（通信与信息系统专业论文）tdscdma终端测试仪主控软件内核的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生论文摘要 t i ) - s c d m a 终端测试仪主控软件内核的设计与实现 摘要 本文内容为作者在所参与的“t d s c d m a 终端综合测试仪 s p 6 0 1 0 研发”项目中所承担的工作。该综测仪可以模拟t d s c d m a 网络侧的系统，具有信令产生和解析等功能，并在该基础上可用于终 端射频一致性测试。作者全程参与了项目预研、需求分析、系统设计、 软件开发及系统集成等阶段的工作，主要负责综测仪主控软件内核的 设计和实现。论文主要内容涵盖： ( 1 )移动通信系统发展概述，重点介绍了t d s c d m a 标准的技 术特点和发展历程； ( 2 ) t d s c d m a 终端测试仪概述，介绍电子测量仪表的发展现 状、t d - s c d m a 终端测试的主要内容和终端综测仪所提供 的工作模式； ( 3 )测试仪主控软件设计，整体上介绍了仪表的硬件及软件架 构，在此基础上，重点讨论主控软件的功能设计和操作方式， 最后给出软件结构的划分； ( 4 )测试仪主控软件内核的设计与实现，根据功能设计，详细描 述了内核的模块划分及每个模块的设计思想，描述了综测仪 g p i b 远程控制功能的实现方法。 本论文所论述的内容已应用到s p 6 0 1 0 终端综合测试仪的主控软 件的设计与实现当中，到目前为止，该仪表已经通过多方面的测试， 能够稳定运行。己被多家芯片、手机生产商以及国家标准机构所使用， 反响良好。 关键词：t d s c d m a 内核p x ig p i bs c p i 北京邮电大学硬士研究生论文 t h ek e r n e ld e 随g na n dr e a l i z a o no fm 姗 c o n t r o ls o f i r e 玳t d - s c d m a 咖n a l t e s ts e t t h i sp a p e rp r e s e n t st h ew o r kt h a tt h ea u t h o rh a s t a k e nw h e n p a r t i c i p a t e di nt h ep r o j e c to f r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft d - s c d m a t e r r a i n a l1 b s ts e ts p 6 0 1 0 t h et e s ts e t 伽s i m u l a t et h et d s c d m a s y s t e mf u n c t i o n ss u c ha ss i g n a l i n gg e n e r a t o ra n ds i g n a l i n ga n a l y z e r , a n d c 姐a c c o m p l i s ht e r m i n a lr fc o n f o r m a n c et e s t i nt h ep r o j e c t t h ea u t h o r h a sp a r t i c i p a t e di np r o j e c ti n v e s t i g a t i o n , s p e c i f i c a t i o na n dr e q u i r e m e n t ， s y s t e md e s i g n ，s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n di n t e g r a t i o n ，a n di sm a i n l yi n c h a r g eo ft h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fk e r n e lo ft e s ts e tm a i nc o n t r o l s o f t w a r e t h ea r t i c l ec o n t a i n st h ec o n t e n t sb e l o w ： ( 1 ) i n t r o d u c t i o nt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m w h i c he s p e c i a l l yd i s c u s s e st h et e c h n i q u ef e a t h e r sa n dd e v e l o p m e n to f t d s c d m a ( 2 ) s u m m a r yo ft d s c d m at e r m i n a lt e s ts e t ，w h i c hd e s c r i b e st h e t e s ts e td e v e l o p m e n t c o n t e n t so ft d s c d m at e r m i n a lt e s ta n dt h e o p e r a t i o nm o d eo fat e r m i n a lt e s ts e t ( 3 ) d e s i g no f m a i nc o n t r o ls o f t w a r e ，w h i c hd e s c r i b e st h eh a r d w a r e a n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo ft e s ts e ta n dm a i n l yd i s c u s s e st h ef u n c t i o na n d s t r u c t u r et r a i t so fm a i nc o n t r o ls o f t w a r e ( 4 ) t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fk e r n e lo fm a i nc o n t r o ls o f t w a r e 。 d i s c u s s e se a c hm o d u l ei nk e r n e ld e t a i l e d l ya n da l s od e s c r i b e st h em e t h o d o fi m p l e m e n t i n gg p i br e m o t ec o n t r 0 1 1 1 b ec o n t e n to ft h e p a p e rh a sb e e na p p l i e d i nt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no ft h em a i nc o n t r o ls o f t w a r eo fs p 6 0 1 0 u pt on o w , s p 6 0 1 0h a sp a s s e dal o to fv e r i f i c a t i o n a n dh a sb e e nu s e di nm a n y i d s c d m ai ca n dt e r m i n a lm a n u f a c t u r e r s k e yw o r d s ：t d s c d m ak e r n e lp g p i bs c p i 2 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处 本人签名：薤蚁 本人承担一切相关责任。 日期：三翌2 ：! ：兰6 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：菱鉴坠兰日期：三塑z ：主：垄 导师签名：日期： 北京邮电大学硕士研究生论文第一章 第一章绪论 1 1 移动通信系统发展概述 2 0 世纪中期，无线电台在第二次世界大战中的广泛应用使移动通信迈出了 第一步。2 0 世纪7 0 年代贝尔实验室提出的蜂窝概念，解决了频率复用问题；8 0 年代大规模集成电路技术及计算机技术的飞速发展，解决了移动通信终端小型化 的阎题，这就为移动通信的发展打下了基础。 第一代移动通信系统是2 0 世纪7 0 年代末发展起来的模拟通信系统，主要建 立在频分多址接入和蜂窝频率复用的理论基础上。典型的系统有美国的a m p s 、 欧洲的t a c s 、英国的e t a c s 、欧洲的n m t - 4 5 0 和n m t - 9 0 0 、日本的m r r 和 n a c s n 1 a c s 等。但是，第一代移动通信系统所支持的业务单一( 主要是语音) ， 频率效率低，保密性差，标准和体制繁多，无法解决跨国家漫游的问题。这些弊 端最终导致，模拟移动通信系统经过1 0 余年的发展后，在2 0 世纪9 0 年代逐渐 被更先进的第二代( 2 g ) 移动通信系统所代替。 第二代移动通信系统是数字蜂窝移动通信系统，是随着超大规模集成电路和 计算机技术的飞速发展，以及语音数字处理技术的日益成熟而发展起来的。其特 点是，频谱利用率高，系统容量大，语音数字化，保密性好，可以提供语音及低 速率数据业务，能够基本满足当前人们信息交流的需要。典型的第二代移动通信 系统有欧洲的g s m 和美国的i s 9 5c d m a 。然而，手机的迅速普及驱动移动通 信向个人化方向发展，互联网用户数以翻番的速度膨胀又带来了移动数据通信的 发展机遇。市场的需求促使第三代( 3 g ) 移动通信的概念应运而生。 第三代移动通信系统由卫星移动通信网和地面移动通信网所组成，将形成一 个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区各种用户密度需求，支 持高速移动环境，提供语音、数据和多媒体等多种业务( 最高速率可达2 m b i t s s ) 的先进移动通信网，基本满足个人通信的需要。第三代移动通信系统是按照国际 电信联盟提出的i m t - 2 0 0 0 标准进行设计，具有以下特点： ( 1 )提供更大的通信容量和覆盖范围； ( 2 ) 具有可变的高数据速率： ( 3 ) 同时提供高速电路交换和分组交换业务； ( 4 ) 具有高的频谱利用率。 i m t - 2 0 0 0 主要包括w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三大技术： w c d m a 是由欧溯e t s i 和日本a r m 提出宽带c d m a 技术，它的核心网 北京邮电大学硕上研究生论文 第一章 基于g s m m a p ，便于g s m ，g p r s 技术向w c d m a 技术平滑过渡，同时可通过 网络扩展方式提供基于a n s i _ 4 1 的运行能力。w c d m a 系统同时支持电路交换 业务和分组交换业务。该系统使用的灵活的无线协议可在一个载波内同时支持话 音、数据和多媒体业务，并通过透明或非透明传输来支持实时、非实时业务。 c d m a2 0 0 0 是从i s - 9 5c d m a 发展而来的一种3 g 技术，目的是为现有的 c i ) m a 运营商提供平滑升级到3 g 的路径，其核心是l u c e n t 、m o t o r o l a 、n o r t e l 和q u a l c o m m 联合提出的窄带l s 9 5c d m a 技术。c d m a2 0 0 0 的核心网基于 a n s i - 4 1 ，但通过网络扩展方式，也可提供基于在g s m m a p 核心网上的运行的 能力。 t d s c d m a 系统是t d m a 和c d m a 两种基本传输模式的灵活结合，是由 中国无线通信标准化组织( c w t s ) 提出并得到r r u 通过的3 g 无线通信标准。 在3 g p p 内部，它也被称为低码片速率t d d 工作方式( 相对于3 8 4 m h z 的u t r a t d d ) 。t d s c d m a 系统特别适合于在城市入口密集区提供高密度大容量话音、 数据和多媒体业务。系统可以单独运营，以满足e t s w m t s 和h u i m t - 2 0 0 0 的要求，也可与其他无线接入技术配合使用。 目前，第三代移动通信系统已经在很多国家和地区成功商业运营，然而随着 计算机技术、互联网技术、集成电路技术的进一步发展，必然会带动新的移动通 信技术的发展，未来移动通信系统的终极目标是实现任何人在任何地点、任何时 间与其他任何人进行任何方式的通信。 1 2t d s c d m a 标准介绍 t d s c d m a 是中国自主提出的第三代移动通信标准，综合了t d d 和c d m a 的所有技术优势并采用了智能天线、联合检测等先进技术。从t d - s c d m a 技术 的提出到现在短短几年内，在国内已经形成了以从事t d s m a 标准及产品的 研究、开发、生产、制造、服务等一系列活动的t d s c d m a 产业联盟，并将进 一步推动t d s c d m a 产业向前发展。 1 2 1t d s c d m a 技术特点 t d s c d m a 与其它第三代移动通信系统标准相比具有较为明显的优势，主 要体现在以下几点： ( 1 ) t d d 方式便于提供非对称业务 工作在t d d 模式下的t d s c d m a 系统在周期性重复的时间帧里传输基本 t d m a 突发脉冲，通过周期性地转换传输方向，在同一载波上交替进行上、下 2 北京邮电大学硕士研究生论文第一章 行链路传输。t d d 方案的优势在于系统可根据不同的业务来灵活地调整链路的 上、下行转换点。在传输对称业务( 如话音、交互式实时数据业务等) 时，可选 用对称的转换点位置：在传输非对称业务( 如互联网) 时，可在非对称的转换点 位置范围内选择，从而提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。t d d 方式的另一 优势就是系统无需使用成对的频段，而可以使用f d d 系统无法使用的频段。 ( 2 ) 智能天线 t d s c d m a 系统的上、下行信道使用同一载频，上、下行射频信道完全对 称，从而有利于智能天线的使用。智能天线系统由一组天线阵及相连的收发信机 手u 先进的数字信号处理算法构成。在发送端，智能天线根据接收到的终端到达的 信号在天线阵上产生的相位差，利用先进的数字处理算法提取出终端的位置信 息，根据终端的位置信息，有效地产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端 并自动地跟踪终端移动，从而有效地减少了同信道干扰，提高了下行容量。空间 波束赋形的结果使得在保持小区覆盖不变的情况下，可以极大地降低总的射频发 射功率，一方面改善了空间电磁环境，另一方面也降低了无线基站的成本。在接 收端，智能天线通过空问选择性分集，可以大大提高接收灵敏度，减少不同位置 同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。 ( 3 ) 联合检测 t d s c d m a 系统是干扰受限系统。系统干扰包括多径干扰、小区内多用户 干扰和小区间的干扰。这些干扰破坏了各个信道的正交性，降低了c d m a 系统 的频谱利用率。联合检测技术，即多用户干扰抑制技术，是消除和减轻多用户干 扰的主要技术，它把所有用户的信息都当作有用信号处理，这样可充分利用用户 信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰。 t d s c d m a 系统采用的低码片速率有利于各种联合检测算法的实现。 ( 4 ) 同步c d m a 同步c d m a 指上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，它通 过软件及物理层设计来实现，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正 交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端 发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题，提高 了t d s c d m a 系统的容量和频谱利用率，还可以简化硬件电路，降低成本。 ( 5 ) 软件无线电 软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线 功能的技术，通过加载不同的软件，可以实现不同的硬件功能。在i d s c d m a 系统中，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测、载波恢复和各种基带信号 处理等功能。其优点主要表现在：通过软件方式，灵活完成硬件功能；具有良好 3 北京邮电大学硕士研究生论文第一章 的灵活性及可编程性；可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能；对环境的适应 性好，不会变化；便于系统升级，降低用户设备费用。 除此以外，t d s c d m a 还有许多其它优点，如便于实现由g s m 系统的平 滑过渡、能够支持各种并行承载等。 1 2 。2t d s c d m a 产业化进程 t d s c d m a 第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院( 现大 唐集团) 在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的第 三代移动通信系统标准。这在近百年柬我国通信史上具有里程碑的意义，并将产 生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。t d s c d m a 标准的提出同时得到 中国移动、原中国电信、中国联通等公司的大力支持和帮助。该标准文件在我国 无线通信标准组( c 、7 n s ) 最终修改完成后，经原邮电部批准，于1 9 9 8 年6 月 提交到i t u 和相关国际标准组织。1 9 9 9 年1 1 月在芬兰赫尔辛基召开的r r u 会议 上，t d s c d m a 被列入r r u 建议h u rm 1 4 5 7 ，成为i t u 认可的第三代移动通 信无线传输主流技术之一。 为了更快地推进t d - s c d m a 的产业化进程，早只形成完整的产业链和多厂 家供货环境，并把企业平稳顺利地领进第三代移动通信市场，于2 0 0 2 年1 0 月 3 0 曰，电信科学技术研究院( 大唐电信科技产业集团) 、广州南方高科有限公司、 华立集团有限公司、华为技术有限公司、联想( 北京) 有限公司、深圳市中兴通 讯股份有限公司、中国电子信息产业集团公司、中国普天信息产业集团公司等8 家企业自愿联合发起成立t d s c d m a 产业联盟。 t d s c d m a 产业联盟是一个由积极投身于t d s c d m a 事业，从事 t d s c d m a 标准及产品的研究、开发、生产、制造、服务的企事业单位自愿组 成的社会团体。t d s c d m a 产业联盟的宗旨是：整合及协调产业资源，提升联 盟内移动通信企业的研究开发、生产制造水平，促进t d s c d m a 通信产业的快 速健康发展，实现t d - s c d m a 在中国及全球通信市场的推广和应用。 t d s c d m a 产业链的发展大概经历了五个阶段：从t d s c d m a 提出到1 9 9 8 年为止，主要进行技术创新；至2 0 0 0 年，确立标准并对标准进一步完善；2 0 0 2 年。进行技术方案的验证；2 0 0 4 年，初步建立完善的t d s c d m a 产业链，产业 化工作取得一定成果；2 0 0 5 年，产业链持续完善并且推动完成产业化，全球已 经发送1 4 4 张t d d 牌照。 目前，包括西门予、北电、阿尔卡特、u t 斯达康、三星、l g 、英华达、迪 比特、摩托罗拉、a d i 、s t 、诺基亚、德州仪器等众多企业纷纷加入到t d s c d m a 阵营，在提升t d s c d m a 产业化实力的同时，更为t d s c d m a 未来走向国际 4 北京邮电大学颈士研究生论文第一章 市场奠定了良好的基础。 在核心网方面，众多国内外知名厂家已经参加到t d - s c d m a 核心网的开发 过程中，其中包括a s b 、华为、中兴、北电、u t 斯达康等；无线网络控制器( r n c ) 方面，大唐、鼎桥、中兴、北电、u t 斯达康等公司都积极地参与了r n c 的研 发工作；n o d c b 智能天线方面，在大唐、鼎桥、中兴、普天、a s b 、海天、通宇、 安德鲁等公司的积极推动下，目前已经推出了能稳定工作的n o d e b 智能天线。 在手机终端的整体发展过程中，我国的终端企业拥有丰富的经验和大量先进 的开发技术。在t d - s c d m a 整体产业群中，参与终端研发的企业大部分来自国 内，包括大唐、海信、夏新、重邮信科、波导、华立、南商、联想、英华达、迪 比特、三星、l g 、u t 斯达康、t c l ；t d s c d m a 标准在芯片的研发方面也取 得了重大进展，目前t d - s c d m a 产业链中的芯片厂商主要包括：t 3 g 、展讯、 凯明、重邮信科、华立、s t 、大唐、a d i 和r t x 。 目前已经有四家系统设备厂商的t d s c d m ar a n 产品能够提供产业化专 项室内及外场测试，并已完成了大部分测试工作。在终端芯片方面，已经有四家 国内外芯片企业( 耶g 、展讯、凯明、a d l ) 可以提供t d s c d m a 终端专用集 成电路( a s i c ) 解决方案；大部分芯片企业已经完成第二轮流片，产品功能及 性能有很大的提升：部分企业已经能够实现速率为3 8 4 k b i t s s 的业务。此外， t d - s c d m a 系统的终端瓶颈正在不断被打破，目前已经有1 5 个厂家的近2 0 款 终端参加了产业化专项测试，并即将开始第二轮产品开发。随着系统设备、终端 芯片和商用终端的快速发展，t d s c d m a 系统的配套产业也正在迅速崛起。 1 3 选题背景及意义 t d s c d m a 是中国自主提出的3 g 标准，并且得到了国家的大力支持。该 标准在中国的3 g 市场将占据重要地位，作为起步时间较晚的一种新的技术标准， t d - s c d m a 在技术的成熟性和商用经验方面无疑还存在欠缺，还需要大量的测 试工作以保证其商用的成功。截止到2 0 0 5 年初，市场上还没有一台真正意义上 的t d - s c d m a 终端测试仪表，所有的测试环境都是通过矢量信号源、矢量分析 仪和实际网络搭建而成，不但成本高，而且只能进行部分射频一致性测试和协议 一致性测试。 t d s c d m a 终端综合澳i 试仪表研发涉及到射频发射接收、基带处理、协议 栈、测量等多个复杂性高、技术难度大的子模块，如何构建一个主控软件来协调 各个子模块的工作，同时提供给用户方便快捷的图形操作界面更是一项艰巨的任 务，所以研究并实现主控软件的内核，将是一件具有重要意义的工作。 5 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章 1 4 论文内容 论文共五章。 第一章绪论，简单回顾了第一代到第三代移动通信系统的发展历史，重点介 绍了t d s c d m a 的技术特点和在中国的产业化进程，然后给出了论文选题背景 及意义。 第二章t d s c d m a 终端测试仪概述，首先介绍了电子测量仪表的发展历史 和主流的总线技术，然后描述了t d - s c d m a 终端测试包括那些内容，最后讨论 了一台t d s c d m a 终端测试仪表应该提供给用户的控制方式。 第三章t d s c d m a 终端测试仪主控软件的设计，从全局角度描述整个 t d - s c d m a 终端测试仪的硬件结构和软件结构，使读者对主控软件的硬件和软 件环境有所了解。之后，分角度重点讨论主控软件的功能设计和结构设计。 第四章t d s c d m a 终端测试仪主控软件内核的设计与实现，涵盖了作者的 主要工作。这一部分首先描述了内核在主控软件及整个仪表中的功能，然后给出 内核的模块划分，讨论了各个模块的设计思想和实现方法。最后，介绍了g p i b 远程控制的实现方法。 第五章对全文进行了总结，对t d - s c d m a 终端测试仪的发展提出了展望。 6 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章 第二章t d s c d m a 终端测试仪概述 2 1 电子测量仪表发展概述 2 1 1 发展阶段 电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪 器和虚拟仪器。 第一代模拟仪器，如指针式万用表、晶体管电压表等。 第二代数字化仪器，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的 测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高 准确度的测量。 第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的 数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。 第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物， 是传统仪器观念的一次巨大变革，是仪器产业发展一个重要方向。虚拟仪器是主 要利用p c 技术，只是添加a d 及d a 变换等少许硬件和以软件为主的仪器。 虚拟仪器通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的 图形界面来操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台仪器一样，从而 完成数据采集、分析、判断、显示、数据储存等。它是在p c 技术的基础上发展 起来的，能在数据导入磁盘的同时，实时地进行复杂的分析。具有高效的性能、 强大的扩展功能、节约开发时间，以及完美的集成性能等技术优势。 2 1 2 测试主流总线技术 自动化测试测量始于上世纪7 0 年代g p i b 技术的诞生，自此，一系列总线 进入了自动化仪器控制领域，每一种总线都有它们各自独到的优势。 g p i b ( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 是i e e f a 8 8 标准的虚拟仪器技术的早 期发展阶段。通过使用l a b v i e w 和仪器驱动软件，工程师们可以自动化地控制 测试仪器，由此，自动化测试测量的时代正式开始。g p i b 系统由一台p c 机、 一块g p i b 接口卡和若干台配备有g p i b 接口的仪器，通过g p i b 电缆连接而成。 通过g p i b 技术，工程师可用计算机实现对仪器进行操作和控制，替代传统的人 工操作方式，可方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。 7 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章 v x i ( v m e b u se x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) ，即1 9 9 2 年推出了i e e e l l 5 5 总线标准。v x i 总线的出现，将高级测量与测试应用设备带入模块化领域，它拥 有稳定的电源、强有力的冷却能力和严格的r f i e m i 屏蔽。具有结构紧凑、数 据吞吐能力强( 高达4 0m b s 的带宽，是g p i b 的加倍) 、定时和同步精确等特 点，适用于组建大、中规模的自动测量系统和对速度、精度要求高的应用场合， 主要用于军事、航空航天和a t e 等领域的测量与测试。 p x i ( p c ie x t e n s i o 璐f o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是专为测试任务而优化的 c o m p a c l p c i 。p x i 技术是基于c p c i 并兼容c p c i 的测量测试规范应用。p x i 的 核心就是一个高性能的数据传输总线，背板是高性能的p c i 总线，此外还结合了 p c i 的电气总线特性与c o m p a c t p c i 的坚固性、模块化及欧式卡机械封装的特性， 并增加了专门的同步总线和主要软件特性。p x i 的规格有两种：3 u 和6 u 。p x i 硬件由3 个基本部分组成：机箱、系统控制器和外设模块。p x l 系统由硬件与软 件两个部分组成：硬件部分基于c p c i 规范，即p i c m g2 0 ，数据传输速率高于 g p i b 与v x i ( p x i ，g p l b ，v x i 的带宽分别是1 3 3m b ，s 、8m b s 和4 0m b ，s ) ； 在软件上p x i 对系统控制模块与周边模块作了规范，例如：p x i 周边模块的生产 厂商，必须提供可使用于m i c r o s o f tw i n d o w s 上的驱动程序等。 p x i 已成为继g p i b ( i e e e 4 8 8 ) 之后成长最快的标准化技术。无论是生产厂 家数量、产品种类和数量，还是系统应用的数量都有大幅增长，越来越多的项目 转向p x i 解决方案。根据f r o s t s u l l i v a n2 0 0 5 年度的调查显示，p x i 市场的增 长速度远高于v m e ，v ，以及测试测量行业的平均值。 具有代表性的几种总线技术，如g p i b 、v x i 、p x i 等都具有它们各自的技 术优势、生存空间和应用领域，没有一种总线有实力代替其他所有的总线技术。 2 0 0 5 年，以安捷伦公司为首的l x i 联盟已推出了l x l ( l a he x t e n s i o n sf o r i n s t r u m e n t a t i o n ) 标准，将以太网技术用到仪器仪表领域，这也是一种很有发展 前途的总线技术。测试测量行业的主流技术将在众多总线技术中产生，测试测量 用户将在激烈的技术竞争中更加受益，未来测试测量平台将会是一个多种总线相 结合的发展应用趋势。 2 2 t d s c d m a 终端的测试 t d s c d m a 终端测试主要指终端一致性测试，所谓一致性测试就是验证设 备实现与相应协议标准的一致性，检验不同的待测设备是否能够满足一个统一的 要求，从而在相同的外部条件下进行相同的动作，并日输出相同的结果。终端一 致性测试的开展是为了保证不同厂家的终端在网络内的表现一致并能够互联互 通，保证终端的开发人员有据可依，从而为运营商保证质量。一致性测试包括射 8 北京邮电大学顽士研究生论文 第二章 频指标测试、协议信令测试和其他测试。 2 2 1 射频指标测试 由于t d s c d m a 是被国际认可的3 g 标准之一，所以在无线指标方面与其 他标准大致相同，包括四个部分。 ( 1 ) 发射机特性测试，包括u e 最大输出功率、频率容限、最小输出功率、 占用带宽、邻道泄漏抑制比、杂散辐射、发射互调、矢量幅度误差( e v m ) 、峰 值码域误差等 ( 2 ) 接收机特性测试，包括参考灵敏度电平、最大输入电平、邻信道选择 性、杂散辐射等。 ( 3 ) 无线性能指标测试，包括静态传播条件下的解调性能要求、各种不同 衰落条件下d ( m 解调性能要求等。 ( 4 ) 支持无线资源管理的测试，包括小区选择、重选、切换、测量能力等。 2 2 2 协议信令测试 协议信令测试部分，保证u e 的信令、协议的一致性、规范化。这部分测试 主要包括3 项内容：3 g 网络的基本功能、电路域基本过程和分组域基本过程。 ( 1 ) 3 g 网络业务的基本功能 在u e 的i d l e 模式下的基本操作：对不同p l m n 选择、小区选择；系统信 息接收；r r c 层功能，安全模式控制和功率控制( 包括了上行闭环功率控制和 上行开环功率控制等相关项目) 。 ( 2 ) 电路域基本过程 电路域基本过程包括位置更新和呼叫控制。其中位置更新包括i m s i 附着， 周期性位置更新和正常位置更新等。呼叫控制要求u e 应支持呼叫的建立及释放 过程，包括u e 发起呼叫( m o c ) 、u e 被呼( m 1 ) 、u e 发起语音呼叫释放、 数据呼叫及网络发起的语音呼叫释放等项目。 ( 3 ) 分组域基本过程 分组域基本过程包括移动性管理和会话管理。移动性管理主要有g p r s 附着 分离和周期性路由区更新。会话管理包括u e 发起的p d p 上下文激活、u e 发起 的p d p 上下文去激活、p s 域u e 主叫、p s 域u e 发起呼叫释放等项目。 9 北京邮电人学硕士研究生论文 第二章 2 2 3 其他测试 2 2 3 1u i c c ，u s i m 测试 u i c c 是一种包含u s i m 程序的可移模块，u s i m 包含明确的身份标识以为 了访问3 g 业务，包含u s i m 的u i c c 必须一直可用。紧急呼叫除外。 u s i m 的安全功能包括其本身和网络间的互相认证( 3 g 特性，2 ( 3 系统只是 单向网络认证用户) ，用户认证等，详细参见t s 3 3 1 0 1 。 u i c c a j s i m 的测试方法和测试要求应遵照t s 3 1 1 2 0 及t s 3 1 1 2 1 中的相关 内容，包括物理特性，电气特性和传输协议等。 2 2 3 2 音频性能测试 音频性能测试项目包括响度评定值、频率响应，侧音掩蔽评定值、失真、空 闲电路噪声、稳定度损耗、加权的终端耦合损耗、环境噪声抑制等。 音频性能测试应遵照t s 2 6 1 3 1 及t s 2 6 1 3 2 中的相关要求来进行。 2 3t d s c d m a 终端测试仪的工作方式 通常一台终端测试仪表的所有功能都能通过对其控制面板上的按键和旋钮 的操作来完成，仪表的液晶显示器提供了友好的图形界面显示。 然而，手动操作测试仪，不仅测试速度缓慢，而且易产生错误。所以，尽管 基于g p i b 总线的远程控制已经发展了2 0 年，目前它依然是测试仪的主要控制 方式之一。 2 3 1 本地操作模式 仪表的面板分为前面板和背板，前面板的部分区域和背板提供了音频、射频、 时钟、触发源等功能的电缆接口，测试人员可以根据测试需要与终端和其他测试 设备连接，构成集成测试环境。 前面板除了电缆接口，其他部分被分为两个区域：显示区域和按钮区域。 显示区域提供测试人员图形操作界面，测试人员在仪表启动过程中可以通过 显示屏了解到仪表启动到什么环节，是否启动正常；仪表正常工作后，测试人员 可以在显示屏上看到协议栈、射频、测量等功能的参数配置；测试人员还可以在 显示屏上看到测量结果、呼叫状态等动态信息。 l o 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章 按钮区域提供给测试人员对图形用户界面上的参数的设置和发起呼叫、发起 测量等功能。通常按钮区域按照按钮的功能又会分成几个小区域，按钮主要包括 数值设置按钮，功能按钮和界面菜单按钮。其中数值设置按钮主要包括数字键和 旋钮，功能按钮包括对测量控制、呼叫控制、系统控制等功能的调用，界面菜单 按钮在显示屏的两侧或下方紧贴着显示屏的区域，可以方便用户选择按钮所对应 的显示屏上菜单。 本地操作的主要优点是方便、直观、快捷。友好的图形用户界面提供给测试 人员直观的信息显示，根据需要，测试人员可以通过按键在图形用户界面上方便 快捷的进行参数修改或呼叫、测量等控制。但是，本地操作也有其最大的弱点， 即测试效率低下，以终端性能测试为例，测试人员每测试一台终端，需要多次的 按键，然后再手动记录下测试结果，才能完成。这期间还容易产生人为按键的错 误，导致测试结果的不正确。所以，本地操作模式适用于工作量小的终端测试， 大批量测试或需要与其他仪表协同工作的测试通常使用g p i b 总线，在上位机编 写测试程序来实现。 2 3 2g p i b 远程控制方式 g p i b 是专为仪器控制应用而设计的。在七十年代，i e e f a 8 8 标准的诞生致 使1 9 7 5 年产生了g p i b 在电气、机械与功能规格方面的标准：在1 9 8 7 年 a n s f i e e e 标准4 8 8 2 更明确地定义了控制器与仪器通过g p i b 通信的方法，使 先前的规格更加完备。g p i b 是一数字的8 位并行通信界面，传输速率达 8 m b y t e s 。总线提供的一个控制器在2 0 米的排线长度内最多可连结1 4 个仪器。 但是使用者若采用g p i b 扩增器与延长器便可以突破限制，而g p i b 排线与连接 器是一种多方面适用并符合工业标准的产品，可在任何环境内使用。 满足g p i b 总线要求的仪表可以通过g p i b 电缆连接在一起，然后与一台控 制器，通常是p c 或工作站相连，控制器通过g p b 总线控制所有的仪表。必要 的硬件需求是控制器上需要安装g p i b 接口卡及相应的驱动程序，目前使用最广 泛的是n l 公司和a g i l e n t 公司的g p i b 接口卡。 控制器与仪表之间的通信方式和通信内容遵循i e e f a 8 8 2 和s c p 规范。控 制器通过向仪表的g p i b 总线上发送g p i b 指令控制仪表，同时从g p i b 接口读 取仪表的返回结果，包括测量结果、参数配置、版本信息等内容。 测试人员使用仪表提供的g p i b 指令编写测试程序。通常g p i b 接口卡提供 了c 和b a s i c 两种语言的驱动程序，用户在w i n d o w s 环境下可以使用v c 和v b 两种开发环境。此外，还可以采用虚拟仪器编程语言进行开发，如n i 的l a b v i e w 。 g p i b 远程控制方式的主要优点是高度自动化、测试速度快，由于很多测试 l l 北京邮电大学硕士研究生论文第二章 需要多台仪表协同工作，对所有仪表的操作需要按照一定的流程进行，如果使用 手动方式，不但会耽误大量的时间，而且容易产生人为的错误。g p i b 远程控制 允许测试人员根据仪表的g p m 指令编写测试程序。这些程序一旦调试通过，就 可以反复运行，大大提高了测试速度。更重要的是，由于s c i i 协议横向规定同 类型测试仪表的相同的功能采用相同的g p i b 指令，这就使测试人员编写的远程 测试程序不仅对当前的测试环境有效，当更换了其他品牌或精度更高的测试仪表 后，依然部分或完全有效。由于g p i b 远程控制的高效性和良好兼容性，测试人 员可以集中精力放在测试方案的制定上，而不是对各种各样仪表的复杂的操作 匕。 2 3 3 其他远程控制方式 2 3 3 1l a n 远程控制 近些年，仪器厂商已经开始将以太网络作为单独仪器的另一个通讯界面选 择。虽然以太网络在仪器控制中仍属新的应用技术，但它已作为一种成熟的技术 被广泛的应用在测量系统的其他方面。世界上有超过一亿台电脑具有以太网络功 能，使得以太网络作为仪器控制已是必然的趋势。 基于以太网的仪器控制的应用可以利用总线技术的特性，包括仪器远程控 制，企业内的资源共享和报告生成等。另外，使用者还可以充分利用现有的以太 网络。但是，此优势办可能对一些公司产生困扰，因为这会迫使网络管理员涉入 传统的工程应用。 基于l a n 远程控制的主要应用有f r p 文件传输、t e u q e t 登录、基于h 1 1 甲 的测试报告或错误报告的生成及打印等等，有些仪表如a g i l e n te 4 4 3 8 c 矢量信号 发生器甚至可以通过套接字通信来使用g p i b 指令。 2 3 3 2r s 2 3 2 远程控制 虽然r s 2 3 2 的传输速率小于g p i b 和l a n 的传输速率，但是由于历史的原 因，很多仪表仍然提供r s 2 3 2 接口。使用r s 2 3 2 接口可以方便的与一台独立的 仪表进行通信。r s 2 3 2 通信也可以使用g p i b 指令对仪表进行控制。 2 4 本章小结 通过本章，读者了解了电子测量仪表经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章 和虚拟仪器等几个发展阶段。对于t d s c d m a 终端的测试主要包括射频一致性 测试和协议一致性测试。下一章开始，将详细描述测试仪主控软件的功能设计。 北京邮电大学硕士研究生论文 第三章 第三章t d s c d m a 终端测试仪主控软件的设计 3 1t d s c d m a 终端测试仪系统结构 t d - s c d m a 终端测试仪整体上划分为硬件和软件两个部分，硬件部分基于 p x i 总线结构，软件部分划分为主控软件、协议栈软件、测量算法等几个模块。 以下分别详细介绍t d - s c d m a 终端测试仪的硬件结构和软件结构。 3 1 1 硬件结构 图3 - 1t d - s c d m a 终端测试仪内部硬件结构示意图 硬件采用p x i 总线结构，如图3 - 1 所示，主要硬件模块及功能如下： ( 1 ) 机箱及控制器 采用3 u 标准，1 4 槽p x i 机箱和p x i 控制器，其中控制器主要配置包括1 6 g h z c p u 主频、2 5 6 m 内存、4 0 g 硬盘，使用w i n d o w sx p 操作系统。 ( 2 ) 射频模块 采用a e m f l e x3 0 0 0 系列射频板，包括a d 0 1 0 、a t 3 0 1 1 射频频率合成器( r f s y n t h e s i z e r ) 、a t 3 0 2 0 数字射频信号发生器( d i g i t a lr fs i g n a lg e n e r a t o r ) ，a f 3 0 3 0 射频信号转换器( r fd i i g i t i z e r ) 和a f 3 0 6 0 射频组合器( r fc o m b i n e r ) 。3 0 1 0 、 1 4 北京邮电大学硕士研究生论文 第三章 3 0 1 1 和3 0 6 0