Entwicklung und Test von HSPA-Mobilgeräten
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Entwicklung und Test von HSPA-Mobilgeräten
HSPA-Mobiltelefone müssen die neuen Funktionen beherrschen. Um Low-Endund High-End-Implementierungen zu unterscheiden, sind verschiedene Leistungskategorien für Anwendergeräte spezifiziert. Jede Kategorie steht für eine andere Kombination von Funktionen. Für HSDPA gibt es zwölf Kategorien, die sich in der Zahl der übertragenen Codes, den Modulationsformaten, den Übertragungsintervallen und den Spitzendatenraten (von 1,2 MBit/s am unteren Ende bis hin zu 14,4 MBit/s) unterscheiden. Für HSUPA gibt es sechs Kategorien, auch sie unterscheiden sich in der Anzahl der übertragenen Codes, Spreizungsfaktoren, Übertragungsintervalle und Datenraten. Am oberen Ende ist eine Maximaldatenrate von 5,76 MBit/s bei 2 ms Übertragungsintervall spezifiziert.
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Die Schwierigkeiten bei der Implementierung von Leistungsverbesserungen treten oft bei der Integration auf, das heißt, wenn ein Designer Hardware, Betriebssystem, Protokollstack und Applikationen erstmals zusammenbringt und sie auf Systemniveau testet. Hierbei ist die Leistungssteuerung ein wichtiges Thema. Auf der physikalischen Schicht schwankt bei HSPA die Sendeleistung stärker als bisher, beispielsweise dann, wenn an den Grenzen eines Übertragungsintervalls HSUPA an- und ausgeschaltet wird. Auch im Codekanal können in diesem Fall die Unterschiede relativ groß sein. Die dynamische Natur eines HSUPA-Uplinks erschwert die Konstruktion sauberer Codekanäle im Telefon, was zu mehr Außerbandstörung und schlechter Modulationsqualität führen kann.´
Bild 1 zeigt ein HSPA-Signal in der Zeitdarstellung und illustriert die Leistungsänderungen, die dadurch entstehen, dass einem W-CDMA-Signal HSDPA und HSUPA hinzugefügt werden. Im Abschnitt A dominiert HDSPA, weil der Parameter »Absolute Grant« (absolute Ressourcenzuweisung) auf die hohe Stufe 31 gesetzt ist.
Speicherverwaltung
Eine weitere Schwierigkeit ist das Design des Protokolls. Der schnelle Kanalwechsel von HSDPA verlangt, dass das Mobiltelefon mit »korrekten « Meldungen antwortet, also solchen, die bezüglich Inhalt, Länge, Lieferreihenfolge und Lieferzeit einwandfrei sind. Weiterhin muss das Mobiltelefon Meldungen aus dem Netz ignorieren, die sich auf Funktionen beziehen, die es nicht beherrscht. Protokollfehler können Schwierigkeiten mit Übergaben nach sich ziehen sowie zu Datenverlusten und Gesprächsabbrüchen führen. Bild 2 zeigt eine Protokollaufzeichnung, in der eine Meldung einen Fehler aufwies und deswegen alle folgenden Meldungen fehlinterpretiert wurden. Eine weitere Hürde beim Entwurf eines HSPA-Mobiltelefons ist die Speicherverwaltung. Weil die meisten Anwendungen irgendetwas mit Datenübertragung zu tun haben, müssen die Speicherpuffer immer optimal gefüllt bleiben. Alle großen Änderungen im Durchsatz oder eine Verzögerung verschlechtern die Leistung der Anwendung. Wenn beispielsweise die Bandbreite einbricht, wird das Mobiltelefon angewiesen, eine niedrigere Datenrate vom Server anzufordern. Bevor diese Anforderung den Server aber erreicht und er sie umsetzt, hat das Netz noch einen Satz gefüllte Puffer mit Daten, die zur Übertragung anstehen. Weil ein Mobiltelefon aber die Daten in der richtigen Reihenfolge erwartet, stellen die gespeicherten Daten einen Rückstau dar, der das Mobiltelefon mit Daten zustopft, wenn er aufgelöst wird.
Die Erkenntnis, dass in einem mobilen Umfeld extreme Änderungen der Bandbreite wahrscheinlich sind und oft vorkommen, wenn ein Mobiltelefon von einem Netz zum anderen wechselt, hilft in dieser Situation nicht weiter. Solch schnelle, dynamische Änderungen sind schwer zu modellieren und noch schwieriger zu kompensieren. Ein weiteres Problem: Wenn ein Mobiltelefon von einem Netz zum anderen wechselt, können große Verzögerungen entstehen, weil das Übergabeprotokoll erst abgearbeitet werden muss und erst danach wieder Daten fließen können. Testtechniken, die Szenarien der Wirklichkeit simulieren, sind die beste Methode, um sicherzustellen, dass ein Mobiltelefon auch in einem schwierigen Umfeld korrekt funktioniert.
Ein sinnvoller Testansatz
Es gibt zwar keine einfache Methode, die in nur einem Schritt alle HSPA-Leistungsmerkmale eines Mobiltelefons austestet, doch erweist sich in den Integrations- und Validierungsphasen folgender Testansatz als sinnvoll.
Will man die Leistung eines Mobilgeräts oder einer mobilen Applikation testen, ist der erste Schritt der Test der physikalischen Schicht. Der Durchsatz auf der dieser Schicht gibt einen ersten Anhalt darüber, wie gut das Mobiltelefon arbeitet, obwohl dieser Test noch keinen direkten Aufschluss über die letztliche Ursache von auftretenden Fehlern liefert. Aufbauend auf den Ergebnissen des Tests der physikalischen Schicht ist der nächste Schritt die Validierung des Protokolls der Funkschnittstelle (Radio Link Control, RLC), des Treibers und der IP. Dies gibt einen ersten Anhaltspunkt, wie das HSPA-Gerät in einem echten Netz funktionieren wird. So der Testingenieur will, kann er bereits jetzt den Durchsatz der Anwendungsschicht messen, um zu sehen, wie sich das Mobiltelefon für den Anwender anfühlen wird.
Der nächste Schritt ist eine Anwendung, die eine mittlere Last auf den Prozessor des Mobilgeräts gibt. Danach belastet man das Gerät mit dem vollen Datendurchsatz; man simuliert einen paketvermittelten Anruf und überträgt eine Datei. Kommt beispielsweise FTP zum Einsatz, simuliert man eine Anwendung, die eine Quittung für die empfangenen Pakete braucht.
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