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            一種基于云測試的5G終端綜合測試平臺設計與實現*

            作者:王先鵬 (中電科思儀科技股份有限公司,青島 266555)時間:2021-07-26來源:電子產品世界收藏
            編者按:隨著5G NR技術的逐漸成熟和商用部署,5G終端產品種類更加多樣化。5G靈活的參數配置和大規模MIMO等關鍵技術的應用,對5G終端綜合測試裝置的設計帶來了極大的挑戰。本文結合終端產線測試需求和云測試技術,提出了一種基于云測試的5G終端綜合測試平臺設計,并進行了實際測量實驗。測量結果驗證了所提設計方案的有效性。

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

            本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/202107/427133.htm

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

            0   引言

            隨著5G 技術的不斷成熟和5G 的商用部署,我國5G 終端產業得到了快速的發展,使得5G 終端的種類和形式更加豐富化、多樣化,5G 終端產品也將大規模生產。從市場統計看,5G 移動終端設備類型已超過14 種,產品的數量和種類已達到180 多種,特別是5G 智能手機的出貨量出現了大幅增長。5G 終端良好的發展勢頭給5G 全場景生態帶來快速發展,同時也給5G 帶來了極大挑戰。5G 關鍵技術包括靈活的參數集和帶寬部分、毫米波和大規模MIMO 多天線技術等[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 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技術在5G 終端上的應用,使終端產品翻倍,增加天線數量和射頻相關的器件。因此,5G 終端產品的生產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測試技術是終端生產線不可或缺的工具或設備[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建基于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,結合技術[5] 設計了一種分布式5G 終端綜合測試裝置,實現了終端產線的管理和測試數據的大數據分析功能,提高了5G 終端產線的測試效率。

            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,從系統層面來說可以分為3 部分,即由測試任務控制中心構成的應用域、基于云測試技術形成的網絡服務域和5G 終端綜合測試裝置構成的系統集成域。測試任務控制中心構成的應用域主要根據產線任務分配、可用資源、產能和發貨量等形成生產任務列表,經云測試服務器構建的網絡服務域發往各終端產線執行生產任務?;谠茰y試技術構建的網絡服務域主要完成對各個終端產線的測試業務調度、測試資源管理、消息分發、產線實時監控、收集和存儲各產線終端生產中的測試數據到數據庫,并進行數據統計整理等,同時采用大數據技術完成數據的分析和故障診斷,實現各終端生產線的高效生產和管理。5G 裝置構成的系統集成域主要是將各終端產線測試工位上的5G 終端測試裝置連接到云端,實現遠程操控、在線調度和測試數據實時上傳與存儲。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,可以實現終端生產線的大規模部署,使產線測試更高效,運維更方便,亦可配合產線智能機器人手臂實現無人化生產線管理。本測試平臺將云測試核心技術、分布式嵌入式技術、無線通信技術、傳感器技術、5G終端綜合測試裝置先進的設計技術進行了充分融合,實現了5G 終端生產測試技術的智能化管理。

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            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現基本測試業務和終端信號數據的采集,其原理框圖如圖2所示。

            在終端測試產線上,每個測試工位上均有一個工業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,在工業計算機上實現了測試工位與5G 終端綜合測試裝置的智能聯控,對測試工位的測試業務進行合理的調度和分配。整個測試裝置包含5G 基帶處理模塊(由ARM+FPGA 構成)、射頻發射通道模塊、射頻接收通道模塊、開關功分板模塊、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 下行信號的發射和5G 上行信號的解調分析處理等。射頻發射通道模塊完成FPGA 發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。開關功分板模塊實現發射信號的8 路功分獨立輸出和8 路接收信號的快速開關切換接收處理。終端測試裝備夾具實現終端產品的固定、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測試任務的分解,按照測試指標要求調度、執行各個測試項,并實現測試數據的本地化處理、實時上傳等工作。

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            圖2 5G終端綜合測試裝置原理設計框圖

            1.3 終端發射機和接收機測試實現

            終端接收機測試的具體實施過程是根據構建的測試場景,設計配套的5G 下行波形文件,經過基于VXI-11 協議開發的通信模塊傳遞到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入5G 基帶處理模塊FPGA 的DDR 中;FPGA 按照單次觸發發射或者連續發射1 474.56 MHz 的中頻信號到達射頻發射通道中,經射頻連接電纜(開關功分板模塊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。

            終端發射機測試按照測試場景要求由軟件虛擬測試模塊經夾具外的USB 線配置終端測試參數,由終端接收下行信號并同步后,按參數進行上行信號發射;通過夾具探針、射頻電纜到達開關功分板的8 個天線端口中的其中一個端口,經接收通道變成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時間模板計算、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,最終發往云測試服務器進行存儲與分析。

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            圖3 Web顯示UE發射的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web 網頁進行訪問查看,測試結果數據如圖3 所示。通過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可以從統計學的角度實現終端性能的評估,幫助產線更好地生產5G 終端產品。

            3   結束語

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

            參考文獻:

            [1] 劉祖深.5G測試儀器關鍵技術研究與產品開發[J].電子技術應用,2020,46 (05):1-8,13.

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

            [3] 任海英,蘇賡,吳荻,等.基于終端測試視角的5G關鍵技術研究[J].現代電信技術,2017,47(3):51-54.

            [4] 李衛,李永振.基于TTCN的終端一致性測試模型研究[C].5G網絡創新研討會(2018).

            [5] 丁超,唐力偉,鄧士杰,等.基于云測試的自動測試系統體系架構研究[J].計算機測量與控制, 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《電子產品世界》雜志2021年7月期)



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