IxCatapult数字通信测试系统在TD—LTE系统中的应用

黄骞+胡群超+贠超

【摘 要】

IxCatapult DCT2000数字通信测试系统，可支持900余种通信协议及其变种衍生版本。首先简要介绍IxCatapult数字通信测试系统软硬件平台以及测试系统的搭建，然后通过实例详细阐述基站测试系统的运行和异常分析，为TD-LTE系统特别是基站设备的测试提供了另一种思路。

【关键词】

TD-LTE 数字通信测试系统 IXIA M500 基站包裹测试

1 引言

目前，中国已进入发展TD-LTE的重要窗口期，下一步将继续加强TD-LTE芯片、终端、基站、测试仪表设备等薄弱环节的研发，统筹研究TD-LTE发展所需频率资源，推进TD-LTE的国际化发展。在部署TD-LTE网络时，测试物理层数据收发、高层信令发送正确性等工作，已成为外场测试过程中必要的测试环节和验收指标。

本文将首先简要介绍IxCatapult数字通信测试系统软硬件平台以及测试系统的搭建，然后通过实例详细介绍基站测试系统的运行，并对异常进行分析。

2 IxCatapult测试系统

IxCatapult数字通信测试系统由综合IP测试仪表制造商意达康（IXIA）公司生产，其测试范围从因特网核心网络到无线接入网络。IxCatapult无线通讯测试系统拥有多用户、多协议栈、可编程的特点。软硬件相结合的IxCatapult测试系统，由提供可扩展、模块化软件平台的Linux工作站搭配用户自定义的硬件模块组件组成，同时测试系统拥有强大的测试、分析软件工具链。IxCatapult测试系统的虚拟化技术支持多个用户在硬件资源有限的情况下同时进行不同测试项目，各自完成独立的测试工作。并行测试大大提高了测试、研发调测的效率，特别是在基站设备研发初期可以模拟基站设备的周边网元，例如终端、核心网等网元。IxCatapult系统已在国内外诸多设备厂商、运营商得到应用，完成LTE系统设计及功能验证、一致性测试、交互性测试、负载压力测试、安装与验收测试等功能。

2.1 硬件平台

TD-LTE基站设备测试的硬件平台主要由安装有cPCI（Compact PCI）型板卡[1]的Linux工作站机箱（M500）、模拟终端的基带处理模块（XAir）、无线射频模块（r10）三大硬件模块组成[2]。

M500机箱是整套测试系统的核心部件，内嵌一台x86的Linux单板工作站（SBC，Single-Board Computer），机箱正面可插入18块运算处理板卡（mCU，mesh Computing Unit）或物理接口板卡（mPI，mesh Physical Interface），机箱背面可以插入18块背板传输模块（RTM，Rear Transition Module）。运算处理板卡作为Linux工作站的协处理器模块使用，针对TD-LTE系统测试的性能需求选用计算能力强大的五处理器mCU5板卡。物理接口板卡（mPI）负责处理物理层数据，搭配背板传输模块（RTM）使用，作为高带宽以太网接口，完成数据传输的功能。M500不仅可以负责模拟核心网（EPC，Evolved Packet Core）的功能，还可以实现模拟终端的高层协议功能，包括分组数据汇聚协议层[3]（PDCP，Packet Data Convergence Protocol）、无线资源控制层[4]（RRC，Radio Resource Control）、非接入层[5]（NAS，Non-Access Stratum）。

XAir基带处理模块负责模拟TD-LTE终端基带数据的处理，包括RLC层、MAC层和PHY层。

r10无线模块是测试系统中模拟终端的射频模块，有两对发送（Tx）、接收（Rx）端口，支持单输入单输出（SISO，Single Input Single Output）和多输入多输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）模式，通过通用公共无线接口（CPRI，Common Public Radio Interface）与XAir相连。XAir基带处理模块和r10无线模块使用以太网线与M500相连接，共同实现完整的模拟终端功能。

2.2 软件平台

基于SUSE Linux企业版操作系统的测试软件系统DCT2000[2]由以下三个主要部分组成：

（1）测试工具链[2]，用于配置、管理、实时监控（运行时的）IxCatapult系统；

（2）协议测试模型，通信协议栈的各层协议封装成编解码器或状态机的API库；

（3）测试脚本开发工具，用于各种图形化、脚本化的电讯通信测试脚本的编写，实现某些定制条件下的测试、验证功能。

IxCatapult系统结构如图1所示。

3 在TD-LTE系统中的应用

由于整个LTE系统极为复杂、规模巨大，因此针对TD-LTE系统网元的测试将是一个巨大挑战。TD-LTE系统的网元由接入网（E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）和核心网组成，其中接入网系统包括终端设备（UE，User Equipment）和基站（eNodeB）；核心网主要由移动性管理实体（MME）、服务网关（S-GW，Serving Gateway）、分组数据网关（P-GW，Packet Gateway）等组成。TD-LTE系统基站设备的测试分为空中接口测试、S1控制面和用户面接口测试、X2接口测试。本文重点叙述针对基站设备的IxCatapult测试系统应用。

3.1 测试环境的搭建

在eNodeB测试中，IxCatapult无线通讯测试系统主要完成整个核心网以及多TD-LTE终端的模拟，针对基站设备实现完整的包裹测试。M500作为模拟核心网的设备，与待测基站通过千兆以太网线连接，在其上运行EPC脚本。同时，M500作为仿真终端的高层（NAS层、RRC层、PDCP层）协议处理模块，运行TD-LTE仿真终端脚本。endprint

实际测试中，IxCatapult系统的r10射频模块与待测基站的射频拉远单元（RRU，Radio Remote Unit）采用射频直连的方式相连接；XAir板卡作为仿真终端的基带处理模块，提供标准CPRI接口与待测基站的基带处理模块之间的直接光纤连接，实现层对层的数据测试。测试系统与待测基站的硬件连接框图如图2所示。待测基站的SCTP链路与M500的千兆以太网型背板传输模块（GIGE）相连。其中，RX1、RX2、TX1、Y1和Y2为射频线接端口，标明IP的为千兆以太网接口，其他标示的端口为CPRI接口。

图2中，M500设备上主控单板工作站（SBC）的1号网口与计算机PC#1相连接，PC#1的功能是远程登陆并控制IxCatapult测试系统，SBC的2号网口连接千兆以太网交换机，SBC作为DHCP服务器向模拟终端的无线射频模块r10及基带处理模块XAir板卡提供DHCP服务。M500的GIGE型接口板卡上共有4个网络端口，GIGE型板卡的网口1连接XAir板卡的2号网口，用于传输模拟终端高层与基带处理模块之间的交互数据；网口2连接计算机PC#2，用于模拟终端的数据面操作，计算机PC#2的网口IP地址需要配置成模拟终端的IP，需要从将要运行的测试脚本配置文件中查找填入；网口3作为模拟核心网S1链路端口，与待测基站的S1链路端口相连接，如图2所示，IP需配置在同一网段；网口4与PC#3相连接，PC#3作为应用服务器，提供数据面的服务，从PC#3进行ping包、灌包、FTP传输文件等操作。需要说明的是，图2所示是针对单独一台待测基站的连接方式。

3.2 测试系统的运行[5]

测试系统上电开机之后，使用计算机PC#1中的RealVNC Viewer软件，远程登录到M500上，在SUSE Linux系统的终端窗口键入命令“hminfo”，查看IxCatapult系统的硬件信息，确定XAir板卡和r10已连接上测试系统。输入命令“launch xxx.lch”（xxx.lch为实际测试用例的名称，例如eNB_r8.lch），打开已建立完成的测试用例launch图，点击图3所示的三角形运行按钮，启动测试用例。开始运行后，测试软件会自动弹出控制测试系统及测试日志显示的对话框，信令的交互可以通过命令或可视化界面打开并记录。

3.3 测试异常的分析

在基站设备的研发阶段，IxCatapult系统的实时日志系统及分析工具链完成测试中的以太网络数据包、信令数据乃至基带IQ数据的抓取，保存的原生日志（.out）文件可以直接被开源的Wireshark网络协议封包分析软件读取并解析。基于层对层的测试，不仅可以让操作人员开启日志记录功能、跟踪高层数据交互的流程，还提供从M500远程登录到XAir板卡抓取记录MAC、PHY层数据的功能。

在IxCatapult数字通信测试系统的使用中，对测试日志的分析成为定位、解决测试所发生的异常的重要手段，对通信协议的熟悉程度亦会对测试日志的分析产生影响。例如，笔者在图2所示测试环境下进行基站设备测试时，发现模拟终端扫频接收不到基站小区的系统信息，即模拟终端未与待测基站同步。通过对日志的分析，得到如图4所示的日志信息。

如图4所示，造成终端无法同步的原因为模拟终端天线端口上的可调衰减器设置的衰减值过大，导致下行功率比正常功率小15dB。解决方法是调小衰减，即可使模拟终端顺利同步并获取到系统信息。

4 结束语

本文介绍了IxCatapult系统的软硬件平台、测试环境的搭建以及对测试异常的分析，为TD-LTE系统特别是基站设备的测试提供了另一种思路。

作为无线通讯基站设备测试工具，IxCatapult测试系统以其优越的可扩展性和可操作性成为国内外各大设备厂商及运营服务商的青睐对象。IxCatapult系统不仅可用于对TD-LTE设备进行检验和验收，而且其可编程的测试用例还可方便地应用到基站、终端、核心网等诸多LTE网元设备的研发测试工作中，掌握该测试系统的使用可大大加快LTE系统的研发和商业化进程。

参考文献：

[1] 刘鑫. CompactPCI/PXI关键技术的发展与应用[J]. 航天控制， 2004，22（3）： 62-68.

[2] 王颂一. IxCatapult DCT2000数字通信测试系统及其在LTE测试的解决方案[J]. 电信网技术， 2009（12）： 55-59.

[3] 3GPP TS 36.323. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（EUTRA）； Packet Data Convergence Protocol（PDCP） specification Version 9[S]. 2009.

[4] 3GPP TS 36.331. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA） Radio Resource Control（RRC）； Protocol Specification Version 9[S]. 2010.

[5] 3GPP TS 24.301. Non-Access-Stratum（NAS） protocol for Evolved Packet System（EPS）； Stage 3 Version 9[S]. 2012.

作者简介

黄骞：硕士就读于中国科学技术大学软件学院软件工程专业，主要研究方向为通信协议软件系统设计、嵌入式系统应用等。

胡群超：硕士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为软件系统设计、LTE通信协议研究等。

贠超：博士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所通信与信息系统专业，副研究员，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为宽带无线接入系统物理层算法研究、无线宽带技术在高铁和电力通信的应用等。endprint

实际测试中，IxCatapult系统的r10射频模块与待测基站的射频拉远单元（RRU，Radio Remote Unit）采用射频直连的方式相连接；XAir板卡作为仿真终端的基带处理模块，提供标准CPRI接口与待测基站的基带处理模块之间的直接光纤连接，实现层对层的数据测试。测试系统与待测基站的硬件连接框图如图2所示。待测基站的SCTP链路与M500的千兆以太网型背板传输模块（GIGE）相连。其中，RX1、RX2、TX1、Y1和Y2为射频线接端口，标明IP的为千兆以太网接口，其他标示的端口为CPRI接口。

图2中，M500设备上主控单板工作站（SBC）的1号网口与计算机PC#1相连接，PC#1的功能是远程登陆并控制IxCatapult测试系统，SBC的2号网口连接千兆以太网交换机，SBC作为DHCP服务器向模拟终端的无线射频模块r10及基带处理模块XAir板卡提供DHCP服务。M500的GIGE型接口板卡上共有4个网络端口，GIGE型板卡的网口1连接XAir板卡的2号网口，用于传输模拟终端高层与基带处理模块之间的交互数据；网口2连接计算机PC#2，用于模拟终端的数据面操作，计算机PC#2的网口IP地址需要配置成模拟终端的IP，需要从将要运行的测试脚本配置文件中查找填入；网口3作为模拟核心网S1链路端口，与待测基站的S1链路端口相连接，如图2所示，IP需配置在同一网段；网口4与PC#3相连接，PC#3作为应用服务器，提供数据面的服务，从PC#3进行ping包、灌包、FTP传输文件等操作。需要说明的是，图2所示是针对单独一台待测基站的连接方式。

3.2 测试系统的运行[5]

测试系统上电开机之后，使用计算机PC#1中的RealVNC Viewer软件，远程登录到M500上，在SUSE Linux系统的终端窗口键入命令“hminfo”，查看IxCatapult系统的硬件信息，确定XAir板卡和r10已连接上测试系统。输入命令“launch xxx.lch”（xxx.lch为实际测试用例的名称，例如eNB_r8.lch），打开已建立完成的测试用例launch图，点击图3所示的三角形运行按钮，启动测试用例。开始运行后，测试软件会自动弹出控制测试系统及测试日志显示的对话框，信令的交互可以通过命令或可视化界面打开并记录。

3.3 测试异常的分析

在基站设备的研发阶段，IxCatapult系统的实时日志系统及分析工具链完成测试中的以太网络数据包、信令数据乃至基带IQ数据的抓取，保存的原生日志（.out）文件可以直接被开源的Wireshark网络协议封包分析软件读取并解析。基于层对层的测试，不仅可以让操作人员开启日志记录功能、跟踪高层数据交互的流程，还提供从M500远程登录到XAir板卡抓取记录MAC、PHY层数据的功能。

在IxCatapult数字通信测试系统的使用中，对测试日志的分析成为定位、解决测试所发生的异常的重要手段，对通信协议的熟悉程度亦会对测试日志的分析产生影响。例如，笔者在图2所示测试环境下进行基站设备测试时，发现模拟终端扫频接收不到基站小区的系统信息，即模拟终端未与待测基站同步。通过对日志的分析，得到如图4所示的日志信息。

如图4所示，造成终端无法同步的原因为模拟终端天线端口上的可调衰减器设置的衰减值过大，导致下行功率比正常功率小15dB。解决方法是调小衰减，即可使模拟终端顺利同步并获取到系统信息。

4 结束语

本文介绍了IxCatapult系统的软硬件平台、测试环境的搭建以及对测试异常的分析，为TD-LTE系统特别是基站设备的测试提供了另一种思路。

作为无线通讯基站设备测试工具，IxCatapult测试系统以其优越的可扩展性和可操作性成为国内外各大设备厂商及运营服务商的青睐对象。IxCatapult系统不仅可用于对TD-LTE设备进行检验和验收，而且其可编程的测试用例还可方便地应用到基站、终端、核心网等诸多LTE网元设备的研发测试工作中，掌握该测试系统的使用可大大加快LTE系统的研发和商业化进程。

参考文献：

[1] 刘鑫. CompactPCI/PXI关键技术的发展与应用[J]. 航天控制， 2004，22（3）： 62-68.

[2] 王颂一. IxCatapult DCT2000数字通信测试系统及其在LTE测试的解决方案[J]. 电信网技术， 2009（12）： 55-59.

[3] 3GPP TS 36.323. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（EUTRA）； Packet Data Convergence Protocol（PDCP） specification Version 9[S]. 2009.

[4] 3GPP TS 36.331. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA） Radio Resource Control（RRC）； Protocol Specification Version 9[S]. 2010.

[5] 3GPP TS 24.301. Non-Access-Stratum（NAS） protocol for Evolved Packet System（EPS）； Stage 3 Version 9[S]. 2012.

作者简介

黄骞：硕士就读于中国科学技术大学软件学院软件工程专业，主要研究方向为通信协议软件系统设计、嵌入式系统应用等。

胡群超：硕士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为软件系统设计、LTE通信协议研究等。

贠超：博士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所通信与信息系统专业，副研究员，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为宽带无线接入系统物理层算法研究、无线宽带技术在高铁和电力通信的应用等。endprint

实际测试中，IxCatapult系统的r10射频模块与待测基站的射频拉远单元（RRU，Radio Remote Unit）采用射频直连的方式相连接；XAir板卡作为仿真终端的基带处理模块，提供标准CPRI接口与待测基站的基带处理模块之间的直接光纤连接，实现层对层的数据测试。测试系统与待测基站的硬件连接框图如图2所示。待测基站的SCTP链路与M500的千兆以太网型背板传输模块（GIGE）相连。其中，RX1、RX2、TX1、Y1和Y2为射频线接端口，标明IP的为千兆以太网接口，其他标示的端口为CPRI接口。

图2中，M500设备上主控单板工作站（SBC）的1号网口与计算机PC#1相连接，PC#1的功能是远程登陆并控制IxCatapult测试系统，SBC的2号网口连接千兆以太网交换机，SBC作为DHCP服务器向模拟终端的无线射频模块r10及基带处理模块XAir板卡提供DHCP服务。M500的GIGE型接口板卡上共有4个网络端口，GIGE型板卡的网口1连接XAir板卡的2号网口，用于传输模拟终端高层与基带处理模块之间的交互数据；网口2连接计算机PC#2，用于模拟终端的数据面操作，计算机PC#2的网口IP地址需要配置成模拟终端的IP，需要从将要运行的测试脚本配置文件中查找填入；网口3作为模拟核心网S1链路端口，与待测基站的S1链路端口相连接，如图2所示，IP需配置在同一网段；网口4与PC#3相连接，PC#3作为应用服务器，提供数据面的服务，从PC#3进行ping包、灌包、FTP传输文件等操作。需要说明的是，图2所示是针对单独一台待测基站的连接方式。

3.2 测试系统的运行[5]

测试系统上电开机之后，使用计算机PC#1中的RealVNC Viewer软件，远程登录到M500上，在SUSE Linux系统的终端窗口键入命令“hminfo”，查看IxCatapult系统的硬件信息，确定XAir板卡和r10已连接上测试系统。输入命令“launch xxx.lch”（xxx.lch为实际测试用例的名称，例如eNB_r8.lch），打开已建立完成的测试用例launch图，点击图3所示的三角形运行按钮，启动测试用例。开始运行后，测试软件会自动弹出控制测试系统及测试日志显示的对话框，信令的交互可以通过命令或可视化界面打开并记录。

3.3 测试异常的分析

在基站设备的研发阶段，IxCatapult系统的实时日志系统及分析工具链完成测试中的以太网络数据包、信令数据乃至基带IQ数据的抓取，保存的原生日志（.out）文件可以直接被开源的Wireshark网络协议封包分析软件读取并解析。基于层对层的测试，不仅可以让操作人员开启日志记录功能、跟踪高层数据交互的流程，还提供从M500远程登录到XAir板卡抓取记录MAC、PHY层数据的功能。

在IxCatapult数字通信测试系统的使用中，对测试日志的分析成为定位、解决测试所发生的异常的重要手段，对通信协议的熟悉程度亦会对测试日志的分析产生影响。例如，笔者在图2所示测试环境下进行基站设备测试时，发现模拟终端扫频接收不到基站小区的系统信息，即模拟终端未与待测基站同步。通过对日志的分析，得到如图4所示的日志信息。

如图4所示，造成终端无法同步的原因为模拟终端天线端口上的可调衰减器设置的衰减值过大，导致下行功率比正常功率小15dB。解决方法是调小衰减，即可使模拟终端顺利同步并获取到系统信息。

4 结束语

本文介绍了IxCatapult系统的软硬件平台、测试环境的搭建以及对测试异常的分析，为TD-LTE系统特别是基站设备的测试提供了另一种思路。

作为无线通讯基站设备测试工具，IxCatapult测试系统以其优越的可扩展性和可操作性成为国内外各大设备厂商及运营服务商的青睐对象。IxCatapult系统不仅可用于对TD-LTE设备进行检验和验收，而且其可编程的测试用例还可方便地应用到基站、终端、核心网等诸多LTE网元设备的研发测试工作中，掌握该测试系统的使用可大大加快LTE系统的研发和商业化进程。

参考文献：

[1] 刘鑫. CompactPCI/PXI关键技术的发展与应用[J]. 航天控制， 2004，22（3）： 62-68.

[2] 王颂一. IxCatapult DCT2000数字通信测试系统及其在LTE测试的解决方案[J]. 电信网技术， 2009（12）： 55-59.

[3] 3GPP TS 36.323. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（EUTRA）； Packet Data Convergence Protocol（PDCP） specification Version 9[S]. 2009.

[4] 3GPP TS 36.331. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA） Radio Resource Control（RRC）； Protocol Specification Version 9[S]. 2010.

[5] 3GPP TS 24.301. Non-Access-Stratum（NAS） protocol for Evolved Packet System（EPS）； Stage 3 Version 9[S]. 2012.

作者简介

黄骞：硕士就读于中国科学技术大学软件学院软件工程专业，主要研究方向为通信协议软件系统设计、嵌入式系统应用等。

胡群超：硕士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为软件系统设计、LTE通信协议研究等。

贠超：博士毕业于中科院上海微系统与信息技术研究所通信与信息系统专业，副研究员，现任职于中科院南京宽带无线移动通信研发中心，主要研究方向为宽带无线接入系统物理层算法研究、无线宽带技术在高铁和电力通信的应用等。endprint