基于5G終端測(cè)試認(rèn)證的3+2認(rèn)證方案詳解

目前5G商用已經(jīng)進(jìn)入沖刺階段，2019年下半年將有大量5G終端投入市場(chǎng)。終端是用戶(hù)體驗(yàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量的門(mén)戶(hù)，5G終端性能的優(yōu)劣直接影響客戶(hù)對(duì)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，因此終端的成熟度是判斷5G技術(shù)是否成熟的關(guān)鍵因素之一。

測(cè)試與認(rèn)證是保證終端質(zhì)量、保證5G技術(shù)成功商用的重要環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信終端以手機(jī)為主，形式相對(duì)單一，測(cè)試內(nèi)容僵化，而即將投入市場(chǎng)的5G終端涉及文娛、交通、制造、醫(yī)療，以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等眾多領(lǐng)域，類(lèi)型繁雜，形態(tài)和應(yīng)用場(chǎng)景千差萬(wàn)別，性能需求差異較大，因此亟需全面、靈活、高效的5G終端測(cè)試認(rèn)證方案，以確保形態(tài)各異的5G終端能夠滿(mǎn)足差異化的使用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求。

終端測(cè)試認(rèn)證體系、標(biāo)準(zhǔn)與組織

無(wú)線(xiàn)通信終端的測(cè)試體系主要由生產(chǎn)測(cè)試、入網(wǎng)測(cè)試、行業(yè)組織測(cè)試和入庫(kù)測(cè)試4部分組成，這些測(cè)試內(nèi)容相互補(bǔ)充、各有側(cè)重。

生產(chǎn)測(cè)試主要由終端生產(chǎn)廠家把控，在終端出廠前進(jìn)行，目的是為了確保終端的各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿(mǎn)足用戶(hù)、終端入網(wǎng)及入庫(kù)的需求。

行業(yè)組織測(cè)試主要由各個(gè)區(qū)域的政府部門(mén)把控，不同類(lèi)型、不同領(lǐng)域終端的具體測(cè)試內(nèi)容不同，例如電視需要考察分辨率，鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等需要考察終端的按鍵次數(shù)；手機(jī)、Pad等無(wú)線(xiàn)通信終端則需要考察協(xié)議、射頻、天線(xiàn)等無(wú)線(xiàn)通信能力，只有相關(guān)的指標(biāo)合格才允許商用。在我國(guó)，行業(yè)組織測(cè)試也被稱(chēng)為入網(wǎng)測(cè)試。

一般無(wú)線(xiàn)通信終端入網(wǎng)測(cè)試內(nèi)容包含基礎(chǔ)通信能力測(cè)試、信息安全測(cè)試、電磁輻射安全測(cè)試、抗摔抗壓測(cè)試等。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的普及，5G終端將被廣泛應(yīng)用于各大垂直領(lǐng)域，終端通信性能表現(xiàn)與實(shí)際的工作場(chǎng)景密不可分，因此后續(xù)無(wú)線(xiàn)通信性能的測(cè)試也必將更加貼近行業(yè)終端的使用需求。

入庫(kù)測(cè)試主要由運(yùn)營(yíng)商把控，其內(nèi)容一般是在入網(wǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上增加一部分運(yùn)營(yíng)商定制化的需求，通常高于一般的入網(wǎng)測(cè)試要求，主要目的是為了保證終端在各自的網(wǎng)絡(luò)下具有更加優(yōu)異的性能。5G無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)主要由3GPP制定，包括網(wǎng)絡(luò)與終端互通的協(xié)議流程和射頻指標(biāo)要求。同時(shí)，3GPP還會(huì)制定與各個(gè)流程和指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的測(cè)試方案，驗(yàn)證終端的行為是否與核心規(guī)范要求一致，稱(chēng)為一致性測(cè)試規(guī)范。GCF是實(shí)施一致性測(cè)試的行業(yè)認(rèn)證組織，主要面向的測(cè)試對(duì)象包括芯片、模組、終端等。參與終端標(biāo)準(zhǔn)制定及測(cè)試認(rèn)證的組織還包括PTCRB、GTI、GSMA、CCSA、CTIA等，不同國(guó)家、地區(qū)的運(yùn)營(yíng)商也會(huì)根據(jù)各自的需求制定差異化的測(cè)試內(nèi)容。

現(xiàn)有終端測(cè)試方案

傳統(tǒng)的2G/3G/4G終端均以手機(jī)為主，也包括一部分物聯(lián)網(wǎng)終端，終端的形態(tài)和使用場(chǎng)景通常比較固定，所以可以用統(tǒng)一的測(cè)試方案進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。

現(xiàn)有的手機(jī)測(cè)試中，一方面需要考察終端的無(wú)線(xiàn)通信和硬件能力，另一方面需要測(cè)試終端的業(yè)務(wù)能力。

其中，無(wú)線(xiàn)通信性能測(cè)試包含一致性測(cè)試、功能與性能測(cè)試和互操作測(cè)試，考察終端的信令流程、射頻指標(biāo)、吞吐量和移動(dòng)性等能力是否符合協(xié)議規(guī)定，以保證終端與網(wǎng)絡(luò)的正確互通，并確保終端在高鐵、漫游等特殊場(chǎng)景下的性能；硬件測(cè)試包含功耗和OTA測(cè)試，主要考察終端在不同狀態(tài)下的耗電量、整機(jī)的空口性能，以及在無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的接入和速率性能；業(yè)務(wù)測(cè)試通常包含上網(wǎng)、游戲、音視頻等業(yè)務(wù)模型下的數(shù)據(jù)上傳及下載速率、MOS分、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和業(yè)務(wù)連續(xù)性等。

面向NB-IoT這一新型窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，中國(guó)移動(dòng)推動(dòng)“三段式”終端測(cè)試認(rèn)證體系，為降低測(cè)試成本、提高認(rèn)證效率發(fā)揮了重要作用，是物聯(lián)網(wǎng)終端測(cè)試認(rèn)證技術(shù)的有益探索。

5G終端測(cè)試挑戰(zhàn)與解決方案

5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之初，就考慮到eMBB、uRLLC、mMTC三大應(yīng)用場(chǎng)景，不僅適用于傳統(tǒng)手機(jī)類(lèi)終端，還能滿(mǎn)足行業(yè)用戶(hù)對(duì)移動(dòng)通信的需求，奠定了5G同時(shí)為公眾客戶(hù)、政企行業(yè)、垂直領(lǐng)域服務(wù)的基礎(chǔ)。

5G手機(jī)終端測(cè)試存在的挑戰(zhàn)

相對(duì)于傳統(tǒng)終端，5G時(shí)代智能手機(jī)仍將扮演重要角色，在通信能力方面，同樣需要考察無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的能力、功耗、OTA，以及業(yè)務(wù)性能，但5G終端支持的模式和頻段更多，形態(tài)更加多樣，5G終端的硬件和功能也更加復(fù)雜，因此5G終端測(cè)試充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。

5G頻段范圍擴(kuò)展至毫米波，而毫米波射頻前端和天線(xiàn)集成度極高，無(wú)法引出射頻接口，因此毫米波終端測(cè)試都必須采用OTA的方式。連接方式的改變給終端測(cè)試帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。以一致性測(cè)試為例，由于毫米波頻率較高、路徑損耗較大，傳統(tǒng)的暗室難以滿(mǎn)足測(cè)試條件，必須采用緊縮場(chǎng)、近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換等方式實(shí)現(xiàn)，然而當(dāng)前每種方式只能滿(mǎn)足部分用例的測(cè)試需求，沒(méi)有一種方案能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試用例的全覆蓋。此外，毫米波信號(hào)路徑損耗較大、方向性較強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度、噪聲抑制水平提出了極高的要求，對(duì)測(cè)試的時(shí)間及成本也帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。

5G終端測(cè)試方法

5G網(wǎng)絡(luò)提供了更加強(qiáng)大的能力，將進(jìn)一步加速移動(dòng)通信向各領(lǐng)域的滲透，集成5G模塊的CPE、筆記本、無(wú)人機(jī)、智能穿戴、AR/VR等終端類(lèi)型應(yīng)運(yùn)而生。與手機(jī)不同，5G行業(yè)終端面向更加復(fù)雜的使用場(chǎng)景，承載的業(yè)務(wù)也更加豐富多彩，有些需要在極限環(huán)境下工作，有些需要有精準(zhǔn)的定位功能，有些需要具有極高的上傳和下載速率，有些需要提供超高清的影像和流暢的語(yǔ)音……諸如此類(lèi)，5G行業(yè)終端需要有針對(duì)不同功能和使用場(chǎng)景采用的差異化指標(biāo)要求和評(píng)估方案。

借鑒“三段式”的測(cè)試方法，可以將5G行業(yè)終端產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程分為芯片、模組和終端3個(gè)階段。部分5G終端是直接基于芯片集成AP、射頻前端、天線(xiàn)等部件，其生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)歷了“芯片—終端”兩個(gè)階段；部分終端基于模組進(jìn)行集成，模組通?；谛酒_(kāi)發(fā)，這類(lèi)終端的生產(chǎn)過(guò)程通常會(huì)經(jīng)歷“芯片—模組—終端”3個(gè)階段。

芯片的主要功能是為5G模組或5G終端提供基礎(chǔ)無(wú)線(xiàn)通信能力，因此芯片測(cè)試主要考察一致性、功能與性能、互操作等與無(wú)線(xiàn)通信性能相關(guān)的內(nèi)容。

模組基于芯片進(jìn)行射頻前端的集成，根據(jù)功能需求不同，有時(shí)也包含CPU、MCU、藍(lán)牙等功能模塊。由于模組在芯片的基礎(chǔ)上增加了射頻相關(guān)的架構(gòu)，因此除了無(wú)線(xiàn)通信性能，還需要考察功耗、射頻等方面的性能。

終端是最終的產(chǎn)品形態(tài)，在芯片/模組的基礎(chǔ)上集成了天線(xiàn)及相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)具有各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，不僅需要有通信性能、硬件性能的測(cè)試，還需要考察其與具體業(yè)務(wù)相關(guān)的功能與性能，同時(shí)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，還需要考察其環(huán)境可靠性。

在市場(chǎng)上，多款模組會(huì)使用相同芯片平臺(tái)，多款終端會(huì)使用相同模組套件。對(duì)于使用相同芯片的模組、終端產(chǎn)品，與芯片的協(xié)議棧和處理能力相關(guān)的功能基本與其采用的芯片平臺(tái)表現(xiàn)一致。對(duì)于使用相同模組套件的終端，其部分射頻、可靠性表現(xiàn)與其采用的模組套件基本一致。因此，若某模組或終端采用的芯片平臺(tái)已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證，則可以刪減部分一致性、功能和性能的測(cè)試項(xiàng)目；若某終端采用的模組平臺(tái)已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證，可以刪減部分射頻、可靠性的測(cè)試項(xiàng)目。對(duì)于不同類(lèi)型、形態(tài)和使用場(chǎng)景的模組和終端，只對(duì)其中不可控的項(xiàng)目進(jìn)行差異化的測(cè)試。

采用這樣的方式，不僅可以減少測(cè)試項(xiàng)目的重疊，提高測(cè)試效率，還能夠針對(duì)不同類(lèi)型終端的需求，靈活制定相應(yīng)的軟硬件、業(yè)務(wù)等內(nèi)容測(cè)試方案，更加符合5G終端的測(cè)試需求，如圖1所示。

圖1? 5G終端測(cè)試方法

“3+2”5G終端認(rèn)證方案

基于上述測(cè)試方法，本文提出了基于5G終端測(cè)試認(rèn)證的“3+2”認(rèn)證方案。對(duì)于“基于芯片的終端”，可以采用“芯片—終端”兩步認(rèn)證；對(duì)于“基于模組的終端”，可以采用“芯片—模組—終端”三步認(rèn)證。

?“基于芯片的終端”認(rèn)證方案

如圖2所示，對(duì)于“基于芯片的終端”，直接在芯片的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制化的前端、ID、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)，因此需要考察其與射頻、OTA、功耗及業(yè)務(wù)相關(guān)的性能，但其協(xié)議一致性、高鐵性能等與信令流程和基帶處理能力相關(guān)的特性與芯片產(chǎn)品基本一致，因此可以適當(dāng)刪減這類(lèi)測(cè)試項(xiàng)目。

圖2 “基于芯片的終端”測(cè)試認(rèn)證方案

?“基于模組的終端”認(rèn)證方案

“基于模組的終端”可以將認(rèn)證內(nèi)容拆分為芯片、模組和終端3部分進(jìn)行，如圖3所示。其中，芯片的測(cè)試內(nèi)容主要包括協(xié)議一致性、高鐵等性等與信令、芯片處理能力相關(guān)項(xiàng)目。模組是主要提供通信能力的部件，其在芯片的基礎(chǔ)上進(jìn)一步集成射頻相關(guān)的外圍器件，因此認(rèn)證內(nèi)容包括射頻、可靠性等有關(guān)的硬件能力。終端基于模組進(jìn)一步集成了天線(xiàn)、電池、屏幕等外部結(jié)構(gòu)，是提供業(yè)務(wù)的主體，因此終端主要承擔(dān)與整機(jī)性能相關(guān)的測(cè)試內(nèi)容，如功耗、OTA及業(yè)務(wù)測(cè)試等。

圖3 “基于模組的終端”測(cè)試認(rèn)證方案

行業(yè)終端測(cè)試的獨(dú)特性

行業(yè)終端的通信性能與其所承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型、使用場(chǎng)景息息相關(guān)、密不可分，因此在認(rèn)證過(guò)程中，應(yīng)做好通信認(rèn)證和行業(yè)專(zhuān)有認(rèn)證的協(xié)同。針對(duì)不同行業(yè)終端的使用場(chǎng)景，構(gòu)建差異性的測(cè)試環(huán)境和業(yè)務(wù)模型，以考察終端在實(shí)際工作環(huán)境下的通信和業(yè)務(wù)性能。

例如，用于無(wú)人機(jī)、汽車(chē)、路況勘察和監(jiān)控等類(lèi)型的終端，經(jīng)常會(huì)處于高溫、寒冷、潮濕和暴曬的環(huán)境中，還需要有一定的承重和抗壓能力，因此需要進(jìn)行高低溫、抗腐蝕、抗壓等穩(wěn)定性測(cè)試，保證能夠應(yīng)對(duì)各樣的環(huán)境變化，即使在一些極限環(huán)境下仍具有穩(wěn)定可靠的通信和業(yè)務(wù)能力；用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、機(jī)房監(jiān)控等場(chǎng)景的終端，經(jīng)常工作于四周設(shè)備的干擾環(huán)境中，因此需要考察終端在干擾、輻射、振動(dòng)等干擾環(huán)境下的速率、時(shí)延和可靠性等指標(biāo)；用于AR/VR、高清視頻、遠(yuǎn)程會(huì)議等場(chǎng)景的終端，人機(jī)交互密切，需要考察人體在手持或佩戴狀態(tài)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度和速率的回退情況，以保證終端能夠提供可靠連接和穩(wěn)定的速率……

行業(yè)終端的形態(tài)和場(chǎng)景需求的多樣性遠(yuǎn)不止于此，因此仍需更加深入地了解其實(shí)際的使用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求，并積極探索相應(yīng)的測(cè)試方案，使測(cè)試場(chǎng)景更加貼近實(shí)際情況、測(cè)試結(jié)果更加反映實(shí)際性能，實(shí)現(xiàn)通信認(rèn)證和行業(yè)認(rèn)證的有機(jī)結(jié)合。

總結(jié)

5G網(wǎng)絡(luò)更加貼近行業(yè)用戶(hù)的使用需求，為了更大的實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，5G正向更加廣泛的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。為了保證終端的通信質(zhì)量，不僅需要保證終端的基礎(chǔ)通信能力，還需要針對(duì)類(lèi)型、形態(tài)和應(yīng)用場(chǎng)景不同的終端制定差異化的性能需求和測(cè)試方法，面對(duì)如此復(fù)雜和多樣的終端類(lèi)型，未來(lái)的終端測(cè)試技術(shù)將面臨巨大的挑戰(zhàn)。

本文提出的“3+2”終端測(cè)試認(rèn)證方案基于終端的生產(chǎn)過(guò)程精簡(jiǎn)測(cè)試內(nèi)容，不僅提高了測(cè)試效率，更能夠進(jìn)行靈活的拆解和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)全面、有效評(píng)估各類(lèi)5G終端的目的，為5G生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展提供保障，為5G成功商用保駕護(hù)航。