測試ism頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法

2023-05-01 06:25:01

專利名稱：測試ism頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及測試無線產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法。
背景技術：
ISM頻段是工業、科學和醫用頻段。應用這些頻段無需許可證，只需要遵守一定的發射功率(一般低於1W)，並且不對其他頻段造成幹擾即可。ISM頻段在各國的規定並不統一，但2. 4GHz為各國通用的ISM頻段，因此目前的無線區域網、藍牙、ZigBee等都可工作在 2. 4GHz頻段。除此之外，國外很多晶片廠商針對工業應用也推出了眾多工作於2. 4GHz無線通信晶片，為了提高這些晶片的使用範圍，國內外許多通信模塊製造商又為這些晶片搭配了相應的功率放大器、低噪聲放大器、濾波器等器件以滿足相應的實際需求。這些額外器件的加入不可避免地改變了原有晶片的技術指標，其中最主要的影響體現在發射功率、發射頻譜帶寬及接收機靈敏度三個方面。這三方面又會影響到通信產品組網後的多址性能，而 Agilent等測試儀器製造商一般只提供了測試接收機鄰道幹擾的方案，沒有提供測試ISM 頻段產品組網後抗多址幹擾能力的方案。

發明內容
本發明是為了解決ISM頻段通信產品的抗多址幹擾能力無法測試的問題，從而提供了測試ISM頻段無線通信產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法。測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統，它包括N個可調節衰減器、合路器和分路器，待測ISM頻段無線產品包括N個發射機和N個接收機，所述N個發射機的信號發射端分別通過等長的射頻傳輸線與N個可調節衰減器的信號接收端連接；N個可調節衰減器的信號輸出端分別與合路器的N個信號輸入端連接，所述合路器的信號輸出端與分路器的信號輸入端連接，所述分路器的N個信號輸出端分別與N個接收機的信號輸入端連接；N 個可調節衰減器與合路器之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N個接收機和分路器之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N為正整數。基於上述系統的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力方法，它由以下步驟實現步驟一、在N個發射機和N個接收機均連入鏈路的狀態下，根據待測通信產品採用的碼分、時分或頻分的多址方式，分別設置N臺發射機及N臺待測接收機的擴頻碼、時隙或頻段；設置標準發射機對應的可調衰減器的基準衰減值設置與其它可調衰減器的基準衰減值不同，選取與標準發射機具有相同的擴頻碼、時隙或頻段的一個接收機作為標準接收機， 使標準接收機處於靈敏度狀態，獲得標準發射機和各發射機對應的可調衰減器值和各接收機接收到的有用信號功率；所述靈敏度為能夠進行正確解調的最小信號強度值；步驟二、根據待測ISM頻段無線產品應用的實際環境，選擇相應的電波傳播模型， 並根據步驟二獲得的標準發射機和各發射機對應的可調衰減器值和各接收機接收到的有用信號功率，計算各發射機與各接收機之間的距離；根據標準接收機接收到的有用信號功率和標準接收機與各發射機之間的距離，獲得標準接收機接收信號的誤碼率，將所述誤碼率作為標準接收機抗標準發射機以外的發射機產生的多址幹擾能力。在測試之前，對每個接收機的靈敏度進行測試，將測試合格的接收機進行抗多址幹擾能力的測試，所述對每個接收機的靈敏度進行測試的方法為將其中一個發射機作為標準發射機連入鏈路、其它發射機斷開、N個接收機連入鏈路的狀態下，採用接收機測試儀分別測試每臺接收機的靈敏度，並分別判斷每個接收機的靈敏度是否在士 IdB的誤差範圍內，如果判斷結果為是，則這個接收機的靈敏度合格；如果判斷結果為否，則這個接收機的靈敏度不合格，結束對這個接收機的檢測。在測試之前，對每個可調衰減器進行校準方法，其校準方法為在待測ISM頻段無線通信產品的工作頻段內，採用矢量網絡分析儀對N個可調衰減器進行校準。在測試之前，對每個待測發射機進行調試，調試方法為採用功率計標定該待測發射機的輸出功率，採用頻譜儀測試該待測發射機的輸出功率譜；直至該待測發射機的輸出功率和輸出功率譜均滿足預定要求時，完成對該發射機的調試。步驟二中所述的各接收機接收到的有用信號功率是通過以下公式獲得的，所述公式為接收機接收到的有用信號功率=發射機功率-發射機衰減值-發射機與可調衰減器之間的傳輸線損耗-可調衰減器與合路器之間的傳輸線損耗-合路器損耗-合路器與分路器之間的傳輸線損耗-分路器損耗-分路器與接收機之間的傳輸線損耗。步驟三中所述電波傳播模型為自由空間傳播模型，所述自由空間傳播模型為Lossfree_space = 32. 45+201g M+201g D式中D是指發射機與接收機之間的距離，單位是km ；M是指通信信號的載波頻率， 單位是MHz。有益效果本發明能夠實現測試ISM頻段通信產品的抗多址幹擾性能，準確度較
尚ο


圖1是本發明系統的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1說明本具體實施方式
，測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統，它包括N個可調節衰減器2、合路器3和分路器4，待測ISM頻段無線產品包括N個發射機1和N個接收機5，所述N個發射機1的信號發射端分別通過等長的射頻傳輸線與N個可調節衰減器2的信號接收端連接；N個可調節衰減器2的信號輸出端分別與合路器3的N個信號輸入端連接，所述合路器3的信號輸出端與分路器4的信號輸入端連接，所述分路器4的N個信號輸出端分別與N個接收機5的信號輸入端連接；N個可調節衰減器2與合路器3之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N個接收機5和分路器4之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N為正整數。
具體實施方式
二、基於具體實施方式
一所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統的測試方法，它由以下步驟實現步驟一、在N個發射機1和N個接收機5均連入鏈路的狀態下，根據待測通信產品採用的碼分、時分或頻分的多址方式，分別設置N臺發射機及N臺待測接收機的擴頻碼、時隙或頻段；設置標準發射機對應的可調衰減器2的基準衰減值設置與其它可調衰減器2的基準衰減值不同，選取與標準發射機具有相同的擴頻碼、時隙或頻段的一個接收機5作為標準接收機，使標準接收機處於靈敏度狀態，獲得標準發射機和各發射機1對應的可調衰減器值和各接收機5接收到的有用信號功率；所述靈敏度為能夠進行正確解調的最小信號強度值； 步驟二、根據待測ISM頻段無線產品應用的實際環境，選擇相應的電波傳播模型， 並根據步驟二獲得的標準發射機和各發射機ι對應的可調衰減器值和各接收機5接收到的有用信號功率，計算各發射機1與各接收機5之間的距離；根據標準接收機接收到的有用信號功率和標準接收機與各發射機1之間的距離，獲得標準接收機接收信號的誤碼率，將所述誤碼率作為標準接收機抗標準發射機以外的發射機1產生的多址幹擾能力。
在測試之前，對每個接收機5的靈敏度進行測試，將測試合格的接收機5進行抗多址幹擾能力的測試，所述對每個接收機5的靈敏度進行測試的方法為將其中一個發射機1 作為標準發射機連入鏈路、其它發射機1斷開、N個接收機5連入鏈路的狀態下，採用接收機測試儀分別測試每臺接收機5的靈敏度，並分別判斷每個接收機5的靈敏度是否在士 IdB 的誤差範圍內，如果判斷結果為是，則這個接收機5的靈敏度合格；如果判斷結果為否，則這個接收機5的靈敏度不合格，結束對這個接收機5的檢測。在測試之前，對每個可調衰減器2進行校準方法，其校準方法為在待測ISM頻段無線通信產品的工作頻段內，採用矢量網絡分析儀對N個可調衰減器2進行校準。在測試之前，對每個待測發射機1進行調試，調試方法為採用功率計標定該待測發射機1的輸出功率，採用頻譜儀測試該待測發射機1的輸出功率譜；直至該待測發射機1 的輸出功率和輸出功率譜均滿足預定要求時，完成對該發射機1的調試。步驟二中所述的各接收機5接收到的有用信號功率是通過以下公式獲得的，所述公式為接收機接收到的有用信號功率=發射機功率-發射機衰減值-發射機與可調衰減器之間的傳輸線損耗-可調衰減器與合路器之間的傳輸線損耗-合路器損耗-合路器與分路器之間的傳輸線損耗-分路器損耗-分路器與接收機之間的傳輸線損耗。步驟三中所述電波傳播模型為自由空間傳播模型，所述自由空間傳播模型為Lossfree_space = 32. 45+201g M+201g D式中D是指發射機與接收機之間的距離，單位是km ；M是指通信信號的載波頻率， 單位是MHz。以下通過具體的實施例說明本發明的測試過程本發明選取工作於2. 4GHz頻段的通信收發信機，採用GFSK調製方式，數據速率為250Kbps，載波頻率為2. 4GHz 2. 525GHz 範圍內間隔 IMHz 的頻點(例如 2. 4GHz,2. 401GHz,2. 402GHz..... 2. 525GHz)。通過頻譜儀對各通信發射機的頻譜進行測試，得到發射機的輸出功率都在 27士 IdBm的範圍內，頻譜的形狀與GFSK信號理論頻譜相符。接收機誤碼率檢測儀的工作原理是讓發射機循環發送序號為0 255的遞增數字信息，接收機將解調出來的信息發送給接收機誤碼率檢測儀，如果解調出現錯誤，則保持上次輸出的數字信息，因此接收機誤碼率檢測儀根據收到的0 255循環遞增的數字信息中處於保持狀態的數字的個數就可計算出接收機的誤碼率。
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將自製的接收機誤碼率檢測儀與通信接收機的數位訊號輸出端相連，然後在發射機和接收機之間串聯衰減器，通過調節衰減器的數值使接收機的誤碼率處於10_3以下。當誤碼率等於10_3時，認為接收機處於靈敏度狀態。此時用發射機的功率減掉發射機和接收機之間的衰減器數值和線路衰減值得到接收機的靈敏度在-83 士 IdBm範圍內。按照圖1的方式將5臺發射機和5臺接收機通過可調衰減器、射頻電纜、合路器、 分路器連接起來，各臺發射機佔據的頻點分別是2. 400GHz, 2. 401GHz, 2. 402GHz，2. 403GHz， 2. 404GHz，同時將各接收機的接收頻點也分別設置成2. 400GHz，2. 40 IGHz，2. 402GHz， 2. 403GHz, 2. 404GHz，這樣就構成了 5對同時進行通信的節點對，考察2. 4GHz頻點接收機接收到的多址幹擾對其靈敏度的影響，通過調節各衰減器的數值，得到如表1所示的各臺接收機在各種強度的多址幹擾條件下的靈敏度。按照自由空間電波傳播模型，可以計算出此時各多址幹擾與2. 4GHz接收機之間的空間距離。計算過程如下1.無多址幹擾條件下，2. 4GHz發射機和2. 4GHz接收機之間鏈路總衰減值為 27dB+83dB = llOdB，其中可調衰減器衰減93dB，其餘17dB為合路器、分路器、射頻鏈路的衰減之和。這17dB對於其他成對的發射機和接收機來說都是相同的。2.多址幹擾條件下，2. 4GHz發射機和2. 4GHz接收機之間鏈路總衰減值為 27dB+78dB = 105dB，其中可調衰減器衰減88dB。3.多址幹擾條件下，各幹擾發射機與2. 4GHz接收機之間的鏈路損耗值為 85dB+17dB = 102dB。4.根據公式LoSSftee_spa。e = 32.45+201g M+201g D可算出，無多址幹擾條件下， 2. 4GHz發射機和2. 4GHz接收機之間的空間距離為20IgD = 110-32. 45_201g 2400，得到 D = 3. 14公裡，當存在表1中的各多址幹擾時，20IgD = 105-32. 45_201g 2400，得到D = 1. 767公裡，由於各幹擾頻點與2. 4GHz相距較近，因此可採用它來計算各多址幹擾發射機同2. 4GHz接收機之間的空間距離20IgD = 102-32. 45_201g 2400，得到D = 1. 25公裡。表12. 4GHz頻點接收機在多址幹擾下的靈敏度
權利要求
1.測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統，其特徵是它包括N個可調節衰減器O)、合路器(3)和分路器，待測ISM頻段無線產品包括N個發射機⑴和N個接收機(5)，所述N個發射機(1)的信號發射端分別通過等長的射頻傳輸線與N個可調節衰減器O)的信號接收端連接；N個可調節衰減器O)的信號輸出端分別與合路器(3)的N個信號輸入端連接，所述合路器C3)的信號輸出端與分路器(4)的信號輸入端連接，所述分路器(4)的N個信號輸出端分別與N個接收機( 的信號輸入端連接；N個可調節衰減器(2) 與合路器C3)之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N個接收機( 和分路器(4)之間均通過等長的射頻傳輸線連接；N為正整數。
2.基於權利要求1所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統的測試方法， 其特徵是，它由以下步驟實現步驟一、在N個發射機(1)和N個接收機( 均連入鏈路的狀態下，根據待測通信產品採用的碼分、時分或頻分的多址方式，分別設置N臺發射機及N臺待測接收機的擴頻碼、 時隙或頻段；設置標準發射機對應的可調衰減器O)的基準衰減值設置與其它可調衰減器 (2)的基準衰減值不同，選取與標準發射機具有相同的擴頻碼、時隙或頻段的一個接收機 (5)作為標準接收機，使標準接收機處於靈敏度狀態，獲得標準發射機和各發射機(1)對應的可調衰減器值和各接收機( 接收到的有用信號功率；所述靈敏度為能夠進行正確解調的最小信號強度值；步驟二、根據待測ISM頻段無線產品應用的實際環境，選擇相應的電波傳播模型，並根據步驟二獲得的標準發射機和各發射機(1)對應的可調衰減器值和各接收機( 接收到的有用信號功率，計算各發射機(1)與各接收機( 之間的距離；根據標準接收機接收到的有用信號功率和標準接收機與各發射機(1)之間的距離，獲得標準接收機接收信號的誤碼率，將所述誤碼率作為標準接收機抗標準發射機以外的發射機(1)產生的多址幹擾能力。
3.根據權利要求2所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的方法，其特徵在於在測試之前，對每個接收機( 的靈敏度進行測試，將測試合格的接收機( 進行抗多址幹擾能力的測試，所述對每個接收機( 的靈敏度進行測試的方法為將其中一個發射機(1) 作為標準發射機連入鏈路、其它發射機(1)斷開、N個接收機(5)連入鏈路的狀態下，採用接收機測試儀分別測試每臺接收機(5)的靈敏度，並分別判斷每個接收機(5)的靈敏度是否在士 IdB的誤差範圍內，如果判斷結果為是，則這個接收機(5)的靈敏度合格；如果判斷結果為否，則這個接收機(5)的靈敏度不合格，結束對這個接收機(5)的檢測。
4.根據權利要求2所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的方法，其特徵在於在測試之前，對每個可調衰減器( 進行校準方法，其校準方法為在待測ISM頻段無線通信產品的工作頻段內，採用矢量網絡分析儀對N個可調衰減器( 進行校準。
5.根據權利要求2所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的方法，其特徵在於在測試之前，對每個待測發射機(1)進行調試，調試方法為採用功率計標定該待測發射機 (1)的輸出功率，採用頻譜儀測試該待測發射機(1)的輸出功率譜；直至該待測發射機(1) 的輸出功率和輸出功率譜均滿足預定要求時，完成對該發射機(1)的調試。
6.根據權利要求2所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的方法，其特徵在於步驟二中所述的各接收機(5)接收到的有用信號功率是通過以下公式獲得的，所述公式為接收機接收到的有用信號功率=發射機功率-發射機衰減值-發射機與可調衰減器之間的傳輸線損耗-可調衰減器與合路器之間的傳輸線損耗-合路器損耗-合路器與分路器之間的傳輸線損耗-分路器損耗-分路器與接收機之間的傳輸線損耗。
7.根據權利要求2所述的測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的方法，其特徵在於步驟三中所述電波傳播模型為自由空間傳播模型，所述自由空間傳播模型為 Lossfree_space = 32. 45+201g M+201g D式中D是指發射機與接收機之間的距離，單位是km ；M是指通信信號的載波頻率，單位是 MHz。
全文摘要
測試ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法，涉及測試無線產品抗多址幹擾能力的系統及測試方法，解決ISM頻段通信產品的抗多址幹擾能力無法測試的問題。其系統N個發射機發射的信號分別通過N個可調節衰減器、合路器、分路器後由N個接收機接收。其方法檢測各接收機的靈敏度後，設置N臺待測發射機的擴頻碼、時隙或頻段；選取一個接收機作為標準接收機，設置標準接收機的地址碼、時隙、頻段與標準發射機相同，使標準接收機處於靈敏度狀態，獲得標準發射機和各發射機對應的可調衰減器值和各接收機接收到的有用信號功率；進而計算各發射機與各接收機之間的距離，實現抗多址幹擾能力測試。本發明適用於ISM頻段無線產品抗多址幹擾能力的測試。
文檔編號H04B17/00GK102158892SQ20111013667
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者叢玉萍, 餘君蘭, 劉寧慶, 劉法平, 張中兆, 張文彬, 徐玉濱, 段雙濱, 王孝, 葛連正, 魏宏圖 申請人:哈爾濱工業大學