便攜式在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

常 山，姚紅超

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

對講機(jī)市場雖然只占移動通信市場很小的份額，但由于目前我國國民經(jīng)濟(jì)中，各個(gè)行業(yè)已廣泛而大量地使用對講機(jī)通信，因此，對講機(jī)實(shí)際上已成為各個(gè)行業(yè)重要的無線通信裝備，從而顯示出對講機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字對講設(shè)備以其頻率利用率高、通話質(zhì)量好、業(yè)務(wù)拓展功能豐富以及易于聯(lián)網(wǎng)互通等一系列優(yōu)勢，已取得了快速的發(fā)展。同時(shí)國家在2009年開啟了對講機(jī)設(shè)備的“模轉(zhuǎn)數(shù)”時(shí)代，2017年為對講機(jī)產(chǎn)業(yè)“模轉(zhuǎn)數(shù)”的最后一年。因此，保障數(shù)字對講機(jī)的正常使用和在用監(jiān)管，維護(hù)對講機(jī)頻段的無線通信秩序，對于數(shù)字對講機(jī)的檢測顯得尤為重要。

因此，研發(fā)一套便攜式，高精度，自動化程度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的現(xiàn)場測試設(shè)備迫在眉睫。本文將重點(diǎn)介紹便攜式在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)，并利用我中心自研測試儀表設(shè)計(jì)一套現(xiàn)場測試系統(tǒng)，為在用對講機(jī)檢測驗(yàn)證提供一種便攜式的解決方案。

1 便攜式在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

為滿足對在用對講機(jī)設(shè)備的性能指標(biāo)檢測的要求，需要設(shè)計(jì)對講機(jī)射頻信號切換單元，以滿足各項(xiàng)射頻指標(biāo)測試。該便攜式射頻鏈路切換單元需要具備在用對講機(jī)設(shè)備檢測所有指標(biāo)鏈路切換功能，且在精度和穩(wěn)定性上要求極高。所以本設(shè)計(jì)采用組合濾波技術(shù)搭載FR4與羅杰斯4350B 混合板材，結(jié)合MCU 控制協(xié)議，完成便攜式射頻鏈路切換單元的設(shè)計(jì)。利用我中心自研集監(jiān)測檢測于一體的測試儀表，結(jié)合便攜式射頻鏈路切換單元，以及必要的射頻電纜，通過軟件設(shè)計(jì)集成，完成在用對講機(jī)設(shè)備測試任務(wù)。

1.1 便攜式射頻鏈路切換單元的硬件設(shè)計(jì)

1.1.1 對講機(jī)通信頻段及測試指標(biāo)

目前，主要的對講機(jī)通信頻段如表1所示，同時(shí)由于電網(wǎng)通信頻段的發(fā)展，我們也將LTE_230MHz 考慮進(jìn)來，以便于后期升級能夠滿足電網(wǎng)在用設(shè)備的檢測需求。在檢測過程中，對講機(jī)設(shè)備的雜散發(fā)射測試項(xiàng)主要關(guān)注2次諧波和3次諧波射頻指標(biāo)，我們也在表中將相對應(yīng)的電網(wǎng)頻段羅列出來。

表1 對講機(jī)和電網(wǎng)通信頻段及2、3次諧波

在用對講機(jī)設(shè)備檢測除雜散測試外，還需要搭建常規(guī)項(xiàng)掃描測試路徑以完成所有指標(biāo)的測試。常規(guī)項(xiàng)測試主要包括頻率誤差測試、占用帶寬測試、FSK 眼圖、呼叫號匹配測試等，并將測試結(jié)果與臺站數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，完成在用對講機(jī)所有測試項(xiàng)目。

1.1.2 便攜式射頻鏈路切換單元的硬件方案設(shè)計(jì)

圖1 便攜式射頻鏈路切換單元硬件設(shè)計(jì)方案

便攜式射頻鏈路切換單元需要滿足對講機(jī)的常規(guī)項(xiàng)測試及雜散測試項(xiàng)，因此，需要根據(jù)測試項(xiàng)對切換單元進(jìn)行硬件的方案評估、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證以及調(diào)試等一系列工作。圖1為便攜式射頻鏈路切換單元的硬件設(shè)計(jì)方案。 在對講機(jī)設(shè)備檢測過程中，為完成對所有指標(biāo)的測試項(xiàng)測試，測試儀表主機(jī)需要對不同對講機(jī)、不同測試項(xiàng)進(jìn)行鏈路切換，通USB 接口協(xié)議完成對切換單元的鏈路校準(zhǔn)及操作控制。整體測試過程中無需使用人員進(jìn)行頻繁的鏈路搭建和切換工作，所有切換及控制均可由軟件自動完成，減少了人為引入誤差的風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了檢測效率。

1.1.3 便攜式射頻鏈路切換單元的性能指標(biāo)

便攜式射頻鏈路切換單元的性能指標(biāo)需要滿足對講機(jī)測試的指標(biāo)要求，并在測試過程中能夠保持穩(wěn)定的射頻通路，以保證對講機(jī)信號能夠順利的進(jìn)入檢測儀表。圖2–圖4為切換單元硬件的S 參數(shù)實(shí)測值，由于設(shè)備可調(diào)衰減器及固有鏈路衰減均可由檢測儀表控制和后期補(bǔ)償，故測試結(jié)果主要著重關(guān)注鏈路的穩(wěn)定性能及平坦度。

1.2 便攜式在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在用設(shè)備檢測系統(tǒng)的基本組成如圖5所示。在用設(shè)備檢測系統(tǒng)主要由便攜式切換單元與在用設(shè)備檢測儀表兩大模塊組成。便攜式切換單元與被檢測設(shè)備通過線纜直連，在信號到達(dá)檢測儀表之前起到濾波與衰減的作用，可以提高在用檢測儀表的動態(tài)范圍。在用檢測儀表主要完成信號的自動檢測，包括基本功能測試與協(xié)議功能兩大項(xiàng)測試。對于測試結(jié)果可以提供豐富的數(shù)據(jù)圖表展示，自動生成測試報(bào)告，大大提高了測試的效率。

圖2 137-167 MHz S參數(shù)

圖3 351-389 MHz S參數(shù)

圖4 直連鏈路S參數(shù)

圖5 在用設(shè)備檢測整體方案

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

在用設(shè)備檢測儀表的軟件各模塊主要作用如下：

（1）自動測試軟件支持用戶簡單操作便可完成指定測試項(xiàng)目的測試，并在測試結(jié)束后自動出具滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的檢測報(bào)告，并且報(bào)告模版可以編輯、更改。

（2）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模塊負(fù)責(zé)在儀表界面上顯示測試結(jié)果，包括解調(diào)信息、協(xié)議數(shù)據(jù)、雜散和諧波、帶寬、頻率誤差等，并展現(xiàn)眼圖、星座圖、頻譜圖，對于未通過測試的測試?yán)圆煌念伾M(jìn)行區(qū)分。

（3）數(shù)據(jù)存儲模塊負(fù)責(zé)將相關(guān)測試數(shù)據(jù)包括測試信息、報(bào)告信息等存儲在本地設(shè)備中，并支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出。

（4）解調(diào)信息顯示模塊負(fù)責(zé)顯示解調(diào)模塊解析出的相關(guān)信息，包括解調(diào)協(xié)議類型等。

（5）協(xié)議數(shù)據(jù)顯示模塊負(fù)責(zé)顯示解碼模塊解析出的相關(guān)信息，包括時(shí)隙功率、色碼和信道碼、呼叫號和組號等。

（6）雜散和諧波測量模塊、帶寬測量模塊分別支持雜散和諧波信號、占用帶寬的自動測量，主要依據(jù)頻譜模塊傳輸?shù)南嚓P(guān)頻譜信息。

（7）信息采集模塊也就是射頻前端，主要負(fù)責(zé)寬帶接收。

2 系統(tǒng)測試應(yīng)用

圖7為在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)的應(yīng)用連接場景。

圖7 對講機(jī)設(shè)備檢測應(yīng)用場景

以dPMR 對講機(jī)為例，利用便攜式在用設(shè)備檢測儀PTA1000對其進(jìn)行現(xiàn)場測試。首先將對講機(jī)通過便攜式射頻鏈路切換單元與儀表進(jìn)行連接，然后點(diǎn)擊儀表的“開始測試”按鈕，儀表開始進(jìn)行自動檢測，可以觀察到界面上實(shí)時(shí)顯示了關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)、信號頻譜、眼圖、諧波和雜散掃描頻譜，分別如圖8–圖11所示。整個(gè)測試過程占時(shí)20 s 左右，測試完成后可選擇保存測試結(jié)果。將本測試系統(tǒng)的檢測結(jié)果與原有檢測儀表N9020B 進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)測試結(jié)果基本一致。通過現(xiàn)場測試以及與原有檢測儀表進(jìn)行對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了本檢測儀的精確性與可靠性。本測試系統(tǒng)解決了現(xiàn)有儀表功能不完善和自動化程度低等問題，并極大地提高了測試效率。

圖8 關(guān)鍵指標(biāo)

圖9 信號頻譜

圖10 眼圖

圖11 （a）諧波和雜散掃描

圖11 （b）諧波和雜散掃描

3 結(jié)束語

本文基于我司自研檢測儀表以及射頻鏈路切換單元的設(shè)計(jì)，搭建了一套便攜式在用對講機(jī)設(shè)備檢測系統(tǒng)。本測試系統(tǒng)解決了現(xiàn)有儀表功能不完善、體積笨重、集成度低以及自動化程度低等問題，極大地提高了測試效率，為在用對講機(jī)設(shè)備現(xiàn)場檢測提供一種可行性方法。