TD-SCDMA系統(tǒng)RNC側(cè)Node B測試平臺的分析與實現(xiàn)

摘要　在Node B的研發(fā)到出廠過程中，對Node B的測試是TD-SCDMA需要解決的一個非常重要的課題。本文以Node B為測試對象，設(shè)計一小型的RNC側(cè)及Uu口的仿真測試平臺，以實現(xiàn)在沒有RNC和CN的情況下能模擬Iub口和Uu口的各功能，以便完成針對Node B的信令平面以及用戶平面的一致性測試。

1、引言

TD-SCDMA作為3GPP組織采納的3G標準之一，因其特有的通信技術(shù)優(yōu)勢，得到了各大通信廠商及運營商的關(guān)注與投入。由于3G標準與已商用的2G標準相比，無線接入與管理技術(shù)有了根本變化，尤其是沒有2G演進過程的TD-SCDMA技術(shù)，對于作為3G通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分的Node B（基站）的開發(fā)存在一定挑戰(zhàn)與難度。產(chǎn)品的成熟和成功的應用與充分的測試密切相關(guān)，本文針對Iub接口的功能及Node B的特性，對Node B與RNC之間的Iub接口的系統(tǒng)級測試平臺進行了技術(shù)與需求上的分析，并提出了一種實現(xiàn)方式，在存在UE的情況下，對無線Uu口性能進行測試。

2、RNC側(cè)測試平臺分析

2.1　UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1為UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Node B主要與兩個實體（無線終端UE（用戶設(shè)備）和無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC））相連。Node B與UE間的接口為Uu口，對于Node B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O&M（運行和維護）等。因此，要完成Node B的全面測試需要對這兩個接口進行充分、有效的測試，要模擬UE與RNC的行為對Node B進行一定的激勵并分析結(jié)果（下文中的討論與分析主要集中在RNC側(cè)的測試平臺）。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)的可靠透傳，因此測試平臺需要綜合考慮Iub口信令面及Uu口用戶面的功能模擬與仿真。

圖1　UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2　測試平臺的功能分析

2.2.1　Iub接口的主要功能

Iub接口具有如下功能：Iub傳輸資源的管理、Node B的邏輯操作維護、與實現(xiàn)相關(guān)的操作維護的傳送、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、定時同步管理。

其中邏輯操作維護功能包括：Iub鏈路管理、小區(qū)配置管理、無線網(wǎng)絡(luò)性能測試、資源事件管理、公共傳輸信道管理、無線資源管理、無線網(wǎng)絡(luò)配置校準。公共信道的業(yè)務(wù)管理包括準入控制、功率管理、數(shù)據(jù)傳送、測量報告。專用信道的業(yè)務(wù)管理包括無線鏈路管理、無線鏈路監(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)�。共享信道的業(yè)務(wù)管理包括信道分配/取消、功率管理、傳輸信道管理、動態(tài)物理信道分配、無線鏈路管理以及數(shù)據(jù)傳送。定時和同步管理是指傳輸信道同步（幀同步）、Node B與RNC間的節(jié)點同步以及Node B與Node B的節(jié)點同步。

測試平臺應根據(jù)以上功能為基礎(chǔ)，實現(xiàn)各具體功能的消息和數(shù)據(jù)流程控制和分析。

2.2.2　Iub接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

Iub接口從層次上可分為物理層、傳輸層和無線網(wǎng)絡(luò)層。從功能方面可分為無線網(wǎng)絡(luò)控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面以及用戶平面。測試平臺綜合考慮用戶平面和數(shù)據(jù)平面，在模塊設(shè)計時通盤考慮兩個平面的信令及數(shù)據(jù)流。為了增加實際的RNC和Node B的現(xiàn)有代碼在此測試平臺中的重用性，設(shè)計測試平臺時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2　Iub接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

2.2.3　測試平臺的基本需求

設(shè)計出的測試平臺的特性滿足以下要求。

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

●數(shù)據(jù)鏈路的對等層測試。如Node B與RNC之間的ATM層和FP層的信令測試。

●Iub信令集的覆蓋測試。由測試平臺發(fā)起各種NBAP（Node B應用部分）過程或測試平臺響應Node B的NBAP的各種請求，要求覆蓋各種信令過程，如無線鏈路的建立、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量，復位與阻塞等。

●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試。包括語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測試，以及各種混合業(yè)務(wù)的測試，如CS AMR 12.2 kbit/s+PS 64 kbit/s等。

為了提高測試效率及平臺的易用性，它還需要支持以下功能。

●測試自動化。支持基于腳本的測試用例，可以在不需要測試人員干預的情況下完成測試，這對于費時耗力的回歸測試及需要大量循環(huán)過程的壓力測試尤其有利。

●測試用例的靈活性�？梢愿鶕�(jù)需要靈活地修改測試用例的腳本，以完成不同的測試流程與信令交互，如對于CS通話過程，在不同的測試用例中可以配置不同的無線資源（碼道和時隙等）。

●異常測試用例。這是測試平臺的最主要的優(yōu)勢所在，對于被測對象，不僅要求它可以對正常情況做出正確響應，還要可以發(fā)現(xiàn)和排除異常過程，如在某狀態(tài)下，接收到未預期的消息，或消息中存在錯誤信息等。對于使用真實RNC來測試Node B。這些測試是無法完成的。

3、測試平臺的實現(xiàn)

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

圖3　RNC側(cè)測試平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1　測試平臺配置結(jié)構(gòu)

測試平臺由一臺普通的Windows PC和一塊專用硬件板構(gòu)成，通過E1線或T1線與Node B進行網(wǎng)絡(luò)連接。測試人員操作Windows PC就可控制整個測試過程。

在實際使用過程中，根據(jù)實際情況，可增減加一些和Node B相關(guān)的測試網(wǎng)元和工具，如一些測試分析儀等。圖3中的UE僅為可選配置，Node B為圖中惟一的受測對象，其他設(shè)備都為測試輔助工具。

3.2　測試平臺總體架構(gòu)

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

圖4　Iub測試平臺模塊結(jié)構(gòu)

Windows PC部分主要實現(xiàn)一些對實時性要求不高的RRC協(xié)議和NBAP協(xié)議。自動測試腳本引擎及測試數(shù)據(jù)準備和后期數(shù)據(jù)的分析模塊都在Windows PC端運行。利用Microsoft的GUI編程工具，可以開發(fā)出Windows PC較友好的用戶界面，對用戶的操作水平要求也相對下降。

專用硬件板部分用專用的電路實現(xiàn)，ATM協(xié)議棧相關(guān)的軟件在其上運行，具備與Node B進行ATM連接的功能，主要用于與Node B進行數(shù)據(jù)傳輸。其上的另一個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Node B側(cè)的FP進行同步，并且只能在配置好的固定TTI（時間間隙）進行數(shù)據(jù)收發(fā)，因此要求此專業(yè)硬件板具有較高的定時精度（毫秒級）。

硬件板上的UPD（user plane dispatcher）模塊，用來分發(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

專用硬件板是此測試系統(tǒng)中重要的一部分，它主要用來運行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Packet Bus有128 Mbyte 64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RJ45口支持Copper PHY連接，從而可以通過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進行連接。板載256 Kbyte I2C Serial EEPROM。JTAG DEBUG用于調(diào)測板子的狀態(tài)。通過可選PPC子板可以加強板子的CPU處理能力。實驗表明，此硬件板內(nèi)存大，處理能力強，選用專用的實時操作系統(tǒng)后，處理ATM協(xié)議棧和FP、MAC、ALCAP協(xié)議時能充分保證數(shù)據(jù)流量大時的實時操作。當有更高的CPU占用應用時，可通過PPC子板進行擴展。

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時性較強的嵌入式操作系統(tǒng)，各個模塊的可設(shè)計成獨立的進程或任務(wù)，模塊之間的數(shù)據(jù)交互可采用消息隊列機制。

硬件板及其相應的軟件選定后，板子上的軟件可選用一些成熟的協(xié)議棧軟件。測試的人機接口主要由Windows PC上的軟件來實現(xiàn)，因此Windows PC端軟件是測試平臺的關(guān)鍵。

3.4　Windows PC端軟件

3.4.1　Windows PC各模塊的功能和關(guān)系

如圖4所示，Windows PC部分有以下幾個模塊：人機接口模塊、消息和日志路由及緩存模塊、自動測試腳本引擎模塊、NAS（network attached storage）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。

人機接口模塊的主要功能有消息編輯、自動測試腳本編輯、測試日志及輸出消息查看/分析，此模塊是整個測試平臺與測試人員交互的惟一接口，良好的圖形接口設(shè)計可以節(jié)省測試人員大量的時間，減少操作出錯的可能性。測試需要準備的消息具體內(nèi)容、配置數(shù)據(jù)和自動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，測試腳本交給腳本引擎模塊。在測試結(jié)果消息及日志處理方面，測試過程中的輸出數(shù)據(jù)都由消息和日志路由模塊交給人機接口模塊。

圖6　腳本引擎

NAS模塊與Iub接口沒有直接關(guān)系，它是CN（核心網(wǎng)）側(cè)與UE側(cè)對等的層結(jié)構(gòu)，因此測試平臺沒有CN，所以根據(jù)UE測試需求引入NAS模塊。

腳本引擎是測試平臺的核心自控模塊。測試人員通過人機交互模塊輸入腳本程序到此模塊執(zhí)行。據(jù)不同的測試案例，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模塊進行交互，從而驅(qū)動整個系統(tǒng)按測試人員的意圖運行。

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

3.4.2　自動測試腳本引擎模塊的設(shè)計

腳本引擎要求能解釋執(zhí)行腳本語言，并將執(zhí)行狀態(tài)返回給人機交互模塊。腳本引擎的輸入是腳本文件，在腳本文件中實現(xiàn)了測試平臺測試時所用的流程。如圖6所示，引擎分為專用部門和通用部分兩大類。通用部分是執(zhí)行解析過的腳本指令及處理生成日志緩存。專用部分是用來實現(xiàn)各腳本過程的接口及對腳本過程的語法定義和解釋。腳本文件及日志模塊都是由人機接口模塊來生成或處理的。

引入自動測試腳本引擎后，測試人員的主要工作是用腳本語言編寫測試過程，繁瑣反復的測試過程管理和控制工作交給測試引擎自動執(zhí)行，從而大大減少測試人員的重復手工勞動。

4、結(jié)語

基于這種方式實現(xiàn)的Iub測試平臺設(shè)計層次清晰，硬件成本低，基于腳本引擎，測試自動化程度高，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，ATM　regression Test，F(xiàn)P Peer to Peer Test，Iub Coverage Test，MultiNode B Support，CS-MOC，PS-MOC。通過鼎橋公司TD-SCDMA開發(fā)及測試表明，實用性強，是TD-SCDMA測試中Node B測試的一個強有力的工具。