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基于5G终端测试认证的3 2认证方案详解

互联网 2019-06-11 12:37:15

目前5G商用已经进入冲刺阶段,2019年下半年将有大量5G终端投入市场。终端是用户体验业务质量的门户,5G终端性能的优劣直接影响客户对中国移动网络质量的评价,因此终端的成熟度是判断5G技术是否成熟的关键因素之一。

 

测试与认证是保证终端质量、保证5G技术成功商用的重要环节。然而,传统的无线通信终端以手机为主,形式相对单一,测试内容僵化,而即将投入市场的5G终端涉及文娱、交通、制造、医疗,以及基础设施建设等众多领域,类型繁杂,形态和应用场景千差万别,性能需求差异较大,因此亟需全面、灵活、高效的5G终端测试认证方案,以确保形态各异的5G终端能够满足差异化的使用场景和业务需求。

 

 

终端测试认证体系、标准与组织

 

无线通信终端的测试体系主要由生产测试、入网测试、行业组织测试和入库测试4部分组成,这些测试内容相互补充、各有侧重。

 

生产测试主要由终端生产厂家把控,在终端出厂前进行,目的是为了确保终端的各项指标能够满足用户、终端入网及入库的需求。

 

行业组织测试主要由各个区域的政府部门把控,不同类型、不同领域终端的具体测试内容不同,例如电视需要考察分辨率,鼠标、键盘等需要考察终端的按键次数;手机、Pad等无线通信终端则需要考察协议、射频、天线等无线通信能力,只有相关的指标合格才允许商用。在我国,行业组织测试也被称为入网测试。

 

一般无线通信终端入网测试内容包含基础通信能力测试、信息安全测试、电磁辐射安全测试、抗摔抗压测试等。随着无线通信技术的普及,5G终端将被广泛应用于各大垂直领域,终端通信性能表现与实际的工作场景密不可分,因此后续无线通信性能的测试也必将更加贴近行业终端的使用需求。

 

入库测试主要由运营商把控,其内容一般是在入网测试的基础上增加一部分运营商定制化的需求,通常高于一般的入网测试要求,主要目的是为了保证终端在各自的网络下具有更加优异的性能。5G无线通信标准主要由3GPP制定,包括网络与终端互通的协议流程和射频指标要求。同时,3GPP还会制定与各个流程和指标相对应的测试方案,验证终端的行为是否与核心规范要求一致,称为一致性测试规范。GCF是实施一致性测试的行业认证组织,主要面向的测试对象包括芯片、模组、终端等。参与终端标准制定及测试认证的组织还包括PTCRB、GTI、GSMA、CCSA、CTIA等,不同国家、地区的运营商也会根据各自的需求制定差异化的测试内容。

 

现有终端测试方案

 

传统的2G/3G/4G终端均以手机为主,也包括一部分物联网终端,终端的形态和使用场景通常比较固定,所以可以用统一的测试方案进行质量评估。

 

现有的手机测试中,一方面需要考察终端的无线通信和硬件能力,另一方面需要测试终端的业务能力。

 

其中,无线通信性能测试包含一致性测试、功能与性能测试和互操作测试,考察终端的信令流程、射频指标、吞吐量和移动性等能力是否符合协议规定,以保证终端与网络的正确互通,并确保终端在高铁、漫游等特殊场景下的性能;硬件测试包含功耗和OTA测试,主要考察终端在不同状态下的耗电量、整机的空口性能,以及在无线环境下的接入和速率性能;业务测试通常包含上网、游戏、音视频等业务模型下的数据上传及下载速率、MOS分、数据传输时延和业务连续性等。

 

面向NB-IoT这一新型窄带物联网技术,中国移动推动“三段式”终端测试认证体系,为降低测试成本、提高认证效率发挥了重要作用,是物联网终端测试认证技术的有益探索。

 

5G终端测试挑战与解决方案

5G网络设计之初,就考虑到eMBB、uRLLC、mMTC三大应用场景,不仅适用于传统手机类终端,还能满足行业用户对移动通信的需求,奠定了5G同时为公众客户、政企行业、垂直领域服务的基础。

 

5G手机终端测试存在的挑战

相对于传统终端,5G时代智能手机仍将扮演重要角色,在通信能力方面,同样需要考察无线通信技术的能力、功耗、OTA,以及业务性能,但5G终端支持的模式和频段更多,形态更加多样,5G终端的硬件和功能也更加复杂,因此5G终端测试充满挑战。

 

5G频段范围扩展至毫米波,而毫米波射频前端和天线集成度极高,无法引出射频接口,因此毫米波终端测试都必须采用OTA的方式。连接方式的改变给终端测试带来了极大挑战。以一致性测试为例,由于毫米波频率较高、路径损耗较大,传统的暗室难以满足测试条件,必须采用紧缩场、近远场转换等方式实现,然而当前每种方式只能满足部分用例的测试需求,没有一种方案能够实现测试用例的全覆盖。此外,毫米波信号路径损耗较大、方向性较强,对系统的测量准确度、噪声抑制水平提出了极高的要求,对测试的时间及成本也带来了极大挑战。

 

5G终端测试方法

5G网络提供了更加强大的能力,将进一步加速移动通信向各领域的渗透,集成5G模块的CPE、笔记本、无人机、智能穿戴、AR/VR等终端类型应运而生。与手机不同,5G行业终端面向更加复杂的使用场景,承载的业务也更加丰富多彩,有些需要在极限环境下工作,有些需要有精准的定位功能,有些需要具有极高的上传和下载速率,有些需要提供超高清的影像和流畅的语音……诸如此类,5G行业终端需要有针对不同功能和使用场景采用的差异化指标要求和评估方案。

 

借鉴“三段式”的测试方法,可以将5G行业终端产品的生产过程分为芯片、模组和终端3个阶段。部分5G终端是直接基于芯片集成AP、射频前端、天线等部件,其生产过程经历了“芯片—终端”两个阶段;部分终端基于模组进行集成,模组通常基于芯片开发,这类终端的生产过程通常会经历“芯片—模组—终端”3个阶段。

 

芯片的主要功能是为5G模组或5G终端提供基础无线通信能力,因此芯片测试主要考察一致性、功能与性能、互操作等与无线通信性能相关的内容。

 

模组基于芯片进行射频前端的集成,根据功能需求不同,有时也包含CPU、MCU、蓝牙等功能模块。由于模组在芯片的基础上增加了射频相关的架构,因此除了无线通信性能,还需要考察功耗、射频等方面的性能。

 

终端是最终的产品形态,在芯片/模组的基础上集成了天线及相关的结构设计,同时具有各项业务功能,不仅需要有通信性能、硬件性能的测试,还需要考察其与具体业务相关的功能与性能,同时针对不同的应用场景,还需要考察其环境可靠性。

 

在市场上,多款模组会使用相同芯片平台,多款终端会使用相同模组套件。对于使用相同芯片的模组、终端产品,与芯片的协议栈和处理能力相关的功能基本与其采用的芯片平台表现一致。对于使用相同模组套件的终端,其部分射频、可靠性表现与其采用的模组套件基本一致。因此,若某模组或终端采用的芯片平台已经通过认证,则可以删减部分一致性、功能和性能的测试项目;若某终端采用的模组平台已经通过认证,可以删减部分射频、可靠性的测试项目。对于不同类型、形态和使用场景的模组和终端,只对其中不可控的项目进行差异化的测试。

 

采用这样的方式,不仅可以减少测试项目的重叠,提高测试效率,还能够针对不同类型终端的需求,灵活制定相应的软硬件、业务等内容测试方案,更加符合5G终端的测试需求,如图1所示。

 

图1 5G终端测试方法

 

“3+2”5G终端认证方案

基于上述测试方法,本文提出了基于5G终端测试认证的“3+2”认证方案。对于“基于芯片的终端”,可以采用“芯片—终端”两步认证;对于“基于模组的终端”,可以采用“芯片—模组—终端”三步认证。

 

•“基于芯片的终端”认证方案

如图2所示,对于“基于芯片的终端”,直接在芯片的基础上进行定制化的前端、ID、结构等设计,因此需要考察其与射频、OTA、功耗及业务相关的性能,但其协议一致性、高铁性能等与信令流程和基带处理能力相关的特性与芯片产品基本一致,因此可以适当删减这类测试项目。

 

图2 “基于芯片的终端”测试认证方案

 

•“基于模组的终端”认证方案

“基于模组的终端”可以将认证内容拆分为芯片、模组和终端3部分进行,如图3所示。其中,芯片的测试内容主要包括协议一致性、高铁等性等与信令、芯片处理能力相关项目。模组是主要提供通信能力的部件,其在芯片的基础上进一步集成射频相关的外围器件,因此认证内容包括射频、可靠性等有关的硬件能力。终端基于模组进一步集成了天线、电池、屏幕等外部结构,是提供业务的主体,因此终端主要承担与整机性能相关的测试内容,如功耗、OTA及业务测试等。

 

图3 “基于模组的终端”测试认证方案

 

行业终端测试的独特性

行业终端的通信性能与其所承载的业务类型、使用场景息息相关、密不可分,因此在认证过程中,应做好通信认证和行业专有认证的协同。针对不同行业终端的使用场景,构建差异性的测试环境和业务模型,以考察终端在实际工作环境下的通信和业务性能。

 

例如,用于无人机、汽车、路况勘察和监控等类型的终端,经常会处于高温、寒冷、潮湿和暴晒的环境中,还需要有一定的承重和抗压能力,因此需要进行高低温、抗腐蚀、抗压等稳定性测试,保证能够应对各样的环境变化,即使在一些极限环境下仍具有稳定可靠的通信和业务能力;用于远程医疗、机房监控等场景的终端,经常工作于四周设备的干扰环境中,因此需要考察终端在干扰、辐射、振动等干扰环境下的速率、时延和可靠性等指标;用于AR/VR、高清视频、远程会议等场景的终端,人机交互密切,需要考察人体在手持或佩戴状态时信号强度和速率的回退情况,以保证终端能够提供可靠连接和稳定的速率……

 

行业终端的形态和场景需求的多样性远不止于此,因此仍需更加深入地了解其实际的使用场景和业务需求,并积极探索相应的测试方案,使测试场景更加贴近实际情况、测试结果更加反映实际性能,实现通信认证和行业认证的有机结合。

 

总结

5G网络更加贴近行业用户的使用需求,为了更大的实现其价值,5G正向更加广泛的行业应用领域发展。为了保证终端的通信质量,不仅需要保证终端的基础通信能力,还需要针对类型、形态和应用场景不同的终端制定差异化的性能需求和测试方法,面对如此复杂和多样的终端类型,未来的终端测试技术将面临巨大的挑战。

 

本文提出的“3+2”终端测试认证方案基于终端的生产过程精简测试内容,不仅提高了测试效率,更能够进行灵活的拆解和扩展,实现全面、有效评估各类5G终端的目的,为5G生态系统的健康发展提供保障,为5G成功商用保驾护航。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  NB-IoT[1]    OTA[5]    终端测试[16]    5G[37]
 
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