載波聚合過程中的輔小區(qū)激活與去激活

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

載波聚合過程中的輔小區(qū)激活與去激活

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

主要研究了輔小區(qū)激活與去激活的條件和過程，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活過程的影響設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自動化測試方案和測試用例，并對測試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行了分析。

載波聚合；輔小區(qū)；激活；去激活

0 引言

隨著4G牌照的下發(fā)，LTE系統(tǒng)大規(guī)模部署，LTEAdvanced系統(tǒng)也逐漸開始進(jìn)入商用階段。LTE-Advanced系統(tǒng)是LTE系統(tǒng)的演進(jìn)系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的整體性能，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了包括載波聚合技術(shù)在內(nèi)的多種新的關(guān)鍵技術(shù)。通過使用載波聚合技術(shù)可以將多個連續(xù)或離散的LTE系統(tǒng)載波擴(kuò)展成一個能夠滿足LTEAdvanced系統(tǒng)需求的載波。近年來，載波聚合技術(shù)得到了快速發(fā)展，聚合的載波數(shù)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(shù)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(tǒng)與TDD系統(tǒng)間的載波聚合。無線頻譜資源的稀缺使得載波聚合技術(shù)成為運(yùn)營商面向未來的必然選擇。

載波聚合過程中，用戶設(shè)備（User Equipment，UE）可以通過多個小區(qū)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其中包含一個或多個輔小區(qū)。輔小區(qū)主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)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(tài)［2］。演進(jìn)型Node B（Evolved Node B，ENodeB）可以根據(jù)實(shí)際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)從而有效利用系統(tǒng)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(qū)激活與去激活的條件和過程進(jìn)行研究，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活過程的影響設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動化測試方案與測試用例，并對測試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析。

1 輔小區(qū)激活與去激活

1.1 輔小區(qū)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(qū)集合可能是不同的。輔小區(qū)可以處于激活或去激活狀態(tài)，且輔小區(qū)之間的狀態(tài)相互獨(dú)立。處于激活狀態(tài)的輔小區(qū)參與數(shù)據(jù)傳輸，UE會通過該輔小區(qū)收發(fā)數(shù)據(jù)，但由于PUCCH資源較少，所有來自輔小區(qū)的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主小區(qū)的PUCCH來傳輸［3］。處于去激活狀態(tài)的輔小區(qū)不參與數(shù)據(jù)傳輸，UE只對其進(jìn)行必要的簡單測量［4］。

當(dāng)ENodeB為UE添加輔小區(qū)時，該輔小區(qū)默認(rèn)處于去激活狀態(tài)。隨后，ENodeB可以根據(jù)實(shí)際情況對輔小區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行管理從而使系統(tǒng)的無線資源能夠得到更有效的利用，提高系統(tǒng)的吞吐量。例如，ENodeB可以暫時使UE的某個輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，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(qū)恢復(fù)到激活狀態(tài)從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。當(dāng)輔小區(qū)處于激活狀態(tài)時會消耗UE更多的電量［5］，因此，適當(dāng)?shù)厥馆o小區(qū)處于去激活狀態(tài)也可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗，有利于延長UE的使用時間［6］。

輔小區(qū)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(dāng)UE在序號為n的子幀收到激活命令時，對應(yīng)的操作將在序號為n+8的子幀啟動。當(dāng)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(jī)制

基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過程是由ENodeB控制的。ENodeB通常會根據(jù)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量和UE的業(yè)務(wù)量來管理輔小區(qū)的狀態(tài)。例如，當(dāng)某個輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較好且UE的業(yè)務(wù)量較大時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，而當(dāng)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較差或UE業(yè)務(wù)量較小時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，節(jié)約系統(tǒng)無線資源。

用于輔小區(qū)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(qū)的配置過程中，系統(tǒng)會為不同輔小區(qū)分配相應(yīng)的索引值［8］，MAC控制消息中的C域用來表示對應(yīng)輔小區(qū)的激活或去激活狀態(tài)，例如，當(dāng)C1的值設(shè)置為1時，表示索引值為1的輔小區(qū)被激活；當(dāng)C2的值設(shè)置為1時；表示索引值為2的輔小區(qū)被激活；而當(dāng)C1的值設(shè)置為0時，表示索引值為1的輔小區(qū)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(shè)置為0。

當(dāng)UE收到ENodeB發(fā)來的相關(guān)MAC控制消息后需要向ENodeB發(fā)送對應(yīng)的確認(rèn)消息。

1.3 去激活定時器機(jī)制

基于去激活定時器的輔小區(qū)去激活過程是由UE主動執(zhí)行的。在輔小區(qū)的配置過程中，系統(tǒng)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(qū)都對應(yīng)有一個獨(dú)立的去激活定時器，且對于特定的UE來說，其所有輔小區(qū)對應(yīng)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(nèi)，UE在某個輔小區(qū)上沒有收到物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）消息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，則主動將對應(yīng)的輔小區(qū)去激活，這也是UE主動將某個輔小區(qū)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(qū)去激活，在這種情況下，輔小區(qū)的去激活過程只能通過MAC控制消息來觸發(fā)。

2 自動化測試方案的設(shè)計(jì)

2.1 測試目的

本次測試的目的是檢查當(dāng)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較好時，ENodeB是否能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量通過MAC控制消息來動態(tài)地激活與去激活UE的輔小區(qū)。

2.2 測試方案設(shè)計(jì)

當(dāng)ENodeB收到UE對相關(guān)MAC控制消息的確認(rèn)時，會在運(yùn)行日志文件中記錄相關(guān)信息。為了能夠自動檢查相關(guān)輔小區(qū)的激活與去激活過程是否發(fā)生，本次測試采用了分析ENodeB運(yùn)行日志文件的方式，通過匹配日志文件中的關(guān)鍵字段來判斷相關(guān)過程是否發(fā)生。相關(guān)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(diào)整輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量，使其處于相對較好的情況；

（2）使UE接入到網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置狀態(tài)變量的值為0；

（3）發(fā)送速率相對較小的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（4）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過程，若沒有發(fā)生，說明輔小區(qū)仍處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；

（5）發(fā)送速率相對較大的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（6）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過程，若發(fā)生了該過程，說明輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；

圖1 用于激活/去激活的MAC控制消息

（7）發(fā)送速率相對較小的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運(yùn)行日志；

（8）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)去激活過程，若發(fā)生了該過程，說明輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1；

（9）使UE離開網(wǎng)絡(luò)；

（10）根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測試結(jié)果，若狀態(tài)變量的值為0，則測試用例執(zhí)行結(jié)果為PASS，說明ENodeB能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來激活或去激活UE的輔小區(qū)；若狀態(tài)變量的值為1，則測試用例執(zhí)行結(jié)果為FAIL，說明ENodeB在根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來激活或去激活UE的輔小區(qū)方面存在問題。

3 測試用例的實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析

3.1 測試用例的實(shí)現(xiàn)

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(fā)的一款自動化測試用例開發(fā)與執(zhí)行環(huán)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(xié)議遠(yuǎn)程登錄到相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器，并調(diào)用發(fā)包工具來發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過改變發(fā)送的數(shù)據(jù)量來創(chuàng)造輔小區(qū)激活與去激活條件。在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，需要同步收集該階段ENodeB的相關(guān)運(yùn)行日志，并通過匹配關(guān)鍵字段來判斷基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過程是否發(fā)生。最后，根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測試用例的最終執(zhí)行結(jié)果。

具體表示輔小區(qū)激活與去激活過程的字段通常依賴于ENodeB軟件的具體實(shí)現(xiàn)。在本次測試過程中，表示激活過程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState3”，表示去激活過程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState1”。

3.2 測試用例執(zhí)行結(jié)果分析

測試用例成功實(shí)現(xiàn)后，需要在測試環(huán)境中執(zhí)行。在測試用例執(zhí)行過程中，通過觀察UE監(jiān)控軟件，可以幫助確認(rèn)輔小區(qū)激活或去激活過程是否與用例中的設(shè)計(jì)保持一致。

從圖3可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量較小時，輔小區(qū)沒有參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)。

圖3 業(yè)務(wù)量較小時UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

從圖4可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量變大時，輔小區(qū)開始參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)處于激活狀態(tài)。

圖4 業(yè)務(wù)量較大時UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

從圖5可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量再次變小時，輔小區(qū)不再參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)又回到去激活狀態(tài)。

圖5 業(yè)務(wù)量較小時UE各小區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率

針對同一個軟件版本，自動化測試用例的執(zhí)行結(jié)果應(yīng)與手動測試用例的執(zhí)行結(jié)果保持一致。在自動化測試用例真正用于測試之前，應(yīng)在相關(guān)軟件版本上執(zhí)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(jié)果，確保該自動化測試用例的實(shí)現(xiàn)正確有效。

圖6顯示的是在功能正常的軟件版本上執(zhí)行該測試用例20次所得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中19次執(zhí)行成功，1次執(zhí)行失敗。經(jīng)分析，測試用例執(zhí)行失敗的原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中防火墻的相關(guān)設(shè)置導(dǎo)致調(diào)用發(fā)包工具發(fā)送數(shù)據(jù)包的命令沒能正確傳輸給相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器，從而無法觸發(fā)輔小區(qū)的激活與去激活過程。

圖6 測試用例執(zhí)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)論

在載波聚合過程中，ENodeB可以靈活地根據(jù)實(shí)際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)，這不僅可以使系統(tǒng)的無線資源得到更有效的利用，還可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗。本文在研究輔小區(qū)激活與去激活的條件和過程的基礎(chǔ)上，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活的影響進(jìn)行了自動化測試方案和用例的設(shè)計(jì)，并通過執(zhí)行測試用例驗(yàn)證了測試用例的實(shí)現(xiàn)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(xué)榮.載波聚合過程中的輔小區(qū)激活與去激活［J］.微型機(jī)與應(yīng)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(shù)據(jù)與移動計(jì)算。

錢學(xué)榮（1956-），男，碩士生導(dǎo)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(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。