LTE系統中基站內切換測試的自動化實現方案*

徐嘯濤，金文兵，陳 璐

(1.浙江機電職業技術學院電氣電子工程學院，杭州 310053;2.上海貝爾阿爾卡特股份有限公司移動事業部，上海 201206)

長期演進技術LTE(Long Term Evolution)是3GPP組織對第3代移動通信技術的演進，是當今最被看好的4 G候選技術。它改進并且增強了3 G的空中接口技術，采用OFDM(正交頻分復用)和MIMO(多入多出)作為其無線接入演進的最核心技術。它同時也實現了下行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，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據的高質量接續提出了挑戰。切換是指用戶在業務連接的狀態下，保持業務服務的質量不受任何影響，無線承載由當前小區改變到相鄰小區的過程。LTE的主要目標之一就是在一定量的延遲(Delay)要求下提供高質量的語音和數據接續服務。這個目標的實現需要大量的從源小區到目標小區的切換操作支持［1］。

1 基站內切換流程

以LTE為無線接入技術的移動通信網絡設備組成包含終端設備、無線接入網、核心網等網絡節點間的通信。對于LTE技術，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、更加準確。用戶端的感知性能不會受到基于LTE切換機制的重新接入的影響。

3GPP規范的LTE切換過程大致可以分為4個階段:測量控制、切換準備、切換執行和切換完成。首先源基站通過漫游限制的信息配置UE的測量控制，UE根據制定的測量規則在適當的時刻觸發測量報告上報。當源基站收到UE的測量報告以及RRM信息來判定觸發基站內切換時，源基站將發起基站內切換。詳細的分解步驟如下所示［8］。

1.1 測量控制

在LTE系統中，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關與相應網絡節點進行通信。源基站根據終端運行情況和位置特性等執行測量控制程序，以事件觸發或周期性報告方式通知終端提供相應的測量報告，以提供源基站作出觸發切換的決策［3，5］。

1.2 切換準備

如圖1所示，為典型的LTE基站內切換準備流程圖，UE代表LTE終端設備，Source和Target分別為對應于切換操作的源小區和目標小區。詳細的消息流程步驟為:

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

(2)當目標蜂窩達到測量報告門限值時，UE向eNodeB發送測量報告(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。當源eNodeB認為切換有必要，就確定一個合適的目標小區，請求接入控制目標小區的源eNodeB。源eNodeB根據UE報告，做出切換決定。

(4)為了在目標側準備切換，源eNodeB向目標eNodeB發送Handover Request信息，并傳送相應的信息。

(5)目標eNodeB執行接入控制功能。為UE的接入分配空中接口資源和業務的SAE(System Architecture Evolution)承載資源。

(6)目標小區資源準入成功后，向源eNodeB發送Handover Request Acknowledge消息.指示切換準備工作完成。

圖1 切換準備流程圖

1.3 切換執行

如圖2所示，與切換準備流程圖相對應，為切換執行消息流程圖。對于LTE基站內切換而言，切換執行相比切換準備更加復雜，詳細的消息流程步驟如下:

(1)源eNodeB向UE發送切換命令(Handover Command)。源eNodeB開始向目標eNodeB轉發下行鏈路分組消息。

(2)源eNodeB向目標eNodeB發送狀態消息，用于指示UE已經確認的分組。

(3)UE完成與目標eNodeB的最終同步，并通過RACH過程接入蜂窩網絡。預同步已經在蜂窩識別過程中提前實現。

(4)目標eNodeB向UE發送上行鏈路分配和定時提前信息。

(5)UE向目標eNodeB發送切換確認(Handover Confirm)消息，同時開始向UE傳送數據。

圖2 切換執行流程圖

1.4 切換完成

移動終端和目標基站恢復通信后，目標基站發送HO complete req給接入網關，要求更改終端下行數據的路徑和更新用戶的界面。當接入網關完成后，它會發送一個end marker信令給源基站，以標志緩存數據結束，并通知目標基站更新完成。隨后目標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資源。直到遇到end marker標志，源基站才會停止發送緩存數據。

2 自動化實現方案設計

切換操作在實際的移動通信系統運營中是極其繁雜并且重要的，尤其對于目前的TD-LTE系統，在高速切換中同時需要保持語音或者數據的高質量傳輸。因此設計基站內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的參數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，完成大量的重復測試。在公司的Robot自動化測試平臺上，設計了一套基站內切換的自動化測試方案，如圖3所示為簡單的硬件環境示意圖［2］。

圖3 基站內切換自動化測試硬件環境

在該硬件環境基礎上，也同時設計編寫了一套簡單的基站內切換測試用例(腳本)。如下所示，基本的用例(腳本)結構可以分成4個部分，包括頭模塊、變量、步驟和關鍵詞。

(1)用例頭模塊

3 實驗結果分析

結合Robot自動化腳本語言設計和圖3的切換系統硬件拓撲結構，在公司測試平臺上對于基站內切換進行了實際的自動化測試［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TM500。測試的結果如圖4所示，我們可以很明顯的看到切換自動化測試成功的標記”RRC Handover Complete”，以及TM500終端成功的從Cell ID為26的源小區切換到了24的目標小區，切換中心頻率為23 500 MHz。雖然在切換過程中出現了UE業務中斷的情況，但這是由于基站對數據進行了轉發處理，UE切換完成后，數據業務流量仍繼續存在，說明此次切換已成功。

在切換執行過程中，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，該基站內切換自動化測試方案實現的正確性。

圖4 基站內切換測試TM500截圖

圖5 切換協議流程數據包截圖

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，進而給研發人員進行問題定位提供極大的幫助［7］。

圖6 切換自動化測試結果文件

4 結束語

同3 G相比，在TD-LTE系統中，UE需要繼承所有傳統的語音、數據和多媒體服務。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據流量的穩定性等［6］。雖然近年來已經提出不少解決切換所面臨的技術問題，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，完成大量的重復測試。因此如何充分的使切換操作與自動化測試相結合是一項值得研究的課題。

［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.

［2］趙訓威，林輝，張明，等.3GPP長期演進(LTE)系統架構與技術規范［M］.北京:人民郵電出版社，2010:32-35.

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

［4］王財香，張棠棣，李小丈.LTE系統切換過程的實現［J］.電視技術，2010(3):34-37.

［5］錢耕之，任參軍，唐蘇文.等.基于多業務QOS的LTE下行資源分配算法［J］.通信技術，2010，43(4):46-48.

［6］程知群，張勝，李進，等.寬帶無線通信射頻收發前端設計［J］.電子器件，2010(2):36-38.

［7］陳堅，孫小菡，張明德.一種基于最小路徑的通信網絡可靠性分析［J］.電子器件，2003(4):42-44.

［8］劉玉梁，潘仲明.水下無線傳感器網絡能量路由協議的仿真研究［J］.傳感技術學報，2011(6):24-25.

徐嘯濤(1979-)，男，浙江諸暨人，2004年獲南京郵電學院碩士學位。現為浙江機電職業技術學院電氣電子工程學院教師、工程師。主要研究方向為移動通信、軟件測試、物聯網等。