基于TTCN的TD-SCDMA终端RRM一致性测试结构设计

 RRM一致性测试是3G终端测试的重要组成部分，它对终端的研发和认证具有重要意义。本文分析了TD-SCDMA终端RRM一致性测试项，提出了一种基于TTCN的RRM一致性测试系统实现框架，并介绍了其内部结构和各个部分功能。这个结构已经用于实际的TD-SCDMA终端RRM一致性测试设备的研发中。

    1、引言

 
    随着TD-SCDMA产业的日益成熟，业内对TD-SCDMA相关通信测试仪表的关注程度也越来越高。TD-SCDMA测试仪表的成熟程度直接影响到整个TD-SCDMA产业的发展和进一步的成熟、完善[1]。

    一致性测试是终端从研发走向应用的必需过程。对于TD-SCDMA终端一致性测试，3GPP只提供了关于协议一致性测试的测试例，市场上还没有相应专用的协议一致性测试仪表。对于TD-SCDMA终端一致性测试的重要组成部分——RRM（无线资源管理）一致性测试，也没有相关的测试例可供参考，相应的专用一致性测试仪表在业内仍属空白，严重制约了TD-SCDMA产业的发展。研发TD-SCDMA系统的RRM一致性测试仪表，对于众多设备商以及通信管理部门进行终端测试和认证具有极其重要的意义。

    本文将提出一种基于树表结合表示法（treeandtabularcombined notation，TTCN）[2]的TD-SCDMA系统终端RRM一致性测试系统的实现方案，该方案的实现将填补TD-SCDMA业内终端RRM一致性测试的空白。

    2、协议一致性测试原理及TTCN

    TD-SCDMA终端RRM一致性测试可以基于对终端层3信令流程的测量完成，与终端RRC层协议一致性测试有很多共通之处，由此可以考虑以类似基于TTCN的协议一致性测试的方法构建RRM一致性测试系统。

    一个标准化的协议并不能确保该协议和实现之间能够成功地进行通信。因为协议标准目前基本上是使用自然语言描述的，实现者对于协议的不同理解会导致不同的协议实现，甚至有时会是错误的实现。因此需要一种有效的方法来对协议实现进行判别，这便是“协议测试”[3]。协议测试是一种黑盒测试，它依据协议标准来控制观察被测试协议实现的外部行为，对被测协议实现进行测试。20世纪90年代，国际标准化组织（ISO）专门制定了一套国际标准——ISO/IEC9646（协议的一致性测试方法和框架）[4]，它为协议的一致性测试提供了基本方法和框架，为测试集制定了设计步骤和描述方法，并为测试系统的实现提供了指导。

    ISO/IEC9646是一个7层标准，定义了对OSI和ITU协议实现进行一致性测试的框架和方法，TTCN就是这个标准中的第三部分[5]，即ISO/IEC9646-3。TTCN的前两个版本都是由ISO开发和制定的，而TTCN-3是ETSI（欧洲电信标准学会）在2000年发行的。需要注意的是，以前两个版本的TTCN都指树表结合表示法，而在第三版中TTCN代表testingandtest control notation（测试和测试控制表示法）[6]。

    3、RRM一致性测试系统结构设计

    RRM一致性系统包括硬件和软件系统，其中软件系统基于TTCN-2设计实现。在软件系统的设计过程中，测试例的编写和生成以及软件的架构设计是其核心内容，这方面没有现成的经验可以借鉴，是本设计的重点和难点，因此本文重点阐述基于TTCN-2的软件架构设计。

    3.1RRM一致性测试的可执行测试套的生成

    TD-SCDMA终端RRM一致性测试内容主要在3GPPTS34.122第8节中规定，测试项共31个，包括：空闲模式进程、连接模式下的移动性管理、RRC（无线资源控制）连接控制、测量过程和测量性能要求等方面[7]。根据这些测试项所需的小区数目进行分类，具体如下：

    （1）1个TDD小区测试项

    终端的传输格式组合（TFC）选择。

    （2）2个TDD小区测试项

    ●切换到同频TDD小区；

    ●切换到异频TDD小区；

    ●RRC重建时延（已知目标小区的情况）；

    ●RRC重建时延（未知目标小区的情况）；

    ●AWGN（加性高斯白噪声）传播条件下的1H事件和1I事件触发报告（同频）；

    ●AWGN传播条件下正确报告TDD邻小区；

    ●P-CCPCHRSCP（接收信号码功率）同频测量的绝对精度要求；

    ●P-CCPCHRSCP同频测量的相对精度要求；

    ●P-CCPCHRSCP异频测量的相对精度要求；

    ●时隙ISCP（干扰信号码功率）同频绝对测量精度要求；

    ●UTRA载波RSSI（接收信号强度指示）的绝对测量精度要求；

    ●UTRA载波RSSI的相对测量精度要求。

    （3）3个TDD小区测试项

    AWGN传播条件下的1G事件触发报告（同频）。

    （4）2个TDD小区和4个TDD背景小区测试项

    ●单载波情形下的TDD/TDD小区重选；

    ●多载波情形下的TDD/TDD小区重选；

    ●单载波TDD/TDD小区重选（CELL_FACH上的小区重选）；

    ●多载波TDD/TDD小区重选（CELL_FACH上的小区重选）；

    ●单载波TDD/TDD小区重选（在CELL_PCH上的小区重选）；

    ●多载波TDD/TDD小区重选（在CELL_PCH上的小区重选）；

    ●单载波TDD/TDD小区重选（在URA_PCH上的小区重选）；

    ●多载波TDD/TDD小区重选（在URA_PCH上的小区重选）。

    （5）1个GSM小区和1个TDD小区测试项

    ●不同RAT间小区重选；

    ●不同RAT间小区获取和重选；

    ●TDD/GSM的切换；

    ●AWGN传播条件下正确报告GSM邻小区；

    ●GSM载波RSSI的绝对精度测量要求。

    （6）1个FDD小区和1个TDD小区测试项

    ●TDD/FDD小区重选：

●TDD/FDD切换；

    ●AWGN传播条件下正确报告FDD邻小区；

    ●CPICHRSCP的绝对测量精度要求。

    以3GPPTS34.122中§8.2.2.2的多载波情形下的TDD/TDD小区重选测试例为例，该测试例主要验证多载波情形下小区重选延迟的要求。具体的测试步骤如下：

    （1）SS使用T1定义的参数激活小区1到小区6，并监测小区1和小区2中UpPTS时隙的SYNC-UL序列，准备接收来自UE的RRCConnectionRequest消息。

    （2）UE开机。

    （3）SS等待，直到UE在小区1中驻留并发送RRCConnectionRequest消息。

    （4）15S后，参数改变为T2描述的参数。

    （5）SS在UpPTS时隙等待SYNC-UL序列以接收来自UE的RRCConnectionRequest消息。

    （6）再等待15s，参数改变为T1描述的参数。

    （7）SS在UpPTS时隙等待SYNC-UL序列，准备接收来自UE的RRCConnectionRequest消息。

    （8）重复步骤（4）到（7）指定的次数。

    需要注意的是：T1刚开始时为30s.以便UE在未知小区的情况下有足够的时间搜索小区。主小区共2个，分别是小区1、小区2，背景小区共4个，分别是小区3、小区4、小区5、小区6（服务小区在两个不同频点上，背景小区在不同的频点上各两个），采用异频方式。判别通过的条件是：小区重选延迟应该小于8s；在置信级为95%的情况下，在重复测试期间观察得到的小区正确重选概率应该不小于90%。判决的关键点是：

    ●在步骤（3），UE在小区1响应后，不再在任何其他小区产生响应；

    ●在步骤（5），UE应该在8s之内在小区2产生响应；

    ●在步骤（7），UE应该在8s之内在小区1产生响应。

    前两个要求规定所有的测试中必须成功至少90%。可见RRM一致性测试例是通过类似脚本流程进行描述和测量，这与协议一致性测试非常类似，在协议一致性测试中通用的TTCN方式完全可以应用到RRM一致性测试中。

    设计基于TTCN构造的RRM测试软件平台的第一步就是根据协议要求生成可执行测试集（executabletestsuite，ETS）。采用TTCN方式为上述每个测试项编写ATC（抽象测试例）并生成最终的ETS，大致需要经历如下几个步骤：

    （1）根据34.122协议规范撰写测试套的MP文件，即定义了每个测试项的详细测试步骤。MP文件的编写需要考虑RRM测试设备与其他设备的级联以及RRM测试设备自身的校准需求。

    （2）利用TTCN-2编辑器，对MP文件以及MP文件采用外部符合ASN.1语法规范文件定义的数据结构进行语法检查。

    （3）根据特定语法规则，使用TTCN编辑器，实现TTCN到C语言的转换，测试套中的不同部分被转换成相应的C代码。

    （4）编译上步生成的C代码，并将目标文件和设计的适配层库连接，生成可执行测试集。其中，适配层库用于和系统模拟器（负责实现TD-SCDMA系统中低层协议栈RLC/MAC/PHY功能和射频功能）交互。可执行测试套生成原理如图1所示。

   图1  可执行测试套生成原理

    由图1可见，为了生成可执行测试例，只由TTCN编辑器产生的C代码是不够的，因为仍然没有关于内部协议结构和测试平台的具体描述。事实上，在MP文件中动态部分给出的事件被转换成了函数调用，而不是函数本身。这些函数，比如收发消息等通过调用适配层库中相应的函数来完成编码和解码等消息的传递。在图1中还可以看到C编辑器首先编译由TTCN编辑器创建的C代码，然后和适配层库一起链接目标文件，最后生成可执行测试套。尽管利用TTCN编辑器编辑的MP文件到C文件的转换是独立于内部协议结构的，但需要说明的是，适配层用的消息格式与对应的TTCN申明部分的消息格式是一致的。如果不一致，转换到C代码后，测试套结构类型的定义就不再与适配层相符合。在这种情况下，可执行的测试套仍然会产生（即链接过程仍然起作用），但由于编译码警告，当收发消息时会发生错误。测试套的静态部分，特别是声明部分永远都不应该被改变，而动态行为的改变不重要。通常情况下，正是利用这一点不断地完善测试例，而不需要一次设计完成RRM所需要的31个测试例。也保证可采用TTCN-2方式设计的测试例不会因为协议本身小的修改或版本升级而对软件结构进行大结构性的修改。

    通常的适配层对协议独立任务是有响应的，因此它可以使ETS能够读取配置文件并为各层以及测试套的执行创建所需的log文件。其他的协议独立任务，比如编译码和消息传递、计时器处理也由适配层设计和实现。同时适配层的另一个功能是，通过定义相应的PCO（控制观察点）和SAP（业务接入点）来定义协议栈具体的响应，并将协议栈接收到的ASP的格式转换为TTCN消息。

    3.2RRM一致性测试架构设计

    RRM一致性测试系统的软件包含主控软件、高层协议栈软件、低层协议栈软件和物理层软件等，如图2所示。

    图2  RRM一致性测试系统软件架构

    在图2给出的软件结构中，协议栈软件通过低层协议栈中的MAC以及驱动软件，完成与物理层软件的交互；通过高层协议栈中的APP部分和低层协议栈中的API调度器完成用户平面内容的交互；通过高层协议栈中由TTCNMP文件生成的适配和低层协议栈中的API调度器完成用户平面内容的交互。

    高层协议栈完成TD-SCDMARNC中RRC、NAS（非接入）部分的功能，其中RRC和NAS采用TTCNMP文件实现，由于RRC、NAS部分采用TTCN的实现方式，致使高层协议栈部分除了这两部分内容之外还需要其他相关辅助模块以完成与主控软件、低层协议栈之间的正常、完全的交互。低层协议栈完成TD-SCDMARNC中RABM、PDCP、RLC、MAC等4个部分的功能。这4部分内容均是依照协议实装实现，其中的MAC实体满足RRM一致性测试系统中同时支持6个小区的需求。

    基于TTCN-2一致性测试原理来分析RRM测试系统的结构，其主要由两部分组成：一部分是网络侧（UTRANside），另一部分是终端侧（UEside）。如图3所示。在网络侧，该设计包括了不同的PCO，这些PCO主要是对网络侧的不同层进行配置和管理。

    图3  TD-SCDMA终端RRM一致性测试平台结构

    3.2.1网络侧

    基于TTCN一致性测试原理[8]，网络侧包括上测试器、可执行测试集和下测试器3个部分。网络侧和终端侧利用射频方式连接。为了模拟实际的射频通信环境，可以在网络侧和终端侧之间加入高斯白噪声和利用信道模拟器来模拟实际的信道参数。其中网络侧可以采用LAN口级联WCDMA系统和GSM系统仿真器等设备以模拟WCDMA和GSM的小区，这样可以真实地模拟现网的实际环境，从而验证TDD和FDD以及GSM网络小区之间的切换等功能。本系统中设计了6个独立的TDD小区，并通过级联可控制多个WCDMA和GSM小区。

    （1）上测试器

    上测试器位于测试系统的最高层，是一个分离的模块。上测试器和可执行测试集的通信是通过在MP文件中设计的一些测试步来实现的。上测试器通过AT命令配置和控制IUT（被测实体），对不能自动执行的程序，上测试器可以通过设计一个警告箱来请求用户进行手动处理。上测试器也通过PCO-Ut接收来自ETS的状态信息以及测试报告，记录测试日志并实时地向用户显示主要的测试信息（包括关键测试步、空口信令交互以及测试结果等）。

    上测试器的另一项功能是负责和终端通信，通过PCO-Ut接收来自ETS的终端控制命令（请求原语）[9]，并以一定的原语如AT命令或MMI（入机接口）发送至终端，同时将终端返回的状态信息以确认原语的形式发送给ETS，从而实现对终端的自动控制。此外，上测试器还可以用于系统校准，提供给用户一个界面接口。它同时也负责在测试例执行过程中调用可执行测试集所需要的参数列表，这些参数可由终端生产厂商按照一定的文件格式（XML格式或文本格式）提供。

    （2）可执行测试套

    可执行测试套是整个测试系统中的核心，所有的控制信息都由它发出。在本测试系统中，它由NAS层、RRC层和适配层3个部分组成。其中，NAS和RRC都是使用TTCN来实现的，因实现的是构造测试例部分而非NAS及RRC的全部功能，因此大大降低了实现的难度。适配层主要完成TTCN数据和C数据的相互转换，使TTCN实现的NAS和RRC可以和系统模拟器实现正常通信。NAS和RRC之间通过PCO-Dc进行交互。RRC通过在PCO-CRLC、PCO-CMAC和PCO-CPHY上发送控制原语来实现对低层协议栈各层的配置，并通过PCO-AM、PCO-TM和PCO-UM实现和无线链路控制（RLC）层的通信，用于传递空口信令和业务测试数据。为了建立和管理RRC连接，在PCO-AM、UM和TM上的测试例和RLC层之间的信息交换依靠RLC层的模式。在NAS连接情况下，基于PCO-Dc的测试例和RRC层之间的信息被交换。ETS利用PCO-Ut实现与上测试器的通信。

    （3）下测试器

    下测试器就是一个系统模拟器，实现了TD-SCDMA空中接口的第一、二层协议栈，同时具备射频功能。它由RLC、MAC、PHY实体组成。其中，RLC实体主要的功能包括数据传输，数据的纠错和重传，加密和解密以及暂停/继续功能等；MAC实体主要进行数据的传输，传输格式和传输格式组合的选择，MAC头的添加以及加密/解密功能；PHY实体主要完成传输信道的FEC编/解码，向上层提供测量及指示，传输信道的错误检测，传输信道的复用，编码复合传输信道的解复用，速率匹配，编码复合传输信道到物理信道的映射，物理信道的调制/扩频与解调/解扩，频率和时间的同步，闭环功率控制等。

    3.2.2终端侧

    终端侧主要包括EMMI和IUT两个部分。EMMI与上测试器相连为了远程配置和控制IUT。这时，EMMI与网络侧测试系统中的上测试器之间通过AT命令或其他格式命令如MMI等交互，满足某些测试项要求的对终端自动开关机等需求，从而实现自动化测试。

    4、结语

    本文提出了基于TTCN方式的TD-SCDMA终端RRM一致性测试平台的设计和实现方法，其内容同时也对协议一致性测试仪表的开发有一定的借鉴作用。

    目前基于本文设计方案的样机已进入联调状态，即将完成对终端RRM一致性测试中小区重选测试项的验证，随着该样机的进一步研发以及相应测试例的持续编写，必将对TD-SCDMA终端测试的发展做出较大的贡献。

    参考文献

    1张平.Beyond3G移动通信系统关键技术.北京邮电大学学报，2002，25(3)：1～6

    2ITU-T　RecommendationX.291.OSIconformancetesting methodology and framework for protocol recommendations for ITU-T applications-abstract test suite specification，1995

    3ITU-TRecommendationX.292.OSIconformance testing methodology and framework for protocol recommendations　for ITU-T applications-the tree and tabular combined notation TTCN)，1998

    4李小文等.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现.北京：人民邮电出版社，2003

    5ISO/IEC9646-3.Informationtechnology-opensystems interconnection-conformance testing methodology and framework-part 3：the tree and tabular combined notation(TTCN)，1997

    6ETSIES201873-1.Methods for testing and specification；the testing and test control notation version3；part1：TTCN-3 core language，2005

    73GPPTS34.122-550.Terminalconformance specification，radio transmission and reception(TDD)，2006

    8ITU-TRecommendationX.293.OSIconformance testing methodology and framework for protocol recommendations　for ITU-T applications-test realization，1995

    9彭木根，王文博.TD-SCDMA移动通信系统.北京：机械工业出版社，2005