5G終端測試(精)/5G關鍵技術與應用叢書 節選

第1章 緒論 1.1 終端測試歷程及演變 從19世紀開始，人類就開啟了對無線通信的探索。1831年法拉第發現電磁感應定律，1864年麥克斯韋建立電磁理論，1887年赫茲用實驗證實了電磁波的存在，讓無線電通信成為可能。1896年俄國物理學家、電氣工程師波波夫和意大利物理學家馬可尼都成功地實現了利用無線電傳送信號，這標志著無線電通信進入實用階段。從20世紀80年代以后，移動通信進入了蓬勃發展期。短短三四十年，移動通信已經實現了從**代移動通信到第五代移動通信的跨越式發展。每一代移動通信的發展都有質的飛越，從1G模擬時代走向2G語音時代；從2G語音時代走向3G數據時代；4G實現IP化，數據速率大幅提升；而5G的目標則是實現萬物互聯。 自 1978 年底，美國貝爾實驗室研制先進移動電話系統（Advanced Mobile Phone System，AMPS），并建成了現在廣泛使用的蜂窩狀移動通信網后，一直到20 世紀 80 年代中期，許多國家都開始建設基于頻分復用（Frequency Division Multiple Access，FDMA）技術和模擬調制技術的**代移動通信系統（即1G）。AMPS成為1G的主要系統，另外還有在澳大利亞、加拿大、南美以及亞太地區廣泛采用的北歐移動電話（Nordic Mobile Telephony，NMT）及全選址通信系統（Total Access Communications System，TACS）制式。中國于1987年廣東第六屆全運會正式啟動蜂窩移動通信系統，填補了國內移動通信產業的空白。 2G時代是移動通信標準爭奪的開始，在眾多的移動通信制式中全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications，GSM）脫穎而出并被廣泛采用。20世紀90年代末，GSM在歐洲就成為通信系統的統一標準，并被正式商業化。同期的美國和日本市場被歐洲的諾基亞和愛立信逐漸占據，其中諾基亞僅僅用了10年時間就一舉成為世界頭號移動電話商。除GSM之外，還有時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、個人數字蜂窩（Personal Digital Cellular，PDC）與綜合數字增強網絡（Integrated Digital Enhanced Network，IDEN）等制式并存。1995年，中國采用了世界*主流的GSM制式，正式開通了GSM數字電話網。 為滿足人們日益增長的移動網絡需求，3G在新的頻譜上制定通信標準，以實現更高的數據傳輸速率。3G不僅兼容了2G通信系統，還可以處理視頻流、音樂、圖像等多種媒體形式，在聲音和數據傳輸上具有更快的速度。此外，3G在全球無線漫游方面表現得更好，提供了豐富的信息服務，包括電子商務、網頁瀏覽、電話會議等。寬帶碼分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）、碼分多址2000（Code Division Multiple Access 2000，CDMA2000）、時分同步碼分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）是3G通信系統中幾個主流標準制式。實際上，2007年10月19日，國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）還批準了全球微波互聯接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）作為ITU移動無線標準。WiMAX是繼WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的全球第四個3G標準。由于WiMAX標準沒有得到歐洲和中國主流通信設備廠商的支持，2010年，WiMAX標準的*大支柱英特爾宣布解散WiMAX部門。中國在2009年1月7日頒發了3張3G牌照，分別是中國移動的TD-SCDMA、中國聯通的WCDMA和中國電信的CDMA2000。 基于對更高速率的需求，移動通信演進到了4G時代。4G提出了基于正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技術的長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術，其主要的網絡制式為頻分雙工（Frequency-Division Duplex，FDD）和時分雙工（Time-Division Duplex，TDD），這兩種模式是由第三代合作伙伴計劃（Third Generation Partnership Project，3GPP）組織制定的全球通用標準。2013年12月，工業和信息化部分別向中國移動、中國電信、中國聯通頒發了3張4G牌照，即“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（TD-LTE）”經營許可。2015年2月27日，中國電信集團有限公司和中國聯合網絡通信集團有限公司獲得了工業和信息化部頒發的“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（FDD-LTE）”經營許可。2018年4月3日，工業和信息化部向中國移動正式發放FDD 4G牌照，批準中國移動經營LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務。如今中國4G信號覆蓋已非常廣泛，支持TD-LTE、FDD-LTE的移動終端產品已經普及。 5G作為第五代移動通信技術，其應用場景被國際電信聯盟劃分為移動互聯網和物聯網兩大類。5G不僅具有低時延，低功耗的特點，同時表現出高可靠的優點。與前幾代通信技術相比，5G已經不再是簡單的無線接入技術，而是集成多種現有（4G后向演進技術）和新型無線接入技術后的解決方案總稱。早在2013年2月，工業和信息化部、國家發展改革委和科技部就聯合成立IMT-2020（5G）推進組，對我國5G愿景與需求、5G頻譜問題、5G關鍵技術和5G標準化等問題展開研究和布局。5G推進組的組織架構基于高級國際移動通信（International Mobile Telecommunications-Advanced，IMT-Advanced）（4G）推進組，下設多個工作組，包括需求工作組、頻譜工作組、無線技術工作組、網絡技術工作組、若干標準工作組以及知識產權工作組。 在IMT-2020（5G）推進組的組織下，我國從2015年就開展了5G技術研發試驗，陸續完成了關鍵技術驗證、技術方案驗證和系統驗證。2019年6月6日，中國電信、中國移動、中國聯通和中國廣電獲得了工業和信息化部正式發放的5G商用牌照，標志著中國5G商用元年的開始。 伴隨移動通信技術的發展，終端測試也與時俱進，測試內容也在不斷調整中。20世紀90年代，歐洲*早開始了全面型號認證（Full Type Approval，FTA）。對于手機生產商來說，其生產的手機能否進入市場，取決于是否獲得在全球范圍內**的國際移動設備標識，即IMEI（International Mobile Equipment Identifier），而沒有此標識的手機將無法使用GSM網絡。 IMEI是根據FTA認證實驗室的測試報告后，由GSM聯盟（即GSM MOU，包括GSM的運營商和GSM手機的生產商）組織授權的中立發證機構（Notify Body）來發放。通過FTA認證測試是取得IMEI號的**途徑。FTA認證測試共包含了300多項測試項目，其內容可分為軟件測試、硬件測試和電磁兼容測試，其目的是檢驗手機是否符合GSM標準的要求。 我國GSM手機進網檢測執行的是1996年頒布的《900MHz TDMA數字蜂窩移動通信網移動臺設備技術指標及測試方法》（YD/T 884—1996）。該標準基于ETSI GSM11.10的第12～14章，主要規定了GSM900移動臺無線收發信機的射頻、音頻指標的定義、要求及測試方法。1999年，隨著GSM的YDT行業標準頒布，測試內容增加了可靠性、音頻、功能、性能等。隨后電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）、電磁波比吸收率（Specific Absorption Rate，SAR）和空中下載（Over the Air，OTA）等不同測試內容也加入了終端測試項。 2009～2011年，伴隨著中國3G網絡的商用，政府將監管重點放在互聯互通和網絡信息安全等方面。終端主要測試內容包括基本業務功能測試、射頻一致性測試、無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）一致性測試、協議一致性測試、機卡接口一致性測試、音頻一致性測試、外場業務性能測試、高層業務測試、環境及可靠性測試、壽命試驗、充電器安全性測試、耗電性能測試以及雙模互擾測試等。2013年12月以后，隨著LTE終端的商用，終端的進網要求分成了兩大類：一是網絡信息安全，包括信息安全與功能（信息安全）、信息安全協議、卡與終端互通性能、移動智能終端安全能力和無線局域網；二是互聯互通和性能要求，包括信息安全與功能、射頻接收性能、數據接收性能、互聯互通協議、卡與終端互通性能、無線局域網和數據接收性能等內容。在這期間，運營商、終端廠家和相關測試實驗室等對終端操作系統、應用軟件兼容性等新領域也開展了很多有益的嘗試。 2019年10月31日，在中國國際信息通信展覽會舉辦了5G商用啟動儀式，這標志著我國5G商用進入新征程。5G終端將會呈現多元化特點。增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）場景下的終端主要還是以手機為主，泛智能終端主要應用于海量機器類通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）和超高可靠低時延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）。從技術角度來看，由于毫米波的引入，OTA將成為一個重點和難點。從應用角度來看，安全測試仍然是基礎保障，至關重要；人工智能（Artificial Intelligence，AI）和增強現實（Augmented Reality，AR）/虛擬現實（Virtual Reality，VR）等新技術的崛起，也給終端測試帶來新的內容和方向。 1.2 終端測試技術概述 為了提升終端質量和用戶體驗，從2G時代終端測試技術就不斷演進，發展到現在已形成相對完善的終端測試體系，涵蓋了一致性測試、通信性能測試、軟件與信息安全測試和用戶體驗測評等。 1.2.1 一致性測試 移動終端在商用之前需對其進行一致性測試，一致性測試也是芯片商、運營商、手機廠家等非常關注的內容。各種移動通信協議和標準都明確定義了在各種狀態下手機和網絡的行為、反應和指標，一致性測試檢查手機的行為是否和標準規定相一致。 1. 射頻和無線資源管理一致性測試 1）射頻一致性測試 一般就終端射頻功能的要求來講，其包含了發射機和接收機。就發射機而言，不僅要求其產生精確且符合標準的有用信號，還要求干擾電平和無用發射控制在一定范圍之內；對接收機來說，要求其在一定環境條件下，可以精準無誤地接收有用信號并將信號準確地解調出來，同時可以抵御一定的干擾信號。射頻一致性測試主要包括： （1）在工作模式和空閑模式下的傳導雜散； （2）在正常條件和多徑干擾條件下的頻率相位誤差； （3）發射機*大輸出功率； （4）發射機輸出頻譜； （5）阻塞和寄生響應； （6）性能測試—通道功率（Channel Power，CP）、誤差矢量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）、鄰道泄漏比（Adjacent Channel Leakage Ratio，ACLR）、占用帶寬