Search

The mobile data consumption is increasing exponentially, creating demand for more capacity from the network. Cell densification with small cells, also known as Heterogeneous networks, is seen as a solution for the capacity problem. On the downside, this creates a problem for providing a cost-effective backhaul connection to these small cells. The Self-optimizing Wireless Mesh Network (SWMN) backhaul has been proposed as a backhaul solution for small cells. In SWMN, the nodes form a partial mesh topology, where routing and data transmission is based on pre-computed prioritized set of routes and link-schedules. Hence, an entity that handles topology management functionalities is required, which enables automatic network configuration, network monitoring, optimization and management. The main aim of this thesis is to verify the topology management functionalities. The work involved development of a simulator for creating test topology scenarios. Additionally, the task involved verifying the feasibility of functionalities in the proof-of-concept system.

Mobiiliverkkojen dataliikenne kasvaa jatkuvasti. Tulevaisuuden mobiiliverkot kohtaavat uusia haasteita täyttääkseen jatkuvan kasvun asettamat vaatimukset. Yksi mahdollinen tapa parantaa mobiiliverkkojen suorituskykyä on piensoluverkkojen hyödyntäminen, joissa tukiasemat sijaitsevat lähellä toisiaan. Piensoluverkkojen tukiasemat asennetaan epätavallisiin sijainteihin kuten katuvaloihin ja rakennusten seiniin. Piensoluverkkojen tukiasemien epätyypilliset sijainnit asettavat uusia haasteita verkon runkokytkennän toteuttamiselle. Potentiaalinen ratkaisu piensoluverkkojen runkokytkennän toteuttamiseksi on millimetrialueen taajuuksien hyödyntäminen. Millimetrialueen taajuuksilla tarkoitetaan tässä yhteydessä 60 ja 70/80 GHz taajuuksia jotka tarjoavat usean gigahertsin lisensoimatonta ja kevyesti lisensoitua taajuuskaistaa. Millimetrialueen taajuuksilla on korkeat signaalivaimennukset. Teknologiat näillä taajuuksilla tarvitsevat korkean antennivahvistuksen vaimennusten kompensoimiseen. Tämä tarkoittaa sitä että antennin keilanleveys on erittäin kapea. Kapeat antennikeilat tarvitsevat antennikeilan ohjausmenetelmiä muun muassa tuulesta aiheutuvan vibraation kompensoimiseen ja yhteyden muodostamiseen automaattisesti toisen kapeakeilaisen laitteen kanssa, jotta radiolinkkiä ei tarvitse kohdistaa manuaalisesti. Tämän opinnäytetyön päätavoite on kehittää antennikeilan ohjausmenetelmiä Nokia Solutions and Networksin kehittämään millimetrialueen taajuuksilla toimivalle piensoluverkon runkokytkentälaitteelle. Työn tulokset vahvistivat konseptin toimivuuden ja antoivat lupaavia tuloksia antennikeilan ohjausmenetelmien jatkokehitykselle., The mobile data volumes are constantly increasing setting new challenges for the networks to keep up with the demand. One source of improved network performance comes with the extreme cell densification also known as small cells. The small cell deployment creates new challenges for the backhaul. As the small cells are located in city areas of high demand in unconventional installation sites such as lamp posts and building walls; the provisioning of the conventional wired backhaul might be unreasonable. Potential solutions for the small cell backhaul are technologies utilizing millimeter-wave frequencies on 60, 70/80 GHz providing several gigahertz of low cost spectrum. The millimeter-wave frequencies need narrow antenna beams, less than a few degrees, to compensate the high signal attenuations on these frequencies. The narrow beam radio links need vibration compensation mechanisms to compensate the sways and twist of the installation structure caused by wind. Additionally, the narrow beam radio links should automatically establish the connection to avoid time consuming and expensive manual link alignment. Therefore, beam steering is needed denoting that the device can switch the direction of the antenna beam. The main scope of this master’s thesis is to identify the possibilities, challenges and limitations of the potential beam steering methods. The practical part of this thesis included implementation of the beam steering functionalities to a proof-of-concept millimeter-wave small cell backhaul system developed by Nokia Solutions and Networks. The author’s conducted tests confirmed the functionality of the methods and provided suggestions for the future development of the system.

Mobiilidatan määrä on muutaman viime vuoden aikana kasvanut voimakkaasti ja nykyiset ennustukset arvioivat eksponentiaalista kasvukäyrää tulevien vuosien aikana. Matkapuhelinjärjestelmät ovat kehittyneet nopeasti tämän trendin ohjaamana. Neljännen sukupolven matkapuhelinverkkostandardien myötä, uudet innovaatiot kuten heterogeeniset verkkoratkaisut tarjoavat ratkaisun nykyisiin skaalautuvuus- ja kapasiteettiongelmiin. Joitain ilmeisiä ongelmakohtiakin kuitenkin esiintyy kuten heterogeenisten verkkojen runkokytkennän toteuttaminen. Yksi lupaavimmista tavoista toteuttaa heterogeenisten verkkojen runkokytkentä on langaton ja itseorganisoituva mesh-verkko. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on varmistaa ja testata Nokia Siemens Networksin kehittämän mesh-runkokytkentäverkkokonseptin toteutettavuutta ja toiminnallisuutta soveltuvan validointijärjestelmän avulla. Kaiken kaikkiaan validointijärjestelmä ja sen päälle toteutettu mesh-protokolla toimivat moitteettomasti koko kehitys- ja testausprosessin ajan. Konseptin eri ominaisuudet ja mekanismit todistettiin täysin toteutettaviksi ja toimiviksi. Muutamalla lisäominaisuudella ja konseptiparannuksella mesh-konsepti tarjoaa houkuttelevan ja innovatiivisen ratkaisun heterogeenisten verkkojen runkokytkentään tulevaisuudessa., Mobile traffic demands and volumes are increasing and will dramatically keep increasing in the future. Along with this, mobile networks have evolved to better match this growth. Fourth generation cellular network standard introduced a set of new innovations for mobile communications, including support for heterogeneous network deployments. Heterogeneous networking is the likely answer for future mobile data capacity shortage but also poses some challenges, the most evident being how to implement the backhauling. One of the most promising heterogeneous network backhaul solutions is a meshed radio system with self-organizing features. The main scope of this master's thesis is the verification of functionality and feasibility of a wireless mesh backhaul concept developed by Nokia Siemens Networks through a proof-of-concept system. All in all, the wireless mesh proof-of-concept system performed strongly throughout the development and testing process. The different functionalities were proven to work successfully together. With further development and enhancement, the system concept displays extreme potential for a state-of-the-art heterogeneous network backhaul technology.