TD-SCDMA系統(tǒng)RNC側(cè)Node B測(cè)試平臺(tái)的分析與實(shí)現(xiàn)

1、引言

TD-SCDMA作為3GPP組織采納的3G標(biāo)準(zhǔn)之一，因其特有的通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，得到了各大通信廠商及運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注與投入。由于3G標(biāo)準(zhǔn)與已商用的2G標(biāo)準(zhǔn)相比，無(wú)線接入與管理技術(shù)有了根本變化，尤其是沒(méi)有2G演進(jìn)過(guò)程的TD-SCDMA技術(shù)，對(duì)于作為3G通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分的NodeB（基站）的開(kāi)發(fā)存在一定挑戰(zhàn)與難度。產(chǎn)品的成熟和成功的應(yīng)用與充分的測(cè)試密切相關(guān)，本文針對(duì)Iub接口的功能及NodeB的特性，對(duì)NodeB與RNC之間的Iub接口的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了技術(shù)與需求上的分析，并提出了一種實(shí)現(xiàn)方式，在存在UE的情況下，對(duì)無(wú)線Uu口性能進(jìn)行測(cè)試。

2、RNC側(cè)測(cè)試平臺(tái)分析

2.1UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1為UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，NodeB主要與兩個(gè)實(shí)體（無(wú)線終端UE（用戶設(shè)備）和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC））相連。NodeB與UE間的接口為Uu口，對(duì)于NodeB而言，其最主要功能是提供物理層接入，Node B與RNC之間的接口為Iub口，其主要完成RNC與Node B之間的用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送、用戶數(shù)據(jù)及信令的處理和Node B邏輯上的OM（運(yùn)行和維護(hù)）等。因此，要完成Node B的全面測(cè)試需要對(duì)這兩個(gè)接口進(jìn)行充分、有效的測(cè)試，要模擬UE與RNC的行為對(duì)Node B進(jìn)行一定的激勵(lì)并分析結(jié)果（下文中的討論與分析主要集中在RNC側(cè)的測(cè)試平臺(tái)）。Node B需要支持與RNC之間的Iub口的信令面消息交互，以及UE與RNC之間的用戶面數(shù)據(jù)的可靠透?jìng)?，因此測(cè)試平臺(tái)需要綜合考慮Iub口信令面及Uu口用戶面的功能模擬與仿真。

圖1UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2測(cè)試平臺(tái)的功能分析

2.2.1Iub接口的主要功能

Iub接口具有如下功能：Iub傳輸資源的管理、NodeB的邏輯操作維護(hù)、與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的操作維護(hù)的傳送、系統(tǒng)信息管理、公共信道的業(yè)務(wù)管理、專用信道的業(yè)務(wù)管理、共享信道的業(yè)務(wù)管理、定時(shí)同步管理。

其中邏輯操作維護(hù)功能包括：Iub鏈路管理、小區(qū)配置管理、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試、資源事件管理、公共傳輸信道管理、無(wú)線資源管理、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)配置校準(zhǔn)。公共信道的業(yè)務(wù)管理包括準(zhǔn)入控制、功率管理、數(shù)據(jù)傳送、測(cè)量報(bào)告。專用信道的業(yè)務(wù)管理包括無(wú)線鏈路管理、無(wú)線鏈路監(jiān)視、信道分配/取消、功率管理、專用傳輸信道管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取９蚕硇诺赖臉I(yè)務(wù)管理包括信道分配/取消、功率管理、傳輸信道管理、動(dòng)態(tài)物理信道分配、無(wú)線鏈路管理以及數(shù)據(jù)傳送。定時(shí)和同步管理是指?jìng)鬏斝诺劳剑◣剑?、NodeB與RNC間的節(jié)點(diǎn)同步以及NodeB與NodeB的節(jié)點(diǎn)同步。

測(cè)試平臺(tái)應(yīng)根據(jù)以上功能為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各具體功能的消息和數(shù)據(jù)流程控制和分析。

2.2.2Iub接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

Iub接口從層次上可分為物理層、傳輸層和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層。從功能方面可分為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面以及用戶平面。測(cè)試平臺(tái)綜合考慮用戶平面和數(shù)據(jù)平面，在模塊設(shè)計(jì)時(shí)通盤(pán)考慮兩個(gè)平面的信令及數(shù)據(jù)流。為了增加實(shí)際的RNC和NodeB的現(xiàn)有代碼在此測(cè)試平臺(tái)中的重用性，設(shè)計(jì)測(cè)試平臺(tái)時(shí)在功能層次的劃分上也基本參照如圖2所示的接口協(xié)議結(jié)構(gòu)模型。

圖2Iub接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

2.2.3測(cè)試平臺(tái)的基本需求

設(shè)計(jì)出的測(cè)試平臺(tái)的特性滿足以下要求。

●出廠前測(cè)試。NodeB從生產(chǎn)線上完成后，進(jìn)行的最后一道質(zhì)量測(cè)試，主要是與射頻相關(guān)的Iub信令測(cè)試，如小區(qū)建立、系統(tǒng)消息更新、無(wú)線鏈路建立等，以及上行鏈路的FP幀的誤碼率及誤塊率等。

●數(shù)據(jù)鏈路的對(duì)等層測(cè)試。如NodeB與RNC之間的ATM層和FP層的信令測(cè)試。

●Iub信令集的覆蓋測(cè)試。由測(cè)試平臺(tái)發(fā)起各種NBAP（NodeB應(yīng)用部分）過(guò)程或測(cè)試平臺(tái)響應(yīng)NodeB的NBAP的各種請(qǐng)求，要求覆蓋各種信令過(guò)程，如無(wú)線鏈路的建立、重配與刪除，小區(qū)的建立與刪除，公共信道與專用信道的測(cè)量，復(fù)位與阻塞等。

●CS（電路交換）域及PS（分組交換）域的通信鏈路的建立與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y(cè)試。包括語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測(cè)試，以及各種混合業(yè)務(wù)的測(cè)試，如CSAMR12.2kbit/s+PS 64 kbit/s等。

為了提高測(cè)試效率及平臺(tái)的易用性，它還需要支持以下功能。

●測(cè)試自動(dòng)化。支持基于腳本的測(cè)試用例，可以在不需要測(cè)試人員干預(yù)的情況下完成測(cè)試，這對(duì)于費(fèi)時(shí)耗力的回歸測(cè)試及需要大量循環(huán)過(guò)程的壓力測(cè)試尤其有利。

●測(cè)試用例的靈活性?？梢愿鶕?jù)需要靈活地修改測(cè)試用例的腳本，以完成不同的測(cè)試流程與信令交互，如對(duì)于CS通話過(guò)程，在不同的測(cè)試用例中可以配置不同的無(wú)線資源（碼道和時(shí)隙等）。

●異常測(cè)試用例。這是測(cè)試平臺(tái)的最主要的優(yōu)勢(shì)所在，對(duì)于被測(cè)對(duì)象，不僅要求它可以對(duì)正常情況做出正確響應(yīng)，還要可以發(fā)現(xiàn)和排除異常過(guò)程，如在某狀態(tài)下，接收到未預(yù)期的消息，或消息中存在錯(cuò)誤信息等。對(duì)于使用真實(shí)RNC來(lái)測(cè)試NodeB。這些測(cè)試是無(wú)法完成的。

3、測(cè)試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

TD-SCDMA的各層協(xié)議具有不同的實(shí)時(shí)性要求，如ATM與FP其實(shí)時(shí)性要求很高，要求運(yùn)行在實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)中，能夠以高時(shí)間精度中斷的形式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，因此需要具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的處理器板，而層3的協(xié)議如NBAP、RRC（無(wú)線資源控制）等實(shí)時(shí)性要求不高，在一定時(shí)間內(nèi)完成特定數(shù)據(jù)處理即可，可以運(yùn)行在一般的非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之上，并且由于測(cè)試系統(tǒng)需要具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析、處理和顯示功能，因此需要具有較強(qiáng)處理功能的PC機(jī)。由此可以將整個(gè)測(cè)試平臺(tái)分成兩個(gè)部分：與NodeB物理連接相關(guān)的RTOS處理平臺(tái)及處理高層協(xié)議的非實(shí)時(shí)處理平臺(tái)。文中以Windows平臺(tái)為例，給出如圖3所示的NodeBIub接口測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖3RNC側(cè)測(cè)試平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1測(cè)試平臺(tái)配置結(jié)構(gòu)

測(cè)試平臺(tái)由一臺(tái)普通的WindowsPC和一塊專用硬件板構(gòu)成，通過(guò)E1線或T1線與NodeB進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。測(cè)試人員操作WindowsPC就可控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。

在實(shí)際使用過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況，可增減加一些和NodeB相關(guān)的測(cè)試網(wǎng)元和工具，如一些測(cè)試分析儀等。圖3中的UE僅為可選配置，NodeB為圖中惟一的受測(cè)對(duì)象，其他設(shè)備都為測(cè)試輔助工具。

3.2測(cè)試平臺(tái)總體架構(gòu)

如圖4所示，Iub測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)分為兩部分：專用硬件板和WindowsPC。兩部分之間的信息交互采用TCP/IP通信模式。

圖4Iub測(cè)試平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)

WindowsPC部分主要實(shí)現(xiàn)一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的RRC協(xié)議和NBAP協(xié)議。自動(dòng)測(cè)試腳本引擎及測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和后期數(shù)據(jù)的分析模塊都在WindowsPC端運(yùn)行。利用Microsoft的GUI編程工具，可以開(kāi)發(fā)出WindowsPC較友好的用戶界面，對(duì)用戶的操作水平要求也相對(duì)下降。

專用硬件板部分用專用的電路實(shí)現(xiàn)，ATM協(xié)議棧相關(guān)的軟件在其上運(yùn)行，具備與NodeB進(jìn)行ATM連接的功能，主要用于與NodeB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其上的另一個(gè)重要部分是用戶面底層協(xié)議棧，如層1的FP和層2的RLC/MAC。由于RNC側(cè)的FP要與NodeB側(cè)的FP進(jìn)行同步，并且只能在配置好的固定TTI（時(shí)間間隙）進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，因此要求此專業(yè)硬件板具有較高的定時(shí)精度（毫秒級(jí)）。

硬件板上的UPD（userplanedispatcher）模塊，用來(lái)分發(fā)用戶面的數(shù)據(jù)到RLC/MAC或FP。

FP的主要功能是處理Iub口用戶面DCH（專用信道）數(shù)據(jù)流和CTCH（公共業(yè)務(wù)信道）數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)/控制幀的封裝/解封裝。

3.3專用硬件板的選擇和軟件設(shè)計(jì)

專用硬件板是此測(cè)試系統(tǒng)中重要的一部分，它主要用來(lái)運(yùn)行ATM協(xié)議棧，層一的FP、層二的RLC/MAC，以太網(wǎng)協(xié)議棧、消息分發(fā)模塊。

圖5中WinPath為板載高性能CPU，其PacketBus有128Mbyte64位的133 MHz SDRAM內(nèi)存。Host Bus上有128 Mbyte SDRAM內(nèi)存和16 Mbyte Boot Flash。板子通過(guò)RJ45口支持Copper PHY連接，從而可以通過(guò)1 000 Mbit/s以太網(wǎng)使用TCP/IP與Windows PC連接。TDI及UPI2等物理接口支持OCTAL E1/T1，用以和Node B進(jìn)行連接。板載256 Kbyte I2C Serial EEPROM。JTAG DEBUG用于調(diào)測(cè)板子的狀態(tài)。通過(guò)可選PPC子板可以加強(qiáng)板子的CPU處理能力。實(shí)驗(yàn)表明，此硬件板內(nèi)存大，處理能力強(qiáng)，選用專用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)后，處理ATM協(xié)議棧和FP、MAC、ALCAP協(xié)議時(shí)能充分保證數(shù)據(jù)流量大時(shí)的實(shí)時(shí)操作。當(dāng)有更高的CPU占用應(yīng)用時(shí)，可通過(guò)PPC子板進(jìn)行擴(kuò)展。

圖5專用硬件板結(jié)構(gòu)

板子上的操作系統(tǒng)選用的原則是盡量使用實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)，各個(gè)模塊的可設(shè)計(jì)成獨(dú)立的進(jìn)程或任務(wù)，模塊之間的數(shù)據(jù)交互可采用消息隊(duì)列機(jī)制。

硬件板及其相應(yīng)的軟件選定后，板子上的軟件可選用一些成熟的協(xié)議棧軟件。測(cè)試的人機(jī)接口主要由WindowsPC上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此WindowsPC端軟件是測(cè)試平臺(tái)的關(guān)鍵。

3.4WindowsPC端軟件

3.4.1WindowsPC各模塊的功能和關(guān)系

如圖4所示，WindowsPC部分有以下幾個(gè)模塊：人機(jī)接口模塊、消息和日志路由及緩存模塊、自動(dòng)測(cè)試腳本引擎模塊、NAS（networkattachedstorage）非接入層的procedure/codec模塊、RRC procedure/codec模塊、NBAP procedure/codec模塊、數(shù)據(jù)流distributor模塊。

人機(jī)接口模塊的主要功能有消息編輯、自動(dòng)測(cè)試腳本編輯、測(cè)試日志及輸出消息查看/分析，此模塊是整個(gè)測(cè)試平臺(tái)與測(cè)試人員交互的惟一接口，良好的圖形接口設(shè)計(jì)可以節(jié)省測(cè)試人員大量的時(shí)間，減少操作出錯(cuò)的可能性。測(cè)試需要準(zhǔn)備的消息具體內(nèi)容、配置數(shù)據(jù)和自動(dòng)腳本都由此模塊生成，然后消息及配置數(shù)據(jù)由此模塊交給消息和日志路由及緩存模塊，測(cè)試腳本交給腳本引擎模塊。在測(cè)試結(jié)果消息及日志處理方面，測(cè)試過(guò)程中的輸出數(shù)據(jù)都由消息和日志路由模塊交給人機(jī)接口模塊。

圖6腳本引擎

NAS模塊與Iub接口沒(méi)有直接關(guān)系，它是CN（核心網(wǎng)）側(cè)與UE側(cè)對(duì)等的層結(jié)構(gòu)，因此測(cè)試平臺(tái)沒(méi)有CN，所以根據(jù)UE測(cè)試需求引入NAS模塊。

腳本引擎是測(cè)試平臺(tái)的核心自控模塊。測(cè)試人員通過(guò)人機(jī)交互模塊輸入腳本程序到此模塊執(zhí)行。據(jù)不同的測(cè)試案例，腳本程序按其所在控制面和用戶面兩種狀態(tài)分別與NBAP模塊或NAS/RRC模塊進(jìn)行交互，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)按測(cè)試人員的意圖運(yùn)行。

在每一個(gè)測(cè)試案例中，RRC、NBAP及NAS的一些消息都可被導(dǎo)出到消息及配置數(shù)據(jù)路由模塊，這樣通過(guò)人機(jī)接口模塊，測(cè)試人員可方便地跟蹤分析干預(yù)每一個(gè)消息及流程，從而快速定位可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤。

3.4.2自動(dòng)測(cè)試腳本引擎模塊的設(shè)計(jì)

腳本引擎要求能解釋執(zhí)行腳本語(yǔ)言，并將執(zhí)行狀態(tài)返回給人機(jī)交互模塊。腳本引擎的輸入是腳本文件，在腳本文件中實(shí)現(xiàn)了測(cè)試平臺(tái)測(cè)試時(shí)所用的流程。如圖6所示，引擎分為專用部門(mén)和通用部分兩大類。通用部分是執(zhí)行解析過(guò)的腳本指令及處理生成日志緩存。專用部分是用來(lái)實(shí)現(xiàn)各腳本過(guò)程的接口及對(duì)腳本過(guò)程的語(yǔ)法定義和解釋。腳本文件及日志模塊都是由人機(jī)接口模塊來(lái)生成或處理的。

引入自動(dòng)測(cè)試腳本引擎后，測(cè)試人員的主要工作是用腳本語(yǔ)言編寫(xiě)測(cè)試過(guò)程，繁瑣反復(fù)的測(cè)試過(guò)程管理和控制工作交給測(cè)試引擎自動(dòng)執(zhí)行，從而大大減少測(cè)試人員的重復(fù)手工勞動(dòng)。

4、結(jié)語(yǔ)

基于這種方式實(shí)現(xiàn)的Iub測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)層次清晰，硬件成本低，基于腳本引擎，測(cè)試自動(dòng)化程度高，流程可編程控制，圖形化的日志分析界面，直觀易用。支持Pre-QE，F(xiàn)FT，ATMregressionTest，F(xiàn)PPeerto Peer Test，Iub Coverage Test，MultiNode B Support，CS-MOC，PS-MOC。通過(guò)鼎橋公司TD-SCDMA開(kāi)發(fā)及測(cè)試表明，實(shí)用性強(qiáng)，是TD-SCDMA測(cè)試中Node B測(cè)試的一個(gè)強(qiáng)有力的工具。