張涵嫣，孫貴芳，皮定杰

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065)

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LTE-A系統(tǒng)隨機接入過程的實現(xiàn)

張涵嫣，孫貴芳，皮定杰

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065)

摘要：隨機接入是LTE-A系統(tǒng)一個最基本的功能，它使終端與網(wǎng)絡建立連接成為可能。在LTE-A系統(tǒng)中，隨機接入過程是用戶設備(UE)與網(wǎng)絡端之間建立無線專有鏈路的首要過程。從LTE-A系統(tǒng)協(xié)議入手對競爭性隨機接入過程進行了深入分析和講述，并給出了測試用例相關模塊的TD-LTE-A儀表側的實現(xiàn)過程，之后通過TTCN-3構造測試例來實現(xiàn)競爭隨機接入過程，在TTworkbench平臺下進行測試，最后對測試結果分析，有效驗證了隨機接入過程實現(xiàn)的協(xié)議一致性。

關鍵詞：長期演進；隨機接入；測試例；測試系統(tǒng)

0引言

LTE-A系統(tǒng)中，終端和基站之間只有建立了上行同步才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，隨機接入過程在實現(xiàn)上行同步的過程中有十分關鍵的作用[1]。觸發(fā)隨機接入的場景有以下6種[2]：① RRC_IDLE狀態(tài)下的初始接入；② RRC連接重建過程；③ 切換；④ RRC_CONNECTED期間，下行數(shù)據(jù)到達(此時需要回復ACK/NACK)，上行失步；⑤ RRC_CONNECTED狀態(tài)下，上行數(shù)據(jù)到達時，上行失步或沒有可用的PDCCH資源來進行SR傳輸；⑥ RRC_CONNECTED下，需要定位UE的定時提前[3]。隨機接入過程分為基于競爭和基于非競爭2種?；诟偁幍碾S機接入過程適用于上述①～⑤種場景，基于非競爭的隨機接入過程僅適用于切換，下行數(shù)據(jù)到達和定位的情況,所以競爭性隨機接入是使用最頻繁的接入方式。

1競爭隨機接入基本流程

基于競爭的隨機接入由終端主動發(fā)起[1]。終端MAC根據(jù)收到的系統(tǒng)信息中的參數(shù)配置隨機選擇隨機接入前導碼(preamble)和發(fā)送前導碼的信道資源。競爭的隨機接入過程包括2個階段，細分為4個步驟，2個階段為同步階段和競爭解決階段，步驟的流程圖如圖1所示。

由圖1可知，競爭的隨機接入過程主要分為4個步驟，包括：

① 終端向網(wǎng)絡端發(fā)送隨機接入前導碼，隨機接入前導碼是由PHY層根據(jù)RRC層的配置參數(shù)，通過循環(huán)移位的ZC序列添加循環(huán)前綴(CP)計算而得[4]。讓eNB知道存在一個終端試圖跟基站建立連接，同時使eNB能估計與UE之間的傳輸時延并以此校準uplink timing；

圖1　競爭的隨機接入流程

② eNB發(fā)送隨機接入響應，網(wǎng)絡端MAC收到UE發(fā)送的前導以后，開始組裝隨機接入響應—MAC RAR PDU，如圖2所示，包括time-advance消息確保上行同步，用于分配上行資源的上行授權，用于加擾隨機接入消息3和競爭解決消息的臨時C-RNTI。前兩步實現(xiàn)了終端和基站之間的上行同步；

圖2　隨機接入響應結構

③ 終端根據(jù)隨機接入響應中攜帶的定時提前量和上行資源分配信息等信息，發(fā)送用Temporary C-RNTI加擾的MSG3，發(fā)送MSG3之后，終端開啟競爭解決定時器等待網(wǎng)絡端的回復。MSG3消息存在HARQ重傳過程，如果eNodeB沒有收到或收到的是錯誤及未能解碼的信息的話，需要在PHICH進行反饋的接收，HARQ過程提高了MSG3的正確率；

④ 收到MSG3后，網(wǎng)絡端MAC層將MSG3中的唯一標識作為競爭解決消息回復給UE，如果UE在競爭解決定時器開啟時間內(nèi)收到網(wǎng)絡端競爭解決消息，并且與內(nèi)容與自己發(fā)出的相符，即認為隨機接入成功，此時隨機接入過程完成。

2TD-LTE RRM一致性測試系統(tǒng)框架介紹

3GPP協(xié)議36.521-3中給出了終端的RRM一致性測試解決方案的框架[3]，解決方案中的測試用例的開發(fā)與硬件平臺是相互分離的，也就是說測試用例的開發(fā)使用專門的測試開發(fā)工具，由于測試用例是基于TTCN-3專用測試語言開發(fā)的，因此該測試用例不拘泥于底層的硬件平臺，具有很強的一致性和通用性[5]，該方案如圖3所示。

圖3　E-UTRAN/SAE測試系統(tǒng)架構

基于TTCN-3的協(xié)議一致性測試平臺主要有安裝TTCN-3軟件的PC，主控TDPU(TD處理單元，主要模擬協(xié)議棧的層一與層二的功能)以及信道噪聲添加設備和終端設備[6]。具體測試架構原理圖如圖3所示，在TTCN-3的軟件中構造的測試代碼主要是協(xié)議棧非接入層(NAS)無線資源控制子層(RRC)的功能，這樣TTCN-3中模擬的NAS層與RRC層加上TDPU中的層1與層2共同構成了網(wǎng)絡端的開發(fā)環(huán)境，網(wǎng)絡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UDP端口通信，測試儀表和終端則通過射頻口進行通信。主控是PC與TDPU通信的橋梁，也是應用軟件加載之處。

在圖3中，測試平臺上增加有時延補償裝備。這樣可以動態(tài)對測試過程中的時延進行補償[7]，有助于提高測試設備的精度，從而提高終端在投放市場之后的穩(wěn)定性與可靠性。編寫測試例并在測試平臺上運行，從而驗證了隨機接入處理過程。

3測試例實現(xiàn)

3.1測試主函數(shù)創(chuàng)建

首先在TTworkbench新建一個名為RRM_MAC_Testcase的module并生成RRM_MAC_Testcase.ttcn3文件[8]，其中包含了名為TC_6_2_3_1的定時提前精度的測試用例，該測試用例嚴格按照測試協(xié)議進行競爭的隨機接入過程編寫。當PC機測試軟件運行競爭的隨機接入測試例時，就會按照測試用例流程定義的測試步驟進行運行。代碼的主體實現(xiàn)部分如下：

Function f_TC_6_2_3_1() runs on RRM_EUTRA_MTC

{

f_RRM_LTE_BS_config('06020301'O);

f_RRM_ReceiveReply('06020301'O);

f_LTE_BTS1_Initial(MC_TDPU_CellActiveReq);

f_LTE_BTS1_cnf();

f_LTE_BTS1_RAR_Config(RARConfig_4NotMatch);

f_LTE_BTS1_RAR_Config_cnf();

f_TC_6_2_3_1_TestBody();

}

該函數(shù)為測試用例的主函數(shù)的實現(xiàn)過程，測試用例還包括端口的映射和解除映射過程。f_RRM_LTE_BS_config()函數(shù)用來在控制面板顯示當前運行的測試用例編號并根據(jù)測試例ID控制射頻切換箱選擇相應小區(qū)，主控需要給一個收到該編號的確認。

3.2測試例的實現(xiàn)步驟

實現(xiàn)步驟主要有[9]：

① 終端進狀態(tài)2A：終端開機完成小區(qū)附著后進入RRC_IDLE狀態(tài)的過程。在配置MAC層IDLE后，TD-LTE小區(qū)周期性的發(fā)送系統(tǒng)信息，終端在收到系統(tǒng)信息后完成隨機接入、安全性過程一直到RRC連接釋放整個過程。通過第三方跟蹤軟件跟蹤終端和TD-LTE小區(qū)的交互，終端完成了“3GPP TS36.508clause4.5.2A”中規(guī)定的所有步驟，終端最終狀態(tài)為RRC空閑狀態(tài)(State 2A)。

② 參數(shù)配置：配置TD-LTE小區(qū)隨機接入相應參數(shù)，MAC層根據(jù)配置的參數(shù)回復隨機接入響應，主要實現(xiàn)代碼如下：

f_LTE_BTS1_ConfigRAR(RARConfig_4NotMatch);

RARConfig_4NotMatch參數(shù)指定了TD-LTE小區(qū)MAC層對于終端發(fā)送的前導前4次回復不匹配的隨機接入響應，也就是說MAC層在回復RAR的MAC PDU中的RAPID填入與終端發(fā)送的preamble不同的值。

③ 尋呼UE：目的是讓終端發(fā)起隨機接入過程，如果接入成功，則終端進RRC_CONNECTED狀態(tài)。主要實現(xiàn)代碼如下：f_RRM_LTE_Paging()。

④ 判決模塊：終端在收到尋呼消息后，發(fā)起隨機接入過程，向TD-LTE小區(qū)發(fā)送隨機接入前導，網(wǎng)絡端根據(jù)其發(fā)送的隨機接入前導測量其前導功率值和定時提前量并上報高層，TTCN-3判決模塊負責進行判決。

4結果驗證

測試用例總共運行47次[10]，總的判定結果如圖4所示，其中判定pass 46次，判定error 1次，滿足測試用例一次錯誤，總的運行次數(shù)超過46次的要求。

圖4　競爭的隨機接入結果餅狀圖

5結束語

首先介紹了競爭型隨機接入過程的原理，從測試架構入手，針對LTE-A系統(tǒng)MAC層隨機接入過程建立一致性測試需求，在介紹測試系統(tǒng)的基礎上，設計流程以及開發(fā)測試例，詳細設計了競爭型隨機接入過程的實現(xiàn)步驟，對測試例進行實現(xiàn)，然后在TTworkbench測試平臺上運行測試例，驗證了測試例的正確性。

參考文獻

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Implementation of Random Access Test Case in LTE System on Conformance Testing Platform

ZHANG Han-yan，SUN Gui-fang，PI Ding-jie

(Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

Abstract：Random access is a basic function in LTE-A system,it makes it possible to establish connection between terminals and network.In the LTE-A system,random access process is the primary process for user equipment(UE) to build proprietary link with network.The paper provides in-depth analysis on the process of competing random access from LTE-A system agreement,and gives the implementation of related modules on TD-LTE-A test instrument side,constructing TTCN-3 test cases to achieve the contention based random access procedure.The test under TTworkbench platform and the test results analysis effectively verify the consistency of the random access procedure protocol implemented.

Key words：LTE; random access; test case; TTCN-3

中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A

文章編號：1003-3114(2016)03-98-4

作者簡介：張涵嫣(1992—)，女，碩士研究生，主要研究方向：移動通信。孫貴芳(1992—)，女，碩士研究生，主要研究方向:LTE高層協(xié)議棧開發(fā)。

基金項目：國家科技重大專項基金項目(2011ZX03001-003-01，2012ZX03001024)

收稿日期：2016-01-19

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.03.26

引用格式：張涵嫣，孫貴芳，皮定杰.LTE-A系統(tǒng)隨機接入過程的實現(xiàn)[J].無線電通信技術,2016,42(3):98-101.