：iperf -u -c 10.101.131.1 -i 1 -t 60 -b 6M -p 5003 在tm=3 up mcs= 9 (QPSK)傳輸模式下觀察EPC實際收到Throughput約2.03Mbps/sec 、Jitter約23.409 ms、Packet Loss Ratio約0.17%。 32 32

Uplink(MCS:16) ITRI的testmcs(options): 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity做iperf測試 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 16 在EPC輸入：iperf -u -s -i 1 -p 5003 在手機輸入：iperf -u -c 10.101.131.1 -i 1 -t 60 -b 6M -p 5003 在tm=3 up mcs=16(16QAM)傳輸模式下觀察EPC實際收到Throughput約3.91Mbps/sec 、Jitter約10.056ms、Packet Loss Ratio約0% 33 33

Uplink(MCS:20) ITRI的testmcs(options): 本實驗使用系統的最大Bandwidth Capacity做iperf測試 在指令列輸入 ./testmcs -m 3 -d 9 -u 20 在EPC輸入：iperf -u -s -i 1 -p 5003 在手機輸入：iperf -u -c 10.101.131.1 -i 1 -t 60 -b 6M -p 5003 在tm=3 up mcs=20(16QAM)傳輸模式下觀察EPC實際收到Throughput約5.38Mbps/sec 、Jitter約3.919 ms、Packet Loss Ratio約0.18% 34 34

參考資料 ITRI Small Cell 平台說明文件 LTE Small Cells測試報告書 https://www.ietf.org/rfc/rfc3550.txt 35 35