本博文基于 Khushboo Kalyani 在网络研讨会上的演讲撰写。文章概述了测试 5G 产品性能的重要性，并介绍了产品设计师如何根据产品的性能定制量产测试计划。5G 是无线网络的最新技术标准，预计将对全球消费者和企业产生巨大影响。从物联网传感器到可穿戴设备，5G 将通过大量的新设备为各种垂直行业提供支持。本文将帮助您了解 5G 的功能、市场采用情况、最终产品测试方法、生产线终端信令测试的重要性以及制造流程中的一些基本测试项目。

在蜂窝技术中，5G 是独一无二的，因为5G能够提供前几代蜂窝技术所不具备的一系列应用优势。具体包括：

• 超越 4G 的数据速率 – 最高可达每秒 10 Gb。
• 更高的带宽 – 使用载波聚合时最高可达 1200 MHz。
• 不到 1 ms 的超低延迟。
• 可通过网络切片为特定应用提供专门服务。

由于 5G 的这些技术和性能优势，产品的质量和性能在业内受到空前关注。

5G 一经推出便大受欢迎，市场采用率几乎是 4G/LTE 的四倍。数据显示，2020 年全球 5G 用户量超过 2 亿；2021 年底全球 5G 用户量超过 5 亿。到 2022 年底，该数字有望突破 10 亿（参见图 1）。

资源: Ericsson Mobility Report 图 1:  5G（橙线）和 4G（绿线）在部署初期的用户量对比。

考虑到采用率的飙升和多样化的技术要求，5G 最终用户产品需要在保持出色质量和性能的同时尽可能缩短上市时间。因此，制造商需要密切关注产品生命周期中涉及的测试方法。从无线产品的角度来看，在制造过程中可以使用以下两种测试方法：

1. 非信令测试
2. 信令测试

下文将详细介绍这两种测试技术。

蜂窝非信令测试

蜂窝非信令测试是一种不涉及呼叫处理的测试方法，其基本重点是校准和验证设备的发射器和接收器性能（参见图 2）。

图 2.射频收发器的概念框图。

在这种测试技术中（参见图 3），测试仪和测试应用程序会选择特定于芯片组的测试模式，通过串行连接直接控制被测设备 (DUT)，以测量预定义的传输模式。这种测试方法无需实时网络仿真或端到端呼叫注册，因此可免去配置网络仿真所用的 DUT 和测试设备的开销。这样可以看出，蜂窝非信令测试方法针对生产环境进行了高度优化，有助于提高经济效益并缩短量产测试时间。

图 3.5G 非信令测试方法。

信令测试

与非信令测试不同，信令测试是一种呼叫处理技术，需要在测试设备和 DUT 之间进行端到端的设备注册和呼叫建立。

在真实场景中，设备和基站之间的任何通信都会涉及到一系列控制面和用户面信令消息的交换。具体流程包括（但不限于）对广播信道进行解码、执行下行链路和上行链路同步、设置控制信道、执行设备认证和安全程序、交换设备功能、建立协议数据单元会话以优化用户流量交换等等。下面的示例是一些重要的控制面和用户面事件：

控制面事件

• 连接 (Attach) 和分离 (Detach) 流程
• 连接释放和重新建立
• 无线链路故障检测和恢复
• 专用承载建立和删除
• 增强型双连接 (EN-DC)
• 空闲模式移动性
• 漫游和切换
• 连接和空闲模式测量

用户面流量事件

• 语音通话
• 视频会话
• 数据上传和下载
• 电子邮件
• 即时通讯
• 语音信箱

图 4.七层 5G 协议栈。

这些信息的交换通过组成 5G 协议栈的各个层（参见图 4）实现，每层执行不同的关键功能，如调制/解调信号、拆分和组装数据包、为数据包编号及有序传输、管控空中资源以及在需要时重新传输数据包等。

在标准实验室环境中，测试人员会采用信令测试方法来验证典型用户体验场景下的设备行为及控制面和用户面事件的顺序，并检查每个协议层存在的缺陷。

在信令测试中（参见图 5），需要使用网络模拟器来仿真实时网络条件并生成控制面和用户面的流量组合，以测量设备在实际信道条件下的真实性能。在此过程中，测试设备无法直接控制芯片组，而是通过无线 (OTA) 连接或 DUT 与测试设备之间的电缆连接，实现从物理层到应用层跨整个协议栈的测试和测量。

图 5.新一代 5G 设备需要进行信令测试。

由于这种测试技术专注于设备功能的测试，因此常用于真实场景下的研发、设计验证和现场测试。

上文简要介绍了信令测试和非信令测试两种测试方法，很明显，这两种方法旨在满足不同的测试需求，并针对不同产品生命周期的使用情况进行了优化。非信令测试针对制造流程在成本和时间上做了优化，是一种更具针对性的方法。而信令测试则是一种综合性方法，根据具体的测试计划，耗时可能会更长。然而，如下文所述，随着 5G 应用的日益普及，即使在制造/生产线终端 (EOL) 时，对 5G 设备进行信令测试也至关重要。

飞速发展的 5G 设备世界

5G 设备对超连接性、大数据流量、可靠性、低延迟、监控功能和跟踪功能的需求不断提升。从工业传感器到无线手表等个人穿戴设备，5G 蜂窝无线技术将扩展到传统的智能手机、笔记本电脑和个人电脑之外更广泛的设备领域。以下是推动 EOL用户体验测试需求的主要原因：

1. 配备蜂窝功能的全新产品形式

不同垂直行业纷纷采用 5G 的独特技术功能，但通常会使用此前从未配备过蜂窝功能的创新设备，因此尚未通过连接可靠性测试（参见图 6）。在这种情况下，执行广泛的硬件测试至关重要，OEM 和制造商需要重新评估自身现有的量产测试方案，使 OTA 测试屏蔽箱、电缆及其他测试装置满足新产品的测试需求，以确保设备性能处于容许水平内。此外，还必须根据产品的实际使用模型定制测试计划，以便满足每种产品的性能需求，确保测试的可重复性。

图 6： 配备蜂窝功能的非无线产品。

2. 基于 5G 模块的设备使用日益增多

随着小型参与者的纷纷加入，5G 的用例愈发多样化，而由于预认证射频模块具备较低的门槛和相关开发成本，因此使用量呈现指数级增长。这类模块的主要优势在于每块模组都经过单独的测试和预校准，因此在组装和制造过程中无需重复进行质量测试。不过，常见的最终产品可能还包含其他模块，如 Wi-Fi、GPS、蓝牙、SIM 卡、电池、扬声器、麦克风和毫米波天线模块等。当这些模块以任何形式组合在一起时（尤其是在非传统产品中），即使每个模块均已通过单独测试并符合要求，仍然可能会出现导致无线性能下降的干扰和共存情况。

天线性能就是一个恰当的例子。在组装最终产品时，硬件外壳缺陷和调谐误差可能会导致信号丢失并影响天线辐射方向图，从而引起通信故障。如果天线安装不当或 Wi-Fi/蓝牙/蜂窝模块在设备内部存在共存问题，则一根天线的发射器可能会增加另一根天线接收器的噪声功率，使天线之间产生干扰，从而降低天线灵敏度，造成通话中断、接收不良和下载不稳定等问题。一些常见的基本问题还包括呼叫注册失败和 SIM 连接问题等，这往往是因软件和/或固件故障所致。在上述场景中，对最终产品进行整体测试的重要性不言而喻，只有进行适当的测试，才能确保设备运行期间的信号质量达到可接受的收发水平，并保证实际部署设备时的整体设备性能。 

然而，在实际情况中，制造和组装流程的测试时间十分紧迫，开展全面的硬件和软件功能测试几无可能。因此，必须采用定制的测试计划来验证最终产品的核心功能，以保证产品在真实场景中的基本用户体验。下面的检查清单列出了信令测试的关键测试指标，必须评估这些指标才能确保设备性能：

1.  基本的设备注册和呼叫流程

确保端到端的产品功能。硬件和软件组件可能会影响 DUT 的无线性能。

2. 天线性能

最终产品的外壳缺陷、实现问题和调谐错误可能会导致信号丢失并影响天线辐射方向图，从而引起通信故障。

3. 射频性能

确保信号质量在实际场景中不会严重下降，并且在支持的运行频段内达到可接受的信号收发水平（移动性）。

4. 数据吞吐量 

随着数据消耗量的激增，在用户应用中进行相关验证至关重要。验证的目的是确保设备能够应对各种级别的用户面流量和服务质量要求。

5. 高级功能特性

实际上，蜂窝设备的功能远不止是基本的通话和网络注册。新空口承载语音 (VoNR)、短信、互联网浏览、文件传输等典型设备用例均为衡量设备实际性能的关键功能特性。

总而言之，信令测试可能既耗时又复杂，但对于确保整体设备性能而言至关重要。涵盖设备注册和呼叫流程、天线质量、射频性能、数据吞吐量和高级功能特性的全面测试计划已成为最终产品质检程序不可或缺的一部分。从长远来看，这些测试有助于制造商提前发现产品缺陷，最大限度地减少产品召回的可能性。