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寬帶蜂窩數據業(yè)務(wù)市場(chǎng)正在迅速變化。僅僅在幾年前，UMTS技術(shù)仍處在早期部署階段，能夠利用提高帶寬的業(yè)務(wù)少之又少，而能夠支持這些業(yè)務(wù)的手機數量就更少�，F在，UMTS終于慢慢成為主流技術(shù)，相應的中等價(jià)位的手機已經(jīng)上市，因此可以獲得更多的終端用戶(hù)。 由于這一市場(chǎng)的發(fā)展，運營(yíng)商和制造商正在尋求各種方式，首先滿(mǎn)足數量不斷提高的潛在3G用戶(hù)需求，其次是改善用戶(hù)在這些寬帶業(yè)務(wù)中的感受。在技術(shù)方面，這需要改善3G網(wǎng)絡(luò )容量，支持的峰值速率必需超過(guò)Rel.99 UMTS支持的384kbps，在理想情況下還應使用3G頻譜。 第三代合作項目(3GPP)在早期階段已經(jīng)認識到這種需求，其任務(wù)是制訂基于WCDMA的3G標準。在2000年，它作為3GPP Rel-4標準化活動(dòng)的一部分進(jìn)行可行性研究，其目標是確定可望改進(jìn)容量及可以實(shí)現峰值數據速率的技術(shù)，特別是在下行方向。這一努力使得作為3GPP Rel-5的一部分的一系列增強規范得到批準，這些規范統稱(chēng)為HSDPA(高速下行分組接入)。 由于互動(dòng)業(yè)務(wù)的數量不斷提高，這些業(yè)務(wù)由最終用戶(hù)生成內容而不是使用內容(例如博客和播客等業(yè)務(wù))，人們需要改善上行使用容量。3GPP Rel-6中的“FDD增強上行”功能滿(mǎn)足了這種要求，這就是我們通常所說(shuō)的HSUPA (高速上行分組接入)。 HSDPA和HSUPA都在3G無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(即UTRAN專(zhuān)用NSA能提高3G測試效率" target=_blank＞UTRAN)中引入了新功能，必須使用相應的軟件升級Node-B和RNC。與蜂窩網(wǎng)絡(luò )中的任何其它技術(shù)進(jìn)步一樣，在部署之前必須全面測試這些增強功能，包括功能級和性能級。本文的目的是介紹UTRAN增強功能，演示在開(kāi)發(fā)/部署這些新技術(shù)時(shí)存在哪類(lèi)測試要求。 HSDPA及其功能測試 1．HSDPA介紹 HSDPA設計用于在一個(gè)小區中支持14.4 Mbps的峰值數據速率。UTRAN的主要增強功能是引入了一條新的傳輸信道，稱(chēng)為高速共享數據信道(HS-DSCH，參見(jiàn)表1)，外加上行和下行使用的兩條控制信道。顧名思義，HS-DSCH是多個(gè)用戶(hù)可以同時(shí)使用的一條共享信道，專(zhuān)門(mén)滿(mǎn)足了具有突發(fā)業(yè)務(wù)特點(diǎn)的應用需求。 這條新傳輸信道的引入影響著(zhù)多個(gè)協(xié)議層，最明顯的變化在物理層和MAC層。下面的特點(diǎn)實(shí)現了HSDPA的高吞吐量功能： 1． HSDPA引入了一種自適應調制和編碼(AMC)方案，根據終端和Node-B提供的信道條件相關(guān)信息選擇調制方法和編碼速率。在下行方向，HSDPA支持16QAM作為良好信道條件下傳輸數據的高階調制方法，同時(shí)支持用于WCDMA中的QPSK。 2． HSDPA采用混合自動(dòng)重復請求(HARQ)協(xié)議處理重傳，保證無(wú)差錯數據傳輸。HARQ是稱(chēng)為MAC-hs的新型MAC實(shí)體的關(guān)鍵要素，同時(shí)位于Node-B和用戶(hù)設備中(UE)，參見(jiàn)圖1。 3． 快速分組調度算法作為Node-B功能的一部分實(shí)現，它把HS-DSCH資源(如時(shí)隙和代碼)分配給不同的用戶(hù)。 從上面可以看出，以前為RLC協(xié)議層及服務(wù)RNC(SRNC)預留的部分功能已經(jīng)下移到MAC協(xié)議層及Node-B中。時(shí)間很關(guān)鍵的功能(如HARQ處理和分組調度)接近無(wú)線(xiàn)接口至關(guān)重要，因為HSDPA指定的傳輸時(shí)間間隔(TTI)僅2ms，是Rel. 99 WCDMA指定的最小TTI的1/5。換言之，重傳及調制方法和編碼速率變化等可能會(huì )每隔2ms發(fā)生一次。這么低的TTI明顯允許Node-B更快地對變化的信道條件作出反應，因此HSDPA為高吞吐量應用提供了更好的性能。 表1：HSDPA專(zhuān)用傳輸信道和物理信道 HSDPA標準比HS-DSCH更進(jìn)一步，新增了下面兩條傳輸信道和物理層信道： 1． 高速共享控制信道(HS-SCCH)是一條下行信道，用來(lái)提供與HS-PDSCH有關(guān)的控制信息。它包括下一個(gè)HSDPA子幀指向的移動(dòng)終端標識、信息代碼集信息，以及解碼HS-DSCH子幀使用的調制方案等信息。 2． 高速專(zhuān)用物理控制信道(HS-DPCCH)是一條上行控制信道，用來(lái)傳送信道質(zhì)量信息(由CQI信道質(zhì)量指示位攜帶)及與Node-B中HARQ操作有關(guān)的ACK/NACK消息。 2．MAC協(xié)議增強功能 HSDPA不僅引入了新的傳輸信道和物理層信道，還對包括MAC層的高層協(xié)議產(chǎn)生影響。圖1顯示了HSDPA的第一層/第二層協(xié)議結構。 不同類(lèi)型的MAC實(shí)體用來(lái)識別不同類(lèi)別的傳輸信道。3GPP Rel. 99中區分專(zhuān)用傳輸信道和共用傳輸信道，因此MAC層包含一個(gè)MAC-d實(shí)體和一個(gè)MAC-c實(shí)體。HSDPA的引入需要定義一個(gè)新的實(shí)體，稱(chēng)為MAC-hs。在Rel. 99規范中，MAC層在RNC中實(shí)現，相比之下MAC-hs則用于Node-B中，考慮了標準高性能實(shí)現方式的要求。 Node-B MAC-hs負責處理與HS-DSCH有關(guān)的第二層功能，包括下述功能： 1． 處理HARQ協(xié)議，包括生成ACK和NACK消息。 2． 重新排列失序的子幀順序。注意，這實(shí)際上是RLC協(xié)議的功能，但這個(gè)協(xié)議層沒(méi)有在HS-DSCH的Node-B中實(shí)現。因此，MAC-hs必須接管RLC的部分關(guān)鍵任務(wù)。由于HARQ的重傳處理，子幀到達時(shí)可能會(huì )失序。 3． 復用多個(gè)MAC-d流到一個(gè)MAC-hs流和從一個(gè)MAC-hs流解復用多條MAC-d流。 4． 下行分組調度。 3．控制面協(xié)議 HSDPA的引入還要求增加和修改UTRAN內部使用的控制面協(xié)議，特別是下面的協(xié)議： 1． 無(wú)線(xiàn)資源控制(RRC)協(xié)議，負責一系列UTRAN專(zhuān)用功能，包括(信令)無(wú)線(xiàn)承載(Radio Bearer)管理。 2． Node-B應用部分(NBAP)協(xié)議，它在Iub接口(即Node-B和RNC之間的接口)上實(shí)現，NBAP使得RNC能夠管理Node-B上的資源。HS-DSCH構成了一種額外的Node-B資源類(lèi)型，也需要使用NBAP協(xié)議進(jìn)行管理。 3． 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )子系統應用部分(RNSAP)在兩個(gè)RNC之間的Iur接口上實(shí)現，也受到HSDPA影響，因為在這種情況下，Node B中的HSDPA相關(guān)資源由不同于Node B主控RNC的服務(wù)RNC管理。 4．用戶(hù)面協(xié)議 用來(lái)在UTRAN內部傳送HS-DSCH傳輸塊的相關(guān)用戶(hù)面協(xié)議是HS-DSCH幀協(xié)議(HS-DSCH FP)，如圖1所示。顧名思義，幀協(xié)議一般負責把傳輸塊(從MAC層傳送到物理層的數據的基本單位)集合“打包”成可以通過(guò)UTRAN傳輸網(wǎng)絡(luò )(在Rel. 99 UMTS中是基于A(yíng)TM的)傳送的格式。幀協(xié)議支持的其它功能包括節點(diǎn)和傳輸信道同步。 圖1 一個(gè)重要的HS-DSCH FP功能與需要控制HS-DSCH中從RNC發(fā)送到Node-B的MAC-d協(xié)議數據單元(PDU)有關(guān)。由于Node-B緩沖器有限，因此必需采用某種流量控制形式，這可以用RNC和Node-B之間交換的專(zhuān)用HS-DSCH FP消息實(shí)現。RNC把容量請求消息發(fā)送到Node-B，表明數據準備傳輸。根據Node-B內部當前緩沖器狀態(tài)，這個(gè)網(wǎng)元(network element)通過(guò)容量分配消息，表明在一定時(shí)間周期內允許RNC傳輸多少個(gè)(如果有的話(huà)) MAC-d協(xié)議數據單元。 5．HSDPA測試 如前所述，在標準發(fā)布部及署前，需要在UTRAN內部全面測試網(wǎng)元。檢驗正確實(shí)現用戶(hù)面和控制面程序只是需要解決的測試問(wèn)題的一部分。由于在Node-B和RNC之間以很高的吞吐量交換用戶(hù)數據，因此還需要對Node-B和RNC執行性能測試。換句話(huà)說(shuō)，需要解決的問(wèn)題之一是使用的容量分配算法，特別是在Node-B中是否能夠正確處理從RNC發(fā)來(lái)的以最高吞吐量到達的用戶(hù)數據，即達到理論最大值14.4Mbps。 圖2顯示了一個(gè)典型的功能測試案例。 圖2：HSDPA測試方案 在這案例中，協(xié)議測試儀模擬RNC，即根據測試工程師開(kāi)發(fā)的測試方案面向Node-B生成相應的消息。測試儀自動(dòng)仿真不屬于測試用例、但要求使用的所有底層協(xié)議層。該特定案例還仿真核心網(wǎng)，如SGSN、GGSN和HLR。通過(guò)這種方式，可以檢驗通過(guò)Iub接口正確實(shí)現控制面程序。 在本案例中，Node-B是被測設備(DUT)。其它測試可能要求測試RNC，而協(xié)議測試儀則模擬Node-B和UE。 在另一個(gè)測試案例中，目標是檢驗Node-B的內存管理，測試其實(shí)現方案是否能夠處理來(lái)自一部或多部終端的高吞吐量用戶(hù)業(yè)務(wù)。在這種情況下，需要模擬的協(xié)議是HS-DSCH FP；由協(xié)議測試儀仿真設置要求的無(wú)線(xiàn)承載(即RRC和NBAP)所需的其它協(xié)議。如圖2所示，實(shí)際業(yè)務(wù)由外部FTP服務(wù)器模擬器提供，例如這個(gè)模擬器可以通過(guò)以太網(wǎng)連接到協(xié)議測試儀。在這該案例中，測試用例可以由速率逐漸提高(最高達14.4 Mbps)的用戶(hù)面業(yè)務(wù)組成，以確定在任何時(shí)間點(diǎn)上Node-B中是否會(huì )發(fā)生緩沖器溢出。另一個(gè)測試用例則模擬到多個(gè)UE的業(yè)務(wù)，以檢驗Node-B的資源分配功能。 HSUPA及其功能測試 1．HSUPA介紹 HSUPA的目標是在上行方向改善容量和數據吞吐量，降低專(zhuān)用信道中的延遲。3GPP規范提供的主要增強功能是定義了一條新的傳輸信道，稱(chēng)為增強專(zhuān)用信道(E-DCH)�？梢詫�(shí)現的最大理論上行數據速率是5.6 Mbps。與HSDPA一樣，E-DCH同時(shí)依賴(lài)PHY層和MAC層實(shí)現的改進(jìn)。但是，其中一個(gè)區別在于HSUPA沒(méi)有引入新的調制方案，而是使用為WCDMA指定的現有調制方案QPSK。因此，HSUPA也沒(méi)有實(shí)現AMC。表2比較了HSDPA和HSUPA之間的明顯類(lèi)似之處和區別。 表2：HSDPA和HSUPA特點(diǎn)比較 2．物理信道 在物理層，E-DCH定義引入了五條新的物理層信道(參見(jiàn)圖3和表3)。 圖3 表3：E-DCH傳輸信道和物理信道定義 E-HICH的功能與HSDPA的HS-DPCCH類(lèi)似，即用來(lái)提供HARQ反饋信息(ACK/NACK)。但是，它不包含CQI信息，因為HSUPA不支持自適應調制和編碼。 與HSDPA一樣，Node-B包含一個(gè)用于HSUPA的上行調度器。但是，調度操作的目標與HSDPA完全不同：HSDPA的目標是為多個(gè)用戶(hù)分配HS-DSCH資源(時(shí)隙和代碼)，而上行調度器的目標是為各個(gè)E-DCH用戶(hù)分配所需要的盡可能多的容量(發(fā)送功率)，以保證Node-B不會(huì )發(fā)生“功率過(guò)載”。 很明顯，由于WCDMA固有的擴頻操作，UE的發(fā)送功率與其發(fā)送信息的數據速率直接相關(guān)。即高位速率傳輸要求低擴頻系數來(lái)填充WCDMA的5 MHz帶寬，因此發(fā)送功率要高于要求高擴頻系數的低位速率應用。此外，同時(shí)發(fā)送信息的UE越多，其導致的相互干擾越多。Node-B只能容忍最大數量的干擾，一旦超過(guò)最大值，它就不再能解碼各個(gè)UE的傳輸信息。由于E-DCH是一條專(zhuān)用信道，因此極有可能多個(gè)UE同時(shí)傳輸信息，因此在Node-B上導致干擾。所以，Node-B必須調節E-DCH中發(fā)送信號的各個(gè)UE的功率電平，以避免達到這個(gè)“功率天花板”。所以，這種發(fā)送功率調節相當于為使用E-DCH發(fā)送信號的每個(gè)UE“調度”上行容量。換句話(huà)說(shuō)，上行調度無(wú)非是一種非�？斓墓β士刂茩C制。 兩條物理調度信道E-RGCH和E-AGCH告訴UE怎樣調節發(fā)送功率電平。在E-RGCH中，它告訴UE把發(fā)送功率電平提高或降低一步，也可以使當前發(fā)送功率電平保持不變。在E-AGCH中，Node-B提供UE應發(fā)送的E-DCH功率電平絕對值。 3．MAC協(xié)議增強功能 除引入新的物理信道外，E-DCH還為UE引入了新的MAC實(shí)體：Node-B和SRNC。這些MAC實(shí)體稱(chēng)為MAC-e和MAC-es (見(jiàn)圖4)，映射到網(wǎng)元上。 圖4：E-DCH協(xié)議結構(資料來(lái)源: 3GPP TS 25.309) 具體如下： 1． MAC-e同時(shí)在UE和Node-B中實(shí)現。其主要功能涉及處理HARQ重傳和調度。這是一個(gè)低級MAC層，與物理層非常近。 2． MAC-es實(shí)體在UE和SRNC中實(shí)現。在UE中，它在一定程度上負責把多條MAC-d流量復用到同一條MAC-es流上。在SRNC中，這個(gè)實(shí)體負責順序傳送MAC-es PDU，解復用MAC-d流，并根據QoS特點(diǎn)把這些流分配到各個(gè)隊列中。這些MAC-d流可能在Iu-PS接口上與具有不同QoS規范(如流類(lèi)業(yè)務(wù)和后臺類(lèi)業(yè)務(wù))的各個(gè)PDP關(guān)聯(lián)域(context)對應。 與HS-DSCH不同，E-DCH支持軟切換(soft handover)。這說(shuō)明了為什么E-DCH的MAC層在Node-B和SRNC之間劃分，Node-B負責HARQ處理和調度等實(shí)時(shí)功能，位于SRNC中的相關(guān)MAC-es實(shí)體則負責順序傳送MAC-es幀，這些幀可能來(lái)自目前為UE服務(wù)的不同Node-B。 E-DCH與HS-DSCH還有一個(gè)大的差異，是E-DCH可以同時(shí)支持2ms和10ms的TTI (HS-DSCH要求2ms的TTI)。具體要求哪個(gè)TTI取決于UE類(lèi)別。 4．HSUPA測試案例 圖5顯示了可能的HSUPA測試案例。 圖5：HSUPA測試方案 在該案例中，DUT是RNC。測試的目標是檢驗MAC-es層正確解復用來(lái)自MAC-es流的各條MAC-d流，把各個(gè)MAC-d PDU重新排列到各個(gè)重新排序隊列中。測試的進(jìn)一步目標是檢驗根據各條MAC-d流的QoS要求實(shí)現重新排序。在一個(gè)測試用例中，只能模擬一個(gè)UE，檢驗在RNC中正確實(shí)現了基本MAC-es功能。在另一個(gè)測試用例中，可以模擬多個(gè)UE，檢驗RNC中的MAC-es層能夠正確區分所有UE。 在這個(gè)測試配置中，協(xié)議測試儀一方面作為UE和Node-B模擬器。它根據測試工程師的測試用例定義測試用戶(hù)面業(yè)務(wù)，在UE和RNC之間建立一條MAC-es流之前，仿真要求的所有必需的信令協(xié)議。生成的業(yè)務(wù)可以把視頻文件傳輸與發(fā)送大型附件的電子郵件對應起來(lái)(這取決于具體測試用例)。 在RNC的另一側，協(xié)議測試儀可以實(shí)現核心網(wǎng)仿真，以保證建立要求的PDP關(guān)聯(lián)域。此外，需要在協(xié)議測試儀上解碼和查看通過(guò)Iu-PS接口傳送的用戶(hù)面業(yè)務(wù)。由于還可以在協(xié)議測試儀上查看MAC-d流量上的用戶(hù)業(yè)務(wù)分配情況，所以可以實(shí)現MAC-d流量和PDP關(guān)聯(lián)域映射。值得注意的是，可以通過(guò)一臺測試設備實(shí)現UE/Node-B模擬器和CN仿真/Iu-PS監測儀。圖5顯示了兩臺不同的設備，以幫助您了解協(xié)議測試儀的工作方式。 本文總結 HSDPA和HSUPA這樣的新移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )功能的引入，給測試相關(guān)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)產(chǎn)品提出了嚴格的要求。然而，功能測試并不只是測試實(shí)現方案、查看其是否符合標準、檢查標準化接口之間的控制面程序和用戶(hù)面程序，在很大程度上還要求功能測試，檢查網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)內部算法(如與緩沖器管理、排隊等有關(guān)的算法)是否實(shí)現預計功能。這些算法和相關(guān)軟硬件不僅應該能夠在正常條件下運行(用戶(hù)業(yè)務(wù)以平均數據速率運行)，它們還應能夠處理最大指定吞吐量的用戶(hù)業(yè)務(wù)。滿(mǎn)足這些要求的測試平臺保證了制造商可以構建面向未來(lái)的解決方案，同時(shí)保證運營(yíng)商成功地使用這些解決方案。 |
