教育部補助「行動寬頻尖端技術跨校教學聯盟計畫-行動寬頻網路與應用-小細胞基站聯盟中心計畫」 Small Cell創新應用與服務專題 實驗單元： LTE-Small Cell 的實驗 －量測iperf 計畫主持人：許蒼嶺 授課教師：李宗南、簡銘伸、李名峰 教材編撰：林泰和、莊享翰 國立中山大學 資訊工程系

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 ※本教材製作以參考工研院所提供之教材另行編撰。

實驗架構 (iperf) ※自行繪製 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 Lubuntu 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 ※請參閱LTE-Small Cell 的實驗設定與執行環境投影片 (工研院提供)

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。 7 ※自行繪製 7

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。 ※自行繪製 8 8

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。 ※自行繪製 9 9

Transmission Mode ※參考資料5. 10 10

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) ※參考資料6. 11

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 12

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 ※自行繪製 13 13

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) ※自行繪製 14 14

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。 ※自行拍攝 UE eNB 15 15

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%。 ※自行繪製 16 16

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%。 ※自行繪製 17 17

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% 。 ※自行繪製 18 18

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%。 ※自行繪製 19 19

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% ※自行繪製 20 20

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% ※自行繪製 21 21

參考資料 1. ITRI Small Cell 平台說明文件(工研院提供) 2. LTE Small Cell測試報告書 4. https://www.ietf.org/rfc/rfc3550.txt 5. http://www.rohde-schwarz.cz/file_17063/1ma186 6. http://4g-lte-world.blogspot.tw/2012/12/transport-block- size-code-rate-protocol.html 22 22