基于VB.NET的無線電設備綜合測試平臺

王秀敏，張 燕，毛興鵬

（1.大連理工大學城市學院 電子與自動化分院，遼寧 大連116600；2.哈爾濱工業大學 （威海）信息學院，山東 威海264209）

0 引 言

無線電發射設備的測試是一項復雜的過程，包括儀器設備連接、各項參數測試、測試數據的整理和測試報告撰寫等步驟。現有的測試手段要求測試者掌握電子通信領域相關知識和基本技能，測試時間長，測試過程復雜繁瑣。隨著近年來無線電設備的應用越來越普遍，如何有效提高無線電設備的測試效率成為無線電管理等部門面臨的重要問題。

隨著電子技術和計算機技術的發展，自動測試技術得到了廣泛的應用。自動化測試可以在人工最少參與、甚至不參與的情況下，自動進行參數測量和數據處理，并將測試結果正確顯示或輸出，對降低測試工作的難度、縮短測試時間和提高測試效率都有重要意義［1－7］。但目前針對無線電設備的自動化測試主要集中在設備層面，比如用通信綜合測試儀對移動臺的某項參數進行自動測試等。能夠按照國家標準自動完成所有參數的測試過程，并自動生成測試報告的系統平臺研究很少。

本文利用VB.NET軟件構建了一種無線電設備綜合測試平臺，該平臺利用信號發生器、頻譜儀等無線電測試領域的標準測試設備自動完成常用無線電發射設備的測試、數據記錄以及報表生成等工作。

1 系統組成及功能特點

本測試系統包括測試軟件和硬件平臺兩部分。用計算機通過GPIB接口卡和線纜與GPIB標準總線一起搭建成儀器硬件平臺［8－10］。每臺 GPIB標準總線儀器擁有唯一的GPIB地址［11－15］，系統以筆記本電腦作為核心，通過GPIB接口卡和GPIB線纜與GPIB標準測試設備相連，對儀器設備進行操作并自動獲取測試結果。系統的硬件基本組成框圖如圖1所示。

圖1 測試系統硬件原理框架

系統的主要配件有：筆記本電腦、安捷倫E4407B頻譜分析儀、Will’tek4032綜合測試儀、GPIB總線、GSM信號源、調頻對講機、衰減器和濾波器。實際工作中，首先由計算機發出控制命令，通過USB／GPIB總線向儀器的設備驅動發送，設備驅動識別后，再進行相應的控制行為，完成控制步驟。如果有數據返回，就要將頻譜分析儀里緩存的數據讀取出來，再通過USB／GPIB總線重新返回計算機，并采用相應的格式顯示出來。整個工作過程中的關鍵參數和測試結果以圖形方式保存在word文檔中或者數據庫中，在所有測試完成后自動生成測試報告，并在測試報告中根據國家相關技術標準對每項數據是否合格自動給出判斷。

本系統可完成的測試內容包括：調頻電臺檢測、調頻廣播檢測、GSM基站檢測和CDMA基站檢測等。其中調頻電臺主要包括基地臺、車載臺和手持臺。檢測項目有輸出功率、頻率容差、鄰道功率、雜散分量、調制特性、音頻失真以及調制限制等。調頻廣播設備的檢測項目主要有頻段范圍、載波頻率允許頻偏以及殘波輻射等。GSM基站的檢測項目主要有平均載波發射功率、平均相位誤差、峰值誤差、平均頻率誤差、發射功率時間包絡以及調制和寬帶噪聲的頻譜。CDMA基站的檢測項目主要有頻率容限、導頻時間容限、RF總功率、導引信道至碼分信道時間容限及相位容限、碼域功率以及傳導雜散發射。

本系統測試過程中具有以下特點：首先，可以遠程設置GPIB儀器的各種狀態參數，自動測量數據，并判斷是否符合國家標準；其次，可實現系統的自校準、多次測量平均等要求，測試過程中對測量數據分時自動存儲，可以更加靈活方便的處理、分析、綜合利用和顯示；最后，還可以自動與國家標準比較以判斷各項性能指標是否合格，并自動生成測試報告歸檔。

2 系統軟件設計

系統的軟件設計主要分為操作界面、測試規劃、控制程序、ACCESS數據庫4個模塊，系統程序流程圖參見圖2。在啟動程序主界面后，用戶首先需要根據測試內容的不同進行參數設置，然后開始測試。在測試過程中，系統軟件依據設定好的步驟對各項參數指標依次進行測量，測量結果保存在數據庫中或者以截圖的形式保存在word文檔中。所有測試完成后，系統生成測試報告，并給出各項參數指標是否合乎標準的判決結果。

圖2 系統程序流程

2.1 操作界面

操作界面是測試人員進行人機互動的重要部分，本系統采用VB.NET語言編寫操作界面。由于操作界面要有利于測試軟件使用者進入程序、實現程序的各項功能，因而在進行相關軟件程序編寫時應盡量做到使其符合常規測試工作人員的習慣和方式，以便于操作。此外，操作界面的設計還要考慮以下幾個問題：

（1）便宜性：考慮到實際操作人員可能不熟悉具體的測試過程和方法，軟件界面要清晰明了。使操作人員可以方便的知道下一步應該進行哪些操作。另外，在一些關鍵的位置要給出相應的文字提示，提醒操作人員完成設備連接、接口轉換等相關工作。

（2）容錯性：除了完善的提示外，操作界面還要具備規避因操作人員不當操作而引起錯誤的功能。如，在不需要的地方屏蔽部分按鈕的功能；再如，對部分關鍵操作設置確認環節。

（3）安全性：通過設置不同的用戶組規定了管理員和一般操作人員兩種權限。一般操作人員僅能進行數據測試和報告生成，而不能對界面和測試結果進行修改，從而保證了測試報告的權威性和科學性。

2.2 測試規劃

測試規劃的主要功能是用于參數的設置。由于這些參數的特別之處在于它們與測試任務并無多大關系，只與測試報告有關，因而通過測試規劃的建立和編輯，就可以將不同時段、不同地點、不同設備所需要進行的測量工作進行區分，使數據獲得、存儲、調出和修改時不會產生重疊、覆蓋等情況，并在報告生成的時候也正確地添加相應的測試信息。多次重復測試時，還可以在已有模板中選取需要的模板 （默認是上一次的）。此命令是與檔案管理的功能密切相關的，在建立測試任務規劃的過程中需大量調用檔案中的一些現有信息以提高建立效率。

測試規劃中，包括被檢單位名稱、地址，檢驗基站、站號、站型，基站地址、地理坐標，設備型號，出廠編號，檢驗信道，檢驗頻率，環境溫度，相對濕度，檢驗人。填入基本信息后，單擊確定可將基本信息傳至數據庫保存，在今后使用中可將其調出以供瀏覽或生成報告。

測試規劃結束后，可單擊開始測試彈出測試界面，也可按退出鍵結束規劃。

2.3 控制程序

控制程序是軟件的主體，是實現頻譜分析儀與計算機間通信的重要部分。常用的控制程序開發方法有兩種：一種是調用設備驅動程序的動態鏈接庫的控制函數發送控制命令進行控制，另一種方法是由在前面我們已經介紹過的采用VISA控制函數來發送SCPI命令的方式來完成控制程序的編寫。前者要考慮到具體儀器的驅動，不同廠家的儀器驅動不同，導致開發出來的程序不具有通用性；后者使用的VISA控制函數和SCPI命令都具有通用性、開放性、統一性的特點，不用考慮具體儀器的設備驅動，對硬件來說是透明的，能更好地體現出程序的可移植性、可擴展性。

在控制程序的開發過程中需要注意的問題是：在輸入命令參數的時候，一定要注意參數的格式，否則會出現精度不夠準確的問題。VB.NET支持的數據格式中有雙精度實型、整型、字符型等很多種。不加以區分可能導致程序在運行時就發生錯誤，甚至可能在運行時不發生錯誤，但是卻得不到我們想要的結果。例如在輸入參數時輸入22.8時，如果編程時沒有在程序中說明寫入格式為實型，就會造成實際設置的參數變為22。這種問題沒有錯誤提示，但是會導致測試結果出錯，而且很難被發現。

2.4 ACCESS數據庫

系統中的數據庫用于保存設置參數和測試結果，數據庫與Windows窗體界面連接在一起。數據庫相關軟件編程過程中主要考慮數據安全性，一方面避免系統崩潰和重裝軟件可能造成的數據丟失，另一方面避免人為惡意修改數據庫的內容。

測試完成后，運用VB.NET提供的DataSet、OleDb－DataAdapter以及OleDbConnection控件，并通過編程可實現測試結果數據與數據庫同步，整個處理過程中不需人工操作，完成數據的自動保存。

3 圖像保存

圖像是測試單位在出具測試報告和結果證明是最有力的證據，是對現場測試的最直接和感觀的記錄。系統中直接使用測試圖像主要有兩個目的：一是方便操作人員觀察，并能快速地發現測試過程中可能出現問題；二是在最終的測試報告中直接給出測試圖像可以直觀地證明測試結果的客觀性。在測試過程中根據測試項目的需要，在軟件界面上實時彈出動態測試圖像查看窗口以方便操作人員監測，同時部分關鍵的圖像要保存在最終的測試報告中作為性能指標評價的依據。

圖3給出了系統中調頻電臺測試過程中得到的測試圖像。圖中給出的是利用安捷倫示波器進行信道功率的測試圖像。為方便觀測，圖中直接給出了中心頻率、起始頻率、終止頻率、信道功率和功率譜密度等參數的測量值。

圖3 調頻電臺測試圖像顯示

獲取測試儀器的測試結果的圖像是一個相對復雜的過程。首先需要由計算機發出將圖像保存到儀器硬盤的命令給測試設備，然后等待測試設備保存圖像完成，一般這個過程耗時十幾秒鐘。然后計算機發出讀取并返回圖像數據的命令，讀取測試設備中保存的圖像數據并保存為一個數組。下一步由計算機新建一個.GIF格式的空的圖像文檔，并將數組中的圖像數據寫入該圖像文檔，完成圖像的還原。最后在測試完成后顯示圖像并將最終的圖像自動插入到測試報告中。該過程對應的程序如下：

Call viPrintf（vi，"：MMEM：STOR：SCRc：＼zbscgl.gif" ＆vbLf）

Call viPrintf （vi，" ＊wai"＆vbLf）

Call viPrintf （vi， "： MMEM： DATA？ c： ＼zbscgl.gif"＆vbLf）

Call viScanf（vi，"%＃y"，length，arg）

Call viPrintf （vi，"：mmem：delc：＼zbscgl.gif" ＆vbLf）

Dim pic As New FileStream （"c：＼zbscgl.gif"，FileMode.Create，FileAccess.Write）

Dim bw As BinaryWriter＝ New BinaryWriter （pic）

headerlength＝ 2＋ Val（Chr （arg （1）））

bw.Write （arg，headerlength，length－headerlength）

bw.Flush （）

bw.Close（）

4 數據報表

本系統引入了報告模板的概念。通過控制水晶報表程序，按照規范的格式，形成一個標準的文檔模板。每次系統測試完畢后調用該模板，將測試的數據和結論寫入到相應的位置。這樣既可以減少一部分寫程序的工作量，又可以方便軟件在其他單位的推廣應用，并且模板的更新簡單、易行。

測試完成后測試結果會自動保存到數據庫中，此時利用Crystal Report Designer使用 “數據庫專家”將報表連接到特定的數據源 （此處使用 Microsoft Access數據庫），并同時利用Crystal Report Designer中的公式域進行數據的選擇，可將測試結果顯示在Crystal Report中，通過Crystal－ReportViewer控件，可預覽測試規劃以及測試結果，確認無誤后，可以通過單擊CrystalReportViewer控件中的 “導出”按鈕來導出報表，選擇報表需要的格式Microsoft Word（.doc），這樣即可完成自動生成報告的工作。

報告主要包括封面，檢驗報告和檢驗數據表三部分內容，封面中提供被測設備名稱和所屬單位，以及測量單位的基本信息；檢驗報告給出被測項目的具體信息以及最終測試結論 （即合格或不合格）；檢驗數據表中提供各項指標的具體測試結果，以及各項指標的要求，通過對比給出各項指標的結論。

測試報告的數據與檢測設備顯示的數據一致。測試儀表在顯示數據時，只能顯示一定長度的有效數字，同時對末位數進行四舍五入處理，而計算機讀取數據得到的是64位的實數。為解決這個問題，根據各個不同測試數據所對應數位的特點，設計了相關的代碼，報告中出具的數據與頻譜儀所顯示的數據完全一致，并按照要求的格式進行顯示。

5 程序異常與分析

5.1 程序調試過程中出現的問題

本系統相關程序的開發過程中經常碰到程序出現異常或者得不到理想結果的情況，作者遇到的比較常見的問題包括：①測試結果的長度過長，但是VISA不支持string字符串格式，不知道如何處理；②測試結果返回的數據為0；③圖像返回的數據已寫入新建的圖像文件里，但是打開圖像文件時卻提示無法預覽；④圖像在逐個小項測試時顯示成功，但在連接測試是只有第一個圖像顯示成功，其他的均發生錯誤。

5.2 程序異常分析及解決辦法

（1）針對VISA不支持string的情況，可以使用system.text.stringbuilder進行轉換。先在程序的開發時引入命名空 間 “system.text”，然 后 將 返 回 的 數 據 存 入 用system.text.stringbuilder 定 義 的 變 量 當 中 去， 使 用system.text.stringbuilder進行轉換，這樣就可以轉換為string格式在界面的文本框控件中顯示出來。相關程序為：

Dim tt as new stringbuilder（“error”，1000）

Dim str as string

Str＝ Tt.tostring

（2）導致測試結果為0的原因有兩種：一種是控制命令錯誤，測試數據并未返回，導致數值為空。這種情況的解決辦法是改正控制命令。另一種情況是數據已返回，但在轉換時數據格式發生錯誤，無法匹配。這種情況解決辦法是改正數據格式，一般可以通用system.text.stringbuilder格式，然后再轉換為string格式，最后使用字符串函數取出我們所需要的數據部分。

（3）圖像無法預覽的原因是：圖像的寫入位置不對。程序編寫的初期階段，一直將第1位認為是寫入位置，而在圖像寫入新建文件的時候又要求寫入位置在第幾位且總共要寫入多少字節數，前后矛盾而導致錯誤產生。解決辦法是：參考相關的程序發現，圖像的寫入位置應該是header－length＝2＋Val（Chr（arg （1））），返回的數據流中前面幾位數據是返回長度地址信息和返回數據地址信息，考慮這些因素，程序中進行相應更改。

（4）分析除第一個圖像外其它圖像不能正確顯示的原因，用記事本打開后面的幾張錯誤圖像可以發現，它們寫入的數據長度不完整，寫入長度為length－headerlength，但由于寫入的起始位置正確，這就表明是變量length發生錯誤，長度不夠。解決辦法：在每次在生成圖像之前都重新定義一下長度，使它有足夠的長度。

6 軟件測試

系統工作的整個測量過程中，采用計算機軟件控制儀器設備。具體工作的流程是：在測量之前首先要將頻譜分析儀等儀器設備與被測系統手動連接好，打開操作界面，選擇測試系統類型。開始測試的第一步是進行測試規劃，輸入必要的基本信息，然后根據界面提示，選擇需要測試的指標，在計算機上輸入基本測試參數。基本參數設置完成后，單擊確定鍵即開始測試。測試過程所需要的時間根據測試指標和測試參數設置的不同而不同，通常可在數分鐘內完成。測試完成后，儀器數據讀回計算機，測試結果會在測試界面右側的測試結果一欄中顯示，此結果也會在數據文件中保存，同時會彈出測試圖像窗口，通過窗口下方按鈕可選擇顯示剛剛測試指標對應的測試圖像。根據需要，可由軟件生成WORD報告，進行保存。

本文以CDMA系統的測試為例，簡單說明本綜合測試平臺的具體測試流程如下。

首先，將設備連接如圖4所示。圖中箭頭所指方向代表信號的流向。

圖4 設備連接

接下來，在操作界面中選擇測試系統類型為CDMA基站檢測。

下一步進行測試規劃并進行參數設置，需要設置的參數包括：設置被檢基站信道號；設置檢驗系統衰減值；設置未激活碼域；設置PN碼值；選擇偶秒時鐘極性等。

單擊確定，開始測試，幾分鐘后測試結果顯示在界面的右側。測試結果包括：頻率容限、導頻時間容限；RF總功率、導引信道至碼分信道時間容限及相位容限；碼域功率；傳導雜散發射等。

限于篇幅，本文僅給出偶秒時鐘極性的設置窗口的截圖，如圖5所示。

圖5 偶秒時鐘極性的設置窗口

7 結束語

基于VB.NET的無線電設備綜合測試系統平臺通過計算機控制信號發生器、頻譜儀等無線電測試領域的標準測試設備，實現了自動完成常用無線電發射設備的自動測試、自動生成報表等全部測試內容，并能夠自動結合無線電發射設備的國家測試標準對待測設備進行評價。

本系統性能簡化了測試過程，縮短了測試時間，而且還在很大程度上提高了系統的測試精度和可靠性，能夠實現常用無線電發射設備測試的智能化和自動化，給無線電發射設備的測試工作帶來極大的便利，符合無線電管理等部門對無線發射設備的檢測要求。

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