PC-basierter Protokolltester für UMTS LTE

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1 -basierter Protokolltester für UMTS LTE Die Entwicklungen für den neuen Mobilfunkstandard UMTS Long Term Evolution (LTE) laufen auf Hochtouren. Rohde&Schwarz unterstützt die Industrie bei dieser besonderen Herausforderung mit hochwertigen Testgeräten. Das neue Produkt, der, ist eine leistungsfähige Protokolltestumgebung zum Anfertigen von LTE-Signalisierungsszenarien. Die Entwicklung von LTE ist in vollem Gang Der neue 3GPP-Mobilfunkstandard LTE ermöglicht mit Datenraten bis 150 Mbit/s und geringen Latenzzeiten eine Vielzahl neuer Breitbanddienste. Der kommerzielle Start von LTE ist in einigen Regionen bereits für 2010 geplant. Die enorme Steigerung der Datenraten im Vergleich zu UMTS und der große Zeitdruck für eine rasche Markteinführung prägen derzeit die Entwicklung von LTE-Mobilfunkgeräten. Die komplexe Funktionsweise und die Leistungsfähigkeit der höheren Protokollschichten von User Equipment (UE) muss deshalb bereits zu Was sind virtuelle Tests? Noch nicht vorhandene Hardware-Komponenten wie UE-Chipsätze oder HF-Endstufen werden bei virtuellen Tests per Software-Simulation ersetzt. Das Verfahren simuliert die gesamte physikalische Luftschnittstelle mit einer virtuellen physikalischen Übertragungsschicht. Die Anbindung zwischen dem und der UE-Software erfolgt dabei über eine von Rohde&Schwarz entwickelte Schnittstelle. Diese Testmethode ermöglicht die parallele Entwicklung von Hard- und Software und das Erkennen und Beheben von UE-Software-Problemen bereits in einer frühen Entwicklungsphase ein entscheidender Faktor, um den rechtzeitigen Start eines neuen Mobiltelefons sicherzustellen und gleichzeitig die hohen Qualitätsanforderung einzuhalten. BILD 1 Der ist eine hervorragende Ergänzung zum Protokolltester R&S CMW500, denn mit ihm angefertigte Szenarien können mit dem R&S CMW500 wieder verwendet werden. 10

2 Der Als Teil der Produktfamilie R&S CMW500 (BILD 1) bietet der eine leistungsfähige Programmierschnittstelle sowie moderne Werkzeuge für die effektive Analyse von UE-Protokoll-Software, mit der Mobilfunkhersteller bereits in einer sehr frühen Entwicklungsphase die standardkonforme Implementierung der UE-Protokoll-Software prüfen können. Anstelle einer Verbindung über die Basisband- oder HF-Schnittstelle werden die Nachrichtenelemente zwischen dem und dem UE über ein IP-basiertes Interface ausgetauscht (BILD 2). Die UE-Protokoll-Software kann dabei sowohl in einer -Umgebung als auch in einer eingebetteten Umgebung auf der Ziel-Hardware laufen. Hat die verwendete Ziel-Hardware keine IP-Schnittstelle für den Datenaustausch, so ist mit einem Software-Adapter auch eine Verbindung über USB oder MIA möglich (BILD 3). BILD 2 Die Nachrichtenelemente zwi- Setup des s schen dem LTE Virtual Tester und dem UE werden über ein IP-basiertes Interface ausgetauscht. Test Applications MLAPI Scenarios TTCN-3 Test Cases LLAPI Scenarios Rohde&Schwarz protocol stack Rohde&Schwarz virtual test interface layer EMMI Customer protocol stack Customer virtual test interface layer MLAPI LLAPI EMM RRC PDCP PDCP RLC RLC MAC MAC CPHY PHY CPHY PHY Tester Adaption Layer (VT L1) Physical Interface Adapter UE Adaption Layer (UE L1A) UE Physical Interface Adapter VTIPI TCP/IP or UDP/IP Transport Blocks & L1 / L2 Control Information BILD 3 Die Anbindung zwischen dem und dem DUT kann Anbindung von und DUT Embedded UE sowohl über eine Standard-IP-Verbindung als auch über eine MCIA- bzw. LTE Virtual Tester Software UE Protocol Stack LTE Virtual Tester Software IP 54 USB / MCIA UE Protocol Stack USB-Schnittstelle erfolgen. TCP/IP IP MCIA / USB / NEUES 198/08 11

3 Der besteht aus folgenden Software- Komponenten: J R&S CMW-KP502 Normgerechte Referenzimplementierung des EUTRAN-Pro- einschließlich der virtuellen physikalischen Schicht J R&S CMW-KP500 / -KP501 C++-Programmierschnittstelle zum Erstellen von Signalisierungsszenarien J R&S CMW-KT010 / -KT011 / -KT012 / -KT014 (BILD 4) und Ausführen der Signalisierungsszenarien sowie für die detaillierte Analyse der Testergebnisse anhand der erzeugten Log-Dateien (BILD 5) Die Software-Werkzeuge im sind identisch mit denen im Hardware -Protokolltester R&S CMW500 und decken den kompletten Entwicklungs- und Testprozess ab. Darüber hinaus können Signalisierungs-Szenarien, die für den entwickelt werden, auf dem LTE-Protokolltester R&S CMW500 wieder verwendet werden. : Ein Interface zur einfachen Anbindung der UE-Stack-Software Der von Rohde&Schwarz verwendet einen (Virtual Test Application Programming Interface) mit dem UE kommunizieren (BILD 2). Die Funktionen der - Schnittstelle sind in zwei Teile gegliedert: in einen protokollunabhängigen Teil für die Kontrolle der UE-Verbindung und in einen protokollabhängigen Teil für die Übermittlung von Protokollinformationen, z.b. von Transportblöcken. Der protokollunabhängige Teil der -Schnittstelle ermöglicht Tests in virtueller Systemzeit, d.h. Anfang und Ende eines LTE-Subframes werden ausschließlich vom LTE Virtual Tester und der zu testenden UE-Software festgelegt. Dieser Ansatz eröffnet völlig neue Möglichkeiten bei der Fehlersuche. Um einen Software-Fehler aufzuspüren, kann z.b. ein Programmstop (Breakpoint) gesetzt werden. Sobald die BILD 4 Mit dem Message Composer (R&S CMW-KT012) lassen sich die Inhalte aller Protokollnachrichten von Testfällen einfach und ohne Änderungen des Quellcodes modifizieren. 12

4 UE-Software an diesem Messpunkt angehalten wird, stoppt auch das Szenario vom. Nun lässt sich der Zustand der UE-Software genau untersuchen. Bei Fortsetzung der Software läuft das Testszenario vom wieder ungehindert ab. Der protokollabhängige Teil hingegen tauscht Transportblöcke und Layer-1- / Layer-2-Kontrollinformationen mit dem UE aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Testansätzen ist die Adaption-Layers (UE-L1A) und somit unabhängig von dem und schnelle Anbindung an die UE-Software möglich. Der UE-Adaption-Layer erhält über die -Schnittstelle immer ausreichende Informationen, um korrekt mit dem RRC- und dem MAC-Layer des UEs kommunizieren zu können. Für die Anbindung zwischen dem und dem UE ist es somit unbedeutend, wo die Grenze zwischen Prozessoren im UE für Layer-1- und Layer-2-Aufgaben liegt. : Eine Software-Testumgebung für alle Phasen in der Entwicklung Je nach Einsatzzweck des s sind unterschiedliche C++-Programmierschnittstellen für die Entwicklung von Testszenarien von Rohde&Schwarz erhältlich: Mit der Schnittstelle LLAPI (Low Level Application Programming Interface, R&S CMW-KP501) kann der bereits in einer sehr frühen UE-Entwicklungsphase eingesetzt werden. LLAPI basiert auf dem Layer 2 des EUTRAN-Proto- gurationsschnittstellen der unteren Protokollschichten (MAC, RLC, PDCP). Damit lässt sich zum Beispiel gezielt ein Fehlverhalten des Netzes simulieren. Mit MLAPI (Medium Level Application Programming Interface, R&S CMW-KP500) bietet Rohde&Schwarz eine Schnitt- BILD 5 Mit dem Message Analyzer (R&S CMW-KT011) kann die Signalisierungs-Sequenz eines LTE-Testszenarios schnell und komfortabel untersucht werden. Er kann die einzelnen Nachrichten vollständig decodieren. NEUES 198/08 13

5 Die wichtigsten Abkürzungen 3GPP 3rd Generation Partnership Project CPHY Control Interface for PHY Layer DUT Device Under Test EMM EPS Mobility Management EMMI Electrical Man Machine Interface EUTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network IOT Inter Operability Testing IP Internet Protocol LLAPI Low Level Application Programming Interface LTE Long Term Evolution MAC Medium Access Control MLAPI Medium Level Application Programming Interface PDCP Packet Data Convergence Protocol PHY Physical Layer RLC Radio Link Control RRC Radio Resource Control TTCN-3 Testing and Test Control Notation Version 3 UE User Equipment VT Virtual Test Virtual Test Application Programming Interface VTIPI Virtual Test IP Interface Automatisierte Regressionstests mit dem Unabdingbar in der modernen Software-Entwicklung sind regelmäßige Regressionstests, um Programmfehler in bereits getesteten Teilen der Software aufzuspüren. Solche Programmfehler entstehen typischerweise durch Änderungen bei die Möglichkeit, UE-Regressionstests komplett automatisiert, z.b. über Nacht, auszuführen. Wenn ein automatisches Build System schon vorhanden ist, dann erlaubt die Einbindung des s den zusätzlichen Test der UE-Protokoll-Software. Die Kommunikation zwischen dem Build System des Anwenders und dem wird dabei über eine IP-basierte Fernsteuerschnittstelle hergestellt. Dies ermöglicht das automatische Ausführen umfassender Testreihen. Die Ergebnisse sind für den Anwender sofort ersichtlich, für jeden Testfall werden einzelne Log-Dateien archiviert. Der Automation Manager (R&S CMW-KT014) als Teil der Software-Umgebung zum kann zusätzlich zum det werden, um die für den Testfall benötigten Befehle an das UE weiterzuleiten, z.b. AT-Befehle wie ATD, der einen Mobile Originated Call startet. Fazit gurator -Technologie von Rohde&Schwarz zum Einsatz. Der in MLAPI zugrunde liegende Protokoll-Stack enthält nicht nur die unteren Protokollschichten, sondern zusätzlich den - ration der unteren Schichten erfolgt dabei automatisch durch RRC-Nachrichtenelemente. Dies reduziert den Programmieraufwand und den für ein Testszenario notwendigen Quellcode erheblich. MLAPI wird bevorzugt für das Erzeugen von R&Dund IOT-Testszenarien verwendet. Zu einem späteren Zeitpunkt wird es für den zusätzliche Software-Tools zum Erstellen und Ausführen von Der ist eine leistungsstarke Software-Testumgebung und unterstützt auf hervorragende Weise die parallele Entwicklung von Hard- und Software. Das frühzeitige Testen mit Signalisierungsszenarien basierend auf LLAPI oder MLAPI steigert die Qualität und sichert die rechtzeitige Markteinführung künftiger LTE-Endgeräte. Rohde&Schwarz bietet auf Basis von LLAPI und MLAPI ständig erweiterte Pakete lauffertiger Szenarios an, die verschiedene typische Anwendungsfälle eines realen LTE-Netzes simulieren. Durch einheitliche Programmierschnittstellen ist der Übergang von virtuellen LTE-Tests auf reale Tests mit dem R&S CMW500 problemlos möglich. Mit dem angefertigte Szenarien können mit dem Protokolltester R&S CMW500 wieder verwendet werden, die Software ist somit eine hervorragende Ergänzung der LTE-Messgerätefamilie R&S CMW500 von Rohde&Schwarz und unterstützt LTE-Endgerätehersteller bei der Bewältigung der anstehenden technischen Herausforderungen. Dr. William Powell; Roland Brunnbauer 14