與前幾代移動通信發(fā)展周期相比，5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度明顯加快，這對產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各類產(chǎn)品研發(fā)和測試提出了更高要求。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。實驗室模擬網(wǎng)測試作為產(chǎn)品上市前重要的全系統(tǒng)集成測試環(huán)節(jié)，受到業(yè)界越來越多的關(guān)注和重視。而5G系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)和緊迫的市場化壓力，讓實現(xiàn)自動化成為5G模擬網(wǎng)測試的重要發(fā)展方向。

現(xiàn)階段2G、3G和4G模擬網(wǎng)自動化測試實現(xiàn)方法

模擬網(wǎng)測試是指利用商用設(shè)備在實驗室或可控小規(guī)模外場區(qū)域，建設(shè)與商用網(wǎng)同樣架構(gòu)的端到端測試環(huán)境，用于驗證被測產(chǎn)品在實際網(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)測試如圖1所示。在2G、3G和4G產(chǎn)品測試中，模擬網(wǎng)測試一般作為進(jìn)入外場測試前的最后門檻，目的是提前暴露問題，實施定位、改進(jìn)和優(yōu)化，避免將故障泄露到外場測試中，保障外場測試效率，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終端能實現(xiàn)4×4 MIMO，因此在2G和3G時代，模擬網(wǎng)測試環(huán)節(jié)主要通過傳導(dǎo)方式實現(xiàn)，4G時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)，使實驗室模擬網(wǎng)建設(shè)面臨測試場景復(fù)雜度提升和全場景覆蓋能力提升的新需求，除了對多模多制式的考慮，多設(shè)備廠家甚至多家電信運(yùn)營商覆蓋場景的需求使模擬網(wǎng)建設(shè)和測試復(fù)雜度迅速提升。

終端產(chǎn)品的模擬網(wǎng)測試面臨兩大難題：一是多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的測試環(huán)境難以通過手動方式實現(xiàn)多路信號控制；二是多模多頻網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本極高，必須實現(xiàn)多測試線復(fù)用。因此，系統(tǒng)廠家在建設(shè)多小區(qū)測試環(huán)境時用到的程控衰減方案逐漸成為自動化測試的主流實現(xiàn)方式。2013年中國信通院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所MTNet實驗室建成業(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)外一體化測試系統(tǒng)，并將2G、3G和4G信號實現(xiàn)資源池化管理，通過程控衰減系統(tǒng)，形成了4G多模終端模擬網(wǎng)自動化測試能力，成為業(yè)界模擬網(wǎng)自動化測試方案最完整的應(yīng)用。4G多模終端模擬網(wǎng)自動化測試方案如圖2所示。

這種基于程控衰減器構(gòu)建的模擬網(wǎng)自動化測試方案包括軟件和硬件兩個部分，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試腳本。首先，需要根據(jù)模擬網(wǎng)的規(guī)模和測試能力進(jìn)行技術(shù)規(guī)劃和設(shè)備選型。

? 精確路損估算

射頻信號從基站天線口通過程控衰減器，經(jīng)過多跳射頻線纜及連接器，最終到達(dá)終端天線口或屏蔽箱，中間需要對測試設(shè)備和連接件路損進(jìn)行精確估算。考慮能模擬遠(yuǎn)、中、近點(diǎn)測試，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)行空口測試，還需考慮屏蔽箱40dB的路損，那么對線纜和連接器的合計路損要求則達(dá)到36.5dBm，對測試線的距離規(guī)劃極具挑戰(zhàn)。對于一些物理距離較長，合計路損難以達(dá)標(biāo)，而對基站共用需求不高的實驗室，可考慮選擇程控開關(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化要求，而開關(guān)矩陣的最大輸入功率一般不可高于27dBm，需要對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

基站輸出信號對應(yīng)程控系統(tǒng)的輸入，而程控系統(tǒng)的輸出決定并行測試線數(shù)量，同時，程控系統(tǒng)通道數(shù)越大，帶來路損的倍數(shù)增長。因此，對程控系統(tǒng)的選擇不應(yīng)盲目追求大容量，需根據(jù)實驗室內(nèi)模擬網(wǎng)規(guī)模和測試線數(shù)量平衡考量。

自動化測試的實現(xiàn)主要通過控制軟件和測試腳本進(jìn)行，控制軟件可以對程控衰減器的每一路信號按照0.5dB的步進(jìn)值進(jìn)行衰減，測試工程師根據(jù)測試用例要求編寫對應(yīng)腳本對信號自動化控制，模擬出小區(qū)開/關(guān)、近/中/遠(yuǎn)點(diǎn)等靜態(tài)場景和切換、重選等動態(tài)場景。

5G實驗室模擬網(wǎng)測試需求和挑戰(zhàn)

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

然而，5G模擬網(wǎng)測試系統(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功能和性能測試，對通道數(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)射功率相對于4G降低不少，這對測試系統(tǒng)的路損要求極高；5G空口更高階的信號調(diào)制，需要極低的鏈路EVM特性以及SINR特性，這對測試系統(tǒng)抗干擾能力以及測試設(shè)備非線性特性都提出了新要求。

5G模擬網(wǎng)測試空口自動化測試方案

面臨上述挑戰(zhàn)，首先要實現(xiàn)模擬網(wǎng)的空口自動化，即如何將5G信號融入到現(xiàn)有的4G多模自動化程控測試網(wǎng)絡(luò)中。通過表1路損比對分析不難看出，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)場景，必須減少信號路徑中的器件數(shù)量，并對元器件進(jìn)行嚴(yán)格選型。

例如，建設(shè)一套SA/NSA混合測試環(huán)境，按照5個LTE小區(qū)和5個5G NR小區(qū)規(guī)劃，每個LTE小區(qū)和5G NR小區(qū)均需要考慮4天線口輸出，因此輸入信號需求為40路。如果需要建設(shè)4條測試線，每條測試線的輸入也是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，同時預(yù)留24路輸入用于后期擴(kuò)展。5G SA/NSA程控自動化測試系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。

這樣的設(shè)計使每個測試點(diǎn)都同時具備LTE信號和NR信號，測試能力翻倍。其中，32×16程控衰減矩陣是一個雙向非阻塞的矩陣切換系統(tǒng)，它有32個輸入端口和16個輸出端口，由512個程控衰減單元組成，每個程控衰減單元的衰減范圍為0~63dB，每個程控衰減單元都能獨(dú)立控制信號衰減，用于調(diào)節(jié)不同信道信號能量值。而基站與程控系統(tǒng)之間，程控系統(tǒng)與測試終端之間的連接應(yīng)盡量選擇低阻抗線纜，并精確計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)場景的目標(biāo)。更重要的，為形成4×4 MIMO場景，需在終端側(cè)重點(diǎn)考慮四天線的隔離度，尤其是終端通過屏蔽箱內(nèi)天線實施空口測試時，應(yīng)優(yōu)選雙極化天線。

由于在硬件規(guī)劃和設(shè)計時充分保障了終端側(cè)信號強(qiáng)度，形成的各條測試線都能滿足嚴(yán)苛的性能測試要求，而對信號強(qiáng)度要求略低的功能測試線則可進(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)和信號質(zhì)量后，自動化測試主要通過軟件實現(xiàn)。自動化測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖4所示。

5G模擬網(wǎng)自動化測試能力建設(shè)主要分為三個階段，見表2。

當(dāng)前，系統(tǒng)側(cè)的自動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驗室最成熟的自動化方案還是基于程控衰減器開發(fā)自動化信號控制腳本，根據(jù)測試場景要求，對5G SA和NSA基站的信號強(qiáng)度進(jìn)行精確控制，模擬出終端在各類信號條件下的測試場景。

而終端側(cè)的自動化能力已進(jìn)入第二階段，通用性測試方案基于AT指令，對通信芯片發(fā)起語音、數(shù)據(jù)下載等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)自動化撥測。一些手機(jī)廠家不滿足于基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的自動化，開發(fā)了基于自身操作系統(tǒng)的自動化測試應(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)和終端的自動化控制軟件之間，主要還是通過時間同步，這就導(dǎo)致如果其中一方出現(xiàn)問題，對方無法做出相應(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)品的自動化測試對系統(tǒng)側(cè)的配合要求并不嚴(yán)格，即使是無交互的測試場景也能暴露大量問題。但隨著產(chǎn)品穩(wěn)定性不斷提升，自動化測試能力也面臨不斷增強(qiáng)的壓力，實現(xiàn)第二階段和第三階段自動化的方案正在醞釀當(dāng)中。

5G模擬網(wǎng)自動化測試展望

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)的自動化測試技術(shù)提出更高要求。首先，終端穩(wěn)定性測試要求長時間烤機(jī)和各類應(yīng)用的自動化運(yùn)行，需要系統(tǒng)與終端高度協(xié)調(diào)的自動化控制系統(tǒng)；其次，對系統(tǒng)測的自動化配置不僅滿足于對信號強(qiáng)弱的控制，對系統(tǒng)設(shè)備的參數(shù)配置將是未來自動化測試方案的重要研究方向；第三，隨著網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算技術(shù)的商用，測試對象將從設(shè)備轉(zhuǎn)向應(yīng)用和體驗，針對用戶場景的全網(wǎng)絡(luò)自動化模擬測試將應(yīng)運(yùn)而生。（作者來自中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所）
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