LTE FDD射頻終端自動(dòng)測(cè)試解決方案

丁寶軍，耿愛成

(1 遼寧信鼎檢測(cè)認(rèn)證有限公司 研發(fā)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110135；2 沈陽(yáng)工程學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部，遼寧 沈陽(yáng)110136)

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LTE FDD射頻終端自動(dòng)測(cè)試解決方案

丁寶軍1，耿愛成2

(1 遼寧信鼎檢測(cè)認(rèn)證有限公司 研發(fā)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110135；2 沈陽(yáng)工程學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部，遼寧 沈陽(yáng)110136)

摘要：LTE FDD終端射頻測(cè)試是型號(hào)核準(zhǔn)認(rèn)證測(cè)試的重要部分之一。為了提高射頻測(cè)試的效率，在結(jié)合了先進(jìn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)理論、C#語(yǔ)言和GPIB遠(yuǎn)程控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇合適的測(cè)試儀表和射頻切換控制單元，完成了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；軟件部分采用包括用戶操作界面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢、測(cè)試執(zhí)行程序等部分在內(nèi)的模塊化結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，將結(jié)果進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，確定了結(jié)果的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，大幅度提高LTE FDD終端設(shè)備射頻測(cè)試的速度、效率與精確度。

關(guān)鍵詞：FDD；LTE；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；射頻一致性；儀表驅(qū)動(dòng)

LTE FDD作為一種成熟的準(zhǔn)4G技術(shù)，目前已在全球得到全面推廣。LTE FDD具有頻譜使用靈活、可與現(xiàn)有技術(shù)無(wú)縫互操作以及網(wǎng)絡(luò)部署和管理成本低廉等特性。優(yōu)勢(shì)突出的LTE FDD已成為全球主流運(yùn)營(yíng)商的共同選擇，設(shè)備商和終端廠商也加快了對(duì)該產(chǎn)品研發(fā)的進(jìn)度。在LTE FDD技術(shù)商用之前，運(yùn)營(yíng)商會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動(dòng)終端進(jìn)行大量的測(cè)試。LTE FDD的可變帶寬配置、復(fù)雜的RB分配、新的調(diào)制方式給射頻測(cè)試帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。如何開發(fā)出一套提高測(cè)試效率、降低測(cè)試復(fù)雜度的自動(dòng)化系統(tǒng)顯得尤為重要。

1LTE FDD技術(shù)基礎(chǔ)

1.1LTE FDD系統(tǒng)性能指標(biāo)

1)幀結(jié)構(gòu)為Type1，幀長(zhǎng)為10 ms，10個(gè)子幀，每個(gè)子幀為1 ms。

2)可變的系統(tǒng)帶寬，支持6種帶寬配置，即1.4 MHz，3 MHz，5 MHz，10 MHz，15 MHz和20 MHz。

3)LTE下行采用OFDMA多址方式，上行采用SC-FDMA多址方式。與OFDMA不同，SC-FDMA信號(hào)具有“單載波”的特性，其發(fā)送信號(hào)峰均比較低，在上行功放要求相同的情況下，可以提高上行的功率效率，簡(jiǎn)化終端設(shè)計(jì)。

4)調(diào)制方式采用QPSK和16QAM。

1.2LTE FDD發(fā)射機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

LTE FDD發(fā)射機(jī)測(cè)試項(xiàng)目共有19項(xiàng)，如表1所示。

2自動(dòng)化系統(tǒng)概念

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(Automatic Test System，ATS)是指在測(cè)試人員極少參與或者不參與的情況下能夠?qū)Ρ粶y(cè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?，并以特定方式顯示測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)。與手動(dòng)測(cè)試相比，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以有效地避免人為因素產(chǎn)生的誤差，并具有良好的復(fù)現(xiàn)性。通過(guò)大量的測(cè)量，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析判斷，可以最大限度的消除或削弱系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，從而獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)試效率。

表1　LTE FDD發(fā)射機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

通常自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控儀器總線基礎(chǔ)上組建而成的，具有精度高、速度快、多功能和測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以明顯減少測(cè)試人員的工作量并提高工作效率。在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試人員只需在工控計(jì)算機(jī)上設(shè)置基本測(cè)試參數(shù)，并執(zhí)行測(cè)試程序，測(cè)試軟件就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行選定的測(cè)試程序，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制儀表進(jìn)行測(cè)試。

完整的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括以下幾個(gè)硬件：

1)工控計(jì)算機(jī)

工控計(jì)算機(jī)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制核心，需具備2種功能：①對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試儀器具有操作控制功能；②能夠?qū)y(cè)試儀表間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)接口總線進(jìn)行管理。工控計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)上必須配有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字接口，以便同測(cè)試儀表互聯(lián)互通，操作系統(tǒng)中需具備支持測(cè)試軟件執(zhí)行的運(yùn)行環(huán)境。

2)可編程儀表

可編程儀表是在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中為了完成測(cè)試任務(wù)而選擇的測(cè)試儀器的總體概況，可以是獨(dú)立的測(cè)試儀表，如綜合測(cè)試儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等，也可以是功能模塊，如射頻切換控制箱。

3)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口總線

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口總線是互聯(lián)設(shè)備之間用于交換信息的通道，其目的在于提供一種方便快捷的通信方式。比較常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口總線主要有GPIB通用接口總線、RS232串行通信接口總線、TCP/IP通信接口總線等。

4)開發(fā)環(huán)境及測(cè)試應(yīng)用軟件

測(cè)試應(yīng)用軟件是根據(jù)用戶需求，基于測(cè)試儀表的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試原理，借助軟件開發(fā)手段將儀表集成并適用自動(dòng)化測(cè)試的軟件。

3測(cè)試系統(tǒng)搭建

3.1硬件系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)測(cè)試原理如圖1所示，系統(tǒng)硬件的組成如表2所示。

圖1　LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理

3.2控制箱設(shè)計(jì)方案

控制箱整體設(shè)計(jì)原理如圖2和表3所示。樣機(jī)1與樣機(jī)2同時(shí)接入，同時(shí)閉合內(nèi)部電子開關(guān)，2個(gè)樣機(jī)與綜測(cè)儀的2個(gè)分析模塊分別連接并進(jìn)行測(cè)試。由于綜測(cè)儀可以完成2臺(tái)樣機(jī)的獨(dú)立測(cè)試，而發(fā)射互調(diào)和傳導(dǎo)雜散需要信號(hào)源與頻譜儀的配合，因此采取沖突避讓的方式解決該問題。當(dāng)測(cè)試樣機(jī)1的發(fā)射互調(diào)與傳導(dǎo)雜散時(shí)，電子開關(guān)K1與功分器保持閉合，后端的濾波單元相應(yīng)閉合，保持鏈路通暢，樣機(jī)2處于等待狀態(tài)。當(dāng)樣機(jī)1的測(cè)試項(xiàng)目完成后，K2閉合，完成樣機(jī)2的發(fā)射互調(diào)與傳導(dǎo)雜散測(cè)量。為了便于TD-LTE的后期測(cè)試，在控制箱內(nèi)部預(yù)置了TD-LTE濾波單元。

表2　系統(tǒng)硬件組成

3.3系統(tǒng)軟件運(yùn)行環(huán)境

該系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的配置情況如表4所示。

圖2　控制箱設(shè)計(jì)原理

表3　控制箱接口說(shuō)明

3.4關(guān)鍵技術(shù)概述

LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用Microsoft Office Visual Studio 2010作為開發(fā)環(huán)境，并采用C#語(yǔ)言作為開發(fā)語(yǔ)言。C#語(yǔ)言是完全按照面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì)的，并且按照.NET Framework語(yǔ)法格式的定義編寫而成的，具有語(yǔ)言結(jié)構(gòu)清晰、語(yǔ)法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。選用Microsoft Access 2007作為數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。

表4　系統(tǒng)軟件運(yùn)行環(huán)境

3.5可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令

大多數(shù)儀器遵從可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(SCPI)標(biāo)準(zhǔn)化儀器編程語(yǔ)言，可通過(guò)儀表的使用手冊(cè)(datasheet)來(lái)查詢相關(guān)的SCPI控制指令，從而實(shí)現(xiàn)控制儀表的目的。GPIB命令就是一種SCPI語(yǔ)言，在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。SCPI通過(guò)定義一套標(biāo)準(zhǔn)的編程命令集為設(shè)備控制和數(shù)據(jù)使用提供一致的編程環(huán)境，使用相同的命令和參數(shù)來(lái)控制相同的功能、不同廠商的設(shè)備。編程命令和參數(shù)由控制器發(fā)出，通過(guò)GPIB傳輸?shù)絻x表接口。設(shè)備返回給控制器響應(yīng)可以是數(shù)據(jù)也可以是狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制測(cè)試功能。

3.6測(cè)試流程

測(cè)試流程如圖3所示。

圖3　LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試流程

3.7軟件功能設(shè)計(jì)

根據(jù)功能需求，測(cè)試軟件分為6個(gè)子模塊，即基本信息填寫模塊、測(cè)試計(jì)劃建立與導(dǎo)入導(dǎo)出模塊、測(cè)試執(zhí)行模塊、自動(dòng)生成報(bào)告模塊、系統(tǒng)鏈路校準(zhǔn)模塊、測(cè)試結(jié)果查詢與復(fù)測(cè)模塊。

1)基本信息填寫模塊

基本信息填寫模塊包括廠家信息、報(bào)告編號(hào)、設(shè)備名稱、外部衰減補(bǔ)償置入、測(cè)試單位信息、測(cè)試環(huán)境信息等。

2)測(cè)試計(jì)劃建立與導(dǎo)入導(dǎo)出模塊

測(cè)試計(jì)劃包含LTE FDD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有項(xiàng)目，測(cè)試人員可根據(jù)自己的需求靈活建立測(cè)試計(jì)劃，也可以調(diào)用配置好的測(cè)試計(jì)劃。

3)測(cè)試執(zhí)行模塊

根據(jù)已選擇的測(cè)試計(jì)劃，逐項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果與測(cè)試進(jìn)程。

4)自動(dòng)生成報(bào)告模塊

測(cè)試完成后，通過(guò)加載報(bào)告模板將公共信息和測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入WORD文檔中。

5)系統(tǒng)鏈路校準(zhǔn)模塊

LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)初次使用前需要對(duì)所有射頻鏈路進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6)測(cè)試結(jié)果查詢與復(fù)測(cè)模塊

測(cè)試結(jié)果查詢與復(fù)測(cè)模塊可以對(duì)已測(cè)試完的項(xiàng)目進(jìn)行查詢，可以實(shí)現(xiàn)按樣機(jī)查詢，按測(cè)試項(xiàng)目查詢和失敗項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)測(cè)

4測(cè)試比對(duì)結(jié)果與分析

在頻段為Band3，帶寬為5 MHz，頻點(diǎn)為1 747.5 MHz 的條件下，采用自動(dòng)與手動(dòng)測(cè)試比對(duì)實(shí)驗(yàn)，比對(duì)測(cè)試結(jié)果如表5所示，測(cè)試結(jié)果反映了該測(cè)試系統(tǒng)能夠按照型號(hào)核準(zhǔn)要求完成LTE FDD測(cè)試，自動(dòng)測(cè)試結(jié)果與實(shí)際手動(dòng)測(cè)試結(jié)果相差很小，可以采用該結(jié)果作為最終測(cè)試數(shù)據(jù)。因此，LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性完全可以滿足型號(hào)核準(zhǔn)測(cè)試要求。

5結(jié)語(yǔ)

LTE FDD自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可滿足檢測(cè)機(jī)構(gòu)關(guān)于LTE FDD型號(hào)核準(zhǔn)測(cè)試需求，在測(cè)試方法、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、代碼編寫與調(diào)試等方面做了大量工作。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)對(duì)LTEFDD設(shè)備的射頻性能測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、可靠，測(cè)試效率明顯提高。

表5　比對(duì)測(cè)試結(jié)果

軟件設(shè)計(jì)之初就考慮到今后可能面臨的升級(jí)與維護(hù)需求，所以，測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)展和維護(hù)。

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(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇魏靜敏)

Solution for FDD LTE RF Terminal Automatic Test

DING Bao-jun1,GENG Ai-cheng2

(1.Liaoning thinktec Inspection &Certification Co.,Ltd.R & D center,Shenyang 110135; 2.Department of Preparatory Courses,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：FDD LTE terminal RF test is an important part of the type approval certification testing.In order to improve the efficiency of RF testing,the development of FDD LTE RF terminal test system solutions has a particularly important practical value.The design and implementation of the hardware system of the automatic test system were completed by selecting the appropriate test instrument and the radio frequency switching control unit by combining the advanced automatic test system theory,C# language with GPIB remote control technology based on the international standard 3GPPTS36.521-1 and domestic standard 2578.2-2013 YD/T.The software utilized the modular structure,including the user interface module,data storage and query module,test execution module,calibration module and instrument driver module.Through repeated testing,the results show that the test results of the automatic test system are stable and accurate and the speed,efficiency and accuracy of the FDD LTE terminal equipment RF test are improved greatly.

Key words：FDD,LTE,automatic test system,RF conformance,instrument driver

中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2016)02-0173-05

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.017

作者簡(jiǎn)介：丁寶軍(1985-),男(滿族),遼寧鐵嶺人,助理工程師。

收稿日期：2015-12-10