徐嘯濤，金文兵，陳 璐

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程學(xué)院，杭州 310053;2.上海貝爾阿爾卡特股份有限公司移動事業(yè)部，上海 201206)

長期演進(jìn)技術(shù)LTE(Long Term Evolution)是3GPP組織對第3代移動通信技術(shù)的演進(jìn)，是當(dāng)今最被看好的4 G候選技術(shù)。它改進(jìn)并且增強(qiáng)了3 G的空中接口技術(shù)，采用OFDM(正交頻分復(fù)用)和MIMO(多入多出)作為其無線接入演進(jìn)的最核心技術(shù)。它同時也實(shí)現(xiàn)了下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值速率，并且能夠支持最高350 km/h的高速性能。相比之前的無線接入技術(shù)，在速率方面有了顯著的提高，因而對高速切換保持語音或者數(shù)據(jù)的高質(zhì)量接續(xù)提出了挑戰(zhàn)。切換是指用戶在業(yè)務(wù)連接的狀態(tài)下，保持業(yè)務(wù)服務(wù)的質(zhì)量不受任何影響，無線承載由當(dāng)前小區(qū)改變到相鄰小區(qū)的過程。LTE的主要目標(biāo)之一就是在一定量的延遲(Delay)要求下提供高質(zhì)量的語音和數(shù)據(jù)接續(xù)服務(wù)。這個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要大量的從源小區(qū)到目標(biāo)小區(qū)的切換操作支持［1］。

1 基站內(nèi)切換流程

以LTE為無線接入技術(shù)的移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成包含終端設(shè)備、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信。對于LTE技術(shù)，eNodeB之間不存在宏分集，因此LTE中僅存在硬切換。與3 G相比，LTE中的重新接入會更快、更加準(zhǔn)確。用戶端的感知性能不會受到基于LTE切換機(jī)制的重新接入的影響。

3GPP規(guī)范的LTE切換過程大致可以分為4個階段:測量控制、切換準(zhǔn)備、切換執(zhí)行和切換完成。首先源基站通過漫游限制的信息配置UE的測量控制，UE根據(jù)制定的測量規(guī)則在適當(dāng)?shù)臅r刻觸發(fā)測量報告上報。當(dāng)源基站收到UE的測量報告以及RRM信息來判定觸發(fā)基站內(nèi)切換時，源基站將發(fā)起基站內(nèi)切換。詳細(xì)的分解步驟如下所示［8］。

1.1 測量控制

在LTE系統(tǒng)中，測量控制消息是通過BCCH或DCH傳遞到UE的，UE最初從源基站和接入網(wǎng)關(guān)與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。源基站根據(jù)終端運(yùn)行情況和位置特性等執(zhí)行測量控制程序，以事件觸發(fā)或周期性報告方式通知終端提供相應(yīng)的測量報告，以提供源基站作出觸發(fā)切換的決策［3，5］。

1.2 切換準(zhǔn)備

如圖1所示，為典型的LTE基站內(nèi)切換準(zhǔn)備流程圖，UE代表LTE終端設(shè)備，Source和Target分別為對應(yīng)于切換操作的源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)。詳細(xì)的消息流程步驟為:

(1)源eNodeB根據(jù)區(qū)域限制信息配置UE的測量過程，并通過RRC重配置消息發(fā)送測量控制信息給UE。

(2)當(dāng)目標(biāo)蜂窩達(dá)到測量報告門限值時，UE向eNodeB發(fā)送測量報告(Measurement Report)。另一種方式，也可以配置周期性測量報告。

(3)源eNodeB基于測量報告和無線資源管理信息作出UE切換的判決。當(dāng)源eNodeB認(rèn)為切換有必要，就確定一個合適的目標(biāo)小區(qū)，請求接入控制目標(biāo)小區(qū)的源eNodeB。源eNodeB根據(jù)UE報告，做出切換決定。

(4)為了在目標(biāo)側(cè)準(zhǔn)備切換，源eNodeB向目標(biāo)eNodeB發(fā)送Handover Request信息，并傳送相應(yīng)的信息。

(5)目標(biāo)eNodeB執(zhí)行接入控制功能。為UE的接入分配空中接口資源和業(yè)務(wù)的SAE(System Architecture Evolution)承載資源。

(6)目標(biāo)小區(qū)資源準(zhǔn)入成功后，向源eNodeB發(fā)送Handover Request Acknowledge消息.指示切換準(zhǔn)備工作完成。

圖1 切換準(zhǔn)備流程圖

1.3 切換執(zhí)行

如圖2所示，與切換準(zhǔn)備流程圖相對應(yīng)，為切換執(zhí)行消息流程圖。對于LTE基站內(nèi)切換而言，切換執(zhí)行相比切換準(zhǔn)備更加復(fù)雜，詳細(xì)的消息流程步驟如下:

(1)源eNodeB向UE發(fā)送切換命令(Handover Command)。源eNodeB開始向目標(biāo)eNodeB轉(zhuǎn)發(fā)下行鏈路分組消息。

(2)源eNodeB向目標(biāo)eNodeB發(fā)送狀態(tài)消息，用于指示UE已經(jīng)確認(rèn)的分組。

(3)UE完成與目標(biāo)eNodeB的最終同步，并通過RACH過程接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。預(yù)同步已經(jīng)在蜂窩識別過程中提前實(shí)現(xiàn)。

(4)目標(biāo)eNodeB向UE發(fā)送上行鏈路分配和定時提前信息。

(5)UE向目標(biāo)eNodeB發(fā)送切換確認(rèn)(Handover Confirm)消息，同時開始向UE傳送數(shù)據(jù)。

圖2 切換執(zhí)行流程圖

1.4 切換完成

移動終端和目標(biāo)基站恢復(fù)通信后，目標(biāo)基站發(fā)送HO complete req給接入網(wǎng)關(guān)，要求更改終端下行數(shù)據(jù)的路徑和更新用戶的界面。當(dāng)接入網(wǎng)關(guān)完成后，它會發(fā)送一個end marker信令給源基站，以標(biāo)志緩存數(shù)據(jù)結(jié)束，并通知目標(biāo)基站更新完成。隨后目標(biāo)基站通過消息告知源基站切換完成，讓其釋放終端占有的系統(tǒng)資源。直到遇到end marker標(biāo)志，源基站才會停止發(fā)送緩存數(shù)據(jù)。

2 自動化實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

切換操作在實(shí)際的移動通信系統(tǒng)運(yùn)營中是極其繁雜并且重要的，尤其對于目前的TD-LTE系統(tǒng)，在高速切換中同時需要保持語音或者數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸。因此設(shè)計(jì)基站內(nèi)切換的自動化測試方案，具有非常重要的意義。相對于手工測試而言，自動化測試通過測試工具對相應(yīng)的參數(shù)編輯或者其他手段可以有效并且充分的增加測試覆蓋范圍，完成大量的重復(fù)測試。在公司的Robot自動化測試平臺上，設(shè)計(jì)了一套基站內(nèi)切換的自動化測試方案，如圖3所示為簡單的硬件環(huán)境示意圖［2］。

圖3 基站內(nèi)切換自動化測試硬件環(huán)境

在該硬件環(huán)境基礎(chǔ)上，也同時設(shè)計(jì)編寫了一套簡單的基站內(nèi)切換測試用例(腳本)。如下所示，基本的用例(腳本)結(jié)構(gòu)可以分成4個部分，包括頭模塊、變量、步驟和關(guān)鍵詞。

(1)用例頭模塊

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合Robot自動化腳本語言設(shè)計(jì)和圖3的切換系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在公司測試平臺上對于基站內(nèi)切換進(jìn)行了實(shí)際的自動化測試［4］。其中基站使用的是公司的TD-LTE基站，UE simulator使用的是Areoflex公司的測試手機(jī)TM500。測試的結(jié)果如圖4所示，我們可以很明顯的看到切換自動化測試成功的標(biāo)記”RRC Handover Complete”，以及TM500終端成功的從Cell ID為26的源小區(qū)切換到了24的目標(biāo)小區(qū)，切換中心頻率為23 500 MHz。雖然在切換過程中出現(xiàn)了UE業(yè)務(wù)中斷的情況，但這是由于基站對數(shù)據(jù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)處理，UE切換完成后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量仍繼續(xù)存在，說明此次切換已成功。

在切換執(zhí)行過程中，我們在 hub口通過Wireshark抓包工具，可以清晰的得到切換的信

令交互協(xié)議流程。如圖5所示，在S1AP空中接口測，可以清楚的看到“Handover Preparation”、“Handover Resource Allocation”和“eNB status Transfer”等切換流程消息。這也可以從另一方面闡明，該基站內(nèi)切換自動化測試方案實(shí)現(xiàn)的正確性。

圖4 基站內(nèi)切換測試TM500截圖

圖5 切換協(xié)議流程數(shù)據(jù)包截圖

如圖6所示，是在O&M管理平臺上記錄的切換自動化測試執(zhí)行步驟的log。通過可視化并且用戶友好的界面可以非常方便通過log文件中迅速定位到切換信令交互步驟的錯誤，進(jìn)而給研發(fā)人員進(jìn)行問題定位提供極大的幫助［7］。

圖6 切換自動化測試結(jié)果文件

4 結(jié)束語

同3 G相比，在TD-LTE系統(tǒng)中，UE需要繼承所有傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)和多媒體服務(wù)。除此之外，還需要提供更高的用戶帶寬和高速移動時語音和數(shù)據(jù)流量的穩(wěn)定性等［6］。雖然近年來已經(jīng)提出不少解決切換所面臨的技術(shù)問題，但都不能很好地解決在高速移動中如何保持切換的高質(zhì)量的問題。相對于手工測試而言，自動化測試通過測試工具或者其他手段可以充分的增加測試覆蓋范圍，完成大量的重復(fù)測試。因此如何充分的使切換操作與自動化測試相結(jié)合是一項(xiàng)值得研究的課題。

［1］Stefania Sesia，Issam Toufik.Matthew Baker.LTE—The UMTS Long Term Evolution:From Theory to Practice［M］.UK:A John Wiley and Sons Ltd，2009:193-201.

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［3］李小文，肖壘，宋海貝.TD LTE系統(tǒng)移動性管理實(shí)體測試與研究［J］.光通信研究，2011(4):45-47.

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［8］劉玉梁，潘仲明.水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量路由協(xié)議的仿真研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報，2011(6):24-25.

徐嘯濤(1979-)，男，浙江諸暨人，2004年獲南京郵電學(xué)院碩士學(xué)位?，F(xiàn)為浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程學(xué)院教師、工程師。主要研究方向?yàn)橐苿油ㄐ?、軟件測試、物聯(lián)網(wǎng)等。