射頻指標自動化測試系統的設計與實現

【摘要】 本文介紹了應用于通信設備射頻指標自動化測試的系統，并從其產生背景、系統設計方案、實現過程等方面給出了詳細說明。自動化測試系統利用測試儀表搭建物理測試平臺，使用NI-VISA驅動函數及SCPI儀表控制指令實現儀表通信，完成了儀器控制、設備射頻指標自動測試、測試結果返回分析、指標參數校正及測試結果保存及導出等功能，提高了通信產品自動化測試程度、測試效率及測試結果準確性，緩解了儀表占用率，提高了產品的可靠性。

【關鍵詞】 射頻指標 儀器通信 自動化測試

一、引言

隨著通信產業的發展，產品系列的多樣化，組網的復雜性，以及用戶對產品質量的高標準要求，設備測試的重要性愈發凸顯。

傳統射頻指標測試，質檢和測試人員對系統（設備）的測試只能使用頻譜儀、信號源及輔助工具進行手動測試，對測試結果的判斷完全憑借肉眼讀取儀表上的顯示結果，對設備參數的調整往往是使用設備軟件工具手動調整。在設備量產時需要進行大量的重復性工作，測試結果也僅憑借手工記錄，工作壓力陡增。

測試速度慢、精度差、效率低，而且對于儀表的占用率非常高，在一定程度上造成儀表資源的相對缺乏，人力投入的增加。

射頻指標自動化測試系統對通信覆蓋系統（產品）和模塊射頻指標進行全面的測試，提高測試效率、節約測試設備和人力資源的投入、規范了測試流程、提高測試效率和測試結果準確性，從而提高產品的質量。

該系統將測試過程中大量重復、復雜性高的人工操作集合提取出來由程序模擬，在PC端使用VISA儀器控制驅動及SCPI命令控制儀器，來實現對信號源、頻譜儀的遠程控制以及對被測系統的監控。

二、通信設備現狀

2.1 系統結構復雜

現代移動通信運營商為了實現對不同應用場景靈活組網，往往采用多級網絡架構。比較常見的移動通信覆蓋網絡架構包括信號接入單元、組網交換單元及覆蓋單元。在人工測試的時，需要手動調節測試每個網絡節點的各種射頻參數，操作復雜，工序繁瑣且準確性差。

2.2 產品質量控制難

通常，為了保證設備能夠正常入網，通信設備生產商在交付產品之前，都必須經過嚴格的質量檢測。

通信系統射頻指標項目繁多，一般涉及系統輸出功率、增益、衰減、ALC、帶內波動、帶外抑制、雜散等幾十種測試項目。每個射頻指標參數的優劣會影響整個通信系統運行質量，往往需要多次調節參數信息來保證產品在系統應用中達到最佳狀態。

在質量檢測過程中，如此龐大的工作量，精細的調節工作倘若只依靠人工來完成將很難保證產品的質量。

三、系統設計方案

3.1 系統架構

本文結合通信覆蓋類產品射頻指標測試的實際需求，搭建自動化測試系統，其物理結構如下圖1所示。射頻自動化測試系統由計算機、頻譜儀、信號源、設備（被測系統）、路由器（或交換機）、網線、射頻線纜組成。

通過LAN口、串口以及RF接口將PC、儀器（頻譜儀和信號源被測設備（或模塊）組成三維一體的物理結構。其中，信號源實現被測設備對應信源信號的輸入；頻譜儀完成進由被測設備輸出信號的測量工作，并將測量數據交由PC機處理，PC機提供用戶操作平臺，完成測試數據分析判斷和被測設備的參數調整、結果保存等工作。

3.2 系統功能實現

射頻指標自動化測試系統設計架構圖如下圖2所示。系統由表示層、控制層、數據層、及通信層四部分組成。表示層實現與用戶的交互，控制層進行具體運算、數據處理和命令打包，數據層完成數據存儲，通信層則實現PC機（自動化測試軟件運行平臺）與儀器設備之間的信息傳輸。

自動化測試應用軟件是唯一人機交互接口，考慮到界面的可操作性，信息顯示的直觀性，設計時運用了JavaFX客戶端開發技術進行開發。自動化測試軟件主要包括設備參數自動化測試系統和執行測試模塊兩部分組成。其中設備參數自動化測試系統主要包括測試指標顯示與定制，結果顯示和數據導出，設備校正，系統設置及PF先衰減補償等功能；執行測試模塊主要包括數據獲取和分析、設備參數校準，儀器命令組包、設備參數組包等功能。

數據庫的主要功能是存儲數據信息，供應用程序調用。由于產品調試過程中系統參數修改頻繁，為實現數據存儲調用的便捷，數據庫采用XML數據庫技術實現，便于數據信息查詢和修改，以及承載用例標準數據源、測試結果、SCPI指令集、系統配置參數等應用數據。

通信層主要由路由器（或者交換機）及各種線纜為系統與儀表設備之間通信提供物理鏈路， VISA（Virtual Instrument System Architecture，虛擬儀器系統框架）驅動函數庫也屬于通信層，它是基于可編程儀器設備的I/o接口庫，實現了儀器控制命令開發，使得測試設備可與PC機可通過SCPI控制指令實現實時通信。

3.3 系統執行流程

1、系統功能

射頻指標自動化測試系統為用戶提供了友好操作界面。操作界面實現功能有：配置管理、儀器校準、上下行指標自動化測試、測試結果處理、設備出廠參數的導出備份。配置信息主要包括串口波特率的選擇、頻譜儀和信號源的IP地址、被測系統（設備）的測試項目配置。RF線校準完成信號源信號輸出射頻線衰減補償和頻譜儀信號輸入射頻線衰減補償。

2、操作流程

自動化測試系統在本地計算機上運行，可實現儀器的遠程自動化控制、測試結果的自動化分析、設備參數的自動化調整。具體實現步驟如圖3所示。

在PC機啟動自動化測試系統，用戶在窗口界面中設置串口、波特率、儀器及設備IP后，選擇待測試設備所屬通信制式并加載該制式的測試用例。PC機根據用戶設置參數發出SCPI指令來設置信號源，信號源將相應信號傳送到待測設備。待信號源加載射頻信號完成后，頻譜儀截取待測設備輸出信號并將數據回傳給PC機，PC機對回傳數據進行分析，判斷測試值是否滿足相應指標要求，若不滿足，則通過與產品對應的系統和模塊通信協議進行調整，并循環進行判斷、調整，直到符合相應要求。若待測項目在可控范圍內不能調整到正確的值，說明是非軟件設置導致射頻指標參數錯誤，需要檢查該產品的硬件模塊或電路元器件。

3.4 系統優勢

射頻指標自動化測試系通過簡化設備測試操作工序，用智能化的檢測系統代替傳統的工作測試，有效地縮短人工勞作時長，降低設備制造成本。此外，自動測試系統具有友好的人機交互界面，質檢和測試人員容易上手，且自動化測試軟件提供統一標準指標參數，能夠有效的減少人為誤差，能夠保證測試準確度、效率及產品質量。

四、結束語

射頻指標自動測試系統的引入大大提高了測試效率，測試時間大幅度縮短，并減少了人為引入的誤差。該系統的設計思路具有一定的代表性，同樣適用于其它通信設備自動測試系統的開發與實現，具有很高的實用價值和應用前景。

參 考 文 獻

[1] 郭健，李書芳. 《基于VISA 技術的無線局域網設備射頻自動測試系統》中國科技論文在線

[2] 徐冠蘇，李書芳. 《WLAN 終端射頻自動測試系統設計》中國科技論文在線