（电磁场与微波技术专业论文）tdscdma基站射频自动测试系统的设计与实现.pdf

t d - s c d m a 基站射频自动测试系统的设计与实现 摘要 测试是测量与试验的简称，其基本任务是获取信息。它通过测试系统、 设备得到被测参数信息。而自动测试系统则是对那些能自动完成激励、 测量、数据处理并显示或输出测试结果的一类测试系统的统称。通常这 类系统是在标准的测控系统总线或仪器总线( g p i b 、v x i 、p x i 等) 的基 础上组建而成的，并且具有高速度、高精度、多功能、多参数和宽测量 范围等众多特点。 本文所介绍的射频自动测试系统，是针对t d s c d m a 基站研发阶段 的测试而设计开发的，主要应用于对t d s c d m a 基站研发中需要进行验 证的射频性能进行长时间多测试项目连续测试。该系统由自动测试软件， 工控机，g p i b 控制卡和测试仪表组成。 论文从基础理论入手，首先引入自动测试系统的概念和发展过程，同 时对其中一些关键技术进行了介绍，然后总结分析了t d s c d m a 基站射 频测试基础，列出了测试项目的定义和测试目的，手动测试方案，以及 测试仪表的优先级搭配及功能拓展方向。 本文的实践部分包括系统的软件开发设计和硬件连接，软件部分包括 软件的项目需求，设计思路，软件执行流程图，以及开发工具的应用和 代码过程，并根据这个分类完成实现了整个软件设计思路的功能部分。 硬件部分包括硬件连接图等。硬件部分包括硬件连接图等。 论文的最后部分还给出了系统主要测试项的不确定度计算方法，并根 据测试项的实际测试结果验证了系统的不确定度性能。 通过该系统，解决了研发阶段测试基站性能时相应方面的困难，使得 用户只控制软件便可完成对基站射频信息长时间高精度测试的任务，极 大地减小了测试人员的简单重复劳动和对测试的人为影响，高速、高效 率执行测试功能，并且由于其软件操作简单易学，也可以加快测试人员 的上岗培训流程，符合社会分工细化专业性提高的趋势。 度 关键词：t d s c d m a 基站虚拟仪器射频自动测试不确定 t h ed e s i g na n di 卫仰l e m e n t a t i o no ft d s c d m a b a s es t a t i o nr fa u t ot e s t i n gs y s t e m a b s t r a c t t e s ti ss h o r tf o rm e a s u r ea n de x p e r i m e n t w h o s eb a s i ct a s ki st oa c q u i r e i n f o r m a t i o n ，n a m e l y , t og e ti n f o r m a t i o na b o u tt h em e a s u r e dp a r a m e t e r s t h r o u g ht e s t i n gs y s t e mo ri n s t r u m e n t s t h ea u t ot e s t i n gs y s t e mi sas y s t e r n t h a tc a nm e a s u r e p r o c e s sd a t aa n dt h e l l d i s p l a yo ro u t p u tt e s t r e s u l t s a u t o m a t i c a l l y s u c hs y s t e r n sa r en o r m a l l yb a s e do ns t a n d a r dt e s t i n gs y s t e m b u so ri n s t r u m e n tb u s ( g p i b ，v x i ，p x i ，e t c ) ，w i t hc h a r a c t e r i s t i c so f h i g l l s p e e d ，h i g h p r e c i s i o n ，m u l t i f u n c t i o n ,m u l t i p a r a m e t e r a n dw i d e m e a s u n n gr a n g e t h ea u t ot e s t i n gs y s t e ms h o w ni nt h i sp a p e r ，w h i c hi sd e s i g n e da n d d e v e l o p e df o rt d s c d m ab a s es t a t i o nr & d i sm a i n l yu s e dt or e a l i z ea l o n g t i m ec o n t i n u i n gr ft e s to ft d s c d m ab a s es t a t i o nr & d t h i ss y s t e m c o n s i s t so fa u t o m a t i ct e s t i n gs o f t w a r e ，i n d u s t r i a lp c ( i p c ) ，g p i bc o n t r o l l e r a n dt e s t i n gi n s t r u m e n t t h i sp a p e rs t a r t sw i t ht h eb a s i ct h e o r y f i r s t l y , t h ec o n e e p ta n dt h e d e v e l o p m e n to fa u t ot e s t i n gs y s t e m ，a l o n gw i t hi n t r o d u c t i o na b o u ts o m ek e y t e c h n i q u e s s e c o n d l y a n a l y s i so ft h ei 江t e s tf o u n d a t i o no ft d s c d m ab a s e s t a t i o n ，i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o na n dp u r p o s eo ft e s tp r o j e c t s ，m a n u a lt e s t m e t h o da n dt h ep r i o r i t yo ft e s ti n s t r u m e n t s t h er e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e l c o m p r i s e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n t o fs o f t w a r ea n dt h ec o n n e c t i o no fh a r d w a r e t ob ep r e c i s e t h es o t h a r ep a r t c o n s i s t so fi t e m r e q u i r e m e n t s ，d e s i g ni d e a s ，s o t t w a r ei m p l e m e n t a t i o n f l o w c h a r t ，t o o l sa p p l i c a t i o na n dc o d ep r o c e s s ，a sw e l la st h ef u n c t i o np a r tt h a t h a sr e a l i z e dt h ee n t i r es o f t w a r ed e s i g ni d e a sa c c o r d i n gt ot h i sc l a s s i f i c a t i o n t h eh a r d w a r ep a r ti n c l u d e sh a r d w a r ec o n n e c t i o nd i a g r a ma n ds oo n f i n a l l yt h em e t h o dt oc a l c u l a t et h eu n c e r t a i n t yo fm a i nt e s tp r o j e c t sb y t h i ss y s t e mi sa l s op r o v i d e d w h i c hi sv e r i f i e db yt h er e s u l t so fp r a c t i c a lt e s t t h i ss y s t e m b ys o l v i n gt h ep r o b l e m sp r o d u c e di nt h ep r o c e s so ft e s t i n g t h ei 心p e r f o r m a n c eo f b a s es t m i o n f r e e st e s te n g i n e e r sf r o mr e p e t i t i v ew o r k w h i l ed o i n gi 江t e s t a n de n a b l e st h e mt o a c c o m p l i s hl o n g t i m e a n d h i 曲p r e c i s i o nt e s t i n gt a s kb yi u s tc o n t r o l l i n gt h es o f t w a r e ，y e tw i t hm o r e e f f i c i e n c ya n da c c u r a c y t h eo p e r a t i o no fs o f t w a r ei se a s yt ol e a r n , a n dt h e t r a i n i n gp e r i o do f t e s ts t a f fw i l lb es h o r t e n e d ，w h i c hi si nl i n e 谢t ht h et r e n do f m o r ep r o f e s s i o n a l i z e ds o c i a ld i v i s i o no fl a b o n k e yw o r d s ：v i r t u a li n s t r u m e n t ，a u t o t e s t i n gs y s t e m , t d - s c d m a l a b w i n d o w s c v l ，u n c e r t a i n t y 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：匦! 施肇 日期：2 2 1 显2 ：2 2 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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位 论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：至垒迫垒 导师签名： 日期：2 1 1 墨：2 ：呈i 日期：21 1 呈：兰：! z 第一章绪论 1 1 测试与自动测试系统 测试是测量与试验的简称，其基本任务是获取信息。在各类测试活动中，通 过测试取得定性定量数值，以确定测试结果，目的就是希望获得试验的结果以验 证实验对象的状态和特性。在工程上则对应为对被检测对象的物理、化学、工程 技术等方面的参量、特性等做数值测定工作，是取得对试验对象的定性或定量信 息的一种基本方法和途径。由此，因为测试的需要而产生的测试技术成了信息 科学的重要源头和组成部分。测试技术可以定性为按产品研发的阶段进行相应功 能与性能的信息获得，用以完成记录测试数值、产品状态、特性的获取、传输、 分析、处理、显示、反馈等功能 测试是通过测试系统得到被测参数信息，测试技术的实现也需要测试系统来 提供。而测试系统中较为先进的自动测试系统则是对那些能自动完成激励、测量、 数据处理并显示或输出测试结果的一类系统的统称。通常这类系统是在标准的测 控系统总线或仪器总线( g p i b 、v x i 、p x i 等) 的基础上组建而成的，并且具有 高速度、高精度、多功能、多参数和宽测量范围等众多特点。工作时，工程师只 需要在计算机上设置基本的参数，运行测试程序后由软件来控制仪表进行测试， 并自动完成数据采集、处理和显示测试结果、打印测试报告等操作。 本文所介绍的射频自动测试系统，是针对t d s c d m a 基站研发测试而设计 开发的，主要应用于对t d s c d m a 基站研发中需要进行验证的射频性能进行长 时间多测试项目连续测试。这类测试一般强度大时间短，如果按照传统测试手段， 需要专门的测试人员长时间高注意力并且身处基站屏蔽室这样的高辐射地区进 行工作，工作的效率和精度以及对测试人员身体的保护都大打折扣而应用了 t d s c d m a 基站自动测试系统后，就可以高速、高效率执行测试功能，并且由于 其软件操作简单易学，也可以加快测试人员的上岗培训流程，符合社会分工细化 专业性提高的趋势。 1 2 自动测试系统组成 测试系统主要由频谱测量部分、数据分析部分、仪器软件部分组成。 1 频谱测量部分 以频谱分析仪组成的测试系统，主要测试基站射频信号强度，自动测试 基站天线部分发射的射频信号强度，在屏蔽室中通过电缆传输给频谱分析仪 和场强探测器。使用射频仪表研究场地的基站，从理论上计算变电站的电压 值与场馆内的场强关系，利用计算机技术模拟工频磁场和高频电场的场强分 布图。 2 数据分析部分 为了满足检测系统机动灵活、便于携带和移动的特点，采用n i 公司的 具有并行数据采集能力的g p i b 接口板。其分辨率为3 2 位，考虑到射频信 息的因素和实际需求，计算机和数据卡均满足射频性能的要求。 3 仪器软件部分 、 采用工控机模式，操作系统为视窗界面下的l a b w i n d o w s c v i 控制软 件，具有自动射频性能测试，设置测试设备的工作状态，自动采集数据并显 示在软件街面上，同时生成数据时间曲线，数据自动保存到e x c d 文件中， 利于各种操作系统的数据共享。系统的特点是可以实现通信网络所具有的管 理特性，例如可以做到连续测试基站天线射频性能的数据，具备可管理性、 探测频点自动发现、故障报警等，同时现场场强参量自校准。 1 3 射频自动测试系统关键技术 射频自动测试系统主要的应用为利用工控机上的控制软件控制仪表对测试 对象进行特定测试项目的自动测试，其中，仪表驱动和控制软件我选用了c 语 言结合1 a b w in d o w s c v i 来进行开发。虚拟仪器技术、自动测试技术以及c 语言 结合1 a b w i n d o w s c v i 的软件实现能力是3 项关键技术。下面分别详细介绍。 1 3 1 虚拟仪器技术 虚拟仪器( ，v i r t u a li n s t r u m e n t ) 技术就是利用高性能的模块化硬件，结 合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用瞳1 虚拟仪器技术的三大组成部分： ( 1 ) 高效的软件 软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过设计或调 用特定的程序模块，可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。比如 n i 公司提供的行业标准图形化编程软件叫a b v l e w ，不仅能轻松方便地完成与 各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、 存储的方式，并将结果显示给用户。 ( 2 ) 模块化的i o 硬件 主要是基于p c i , p x i ，v x i ，l x i ，u s b ，g p i b 或者是13 9 4 总线等的板卡， 应用范围包括种类从数据采集、信号处理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器 2 控制、分布式i o 到c a n 接口等工业通讯。 ( 3 ) 用于集成的软硬件平台 平台类型有v x i ，p x i ，p c i ，g p i b ，u s b 等，其中p c i ，u s b 平台都可直 接利用p c 上提供的接口，v x i ，p x i 也有专门的机箱或者转接卡。所有的平台 均有配套的软件驱动，而且对于不同的平台可以共用一套软件驱动。 虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的 一种新型仪器，是8 0 年代末出现的新的仪器概念。虚拟仪器技术的发展使现代 测量技术和计算机技术真正地融合在一起，是计算机技术和现代测量技术的高速 发展共同孕育出的一项革命性新技术，在系统内共享软硬件资源，打破了以往由 厂家定义仪器功能的模式，由用户自己定义仪器功能。在虚拟仪器中，使用相同 的硬件系统，通过不同的软件编程，就可实现功能完全不同的测量仪器。软件系 统是虚拟仪器的核心，软件定义仪器。用户可根据测试功能的需要，自己设计所 需要的仪器系统，只要将具有一种或多种功能的通用模块相组合，并且调用不同 功能的软件模块，就能组成不同的仪器。它的出现并大量推广已在自动测试系统 中起到越来越重要的作用。 藩转辩 图卜1 虚拟仪器系统演示图3 1 1 3 2 自动测试技术 自动测试技术在本系统中的应用是使用工控机控制仪表自动完成激励、测 3 量、数据处理并显示或输出测试结果的功能。通常这类系统是在标准的测控系统 总线或仪器总线( g p i b 、v x i 、p x i 等) 的基础上组建而成的，并且具有高速度、 高精度、多功能、多参数和宽测量范围等众多特点。工程上的自动控制系统往往 针对一定的应用领域和被测对象，并且常以应用对象命名。它是现代仪器技术和 现代计算机技术相结合的产物。典型的自控系统由测量仪表，工控计算机和控制 软件组成。工作时，工程师只需要在计算机上设置基本的参数，运行测试程序后 由软件来控制仪表进行测试，并自动完成数据采集、处理和显示测试结果、打印 测试报告等操作。 目前自动测试系统已广泛应用于对大批量生产并且测试项目多而且复杂的 电子产品( 如大规模集成电路，大批量生产的印制电路板或电路组件等) 执行高 速、高效率的功能、性能测试；高档复杂设备的综合检测、诊断维护以及过程 监视；非常规环境下设备性能检测和监视等。 自动测试系统经历了从专用型向通用型发展的过程。在早期，仅侧重于自动 测试设备本体的研制，近来，则着眼于建立整个自动测试系统体系结构，虚拟仪 器应用，同时向分布式的集成测试系统方向发展n 刀 自动测试系统的发展过程大体上可分为三个阶段： 第一代自动测试系统专用型 专用型系统是针对具体测试要求而研制的，主要用于测试工作量很大的重复 测试，高可靠性的复杂测试，用来提高测试速度或者用于人员难以进入的恶劣环 境。 这类系统是从人工测试向自动测试迈出的重要的一步，是本质上的进步。它 在测试功能、性能、测试速度和效率，以及使用方便等方面明显优于人工测试。 第一代自动测试系统的缺点突出表现在接口及标准化方面，带来的突出问题 是： 1 ) 复杂的被测对象的所有功能、性能测试若全部采用专用型自动测试系 统，则所需要的自动测试系统数目巨大，费用高昂，使保障设备的机动 能力降低。 2 ) 一旦被测对象退役，为其服务的一大批专用自动测试系统也随之报废。 第二代自动测试系统台式仪器积木型 它是在标准的接口总线的基础上，以积木方式组建的系统。系统中的各个设 备( 计算机、可程控仪器、可程控开关等) 均为台式设备，每台设备都配有符合 接口标准的接口电路。组装系统时，用标准的接口总线电缆将系统所含的各台设 备连在一起构成系统。这种系统组建方便，组建者一般不需要自己设计接口电路。 积木式特点使得这类系统更改、增减测试内容很灵活，而且设备资源的复用性好。 4 系统中的通用仪器既可作为自动测试系统中的设备来用，亦可作为独立的仪器使 用。应用一些基本的通用智能仪器可以在不同时期，针对不同的要求，灵活地组 建不同的自动测试系统。 但这些自动系统仍然存在接口总线传输速率不高，并且多种制式并存，之间 的驱动互不兼容，为自动测试系统软件的移植带来不便。还有存在仪器的机箱、 电源、面板、开关大部分都是重复配置的情况 第三代自动测试系统模块化仪器集成型 这类系统基于v x i 、p x i 等测试总线，主要由模块化的仪器设备所组成。 y x i 总线( 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 ) 是v m e 计算机总线向仪器测 试领域的扩展，具有高达4 0 1 胁y t e s s 的数据传输速率。p x i 总线是p c i 总线( 其 中的c o m p a c tp c i 总线) 向仪器测量领域的扩展，其中数据传输速率为1 3 2 - - 2 6 4 m b y t c s s 。以这两种总线为基础，可组建高速、大数据吞吐量的自动测试系 统。系统中，仪器、设备或嵌入计算机均以v x i ( 或p ) 总线的形式出现，众 多模块化仪器设备均插入带有v x i ( 或p ) 总线插座、插槽、电源的v x i ( 或 p x i ) 总线机箱中，仪器的显示面板及操作，用统一的计算机显示屏以软面板的 形式来实现，避免了系统中各仪器、设备在机箱、电源、面板、开关等方面的重 复配置，大大降低了整个系统的体积、重量并能在一定程度上节约成本。 第三代自动测试系统具有数据传输速率高、数据吞吐量大、体积小、重量轻， 系统组建灵活，扩展容易，资源复用性好，标准化程度高等众多优点，是当前先 进的自动测试系统的主流组建方案。在组建这类系统中，v x i 总线规范是其硬件 标准，v x i 即插即用规范( v x ip l u g & p l a y ) 为其软件标准，特别是大量采用了 虚拟仪器技术，更加充分利用软件提供的虚拟仪器开发环境( l a b w i n d o w s c 、 l a b e w 、v e e 等) 为研制测试软件可采用的基本软件开发工具。目前，尚有 一部分仪器不能以v x i ( 或p ) 总线模块的形式提供，因此，在以v x i 总线系 统为主的自动测试系统中，还可以用g p i b 总线，灵活连接所需的g p i b 总线台式 仪器。 1 3 3c 语言结合l a b w i n d o w s c v i 的系统软件实现能力 工控机上仪表驱动和控制软件我选用了c 语言结合l a b w i n d o , s c v l 来进行 开发。c 语言精巧灵活，重点在于算法和数据结构，通过一个过程，对输入、输 出进行控制，比较适合底层驱动的开发。而本系统开发过程中，由于较为熟悉c 语言的基础上，重点突出了l a b w i n d o w s c v i 的仪表驱动能力，显示出学习周期 快、界面实现简单、仪表驱动能力十分强大等多项优点。l a b w i n d o w s c v i 是 n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司推出的一套面向测控领域的软件开发平台，它以a n s ic 5 为核心，将功能强大，使用灵活的c 语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业 工具有机地接和起来它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函 数大大增强了c 语言的功能，为熟悉c 语言的开发人员建立检测系统，自动测量环 境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境 l a b w i n d o w s c v i 是n i 利用虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t s ) 技术开发的3 2 位，面向计算机测控领域虚拟仪器软件开发平台，可以在多操作系统( 如w i n d o w s 9 5 n t 3 1 ，m a co s 和u n i x 等) 下运行，而且可以在不同操作系统下保持兼容性。 它以a n s ic 为核心，将功能强大、使用灵活的c 语言平台与用于数据采集、分 析和表达的测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发平台、交互式编程方 法、丰富的功能面板和库函数大大增强了c 语言的功能，为熟悉c 语言的开发 人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了一个 理想的软件开发环境【1 3 】。 l a b w i n d o w s c v i 将源代码编辑、3 2 位a n s ic 编译、联结、调试以及标准 a n s ic 库等集成在一个交互式开发环境中。因此，用户可以快速方便地编写、 调试和修改应用程序，形成可执行文件在w i n d o w s 和s u ns o l a r i s 操作系统中运 行。由于l a b w i n d o w s c v i 的编程技术主要采用事件驱动方式与回调函数方式， 编程方法简单易学。l a b w i n d o w s c v i 建立在开放式软件体系结构之上，以项目 文件为主体框架，将c 源码文件、头文件、库文件、目标模块、用户界面文件、 动态联结库( d l l ) 、仪器驱动程序等多功能组件集于一体，并支持动态数据交 换( d d e ) 和t c p i p 等网络功能，为用户在原来c 语言开发的基础上建立新 一代的虚拟仪器系统提供了完善的兼容性和很大的灵活性。 运用l a b w i n d o w s c v i 进行系统软件设计，以项目文件为主体框架，它包含 了c 源码文件( c ) 、头文件( h ) 、用户界面文件( u i r ) 等3 个部分。全部软件调试好 后，使用l a b w i n d o w s c v l 的d i s t r i b u t i o nk i t 工具将项目文件生成应用文件( e x e ) ， 这样操作人员只需在桌面上双击测试的快捷图标，即可进入系统主画面。由于 l a b w i n d o w s c v i 对每一个函数都提供一个函数面板，采用它用户可进行交互式 编程，大大减少了源码语句的键入量，减少了程序语法错误，提高了工程设计的 效率和可靠性 由于系统的设计实现进度是按照研发实验室工程师的需求优先级进行设计 的，软件部分目前实现了目标中的连接仪表，连续测试，一部分测试项，以及显 示和存储文件等主要功能，可连接仪表的类型以及测试项目将根据需求进度进一 步丰富。 6 1 4 本论文研究的主要内容及所做工作 论文所要开发的系统是在参与测试t d 基站期间所提出的一个基于项目需求 的课题，系统最终会被用来辅助研发与测试工程师进行t d - s c d b l a 基站开发时辅 助测试基站的射频性能，同时从效果上还可加强与研发人员的交流等工作，属于 一种用以加快研发中测试产品某一阶段性能的工具性软件系统。 由于以前曾因导师项目参与t d 基站的手动测试系统开发工作，了解到在t d 基站研发的过程中经常需要一些软件工具可以加快研发和测试的步伐，这些工具 在提高工程进度方面所提供的重要性某种程度上甚至不亚于测试过程本身。鉴于 这样的情况，在导师的启发和支持之下，我开始设计实验室射频信息自动测试系 统，其间阅读了大量的国内外相关材料，学习了所要用到的工具软件。在深入分 析基于虚拟仪器自动测试系统的功能的基础上，充分吸收设备以前所参与实验室 所负责自动测试系统的优点，以及国内外文献中所介绍的系统记录结果并报警及 出图的设计经验，在反复商讨需求细节后，认真分析信号检测工作特点，采用模 块化设计方法，开发出一套方便快捷，具有良好可复用性的自动测试系统目前 系统已完成测试组工程师初步提出了所有需求，数次辅助他们完成检测任务，运 转良好本文就是作者所做工作总结。 全文共分五章 第一章是绪论，介绍了测试和自动测试系统的定义和发展，以及自动测试系 统的组成和涉及的关键技术。 第二章：t d _ s c d m a 技术及测试方面的发展，基站测试项目的定义和测试意 义，给出手动测试方案，以及测试仪表的优先级搭配及功能拓展方向 第三章：论文的主要部分，分析了软件的项目需求，给出总体框架和数据库 设计方案，并根据此方案给出主要模块的具体实现方法。 第四章：测量不确定计算。介绍测量不确定概念，给出主要测试项目的测量 不确定度计算方法并跟实际测试对比验证。 第五章：总结与展望。 7 第二章t d - s c d m a 基站测试基础 2 1 t d _ s c d m a 技术及测试发展 t d s c d m a 作为中国提出的第三代移动通信标准( 简称3 g ) ，自1 9 9 8 年正式 向i t u ( 匡i 际电联) 提交以来，已经历经五年多的时间，完成了标准的专家组评估、 i t u 认可并发布、与3 g p p ( 第三代伙伴项目) 体系的融合、新技术特性的引入等一 系列的国际标准化工作，从而使t d - - s c d m a 标准成为第一个由中国提出的， 以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我 国电信史上重要的里程碑。 以被3 g p p 接纳，并纳入r 4 版本为标志，t d s c d m a 已经被全球电信运营 商和电信制造商所接受。经过多年的研究与开发，人们对t d s c d m a 技术的优 点有了进一步的认识，t d s c d m a 技术本身也有了进一步的发展，其技术优势 已经被普遍承认 目前，越来越多的国内外企业开始认可t d s c d m a 技术。专家们一致认为， 在频谱利用率方面，t d s c d m a 具有明显的优势。有专家认为会比f d d 系统的 容量高4 8 到5 倍，其原因一方面是t d d 方式能够更好地利用频率资源，另一 方面在于，t d s c d m a 的设计目标是要做到设计的所有码道都能同时工作，而 在这方面，目前w c d m a 系统2 5 6 个扩频信道中只有6 0 个可以同时工作。因此， t d s c d m a 可以说是目前频谱利用率最高的技术。此外，t d s c d m a 可以很好 地支持不对称业务，也被认为是t d s c d m a 的一个重要优势，而f d d 系统在 支持不对称业务时，频谱利用率会降低，并且目前尚未找到更为理想的解决方案。 同时，t d s c d m a 还有许多其他的技术优势，如成本、频率灵活性等等。 t d s c d m a 技术得到认可并不代表t d s c d m a 已经成功，正如业内大多数 人所指出的那样，t d s c d m a 真正的成功在于市场的成功，在于t d s c d m a 产业的真正形成。那么，市场对于这一技术的需求情况如何昵? 这一技术是不是 一项适应市场需求的技术呢? 结论是肯定的在中国，有了政府的扶持和十分宽 广的用户基础，t d s c d m a 在未来的市场上必然能够分得一定的份额，足以支 撑起整个产业的发展。 在政府和运营商的全力支持下，t d s c d m a 产业联盟和产业链已基本建立 起来，产品的开发也得到进一步的推动，越来越多的设备制造商纷纷投入到 t d s c d m a 产品的开发阵营中来。随着设备开发、现场试验的大规模开展， t d s c d m a 基站设备的研发活动也如火如荼的有序进行着。本文所介绍的射频 自动测试系统，就是针对t d s c d m a 基站研发测试而设计开发的。 8 对于一个新技术和新产品的开发而言，测试手段也是相当重要的一个环节， 对系统进行测试评估，对应测试技术的发展也是一个很重要的方面。t d - s c d m a 作为3 g 技术中中国具有知识产权的技术规范，作为其实际应用及市场化的一部 分，测试技术方面的发展步伐也一直为国人所关注然而不积跬步无以至千里， 整体的进度离不开每一个部分的前进，加快了每一个技术细节的发展速度，就可 以在一定程度上推动了整个产业的加速发展。在t d - - s c d m a 发展的过程中，我曾 经手动测试基站的一些性能指标和功能实现，深感其中有一些繁琐和降低工作效 率的地方，同时与研发人员的互动中，常常想到如果有一个连续测试后可靠的整 理完备的电子版测试结果文件就会更加便捷。在导师和实验室同学的启发和帮助 下，我得以建立了一个专门的课题专门研究自控监测系统的设计和实现，经过开 发与实际应用验证完成了该系统所需的功能和大部分测试仪表和项目覆盖。 2 2t d - s c d m a 基站测试项目 该自动测试系统与一般一致性协议测试所要执行的检测项目 1 q 相比测试项 目有所不同，针对在研发过程中特定射频测试项目按优先级需要不同而有所侧 重，进而根据这样的需求而设计的，测试项目的目标是可以灵活因应开发测试需 求调用各个发射机和接收机特性测试项n 2 1 2 2 1 发射机特性测试指标 发射机特性测试项目覆盖u e 发射功率( 最大输出功率) 、频率稳定度、输出 功率动态范围、射频发射、发射互调特性、发送调制等6 个方面n 町 其中输出功率动态范围包括：开环功率控制、闭环功率控制、最小输出功率、 输出功率的失同步处理、发射关功率、发射开关时间模板等6 个小项。射频发 射包括：信道带宽、频谱发射模板、邻道泄漏抑制比、杂散发射等4 个小项，其 中信道带宽属于带内发射，其它属于带外发射。发送调制包括：误差矢量幅度、 峰值码域误差。 ( 1 ) u e 最大发射功率( 单码道) 定义：u e 最大发射功率是指u e 在无线接入模式下，最少在码片速率( 1 + q ) 倍频带内能发射的最大功率。测量时长是不包括保护时段的发射时隙 测试目的：验证u e 的最大发射功率误差不超过容限值。u e 最大发射功率过 大会干扰其他信道或其他系统，而u e 最大发射功率过小会缩小小区的覆盖范围。 ( 2 ) 频率稳定度 定义：频率稳定度是指一个u e 射频发射的已调载波频率与b s 射频发射的已 调载波频率之间的差值。 9 测试目的：验证u e 的发射机载波调制的精确度。该项目测试考察u e 接收机 从接收到的信号中获取正确频率信息的能力，获取的频率信息会被u e 发射机使 用。 ( 3 ) 上行开环功率控制 定义：上行开环功率控制是设置u e 的u p p c h 的发射电平到特定的值。u e 开 环功率定义为在一个时隙或者发射机开机时间内的根升余弦滚降滤波器测量的 平均功率。 测试目的：验证u e 开环功率控制的容限是否超过指标要求。该项目测试强调 u e 接收机在接收动态范围内正确测量接收功率的能力。 ( 4 ) 上行闭环功率控制 定义：上行闭环功率控制是指u e 发射机根据在下行链路接收到的一个或多 个功率控制命令( t p c ) 而对u e 发射机输出功率作出调整。 测试目的：验证u e 闭环功率控制步长符合指标要求，考察u e 是否能够正确 地获得t p c 命令。 ( 5 ) 最小输出功率 定义：最小输出功率是指功率控制设置为输出功率最小值时的u e 的发射功 率值。该功率为不包括保护时段的一个时隙内的平均功率。 测试目的：验证u e 最小输出功率是否小于- 4 9d b m ，避免超过指标要求的最 小输出功率会增加对其他信道的干扰和减小系统容量。 ( 6 ) 输出功率的失步处理 定义：u e 靠监视d p c h 的质量来探测物理层中信号是否丢失。 测试目的：验证u e 检测d p c h 信道的质量并根据检测结果控制其发射机的开 或关的能力。 ( 7 ) 发射关功率 定义：发射关功率是指当u e 发射机关闭时，在根升余弦滚降滤波器的一个码 片上测得的平均功率。 测试目的：验证u e 的发射关闭功率是否小于- 6 5d b m 超过指标要求的发射 关功率会增加对其他信道的干扰和减小系统容量。 ( 8 ) 发射开关时间模板 定义：u e 发射机从打开到关闭，以及从关闭到打开的过程中，发射功率电平 变化所对应时间的变化。对于单一时隙发射，该发射时间不包含该时隙的保护间 隔。对于连续时隙发射，该时间由发射的第一个时隙起始时间至最后一个发射时 隙的结束时问，但不包含最后一个时隙的保护间隔。 l o 测试目的：验证u e 发射开关的过程与时间的关系是否符合标准的规定。超 过指标要求的发射开关响应误差会增加对其他信道的干扰或本信道上行链路的 发射误差 ( 9 ) 占用带宽 定义：占用带宽是指以指定信道的中心频率为中心，包含总发射功率9 9 9 6 能 量时所对应的频带宽度。t d - - s c d m a 基于1 2 8m c h i p s 码片速率的占用带宽为1 6 删z 测试目的：验证u e 的占用带宽是否符合指标要求，避免超过指标要求的占用 带宽增加对其他信道或其他系统的干扰。 ( 1 0 ) 频谱发射模板 定义：u e 的频谱发射模板要求应用于载波频率以外0 8m n z 到4m n z 范围内 的频段。带外发射的基准是相对于1 2 8m t t z 带宽上用户终端的根升余弦滚降滤 波器滤波平均功率。 测试目的：考察u e 的发射功率是否超过标准要求，避免超过指标要求的频谱 发射模板增加对其他信道或其他系统的干扰 ( 1 1 ) 邻道泄漏抑制比 定义：邻道泄漏抑制比( a c l r ) 是指配信道的根升余弦滚降滤波器滤波后的平 均功率与相邻信道的根升余弦滚降滤波器滤波后的平均功率之比 测试目的：考察u e 发射时的a c l r 值是否超过标准要求，避免超过指标要求 的a c l r 增加对邻近一两个信道或其他系统的干扰。 ( 1 2 ) 杂散发射 定义：杂散发射是指除去带外发射( 频谱发射模板和a c l r 对应的频段) ，由 谐波发射、寄生发射、交调以及频率转换等引起的无用发射效应。 测试目的：考察u e 杂散发射值是否超过标准要求，避免超过指标要求的杂散 发射在距载波频率4 m h z 以外的频段内增加对其他系统的干扰 ( 1 3 ) 发射机互调 定义：发射互调特性是指有用信号和通过天线进入发射机的干扰信号共同存 在时，发射机对由非线性器件产生的互调信号的抑制能力。 对于发射互调特性，其最低要求是：当用户终端相距较近时发射易于产生互 调产物，这些互调产物将作为有害信号进入用户终端或者基站的接收频带。当外 来的连续波干扰信号电平小于有用信号的电平时，用户终端互调衰减定义为有用 信号的根升余弦滚降滤波器测量平均功率和互调产物的根升余弦滚降滤波器测 量平均功率的比值。 测试目的：考察u e 的发射互调是否超过指标要求，避免超过指标要求的发射 互调在附近有其他发射机存在时增加本信道上行链路的发射误差。 ( 1 4 ) 误差矢量幅度 定义：误差矢量幅度( e ) 是指测量波形与理想调制波形之间的矢量差。两 个调制波都通过滚降系数= 0 2 2 ，带宽为1 2 8m h z 的匹配根升余弦滤波器。两 个波形进一步通过选择频率、绝对相位、绝对幅度及码片时钟定时进行调制，从 而使误差向量最小。e v m 定义为用平均误差矢量信号功率和平均参考信号功率之 比的均方根，用来表示。测量时隙为一个间隔。 测试目的：考察u e 能否产生足够精确的波形使误差矢量幅度不超过1 7 5 ， 避免超过指标要求的e v m 增加本信道上行链路的发射误差。 ( 1 5 ) 峰值码域误差 定义：码域误差是按特定扩频因子将矢量误差功率计算到码域。每个码道的 码域误差是该码字矢量误差的平均功率与基准波形平均功率之比，以d b 表示。 峰值码域误差是所有码域误差中的最大值。测量的间隔是一个时隙。此要求仅限 于多码道传输。 测试目的：考察u e 的限制码道间的串扰使峰值码域误差是否超过- 2 1d b ，避 免超过指标要求的峰值码域误差增加本信道上行链路的发射误差。 ( 1 6 ) 码域功率 定义：码域功率一般是指每个c d m a 频道中每个码道的功率。在码域功率测 试中使用的c d m a 时间参考从导频信道中导出。 测试目的：该测试验证所有码道间的正交性基站精确控制每个码道的功率 的能力是处理易受损害的射频多用户链路，保证无干扰传输的先决条件。 2 2 2 接收机特性测试指标 接收机特性测试项目覆盖了7 个指标内容：参考灵敏度电平、最大输入电平、 邻道选择性、阻塞特性、杂散响应、接收互调特性、接收机杂散发射。 ( 1 ) 参考灵敏度电平 定义：参考灵敏度是指在误比特率不超过特定值的情况下，u e 天线端口处接 收的最小平均功率 测试目的：考察u e 的参考灵敏电平，避免参考灵敏电平过高减少基站的覆盖 距离。 ( 2 ) 最大输入电平 定义：最大输入电平是指在不降低误比特率性能的情况下，u e 天线端口处接 收的最大输入功率。 1 2 测试目的：考察u e 在给定条件下( 无干扰、无多径传播) 的最大输入电平， 若最大输入电平过低会对u e 在基站的近距离的通信效果产生不利影响。 ( 3 ) 邻道选择性 定义：邻道选择性是接收滤波器对载波信号的滤波衰减和对相邻信道信号的 滤波衰减的比例，体现了终端在邻道有干扰信号存在时接收有用信号的能力。 测试目的：考察u e 的邻道选择性性能，避免邻道选择性过大造成本信道解调 的干扰。 ( 4 ) 阻塞特性 定义：阻塞特性是指其它频率( 除去邻道频率和杂散响应频率) 存在大的干 扰信号条件下，接收机接收有用信号时，控制性能下降不超过给定恶化限值的能 力。 测试目的：验证u e 接收机在除杂散响应和相邻信道之外的频段