一種數(shù)傳通信系統(tǒng)的測試方法

胡玉成

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司寬帶通信技術(shù)研究所，江蘇 南京210000）

1 系統(tǒng)介紹

本文介紹了一種空地?cái)?shù)傳通信系統(tǒng)，主要任務(wù)是將機(jī)載端數(shù)據(jù)通過收發(fā)信機(jī)傳輸?shù)降孛?，同時(shí)地面設(shè)備也可以通過上行通信鏈路遙控機(jī)載設(shè)備。系統(tǒng)簡要框圖如圖1 所示，系統(tǒng)包含低速率的控制信道和高速的業(yè)務(wù)信道，包含機(jī)載、地面通信設(shè)備和機(jī)載、地面控制軟件。為了對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的測試，將測試過程分為功能測試、通信性能測試、通信指標(biāo)測試、環(huán)境適應(yīng)性測試和室外拉距測試五部分。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 功能測試

功能測試主要驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能是否完全滿足設(shè)計(jì)要求。在功能測試之前需要對所用到的軟件即機(jī)載控制軟件和地面控制軟件進(jìn)行測試，確保軟件功能完整且性能可靠。功能測試在室內(nèi)進(jìn)行。機(jī)載控制軟件與機(jī)載設(shè)備之間，地面控制軟件與地面設(shè)備之間通過網(wǎng)口連接，機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備間通過射頻線纜和衰減器分別將機(jī)載與地面設(shè)備的控制信道和業(yè)務(wù)信道對應(yīng)連接起來，用來模擬空間環(huán)境對信號的衰減。典型的系統(tǒng)連接如圖2 所示。

圖2 通信系統(tǒng)測試典型連接

2.1 建立通信鏈路

系統(tǒng)連接好之后，第一步是系統(tǒng)開機(jī)建立通信鏈路。通過觀察機(jī)載控制軟件、地面控制軟件的控制信道、業(yè)務(wù)信道發(fā)射功率、接收信號強(qiáng)度來判斷系統(tǒng)不能建立通信鏈路的原因。比如軟件顯示業(yè)務(wù)信道未能建鏈成功，需要查看機(jī)載和地面軟件業(yè)務(wù)信道功率是否開啟，然后查看接收信號強(qiáng)度是否正常。如果功率都已開啟，但是雙方都沒有接收到業(yè)務(wù)信號，則需要用功率計(jì)分別測試機(jī)載業(yè)務(wù)信道和地面業(yè)務(wù)信道射頻發(fā)射功率是否符合要求，如果發(fā)射功率正常，則可判定另一方的業(yè)務(wù)接收有問題，如果發(fā)射功率不正常，則是本方業(yè)務(wù)發(fā)射有問題，須將測試結(jié)果記錄并上報(bào)給系統(tǒng)工程師解決。

2.2 測試控制鏈路

因?yàn)榭刂奇溌肪哂袀鬏斁嚯x遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)是帶寬較小，主要用于傳輸上下行的控制信息。通過機(jī)載控制軟件、地面控制軟件配置、上報(bào)的設(shè)備參數(shù)來判斷上行和下行控制鏈路是否通暢，同時(shí)也測試了軟件對設(shè)備控制的有效性。在確?？刂奇溌酚行Ш蛙浖υO(shè)備能有效控制的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)文檔對所有控制功能項(xiàng)逐一測試并記錄，有問題的需要報(bào)送相關(guān)人員修改。

2.3 測試業(yè)務(wù)鏈路

因?yàn)闃I(yè)務(wù)鏈路具有大帶寬的特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)是傳輸距離相對較近，所以用于傳輸上下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。通過軟件觀察在業(yè)務(wù)信道建鏈成功之后，使用UDP 工具在機(jī)載和地面端電腦進(jìn)行灌包，如果收發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)和字節(jié)數(shù)一致，則業(yè)務(wù)鏈路功能測試通過。

3 性能測試

性能測試是在功能測試滿足要求的前提下進(jìn)行的，旨在驗(yàn)證業(yè)務(wù)上下行的傳輸速率和丟包率是否滿足設(shè)計(jì)要求；通過測試發(fā)現(xiàn)并定位影響丟包率的因素；消除因素再測試，反復(fù)迭代直到丟包率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要使用的工具是Iperf灌包工具。做好數(shù)據(jù)記錄和分析便于定位影響丟包率的原因。這里有一個(gè)原則：每次試驗(yàn)測試只改變可能影響丟包率的一個(gè)因素，然后通過對比分析測試結(jié)果來判斷該因素是否為影響丟包率的因素。

3.1 收斂迭代法

收斂迭代法是經(jīng)常采用的一種測試方法。具體的實(shí)施步驟是：①理清所有可能會影響丟包率的因素。②從完整系統(tǒng)地開始依次改變其中的一個(gè)因素，并對系統(tǒng)進(jìn)行完整的丟包率測試，并做好記錄。③當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一因素拉高了系統(tǒng)丟包率時(shí)，對其進(jìn)行整改，整改完畢后重新對此變量進(jìn)行測試，假如此時(shí)系統(tǒng)丟包率改善并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則可以停止后續(xù)測試，否則應(yīng)該繼續(xù)完成剩余所有影響因素的測試。因?yàn)橐话闱闆r下影響丟包率的因素會不止一個(gè)。下面介紹一下在實(shí)際測試中遇到的一些影響丟包率的因素。

Iperf 軟件本身也有一定的局限。比如在帶寬一定時(shí)，包長指定1 472 字節(jié)時(shí)丟包率會優(yōu)于不指定包長時(shí)的情況，但是從wireshark 抓包來看不指定包長時(shí)每一包的數(shù)據(jù)長度也是1 472 字節(jié)。在帶寬一定時(shí)，短包的丟包率要比長包的丟包率要高，這種情況在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的臨界傳輸速率附近時(shí)表現(xiàn)得尤為明顯。個(gè)人假設(shè)可能是Iperf 軟件自身通信也占用少量帶寬所致。

確保網(wǎng)絡(luò)鏈路所有線纜為雙絞線。測試過程中發(fā)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)接口到設(shè)備板卡之間的一段15 cm的線纜不雙絞處理時(shí)丟包率會高于雙絞處理之后的測試結(jié)果。

確保測試電腦不會成為使丟包率增高的一個(gè)因素。測試中發(fā)現(xiàn)有一臺Windows 10 筆記本電腦為服務(wù)器端時(shí)，丟包率會異常升高，經(jīng)過多次測試發(fā)現(xiàn)這臺電腦對接收數(shù)據(jù)的處理會遲緩，在測試過程中要注意排除這個(gè)因素。

有一點(diǎn)需要特別注意，其中的某個(gè)因素可能是一個(gè)模塊或者一個(gè)板卡，當(dāng)需要把這個(gè)板卡單獨(dú)拿出來供電的話，一定要注意外接電源的電壓和電流設(shè)置，尤其要注意電源的正負(fù)極性不能接反，否則可能會燒壞模塊造成損失。

3.2 發(fā)散法

當(dāng)用收斂法測試完之后仍沒有找到影響丟包率的因素時(shí)，可以采用發(fā)散法進(jìn)行測試。具體實(shí)施步驟是：①對單個(gè)的交換單元進(jìn)行獨(dú)立測試，確保不丟包；②對單獨(dú)模塊進(jìn)行測試，也可對多個(gè)模塊進(jìn)行對比測試；③把線纜也納入可能造成丟包率的因素中來；④所用測試電腦、測試工具、網(wǎng)線等都需要逐一排除測試；⑤所有可能的因素都排除之后再進(jìn)行系統(tǒng)的測試。

在實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)線纜也是影響丟包率的一個(gè)因素，同樣的線纜制作工藝不同或者使用不當(dāng)造成隱性損壞都會引起系統(tǒng)丟包率升高。

4 指標(biāo)測試

通信系統(tǒng)在進(jìn)行功能和性能測試的同時(shí)還需要進(jìn)行指標(biāo)測試，有些是穿插在前面的測試中的，比如信道發(fā)送功率。在完成性能測試之后還要進(jìn)行信道接收靈敏度、工作頻段、天線駐波比、功耗等指標(biāo)的測試。

需要注意的是，在將信號接入儀表之前要計(jì)算好信號強(qiáng)度有沒有超過儀表的承受范圍，以免過載燒壞昂貴的儀器設(shè)備。當(dāng)輸入信號過大時(shí)可以連接衰減器加以匹配。

測量信道接收靈敏度需要用到功率計(jì)、可調(diào)衰減器、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手軟件，另外，因?yàn)樾诺郎舷滦徐`敏度可能存在不一致的情況，所以在測試之前需要對測試電腦進(jìn)行ARP 綁定，以保證網(wǎng)絡(luò)在單通的情況下測試的準(zhǔn)確性。具體測量方法是用射頻線纜和固定衰減器，可調(diào)衰減器分別將機(jī)載和地面控制和業(yè)務(wù)信道連接起來，逐漸加大可調(diào)衰減器的衰減值，觀察網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)情況，直到出現(xiàn)明顯的丟包為止，然后用功率計(jì)測量的發(fā)射端的功率值減去線纜和衰減器的衰減值就是接收端的接收靈敏度。

工作頻段測量需要用到頻譜儀。應(yīng)該逐個(gè)信道測試看看有沒有超過設(shè)計(jì)的頻率范圍。在電磁環(huán)境要求較高的使用場所，需要對整機(jī)進(jìn)行電磁屏蔽處理，以免信號泄露對其他設(shè)備造成干擾。比如對模塊外殼加貼屏蔽膠片，在模塊結(jié)構(gòu)間加裝密封圈都可以減少泄露情況，當(dāng)然結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)之初也應(yīng)該考慮這個(gè)問題。

天線駐波比可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量。注意測量之前應(yīng)該按照要求對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。設(shè)備直流功耗可以在設(shè)備進(jìn)行最大功率發(fā)射時(shí)觀察直流電源的電流和電壓來測量，設(shè)備交流功耗可以使用插座式功耗計(jì)測量。

5 環(huán)境測試

產(chǎn)品在定型之前還要進(jìn)行環(huán)境測試，包括高低溫、濕度、溫變、振動等測試。對可靠性要求高工作環(huán)境惡劣的部件比如機(jī)載部件，可能還需進(jìn)行沖擊、沙塵、鹽霧、流體等試驗(yàn)。

6 室外拉距實(shí)驗(yàn)

在系統(tǒng)相對穩(wěn)定之后，要進(jìn)行室外拉距測試，模擬更真實(shí)的使用環(huán)境，使系統(tǒng)更完善。拉距實(shí)驗(yàn)可以在天線端加入適當(dāng)?shù)乃p器模擬遠(yuǎn)距離通信。選取的地點(diǎn)盡量避開人員密集地區(qū)，有條件可以測一下試驗(yàn)點(diǎn)的電磁環(huán)境。選擇較開闊的地方，機(jī)載端可以在山頂?shù)容^高的地方，和地面端要目視可見不能遮擋。

7 結(jié)束語

本文介紹了典型的通信系統(tǒng)測試需要進(jìn)行的測試項(xiàng)及測試方法和測試所需的工具，同時(shí)講述了在實(shí)際測試中可能遇到的一些問題，希望能對進(jìn)行通信系統(tǒng)測試的相關(guān)讀者起到一定的幫助。