通信設備檢測標準與評估問題的探討

徐濟仁 俞紅兵 金虎 張進 錢峰

摘 要： 本文針對通信設備的老化、檢測規程、檢測標準和評估問題進行了全面探討。通過獲取元器件、芯片、線纜的老化規律，研究通信設備的指標老化模型，建立通信設備檢測時性能測試標準值的確定模型。利用實測數據，反復修改模型和算法，最后確定通信設備檢測的評定標準，為進一步開展實際通信設備檢測工作提供可參照的理論依據和實踐基礎。

關鍵詞： 通信設備; 檢測;老化; 檢測規程; 檢測標準; 評估

文章編號： 2095-2163（2021）03-0130-04 中圖分類號：TN806 文獻標志碼：A

【Abstract】In this paper， the aging， testing procedures， testing standards and evaluation of communication equipment are discussed from all aspects. By obtaining the aging law of components， chips and cables， the index aging model of communication equipment is studied， and the determination model of performance test standard value during communication equipment testing is established. By using the measured data， the model and algorithm are repeatedly modified， and the evaluation standard of communication equipment testing is finally determined. For the next step to carry out the actual communication equipment detection work， the paper could provide a theoretical basis and practical basis for reference.

【Key words】 communication equipment; testing; aging; testing procedures; testing standards; evaluation

0 引 言

作為一種結構復雜的電子設備，通信設備是由大量的元器件、IC芯片、阻抗器件、各種連接線纜等構成。在使用過程中，由于受環境因素、器件老化、使用情況等因素影響，各項指標會慢慢衰減，最終會因為性能下降而被淘汰。因此，在通信設備使用過程中，全面了解通信設備的工作狀態，開展設備的性能指標檢測，是十分必要的。

通信設備檢測的標準與評估涉及到理論模型與實際測量通信設備性能指標兩部分內容。總體研究思路框架如圖1所示。對此擬做研究闡述如下。

在理論模型方面，研究典型器件，如：元器件、芯片、線纜等老化規律，建立常用器件、面板、機柜和通信設備的老化速率、老化概率曲線與公式模型，摸清設備老化與通信設備性能指標之間的變化規律。借助數據融合處理方法，進而掌握通信設備使用現狀、典型應用環境下通信設備性能指標的變化規律。建立通信設備檢測時性能測試標值的模型，從實際情況出發，根據檢測特點來確定設備的檢測指標，檢測方法也是切實可行的，并針對檢測的特點確定結果評估標準;解決通信設備檢測的評定標準，即“檢測結果評定”問題。

另一方面，編寫具體型號的通信設備檢測規程。每季度進行一次設備性能指標檢測，并進行詳細的記錄。運用大數據分析實測數據，研究曲線擬合法、維納濾波、KALMAN濾波等方法在實測數據分析的應用，將模型與算法得到的性能測試標準，與實測得到的值進行比對，利用誤差平方和最小（LMS）的準則，反復修改模型和算法。

為了獲得可信度高、科學性強的通信設備的性能指標標準值，必須以通信設備實測數據作為基礎，通過合理分析元器件、芯片、線纜的老化規律，結合設備工作環境、設備使用情況、設備維護保養、設備故障修理等參數，理清性能指標信號流程，經過融合處理后，得到通信設備的指標老化模型，再與通信設備指標實測數據加以比對，進一步修改通信設備檢測標準值的模型與算法。

1 關鍵研究技術

1.1 獲取元器件、芯片、線纜的老化規律

對于工藝制造過程中可能存在的一系列缺陷，如表面沾污、引線焊接不良、溝道漏電、硅片裂紋、氧化層缺陷和局部發熱點等，在一定的環境溫度下、較長的時間內對元器件施加環境壓力，其中不僅包括溫度壓力，還包括其它很多應力，例如溫度循環、隨機振動等，通過電熱應力的綜合作用，催發元器件內部的各種物理、化學反應過程，促使隱藏在元器件內部的各種潛在缺陷暴露出來。

研究可知，老化是元器件長期工作后表現出來的正常現象。大部分元器件的老化過程十分緩慢。小功耗的二、三極管、MOS管一般是在十萬小時以上（每天工作6～7 h，可用30年），運放、數字穩壓IC，核心元器件（CPU、MCU、DSP）屬多種元件混合，其中單個元件也是十萬小時以上，各種金膜/氧膜/繞線等電阻、各種小功耗電感、變壓器，而對此則無需考慮其使用壽命。鋁電解/鉭電解/陶瓷等電容與時間有關，最少也有十年。

大量的使用和試驗表明，電子元器件失效與時間曲線的特征是兩端高、中間低，呈浴盆狀，通常稱浴盆曲線。軍需產品的失效曲線在其壽命期內基本上是一條平穩的直線，但也不排除存在少量低劣產品早期失效或很快進入耗損失效期。通常情況下，生產廠家是通過可靠性試驗來測算元器件的可靠性指標，并分析元器件的失效原因。

常用的元器件的可靠性指標容易獲得，通信設備可能會使用部分專用器件，這些專用器件的可靠性指標在獲取上會較為困難。此時，就可通過查閱隨機資料，或者聯系生產廠家來獲取這些器件的可靠性指標。

常用元器件的可靠性指標主要有可靠度或可靠度函數、失效概率或累積失效概率、失效率與瞬時失效率、失效密率或失效密率函數、壽命等。在得到了這些可靠性指標后，就要運用數理統計工具和有關模擬仿真軟件來獲取元器件、芯片、線纜的老化規律。

1.2 研究通信設備的指標老化模型

通信設備是由大量元器件、芯片、線纜組合而成的一個有機整體，其中的每一個元器件、芯片、線纜都對通信設備的指標有著或多或少的影響。結合設備的工作環境、使用情況、維護保養、故障修理等參數，梳理性能指標信號流程，并經融合處理后，得到通信設備的指標老化模型。考慮到不同性能指標使用設備的模塊不一樣，頻次也不同，這些均會對設備的性能指標產生影響。將這些因素綜合起來，構成通信設備性能指標的老化規律。

有些元器件、芯片、線纜是串聯使用的，有些是并聯使用的，有些既非串聯、也非并聯，結合前文分析得到的元器件、芯片、線纜的老化規律，通過類似“與”、“或”、“非”的邏輯運算，即可得到模塊、面板、機柜和整個通信設備的老化規律。除此之外，有些元器件、芯片、線纜的關系卻既非串聯、也非并聯，分析起來稍微復雜些。此時可以通過類似“并集”、“或集”、“非”、“子集”的集合運算，嘗試得到模塊、面板、機柜和整個通信設備的老化規律。

通信設備的其它因素也會對通信設備的性能指標構成一定的影響，如設備工作環境、設備使用情況、設備維護保養、設備故障修理等參數。與此同時，性能指標信號流程也會影響通信設備的性能指標的變化規律。綜合考慮上述因素，并經融合處理后，就可得到通信設備的指標老化規律模型。至此，可得通信設備的指標老化規律的設計研發流程如圖2所示。

1.3 編寫具體型號的通信設備檢測規程

初步選定通信設備XXX作為實測對象。目前，XXX大都有配備，盡可能多地利用當下的設備條件。通信設備XXX地域分布范圍廣，使用條件差別較大，制定規范的XXX檢測規程，保證實測數據的規范性、連續性和一致性。

根據使用環境、人員和設備條件，結合相關國家標準，有針對性地制訂出相應的具體型號設備檢測規程，具有可操作性，細化到哪個機柜、哪個面板、哪個模塊、哪個測試點，進行規范和統一編號。

設備使用一段時間后，性能就會下降，因此在不同的測試時間，測試的結果也會不一樣。故而研究中尤為重點強調了通信設備的“初始狀態比對”，即在接裝后，調整至預定的測試條件下，對設備的性能重新進行測試，記下此時的測量結果，作為將來比對的標準，固化原來的初始狀態。

在檢測時，由于檢測手段、檢測條件和廠家的工作場景差別極大，現有廠家指標的參考標準幾乎不具備參考價值，必須根據實際情況，建立與之相適應的模型和算法，再推演出合適的設備達標的性能指標值。而這些性能指標值和現有廠家、試驗基地使用的設備出廠的性能指標值的差別較大。因此，研究建議：可根據檢測的條件，建立相應的模型和算法，給出設備檢測時性能測試達標的標準值。

檢測項目包括：靈敏度、動態范圍、測頻誤差、頻率分辨力、頻率搜索速度、調制方式識別、解調能力、輻射功率、干擾帶寬、瞄頻誤差、天線駐波比。這些都是設備的主要性能指標，基本上反映了設備當前的技術狀態。

2 主要技術方法解析

建立通信設備檢測時性能測試標準值的基礎模型，利用實測數據，反復修改模型和算法。每季度進行一次設備性能指標檢測，并詳細記錄下檢測結果。運用大數據分析實測數據，研究曲線擬合法、維納濾波、KALMAN濾波等方法在實測數據分析的應用，將模型與算法得到的性能測試標準，與實測值進行比對，再利用誤差平方和最小（LMS）的準則，反復修改模型和算法。性能指標標準值與實測值進行比對流程圖如圖3所示。

2.1 曲線擬合法

曲線擬合法理論已然非常成熟，在建模、數據分析、信號處理等領域有著廣泛的應用。其中，關于事后處理，在大學物理和化學實驗中則會經常見到。

經過多年的技術積累，現已研發得出了對測向站數據的最小二乘算法，而且首次提出了測向領域的遞推最小二乘算法。目前，已完全可以將測向站數據的處理方法應用于通信設備XXX性能指標實測值的事后處理。

2.2 維納濾波和KALMAN濾波

維納濾波、KALMAN濾波已是數據處理的經典算法。理論上也很成熟。前期研究中，運用維納濾波、KALMAN濾波，來濾除信號中噪聲，效果一般。經由分析可知，主要存在以下問題：

（1）KALMAN濾波的初值問題。KALMAN濾波的初值選擇比較重要，通常在前面若干數據進行加權處理，作為初始值。權值的選取不規范。

（2）KALMAN濾波在迭代過程中，有時會發散。這方面的處理，目前的經驗尚且不足。

（3）按每季度一次，一年4次，2年8次計算，數據量十分有限。有些變化較為緩慢的性能指標難以體現出來。

3 研究通信設備檢測的評定標準

從實際情況出發，根據檢測特點來確定設備的檢測指標，檢測方法也是在現實條件下切實可行的，并針對檢測的特點給出了結果評估標準;通過模型測算值與實測值的比對，綜合判定設備能不能達標。采取實裝實測方式，初步選定通信設備XXX進行效能驗證，最終掌握通信設備實際效能和邊界使用條件。設備實測數據每個季度輸出一次。

實測XXX的性能指標包括：靈敏度、動態范圍、測頻誤差、頻率分辨力、頻率搜索速度、調制方式識別、解調能力、輻射功率、干擾帶寬、瞄頻誤差、天線駐波比。

根據本次研究建立的模型和算法，給出的通信設備XXX的性能指標標準值，與實測數據進行比對。有的性能指標可能超標，有的性能指標可能不達標。如何來界定整個設備是否達標，這個問題的解決方法也仍亟待加以完善。

常用的方法是加權處理，不同的性能指標賦予不同的權值，在此基礎上進行加權處理。見表1。

接下來，研究中將用到如下公式：

將計算結果J與某一閾值J0進行比對，大于某一閾值J0，判定為設備XXX達標。小于某一閾值J0，則判定為設備XXX不達標。

4 結束語

本文研發算法還存在如下問題：

（1）系統開環，沒有反饋機制，需要與某一參考值進行比對，反向修正權值，系統形成一個閉環。

（2）權值的選取具有很大的隨意性，沒有一個很明確的參考依據。

這些都有待后期的進一步深入解決。目前，也正在探討其它的解決方法。

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