一種基于云測試的5G終端綜合測試平臺設計與實(shí)現*

*基金項目：中國電科集團發(fā)展資金項目，5G專(zhuān)網(wǎng)多通道基站綜測儀

作者簡(jiǎn)介：王先鵬（1986—），男，通信作者，碩士，工程師，主要研究方向：5G NR/LTE移動(dòng)通信測試系統開(kāi)發(fā)，E-mail:wangxianpeng86@163.com。

0   引言

隨著(zhù)5G 技術(shù)的不斷成熟和5G 的商用部署，我國5G 終端產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，使得5G 終端的種類(lèi)和形式更加豐富化、多樣化，5G 終端產(chǎn)品也將大規模生產(chǎn)。從市場(chǎng)統計看，5G 移動(dòng)終端設備類(lèi)型已超過(guò)14 種，產(chǎn)品的數量和種類(lèi)已達到180 多種，特別是5G 智能手機的出貨量出現了大幅增長(cháng)。5G 終端良好的發(fā)展勢頭給5G 全場(chǎng)景生態(tài)帶來(lái)快速發(fā)展，同時(shí)也給5G 終端測試帶來(lái)了極大挑戰。5G 關(guān)鍵技術(shù)包括靈活的參數集和帶寬部分、毫米波和大規模MIMO 多天線(xiàn)技術(shù)等[1-2]。對于Sub 6G 頻段，靈活的參數集支持15/30/60 kHz 的子載波間隔，支持256QAM 的高階調制和高帶寬配置等特性，對5G 終端測試分析裝置的工作頻段、分析帶寬和測試能力均提出了更高的要求[3]。特別是大規模MIMO技術(shù)在5G 終端上的應用，使終端產(chǎn)品翻倍，增加天線(xiàn)數量和射頻相關(guān)的器件。因此，5G 終端產(chǎn)品的生產(chǎn)測試需要更高效的測試設備和解決方案。5G 終端綜合測試裝置和先進(jìn)測試技術(shù)是終端生產(chǎn)線(xiàn)不可或缺的工具或設備^[4]。目前市場(chǎng)上5G 終端綜合測試的儀表品類(lèi)很多，大部分是國外儀表。國外儀表廠(chǎng)商也在積極構建基于云測試的一體化測試解決方案。綜上所述，本文在傳統5G 終端綜合測試儀表設備設計理念的基礎上，結合云測試技術(shù)^[5] 設計了一種分布式5G 終端綜合測試裝置，實(shí)現了終端產(chǎn)線(xiàn)的云測試管理和測試數據的大數據分析功能，提高了5G 終端產(chǎn)線(xiàn)的測試效率。

1   5G終端綜合測試平臺設計

1.1 測試平臺總體設計

5G 終端綜合測試平臺架構如圖1 所示，從系統層面來(lái)說(shuō)可以分為3 部分，即由測試任務(wù)控制中心構成的應用域、基于云測試技術(shù)形成的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)域和5G 終端綜合測試裝置構成的系統集成域。測試任務(wù)控制中心構成的應用域主要根據產(chǎn)線(xiàn)任務(wù)分配、可用資源、產(chǎn)能和發(fā)貨量等形成生產(chǎn)任務(wù)列表，經(jīng)云測試服務(wù)器構建的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)域發(fā)往各終端產(chǎn)線(xiàn)執行生產(chǎn)任務(wù)?；谠茰y試技術(shù)構建的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)域主要完成對各個(gè)終端產(chǎn)線(xiàn)的測試業(yè)務(wù)調度、測試資源管理、消息分發(fā)、產(chǎn)線(xiàn)實(shí)時(shí)監控、收集和存儲各產(chǎn)線(xiàn)終端生產(chǎn)中的測試數據到數據庫，并進(jìn)行數據統計整理等，同時(shí)采用大數據技術(shù)完成數據的分析和故障診斷，實(shí)現各終端生產(chǎn)線(xiàn)的高效生產(chǎn)和管理。5G 終端測試裝置構成的系統集成域主要是將各終端產(chǎn)線(xiàn)測試工位上的5G 終端測試裝置連接到云端，實(shí)現遠程操控、在線(xiàn)調度和測試數據實(shí)時(shí)上傳與存儲。5G 終端綜合測試裝置作為測試的核心執行機構采用分布式設計理念，可以實(shí)現終端生產(chǎn)線(xiàn)的大規模部署，使產(chǎn)線(xiàn)測試更高效，運維更方便，亦可配合產(chǎn)線(xiàn)智能機器人手臂實(shí)現無(wú)人化生產(chǎn)線(xiàn)管理。本測試平臺將云測試核心技術(shù)、分布式嵌入式技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、5G終端綜合測試裝置先進(jìn)的設計技術(shù)進(jìn)行了充分融合，實(shí)現了5G 終端生產(chǎn)測試技術(shù)的智能化管理。

圖1 基于云測試的5G終端綜合測試平臺架構框圖

1.2 5G終端綜合測試裝置設計

5G 終端綜合測試裝置核心測試執行機構實(shí)現基本測試業(yè)務(wù)和終端信號數據的采集，其原理框圖如圖2所示。

在終端測試產(chǎn)線(xiàn)上，每個(gè)測試工位上均有一個(gè)工業(yè)計算機模塊用于控制測試夾具和被測終端。本文采用軟件虛擬測試技術(shù)，在工業(yè)計算機上實(shí)現了測試工位與5G 終端綜合測試裝置的智能聯(lián)控，對測試工位的測試業(yè)務(wù)進(jìn)行合理的調度和分配。整個(gè)測試裝置包含5G 基帶處理模塊（由ARM+FPGA 構成）、射頻發(fā)射通道模塊、射頻接收通道模塊、開(kāi)關(guān)功分板模塊、高性能本振模塊、終端測試裝備夾具以及軟件虛擬測試控制模塊等。5G 基帶處理模塊完成5G 下行信號的發(fā)射和5G 上行信號的解調分析處理等。射頻發(fā)射通道模塊完成FPGA 發(fā)射的中頻信號到射頻信號的轉換。射頻接收通道模塊完成射頻信號到中頻信號的轉換。開(kāi)關(guān)功分板模塊實(shí)現發(fā)射信號的8 路功分獨立輸出和8 路接收信號的快速開(kāi)關(guān)切換接收處理。終端測試裝備夾具實(shí)現終端產(chǎn)品的固定、同步控制以及終端射頻信號輸入輸出等。軟件虛擬測試模塊實(shí)現測試任務(wù)的分解，按照測試指標要求調度、執行各個(gè)測試項，并實(shí)現測試數據的本地化處理、實(shí)時(shí)上傳等工作。

圖2 5G終端綜合測試裝置原理設計框圖

1.3 終端發(fā)射機和接收機測試實(shí)現

終端接收機測試的具體實(shí)施過(guò)程是根據構建的測試場(chǎng)景，設計配套的5G 下行波形文件，經(jīng)過(guò)基于VXI-11 協(xié)議開(kāi)發(fā)的通信模塊傳遞到5G 基帶處理模塊的ARM 中；由ARM 根據傳遞的信息將波形文件數據寫(xiě)入5G 基帶處理模塊FPGA 的DDR 中；FPGA 按照單次觸發(fā)發(fā)射或者連續發(fā)射1 474.56 MHz 的中頻信號到達射頻發(fā)射通道中，經(jīng)射頻連接電纜（開(kāi)關(guān)功分板模塊8 端口與夾具的8 個(gè)探針端口用射頻電纜連接），到達夾具探針，最后由終端捕獲信號，終端完成同步后發(fā)送上行信號或進(jìn)行最大輸入電平測試（測試誤碼率）、參考靈敏度測試（測試誤碼率）和RSSI 檢測等。

終端發(fā)射機測試按照測試場(chǎng)景要求由軟件虛擬測試模塊經(jīng)夾具外的USB 線(xiàn)配置終端測試參數，由終端接收下行信號并同步后，按參數進(jìn)行上行信號發(fā)射；通過(guò)夾具探針、射頻電纜到達開(kāi)關(guān)功分板的8 個(gè)天線(xiàn)端口中的其中一個(gè)端口，經(jīng)接收通道變成983.04 MHz 的中頻信號，輸入到5G 基帶處理模塊的FPGA 中；FPGA 完成中頻信號的功率觸發(fā)同步、頻偏估計、信道估計、均衡、解預編碼等5G 信號物理處理過(guò)程后，分為時(shí)域功率與開(kāi)關(guān)時(shí)間模板計算、頻域FFT 變換、占用帶寬OBW、帶內平坦度、鄰道泄露抑制比ACLR、頻譜發(fā)射模板、EVM 解調分析、IQ 星座圖等測試例計算，統計測試結果反饋到軟件虛擬測試模塊，最終發(fā)往云測試服務(wù)器進(jìn)行存儲與分析。

圖3 Web顯示UE發(fā)射的5G信號測試結果圖

2   測試結果web顯示

測試結果數據可以通過(guò)web 網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)查看，測試結果數據如圖3 所示。通過(guò)這些上報的測試數據能夠檢測測試結果對3GPP[6-7] 標準的符標性，使用大數據分析技術(shù)可以從統計學(xué)的角度實(shí)現終端性能的評估，幫助產(chǎn)線(xiàn)更好地生產(chǎn)5G 終端產(chǎn)品。

3   結束語(yǔ)

本文結合終端產(chǎn)線(xiàn)測試需求，提出了一種基于云測試的5G 終端綜合測試裝置的設計，有效提高了產(chǎn)線(xiàn)測試效率，實(shí)現了終端生產(chǎn)測試的智能化管理。

參考文獻：

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[6] 3GPP TS 38.521-1 V15.1.0 NR.User Equipment(UE) conformance specification;Radio transmission and reception;Part 1:Range 1 standalone (Release 15)[S],2018.

[7] 3GPP TS 38.521-2 V15.1.0 NR.User Equipment(UE)conformance specification;Radio transmission and reception;Part 2:Range 2 standalone(Release 15)[S],2018.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）