一種數傳通信系統的測試方法

胡玉成

（南京熊貓漢達科技有限公司寬帶通信技術研究所，江蘇 南京210000）

1 系統介紹

本文介紹了一種空地數傳通信系統，主要任務是將機載端數據通過收發信機傳輸到地面，同時地面設備也可以通過上行通信鏈路遙控機載設備。系統簡要框圖如圖1 所示，系統包含低速率的控制信道和高速的業務信道，包含機載、地面通信設備和機載、地面控制軟件。為了對整個系統進行全面細致的測試，將測試過程分為功能測試、通信性能測試、通信指標測試、環境適應性測試和室外拉距測試五部分。

圖1 系統框圖

2 功能測試

功能測試主要驗證整個系統的各項功能是否完全滿足設計要求。在功能測試之前需要對所用到的軟件即機載控制軟件和地面控制軟件進行測試，確保軟件功能完整且性能可靠。功能測試在室內進行。機載控制軟件與機載設備之間，地面控制軟件與地面設備之間通過網口連接，機載設備和地面設備間通過射頻線纜和衰減器分別將機載與地面設備的控制信道和業務信道對應連接起來，用來模擬空間環境對信號的衰減。典型的系統連接如圖2 所示。

圖2 通信系統測試典型連接

2.1 建立通信鏈路

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

2.2 測試控制鏈路

因為控制鏈路具有傳輸距離遠的優點，但是缺點是帶寬較小，主要用于傳輸上下行的控制信息。通過機載控制軟件、地面控制軟件配置、上報的設備參數來判斷上行和下行控制鏈路是否通暢，同時也測試了軟件對設備控制的有效性。在確保控制鏈路有效和軟件對設備能有效控制的情況下，根據設計文檔對所有控制功能項逐一測試并記錄，有問題的需要報送相關人員修改。

2.3 測試業務鏈路

因為業務鏈路具有大帶寬的特點，但是缺點是傳輸距離相對較近，所以用于傳輸上下行業務數據。通過軟件觀察在業務信道建鏈成功之后，使用UDP 工具在機載和地面端電腦進行灌包，如果收發數據包數和字節數一致，則業務鏈路功能測試通過。

3 性能測試

性能測試是在功能測試滿足要求的前提下進行的，旨在驗證業務上下行的傳輸速率和丟包率是否滿足設計要求；通過測試發現并定位影響丟包率的因素；消除因素再測試，反復迭代直到丟包率達到設計要求。主要使用的工具是Iperf灌包工具。做好數據記錄和分析便于定位影響丟包率的原因。這里有一個原則：每次試驗測試只改變可能影響丟包率的一個因素，然后通過對比分析測試結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

收斂迭代法是經常采用的一種測試方法。具體的實施步驟是：①理清所有可能會影響丟包率的因素。②從完整系統地開始依次改變其中的一個因素，并對系統進行完整的丟包率測試，并做好記錄。③當發現某一因素拉高了系統丟包率時，對其進行整改，整改完畢后重新對此變量進行測試，假如此時系統丟包率改善并達到設計要求，則可以停止后續測試，否則應該繼續完成剩余所有影響因素的測試。因為一般情況下影響丟包率的因素會不止一個。下面介紹一下在實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，包長指定1 472 字節時丟包率會優于不指定包長時的情況，但是從wireshark 抓包來看不指定包長時每一包的數據長度也是1 472 字節。在帶寬一定時，短包的丟包率要比長包的丟包率要高，這種情況在系統設計的臨界傳輸速率附近時表現得尤為明顯。個人假設可能是Iperf 軟件自身通信也占用少量帶寬所致。

確保網絡鏈路所有線纜為雙絞線。測試過程中發現從網絡接口到設備板卡之間的一段15 cm的線纜不雙絞處理時丟包率會高于雙絞處理之后的測試結果。

確保測試電腦不會成為使丟包率增高的一個因素。測試中發現有一臺Windows 10 筆記本電腦為服務器端時，丟包率會異常升高，經過多次測試發現這臺電腦對接收數據的處理會遲緩，在測試過程中要注意排除這個因素。

有一點需要特別注意，其中的某個因素可能是一個模塊或者一個板卡，當需要把這個板卡單獨拿出來供電的話，一定要注意外接電源的電壓和電流設置，尤其要注意電源的正負極性不能接反，否則可能會燒壞模塊造成損失。

3.2 發散法

當用收斂法測試完之后仍沒有找到影響丟包率的因素時，可以采用發散法進行測試。具體實施步驟是：①對單個的交換單元進行獨立測試，確保不丟包；②對單獨模塊進行測試，也可對多個模塊進行對比測試；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行系統的測試。

在實際測試中發現線纜也是影響丟包率的一個因素，同樣的線纜制作工藝不同或者使用不當造成隱性損壞都會引起系統丟包率升高。

4 指標測試

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

需要注意的是，在將信號接入儀表之前要計算好信號強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備。當輸入信號過大時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、可調衰減器、網絡調試助手軟件，另外，因為信道上下行靈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行ARP 綁定，以保證網絡在單通的情況下測試的準確性。具體測量方法是用射頻線纜和固定衰減器，可調衰減器分別將機載和地面控制和業務信道連接起來，逐漸加大可調衰減器的衰減值，觀察網絡調試助手中網絡數據的收發情況，直到出現明顯的丟包為止，然后用功率計測量的發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。應該逐個信道測試看看有沒有超過設計的頻率范圍。在電磁環境要求較高的使用場所，需要對整機進行電磁屏蔽處理，以免信號泄露對其他設備造成干擾。比如對模塊外殼加貼屏蔽膠片，在模塊結構間加裝密封圈都可以減少泄露情況，當然結構和硬件設計之初也應該考慮這個問題。

天線駐波比可以通過網絡分析儀來測量。注意測量之前應該按照要求對設備進行校準。設備直流功耗可以在設備進行最大功率發射時觀察直流電源的電流和電壓來測量，設備交流功耗可以使用插座式功耗計測量。

5 環境測試

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

6 室外拉距實驗

在系統相對穩定之后，要進行室外拉距測試，模擬更真實的使用環境，使系統更完善。拉距實驗可以在天線端加入適當的衰減器模擬遠距離通信。選取的地點盡量避開人員密集地區，有條件可以測一下試驗點的電磁環境。選擇較開闊的地方，機載端可以在山頂等較高的地方，和地面端要目視可見不能遮擋。

7 結束語

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