無線網(wǎng)絡設備自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)方法

摘要　本文提出了無線網(wǎng)絡設備自動測試系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方法，通過廣東電信無線技術測試中心PHS干放自動測試系統(tǒng)詳細介紹了其設計原理和實現(xiàn)方法，同時也給出了干放關鍵技術指標的計算機自動測試算法。最后給出了該自動測試系統(tǒng)的成果特點。

無線通信產品的質量控制是廣東電信室內分布系統(tǒng)建設以及無線網(wǎng)絡建設的重要環(huán)節(jié)。無線技術相關設備的測試、選型和評估等工作大部分工作量都集中在對儀表進行操作的實驗室測試以及測試數(shù)據(jù)的人工判別與處理上。此種繁重的實驗室測試存在以下不足。

（1）測試人員讀數(shù)可能帶來誤差，導致測試結果出現(xiàn)一定的偏差，難以保證測試高精度，需反復核對，費時費力；

（2）一些測試指標難以通過人工測試完成，譬如功率穩(wěn)定度，使得測試能力受到限制，難以保證無線設備測試評估的全面性；

（3）測試過程需要大量的重復性工作，并產生大量的測試數(shù)據(jù)，需要繁瑣的后期數(shù)據(jù)處理，人工操作力所難及；

（4）依靠人工手段的數(shù)據(jù)處理耗時耗力，分析手段和分析方式也受到較大限制，給測試數(shù)據(jù)的處理帶來一定難度，且缺乏統(tǒng)一、靈活的綜合評分配置模板，影響了對無線設備測試數(shù)據(jù)的深度挖掘工作。

這些因素都在較大程度上制約了工作效率和測試精度的提高，影響著對無線設備的深度分析與評估工作。鑒于此，廣東電信無線網(wǎng)絡運營中心提出利用NI公司GPIB產品和Labview軟件開發(fā)平臺建設無線網(wǎng)絡自動測試系統(tǒng)方案，并在此平臺上開發(fā)出無線設備自動測試系統(tǒng)軟件。

1、系統(tǒng)設計

項目的研制過程主要分為兩個模塊：前臺儀器控制和數(shù)據(jù)采集模塊、后臺數(shù)據(jù)管理和分析模塊。前臺儀器控制和數(shù)據(jù)采集模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，主要完成對儀表的控制和測量結果的收集，以及實時預警分析等。系統(tǒng)利用美國NI公司GPIB產品和其Labview 8.2開發(fā)平臺，建立一套標準的虛擬儀器平臺，實現(xiàn)了對PHS干放進行自動測試所需要的6臺儀表的自動化控制，分別是頻譜儀E4440A、信號發(fā)生器E4433B、信號發(fā)生器E4438、噪聲儀N8973A、矢量網(wǎng)絡分析儀E5071B和無線綜合測試儀MT8801 C等。并且自動對干放采集的數(shù)據(jù)進行報表輸出，同時將數(shù)據(jù)自動儲存以供后臺軟件進行數(shù)據(jù)分析和對各廠家設備性能進行綜合評測。系統(tǒng)架構如圖1所示。系統(tǒng)功能如圖2所示。

圖1　系統(tǒng)結構圖

圖2　系統(tǒng)功能圖

程控儀器軟件分為兩種方式：一是利用儀器廠商提供的函數(shù)包，二是直接用VISA語句編寫程控儀器指令。前者優(yōu)點為使用方便，函數(shù)現(xiàn)成封裝可直接調用；但可移植性差，函數(shù)包需要廠商提供的儀器驅動程序支持，不同類型儀器需要安裝不同的設備驅動。后者需要掌握VISA語言和底層的GPIB指令；但可以脫離不同廠家的儀器驅動程序，實現(xiàn)對任意GPIB設備的遠程控制。本項目中E4440A、E4433B、E4438和E5071儀器的控制采用前者方式編寫，N8973A和MT8801 C采用后者方式開發(fā)。

前臺儀器控制與數(shù)據(jù)采集主要是計算機通過GPIB接口對各儀器發(fā)送不同的指令，在本項目中，頻譜儀、信號發(fā)生器和矢量網(wǎng)絡分析儀使用了Labview8.0的儀表驅動程序進行編程，由于其它儀表（噪聲儀、無線綜合分析儀）沒有合適的驅動程序可以調用，就利用標準VISA接口發(fā)送SCPI指令直接對儀表進行控制。

對于數(shù)據(jù)存儲與報表：由于NI公司開發(fā)者套件開發(fā)包中不包含數(shù)據(jù)庫操作工具包（需另行購買），利用Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)通過與office Access和Excel交互操作的動態(tài)連接庫，然后在Labview中調用。采集數(shù)據(jù)與后臺軟件的交互：可導入測試后的ACCESS表，也可通過前臺軟件設置采集數(shù)據(jù)自動存儲在服務器上。鑒于Labview軟件數(shù)據(jù)庫操作的不方便性和工具包需要付費使用等問題，設計上采用了混合編程的方式實現(xiàn)。

通過Labview開發(fā)平臺開發(fā)，對每個模塊分別進行分類，然后被主程序調用，底層分別調用相關儀器的驅動程序模塊或通過SCPI進行編寫的模塊。系統(tǒng)中每臺儀器有一個0～30之間的GPIB地址。一個控者控制總線，在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址一個講者，一個或多個聽者，數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。GPIB軟件包自動處理尋址和其它的總線管理功能。

本項目中各儀器的GPIB地址如圖3所示。

圖3  GPIB地址圖

2、指標測試

自動測試平臺能夠對6臺儀表進行控制，儀表分別完成PHS干放（包括上、下行）的信道功率、鄰道功率泄漏ACP、自動電平控制ALC、三階交調、雜散發(fā)射、帶外抑制、飽和功率、噪聲系數(shù)、駐波比、傳輸時延、平坦度、RMS、峰值誤差和占用帶寬等指標的測試。測試新的項目之前，本模塊根據(jù)操作用戶選擇的測試產品和項目從參數(shù)配置文件中調出原先已配置或新配置的參數(shù)，然后自動完成各個項目的測試。軟件自動測試過程中能夠判斷測試參數(shù)與測試數(shù)據(jù)是否異常。

干放測試的技術指標中，測試標稱功率是最重要的環(huán)節(jié)，因為此后的多項指標測試均在此狀態(tài)下回退3dB情況下進行測試。如圖4為干放輸出曲線圖。

圖4　干放輸出曲線圖

下面對圖中所示標稱功率點測試的實現(xiàn)算法：

步驟1：逐級遞加法，信號源功率逐步遞加，一般步長為1dB。注意，步長大，可能越過飽和點；步長短，測試速度慢。

步驟2：逐級遞加法修正，針對步驟1（可理解為粗調），當越過飽和點時，進行微調，變步長為0.1dB，在1dB粗調誤差范圍內進行遞減。步長可根據(jù)測試精度要求適當選取。

步驟3：針對步驟2，線性區(qū)測試過程中，如果存在野值，程序退出測試可能出現(xiàn)錯誤結果，此種情況下進行全程采集，然后利用中值濾波法剔除野值，再采用3點（也可5點）平滑算法處理，得到平滑曲線，最后利用剃度法找到標稱功率點（也可參考使用sobel算子或拉普拉斯算子法進行分析）。

步驟4：對于步驟3中所求得的標稱功率點，如果滿足精度要求，可不進行步驟4。如果要在節(jié)省測試時間的情況下，盡可能的提高測試精度，需要使用一定的決定中間值的數(shù)學過程，利用插值法得到擬合曲線，然后運用邊界搜索等方法對此數(shù)據(jù)進行分析，此時根據(jù)測試精度進行適當?shù)挠蛑颠x取，準確定位到干放標稱功率點。

以上是干放標稱功率點確定方法，帶外雜散和三階交調指標測試算法也是值得分析，在此不敘述。

其它指標參數(shù)測試方法相對簡單，可參照廣東電信室內分布系統(tǒng)規(guī)范2006版。

表1列出了兩項2C2W PHS干放采用自動測試系統(tǒng)前后的測試數(shù)據(jù)。

表1　PHS干放測試數(shù)據(jù)對比表

3、成果特點

本系統(tǒng)的成功研制，大大提高了PHS干放指標測試的效率，為測試工程師提供了一套很好的自動測試工具，同時也對電信集成商廠家的綜合測評給出了客觀的評判依據(jù)。如圖5為自動測試系統(tǒng)面板圖。

圖5　前臺儀器采集面板圖

本系統(tǒng)具有以下特點。

3.1　操作的簡易性

前臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要用戶配置的各種測試參數(shù)沒有涉及到設備底層的參數(shù)，用戶只要設置測試儀表對每項指標測試時的參數(shù)即可，而且常用的數(shù)據(jù)庫參數(shù)配置已經能滿足PHS干放的自動測試任務，不需要任何更改就可進行測試。這種操作的簡易性使得對現(xiàn)場測試人員的專業(yè)水平要求降低，可以節(jié)省大量的專業(yè)測試人員。在這種情況下，可以在測試前把設備接好，設好參數(shù)，然后讓計算機自動測試即可，在無需專業(yè)人員的情況下完成測試任務。

3.2　系統(tǒng)的便攜性

前臺操作系統(tǒng)的PC版本中，只需要一臺筆記本電腦（或臺式機）、一個GPIB卡和與所需儀器測量數(shù)目相同的GPIB電纜等，并不需要其它專用測試儀表就可以完成所有的測試工作。

3.3　數(shù)據(jù)的準確性

系統(tǒng)由于采用了計算機自動控制和數(shù)據(jù)的自動讀取，因此可以避免傳統(tǒng)用人工抄寫儀器測量數(shù)據(jù)而帶來的人為誤差。

3.4　數(shù)據(jù)采集的高效性

本系統(tǒng)采用GPIB電纜連接儀器，可以同時接入多臺儀器進行不同項目指標的測試，并且某些指標的測試過程需要較長時間，這時候測試工程師就可以從事其它工作，等到測試完畢后軟件會自動提示下一步如何操作，這樣明顯提高了工作效率。

4、結束語

本文給出了無線設備自動測試的實現(xiàn)原理和方法，并結合PHS干放給出了指標中最重要的標稱功率點的測試算法，由于篇幅所限，未具體敘述帶外雜散和三階交調的自動測量實現(xiàn)算法。本項目的成功開發(fā)，為測試工程師提供了有力的測試工具，通過實際測試表明，該系統(tǒng)明顯提高了測試效率，本系統(tǒng)也為廠家評測公平合理性提供了有力的工具。系統(tǒng)實現(xiàn)了廣東電信規(guī)定的PHS干放所有技術指標的自動化測試功能，并且系統(tǒng)稍加改動即可實現(xiàn)CDMA干放技術指標的自動測試任務，同時對無線網(wǎng)絡直放站的自動測試實現(xiàn)也有一定的參考意義。