如何著手進(jìn)行LTE測試？

使用任何新技術(shù)時(shí)，生產(chǎn)工程師面臨的最大挑戰(zhàn)就是要測試哪些內(nèi)容以及為什么要測試它們。對于現(xiàn)代化智能手機(jī)或平板電腦這樣復(fù)雜的設(shè)備來說，這一點(diǎn)尤其棘手。至于LTE，其復(fù)雜程度前所未有，完全測試下來就需要將設(shè)備整天放在測試儀上。

生產(chǎn)中的基本假設(shè)必須是，工程部門交付的設(shè)計(jì)能夠滿足客戶的所有需求并且在正確組裝以后能夠?qū)崿F(xiàn)一致的功能。盡管支持這一假設(shè)會(huì)為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及其流程增加負(fù)擔(dān)，但如果沒有這一保證，對于當(dāng)今極其復(fù)雜的設(shè)備，測試范圍將會(huì)過大而無法檢查出所有的可能性。生產(chǎn)車間不是檢驗(yàn)數(shù)百萬固件生產(chǎn)線或是檢驗(yàn)與數(shù)百萬門級數(shù)字信號處理(DSP)/專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件功能的地方。

生產(chǎn)測試的主要目標(biāo)是測試盡可能多的移動(dòng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)制造缺陷，同時(shí)最大程度地縮短測試時(shí)間。軟件和數(shù)字設(shè)計(jì)已在工程和一致性測試中經(jīng)過了驗(yàn)證。數(shù)字集成電路在其生產(chǎn)過程中已進(jìn)行了廣泛測試。一旦出現(xiàn)數(shù)字故障，通常會(huì)導(dǎo)致手機(jī)出現(xiàn)無法開機(jī)、不能產(chǎn)生輸出或不能接收信號等災(zāi)難性后果。這些故障通常最好是在根本沒有任何測試儀介入的情況下，通過內(nèi)部上電測試這樣的簡單技術(shù)和通過使用校驗(yàn)和來發(fā)現(xiàn)。因此，最優(yōu)的生產(chǎn)測試注重于物理層測量，該領(lǐng)域展現(xiàn)了與制造過程相關(guān)的最大程度的可變性。

以下各節(jié)討論了LTE的測試以及如何對物理層測試儀(如LitePoint公司的Iqxstream，見圖)的測試進(jìn)行優(yōu)化。

圖：可用于LTE物理層測試的Iqxstream測試儀。

物理層測量

物理層測試關(guān)注空中接口的最底層。其目標(biāo)是確定成功傳輸無線信號必不可少的重要參數(shù)的一致性。發(fā)射功率、發(fā)射波形質(zhì)量和發(fā)射頻率精度對移動(dòng)電臺的性能都至關(guān)重要。在接收端，移動(dòng)設(shè)備在最低和最高信號電平成功解碼所接收信號的能力，是其在網(wǎng)絡(luò)中成功操作的關(guān)鍵。

LTE的3GPP測試規(guī)范包含大量不同的測試手段，用來確定LTE規(guī)范的符合性。這些測試中有很多存在一定程度的重疊。鑒于數(shù)字域內(nèi)的實(shí)現(xiàn)程度，在一臺移動(dòng)設(shè)備和另一臺之間的很多測量不會(huì)有所差異。一般認(rèn)為用戶設(shè)備(UE)發(fā)送器(表1)測試足以檢測到生產(chǎn)環(huán)境中的問題。

表1：UE發(fā)送器測量指標(biāo)。

在很大程度上，鄰頻道泄漏功率比(ACLR)、占用帶寬和頻譜發(fā)射模板(SEM)都在解決相同的問題。一般在模擬輸出鏈路的最終部分都存在某種劣化，或者在DUT內(nèi)有產(chǎn)生偽信號的噪聲源。因此，將只會(huì)指定這些測量的一種作為測試計(jì)劃的一部分。

與最終輸出位于天線連接器以供評估的發(fā)射鏈路不同，接收信號在被完全解碼之前始終處于DUT內(nèi)部。幸運(yùn)的是，雖然在接收鏈路中有許多可能劣化的器件，但幾乎所有的劣化都將在接收閾值或其附近的接收誤碼率測量中顯示出來。物理層測試儀通常依賴于DUT報(bào)告接收測試結(jié)果的能力。由于接收質(zhì)量監(jiān)測是現(xiàn)代空中接口操作的一個(gè)重要部分，所以將此數(shù)據(jù)路由至外部終端接口是一個(gè)簡單明了的方法。大部分(如果不是全部的話)集成電路制造商都支持某種或其他形式的誤碼率測試。

表2：UE接收器測量指標(biāo)。

表2中的兩個(gè)測試用于驗(yàn)證接收性能。有了以上測量的組合，挑戰(zhàn)現(xiàn)在變成如何將它們應(yīng)用到幾乎無限多種可能的移動(dòng)設(shè)備配置中。

LTE測試計(jì)劃開發(fā)

測試計(jì)劃開發(fā)有很多種方法，其中包括：尋找設(shè)計(jì)中可能的故障模式；采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的建議；集成電路制造商的建議；生產(chǎn)中類似設(shè)備過去的歷史。

不幸的是，就LTE之類的新技術(shù)而言，可作為建立測試計(jì)劃基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)可能非常有限。各種器件制造商可能沒有披露設(shè)計(jì)內(nèi)部的詳細(xì)情況，而且對相對較新的設(shè)計(jì)而言，制造商本身也可能會(huì)經(jīng)驗(yàn)有限。

因此，制造商經(jīng)常自行開發(fā)測試計(jì)劃，并且有可能退而采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的測試規(guī)范，將其作為基準(zhǔn)。

表3代表了一個(gè)為LTE用戶設(shè)備發(fā)送器開發(fā)的測試計(jì)劃。雖然我們還想進(jìn)行另外幾項(xiàng)測試，再宣布被測設(shè)備(DUT)在生產(chǎn)測試方面“合格”，但是對于本討論來說，這個(gè)子集非常有用。

表3的每一列從左至右代表一個(gè)測試配置，每種配置分別由每列頂部的參數(shù)指定。一般情況下，在討論測試配置時(shí)，我們討論的是DUT所處的穩(wěn)態(tài)，例如恒定調(diào)制率和恒定功率電平等。每列的下半部分表示要對每種配置進(jìn)行的測量。

表3：源于3GPP的測試規(guī)范。

在表4中，我們將沿著這個(gè)測試計(jì)劃的開發(fā)一節(jié)一節(jié)地瀏覽。本案中的測試開發(fā)人員擁有豐富的LTE知識，對用于LTE的3GPP測試規(guī)范有很好的了解——他被認(rèn)為是測試其他技術(shù)移動(dòng)設(shè)備的專家。

表4：對源于3GPP的測試規(guī)范的討論。

請注意，該作者對所有測試都使用了-57dBm的RX功率電平。因?yàn)镽X功率與TX測量沒有直接聯(lián)系，所以不管它設(shè)在什么電平都沒有問題。

注：一般假定該測試計(jì)劃將按照DUT的能力被一致地應(yīng)用到各種頻帶/信道上。3GPP建議采用每個(gè)頻帶的低、中和高信道對設(shè)備進(jìn)行測試。按照某些信道配額，這可能意味著只有單個(gè)信道得到測試。

從測試覆蓋范圍的角度來說，該測試計(jì)劃的作者做了一項(xiàng)很好的工作：測試了DUT的性能邊界。他測試了最大和最小RB(資源塊)分配、最大和最小調(diào)制率以及最大和最小功率電平。他按照RB分配考察了整個(gè)信道的變化。該測試引自3GPP測試規(guī)范的建議，并與之完全相符。生產(chǎn)中的這種測試計(jì)劃不大可能漏掉很多問題(如果有的話)。

讓我們在測試處理量的方面檢查一下這個(gè)測試計(jì)劃，因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)畢竟是盡可能快地有效測試DUT。當(dāng)您看這個(gè)計(jì)劃時(shí)，有兩件事非常突出。表格非常稀疏，但配置數(shù)卻非常多。

鑒于Iqxstream支持?jǐn)?shù)據(jù)捕獲與分析分離的方法，測試時(shí)間很大程度上由配置捕獲周期決定，而不是由每次捕獲計(jì)算的測量數(shù)決定。這就表明，針對處理量優(yōu)化的測試計(jì)劃要盡量減少配置數(shù)，同時(shí)增加測量數(shù)。這更傾向于測量密度更大的更窄表格。

讓我們同樣檢查一下測試工程師是如何選擇不同配置的。在上例中，測試完整考察了一組參數(shù)，然后正交轉(zhuǎn)入下一組。測試1~3完整考察了RB偏移方面的變化，然后改變RB塊大小，再次考察了不同偏移的影響。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，這種控制對于追蹤設(shè)計(jì)中不合格變化的源頭來說至關(guān)重要，但是在制造測試環(huán)境中，這種正交性卻不太重要。

簡單缺陷示例

用一個(gè)簡單的示例來看一下模擬性能中的缺陷是如何發(fā)生的。假定后調(diào)制模擬濾波器發(fā)生頻偏，截止頻率侵入信道的上邊緣。其結(jié)果將是功率輸出將在信道的上邊緣處偏低。這個(gè)故障在頻帶上側(cè)的1RB測試和12RB測試中都會(huì)顯示出來，也就是測試配置3和8中的功率測量。故障在50RB塊的EVM平坦度測量中也可以顯示出來。

請記住，在生產(chǎn)中我們僅僅想要確定的是DUT是“好”還是“壞”。一旦識別它是“壞”的，可以將這個(gè)DUT放在一邊，進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和修理。如果隔離問題會(huì)顯著增加測試時(shí)間，那么就不需要也不應(yīng)該讓生產(chǎn)線去采用這些隔離問題所需的測試。

然后，可以合乎邏輯地刪除測試表中的配置3或8，因?yàn)樗鼈兲峁┑臏y試范圍相似。這些類型的重復(fù)在整個(gè)測試計(jì)劃中經(jīng)常出現(xiàn)。雖然有些重復(fù)可能是需要或是必要的，但卻不應(yīng)造成浪費(fèi)。

壓縮測試計(jì)劃

看到原始的測試計(jì)劃時(shí)，壓縮就是用來將其改進(jìn)以供在Iqxstream上執(zhí)行的一個(gè)合適術(shù)語?？倻y試時(shí)間將很大程度上由測試配置數(shù)決定。并且，通過將分析部分與數(shù)據(jù)捕獲分開，我們能夠以最小的成本完成比給定捕獲多得多的測量。因此，我們的目標(biāo)應(yīng)該是在減少測試配置數(shù)的同時(shí)，針對每次捕獲完成更多的測量。讓我們?yōu)g覽一下這種壓縮操作(表5)。

表5：LTE測試計(jì)劃縮減。

手機(jī)中的各種調(diào)制方案在電路上一般采用不同的數(shù)據(jù)通路。因此，盡管我們想要在手機(jī)中檢查所有的調(diào)制方案，但很可能卻不需要驗(yàn)證所有的變化。其原因是它們一般在數(shù)字域中產(chǎn)生，且不受模擬量變化的影響。

讓我們從挑選絕對想要保存的配置開始。配置1、12和20考察了調(diào)制和RB分配的極端情況，配置4提供了一種適中且可能典型的RB分配測試。這4個(gè)配置是符合邏輯的候選項(xiàng)，應(yīng)予以保留。

對于TX質(zhì)量測量，重點(diǎn)一般應(yīng)放在最大功率的測量上，因?yàn)檫@些測量一般對大功率電路是最大的挑戰(zhàn)。如果從頻帶/信道的一個(gè)邊緣到另一邊緣會(huì)有輸出功率的變化，它們就會(huì)在單RB配額測量中顯示出來。因此，具有最大RB偏移的配置3也應(yīng)作為配置1的最小RB偏移的補(bǔ)充而加以保留。

配置2是需要被削減的候選項(xiàng)，因?yàn)樗鼉H測試了信道的中間RB偏移。因?yàn)槟M問題本身通常將在整個(gè)頻帶或在頻帶邊緣顯示出來，所以這種中間測量幾乎沒有什么價(jià)值。

采用配置1和3在不同RB偏移的頻帶邊緣測試了模擬量的變化。因此，我們可以安全地取消配置8到11，因?yàn)樗鼈兣c配置4到7只是在RB偏移上有所差異。

配置20代表了PA和其他大功率電路上壓力測試的一種形式，而配置21實(shí)際上代表了最高速率運(yùn)行的最現(xiàn)實(shí)的情況。最高速率運(yùn)行只有在靠近基站時(shí)才有可能發(fā)生，因此，一般情況下PA會(huì)設(shè)定在低功率設(shè)置。我們應(yīng)至少在低功率狀態(tài)下完成一次TX質(zhì)量測量，因?yàn)楣β史糯笃髟谄渥畲蠊β试O(shè)置以下的63dB將會(huì)以非常不同的模式運(yùn)行。因此，配置21仍然是一種很有價(jià)值的測試配置。

配置14和15可用來測試特定的絕對功率設(shè)置能力，但前提是這種能力應(yīng)當(dāng)在任何中間功率測量都可能進(jìn)行的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)始終適用。因此，我們將保留配置5作為設(shè)置中間功率電平能力的測量，而刪除配置14和15。

讓我們?yōu)g覽一下余下的配置，看看還剩下哪些。

配置6和7分別將功率降低到-30dBm和-40dBm，但是沒有理由相信這些測試的更簡單調(diào)制和更低RB配額，會(huì)揭示出任何配置21的更復(fù)雜波形沒有發(fā)現(xiàn)的問題，并且-30dBm和-40dBm之間也不會(huì)有很大的差異。所以這些測試可以被去除。

測試配置13也有同樣的理由。這也是比測試21更簡單的配置。

測試配置16、17、18和19也是相同情況。這些測試針對在16QAM運(yùn)行的更簡單的12RB配額，驗(yàn)證了RB偏移和功率變化下的運(yùn)行。在前文已經(jīng)驗(yàn)證了配置1和3中不同的RB偏移，而調(diào)制方案在配置20和21中得到證實(shí)。所以這四種測試成為了刪除的候選項(xiàng)。

在這個(gè)過程中，我們?nèi)コ舜罅康臏y試配置，但是如前文所述，我們看到的是一個(gè)稀疏的測試矩陣。由于向特定測試配置增加測量幾乎或根本不會(huì)產(chǎn)生任何相關(guān)成本，那么就讓我們來填補(bǔ)其中的一些空白。

測試計(jì)劃表(表6)中加入了更多的測試并進(jìn)行了少許進(jìn)一步調(diào)整。

表6：壓縮測試計(jì)劃調(diào)整。

本文小結(jié)

生產(chǎn)測試的主要目標(biāo)是盡可能多地測試移動(dòng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)制造缺陷，同時(shí)最大程度地縮短測試時(shí)間。為達(dá)到這一點(diǎn)，利用IQxstream的“捕獲一次，測量多個(gè)”能力，可以獲得測試速度以及整體測試范圍的顯著優(yōu)勢。

相比以3GPP測試規(guī)范為中心的計(jì)劃，具有類似測試范圍的壓縮計(jì)劃的運(yùn)行時(shí)間僅為其1/3。

就LTE等復(fù)雜的空中接口而言，在測試計(jì)劃開發(fā)中縮小每個(gè)參數(shù)的范圍，確認(rèn)什么參數(shù)將對DUT造成壓力，并確定IC測試和實(shí)驗(yàn)室測試已經(jīng)證實(shí)鎖定到數(shù)字設(shè)計(jì)中的參數(shù)非常重要。

IQxstream在對比討論生產(chǎn)測試與更加常見的實(shí)驗(yàn)室測試環(huán)境時(shí)，代表著全新的價(jià)值主張。其多DUT功能和“捕獲一次，測量多個(gè)”能力結(jié)合將數(shù)據(jù)捕獲與分析相分離的架構(gòu)，令制造環(huán)境的處理量和靈活度達(dá)到了前所未有的水平。