徐濟仁 俞紅兵 金虎 張進 錢峰

摘 要： 本文針對通信設(shè)備的老化、檢測規(guī)程、檢測標(biāo)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(guī)律，研究通信設(shè)備的指標(biāo)老化模型，建立通信設(shè)備檢測時性能測試標(biāo)準值的確定模型。利用實測數(shù)據(jù)，反復(fù)修改模型和算法，最后確定通信設(shè)備檢測的評定標(biāo)準，為進一步開展實際通信設(shè)備檢測工作提供可參照的理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 通信設(shè)備; 檢測;老化; 檢測規(guī)程; 檢測標(biāo)準; 評估

文章編號： 2095-2163（2021）03-0130-04 中圖分類號：TN806 文獻標(biāo)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子設(shè)備，通信設(shè)備是由大量的元器件、IC芯片、阻抗器件、各種連接線纜等構(gòu)成。在使用過程中，由于受環(huán)境因素、器件老化、使用情況等因素影響，各項指標(biāo)會慢慢衰減，最終會因為性能下降而被淘汰。因此，在通信設(shè)備使用過程中，全面了解通信設(shè)備的工作狀態(tài)，開展設(shè)備的性能指標(biāo)檢測，是十分必要的。

通信設(shè)備檢測的標(biāo)準與評估涉及到理論模型與實際測量通信設(shè)備性能指標(biāo)兩部分內(nèi)容?？傮w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(guī)律，建立常用器件、面板、機柜和通信設(shè)備的老化速率、老化概率曲線與公式模型，摸清設(shè)備老化與通信設(shè)備性能指標(biāo)之間的變化規(guī)律。借助數(shù)據(jù)融合處理方法，進而掌握通信設(shè)備使用現(xiàn)狀、典型應(yīng)用環(huán)境下通信設(shè)備性能指標(biāo)的變化規(guī)律。建立通信設(shè)備檢測時性能測試標(biāo)值的模型，從實際情況出發(fā)，根據(jù)檢測特點來確定設(shè)備的檢測指標(biāo)，檢測方法也是切實可行的，并針對檢測的特點確定結(jié)果評估標(biāo)準;解決通信設(shè)備檢測的評定標(biāo)準，即“檢測結(jié)果評定”問題。

另一方面，編寫具體型號的通信設(shè)備檢測規(guī)程。每季度進行一次設(shè)備性能指標(biāo)檢測，并進行詳細的記錄。運用大數(shù)據(jù)分析實測數(shù)據(jù)，研究曲線擬合法、維納濾波、KALMAN濾波等方法在實測數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，將模型與算法得到的性能測試標(biāo)準，與實測得到的值進行比對，利用誤差平方和最?。↙MS）的準則，反復(fù)修改模型和算法。

為了獲得可信度高、科學(xué)性強的通信設(shè)備的性能指標(biāo)標(biāo)準值，必須以通信設(shè)備實測數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過合理分析元器件、芯片、線纜的老化規(guī)律，結(jié)合設(shè)備工作環(huán)境、設(shè)備使用情況、設(shè)備維護保養(yǎng)、設(shè)備故障修理等參數(shù)，理清性能指標(biāo)信號流程，經(jīng)過融合處理后，得到通信設(shè)備的指標(biāo)老化模型，再與通信設(shè)備指標(biāo)實測數(shù)據(jù)加以比對，進一步修改通信設(shè)備檢測標(biāo)準值的模型與算法。

1 關(guān)鍵研究技術(shù)

1.1 獲取元器件、芯片、線纜的老化規(guī)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(fā)熱點等，在一定的環(huán)境溫度下、較長的時間內(nèi)對元器件施加環(huán)境壓力，其中不僅包括溫度壓力，還包括其它很多應(yīng)力，例如溫度循環(huán)、隨機振動等，通過電熱應(yīng)力的綜合作用，催發(fā)元器件內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)過程，促使隱藏在元器件內(nèi)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(xiàn)出來的正常現(xiàn)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(shù)字穩(wěn)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(guān)，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(chǎn)品的失效曲線在其壽命期內(nèi)基本上是一條平穩(wěn)的直線，但也不排除存在少量低劣產(chǎn)品早期失效或很快進入耗損失效期。通常情況下，生產(chǎn)廠家是通過可靠性試驗來測算元器件的可靠性指標(biāo)，并分析元器件的失效原因。

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

常用元器件的可靠性指標(biāo)主要有可靠度或可靠度函數(shù)、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(shù)、壽命等。在得到了這些可靠性指標(biāo)后，就要運用數(shù)理統(tǒng)計工具和有關(guān)模擬仿真軟件來獲取元器件、芯片、線纜的老化規(guī)律。

1.2 研究通信設(shè)備的指標(biāo)老化模型

通信設(shè)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(shè)備的指標(biāo)有著或多或少的影響。結(jié)合設(shè)備的工作環(huán)境、使用情況、維護保養(yǎng)、故障修理等參數(shù)，梳理性能指標(biāo)信號流程，并經(jīng)融合處理后，得到通信設(shè)備的指標(biāo)老化模型?？紤]到不同性能指標(biāo)使用設(shè)備的模塊不一樣，頻次也不同，這些均會對設(shè)備的性能指標(biāo)產(chǎn)生影響。將這些因素綜合起來，構(gòu)成通信設(shè)備性能指標(biāo)的老化規(guī)律。

有些元器件、芯片、線纜是串聯(lián)使用的，有些是并聯(lián)使用的，有些既非串聯(lián)、也非并聯(lián)，結(jié)合前文分析得到的元器件、芯片、線纜的老化規(guī)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(shè)備的老化規(guī)律。除此之外，有些元器件、芯片、線纜的關(guān)系卻既非串聯(lián)、也非并聯(lián)，分析起來稍微復(fù)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(shè)備的老化規(guī)律。

通信設(shè)備的其它因素也會對通信設(shè)備的性能指標(biāo)構(gòu)成一定的影響，如設(shè)備工作環(huán)境、設(shè)備使用情況、設(shè)備維護保養(yǎng)、設(shè)備故障修理等參數(shù)。與此同時，性能指標(biāo)信號流程也會影響通信設(shè)備的性能指標(biāo)的變化規(guī)律。綜合考慮上述因素，并經(jīng)融合處理后，就可得到通信設(shè)備的指標(biāo)老化規(guī)律模型。至此，可得通信設(shè)備的指標(biāo)老化規(guī)律的設(shè)計研發(fā)流程如圖2所示。

1.3 編寫具體型號的通信設(shè)備檢測規(guī)程

初步選定通信設(shè)備XXX作為實測對象。目前，XXX大都有配備，盡可能多地利用當(dāng)下的設(shè)備條件。通信設(shè)備XXX地域分布范圍廣，使用條件差別較大，制定規(guī)范的XXX檢測規(guī)程，保證實測數(shù)據(jù)的規(guī)范性、連續(xù)性和一致性。

根據(jù)使用環(huán)境、人員和設(shè)備條件，結(jié)合相關(guān)國家標(biāo)準，有針對性地制訂出相應(yīng)的具體型號設(shè)備檢測規(guī)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(guī)范和統(tǒng)一編號。

設(shè)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(jié)果也會不一樣。故而研究中尤為重點強調(diào)了通信設(shè)備的“初始狀態(tài)比對”，即在接裝后，調(diào)整至預(yù)定的測試條件下，對設(shè)備的性能重新進行測試，記下此時的測量結(jié)果，作為將來比對的標(biāo)準，固化原來的初始狀態(tài)。

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(xiàn)有廠家指標(biāo)的參考標(biāo)準幾乎不具備參考價值，必須根據(jù)實際情況，建立與之相適應(yīng)的模型和算法，再推演出合適的設(shè)備達標(biāo)的性能指標(biāo)值。而這些性能指標(biāo)值和現(xiàn)有廠家、試驗基地使用的設(shè)備出廠的性能指標(biāo)值的差別較大。因此，研究建議：可根據(jù)檢測的條件，建立相應(yīng)的模型和算法，給出設(shè)備檢測時性能測試達標(biāo)的標(biāo)準值。

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

2 主要技術(shù)方法解析

建立通信設(shè)備檢測時性能測試標(biāo)準值的基礎(chǔ)模型，利用實測數(shù)據(jù)，反復(fù)修改模型和算法。每季度進行一次設(shè)備性能指標(biāo)檢測，并詳細記錄下檢測結(jié)果。運用大數(shù)據(jù)分析實測數(shù)據(jù)，研究曲線擬合法、維納濾波、KALMAN濾波等方法在實測數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，將模型與算法得到的性能測試標(biāo)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(fù)修改模型和算法。性能指標(biāo)標(biāo)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(shù)據(jù)分析、信號處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中，關(guān)于事后處理，在大學(xué)物理和化學(xué)實驗中則會經(jīng)常見到。

經(jīng)過多年的技術(shù)積累，現(xiàn)已研發(fā)得出了對測向站數(shù)據(jù)的最小二乘算法，而且首次提出了測向領(lǐng)域的遞推最小二乘算法。目前，已完全可以將測向站數(shù)據(jù)的處理方法應(yīng)用于通信設(shè)備XXX性能指標(biāo)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(shù)據(jù)處理的經(jīng)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(jīng)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(shù)據(jù)進行加權(quán)處理，作為初始值。權(quán)值的選取不規(guī)范。

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

（3）按每季度一次，一年4次，2年8次計算，數(shù)據(jù)量十分有限。有些變化較為緩慢的性能指標(biāo)難以體現(xiàn)出來。

3 研究通信設(shè)備檢測的評定標(biāo)準

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

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

根據(jù)本次研究建立的模型和算法，給出的通信設(shè)備XXX的性能指標(biāo)標(biāo)準值，與實測數(shù)據(jù)進行比對。有的性能指標(biāo)可能超標(biāo)，有的性能指標(biāo)可能不達標(biāo)。如何來界定整個設(shè)備是否達標(biāo)，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(quán)處理，不同的性能指標(biāo)賦予不同的權(quán)值，在此基礎(chǔ)上進行加權(quán)處理。見表1。

接下來，研究中將用到如下公式：

將計算結(jié)果J與某一閾值J0進行比對，大于某一閾值J0，判定為設(shè)備XXX達標(biāo)。小于某一閾值J0，則判定為設(shè)備XXX不達標(biāo)。

4 結(jié)束語

本文研發(fā)算法還存在如下問題：

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

（2）權(quán)值的選取具有很大的隨意性，沒有一個很明確的參考依據(jù)。

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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