LTE ¡Radio ¡Analy.cs ¡Made ¡Easy ¡ and ¡Accessible ¡ Swarun ¡Kumar ¡ Ezzeldin ¡Hamed, ¡Dina ¡Katabi ¡and ¡Li ¡Erran ¡Li ¡ ¡
LTE ¡– ¡A ¡Big ¡Part ¡of ¡Our ¡Lives ¡ LTE ¡is ¡Opaque ¡to ¡us ¡
Why ¡does ¡my ¡signal ¡drop ¡to ¡3G? ¡ ¡ ¡ • Is ¡the ¡tower ¡over-‑subscribed? ¡ ¡ • Poor ¡coverage? ¡
And ¡If ¡I ¡Ask ¡My ¡Provider… ¡ AT&T ¡ Verizon ¡
Even ¡Providers ¡struggle ¡to ¡keep ¡pace! ¡ ¡ LTE ¡geOng ¡complex ¡– ¡macro, ¡micro, ¡femto ¡cells ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ è ¡Complex ¡Interference ¡PaRerns, ¡esp. ¡Indoors ¡ ¡ ¡
LTE ¡Opaque ¡to ¡Regulators ¡too… ¡ “Give ¡us ¡more ¡licensed ¡spectrum!” ¡ ¡ “Cellular ¡networks ¡will ¡collapse ¡if ¡you ¡don’t!” ¡ “Is ¡this ¡true?” ¡ “Are ¡they ¡using ¡what ¡they ¡have ¡efficiently?” ¡ ¡
Need ¡more ¡open ¡access ¡to ¡LTE ¡
LTEye ¡ • Open ¡plaXorm ¡to ¡monitor ¡LTE ¡ ¡ ¡ • Gathers ¡per-‑user ¡analy.cs ¡and ¡analyzes ¡ performance ¡over ¡.me ¡and ¡space ¡ ¡ • Does ¡not ¡need ¡provider ¡support ¡
LTEye’s ¡Architecture ¡ LTEye ¡ LTEye ¡ Logger ¡ Sniffer ¡ Database ¡ Data ¡ Analyzer ¡ Per-‑User ¡AnalyGcs ¡
LTEye’s ¡Architecture ¡ LTEye ¡ LTEye ¡ Logger ¡ Sniffer ¡ Database ¡ Data ¡ Analyzer ¡ LTEye’s ¡per-‑user ¡analyGcs ¡preserve ¡user ¡privacy ¡ • Does ¡not ¡access ¡data ¡sent/received ¡by ¡users ¡ Per-‑User ¡AnalyGcs ¡ • Anonymized ¡PHY-‑layer ¡User ¡IDs ¡
Overview ¡of ¡LTEye ¡ User ¡ID ¡ Qlty ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ Link ¡Quality ¡(bits/RE) ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡
Overview ¡of ¡LTEye ¡ User ¡ID ¡ Qlty ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ Link ¡Quality ¡(bits/RE) ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡
Overview ¡of ¡LTEye ¡ User ¡ID ¡ Qlty ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ Temporal ¡Analy.cs ¡ 2 ¡ 5 ¡ 1 ¡ 6 ¡ 0 ¡ 9:00 ¡AM ¡ 11:00 ¡AM ¡ 1:00 ¡PM ¡ 3:00 ¡PM ¡ 5:00 ¡PM ¡ 7 ¡ 8 ¡ Link ¡Quality ¡(bits/RE) ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡
Overview ¡of ¡LTEye ¡ User ¡ID ¡ Qlty ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ Where ¡are ¡these ¡users ¡in ¡the ¡office? ¡ ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ Link ¡Quality ¡(bits/RE) ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡
Overview ¡of ¡LTEye ¡ Spa.al ¡Analy.cs ¡ User ¡ID ¡ Qlty ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ Link ¡Quality ¡(bits/RE) ¡ 2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡
LTEye’s ¡Per-‑User ¡Analy.cs ¡ ¡ 2 ¡ • Temporal ¡Analy.cs ¡ 1 ¡ 0 ¡ 9:00 ¡AM ¡ 1:00 ¡PM ¡ 5:00 ¡PM ¡ • Spa.al ¡Analy.cs ¡
LTEye’s ¡Per-‑User ¡Analy.cs ¡ ¡ 2 ¡ • Temporal ¡AnalyGcs ¡ 1 ¡ 0 ¡ 9:00 ¡AM ¡ 1:00 ¡PM ¡ 5:00 ¡PM ¡ • Spa.al ¡Analy.cs ¡
Temporal ¡Analy.cs ¡ • For ¡each ¡user ¡in ¡our ¡cell ¡monitor: ¡ ¡ à Throughput ¡ à Link ¡Quality ¡ à Loss ¡Rate ¡ ¡ • Use ¡LTEye ¡sniffers! ¡
Where ¡can ¡sniffers ¡find ¡these ¡analy.cs? ¡ • Without ¡provider ¡support? ¡ • Without ¡expensive ¡hardware? ¡
Today’s ¡LTE ¡Networks ¡ Cell ¡
Today’s ¡LTE ¡Networks ¡ A ¡lot ¡more ¡complex! ¡ Cell ¡
Today’s ¡LTE ¡Networks ¡ A ¡lot ¡more ¡complex! ¡ Cell ¡ Pico ¡ Micro ¡ Macro ¡ • Heterogeneous ¡cells ¡
Today’s ¡LTE ¡Networks ¡ A ¡lot ¡more ¡complex! ¡ 735-‑745 ¡MHz ¡ Cell ¡ Pico ¡ Micro ¡ Macro ¡ • Heterogeneous ¡cells ¡ 705-‑715 ¡MHz ¡ • All ¡share ¡same ¡spectrum ¡
Where ¡can ¡we ¡find ¡temporal ¡analy.cs? ¡ Data ¡Packets ¡
Where ¡can ¡we ¡find ¡temporal ¡analy.cs? ¡ Data ¡Packets ¡ Downlink ¡Control ¡Packets ¡ Highly ¡ ¡ Centralized ¡ • Who ¡transmits ¡@ ¡what ¡.me, ¡freq? ¡ • Every ¡PHY ¡parameter ¡under ¡the ¡sun! ¡
Where ¡can ¡we ¡find ¡temporal ¡analy.cs? ¡ Data ¡Packets ¡ Downlink ¡Control ¡Packets ¡ Highly ¡ ¡ Centralized ¡ • Packet ¡Size ¡ à ¡Throughput ¡ • Modula.on ¡ à ¡Link ¡Quality ¡ ¡ ¡ • ACKs/Retransmits ¡ à ¡Loss ¡Rate ¡ No ¡provider ¡support ¡
Two ¡Important ¡Benefits ¡ • Uplink ¡/ ¡Downlink ¡ 20-‑60 ¡W ¡ < ¡250 ¡mW ¡ Cheap ¡hardware ¡can ¡listen ¡to ¡nearby ¡towers ¡ LTEye ¡can ¡get ¡analyGcs ¡on ¡phones ¡it ¡can’t ¡even ¡hear ¡ ¡
Two ¡Important ¡Benefits ¡ • Uplink ¡/ ¡Downlink ¡ 20-‑60 ¡W ¡ < ¡250 ¡mW ¡ • PHY ¡Layer ¡User ¡ID ¡ User ¡IDs ¡change ¡over ¡Gme; ¡Must ¡ensure ¡consistency ¡ ¡ à ¡Details ¡in ¡our ¡paper ¡ à
LTEye ¡Database ¡ • Packet ¡Size ¡ • Modula.on ¡ • Loss ¡Rate ¡ • Uplink ¡/ ¡Downlink ¡ LTEye ¡ Database ¡ • PHY ¡User ¡ID ¡ Data ¡ Analyzer ¡
LTEye ¡Temporal ¡Analy.cs ¡
LTEye ¡Temporal ¡Analy.cs ¡ ü ¡Is ¡LTE ¡Spectrum ¡used ¡Efficiently? ¡ ¡
Network ¡U.liza.on ¡ • LTE ¡uses ¡equal ¡bands ¡for ¡uplink ¡and ¡downlink ¡ ¡ Verizon ¡ AT&T ¡
Network ¡U.liza.on ¡ • LTE ¡uses ¡equal ¡bands ¡for ¡uplink ¡and ¡downlink ¡ ¡ Verizon ¡ AT&T ¡
Network ¡U.liza.on ¡ • LTE ¡uses ¡equal ¡bands ¡for ¡uplink ¡and ¡downlink ¡ ¡ Verizon ¡ AT&T ¡
Network ¡U.liza.on ¡ • LTE ¡uses ¡equal ¡bands ¡for ¡uplink ¡and ¡downlink ¡ ¡ < ¡5 ¡% ¡ Nearly ¡2 ¡x ¡resources ¡for ¡high-‑demand ¡downlink ¡ Verizon ¡ AT&T ¡ using ¡vacant ¡uplink ¡spectrum! ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
LTEye ¡Temporal ¡Analy.cs ¡ ü ¡ ¡Is ¡LTE ¡Spectrum ¡used ¡Efficiently? ¡ ¡ ü ¡ ¡Why ¡is ¡LTE ¡poor ¡in ¡some ¡spots ¡ ¡ ¡ ¡ ¡of ¡my ¡building? ¡ ¡
5 ¡Bar ¡Paradox ¡ Verizon ¡LTE ¡
5 ¡Bar ¡Paradox ¡ • Placed ¡LTEye ¡sniffers ¡at ¡these ¡loca.ons… ¡
5 ¡Bar ¡Paradox ¡ • Placed ¡LTEye ¡sniffers ¡at ¡these ¡loca.ons… ¡ ~ ¡30 ¡dB ¡ Inter-‑Cell ¡Interference ¡ 5 ¡different ¡towers ¡interfered! ¡
5 ¡Bar ¡Paradox ¡ • Placed ¡LTEye ¡sniffers ¡at ¡these ¡loca.ons… ¡ ~ ¡30 ¡dB ¡ Inter-‑Cell ¡Interference ¡ • Complex ¡Deployments ¡ à à ¡Complex ¡Interference ¡ 5 ¡different ¡towers ¡interfered! ¡ • Providers ¡cannot ¡drive ¡test ¡indoors! ¡ LTEye ¡can ¡help ¡providers ¡learn ¡indoor ¡performance ¡
LTE ¡Insights ¡ ü ¡Is ¡LTE ¡Spectrum ¡used ¡Efficiently? ¡ ¡ ü ¡Why ¡is ¡LTE ¡poor ¡in ¡some ¡spots ¡ ¡ ¡ ¡ ¡of ¡my ¡building? ¡ ü ¡ Is ¡LTE ¡network ¡configured ¡efficiently? ¡
Excessive ¡Control ¡Overhead ¡ Data ¡ ¡Packets ¡ Control ¡Packets ¡ Flexible ¡Size ¡ } Control ¡ ¡ Data ¡ ¡ Channel ¡ Channel ¡ Time ¡
Excessive ¡Control ¡Overhead ¡ Data ¡ ¡Packets ¡ Control ¡Packets ¡ Low ¡Demand ¡ } Control ¡ ¡ Data ¡ ¡ Channel ¡ Channel ¡ Time ¡
Excessive ¡Control ¡Overhead ¡ Data ¡ ¡Packets ¡ Control ¡Packets ¡ High ¡Demand ¡ } Control ¡ ¡ Data ¡ ¡ Channel ¡ Channel ¡ Time ¡
This ¡is ¡not ¡always ¡followed… ¡ • Verizon ¡sta.ons ¡always ¡use ¡maximum ¡size ¡ total ¡spectrum ¡(%) ¡ Max ¡Allowed ¡ Percentage ¡of ¡ ¡
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