協(xié)議一致性測試平臺的搭建及仿真實現(xiàn)*

陳發(fā)堂,牛勇清，韓娜娜，徐 莉

(重慶郵電大學(xué) 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(shù)研發(fā)項目，由于其技術(shù)上的先進(jìn)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(jìn)的天線解決方案 (如分集技術(shù)、MIMO技術(shù)、Beamforming技術(shù))、新的無線接入技術(shù)(正交頻分多址以及單載波正交頻分多址)被看成“準(zhǔn) 4 G(其實為 3.9 G)”技術(shù)，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(shù)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(shù)的進(jìn)一步完善,TD-LTE測試標(biāo)準(zhǔn)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(jī)變化,所以搭建新的協(xié)議一致性測試平臺以及設(shè)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(shè)計與實現(xiàn)方案,搭建軟件測試架構(gòu)[3];為重選搭建的測試平臺單一的用戶設(shè)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(shè)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(yùn)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(gòu)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(guān)成分中定義用于發(fā)送和接收消息的端口。然后將需要進(jìn)行信息交互的PTC之間的端口以及PTC和MTC之間的端口進(jìn)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(guān)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(guān)箱上，整個測試系統(tǒng)就搭建成功了。其中安裝有TTCN3的PC機(jī)作為整個模擬場景的總控中心，負(fù)責(zé)控制模擬小區(qū)1的儀表1、小區(qū)2的儀表2、以及開關(guān)箱內(nèi)開關(guān)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(shè)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(dāng)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(guān)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(dāng)終端駐留到某個服務(wù)小區(qū)后即可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)小區(qū)以及鄰小區(qū)進(jìn)行測量，UE會把測量結(jié)果上報給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測量結(jié)果分析決定小區(qū)是否進(jìn)行重選。具體評估準(zhǔn)則參照R準(zhǔn)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(zhǔn)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(luò)端接收到終端用戶設(shè)備發(fā)來的測量報告，并且根據(jù)重選的準(zhǔn)則來進(jìn)行判決，終端滿足重選到優(yōu)先級更高的服務(wù)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(jìn)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(jìn)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(kuò)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(wù)小區(qū)。

終端(UE)配置：測試?yán)_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(jìn)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(luò)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(yīng)代表為了發(fā)送RRC連接請求消息進(jìn)行跟蹤區(qū)更新過程，UE開始在PRACH上發(fā)送前導(dǎo),向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起隨機(jī)接入,具體測試步驟詳細(xì)描述如圖3所示。

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

圖3 重選測試步驟圖

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

(3)由于步驟(2)中設(shè)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(luò)應(yīng)該改變功率設(shè)置，UE可以監(jiān)測到小區(qū)且滿足重選的條件。

(4)網(wǎng)絡(luò)等待來自UE的隨機(jī)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(yīng)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(zhǔn)備。

(7)當(dāng)UE監(jiān)測到小區(qū)1的功率良好之后，網(wǎng)絡(luò)等待來自UE的隨機(jī)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(yīng)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(jìn)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?yán)齀D，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(biāo)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(dāng)滿足重選條件時，UE向基站發(fā)起隨機(jī)接入的請求，改變所駐留的小區(qū)，達(dá)到重選的目的。

3 測試結(jié)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(yùn)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(yùn)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?yán)抡鎴D。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(yīng)端口與測試套中的主測試組件的端口進(jìn)行虛擬映射。測試?yán)械南⑼ㄟ^MTC對應(yīng)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(fù)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(yùn)行。以射頻信號通過射頻線導(dǎo)入到開關(guān)箱，開關(guān)箱經(jīng)過對信號進(jìn)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(shè)備端進(jìn)行接收，在此過程中攜帶控制信息，例如讓用戶設(shè)備執(zhí)行重選、切換或進(jìn)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(luò)回復(fù)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?yán)抡鎴D

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(yán)格控制時間，使得時間與執(zhí)行過程一一對應(yīng)，并且在測試過程中通過測試?yán)齀D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(biāo)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(fù)雜問題模塊化，便于解決復(fù)雜問題，從而有利于系統(tǒng)的完善。

由于4G技術(shù)的飛速發(fā)展以及5G技術(shù)的萌生，用TTCN3軟件平臺來構(gòu)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(shè)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?yán)抡鎴D進(jìn)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(shù)理論并且為以后的研究提供了可行的方案。

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