Field trials and test methods in vertical driven 5G and beyond mobile network research
Heikkilä, Marjo (2024-01-05)
© University of Oulu, 2024. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. © Oulun yliopisto, 2024. Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202312053503
Kuvaus
Tiivistelmä
New end user types, new use cases and dynamic technologies of the Fifth Generation (5G) and beyond 5G mobile networks change network testing. Experimental trialling and field testing are essential because the performance of these complex networks cannot be ensured reliably by modelling only. The 5G technology brings new challenges to testing due to complexity but also due to the requirement of Over The Air (OTA) testing and dynamicity. When the number of non-public networks and small cells is increasing, the need for network testing is also growing. Guaranteed Quality of Service (QoS) is crucial for mobile networks as these networks have become critical infrastructures in digitalized societies and industries.
When novel mobile technologies are researched and developed, the target is to aim for solutions to meet the service level of end user. This must be ensured by verifying the performance and functionality of novel solutions in close to real-life circumstances, environment and scenario in experimental studies such as in field trials. Trialling includes field environment development, the implementation of novel technology to field environment, and verification by different testing methods. Testing under field trials enables the evaluation of novel communications technologies from the end users’ point of view and practical evaluation of QoS during research.
The present study aims to understand the communication scenarios, use cases, needs and requirements of different end user groups. The study will produce a practical understanding about drive testing and trials in industrial use cases. The novelty of the study compared with State-of-Art is the extension of current knowledge by performing field trials of multiband, multi-application, and multivendor setups with the Third Generation (3G), the Fourth Generation (4G) and 5G technologies for various use cases and by doing a broad analysis based on an Unmanned Aircraft System (UAS). In the first phase of the research, the broad active antenna experimental studies were performed to evaluate antenna performances with different technologies and environments. These active antenna studies revealed a need for the measurement methods for dynamic network elements. In the second phase of the study, UAS-based measurement methods were developed for dynamic Three-Dimensional (3D) antenna measurements and site evaluation and for monitoring the spectrum usage and finding the interference location. In the third phase, UAS-based measurement methods were used for broad network analysis in the critical communications use case.
Viidennen sukupolven (5G) ja sen jälkeen tulevien matkapuhelinverkkojen uudet loppukäyttäjätyypit, uudet käyttötapaukset ja dynaamiset tekniikat muuttavat verkkotestausta. Kokeellinen kenttätestaus on välttämätöntä, koska näiden monimutkaisten verkkojen suorituskykyä ei voida varmistaa luotettavasti vain mallintamalla. 5G-tekniikka tuo testaukseen uusia haasteita monimutkaisuuden vuoksi, mutta myös ilmarajapinnan (OTA) mittausten ja dynaamisuuden vaatimuksen vuoksi. Kun yksityisten verkkojen ja piensolujen määrä kasvaa, verkkotestauksen tarve kasvaa myös. Taattu palvelun laatu (QoS) on ratkaisevan tärkeä matkaviestinverkoissa, koska näistä verkoista on tullut kriittisiä infrastruktuureja digitalisoiduissa yhteiskunnissa ja teollisuudessa.
Kun uusia mobiilitekniikoita tutkitaan ja kehitetään, tavoitteena on saada ratkaisuja loppukäyttäjän palvelutason täyttämiseksi. Tämä on varmistettava tarkistamalla uusien ratkaisujen suorituskyky ja toimivuus lähellä tosielämän olosuhteita, ympäristöä ja skenaariota kokeellisissa tutkimuksissa, kuten kenttäkokeissa. Kokeelliseen tutkimukseen sisältyy kenttäympäristön kehittäminen, uuden tekniikan toteuttaminen kenttäympäristöön ja todentaminen eri testausmenetelmillä. Kenttäkokeet mahdollistavat uusien viestintätekniikoiden arvioinnin loppukäyttäjien näkökulmasta ja QoS:n käytännön arvioinnin tutkimuksen aikana.
Tämän tutkimuksen tavoitteena on ymmärtää eri loppukäyttäjille kohdennettuja viestinnän skenaarioita, käyttötapauksia, tarpeita ja vaatimuksia ja määrittää, miten kokeilla uutta tekniikkaa valituissa skenaarioissa. Tutkimuksen uutuusarvo on nykyisen tiedon laajentaminen kenttäkokeista, jotka on tehty monitoimijaympäristössä eri tietoliikenneteknologioita (3G, 4G ja 5G) hyödyntäen erilaisiin käyttötapauksiin ja sovelluskohteisiin. Tutkimuksissa on tehty laajoja analyysejä hyödyntäen droneteknologiaa (UAS). Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa suoritettiin aktiiviantennien kokeellisia tutkimuksia antennien suorituskyvyn arvioimiseksi. Aktiiviantennitutkimuksien aikana havaittiin tarve uusille tutkimusmenetelmille dynaamisten verkkojen toiminnan analysoimiseksi. Tutkimuksen toisessa vaiheessa kehitettiin UAS-pohjaisia mittausmenetelmiä dynaamisiin kolmiulotteisiin antennien mittauksiin ja spektrin käytön seurantaan sekä häiriölähteiden paikantamiseen. Kolmannessa vaiheessa hyödynnettiin kahdessa aikaisemmassa vaiheessa kehitettyjä menetelmiä turvallisuusviranomaisten kriittisen viestintäverkon analysoimiseen.
Original papers
-
Heikkilä, M., Kippola, T., Jämsä, J., Nykänen, A., Matinmikko, M., & Keskimaula, J. (2014). Active antenna system for cognitive network enhancement. 2014 5th IEEE Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom), 19–24. https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2014.7020452 https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2014.7020452
-
Heikkilä, M., Kippola, T., Kärsämä, P., Nykänen, A., Tuuttila, P., & Matinmikko, M. (2014). Active antenna system (AAS) capabilities for 5G systems: A field study of performance. Proceedings of the 1st International Conference on 5G for Ubiquitous Connectivity, 181–186. https://doi.org/10.4108/icst.5gu.2014.258113 https://doi.org/10.4108/icst.5gu.2014.258113
-
Heikkilä, M., Erkkilä, J., Tervonen, J. K., Koskela, M., Heikkilä, J., Kupiainen, T., Kippola, T., Nykänen, A., Saukkonen, R., & Migliore, M. D. (2018). Field measurement for antenna configuration comparison in challenging NLOS locations. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 67(10), 2476–2486. https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2857900 https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2857900
-
Heikkilä, M., Koskela, M., Kippola, T., Kocak, M., Erkkilä, J., & Tervonen, J. (2018). Using unmanned aircraft systems for mobile network verifications. 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 805–811. https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580883 https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580883
-
Heikkilä, M., Seppänen, A., Koskela, M., Pihonen, J., Engelberg, J., & Pouttu, A. (2019). The use of unmanned aircraft system for the radio frequency interference measurements. 2019 IEEE International Symposium on Measurements & Networking (M&N), 1–6. https://doi.org/10.1109/IWMN.2019.8805039 https://doi.org/10.1109/IWMN.2019.8805039
-
Heikkilä, M., Koskela, P., Suomalainen, J., Lähetkangas, K., Kippola, T., Eteläaho, P., Erkkilä, J., & Pouttu, A. (2022). Field trial with tactical bubbles for mission critical communications. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 33(1), e4385. https://doi.org/10.1002/ett.4385 https://doi.org/10.1002/ett.4385
Osajulkaisut
-
Heikkilä, M., Kippola, T., Jämsä, J., Nykänen, A., Matinmikko, M., & Keskimaula, J. (2014). Active antenna system for cognitive network enhancement. 2014 5th IEEE Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom), 19–24. https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2014.7020452 https://doi.org/10.1109/CogInfoCom.2014.7020452
-
Heikkilä, M., Kippola, T., Kärsämä, P., Nykänen, A., Tuuttila, P., & Matinmikko, M. (2014). Active antenna system (AAS) capabilities for 5G systems: A field study of performance. Proceedings of the 1st International Conference on 5G for Ubiquitous Connectivity, 181–186. https://doi.org/10.4108/icst.5gu.2014.258113 https://doi.org/10.4108/icst.5gu.2014.258113
-
Heikkilä, M., Erkkilä, J., Tervonen, J. K., Koskela, M., Heikkilä, J., Kupiainen, T., Kippola, T., Nykänen, A., Saukkonen, R., & Migliore, M. D. (2018). Field measurement for antenna configuration comparison in challenging NLOS locations. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 67(10), 2476–2486. https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2857900 https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2857900
-
Heikkilä, M., Koskela, M., Kippola, T., Kocak, M., Erkkilä, J., & Tervonen, J. (2018). Using unmanned aircraft systems for mobile network verifications. 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 805–811. https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580883 https://doi.org/10.1109/PIMRC.2018.8580883
-
Heikkilä, M., Seppänen, A., Koskela, M., Pihonen, J., Engelberg, J., & Pouttu, A. (2019). The use of unmanned aircraft system for the radio frequency interference measurements. 2019 IEEE International Symposium on Measurements & Networking (M&N), 1–6. https://doi.org/10.1109/IWMN.2019.8805039 https://doi.org/10.1109/IWMN.2019.8805039
-
Heikkilä, M., Koskela, P., Suomalainen, J., Lähetkangas, K., Kippola, T., Eteläaho, P., Erkkilä, J., & Pouttu, A. (2022). Field trial with tactical bubbles for mission critical communications. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 33(1), e4385. https://doi.org/10.1002/ett.4385 https://doi.org/10.1002/ett.4385
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [32049]