孫貴芳, 劉 宇,2, 李小文, 于秀玲, 牛勇清

(1.重慶郵電大學 重慶市移動通信重點實驗室, 重慶 400065； 2.重慶大學 通信工程學院, 重慶 400044)

改進的無線資源管理一致性測試平臺

孫貴芳1, 劉 宇1,2, 李小文1, 于秀玲1, 牛勇清1

(1.重慶郵電大學 重慶市移動通信重點實驗室, 重慶 400065； 2.重慶大學 通信工程學院, 重慶 400044)

為提高無線資源管理一致性測試結(jié)果的準確性，在測試平臺中增加時延動態(tài)補償裝置，并引入信道模擬器，以減弱過于理想的時延及信道環(huán)境對測試結(jié)果的影響，使模擬環(huán)境接近于實際。編寫TD-LTE定時調(diào)整測試用例，對比在相同測試次數(shù)中測試成功率的變化。以50次測試為例，成功率可提高4個百分點，可見，增加時延動態(tài)補償裝置有助于提高測試準確度。

無限資源管理一致性測試; 無線資源控制; 定時調(diào)整; 時延補償

從全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications, GSM)到時分同步的碼分多址技術(shù)(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access, TD-SCDMA)，再到TD-SCDMA的長期演進技術(shù)(Long Term Evolution, LTE)，都離不開無線資源管理一致性測試。無線資源管理一致性測試的目的是為了保證終端與網(wǎng)絡(luò)即時的互聯(lián)互通。無線資源管理一致性測試系統(tǒng)對時間有嚴格的要求(具體參照3GPP 36521-3協(xié)議第七章)[1]，當測試系統(tǒng)時延較大時，測試結(jié)果精確性就很難保證。

無線資源管理一致性測試的大部分方法幾乎不考慮時延補償裝置，個別方法雖有所考慮，但卻僅局限于對所有測試用例集中進行時延補償[2]。現(xiàn)有的樹表結(jié)合表示法(Tree and Tabular Combined Notation, TTCN)測試平臺，為實現(xiàn)與系統(tǒng)模擬器互通，采用外置用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(User Datagram Protoco, UDP)通信插件，存在較大時延。無線資源管理對時間有著嚴格要求[3]，不進行時延補償，就會影響測試精度。另外，為使模擬環(huán)境與真實環(huán)境更加接近，在測試平臺中加入噪聲也很有必要。

本文擬在現(xiàn)有測試平臺TTCN中引入時延動態(tài)補償裝置和無線信道模擬器，以提升測試結(jié)果的客觀性與準確度。

1 測試平臺的改進

基于TTCN-3的無線資源管理一致性測試平臺主要包括：安裝有TTCN-3軟件的個人電腦(Personal Computer, PC)、時延補償裝置、主控(Main Control, MC)、基帶處理單元(主要模擬協(xié)議棧層一與層二的功能)以及信道噪聲添加設(shè)備和終端設(shè)備。在TTCN-3的軟件中構(gòu)造的測試代碼主要用以驗證協(xié)議棧非接入層(Non-access Stratum, NAS)中無線資源控制子層(Radio Resource Control, RRC)的功能，TTCN-3中模擬的NAS層與RRC層，加上基帶處理單元中的層1與層2，共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)端的開發(fā)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)端通過無線射頻口與終端進行通信，PC和測試儀表之間通過用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(User Datagram Protoco, UDP)端口通信[4]，測試儀表和終端則通過射頻口進行通信。MC是PC與基帶處理單元間通信的橋梁。

對測試平臺加以改進，增加時延補償裝置以及無線信道模擬設(shè)備,如圖1所示。

圖1 原有測試平臺的改進

增加時延補償裝置，有助于對測試過程中的時延進行動態(tài)補償，提高測試設(shè)備的精度，提高終端在投放市場之后的穩(wěn)定性與可靠性。增加無線信道模擬設(shè)備，有助于使模擬環(huán)境更接近真實，使測試更加準確。

時延補償裝置設(shè)備主要有三部分組成。

(1) 時延模塊：主要用于確定定時器啟動的位置點和檢查定時器是否超時的位置點。

(2) 計算時延補償模塊：主要用于根據(jù)確定定時器啟動位置點和檢查定時器是否超時的位置點來確定時延補償。

(3) 時延補償模塊：主要用于根據(jù)確定的時延補償值進行時延補償。

2 時延補償裝置的原理

2.1 時延值

在理想條件下傳輸時延不存在，如圖2所示，設(shè)備間不存在傳輸時延。真實條件下時延存在，由圖3可見，總時延是上行時延和下行時延之和。

圖2 理想條件下傳輸流程

圖3 真實情況下時延傳輸流程

2.2 時延補償?shù)姆椒?/p>

(1) 時延補償為0的情形(即無需時延補償)

不需要時延補償?shù)那樾稳鐖D4所示。第一次發(fā)送上行數(shù)據(jù)與第二次發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時間差，與第一次接收到上行數(shù)據(jù)與第二次接收到上行數(shù)據(jù)之間的時間差，是相同的(傳輸環(huán)境相同，故上下行傳輸時延一樣)，具體包括四種情況：定時器啟動點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)前，且檢查是否超時的位置點也在測試設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)前；定時器啟動點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點也在發(fā)送下行數(shù)據(jù)后；當定時器開啟點在接收到上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點也在測試設(shè)備接收到上行數(shù)據(jù)后；定時器啟動點在設(shè)備處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點也為處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)后。

圖4 時延補償為0的原理

(2) 時延補償為上行時延的情形

在以下情形下，時延補償為上行時延：定時器開啟的位置在發(fā)送下行數(shù)據(jù)前，且判定是否超時的位置點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)后；定時器啟動點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)前，且是否超時的位置點在測試設(shè)備接收到上行數(shù)據(jù)后；定時器啟動點在處理完接收到上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點也在發(fā)送下行數(shù)據(jù)后；定時器啟動點在測試設(shè)備處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點也在處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)后。最后一種情形必須進行時延補償。

(3) 時延補償為下行時延情形

以下情況下時延補償為下行時延：定時器啟動點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)后，且檢查是否超時的位置點在測試設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)前；定時器啟動點在測試設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)后,且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點在測試設(shè)備處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)后；定時器啟動點在測試設(shè)備接收到上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)前；定時器啟動點在接收到上行數(shù)據(jù)后，且檢查測試設(shè)備是否超時的位置點在處理完當前測試設(shè)備接收的上行數(shù)據(jù)后；定時器啟動的位置點在接收上行數(shù)據(jù)后，且檢查定時器是否超時的位置點在測試設(shè)備發(fā)送下行數(shù)據(jù)后。

(4) 時延補償為上下行時延之和的情形

以下情況下時延補償為上行時延和下行時延之和：定時器啟動點在發(fā)送下行數(shù)據(jù)前，且監(jiān)測是否超時的位置點在接收上行數(shù)據(jù)后，以及處理完當前接收的上行數(shù)據(jù)，并開始接收下次上行數(shù)據(jù)之前。

針對不同的無線環(huán)境,上下行時延補償值是有差別的,所以使用的時延補償值由基于多次測試取平均值的方法得到，具體的時延補償情況見表1。

表1 時延補償情況對照

具體的位置指示如圖5所示。

圖5 具體位置指示

3 定時調(diào)整仿真

3.1 測試場景描述

測試場景只包含一個小區(qū)，利用TTCN配置參數(shù)來控制終端定時調(diào)整，經(jīng)終端調(diào)整，將調(diào)整值上報給網(wǎng)絡(luò)端的TTCN來對調(diào)整量做出判定。在測試過程中，每個測試例重復(fù)執(zhí)行，若成功次數(shù)占總次數(shù)的90%以上，則認為測試通過，否則測試失敗。

3.2 定時調(diào)整過程

(1) 定時調(diào)整原理

定時調(diào)整可使終端與網(wǎng)絡(luò)處于同步狀態(tài)，保證時序上的合理性[5]。在測試過程中，TTCN會通過模板配置定時調(diào)整(Time Adjustment,TA)參數(shù)TA給MC與基帶處理單元,經(jīng)過射頻口發(fā)往終端。終端收到該參數(shù)后就會進行相應(yīng)的定時提前量調(diào)整，把調(diào)整的數(shù)值上報網(wǎng)絡(luò)端。同時，網(wǎng)絡(luò)端計算TA對應(yīng)的理論調(diào)整值[6]

NTA_new=NTA_old+ (TA- 31) × 16，

(2) 測試目的

驗證終端的定時調(diào)整能力是否滿足要求，并測試時延補償設(shè)備對測試系統(tǒng)準確性的影響[7-8]。

(3) 測試環(huán)境配置

選取一個LTE小區(qū)，小區(qū)允許終端的接入，并且可以進行正常測試。

3.3 測試流程

(1) 確定UE處于2A狀態(tài)(UE開機接收基站已發(fā)送的系統(tǒng)信息，并向網(wǎng)絡(luò)成功注冊正常駐留)。

(2) 網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)送尋呼請求，終端完成RRC建立，使終端處于3A-RF狀態(tài)(即連接狀態(tài))，為測試做好準備。

(3) 網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)送RRC連接重配消息，接收終端回復(fù)的RRC連接重配完成消息。

(4) 網(wǎng)絡(luò)通過定時調(diào)整原語，配置TA值給終端，通知終端進行TA調(diào)整，并且在5 s之內(nèi)接收上報的TA值。如果沒有接收到或超時，則測試失敗，否則，對接收到的終端上報TA值進行判斷，若實際值與理論調(diào)整值之差滿足判決條件，測試成功，否則失敗。

(5) 網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)送連接釋放請求，之后返回步驟(2)。重復(fù)此過程直至滿足統(tǒng)計要求的次數(shù)。

對成功與失敗次數(shù)進行統(tǒng)計，如果成功的概率大于90%，說明測試成功，否則測試失敗。

4 測試結(jié)果分析

具體的測試結(jié)果如圖6和圖7所示。 TTCN發(fā)送小區(qū)激活請求給終端，使得終端完成注冊，并激活測試模式狀態(tài)，進入2A狀態(tài)的流程如圖6所示。激活過程中的參數(shù)通過小區(qū)激活原語進行配置。TTCN發(fā)送尋呼消息，使得終端發(fā)起連接建立請求，進入3A-RF(連接建立狀態(tài)，且測試模式激活)狀態(tài)并進行重配，以及TA調(diào)整的測試流程如圖7所示。

圖6 終端進入2A狀態(tài)的測試流程

TTCN利用構(gòu)造好的模板發(fā)送小區(qū)激活請求，經(jīng)MC與基帶處理單元處理，由射頻口發(fā)往終端。終端在收到系統(tǒng)信息后，進入開機駐留過程。小區(qū)駐留后，就會進入2A狀態(tài)。

在2A狀態(tài)的基礎(chǔ)上，TTCN通過發(fā)送尋呼消息給終端，觸發(fā)終端建立RRC連接，進入3A-RF狀態(tài)。接著網(wǎng)絡(luò)向終端發(fā)送RRC連接重配消息，對各層進行配置，并接受來自終端的RRC連接建立完成，TTCN配置定時調(diào)整參數(shù)給終端，終端收到定時調(diào)整信息后，進行相應(yīng)調(diào)整，并把調(diào)整值上報網(wǎng)絡(luò)端，讓網(wǎng)絡(luò)做出相應(yīng)的判斷，來確定測試是否成功。重復(fù)測試例若干次，并統(tǒng)計成功百分比。如果成功率超過90%說明測試成功，否則測試失敗。

在原有測試平臺與增加時延補償裝置后的平臺上,得出的仿真結(jié)果餅狀統(tǒng)計圖(用于統(tǒng)計測試成功的百分比)如圖8所示，從中可見，兩次測試成功百分比都超過90%，說明都滿足測試結(jié)果要求，但圖8(b)百分比要高于圖8(a)，這正是因為在測試框架圖中增加了時延補償裝置。兩圖對比說明，引入時延動態(tài)補償設(shè)備，可提高測試精確度。

圖7 尋呼進入3A-RF狀態(tài)并進行TA測試

(a) 原有測試平臺

(b) 改進后的測試平臺

在測試過程中抽取未加時延補償裝置的一次測試數(shù)據(jù)值，對接收定時調(diào)整的時間進行統(tǒng)計(以5 s為限)，具體結(jié)果如表2所示。

表2 50次測試用例接收TA證實統(tǒng)計

表中數(shù)據(jù)顯示，超時情況所占比例較大，這正好說明了增加時延補償裝置的必要性。

5 結(jié)語

針對TD-LTE系統(tǒng)一致性測試，在原有測試平臺基礎(chǔ)上進行改進，為測試平臺增加時延動態(tài)補償設(shè)備，提高了測試準確度。改進方案也適用于多小區(qū)協(xié)議一致性測試，包括同系統(tǒng)以及異系統(tǒng)。

[1] 3GPP.TS36.521-3v10.1.03rd Generation Partnership Project.Technical Specification GroupRadio Access Network;Evolved Universal Terrestrial RadioAccess(E-UTRA):UserEquipment(UE)conformance specification;Radio transmission andreception:part3:Radio ResourceManagement(RRM)conformancetesting[S/OL].(2013-09-26)[2013-10-01].http://www.3gpp.org.

[2] 董宏成，張寧，牛勇清.TD-LTE系統(tǒng)RRC一致性測試設(shè)計與TTCN-3驗證[J].計算機應(yīng)用研究，2014,8(31):2414-2416.

[3] 3GPP.TS36.133v11.3.1 3rd Generation Partnership Project.Evolved Universal Terrestrial Radio Access:Requirements for support of radio resource management[S/OL].(2013-07-26)[2013-08-01].http://www.3gpp.org.

[4] 董宏成,張寧,李小文.TTCN-3在RRC協(xié)議一致性測試中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,39(7):117-120.

[5] 張普，王軍選.LTE系統(tǒng)中切換算法的研究[J].西安郵電學院學報,2010,15(3):1-5.

[6] 3GPP.TS36.304v11.3.0 3rd Generation Partnership Project.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA):User Equipment(UE)procedures in idle mode[S/OL].(2013-04-13)[2013-04-25].http://www.3gpp.org.

[7] 曾志明,吳濤.TD_LTE終端協(xié)議一致性測試規(guī)范研究及測試集開發(fā)[D].北京:北京郵電大學,2010:1-6.

[8] 高靜，盧光躍，施苑英.TD-LTE/GSM系統(tǒng)無線資源管理一致性測試[J].西安郵電大學學報，2013,18(6):25-28.

[責任編輯:瑞金]

An improved radio resource management conformance test platform

SUN Guifang1, LIU Yu1,2, LI Xiaowen1, YU Xiuling1, NIU Yongqing1

(1.Chongqing Key Lab of Mobile Communications Protocol, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China;2. School of Communication Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

In order to improve the test accuracy, the latency compensation device is added in the test platform to make simulation environment similar to the real wireless environment, and at the meantime the channel simulator is used to reduce the influence of such delay and ideal channel environments for test results. TD-LTE timing adjustment test cases are used to compare the change of test success rate in the same number of tests. In total test number of 50, the success rate can be increased by 4 percent. Therefore, increasing delay compensation device can help to improve the test accuracy.

radio resource management conformance testing, radio resource control, time adjust, delay compensation

2014-10-27

國家科技專項資助項目(2012ZX03001024)

孫貴芳(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為移動通信。E-mail:1099368111@qq.com 劉宇(1981-)，男，工程師，從事移動通信研究。E-mail: liu.yu@cqu.edu.cn

10.13682/j.issn.2095-6533.2015.03.012

TP929.5

A

2095-6533(2015)03-0071-06