Interoperability and Quality Assurance for Multi-Vendor LTE Network

The deployment of the LTE is picking up pace in many countries and these networks are deployed alongside the existing 2G/3G services. LTE/LTE-A networks offer higher data rates and reduced delay to the subscribers. Today's mobile networks consist of equipment from multiple vendors and they are called multiple vendor networks. Interoperability testing is important at initial network launch and during network expansion. This paper discusses a typical problem related to interoperability testing along with the test results and the issues faced during the testing. The test results discussed in the paper are obtained from three scenarios - before testing, during testing and after testing. The test results are used to study the impact on network performance. Apart from the interoperability testing, an outline of testing that focus on general network stability, the interworking capability of LTE with other technologies such as 2G and 3G and taxonomy for the generation of key performance indicators (KPIs) are also discussed

3GPP LTE Release 9 and 10 requirement analysis to physical layer UE testing

The purpose of this thesis was to analyze the testing requirements to physical layer features which are used in LTE Release 9 and 10 timeframe. The aim of the analysis was to define test case requirements for new features from the physical layer point of view. This analysis can then be utilized to implement and design test cases using commercial eNB simulators. The analysis was carried out by studying the 3GPP specifications and by investigating the integration and system level testing requirements. Different feature specific parameters were evaluated and different testing aspects were studied in order to verify the functionalities and performance of the UE. Also, different conformance test case scenarios and field testing aspects were investigated in order to improve the test case planning in the integration and system testing phase. The analysis showed that in Rel-9 there are two main features which have a great impact on the Rel-9 physical layer testing. These two features are the dual-layer beamforming and UE positioning which is done with OTDOA and E-CID methods. It was analyzed that the requirements for the downlink dual-layer beamforming focus on TDD side and the test plan must contain especially throughput performance testing in integration and system phase testing. OTDOA and E-CID methods, on the other hand, need test plans which are concentrating on the positioning accuracy. In Rel-10, the analysis showed that there are plenty of new features on physical layer to ensure the transition from LTE to LTE-Advanced. The main requirements were assigned for the CA feature which has testing activities especially on the UE feedback operations. Also, different kinds of CA deployment scenarios were analyzed to evaluate more closely the initial CA testing scenarios in integration and system testing. Analysis continued with downlink multi-layer beamforming where the requirements were seen to concentrate on new CSI-RS aspects and to throughput performance testing. Uplink MIMO aspects were analyzed at the end and the studies showed that this feature may have a minor role in Rel-10 timeframe and therefore it does not have any important testing requirements which should be taken into account in test plans

Massive Machine-Type Communication (mMTC) Access with Integrated Authentication

We present a connection establishment protocol with integrated authentication, suited for Massive Machine-Type Communications (mMTC). The protocol is contention-based and its main feature is that a device contends with a unique signature that also enables the authentication of the device towards the network. The signatures are inspired by Bloom filters and are created based on the output of the MILENAGE authentication and encryption algorithm set, which is used in the authentication and security procedures in the LTE protocol family. We show that our method utilizes the system resources more efficiently, achieves lower latency of connection establishment for Poisson arrivals and allows a $87\%$ signalling overhead reduction. An important conclusion is that the mMTC traffic benefits profoundly from integration of security features into the connection establishment/access protocols, instead of addressing them post-hoc, which has been a common practice.Comment: Accepted for presentation at ICC 201

A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario

Priority Communications for Critical Situations on Mobile Networks

[ES] En la actualidad, las redes públicas de comunicación están ampliamente desplegadas en todo el territorio. Como las redes públicas no contemplan un uso priorizado de los recurso, los cuerpos de seguridad tienden a utilizar redes privadas de uso específico. Estas redes privadas satisfacen los requisitos marcados pero, a cambio, los costes de despliegue y mantenimiento son muy elevados, lo cual limita su despliegue y disponibilidad. Además, la interconexión entre distintas redes privadas no siempre es posible, lo que supone un gran problema cuando la emergencia se produce en zonas fronterizas. Estos grandes inconvenientes justifican un estudio minucioso sobre nuevos mecanismos de priorización en la gestión de recursos radio que permitan hacer uso de las redes públicas por parte de los cuerpos de seguridad y emergencias. Para ello se ha analizado el marco tecnológico actual, se ha contactado con distintos cuerpos de seguridad para averiguar los requisitos de comunicación actuales y los deseables. Caracterizado el sistema, se han definido distintos escenarios realistas utilizados en simulación masivas para finalmente demostrar cómo una red pública es capaz de cursar todo el tráfico que actualmente cursa una red privada en una situación de emergencia.[EN] Technical evaluation for enhancement and priorization of calls during a emergency situation over 2G and 3G networksDíaz Sendra, S. (2012). Priority Communications for Critical Situations on Mobile Networks. http://hdl.handle.net/10251/27446.Archivo delegad

Auto configuration dans LTE : procédés de mesure de l’occupation du canal radio pour une utilisation optimisée du spectre

Projecte final de carrera realitzat en col.laboració amb el centre INP Grenoble - ENSIMAG. École Nationale Supérieure d’Informatique et de Mathématiques Appliquées de Grenoble i Alcatel-Lucent Bell LabsLong Term Evolution (LTE) est la quatrième génération de technologies radio qui est conçue afin de fournir des débits de données élevés aux mobiles, offrir une faible latence et permettre une flexibilité accrue dans l'attribution du spectre de fréquence. Les techniques de réutilisation du spectre permettent ainsi de faire face à la demande croissante en bande passante des utilisateurs. Nous nous concentrons sur le cas où toutes les cellules partagent la même bande de fréquence (frequency reuse-1). Ces cellules ainsi déployées peuvent générer des niveaux d’interférence intra-canal importants, ce qui affecte considérablement les performances du réseau. Le but de ce stage est de développer des méthodes de sensing du spectre permettant de caractériser les cellules qui partagent les mêmes ressources radio. En utilisant des informations telles que nombre de cellules en compétition notamment, les mécanismes d’allocation des ressources radio peuvent être optimisés, améliorent ainsi la performance du réseau. Les méthodes ainsi étudiées exploitent les propriétés d’orthogonalité des canaux de contrôle tels que signaux de synchronisation diffusés par chaque station de base. Une première étape du stage a ainsi consisté à mettre en place des méthodes de synchronisation fiables en ‘frequency reuse-1’ et d’en étudier les performances. Au cours de la deuxième partie du stage, une méthode d’identification du nombre de cellules en compétition sur un même canal est proposée. Cette méthode repose sur l’utilisation des canaux de synchronisation. Le stage a lieu sur le site de Villarceaux d’ Alcatel-Lucent Bell Labs et s’est intégré aux projets de recherche sur l'auto-configuration des cellules dans un réseau LTE. Ce rapport présente les travaux réalisés pendant le stage. Celui-ci s’est concentré sur la procédure réalisée par les mobiles afin de se synchroniser au réseau. Dans cette optique,nous avons proposé une méthode pour trouver le nombre des cellules en compétition, afin de caractériser l'occupation du spectre

Study, Measurements and Characterisation of a 5G system using a Mobile Network Operator Testbed

The goals for 5G are aggressive. It promises to deliver enhanced end-user experience by offering new applications and services through gigabit speeds, and significantly improved performance and reliability. The enhanced mobile broadband (eMBB) 5G use case, for instance, targets peak data rates as high as 20 Gbps in the downlink (DL) and 10 Gbps in the uplink (UL). While there are different ways to improve data rates, spectrum is at the core of enabling higher mobile broadband data rates. 5G New Radio (NR) specifies new frequency bands below 6 GHz and also extends into mmWave frequencies where more contiguous bandwidth is available for sending lots of data. However, at mmWave frequencies, signals are more susceptible to impairments. Hence, extra consideration is needed to determine test approaches that provide the precision required to accurately evaluate 5G components and devices. Therefore, the aim of the thesis is to provide a deep dive into 5G technology, explore its testing and validation, and thereafter present the OTE (Hellenic Telecommunications Organisation) 5G testbed, including measurement results obtained and its characterisation based on key performance indicators (KPIs)