Neues von Rohde & Schwarz

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1 Neues von Rohde & Schwarz Extrem schneller, präziser und hoch skalierbarer Produktionstester für drahtlose Endgeräte Universeller Analysator für alle wichtigen digitalen und analogen TV-Standards Breitbandüberwachungsempfänger bietet Funktionsumfang, der bisher Systemen vorbehalten war 2008/I 195

2 HEFT /I 48. Jahrgang Der neue Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 ist optimal auf die Anforderungen moderner Abgleich- und Testkonzepte in der Fertigung von Mobilfunkgeräten und -komponenten abgestimmt ein Durchbruch hinsichtlich Skalierbarkeit und Geschwindigkeit (Seite 4) Schnell und einfach gestalten sich HF-Schaltund Steueraufgaben mit der neuen modularen Geräteplattform R&S OSP (Seite 28). MOBILFUNK Funkmessplätze Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 Durchbruch bei Skalierbarkeit und Geschwindigkeit in der Fertigung...4 Schnelle Tests von TD-SCDMA-Endgeräten in der Produktion...10 Protokolltester Protokolltester R&S CRTU-G Testfälle für UMA / GAN...13 Protokolltester R&S CRTU-W Testfälle für IMS validiert...16 Versorgungs-Messsysteme Funknetzanalysatoren R&S TSMx HSPA-Messungen mit allen Finessen...18 WPAN / WLAN / WMAN / WWAN Signalgeneratoren Signalgeneratoren R&S Axx / R&S SMx IEEE n: Alle Signale für Entwick lung, Produktion, Service...24 Mobile Spektrumanalyse bis 18 GHz, verbunden mit der Eignung zur Analyse breitbandiger Kommunikationsstandards diese Kombination macht den neuen R&S FSL18 einzigartig (Seite 32). Mit zwei neuen Sensoren setzt sich Rohde&Schwarz erneut an die Spitze der technischen Entwicklung bei Leistungsmessgeräten. Die Sensoren verwandeln jede Signalquelle in eine hochgenaue Leistungsreferenz (Seite 36). Neues von Rohde&Schwarz 2 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Referenz ILS / VOR Analyzer R&S EVS300 Studie belegt exzellente Ergebnisse bei anspruchsvollsten Messungen...26 Testsysteme Offene Schalt- und Steuerplattform R&S OSP Modulare Plattform für HF-Schalt- und Steueraufgaben...28 Spektrumanalysatoren Spektrumanalysator R&S FSL18 Tragbarer Spektrumanalysator für Applikationen im Mikrowellenbereich...32 Leistungs- / Spannungsmesser Level-Control-Sensoren R&S NRP-Z28 / R&S NRP-Z98 Integrierte Lösung für die pegelgenaue Signaleinspeisung...36 Signalgeneratoren Signalgenerator R&S SMA100A Vorsicht: Auch Messgeräte können Vertrauliches verraten!...40 Heft 195 (2008/I)

3 Der TV-Analysator R&S ETL zeigt sich als vielseitige Plattform vor allem für die Bereiche Inbetriebnahme, Installation und Service von TV-Sendern, Versorgungsmessungen für terrestrisches Fernsehen sowie Messungen an Kabelkopfstationen (Seite 48). EMV/FELDSTÄRKE Messempfänger EMI Test Receiver R&S ESU Präzises Erfassen gepulster elektromagnetischer Störungen...42 Messverfahren Knifflige Messaufgaben manuell und komfortabel lösen...44 Schnell beim Erfassen von Funksignalen, hochpräzise bei deren Vermessung und Demodulation sowie vielseitig im Einsatz: Das sind wesentliche Eigenschaften des neuen Funküber wachungsempfängers R&S ESMD (Seite 62). RUNDFUNKTECHNIK TV-Analysatoren TV-Analysator R&S ETL Allrounder für alle wichtigen digitalen und analogen TV-Standards...48 TV-Sender Kleinleistungssender R&S SLx8000 Kompakte Kleinleistungssender für alle wichtigen TV-Standards...56 Monitoring-Systeme MPEG-2-Monitoring-System R&S DVM Neue Scheduler Suite zur komfortablen Überwachung digitaler TV-Signale...59 FUNKERFASSUNG Empfänger Breitbandüberwachungsempfänger R&S ESMD Der Spezialist für die Funk erfassung: vielseitig, schnell und präzise...62 FUNKKOMMUNIKATION Referenz Funkgerätefamilie R&S Serie 4200 Verlässliche Funkkommunikation für die zivile Luftfahrt...68 weitere rubriken Kurznachrichten...70 Neues von Rohde&Schwarz 3 Impressum Herausgeber: Rohde&Schwarz GmbH&Co. KG Mühldorfstraße München Support-Center: Tel. (018 05) customersupport@rohde-schwarz.com Fax (089) Redaktion und Layout: Ludwig Drexl, Redaktion Technik (München) Fotos: Rohde&Schwarz Printed in Germany Auflage deutsch, englisch, französisch und chinesisch Erscheinungsweise: ca. viermal pro Jahr ISSN Bezug kostenlos über die Rohde&Schwarz- Vertretungen Nachdruck mit Quellen angabe und gegen Beleg gern gestattet. R&S ist eingetragenes Warenzeichen der Rohde&Schwarz GmbH&Co. KG. Eigennamen sind Warenzeichen der jeweiligen Eigentümer. CDMA2000 ist eingetragenes Warenzeichen der Telecommunications Industry Association (TIA USA). Die Bluetooth -Wortmarke und -Logos sind Eigentum von Bluetooth SIG, Inc., und ihre Verwendung ist für Rohde&Schwarz lizensiert. Heft 195 (2008/I)

4 MOBILFUNK Funkmessplätze Neues von Rohde&Schwarz 4 Heft 195 (2008/I)

5 Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 Durchbruch bei Skalierbarkeit und Geschwindigkeit in der Fertigung Moderne Endgeräte entwickeln sich immer mehr zu Multistandard-Plattformen. Dieser Trend und der allgemeine Kostendruck zwingen die Hersteller zu effizienteren und kostengünstigeren Fertigungsprozessen. Deshalb hat Rohde&Schwarz in intensiver Zusammenarbeit mit Mobilfunkherstellern und Chipsatz-Entwicklern nach Lösungen gesucht und präsentiert mit dem neuen Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 ein überzeugendes Ergebnis (BILD 1). BILD 1 Der Non-Signaling-Tester R&S CMW500 zeigt sich beim Einsatz in der Produktion schnell, präzise und hoch skalierbar. Mit einem Frequenzbereich bis 6 GHz und einer ZF-Bandbreite von 40/70 MHz (Analysator/Generator) ist der Produktionstester auf zukünftige technologische Entwicklungen bestens vorbereitet. Tests mit dem R&S CMW500 nach dem Standard TD-SCDMA beschreibt der Artikel ab Seite 10. Neues von Rohde&Schwarz Zukunftssicher und skalierbar Während die Errungenschaften der 3G- Standards Schritt für Schritt in die mobilen Endgeräte einfließen, wird bereits intensiv an den Standards der Zukunft gearbeitet (3.9G, LTE). Natürlich möchten die Mobilfunk-Hersteller nicht für jeden neuen Standard ihre Messmittel erneuern. Ein zukunftssicherer Messplatz muss deshalb schon heute die Anforderungen von morgen erfüllen können, so wie es beim R&S CMW500 der Fall ist. Seine Hardware ist bereits für einen Frequenzbereich bis 6 GHz ausgelegt, kalibriert wird er standardmäßig bis 3,3 GHz und mit der Option R&S CMW-KB036 bis 6 GHz. Damit kann der Anwender den erweiterten Frequenzbereich erst dann freischalten, wenn er benötigt wird und hat die Kosten im Griff. Ein wesentliches Merkmal künftiger Mobilfunkstandards sind große Übertragungsbandbreiten. Standards wie LTE / EUTRA sehen bis zu 20 MHz vor, die der R&S CMW500 mit Bandbreiten von empfangsseitig 40 MHz und sendeseitig 70 MHz problemlos abdeckt. Seine digitale ZF- und Basisbandverarbeitung sorgt dabei für eine exzellente Genauigkeit. Der Abgleich mobiler Endgeräte erfordert oft große HF-Pegelbereiche. Verfügt der Messplatz nicht über den notwendigen Dynamikbereich, sind zusätzliche externe Verstärker oder Dämpfungsglieder erforderlich, die allerdings Zuverlässigkeit und Genauigkeit negativ beeinflussen. Der R&S CMW500 macht sie mit seinem großen Ein- und Ausgangspegelbereich überflüssig. Dank seines flexiblen HF-Frontends (BILD 2) 5 Heft 195 (2008/I) ist in vielen Fällen auch keine externe Umschalt-Matrix erforderlich. So kann z.b. beim sequenziellen Test zweier mobiler Endgeräte eines am ersten HF- Anschluss vermessen werden, während das zweite am anderen HF-Anschluss angeschlossen wird. Sind die Messungen am ersten Endgerät erledigt, wird der HF-Anschluss umgeschaltet und das zweite Endgerät ist an der Reihe. Mit dem R&S CMW500 sind weniger zusätzliche HF-Komponenten im Testsystem erforderlich, das reduziert die Kosten ohne Einbußen bei Zuverlässigkeit oder Genauigkeit. In Fertigungsmesssystemen ist es oft erforderlich, an bestimmten Punkten des Testaufbaus hochgenaue Referenzmessungen vorzunehmen. Der R&S CMW500 unterstützt auch das optimal durch die integrale Anbindung der Leistungssensor-Familie R&S NRP: Einfach den gewünschten Sensor an den R&S CMW500 anstecken, den Rest erledigt der Tester. Die Leistungssensoren R&S NRP werden vielfältigen Messanforderungen in einem weiten Leistungsbereich gerecht (je nach Modell auch bis zu einer Frequenz von 40 GHz). Fertigungstestsysteme steuern Messgeräte hauptsächlich per Fernsteuerung von einem zentralen Rechner aus, weshalb ein Display am Messgerät oft unnötig ist. Aus diesem Grund gibt es den R&S CMW500 in zwei Ausführungen mit und ohne Display. In der Vergangenheit wurden Messsysteme hauptsächlich über GPIB ferngesteuert, heute ist ein klarer Trend zur Fernsteuerung über ein LAN erkennbar. Der R&S CMW500 verfügt standardmäßig über eine SCPI-basierte

6 MOBILFUNK Funkmessplätze LAN- und eine optionale GPIB-Schnittstelle (R&S CMU-KB612A), zudem ist er für LXI Class C vorbereitet. Auch für heute noch nicht absehbare Anforderungen ist der Tester bestens gerüstet. Durch die digitale ZF und das vielseitige interne Verschaltungs- und Steckplatzkonzept lassen sich spätere Anforderungen einfach durch Einstecken entsprechender Erweiterungsbaugruppen abdecken. Multistandard-Lösung Moderne mobile Endgeräte unterstützen viele Mobilfunkstandards und beherrschen darüber hinaus auch Bluetooth und WLAN. Mit klassischen standardspezifischen Abgleichmethoden würden sich Mess- und Abgleichzeiten ergeben, die weit über das akzeptable Maß hinausgehen. Bei modernen Konzepten versucht man deshalb, soweit wie möglich den sende- und empfangsseitigen Abgleich mit allgemeinen Messungen zu bewerkstelligen. Der R&S CMW500 bietet hierzu standardmäßig einen vielseitig konfigurierbaren HF-Leistungsmesser und einen CW- / Doppelton-Generator. Der Leistungsmesser bietet für die Bewertung diverse Filter mit unterschiedlicher Charakteristik und Bandbreite und stellt umfangreiche statistische Auswertungen bereit. Souverän auch bei komplexeren Signalen und Messungen Zum Erzeugen komplexer Generatorsignale wird der Messplatz um einem Arbitrary Waveform Generator (ARB) erweitert (Option R&S CMW-B110A). Dieser erzeugt mit einer veränderlichen Taktrate von 400 Hz bis 100 MHz und einer Speichertiefe von 1 GByte beliebige anwenderspezifische Modulationssignale. Unterstützung beim Generieren der Waveform-Dateien bietet das Waveform Creation Tool R&S WinIQSIM2. Mit den Optionen R&S CMW-KG200 und R&S CMW-KG400 erzeugt der Arbitrary Waveform Generator auch GSM-, GPRS-, EDGE- und WCDMA-Signale ohne Umweg über eine Waveform-Datei. Der R&S CMW500 enthält standardmäßig einen I/Q-Recorder für komplexere Messauswertungen. Über einen definierten Zeitraum zeichnet er das zu messende Signal auf und übergibt die I- und Q-Werte zur Bewertung an einen externen PC. Komfortabler und schneller geht es jedoch mit den diversen Messoptionen zum R&S CMW500. Diese ermitteln beispielsweise in kürzester Zeit alle relevanten Parameter eines GSModer WCDMA-Signals. Aktuell gibt es Messoptionen für GSM/GPRS/EDGE, WCDMA, CDMA2000, TD-SCDMA und Mobile WiMAX, alle sind auf maximale Performance getrimmt. So werden beispielsweise die Messdaten unmittelbar dort ausgewertet, wo sie anfallen. Ein schnelles DSP-System führt mit speziell entwickelter Hardware-Unterstützung in kürzester Zeit die Bewertung der anfallenden Messdaten durch und reduziert somit augenblicklich die zu transferierenden Datenmengen auf das notwendige Minimum. Deshalb muss sich der Anwender beim R&S CMW500 auch keine Gedanken um Sample-Raten und Bus-Transferzeiten machen, wie er es zur Optimierung der Zeiten bei Testsystemen tut, bei denen die kompletten Messdaten erst in den Steuerrechner transferiert werden müssen, bevor dieser die Signalverarbeitung durchführen kann. Durch die Signalverarbeitung auf einem eigenständigen DSP-System sind viele Messungen auch in Echtzeit durchführbar, weil das DSP-System nicht mit parallelen Vorgängen wie grafischer Aufbereitung und Anzeige der Messkurven am Bedienbildschirm belastet ist. Darüber hinaus unterstützt eine intelligente Sample-Logik das DSP-System, so dass es bereits während der Aufzeichnung des Signals dieses auch gleich bewerten kann. Damit sind z.b. unendlich lange lückenlose Messungen möglich, wenn der anzuwendende Messalgorithmus weniger Zeit in Anspruch nimmt als das entsprechende Signalsegment lang ist. Schnell durch Multi-Evaluation- Messungen Bei der Analyse von Fehlern war es in der Vergangenheit oft schwierig, deren Ursache zu finden. Entdeckte man beispielsweise eine Toleranzüberschreitung in der GSM-Modulationsanalyse, hätte man auch gerne den zum gemessenen Signalverlauf korrespondierenden Leistungsverlauf gesehen. Leider war so etwas in den seltensten Fällen möglich, weil jede Messung eine neue Signalaufzeichnung gestartet hat. Beim R&S CMW500 hingegen ist das kein Problem mehr, er führt viele Messungen parallel auf dem gleichen Signalabschnitt durch (Multi-Evaluation-Messungen). Tritt ein Fehler auf, so kann man problemlos alle Messungen zu seiner Bewertung heranziehen (BILD 3). Doch der eigentliche Vorteil parallel durchgeführter Messungen liegt in der Reduzierung der Messzeit, weil die Zeit für das Aufzeichnen des Signals nur einmal anfällt. Zusammen mit der bereits erwähnten intelligenten Sample-Logik schrumpft die Messzeit auf ein Minimum. Kürzeste Abgleichzeiten dank R&S Smart Alignment Der Abgleich mit allgemeinen standardunspezifischen Messungen ist natürlich nur der erste Schritt, um Zeit zu sparen. Die Analyse der Prozesszeiten beim Abgleich zeigt, dass nicht die Messzeiten das Problem sind, sondern die Handling-Zeiten. Die meiste Zeit beansprucht Neues von Rohde&Schwarz 6 Heft 195 (2008/I)

7 BILD 2 Blockschaltbild des R&S CMW500. Die integrierten Messkomponenten bieten garantierte Messgenauigkeit, ohne dass sich der Anwender ständig darum kümmern muss. Zeit- und kostenintensive, ständig zu wiederholende Self Alignment -Prozeduren können entfallen. Das flexible HF-Frontend kann in vielen Fällen eine externe Schaltmatrix ersetzen (z.b. beim Test eines mobilen Endgeräts mit mehreren Empfangs- und Sende pfaden oder beim parallelen Testen und Adaptieren zweier mobiler Endgeräte). R&S CMW500 Wideband Radio Communication Tester Messobjekt Bedienoberfläche (MMI) Peripherie Signalgenerator HF-Frontend RF 1 OUT RX 3 oder Messobjekt 1 Timing- Referenz Fernsteuerung LAN / IEEE Controller Triggerung RF 1 COM RX 1 TX 1 RF 1 COM RX TX Messobjekt 2 Stromversorgung Signalanalysator RF 2 COM RX 2 TX 2 RF 2 COM RX TX BILD 3 Die Option TX Measurement, GSM/GPRS / EDGE, Uplink (R&S CMW-KM200) bietet die Wahl, welche Messungen und statistischen Auswertungen durchgeführt werden sollen. Alle ausgewählten Messungen werden dann parallel auf dem gleichen Signalabschnitt durchgeführt (Multi-Evaluation-Messung). Die Overview- Darstellung zeigt alle Messergebnisse zum schnellen Überblick auf dem Bildschirm an. Zur Detailanalyse lässt sich jede gewünschte Teilmessung auf die volle Bildschirmgröße zoomen. Multi-Evaluation-Messungen gibt es als Optionen für alle wichtigen Mobilfunkstandards. Neues von Rohde&Schwarz 7 Heft 195 (2008/I)

8 MOBILFUNK Funkmessplätze die Koordination des Messablaufs. Beim klassischen Ansatz stellt der Steuerrechner zuerst den Messplatz und dann das mobile Endgerät auf die gewünschte Frequenz ein. Anschließend wird die erste Leistungsstufe am Endgerät eingestellt und die Messung gestartet. Sobald das Messergebnis zum Steuerrechner übertragen ist, stellt dieser die nächste Leistungsstufe ein und die nächste Messung wird durchgeführt. Sind alle Leistungsstufen auf der ersten Frequenz gemessen, stellt der Steuerrechner die Frequenz um und der ganze Ablauf wiederholt sich. Bei einem modernen Abgleichkonzept wie dem R&S Smart Alignment hingegen werden vordefinierte Frequenz- / Leistungs-Sequenzen im mobilen Endgerät und im Messplatz synchron gestartet, ohne Zeitverlust parallel abgearbeitet und anschließend alle Mess ergebnisse an den Steuerrechner übertragen. Dieses Verfahren reduziert die Abgleichzeit drastisch. Der R&S CMW500 kann solche R&S Smart- Alignment-Sequenzen aus Frequenz und Leistung sowohl mit dem Leistungsmesser (BILD 4) als auch mit dem Generator (BILD 5) abarbeiten. Selbstverständlich lässt sich dabei die Schrittweite an die individuellen Eigenschaften der mobilen Endgeräte anpassen. Der ARB- Generator bietet zusätzlich die Möglichkeit, durch in der Waveform-Datei abgelegte Marker das Abarbeiten einer Frequenz- / Pegel-Sequenz individuell zu steuern. Bitfehlerrate BER Zur Beurteilung der Qualität des Empfängers mobiler Endgeräte bedient man sich der Bitfehlerrate (BER). Beim klassischen Messansatz wird die BER mittels einer Loop gemessen. Der Messplatz überträgt ein standardkonformes Signal mit einem pseudo-randommodulierten Dateninhalt, welches das mobile Endgerät empfängt und decodiert. Anschließend codiert das mobile Endgerät das decodierte Signal wieder standardkonform und sendet es an den Messplatz zurück. Dieser wertet es aus und vergleicht es mit dem Dateninhalt des ursprünglich gesendeten Signals. Dieses Verfahren hat zwei Nachteile. Zum einen ist für die Messung ein voll funktionsfähiges mobiles Endgerät mit standardkonformen Signalen erforderlich. Bei einem GSM-Telefon, das nur einen Zeitschlitz bedienen kann, dauert die Messung acht mal so lange, als theo retisch möglich, weil nur auf einem der acht Zeitschlitze ein Datenaustausch stattfindet. Zum anderen sind durch die standardkonforme Codierung der Pseudo-Random-Daten nicht alle Datenbits für die BER einsetzbar, da viele Bits für Header-Daten und für die Fehlerkorrektur genutzt werden. Die standardmäßigen Fehlerkorrekturmechanismen erschweren darüber hinaus eine objektive Qualitätsbeurteilung des Empfängers. Bei einem modernen Messansatz für die BER bedient man sich der sogenannten Single Ended BER. Dabei sendet der Messplatz ein definiertes pseudo-random-moduliertes Signal und der Empfänger im mobilen Endgerät ermittelt die BER durch Vergleich mit dem erwarteten Signal. Durch den Verzicht auf ein standardkonformes Signal und die Loop kann das komplette Signal für die BER verwendet werden, was die Testzeit drastisch reduziert. Fazit Wo Licht ist, ist auch Schatten. Dies trifft auch auf die modernen Messkonzepte in der Fertigung zu. Mit den klassischen Methoden ließ sich jedes standardkonforme mobile Endgerät vermessen, weil man nur die konventionelle Signalisierung oder ein einfaches Test-Interface am mobilen Endgerät benötigte, um alle notwendigen Einstellungen für den Test durchzuführen. Die Testabläufe konnten dabei ohne große Probleme an sich ändernde Anforderungen angepasst werden. Moderne Messansätze hingegen erfordern, dass sich bereits die Chipsatz- Hersteller intensiv Gedanken über den Abgleich und den Test in der Fertigung machen, denn die vordefinierten Frequenz- / Leistungssequenzen sind in keinem Standard definiert und nachträgliche Änderungen am Ablauf lassen sich in einem fertigen Chip nur schwer durchführen. Das ist auch der Grund, warum man nicht schon früher auf die modernen Abgleichmethoden umgestellt hat. Inzwischen ist der Kosten- und Zeitdruck in der Fertigung aber so hoch geworden, dass immer mehr Hersteller ihre Fertigungskonzepte umstellen. Rohde&Schwarz ist auch bei den modernen Abgleich- und Testmethoden ein kompetenter Partner der Mobilfunk-Hersteller und unterstützt sie bei der Umsetzung der neuen Konzepte. Der Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 ist optimal auf die Anforderungen der modernen Abgleich- und Testkonzepte abgestimmt. Seine Flexibilität und Messgeschwindigkeit sind ein Garant für einen erfolgreichen Durchbruch bei Skalierbarkeit und Geschwindigkeit in der Fertigung. Rudolf Schindlmeier Neues von Rohde&Schwarz 8 Heft 195 (2008/I)

9 BILD 4 Die universelle Leistungsmessung des R&S CMW500 kann den bei modernen Abgleichkonzepten verwendeten Frequenz- / Pegel-Sequenzen des mobilen Endgerätes folgen und die Leistung der einzelnen Sequenzschritte analysieren. Je nach Anforderung lassen sich dabei auch unterschiedliche statistische Auswertungen vom Messplatz vornehmen (z.b. minimale / maximale Leistung oder die Standardabweichung). Die Anzahl der Frequenz- / Pegelschritte einer Sequenz ist einstellbar von 1 bis 500. Weitere Informationen und Broschüre unter (Suchbegriff: CMW500) BILD 5 Der CW- / Doppelton-Generator des R&S CMW500 kann Sequenzen mit bis zu 2000 Frequenz- / Pegelschritten erzeugen. Durch die Aufteilung der Pegeleinstellung in Level (RMS) und Digital Gain hat der Anwender gezielt die Möglichkeit, Einfluss auf die Umschaltung der Verstärkungs- und Dämpfungspfade im R&S CMW500 zu nehmen. Solange nur die Digital Gain verstellt wird, verändert sich der Verstärkungs- / Dämpfungspfad des Messplatzes nicht. Damit lassen sich extrem lineare Pegelverläufe verwirklichen und Rückwirkungen auf den Prüfling vermeiden. Neues von Rohde&Schwarz 9 Heft 195 (2008/I)

10 MOBILFUNK Funkmessplätze Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 Schnelle Tests von TD-SCDMA- Endgeräten in der Produktion Der neue Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 bietet mit seinem integrierten Vektor- Signalgenerator und -Analysator umfangreiche Testmöglichkeiten für TD-SCDMA-Mobiltelefone. Und schnell ist er obendrein. TD-SCDMA der chinesische 3G-Standard Neben 3GPP FDD und CDMA2000 ist TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) ein weiterer von der ITU anerkannter Standard der dritten Mobilfunkgeneration. TD-SCDMA verwendet als TDD-System (Time Division Duplex) im Up- und im Downlink die gleiche Trägerfrequenz. Bei einer Chiprate von 1,28 MChip/s und einer Bandbreite von 1,6 MHz werden Die wichtigsten Messungen an TD-SCDMA-Endgeräten Um einen störungsfreien Betrieb speziell in CDMA-Netzen sicherzustellen, ist eine präzise Leistungssteuerung der einzelnen mobilen Endgeräte innerhalb einer Zelle essentiell. Ein Mobiltelefon muss in der Lage sein, die ihm zugewiesene Sendeleistung exakt einzuhalten. Das Justieren der Sendeleistung erfolgt in einer relativ frühen Phase des Produktionsablaufs. Dazu sendet das Telefon HF-Signale auf verschiedenen Frequenzen und mit unterschiedlichen Leistungen. Die mit einem Analysator gemessenen Werte werden mit den Sollwerten verglichen und anschließend entsprechende Korrekturwerte festgelegt. Um einen reibungslosen Netzbetrieb sicherstellen zu können, benötigt die Basisstation einen Überblick über die exakte Empfangsfeldstärke bei den einzelnen Teilnehmern innerhalb der jeweiligen Zelle. Dazu messen die einzelnen Mobiltelefone kontinuierlich die vorherrschende Signalfeldstärke und melden sie der Basisstation. Zum Abgleich des Feldstärkemessers (RSSI Receiver Signal Strength Indicator) eines Mobiltelefons in der Produktion generiert der Messplatz ein HF-Signal in bestimmten Frequenz- / Pegel-Kombinationen. Das Telefon protokolliert die jeweils ermittelte Feldstärke, woraus Korrekturwerte abgeleitet und im Telefon gespeichert werden können. Nach Abschluss der Produktion ist das standardkonforme Verhalten des Mobiltelefons in einem finalen Test zu prüfen. Dazu werden sendeseitig im Rahmen von Leistungs-, Modulations- und Spektrumsmessungen die TD-SCDMA-HF-Signale auf ihre spektrale Reinheit untersucht. Die Empfängerqualität wird mit Hilfe von BER-Messungen verifiziert (Bit Error Ratio). Wie auch das Kalibrieren lassen sich diese Endtests am schnellsten im Non-Signaling-Modus durchführen. Datenübertragungsraten bis 2 Mbit/s erreicht. Die Modulation ist entweder QPSK oder für höchste Datenraten 8PSK. Für die Übertragung stehen insgesamt sieben Zeitschlitze zur Verfügung, die je nach Auslastung und Datenaufkommen unterschiedlich für den Up- und den Downlink aufgeteilt werden können. Als überwiegend von chinesischen Organisationen und deren Industriepartnern vorangetriebener Standard gilt es als sicher, dass dieser bei der in Kürze anstehenden Vergabe von 3G-Lizenzen in China berücksichtigt und in Betrieb gehen wird. In diesem Zusammenhang müssen innerhalb kurzer Zeit eine größere Anzahl an TD-SCDMA-Mobiltelefonen und -Modemkarten gefertigt werden. Dieser Kraftakt ist nur durch ausreichend verfügbare und geeignete Messmittel in der Produktion zu bewältigen. Die anfallenden Messungen während des Kalibrierens des Sende- und Empfangsteils sowie im Endtest können zeitoptimiert im Non-Signaling-Modus mit Vektor-Signalgeneratoren und -Analysatoren erledigt werden (Kasten links). Rohde&Schwarz hat bereits seit geraumer Zeit Testlösungen für den Standard TD-SCDMA im Programm: die Generatorenfamilie R&S SMx [1] und die Spektrum- / Signalanalysatoren R&S FSU / FSP / FSQ [2]. Mit dem neuen Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500, der über einen integrierten Vektor-Signalgenerator und einen Analysator verfügt, steht nun ergänzend eine äußerst schnelle One-Box-Lösung zur Verfügung. 10

11 R&S CMW500: die schnelle Multistandard-Plattform Der neue Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 als Multistandard-Plattform unterstützt neben TD-SCDMA u.a. auch Messoptionen für GSM/GPRS/EDGE, WCDMA, CDMA2000 und Mobile WiMAX. Er bringt viele Vorteile mit: verzichtet und zum anderen der Test im Non-Signaling-Modus durchgeführt und die Testzeit deutlich reduziert werden (BILD 2). Das standardkonforme Verhalten von Empfänger und Sender eines Mobiltelefons ist über spezifizierte Tests verifizierbar. Die relevanten Empfängertests für TD-SCDMA sind in den Spezifikationen 3GPP TS beschrieben (BILD 3). Die dafür erforderlichen TD-SCDMA- Testsignale können mit Hilfe des Waveform Creation Tools R&S WinIQSIM2 konfiguriert und vom ARB-Generator im R&S CMW500 erzeugt werden. R&S Smart Alignment Für die Sender- und Empfänger-Kalibrierung hat der R&S CMW500 standardmäßig einen vielseitig konfigurierbaren HF-Leistungsmesser und einen CW- / Doppelton-Generator. Die normalerweise zeitaufwendige Prozedur der Senderund Empfänger-Kalibrierung lässt sich soweit es der Chip-Satz unterstützt mit Hilfe einer vordefinierten Frequenz- / Leistungs-Sequenz drastisch reduzieren (BILD 1). Der R&S CMW500 kann solche Sequenzen sowohl mit dem Leistungsmesser als auch mit dem Generator abarbeiten (Details siehe Seite 6 Kürzeste Abgleichzeiten dank R&S Smart Alignment ). Schneller Test der Empfängerqualität Der Arbitrary Waveform Generator zum R&S CMW500 (Option R&S CMW-B110A) erzeugt beliebige anwenderspezifische Modulationssignale. Für BER-Messungen und zur Beurteilung der Qualität von Empfängern kann der Tester TD-SCDMA-kanalcodierte Messkanäle (Reference Measurement Channels, 12,2 kbit/s bis 2048 kbit/s) für den Uplink oder den Downlink in Echtzeit erzeugen. Üblicherweise werden bei der BER-Messung pseudo-random-modulierte Dateninhalte an das Mobiltelefon und von dort in einer Loop zurück an den Tester zur Auswertung gesendet. Die meisten der bei TD-SCDMA eingesetzten Chip- Sätze unterstützen jedoch das sogenannte Single Ended BER, das die Auswertung durch das Mobiltelefon erlaubt. Damit kann zum einen auf die Loop BILD 1 Schneller Abgleich des Feldstärkemessers (RSSI = Receiver Signal Strength Indicator) in einem Mobiltelefon mit vordefinierter Frequenz- / Leistungs-Sequenz aus dem Generator des R&S CMW500. Dies setzt ein Mobil telefon voraus, das dieser Sequenz selbstständig folgen kann. BILD 2 Prüfen der Empfängerqualität ohne die bislang übliche Loop zurück zum Messgerät. Nachdem der Generierungsalgorithmus des vom Tester gesendeten Datenstroms bekannt ist, kann das Mobiltelefon die Bit- Fehlerrate des demodulierten und decodierten Datenstroms selbstständig ermitteln. CMW500 Datenanalysator Datenquelle RX TX TX RX TD-SCDMA-Mobiltelefon Loop BER-Test Datenanalysator 11

12 MOBILFUNK Funkmessplätze Sendertests 6.2 Transmit power UE maximum output power 6.3 UE frequency stability 6.4 Output power dynamics Minimum output power 6.5 Transmit ON/OFF power Transmit OFF power Transmit ON/OFF time mask 6.6 Output RF spectrum emissions Occupied bandwidth Spectrum emission mask Adjacent Channel Leakage power Ratio (ACLR) 6.8 Transmit modulation Error Vector Magnitude (EVM) Peak code domain error Empfängertests 7 Receiver characteristics 7.3 Reference sensitivity level 7.4 Maximum input level 7.5 Adjacent Channel Selectivity (ACS) 7.6 Blocking characteristics 7.7 Spurious response 7.8 Intermodulation characteristics Mehrere, gleichzeitige Sendertests Die relevanten Testfälle für Sendertests sind in der Spezifikation 3GPP TS definiert (BILD 3). Der R&S CMW500 unterstützt all diese Messungen. Sein schnelles DSP-System führt mit speziell entwickelter Hardware-Unterstützung in kürzester Zeit die Bewertung der anfallenden Messdaten durch und ermöglicht parallel viele Messungen auf dem gleichen Signalabschnitt auch in Echtzeit (Multi-Evaluation-Messungen, BILD 4). Tritt ein Fehler auf, so kann man problemlos alle Messungen zur Bewertung des Fehlers heranziehen. Details siehe Seite 6: Schnell durch Multi-Evaluation- Messungen. BILD 3 Sender- und Empfängertests in der Spezifikation 3GPP TS Fazit BILD 4 Die Multi-Evaluation-Messung erlaubt auf Basis identischer Sample-Sets das zeitgleiche Auswerten des erfassten Signals. Dabei ermittelt sie Error Vector Magnitude (EVM), Magnitude Error, Phase Error, Frequency Error, I/Q Origin Offset, I/Q Imbalance, Adjacent Channel Leakage Ratio, Spectrum Emission Mask, Occupied Bandwidth, Code Domain Power und Peak Code Domain Error Power. Der Wideband Radio Communication Tester R&S CMW500 ist eine leistungsstarke Testplattform, die mit ihren vielseitigen Ausbaumöglichkeiten neue Maßstäbe in Sachen Messgeschwindigkeit, Genauigkeit und Zukunftssicherheit setzt. Thomas A. Kneidel Weitere Informationen unter (Suchbegriff: CMW500) LITERATUR [1] Signalgeneratoren R&S SMx: Weltweit erste integrierte Signalgeneratorlösung für TD-SCDMA. Neues von Rohde&Schwarz (2006) Nr. 189, S [2] Analysatoren R&S FSP / FSU / FSQ: Test von TD-SCDMA-Basisstationen. Neues von Rohde&Schwarz (2004) Nr. 181, S

13 MOBILFUNK Protokolltester Protokolltester R&S CRTU-G Testfälle für UMA / GAN Die UMA Alliance entwickelte die Technologie UMA (Unlicensed Mobile Access) mit dem Ziel, unlizen zierte Teile des Frequenzspektrums für den Mobilfunk nutzbar zu machen und ein nahtloses Roaming von Standards wie WLAN oder Bluetooth zu den klassischen GSM- und UMTS-Mobilfunknetzen zu ermöglichen wurde UMA an das 3GPP übergeben und unter dem Namen Generic Access Network (GAN) standardisiert. Der Protokolltester R&S CRTU-G bietet umfassende Protokolltests für die Entwicklung und Zertifizierung von WLAN ergänzt klassische Mobilfunknetze Mobilfunktelefone sind vielseitig: Von der ehemals mobilen Lösung für das reine Telefonieren unterwegs entwickelten sie sich rasch zu Multifunktionsgeräten, die auch zu Hause oder im Büro kaum jemand mehr missen möchte. Jedoch kann ungenügender Empfang in Gebäuden ihrem Einsatz dort schnell Grenzen setzen. Ein effektiver und kostengünstiger Weg zur Lösung dieses Problems ist der ergänzende Einsatz von WLAN für den Mobilfunk. Mit dem UMA-Protokoll können z.b. Telefone, die GSM und WLAN unterstützen, sämtliche Sprach und Datendienste sowohl über das klassische GSM-Netz als auch über ein WLAN nutzen. Das Protokoll garantiert dabei einen nahtlosen Wechsel (Soft-Handover) zwischen beiden Übertragungstechnologien. UMA- / GAN-Netze UMA- / GAN-Netze bestehen aus einem oder mehreren Access Points, welche die Luftschnittstelle im unlizenzierten Spektrum zum Mobiltelefon bereitstellen, sowie einem oder mehreren GAN Controllern (GANC), die wie ein Base Station Subsystem an das Netz angebunden sind (BILD 1). Als Schnittstellen dienen unter anderem das aus dem GSM-Netz bekannte A-Interface für Circuit-Switched- und das Gb-Interface für Packet- Switched-Dienste. Im GANC ist ein Secure Gateway enthalten, der für die Authentifizierung und Verschlüsselung sorgt. Für Letzteres wird das aus der IP- Welt bekannte Protokoll IPSEC (Internet Protocol Security) verwendet. Das UMA- / GAN-Protokoll Das UMA- / GAN-Protokoll umfasst im Wesentlichen die Bereiche Discovery, Registration, Circuit Switched Domain und Packet Switched Domain. Eine erfolgreiche Discovery-Prozedur erlaubt GAN-Mobilfunktelefonen. BILD 1 Netzwerk SMLC CBC Die wichtigsten Abkürzungen zu BILD 1 AAA Authentication, Authorization and Accounting CBC Cell Broadcast Center GANC GAN Controller HLR Home Location Register HPLNM Home PLMN MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center PLMN Public Land Mobile Network SMLC Mobile Location Center SEGW SEcurity GateWay SGSN Serving GPRS Support Node VPLNM Visited Public Land Mobile Network MS Generic IP Access Network Lb Up Generic Access Network Controller (GANC) Secure Gateway A Gb Wm AAA Proxy/Server Wd MSC SGSN HPLMN / VPLMN D / Gr HPLMN (roaming case) HLR Quelle: 3GPP 13

14 MOBILFUNK Protokolltester es dem Netzwerk, einem mobilen Endgerät einen GANC zuzuweisen, bei dem sich dieses über die Registrationsprozedur für GAN-Services anmelden kann. Diese Services umfassen z.b. einfache leitungsvermittelte Telefonanrufe, Handovers (CS Domain) von GAN nach GSM und umgekehrt sowie FTP-Transfers (PS Domain). UMA / GAN auf den Protokoll testern Ausgestattet mit den Software-Paketen R&S CRTU-UA01 (GAN Protocol Stack) sowie den Testfällen aus R&S CRTU- UC01 bis -UC05 ermöglicht der Protokolltester R&S CRTU-G bei gewohnt komfortabler Bedienoberfläche umfassende Protokolltests für die Entwicklung und Zertifizierung von GAN-Mobilfunktelefonen. Sie decken alle von 3GPP in TS spezifizierten GAN-Testfälle ab zu den Bereichen: Discovery (R&S CRTU-UC01) Registration (R&S CRTU-UC02) Lower Layer Failure (R&S CRTU- UC03) Circuit Switched Domain Tests (R&S CRTU-UC04) Packet Switched Domain (R&S CRTU- UC05) IPSEC in UMA / GAN Um die Integrität, Vertraulichkeit und Authentizität in UMA / GAN zu gewährleisten, wird das Protokoll IPSEC verwendet. Die Kommunikation zwischen MS und GANC erfolgt dabei über verschlüsselte Datenpackete, die durch einen sog. IPSEC-Tunnel übertragen werden. Das IPSEC ist damit integraler Bestandteil aller in der TS definierten GAN- Testfälle und Voraussetzung für das Bestehen von GAN-Tests. Das finden von Protokollfehlern in verschlüsselten Nachrichten gestaltet sich von Natur aus schwierig, da der Klartext nicht ohne Weiteres einsehbar ist. Daher hat Rohde&Schwarz IPSEC in den Protokoll-Stack des Produkts R&S CRTU-UA01 integriert. Damit ist es möglich, alle IPSEC-Nachrichten aufzuzeichnen, zu entschlüsseln und zu decodieren eine unschätzbare Hilfe, um Fehlern bei der Implementierung des komplexen IPSEC auf die Spur zu kommen. Dabei werden nicht nur Informationen zu IP-Adressen und Schlüsseln gespeichert, die für die Decodierung von ESP-Blöcken verwendet werden können (BILD 2). Auch die Internet- BILD 2 IPSEC Encapsulated-Security-Payload-Schlüssel von Initiator und Responder. 14

15 Key-Exchange-Nachrichten (IKE) aus dem IPSEC, in denen diese Schlüssel ausgehandelt werden, sind einsehbar eine Besonderheit der Lösung von Rohde&Schwarz. Im Gegensatz zu codierten IKE-Nachrichten (BILD 3), stellt das Rohde&Schwarz-Log detaillierte Informationen in Klartext zur Verfügung und ermöglicht eine effiziente Fehlersuche (BILD 4). ergänzen und vervollständigen das Protokolltest-Portfolio von Rohde&Schwarz hervorragend. Alexander Eis Weitere Informationen und Datenblätter unter (Suchbegriff CRTU) Fazit Die umfangreichen und detaillierten Ergebnisse der UMA- / GAN-Protokolltest-Lösung von Rohde&Schwarz erlauben eine effiziente und zeitsparende Analyse von Testergebnissen in der vom R&S CRTU-G gewohnten Umgebung. Die UMA- / GAN-Produkte R&S CRTU- UA01 und R&S CRTU-UC01 bis 05 BILD 3 Eine codierte IKE-Nachricht. BILD 4 Die decodierte IKE-Nachricht. 15

16 MOBILFUNK Protokolltester Protokolltester R&S CRTU-W Testfälle für IMS validiert Das IP Multimedia Subsystem (IMS) ist eine von 3GPP standardisierte Rahmenarchitektur für Mobilfunknetze, die Endkunden unterschiedlichste Dienste über ein IP-Netzwerk zur Verfügung stellt. Rohde&Schwarz ist der einzige Anbieter, der bereits jetzt Testfälle für entsprechende Mobile Conformance Tests anbietet. IMS: mehr als nur Voice Over IP Die Next Generation Mobile Networks (NGMN), die auf WiMAX oder LTE basieren, werden sich nicht nur durch höhere Datenraten und geringere Latenzzeiten von den derzeitigen Netzen unterscheiden, sondern aus heutiger Sicht außerdem nur noch rein paketorientierte Netzwerkprotokolle unterstützen. Das IP Multi media Subsystem (IMS, siehe Kasten unten) ist eine von 3GPP standardisierte Rahmenarchitektur für Mobilfunknetze, die Endkunden verschiedenartigste Dienste über ein IP-Netzwerk zur Verfügung stellt, z.b. Dienste für Sprach-, Video telefonie- oder Multimedia-Anwendungen. Das IMS ist zwischen Transport- und Appli kationsschicht angesiedelt und abstrahiert somit das zugrunde liegende Transportnetz von der Anwendung. Daher können Anwendungen und Dienste für verschiedene Endgeräte zur Verfügung gestellt und abgerechnet werden, ohne dass sich der Anbieter um die Anbindung des Endgeräts kümmern muss. Durch den Einsatz des Internetprotokolls rücken bisher strickt getrennten Dienste wie Sprache, Video und Daten näher zusammen. So können parallel zu einem Sprachtelefonat eine Videoverbindung aufgebaut oder kurze Textnachrichten übertragen werden. Diese zwei fundamentalen Prinzipien führen zur sog. Fixed Mobile Convergence (FMC) der Netze und Applikationen. So vereinigen sich auf den oberen Schichten die Dienste und im darunter liegenden Transportnetz verschwimmen die Unterschiede zwischen drahtlosen und leitungsgebundenen Netzen. Man wird zum Beispiel zukünftig über nur eine Nummer bzw. Identität auf dem heimischen Telefon, unterwegs auf dem Handy oder im Hotel am Laptop erreichbar sein. Details zu IMS Zentrale Komponenten des IMS sind die Call Session Control Functions (CSCF). Es gibt drei verschiedene CSCFs: Proxy CSCF, Interrogating CSCF und Serving CSCF (BILD 1). Endgeräte, die IMS unterstützen, werden in diesem Kontext User Agents (UA) genannt. Diese UAs kommunizieren immer mit der P-CSCF als zentralem Eintrittspunkt in das IMS. Aufgaben der P-CSCF sind unter anderem die Zutrittskontrolle und das Herstellen einer gesicherten Verbindung mit dem UA. Bei der Registrierung eines UAs im IMS, die über das Session Initiation Protocol (SIP) erfolgt, ermittelt Laptop (UA) Handy (UA) IP-CAN P-CSCF HSS I-CSCF AS S-CSCF BILD 1 Schematischer Ausschnitt der IMS Architektur: Links IMS-Endgeräte, die über das IP-CAN eine Verbindung zum IMS mit den zentralen CSCFs aufbauen. die P-CSCF mit Hilfe der Benutzerkennung, die der UA registrieren will, die zuständige I-CSCF. Dazu kann die P-CSCF entweder auf vorkonfigurierte Einträge oder DNS- Prozeduren zurückgreifen. Die I-CSCF kontaktiert dann den Home Subscriber Server (HSS), der mit dem Home Location Register in Mobilfunknetzen vergleichbar ist. Der HSS speichert die Benutzerpräferenzen, -einstellungen und die passenden S-CSCFs. Eine S-CSCF kann für verschiedene Services zuständig sein, sie muss je nach zu nutzendem Service gewählt werden. Die S-CSCF ist für die Authentifizierung des Nutzers verantwortlich. Im IMS kommt der von W-CDMA bekannte AKA-Algorithmus zum Authentifizieren und Generieren von Schlüsseln zum Einsatz. Dazu fragt die S-CSCF die benötigten Schlüssel vom HSS ab und schickt in einer negativen Antwort eine Authentifizierungsanforderung auf die initiale SIP-REGISTER-Anfrage über I-CSCF und P-CSCF an den UA zurück. Beantwortet dieser die Anforderung mit einer weiteren REGISTER-Anfrage korrekt, ist er erfolgreich im IMS registriert und bekommt dies von der S-CSCF mit einer positiven Antwort bestätigt. Diese komplizierte Architektur mit drei verschiedenen CSCFs scheint unnötig und übertrieben, ihr Zweck wird beim Roaming jedoch klar: Netzbetreiber wollen natürlich ihre interne Netzstruktur nicht offenlegen und den Zugriff auf die eigene Nutzerdatenbank verhindern. Da der UA immer mit der lokalen P-CSCF im besuchten Netzwerk kommuniziert, darf eine P-CSCF nicht Zugriff auf den HSS erhalten. Somit kommt dem I-CSCF die Rolle zu, die jeweilige Netzarchitektur vor anderen Betreibern zu verbergen. 16

17 BILD 2 Die integrierte TTCN-3-Entwicklungsumgebung bietet als Highlight zur Analyse der Ergebnisse eine Echtzeit-Message-Sequence-Chart und einen ausgefeilten Vergleich zwischen empfangenen und erwarteten Nachrichten. Die vollständige Umstellung auf IMSbasierte Netze ist mit erheblichem Aufwand verbunden und als langfristiges Ziel zu sehen. Es gibt allerdings erste Ansätze, IMS-basierte Services in existierenden Netzen zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel hat der US-Operator AT&T das sog. Video Sharing kommerziell eingeführt. Bei diesem Service besteht die Möglichkeit, parallel zu einer Circuit-Switched-Sprachverbindung über das IMS einen Live-Videostream zu verschicken. Die dabei zur Kommunikation zwischen den verschiedenen Netzkomponenten und den Endgeräten eingesetzten Protokolle wurden nicht neu von 3GPP spezifiziert, vielmehr werden etablierte Internetprotokolle wieder verwendet (SIP, SDP, RTP). Anfang 2006 hat 3GPP mit der Spezifikation von Testfällen begonnen, um die Konformität der Basis-IMS-Funktionalität von Mobilgeräten zu testen und die ETSI beauftragt, diese in der Testspezifikationssprache TTCN zu implementieren. Das Global Certification Forum (GCF) hat diese Testfälle bereits in sein Zertifizierungsprogramm für Mobilgeräte aufgenommen. Rohde&Schwarz arbeitet eng mit der ETSI zusammen und entwickelte mit dem Produkt R&S CA-AC05 für den Protokolltester R&S CRTU-W ein maßgeschneidertes Produkt, mit dem die Conformance Tests durchgeführt und Zertifizierungstests bestanden werden können. Die Testfälle decken unter anderem Registrierungs- und Authentifizierungsprozeduren, das Auffinden des P-CSCFs und spezielle Fehlerfälle ab. Rohde&Schwarz hat als einziger Anbieter einen Teil dieser Testfälle bereits bei GCF validiert. Dabei kommt erstmals TTCN-3 in einem Produkt von Rohde&Schwarz zum Einsatz. Mit der Option R&S CRTU-WT23 stehen eine integrierte Entwicklungsumgebung mit Editor, Compiler und Ausführungsumgebung zur Verfügung (BILD 2). So wird beispielsweise während der Ausführung ein Message Sequence Chart aufgebaut und kontinuierlich aktualisiert, so dass die Signalisierung zwischen Mobilgerät und Protokolltester in Echtzeit untersucht werden kann. Unterschiede zwischen erwarteten und tatsächlich empfangenen Nachrichten können sehr komfortabel verglichen und Fehler in der Signalisierung so schneller gefunden werden. Michael Siggelkow 17

18 MOBILFUNK Versorgungs-Messsysteme Funknetzanalysatoren R&S TSMx HSPA-Messungen mit allen Finessen HSPA-Techniken in UMTS-Netzen steigern die Datendurchsätze im Uplink und im Downlink signifikant aber auch die Komplexität. Umso wichtiger ist es, die angestrebte Netzqualität in diesen Turbo-Netzen sicherzustellen. Ein Fall für die Funknetzanalysatoren R&S TSMx (BILD 1) und die Mess-Software R&S ROMES. Netzqualität hat viele Seiten HSPA-Technologien für UMTS-Netze steigern den Datendurchsatz im Downlink bis 14,4 Mbit/s und im Uplink bis 5,74 Mbit/s (Details zu HSPA siehe rechte Seite). Der erreichbare Datendurchsatz ist aber nur ein Leistungsmerkmal eines Netzes je nach Anwendung stehen ganz unterschiedliche Ansprüche im Vordergrund. So erfordert z.b. ein FTP-Download eine möglichst hohe Datenrate, für Voice over IP dagegen ist die maximale Round Trip Time (RTT) entscheidend. Um eine angestrebte Netzqualität sicherzustellen, sind Messsysteme erforderlich, die zum einen die genaue Betrachtung und Analyse des verfügbaren Quality of Service ermöglichen, und zum anderen alle relevanten technischen Messwerte z.b. Layer 1 bis 3, Internet-Protokoll, etc. in praxisgerechter Form zur Fehleranalyse oder Optimierung bereitstellen. R&S ROMES: Ausgeklügelte Messmethoden für HSPA Damit Messungen in HSPA-Netzen aussagekräftig sind, muss ein Messsystem die anfallenden Daten mit ausgeklügelten Methoden sammeln, aufbereiten und visualisieren. Da sich die relevanten Messdaten in jedem Übertragungsintervall (TTI) ändern können, sind enorme Datenmengen zu verarbeiten. Die Mobiltelefon-Gerätetreiber der Mess-Software R&S ROMES sammeln diese Daten und speisen sie in Blöcken zu je 200 ms (100 TTIs bei HSDPA) in die Software ein. Diese Blockgröße gewährleistet einerseits, dass die erzeugte Last für das Messsystem in Grenzen bleibt, und andererseits dem Anwender stets fortlaufende Mess ergebnisse am Bildschirm zur Verfügung stehen. Für den Überblick über den Zustand eines Netzes sind jedoch meist aggregierte Werte hilfreicher als eine Vielzahl BILD 1 Unentbehrliche Messhilfen: die Funknetzanalysatoren R&S TSMx /1 18

19 HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) Mehrere HARQ-Prozesse erlauben die effiziente Nutzung der Übertragungs- und Verarbeitungszeit von Datenpaketen. Ist ein Datenpaket eines Prozesses übertragen, so muss nicht auf dessen Bestätigung gewartet, vielmehr kann sofort ein Paket eines weiteren Prozesses geschickt werden. Die Bestätigung über den erfolgreichen oder erfolglosen Empfang des Paketes erwartet der Sender erst einige Zeit später. Das Verfahren steigert zusätzlich die Effizienz, indem es fehlgeschlagene Übertragungen nicht komplett verwirft, sondern durch intelligente Algorithmen mit den weiteren Übertragungen des gleichen (Nutz-) Datenblocks kombiniert. Dies vergrößert die Wahrscheinlichkeit einer finalen erfolgreichen Decodierung des Pakets. AMC (Adaptive Modulation and Coding) Bei der Modulation und Codierung der Daten stehen hohen Nutzdatendurchsätzen eine geringe Robustheit der Übertragung gegenüber. Deshalb wird versucht, für die momentanen Übertragungsverhältnisse die optimalen Parameter zu ermitteln, die eine sichere Übertragung mit dem höchst möglichen Durchsatz garantieren. HSDPA bietet die Wahl zwischen verschiedenen Modulationen (QPSK und 16QAM). Auch für das Codieren der Daten stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Die Anpassung von Modulation und Codierung kann pro TTI erfolgen, was eine schnelle Reaktion auf Funkfeldveränderungen erlaubt. Ähnliches gilt für HSUPA. HSPA ein kurzer Überblick HSDPA (Release 5) Ziel der Einführung von HSDPA war es, die Funkkanäle möglichst effizient zu nutzen und gegenüber UMTS eine signifikante Steigerung der Datenrate im Downlink zu erreichen. Zudem sollte damit auch der erste Schritt zum Verringern der Round Trip Time (RTT) getan werden. Erreicht wurden diese Ziele mit mehreren Änderungen im Physical und im MAC Layer. Für einen größeren Datendurchsatz und eine effizientere Nutzung der HF-Ressourcen sorgen paral lele HARQ-Prozesse und das AMC. Zum Verringern der RTT war es nötig, Teile des MAC Layers vom Radio Network Controller (RNC) in die 3G-Basisstation zu verlegen. Nur so ließ sich ein Übertragungsintervall (Transmission Time Interval TTI) von 2 ms erreichen. Alle 2 ms also überträgt der Prozess Datenblöcke, für welche die Übertragungsparameter jeweils an die aktuellen Funkfeldbedingungen angepasst werden können (AMC). Dazu ist es erforderlich, dass das Mobiltelefon alle 2 ms den erfolgreichen oder misslungenen Empfang eines Datenpakets an die Basisstation meldet. Grundlage für die Anpassung der Übertragungsparameter durch die Basisstation ist der Channel Quality Indicator (CQI), den das Mobiltelefon an Hand der Empfangsqualität des Pilotsignals ermittelt und periodisch (alle n TTI) an die Basisstation meldet. Zur Realisierung dieser Anforderungen wurden drei neue Kanäle eingeführt. Im Downlink sorgt der High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) für den Transport der Daten. Über den High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) erfährt das Mobiltelefon die Konfiguration des HS-DSCH. Wie die Namen der Kanäle vermuten lassen, sind beide Kanäle nicht für ein einzelnes Mobiltelefon reserviert, vielmehr kann die Basisstation über diese Kanäle mehrere Mobiltelefone parallel bedienen. Im Uplink sorgt der High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) für die schnelle Übertragung der CQI-Werte und der Quittungssignale für die Datenpakete. HSUPA (Release 6) Alle Verbesserungen, die HSDPA im Downlink erzielt, soll HSUPA im Uplink ermöglichen. Es liegt nahe, dafür ähnliche Methoden zu verwenden. So wurden auch hier HARQ-Prozesse für die effiziente Datenübertragung eingeführt und das Transmission Time Interval auf 10 ms bzw. 2 ms verringert. Um die dafür nötigen schnellen Antwortzeiten zu erreichen, musste auch hier ein Teil des MAC Layers in die Basisstation verlegt werden. Während bei HSDPA der durchsatzbegrenzende Faktor der vom Mobiltelefon ermittelte CQI des Funkfeldes ist, ist es im Uplink die maximale Sendeleistung, welche die Basisstation einem Mobiltelefon erlauben kann. Sie ist zwar einerseits durch die maximale Sendeleistung eines Mobiltelefons begrenzt, generell darf die Basisstation aber einem Mobiltelefon nur soviel Sendeleistung zugestehen, dass andere Telefone nicht übertönt werden. Dies regelt die Basisstation über sog. Grants, die sie an die Mobiltelefone vergibt. Die Serving Cell kann diese Leistung durch die Vorgabe eines Absolute Grants auf einen bestimmten Anfangswert festlegen. Zusätzlich können alle Basisstationen, die von einem sendenden Mobiltelefon gestört werden, dessen erlaubte Sendeleistung mit dem Relative Grant in einzelnen Schritten verringern. Mit fünf neuen Kanälen ließ sich das Ziel realisieren. Der E-DCH Dedicated Physical Data Channel (E-DPDCH) und der E-DCH Dedicated Physical Control Channel (E-DPCCH) dienen zusammen der Übertragung der Daten im Uplink. Dabei werden die Daten über den E-DPDCH und dessen Format über den E-DPCCH an die Basisstation gesendet. Im Downlink sorgen der E-DCH Absolute Grant Channel (E-AGCH) und der E-DCH Relative Grant Channel (E-RGCH) für die Regelung der erlaubten Sendeleistung. Die für die HARQ-Prozesse nötigen Rückmeldungen von der Basisstation an das Mobiltelefon werden über den E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel (E-HICH) geleitet. 19

20 MOBILFUNK Versorgungs-Messsysteme einzelner Rohmesswerte. Deshalb bereiten die R&S ROMES-Mobiltelefontreiber während der Messungen aus den vom Telefon gelieferten Rohdaten zusätzliche Statistiken und Analysen auf. Alle Messwerte lassen sich als Standard- R&S ROMES-Signale in den bewährten Ansichten 2D Chart, Alphanumeric View oder Route Track View visualisieren und analysieren und mit anderen Signalen aus R&S ROMES für weitere Analysen verknüpfen. Ist eine Problemstelle identifiziert, bietet R&S ROMES zur detaillierten Analyse über spezielle Ansichten vollen Zugriff auf alle verfügbaren Messwerte eines TTI. Ansichten in R&S ROMES: Übersichtlich und detailliert HSUPA / HSDPA: Wie gut ist die aktuelle Datenübertragung? Die HSUPA-Ansicht (BILD 2) und die HSDPA-Ansicht (BILD 3) liefern einen ersten Eindruck über die Qualität der aktuellen Datenübertragung. Beide Ansichten zeigen ein Balkendiagramm, in dem die Farben den Erfolg der Übertragung visualisieren. Grüne Balken stehen für erfolgreich und rote für fehlerhaft übertragene Pakete bzw. TTIs. Gelbe Balken markieren TTIs, in denen keine Datenübertragung stattfand (Discontinuous Transmission, DTX). Die HSUPA-Ansicht zeigt auf der Y-Achse die vom Mobiltelefon übertragene Anzahl von Bits (Transport Block Size TBS), die aufgrund der erlaubten Sende leistung für den TTI ermittelt wurden. Damit ist der Zusammenhang zwischen Blockgröße und Übertragungserfolg sofort ablesbar. In der HSDPA-Ansicht steht die Größe der Balken für den CQI. Das Mobiltelefon berechnet ihn aus dem Pilotsignal der Basisstation, er spiegelt die angeforderte Datenrate wider. Decode Statistic Views Wie groß sind die Übertragungsblöcke? Die Software erstellt für beide Übertragungsrichtungen Statistiken, welche die Übertragungsqualität der HARQ- Prozesse beschreiben. Man unterscheidet zwischen (Daten-)Block und (Daten-) Sub-Block. Müssen Blöcke wiederholt gesendet werden, heißen sie Sub-Blöcke. Dazu ein Beispiel für einen Übertragungsvorgang: In einem ersten Übertragungsversuch wird ein Block innerhalb eines TTI gesendet. Kann der Empfänger den Inhalt decodieren, so ist die Übertragung erfolgreich abgeschlossen (die Anzahl von Block und Sub-Block ist in diesem Fall gleich, und zwar 1). Scheitert die Übertragung weil der Empfänger die Daten nicht decodieren kann hat dies einen Sub-Block Error (SBLE) zur Folge und die Übertragung muss wiederholt werden. Um dies einzuleiten, sendet der Empfänger eine Fehlermeldung (NACK Not Acknowledged) an den Sender und dieser startet einen neuen Funknetzanalysatoren R&S TSMx von Rohde&Schwarz Die Mobilfunknetze der dritten Generation erfordern Messmethoden, die auf möglichst einfache Art und Weise Hinweise auf potenzielle Problemstellen liefern und Lösungen anbieten. Die Funknetzanalysatoren R&S TSMx von Rohde&Schwarz erfüllen genau diese Ansprüche, bieten sie doch zusammen mit der Mess-Software R&S ROMES ausgeklügelte Algorithmen zur Analyse von Nachbarschaftsbeziehungen. Sie sind in allen Zyklen eines Mobilfunknetzes eine unersetzliche Hilfe und liefern Messergebnisse weitaus schneller und genauer als Test-Mobiltelefone. Ihr breitbandiges HF-Eingangsteil sowie die einfache und modulare Optionierung bieten maximale Flexibilität für Netzbetreiber, Dienstleister, Regulierungsbehörden und Hardware-Hersteller. Versuch. Kann der Empfänger diesen zweiten Sub-Block decodieren, so liegen insgesamt ein Sub-Block Error und ein Sub-Block Success vor, die zusammen eine Sub-Block Error Rate (SBLER) von 50 % ergeben. Der (Daten-)Block selbst wurde jedoch erfolgreich übertragen, die Block Error Rate (BLER) ist somit 0 %. Ein Block Error liegt vor, wenn der Sender die maximal zulässige Anzahl an Sendeversuchen für einen Block überschritten hat. In diesem Fall meldet der Sender diesen Block an höhere Layer als nicht übertragen. Außerdem wird die Verteilung berechnet, die zeigt, wieviele Versuche zur erfolgreichen Übertragung eines Blocks notwendig waren. Da die zu übertragenden Daten je nach Blockgröße mehr oder weniger geschützt sind, schlüsselt R&S ROMES die Statistik entsprechend auf. So kann der Anwender den Zusammenhang zwischen Blockgröße und Übertragungswahrscheinlichkeit gut erkennen (BILD 4 und 5). Die wichtigsten Abkürzungen AMC BLER CQI DTX HARQ HSDPA HSPA HSUPA NACK RNC RTT SBLE SBLER TBS TTI Adaptive Modulation and Coding Block Error Rate Channel Quality Indicator Discontinuous Transmission Hybrid Automatic Repeat Request High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access Not Acknowledged Radio Network Controller Round Trip Time Sub-Block Error Sub-Block Error Rate Transport Block Size Transmission Time Interval 20