智能仪器在无线通信测试中的运用

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通常，理想振荡器的功率应集中于无线狭窄的频谱范围内，由于不同物理特性的噪声影响导致振荡器的部分功率延展到相邻频段，导致频谱加宽或产生边带。S参数：在射频元件（如混频器、天线、传输线等）测量中较为常见，其测量数据能够获得射频器件在正向、反向传输信号的幅度和相位，进而反映电路系统的反射和传输性能。以双端口电路为例，S参数涉及输入反射系数、前向传输系数、反向传输系数、输出反射系数，S参数的计算则是上述系数之间的比值。S参数的测量通常采用网络分析仪，其测量准确度通过标准空气线和标准适配器实现校准[4]。光回波损耗：当光在光器件中传输时，会有部分光被反射，光器件的回波主要由菲涅尔反射（由于折射率变化引起）、后向瑞利散射（杂质微粒引起）以及传播方向性等因素共同作用，该器件的回波损耗等于－10lg（反射光功率/入射光功率）。回波损耗测试通常是光时域反射仪和光功率计测试[5]。

系统应用级无线通信网络系统级测量参数通常由网络设备自身接口直接提供，即网络设备具备有自主智能测试测量功能模块。系统应用级测试测量参数一般包括[6]：端到端呼叫建立时长：移动终端从发起呼叫请求至呼叫成功建立之间的时间间隔。最大端到端延迟：特定统计粒度范围（区域/时间）内用户话音帧从发起传送请求至话音帧成功送达之间的最大时间间隔。传输干扰时长：以第1个含有误码的数据帧出现开始至第1个无误码的数据帧出现为止的总时长。接通率：以G网接通率为例，G网接通率等于G网接通次数与G网试呼总次数的比值。这里的“接通”是指信令流程中收到Connect或ConnectACK计为一次接通；“试呼”是指信令流程中channelrequest和CMservicerequest同时出现计为一次试呼。掉话率：以T网接通率为例，T网掉话率等于T网掉话次数（主被叫之和）与释放前T网占用次数（主被叫之和）的比值。这里的“掉话”是指信令流程中移动终端收到Disconnect/Release信令视为通话正常结束，在移动终端未发送Disconnect信令或未收到网络下发的Disconnect/Release信令情况下，移动终端返回至空闲状态，则计为一次掉话。忙时无线利用率：该利用率等于忙时总话务量与总设计话务量的比值，在实际使用中该数值采用以下算法：忙时无线利用率=（忙时语音话务两+忙时数据等效话务量）（/K×总业务信道数）。一般情况下K=0.71（根据爱尔兰表，每线业务量达到0.71时资源利用效率达到峰值）[7]。

无线通信系统测量测试设备

无线通信综合测试仪：是无线通信测试中应用最广泛的智能仪器仪表，特别是在移动终端生产制造、数字通信基站测试等领域，其可以通过网络仿真对发射天线进行设计验证和故障诊断，兼有频谱分析仪和特定无线通信信号源功能，可进行邻道功率泄漏比、频率稳定度、带宽占用、频谱辐射、开环功率测试、误差矢量幅度等多方面的测试。无线通信综合测试仪以其广泛的用途和强大的功能得到了通信技术研发实验室、移动通信运营商以及设备生产商的广泛关注，国内外的主要无线通信综合测试仪厂商有Agilent公司、R&S公司、Anritsu公司等等。频谱分析仪：其基本分析流程：输入信号通过可变衰减器提供不同的测量范围；信号经模拟低通滤波器滤除处于不需要分析的高频分量；经模数转换后得到需要分析的数字信号（通过频率抽取式数字滤波器，不但减小了信号带宽和降低了采样率，并且改善了频率分辨率，避免了频谱混叠）；FFT处理后获得信号的频谱图。

频谱分析仪通常分为基于计算机处理的准实时频谱分析仪（或软件频谱分析仪）和基于通用DSP处理器的实时频谱分析仪、基于专用FFT处理芯片的频谱分析系统。在实际工程测试中由于对实时性的需求一般采用嵌入微处理器的便携设备，对实时性需求不高，但对于计算量和计算精度有较高要求的场合，通常使用基于计算机处理的频谱分析仪。在无线通信系统中通过频谱分析仪可以帮助移动通信运营商严格把控区分不同频段的业务类型，防止相互串扰；有效监管无线通信信号传输质量，分析噪声分布情况；降低无线通信系统中的“呼吸效应”和“远近效应”等[8]。矢量信号分析仪：具有整个微波频段的测量分析能力，可以进行快速、高分辨率的频谱测量、解调以及时域分析，通常用于表征复杂信号。矢量信号分析仪可捕获到信号的幅度与相位信息，因而适合于分析数字调制信号，对复杂数字调制信号进行定性和定量的测试测量，提供矢量图、星座图、眼图、矢量误差曲线等形式的调制参数分析结果。在无线通信系统中矢量信号分析仪可实现无线通信信号的物理信道数据解调，并对信号输出功率、峰值误码误差、邻道泄漏抑制比等参数测试测量。

矢量网络分析仪：分析各种射频/微波网络的网络特性，如S参数、传输/反射特性等，分析对象是电路网络。在无线通信系统中衡量电缆组件质量的指标通常是S参数（电压驻波比、插入损耗、相位、延时等），通过用矢量网络分析仪频域测试可以方便获取参数情况。例如可通过矢量网络分析中的时域分析功能，利用激励信号在电缆传输中的反射特性实现同轴电缆故障定位[9]。信令分析仪：具有信令单元的获取、解码以及显示等基本功能，在此基础上过滤获取用户查找的特殊信令消息，并通过实时统计、后台统计等查询方式自动识别错误信令流程判断故障、优化网络。以TD-LTE网络为例，可通过信令流程结合RRC连接成功率、RSRP参考信号接收功率、CarrierRSSI载波接收机信号场强等参数的方式对网络覆盖与传输干扰、频率规划、时隙配置等问题进行分析和处理[10]。

智能仪器发展与应用

无线通信测试测量仪器设备作为智能仪器的重要分支，其为了适应通信技术的升级换代和工程实践的测试需求而向着虚拟化、网络化、微型化、模块化等方向逐步延伸。虚拟智能仪器成为其新内涵的亮点。虚拟智能仪器通过硬件接口将测试测量数据采集至计算机，利用计算机的数据存储、程序调用、图像显示等功能分析得出相关分析报告，从接口数据直至分析报告这一过程就是虚拟智能仪器的直观体现。虚拟智能仪器通常采用传统编程语言（VisualC++、VisualBasic等）、工业自动化软件（Lockout、Bridgeview等）、测量与分析软件（LabVIEW、Labwindows/CVI等）[11,12]。虚拟智能仪器以其应用低成本、开发短周期、功能便捷而等到了广泛关注和应用。由于无线通信网络覆盖区域广、地域条件迥异的特点，智能仪器运输、电源等因素使得网络化测试测量需求日益突出，使用USB、RS232、现场总线、工业以太网等局域传输技术，或WSN、Wi-Fi、GSM、GPRS、卫星通信等广域传输技术将有效扩展其工作范围并推动组合区域化测试测量分析。

在微型化发展方面，2011年Anritsu公司推出手持式有线/无线频谱分析仪，且兼有高性能信号接收器的功能，设备总重量（含电池）约为3.4kg，极大地方便了户外工程环境下的携带和使用。为了处理缩短智能仪器生产周期与用户个性化需求之间的关系，仪器仪表研发商采用了模块化的仪表组合装配方式满足用户的特定测试要求和使用习惯。例如Aeroflex公司生产的S系列模块化结构设计提供的AerolockTM互锁机构，用户可便捷地对S系列仪表进行自由组合以方便使用；NI公司生产的基于软件的模块化射频测试平台，该平台通过程序软件配合模块化的射频硬件的方式实现编解码和调制解调、测试仿真网络协议及标准。

无线通信领域的新技术、新模式、新需求对智能仪器的测试测量方式和解决方案提出了新的挑战，同时也给予了新的机遇。随着新一代移动无线通信测试技术在系统和终端设备测试中的需求,给出了B3G/4G通信系统测试、3GPPLTE通信系统测试、3GPP数据增强系统测试、WiMAX通信系统测试、UWB无线通信测试技术成为了测试技术的热点和方向，也将加速智能仪器的专业化、轻便化、高效化的高速发展。

作者：王洋单位：中国移动通信集团山西有限公司网络运维管理中心