迎接 5G NR 一致性测试的挑战

[{"insert":"5G 技术的商业化步伐正在加速，并且要求设备和基站公司必须按照规定步骤将5G 产品推向市场。自 4G LTE 推出以来，已经过去了将近 10 年时间。4G 比3G 有了巨大的提升，而 5G 新空口（NR）这次带来了更具颠覆性的变化，因此在获准进入市场的过程中，参与者必将面临极大的挑战。 \n芯片组和设备将会运行更高的频率，而且需要更大的传输带宽。设备和基站还将采用新的接入技术建立连接，网络也会继续演进，以便处理更的多数据，服务更多用户，以及提供不同等级的服务。4G 网络 和 5G NR 网络必须做到协调对接，以便无缝地为用户提供服务。 \n设备厂商和基站公司需要克服的最大挑战是，需要确保成功通过一致性测试和设备验收测试。在准备进行 5G NR 一致性测试时，请务必牢记以下几个要点： \n• 针对一致性测试的具体要求和测试方法，目前完成的进度还不到 50% \n• 频率范围 2（FR2：24.25 至 52.6 GHz）极大地增加了测试的复杂性 \n• 测试用例的数量将会呈指数增长 \n• 5G NR 标准还在持续演进之中，以便涵盖更高的频段、支持更大的信道带宽和更多共存场景。\n \n以下四个技巧旨在帮助您抢先为 5G NR一致性测试和设备验收测试做好准备： \n1. 进行一致性测试时，要以最低要求为指导 \n2. 利用灵活的高性能仪器应对测试系统的复杂性 \n3. 确保让测试用例采用标准平台 \n4. 持续跟进最新的5G NR 标准\n \n下面是抢先为 5G NR 一致性测试和设备验收测试做好准备的四个技巧： \n"},{"attributes":{"color":"#ff0000","bold":true},"insert":"1. 进行一致性测试时，要以最低要求为指导。 "},{"insert":"\n在把设备和基站推向市场之前，需要对他们执行一致性测试。第 3 代合作伙伴计划（3GPP）无线接入网络（RAN）工作委员会定义了一致性目标。为了理解这些规范，我们先来回顾一下它们的制定过程。 \n5G NR 的初衷是希望建立能够普遍连接，提供可支持极限数据速率、高可靠性和低时延的网络。国际电信联盟（ITU）与国际移动电信（IMT）协作，共同制定了 IMT-2020愿景。IMT-2020 为 5G NR 提供了三个主要用例： \n1. 增强移动宽带（eMBB） \n2. 超可靠、低时延通信（URLLC） \n3. 海量机器类通信（mMTC） \n3GPP 研究项目技术报告（TR）38.913 描述了不同部署方案的关键性能指标（KPI），以及车联网（V2X）的要求。这些 KPI 包括针对峰值数据速率、频谱效率、时延、可靠性以及用户设备（UE）电池使用寿命的指标。 \nRAN 工作组基于 IMT-2020 愿景制定了 5G NR 技术规范。5G NR 文档已经发布在3GPP 网站的 38.xxx 系列文档目录中。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202304/b63e92e5f8087ad4.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"表 1. 3GPP RAN 工作组生成的技术报告和技术规范"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"一致性测试可以确保用户设备和基站的最低性能。表 2 列出了针对 3GPP 要求的文档。一致性测试主要是验证发射机和接收机的特征及性能。 \n针对设备的其他测试还包括无线资源管理（RMM）和协议测试。基站测试围绕射频（RF）参数而构建。用户设备拥有更多的一致性测试要求，增加了无线访问、信令和解调测试。用户设备必须经过认证组织的验证，比如 GCF（全球认证论坛）和 PTCRB（PCS 型认证审查委员会），以便确保 5G 商业设备符合最新的 3GPP 规范要求。为了确保在特定的网络工作时达到预期要求，用户设备必须有通过移动网络运营商的验收测试。 \n截至 2019 年 3 月，针对一致性测试方法的定义和规范只完成了不到 50% 的进度。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202304/60cb086b2acf4fa6.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"表 2. 针对基站和设备的 3GPP 一致性测试"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"一致性测试规范起始于 3GPP RAN2 和 RAN4 文档所规定的最低要求。它考虑了测试测量的不确定度（MU）和测试容限（TT）。运营商、设备和基站原始设备制造商（OEM）为每个测试都指定了具体的测试要求。这个最低要求规范比一致性规范更加严格。在 5G NR 一致性测试要求完备之前，设计人员可以使用这个最低要求作为指导来测试其 5G NR 产品。这个最低测试要求可以确保 5G 产品通过最终的一致性测试用例。 \n \n"},{"attributes":{"color":"#ff0000","bold":true},"insert":"2. 利用灵活的高性能仪器应对测试系统的复杂性 "},{"insert":"\n5G NR 可以在频率范围 1（FR1：410 MHz 至 7.125 GHz）和频率范围 2（FR2：24.25 至 52.6 GHz）工作。FR1 中较低频率的测试与 4G LTE 测试十分相似。不过，FR2 测试采用了多种新方式对测试解决方案进行极限测试。测试 FR2 范围时，要求测试设备必须能够覆盖更宽的频率和带宽。为了测量杂散辐射，要求频率高达60 GHz，为了支持频段间载波聚合，要求带宽高达 1.6 GHz。\n一致性要求指出，所有的 FR2 设备和基站测试都要进行辐射测试，还有一些 FR1 基站测试。这导致需要进行空中（OTA）测试，并带来了额外的测试挑战。主要挑战包括更大的路径损耗和更高的测量不确定度，这些因素让实现测量精度充满挑战。 \n预先一致性和一致性测试需要一个经过校准的 OTA 测试解决方案，该方案需要涵盖表2 中的 3GPP 一致性文档所列出的全部要求。 示例测试包括发射功率、信号质量、互调、杂散辐射和阻塞测试。 \n针对毫米波（mmWave）设计的测试解决方案需要容纳更高的频率、更宽的信道带宽。此解决方案还必须拥有充足的信噪比（SNR），以便精确地检测和解调 5G 信号。例如，当测试发射机时，信号分析仪的 SNR 对于确保精确的误差矢量幅度（EVM）和相邻信道泄露比（ACLR）测量至关重要。 \n在 OTA 测试装置中，路径损耗是一个问题，矢量信号发生器（VSG）的高输出功率和低 EVM 将为测试 5G 接收机提供充足的信噪比。\n如图 1 所示，选择和阻塞测试装置需要多个毫米波信号发生器来提供固定参考信道、调制干扰信号和连续波（CW）信号。高输出功率对于在毫米波频率克服更高的路径损耗也很关键。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202304/1673959f2347b339.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 1. 针对第 1 部分的基站接收机互调传导测试装置（第 2 部分为 OTA）"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"在确定 5G 测试解决方案时选择测试设备也非常重要、其覆盖范围必须充分满足您从sub-6 GHz 到大量毫米波频段的测试要求。由于许多测试需要使用多个信号源进行接收机测试，并且需要用多个分析仪进行发射机测试，因此，采用模块化的测试平台有助于节省测试空间，简化测试设置。 \n"},{"attributes":{"color":"#ff0000","bold":true},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ff0000","bold":true},"insert":"3. 确保让测试用例采用标准平台 "},{"insert":"\n5G NR 致力于在 FR1 和 FR2 工作频段支持多种不同的用例和部署场景。这些测试组合构成了一个巨大的测试用例矩阵。如图 2 所示，5G NR 可以在独立组网（SA）或非独立组网（NSA）模式下操作。在独立组网模式下，5G NR 可以直接连接 5G 下一代核心（NGC）网络，并独立于 4G 而工作。不过，推出 5G 网络需要时间。当 5G 设备在网络中工作时，5G NR 将严重依赖于 4G 基础设施来维持连通性。\n设备需要对一个或多个部署方案进行验证。演进型通用陆地无线接入（E-UTRA）和5G NR 双向连接（EN-DC）也需要进行测试。通过在各个工作频段添加 MIMO 和多载波聚合组合，这相当于 1,000 多个用户设备的测试用例。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202304/f038234a90201c29.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 2. 5G NR 部署方案"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"涵盖频率范围和用户设备一致性测试（包括 RF、RMM 和协议）的通用硬件平台提供了最大化 5G 测试用例验证范围所需要的可扩展性。例如，Keysight UXM 5G 无线测试平台使用了相同的基站硬件，并且使用不同的软件工具包，轻松覆盖了协议和射频/RMM 一致性测试。该测试平台还可以添加硬件，扩展到更宽的带宽和更高的频率。 \n标准化的通用平台可以带来许多额外优势。跨越工作流程充分利用测试平台，使 5G 设计人员能够在设计阶段早期解决和验证问题。在预先一致性和一致性测试中使用相同的测试平台，有助于减少故障，加快测试速度。图 3 描绘了一个典型的器件测试流程，展示了如何通过相同的测试平台来支持全方位的工作流程 — 从研发、设计验证，到一致性和器件验收测试，再到制造阶段。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202304/33a9437ff112203d.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 3. 在整个器件测试流程中使用同一个测试平台"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ff0000","bold":true},"insert":"4. 持续跟进最新的 5G NR 标准 "},{"insert":"\n为 5G NR 的下一阶段做好准备非常关键。尽管早在 2018 年 6 月 Release-15 就已通过了批准，但目前还有许多工作仍在继续。针对各种用例的一致性测试和针对Release-15 标准的网络部署方案都在紧锣密鼓地筹备之中。载波聚合、FR2 和 RMM测试用例完成了不到 10%。Release 16 预计会在 2019 年下半年开始启动，继续进行5G NR 优化、研究新用例，以及确定新类型的服务、设备、部署模型和频段。它将重点关注工业物联网的 URLLC 增强、未许可频段的使用、蜂窝 V2X、UE 定位和功率效率。随着标准继续演进，测试解决方案需要支持更高的频率、更宽的带宽以及新的物理层特性。 \n那些有投资保障的测试设备可以随着测试标准的变化而不断演进。投资之前，您需要考虑测试厂商会用多长时间才能提供新的软件版本，以便继续支持最新的测试用例。例如，是德科技一直在与市场领导者共同参与制定 3GPP 规范和测试用例。是德科技还与设备厂商和基站 OEM 共同协作，能够在标准最终确定之前向市场推出业内最新的产品设计。通过这种超前的洞察力，我们能够定期更新测试工具，并按认证机构指定的时间表进行提交和验证。 \n随着标准向更高频率和更宽带宽演进，对测试硬件进行扩展时，将会遇到物理局限性。购买或租赁拥有更宽覆盖范围的测试设备是一种很好的策略。另一种方法是，使用能够随着要求的变化轻松进行扩展的测试设备。\n \n总结 \n随着 5G 商用步伐的加快，针对预兼容性测试和一致性测试的准备工作变得极其重要。由于 5G NR 还没有提出完整的测试要求，并且使用了新的毫米波工作频段、更复杂的测试和持续演进的标准，因而在测试方面带来了许多新的挑战。尽管标准尚未完成，但 5G 产品的测试工作已经走在了前面，本文介绍的成功进行 5G 一致性测试的四个技巧有助于成功部署 5G 产品。设备厂商和基站提供商必须谨慎选择测试设备，以便执行5G 一致性测试。现在依照最低要求进行测试，可以确保您的 5G NR 产品在标准出台之时顺利通过一致性测试。测试解决方案需要随着标准的持续变化持续进行演进。灵活的通用测试平台是成功部署 5G 设备和基站的重要保障；这样的平台拥有充足的性能、可以轻松应对最具挑战的 5G 测试场景。\n——转自是德科技"},{"attributes":{"align":"right"},"insert":"\n"},{"insert":"\n"}]