一種基于云測(cè)試的5G終端綜合測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

*基金項(xiàng)目：中國電科集團(tuán)發(fā)展資金項(xiàng)目，5G專網(wǎng)多通道基站綜測(cè)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(dòng)通信測(cè)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(jì)看，5G 移動(dòng)終端設(shè)備類型已超過14 種，產(chǎn)品的數(shù)量和種類已達(dá)到180 多種，特別是5G 智能手機(jī)的出貨量出現(xiàn)了大幅增長。5G 終端良好的發(fā)展勢(shì)頭給5G 全場景生態(tài)帶來快速發(fā)展，同時(shí)也給5G 終端測(cè)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(duì)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(duì)5G 終端測(cè)試分析裝置的工作頻段、分析帶寬和測(cè)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(yīng)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(cè)試需要更高效的測(cè)試設(shè)備和解決方案。5G 終端綜合測(cè)試裝置和先進(jìn)測(cè)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(cè)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(cè)試的一體化測(cè)試解決方案。綜上所述，本文在傳統(tǒng)5G 終端綜合測(cè)試儀表設(shè)備設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合云測(cè)試技術(shù)^[5] 設(shè)計(jì)了一種分布式5G 終端綜合測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)了終端產(chǎn)線的云測(cè)試管理和測(cè)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(cè)試效率。

1   5G終端綜合測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

5G 終端綜合測(cè)試平臺(tái)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(cè)試任務(wù)控制中心構(gòu)成的應(yīng)用域、基于云測(cè)試技術(shù)形成的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)域和5G 終端綜合測(cè)試裝置構(gòu)成的系統(tǒng)集成域。測(cè)試任務(wù)控制中心構(gòu)成的應(yīng)用域主要根據(jù)產(chǎn)線任務(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(cè)試服務(wù)器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)域發(fā)往各終端產(chǎn)線執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)?；谠茰y(cè)試技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)域主要完成對(duì)各個(gè)終端產(chǎn)線的測(cè)試業(yè)務(wù)調(diào)度、測(cè)試資源管理、消息分發(fā)、產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集和存儲(chǔ)各產(chǎn)線終端生產(chǎn)中的測(cè)試數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理等，同時(shí)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(shí)現(xiàn)各終端生產(chǎn)線的高效生產(chǎn)和管理。5G 終端測(cè)試裝置構(gòu)成的系統(tǒng)集成域主要是將各終端產(chǎn)線測(cè)試工位上的5G 終端測(cè)試裝置連接到云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、在線調(diào)度和測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳與存儲(chǔ)。5G 終端綜合測(cè)試裝置作為測(cè)試的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用分布式設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)終端生產(chǎn)線的大規(guī)模部署，使產(chǎn)線測(cè)試更高效，運(yùn)維更方便，亦可配合產(chǎn)線智能機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)線管理。本測(cè)試平臺(tái)將云測(cè)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(cè)試裝置先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了充分融合，實(shí)現(xiàn)了5G 終端生產(chǎn)測(cè)試技術(shù)的智能化管理。

圖1 基于云測(cè)試的5G終端綜合測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)框圖

1.2 5G終端綜合測(cè)試裝置設(shè)計(jì)

5G 終端綜合測(cè)試裝置核心測(cè)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本測(cè)試業(yè)務(wù)和終端信號(hào)數(shù)據(jù)的采集，其原理框圖如圖2所示。

在終端測(cè)試產(chǎn)線上，每個(gè)測(cè)試工位上均有一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)模塊用于控制測(cè)試夾具和被測(cè)終端。本文采用軟件虛擬測(cè)試技術(shù)，在工業(yè)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了測(cè)試工位與5G 終端綜合測(cè)試裝置的智能聯(lián)控，對(duì)測(cè)試工位的測(cè)試業(yè)務(wù)進(jìn)行合理的調(diào)度和分配。整個(gè)測(cè)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(cè)試裝備夾具以及軟件虛擬測(cè)試控制模塊等。5G 基帶處理模塊完成5G 下行信號(hào)的發(fā)射和5G 上行信號(hào)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(hào)到射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。射頻接收通道模塊完成射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。開關(guān)功分板模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)的8 路功分獨(dú)立輸出和8 路接收信號(hào)的快速開關(guān)切換接收處理。終端測(cè)試裝備夾具實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的固定、同步控制以及終端射頻信號(hào)輸入輸出等。軟件虛擬測(cè)試模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)的分解，按照測(cè)試指標(biāo)要求調(diào)度、執(zhí)行各個(gè)測(cè)試項(xiàng)，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的本地化處理、實(shí)時(shí)上傳等工作。

圖2 5G終端綜合測(cè)試裝置原理設(shè)計(jì)框圖

1.3 終端發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測(cè)試實(shí)現(xiàn)

終端接收機(jī)測(cè)試的具體實(shí)施過程是根據(jù)構(gòu)建的測(cè)試場景，設(shè)計(jì)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(hào)到達(dá)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(gè)探針端口用射頻電纜連接），到達(dá)夾具探針，最后由終端捕獲信號(hào)，終端完成同步后發(fā)送上行信號(hào)或進(jìn)行最大輸入電平測(cè)試（測(cè)試誤碼率）、參考靈敏度測(cè)試（測(cè)試誤碼率）和RSSI 檢測(cè)等。

終端發(fā)射機(jī)測(cè)試按照測(cè)試場景要求由軟件虛擬測(cè)試模塊經(jīng)夾具外的USB 線配置終端測(cè)試參數(shù)，由終端接收下行信號(hào)并同步后，按參數(shù)進(jìn)行上行信號(hào)發(fā)射；通過夾具探針、射頻電纜到達(dá)開關(guān)功分板的8 個(gè)天線端口中的其中一個(gè)端口，經(jīng)接收通道變成983.04 MHz 的中頻信號(hào)，輸入到5G 基帶處理模塊的FPGA 中；FPGA 完成中頻信號(hào)的功率觸發(fā)同步、頻偏估計(jì)、信道估計(jì)、均衡、解預(yù)編碼等5G 信號(hào)物理處理過程后，分為時(shí)域功率與開關(guān)時(shí)間模板計(jì)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(cè)試?yán)?jì)算，統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果反饋到軟件虛擬測(cè)試模塊，最終發(fā)往云測(cè)試服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)與分析。

圖3 Web顯示UE發(fā)射的5G信號(hào)測(cè)試結(jié)果圖

2   測(cè)試結(jié)果web顯示

測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)可以通過web 網(wǎng)頁進(jìn)行訪問查看，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)如圖3 所示。通過這些上報(bào)的測(cè)試數(shù)據(jù)能夠檢測(cè)測(cè)試結(jié)果對(duì)3GPP[6-7] 標(biāo)準(zhǔn)的符標(biāo)性，使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度實(shí)現(xiàn)終端性能的評(píng)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(cè)試需求，提出了一種基于云測(cè)試的5G 終端綜合測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)，有效提高了產(chǎn)線測(cè)試效率，實(shí)現(xiàn)了終端生產(chǎn)測(cè)試的智能化管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉祖深.5G測(cè)試儀器關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2020,46 (05):1-8,13.

[2] 王健.5GNR基站測(cè)試解決方案[J].信息通信技術(shù)與政策,2019(12):88-92.

[3] 任海英,蘇賡,吳荻,等.基于終端測(cè)試視角的5G關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電信技術(shù),2017,47(3):51-54.

[4] 李衛(wèi),李永振.基于TTCN的5G NR終端一致性測(cè)試模型研究[C].5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會(huì)(2018).

[5] 丁超,唐力偉,鄧士杰,等.基于云測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系架構(gòu)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2015, 23(05):1506-1509.

[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.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）