茹慶喆，錢(qián)學(xué)榮（南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210003）

載波聚合過(guò)程中的輔小區(qū)激活與去激活

茹慶喆，錢(qián)學(xué)榮
（南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210003）

主要研究了輔小區(qū)激活與去激活的條件和過(guò)程，針對(duì)UE業(yè)務(wù)量大小對(duì)輔小區(qū)激活與去激活過(guò)程的影響設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自動(dòng)化測(cè)試方案和測(cè)試用例，并對(duì)測(cè)試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行了分析。

載波聚合；輔小區(qū)；激活；去激活

0 引言

隨著4G牌照的下發(fā)，LTE系統(tǒng)大規(guī)模部署，LTEAdvanced系統(tǒng)也逐漸開(kāi)始進(jìn)入商用階段。LTE-Advanced系統(tǒng)是LTE系統(tǒng)的演進(jìn)系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的整體性能，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了包括載波聚合技術(shù)在內(nèi)的多種新的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)使用載波聚合技術(shù)可以將多個(gè)連續(xù)或離散的LTE系統(tǒng)載波擴(kuò)展成一個(gè)能夠滿(mǎn)足LTEAdvanced系統(tǒng)需求的載波。近年來(lái)，載波聚合技術(shù)得到了快速發(fā)展，聚合的載波數(shù)量和類(lèi)型也在不斷變化。韓國(guó)SK電信于2013年首次將載波聚合技術(shù)用于商用，并于2014年成功演示了三載波聚合［1］，中國(guó)電信也于2014年9月成功演示了FDD系統(tǒng)與TDD系統(tǒng)間的載波聚合。無(wú)線頻譜資源的稀缺使得載波聚合技術(shù)成為運(yùn)營(yíng)商面向未來(lái)的必然選擇。

載波聚合過(guò)程中，用戶(hù)設(shè)備（User Equipment，UE）可以通過(guò)多個(gè)小區(qū)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其中包含一個(gè)或多個(gè)輔小區(qū)。輔小區(qū)主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)傳輸提供額外的無(wú)線資源，它們可以處于激活或去激活狀態(tài)［2］。演進(jìn)型Node B（Evolved Node B，ENodeB）可以根據(jù)實(shí)際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)從而有效利用系統(tǒng)的無(wú)線資源，同時(shí)也可以在一定程度上減少該UE的功耗。

本文主要對(duì)輔小區(qū)激活與去激活的條件和過(guò)程進(jìn)行研究，針對(duì)UE業(yè)務(wù)量大小對(duì)輔小區(qū)激活與去激活過(guò)程的影響設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)化測(cè)試方案與測(cè)試用例，并對(duì)測(cè)試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析。

1 輔小區(qū)激活與去激活

1.1 輔小區(qū)激活與去激活

載波聚合是UE級(jí)的概念。對(duì)同一個(gè)eNodeB下的不同UE來(lái)說(shuō)，它們的輔小區(qū)集合可能是不同的。輔小區(qū)可以處于激活或去激活狀態(tài)，且輔小區(qū)之間的狀態(tài)相互獨(dú)立。處于激活狀態(tài)的輔小區(qū)參與數(shù)據(jù)傳輸，UE會(huì)通過(guò)該輔小區(qū)收發(fā)數(shù)據(jù)，但由于PUCCH資源較少，所有來(lái)自輔小區(qū)的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過(guò)主小區(qū)的PUCCH來(lái)傳輸［3］。處于去激活狀態(tài)的輔小區(qū)不參與數(shù)據(jù)傳輸，UE只對(duì)其進(jìn)行必要的簡(jiǎn)單測(cè)量［4］。

當(dāng)ENodeB為UE添加輔小區(qū)時(shí)，該輔小區(qū)默認(rèn)處于去激活狀態(tài)。隨后，ENodeB可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)輔小區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行管理從而使系統(tǒng)的無(wú)線資源能夠得到更有效的利用，提高系統(tǒng)的吞吐量。例如，ENodeB可以暫時(shí)使UE的某個(gè)輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，減少無(wú)線資源的消耗，并且能夠在UE需要時(shí)迅速將該輔小區(qū)恢復(fù)到激活狀態(tài)從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。當(dāng)輔小區(qū)處于激活狀態(tài)時(shí)會(huì)消耗UE更多的電量［5］，因此，適當(dāng)?shù)厥馆o小區(qū)處于去激活狀態(tài)也可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗，有利于延長(zhǎng)UE的使用時(shí)間［6］。

輔小區(qū)的激活過(guò)程基于MAC控制消息，去激活過(guò)程可以基于MAC控制消息，也可以基于去激活定時(shí)器［6］。

當(dāng)UE在序號(hào)為n的子幀收到激活命令時(shí)，對(duì)應(yīng)的操作將在序號(hào)為n+8的子幀啟動(dòng)。當(dāng)UE在序號(hào)為n的子幀收到去激活命令或某個(gè) SCell的去激活定時(shí)器超時(shí)，除了某些測(cè)試上報(bào)操作外，其他操作必須在序號(hào)為n+8的子幀前完成［7］。

1.2 MAC控制消息機(jī)制

基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過(guò)程是由ENodeB控制的。ENodeB通常會(huì)根據(jù)輔小區(qū)的無(wú)線信道質(zhì)量和UE的業(yè)務(wù)量來(lái)管理輔小區(qū)的狀態(tài)。例如，當(dāng)某個(gè)輔小區(qū)的無(wú)線信道質(zhì)量較好且UE的業(yè)務(wù)量較大時(shí)，ENodeB會(huì)通過(guò)MAC控制消息來(lái)使該輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，而當(dāng)輔小區(qū)的無(wú)線信道質(zhì)量較差或UE業(yè)務(wù)量較小時(shí)，ENodeB會(huì)通過(guò)MAC控制消息來(lái)使該輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，節(jié)約系統(tǒng)無(wú)線資源。

用于輔小區(qū)激活與去激活的MAC控制消息的長(zhǎng)度固定為8 bit，如圖1所示，其中包含7個(gè)C域和1個(gè)R域。在輔小區(qū)的配置過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)為不同輔小區(qū)分配相應(yīng)的索引值［8］，MAC控制消息中的C域用來(lái)表示對(duì)應(yīng)輔小區(qū)的激活或去激活狀態(tài)，例如，當(dāng)C1的值設(shè)置為1時(shí)，表示索引值為1的輔小區(qū)被激活；當(dāng)C2的值設(shè)置為1時(shí)；表示索引值為2的輔小區(qū)被激活；而當(dāng)C1的值設(shè)置為0時(shí)，表示索引值為1的輔小區(qū)被去激活［6，9］。MAC控制消息中的R域用作保留位，其值通常設(shè)置為0。

當(dāng)UE收到ENodeB發(fā)來(lái)的相關(guān)MAC控制消息后需要向ENodeB發(fā)送對(duì)應(yīng)的確認(rèn)消息。

1.3 去激活定時(shí)器機(jī)制

基于去激活定時(shí)器的輔小區(qū)去激活過(guò)程是由UE主動(dòng)執(zhí)行的。在輔小區(qū)的配置過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)RRC重配置消息將去激活定時(shí)器的值告知UE。UE的每個(gè)輔小區(qū)都對(duì)應(yīng)有一個(gè)獨(dú)立的去激活定時(shí)器，且對(duì)于特定的UE來(lái)說(shuō)，其所有輔小區(qū)對(duì)應(yīng)的去激活定時(shí)器的值都是相同的［6］。

如果在去激活定時(shí)器指定的時(shí)間段內(nèi)，UE在某個(gè)輔小區(qū)上沒(méi)有收到物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）消息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，則主動(dòng)將對(duì)應(yīng)的輔小區(qū)去激活，這也是UE主動(dòng)將某個(gè)輔小區(qū)去激活的唯一方式。但是如果某個(gè)UE的去激活定時(shí)器的值被配置成“infinity”，則表示不允許該UE主動(dòng)將某個(gè)輔小區(qū)去激活，在這種情況下，輔小區(qū)的去激活過(guò)程只能通過(guò)MAC控制消息來(lái)觸發(fā)。

2 自動(dòng)化測(cè)試方案的設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試目的

本次測(cè)試的目的是檢查當(dāng)輔小區(qū)的無(wú)線信道質(zhì)量較好時(shí)，ENodeB是否能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量通過(guò)MAC控制消息來(lái)動(dòng)態(tài)地激活與去激活UE的輔小區(qū)。

2.2 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

當(dāng)ENodeB收到UE對(duì)相關(guān)MAC控制消息的確認(rèn)時(shí)，會(huì)在運(yùn)行日志文件中記錄相關(guān)信息。為了能夠自動(dòng)檢查相關(guān)輔小區(qū)的激活與去激活過(guò)程是否發(fā)生，本次測(cè)試采用了分析ENodeB運(yùn)行日志文件的方式，通過(guò)匹配日志文件中的關(guān)鍵字段來(lái)判斷相關(guān)過(guò)程是否發(fā)生。相關(guān)測(cè)試流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)化測(cè)試流程

整個(gè)測(cè)試流程如下：

（1）調(diào)整輔小區(qū)的無(wú)線信道質(zhì)量，使其處于相對(duì)較好的情況；

（2）使UE接入到網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置狀態(tài)變量的值為0；

（3）發(fā)送速率相對(duì)較小的數(shù)據(jù)，并同時(shí)收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（4）對(duì)收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過(guò)程，若沒(méi)有發(fā)生，說(shuō)明輔小區(qū)仍處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；

（5）發(fā)送速率相對(duì)較大的數(shù)據(jù)，并同時(shí)收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（6）對(duì)收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過(guò)程，若發(fā)生了該過(guò)程，說(shuō)明輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；

圖1 用于激活/去激活的MAC控制消息

（7）發(fā)送速率相對(duì)較小的數(shù)據(jù)，并同時(shí)收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（8）對(duì)收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)去激活過(guò)程，若發(fā)生了該過(guò)程，說(shuō)明輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1；

（9）使UE離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；

（10）根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測(cè)試結(jié)果，若狀態(tài)變量的值為0，則測(cè)試用例執(zhí)行結(jié)果為PASS，說(shuō)明ENodeB能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來(lái)激活或去激活UE的輔小區(qū)；若狀態(tài)變量的值為1，則測(cè)試用例執(zhí)行結(jié)果為FAIL，說(shuō)明ENodeB在根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來(lái)激活或去激活UE的輔小區(qū)方面存在問(wèn)題。

3 測(cè)試用例的實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析

3.1 測(cè)試用例的實(shí)現(xiàn)

本次測(cè)試使用的自動(dòng)化測(cè)試工具是EasyTest，它是阿爾卡特朗訊開(kāi)發(fā)的一款自動(dòng)化測(cè)試用例開(kāi)發(fā)與執(zhí)行環(huán)境。

測(cè)試前，通過(guò)修改eNodeB的配置文件確保UE的去激活定時(shí)器的值為“infinity”。在測(cè)試過(guò)程中，利用安全外殼（Secure Shell，SSH）協(xié)議遠(yuǎn)程登錄到相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器，并調(diào)用發(fā)包工具來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過(guò)改變發(fā)送的數(shù)據(jù)量來(lái)創(chuàng)造輔小區(qū)激活與去激活條件。在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，需要同步收集該階段ENodeB的相關(guān)運(yùn)行日志，并通過(guò)匹配關(guān)鍵字段來(lái)判斷基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過(guò)程是否發(fā)生。最后，根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測(cè)試用例的最終執(zhí)行結(jié)果。

具體表示輔小區(qū)激活與去激活過(guò)程的字段通常依賴(lài)于ENodeB軟件的具體實(shí)現(xiàn)。在本次測(cè)試過(guò)程中，表示激活過(guò)程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState3”，表示去激活過(guò)程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState1”。

3.2 測(cè)試用例執(zhí)行結(jié)果分析

測(cè)試用例成功實(shí)現(xiàn)后，需要在測(cè)試環(huán)境中執(zhí)行。在測(cè)試用例執(zhí)行過(guò)程中，通過(guò)觀察UE監(jiān)控軟件，可以幫助確認(rèn)輔小區(qū)激活或去激活過(guò)程是否與用例中的設(shè)計(jì)保持一致。

從圖3可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量較小時(shí)，輔小區(qū)沒(méi)有參與數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)。

圖3 業(yè)務(wù)量較小時(shí)UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

從圖4可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量變大時(shí)，輔小區(qū)開(kāi)始參與數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)輔小區(qū)處于激活狀態(tài)。

圖4 業(yè)務(wù)量較大時(shí)UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

從圖5可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量再次變小時(shí)，輔小區(qū)不再參與數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)輔小區(qū)又回到去激活狀態(tài)。

圖5 業(yè)務(wù)量較小時(shí)UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

針對(duì)同一個(gè)軟件版本，自動(dòng)化測(cè)試用例的執(zhí)行結(jié)果應(yīng)與手動(dòng)測(cè)試用例的執(zhí)行結(jié)果保持一致。在自動(dòng)化測(cè)試用例真正用于測(cè)試之前，應(yīng)在相關(guān)軟件版本上執(zhí)行若干次，使用的軟件版本最好能夠覆蓋功能正常和存在軟件缺陷的版本，并對(duì)比手動(dòng)測(cè)試結(jié)果，確保該自動(dòng)化測(cè)試用例的實(shí)現(xiàn)正確有效。

圖6顯示的是在功能正常的軟件版本上執(zhí)行該測(cè)試用例20次所得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中19次執(zhí)行成功，1次執(zhí)行失敗。經(jīng)分析，測(cè)試用例執(zhí)行失敗的原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中防火墻的相關(guān)設(shè)置導(dǎo)致調(diào)用發(fā)包工具發(fā)送數(shù)據(jù)包的命令沒(méi)能正確傳輸給相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器，從而無(wú)法觸發(fā)輔小區(qū)的激活與去激活過(guò)程。

圖6 測(cè)試用例執(zhí)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)論

在載波聚合過(guò)程中，ENodeB可以靈活地根據(jù)實(shí)際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)，這不僅可以使系統(tǒng)的無(wú)線資源得到更有效的利用，還可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗。本文在研究輔小區(qū)激活與去激活的條件和過(guò)程的基礎(chǔ)上，針對(duì)UE業(yè)務(wù)量大小對(duì)輔小區(qū)激活與去激活的影響進(jìn)行了自動(dòng)化測(cè)試方案和用例的設(shè)計(jì)，并通過(guò)執(zhí)行測(cè)試用例驗(yàn)證了測(cè)試用例的實(shí)現(xiàn)是成功的。

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Secondary cells activation and deactivation during the carrier aggregation process

Ru Qingzhe，Qian Xuerong
（College of Communication and Information Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Jiangsu 210003，China）

This paper studies the conditions and processes of the secondary cell activation and deactivation，describes the design of corresponding automated test scheme and test cases that aims at the influence of UE traffic volume on secondary cell activation and deactivation，and analyses the results of the implementation of test cases.

carrier aggregation；secondary cells；activation；deactivation

TN929.5

A

1674-7720（2015）20-0057-04

茹慶喆，錢(qián)學(xué)榮.載波聚合過(guò)程中的輔小區(qū)激活與去激活［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（20）：57-60.

2015-07-20）

茹慶喆（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向：無(wú)線數(shù)據(jù)與移動(dòng)計(jì)算。

錢(qián)學(xué)榮（1956-），男，碩士生導(dǎo)師，教授，主要研究方向：通信與信號(hào)處理，信源與信道編碼，寬帶移動(dòng)通信與移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。