PHS干放自動測試系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘要　本文詳細論述了中國電信廣東省公司無線技術(shù)測試中心PHS干放自動測試系統(tǒng)的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法，同時給出了PHS干放關(guān)鍵技術(shù)指標（標稱功率和三階交調(diào)）的計算機自動測試算法。最后敘述了該自動測試系統(tǒng)的創(chuàng)新性特點。

1、前言

無線通信產(chǎn)品的質(zhì)量控制，是中國電信廣東省公司（簡稱廣東電信）無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。無線技術(shù)相關(guān)設(shè)備的測試、選型和評估等工作的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。這樣繁重的實驗室測試存在以下不足：

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

●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(shè)備測試評估的全面性；

●測試過程需要大量的重復性工作，并產(chǎn)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；

●依靠人工手段處理數(shù)據(jù)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)的處理帶來一定的難度，且缺乏統(tǒng)一、靈活的綜合評分配置模板，影響了對無線設(shè)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測試的工作效率和精度的提高，影響著對無線設(shè)備的深度分析與評估工作。鑒于此，廣東電信無線網(wǎng)絡(luò)運營中心提出利用NI公司GPIB產(chǎn)品和Labview軟件開發(fā)平臺建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)自動測試系統(tǒng)的方案，并在此平臺上開發(fā)出了無線設(shè)備自動測試系統(tǒng)軟件。

2、系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)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(jié)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(chǎn)品和其Labview 8.2開發(fā)平臺，建立了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，這6臺儀表分別是：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(luò)分析儀E5071 B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)自動存儲以供后臺軟件進行數(shù)據(jù)分析和對各廠家設(shè)備性能進行綜合評測。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

程控儀器軟件分為兩種方式：一種是利用儀器廠商提供的函數(shù)包，另外一種是直接用VISA語句編寫程控儀器指令。前者的優(yōu)點是使用方便，函數(shù)已封裝可直接調(diào)用，但可移植性差，函數(shù)包需要廠商提供的儀器驅(qū)動程序支持，不同類型儀器需要安裝不同的驅(qū)動程序。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(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)對任意GPIB設(shè)備的遠程控制。

前臺儀器控制與數(shù)據(jù)采集主要是指計算機通過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(luò)分析儀使用了Labview8.0的儀表驅(qū)動程序進行編程，其他儀表（噪聲儀、無線綜合測試儀）由于沒有合適的驅(qū)動程序可以調(diào)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，由于購買的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），為了節(jié)省開發(fā)成本，項目中采用Microsoft Visual C++6.0開發(fā)與Office Access和Excel交互操作的動態(tài)連接庫（DLL），然后在Labview中調(diào)用DLL，即本系統(tǒng)設(shè)計采用了Labview和VC++混合編程的實現(xiàn)方式，實踐證明此方法可行。具體系統(tǒng)開發(fā)方案如圖2所示。對于采集數(shù)據(jù)與后臺軟件的交互，可將采集的測試數(shù)據(jù)直接存入Access表，人工導入到后臺數(shù)據(jù)服務器進行分析，也可通過前臺軟件設(shè)置使采集數(shù)據(jù)自動存儲在服務器上，供后臺軟件進行分析。

圖2　系統(tǒng)開發(fā)方案

根據(jù)需要測試的PHS干放技術(shù)指標將模塊分類，以供主程序調(diào)用，底層可分別調(diào)用相關(guān)儀器的驅(qū)動程序模塊或SCPI指令編寫的模塊。系統(tǒng)中每臺儀器有一個0到30之間的GPIB（general purpose interface bus）地址，通過GPIB地址，計算機作為控者控制總線，在測試三階交調(diào)時可在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，計算機尋址儀表E4433B和E4438作為講者，E4440A作為聽者，數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。本系統(tǒng)軟件可自動處理尋址和其他的總線管理功能。本項目中各儀器的GPIB地址如表1所示。

表1　GPIB地址

3、指標測試

自動測試平臺能夠?qū)?臺儀表進行控制，這些儀表分別完成PHS干放（包括上、下行）的信道功率、鄰道泄漏功率（ACP）、自動電平控制（ALC）、三階交調(diào)、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、矢量誤差、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(chǎn)品和項目從參數(shù)配置文件中調(diào)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。軟件在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。

PHS干放測試中，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標稱功率下信號源輸入功率回退3 dB情況下進行測試。圖3為干放輸出曲線。圖4為三階交調(diào)測試曲線。

圖3　干放輸出曲線

圖4　三階交調(diào)測試曲線

圖3中標稱功率點的測試算法如下。

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

步驟2：逐級遞加法修正。針對步驟1（可理解為粗調(diào)），當越過飽和點時，進行微調(diào)，變步長為0.1 dB，在1 dB粗調(diào)誤差范圍內(nèi)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，在線性區(qū)測試過程中，如果存在野值（儀表上讀取數(shù)據(jù)可能突發(fā)的不確定值），這種情況下應利用中值濾波法剔除野值，再采用3點（也可是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（也可使用Sobel算子或拉普拉斯算子法進行分析）。

步驟4：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，盡可能地提高測試精度，需要使用一定的決定中間值的數(shù)學方法，即利用插值法得到擬合曲線，然后運用邊界搜索等方法對擬合曲線上的數(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。

圖4為三階交調(diào)指標測試算法示意，按照一般設(shè)備測試規(guī)范的測試要求，A點和B點中比較低的信號功率與C點和D點中比較低的信號功率之差一定要大于某值，否則認為設(shè)備不合格。廣東電信要求為44 dBc，測試過程中，計算機控制E4433B輸出1 900 MHz信號，E4438輸出1 902 MHz信號，同時計算機通過收斂算法盡量使A點和B點相等且達到標稱輸出狀態(tài)（此時需要根據(jù)給定的誤差來確定收斂速度和精度，本系統(tǒng)中取0.05），此時在頻譜儀E4440A上會發(fā)現(xiàn)最大的干擾信號三階交調(diào)信號C和D，最后計算機控制頻譜儀E4440A讀取min（A，B）和max（C，D），并計算差值后將結(jié)果存入后臺數(shù)據(jù)庫。

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

表2　PHS干放測試數(shù)據(jù)對比

通過表2可以看出，手動測試值的精度比自動測試的低，主要是因為人工讀取數(shù)據(jù)的不確定性比較大。但在讀取儀表數(shù)據(jù)時也存在數(shù)字的跳動，不能保證讀取高精度的測試數(shù)據(jù)。通過自動測試系統(tǒng)可以將測試結(jié)果進行多次平均（本系統(tǒng)取30次），同時根據(jù)需要截取小數(shù)點位數(shù)（本系統(tǒng)取2位有效數(shù)字）。這樣可保證PHS干放的自動測試精度，同時測試標準也得到了統(tǒng)一。

4、系統(tǒng)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的綜合測評給出了客觀的評判依據(jù)。

本系統(tǒng)具有以下特點：

（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)中沒有涉及到設(shè)備底層的參數(shù)，用戶只要設(shè)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(jīng)能滿足PHS干放的自動測試任務需求，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(shè)備接好，設(shè)好參數(shù)，然后讓計算機自動測試即可，可在無需專業(yè)人員的情況下完成測試任務。

（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，并不需要其他專用測試儀表就可以完成所有的測試工作。

（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)的用人工抄寫測量儀器上的數(shù)據(jù)而帶來的人為誤差。

（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，如果某些指標的測試過程需要較長時間，這期間測試工程師可以處理其他工作，測試完畢后軟件會自動提示下一步如何操作，明顯提高了工作效率。

5、結(jié)束語

本文給出了無線設(shè)備自動測試的實現(xiàn)原理和方法，并結(jié)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(diào)的自動測量實現(xiàn)算法。本系統(tǒng)實現(xiàn)了廣東電信規(guī)定的PHS干放所有技術(shù)指標的自動化測試功能，并且稍加改動即可實現(xiàn)CDMA干放技術(shù)指標的自動測試任務，同時對無線網(wǎng)絡(luò)直放站的自動測試實現(xiàn)也有一定的參考意義。

感謝：項目開發(fā)中，得到了廣東電信無線網(wǎng)絡(luò)運營中心領(lǐng)導的高度重視，在此表示感謝，同時也感謝安捷倫公司、NI公司、安立公司等相關(guān)技術(shù)部門的大力支持。