LTE系统中基站内切换测试的自动化实现方案*

2014-02-28徐啸涛金文兵

电子器件 2014年1期

徐啸涛，金文兵，陈璐

(1.浙江机电职业技术学院电气电子工程学院，杭州 310053;2.上海贝尔阿尔卡特股份有限公司移动事业部，上海 201206)

长期演进技术LTE(Long Term Evolution)是3GPP组织对第3代移动通信技术的演进，是当今最被看好的4 G候选技术。它改进并且增强了3 G的空中接口技术，采用OFDM(正交频分复用)和MIMO(多入多出)作为其无线接入演进的最核心技术。它同时也实现了下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值速率，并且能够支持最高350 km/h的高速性能。相比之前的无线接入技术，在速率方面有了显著的提高，因而对高速切换保持语音或者数据的高质量接续提出了挑战。切换是指用户在业务连接的状态下，保持业务服务的质量不受任何影响，无线承载由当前小区改变到相邻小区的过程。LTE的主要目标之一就是在一定量的延迟(Delay)要求下提供高质量的语音和数据接续服务。这个目标的实现需要大量的从源小区到目标小区的切换操作支持［1］。

1 基站内切换流程

以LTE为无线接入技术的移动通信网络设备组成包含终端设备、无线接入网、核心网等网络节点间的通信。对于LTE技术，eNodeB之间不存在宏分集，因此LTE中仅存在硬切换。与3 G相比，LTE中的重新接入会更快、更加准确。用户端的感知性能不会受到基于LTE切换机制的重新接入的影响。

3GPP规范的LTE切换过程大致可以分为4个阶段:测量控制、切换准备、切换执行和切换完成。首先源基站通过漫游限制的信息配置UE的测量控制，UE根据制定的测量规则在适当的时刻触发测量报告上报。当源基站收到UE的测量报告以及RRM信息来判定触发基站内切换时，源基站将发起基站内切换。详细的分解步骤如下所示［8］。

1.1 测量控制

在LTE系统中，测量控制消息是通过BCCH或DCH传递到UE的，UE最初从源基站和接入网关与相应网络节点进行通信。源基站根据终端运行情况和位置特性等执行测量控制程序，以事件触发或周期性报告方式通知终端提供相应的测量报告，以提供源基站作出触发切换的决策［3，5］。

1.2 切换准备

如图1所示，为典型的LTE基站内切换准备流程图，UE代表LTE终端设备，Source和Target分别为对应于切换操作的源小区和目标小区。详细的消息流程步骤为:

(1)源eNodeB根据区域限制信息配置UE的测量过程，并通过RRC重配置消息发送测量控制信息给UE。

(2)当目标蜂窝达到测量报告门限值时，UE向eNodeB发送测量报告(Measurement Report)。另一种方式，也可以配置周期性测量报告。

(3)源eNodeB基于测量报告和无线资源管理信息作出UE切换的判决。当源eNodeB认为切换有必要，就确定一个合适的目标小区，请求接入控制目标小区的源eNodeB。源eNodeB根据UE报告，做出切换决定。

(4)为了在目标侧准备切换，源eNodeB向目标eNodeB发送Handover Request信息，并传送相应的信息。

(5)目标eNodeB执行接入控制功能。为UE的接入分配空中接口资源和业务的SAE(System Architecture Evolution)承载资源。

(6)目标小区资源准入成功后，向源eNodeB发送Handover Request Acknowledge消息.指示切换准备工作完成。

图1 切换准备流程图

1.3 切换执行

如图2所示，与切换准备流程图相对应，为切换执行消息流程图。对于LTE基站内切换而言，切换执行相比切换准备更加复杂，详细的消息流程步骤如下:

(1)源eNodeB向UE发送切换命令(Handover Command)。源eNodeB开始向目标eNodeB转发下行链路分组消息。

(2)源eNodeB向目标eNodeB发送状态消息，用于指示UE已经确认的分组。

(3)UE完成与目标eNodeB的最终同步，并通过RACH过程接入蜂窝网络。预同步已经在蜂窝识别过程中提前实现。

(4)目标eNodeB向UE发送上行链路分配和定时提前信息。

(5)UE向目标eNodeB发送切换确认(Handover Confirm)消息，同时开始向UE传送数据。

图2 切换执行流程图

1.4 切换完成

移动终端和目标基站恢复通信后，目标基站发送HO complete req给接入网关，要求更改终端下行数据的路径和更新用户的界面。当接入网关完成后，它会发送一个end marker信令给源基站，以标志缓存数据结束，并通知目标基站更新完成。随后目标基站通过消息告知源基站切换完成，让其释放终端占有的系统资源。直到遇到end marker标志，源基站才会停止发送缓存数据。

2 自动化实现方案设计

切换操作在实际的移动通信系统运营中是极其繁杂并且重要的，尤其对于目前的TD-LTE系统，在高速切换中同时需要保持语音或者数据的高质量传输。因此设计基站内切换的自动化测试方案，具有非常重要的意义。相对于手工测试而言，自动化测试通过测试工具对相应的参数编辑或者其他手段可以有效并且充分的增加测试覆盖范围，完成大量的重复测试。在公司的Robot自动化测试平台上，设计了一套基站内切换的自动化测试方案，如图3所示为简单的硬件环境示意图［2］。

图3 基站内切换自动化测试硬件环境

在该硬件环境基础上，也同时设计编写了一套简单的基站内切换测试用例(脚本)。如下所示，基本的用例(脚本)结构可以分成4个部分，包括头模块、变量、步骤和关键词。

(1)用例头模块

3 实验结果分析

结合Robot自动化脚本语言设计和图3的切换系统硬件拓扑结构，在公司测试平台上对于基站内切换进行了实际的自动化测试［4］。其中基站使用的是公司的TD-LTE基站，UE simulator使用的是Areoflex公司的测试手机TM500。测试的结果如图4所示，我们可以很明显的看到切换自动化测试成功的标记”RRC Handover Complete”，以及TM500终端成功的从Cell ID为26的源小区切换到了24的目标小区，切换中心频率为23 500 MHz。虽然在切换过程中出现了UE业务中断的情况，但这是由于基站对数据进行了转发处理，UE切换完成后，数据业务流量仍继续存在，说明此次切换已成功。

在切换执行过程中，我们在 hub口通过Wireshark抓包工具，可以清晰的得到切换的信

令交互协议流程。如图5所示，在S1AP空中接口测，可以清楚的看到“Handover Preparation”、“Handover Resource Allocation”和“eNB status Transfer”等切换流程消息。这也可以从另一方面阐明，该基站内切换自动化测试方案实现的正确性。

图4 基站内切换测试TM500截图

图5 切换协议流程数据包截图

如图6所示，是在O&M管理平台上记录的切换自动化测试执行步骤的log。通过可视化并且用户友好的界面可以非常方便通过log文件中迅速定位到切换信令交互步骤的错误，进而给研发人员进行问题定位提供极大的帮助［7］。

图6 切换自动化测试结果文件

4 结束语

同3 G相比，在TD-LTE系统中，UE需要继承所有传统的语音、数据和多媒体服务。除此之外，还需要提供更高的用户带宽和高速移动时语音和数据流量的稳定性等［6］。虽然近年来已经提出不少解决切换所面临的技术问题，但都不能很好地解决在高速移动中如何保持切换的高质量的问题。相对于手工测试而言，自动化测试通过测试工具或者其他手段可以充分的增加测试覆盖范围，完成大量的重复测试。因此如何充分的使切换操作与自动化测试相结合是一项值得研究的课题。

［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］赵训威，林辉，张明，等.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范［M］.北京:人民邮电出版社，2010:32-35.

［3］李小文，肖垒，宋海贝.TD LTE系统移动性管理实体测试与研究［J］.光通信研究，2011(4):45-47.

［4］王财香，张棠棣，李小丈.LTE系统切换过程的实现［J］.电视技术，2010(3):34-37.

［5］钱耕之，任参军，唐苏文.等.基于多业务QOS的LTE下行资源分配算法［J］.通信技术，2010，43(4):46-48.

［6］程知群，张胜，李进，等.宽带无线通信射频收发前端设计［J］.电子器件，2010(2):36-38.

［7］陈坚，孙小菡，张明德.一种基于最小路径的通信网络可靠性分析［J］.电子器件，2003(4):42-44.

［8］刘玉梁，潘仲明.水下无线传感器网络能量路由协议的仿真研究［J］.传感技术学报，2011(6):24-25.