測試計劃。 5G 是無線網路的最新技術標準，預計將對全球消費者和企業產生巨大影響。 從物聯網感測器到可穿戴設備，5G 將通過大量的新設備為各種垂直行業提供支援。 本文您將瞭解 5G 的功能、市場採用情況、最終產品測試方法、生產線終端信令測試的重要性以及製造流程中的一些基本測試項目。

在蜂窩技術中，5G是獨一無二的，因為5G能夠提供前幾代蜂窩技術所不具備的一系列應用優勢。 具體包括：

• 超越 4G 的數據速率 – 最高可達每秒 10 Gb。
• 更高的頻寬 – 使用載波聚合時最高可達 1200 MHz。
• 不到 1 ms 的超低延遲。
• 可通過網路切片為特定應用提供專門服務。

由於 5G 的這些技術和性能優勢，產品的品質和性能在業內受到空前關注。

5G 一經推出便大受歡迎，市場採用率幾乎是 4G/LTE 的四倍。 數據顯示，2020 年全球 5G 使用者量超過 2 億;2021 年底全球 5G 使用者量超過 5 億。 到 2022 年底，該數位有望突破 10 億（參見圖 1）。

Source: Ericsson Mobility Report 圖 1: 5G（橙線）和 4G（綠線）在部署初期的使用者量對比。

考慮到採用率的飆升和多樣化的技術要求，5G 最終用戶產品需要在保持出色品質和性能的同時儘可能縮短上市時間。 因此，製造商需要密切關注產品生命週期中涉及的測試方法。 從無線產品的角度來看，在製造過程中可以使用以下兩種測試方法：

1. 非信令測試
2. 信令測試

下文將詳細介紹這兩種測試技術。

蜂窩非信令測試

蜂窩非信令測試是一種不涉及呼叫處理的測試方法，其基本重點是校準和驗證設備的發射器和接收器性能（參見圖 2）。

圖 2.射頻收發器的概念框圖。

在這種測試技術中（參見圖 3），測試儀和測試應用程式會選擇特定於晶片組的測試模式，通過串行連接直接控制被測設備 （DUT），以測量預定義的傳輸模式。 這種測試方法無需即時網路仿真或端到端呼叫註冊，因此可免去配置網路仿真所用的 DUT 和測試設備的開銷。 這樣可以看出，蜂窩非信令測試方法針對生產環境進行了高度優化，有助於提高經濟效益並縮短製造測試時間。

圖 3.5G 非信令測試方法。

信令測試

與非信令測試不同，信令測試是一種呼叫處理技術，需要在測試設備和 DUT 之間進行端到端的設備註冊和呼叫建立。

在真實場景中，設備和基站之間的任何通信都會涉及到一系列控制面和用戶面信令消息的交換。 具體流程包括（但不限於）對廣播信道進行解碼、執行下行鏈路和上行鏈路同步、設置控制信道、執行設備認證和安全程序、交換設備功能、建立協定數據單元會話以優化使用者流量交換等等。 下面的範例是一些重要的控制面和用戶面事件：

控制面事件

• 連接 （Attach） 和分離 （Detach） 流程
• 連接釋放和重新建立
• 無線鏈路故障檢測和恢復
• 專用承載建立和刪除
• 增強型雙連線 （EN-DC）
• 空閒模式移動性
• 漫遊和切換
• 連接和空閒模式測量

用戶面流量事件

• 語音通話
• 視頻會話
• 數據上傳和下載
• 電子郵件
• 即時通訊
• 語音信箱

圖 4.七層 5G 協議棧。

這些資訊的交換通過組成 5G 協定棧的各個層（參見圖 4）實現，每層執行不同的關鍵功能，如調製/解調信號、拆分和組裝數據包、為數據包編號及有序傳輸、管控空中資源以及在需要時重新傳輸數據包等。

在標準實驗室環境中，測試人員會採用信令測試方法來驗證典型用戶體驗場景下的設備行為及控制面和用戶面事件的順序，並檢查每個協定層存在的缺陷。

在信令測試中（參見圖 5），需要使用網路模擬器來仿真即時網路條件並生成控制面和用戶面的流量組合，以測量設備在實際信道條件下的真實性能。 在此過程中，測試設備無法直接控制晶片組，而是通過無線 （OTA） 連接或 DUT 與測試設備之間的電纜連接，實現從物理層到應用層跨整個協定棧的測試和測量。

圖 5.新一代 5G 設備需要進行信令測試。

由於這種測試技術專注於設備功能的測試，因此常用於真實場景下的研發、設計驗證和現場測試。

上文簡要介紹了信令測試和非信令測試兩種測試方法，很明顯，這兩種方法旨在滿足不同的測試需求，並針對不同產品生命週期的使用方式進行了優化。 非信令測試針對製造流程在成本和時間上做了優化，是一種更具針對性的方法。 而信令測試則是一種綜合性方法，根據具體的測試計劃，耗時可能會更長。 然而，如下文所述，隨著5G應用的日益普及，即使在製造/生產線終端 （EOL） 時，對5G設備進行信令測試也至關重要

飛速發展的 5G 設備世界

5G 設備對超連接性、大數據流量、可靠性、低延遲、監控功能和跟蹤功能的需求不斷提升。 從工業感測器到無線手錶等個人穿戴設備，5G 蜂窩無線技術將擴展到傳統的智慧手機、筆記型電腦和個人電腦之外更廣泛的設備領域。 以下是推動 EOL 用戶體驗測試需求的一些關鍵原因：

1.  配備蜂窩功能的全新產品形式 

不同垂直行業紛紛採用 5G 的獨特技術功能，但通常會使用此前從未配備過蜂窩功能的創新設備，因此尚未通過連接可靠性測試（參見圖 6）。 在這種情況下，執行廣泛的硬體測試至關重要，OEM 和製造商需要重新評估自身現有的製造測試方案，使 OTA 測試遮蔽箱、電纜及其他測試裝置滿足新產品的測試需求，以確保設備性能處於容許水準內。 此外，還必須根據產品的實際使用模型定製測試計劃，以便滿足每種產品的性能需求，確保測試的可重複性。

圖 6： 配備蜂窩功能的非無線產品。

2. 基於 5G 模組的設備使用日益增多

隨著小型參與者的紛紛加入，5G 的用例愈發多樣化，而由於預認證射頻模組具備較低的門檻和相關開發成本，因此使用量呈現指數級增長。 這類模組的主要優勢在於每塊模組都經過單獨的測試和預校準，因此在組裝和製造過程中無需重複進行質量測試。 不過，常見的最終產品可能還包含其他模組，如Wi-Fi、GPS、藍牙、SIM卡、電池、揚聲器、麥克風和毫米波天線模組等。 當這些模組以任何形式組合在一起時（尤其是在非傳統產品中），即使每個模組均已通過單獨測試並符合要求，仍然可能會出現導致無線性能下降的干擾和共存情況

天線性能就是一個恰當的例子。 在組裝最終產品時，硬體外殼缺陷和調諧誤差可能會導致信號丟失並影響天線輻射方向圖，從而引起通信故障。 如果天線安裝不當或Wi-Fi/藍牙/蜂窩模組在設備內部存在共存問題，則一根天線的發射器可能會增加另一根天線接收器的雜訊功率，使天線之間產生干擾，從而降低天線靈敏度，造成通話中斷、接收不良和下載不穩定等問題。 一些常見的基本問題還包括呼叫註冊失敗和 SIM 連接問題等，這往往是因軟體和/或硬件故障所致。 在上述場景中，對最終產品進行整體測試的重要性不言而喻，只有進行適當的測試，才能確保設備運行期間的信號質量達到可接受的收發水準，並保證實際部署設備時的整體設備性能。

然而，在實際情況中，製造和組裝流程的測試時間十分緊迫，開展全面的硬體和軟體功能測試幾無可能。 因此，必須採用定製的測試計劃來驗證最終產品的核心功能，以保證產品在真實場景中的基本用戶體驗。 下面的檢查清單列出了信令測試的關鍵測試指標，必須評估這些指標才能確保設備性能：

1. 基本的設備註冊和呼叫流程 

確保端到端的產品功能。 硬體和軟體元件可能會影響 DUT 的無線性能。

2. 天線性能 

最終產品的外殼缺陷、實現問題和調諧錯誤可能會導致信號丟失並影響天線輻射方向圖，從而引起通信故障。

3. 射頻性能

確保信號質量在實際場景中不會嚴重下降，並且在支援的運行頻段內達到可接受的信號收發水準（移動性）。

4. 數據輸送量 

隨著數據消耗量的激增，在使用者應用中進行相關驗證至關重要。 驗證的目的是確保設備能夠應對各種級別的用戶面流量和服務品質要求。

5. 高級功能特性

實際上，蜂窩設備的功能遠不止是基本的通話和網路註冊。 新空口承載語音 （VoNR）、簡訊、互聯網流覽、檔案傳輸等典型設備用例均為衡量設備實際性能的關鍵功能特性。

總而言之，信令測試可能既耗時又複雜，但對於確保整體設備性能而言至關重要。 涵蓋設備註冊和呼叫流程、天線品質、射頻性能、數據輸送量和高級功能特性的全面測試計劃已成為最終產品質檢程式不可或缺的一部分。 從長遠來看，這些測試有助於製造商提前發現產品缺陷，最大限度地減少產品召回的可能性。