CN102651669B - 一种传感器网络节点抗干扰测试系统以及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器网络节点抗干扰测试系统以及测试方法，本测试系统的待测模块通过SMA接口与矢量信号源相连，通过RS-232串口与PC机相连，矢量信号源通过GPIB/LAN接口与PC机相连。本发明通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加，利用一台矢量信号源同时产生待测信道信号和干扰信号，不仅实现了对传统的传感器网络节点抗干扰测试系统的优化，也同时大大降低了进行抗干扰测试的硬件条件，节约了测试成本。传统的抗干扰测试系统需要将两台矢量信号源的信号通过功率耦合器耦合在一起，功率耦合器对测试系统的结果也会产生一定的影响，本系统中只需要对一台矢量信号源进行远程控制，大大降低了测试系统的复杂度，提高了测试结果的准确性以及测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及传感网物理层测试领域，尤其涉及一种传感器网络节点抗干扰测试系统以及测试方法。
背景技术
随着半导体技术和通信技术的飞速发展，无线网络技术已经成为新的研究热点。IEEE802.11b虽然已成为无线局域网的主要标准，但是IEEE802.11b的组网成本较高，主要用来建设计算机局域网并支持大量数据传输。为了促使简单方便的、可以随意使用的无线装置大量涌现，低廉的价格将起到关键的作用，同时也有必要制定一个标准的解决方案。这个标准要解决的问题是设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机。其核心问题是低功耗、低成本的设计和提供低带宽、低速率的应用。在大多数控制应用中，Wi-Fi/802.11和蓝牙标准都不是很理想。
为了满足低功耗、低成本无线网络的需要，IEEE标准委员会在2002年12月成立了一个新的任务组，开始制定低速率无线个人区域网(LR-WPAN)标准，称为IEEE802.15.4，其任务就是制定物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)规范，开发一种用于固定、便携或移动设备的低复杂度、低成本和低功耗的低速率无线连接标准，一般室内的传输距离从10米到30米不等，在室外最大传输距离可达150米。取决于具体应用不同，电池使用寿命可长达数年。该标准已于2003年10月获得正式批准。
2006年，IEEE802.15.4小组发布了IEEE802.15.4b标准，此标准可有效简化IEEE802.15.4架构并改善互通性，进而提高系统稳定度。这一标准对IEEE802.15.4做了特别的改进和修正，并将与其兼容。新标准明确了一些模糊的概念，减少了不必要的复杂性，增加了安全密钥使用的灵活性，并将一些新的频率分配考虑在内。这一修改的目的在于使之可以和其它与IEEE及其它共存任务组相关的设备相共存，目前，该标准还在进一步发展和完善中。
IEEE802.15.4b(ZigBee)可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134米并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网，可比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。
综上所述，IEEE802.15.4b标准以其独特的优势弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，在现在和将来，会有更多的注意力和研发力量转到该块领域。
传感网络节点抗干扰测试系统参照IEEE802.15.4b的测试方式，对其邻道干扰和相间信道干扰相关指标进行测试验证。现有的测试系统需要用两台信号源同时产生待测信道信号和干扰信号，系统的测试成本高且复杂，测试精确度低且易引进其他不确定因素。
发明内容
本发明目的是：提供一种传感器网络节点抗干扰测试系统以及测试方法，解决系统的测试成本高且复杂，测试精确度低且易引进其他不确定因素等问题。
本发明的技术方案是：一种传感器网络节点抗干扰测试系统，其特征在于，包括矢量信号发生器和PC机，所述矢量信号发生器通过GPIB/LAN接口与PC机相连，所述矢量信号发生器通过SMA接口与待测模块相连，所述待测模块通过RS-232串口与PC机相连。
进一步的，所述矢量信号发生器带有内部基带产生器。
进一步的，所述矢量信号发生器可以同时产生待测信道信号和干扰信号。
进一步的，所述矢量信号发生器为安捷伦E4438C矢量信号发生器。
AgilentE4438C矢量信号发生器具有宽RF调制带宽、快采样率和大存储器，它是传感器网络节点抗干扰测试系统的关键。此外，AgilentE4438C矢量信号发生器还提供达6GHz的频率覆盖，能符合各种频率要求的传感器网络节点抗干扰测试要求。AgilentE4438C还具有多种控制接口，如以太网控制接口(LAN)，GPIB控制接口和RS232控制接口等，可以方便地实现远程控制，实现自动测量。当E4438C安装了内部基带产生器(选件601或者选件602)之后，就类似于在仪器内部安装了一个基带任意波形发生器。利用该任意波形发生器，就可以自己定制产生测试需要的任意波形，并由E3348C调制至任意射频频率。它通过RS-232串口与PC机相连，可以在抗干扰测试过程中实时改变待测的信道。
一种传感器网络节点抗干扰测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在PC机上通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加；
(2)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，将生成的波形文件下载到矢量信号源中；
(3)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，将矢量信号源调制到待测信道的频率；
(4)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，将矢量信号源的输出信号幅度调到合适大小；
(5)PC机通过RS-232串口改变待测模块的工作信道，使模块处于接收状态；
(6)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，触发信号；
(7)PC机通过RS-232串口查询待测模块接收信号的情况，完成测试。
本发明的优点是：
通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加，利用一台矢量信号源同时产生待测信道信号和干扰信号，不仅实现了对传统的传感器网络节点抗干扰测试系统的优化，也同时大大降低了进行抗干扰测试的硬件条件，节约了测试成本。传统的抗干扰测试系统需要将两台矢量信号源的信号通过功率耦合器耦合在一起，功率耦合器对测试系统的结果也会产生一定的影响，本系统中只需要对一台矢量信号源进行远程控制，大大降低了测试系统的复杂度，提高了测试结果的准确性以及测试效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的传感器网络节点抗干扰测试系统的系统框图；
图2为本发明矢量信号源输出的不加干扰的待测信道信号频谱图；
图3是本发明矢量信号源输出的加邻道干扰的信号频谱图；
图4是本发明矢量信号源输出的加相间信道干扰的信号频谱图；
图5是本发明待测模块的电路示意图；
图6是本发明传感器网络节点抗干扰测试系统的工作流程图。
具体实施方式
实施例：以下结合本发明构成的系统框图、信号频谱图、电路示意图以及控制方法的工作流程图，对本发明进行详细的描述。
该传感器网络节点抗干扰测试系统，通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加，利用一台矢量信号源同时产生待测信道信号和干扰信号，不仅实现了对传统的传感器网络节点抗干扰测试系统的优化，也同时大大降低了进行抗干扰测试的硬件条件，节约了测试成本。其待测模块通过SMA接口与矢量信号源相连，通过RS-232串口与PC机相连，矢量信号源通过GPIB/LAN接口与PC机相连。
为了表述的清楚、简洁，分别对矢量信号源产生的不同信号做如下定义，并在后续的描述中均以该定义指代：不加干扰的待测信号的理想信号为A信号，加邻道干扰的混合信号为B信号，加相间信道干扰的混合信号为C信号。在测试相邻信号抑制时，测试信道采用IEEE802.15.4规范信号，且输入信号幅度为接收机灵敏度加3dB。邻道也加入IEEE802.15.4规范信号。此时接收机在满足误包率测试情况下，至少能抑制邻道0dB以上的干扰信号。相邻信道抑制测试时，同一时刻只能有一路干扰信号。在测试相间信道信号抑制时，测试信道采用IEEE802.15.4规范信号，且输入信号幅度为接收机灵敏度加3dB。相间信道也加入IEEE802.15.4规范信号。此时接收机在满足误包率测试情况下，至少能抑制邻道30dB以上的干扰信号。相间信道抑制测试时，同一时刻只能有一路干扰信号。
如图1所示的传感器网络节点抗干扰测试系统的系统框图，首先PC机通过GPIB/LAN控制口远程控制矢量信号源，将PC机上通过Matlab仿真软件编写的符合IEEE802.15.4规范的信号数据文件下载到矢量信号源中，然后初始化矢量信号源的一些设置，建立远程连接以及初始化具体步骤如下所示：
1.建立PC对仪器的远程连接
SetSigGen.IO＝rm.Open(″TCPIP0::192.168.1.102::inst0::INSTR″)
2.重新设置矢量信号源
WithSigGen
.IO.timeout＝5000
.WriteString″*RST″
EndWith
3.打开矢量信号源的调制解调模式
SigGen.WriteString″:OUTPut:MODulation:STATeON″
4.打开射频输出
SigGen.WriteString″:OUTPut:STATeON″
5.设置滤波器类型
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:FILTer″″ZIGBEEHALFSINE″″″
6.设置码元速率
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:BRATe2E+6″
7.设置调制方式
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:MODulation:UIQ″″ZIGBEE_IQ_MAP″″″
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:MODulationUIQ″
8.设置触发模式
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:TRIGger:TYPESINGle″
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:TRIGgerBUS″
9.打开用户(custom)模式
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:STATeOn″
10.调用A信号的波形文件
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:DATA″″waveform-A″″″
初始化后，设置模块的待测信号相应地改变仪器的输出频率，模块的改变信道的函数如下所示：
Z1000_changechannel(channel_RX)
设置仪器的信号输出幅度：
SigGen.WriteString″:Power″&Str(power_RX)&″dBm″
触发矢量信号源的信号输出，PC机在串口检查接收到的包的个数，根据IEEE802.15.4规范，当传输1000个包，模块的误包率小于1％的情况下的天线端能接收到的最小幅度为该模块的接收灵敏度，且要求接收灵敏度小于-85dBm。所以在不了解待测模块的接收性能时，可以从-85dBm循环降低仪器的输出幅度，测试得到待测模块的接收灵敏度。
系统中测试模块的接收灵敏度是为了测试模块的抗干扰能力而服务的。IEEE802.15.4要求在测试相邻信号抑制和相间信道抑制时，测试信道输入信号幅度为接收机灵敏度加3dB。
在得到了模块的接收灵敏度之后，矢量信号源.调用B信号的波形文件：
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:DATA″″waveform-B″″″
设置仪器的信号输出幅度为接收机灵敏度加3dB：
SigGen.WriteString″:Power″&Str(RX+3)&″dBm″
触发矢量信号源的信号输出，PC机在串口检查接收到的包的个数，根据IEEE802.15.4规范，当传输1000个包，模块的误包率小于1％的情况下的，至少能够抑制邻道0dB以上的干扰信号。若要测试接收机的最大抑制能力，可循环叠加干扰信号的输出幅度，这个可以产生波形文件数据时，改变干扰信号和测试信道信号的比值来实现。
在测试完邻道信道抑制后，矢量信号源调用C信号的波形文件：
SigGen.WriteString″:RADio:CUSTom:DATA″″waveform-C″″″
设置仪器的信号输出幅度为接收机灵敏度加3dB：
SigGen.WriteString″:Power″&Str(RX+3)&″dBm″
触发矢量信号源的信号输出，PC机在串口检查接收到的包的个数，根据IEEE802.15.4规范，当传输1000个包，模块的误包率小于1％的情况下的，至少能够抑制相间信道30dB以上的干扰信号。若要测试接收机的最大抑制能力，可循环叠加干扰信号的输出幅度，这个可以产生波形文件数据时，改变干扰信号和测试信道信号的比值来实现。
如图2所示是A信号的频谱图，将矢量信号源的输出端通过SMA-SMA的射频连接线接到频谱仪上，图2为在频谱仪的相关设置如下所示：
1.中心频率(CF)为2.415GHz
2.带宽(SPAN)为10MHz
3.RBW＝20KHz，VBW＝50KHz
如图3所示是B信号的频谱图，待测信道为2.415GHz，邻道干扰为2.41GHz。将矢量信号源的输出端通过SMA-SMA的射频连接线接到频谱仪上，图3为在频谱仪的相关设置如下所示：
1.中心频率(CF)为2.415GHz
2.带宽(SPAN)为25MHz
3.RBW＝10KHz，VBW＝10KHz
如图4所示是C信号的频谱图，待测信道为2.415GHz，相间信道干扰为2.405GHz。将矢量信号源的输出端通过SMA-SMA的射频连接线接到频谱仪上，图4为在频谱仪的相关设置如下所示：
1.中心频率(CF)为2.41GHz
2.带宽(SPAN)为20MHz
3.RBW＝210KHz，VBW＝50KHz
如图5所示是本发明待测模块相一致的电路示意图。其中外置处理单元(MCU单元)与无线收发单元通过总线连接，二者构成能够实现各种功能的无线数据传输。本实施例采用了由飞思卡尔提供的一款SoC芯片MC13213，该芯片集成了MCU微处理器单元和2.4GHz的无线收发单元。MCU微处理器单元和2.4GHz的无线收发单元之间通过SPI串口总线相连接。MCU微处理器单元是一个8位的HCS08内核的处理器，其集成了通用串口和定时/计时器等一系列功能。无线收发单元的频段选择的是2.4GHz的ISM频段，其物理层是按照IEEE802.15.4的标准来设计的，它的数据传输速率为250kbps，该频带划分为16个信道，每个信道占5MHz的带宽。采用直接序列扩频(DSSS)和0-QPSK的调试方式，提高了无线信号的抗干扰能力。PC机可以通过RS-232接口对待测模块发送配置信息，例如工作模式，工作信道，输出功率等等。模块通过SMA与矢量信号源相连，接收矢量信号源发出的信号。测试接收机性能。
如图6所示是本发明传感器网络节点抗干扰测试系统的工作流程图，它是根据IEEE802.15.4规范要求，对待测模块16个信号的抗干扰能力的验证性测试。测试开始后，先对矢量信号源初始化，然后判断待测项有哪些，若选择了“邻道干扰”测试项，则程序先开始测试“信道1”，通过串口配置待测模块的信道，通过GPIB/LAN口配置仪器的输出频率，触发矢量信号源的B波形文件(文件中包含1000个测试包)，待测模块会将接收到的包吐到RS-232串口，PC机通过检查串口接收到包的个数是否大于990来判断待测模块是否通过该信道的邻道干扰测试，测试结果将自动通过EXCEL显示出来，“信道1”测试完了，测试“信道2”，依次类推……直到16个信道测试完成。若选择了“相间信道干扰”测试项，则程序先开始测试“信道1”，通过串口配置待测模块的信道，通过GPIB/LAN口配置仪器的输出频率，触发矢量信号源的C波形文件(文件中包含1000个测试包)，待测模块会将接收到的包吐到RS-232串口，PC机通过检查串口接收到包的个数是否大于990来判断待测模块是否通过该信道的相间信道干扰测试，测试结果将自动通过EXCEL显示出来，“信道1”测试完了，测试“信道2”，依次类推……直到16个信道测试完成。测试结果将自动保存在EXCEL表格中。
经测试证明，本发明所设计的传感器网络节点抗干扰测试系统及控制方法应用于实验测试和生产测试中，不仅实现了对传统的传感器网络节点抗干扰测试系统的优化，也同时大大降低了进行抗干扰测试的硬件条件，节约了测试成本。降低了测试系统的复杂度，提高了测试结果的准确性以及测试效率。
Claims (3)
1.一种传感器网络节点抗干扰测试系统，包括矢量信号发生器和PC机，所述矢量信号发生器通过GPIB/LAN接口与PC机相连，其特征在于，所述PC机通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加，并将生成的波形文件下载到矢量信号发生器中，所述矢量信号发生器带有内部基带产生器并且同时产生待测信道信号和干扰信号，所述矢量信号发生器通过SMA接口与待测模块相连，所述待测模块通过RS-232串口与PC机相连；所述PC机还包括用于测试待测模块的抗干扰能力的测试验证模块。
2.根据权利要求1所述的传感器网络节点抗干扰测试系统，其特征在于，所述矢量信号发生器为安捷伦E4438C矢量信号发生器。
3.一种传感器网络节点抗干扰测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在PC机上通过Matlab仿真软件对信号进行频谱搬移和叠加；
(2)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，将生成的波形文件下载到矢量信号源中；
(3)PC机通过GPIB/LAN接口远程控制矢量信号源，将矢量信号源调制到待测信道的频率并调整幅度，通过矢量信号源同时产生待测信道信号和干扰信号；
(4)选择测试项目，通过串口配置待测模块的信道，触发一定数量的相应测试包；
(5)PC机通过检查串口接收到测试包的数量来验证待测模块的抗干扰能力。
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Granted publication date: 20160120 |