TD-SCDMA系统RNC侧Node B测试平台的分析与实现

      摘要在NodeB的研发到出厂过程中，对NodeB的测试是TD-SCDMA需要解决的一个非常重要的课题。本文以NodeB为测试对象，设计一小型的RNC侧及Uu口的仿真测试平台，以实现在没有RNC和CN的情况下能模拟Iub口和Uu口的各功能，以便完成针对Node B的信令平面以及用户平面的一致性测试。

      1、引言

      TD-SCDMA作为3GPP组织采纳的3G标准之一，因其特有的通信技术优势，得到了各大通信厂商及运营商的关注与投入。由于3G标准与已商用的2G标准相比，无线接入与管理技术有了根本变化，尤其是没有2G演进过程的TD-SCDMA技术，对于作为3G通信网络的重要组成部分的NodeB（基站）的开发存在一定挑战与难度。产品的成熟和成功的应用与充分的测试密切相关，本文针对Iub接口的功能及NodeB的特性，对NodeB与RNC之间的Iub接口的系统级测试平台进行了技术与需求上的分析，并提出了一种实现方式，在存在UE的情况下，对无线Uu口性能进行测试。

      2、RNC侧测试平台分析

      2.1UMTS网络结构

      图1为UMTS（通用移动通信系统）的网络结构，NodeB主要与两个实体（无线终端UE（用户设备）和无线网络控制器（RNC））相连。NodeB与UE间的接口为Uu口，对于NodeB而言，其最主要功能是提供物理层接入，Node B与RNC之间的接口为Iub口，其主要完成RNC与Node B之间的用户数据转送、用户数据及信令的处理和Node B逻辑上的O&M（运行和维护）等。因此，要完成Node B的全面测试需要对这两个接口进行充分、有效的测试，要模拟UE与RNC的行为对Node B进行一定的激励并分析结果（下文中的讨论与分析主要集中在RNC侧的测试平台）。Node B需要支持与RNC之间的Iub口的信令面消息交互，以及UE与RNC之间的用户面数据的可靠透传，因此测试平台需要综合考虑Iub口信令面及Uu口用户面的功能模拟与仿真。

      图1UMTS网络结构

      2.2测试平台的功能分析

      2.2.1Iub接口的主要功能
 
      Iub接口具有如下功能：Iub传输资源的管理、NodeB的逻辑操作维护、与实现相关的操作维护的传送、系统信息管理、公共信道的业务管理、专用信道的业务管理、共享信道的业务管理、定时同步管理。

      其中逻辑操作维护功能包括：Iub链路管理、小区配置管理、无线网络性能测试、资源事件管理、公共传输信道管理、无线资源管理、无线网络配置校准。公共信道的业务管理包括准入控制、功率管理、数据传送、测量报告。专用信道的业务管理包括无线链路管理、无线链路监视、信道分配/取消、功率管理、专用传输信道管理、数据传输等。共享信道的业务管理包括信道分配/取消、功率管理、传输信道管理、动态物理信道分配、无线链路管理以及数据传送。定时和同步管理是指传输信道同步（帧同步）、NodeB与RNC间的节点同步以及NodeB与NodeB的节点同步。

      测试平台应根据以上功能为基础，实现各具体功能的消息和数据流程控制和分析。

      2.2.2Iub接口协议结构

      Iub接口从层次上可分为物理层、传输层和无线网络层。从功能方面可分为无线网络控制平面、传输网络控制平面以及用户平面。测试平台综合考虑用户平面和数据平面，在模块设计时通盘考虑两个平面的信令及数据流。为了增加实际的RNC和NodeB的现有代码在此测试平台中的重用性，设计测试平台时在功能层次的划分上也基本参照如图2所示的接口协议结构模型。[page]

      图2Iub接口协议结构

      2.2.3测试平台的基本需求

      设计出的测试平台的特性满足以下要求。

      ●出厂前测试。NodeB从生产线上完成后，进行的最后一道质量测试，主要是与射频相关的Iub信令测试，如小区建立、系统消息更新、无线链路建立等，以及上行链路的FP帧的误码率及误块率等。

      ●数据链路的对等层测试。如NodeB与RNC之间的ATM层和FP层的信令测试。

      ●Iub信令集的覆盖测试。由测试平台发起各种NBAP（NodeB应用部分）过程或测试平台响应NodeB的NBAP的各种请求，要求覆盖各种信令过程，如无线链路的建立、重配与删除，小区的建立与删除，公共信道与专用信道的测量，复位与阻塞等。

      ●CS（电路交换）域及PS（分组交换）域的通信链路的建立与数据传输的测试。包括语音业务和数据业务的测试，以及各种混合业务的测试，如CSAMR12.2kbit/s+PS 64 kbit/s等。

      为了提高测试效率及平台的易用性，它还需要支持以下功能。

      ●测试自动化。支持基于脚本的测试用例，可以在不需要测试人员干预的情况下完成测试，这对于费时耗力的回归测试及需要大量循环过程的压力测试尤其有利。

      ●测试用例的灵活性。可以根据需要灵活地修改测试用例的脚本，以完成不同的测试流程与信令交互，如对于CS通话过程，在不同的测试用例中可以配置不同的无线资源（码道和时隙等）。

      ●异常测试用例。这是测试平台的最主要的优势所在，对于被测对象，不仅要求它可以对正常情况做出正确响应，还要可以发现和排除异常过程，如在某状态下，接收到未预期的消息，或消息中存在错误信息等。对于使用真实RNC来测试NodeB。这些测试是无法完成的。

      3、测试平台的实现

      TD-SCDMA的各层协议具有不同的实时性要求，如ATM与FP其实时性要求很高，要求运行在实时性操作系统中，能够以高时间精度中断的形式接收和发送数据，因此需要具有实时操作系统的处理器板，而层3的协议如NBAP、RRC（无线资源控制）等实时性要求不高，在一定时间内完成特定数据处理即可，可以运行在一般的非实时操作系统之上，并且由于测试系统需要具有很强的数据分析、处理和显示功能，因此需要具有较强处理功能的PC机。由此可以将整个测试平台分成两个部分：与NodeB物理连接相关的RTOS处理平台及处理高层协议的非实时处理平台。文中以Windows平台为例，给出如图3所示的NodeBIub接口测试平台的系统架构。

      图3RNC侧测试平台网络结构

      3.1测试平台配置结构

      测试平台由一台普通的WindowsPC和一块专用硬件板构成，通过E1线或T1线与NodeB进行网络连接。测试人员操作WindowsPC就可控制整个测试过程。

      在实际使用过程中，根据实际情况，可增减加一些和NodeB相关的测试网元和工具，如一些测试分析仪等。图3中的UE仅为可选配置，NodeB为图中惟一的受测对象，其他设备都为测试辅助工具。[page]

      3.2测试平台总体架构

      如图4所示，Iub测试平台系统分为两部分：专用硬件板和WindowsPC。两部分之间的信息交互采用TCP/IP通信模式。

      图4Iub测试平台模块结构

      WindowsPC部分主要实现一些对实时性要求不高的RRC协议和NBAP协议。自动测试脚本引擎及测试数据准备和后期数据的分析模块都在WindowsPC端运行。利用Microsoft的GUI编程工具，可以开发出WindowsPC较友好的用户界面，对用户的操作水平要求也相对下降。

      专用硬件板部分用专用的电路实现，ATM协议栈相关的软件在其上运行，具备与NodeB进行ATM连接的功能，主要用于与NodeB进行数据传输。其上的另一个重要部分是用户面底层协议栈，如层1的FP和层2的RLC/MAC。由于RNC侧的FP要与NodeB侧的FP进行同步，并且只能在配置好的固定TTI（时间间隙）进行数据收发，因此要求此专业硬件板具有较高的定时精度（毫秒级）。

      硬件板上的UPD（userplanedispatcher）模块，用来分发用户面的数据到RLC/MAC或FP。

      FP的主要功能是处理Iub口用户面DCH（专用信道）数据流和CTCH（公共业务信道）数据流的数据/控制帧的封装/解封装。

      3.3专用硬件板的选择和软件设计

      专用硬件板是此测试系统中重要的一部分，它主要用来运行ATM协议栈，层一的FP、层二的RLC/MAC，以太网协议栈、消息分发模块。

      图5中WinPath为板载高性能CPU，其PacketBus有128Mbyte64位的133 MHz SDRAM内存。Host Bus上有128 Mbyte SDRAM内存和16 Mbyte Boot Flash。板子通过RJ45口支持Copper PHY连接，从而可以通过1 000 Mbit/s以太网使用TCP/IP与Windows PC连接。TDI及UPI2等物理接口支持OCTAL E1/T1，用以和Node B进行连接。板载256 Kbyte I2C Serial EEPROM。JTAG DEBUG用于调测板子的状态。通过可选PPC子板可以加强板子的CPU处理能力。实验表明，此硬件板内存大，处理能力强，选用专用的实时操作系统后，处理ATM协议栈和FP、MAC、ALCAP协议时能充分保证数据流量大时的实时操作。当有更高的CPU占用应用时，可通过PPC子板进行扩展。

      图5专用硬件板结构

      板子上的操作系统选用的原则是尽量使用实时性较强的嵌入式操作系统，各个模块的可设计成独立的进程或任务，模块之间的数据交互可采用消息队列机制。

      硬件板及其相应的软件选定后，板子上的软件可选用一些成熟的协议栈软件。测试的人机接口主要由WindowsPC上的软件来实现，因此WindowsPC端软件是测试平台的关键。

      3.4WindowsPC端软件

      3.4.1WindowsPC各模块的功能和关系

      如图4所示，WindowsPC部分有以下几个模块：人机接口模块、消息和日志路由及缓存模块、自动测试脚本引擎模块、NAS（networkattachedstorage）非接入层的procedure/codec模块、RRC procedure/codec模块、NBAP procedure/codec模块、数据流distributor模块。[page]

      人机接口模块的主要功能有消息编辑、自动测试脚本编辑、测试日志及输出消息查看/分析，此模块是整个测试平台与测试人员交互的惟一接口，良好的图形接口设计可以节省测试人员大量的时间，减少操作出错的可能性。测试需要准备的消息具体内容、配置数据和自动脚本都由此模块生成，然后消息及配置数据由此模块交给消息和日志路由及缓存模块，测试脚本交给脚本引擎模块。在测试结果消息及日志处理方面，测试过程中的输出数据都由消息和日志路由模块交给人机接口模块。

      图6脚本引擎

      NAS模块与Iub接口没有直接关系，它是CN（核心网）侧与UE侧对等的层结构，因此测试平台没有CN，所以根据UE测试需求引入NAS模块。

      脚本引擎是测试平台的核心自控模块。测试人员通过人机交互模块输入脚本程序到此模块执行。据不同的测试案例，脚本程序按其所在控制面和用户面两种状态分别与NBAP模块或NAS/RRC模块进行交互，从而驱动整个系统按测试人员的意图运行。

      在每一个测试案例中，RRC、NBAP及NAS的一些消息都可被导出到消息及配置数据路由模块，这样通过人机接口模块，测试人员可方便地跟踪分析干预每一个消息及流程，从而快速定位可能出现的各种错误。

      3.4.2自动测试脚本引擎模块的设计

      脚本引擎要求能解释执行脚本语言，并将执行状态返回给人机交互模块。脚本引擎的输入是脚本文件，在脚本文件中实现了测试平台测试时所用的流程。如图6所示，引擎分为专用部门和通用部分两大类。通用部分是执行解析过的脚本指令及处理生成日志缓存。专用部分是用来实现各脚本过程的接口及对脚本过程的语法定义和解释。脚本文件及日志模块都是由人机接口模块来生成或处理的。

      引入自动测试脚本引擎后，测试人员的主要工作是用脚本语言编写测试过程，繁琐反复的测试过程管理和控制工作交给测试引擎自动执行，从而大大减少测试人员的重复手工劳动。

      4、结语

      基于这种方式实现的Iub测试平台设计层次清晰，硬件成本低，基于脚本引擎，测试自动化程度高，流程可编程控制，图形化的日志分析界面，直观易用。支持Pre-QE，FFT，ATMregressionTest，FPPeerto Peer Test，Iub Coverage Test，MultiNode B Support，CS-MOC，PS-MOC。通过鼎桥公司TD-SCDMA开发及测试表明，实用性强，是TD-SCDMA测试中Node B测试的一个强有力的工具。