一種基于云測試的5G終端綜合測試平臺設(shè)計與實現(xiàn)*

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

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

0   引言

隨著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 終端的種類和形式更加豐富化、多樣化，5G 終端產(chǎn)品也將大規(guī)模生產(chǎn)。從市場統(tǒng)計看，5G 移動終端設(shè)備類型已超過14 種，產(chǎn)品的數(shù)量和種類已達到180 多種，特別是5G 智能手機的出貨量出現(xiàn)了大幅增長。5G 終端良好的發(fā)展勢頭給5G 全場景生態(tài)帶來快速發(fā)展，同時也給5G 終端測試帶來了極大挑戰(zhàn)。5G 關(guān)鍵技術(shù)包括靈活的參數(shù)集和帶寬部分、毫米波和大規(guī)模MIMO 多天線技術(shù)等[1-2]。對于Sub 6G 頻段，靈活的參數(shù)集支持15/30/60 kHz 的子載波間隔，支持256QAM 的高階調(diào)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(guī)模MIMO技術(shù)在5G 終端上的應用，使終端產(chǎn)品翻倍，增加天線數(shù)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(shè)備和解決方案。5G 終端綜合測試裝置和先進測試技術(shù)是終端生產(chǎn)線不可或缺的工具或設(shè)備^[4]。目前市場上5G 終端綜合測試的儀表品類很多，大部分是國外儀表。國外儀表廠商也在積極構(gòu)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(tǒng)5G 終端綜合測試儀表設(shè)備設(shè)計理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合云測試技術(shù)^[5] 設(shè)計了一種分布式5G 終端綜合測試裝置，實現(xiàn)了終端產(chǎn)線的云測試管理和測試數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析功能，提高了5G 終端產(chǎn)線的測試效率。

1   5G終端綜合測試平臺設(shè)計

1.1 測試平臺總體設(shè)計

5G 終端綜合測試平臺架構(gòu)如圖1 所示，從系統(tǒng)層面來說可以分為3 部分，即由測試任務控制中心構(gòu)成的應用域、基于云測試技術(shù)形成的網(wǎng)絡服務域和5G 終端綜合測試裝置構(gòu)成的系統(tǒng)集成域。測試任務控制中心構(gòu)成的應用域主要根據(jù)產(chǎn)線任務分配、可用資源、產(chǎn)能和發(fā)貨量等形成生產(chǎn)任務列表，經(jīng)云測試服務器構(gòu)建的網(wǎng)絡服務域發(fā)往各終端產(chǎn)線執(zhí)行生產(chǎn)任務?；谠茰y試技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡服務域主要完成對各個終端產(chǎn)線的測試業(yè)務調(diào)度、測試資源管理、消息分發(fā)、產(chǎn)線實時監(jiān)控、收集和存儲各產(chǎn)線終端生產(chǎn)中的測試數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理等，同時采用大數(shù)據(jù)技術(shù)完成數(shù)據(jù)的分析和故障診斷，實現(xiàn)各終端生產(chǎn)線的高效生產(chǎn)和管理。5G 終端測試裝置構(gòu)成的系統(tǒng)集成域主要是將各終端產(chǎn)線測試工位上的5G 終端測試裝置連接到云端，實現(xiàn)遠程操控、在線調(diào)度和測試數(shù)據(jù)實時上傳與存儲。5G 終端綜合測試裝置作為測試的核心執(zhí)行機構(gòu)采用分布式設(shè)計理念，可以實現(xiàn)終端生產(chǎn)線的大規(guī)模部署，使產(chǎn)線測試更高效，運維更方便，亦可配合產(chǎn)線智能機器人手臂實現(xiàn)無人化生產(chǎn)線管理。本測試平臺將云測試核心技術(shù)、分布式嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、5G終端綜合測試裝置先進的設(shè)計技術(shù)進行了充分融合，實現(xiàn)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(gòu)框圖

1.2 5G終端綜合測試裝置設(shè)計

5G 終端綜合測試裝置核心測試執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)基本測試業(yè)務和終端信號數(shù)據(jù)的采集，其原理框圖如圖2所示。

在終端測試產(chǎn)線上，每個測試工位上均有一個工業(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)計算機上實現(xiàn)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)務進行合理的調(diào)度和分配。整個測試裝置包含5G 基帶處理模塊（由ARM+FPGA 構(gòu)成）、射頻發(fā)射通道模塊、射頻接收通道模塊、開關(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(diào)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(zhuǎn)換。射頻接收通道模塊完成射頻信號到中頻信號的轉(zhuǎn)換。開關(guān)功分板模塊實現(xiàn)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關(guān)切換接收處理。終端測試裝備夾具實現(xiàn)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現(xiàn)測試任務的分解，按照測試指標要求調(diào)度、執(zhí)行各個測試項，并實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的本地化處理、實時上傳等工作。

圖2 5G終端綜合測試裝置原理設(shè)計框圖

1.3 終端發(fā)射機和接收機測試實現(xiàn)

終端接收機測試的具體實施過程是根據(jù)構(gòu)建的測試場景，設(shè)計配套的5G 下行波形文件，經(jīng)過基于VXI-11 協(xié)議開發(fā)的通信模塊傳遞到5G 基帶處理模塊的ARM 中；由ARM 根據(jù)傳遞的信息將波形文件數(shù)據(jù)寫入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(xù)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（開關(guān)功分板模塊8 端口與夾具的8 個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景要求由軟件虛擬測試模塊經(jīng)夾具外的USB 線配置終端測試參數(shù)，由終端接收下行信號并同步后，按參數(shù)進行上行信號發(fā)射；通過夾具探針、射頻電纜到達開關(guān)功分板的8 個天線端口中的其中一個端口，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 信號物理處理過程后，分為時域功率與開關(guān)時間模板計算、頻域FFT 變換、占用帶寬OBW、帶內(nèi)平坦度、鄰道泄露抑制比ACLR、頻譜發(fā)射模板、EVM 解調(diào)分析、IQ 星座圖等測試例計算，統(tǒng)計測試結(jié)果反饋到軟件虛擬測試模塊，最終發(fā)往云測試服務器進行存儲與分析。

圖3 Web顯示UE發(fā)射的5G信號測試結(jié)果圖

2   測試結(jié)果web顯示

測試結(jié)果數(shù)據(jù)可以通過web 網(wǎng)頁進行訪問查看，測試結(jié)果數(shù)據(jù)如圖3 所示。通過這些上報的測試數(shù)據(jù)能夠檢測測試結(jié)果對3GPP[6-7] 標準的符標性，使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以從統(tǒng)計學的角度實現(xiàn)終端性能的評估，幫助產(chǎn)線更好地生產(chǎn)5G 終端產(chǎn)品。

3   結(jié)束語

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

參考文獻：

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[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.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）