协议一致性测试平台的搭建及仿真实现*

陈发堂,牛勇清，韩娜娜，徐 莉

(重庆邮电大学 移动通信重庆市重点实验室,重庆400065)

LTE(Long Term Evolution）是 3GPP近几年来启动的新技术研发项目，由于其技术上的先进性[1]，如频谱灵活(支持更多的频段[2]、灵活的带宽、灵活的双工方式)、先进的天线解决方案 (如分集技术、MIMO技术、Beamforming技术)、新的无线接入技术(正交频分多址以及单载波正交频分多址)被看成“准 4 G(其实为 3.9 G)”技术，全球的移动通信产业对LTE的研究前景寄予厚望，希望这一技术能够有条不紊地推动移动通信产业的发展。

随着核心规范的完成以及核心技术的进一步完善,TD-LTE测试标准规范的逐步深入，作为LTE商用之前的最终验证，测试环节是必不可少的。原始的测试平台及方案已很难满足测试过程中信号的随机变化,所以搭建新的协议一致性测试平台以及设计新的测试方案是非常必要的。目前在协议一致性测试方面的研究主要有：简单分析基于TTCN3的TD-LTE协议一致性测试平台的设计与实现方案,搭建软件测试架构[3];为重选搭建的测试平台单一的用户设备与基站的具体通信过程,对无线环境的模拟并未考虑在内，采用的是理想环境[4];搭建了基于单系统一致性测试框架,但是设备具体自动模拟方面不够完善[5]。本文首先搭建了基于重选的新协议一致性测试框架，然后在TTCN3上编写测试套，通过对测试套的运行来实现重选测试方案的可行性与搭建平台的优越性。

1 测试平台的搭建

图1 测试平台架构图

图2 UDP通信原理图

在TTCN-3的测试套中定义了MTC和PTC。并在相关成分中定义用于发送和接收消息的端口。然后将需要进行信息交互的PTC之间的端口以及PTC和MTC之间的端口进行连接，映射需要与被测体(SUT)通信的PTC端口和MTC端口到SYSTEM成分类型中的相关端口。最后将SYSTEM成分类型中的虚拟端口通过适配层的配置全部统一映射到PC上的物理端口，并实现由TTCN-3核心语言到仪表中开发所使用的C语言的转换。最后将仪表 1(模拟小区 1)、仪表 2(模拟小区 2)、以及信道模拟仪器和被测终端连接到开关箱上，整个测试系统就搭建成功了。其中安装有TTCN3的PC机作为整个模拟场景的总控中心，负责控制模拟小区1的仪表1、小区2的仪表2、以及开关箱内开关的切换工作。

本平台在搭建过程中，各个模块通过测试类ID可以实现测试系统自动化,不需要人为控制信息收发过程，并且平台在主控(MC)的控制之下,可以实现相同系统之间不同小区的切换、重选、测量等RRC诸多过程。在信道模拟过程中加入信道无线环境模拟设备，能够很好地模拟无线环境,使得模拟效果与真实环境非常接近。

2 测试方案

2.1 测试场景描述

平台搭建之后就可以编写测试代码，本次模拟的是针对E-UTRAN TDD-TDD的同频小区重选。首先终端(UE)最初在小区 1上驻留，然后通过PC(装有 TTCN3软件的PC)的控制来改变两个小区功率的值。当UE检测到小区2的信号功率比小区质量好时,重选到小区2上，UE在小区2上驻留一段时间之后，再通过改变小区1与小区2的功率，使得小区1的功率优于小区2且满足重选的条件，从而使UE检测到小区1，而且信号质量满足UE驻留的条件，并重新驻留到小区1上。

2.2 重选相关内容

2.2.1 RRC重选过程

在LTE系统中，对于空闲状态终端的移动性完全是由非接入层控制，而不由接入层控制。当终端驻留到某个服务小区后即可根据网络下发的测量报告(可以周期触发也可以事件触发)对服务小区以及邻小区进行测量，UE会把测量结果上报给网络，网络根据测量结果分析决定小区是否进行重选。具体评估准则参照R准则[6-7]。

2.2.2 测试目的

情景1终端在E-UTRA RRC空闲状态下，一个小区除了不满足R准则外，满足所有的重选条件。因此不能重选到目的小区。

情景2终端在E-UTRA RRC空闲状态下，网络端接收到终端用户设备发来的测量报告，并且根据重选的准则来进行判决，终端满足重选到优先级更高的服务小区，重选成功。

由表3可知，近年来，随着“一带一路”倡议的实施，中约经贸合作呈现良好发展态势。中国和约旦的贸易总额，由2007年的11.95亿美元增加到2016年的31.65亿美元，年均增长率为11.4%。其中，中国对约旦的进口额从2007年的0.821亿美元增加到2016年的2.112亿美元，年均增长率为11.1%，中国对约旦出口额由2007年11.13亿美元增加到2016年的29.54亿美元，年均增长率为11.5%。由此，在进出口年均增长率基本相同的情况下，随着贸易额的逐年增加，中国对约旦贸易顺差也在逐年扩大。

2.2.3 测试环境配置

系统模拟器(SS)配置：配置小区1为正常的服务小区。

终端(UE)配置：测试例开始前，保证终端在小区1中处于已注册的空闲空闲模式，即状态2A(即经注册进入idle状态并且测试模式激活)。

2.3 测试过程描述

本测试包含了一个激活的小区和一个相邻小区。要求UE在一个E-UTRA TDD载波上监测相邻小区。测试中具有 3个连续的时间段，并各自具有 T1、T2和 T3的持续时间。只有小区1在测试之前就已经通过UE鉴定。小区1和小区2属于不同的跟踪区。此外，UE还没有向网络注册包含小区2的跟踪区。在接下来的测试过程中，UE响应代表为了发送RRC连接请求消息进行跟踪区更新过程，UE开始在PRACH上发送前导,向网络发起随机接入,具体测试步骤详细描述如图3所示。

(1)确定UE处于状态2A(指的是UE开机接收基站已发送的系统信息并向网络成功注册且测试模式激活)。设置小区2的物理小区标识为小区2初始物理小区标识。

图3 重选测试步骤图

(2)在T1时间段内设置小区功率等参数(此次设置功率参数不满足重选的条件,即R准则)。即2.2.2节中描述的情景1。

(3)由于步骤(2)中设置的功率等参数不满足重选的条件。所以若T1超时时，从T1到T2时间内网络应该改变功率设置，UE可以监测到小区且满足重选的条件。

(4)网络等待来自UE的随机接入请求信息，以执行小区重选过程，重选到一个新的可检测的小区，即为小区2。

(5)从时间 T2开始，在 T2持续时间的 34 s内，如果UE响应了新的可检测小区(即小区2),即为重选到新检测的小区2成功。即2.2.2章节中描述的情景2。

(6)如果UE在时间T2内重选到小区2，在重选之后或者T2超时时，继续改变小区1与小区2的功率，使得小区2上的功率变差，而小区1上的功率则变得良好，从而为UE重选回小区1作准备。

(7)当UE监测到小区1的功率良好之后，网络等待来自UE的随机接入请求信息来执行小区重选过程，重选到一个已经检测的小区，即为小区1。

(8)从时间T3开始，在T3持续时间的8 s之内，如果UE响应了已检测的小区(即小区1)，即为重选到已检测的小区1成功。

2.4 测试函数的编写

f_RRM422_SetCellPower();函数的主要作用是改变在重选过程中的基站功率，使得UE可以监测小区参考信号功率的变化，并在条件满足的情况下进行重选到其他小区。

f_RRM_LTE_BS_Config(TestID);函数的作用主要是发送测试例ID，使得各个模拟仪表时间上的先后顺序与实际相符，实现各部分的自动配置而不用人为去控制。

函数的主要作用是改变在重选过程中物理小区的标识，以便在重选过程中可以很好地识别重选小区。

函数的主要作用是当满足重选条件时，UE向基站发起随机接入的请求，改变所驻留的小区，达到重选的目的。

3 测试结果分析

根据协议中规定RRC连接重选一致性测试的流程，在TTworkbench平台上运行测试套生成GFT图,如图4所示。观察可知终端重选过程一致性测试套的实现,完全满足协议一致性测试协议规范。另外，通过TTworkbench中的TT-man平台运行TTCN-3测试套生成可执行的.clf文件，产生如图5所示重选过程的TTCN-3测试例仿真图。图5位于测试套中的主测试组件定义了基于消息的虚拟发送端口，对于模拟小区1与小区2的仪表也同样定义了虚拟端口，且相应端口与测试套中的主测试组件的端口进行虚拟映射。测试例中的消息通过MTC对应的虚拟端口经过系统端口发往模拟小区1仪表与模拟小区2仪表，模拟小区1与小区2的模拟仪将所有的发送数据经过逻辑复用到某个端口，再通过UDP端口发送到测试仪表来控制测试仪表的运行。以射频信号通过射频线导入到开关箱，开关箱经过对信号进行加噪声以及分波合波处理，最后通过射频口发送到用户设备端进行接收，在此过程中携带控制信息，例如让用户设备执行重选、切换或进行其他操作。LTE_BTS1是模拟TD-LTE小区1仪表的发送接收端口，LTE_BTS2是模拟TD-LTE小区2仪表的发送接收端口，CTL是UE最终驻留的模拟小区仪表的端口，在UE成功注册到某个小区时将给网络回复注册成功的消息。

图4 测试具体流程图

图5 重选的TTCN-3测试例仿真图

通过研究可以看到,TTCN-3的仿真图更加形象直观并且可以严格控制时间，使得时间与执行过程一一对应，并且在测试过程中通过测试例ID实现自动控制，不需要人为来改变某些内容与控制某些参数。log(用于标记重要内容的函数)函数的引用使得图中重要内容更加形象、过程更加具体，并且易于检查在代码编写过程中的重要错误，从而使得系统精度更高，这样可将复杂问题模块化，便于解决复杂问题，从而有利于系统的完善。

由于4G技术的飞速发展以及5G技术的萌生，用TTCN3软件平台来构建测试套在今后的协议一致性测试中,TTCN3将会发挥更大的作用。本文以TD-LTE系统一致性测试需求为前提，设计了新的协议一致性测试平台,并对测试生成的GFT图以及通过.clf文件生成的测试例仿真图进行比较，证明了测试平台在搭建方面的优越性。该方法完善了TD-LTE系统协议一致性测试技术理论并且为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，索士强，全海洋.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电大学出版社，2008.

[3]胡响，李勇.一种基于 TTCN3的TD-LTE终端协议一致性测试系统架构[J].西安电子科技大学学报，2012，32(16):65-67.

[4]董宏成,张宁,李小文.TTCN-3在 RRC协议一致性测试中的应用[J].电子技术应用,2013,39(7):117-120.

[5]曹晶圭,罗佳,张治中.TD-LTE终端协议一致性测试编解码方案研究[J].现代电信科学,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.