Die größte Herausforderung beim Aufbau und Betrieb eines Mobilfunknetzes ist die flächendeckende Versorgung. Diese wird im GSM- und UMTS-Standard durch ein zellulares Netz erreicht, bei dem das abzudeckende Gebiet in Versorgungszonen oder Zellen aufgeteilt ist. Ein eingeschaltetes Mobilfunkgerät nimmt darin immer mit der „zuständigen" Station Kontakt auf und wird von dieser bei Bedarf von Zelle zu Zelle weitergeleitet.

Eine genaue Frequenz- und Standort-Planung der Funkstationen ist deshalb für die Qualität des Netzes ein entscheidender Faktor. Gerade in Großstädten kommt es häufig zu schwierigen Empfangssituationen. Und in ländlichen Regionen gibt es immer noch die ärgerlichen „weißen Flecken" auf der Landkarte ohne Funknetz. Mit kontinuierlichen und aufwendigen mobilen Messkontrollen versuchen die Netzbetreiber, die ständig steigenden Qualitätsansprüche an die Sende- und Empfangsqualität zu erfüllen.

Nur im mobilen Einsatz lassen sich typischerweise alle wichtigen Parameter wie die Signal- Feldstärke, Qualität und Ortskoordinaten erfassen und aufzeichnen - die Voraussetzung für eine Optimierung des Netzes oder zur Fehlersuche.

Ein PKW voll Messtechnik

Rund zwanzig Messfahrzeuge der Firma Alcatel-Lucent Network Services sind für die verschiedenen Mobilfunkanbieter ständig unterwegs, um detaillierte Daten über die Netzqualität der Mobilfunknetze „vor Ort" zu sammeln. Zusätzlich stehen weitere zehn Fahrzeuge für temporäre Einsätze zur Verfügung.

Die rollenden Messlabore sind bis unters Dach mit Elektronik bestückt: Test-Handys und Mess- Empfänger, hochgenaue Messgeräte, stabilisierte Spannungsversorgungen, ein professionelles Navigationssystem und nicht zuletzt, als so genannter Car-Server, ein robuster Industrie-Computer mit der Messsoftware.

Für eine exakte und stabile Spannungsversorgung für den Messaufbau sorgt eine zweite Batterie, die über eine leistungsstärkere Lichtmaschine geladen wird. Der Industrie-PC bildet das Herzstück des Messfahrzeugs. Besondere Anforderungen an den Rechner sind die Erschütterungs- und Temperaturempfindlichkeit (-40 bis +60 °C), Kompaktheit, mehrere externe Schnittstellentypen (RS232, USB, Firewire) und ein schneller, lüfterloser Dual-Core-Prozessor. Über die verschiedenen Schnittstellen werden die einzelnen Test-Handys und Mess-Empfänger angesteuert und deren Daten erfasst.

Zusammen mit weiteren Schnittstellen- Boards in ein 19-Zoll-Rack eingebaut, steuert und archiviert der Car-Server die kompletten Messzyklen mit den Test-Handys und verknüpft die Ergebnisse mit den Positionsdaten eines präzisen Navigationsgeräts.

© Alcatel-Lucent, gbm

Die Testgeräte sind herkömmliche Mobiltelefone, die zusätzlich über eine Datenschnittstelle, einen Modem- Port, Antennenanschluss und eine spezielle Software verfügen. Letztere sorgt beispielsweise für den Datentransfer zum Rechner. Jedes Testgerät ist über eine externe Antenne angeschlossen, bei deren Montage am Fahrzeug gewisse Abstände zur Dachkante und untereinander einzuhalten sind.

Ebenso haben die verwendeten Mess-Empfänger eigene externe Antennen. Mobilgeräte und Mess-Empfänger werden per Software über den Industrie- PC gesteuert. Unter anderem werden typische Gesprächssequenzen angestoßen, das heißt, eine Gesprächsverbindung aufgebaut, für eine gewisse Zeit gehalten und anschließend wieder abgebaut.

Der Rechner zeichnet während des Telefonats die verschiedensten Parameter vom Test- Handy und den Mess-Empfängern als Referenzwerte auf. Die Daten werden auf einer besonders robusten Festplatte gespeichert und mit den parallel aufgezeichneten Positionskoordinaten des präzisen Navigationssystems verknüpft. Das während der Messfahrt aufgezeichnete Datenpaket lässt sich anschließend mit einer anderen Software im Büro auswerten. Anhand der Mess-Ergebnisse können die Messtechniker von Alcatel- Lucent erkennen, wie die einzelnen Mobilfunkbetreiber das vermessene Gebiet versorgen.

Die Messungen und Auswertungen können für jedes Mobilfunknetz erfolgen (900 und 1800 MHz sowie 850 und 1900 MHz), soweit die eingesetzten Testmobiles und Mess-Empfänger die jeweiligen Spezifikationen dieser Mobilfunknetze im jeweiligen Land erfüllen. Zu unterscheiden sind bei den Messungen Telefonie- beziehungsweise Sprachqualitätsund Datenmessungen.

Umstieg auf Embedded-PCs

Die Anforderungen an einen PC im Fahrzeugeinsatz sind extrem hoch. Außentemperaturschwankungen zwischen -20 und bis zu +40 °C, Vibrationen durch den Motor und Erschütterungen beim Fahren beanspruchen ein solches System stark. In der Vergangenheit wurden belüftete 19-Zoll-Industrierechner eingesetzt.

Zum Schutz gegen Erschütterungen sind alle Kabelverbindungen über verriegelbare XLR-Buchsen geführt und an speziellen Halterungsbügeln am 19-Zoll-Gehäuse befestigt.

© Alcatel-Lucent, gbm

Aufgrund der extremen Einsatzbedingungen fielen die Geräte bereits nach einigen Monaten aus. Als besonders anfällig zeigten sich die Komponenten mit rotierenden Teilen wie Festplatten und Lüfter.

Außerdem lösten sich durch die ständigen Erschütterungen Kabelverbindungen und diverse Schrauben im Inneren der 19-Zoll-Rechner. Deshalb wurde die Firma gbm in Mönchengladbach beauftragt, eine robustere Lösung zu entwickeln. Der für Alcatel konzipierte Car-Server basiert auf dem kompakten Embedded-PC UNO-2182.

Diese Baureihe der Firma Advantech wurde bereits zur Sicherheitsüberwachung in Bussen, in Windenergie-Anlagen zur Erfassung der Wetterdaten oder zur Datenerfassung in Schnellzügen eingesetzt. Aufgrund des industriellen Mainboards und der lüfterlosen Bauweise arbeitet der IPC selbst unter Schockbelastungen bis zu 50 g und bei Vibrationen von 5 bis 500 Hz zuverlässig.

Die Verwendung einer industriellen Automotive- Festplatte mit erweitertem Temperaturbereich gewährleistet den Einsatz bei Umgebungstemperaturen von -20 °C bis +60 °C. Um die bei den Messfahrten gesammelten Daten einfach im Labor auswerten zu können, ist die Festplatte in einem robusten Wechselrahmen montiert. Das Alu-Druckguss-Gehäuse des IPC fungiert mit seinen Kühlrippen gleichzeitig als großer Kühlkörper. So genannte „Heatpipes" leiten die Wärme von CPU und Festplatte direkt nach außen ab.

Aufgrund der hohen Datenrate der Messungen und der anschließenden Datenaufbereitung wurde die leistungsstärkste Gerätevariante mit einem „1,5 GHz Intel Core 2 Duo M-Prozessor" sowie 2 GByte Arbeitsspeicher eingesetzt.

Innen embedded, außen 19 Zoll

Außerdem benötigte die Applikation mehr Schnittstellen als der Industrie-PC standardmäßig bietet. Deshalb wurde der Embedded- PC zusammen mit zusätzlichen Interface- Boards in ein robustes 19-Zoll-Gehäuse (4 HE) eingebaut. Dadurch ließen sich sowohl die notwendigen acht USBund zwei Firewire-Schnittstellen bereitstellen als auch die Montage im vorhandenen 19-Zoll-Rack der Messfahrzeuge beibehalten.

Über Firewire wird das Feldstärke-Messgerät angeschlossen und über eine serielle Verbindung das professionelle Navigationssystem. Die Mobiltelefone verschiedener Hersteller wiederum sind über USB- oder weitere serielle Ports angeschlossen. Mittels speziell für die Messung entwickelter Firmware erfassen auch die Mobilfunktelefone die Signalstärke und übertragen ihre Werte an den Car-Server. Um die externen Kabelverbindungen gegen Erschütterungen zu schützen, erfolgen sämtliche Anschlüsse (Audio, LAN und Spannungsversorgung) über verriegelbare XLR-Buchsen.

Zudem werden alle Kabel an speziellen Halterungsbügeln am 19- Zoll-Gehäuse befestigt. Neben der lüfterlosen und somit wartungsfreien Technologie des Embedded- PC war dessen geringe Leistungsaufnahme von 35Wein wichtiges Auswahlkriterium. Da das erforderliche Mess-Equipment bereits einen hohen Leistungsbedarf hat, wirkt sich der geringere Energieverbrauch einzelner Komponenten positiv auf die Energiebilanz des Gesamtsystems aus.

Dies hilft, die Fahrzeugbatterien nicht zu überlasten. Im Einsatz steuert der UNO-2182 die verschiedenen Mobilfunk- und Messgeräte und ist somit für die Aufzeichnung der UMTS- und GSM-Daten verantwortlich. Nach jeder Messfahrt werden die gespeicherten Daten an einen Auswerte- Rechner mit spezieller Software im Labor überspielt.

Die Auswertung erfolgt jeweils individuell nach den Vorgaben der Auftraggeber. Zeigen sich anhand der Analysen Schwachstellen wie Versorgungs- oder Sprachqualitätsprobleme im Netz, lassen sich mithilfe weiterer Optimierungstools diese Mängel genau lokalisieren. Die Netzbetreiber haben dann verschiedene Möglichkeiten der Nachbesserung: Basisstationen technisch aufrüsten, einen Frequenzwechsel durchführen oder - falls erforderlich - neue Stationen bauen.

Autor: Frank Trepte ist Vertriebsleiter der Firma gbm in Mönchengladbach.