多模終端測試平臺的搭建及仿真實現(xiàn)*

陳發(fā)堂，吳中華，張有緣，許小寒

(重慶郵電大學 移動通信技術(shù)重慶市重點實驗室，重慶 400065)

1 引言

隨著國內(nèi)運營商積極開展4G 網(wǎng)絡(luò)的布局，2014 年如愿迎來了LTE 行業(yè)的大爆發(fā)。作為產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，面對市場不斷涌現(xiàn)出新需求的同時，LTE 測試企業(yè)也面臨著諸多新的挑戰(zhàn)與市場商機［1］。相比于3G，4G 在技術(shù)上和復雜性上都提升了很多。無論是對帶寬的大幅度提高、新采用的正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)調(diào)制技術(shù)、顯著增強頻譜利用率的多輸入多輸出(Multiple－Input Multiple－Output，MIMO)，抑或是靈活的資源調(diào)度而言，都給廠商帶來了前所未有的測試挑戰(zhàn)［2］。未來一段時間內(nèi)，4G 與2G、3G 長期并存，終端模式呈現(xiàn)多樣化，因此有必要對多模終端進行一致性測試。

在測試平臺方面，最原始的一致性測試平臺，許多重要參數(shù)都需要通過在界面上增加按鈕來實現(xiàn)參數(shù)配置，調(diào)試能力差［3］。文獻［4］提出了一種基于TTCN－3(Testing and Test Control Notation version 3)的一致性測試平臺，所有的協(xié)議棧代碼在特定的協(xié)議棧模擬模塊中構(gòu)造，TTCN－3 軟件主要負責流程的控制，不利于對協(xié)議棧進行分塊模擬，靈活性差。文獻［5－6］中測試平臺的測試環(huán)境是理想環(huán)境，與復雜多變的真實無線信道環(huán)境相比，測試結(jié)果誤差較大，可信度也大打折扣。文獻［7］搭建了基于單系統(tǒng)一致性測試框架，但欠缺對異系統(tǒng)互操作的測試，且在設(shè)備自動模擬方面尚不完善。本文就以上幾個方面針對多模終端搭建了新的無線資源管理(Radio Resource Management，RRM)一致性測試平臺，以TTCN－3 測試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，改善其調(diào)試能力和自動化控制能力等，然后編寫測量過程測試例，并將其生成的測試報告與協(xié)議規(guī)范進行對照，完成多模終端測量功能的一致性測試，最終驗證了所搭建測試平臺的可行性。

2 基于TTCN－3 多模終端RRM 一致性測試平臺

對于LTE 而言，涉及到與2G、3G 不同制式之間的互操作，故在LTE 代碼集開發(fā)的模塊化設(shè)計中，考慮了多模的需求。圖1 所示為測試所搭建的多模測試平臺，包括計算機(Personal Computer，PC)、系統(tǒng)模擬器(System Simulator，SS)、信令分析儀、連接切換箱、衰減器和終端設(shè)備。

圖1 基于TTCN－3 的多模測試平臺Fig.1 Multimode test platform based on TTCN－3

TTCN－3 軟件安裝在測試系統(tǒng)中的控制計算機上，用于開發(fā)、執(zhí)行測試用例和控制測試流程，主要包括三部分:TTCN－3 測試例模塊、適配層模塊和log 分析模塊。在文獻［4］中TTCN－3 作為整個測試過程的控制中心，主要負責流程的控制和測試例的執(zhí)行，而模擬網(wǎng)絡(luò)端的系統(tǒng)模擬器實現(xiàn)協(xié)議棧所有層的功能，但是當出現(xiàn)缺陷或者錯誤時，需要在協(xié)議棧所有層的范圍內(nèi)查錯調(diào)試，不僅增加了測試人員的工作量，同時還降低了測試效率。而在圖1所示的多模測試平臺中，將TTCN－3 測試例模塊模擬網(wǎng)絡(luò)側(cè)無線資源控制(Radio Resource Control，RRC)層和非接入(Non Access Stratum，NAS)層的功能，即用TTCN－3 核心語言編寫測試例實現(xiàn)高層協(xié)議流程，靈活地對協(xié)議棧進行分塊模擬，提高了開發(fā)效率，降低了出錯率，同時保證了系統(tǒng)的實時性要求。適配層模塊將TTCN－3 代碼轉(zhuǎn)換成被測系統(tǒng)(System Under Test，SUT)可理解的形式，完成與底層的交互。log 分析模塊用于輸出和保存測試過程中產(chǎn)生的信令交互記錄，實現(xiàn)對測試過程的跟蹤，便于查看測試數(shù)據(jù)和運行結(jié)果，從而更快速有效地定位和分析測試中出現(xiàn)的問題。

SS1 和SS2 分別模擬TD－LTE 小區(qū)1 和TD－LTE 小區(qū)2。由于高層協(xié)議功能由TTCN－3 接管，SS 只負責實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)、無線鏈路控制(Radio Link Control，RLC)、媒體接入控制(Medium Access Control，MAC)和物理層的功能，包括加密/完整性保護、分段/重組/級聯(lián)以及邏輯信道復用、編碼、調(diào)制、映射及發(fā)送等［2］。信令分析儀模擬通用陸地無線接入網(wǎng)(Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)小區(qū)3，采用腳本以及測試進程標識協(xié)同的開發(fā)方式，在TTCN－3 中引入測試進程標識，控制儀表中的腳本完成相應測試過程的操作，不僅簡化了代碼移植工作，同時支持了對多模終端異系統(tǒng)互操作的測試。

文獻［5－6］搭建的終端測試平臺都是在終端和模擬網(wǎng)絡(luò)端之間直接用射頻線連接，信道環(huán)境接近于理想情況，而實際的無線信道環(huán)境復雜多變，這樣易造成一定的測試誤差。針對這個問題，圖1 所示的多模測試平臺中增加了信道模擬器來根據(jù)所需要的模擬場景變換無線信道環(huán)境，比如高斯白噪聲或者慢衰落等，提升了測試結(jié)果的真實性與可信度。

在自動化控制方面，如圖1 所示，計算機與終端相連，實現(xiàn)計算機自動控制終端開關(guān)機等行為;PC機連接到射頻切換箱，從而控制后者選擇不同的系統(tǒng)模擬器和信道環(huán)境，以滿足不同測試用例的要求，無需人為干預。

在測試過程中，有時會出現(xiàn)終端檢測不到小區(qū)功率變化或不能正常識別小區(qū)等問題［8］。這通常是由于整個測試系統(tǒng)級聯(lián)設(shè)備較多，在儀器之間傳遞信令或數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的信號衰減造成功率和測量精度的下降，因此本平臺增加衰減器模塊來校驗輸出功率。

3 多小區(qū)異系統(tǒng)測量測試例的實現(xiàn)

3.1 測試目的

本次測試包括3個小區(qū)，分別為服務(wù)小區(qū)E－UTRA TDD cell 1，鄰小區(qū)E－UTRA TDD 異頻cell 2和UTRA TDD cell 3，目的是驗證E－UTRA 網(wǎng)絡(luò)端可以配置UE 進行頻間和UTRA TDD 異系統(tǒng)測量，并且UE 能在規(guī)定的時間內(nèi)正確上報多個事件(事件A3 和事件B2)觸發(fā)的測量報告，即判斷測量時延是否滿足協(xié)議規(guī)定。

3.2 測試參數(shù)配置

測試環(huán)境為正常環(huán)境，測試環(huán)境溫度介于+15℃到+35℃之間，電源電壓正常。測試分為T1(5 s)和T2(15 s)兩個階段。各小區(qū)在不同的測試階段不同的測試參數(shù)配置見文獻［9］。測試帶寬為10 MHz，兩個E－UTRA 小區(qū)在不同的頻點上。

3.3 測試流程

如圖2 所示，TTCN－3 觸發(fā)測試例開始執(zhí)行，初始化兩個E－ UTRA 異頻小區(qū)和一個UTRA 小區(qū)。終端開機注冊到小區(qū)1，進入2A 狀態(tài)，隨后網(wǎng)絡(luò)端發(fā)起尋呼，使終端進入3A 態(tài)。在T2 開啟之前將包含小區(qū)2 和小區(qū)3 的鄰小區(qū)列表信息發(fā)送給UE。

當T1 超時時，SS1 應該將功率設(shè)置從T1 轉(zhuǎn)到T2，具體為SS1 利用函數(shù)f_RRM_SetCellPower_Interfreq(45，49)設(shè)置兩個異頻E－UTRA 小區(qū)的功率，通過函數(shù)BS3.send(“080B0405”)通知SS2 設(shè)置UTRA 小區(qū)功率，所有參數(shù)配置見文獻［9］。

圖2 測試例流程圖Fig.2 Test case flow

開啟定時器T2 后，終端檢測到鄰小區(qū)的功率變化，當滿足一定的觸發(fā)條件時向網(wǎng)絡(luò)端發(fā)送測量報告。網(wǎng)絡(luò)端利用函數(shù)f_RRM8114_Check_MeasurementReport_eventA3(7760E－3)接收事件A3 觸發(fā)的測量報告，f_RRM8114_Check_MeasurementReport_eventB2(12.88)接收事件B2 觸發(fā)的測量報告，計算測量時延，做出判決。最后通過函數(shù)f_RRM_LTE_RRCConnectionRelease(‘080B0407’O)釋放RRC連接和各小區(qū)，結(jié)束本次測試。達到設(shè)定的測試次數(shù)時，判斷是否滿足置信度要求，滿足則判決成功，結(jié)束測試例;否則，還需重新執(zhí)行測試例，重復上述測試流程，直至達到置信度要求。

3.4 測試結(jié)果分析

模塊是TTCN－3 的基本編碼單元，分為定義部分和控制部分。根據(jù)圖2 設(shè)計的測試流程，用TTCN－3 核心語言在模塊的定義部分編寫測試例，在模塊的控制部分編寫相應的循環(huán)函數(shù)來決定測試例的執(zhí)行順序和次數(shù)。

每次執(zhí)行測試例生成的部分執(zhí)行結(jié)果如圖3 所示，其中(a)和(b)表示UE 進入3A 態(tài)之后，SS1 利用帶有信元MeasConfig 的重配置消息對UE 進行關(guān)于事件A3 和事件B2 的測量配置，并且收到預期的重配完成消息;(c)表示測量配置完成之后，UE 對小區(qū)2 和小區(qū)3 進行測量，然后發(fā)送測量報告將測量結(jié)果反饋給SS1。最后UE 需要釋放RRC 連接，為執(zhí)行下一次測試例做準備。

圖3 測試例執(zhí)行結(jié)果Fig.3 Executed result of the test case

測試例執(zhí)行了51 次，測試結(jié)果報告如圖4 所示，其中Pass 次數(shù)為49，Inconclusive 次數(shù)為2，其他判決結(jié)果為0，計算通過率為96.08%，大于90%，滿足終端協(xié)議一致性測試的置信度要求，表明此TD－LTE 多模終端的測量功能運行正常，同時也驗證了所搭建多模測試平臺的合理性與可執(zhí)行性。

圖4 測試結(jié)果報告Fig.4 Test result report

4 結(jié)束語

任何通信終端在上市之前，都需要進行嚴格的終端認證測試，包括RRM 一致性測試，所以其測試理論和方法的研究一直倍受國內(nèi)外學術(shù)界關(guān)注。依據(jù)在實驗室所從事的國家科技重大專項資助項目，本文以TTCN－3 測試系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了多模終端一致性測試系統(tǒng)整體架構(gòu)，利用TTCN－3 核心語言設(shè)計編寫測試例并循環(huán)執(zhí)行多次，對多模終端的多小區(qū)測量功能進行一致性測試。仿真測試結(jié)果證明該終端符合3GPP 協(xié)議要求，從而驗證了該多模終端RRM 一致性測試平臺的可靠性與可行性。該方法操作簡單、易擴展、開發(fā)效率高，不僅可以為多模終端產(chǎn)品的研發(fā)提供測試檢驗支持，而且對相關(guān)測試儀表的商用化有很大的參考價值，但是，在測試時并未考慮多用戶接入的情況，仍有待進一步調(diào)試改善。

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