協議一致性測試平臺的搭建及仿真實現*

陳發堂,牛勇清，韓娜娜，徐 莉

(重慶郵電大學 移動通信重慶市重點實驗室,重慶400065)

LTE(Long Term Evolution）是 3GPP近幾年來啟動的新技術研發項目，由于其技術上的先進性[1]，如頻譜靈活(支持更多的頻段[2]、靈活的帶寬、靈活的雙工方式)、先進的天線解決方案 (如分集技術、MIMO技術、Beamforming技術)、新的無線接入技術(正交頻分多址以及單載波正交頻分多址)被看成“準 4 G(其實為 3.9 G)”技術，全球的移動通信產業對LTE的研究前景寄予厚望，希望這一技術能夠有條不紊地推動移動通信產業的發展。

隨著核心規范的完成以及核心技術的進一步完善,TD-LTE測試標準規范的逐步深入，作為LTE商用之前的最終驗證，測試環節是必不可少的。原始的測試平臺及方案已很難滿足測試過程中信號的隨機變化,所以搭建新的協議一致性測試平臺以及設計新的測試方案是非常必要的。目前在協議一致性測試方面的研究主要有：簡單分析基于TTCN3的TD-LTE協議一致性測試平臺的設計與實現方案,搭建軟件測試架構[3];為重選搭建的測試平臺單一的用戶設備與基站的具體通信過程,對無線環境的模擬并未考慮在內，采用的是理想環境[4];搭建了基于單系統一致性測試框架,但是設備具體自動模擬方面不夠完善[5]。本文首先搭建了基于重選的新協議一致性測試框架，然后在TTCN3上編寫測試套，通過對測試套的運行來實現重選測試方案的可行性與搭建平臺的優越性。

1 測試平臺的搭建

圖1 測試平臺架構圖

圖2 UDP通信原理圖

在TTCN-3的測試套中定義了MTC和PTC。并在相關成分中定義用于發送和接收消息的端口。然后將需要進行信息交互的PTC之間的端口以及PTC和MTC之間的端口進行連接，映射需要與被測體(SUT)通信的PTC端口和MTC端口到SYSTEM成分類型中的相關端口。最后將SYSTEM成分類型中的虛擬端口通過適配層的配置全部統一映射到PC上的物理端口，并實現由TTCN-3核心語言到儀表中開發所使用的C語言的轉換。最后將儀表 1(模擬小區 1)、儀表 2(模擬小區 2)、以及信道模擬儀器和被測終端連接到開關箱上，整個測試系統就搭建成功了。其中安裝有TTCN3的PC機作為整個模擬場景的總控中心，負責控制模擬小區1的儀表1、小區2的儀表2、以及開關箱內開關的切換工作。

本平臺在搭建過程中，各個模塊通過測試類ID可以實現測試系統自動化,不需要人為控制信息收發過程，并且平臺在主控(MC)的控制之下,可以實現相同系統之間不同小區的切換、重選、測量等RRC諸多過程。在信道模擬過程中加入信道無線環境模擬設備，能夠很好地模擬無線環境,使得模擬效果與真實環境非常接近。

2 測試方案

2.1 測試場景描述

平臺搭建之后就可以編寫測試代碼，本次模擬的是針對E-UTRAN TDD-TDD的同頻小區重選。首先終端(UE)最初在小區 1上駐留，然后通過PC(裝有 TTCN3軟件的PC)的控制來改變兩個小區功率的值。當UE檢測到小區2的信號功率比小區質量好時,重選到小區2上，UE在小區2上駐留一段時間之后，再通過改變小區1與小區2的功率，使得小區1的功率優于小區2且滿足重選的條件，從而使UE檢測到小區1，而且信號質量滿足UE駐留的條件，并重新駐留到小區1上。

2.2 重選相關內容

2.2.1 RRC重選過程

在LTE系統中，對于空閑狀態終端的移動性完全是由非接入層控制，而不由接入層控制。當終端駐留到某個服務小區后即可根據網絡下發的測量報告(可以周期觸發也可以事件觸發)對服務小區以及鄰小區進行測量，UE會把測量結果上報給網絡，網絡根據測量結果分析決定小區是否進行重選。具體評估準則參照R準則[6-7]。

2.2.2 測試目的

情景1終端在E-UTRA RRC空閑狀態下，一個小區除了不滿足R準則外，滿足所有的重選條件。因此不能重選到目的小區。

情景2終端在E-UTRA RRC空閑狀態下，網絡端接收到終端用戶設備發來的測量報告，并且根據重選的準則來進行判決，終端滿足重選到優先級更高的服務小區，重選成功。

由表3可知，近年來，隨著“一帶一路”倡議的實施，中約經貿合作呈現良好發展態勢。中國和約旦的貿易總額，由2007年的11.95億美元增加到2016年的31.65億美元，年均增長率為11.4%。其中，中國對約旦的進口額從2007年的0.821億美元增加到2016年的2.112億美元，年均增長率為11.1%，中國對約旦出口額由2007年11.13億美元增加到2016年的29.54億美元，年均增長率為11.5%。由此，在進出口年均增長率基本相同的情況下，隨著貿易額的逐年增加，中國對約旦貿易順差也在逐年擴大。

2.2.3 測試環境配置

系統模擬器(SS)配置：配置小區1為正常的服務小區。

終端(UE)配置：測試例開始前，保證終端在小區1中處于已注冊的空閑空閑模式，即狀態2A(即經注冊進入idle狀態并且測試模式激活)。

2.3 測試過程描述

本測試包含了一個激活的小區和一個相鄰小區。要求UE在一個E-UTRA TDD載波上監測相鄰小區。測試中具有 3個連續的時間段，并各自具有 T1、T2和 T3的持續時間。只有小區1在測試之前就已經通過UE鑒定。小區1和小區2屬于不同的跟蹤區。此外，UE還沒有向網絡注冊包含小區2的跟蹤區。在接下來的測試過程中，UE響應代表為了發送RRC連接請求消息進行跟蹤區更新過程，UE開始在PRACH上發送前導,向網絡發起隨機接入,具體測試步驟詳細描述如圖3所示。

(1)確定UE處于狀態2A(指的是UE開機接收基站已發送的系統信息并向網絡成功注冊且測試模式激活)。設置小區2的物理小區標識為小區2初始物理小區標識。

圖3 重選測試步驟圖

(2)在T1時間段內設置小區功率等參數(此次設置功率參數不滿足重選的條件,即R準則)。即2.2.2節中描述的情景1。

(3)由于步驟(2)中設置的功率等參數不滿足重選的條件。所以若T1超時時，從T1到T2時間內網絡應該改變功率設置，UE可以監測到小區且滿足重選的條件。

(4)網絡等待來自UE的隨機接入請求信息，以執行小區重選過程，重選到一個新的可檢測的小區，即為小區2。

(5)從時間 T2開始，在 T2持續時間的 34 s內，如果UE響應了新的可檢測小區(即小區2),即為重選到新檢測的小區2成功。即2.2.2章節中描述的情景2。

(6)如果UE在時間T2內重選到小區2，在重選之后或者T2超時時，繼續改變小區1與小區2的功率，使得小區2上的功率變差，而小區1上的功率則變得良好，從而為UE重選回小區1作準備。

(7)當UE監測到小區1的功率良好之后，網絡等待來自UE的隨機接入請求信息來執行小區重選過程，重選到一個已經檢測的小區，即為小區1。

(8)從時間T3開始，在T3持續時間的8 s之內，如果UE響應了已檢測的小區(即小區1)，即為重選到已檢測的小區1成功。

2.4 測試函數的編寫

f_RRM422_SetCellPower();函數的主要作用是改變在重選過程中的基站功率，使得UE可以監測小區參考信號功率的變化，并在條件滿足的情況下進行重選到其他小區。

f_RRM_LTE_BS_Config(TestID);函數的作用主要是發送測試例ID，使得各個模擬儀表時間上的先后順序與實際相符，實現各部分的自動配置而不用人為去控制。

函數的主要作用是改變在重選過程中物理小區的標識，以便在重選過程中可以很好地識別重選小區。

函數的主要作用是當滿足重選條件時，UE向基站發起隨機接入的請求，改變所駐留的小區，達到重選的目的。

3 測試結果分析

根據協議中規定RRC連接重選一致性測試的流程，在TTworkbench平臺上運行測試套生成GFT圖,如圖4所示。觀察可知終端重選過程一致性測試套的實現,完全滿足協議一致性測試協議規范。另外，通過TTworkbench中的TT-man平臺運行TTCN-3測試套生成可執行的.clf文件，產生如圖5所示重選過程的TTCN-3測試例仿真圖。圖5位于測試套中的主測試組件定義了基于消息的虛擬發送端口，對于模擬小區1與小區2的儀表也同樣定義了虛擬端口，且相應端口與測試套中的主測試組件的端口進行虛擬映射。測試例中的消息通過MTC對應的虛擬端口經過系統端口發往模擬小區1儀表與模擬小區2儀表，模擬小區1與小區2的模擬儀將所有的發送數據經過邏輯復用到某個端口，再通過UDP端口發送到測試儀表來控制測試儀表的運行。以射頻信號通過射頻線導入到開關箱，開關箱經過對信號進行加噪聲以及分波合波處理，最后通過射頻口發送到用戶設備端進行接收，在此過程中攜帶控制信息，例如讓用戶設備執行重選、切換或進行其他操作。LTE_BTS1是模擬TD-LTE小區1儀表的發送接收端口，LTE_BTS2是模擬TD-LTE小區2儀表的發送接收端口，CTL是UE最終駐留的模擬小區儀表的端口，在UE成功注冊到某個小區時將給網絡回復注冊成功的消息。

圖4 測試具體流程圖

圖5 重選的TTCN-3測試例仿真圖

通過研究可以看到,TTCN-3的仿真圖更加形象直觀并且可以嚴格控制時間，使得時間與執行過程一一對應，并且在測試過程中通過測試例ID實現自動控制，不需要人為來改變某些內容與控制某些參數。log(用于標記重要內容的函數)函數的引用使得圖中重要內容更加形象、過程更加具體，并且易于檢查在代碼編寫過程中的重要錯誤，從而使得系統精度更高，這樣可將復雜問題模塊化，便于解決復雜問題，從而有利于系統的完善。

由于4G技術的飛速發展以及5G技術的萌生，用TTCN3軟件平臺來構建測試套在今后的協議一致性測試中,TTCN3將會發揮更大的作用。本文以TD-LTE系統一致性測試需求為前提，設計了新的協議一致性測試平臺,并對測試生成的GFT圖以及通過.clf文件生成的測試例仿真圖進行比較，證明了測試平臺在搭建方面的優越性。該方法完善了TD-LTE系統協議一致性測試技術理論并且為以后的研究提供了可行的方案。

[1]DAHLMAN E,PARKVALL S,SKOLD J.4G LTE/LTE-advanced for moblie broadband[M],Academic Press publications,2011.

[2]沈嘉，索士強，全海洋.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電大學出版社，2008.

[3]胡響，李勇.一種基于 TTCN3的TD-LTE終端協議一致性測試系統架構[J].西安電子科技大學學報，2012，32(16):65-67.

[4]董宏成,張寧,李小文.TTCN-3在 RRC協議一致性測試中的應用[J].電子技術應用,2013,39(7):117-120.

[5]曹晶圭,羅佳,張治中.TD-LTE終端協議一致性測試編解碼方案研究[J].現代電信科學,2013(3):10-14.

[6]3GPP TS 36.521-3.Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA)radio resource management conformance testing(Release 10)[S].2012:10-14.

[7]BORMANN M,WERMSER D,PATZ R.Conformance testing of complex services exemplified with the IMS’presence service[C].Third International Conference on Next Generation Mobile Applications,Services and Technologies(NGMAST),2009.