陳發(fā)堂,牛勇清，韓娜娜，徐 莉

(重慶郵電大學 移動通信重慶市重點實驗室,重慶400065)

LTE(Long Term Evolution）是 3GPP近幾年來啟動的新技術研發(fā)項目，由于其技術上的先進性[1]，如頻譜靈活(支持更多的頻段[2]、靈活的帶寬、靈活的雙工方式)、先進的天線解決方案 (如分集技術、MIMO技術、Beamforming技術)、新的無線接入技術(正交頻分多址以及單載波正交頻分多址)被看成“準 4 G(其實為 3.9 G)”技術，全球的移動通信產(chǎn)業(yè)對LTE的研究前景寄予厚望，希望這一技術能夠有條不紊地推動移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著核心規(guī)范的完成以及核心技術的進一步完善,TD-LTE測試標準規(guī)范的逐步深入，作為LTE商用之前的最終驗證，測試環(huán)節(jié)是必不可少的。原始的測試平臺及方案已很難滿足測試過程中信號的隨機變化,所以搭建新的協(xié)議一致性測試平臺以及設計新的測試方案是非常必要的。目前在協(xié)議一致性測試方面的研究主要有：簡單分析基于TTCN3的TD-LTE協(xié)議一致性測試平臺的設計與實現(xiàn)方案,搭建軟件測試架構[3];為重選搭建的測試平臺單一的用戶設備與基站的具體通信過程,對無線環(huán)境的模擬并未考慮在內(nèi)，采用的是理想環(huán)境[4];搭建了基于單系統(tǒng)一致性測試框架,但是設備具體自動模擬方面不夠完善[5]。本文首先搭建了基于重選的新協(xié)議一致性測試框架，然后在TTCN3上編寫測試套，通過對測試套的運行來實現(xiàn)重選測試方案的可行性與搭建平臺的優(yōu)越性。

1 測試平臺的搭建

圖1 測試平臺架構圖

圖2 UDP通信原理圖

在TTCN-3的測試套中定義了MTC和PTC。并在相關成分中定義用于發(fā)送和接收消息的端口。然后將需要進行信息交互的PTC之間的端口以及PTC和MTC之間的端口進行連接，映射需要與被測體(SUT)通信的PTC端口和MTC端口到SYSTEM成分類型中的相關端口。最后將SYSTEM成分類型中的虛擬端口通過適配層的配置全部統(tǒng)一映射到PC上的物理端口，并實現(xiàn)由TTCN-3核心語言到儀表中開發(fā)所使用的C語言的轉(zhuǎn)換。最后將儀表 1(模擬小區(qū) 1)、儀表 2(模擬小區(qū) 2)、以及信道模擬儀器和被測終端連接到開關箱上，整個測試系統(tǒng)就搭建成功了。其中安裝有TTCN3的PC機作為整個模擬場景的總控中心，負責控制模擬小區(qū)1的儀表1、小區(qū)2的儀表2、以及開關箱內(nèi)開關的切換工作。

本平臺在搭建過程中，各個模塊通過測試類ID可以實現(xiàn)測試系統(tǒng)自動化,不需要人為控制信息收發(fā)過程，并且平臺在主控(MC)的控制之下,可以實現(xiàn)相同系統(tǒng)之間不同小區(qū)的切換、重選、測量等RRC諸多過程。在信道模擬過程中加入信道無線環(huán)境模擬設備，能夠很好地模擬無線環(huán)境,使得模擬效果與真實環(huán)境非常接近。

2 測試方案

2.1 測試場景描述

平臺搭建之后就可以編寫測試代碼，本次模擬的是針對E-UTRAN TDD-TDD的同頻小區(qū)重選。首先終端(UE)最初在小區(qū) 1上駐留，然后通過PC(裝有 TTCN3軟件的PC)的控制來改變兩個小區(qū)功率的值。當UE檢測到小區(qū)2的信號功率比小區(qū)質(zhì)量好時,重選到小區(qū)2上，UE在小區(qū)2上駐留一段時間之后，再通過改變小區(qū)1與小區(qū)2的功率，使得小區(qū)1的功率優(yōu)于小區(qū)2且滿足重選的條件，從而使UE檢測到小區(qū)1，而且信號質(zhì)量滿足UE駐留的條件，并重新駐留到小區(qū)1上。

2.2 重選相關內(nèi)容

2.2.1 RRC重選過程

在LTE系統(tǒng)中，對于空閑狀態(tài)終端的移動性完全是由非接入層控制，而不由接入層控制。當終端駐留到某個服務小區(qū)后即可根據(jù)網(wǎng)絡下發(fā)的測量報告(可以周期觸發(fā)也可以事件觸發(fā))對服務小區(qū)以及鄰小區(qū)進行測量，UE會把測量結果上報給網(wǎng)絡，網(wǎng)絡根據(jù)測量結果分析決定小區(qū)是否進行重選。具體評估準則參照R準則[6-7]。

2.2.2 測試目的

情景1終端在E-UTRA RRC空閑狀態(tài)下，一個小區(qū)除了不滿足R準則外，滿足所有的重選條件。因此不能重選到目的小區(qū)。

情景2終端在E-UTRA RRC空閑狀態(tài)下，網(wǎng)絡端接收到終端用戶設備發(fā)來的測量報告，并且根據(jù)重選的準則來進行判決，終端滿足重選到優(yōu)先級更高的服務小區(qū)，重選成功。

由表3可知，近年來，隨著“一帶一路”倡議的實施，中約經(jīng)貿(mào)合作呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢。中國和約旦的貿(mào)易總額，由2007年的11.95億美元增加到2016年的31.65億美元，年均增長率為11.4%。其中，中國對約旦的進口額從2007年的0.821億美元增加到2016年的2.112億美元，年均增長率為11.1%，中國對約旦出口額由2007年11.13億美元增加到2016年的29.54億美元，年均增長率為11.5%。由此，在進出口年均增長率基本相同的情況下，隨著貿(mào)易額的逐年增加，中國對約旦貿(mào)易順差也在逐年擴大。

2.2.3 測試環(huán)境配置

系統(tǒng)模擬器(SS)配置：配置小區(qū)1為正常的服務小區(qū)。

終端(UE)配置：測試例開始前，保證終端在小區(qū)1中處于已注冊的空閑空閑模式，即狀態(tài)2A(即經(jīng)注冊進入idle狀態(tài)并且測試模式激活)。

2.3 測試過程描述

本測試包含了一個激活的小區(qū)和一個相鄰小區(qū)。要求UE在一個E-UTRA TDD載波上監(jiān)測相鄰小區(qū)。測試中具有 3個連續(xù)的時間段，并各自具有 T1、T2和 T3的持續(xù)時間。只有小區(qū)1在測試之前就已經(jīng)通過UE鑒定。小區(qū)1和小區(qū)2屬于不同的跟蹤區(qū)。此外，UE還沒有向網(wǎng)絡注冊包含小區(qū)2的跟蹤區(qū)。在接下來的測試過程中，UE響應代表為了發(fā)送RRC連接請求消息進行跟蹤區(qū)更新過程，UE開始在PRACH上發(fā)送前導,向網(wǎng)絡發(fā)起隨機接入,具體測試步驟詳細描述如圖3所示。

(1)確定UE處于狀態(tài)2A(指的是UE開機接收基站已發(fā)送的系統(tǒng)信息并向網(wǎng)絡成功注冊且測試模式激活)。設置小區(qū)2的物理小區(qū)標識為小區(qū)2初始物理小區(qū)標識。

圖3 重選測試步驟圖

(2)在T1時間段內(nèi)設置小區(qū)功率等參數(shù)(此次設置功率參數(shù)不滿足重選的條件,即R準則)。即2.2.2節(jié)中描述的情景1。

(3)由于步驟(2)中設置的功率等參數(shù)不滿足重選的條件。所以若T1超時時，從T1到T2時間內(nèi)網(wǎng)絡應該改變功率設置，UE可以監(jiān)測到小區(qū)且滿足重選的條件。

(4)網(wǎng)絡等待來自UE的隨機接入請求信息，以執(zhí)行小區(qū)重選過程，重選到一個新的可檢測的小區(qū)，即為小區(qū)2。

(5)從時間 T2開始，在 T2持續(xù)時間的 34 s內(nèi)，如果UE響應了新的可檢測小區(qū)(即小區(qū)2),即為重選到新檢測的小區(qū)2成功。即2.2.2章節(jié)中描述的情景2。

(6)如果UE在時間T2內(nèi)重選到小區(qū)2，在重選之后或者T2超時時，繼續(xù)改變小區(qū)1與小區(qū)2的功率，使得小區(qū)2上的功率變差，而小區(qū)1上的功率則變得良好，從而為UE重選回小區(qū)1作準備。

(7)當UE監(jiān)測到小區(qū)1的功率良好之后，網(wǎng)絡等待來自UE的隨機接入請求信息來執(zhí)行小區(qū)重選過程，重選到一個已經(jīng)檢測的小區(qū)，即為小區(qū)1。

(8)從時間T3開始，在T3持續(xù)時間的8 s之內(nèi)，如果UE響應了已檢測的小區(qū)(即小區(qū)1)，即為重選到已檢測的小區(qū)1成功。

2.4 測試函數(shù)的編寫

f_RRM422_SetCellPower();函數(shù)的主要作用是改變在重選過程中的基站功率，使得UE可以監(jiān)測小區(qū)參考信號功率的變化，并在條件滿足的情況下進行重選到其他小區(qū)。

f_RRM_LTE_BS_Config(TestID);函數(shù)的作用主要是發(fā)送測試例ID，使得各個模擬儀表時間上的先后順序與實際相符，實現(xiàn)各部分的自動配置而不用人為去控制。

函數(shù)的主要作用是改變在重選過程中物理小區(qū)的標識，以便在重選過程中可以很好地識別重選小區(qū)。

函數(shù)的主要作用是當滿足重選條件時，UE向基站發(fā)起隨機接入的請求，改變所駐留的小區(qū)，達到重選的目的。

3 測試結果分析

根據(jù)協(xié)議中規(guī)定RRC連接重選一致性測試的流程，在TTworkbench平臺上運行測試套生成GFT圖,如圖4所示。觀察可知終端重選過程一致性測試套的實現(xiàn),完全滿足協(xié)議一致性測試協(xié)議規(guī)范。另外，通過TTworkbench中的TT-man平臺運行TTCN-3測試套生成可執(zhí)行的.clf文件，產(chǎn)生如圖5所示重選過程的TTCN-3測試例仿真圖。圖5位于測試套中的主測試組件定義了基于消息的虛擬發(fā)送端口，對于模擬小區(qū)1與小區(qū)2的儀表也同樣定義了虛擬端口，且相應端口與測試套中的主測試組件的端口進行虛擬映射。測試例中的消息通過MTC對應的虛擬端口經(jīng)過系統(tǒng)端口發(fā)往模擬小區(qū)1儀表與模擬小區(qū)2儀表，模擬小區(qū)1與小區(qū)2的模擬儀將所有的發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過邏輯復用到某個端口，再通過UDP端口發(fā)送到測試儀表來控制測試儀表的運行。以射頻信號通過射頻線導入到開關箱，開關箱經(jīng)過對信號進行加噪聲以及分波合波處理，最后通過射頻口發(fā)送到用戶設備端進行接收，在此過程中攜帶控制信息，例如讓用戶設備執(zhí)行重選、切換或進行其他操作。LTE_BTS1是模擬TD-LTE小區(qū)1儀表的發(fā)送接收端口，LTE_BTS2是模擬TD-LTE小區(qū)2儀表的發(fā)送接收端口，CTL是UE最終駐留的模擬小區(qū)儀表的端口，在UE成功注冊到某個小區(qū)時將給網(wǎng)絡回復注冊成功的消息。

圖4 測試具體流程圖

圖5 重選的TTCN-3測試例仿真圖

通過研究可以看到,TTCN-3的仿真圖更加形象直觀并且可以嚴格控制時間，使得時間與執(zhí)行過程一一對應，并且在測試過程中通過測試例ID實現(xiàn)自動控制，不需要人為來改變某些內(nèi)容與控制某些參數(shù)。log(用于標記重要內(nèi)容的函數(shù))函數(shù)的引用使得圖中重要內(nèi)容更加形象、過程更加具體，并且易于檢查在代碼編寫過程中的重要錯誤，從而使得系統(tǒng)精度更高，這樣可將復雜問題模塊化，便于解決復雜問題，從而有利于系統(tǒng)的完善。

由于4G技術的飛速發(fā)展以及5G技術的萌生，用TTCN3軟件平臺來構建測試套在今后的協(xié)議一致性測試中,TTCN3將會發(fā)揮更大的作用。本文以TD-LTE系統(tǒng)一致性測試需求為前提，設計了新的協(xié)議一致性測試平臺,并對測試生成的GFT圖以及通過.clf文件生成的測試例仿真圖進行比較，證明了測試平臺在搭建方面的優(yōu)越性。該方法完善了TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議一致性測試技術理論并且為以后的研究提供了可行的方案。

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