作為 RCR 無線測試與測量論壇的一部分，LitePoint 的 Khushboo Kalyani 分享了一些 5G 產品開發挑戰和測試策略。

5G 市場發展迅猛，憑藉新的服務、功能和應用推動了數據消耗量的大幅增長。 據 Ericsson 在 2021 年 11 月發布的行動性數據報告估計，到 2021 年底，每月消耗的行動數據量在 70 至 80 EB 之間 – 到 2027 年，每月消耗的數據量將增長到 370 EB。

要為這一市場開發成功的 5G 產品，產品設計團隊必須應對 5G 帶來的 RF 複雜性增加問題，包括需要更多的 RF 頻段、更寬的頻寬和對多天線的支援。

要想獲得成功，必須在研發、設計驗證和製造過程中對這些系統進行全面的測試。 雖然預製的 RF 模組有助於簡化在產品中增加 5G 的過程，但這些模組並不能減少對產品測試的需求。

頻譜的重要性

5G 的挑戰之一是使用者密度更高，每個基站有更多的設備共用 5G 頻譜和網路資源。 這需要明智地使用 5G 頻譜。 人們對 5G 的性能抱有極高的期望 – 高數據速率、低延遲、專用網路、物聯網、低成本寬頻等等 – 而頻譜是實現這一切的關鍵。

業界採用了全新的頻譜效率優化工具，包括重新整合 2G/3G/4G 的現有頻譜以供 5G 使用。 此外，還應用了載波聚合、多入多出 （MIMO） 天線或更高的信號調製等其他技術，以提高數據速率。 另一種解決方案是開放新的頻譜。 監管機構增加了更多的中頻段頻譜以支援 5G; 就在去年，美國聯邦通信委員會 （FCC） 開放了 3.45 GHz、3.7 GHz 和 3.98 GHz 頻段的頻譜。

在較新的頻譜開放后，5G 設備必須提供相應支援，這會增加設備的複雜性，也會對每個開發階段（研發、設備驗證測試 （DVT） 和製造階段）的測試造成影響，進而影響上市時間、測試時間和測試成本。

從硬體設計的角度來看，有兩個變化極其重要和關鍵。 首先是需要增加 RF 鏈。 需要離散的唯一 RF 鏈來支持額外的頻段、頻寬和載波聚合組合。 其次是需要增加天線數量，以支援每個 RF 鏈以及 MIMO 方案。

這兩個變化促使設備的測試驗證需求顯著增加：

• RF 參數測量，用於在不同的頻段和頻寬下對設備進行廣泛的校準和驗證。 這是為了確保頻寬增加需求不會導致任何相鄰通道洩漏而產生干擾，並且能夠充分進行 RF 濾波以避免 RF 信號重疊等問題。
• 天線方向圖測量，覆蓋 6GHz 以下和毫米波天線模組的所有天線。 這項測試需要無線 （OTA） 環境，可以幫助識別與天線調諧、組裝和阻抗匹配相關的任何問題，這些問題可能會影響天線性能或干擾呼叫接收或註冊。
• 功能驗證，例如驗證所有載波聚合組合的呼叫註冊、呼叫切換和延遲。 每個載波聚合組合都需要一定的信令開銷，因此這些測試用於確保這種延遲不會影響性能。
• 應用級輸送量測試，通過 MIMO 來驗證主天線鏈和分集天線鏈的性能。
• 用戶體驗測試，用於評估軟體更改對最終封裝產品性能或功能性設備行為的影響。

測試挑戰和解決方案

5G 頻譜的複雜性使產品測試變得愈加重要，同時給產品開發人員或製造商帶來了無法忽視的測試挑戰。 具體包括：

測試用例數量增加：測試一個新的 5G 設備需要設計、開發和執行多個（可能是數千個）測試用例，以測試和驗證頻段、MIMO、調製方案等的無數種組合。 這會延長測試時間，進而推遲上市進程。

這一挑戰的解決方案是構建特定於 SKU 的測試用例，從而優化測試開發和執行時間。 此外，還可以部署一站式高速自動化測試工具，以便輕鬆定製和開發測試流程，並實現涵蓋 RF 參數、功能和輸送量用例等關鍵設備指標的硬體和軟體回歸，這將顯著縮短調試和分析時間，從而加快上市步伐。

測試儀埠數和資源有限。 頻段的增多和對高達 8×8 MIMO 的支援需求導致天線數量增加，進而需要更高的測試儀埠密度來進行傳導測試。 這需要在升級現有容量或購買新測試設備方面進行額外投資，因此同樣會增加測試成本。

為克服這一物理限制，選擇 RF 埠擴展器來增加測試儀埠密度將有助於重複使用現有容量，並支援測試多個天線和 DUT。 此外，所選的配套測試儀必須能夠提高多 DUT 測試效率，從而縮短測試時間並降低運營和設備成本。

只進行非信令測試還不夠。 許多產品使用經過預校準、預認證的 5G 模組，這讓 OEM 認為他們只能在這些設備上執行非信令測試。 但是，在與其他無線模組（Wi-Fi、藍牙、GPS 等）封裝在一起后，可能會出現干擾，從而降低無線性能。 對這些產品進行非信令測試無法發現這些問題。

這一挑戰的解決方案是進行信令測試，這種測試可通過建立端到端用戶面呼叫來幫助驗證產品性能。 信令測試將檢查最終封裝產品的關鍵性能，以保證基本的用戶體驗並最大限度地減少現場退貨。

結語

5G 模組用量的日益增多和新頻段的增加促使對 5G 設備數據容量和更低延遲的需求也不斷增長 – 但這些因素也導致了設備複雜性的增加。 為了滿足 5G 快速普及的需求，必須採用不同的測試方法來繼續確保設備的優異性能，同時控制成本和複雜性。 如果您想深入瞭解 Khushboo 在 RCR 測試與測量論壇上進行的 5G 測試演示，請訪問: https://www.testandmeasurementforum.com/home