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摘要 本文详细论述了中国电信广东省公司无线技术测试中心PHS干放自动测试系统的设计原理和实现方法，同时给出了PHS干放关键技术指标（标称功率和三阶交调）的计算机自动测试算法。最后叙述了该自动测试系统的创新性特点。
1、前言
无线通信产品的质量控制，是中国电信广东省公司（简称广东电信）无线网络建设的重要环节。无线技术相关设备的测试、选型和评估等工作的大部分工作量都集中在对仪表进行操作的实验室测试以及测试数据的人工判别与处理上。这样繁重的实验室测试存在以下不足：
●测试人员读数可能带来误差，导致测试结果出现一定的偏差，难以保证测试的高精度，需反复核对，费时费力；
●一些测试指标难以通过人工测试完成，譬如功率稳定度，使得测试能力受到限制，难以保证无线设备测试评估的全面性；
●测试过程需要大量的重复性工作，并产生大量的测试数据，需要繁琐的后期数据处理，人工操作力所难及；
●依靠人工手段处理数据耗时耗力，分析手段和分析方式也受到较大限制，给测试数据的处理带来一定的难度，且缺乏统一、灵活的综合评分配置模板，影响了对无线设备测试数据的深度挖掘工作。
这些因素都在较大程度上制约了测试的工作效率和精度的提高，影响着对无线设备的深度分析与评估工作。鉴于此，广东电信无线网络运营中心提出利用NI公司GPIB产品和Labview软件开发平台建设无线网络自动测试系统的方案，并在此平台上开发出了无线设备自动测试系统软件。
2、系统设计
系统主要分为两个模块：前台仪器控制和数据采集模块、后台数据管理和分析模块。前台仪器控制和数据采集模块是本系统的核心模块，主要完成对仪表的控制和测量结果的收集，以及实时预警分析等。系统利用美国NI公司GPIB产品和其Labview 8.2开发平台，建立了一套标准的虚拟仪器平台，实现了对PHS干放进行自动测试所需要的6台仪表的自动化控制，这6台仪表分别是：频谱仪E4440A、信号发生器E4433B、信号发生器E4438、噪声仪N8973A、矢量网络分析仪E5071 B和无线综合测试仪MT8801 C等；并且自动对干放采集的数据进行报表输出，同时将数据自动存储以供后台软件进行数据分析和对各厂家设备性能进行综合评测。系统架构如图1所示。
图1 系统结构
程控仪器软件分为两种方式：一种是利用仪器厂商提供的函数包，另外一种是直接用VISA语句编写程控仪器指令。前者的优点是使用方便，函数已封装可直接调用，但可移植性差，函数包需要厂商提供的仪器驱动程序支持，不同类型仪器需要安装不同的驱动程序。后者需要掌握VISA语言和底层的GPIB指令，但可以脱离不同厂家的仪器驱动程序实现对任意GPIB设备的远程控制。
前台仪器控制与数据采集主要是指计算机通过GPIB接口对各仪器发送不同的指令。在本项目中，频谱仪、信号发生器和矢量网络分析仪使用了Labview8.0的仪表驱动程序进行编程，其他仪表（噪声仪、无线综合测试仪）由于没有合适的驱动程序可以调用，就利用标准VISA接口发送SCPI指令直接对仪表进行控制。
对于数据存储与报表，由于购买的NI公司开发者套件开发包中不包含数据库操作工具包（需另行购买），为了节省开发成本，项目中采用Microsoft Visual C++6.0开发与Office Access和Excel交互操作的动态连接库（DLL），然后在Labview中调用DLL，即本系统设计采用了Labview和VC++混合编程的实现方式，实践证明此方法可行。具体系统开发方案如图2所示。对于采集数据与后台软件的交互，可将采集的测试数据直接存入Access表，人工导入到后台数据服务器进行分析，也可通过前台软件设置使采集数据自动存储在服务器上，供后台软件进行分析。
图2 系统开发方案
根据需要测试的PHS干放技术指标将模块分类，以供主程序调用，底层可分别调用相关仪器的驱动程序模块或SCPI指令编写的模块。系统中每台仪器有一个0到30之间的GPIB（general purpose interface bus）地址，通过GPIB地址，计算机作为控者控制总线，在测试三阶交调时可在总线上传送仪器命令和数据，计算机寻址仪表E4433B和E4438作为讲者，E4440A作为听者，数据串在总线上从讲者向听者传送。本系统软件可自动处理寻址和其他的总线管理功能。本项目中各仪器的GPIB地址如表1所示。
表1 GPIB地址
3、指标测试
自动测试平台能够对6台仪表进行控制，这些仪表分别完成PHS干放（包括上、下行）的信道功率、邻道泄漏功率（ACP）、自动电平控制（ALC）、三阶交调、杂散发射、带外抑制、饱和功率、噪声系数、驻波比、传输时延、平坦度、矢量误差、峰值误差和占用带宽等指标的测试。测试新的项目之前，本模块根据操作用户选择的测试产品和项目从参数配置文件中调出原先已配置或新配置的参数，然后自动完成各个项目的测试。软件在自动测试过程中能够判断测试参数与测试数据是否异常。
PHS干放测试中，测试标称功率是最重要的环节，因为此后的多项指标测试均在标称功率下信号源输入功率回退3 dB情况下进行测试。图3为干放输出曲线。图4为三阶交调测试曲线。
图3 干放输出曲线
图4 三阶交调测试曲线
图3中标称功率点的测试算法如下。
步骤1：逐级递加法。信号源功率逐步递加，一般步长为1 dB。需注意步长大，可能越过饱和点，步长短，则测试速度慢。
步骤2：逐级递加法修正。针对步骤1（可理解为粗调），当越过饱和点时，进行微调，变步长为0.1 dB，在1 dB粗调误差范围内进行递减。步长可根据测试精度要求适当选取。
步骤3：针对步骤2，在线性区测试过程中，如果存在野值（仪表上读取数据可能突发的不确定值），这种情况下应利用中值滤波法剔除野值，再采用3点（也可是5点）平滑算法处理，得到平滑曲线，最后利用剃度法找到标称功率点（也可使用Sobel算子或拉普拉斯算子法进行分析）。
步骤4：步骤3中所求得的标称功率点如果满足精度要求，可不进行步骤4。如果要在节省测试时间的情况下，尽可能地提高测试精度，需要使用一定的决定中间值的数学方法，即利用插值法得到拟合曲线，然后运用边界搜索等方法对拟合曲线上的数据进行分析，此时根据测试精度进行适当的域值选取，准确定位到干放标称功率点。
图4为三阶交调指标测试算法示意，按照一般设备测试规范的测试要求，A点和B点中比较低的信号功率与C点和D点中比较低的信号功率之差一定要大于某值，否则认为设备不合格。广东电信要求为44 dBc，测试过程中，计算机控制E4433B输出1 900 MHz信号，E4438输出1 902 MHz信号，同时计算机通过收敛算法尽量使A点和B点相等且达到标称输出状态（此时需要根据给定的误差来确定收敛速度和精度，本系统中取0.05），此时在频谱仪E4440A上会发现最大的干扰信号三阶交调信号C和D，最后计算机控制频谱仪E4440A读取min（A，B）和max（C，D），并计算差值后将结果存入后台数据库。
表2列出了2项2C2W PHS干放采用自动测试系统前后的测试数据。
表2 PHS干放测试数据对比
通过表2可以看出，手动测试值的精度比自动测试的低，主要是因为人工读取数据的不确定性比较大。但在读取仪表数据时也存在数字的跳动，不能保证读取高精度的测试数据。通过自动测试系统可以将测试结果进行多次平均（本系统取30次），同时根据需要截取小数点位数（本系统取2位有效数字）。这样可保证PHS干放的自动测试精度，同时测试标准也得到了统一。
4、系统特点
本系统的成功研制，大大提高了PHS干放指标测试的效率，为测试工程师提供了一套很好的自动测试工具，同时也对电信集成商的综合测评给出了客观的评判依据。
本系统具有以下特点：
（1）操作的简易性
前台数据采集系统需要用户配置的各种测试参数中没有涉及到设备底层的参数，用户只要设置测试仪表对每项指标测试时的参数即可，而且常用的数据库参数配置已经能满足PHS干放的自动测试任务需求，不需要任何更改就可进行测试。这种操作的简易性使得对现场测试人员的专业水平要求降低，可以节省大量的专业测试人员。在这种情况下，可以在测试前把设备接好，设好参数，然后让计算机自动测试即可，可在无需专业人员的情况下完成测试任务。
（2）系统的便携性
前台操作系统的PC版本中，只需要一台笔记本电脑（或台式机）、一个GPIB卡和与所需仪器测量数目相同的GPIB电缆等，并不需要其他专用测试仪表就可以完成所有的测试工作。
（3）数据的准确性
系统由于采用了计算机自动控制和数据的自动读取，因此可以避免传统的用人工抄写测量仪器上的数据而带来的人为误差。
（4）数据采集的高效性
本系统采用GPIB电缆连接仪器，可以同时接入多台仪器进行不同项目指标的测试，如果某些指标的测试过程需要较长时间，这期间测试工程师可以处理其他工作，测试完毕后软件会自动提示下一步如何操作，明显提高了工作效率。
5、结束语
本文给出了无线设备自动测试的实现原理和方法，并结合PHS干放给出了指标中最重要的标称功率点的测试算法，由于篇幅所限，未具体叙述带外杂散和三阶交调的自动测量实现算法。本系统实现了广东电信规定的PHS干放所有技术指标的自动化测试功能，并且稍加改动即可实现CDMA干放技术指标的自动测试任务，同时对无线网络直放站的自动测试实现也有一定的参考意义。
感谢：项目开发中，得到了广东电信无线网络运营中心领导的高度重视，在此表示感谢，同时也感谢安捷伦公司、NI公司、安立公司等相关技术部门的大力支持。
