5G产品开发挑战和测试策略

日前LitePoint 的 Khushboo Kalyani于 RCR 无线测试与测量论坛分享 5G 产品开发挑战和测试策略。

5G 市场发展迅猛，凭借新的服务、功能和应用推动了数据消耗量的大幅增长。据 Ericsson 在 2021 年 11 月发布的移动性数据报告估计，到 2021 年底，每月消耗的移动数据量在 70 至 80 EB 之间 - 到 2027 年，每月消耗的数据量将增长到 370 EB。

要为这一市场开发成功的 5G 产品，产品设计团队必须应对 5G 带来的 RF 复杂性增加问题，包括需要更多的 RF 频段、更宽的带宽和对多天线的支持。

要想获得成功，必须在研发、设计验证和制造过程中对这些系统进行全面的测试。虽然预制的 RF 模块有助于简化在产品中增加 5G 的过程，但这些模块并不能减少对产品测试的需求。

频谱的重要性

5G 的挑战之一是用户密度更高，每个基站有更多的设备共享 5G 频谱和网络资源。这需要明智地使用 5G 频谱。人们对 5G 的性能抱有极高的期望 - 高数据速率、低延迟、专用网络、物联网、低成本宽带等等 - 而频谱是实现这一切的关键。

业界采用了全新的频谱效率优化工具，包括重新整合 2G/3G/4G 的现有频谱以供 5G 使用。此外，还应用了载波聚合、多入多出 (MIMO) 天线或更高的信号调制等其他技术，以提高数据速率。另一种解决方案是开放新的频谱。监管机构增加了更多的中频段频谱以支持 5G；就在去年，美国联邦通信委员会 (FCC) 开放了 3.45 GHz、3.7 GHz 和 3.98 GHz 频段的频谱。

在较新的频谱开放后，5G 设备必须提供相应支持，这会增加设备的复杂性，也会对每个开发阶段（研发、设备验证测试 (DVT) 和制造阶段）的测试造成影响，进而影响上市时间、测试时间和测试成本。

从硬件设计的角度来看，有两个变化极其重要和关键。首先是需要增加 RF 链。需要离散的唯一 RF 链来支持额外的频段、带宽和载波聚合组合。其次是需要增加天线数量，以支持每个 RF 链以及 MIMO 方案。

这两个变化促使设备的测试验证需求显著增加：

1

RF 参数测量，用于在不同的频段和带宽下对设备进行广泛的校准和验证。这是为了确保带宽增加需求不会导致任何相邻信道泄漏而产生干扰，并且能够充分进行 RF 滤波以避免 RF 信号重叠等问题。

2

天线方向图测量，覆盖 6GHz 以下和毫米波天线模块的所有天线。这项测试需要无线 (OTA) 环境，可以帮助识别与天线调谐、组装和阻抗匹配相关的任何问题，这些问题可能会影响天线性能或干扰呼叫接收或注册。

3

功能验证，例如验证所有载波聚合组合的呼叫注册、呼叫切换和延迟。每个载波聚合组合都需要一定的信令开销，因此这些测试用于确保这种延迟不会影响性能。

4

应用级吞吐量测试，通过 MIMO 来验证主天线链和分集天线链的性能。

5

用户体验测试，用于评估软件更改对最终封装产品性能或功能性设备行为的影响。

测试挑战和解决方案

5G 频谱的复杂性使产品测试变得愈加重要，同时给产品开发人员或制造商带来了无法忽视的测试挑战。具体包括：

测试用例数量增加：

测试一个新的 5G 设备需要设计、开发和执行多个（可能是数千个）测试用例，以测试和验证频段、MIMO、调制方案等的无数种组合。这会延长测试时间，进而推迟上市进程。 

这一挑战的解决方案是构建特定于 SKU 的测试用例，从而优化测试开发和执行时间。此外，还可以部署一站式高速自动化测试工具，以便轻松定制和开发测试流程，并实现涵盖 RF 参数、功能和吞吐量用例等关键设备指标的硬件和软件回归，这将显著缩短调试和分析时间，从而加快上市步伐。

测试仪端口数和资源有限。

频段的增多和对高达 8x8 MIMO 的支持需求导致天线数量增加，进而需要更高的测试仪端口密度来进行传导测试。这需要在升级现有容量或购买新测试设备方面进行额外投资，因此同样会增加测试成本。

为克服这一物理限制，选择 RF 端口扩展器来增加测试仪端口密度将有助于重复使用现有容量，并支持测试多个天线和 DUT。此外，所选的配套测试仪必须能够提高多 DUT 测试效率，从而缩短测试时间并降低运营和设备成本。

只进行非信令测试还不够。

许多产品使用经过预校准、预认证的 5G 模块，这让 OEM 认为他们只能在这些设备上执行非信令测试。但是，在与其他无线模块（Wi-Fi、蓝牙、GPS 等）封装在一起后，可能会出现干扰，从而降低无线性能。对这些产品进行非信令测试无法发现这些问题。 

这一挑战的解决方案是进行信令测试，这种测试可通过建立端到端用户面呼叫来帮助验证产品性能。信令测试将检查最终封装产品的关键性能，以保证基本的用户体验并最大限度地减少现场退货。

结语

5G 模块用量的日益增多和新频段的增加促使对 5G 设备数据容量和更低延迟的需求也不断增长 - 但这些因素也导致了设备复杂性的增加。为了满足 5G 快速普及的需求，必须采用不同的测试方法来继续确保设备的优异性能，同时控制成本和复杂性。

审核编辑 ：李倩