李清泉,鄧 鋼
(北京郵電大學(xué) 泛網(wǎng)無(wú)線通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100876)
作為T(mén)D-SCDMA的后續(xù)演進(jìn),TD-LTE是由我國(guó)主導(dǎo)提出的準(zhǔn)4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn),其后續(xù)演進(jìn)的TD-LTE-Advanced已成功入選ITU的4G標(biāo)準(zhǔn),在國(guó)際上得到廣泛認(rèn)可[1]。從TD-LTE商用情況來(lái)看,TD-LTE將首先實(shí)現(xiàn)局部覆蓋,為熱點(diǎn)地區(qū)提供準(zhǔn)4G服務(wù),而現(xiàn)有的TD-SCDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)提供全覆蓋3G或語(yǔ)音服務(wù)。因此,僅僅支持TD-LTE一種無(wú)線接入技術(shù) (radio access technology,RAT)的單模終端已不能滿(mǎn)足用戶(hù)及市場(chǎng)的需求[2],同時(shí)支持TD-LTE,TD-SCDMA和GSM的多模終端成為3G系統(tǒng)到LTE系統(tǒng)平滑過(guò)渡的橋梁。
無(wú)線資源管理 (radio resource management,RRM)一致性測(cè)試包含小區(qū)重選,切換,測(cè)量上報(bào),隨機(jī)接入等多方面的內(nèi)容,是對(duì)終端無(wú)線資源管理性能的全面考察。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)主要針對(duì)各單模系統(tǒng)設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[3]中給出一種TD-LTE終端無(wú)線資源管理一致性測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,而支持TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間的RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)是考察多模終端在線狀態(tài)下進(jìn)行系統(tǒng)間無(wú)線資源管理能力的重要手段。系統(tǒng)間無(wú)線資源管理的難點(diǎn)在于系統(tǒng)間同步及異系統(tǒng)操作時(shí)延計(jì)算,這將影響到對(duì)終端性能評(píng)估的準(zhǔn)確性。
本文將在分析現(xiàn)有單模RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出將TD-LTE和TD-SCDMA單模RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)級(jí)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)的方案,設(shè)計(jì)TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間互操作所需的控制軟件,解決異系統(tǒng)互操作時(shí)延計(jì)算方案,最后以一個(gè)TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間小區(qū)重選實(shí)例驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的可行性和有效性。
文獻(xiàn)[4]中給出了一種基于TTCN-3的RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)解決方案,該解決方案的框架圖如圖1所示。
圖1 基于TTCN-3的RRM一致性測(cè)試架構(gòu)
從硬件層面來(lái)看,該測(cè)試系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成:上位機(jī)和系統(tǒng)模擬器,其中上位機(jī)將運(yùn)行測(cè)試用例,系統(tǒng)模擬器作為系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)底層、空口協(xié)議棧功能。
從軟件層面上看,該測(cè)試系統(tǒng)由位于上位機(jī)的L3軟件和位于系統(tǒng)模擬器的L1,L2軟件構(gòu)成。該系統(tǒng)使L3(包括RRC/NAS)協(xié)議棧和L1,L2實(shí)現(xiàn)了物理上的分離,這種架構(gòu)兼顧了系統(tǒng)的可靠性以及可移植性。
文獻(xiàn)[4]中對(duì) TD-LTE/TD-SCDMA雙?;ゲ僮飨到y(tǒng)測(cè)試模型有具體定義,其框架如圖2所示。
其中的EUTRAN PTC和UTRAN PTC分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬TD-LTE系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層 (L3)的相關(guān)功能,包括定義L3的原語(yǔ)、變量、約束、函數(shù)、實(shí)現(xiàn)L3的所有RRM功能。PTC(paralleled test component)實(shí)質(zhì)上可理解為一個(gè)進(jìn)程中的線程,在整個(gè)可執(zhí)行的測(cè)試套中,各個(gè)PTC各司其職,除了完成自己相應(yīng)的功能外,也可以同步協(xié)調(diào)來(lái)完成同一個(gè)功能。
PDCP,RLC,MAC,PHY分別實(shí)現(xiàn)層1和層2協(xié)議?;竟δ埽谶@些基本功能實(shí)現(xiàn)后,通過(guò)設(shè)計(jì)層3中各PTC的流程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)終端不同的測(cè)試需求。
圖2 TD-LTE/TD-SCDMA互操作測(cè)試模型
TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)硬件部分主要通過(guò)級(jí)聯(lián)已有的TD-LTE和TD-SCDMA單模系統(tǒng)模擬器,并基于此設(shè)計(jì)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互操作。
根據(jù)測(cè)試模型的定義,TD-LTE/TD-SCDMA雙?;ゲ僮饔布軜?gòu)主要采用1臺(tái)上位機(jī)+2臺(tái)系統(tǒng)模擬器,SS(系統(tǒng)模擬器)來(lái)模擬不同RAT的L1,L2協(xié)議棧和射頻功能,另外按協(xié)議中對(duì)終端RRM一致性測(cè)試的無(wú)線信道環(huán)境的要求,還需要增加信道仿真器,射頻切換箱用于模擬無(wú)線環(huán)境。
基于該設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 硬件結(jié)構(gòu)
TD-LTE系統(tǒng)模擬器、TD-SCDMA系統(tǒng)模擬器:用于模擬各類(lèi)型小區(qū)場(chǎng)景,每一臺(tái)系統(tǒng)模擬器模擬一個(gè)小區(qū);射頻切換箱用于根據(jù)各測(cè)試?yán)囟ǖ纳漕l線連接方式及信道環(huán)境設(shè)置[9](AWGN、多徑衰落等)。
針對(duì)TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間互操作的場(chǎng)景,需要設(shè)計(jì)射頻切換箱如圖4所示,下行信號(hào)需要經(jīng)過(guò)信道模擬器 (CE),疊加AWGN和多徑衰落,而對(duì)上行信號(hào)則不經(jīng)過(guò)CE,在理想信道環(huán)境中傳輸。
在系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制下,自動(dòng)完成系統(tǒng)中各設(shè)備射頻輸入輸出端口及UE天線的連接。
基于TTCN-3的測(cè)試模型,系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖5所示。
各部分軟件功能見(jiàn)表1。
圖4 射頻切換箱連接
圖5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
表1 各部分軟件功能
系統(tǒng)間互操作的流程控制基于TTCN-3實(shí)現(xiàn),全部運(yùn)行在L3軟件中,主要是兩個(gè)PTC的實(shí)現(xiàn),分別模擬兩個(gè)小區(qū)的流程,本節(jié)將解決系統(tǒng)間互操作的同步和時(shí)延計(jì)算問(wèn)題。
對(duì)于異系統(tǒng)的測(cè)試?yán)枰獌煞N不同接口的PTC來(lái)模擬兩種小區(qū),顯式創(chuàng)建EUTRA_PTC和UTRAN_PTC然后分別在這兩個(gè)測(cè)試成分上實(shí)現(xiàn)各自小區(qū)的測(cè)試流程,定義測(cè)試?yán)a為:
testcase TC_4_3_4_2 ()runs on MTC_LTE system SYSTEM_LTE{
var EUTRA_PTC v_EUTRA :=EUTRA_PTC.create alive;//創(chuàng)建EUTRA_PTC
var UTRAN_PTC v_UTRAN :=UTRAN_PTC.create alive;//創(chuàng)建 UTRAN_PTC
var GERAN_PTC v_GERAN :=null;
var CDMA2000_PTC v_CDMA2000 :=null;
var IMS_PTC v_IMS_PTC1 :=null;
var IMS_PTC v_IMS_PTC2 :=null;
timer t_GuardTimer :=int2float(36000);
f_M(jìn)TC_ConnectPTCs_LTE(v_EUTRA,v_UTRAN,v_GERAN,v_CDMA2000,v_IMS_PTC1,v_IMS_PTC2);
v_EUTRA.start(f_RRM _TC_4_3_4_2_EUTRA ()); //運(yùn)行EUTRA_PTC的測(cè)試步
v_UTRAN.start(f_TC_4_3_4_2_UTRAN()); //運(yùn)行UTRAN_PTC的測(cè)試步
t_GuardTimer.start;
f_M(jìn)TC_M(jìn)ainLoop(t_GuardTimer);}
在函數(shù)f_M(jìn)TC_ConnectPTCs_LTE中實(shí)現(xiàn)各個(gè)接口的連接和映射如圖6,以實(shí)現(xiàn)本端配置,空口消息,測(cè)試成分間的同步等功能。從圖中可以看出,所有內(nèi)部PTC的對(duì)外接口全部映射到抽象測(cè)試系統(tǒng)上,即對(duì)下層系統(tǒng)模擬器而言,高層被抽象成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng),而屏蔽了內(nèi)部的復(fù)雜邏輯。
圖6 測(cè)試成分接口映射
系統(tǒng)間互操作的RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)的同步主要包括兩方面內(nèi)容:L3兩個(gè)PTC流程同步和物理層幀結(jié)構(gòu)的同步。
PTC之間的同步,通過(guò)內(nèi)部接口 (圖6)UTRAN和EUTRAN交換特定的觸發(fā)消息來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)一個(gè)PTC完成一個(gè)流程后,需要等待另一個(gè)PTC的觸發(fā)消息,才能繼續(xù)執(zhí)行,這樣保證了兩個(gè)PTC同步協(xié)調(diào)。
物理層幀結(jié)構(gòu)的同步通過(guò)硬件手段實(shí)現(xiàn),在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí),通過(guò)LTE系統(tǒng)模擬器發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給TD-SCDMA系統(tǒng)模擬器來(lái)保證物理層幀號(hào)同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù),從而保證異系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的同步對(duì)齊。
RRM測(cè)試的一個(gè)重要指標(biāo)是時(shí)延,它是指從執(zhí)行可觸發(fā)終端進(jìn)行某項(xiàng)無(wú)線資源管理行為的外部環(huán)境變化或空口信令開(kāi)始,到終端完成該無(wú)線資源管理操作所經(jīng)歷的時(shí)間。它綜合反應(yīng)了終端物理層測(cè)量能力、數(shù)據(jù)處理能力、決策算法性能等多方面能力,包含小區(qū)重選時(shí)延、切換時(shí)延、測(cè)量上報(bào)時(shí)延等的計(jì)算。對(duì)于系統(tǒng)間互操作,由于TDLTE和TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)并不完全相同,因而相比于單模系統(tǒng),系統(tǒng)間RRM一致性測(cè)試的時(shí)延計(jì)算具有復(fù)雜性,是異系統(tǒng)級(jí)聯(lián)時(shí)需要解決的重要問(wèn)題,本文給出了一種解決方案。
3.3.1 TD-LTE/TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)分析
TD-LTE和 TD-SCDMA 幀結(jié)構(gòu)[5,6]見(jiàn)圖7,分析可知TD-SCDMA的子幀和 TD-LTE的半幀是對(duì)齊的,都是5ms。TD-LTE系統(tǒng)幀號(hào)從0-1023循環(huán),子幀號(hào)從0-9循環(huán),周期為1024*10ms=10.24s;而 TD-SCDMA的子幀號(hào)從0-8191循環(huán),周期為8192*5ms=40.96s。
圖7 TD-LTE和TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)對(duì)比
此處需注意,TD-LTE一個(gè)幀號(hào)加1表示10ms,而TD-SCDMA子幀號(hào)加1表示5ms,所以TD-LTE的一個(gè)周期1023個(gè)幀對(duì)應(yīng)于TD-SCDMA的2047個(gè)子幀。
3.3.2 時(shí)延計(jì)算方案
對(duì)于TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間互操作的無(wú)線資源管理,測(cè)試中時(shí)延計(jì)算的起點(diǎn)和終點(diǎn)可能分別在兩個(gè)系統(tǒng)中,這樣就有4種情況組合,見(jiàn)表2。其中場(chǎng)景1和場(chǎng)景3與單模中時(shí)延計(jì)算類(lèi)似,而場(chǎng)景2和場(chǎng)景4是系統(tǒng)間時(shí)延計(jì)算的特例。下面將以場(chǎng)景2為例,介紹時(shí)延計(jì)算方案。
表2 時(shí)延計(jì)算場(chǎng)景分類(lèi)
對(duì)于場(chǎng)景2,延時(shí)計(jì)算如圖8所示。
該計(jì)算方案關(guān)鍵步驟為:
(1)在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行一次物理層硬件同步,保證兩個(gè)系統(tǒng)物理層幀號(hào)都從0開(kāi)始計(jì)數(shù);
(2)在時(shí)延計(jì)算起點(diǎn)獲取起點(diǎn)幀號(hào)p_StartTiming,同時(shí)開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)器p_Toffset,用來(lái)估算經(jīng)過(guò)了幾個(gè)幀周期 (由于定時(shí)器無(wú)法達(dá)到ms級(jí)精度,因而只能用來(lái)估算經(jīng)過(guò)了幾個(gè)幀周期);
(3)在時(shí)延計(jì)算終點(diǎn)獲取終點(diǎn)幀號(hào)p_EndTiming,同時(shí)讀取當(dāng)前定時(shí)器Toffset的值。
(4)將TD-SCDMA幀號(hào)換算到一個(gè)TD-LTE幀周期中,即 (p_EndTimingMOD 2048),結(jié)果與p_Start-Timing相減算出在一個(gè)周期中的偏移值。
(5)(p_Toffset/ (2048*5))估算已過(guò)去的周期數(shù),與4中結(jié)果相加即得到最終時(shí)延。
基于此方案所計(jì)算的時(shí)延精度取決于TD-LTE和TDSCDMA上報(bào)幀號(hào)的最小間隔,TD-LTE最小上報(bào)間隔為1ms,而TD-SCDMA最小上報(bào)間隔為5ms,因此最終算出的時(shí)延精度為+/-5ms,滿(mǎn)足文獻(xiàn)[8]中對(duì)時(shí)延精度的要求。
圖8 時(shí)延計(jì)算
對(duì)于場(chǎng)景4,與此情況類(lèi)似,此處不再贅述。
本節(jié)將以文獻(xiàn)[7]定義的 TD-LTE/TD-SCDMA 系統(tǒng)間重選測(cè)試?yán)?.3.4.2為例,詳細(xì)介紹在本文所提出的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)測(cè)試?yán)姆椒?。該重選實(shí)例用于驗(yàn)證終端能夠搜索和測(cè)量TD-SCDMA鄰小區(qū) (處于較低的重選優(yōu)先級(jí)),并與當(dāng)前服務(wù)的TD-LTE小區(qū)比較,滿(mǎn)足系統(tǒng)間重選準(zhǔn)則,執(zhí)行重選。
執(zhí)行一次測(cè)試?yán)?,?huì)發(fā)生兩次重選,從TD-SCDMA小區(qū)重選回TD-LTE只是為下一次循環(huán)做準(zhǔn)備,而從TDLTE重選到低優(yōu)先級(jí)的TD-SCDMA小區(qū)才是測(cè)試點(diǎn),重選時(shí)延定義為:從滿(mǎn)足重選的功率變化T2時(shí)刻開(kāi)始,到終端開(kāi)始在目標(biāo)小區(qū)cell2上SYNCH-UL序列以發(fā)送RRC連接建立請(qǐng)求進(jìn)行RAU過(guò)程。
重選到低優(yōu)先級(jí)的異系統(tǒng)鄰小區(qū)時(shí)延[1]定義為:
Treselect_UTRA_TDD(重選時(shí)延)=TevaluateUTRA_TDD(小區(qū)評(píng)估時(shí)間)+TSI_UTRA,(接收系統(tǒng)消息時(shí)間)
=19.2s+1280ms
=20.48s
該測(cè)試?yán)试S最大21s的重選時(shí)延,要求置信度在95%的情況下,成功次數(shù)大于90%則判為PASS。
該測(cè)試?yán)謩e涉及2個(gè)小區(qū),即一個(gè)TD-LTE服務(wù)小區(qū) (小區(qū)1),和一個(gè)TD-SCDMA鄰小區(qū) (小區(qū)2),小區(qū)1配置為Band38,小區(qū)2配置為BandA,則頻點(diǎn),帶寬信息見(jiàn)表3。
異系統(tǒng)鄰小區(qū)的組網(wǎng)是測(cè)試?yán)龑?shí)現(xiàn)的關(guān)鍵,主要通過(guò)鄰小區(qū)列表來(lái)實(shí)現(xiàn),在TD-LTE與TD-SCDMA組網(wǎng)的場(chǎng)景下,LTE中通過(guò)sib6廣播鄰小區(qū)TD-SCDMA的相關(guān)信息,而TD-SCDMA通過(guò)sib19來(lái)廣播鄰小區(qū)LTE的相關(guān)信息,在兩個(gè)PTC各自初始化完自己的系統(tǒng)消息后,相互交換關(guān)鍵參數(shù),存在對(duì)方的鄰小區(qū)列表中,鄰小區(qū)列表組織見(jiàn)表4。
表3 小區(qū)基本參數(shù)
表4 鄰小區(qū)列表內(nèi)容組織
首先將終端調(diào)度到State 2A[9],即在LTE小區(qū)上完成注冊(cè)并回到空閑狀態(tài),激活測(cè)試模式,然后包含2個(gè)連續(xù)時(shí)間段T1(85s)和T2(25s),在T1之前cell1和cell2功率都打開(kāi),被UE識(shí)別,cell1和cell2屬于不同的跟蹤區(qū)/路由區(qū),因此重選后需要進(jìn)行跟蹤區(qū)/路由區(qū)更新。
T1和T2兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的詳細(xì)參數(shù)配置參見(jiàn)文獻(xiàn),這里主要關(guān)注觸發(fā)終端小區(qū)重選的環(huán)境變化,即兩小區(qū)功率RSRP (TD-LTE)和 RSCP (TD-SCDMA)。T1,T2時(shí)間內(nèi)兩小區(qū)功率變化見(jiàn)表5。
表5 兩小區(qū)各時(shí)刻功率變化
綜合分析表4和表5中參數(shù),可以確定終端在該測(cè)試環(huán)境的正確行為應(yīng)為:
(1)在T1時(shí)間內(nèi)駐留在TD-LTE小區(qū)上 (cell1),并且根據(jù) S準(zhǔn)則[10,11]計(jì)算 S值如下
Srxlevcell1=-87-(-140)-0=53
根據(jù)測(cè)量啟動(dòng)準(zhǔn)則:s-NonIntraSearch在系統(tǒng)消息sib3中缺省,則需要測(cè)量鄰小區(qū),即在T1時(shí)間內(nèi),已經(jīng)測(cè)量到TD-SCDMA小區(qū) (cell2),則評(píng)估其服務(wù)質(zhì)量
Srxlevcell2=-72-(-103)-0=31
根據(jù)重選到低優(yōu)先級(jí)鄰小區(qū)準(zhǔn)則:Srxlev cell1>46dB(threshServingLow),不會(huì)重選到cell2。
(2)在T2時(shí)刻功率變化后
Srxlevcell1=-101-(-140)-0=39
Srxlevcell2=-72-(-103)-0=31
此時(shí)滿(mǎn)足:Srxlevcell1<46dB(threshServingLow)
Srxlevcell2>24dB(threshXlow)
TreselectionRAT=0s
會(huì)立即觸發(fā)UE重選到鄰小區(qū),當(dāng)T2結(jié)束,又會(huì)回到T1。
(3)再次回到T1時(shí)刻時(shí),終端還駐留在TD-SCDMA小區(qū) (cell2)
Srxlevcell1=53>46dB (threshXhigh)
滿(mǎn)足重選到高優(yōu)先級(jí)鄰小區(qū)的準(zhǔn)則,則終端又重選回Cell1,依此過(guò)程循環(huán)下去。
測(cè)試?yán)帕盍鞒倘鐖D9所示。
按照本文設(shè)計(jì)的TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間重選測(cè)試?yán)?,已能成功運(yùn)行在RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)上,經(jīng)過(guò)與終端聯(lián)調(diào),能夠成功通過(guò)測(cè)試,運(yùn)行情況如圖10所示。
圖9 測(cè)試?yán)帕盍鞒?/p>
從圖10中的MSC圖可以看到從eutran_Cell6重選到utran_Cell8的過(guò)程,首先通過(guò)RRCConnectionReq在TDSCDMA小區(qū)上發(fā)起連接建立,然后通過(guò)ROUTINGAREAUPDATEREQUEST來(lái)發(fā)起位置更新,最后完成安全模式等剩余流程釋放連接回到空閑態(tài)。輸出的log信息中顯示本次重選時(shí)延是1041ms,小于20.48s,本次判為成功。而總體統(tǒng)計(jì)中重復(fù)了46次,失敗1次,滿(mǎn)足置信區(qū)間要求,所以該測(cè)試?yán)袨镻ASS。
本文通過(guò)對(duì)TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間無(wú)線資源管理一致性測(cè)試系統(tǒng)模型的研究,提出了基于TTCN-3的異系統(tǒng)RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)方案,著重解決了系統(tǒng)間互操作同步和時(shí)延計(jì)算方案,并基于此實(shí)現(xiàn)了3GPP協(xié)議規(guī)定的TD-LTE/TD-SCDMA系統(tǒng)間小區(qū)重選測(cè)試?yán)r?yàn)證結(jié)果表明,該方案所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠完成異系統(tǒng)協(xié)議棧功能,與終端完成交互,實(shí)現(xiàn)測(cè)試?yán)鞒?,且測(cè)試用例腳本與硬件平臺(tái)相分離的結(jié)構(gòu),使其具有很高的可移植性,適用于不同的硬件平臺(tái),增強(qiáng)了測(cè)試用例腳本的通用性。然而對(duì)于測(cè)試?yán)龑?shí)現(xiàn)中的異常流程的處理還有待進(jìn)一步完善,以提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性;另外,該系統(tǒng)只考慮了TD-LTE/TD-SCDMA兩模間的互操作性,通過(guò)級(jí)聯(lián)GSM系統(tǒng)模擬器,可以實(shí)現(xiàn)2/3/4G多模互操作,以適應(yīng)多模網(wǎng)絡(luò)融合的需求。
圖10 重選測(cè)試?yán)齅SC
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