李 勇，劉 洋

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081）

0 引言

在調(diào)制解調(diào)器的研制、生產(chǎn)和檢驗(yàn)過程中，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測試。由于測試項(xiàng)目繁多，涉及的各類型儀器種類也較多。在以往的調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品全面的測試過程中，由于缺乏自動(dòng)測試系統(tǒng)，所有的測試連接關(guān)系變化和參數(shù)讀取都需要人工控制，由此帶來了一系列的問題或不足，主要表現(xiàn)在:①效率低下;②一致性差;③對(duì)測試人員專業(yè)技能要求高。

1 總體設(shè)計(jì)

調(diào)制解調(diào)器各種技術(shù)指標(biāo)參數(shù)的測試會(huì)分別用到不同類型的測試儀器，而某一類型的測試儀器也存在多種型號(hào)。需要結(jié)合調(diào)制解調(diào)器的待測指標(biāo)確定匹配的測試儀器。自動(dòng)化測試軟件連結(jié)并控制測試系統(tǒng)內(nèi)的所有儀器與被測設(shè)備。通過界面設(shè)置單項(xiàng)或多項(xiàng)的測試項(xiàng)目，由軟件控制測試儀器完成儀器參數(shù)設(shè)置，待測設(shè)備參數(shù)設(shè)置，待測項(xiàng)目測量以及測試數(shù)據(jù)的分析、保存和輸出等功能。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括有針對(duì)性地進(jìn)行儀器選型和為構(gòu)建自動(dòng)化測試系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)研制數(shù)據(jù)切換設(shè)備2部分。

調(diào)整解調(diào)器的測試項(xiàng)目及相應(yīng)的主要測試儀器分為以下幾個(gè)方面:

中頻測試[1]:輸出雜散、輸出電平、相位噪聲、載波關(guān)斷、輸出頻率準(zhǔn)確度、輸入電平范圍、載波模板、誤差向量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）測試、載波捕獲范圍、載波鎖定時(shí)間、最大復(fù)合輸入電平以及回波損耗等;測試使用的主要儀器為頻譜儀、矢量信號(hào)分析儀等儀器。

誤碼率測試:中頻環(huán)誤碼率指標(biāo)、誤碼率曲線、存在臨道干擾條件下誤碼率測試、使用模擬轉(zhuǎn)發(fā)器模擬衛(wèi)星信道條件下的射頻環(huán)誤碼率測試等[2];測試使用的主要儀器為誤碼儀，其中常用誤碼儀（如AV5237電信/通信數(shù)據(jù)分析儀）的最高速率僅2Mbps，對(duì)調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)速率超過2Mbps但低于10Mbps的可以選擇FIREBERD 6000A誤碼儀，超過10Mbps的誤碼率測試則需要使用高速誤碼儀如HP 81200誤碼儀。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Internet Protocal，IP）傳輸特性測試:吞吐量、時(shí)延、抖動(dòng)以及丟包率等;主要測試儀器為網(wǎng)絡(luò)測試儀。

電源測試:工作電壓、功率、絕緣電阻、介電強(qiáng)度以及泄露電流等;需要使用萬用表、耐壓測試儀等儀器。

其他測試項(xiàng)目還包括:數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、同步接口時(shí)鐘抖動(dòng)、設(shè)備接口功能測試等。

上述項(xiàng)目在產(chǎn)品研制階段需要逐項(xiàng)生成測試，在生產(chǎn)調(diào)試階段保留大部分測試項(xiàng)目，在產(chǎn)品檢驗(yàn)階段主要針對(duì)整體傳輸性能及各類端口的性能、功能項(xiàng)目進(jìn)行測試。

針對(duì)調(diào)制解調(diào)器的幾大類測試項(xiàng)目，除部分類似項(xiàng)目搭建的環(huán)境相同外，大部分測試項(xiàng)目所需的儀器和測試方法是不同的。

對(duì)測試項(xiàng)目綜合分析可以確定部分基礎(chǔ)儀器:開關(guān)矩陣、數(shù)據(jù)切換設(shè)備、噪聲源以及衰減器等。

其他還會(huì)使用到的儀器和設(shè)備還包括:示波器、矢量信號(hào)分析儀、信號(hào)源以及模擬轉(zhuǎn)發(fā)器等。

對(duì)上述儀器要求具備遠(yuǎn)程控制接口，遠(yuǎn)控接口的類型盡量選用網(wǎng)口或者通用接口總線（General-Purpose Interface，GPIB）接口，以便于將所有儀器連接至計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試軟件對(duì)儀器的集中控制[3]。

針對(duì)調(diào)制解調(diào)器的各種測試項(xiàng)目，該方案設(shè)計(jì)的自動(dòng)測試硬件環(huán)境組成如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖

圖1中的自動(dòng)測試環(huán)境組成可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星環(huán)境的簡單模擬，可實(shí)現(xiàn)噪聲、群時(shí)延和臨道干擾的模擬。其中構(gòu)成硬件環(huán)境的各類儀器的選型以滿足測試需求為基本要求，避免盲目追求測試儀器的高性能，因?yàn)樵绞歉叨说膬x器其價(jià)格越昂貴，合理的儀器選型將節(jié)省不必要的投資。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)基本要求是自動(dòng)化測試系統(tǒng)軟件能夠?qū)υO(shè)備測試過程進(jìn)行自動(dòng)化管理，并能夠?qū)y試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件是運(yùn)行于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件，該軟件是通信設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)重要組成部分。自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件通過計(jì)算機(jī)控制測試儀器組和被測設(shè)備組，可按照界面設(shè)置或者編程對(duì)被測設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化測量，并對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、匯總、統(tǒng)計(jì)、分析以及打印輸出。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 測試系統(tǒng)軟件與控制對(duì)象連接框圖

自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件將繁雜的儀器參數(shù)設(shè)置，設(shè)備參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)讀取及記錄等工作交由程序自動(dòng)完成。用戶面對(duì)的主要測試操作包括:①選擇測試方法;②配置測試參數(shù);③執(zhí)行測試流程;④保存測試結(jié)果;⑤進(jìn)行測試的回放與處理。測試工程界面采用圖形化設(shè)計(jì)，具有向?qū)降男陆üこ棠Ｊ?。自?dòng)測試軟件操作流程如圖3所示。

圖3 測試工程工作流程圖

自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件能夠通過其人機(jī)界面完成其所連接的所有儀器和設(shè)備的參數(shù)設(shè)置與測試結(jié)果或數(shù)據(jù)的讀取。全部測試過程由編寫的程序來自動(dòng)執(zhí)行。每一種指標(biāo)參數(shù)的測試對(duì)應(yīng)于一個(gè)測試子程序。對(duì)某些測試項(xiàng)目如誤碼率曲線，測試過程相同，但信噪比參數(shù)每次測試按照一定步進(jìn)調(diào)整，反映到程序設(shè)計(jì)上則是子程序的多次調(diào)用。測試軟件可通過對(duì)多個(gè)測試方法的簡單組合，構(gòu)成測試工程。在測試中執(zhí)行一個(gè)測試工程時(shí)，將依次自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的多個(gè)測試方法。

為便于所有測試數(shù)據(jù)的后期處理，該軟件能夠通過磁盤文件的形式與Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)交互操作;能夠調(diào)用Excel 2003生成Excel 2003格式的各種報(bào)表。

對(duì)所獲取的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是自動(dòng)化測試軟件的一項(xiàng)重要功能。其主要任務(wù)分為以下4個(gè)功能[4]:①原始數(shù)據(jù)記錄功能:界面提供原始數(shù)據(jù)記錄按鈕，在數(shù)據(jù)采集過程中，將數(shù)據(jù)記錄到文件;②數(shù)據(jù)回放功能:提供界面，打開不同的原始數(shù)據(jù)記錄文件，將所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放顯示，回放速率可選;③數(shù)據(jù)離線處理:提供數(shù)據(jù)處理的開放性接口，可以將測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel表格或方便直接導(dǎo)入Matlab的格式;④報(bào)表生成:測試方法運(yùn)行時(shí)，將原始數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)處理的結(jié)果實(shí)時(shí)寫入測試報(bào)告，當(dāng)測試完成后，形成測試報(bào)告。

2 需解決的問題

該方案設(shè)計(jì)的自動(dòng)化測試系統(tǒng)針對(duì)的設(shè)備為調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器對(duì)外接口包括中頻接口、控制接口和數(shù)據(jù)接口。對(duì)中頻接口利用射頻開關(guān)矩陣可以完成多臺(tái)被測設(shè)備中頻信號(hào)的選擇與切換;對(duì)控制接口則可以通過控制接口擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試軟件對(duì)多臺(tái)被測設(shè)備的監(jiān)控;對(duì)數(shù)據(jù)接口而言，由于調(diào)制解調(diào)器通常具有RS-422同步數(shù)據(jù)接口、G.703數(shù)據(jù)接口、LAN接口、低壓差分信號(hào)（LVDS）同步數(shù)據(jù)接口等多種接口，需要研制相應(yīng)的數(shù)據(jù)切換設(shè)備，解決多類型接口的數(shù)據(jù)選擇與切換問題。

另外一項(xiàng)需解決的重要問題為測試軟件的測試流程控制。某些復(fù)雜的測試如誤碼率曲線測試，需要設(shè)計(jì)一種檢測反饋策略，使軟件具備根據(jù)首次測試結(jié)果調(diào)整相關(guān)儀器參數(shù)設(shè)置的智能功能，減少無效測試所消耗的時(shí)間。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多設(shè)備接口切換技術(shù)

對(duì)多臺(tái)設(shè)備的多種接口切換要求，可以采用模塊化接口電路設(shè)計(jì)。當(dāng)增加一臺(tái)被測設(shè)備時(shí)只需要相應(yīng)增加一塊接口切換板塊，可以較快地適應(yīng)測試系統(tǒng)的調(diào)整。

對(duì)多種數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)接口（RS-422接口、LVDS接口）可以采取首先轉(zhuǎn)換為同一類型接口電平接入現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片，在FPGA內(nèi)部根據(jù)軟件控制命令選擇其中一路連接至測試設(shè)備接口。

對(duì)多路G.703信號(hào)或者LAN信號(hào)，可以采取多輸入繼電器作為核心電路實(shí)現(xiàn)多對(duì)一的信號(hào)切換。

要實(shí)現(xiàn)可變路數(shù)的多設(shè)備接入，需要在擴(kuò)展接口切換板卡與母板的連接處考慮設(shè)計(jì)檢測信號(hào)，配合FPGA內(nèi)部編程軟件自動(dòng)識(shí)別所連接設(shè)備的通道數(shù)，并將接口切換設(shè)備本身的狀態(tài)通過遠(yuǎn)控接口上報(bào)自動(dòng)測試軟件。操作人員即可通過自動(dòng)測試軟件的人機(jī)界面對(duì)多臺(tái)設(shè)備的測試工程進(jìn)行設(shè)置。

3.2 閉環(huán)測試技術(shù)

在自動(dòng)測試軟件控制整個(gè)測試系統(tǒng)的“開始測試”階段，對(duì)某些復(fù)雜的指標(biāo)測試來說需要進(jìn)行多次測量。為了在最短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)定目標(biāo)的測試，需要解決檢測－調(diào)整的閉環(huán)測試控制技術(shù)。

例如要完成設(shè)備誤碼率性能測試，需要測試軟件根據(jù)上一次信噪比測試值來調(diào)整信噪比設(shè)置，反復(fù)測試多次，直至誤碼率滿足目標(biāo)測試要求時(shí)停止測試，并給出對(duì)應(yīng)的信噪比。針對(duì)誤碼率性能的檢測－調(diào)整處理流程如圖4所示。

圖4 誤碼率測試檢測－調(diào)整處理流程圖

首次測試時(shí)初始參數(shù)的設(shè)定及根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整儀器參數(shù)的策略是決定測試時(shí)間的重要因素。初始條件的設(shè)定可以參考以往測試經(jīng)驗(yàn)值，而信噪比參數(shù)的調(diào)整步進(jìn)需要考慮不同的調(diào)制編譯碼方式性能曲線特性。對(duì)于卷積編碼，其誤碼率曲線變化較為平緩，信噪比調(diào)整步進(jìn)可以適當(dāng)加大;對(duì)級(jí)聯(lián)RS編碼或者低密度奇偶校驗(yàn)碼（Low Density Parity Check，LDPC）來說，其誤碼率曲線較為陡峭，調(diào)整步進(jìn)需要適當(dāng)減小，否則測試過程可能會(huì)出現(xiàn)振蕩的情況，即減小信噪比后測量誤碼率低于設(shè)定的目標(biāo)，加大信噪比后測量誤碼率又高于設(shè)定的目標(biāo)，在這兩者之間反復(fù)切換，造成程序的死循環(huán)。為避免測試時(shí)死循環(huán)的發(fā)生加入測試周期統(tǒng)計(jì)，當(dāng)測試周期超過設(shè)定值時(shí)，退出該技術(shù)指標(biāo)的測試過程。

4 測試驗(yàn)證及結(jié)果分析

在構(gòu)建好自動(dòng)化測試平臺(tái)的軟硬件后，以調(diào)制解調(diào)器最復(fù)雜最細(xì)致的誤碼率測試為例，分別使用人工測試與自動(dòng)測試對(duì)比驗(yàn)證該系統(tǒng)的測試效果。

所選被測調(diào)制解調(diào)器具備9種調(diào)制編碼組合方式。其最低數(shù)據(jù)速率為64kbps，最高數(shù)據(jù)速率為20Mbps，每種組合在其最低速率、最高速率和中間速率分別進(jìn)行測試。誤碼率要求覆蓋10－4、10－5、10－6、10－74個(gè)數(shù)量級(jí)[5]。測試數(shù)據(jù)量為指標(biāo)要求的100倍，例如誤碼率指標(biāo)要求1×10－7量級(jí)時(shí)需要測試數(shù)據(jù)量達(dá)到109，則在數(shù)據(jù)速率64kbps時(shí)測試耗時(shí)109/64000/3600≈4.34h;在數(shù)據(jù)速率20Mbps時(shí)測試耗時(shí)109/20000000≈50s;要完成9種模式誤碼率曲線測試時(shí)有效測試時(shí)間約為45h。

在人工測試時(shí)每次測試轉(zhuǎn)換時(shí)的設(shè)備參數(shù)設(shè)置、測試儀器參數(shù)設(shè)置、信噪比標(biāo)校和數(shù)據(jù)記錄等工作平均耗時(shí)約10min，累計(jì)的工作量約為9×3×4×10/60=18h。總的工作量需要8個(gè)工作日才能完成。

使用自動(dòng)化測試環(huán)境測試時(shí)，在根據(jù)測試要求建立一個(gè)測試工程后開始自動(dòng)測量，由于每次測試轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，總共只需約2天（儀器及設(shè)備可連續(xù)運(yùn)行）即可獲得準(zhǔn)確度較高測試數(shù)據(jù)。

對(duì)比測試充分說明了自動(dòng)化測試較人工測試大幅縮減測試時(shí)間。

5 結(jié)束語

調(diào)制解調(diào)器的測試環(huán)境復(fù)雜、測試項(xiàng)目繁多，在研設(shè)備完成“改進(jìn)－測試－改進(jìn)”的研制流程及已定型設(shè)備的批量生產(chǎn)均需要在短時(shí)間內(nèi)完成大量的測試和試驗(yàn)工作。事實(shí)證明，建立一個(gè)自動(dòng)化測試平臺(tái)無論對(duì)科研還是生產(chǎn)都可起到事半功倍的效果。

[1]Intelsat.IESS－308 QPSK/IDR Rev10[M].USA:Intelsat，2000:52－53.

[2]周嘯天.搭建衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器測試平臺(tái)[J].無線電工程，2004，34（12）:29－31.

[3]徐潔.檢測技術(shù)與儀器[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004:157－163.

[4]宋開旭，冷淑君.軟件工程[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009:49－52.

[5]孫玉偉、齊昶.不同Eb/N0條件下誤碼性能測試[J].無線電通信技術(shù)，2006，32（3）:42－44.