如何著手進(jìn)行LTE測(cè)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(cè)試哪些內(nèi)容以及為什么要測(cè)試它們。對(duì)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(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)尤其棘手。至于LTE，其復(fù)雜程度前所未有，完全測(cè)試下來(lái)就需要將設(shè)備整天放在測(cè)試儀上。

生產(chǎn)中的基本假設(shè)必須是，工程部門(mén)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(méi)有這一保證，對(duì)于當(dāng)今極其復(fù)雜的設(shè)備，測(cè)試范圍將會(huì)過(guò)大而無(wú)法檢查出所有的可能性。生產(chǎn)車間不是檢驗(yàn)數(shù)百萬(wàn)固件生產(chǎn)線或是檢驗(yàn)與數(shù)百萬(wàn)門(mén)級(jí)數(shù)字信號(hào)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(cè)試的主要目標(biāo)是測(cè)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(cè)試時(shí)間。軟件和數(shù)字設(shè)計(jì)已在工程和一致性測(cè)試中經(jīng)過(guò)了驗(yàn)證。數(shù)字集成電路在其生產(chǎn)過(guò)程中已進(jìn)行了廣泛測(cè)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(wú)法開(kāi)機(jī)、不能產(chǎn)生輸出或不能接收信號(hào)等災(zāi)難性后果。這些故障通常最好是在根本沒(méi)有任何測(cè)試儀介入的情況下，通過(guò)內(nèi)部上電測(cè)試這樣的簡(jiǎn)單技術(shù)和通過(guò)使用校驗(yàn)和來(lái)發(fā)現(xiàn)。因此，最優(yōu)的生產(chǎn)測(cè)試注重于物理層測(cè)量，該領(lǐng)域展現(xiàn)了與制造過(guò)程相關(guān)的最大程度的可變性。

以下各節(jié)討論了LTE的測(cè)試以及如何對(duì)物理層測(cè)試儀(如LitePoint公司的Iqxstream，見(jiàn)圖)的測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化。

圖：可用于LTE物理層測(cè)試的Iqxstream測(cè)試儀。

物理層測(cè)量

物理層測(cè)試關(guān)注空中接口的最底層。其目標(biāo)是確定成功傳輸無(wú)線信號(hào)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(duì)移動(dòng)電臺(tái)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(hào)電平成功解碼所接收信號(hào)的能力，是其在網(wǎng)絡(luò)中成功操作的關(guān)鍵。

LTE的3GPP測(cè)試規(guī)范包含大量不同的測(cè)試手段，用來(lái)確定LTE規(guī)范的符合性。這些測(cè)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(tái)移動(dòng)設(shè)備和另一臺(tái)之間的很多測(cè)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(cè)試足以檢測(cè)到生產(chǎn)環(huán)境中的問(wèn)題。

表1：UE發(fā)送器測(cè)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(wèn)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(hào)的噪聲源。因此，將只會(huì)指定這些測(cè)量的一種作為測(cè)試計(jì)劃的一部分。

與最終輸出位于天線連接器以供評(píng)估的發(fā)射鏈路不同，接收信號(hào)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(cè)量中顯示出來(lái)。物理層測(cè)試儀通常依賴于DUT報(bào)告接收測(cè)試結(jié)果的能力。由于接收質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(jiǎn)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(cè)試。

表2：UE接收器測(cè)量指標(biāo)。

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

LTE測(cè)試計(jì)劃開(kāi)發(fā)

測(cè)試計(jì)劃開(kāi)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(guò)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(cè)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(méi)有披露設(shè)計(jì)內(nèi)部的詳細(xì)情況，而且對(duì)相對(duì)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(kāi)發(fā)測(cè)試計(jì)劃，并且有可能退而采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的測(cè)試規(guī)范，將其作為基準(zhǔn)。

表3代表了一個(gè)為L(zhǎng)TE用戶設(shè)備發(fā)送器開(kāi)發(fā)的測(cè)試計(jì)劃。雖然我們還想進(jìn)行另外幾項(xiàng)測(cè)試，再宣布被測(cè)設(shè)備(DUT)在生產(chǎn)測(cè)試方面“合格”，但是對(duì)于本討論來(lái)說(shuō)，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(cè)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(cè)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(duì)每種配置進(jìn)行的測(cè)量。

表3：源于3GPP的測(cè)試規(guī)范。

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

表4：對(duì)源于3GPP的測(cè)試規(guī)范的討論。

請(qǐng)注意，該作者對(duì)所有測(cè)試都使用了-57dBm的RX功率電平。因?yàn)镽X功率與TX測(cè)量沒(méi)有直接聯(lián)系，所以不管它設(shè)在什么電平都沒(méi)有問(wèn)題。

注：一般假定該測(cè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)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(cè)試。

從測(cè)試覆蓋范圍的角度來(lái)說(shuō)，該測(cè)試計(jì)劃的作者做了一項(xiàng)很好的工作：測(cè)試了DUT的性能邊界。他測(cè)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(cè)試引自3GPP測(cè)試規(guī)范的建議，并與之完全相符。生產(chǎn)中的這種測(cè)試計(jì)劃不大可能漏掉很多問(wèn)題(如果有的話)。

讓我們?cè)跍y(cè)試處理量的方面檢查一下這個(gè)測(cè)試計(jì)劃，因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)畢竟是盡可能快地有效測(cè)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(cè)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(cè)量數(shù)決定。這就表明，針對(duì)處理量?jī)?yōu)化的測(cè)試計(jì)劃要盡量減少配置數(shù)，同時(shí)增加測(cè)量數(shù)。這更傾向于測(cè)量密度更大的更窄表格。

讓我們同樣檢查一下測(cè)試工程師是如何選擇不同配置的。在上例中，測(cè)試完整考察了一組參數(shù)，然后正交轉(zhuǎn)入下一組。測(cè)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(duì)于追蹤設(shè)計(jì)中不合格變化的源頭來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，但是在制造測(cè)試環(huán)境中，這種正交性卻不太重要。

簡(jiǎn)單缺陷示例

用一個(gè)簡(jiǎn)單的示例來(lái)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(cè)試和12RB測(cè)試中都會(huì)顯示出來(lái)，也就是測(cè)試配置3和8中的功率測(cè)量。故障在50RB塊的EVM平坦度測(cè)量中也可以顯示出來(lái)。

請(qǐng)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(shí)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(wèn)題會(huì)顯著增加測(cè)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(wèn)題所需的測(cè)試。

然后，可以合乎邏輯地刪除測(cè)試表中的配置3或8，因?yàn)樗鼈兲峁┑臏y(cè)試范圍相似。這些類型的重復(fù)在整個(gè)測(cè)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(cè)試計(jì)劃

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

表5：LTE測(cè)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(duì)想要保存的配置開(kāi)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(cè)試。這4個(gè)配置是符合邏輯的候選項(xiàng)，應(yīng)予以保留。

對(duì)于TX質(zhì)量測(cè)量，重點(diǎn)一般應(yīng)放在最大功率的測(cè)量上，因?yàn)檫@些測(cè)量一般對(duì)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(cè)量中顯示出來(lái)。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(cè)試了信道的中間RB偏移。因?yàn)槟M問(wèn)題本身通常將在整個(gè)頻帶或在頻帶邊緣顯示出來(lái)，所以這種中間測(cè)量幾乎沒(méi)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試配置。

配置14和15可用來(lái)測(cè)試特定的絕對(duì)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(cè)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(cè)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(méi)有理由相信這些測(cè)試的更簡(jiǎn)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(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，并且-30dBm和-40dBm之間也不會(huì)有很大的差異。所以這些測(cè)試可以被去除。

測(cè)試配置13也有同樣的理由。這也是比測(cè)試21更簡(jiǎn)單的配置。

測(cè)試配置16、17、18和19也是相同情況。這些測(cè)試針對(duì)在16QAM運(yùn)行的更簡(jiǎn)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(cè)試成為了刪除的候選項(xiàng)。

在這個(gè)過(guò)程中，我們?nèi)コ舜罅康臏y(cè)試配置，但是如前文所述，我們看到的是一個(gè)稀疏的測(cè)試矩陣。由于向特定測(cè)試配置增加測(cè)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(lái)填補(bǔ)其中的一些空白。

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

表6：壓縮測(cè)試計(jì)劃調(diào)整。

本文小結(jié)

生產(chǎn)測(cè)試的主要目標(biāo)是盡可能多地測(cè)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(cè)試時(shí)間。為達(dá)到這一點(diǎn)，利用IQxstream的“捕獲一次，測(cè)量多個(gè)”能力，可以獲得測(cè)試速度以及整體測(cè)試范圍的顯著優(yōu)勢(shì)。

相比以3GPP測(cè)試規(guī)范為中心的計(jì)劃，具有類似測(cè)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(cè)試計(jì)劃開(kāi)發(fā)中縮小每個(gè)參數(shù)的范圍，確認(rèn)什么參數(shù)將對(duì)DUT造成壓力，并確定IC測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(duì)比討論生產(chǎn)測(cè)試與更加常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(cè)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。