Anspruchsvolle HSDPA-Messungen mit Echtzeitfunktionen. Universal Radio Communication Tester R&S CMU300. Alles exakt getimed?

Transkript

1 MOBILFUNK Funkmessplätze 44319/2 BILD 1 Der R&S CMU300 ermöglicht jetzt HF-Parametertests in Kombination mit Signalisierungsprozessen des Layer 1. Universal Radio Communication Tester R&S CMU300 Anspruchsvolle HSDPA-Messungen mit Echtzeitfunktionen Der R&S CMU300 (BILD 1) kombiniert in einem neuen Signaling Testmode erstmals HF-Parametertests mit Signalisierungsprozessen des Layer 1. Damit lassen sich zeitkritische Parameter von Basisstationen unter realitätsnahen, dynamischen Bedingungen gründlich testen. Alles exakt getimed? Klassische Basisstationsmessungen wie sie der R&S CMU300 im bewährten Non-Signaling-Testmodus durchführt prüfen statisch, ob wesentliche Parameter einer Basisstation (BTS) den technischen Spezifikationen entsprechen. Mit steigenden Datendurchsätzen, wie sie beispielsweise bei HSDPA vorkommen, müssen Mobilfunkverbindungen jedoch immer schneller an die verfügbaren Funkkanalressourcen angepasst werden. Damit erlangt der zeitliche Aspekt bei HF- Messungen eine größere Bedeutung. Es sind also ergänzende Tests erforderlich, die prüfen, ob alle Kanalparameter zur richtigen Zeit optimal eingestellt werden. Diesen Anforderungen entsprechend prüft der R&S CMU300 nun Basisstationen unter realitätsnahen, dynamischen Bedingungen. Dazu kombiniert er erstmals in einem neuen Signaling Testmode HF-Parametertests mit Signalisierungsprozessen des Layer 1. Der neue Testmodus bietet dem Anwender Messfunktionen, die bisher gar nicht oder nur mit sehr hohem technischen Aufwand realisierbar waren. Dazu synchronisiert Neues von Rohde&Schwarz 8 Heft 189 (2006/I)

2 sich der R&S CMU300 auf die Zellkanäle (CPICH, BCH) der Basisstation. Es genügt eine HF-Verbindung; aufwändigen Basisstations-Triggerschnittstellen sind nicht erforderlich (BILD 2). Mit seinem Echtzeitempfänger mit FEC, dem TX-Tester und dem Generator bietet der R&S CMU300 die folgenden Messfunktionen zu einem bisher nicht bekannten Preis/Leistungs-Verhältnis: Zeitsynchrone Sendermessungen für das genaue Überwachen kritischer Momente beim Umschalten von Kanalparametern (auch für HSDPA) Spezielle Trigger zur Synchronisation externer Messgeräte sowie der oben aufgeführten Sendermessungen (auch für HSDPA) Datenanalyse und Decodierung der DL-Kanäle (BCH, Transportkanäle einschließlich HSDPA) Echtzeitfähige Code-Domain-Power- Messung Analyse der Bit- und Blockfehler-Verhältnisse der RMC (BER und BLER) RACH-Preamble-Tests (einschließlich AICH-Auswertung) als Stresstest für Basisstationen und speziell für HSDPA: Monitoring von max. vier HS-SCCH (aus einem definierbaren Set aus max. 128 Endgeräten) Durchsatzmessungen Uplink-Stimulation für HS-DPCCH Stimulate & Check -Tests Die neuen Eigenschaften im Detail Erweiterte TX-Messungen Die an der 3GPP-Spezifikation TS (FDD) orientierten TX-Messungen im Non Signaling Testmode [1] sind jetzt auch im Signaling Testmode verfügbar: Modulation Error Vector Magnitude (EVM) einschließlich Magnitude error / Phase error Carrier frequency error I/Q origin offset I/Q imbalance Waveform quality Peak Code Domain Error Power (PCDEP) BILD 2 CMU300 HF-Analysator synchronisiert SFN-Trigger Signaling-Empfänger (Demodulator, Decoder, Datenanalysator) SFN-Trigger HF-Generator synchronisiert CPICH- / BCH- Synchronisation Uu (Luftschnittstelle) Basisstation Sender Sende- / Empfangsteil (TRX) Empfänger Testsetup mit dem R&S CMU300 und einer Basisstation im Signaling Testmode. BILD 3 Messung der Code Domain Power bei frei definierter, statischer Kanalkombination (vier HS-SCCH, fünf HS-PDSCH). Spektrum Adjacent Channel Leakage power Ratio (ACLR) Occupied Bandwidth (OBW) Spectrum Emission Mask (SEM) Um die Tests zu erleichtern, steht für Messungen der Code Domain Power und der Modulation im Non-Signalingund im Signaling-Testmodus nun eine Steuerungs- Schnittstelle Basis- stations- Controller (Layer 1) Leistung Power meter (breitbandig oder frequenzselektiv) Code Domain Power (CDP) Neues von Rohde&Schwarz 9 Heft 189 (2006/I)

3 MOBILFUNK Funkmessplätze automatische Kanalsuche zur Verfügung. Mit dieser Funktion ist es einfach möglich, zusätzlich zu den Kanälen, die in den Testmodellen 3GPP FDD R5 festgelegt sind, auch in frei definierten Kanalkonfigurationen zu messen. Auch die HSDPA-Kanäle sind jetzt im Non-Signaling- und im Signaling-Testmodus frei konfigurierbar (BILD 3). Im Signaling Testmode lassen sich alle Messungen ohne externe Triggerung zu definierbaren Zeitpunkten starten. Trigger Zeitsynchrone Messungen können wie folgt getriggert werden: Free Run Der R&S CMU300 analysiert das HF-Signal, um das Slot Timing zu bestimmen Slot Trigger Triggersignal zu Beginn jedes DL-P-CPICH-Zeitschlitzes Frame Trigger Triggersignal zu Beginn eines jeden DL P-CPICH Frames Super Frame Trigger Triggersignal zu einer einstellbaren System-Frame- Nummer. Das Signal wird periodisch wiederholt, einstellbar von 2 bis 4096 Frames HSFN Trigger HSDPA-Triggersignal zu Beginn eines jeden HS-SCCH Subframes UE ID Trigger HSDPA-Triggersignal zu Beginn eines jeden HS-PDSCH Subframes, der einer bestimmten UE ID zugeordnet ist Diese intern erzeugten Triggersignale stehen zum Triggern weiterer Messgeräte auch an einem Ausgang zur Verfügung. Der Chip-Offset der Ausgangstrigger ist dazu feinjustierbar. Die Messungen des R&S CMU300 lassen sich außer von diesen internen Triggersignalen natürlich auch von einem extern angelegten Signal triggern, wobei dessen Flanke und Chip-Offset einstellbar sind (BILD 4). Messung des Bitfehlerverhältnisses (BER) Der Echtzeitempfänger im R&S CMU300 bietet einen neuen Ansatz zur Analyse des kompletten Sendetraktes. Die klassische Methode, physikalische Parameter wie Modulationsgüte oder Code Domain Power zu messen, wird durch die Messung des Bitfehlerverhältnisses ergänzt. Im Gegensatz zu reinen HF-Parametermessungen wird dabei der komplette Layer 1 einschließlich der FEC überprüft. Zwei verschiedene Szenarios sind möglich: Getrenntes Messen der DL- und UL- Verbindung zur BTS. Dazu wird das DL- Signal der BTS analysiert und gleichzeitig ein UL-Signal gesendet, das die BTS auswertet. Simultanes Messen beider Verbindungen (UL und DL). Die BTS sendet das vom R&S CMU300 generierte UL-Signal an ihn zurück, der R&S CMU300 wertet es aus. Außer dem BER (BILD 5) und BLER ermittelt er auch das Datenblockfehler-Verhältnis (DBLER). Echtzeit-Monitoring und Logging der DL-Kanäle Der R&S CMU300 bietet die Möglichkeit, DL-Kanäle in Echtzeit auf Datenebene zu protokollieren und zu decodieren, was die Analyse der Daten vereinfacht (BILD 6). Zusätzlich stehen die codierten Daten u.a. über eine COM- Schnittstelle zur Verfügung und können somit direkt online auf einem externen PC ausgewertet werden. Bei der Decodierung der Daten hilft das zur Verfügung gestellte Online-Decodierungsprogramm. Mit diesen Mitteln ist der Anwender auf einfache Weise in der Lage, Daten der DL-Transportkanäle zu protokollieren und auszuwerten. Zusätzlich können auch die von der Basisstation im BCH/P- CCPCH gesendeten System Information Blocks (SIB) angezeigt, online decodiert und ausgewertet werden (BILD 7). Der Echtzeitempfänger ermöglicht weiterhin die lückenlose zeitschlitzweise Messung der Code Domain Power Bits und der Transmit Power Control Bits (TPC Bits). Der Zeitbezug in allen Messungen lässt sich durch System Frame Numbers (SFN) herstellen, die ebenfalls angezeigt werden. RACH-Preamble-Tests mit Auswertung des AICH Vielfache Anwendung findet der RACH- Preamble-Test mit zugehöriger Auswertung des AICH (Aquisition Indicator Channel). Mit diesem Test lassen sich praxisnahe Stressszenarios für Basisstationen simulieren, z.b. das Einbuchen mehrerer Handys in aufeinander folgende Access Slots. Während dieses Tests werden bis zu 2 24 Preambles des Random Access Channels (RACH) einer sich wiederholenden vordefinierten Sequenz von bis zu 64 Preambles gesendet. Diese Sequenz kann der Anwender individuell einstellen (BILD 8). Für Stresstests können Preambles im Millisekunden-Abstand gesendet werden. Zusätzlich wertet der R&S CMU300 die empfangenen AICH auf korrekten Dateninhalt und richtiges Timing aus. Die Testbedingungen lassen sich durch Hinzufügen von Additional White Gaussian Noise (AWGN) zusätzlich variieren und verfeinern (BILD 9). HS-SCCH-Informationen Die HS-SCCH-Monitor-Funktion erlaubt das gleichzeitige Analysieren von bis zu vier HSDPA-DL-Kontrollkanälen (HS- SCCH) eines definierbares Sets aus 128 Endgeräten (UE). Dabei decodiert der Mobilfunkmessplatz jeden Frame und listet die detektierten Endgeräte in einer Tabelle auf (BILD 10). Außerdem wertet er die HS-SCCH-Steuerungsinformationen aus und zeigt sie an. Die HS-SCCH- Steuerungsinformationen umfassen außerdem die Modulationsart (QPSK / 10

4 BILD 4 Das Trigger-Setup-Menü. BILD 5 Messung des Bitfehlerverhältnisses (BER). Zellkanäle DPCH Handy ist mit der Basisstation verbunden DL-Empfänger Basisstation CMU300 BILD 6 Der R&S CMU300 beherrscht das Monitoring der DL-Kanäle in Echtzeit und protokolliert und decodiert die Daten. BILD 7 Die von der Basisstation im BCH/P-CCPCH gesendeten System Information Blocks (SIB) werden angezeigt, online decodiert und ausgewertet. Access Frames Access Slots Preambles Signature 7 1 BILD 8 Beispiel für ein RACH-Setup. 11

5 MOBILFUNK Funkmessplätze 16QAM), die Größe der Transportblöcke oder die Anzahl der HSDPA-Datenkanäle, die einem Endgerät zugeordnet sind. Die Messung kann auf einen bestimmten Frame (HSFN) getriggert oder mit einem bestimmten UE gestartet werden. Bei Messungen an operativen Netzen sind die vergebenen UE ID meist nicht bekannt und nur schwer vorhersagbar, da sie von einem basisstationsspezifischen Algorithmus zugewiesen werden. Der R&S CMU300 bietet auch hierfür eine Lösung in Form eines speziellen UE-ID-Scan-Modus, der alle HSDPA-DL- Kontrollkanäle nach aktiven UE durchsucht und die gefundenen UE ID in einer Tabelle speichert. Diese wird dann für die Messung der HS-SCCH-Information (bzw. auch für die Messung des HS- PDSCH Throughput) verwendet. Messung des HS-PDSCH Throughputs Neben den HSDPA-Kontrollkanalinformationen sind vor allem die Bruttodatenrate und der effektive Durchsatz der HSDPA-DL-Datenkanäle (HS-PDSCH) von Interesse. Beide werden anhand der ausgewerteten Parameter der Kontrollkanäle für bis zu 128 Endgeräte berechnet. Von jedem aktiven UE werden momentane und gemittelte Datenraten bzw. der Durchsatz sowie Minimumund Maximumwerte angezeigt und die Gesamtdatenrate / der Gesamtdurchsatz aller UE berechnet (BILD 11). Daraus lässt sich einfach die Zelldatenrate bzw. der erreichte Zelldurchsatz ermitteln. Wie beim HS-SCCH-Monitor kann auch diese Messung auf einen bestimmten Frame (HSFN) getriggert oder mit einer bestimmten UE ID gestartet werden. HSDPA UL Stimulate Der bereits aus dem Non-Signaling- Testmodus bekannte UL-Generator des R&S CMU300 [2] wurde im Signaling Testmode um eine HSDPA-UL-Funktion erweitert. Zusätzlich zur Standardfunktion (Simulation eines UE durch Aktivieren von Referenz-Messkanälen (RMC) oder physikalischen Kanälen) wird im HSDPA UL Mode noch ein HS-DPCCH mit sich wiederholenden, anwenderdefinierbaren ACK- / NACK- / DTX-Sequenzen und / oder Sequenzen mit Informationen über die Kanalqualität (CQI) aufgesetzt. Beide Sequenzen können unabhängig voneinander mit bis zu 64 Werten konfiguriert werden. Weitere anwenderdefinierbare Parameter wie Transmission Time Interval (TTI) sowie unabhängig getriggerter Start (z.b. über HSFN- / UE-ID-Trigger) der CQI bzw. ACK- / NACK- / DTX-Sequenzen erlauben vielfältige praxisnahe Stimulationsmöglichkeiten der Basisstation (BILD 12). HSDPA Stimulate & Check Ein wichtiger Test, der auch dynamische Untersuchungen des zeitkritischen MAC-HS-Verhaltens erlaubt, lässt sich mittels einer Kombination aus synchroner HS-DPCCH-Stimulation der Basisstation im UL und Auswertung des HS-SCCH im DL durchführen. Dazu werden der zuvor beschriebene HSDPA-UL- Generator und die DL-HS-SCCH-Monitoring-Messung im R&S CMU300 verwendet. Durch Konfiguration eines speziellen UE-ID-Triggers lassen sich realitätsnahe Szenarios simulieren (BILD 13): Empfängt der R&S CMU300 eine spezielle UE ID, so sendet er ein Element der anwenderdefinierten ACK- / NACK- / DTX-Sequenz an die Basisstation (UL-Stimulation). Die Reaktion der Basisstation kann mit Hilfe des HS-SCCH-Monitors überprüft werden (DL-Check). Fazit Der R&S CMU300 beherrscht zahlreiche Test für Basisstationen. Der klassische Testmodus für schnelle und kostengünstige Massentests ist der Non-Signaling-Modus mit Vektoranalyse- und Signalgeneratorfunktionen. Für das Charakterisieren von Basisstationen und damit zum Optimieren von Netzwerken bieten die neuen Funktionen im Signaling-Testmodus zahlreiche Analysemöglichkeiten. Da Triggerschnittstellen nicht mehr nötig sind, vereinfacht sich der Testaufbau was gerade in der Produktion und für Tests von Nano-Basisstationen eine große Erleichterung ist. Durch die neuen HSDPA-Messungen ist der R&S CMU300 auch beim Test anspruchsvoller Szenarios und bei der Markteinführung von HSDPA ein gefragtes Messinstrument. Bisher gab es keine Single-Box-Lösung welche diesen Funktionsumfang zu einem attraktiven Preis bieten konnte. In dieser Hinsicht ist der R&S CMU300 einzigartig. Anne Stephan, Daniel Hank Weitere Informationen und Datenblatt unter (Suchbegriff: CMU300) LITERATUR [1] Universal Radio Communication Tester R&S CMU300: Schnelle Sender- und Empfängermessungen an WCDMA-Basisstationen. Neues von Rohde&Schwarz (2003) Nr. 178, S [2] Universal Radio Communication Tester R&S CMU300: WCDMA-Generator für Tests an 3GPP-Basisstationsempfängern. Neues von Rohde&Schwarz (2002) Nr. 176, S

6 BILD 9 RACH-Preamble-Test mit Auswertung des AICH. Die Testbedingungen lassen sich durch Hinzufügen von Additional White Gaussian Noise (AWGN) zusätzlich variieren und verfeinern. BILD 10 HS-SCCH-Information und HSDPA-Steuerkanalinformationen. BILD 11 Die Throughput-Messung gibt Aufschluss über den Zelldurchsatz. BILD 12 HSDPA-UL-Generator. R&S CMU300 Basisstation BILD 13 R&S CMU300-Testsetup UL-Stimulation und DL-Check für HSDPA. Signaling-Empfänger (Demodulator, FEC, Datenanalysator) DL-Check Datenanalyse 4 HS-SCCH Sender Scheduling Trigger Anzeige der HS-SCCH-Reaktion HF-Generator einschl. Datenquelle synchronisiert UL-Stimulation Generator 1 HS-DPCCH (anwenderdefinierte ACK- / NACK- / CQI-Sequenzen) Sende- / Empfangsteil (TRX) Empfänger 13