Handover between LTE and 3G Radio Access Technologies: Test measurement challenges and field environment test planning

LTE (Long Term Evolution) on neljännen sukupolven matkapuhelinverkkoteknologia, joka tarjoaa paremman suorituskyvyn verrattuna perinteisiin matkapuhelinverkkoihin. Tehostettu ilmarajapinta sekä litteä, "puhdas-IP" -pakettidatalle optimoitu verkko-arkkitehtuuri tarjoavat parempia siirtonopeuksia ja lyhyempiä siirtoviiveitä käyttäjille, sekä operaattoreille kustannustehokasta toimintaa. Ensimmäisten kaupallisten LTE-verkkojen käyttöönotto perustuu todennäköisesti paikallisverkkoihin suurissa kaupungeissa. Suunnitteltuna tavoitteena on kuitenkin tarjota maailmanlaajuinen mobiilipalvelu, jonka avulla tilaajat saavat mistä vain ja milloin vain yhteyden sekä operaattorin, että Internetin tarjoamiin palveluihin, ja että yhteys myös pysyy päällä, kun käyttäjät ovat liikkeellä. Saumattoman palvelun tarjoamiseksi, solunvaihto LTE:n ja perinteisten radio-teknologioiden kuten GSM:n ja UMTS:n välillä on välttämätön ominaisuus. Tämän työn tutkimusaihe on aktiivinen solunvaihto LTE:n ja 3G matkapuhelinverkkojen, mikä on tärkeä toiminnallisuus operaattoreille, jotka pyrkivät tarjoamaan kattavaa mobiilipalvelua. Täytettääkseen tietyt palvelun laatua koskevat vaatimukset, tämän toiminnallisuuden täytyy käydä läpi kehitysprosessi, joka sisältää perusteellisen toiminnallisuus-, suorituskyky-sekä viankorjaustestaamisen. Tässä työssä esitellään testaussuunnitelma, sekä työkalut ja menetelmät testien suorittamiseen. Verkon suorituskykyä kuvaavat mittarit, kuten solunvaihdon onnistumisprosentti, yhteyden katkeamisprosentti, tiedonsiirtonopeus ja solunvaihdon viive esitellään yksityiskohtaisesti. Luotettavien tuloksien saamiseksi mittaukset suoritetaan kenttätesteinä, jotta radio-olosuhteet ovat realistisia. Oikeiden työkalujen avulla, kuten ilmarajapintaa analysoiva XCAL-ohjelmisto, voidaan tuottaa tuloksia, jotka vastaavat operaattorien tekemiä testauksia kaupallisissa LTE-verkoissa.LTE (Long Term Evolution) is a fourth generation cellular network technology that provides improved performance compared to legacy cellular systems. LTE introduces an enhanced air interface as well as a flat, "all-IP" packet data optimized network architecture that provides higher user data rates, reduced latencies and cost efficient operations. The rollout of initial commercial LTE networks is likely based on service hot spots in major cities. The design goal is however to provide a universal mobile service that allows the subscribers to connect to both operator and Internet services anywhere anytime and stay connected as the users are on the move. To provide seamless service, mobility towards widespread legacy radio access technologies such as GSM and UMTS is required. The research topic of this thesis is handover from LTE to 3G cellular networks, which is a high priority item to the operators that seek to provide an all-round service. To satisfy certain quality of service requirements this feature needs to go through a development process that consists of thorough functionality, performance and fault correction testing This thesis introduces a plan for test execution and introduces the tools and procedures required to perform inter radio access technology handover tests. The metrics that indicate the network performance, namely Key Performance Indicators (KPIs), i.e. handover success rate, call drop rate, throughput and handover delay are introduced in detail. In order to provide reliable results, the plan is to perform the measurements in a field environment with realistic radio conditions. With the proper tools such as XCAL for air interface performance analysis, the field tests should provide results that are comparable to tests performed by the operators in live commercial LTE networks