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北京邮电大学硕士研究生学位论文 t d 。s c d m a 终端综测仪远程控制与自动校准的研究与实现 摘要 作为第三代移动通信标准三大标准之一的t d s c d m a 系统在我 国已经逐步发展起来。作为全球首台商用的t d - s c d m a 系统终端综 合测试仪表，“s p 6 0 1 0t d s c d m a 终端综合测试仪”到目前为止已 经得到众多手机厂商的认可，对t d - s c d m a 产业链的完善作出了巨 大的贡献。 远程控制功能是现代测试仪表不可或缺的重要功能，是工业控制 和自动化测试实现的基础。作者参与并完成了“s p 6 0 1 0t d s c d m a 终端综合测试仪”远程控制与自动校准系统中g p i b 相关部分的开发 工作，包括需求分析、概要设计、详细设计、编码和调试过程。 文章的主要内容在于“s p 6 0 1 0t d - s c d m a 终端综合测试仪”远 程控制系统与自动校准系统的设计与实现。本文首先介绍了 t d - s c d m a 产业的发展以及t d - s c d m a 系统的技术特点和优势，并 对论文选题的意义和论文的主要内容进行了介绍；接着概述了 t d - s c d m a 终端综测仪的功能，对远程控制和g p i b 原理进行了一些 介绍，并对远程控制技术在s p 6 0 1 0 中的远程控制系统和自动校准系统 中的应用需求进行了分析；然后根据需求对t d s c d m a 终端测试仪 远程控制系统的软件结构进行了设计，并完成了模块划分，接口函数 设计；最后应用远程控制技术对综测仪自动校准系统进行了设计，并 完成了线缆衰减测量模块和自动校准流程的实现。 关键词：t d - s c d m ag p i b 远程控制自动校准 北京邮电大学硕士研究生学位论文a b s 玎u 岍 r e s e a r c ha n di 巴l e m 旧n 1 ：f 叼阻o no fr e m o t e c o n t r o l a n da u t oc a l i b r a t i o ni nt d s c d m a w i r e l e s st e s ts e t a b s t r a c t a so n eo ft h et h r e e3 mg e n e r a t i o nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d s ，t d s c d m ah a sw o r k e du pi no u rc o u n t r y s p 6 0 1 0 1 1 ) - s c d m at e r m i n a lw i r e l e s st e s ts e ti st h ef i r s tt d s c d 口江ao n e - b o x t e s t e ri nt h ew o r l d n o wt h et e s ts e th a sb e e nu s e db ym a n y m a n u f a c t u r e r sa n dc o n t r i b u t e st ot h et d s c d m ai n d u s t r yc h a i nv e r y m u c h r e m o t ec o n t r o li sav e r yi m p o r t a n tf u n c t i o nt om o d e mt e s ts e ta n d a l s oi ti sm e a n i n g f u lt or e a l i z ei n d u s t r yc o n t r o la n da u t ot e s t 1 1 1 ep a p e r p r e s e n t s t h ew o r kt h a ta u t h o rh a s p a r t i c i p a t e d i n i nt h e p r o j e c t t d s c d 地lt e r m i n a lt e s ts e ts p 6 0 1 0a u t h o ri n v o l v e di nt h ew o r ko f r e q u i r e m e n ta n a l y z e ，h i 曲l e v e ld e s i g n ，d e t a i ll e v e ld e s i g n ，c o d i n g a n dd e b u g g i n go f t h er e m o t ec o n t r o la n da u t oc a l i b r a t i o nw h i c hi sr e l a t e d t o g p i b t h ep a p e rf o c u s e so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fr e m o t e c o n t r o la n da u t oc a l i b r a t i o n f i r s to fa l lp a p e ri n t r o d u c e st h ef e a t u r ea n d t h ei n d u s t r yd e v e l o p m e n to ft d s c d m a ，p o i n t so u tt h ep r o j e c tt h a t a u t h o rp a r t i c i p a t e si ni sv e r ym e a n i n g f u l t h e nd e s c r i b e st h ef u n c t i o no f t h et e s ts e t ；i n t r o d u c e st h ec o n c e p to fr e m o t ec o n t r o ls y s t e ma n dg p i b t o g e t h e rw i t ha u t oc a l i b r a t i o ns y s t e mo fs p 6 0 1 0 t h e nt h ea u t h o rd e s i g n s t h es o r w a r es t r u c t u r eo fr e m o t ec o n t r o ls y s t e m 。a c c o r d i n gt ot h e s t r u c t u r e ，a u t h o rd e s i g n st h em o d u l ed i v i s i o na n di m p l e m e n t st h e f u n e d o n s f i n a l l yd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h ea u t oc a l i b r a t i o ns y s t e ma n d t h ec a b l ea t t e n u a t i o nt e s ts u b s y s t e m k e yw o r d s ：1 1 ) - s c d m a ，g p i b ，r e m o t ec o n t r o l ，a u t oc a l i b r a t i o n 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，本人承担一切相关责任。 本人签名： 查! l ：! 兰垂日期：至垒2 ：! 兰 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 生在校攻读学位期问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) 本人签名： 导师签名： 日期：幽：! ：! 兰 日期： 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章绪论 第一章绪论 i it d s c d m a 产业的发展 经过长期艰苦的努力，由我国提出的3 g 国际标准t d s c d m a 在过去 的一年中取得了具有重要意义的突破，一方面，t d s c d m a 产业链日趋完善和 成熟，系统、芯片、终端、网管、仪表及元器件等产业各环节均已经形成多厂商 供货环境；另一方面，t d s c d m a 规模网络技术应用试验的推进和友好用户的 试用，使t d - s c d m a 网络与产品的可商用性得到了更严格的验证，并促进了终 端多样化发展。目前，t d s c d m a 己具备年产基站系统数百万信道、终端上千 万台套的产业规模，基本具备了大规模商用的基础。 在总体技术演进方面，t d s c d m a 目前可分为三个大的版本：基本版本、 增强版本和长期演进版本。基本版本( 3 g p p 、国家行业标准) 已于2 0 0 4 年完成， 去年j 下式颁布；目前正在进行后两个版本的标准化工作，将分别在2 0 0 7 年和2 0 0 8 年完成。而在产品方面，t d s c d m a 产业联盟已经在目前发展的基础上制订了 完整的总体发展规划，t d s c d m a 将呈现出更加广阔的发展前景。 t d s c d m a 产业联盟表示，经过长期的试验和验证，t d s c d m a 系统产品 目前在功能和性能上已经达到商用水平，具备大规模独立组网的能力，并可以向 运营商批量提供商用产品。在未来，t d s c d m a 系统产品将进一步适应市场需 求的发展和变化，实现h s d p a 功能，加速对h s d p a 、m b m s ( 多媒体广播多播 服务) 等特性功能的研发，帮助运营商进行差异化竞争。在终端产品方面，2 0 0 6 年，t d s c d m a 终端产业取得了喜人的成绩，共有2 0 余家终端企业的4 0 余款 终端及数据卡参与了规模网络实验。在产业化专项测试中，全部终端在实现 t d s c d m a 基本语音和业务方面都表现了较好的水平，其中部分终端已经具备 实现c s 6 4 k 的可视电话和p s l 2 8 k 3 8 4 k 的视频点播、在线电视、w e b 浏览和高 速f t p 下载等具有3 g 特征的业务。各厂家均开发出不止一款t d - s c d m a 终端， 产品也完成了从t d s c d m a 单模向t d s c d m a g s m 双模的过渡。 作为支撑t d s c d m a 商用的重要基础环节，t d s c d m a 在发展中特别注 意芯片的研发和产业化推进，手机基带芯片已经实现群体突破，自2 0 0 4 年以来 陆续有多家t d s c d m a 芯片生产厂商推出了t d s c d m a 基带核心芯片，为 t d s c d m a 终端测试的顺利推进提供了强有力的技术支撑。经过近两年的测试， 第1 页 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 t d s c d m a 芯片已经达到完全商用化水平。而在手机多媒体芯片领域，国际著 名大公司研发的新产品许多都能够和t d s c d m a 基带芯片进行配合，实现 t d s c d m a 终端对于多媒体应用的处理。国内一些公司也已经取得了新的进展， 相关产品也已经陆续问世。 用于t d s c d m a 手机的射频芯片的研发同样也取得了进展。在未来，为了 满足手机终端的发展需求，手机芯片将主要向多模增强型方向发展。t d s c d m a 产业联盟表示，t d s c d m a 基带芯片厂商已经着手第二代基带芯片的开发，第 二代基带芯片能够支持h s d p a 功能，从而实现更高的通信速率。此外，相关厂 商还将开发集成度更高的手机基带芯片并努力使射频芯片本土化。 t d ，s c d m a 产业的发展也带动了我国测试仪表行业的发展，相关测试仪表 的成熟也是t d s c d m a 技术成熟和可商用化的重要标志之一。目前，在终端测 试方面，国内厂家已经开发出了相应的测试设备。在系统测试、网络优化工具方 面也已经取得一些可喜的成果，未来，t d s c d m a 测试仪表产业将加大在终端 认证和检测工具方面的开发力度，建立起一致性测试环境，推动软件和增值业务 的开发和验证。t d s c d m a 终端业务应用综合测试仪表、t d s c d m a 终端协议 一致性测试仪表以及t d s c d m a 一致性测试系统等将是发展的重点。 1 2t d s c d m a 系统的技术特点与优势 根据i t u 关于第三代移动通信标准的主要目标和基本要求，3 g 系统将以非 对称的i p 数据、宽带多媒体和高质量的话音为主要业务，最大传输速率为 2 m b p s ，支持终端移动速度达1 2 0 k m h ( t d d ) 或5 0 0 k m h ( f d d ) ，并与现有无线通 信网络兼容，最终与移动卫星通信系统联合组网，实现全球覆盖和漫游。当前， 最为突出的是移动通信容量迅速膨胀与频率资源非常紧张之间的矛盾，还有3 g 宽带业务给系统带来的新问题。为此，在t d s c d m a 系统中采用了一系列技术 措施，如采用t d d 方式，以适应对称及非对称业务；多址接入方式综合使用 c d m a 、t d m a 、f d m a 和s d m a 方式，充分利用空间频率资源，提高系统容 量；设计一种特殊帧结构，以适应智能天线和同步c d m a 技术的发挥；在相邻 小区之间采用动态信道分配技术，降低小区间干扰，扩大系统容量；同时用软件 无线电技术对所有基带数字信号进行处理，简化硬件设备，降低了成本。 其中，对系统性能起关键作用的主要技术有： ( 1 ) t d d 双工方式 t d d 能使用各种频率资源，不需要成对的频率，便丁频率安排；t d d 适应 不对称的上下行据速率传输，根据业务量大小可自动调整上下行时隙宽度， 特别适用于i p 数据业务；t d d 上下行工作于同一频带，对称的电波传播特 第2 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章绪论 性便于使用智能天线等新技术，达到提高性能和降低成本的目的；t d d 系统设 备成本较低。与f d d 相比较，无高收) 发隔离的要求，可使用单片i c 来实现 r f 收发信机，设备费用比f d d 方式降低2 0 - 3 0 。 ( 2 ) 智能天线技术 把天线阵与高速数字信号处理技术相结合，运用波束成形技术为每一条码道 提供一个天线波束，能动态地跟踪用户，确定其位置。智能天线增益高，可扩大 小区覆盖范围，减少多址干扰，增加通信容量。由于t d d 双工方式的上下行 链路使用相同的工作频率，能充分发挥智能天线的优势。 ( 3 ) 联合检测技术 把一个时隙中传输的多个用户信号与多径信号一起处理，能精确地解调出各 个用户信号。同时智能天线与联合检测技术综合使用，可降低发射功率，提高接 收灵敏度，增加系统容量，减少系统内部干扰，并能有效克服多径传播带来的干 扰。 ( 4 ) 接力切换技术 这也是目前其它3 g 系统所没有的。该系统能利用所获得的移动用户位置信 息，实现接力切换。其优点是避免一般软切换过程中所占用的大量无线资源及频 繁切换，显著提高系统容量和效率。 ( 5 ) 同步c d m a 技术 自动调整各个用户发射信号的时间，使上行信号到达基站的时间保持同步， 从而降低码i 可干扰，提高系统容量，减少接收机的复杂度。同时，还采用低码片 速率、时隙动态分配、可变扩频系数和自动功率控制等先进技术，保证 t d s c d m a 系统具有突出的特点和良好的性能。 1 3 论文选题的意义 由第一节t d - s c d m a 产业的发展可以得知，t d s c d m a 产业链日趋完善 和成熟。t d - s c d m a 产业的发展也带动了我国测试仪表行业的发展，t d s c d m a 终端综测仪就是在这样的背景下开始研发的。 t d - s c d m a 终端综测仪具体的实现主要包括4 个部分：物理层协议栈功能 实现，高层协议栈功能实现，测试功能实现及主控软件功能实现。主控软件实现 了对所有的硬件设备进行控制，使各种硬件板间相互配合，完成需要的呼叫，测 试和配置功能。主控软件的内核模块是核心处理模块，实现了对g p i b 命令的解 析和对其他模块的控制。 远程控制功能是现代测试仪表必备的一项功能，对于生产线的测试以及实验 室的测量都具有重要的意义，本论文围绕远程控制的实现展开了设计与实现的描 第3 页 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 述。同时，自动校准也是利用仪表的g p i b 功能实现的自我修正的功能，本论文 就自动校准的设计与实现也作了详细论述。 1 4 论文的主要内容 本论文重要围绕t d s c d m a 终端综测仪远程控制的和自动校准的设计与实 现进行详细论述，论文的内容安排如下： 第一章“绪论”介绍了t d s c d m a 系统主要的技术特点以及技术优势， t d s c d m a 行业的发展，最后叙述了本人在远程控制的和自动校准的设计与实 现中的主要工作内容。 第二章“t d s c d m a 终端综测仪及远程控制概述”，描述了t d s c d m a 终 端综测仪的主要功能，远程控制的产生，t d s c d m a 终端综测仪中远程控制的 功能，t d s c d m a 终端综测仪中校准系统简介，最后概述了g p i b 的产生发展 以及结构等。 第三章“t d - s c d m a 终端综测仪远程测控的设计与实现”，本章节重点介绍 了远程控制系统得总体设计，以及上位机中远程控制软件的设计与实现。 第四章“t d s c d m a 终端综测仪自动校准系统的设计与实现”，本章节重点 介绍了校准系统的系统结构，模块设计以及流程实现。 第五章“总结与展望”，对项目中的问题进行分析，提出相应的改进意见， 最后进行自我总结，并提出自己的希望。 “致谢”向在项目开发和论文撰写过程中提供无私帮助的老师和同学们表示 衷心的感谢。 “参考书目”详细列举了论文撰写过程中所有参考资料的相关信息。 第4 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 第二章t d - s c d b a 终端综测仪及远程控制概述 远程控制是仪表的一项非常重要的功能，可以极大的提高仪表应用的效率。 本章将首先介绍t d s c d m a 终端综合测试仪的主要功能，之后将对仪表的远程 控制及自动校准功能进行介绍。 2 1t d - s c d m a 终端综测仪功能简介 图2 ls p 6 0 1 0t d - s c d m a 终端综合测试仪 s p 6 0 1 0 是北京星河亮点通信软件有限责任公司自主研发的t d s c d m a 终 端综合测试仪。该仪表具备t d s c d m a 系统模拟器、t d s c d m a 信号发生器 和t d s c d m a 终端信号分析仪的功能，全面提供c w 波、t d s c d m a 系统下 行物理信道发生、呼叫建立、释放和寻呼、功率控制、终端射频一致性测试等复 杂功能。 s p 6 0 1 0 具有g p i b 远程控制功能，同时具备丰富的外部接口，因此适合与 其他仪表互连实现系统集成测试，在应用于生产线测试时还具有自动校准功能。 s p 6 0 1 0 可广泛应用于t d s c d m a 芯片制造与手机设计、研发，t d - s c d m a 终端认证、t d - s c d m a 终端制造和t d s c d m a 终端维修等领域中。 2 1 1 基本工作模式 t d s c d m a 终端综测仪工作于以下四种系统工作模式： 1 a c t i v ec e l l 工作模式 a c t i v ec e l l 工作模式提供了一条从测试仪到终端的信令连接，即建立完整的 信令流程实现标准的呼叫。当测试仪和终端建立连接后，终端的性能可以通过一 第5 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 组测量项测量到； 2 t d d t e s t 工作模式 在t d dt e s t 工作模式下，测试仪不会在下行链路发送任何信令( s i g n a l l i n g ) 信息。任何终端配置的改变，比如信道数量、回环类型或者d c h 的t f c s 配置 等，必须由一台系统控制器( 通常是一台电脑) 通过一个专用的数字接口直接发 送命令来对终端进行配置； 3 c w 工作模式 在c w 工作模式下，测试仪就相当于一个信号发生器，发送带宽正弦信号； 4 c e l lo f f 工作模式 小区关闭状态。 2 1 2 人机交互方式 测试仪的两种配置环境实际上对应着测试仪两种基本的操作模式，根据不同 场景的应用和不同的测试功能要求，分为本地操作和g p i b 操作两种模式。 2 1 2 1 本地操作模式 本地操作模式中由一台测试仪单独对终端进行测量，测试人员直接对测试仪 进行操作。测试人员通过测试仪提供的操作接口对手机进行测试，测试仪的操作 接口包括两个部分，前面板的按钮和g p i b 总线接口。在本地操作模式下，测试 人员使用的是前面板的按钮。 在本地操作模式下，每一次操作都是由测试人员手动发起的，测试人员按下 前面板上的操作按钮或者系统按钮，控制指令会依一条特定的路径由测试仪的表 传送到各个相应的硬件上面。一般的，每一次操作只能具体测试某一个功能，其 应用场景包括终端生产线上、终端维修和终端研究及认证。 2 1 2 2 远程g p i b 操作模式 本地操作模式下，每一次操作只能进行一项单独的测量，这存在着非常明显 的局限性。第一，其工作效率比较低，在终端生产线上，流水作业不允许对每一 台终端都手动的进行一遍测量；第二，其测试功能难以定制，不能进行编程，将 面临大量地重复手工劳动。为此，出现了第二种操作模式_ g p i b 操作模式。 在g p i b 操作模式下，测试人员不会直接对测试仪进行操作。测试人员可以 第6 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 将频繁测试的功能集成起来，再对测试仪进行编程。通过脚本的方式让测试仪以 批量方式执行测量操作，既可以对测量功能实现了定制又可以极大的提高测试效 率。 远程控制是本文的重点，在下面的章节中将会做具体的论述。 2 1 3 测量信号接口 外部接口用于连接被测设备，实现信号的发送和接收。t d s c d m a 终端综 测仪有两个射频端口，r f i n o u t 端口和r f o u t 端口。 其中，r f i n o u t 端口既可以实现射频信号的输入，也可以输出；r f o i y r 端口只可以输出。并且这两个端口的输出电平范围也不相同，具体范围参考下表： 表2 - is p 6 0 1 0 t d - s c d m a 终端综合测试仪端口输入输出范围 c w 波输出电平范围 一1 2 0 d b m 一2 0 d b m ( r fi n o u t 端口) 一1 2 0 d b m 0 d b m ( r f o u t 端口) t d 信号输出电平范围 一1 2 0 d b m 一2 0 d b m ( r fh o u t 端口1 1 2 0 d b m 0 d b m ( r f o u t 端口1 输入电平范围 6 5 3 0d b m 2 2 远程控制功能概述 2 2 1 远程控制的产生 远程控制是在网络上由一台上位机( 也称为主机、控制台) 远距离控制另一 台或者几台下位机( 也称作被控端) 的技术。上位机作为一个智能监控系统对总 线与各下位机进行统一管理，完成智能控制、智能诊断与人机交互的操作。下位 机通过总线或者其他通信手段与上位机连接，采集工作过程的数据信号。 远程控制不仅仅是一个远程的概念，而且包含了集成的概念，一般指通过一 种通信手段对远端实体进行集中控制、集中发送指令、集中收集数据并进行分析。 当操作者使用主控端上位机控制被控端时，就如同坐在被控端下位机( 可以是各 种仪器仪表) 的屏幕自i 一样，可以对被控端进行任何本地可以进行的操作。 随着网络的高度发展，工业控制、生产集中测量测控以及计算机的管理和技 术支持的需要，远程操作及控制技术越来越引起人们的关注。l - 位机与下位机之 白j 的通讯方式，一般取决于下位机。目自口远程控制的通信一般支持下面的这些网 络方式：g p i b 、l a n 、w a n 、拨号方式、互联网方式。此外，有的远程控制软 件还支持通过r s 2 3 2 、并口、红外端口来对远程机进行控制。 第7 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 远程控制功能在生产线方面的应用，更是具有突出的贡献。便于自动化，机 械化程度的提高，在提高生产效率的同时也极大的节约了劳动力成本。 日常使用的测试仪器，如数字信号发生器、频谱分析仪、台式数字万用表等 的控制分为本地控制( 仪器面板手动操作) 和远程控f l i i j ( g p i b 、r s 2 3 2 接口控制) ， 在实际整个测试过程中，可能需要多台有不同测试功能的仪器，而且这些仪器初 始化参数设置繁杂、测量次数繁多，这就使得本地控制变得很难操作，而且手动 测试难免出现差池，本文通过应用的例子讲述了如何通过g p i b 远程控制来解决 上述问题。 2 2 2g p i b 概述 2 2 2 1g p i b 的产生和发展 1 9 6 5 年，惠普公司设计了一种用于连接计算机和可编程仪器的总线惠 普接口总线( h p i b ) ，由于其结构简单、传输速率比较高( 峰值可达i m 字节 秒) 很快得到了普及。1 9 7 5 年，i e e e 对惠普接口总线进行了标准化，并更名为 通用接口总线( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ，简写为g p i b ) ，由此g p i b 成为了 i e e e 4 8 8 1 标准。1 9 8 7 年，i e e e 又推出了i e e e 4 8 8 2 标准，更明确地定义了控 制器与仪器通过g p i b 进行通讯的方法，使先的的规格和标准更加完备。目前使 用最多的g p i b 都是基于i e e e 4 8 8 2 标准的。 2 222 g p i b 的总线结构 g p i b 总线是由1 6 根信号线和8 根回地或者屏流线组成的，其中1 6 根信号 线又分成3 组：8 根数据线，3 根握手线和5 根接口管理线： ( 1 ) 数据线：既发送数据又发送指令，用根接口管理线中的a t n 线的状态 来确定发送的是数据还是指令。 ( 2 ) 握手线：控制设备之间的异步传输，保证数据线发送和接收的信息字 节不会出现传输错误。 ( 3 ) 接口管理线：管理接口信息和指示总线状态，5 根管理线为：a t n ( 注 意) 、i f c ( 清接口) 、r e n ( 远控使能) 、s r q ( 服务请求) 和e o i ( 结束确认) 。 一个典型的g p i b 测量系统一般由一台上位机( p c 机) 工作站、一块或多 块g p i b 接口板卡和若干台g p i b 仪器通过标准g p i b 电缆连接而成。 g p i b 测量系统的连接：一个g p i b 测量系统既可以是线型连接，也可以是 星型连接，也可以是两种连接方式的组合。 第8 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 系统配置要求：( 1 ) 任意两台设备之间的距离不能超过4 m ，总线上设备的 平均距离是不能超过2 m 。( 2 ) g p i b 电缆的总长度不能超过2 0 m 。( 3 ) 总线上最 多连接1 5 台设备，且要求2 3 的设备处于开机状态。 高速系统配置要求：( 1 ) 系统中所有设备要求都处于开机状态。( 2 ) g p i b 电缆长度应尽可能短，最大不能超过1 5 m 。( 3 ) 总线上平均每米的电缆上要有l 台设备。( 4 ) 如果超出以上的限制，可以使用总线扩展技术。 g p i b 测量系统中的设备可以分为三类：( 1 ) 讲话者( t a l k e r ) ：发送数据信 息；( 2 ) 监听者( l i s t e n e r ) ：接收数据信息；( 3 ) 控制器( c o n t r o l l e r ) ：负责控 制总线上的信息流量，负责建立通信连接及向设备发送指令。 注意在g p i b 测量系统中，有些设备可以同时扮演多个角色，例如s p 6 0 1 0 既可以是t a l k e r 也可以是l i s t e n e r ；上位机可以是t a l k e r 、l i s t e n e r 和c o n n o l l 盯。 g p i b 总线上可以有多个控制器，但是任一时刻只能有一台控制器是激活的，称 为c o n t r o l l e r - i n - c h a r g e ( c i c ) ，控制权可以在控制器间传递。g p i b 接口号用来 标识g p i b 接口，可以是g p i b 0 、g p i b l 、g p i b 2 和g p i b 3 。g p i b 地址用来标 识g p i b 设备。 同一接口上的所有g p i b 设备必须有唯一的地址。一个g p i b 地址由两部分 组成：主地址和从地址( 可选) ，主地址：o 3 0 ，从地址：9 6 1 2 6 。大多数设备 只使用主地址。 2 2 3s c p i 标准概述 随着自动测试技术和测量仪器的发展，智能测量仪器必须提供相应的对外接 口才能满足复杂的测试任务。在由测量仪器组成的测试系统中，测量仪器必然要 响应上位机发送来的程控命令，对这些命令进行分析，判断这些命令是否符合该 测量仪器的规范，对错误命令给出错误提示，对正确命令进行处理，并转换成系 统所能识别的代码，以完成上位机所要求的操作，这一过程就是语法分析。因此， 在测量仪器中，语法分析是上位机和测量仪器连接的中枢。 可编程仪器标准命令( s t a n d a r dc o m m a n df o rp r o g r a m m a b l ei n s t r u m e n t s ，简 称s c p i ) 。s c p i 是以i e e e 4 8 8 2 为基础的既完整的可扩充的仪器软件编程指令 标准。在s c p i 之前，每个仪器制造商都为自己的可编程仪器开发有自己的指令 集。由于缺少标准化，迫使测试系统开发者在应用中要学习许多不同的指令集， 导致了编程的复杂性，也造成不可预计的拖延和开发投资的增加。1 9 9 0 年4 月 2 3 日，一组仪器制造商一起宣布了s c p i 的特征，s c p l 给可编程仪器定义了一 套共通的指令格式。s c p i 通过定义一套标准的编程指令集，减少了开发时间， 增加了测试程序的可读性，因此给测试工程师提供了许多的便利。s c p i 的指令 第9 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 集是等级结构的，便于进行扩展，因此很容易添加新的指令和新功能。 实质上s c p i 不是什么技术或产品，它就是一种语言的定义，它类似于对着 电话讲话的语法，是仪器能听懂的一种语言。 s c p i 是架构在i e e e 4 8 8 2 上的可程控仪器标准指令集，并遵循了i e e e 7 5 4 标准中浮点运算规则、i s 0 6 4 6 信息交换7 位编码符号( 相当于a s c i i 编程) 等 多种标准的标准化仪器编程语言。它采用一套树状分层结构的命令集，提出了一 个具有普遍性的通用仪器模型，采用面向信号的测量；它的助记符产生规则简单、 明确，且易于记忆。整个s c p i 命令可分为两个部分，一是i e e e 4 8 8 2 公用命令， 另一部分是s c p i 仪器特定控制命令。公用命令是i e e e 4 8 8 2 规定的仪器必须执 行的命令，其句法与语义均遵循i e e e 4 8 8 2 规定。这部分命令与测量无关，用来 控制重设、自我测试和状态操作；s c p i 中的仪器特定控制命令是与仪器相关的， 针对不同的仪器命令也不同。 本文中介绍的t d s c d m a 终端综测仪的远程控制和自动校准，都是通过编 写s c p i 代码来实现g p i b 控制的。 2 3t d s c d m a 终端综测仪中的远程控制功能 t d s c d m a 终端综测仪可以通过上位机( 用于远程控制仪表的计算机) 进 行远程控制。远程控制采用g p i b ( g e n e r a lp u r p o s e i n t e r f a c e b u s ，通用接口总线) 总线传输技术。工作方式如下图所示： 第1 0 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 s p 10 终靖综合测试仪背板 图2 - 2s p 6 0 1 0t d s c d m a 终端综合测试仪远程控制原理困 g p i b 远程控制功能是指在测试仪处于远端控制时，实时接收上位机发来的 g p i b 指令，对指令进行解释，从而实现对测试仪其他模块相应的控制。 t d s c d m a 终端测试仪主控软件的远程控制功能实现了整个测试仪所需的远程 控制功能。为了能够满足用户远程对仪表的自动控制，定义了一系列的命令，用 户发送这些命令来控制综测仪迸行测试，呼叫以及维护等工作，用户也可以对命 令进行编程，完成自动测试工作。根据综测仪所能实现的功能，g p i b 命令可以 相应的划分为如下几类： 1 呼叫过程命令； 2 测量控制命令； 3i e e e4 8 8 2 标准命令； 4 系统测量配置命令。 t d s c d m a 终端测试仪允许用户通过机箱背板上g p i b 接口对仪表进行远 程控制，用户可以根据需要编写特定的测试集( t e s ts e t ) 程序，然后通过g p i b 接 口进行远程控制，完成用户需要的测试。 远程控制可以实现所有本地控制的功能，包括： 配置测试仪的呼叫参数和测量参数； 发起呼叫与待测终端建立连接； 第1 1 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 对待测终端进行测量； 对测试仪进行系统控制； 查询和获取各种数据，包括配置参数、系统状态以及测量结果。 2 4t d s c d m a 终端综测仪自动校准系统 同时我们也可以利用该远程控制功能对仪表进行校准，实现自动校准方案。 为了保证s p 6 0 1 0 综合测试仪的发射和接收指标的准确性，需要对基本的发射机 和接收机的功率指标进行校准。 自动校准通过搭建一套完整的校准系统，利用g p i b 命令控制各种测量仪表 协同工作，自动完成对s p 6 0 1 0 综合测试仪的校准。相对于手动校准，自动校准 更加可靠、准确和快捷。为产品大批量的生产和计量奠定了良好的基础。 2 4 1 自动校准系统的校准内容 自动校准的项目有以下三项： c w 模式下发射机i n o u t 口校准 c w 模式下发射机o u t 口校准 c w 模式下接收机i n o u t 口校准 由2 1 2 中t d s c d m a 终端综测仪的基本工作模式可知，t d s c d m a 终端 综测仪主要有四种工作模式：a c t i v ec e l l 工作模式；t d dt e s t 工作模式；c w 工 作模式；c d lo f r 工作模式。 t d s c d m a 终端综测仪的自动校准过程只需要选择以上四种系统工作模式 的其中之一进行校准即可。因为对于上述四种工作模式虽然软件流程不同，但是 都使用相同t d s c d m a 终端综测仪射频模块，自动校准的校准内容又是射频模 块的功率指标，因此选择其一即可。在本文实现的自动校准中选择的是c w 波模 式，因为该模式下测试仪就相当于一个信号发生器，发送单一频率带宽f 弦信号， 该信号的功率值稳定便于校准。 在校准过程中，需要对射频输出和出入端口进行功率校准。t d s c d m a 终 端综测仪的发射和接收端口有r fi n o u t 端口和r f o u t 端口，这两个都具有 射频输出功能，但是由于与r fi n o u t 端口和r f o u t 端口相连接的仪表内部 射频通路不同，这是由于射频电路设计的硬件结构决定的，不同的射频通路的衰 减小相同，所以需要分别校准。 第1 2 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 2 4 2 校准过程用到的射频仪表 自动校准过程需要多台射频测量仪表的协同操作，其中校准t d - s c d m a 终 端综测仪接收机时，需要用到信号发生器来发射指定频率、指定功率的校准信号， 然后使用频谱分析仪来测量功率，从来校正综测仪接收到的信号功率；校准发射 机时则只需要使用频谱分析仪来测量综测仪发射的信号功率。 频谱分析仪主要用来，在频域，时域，解调域，码域分析信号特性。常见的 频谱分析仪主要有： p s a a g i l c n t ：e 4 4 0 5 a ，e 4 4 0 6 a ，e 4 4 4 0 r & s ： f s p ，f s q ，f s i q v s a a g i l e n t ：e 4 4 0 6 e 4 4 4 0 + 8 9 6 0 1 a ，8 9 6 4 0 硬件前端+ 8 9 6 0 1 a r & s ： f s p ，f s q 信号发生器主要用来，模拟产生各种调制和非调制信号。常见的信号发生器 主要有： a 西l e n t ：e 4 4 3 2 b ，e 4 4 3 8 c r & s ：a m i q ，s m i q ，s m u 2 0 0 a 本校准系统中使用的仪表的基本特性可以参见下表： 2 5 本章小结 表2 - 2 校准系统使用的仪表 本章首先对s p 6 0 1 0 终端综测仪的功能进行了介绍，接着阐述了远程控制功 能，其中主要对g p i b 及s c p i 标准做了详细的分析。在对远程控制功能进行了 分析的基础上，具体描述了t d s c d m a 终端综合测试仪的远程控制可以实现的 第1 3 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d - s c d m a 终端综测仪及远程控制概述 功能，最后对t d s c d m a 终端综合测试仪的自动校准系统进行了介绍，详细阐 述了自动校准需要完成的校准项目和需要利用远程控制系统进行协调并行操作 的其他测量仪表。 第1 4 页 北京邮电大学硕士研究生论文第三章t d - s c d m a 终端综测仪远程测控的设计与实现 第三章t d s c d m a 终端综测仪远程控制的设计与实现 远程控制是各种仪表相互配合、协同工作的基础，本章将重点对上位机远 程控制软件进行设计与实现。 3 1 远程控制的总体设计 图3 l 远程控制总统设计框图 远程控制的实现基于以下两部分： 1 t d s c d m a 终端综测仪的远程控制模块 t d s c d m a 终端综测仪中主控软件的远程控制模块负责控制g p i b 接口， 使测试仪处于远端控制时，实时接收上位机发来的g p i b 指令，对指令进行解 释，从而实现对测试仪其他模块相应的控制。 t d s c d m a 终端测试仪允许用户通过机箱背板上g p i b 接口对仪表进行远 程控制，用户可以根据需要编写特定的测试集( t e s ts e t ) 程序，然后通过g p i b 接 口进行远程控制，完成用户需要的测试。 主控软件的远程控制功能实现了整个测试仪所需的远程控制功能。 2 上位机中的远程控制软件 上位机的远程控制软件可以对s p 6 0 1 0 进行远程操作。在g p i b 操作模式下， 测试人员不会直接对测试仪进行操作。将频繁测试的功能集成起来，再对测试 仪进行编程。通过脚本的方式让测试仪以批量方式执行测量操作，既可以对测 量功能实现了定制又可以极大的提高测试效率。并且可以通过脚本控制多台仪 表协同工作，利用一台仪表的测量结果来出发另一台仪表的开始测量，可以节 约操作人员的精力并且避免手动操作错误的发生。该部分的实现是作者主要工 第1 5 页 北京邮电大学硕士研究生论文第三章t d - s c d m a 终端综测仪远程测控的设计与实现 作所在，也是本论文的重点内容。 3 2 上位机中远程控制软件的设计与实现 3 2 1 模块划分 图3 - 2 远程控制软件的模块划分 如上图所示整个远程控制软件重要有三大部分构成： 用户接口：即用户界面部分，主要用束设定远程控制的测量项目，测 量参数以及测量流程，该部分不是作者的工作内容，因此本论文中不 对本本分进行进一步的描述。 内核部分：该部分是远程控制实现的核心。通过测试用例流程的设计 来实现远程控制的内容。远程控制的主要内容有三大部分：呼叫控制 部分，终端测量部分和测试仪的配置部分。该部分也即是远程控制过 第1 6 页 北京邮电大学硕士研究生论文