一种数传通信系统的测试方法

胡玉成

（南京熊猫汉达科技有限公司宽带通信技术研究所，江苏 南京210000）

1 系统介绍

本文介绍了一种空地数传通信系统，主要任务是将机载端数据通过收发信机传输到地面，同时地面设备也可以通过上行通信链路遥控机载设备。系统简要框图如图1 所示，系统包含低速率的控制信道和高速的业务信道，包含机载、地面通信设备和机载、地面控制软件。为了对整个系统进行全面细致的测试，将测试过程分为功能测试、通信性能测试、通信指标测试、环境适应性测试和室外拉距测试五部分。

图1 系统框图

2 功能测试

功能测试主要验证整个系统的各项功能是否完全满足设计要求。在功能测试之前需要对所用到的软件即机载控制软件和地面控制软件进行测试，确保软件功能完整且性能可靠。功能测试在室内进行。机载控制软件与机载设备之间，地面控制软件与地面设备之间通过网口连接，机载设备和地面设备间通过射频线缆和衰减器分别将机载与地面设备的控制信道和业务信道对应连接起来，用来模拟空间环境对信号的衰减。典型的系统连接如图2 所示。

图2 通信系统测试典型连接

2.1 建立通信链路

系统连接好之后，第一步是系统开机建立通信链路。通过观察机载控制软件、地面控制软件的控制信道、业务信道发射功率、接收信号强度来判断系统不能建立通信链路的原因。比如软件显示业务信道未能建链成功，需要查看机载和地面软件业务信道功率是否开启，然后查看接收信号强度是否正常。如果功率都已开启，但是双方都没有接收到业务信号，则需要用功率计分别测试机载业务信道和地面业务信道射频发射功率是否符合要求，如果发射功率正常，则可判定另一方的业务接收有问题，如果发射功率不正常，则是本方业务发射有问题，须将测试结果记录并上报给系统工程师解决。

2.2 测试控制链路

因为控制链路具有传输距离远的优点，但是缺点是带宽较小，主要用于传输上下行的控制信息。通过机载控制软件、地面控制软件配置、上报的设备参数来判断上行和下行控制链路是否通畅，同时也测试了软件对设备控制的有效性。在确保控制链路有效和软件对设备能有效控制的情况下，根据设计文档对所有控制功能项逐一测试并记录，有问题的需要报送相关人员修改。

2.3 测试业务链路

因为业务链路具有大带宽的特点，但是缺点是传输距离相对较近，所以用于传输上下行业务数据。通过软件观察在业务信道建链成功之后，使用UDP 工具在机载和地面端电脑进行灌包，如果收发数据包数和字节数一致，则业务链路功能测试通过。

3 性能测试

性能测试是在功能测试满足要求的前提下进行的，旨在验证业务上下行的传输速率和丢包率是否满足设计要求；通过测试发现并定位影响丢包率的因素；消除因素再测试，反复迭代直到丢包率达到设计要求。主要使用的工具是Iperf灌包工具。做好数据记录和分析便于定位影响丢包率的原因。这里有一个原则：每次试验测试只改变可能影响丢包率的一个因素，然后通过对比分析测试结果来判断该因素是否为影响丢包率的因素。

3.1 收敛迭代法

收敛迭代法是经常采用的一种测试方法。具体的实施步骤是：①理清所有可能会影响丢包率的因素。②从完整系统地开始依次改变其中的一个因素，并对系统进行完整的丢包率测试，并做好记录。③当发现某一因素拉高了系统丢包率时，对其进行整改，整改完毕后重新对此变量进行测试，假如此时系统丢包率改善并达到设计要求，则可以停止后续测试，否则应该继续完成剩余所有影响因素的测试。因为一般情况下影响丢包率的因素会不止一个。下面介绍一下在实际测试中遇到的一些影响丢包率的因素。

Iperf 软件本身也有一定的局限。比如在带宽一定时，包长指定1 472 字节时丢包率会优于不指定包长时的情况，但是从wireshark 抓包来看不指定包长时每一包的数据长度也是1 472 字节。在带宽一定时，短包的丢包率要比长包的丢包率要高，这种情况在系统设计的临界传输速率附近时表现得尤为明显。个人假设可能是Iperf 软件自身通信也占用少量带宽所致。

确保网络链路所有线缆为双绞线。测试过程中发现从网络接口到设备板卡之间的一段15 cm的线缆不双绞处理时丢包率会高于双绞处理之后的测试结果。

确保测试电脑不会成为使丢包率增高的一个因素。测试中发现有一台Windows 10 笔记本电脑为服务器端时，丢包率会异常升高，经过多次测试发现这台电脑对接收数据的处理会迟缓，在测试过程中要注意排除这个因素。

有一点需要特别注意，其中的某个因素可能是一个模块或者一个板卡，当需要把这个板卡单独拿出来供电的话，一定要注意外接电源的电压和电流设置，尤其要注意电源的正负极性不能接反，否则可能会烧坏模块造成损失。

3.2 发散法

当用收敛法测试完之后仍没有找到影响丢包率的因素时，可以采用发散法进行测试。具体实施步骤是：①对单个的交换单元进行独立测试，确保不丢包；②对单独模块进行测试，也可对多个模块进行对比测试；③把线缆也纳入可能造成丢包率的因素中来；④所用测试电脑、测试工具、网线等都需要逐一排除测试；⑤所有可能的因素都排除之后再进行系统的测试。

在实际测试中发现线缆也是影响丢包率的一个因素，同样的线缆制作工艺不同或者使用不当造成隐性损坏都会引起系统丢包率升高。

4 指标测试

通信系统在进行功能和性能测试的同时还需要进行指标测试，有些是穿插在前面的测试中的，比如信道发送功率。在完成性能测试之后还要进行信道接收灵敏度、工作频段、天线驻波比、功耗等指标的测试。

需要注意的是，在将信号接入仪表之前要计算好信号强度有没有超过仪表的承受范围，以免过载烧坏昂贵的仪器设备。当输入信号过大时可以连接衰减器加以匹配。

测量信道接收灵敏度需要用到功率计、可调衰减器、网络调试助手软件，另外，因为信道上下行灵敏度可能存在不一致的情况，所以在测试之前需要对测试电脑进行ARP 绑定，以保证网络在单通的情况下测试的准确性。具体测量方法是用射频线缆和固定衰减器，可调衰减器分别将机载和地面控制和业务信道连接起来，逐渐加大可调衰减器的衰减值，观察网络调试助手中网络数据的收发情况，直到出现明显的丢包为止，然后用功率计测量的发射端的功率值减去线缆和衰减器的衰减值就是接收端的接收灵敏度。

工作频段测量需要用到频谱仪。应该逐个信道测试看看有没有超过设计的频率范围。在电磁环境要求较高的使用场所，需要对整机进行电磁屏蔽处理，以免信号泄露对其他设备造成干扰。比如对模块外壳加贴屏蔽胶片，在模块结构间加装密封圈都可以减少泄露情况，当然结构和硬件设计之初也应该考虑这个问题。

天线驻波比可以通过网络分析仪来测量。注意测量之前应该按照要求对设备进行校准。设备直流功耗可以在设备进行最大功率发射时观察直流电源的电流和电压来测量，设备交流功耗可以使用插座式功耗计测量。

5 环境测试

产品在定型之前还要进行环境测试，包括高低温、湿度、温变、振动等测试。对可靠性要求高工作环境恶劣的部件比如机载部件，可能还需进行冲击、沙尘、盐雾、流体等试验。

6 室外拉距实验

在系统相对稳定之后，要进行室外拉距测试，模拟更真实的使用环境，使系统更完善。拉距实验可以在天线端加入适当的衰减器模拟远距离通信。选取的地点尽量避开人员密集地区，有条件可以测一下试验点的电磁环境。选择较开阔的地方，机载端可以在山顶等较高的地方，和地面端要目视可见不能遮挡。

7 结束语

本文介绍了典型的通信系统测试需要进行的测试项及测试方法和测试所需的工具，同时讲述了在实际测试中可能遇到的一些问题，希望能对进行通信系统测试的相关读者起到一定的帮助。