载波聚合过程中的辅小区激活与去激活

茹庆喆，钱学荣（南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京 210003）

载波聚合过程中的辅小区激活与去激活

茹庆喆，钱学荣
（南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京 210003）

主要研究了辅小区激活与去激活的条件和过程，针对UE业务量大小对辅小区激活与去激活过程的影响设计了相应的自动化测试方案和测试用例，并对测试用例的执行结果进行了分析。

载波聚合；辅小区；激活；去激活

0 引言

随着4G牌照的下发，LTE系统大规模部署，LTEAdvanced系统也逐渐开始进入商用阶段。LTE-Advanced系统是LTE系统的演进系统，为了提高系统的整体性能，LTE-Advanced系统引入了包括载波聚合技术在内的多种新的关键技术。通过使用载波聚合技术可以将多个连续或离散的LTE系统载波扩展成一个能够满足LTEAdvanced系统需求的载波。近年来，载波聚合技术得到了快速发展，聚合的载波数量和类型也在不断变化。韩国SK电信于2013年首次将载波聚合技术用于商用，并于2014年成功演示了三载波聚合［1］，中国电信也于2014年9月成功演示了FDD系统与TDD系统间的载波聚合。无线频谱资源的稀缺使得载波聚合技术成为运营商面向未来的必然选择。

载波聚合过程中，用户设备（User Equipment，UE）可以通过多个小区发送和接收数据，其中包含一个或多个辅小区。辅小区主要负责为数据传输提供额外的无线资源，它们可以处于激活或去激活状态［2］。演进型Node B（Evolved Node B，ENodeB）可以根据实际情况使辅小区处于激活或去激活状态从而有效利用系统的无线资源，同时也可以在一定程度上减少该UE的功耗。

本文主要对辅小区激活与去激活的条件和过程进行研究，针对UE业务量大小对辅小区激活与去激活过程的影响设计相应的自动化测试方案与测试用例，并对测试用例的执行结果进行分析。

1 辅小区激活与去激活

1.1 辅小区激活与去激活

载波聚合是UE级的概念。对同一个eNodeB下的不同UE来说，它们的辅小区集合可能是不同的。辅小区可以处于激活或去激活状态，且辅小区之间的状态相互独立。处于激活状态的辅小区参与数据传输，UE会通过该辅小区收发数据，但由于PUCCH资源较少，所有来自辅小区的下行反馈，包括下行HARQ反馈都只能通过主小区的PUCCH来传输［3］。处于去激活状态的辅小区不参与数据传输，UE只对其进行必要的简单测量［4］。

当ENodeB为UE添加辅小区时，该辅小区默认处于去激活状态。随后，ENodeB可以根据实际情况对辅小区的状态进行管理从而使系统的无线资源能够得到更有效的利用，提高系统的吞吐量。例如，ENodeB可以暂时使UE的某个辅小区处于去激活状态，减少无线资源的消耗，并且能够在UE需要时迅速将该辅小区恢复到激活状态从而提高数据传输速率。当辅小区处于激活状态时会消耗UE更多的电量［5］，因此，适当地使辅小区处于去激活状态也可以在一定程度上节约UE的功耗，有利于延长UE的使用时间［6］。

辅小区的激活过程基于MAC控制消息，去激活过程可以基于MAC控制消息，也可以基于去激活定时器［6］。

当UE在序号为n的子帧收到激活命令时，对应的操作将在序号为n+8的子帧启动。当UE在序号为n的子帧收到去激活命令或某个 SCell的去激活定时器超时，除了某些测试上报操作外，其他操作必须在序号为n+8的子帧前完成［7］。

1.2 MAC控制消息机制

基于MAC控制消息的辅小区激活与去激活过程是由ENodeB控制的。ENodeB通常会根据辅小区的无线信道质量和UE的业务量来管理辅小区的状态。例如，当某个辅小区的无线信道质量较好且UE的业务量较大时，ENodeB会通过MAC控制消息来使该辅小区处于激活状态，提高数据传输速率，而当辅小区的无线信道质量较差或UE业务量较小时，ENodeB会通过MAC控制消息来使该辅小区处于去激活状态，节约系统无线资源。

用于辅小区激活与去激活的MAC控制消息的长度固定为8 bit，如图1所示，其中包含7个C域和1个R域。在辅小区的配置过程中，系统会为不同辅小区分配相应的索引值［8］，MAC控制消息中的C域用来表示对应辅小区的激活或去激活状态，例如，当C1的值设置为1时，表示索引值为1的辅小区被激活；当C2的值设置为1时；表示索引值为2的辅小区被激活；而当C1的值设置为0时，表示索引值为1的辅小区被去激活［6，9］。MAC控制消息中的R域用作保留位，其值通常设置为0。

当UE收到ENodeB发来的相关MAC控制消息后需要向ENodeB发送对应的确认消息。

1.3 去激活定时器机制

基于去激活定时器的辅小区去激活过程是由UE主动执行的。在辅小区的配置过程中，系统会通过RRC重配置消息将去激活定时器的值告知UE。UE的每个辅小区都对应有一个独立的去激活定时器，且对于特定的UE来说，其所有辅小区对应的去激活定时器的值都是相同的［6］。

如果在去激活定时器指定的时间段内，UE在某个辅小区上没有收到物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）消息或业务数据，则主动将对应的辅小区去激活，这也是UE主动将某个辅小区去激活的唯一方式。但是如果某个UE的去激活定时器的值被配置成“infinity”，则表示不允许该UE主动将某个辅小区去激活，在这种情况下，辅小区的去激活过程只能通过MAC控制消息来触发。

2 自动化测试方案的设计

2.1 测试目的

本次测试的目的是检查当辅小区的无线信道质量较好时，ENodeB是否能够根据UE的业务量通过MAC控制消息来动态地激活与去激活UE的辅小区。

2.2 测试方案设计

当ENodeB收到UE对相关MAC控制消息的确认时，会在运行日志文件中记录相关信息。为了能够自动检查相关辅小区的激活与去激活过程是否发生，本次测试采用了分析ENodeB运行日志文件的方式，通过匹配日志文件中的关键字段来判断相关过程是否发生。相关测试流程如图2所示。

图2 自动化测试流程

整个测试流程如下：

（1）调整辅小区的无线信道质量，使其处于相对较好的情况；

（2）使UE接入到网络中，设置状态变量的值为0；

（3）发送速率相对较小的数据，并同时收集该阶段ENodeB的运行日志；

（4）对收集到的日志文件进行关键字匹配，判断是否发生了辅小区激活过程，若没有发生，说明辅小区仍处于去激活状态，否则设置状态变量的值为1并跳转到步骤（9）；

（5）发送速率相对较大的数据，并同时收集该阶段ENodeB的运行日志；

（6）对收集到的日志文件进行关键字匹配，判断是否发生了辅小区激活过程，若发生了该过程，说明辅小区处于激活状态，否则设置状态变量的值为1并跳转到步骤（9）；

图1 用于激活/去激活的MAC控制消息

（7）发送速率相对较小的数据，并同时收集该阶段ENodeB的运行日志；

（8）对收集到的日志文件进行关键字匹配，判断是否发生了辅小区去激活过程，若发生了该过程，说明辅小区处于去激活状态，否则设置状态变量的值为1；

（9）使UE离开网络；

（10）根据状态变量的值判断测试结果，若状态变量的值为0，则测试用例执行结果为PASS，说明ENodeB能够根据UE的业务量来激活或去激活UE的辅小区；若状态变量的值为1，则测试用例执行结果为FAIL，说明ENodeB在根据UE的业务量来激活或去激活UE的辅小区方面存在问题。

3 测试用例的实现与结果分析

3.1 测试用例的实现

本次测试使用的自动化测试工具是EasyTest，它是阿尔卡特朗讯开发的一款自动化测试用例开发与执行环境。

测试前，通过修改eNodeB的配置文件确保UE的去激活定时器的值为“infinity”。在测试过程中，利用安全外壳（Secure Shell，SSH）协议远程登录到相关的应用服务器，并调用发包工具来发送数据包，通过改变发送的数据量来创造辅小区激活与去激活条件。在发送数据的同时，需要同步收集该阶段ENodeB的相关运行日志，并通过匹配关键字段来判断基于MAC控制消息的辅小区激活与去激活过程是否发生。最后，根据状态变量的值判断测试用例的最终执行结果。

具体表示辅小区激活与去激活过程的字段通常依赖于ENodeB软件的具体实现。在本次测试过程中，表示激活过程发生的关键字段设定为“UECaState3”，表示去激活过程发生的关键字段设定为“UECaState1”。

3.2 测试用例执行结果分析

测试用例成功实现后，需要在测试环境中执行。在测试用例执行过程中，通过观察UE监控软件，可以帮助确认辅小区激活或去激活过程是否与用例中的设计保持一致。

从图3可以看出，当UE业务量较小时，辅小区没有参与数据传输，此时辅小区处于去激活状态。

图3 业务量较小时UE各小区的数据传输速率

从图4可以看出，当UE业务量变大时，辅小区开始参与数据传输，此时辅小区处于激活状态。

图4 业务量较大时UE各小区的数据传输速率

从图5可以看出，当UE业务量再次变小时，辅小区不再参与数据传输，此时辅小区又回到去激活状态。

图5 业务量较小时UE各小区的数据传输速率

针对同一个软件版本，自动化测试用例的执行结果应与手动测试用例的执行结果保持一致。在自动化测试用例真正用于测试之前，应在相关软件版本上执行若干次，使用的软件版本最好能够覆盖功能正常和存在软件缺陷的版本，并对比手动测试结果，确保该自动化测试用例的实现正确有效。

图6显示的是在功能正常的软件版本上执行该测试用例20次所得到的统计结果，其中19次执行成功，1次执行失败。经分析，测试用例执行失败的原因为网络中防火墙的相关设置导致调用发包工具发送数据包的命令没能正确传输给相应的应用服务器，从而无法触发辅小区的激活与去激活过程。

图6 测试用例执行结果统计图

4 结论

在载波聚合过程中，ENodeB可以灵活地根据实际情况使辅小区处于激活或去激活状态，这不仅可以使系统的无线资源得到更有效的利用，还可以在一定程度上节约UE的功耗。本文在研究辅小区激活与去激活的条件和过程的基础上，针对UE业务量大小对辅小区激活与去激活的影响进行了自动化测试方案和用例的设计，并通过执行测试用例验证了测试用例的实现是成功的。

［1］朱红梅.载波聚合：保障LTE-A速率的有力武器［J］.通信世界，2015（5）：36.

［2］SESIA S，TOUFIK I，BAKER M.LTE/LTE-Advanced——UMTS长期演进理论与实践［M］.马霓，夏斌，译.北京：人民邮电出版社，2012.

［3］李小文，冯友波，孙鹏.TD-LTE-Advanced系统 PUCCH下行 HARQ反馈方法研究［J］.电子技术应用，2015，41 （5）：98-100.

［4］3GPP.Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）medium access control（MAC）protocol specification（TS 36. 321.V12.2.1）［S］.2014.

［5］苏蕾，江巧捷.载波聚合技术在LTE-Advanced中应用［J］.信息通信，2014（11）：199-200.

［6］3GPP.Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）and evolved universal terrestrial radio access network（EUTRAN）overall description（TS 36.300.V12.2.0）［S］.2014.

［7］3GPP.Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）Physical layer procedures（TS 36.213.V12.2.0）［S］.2014.

［8］李翔.LTE载波聚合关键技术和测试 ［J］.电信网技术，2014（1）：9-13.

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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

茹庆喆，钱学荣.载波聚合过程中的辅小区激活与去激活［J］.微型机与应用，2015，34（20）：57-60.

2015-07-20）

茹庆喆（1990-），男，硕士研究生，主要研究方向：无线数据与移动计算。

钱学荣（1956-），男，硕士生导师，教授，主要研究方向：通信与信号处理，信源与信道编码，宽带移动通信与移动计算网络技术。