與前幾代移動(dòng)通信發(fā)展周期相比，5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度明顯加快，這對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各類產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試提出了更高要求。隨著5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，尤其是3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，5G各類特色應(yīng)用將陸續(xù)出現(xiàn)，作為承載各類應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)和終端產(chǎn)品將面臨更大研發(fā)壓力。實(shí)驗(yàn)室模擬網(wǎng)測(cè)試作為產(chǎn)品上市前重要的全系統(tǒng)集成測(cè)試環(huán)節(jié)，受到業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注和重視。而5G系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)和緊迫的市場(chǎng)化壓力，讓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成為5G模擬網(wǎng)測(cè)試的重要發(fā)展方向。

現(xiàn)階段2G、3G和4G模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試實(shí)現(xiàn)方法

模擬網(wǎng)測(cè)試是指利用商用設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室或可控小規(guī)模外場(chǎng)區(qū)域，建設(shè)與商用網(wǎng)同樣架構(gòu)的端到端測(cè)試環(huán)境，用于驗(yàn)證被測(cè)產(chǎn)品在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的功能、性能和兼容性。2G、3G和4G終端模擬網(wǎng)單小區(qū)測(cè)試如圖1所示。在2G、3G和4G產(chǎn)品測(cè)試中，模擬網(wǎng)測(cè)試一般作為進(jìn)入外場(chǎng)測(cè)試前的最后門檻，目的是提前暴露問(wèn)題，實(shí)施定位、改進(jìn)和優(yōu)化，避免將故障泄露到外場(chǎng)測(cè)試中，保障外場(chǎng)測(cè)試效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。由于2G和3G終端留存主要為單天線，主流4G終端為兩天線，少數(shù)高端4G終端能實(shí)現(xiàn)4×4 MIMO，因此在2G和3G時(shí)代，模擬網(wǎng)測(cè)試環(huán)節(jié)主要通過(guò)傳導(dǎo)方式實(shí)現(xiàn)，4G時(shí)代則普遍采用將終端放入屏蔽箱的方式。

4G系統(tǒng)與前幾代組成多模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使實(shí)驗(yàn)室模擬網(wǎng)建設(shè)面臨測(cè)試場(chǎng)景復(fù)雜度提升和全場(chǎng)景覆蓋能力提升的新需求，除了對(duì)多模多制式的考慮，多設(shè)備廠家甚至多家電信運(yùn)營(yíng)商覆蓋場(chǎng)景的需求使模擬網(wǎng)建設(shè)和測(cè)試復(fù)雜度迅速提升。

終端產(chǎn)品的模擬網(wǎng)測(cè)試面臨兩大難題：一是多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的測(cè)試環(huán)境難以通過(guò)手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)控制；二是多模多頻網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本極高，必須實(shí)現(xiàn)多測(cè)試線復(fù)用。因此，系統(tǒng)廠家在建設(shè)多小區(qū)測(cè)試環(huán)境時(shí)用到的程控衰減方案逐漸成為自動(dòng)化測(cè)試的主流實(shí)現(xiàn)方式。2013年中國(guó)信通院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所MTNet實(shí)驗(yàn)室建成業(yè)界首套涵蓋TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM/CDMA制式的全模多頻室內(nèi)外一體化測(cè)試系統(tǒng)，并將2G、3G和4G信號(hào)實(shí)現(xiàn)資源池化管理，通過(guò)程控衰減系統(tǒng)，形成了4G多模終端模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試能力，成為業(yè)界模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試方案最完整的應(yīng)用。4G多模終端模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試方案如圖2所示。

這種基于程控衰減器構(gòu)建的模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試方案包括軟件和硬件兩個(gè)部分，硬件包括程控衰減器、連接線纜和元器件，軟件為控制軟件和測(cè)試腳本。首先，需要根據(jù)模擬網(wǎng)的規(guī)模和測(cè)試能力進(jìn)行技術(shù)規(guī)劃和設(shè)備選型。

? 精確路損估算

射頻信號(hào)從基站天線口通過(guò)程控衰減器，經(jīng)過(guò)多跳射頻線纜及連接器，最終到達(dá)終端天線口或屏蔽箱，中間需要對(duì)測(cè)試設(shè)備和連接件路損進(jìn)行精確估算?？紤]能模擬遠(yuǎn)、中、近點(diǎn)測(cè)試，一般要求到達(dá)終端天線口功率不低于-75dBm（極好點(diǎn)）。例如，一臺(tái)2.6GHz的TD-LTE基站輸出功率為33dBm，一套32×8的程控衰減器路損為31.5dB，這就要求其他線纜和連接器的合計(jì)路損不大于76.5dB，如果終端側(cè)不是線纜直連，而是使用屏蔽箱內(nèi)置天線進(jìn)行空口測(cè)試，還需考慮屏蔽箱40dB的路損，那么對(duì)線纜和連接器的合計(jì)路損要求則達(dá)到36.5dBm，對(duì)測(cè)試線的距離規(guī)劃極具挑戰(zhàn)。對(duì)于一些物理距離較長(zhǎng)，合計(jì)路損難以達(dá)標(biāo)，而對(duì)基站共用需求不高的實(shí)驗(yàn)室，可考慮選擇程控開(kāi)關(guān)矩陣替代程控衰減器方案，但需要在終端側(cè)增加單路程控衰減以滿足自動(dòng)化要求，而開(kāi)關(guān)矩陣的最大輸入功率一般不可高于27dBm，需要對(duì)基站輸出口增加固定衰減器進(jìn)行功率控制。

? 路損、端口數(shù)及成本因素統(tǒng)籌規(guī)劃

基站輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)程控系統(tǒng)的輸入，而程控系統(tǒng)的輸出決定并行測(cè)試線數(shù)量，同時(shí)，程控系統(tǒng)通道數(shù)越大，帶來(lái)路損的倍數(shù)增長(zhǎng)。因此，對(duì)程控系統(tǒng)的選擇不應(yīng)盲目追求大容量，需根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬網(wǎng)規(guī)模和測(cè)試線數(shù)量平衡考量。

自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)控制軟件和測(cè)試腳本進(jìn)行，控制軟件可以對(duì)程控衰減器的每一路信號(hào)按照0.5dB的步進(jìn)值進(jìn)行衰減，測(cè)試工程師根據(jù)測(cè)試用例要求編寫對(duì)應(yīng)腳本對(duì)信號(hào)自動(dòng)化控制，模擬出小區(qū)開(kāi)/關(guān)、近/中/遠(yuǎn)點(diǎn)等靜態(tài)場(chǎng)景和切換、重選等動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。

5G實(shí)驗(yàn)室模擬網(wǎng)測(cè)試需求和挑戰(zhàn)

5G商用后，對(duì)測(cè)試效率的追求讓實(shí)現(xiàn)模擬網(wǎng)測(cè)試自動(dòng)化成為重要議題。同時(shí)，5G系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模天線陣列的應(yīng)用，使得手動(dòng)測(cè)試效率極低，更讓自動(dòng)化測(cè)試成為模擬網(wǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)需求。

然而，5G模擬網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)建設(shè)遠(yuǎn)不是在4G多模系統(tǒng)中疊加5G設(shè)備那么簡(jiǎn)單，其挑戰(zhàn)表現(xiàn)在以下方面：5G需要考慮NSA模式和SA模式并存，使得多模系統(tǒng)復(fù)雜度顯著提升；5G宏基站主流配置為64天線或128天線，終端要求4天線接收，為滿足4×4 MIMO功能和性能測(cè)試，對(duì)通道數(shù)量規(guī)模和線纜間隔離度要求極高；5G工作于更高頻點(diǎn)、更大帶寬，而5G基站單天線口發(fā)射功率相對(duì)于4G降低不少，這對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的路損要求極高；5G空口更高階的信號(hào)調(diào)制，需要極低的鏈路EVM特性以及SINR特性，這對(duì)測(cè)試系統(tǒng)抗干擾能力以及測(cè)試設(shè)備非線性特性都提出了新要求。

5G模擬網(wǎng)測(cè)試空口自動(dòng)化測(cè)試方案

面臨上述挑戰(zhàn)，首先要實(shí)現(xiàn)模擬網(wǎng)的空口自動(dòng)化，即如何將5G信號(hào)融入到現(xiàn)有的4G多模自動(dòng)化程控測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)表1路損比對(duì)分析不難看出，在4.9GHz頻段工作的硬件與2.6GHz相比，單位路損明顯提升。為了在終端側(cè)獲得-75dBm的極好點(diǎn)場(chǎng)景，必須減少信號(hào)路徑中的器件數(shù)量，并對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格選型。

例如，建設(shè)一套SA/NSA混合測(cè)試環(huán)境，按照5個(gè)LTE小區(qū)和5個(gè)5G NR小區(qū)規(guī)劃，每個(gè)LTE小區(qū)和5G NR小區(qū)均需要考慮4天線口輸出，因此輸入信號(hào)需求為40路。如果需要建設(shè)4條測(cè)試線，每條測(cè)試線的輸入也是4路，則程控系統(tǒng)的輸出需求為16路。綜合考慮選用兩臺(tái)32路輸入16路輸出的程控衰減器并聯(lián)，這樣既可滿足當(dāng)前需求，同時(shí)預(yù)留24路輸入用于后期擴(kuò)展。5G SA/NSA程控自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。

這樣的設(shè)計(jì)使每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都同時(shí)具備LTE信號(hào)和NR信號(hào)，測(cè)試能力翻倍。其中，32×16程控衰減矩陣是一個(gè)雙向非阻塞的矩陣切換系統(tǒng)，它有32個(gè)輸入端口和16個(gè)輸出端口，由512個(gè)程控衰減單元組成，每個(gè)程控衰減單元的衰減范圍為0~63dB，每個(gè)程控衰減單元都能獨(dú)立控制信號(hào)衰減，用于調(diào)節(jié)不同信道信號(hào)能量值。而基站與程控系統(tǒng)之間，程控系統(tǒng)與測(cè)試終端之間的連接應(yīng)盡量選擇低阻抗線纜，并精確計(jì)算基站與終端間的連線距離，以達(dá)到在終端側(cè)獲得-75dBm極好點(diǎn)場(chǎng)景的目標(biāo)。更重要的，為形成4×4 MIMO場(chǎng)景，需在終端側(cè)重點(diǎn)考慮四天線的隔離度，尤其是終端通過(guò)屏蔽箱內(nèi)天線實(shí)施空口測(cè)試時(shí)，應(yīng)優(yōu)選雙極化天線。

由于在硬件規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)充分保障了終端側(cè)信號(hào)強(qiáng)度，形成的各條測(cè)試線都能滿足嚴(yán)苛的性能測(cè)試要求，而對(duì)信號(hào)強(qiáng)度要求略低的功能測(cè)試線則可進(jìn)行拆分，形成更多并行環(huán)境，提升效率。在硬件環(huán)境保證了系統(tǒng)基本架構(gòu)和信號(hào)質(zhì)量后，自動(dòng)化測(cè)試主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖4所示。

5G模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試能力建設(shè)主要分為三個(gè)階段，見(jiàn)表2。

當(dāng)前，系統(tǒng)側(cè)的自動(dòng)化能力還處于第一階段，系統(tǒng)、終端和芯片廠家及各類第三方實(shí)驗(yàn)室最成熟的自動(dòng)化方案還是基于程控衰減器開(kāi)發(fā)自動(dòng)化信號(hào)控制腳本，根據(jù)測(cè)試場(chǎng)景要求，對(duì)5G SA和NSA基站的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行精確控制，模擬出終端在各類信號(hào)條件下的測(cè)試場(chǎng)景。

而終端側(cè)的自動(dòng)化能力已進(jìn)入第二階段，通用性測(cè)試方案基于AT指令，對(duì)通信芯片發(fā)起語(yǔ)音、數(shù)據(jù)下載等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化撥測(cè)。一些手機(jī)廠家不滿足于基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化，開(kāi)發(fā)了基于自身操作系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用程序，可以控制發(fā)起各類手機(jī)應(yīng)用（APP），但只能對(duì)少數(shù)應(yīng)用進(jìn)行帶反饋的交互。而系統(tǒng)和終端的自動(dòng)化控制軟件之間，主要還是通過(guò)時(shí)間同步，這就導(dǎo)致如果其中一方出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)方無(wú)法做出相應(yīng)判斷和調(diào)整，只能按預(yù)設(shè)程序繼續(xù)執(zhí)行。

現(xiàn)階段還處于5G商用初期，終端產(chǎn)品的自動(dòng)化測(cè)試對(duì)系統(tǒng)側(cè)的配合要求并不嚴(yán)格，即使是無(wú)交互的測(cè)試場(chǎng)景也能暴露大量問(wèn)題。但隨著產(chǎn)品穩(wěn)定性不斷提升，自動(dòng)化測(cè)試能力也面臨不斷增強(qiáng)的壓力，實(shí)現(xiàn)第二階段和第三階段自動(dòng)化的方案正在醞釀當(dāng)中。

5G模擬網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試展望

隨著5G普及，海量應(yīng)用將創(chuàng)造出各類新形態(tài)終端，為5G模擬網(wǎng)的自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)提出更高要求。首先，終端穩(wěn)定性測(cè)試要求長(zhǎng)時(shí)間烤機(jī)和各類應(yīng)用的自動(dòng)化運(yùn)行，需要系統(tǒng)與終端高度協(xié)調(diào)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)；其次，對(duì)系統(tǒng)測(cè)的自動(dòng)化配置不僅滿足于對(duì)信號(hào)強(qiáng)弱的控制，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的參數(shù)配置將是未來(lái)自動(dòng)化測(cè)試方案的重要研究方向；第三，隨著網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算技術(shù)的商用，測(cè)試對(duì)象將從設(shè)備轉(zhuǎn)向應(yīng)用和體驗(yàn)，針對(duì)用戶場(chǎng)景的全網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化模擬測(cè)試將應(yīng)運(yùn)而生。（作者來(lái)自中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所）
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