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多制式基站综合测试线的架构与验证实践 (1)

news 2025/10/14 6:31:05

多制式基站综合测试线的架构与验证实践

一、前言

在现代移动通信的研发和验证过程中，多制式基站（Multi-RAT Base Station） 的测试环境搭建是一项系统性工程。
它不仅涉及 2G/3G/4G/5G 多代无线接入技术，还需保证与核心网、传输、计费、策略控制等子系统的闭环联通。

本文将以一条典型的 多制式综合测试线（Multi-RAT Test Line） 为例，详细讲解其架构设计、组件连接、测试流程及关键注意事项。
这条测试线在我们的实验环境中承担着从集成验证、性能测试到互操作性测试（IOT）的全部任务。

二、测试线建设目标

建立这样一条测试线的主要目标包括：

多制式协同验证：验证LTE、NR、WCDMA、GSM基站在同一核心网下的互通性与切换性能。
E2E（端到端）测试：模拟真实商用环境，从UE接入到核心网业务链路的全流程打通。
特性验证与回归：在新版本软件交付前进行回归验证，确保策略控制、计费、会话保持等机制稳定。
自动化回放与负载压测：通过测试管理平台实现批量自动触发、指标采集与异常分析。

三、整体架构概览

整条测试线大体分为以下五个层面：

┌────────────────────────────────────────────┐
│                测试管理与监控层            │
│ Test Orchestrator / Jenkins / Grafana      │
└────────────────────────────────────────────┘│
┌────────────────────────────────────────────┐
│                核心网层                    │
│ EPC (MME, SGW, PGW, HSS, PCRF/SAPC)        │
│ 5GC (AMF, SMF, UPF, UDM, PCF)              │
└────────────────────────────────────────────┘│
┌────────────────────────────────────────────┐
│                无线接入层（RAN）           │
│ eNB, gNB, NodeB, BTS (多制式混合架构)      │
│ RU + DU + CU 分层架构（5G NR）             │
└────────────────────────────────────────────┘│
┌────────────────────────────────────────────┐
│                仿真与终端层                │
│ UEs, UE Simulator, Channel Emulator, UE Pool│
└────────────────────────────────────────────┘│
┌────────────────────────────────────────────┐
│                测试仪表层                  │
│ Traffic Generator, Wireshark, IxLoad, Viavi │
└────────────────────────────────────────────┘

四、无线接入层（RAN）架构设计

1. 多制式基站布局

测试线通常包含多种制式的基站：

LTE eNodeB：主流的4G宏站，用于验证数据面吞吐、切换和VoLTE策略。
NR gNodeB：5G新空口设备，用于NSA/SA两种架构测试。
WCDMA NodeB / GSM BTS：用于回落场景和跨RAT测试。
Small Cell / Pico Cell：用于容量密集测试。

这些基站通过分布式BBU + RRH/RU 结构连接，并挂载在同一个传输平面下。

2. 分层设计（CU/DU/RU）

在5G架构中，gNodeB进一步分为三层：

RU（Radio Unit）：负责射频处理和天线前端。
DU（Distributed Unit）：负责实时调度、MAC/RLC层处理。
CU（Centralized Unit）：负责RRC、PDCP、切换与策略控制。

CU与DU之间通过 F1接口 连接；DU与RU之间通过 eCPRI/OBSAI/CPRI 传输射频数据。

3. 传输与同步

每个基站通过L2/L3交换机接入测试网段。同步信号来源包括：

GPS（最常见）
PTP (IEEE 1588v2)
SyncE（同步以太网）

时钟同步是整个测试线的生命线之一，任何时钟漂移都会导致UE掉线、切换失败或RRC重建。

五、核心网层设计

1. EPC组成（4G场景）

典型的EPC由以下功能模块构成：

MME：控制面管理，处理Attach/Detach、TAU、Bearer建立。
SGW/PGW：数据转发网关，负责用户面转发与IP分配。
HSS：用户数据库，存储IMSI、APN、QoS等信息。
PCRF / SAPC：策略与计费控制（Gx/Gy接口）。
OCS：在线计费系统。

2. 5GC组件（5G SA场景）

5G核心网采用服务化架构（SBA），主要包括：

AMF（接入与移动管理）
SMF（会话管理）
UPF（用户面功能）
UDM（用户数据管理）
PCF（策略控制）
NRF（功能注册与发现）

通过N接口（HTTP/2 + JSON）实现模块间通信，与传统Diameter信令相比，灵活性更强。

3. 网络拓扑与隔离

测试线中的核心网通常运行在虚拟化平台（如VIO、OpenStack或VMware ESXi）上，并通过VLAN或VRF隔离不同测试域。
每个版本、每个场景可独立加载镜像，实现快速切换与回滚。

六、仿真与终端层设计

1. 真实终端（UE Pool）

使用多种商用手机或CPE设备（支持不同频段与制式），进行场景级接入与业务测试。

2. UE仿真器（UE Simulator）

采用如 Keysight UXM, Anritsu MD8430A, 或 VIAVI TM500 等专业仪表，可模拟数百到上千台UE并发接入，测试：

Attach/Detach速率
ERAB建立成功率
VoLTE呼叫保持率
数据面吞吐性能

3. 信道仿真（Channel Emulator）

用于模拟无线传播环境（多径衰落、时延、干扰），测试eNB/gNB在真实无线条件下的鲁棒性。

七、流量注入与性能测试

流量测试是验证RAN与核心网性能的关键环节。典型做法如下：

业务生成器（Traffic Generator）
- 使用 IxLoad、Spirent Landslide、JMeter 等工具；
- 模拟实际业务流，如HTTP、VoLTE、FTP、Video Streaming。
端到端路径验证
- 从UE→基站→EPC/5GC→Internet；
- 检查QoS策略、PCC规则、流量分流（LBO/SGi）。
性能指标监控
- 吞吐率（Throughput）
- 建立成功率（Attach Success Rate）
- ERAB保持率
- Packet Loss / RTT / Jitter
- Policy Enforcement成功率（Gx/Gy接口）

八、测试管理与自动化

现代测试线不再依赖人工逐步操作，而是通过自动化平台实现：

模块	工具 / 技术
测试编排	Jenkins / Robot Framework / Ansible
结果采集	Elastic Stack / Prometheus
可视化监控	Grafana / Kibana
版本回滚	Git + CI/CD Pipeline
报告生成	Python + Pandas + Markdown to PDF

测试用例以YAML/JSON定义，可根据Release版本动态加载配置，形成自动触发的回归测试。