載波聚合過程中的輔小區激活與去激活

茹慶喆，錢學榮（南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003）

載波聚合過程中的輔小區激活與去激活

茹慶喆，錢學榮
（南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003）

主要研究了輔小區激活與去激活的條件和過程，針對UE業務量大小對輔小區激活與去激活過程的影響設計了相應的自動化測試方案和測試用例，并對測試用例的執行結果進行了分析。

載波聚合；輔小區；激活；去激活

0 引言

隨著4G牌照的下發，LTE系統大規模部署，LTEAdvanced系統也逐漸開始進入商用階段。LTE-Advanced系統是LTE系統的演進系統，為了提高系統的整體性能，LTE-Advanced系統引入了包括載波聚合技術在內的多種新的關鍵技術。通過使用載波聚合技術可以將多個連續或離散的LTE系統載波擴展成一個能夠滿足LTEAdvanced系統需求的載波。近年來，載波聚合技術得到了快速發展，聚合的載波數量和類型也在不斷變化。韓國SK電信于2013年首次將載波聚合技術用于商用，并于2014年成功演示了三載波聚合［1］，中國電信也于2014年9月成功演示了FDD系統與TDD系統間的載波聚合。無線頻譜資源的稀缺使得載波聚合技術成為運營商面向未來的必然選擇。

載波聚合過程中，用戶設備（User Equipment，UE）可以通過多個小區發送和接收數據，其中包含一個或多個輔小區。輔小區主要負責為數據傳輸提供額外的無線資源，它們可以處于激活或去激活狀態［2］。演進型Node B（Evolved Node B，ENodeB）可以根據實際情況使輔小區處于激活或去激活狀態從而有效利用系統的無線資源，同時也可以在一定程度上減少該UE的功耗。

本文主要對輔小區激活與去激活的條件和過程進行研究，針對UE業務量大小對輔小區激活與去激活過程的影響設計相應的自動化測試方案與測試用例，并對測試用例的執行結果進行分析。

1 輔小區激活與去激活

1.1 輔小區激活與去激活

載波聚合是UE級的概念。對同一個eNodeB下的不同UE來說，它們的輔小區集合可能是不同的。輔小區可以處于激活或去激活狀態，且輔小區之間的狀態相互獨立。處于激活狀態的輔小區參與數據傳輸，UE會通過該輔小區收發數據，但由于PUCCH資源較少，所有來自輔小區的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主小區的PUCCH來傳輸［3］。處于去激活狀態的輔小區不參與數據傳輸，UE只對其進行必要的簡單測量［4］。

當ENodeB為UE添加輔小區時，該輔小區默認處于去激活狀態。隨后，ENodeB可以根據實際情況對輔小區的狀態進行管理從而使系統的無線資源能夠得到更有效的利用，提高系統的吞吐量。例如，ENodeB可以暫時使UE的某個輔小區處于去激活狀態，減少無線資源的消耗，并且能夠在UE需要時迅速將該輔小區恢復到激活狀態從而提高數據傳輸速率。當輔小區處于激活狀態時會消耗UE更多的電量［5］，因此，適當地使輔小區處于去激活狀態也可以在一定程度上節約UE的功耗，有利于延長UE的使用時間［6］。

輔小區的激活過程基于MAC控制消息，去激活過程可以基于MAC控制消息，也可以基于去激活定時器［6］。

當UE在序號為n的子幀收到激活命令時，對應的操作將在序號為n+8的子幀啟動。當UE在序號為n的子幀收到去激活命令或某個 SCell的去激活定時器超時，除了某些測試上報操作外，其他操作必須在序號為n+8的子幀前完成［7］。

1.2 MAC控制消息機制

基于MAC控制消息的輔小區激活與去激活過程是由ENodeB控制的。ENodeB通常會根據輔小區的無線信道質量和UE的業務量來管理輔小區的狀態。例如，當某個輔小區的無線信道質量較好且UE的業務量較大時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區處于激活狀態，提高數據傳輸速率，而當輔小區的無線信道質量較差或UE業務量較小時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區處于去激活狀態，節約系統無線資源。

用于輔小區激活與去激活的MAC控制消息的長度固定為8 bit，如圖1所示，其中包含7個C域和1個R域。在輔小區的配置過程中，系統會為不同輔小區分配相應的索引值［8］，MAC控制消息中的C域用來表示對應輔小區的激活或去激活狀態，例如，當C1的值設置為1時，表示索引值為1的輔小區被激活；當C2的值設置為1時；表示索引值為2的輔小區被激活；而當C1的值設置為0時，表示索引值為1的輔小區被去激活［6，9］。MAC控制消息中的R域用作保留位，其值通常設置為0。

當UE收到ENodeB發來的相關MAC控制消息后需要向ENodeB發送對應的確認消息。

1.3 去激活定時器機制

基于去激活定時器的輔小區去激活過程是由UE主動執行的。在輔小區的配置過程中，系統會通過RRC重配置消息將去激活定時器的值告知UE。UE的每個輔小區都對應有一個獨立的去激活定時器，且對于特定的UE來說，其所有輔小區對應的去激活定時器的值都是相同的［6］。

如果在去激活定時器指定的時間段內，UE在某個輔小區上沒有收到物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）消息或業務數據，則主動將對應的輔小區去激活，這也是UE主動將某個輔小區去激活的唯一方式。但是如果某個UE的去激活定時器的值被配置成“infinity”，則表示不允許該UE主動將某個輔小區去激活，在這種情況下，輔小區的去激活過程只能通過MAC控制消息來觸發。

2 自動化測試方案的設計

2.1 測試目的

本次測試的目的是檢查當輔小區的無線信道質量較好時，ENodeB是否能夠根據UE的業務量通過MAC控制消息來動態地激活與去激活UE的輔小區。

2.2 測試方案設計

當ENodeB收到UE對相關MAC控制消息的確認時，會在運行日志文件中記錄相關信息。為了能夠自動檢查相關輔小區的激活與去激活過程是否發生，本次測試采用了分析ENodeB運行日志文件的方式，通過匹配日志文件中的關鍵字段來判斷相關過程是否發生。相關測試流程如圖2所示。

圖2 自動化測試流程

整個測試流程如下：

（1）調整輔小區的無線信道質量，使其處于相對較好的情況；

（2）使UE接入到網絡中，設置狀態變量的值為0；

（3）發送速率相對較小的數據，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；

（4）對收集到的日志文件進行關鍵字匹配，判斷是否發生了輔小區激活過程，若沒有發生，說明輔小區仍處于去激活狀態，否則設置狀態變量的值為1并跳轉到步驟（9）；

（5）發送速率相對較大的數據，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；

（6）對收集到的日志文件進行關鍵字匹配，判斷是否發生了輔小區激活過程，若發生了該過程，說明輔小區處于激活狀態，否則設置狀態變量的值為1并跳轉到步驟（9）；

圖1 用于激活/去激活的MAC控制消息

（7）發送速率相對較小的數據，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；

（8）對收集到的日志文件進行關鍵字匹配，判斷是否發生了輔小區去激活過程，若發生了該過程，說明輔小區處于去激活狀態，否則設置狀態變量的值為1；

（9）使UE離開網絡；

（10）根據狀態變量的值判斷測試結果，若狀態變量的值為0，則測試用例執行結果為PASS，說明ENodeB能夠根據UE的業務量來激活或去激活UE的輔小區；若狀態變量的值為1，則測試用例執行結果為FAIL，說明ENodeB在根據UE的業務量來激活或去激活UE的輔小區方面存在問題。

3 測試用例的實現與結果分析

3.1 測試用例的實現

本次測試使用的自動化測試工具是EasyTest，它是阿爾卡特朗訊開發的一款自動化測試用例開發與執行環境。

測試前，通過修改eNodeB的配置文件確保UE的去激活定時器的值為“infinity”。在測試過程中，利用安全外殼（Secure Shell，SSH）協議遠程登錄到相關的應用服務器，并調用發包工具來發送數據包，通過改變發送的數據量來創造輔小區激活與去激活條件。在發送數據的同時，需要同步收集該階段ENodeB的相關運行日志，并通過匹配關鍵字段來判斷基于MAC控制消息的輔小區激活與去激活過程是否發生。最后，根據狀態變量的值判斷測試用例的最終執行結果。

具體表示輔小區激活與去激活過程的字段通常依賴于ENodeB軟件的具體實現。在本次測試過程中，表示激活過程發生的關鍵字段設定為“UECaState3”，表示去激活過程發生的關鍵字段設定為“UECaState1”。

3.2 測試用例執行結果分析

測試用例成功實現后，需要在測試環境中執行。在測試用例執行過程中，通過觀察UE監控軟件，可以幫助確認輔小區激活或去激活過程是否與用例中的設計保持一致。

從圖3可以看出，當UE業務量較小時，輔小區沒有參與數據傳輸，此時輔小區處于去激活狀態。

圖3 業務量較小時UE各小區的數據傳輸速率

從圖4可以看出，當UE業務量變大時，輔小區開始參與數據傳輸，此時輔小區處于激活狀態。

圖4 業務量較大時UE各小區的數據傳輸速率

從圖5可以看出，當UE業務量再次變小時，輔小區不再參與數據傳輸，此時輔小區又回到去激活狀態。

圖5 業務量較小時UE各小區的數據傳輸速率

針對同一個軟件版本，自動化測試用例的執行結果應與手動測試用例的執行結果保持一致。在自動化測試用例真正用于測試之前，應在相關軟件版本上執行若干次，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，并對比手動測試結果，確保該自動化測試用例的實現正確有效。

圖6顯示的是在功能正常的軟件版本上執行該測試用例20次所得到的統計結果，其中19次執行成功，1次執行失敗。經分析，測試用例執行失敗的原因為網絡中防火墻的相關設置導致調用發包工具發送數據包的命令沒能正確傳輸給相應的應用服務器，從而無法觸發輔小區的激活與去激活過程。

圖6 測試用例執行結果統計圖

4 結論

在載波聚合過程中，ENodeB可以靈活地根據實際情況使輔小區處于激活或去激活狀態，這不僅可以使系統的無線資源得到更有效的利用，還可以在一定程度上節約UE的功耗。本文在研究輔小區激活與去激活的條件和過程的基礎上，針對UE業務量大小對輔小區激活與去激活的影響進行了自動化測試方案和用例的設計，并通過執行測試用例驗證了測試用例的實現是成功的。

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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，錢學榮.載波聚合過程中的輔小區激活與去激活［J］.微型機與應用，2015，34（20）：57-60.

2015-07-20）

茹慶喆（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向：無線數據與移動計算。

錢學榮（1956-），男，碩士生導師，教授，主要研究方向：通信與信號處理，信源與信道編碼，寬帶移動通信與移動計算網絡技術。