移动终端RRM一致性测试中的随机接入测试研究

张 昊，黄秋钦

(深圳信息通信研究院，广东 深圳 518000)

0 引言

3GPP规范中规定的移动终端无线资源管理一致性测试对移动终端质量的改善和提升有着巨大的促进作用。在无线资源管理(Radio Resource Management, RRM)一致性测试中，随机接入是最为基础的一部分，目的是保证移动终端和网络的同步性，解决两者间的冲突，同时实现上行通信资源的分配。终端的随机接入性能也是影响网络和终端连接过程和连接时间的关键因素，当终端进行正确的随机接入过程，和通信网络建立连接，才可保证其正常的通信[1]。本文介绍了移动终端RRM一致性测试和随机接入测试，并分析其测试指标参数，再针对随机接入测试用例以及对测试过程中常见问题进行详细分析。

1 RRM一致性测试

RRM是无线网络和终端的关键功能，主要指对通信系统中的无线资源进行规划及管理。RRM一致性测试主要关注的是终端在RRM性能方面的能力是否与3GPP标准中定义的一致。LTE终端RRM的标准为3GPP TS 36.521-3，5G终端RRM的标准为3GPP TS 38.533，移动终端RRM性能测试主要包括六大类，具体如下。

(1)E-UTRAN RRC_IDLE State Mobility，验证移动终端处于IDLE状态下其重选的能力；

(2)E-UTRAN RRC_CONNECTED State Mobility，验证移动终端处于Connected状态下其切换的能力；

(3)RRC Connection Mobility Control，RRC连接移动性控制；

(4)Timing and Signalling Characteristics，定时及信令特性；

(5)UE Measurements Procedures终端测量过程；

(6)Measurement Performance Requirements，移动终端上报各种功率精度的测试。

其中LTE的RRC仅有RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两种状态，而5G NR RRC支持3种状态，RRC_IDLE、RRC_INACTIVE、RRC_CONNECTED，5G 应用场景之一eMTC(大规模机器类通信)，即面向万物互联，要求大量连接终端设备具有低功耗、快速接入、低时延且信令开销小等特征，基于这些要求5G引入了RRC INACTIVE状态。

2 随机接入测试

移动终端随机接入有两种形式：(1)基于竞争的随机接入；(2)基于非竞争的随机接入。下面重点分析基于竞争的随机接入技术。

竞争随机接入是指接入资源由UE自行随机获取，会出现不同的UE可能选择到相同的随机接入资源。LTE终端分析竞争随机接入过程如图1所示，基于竞争的随机接入过程有4步信息交互[2]。

图1 基于竞争的随机接入流程

(1)在PRACH上，UE给eNB发送其随机选择的一个前导码。

(2)eNB检测到有前导序列后，在DL-SCH上给UE发送随机接入响应。

(3)UE根据eNB的指示，在分配的上行资源上发送上行消息。

(4)eNB接收UE的上行消息，并向接入成功的UE返回竞争解决消息。

3 随机接入测试用例及其常见问题分析

随机接入测试是验证UE在随机过程中的行为是否符合在AWGN信道条件下的规范要求，以及PRACH的功率和时间是否在协议规定范围内。

3.1 随机接入测试用例分析

本节分析E-UTRAN TDD/FDD的竞争随机接入，LTE终端竞争随机接入通常共包含6个子测试，其中涉及功率和时延指标的有2个子测试：UE是否接收到RAR消息；UE接收到的RAR是错误的。在该测试过程中，6个子测试都要遍历完成，若其中任一个或多个子测试fail，则判定该测试例fail。

随机接入测试中主要判定依据在于UE发送的前导码的功率和时延，以下详细分析这两个测试指标。

3.1.1 前导码功率和限值要求分析

3GPP TS 36.521-3中规定：第一个前导码功率为-22 dBm，对应精度值：常温环境± 10.5 dB，极限环境± 13.5 dB；其余4个preamble相对功率门限如表1所示，前导码功率的不确定度为：常温环境± 9.0 dB + TT，极限环境± 12.0 dB + TT，其中TT为测试系统总的不确定度 = ± 1.5 dB[3]。

表1 相对功率门限

前导码功率计算公式为：

PPRACH = min{PCMAX|PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL}(dBm)，其中PCMAX是UE配置的最大发射功率为23dBm，PL是UE估计的下行路损，PCMAX远大于路损。因此PPRACH =PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL(dBm)。

PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER与3GPP TS 36.523-3中规定的RACH以及PRACH配置参数相关，且TDD和FDD的配置有所区别。具体算出TDD和FDD对应的值分别为：

TDD:PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=-112 dBm；

FDD:PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=-120 dBm。

另外，PL = reference Signal Power-higher layer filtered RSRP，其中reference Signal Power和RSRP均有由高层配置获得的，依据3GPP36.523-3中规定TDD和FDD的reference Signal Power为-5 dBm，RSRP也均为-95 dBm。可计算出：

TDD: PPRACH =-22 dBm；

FDD: PPRACH =-30 dBm。

另外，考虑到preamble功率总的不确定度±10.5 dB，因此最终算出该测试例的门限：

E-UTRAN TDD的竞争随机接入，功率的判断门限为-22±10.5 dB；

E-UTRAN FDD的竞争随机接入，功率的判断门限为-30±10.5 dB。

3.1.2 时延和限值要求分析。

为了确保eNB侧的时间同步，LTE-A采用了上行定时提前机制(Uplink Timing Advance)，理论上前导码的时延为0Ts，但要考虑该时延的不确定度，preamble时延不确定度为：15* Ts,其中Ts是LTE中基本的事件单位Ts=1/(15 000*2 048),单位为秒。因此，时间精度的判断门限为(0±15)*Ts。

3.2 测试中常见问题分析

针对E-UTRAN TDD/FDD的竞争随机接入测试过程中，常见问题有：

问题1：UE发送的前导码preamble功率过低的情况，具体log如图2所示。

图2 前导码preamble功率过低时的log示意

问题2：前导码的时延过大，导致测试fail。

问题3：6个子测试中有一个fail，整条case都判定fail，例如UE没接收到RAR。具体log如图3所示。

图3 前导码时延过大时的log示意

导致以上测试问题的原因，大致有：(1)因开启UE的高层业务导致，前面分析了Preamble功率门限是也高层配置有关的。(2)UE射频校准未完成。整改建议：关闭UE的高层业务(例如：关闭VoLTE、呼叫转移、移动数据等)，或者考虑重新进行UE射频校准。