LoRaWAN-verkon tukiasema-antennien laadunvarmistus mittaustiedon avulla
Hörkkö, Tuomo (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061142820
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061142820
Tiivistelmä
LoRaWAN-verkko toimii pienellä lähetysteholla, joka tuo haasteita verkon antennien laadunvalvontaan. Tämän työn tavoite oli kehittää järjestelmä, jolla pyritään valvomaan LoRaWAN-verkon antennien laatua olemassa olevan mittausjärjestelmän avulla.
Työssä tutkittiin eri etenemismalleja, jotka soveltuvat LoRaWAN:lle. Etenemismalleista Okumura-Hata -malli haja-astusalueiden korjauskertoimella antaa parhaimman ennusteen, tyypillisesti jopa alle 3 dB:n tarkkuudella. Eniten virheen suuruuteen vaikuttivat mahdolliset mittalaiteviat ja tukiasema-antennin efektiivinen korkeus, joka saattaa poiketa suurestikin antennin korkeuteen maanpinnasta. Mittauksia on oltava riittävästi ja niille on laskettava keskiarvoa, jotta mallin ennustetta voidaan hyödyntää. Maaston muotojen profiilia ei otettu huomioon mutta myös sen vaikutusta tutkittiin lyhyillä mittausetäisyyksillä. Maaston profiililla todettiin olevan vaikutusta, jos mittauksia tarkastellaan yksittäin pienemmällä alueella.
Analysoimalla 8 eri tukiaseman mittaustietoja kehitettiin matemaattinen malli, joka perustuu Okumura-Hata -etenemismalliin. Mallin avulla rakennettiin valmis sovellus, jolla antennien laatua voidaan jatkuvasti valvoa ja vialliset antennit on helpompi löytää. LoRaWAN-network utilizes small TX-power. Small TX-power makes it difficult to monitor LoRaWAN-gateway antennas quality. Goal of this thesis was to create an application to monitor antenna quality based on data coming from existing measurement system.
In this thesis different propagation models were studied that would suit for LoRaWAN. Okumura-Hata propagation model with sub-urban correction factor gave the best prediction, typically smaller than 3 dB error. Error was mostly coming from faulty measurement devices or effective base station antenna heights that may vary a lot from heights from the ground. To utilize model there must be several measurement points to be averaged. Terrain profile was not considered in modelling, but it was studied with short distances. It was found that terrain profile has significant effect on results when observing measurements locally.
By analyzing 8 different gateways measurement data, mathematical model was implemented based on Okumura-Hata -model. Based on that model application was done to monitor gateway antennas continuously and faulty antennas can be found more easily.
Työssä tutkittiin eri etenemismalleja, jotka soveltuvat LoRaWAN:lle. Etenemismalleista Okumura-Hata -malli haja-astusalueiden korjauskertoimella antaa parhaimman ennusteen, tyypillisesti jopa alle 3 dB:n tarkkuudella. Eniten virheen suuruuteen vaikuttivat mahdolliset mittalaiteviat ja tukiasema-antennin efektiivinen korkeus, joka saattaa poiketa suurestikin antennin korkeuteen maanpinnasta. Mittauksia on oltava riittävästi ja niille on laskettava keskiarvoa, jotta mallin ennustetta voidaan hyödyntää. Maaston muotojen profiilia ei otettu huomioon mutta myös sen vaikutusta tutkittiin lyhyillä mittausetäisyyksillä. Maaston profiililla todettiin olevan vaikutusta, jos mittauksia tarkastellaan yksittäin pienemmällä alueella.
Analysoimalla 8 eri tukiaseman mittaustietoja kehitettiin matemaattinen malli, joka perustuu Okumura-Hata -etenemismalliin. Mallin avulla rakennettiin valmis sovellus, jolla antennien laatua voidaan jatkuvasti valvoa ja vialliset antennit on helpompi löytää.
In this thesis different propagation models were studied that would suit for LoRaWAN. Okumura-Hata propagation model with sub-urban correction factor gave the best prediction, typically smaller than 3 dB error. Error was mostly coming from faulty measurement devices or effective base station antenna heights that may vary a lot from heights from the ground. To utilize model there must be several measurement points to be averaged. Terrain profile was not considered in modelling, but it was studied with short distances. It was found that terrain profile has significant effect on results when observing measurements locally.
By analyzing 8 different gateways measurement data, mathematical model was implemented based on Okumura-Hata -model. Based on that model application was done to monitor gateway antennas continuously and faulty antennas can be found more easily.