LTE网络新技术的发展,对LTE网络测试仪表的研发提出了迫切的要求。由于LTE网络的扁平化结构使得空中接口成为LTE网络监测的重点。而空中接口的层三协议负责无线资源配置,负责UE与核心网的交互。因此针对空中接口的层三协议监测是空口监测仪的重要组成部分。为实现对LTE网络中Uu接口的监测,首先分析了层三协议的业务流程。在LTE网络Uu接口测试仪软件平台设计方案的基础上,设计了Uu接口层三协议监测模块的实现方案。该方案包含协议解码、CDR合成和统计分析三个模块。在分析了RRC协议利用ASN.1编码特性的基础上,设计了利用ASN.1解码器对RRC消息进行解码的方案。针对NAS协议的编码特点,设计了针对各消息元素构造解码函数的方案。针对LTE网络Uu接口的业务特点设计了呼叫追踪与业务分析相分离的主从CDR的合成方法,介绍了主从CDR的数据结构和动态哈希合成CDR算法。统计模块采用哈希方式存储CDR和消息参数,实现了对网络业务和消息参数的统计,得到网络时延、业务相关比率等网络监测参数。在实验室仿真环境中,通过使用仿真LTE基站发射仪,空口测试仪利用仿真USIM进行数据采集,将空口数据保存至缓存,层三监测模块能快速完成针对层三协议消息的解码、合成与统计等功能,运行效果良好。