CN109547568A - 一种用于物联网的微波网络参数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于物联网的微波网络参数测试装置及测试方法，该装置包括射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元、物联网接口、电源单元和时钟单元，该测试装置不仅具有传统矢量网络分析仪测试微波网络参数的功能，而且可通过LAN协议接入到物联网中，因而能将测试数据直接上传至物联网云服务器中进行深度处理和共享。本发明支持远程控制，操作方便，配置灵活，而且相比于传统网络参数分析仪的昂贵价格，本发明省去了工控机、显示屏、按键板等模块，实现了仪器的小型化和模块化，显著降低了价格成本。

Description

一种用于物联网的微波网络参数测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及微波网络参数测试领域，具体涉及一种用于物联网的微波网络参数测试装置及测试方法。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，通过智能感知、识别技术等通信感知技术，使得任何物品与物品之间均可以进行信息交换和通信，也就是物物相息，人们可以通过物联网实现更加精细和动态的生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率，提升生产力水平，同时大大节约生产管理成本。如果能够将众多的测试测量仪器接入物联网中，将每一个独立的测试仪器得到的测试数据及时上传到物联网的云服务器中，在云服务器中通过大数据分析技术对测试数据进行统计分析和信息挖掘，可实现数据的共享和硬件资源的一体化管理，这样能够有效整合现有资源，实现资源调配，提高服务管理效率，同时降低管理运营成本。

目前，传统的微波毫米波测试测量领域存在着大量测试仪器以及海量的测试数据，但是这些仪器都是独立运行，而且得到的测试数据均存储在本地存储器中，无法实现数据共享，更无法实现微波测试仪器等贵重资源的共享。现有的台式矢量网络分析仪也不例外，作为微波毫米波测试测量领域的经典仪器，矢量网络分析仪不仅价格昂贵，而且通常是单台仪器独立使用，由于不能接入物联网中导致无法实现大数据分析和资源共享。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明的第一目的是提供了一种用于物联网的微波网络参数测试装置，该装置不仅具有传统台式矢量网络分析仪测试微波网络参数的功能，而且可接入到物联网中，从而实现测试数据的共享和硬件资源的一体化管理。

本发明采用以下的技术方案：

一种用于物联网的微波网络参数测试装置，包括射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元、物联网接口、电源单元和时钟单元，5路接收通道分别与射频单元和数字信号处理单元相连，数字信号处理单元与主控制器单元相连，主控制器单元与物联网接口相连，射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口均与电源单元和时钟单元相连。

优选地，物联网接口与物联网云服务器相连。

本发明的第二目的是提供了一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法。

一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：电源单元工作，为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口供电；

步骤2：数字信号处理单元对5路接收通道和时钟单元进行初始化配置；

步骤3：时钟单元工作，为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口提供工作时钟；

步骤4：物联网接口接收来自物联网云服务器的控制命令，并转发给主控制器单元，由主控制器单元对物联网云服务器的命令进行处理；

步骤5：5路接收通道分别接收射频单元混频得到的5路模拟中频信号，并对其进行调放大、滤波、调理和采样，得到数字化的中频信号；

步骤6：数字信号处理单元接收到5路数字化的中频信号后，对其进行数字信号处理，然后将处理结果发送给主控制器单元；

步骤7：主控制器单元对数字信号处理单元处理后的数据进行深度处理，并通过物联网接口将最终数据发送给物联网云服务器；

步骤8：物联网云服务器对测试数据进行大数据处理，挖掘有用信息，实现数据共享。

优选地，步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1：数字信号处理单元的核心元器件采用高性能现场可编程门阵列，现场可编程门阵列在上电之后加载程序以实现自身初始化配置；

步骤2.2：现场可编程门阵列通过SPI总线分别对5路接收通道的模数转换器进行初始化配置，配置参数包括输出通道数、采样频率；

步骤2.3：现场可编程门阵列通过SPI总线对时钟单元进行初始化配置，配置参数包括输出时钟频率、时钟相位、时钟电平标准。

优选地，步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1：时钟单元输出5路120MHz的差分时钟，分别送至5个接收通道的模数转换器的时钟输入引脚，用作模数转换器的采样时钟；

步骤3.2：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作主控制器单元的系统时钟；

步骤3.3：时钟单元输出1路32kHz的时钟，用作主控制器单元的待机时钟；

步骤3.4：时钟单元输出1路100MHz的时钟，用作数字信号处理单元的系统时钟；

步骤3.5：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作物联网接口单元的参考时钟。

优选地，步骤4包括以下子步骤：

步骤4.1：物联网云服务器将控制命令通过LAN协议传输至物联网接口的PHY芯片；

步骤4.2：物联网接口的PHY芯片通过RMII协议将控制命令发给主控制器单元；

步骤4.3：主控制器单元接收到物联网云服务器发来的控制命令后，对其进行解析、译码，并据此执行扫描控制和总体任务调度。

优选地，步骤5包括：

5路接收通道分别接收射频单元混频得到的模拟中频信号，每一路接收通道均使用放大器对模拟中频信号进行放大，以提高其信噪比；然后用抗混叠滤波器将模拟中频信号中的高频分量滤除，防止频谱混叠；最后用模数转换器对模拟中频信号进行采样，并将采样信号发送到数字信号处理单元。

优选地，步骤6包括以下子步骤：

步骤6.1：数字信号处理单元同时接收5路接收通道发送过来的采样信号；

步骤6.2：对采样信号进行数字信号处理，包括串并转换、下变频、CIC抽取和FIR滤波，并对处理结果进行存储；

步骤6.3：数字信号处理单元将处理结果通过FMC总线发送给主控制器单元。

优选地，步骤7具体包括：

主控制器单元接收数字信号处理单元发送过来的处理数据，并对其进行深度处理，得到最终数据；主控制器单元将最终数据通过RMII协议发送给物联网接口的PHY芯片。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的测试装置不仅具有传统矢量网络分析仪测试微波网络参数的功能，而且可通过LAN协议接入到物联网中，因而能将测试数据直接上传至物联网云服务器中进行深度处理和共享。本发明支持远程控制，操作方便，配置灵活，而且相比于传统网络参数分析仪的昂贵价格，本发明省去了工控机、显示屏、按键板等模块，实现了仪器的小型化和模块化，显著降低了价格成本。

附图说明

图1为用于物联网的微波网络参数测试装置的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

实施例1

结合图1，一种用于物联网的微波网络参数测试装置，包括射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元、物联网接口、电源单元和时钟单元，5路接收通道分别与射频单元和数字信号处理单元相连，数字信号处理单元与主控制器单元相连，主控制器单元与物联网接口相连，射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口均与电源单元和时钟单元相连。

物联网接口与物联网云服务器相连。

5路接收通道的作用是分别接收射频单元混频得到的5路模拟中频信号，分别对5路模拟中频信号进行放大、滤波、调理、采样，得到数字化的中频信号。

数字信号处理单元的作用是对采样数据进行数字信号处理，包括串并转换、下变频、CIC抽取、FIR滤波等处理，同时对5路接收通道的硬件进行控制。

主控制器单元是本发明的核心单元，负责扫描控制和总体任务调度，对数字信号处理单元处理后的数据作深度处理,通过物联网接口实现与物联网云服务器的数据交互，对物联网云服务器发送过来的命令进行接收、解析、译码和执行。

物联网接口是LAN协议接口，支持10M/100M全双工网络连接，是本发明接入物联网云服务器的关键接口。

电源单元产生本发明所有的硬件模块所需要的不同电源。

时钟单元为接收通道提供采样时钟，为数字信号处理单元提供系统时钟，为主控制器单元提供系统时钟和待机时钟，为物联网接口单元提供参考时钟。

实施例2

应用以上测试装置的测试方法：

一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：电源单元工作，分别为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口供电。

步骤2：数字信号处理单元对5路接收通道和时钟单元进行初始化配置。

步骤2.1：数字信号处理单元的核心元器件采用高性能现场可编程门阵列，现场可编程门阵列在上电之后加载程序以实现自身初始化配置；

步骤2.2：现场可编程门阵列通过SPI总线分别对5路接收通道的模数转换器进行初始化配置，配置参数包括输出通道数、采样频率等；

步骤2.3：现场可编程门阵列通过SPI总线对时钟单元进行初始化配置，配置参数包括输出时钟频率、时钟相位、时钟电平标准等。

步骤3：时钟单元工作，分别为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口提供工作时钟；

步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1：时钟单元输出5路120MHz的差分时钟，分别送至5个接收通道的模数转换器的时钟输入引脚，用作模数转换器的采样时钟；

步骤3.2：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作主控制器单元的系统时钟；

步骤3.3：时钟单元输出1路32kHz的时钟，用作主控制器单元的待机时钟；

步骤3.4：时钟单元输出1路100MHz的时钟，用作数字信号处理单元的系统时钟；

步骤3.5：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作物联网接口单元的参考时钟。

步骤4：物联网接口接收来自物联网云服务器的控制命令，并转发给主控制器单元，由主控制器单元对物联网云服务器的命令进行处理；

步骤4包括以下子步骤：

步骤4.1：物联网云服务器将控制命令通过LAN协议传输至物联网接口的PHY芯片；

步骤4.2：物联网接口的PHY芯片通过RMII协议将控制命令发给主控制器单元；

步骤4.3：主控制器单元接收到物联网云服务器发来的控制命令后，对其进行解析、译码，并据此执行扫描控制和总体任务调度。

步骤5：5路接收通道分别接收射频单元混频得到的5路模拟中频信号，并对其进行调放大、滤波、调理和采样，得到数字化的中频信号；

5路接收通道分别接收射频单元混频得到的模拟中频信号，每一路接收通道均使用放大器对模拟中频信号进行放大，以提高其信噪比；然后用抗混叠滤波器将模拟中频信号中的高频分量滤除，防止频谱混叠；最后用模数转换器对模拟中频信号进行采样，并将采样信号发送到数字信号处理单元。

步骤6：数字信号处理单元接收到5路数字化的中频信号后，对其进行数字信号处理，然后将处理结果发送给主控制器单元；

步骤6包括以下子步骤：

步骤6.1：数字信号处理单元同时接收5路接收通道发送过来的采样信号；

步骤6.2：对采样信号进行数字信号处理，包括串并转换、下变频、CIC抽取和FIR滤波等，并对处理结果进行存储；

步骤6.3：数字信号处理单元将处理结果通过FMC总线发送给主控制器单元。

步骤7：主控制器单元对数字信号处理单元处理后的数据进行深度处理，并通过物联网接口将最终数据发送给物联网云服务器；

具体为，主控制器单元接收数字信号处理单元发送过来的处理数据，并对其进行深度处理，得到最终数据；主控制器单元将最终数据通过RMII协议发送给物联网接口的PHY芯片。

步骤8：物联网云服务器对测试数据进行大数据处理，挖掘有用信息，实现数据共享。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于物联网的微波网络参数测试装置，其特征在于，包括射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元、物联网接口、电源单元和时钟单元，5路接收通道分别与射频单元和数字信号处理单元相连，数字信号处理单元与主控制器单元相连，主控制器单元与物联网接口相连，射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口均与电源单元和时钟单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置，其特征在于，物联网接口与物联网云服务器相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：电源单元工作，为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口供电；

步骤2：数字信号处理单元对5路接收通道和时钟单元进行初始化配置；

步骤3：时钟单元工作，为射频单元、5路接收通道、数字信号处理单元、主控制器单元和物联网接口提供工作时钟；

步骤4：物联网接口接收来自物联网云服务器的控制命令，并转发给主控制器单元，由主控制器单元对物联网云服务器的命令进行处理；

步骤5：5路接收通道分别接收射频单元混频得到的5路模拟中频信号，并对其进行调放大、滤波、调理和采样，得到数字化的中频信号；

步骤6：数字信号处理单元接收到5路数字化的中频信号后，对其进行数字信号处理，然后将处理结果发送给主控制器单元；

步骤7：主控制器单元对数字信号处理单元处理后的数据进行深度处理，并通过物联网接口将最终数据发送给物联网云服务器；

步骤8：物联网云服务器对测试数据进行大数据处理，挖掘有用信息，实现数据共享。

4.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1：数字信号处理单元的核心元器件采用高性能现场可编程门阵列，现场可编程门阵列在上电之后加载程序以实现自身初始化配置；

步骤2.2：现场可编程门阵列通过SPI总线分别对5路接收通道的模数转换器进行初始化配置，配置参数包括输出通道数、采样频率；

步骤2.3：现场可编程门阵列通过SPI总线对时钟单元进行初始化配置，配置参数包括输出时钟频率、时钟相位、时钟电平标准。

5.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1：时钟单元输出5路120MHz的差分时钟，分别送至5个接收通道的模数转换器的时钟输入引脚，用作模数转换器的采样时钟；

步骤3.2：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作主控制器单元的系统时钟；

步骤3.3：时钟单元输出1路32kHz的时钟，用作主控制器单元的待机时钟；

步骤3.4：时钟单元输出1路100MHz的时钟，用作数字信号处理单元的系统时钟；

步骤3.5：时钟单元输出1路25MHz的时钟，用作物联网接口单元的参考时钟。

6.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤4包括以下子步骤：

步骤4.1：物联网云服务器将控制命令通过LAN协议传输至物联网接口的PHY芯片；

步骤4.2：物联网接口的PHY芯片通过RMII协议将控制命令发给主控制器单元；

步骤4.3：主控制器单元接收到物联网云服务器发来的控制命令后，对其进行解析、译码，并据此执行扫描控制和总体任务调度。

7.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤5包括：

5路接收通道分别接收射频单元混频得到的模拟中频信号，每一路接收通道均使用放大器对模拟中频信号进行放大，以提高其信噪比；然后用抗混叠滤波器将模拟中频信号中的高频分量滤除，防止频谱混叠；最后用模数转换器对模拟中频信号进行采样，并将采样信号发送到数字信号处理单元。

8.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤6包括以下子步骤：

步骤6.1：数字信号处理单元同时接收5路接收通道发送过来的采样信号；

步骤6.2：对采样信号进行数字信号处理，包括串并转换、下变频、CIC抽取和FIR滤波，并对处理结果进行存储；

步骤6.3：数字信号处理单元将处理结果通过FMC总线发送给主控制器单元。

9.根据权利要求3所述的一种用于物联网的微波网络参数测试装置的测试方法，其特征在于，步骤7具体包括：

主控制器单元接收数字信号处理单元发送过来的处理数据，并对其进行深度处理，得到最终数据；主控制器单元将最终数据通过RMII协议发送给物联网接口的PHY芯片。