移動終端RRM一致性測試中的隨機接入測試研究

張 昊，黃秋欽

(深圳信息通信研究院，廣東 深圳 518000)

0 引言

3GPP規范中規定的移動終端無線資源管理一致性測試對移動終端質量的改善和提升有著巨大的促進作用。在無線資源管理(Radio Resource Management, RRM)一致性測試中，隨機接入是最為基礎的一部分，目的是保證移動終端和網絡的同步性，解決兩者間的沖突，同時實現上行通信資源的分配。終端的隨機接入性能也是影響網絡和終端連接過程和連接時間的關鍵因素，當終端進行正確的隨機接入過程，和通信網絡建立連接，才可保證其正常的通信[1]。本文介紹了移動終端RRM一致性測試和隨機接入測試，并分析其測試指標參數，再針對隨機接入測試用例以及對測試過程中常見問題進行詳細分析。

1 RRM一致性測試

RRM是無線網絡和終端的關鍵功能，主要指對通信系統中的無線資源進行規劃及管理。RRM一致性測試主要關注的是終端在RRM性能方面的能力是否與3GPP標準中定義的一致。LTE終端RRM的標準為3GPP TS 36.521-3，5G終端RRM的標準為3GPP TS 38.533，移動終端RRM性能測試主要包括六大類，具體如下。

(1)E-UTRAN RRC_IDLE State Mobility，驗證移動終端處于IDLE狀態下其重選的能力；

(2)E-UTRAN RRC_CONNECTED State Mobility，驗證移動終端處于Connected狀態下其切換的能力；

(3)RRC Connection Mobility Control，RRC連接移動性控制；

(4)Timing and Signalling Characteristics，定時及信令特性；

(5)UE Measurements Procedures終端測量過程；

(6)Measurement Performance Requirements，移動終端上報各種功率精度的測試。

其中LTE的RRC僅有RRC_IDLE和RRC_CONNECTED兩種狀態，而5G NR RRC支持3種狀態，RRC_IDLE、RRC_INACTIVE、RRC_CONNECTED，5G 應用場景之一eMTC(大規模機器類通信)，即面向萬物互聯，要求大量連接終端設備具有低功耗、快速接入、低時延且信令開銷小等特征，基于這些要求5G引入了RRC INACTIVE狀態。

2 隨機接入測試

移動終端隨機接入有兩種形式：(1)基于競爭的隨機接入；(2)基于非競爭的隨機接入。下面重點分析基于競爭的隨機接入技術。

競爭隨機接入是指接入資源由UE自行隨機獲取，會出現不同的UE可能選擇到相同的隨機接入資源。LTE終端分析競爭隨機接入過程如圖1所示，基于競爭的隨機接入過程有4步信息交互[2]。

圖1 基于競爭的隨機接入流程

(1)在PRACH上，UE給eNB發送其隨機選擇的一個前導碼。

(2)eNB檢測到有前導序列后，在DL-SCH上給UE發送隨機接入響應。

(3)UE根據eNB的指示，在分配的上行資源上發送上行消息。

(4)eNB接收UE的上行消息，并向接入成功的UE返回競爭解決消息。

3 隨機接入測試用例及其常見問題分析

隨機接入測試是驗證UE在隨機過程中的行為是否符合在AWGN信道條件下的規范要求，以及PRACH的功率和時間是否在協議規定范圍內。

3.1 隨機接入測試用例分析

本節分析E-UTRAN TDD/FDD的競爭隨機接入，LTE終端競爭隨機接入通常共包含6個子測試，其中涉及功率和時延指標的有2個子測試：UE是否接收到RAR消息；UE接收到的RAR是錯誤的。在該測試過程中，6個子測試都要遍歷完成，若其中任一個或多個子測試fail，則判定該測試例fail。

隨機接入測試中主要判定依據在于UE發送的前導碼的功率和時延，以下詳細分析這兩個測試指標。

3.1.1 前導碼功率和限值要求分析

3GPP TS 36.521-3中規定：第一個前導碼功率為-22 dBm，對應精度值：常溫環境± 10.5 dB，極限環境± 13.5 dB；其余4個preamble相對功率門限如表1所示，前導碼功率的不確定度為：常溫環境± 9.0 dB + TT，極限環境± 12.0 dB + TT，其中TT為測試系統總的不確定度 = ± 1.5 dB[3]。

表1 相對功率門限

前導碼功率計算公式為：

PPRACH = min{PCMAX|PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL}(dBm)，其中PCMAX是UE配置的最大發射功率為23dBm，PL是UE估計的下行路損，PCMAX遠大于路損。因此PPRACH =PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL(dBm)。

PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER與3GPP TS 36.523-3中規定的RACH以及PRACH配置參數相關，且TDD和FDD的配置有所區別。具體算出TDD和FDD對應的值分別為：

TDD:PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=-112 dBm；

FDD:PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=-120 dBm。

另外，PL = reference Signal Power-higher layer filtered RSRP，其中reference Signal Power和RSRP均有由高層配置獲得的，依據3GPP36.523-3中規定TDD和FDD的reference Signal Power為-5 dBm，RSRP也均為-95 dBm。可計算出：

TDD: PPRACH =-22 dBm；

FDD: PPRACH =-30 dBm。

另外，考慮到preamble功率總的不確定度±10.5 dB，因此最終算出該測試例的門限：

E-UTRAN TDD的競爭隨機接入，功率的判斷門限為-22±10.5 dB；

E-UTRAN FDD的競爭隨機接入，功率的判斷門限為-30±10.5 dB。

3.1.2 時延和限值要求分析。

為了確保eNB側的時間同步，LTE-A采用了上行定時提前機制(Uplink Timing Advance)，理論上前導碼的時延為0Ts，但要考慮該時延的不確定度，preamble時延不確定度為：15* Ts,其中Ts是LTE中基本的事件單位Ts=1/(15 000*2 048),單位為秒。因此，時間精度的判斷門限為(0±15)*Ts。

3.2 測試中常見問題分析

針對E-UTRAN TDD/FDD的競爭隨機接入測試過程中，常見問題有：

問題1：UE發送的前導碼preamble功率過低的情況，具體log如圖2所示。

圖2 前導碼preamble功率過低時的log示意

問題2：前導碼的時延過大，導致測試fail。

問題3：6個子測試中有一個fail，整條case都判定fail，例如UE沒接收到RAR。具體log如圖3所示。

圖3 前導碼時延過大時的log示意

導致以上測試問題的原因，大致有：(1)因開啟UE的高層業務導致，前面分析了Preamble功率門限是也高層配置有關的。(2)UE射頻校準未完成。整改建議：關閉UE的高層業務(例如：關閉VoLTE、呼叫轉移、移動數據等)，或者考慮重新進行UE射頻校準。