5G终端测试的挑战—认证测试篇

  2019年10月中国三大运营商启动5G商用服务，中移动的目标是在2020年第四季度实现5G SA独立组网商用，并且要在全国地级以上城市建设5G网络，加快NSA向SA的目标演进。中国联通和中国电信今年也要加快5G网络建设，争取在全国地级以上城市建设5G网络。根据GSA的2020年4月报告数据显示，全球有41个国家/地区的73个运营商已经推出1个或多个3GPP兼容的商用5G服务，包括66个5G移动服务和35个5G固定无线接入或家庭宽带服务。

  随着5G在全球陆续开启商用，包括智能手机、模组、CPE在内的各类5G终端也纷纷上市。在研发及生产移动终端产品的过程中，都必然要经过测试这一步骤。在产品研制阶段，通过一系列的测试，能够在一定程度上帮助我们发现产品设计中的缺陷与问题；在产品生产阶段，可以通过检验测试来发现不良产品，避免把有问题的产品交付给客户。对于包括手机、蜂窝模组等在内的移动终端产品来说，在产品最终上市之前，往往还一定要通过一致性测试、互操作性测试、可靠性测试等，这些测试可以由制造商、独立实验室、政府机构等来完成，一些运营商还有定制化的验收测试环节。

  上述一系列的测试都会依据相应的测试标准做，测试标准有全球或国内行业组织制订的标准，有国家机构发布的标准，也有企业自身定义的内部测试要求。同时也需要一系列的测试仪器仪表来对待测产品做测试测量，针对不同的测试项目与测试领域，会用到不同的仪器。

  新技术的引入会带动产业链上下游的更新换代，随着5G的到来，测试仪器作为硬件产品研发和制造不可或缺的一环也面临着升级换代，为产品研发工程师和厂商带来新的测试技术与方案。

  毫米波通信和大规模天线阵列、波束成形技术无疑是5G通信中的亮点技术，也是对于5G设计研发与测试过程中的挑战。毫米波通信需要使用大型天线阵列来获得较高的天线增益，以补偿较大的通过损耗，并且包含天线单元的射频前端将高度集成，因为具有各自的天线传导连接器将是不现实的。因此确实需要在毫米波频段范围内采用OTA方式进行测量，同时还需要快速可靠的多端口测试解决方案。工程师在测试5G波束形成设备时，面临着分析发射和接收路径以及优化接收和发射天线G信号波形带宽比之前提升了比较多，也对仪器的分析带宽与信号处理能力提出了新的要求。

  为了保证移动通信系统的安全以及维护广大移动用户的切身利益，世界各国都对移动终端设备实行了强制性的管制和全面型号认证制度，由第三方测试机构按照各国的法令法规以及网络运营商的认可认证标准对各制造厂商生产的移动终端进行安全性测试和一致性认证。

  移动通信终端的认证体系可以分为三大体系，覆盖面较广的是法规测试，也就是各个国家及地区按照自己国家及区域的无线电及电子设备管理法规来对所有进入该国及地区销售的移动终端都要求通过相应的强制检测认证，比如北美的FCC、欧盟的CE、中国的3C认证都包含对移动通信终端部分的检测认证要求。此外许多国家的运营商也要求终端厂商提交相应的一致性测试认证报告，因此可将其看作为准强制认证测试。最后一个是运营商自己主导的接受测试，这属于少数大运营商出于自己特定的一些技术要求来单独进行的测试。

  由于各国关于5G终端的法规要求还陆续在制订中，本篇文章主要来先介绍下一致性测试部分的内容。一致性测试（也被称为合规性测试）属于非功能性测试，用于验证开发的系统或产品是否符合标准组织定义的标准规范要求。信息通信行业常用的技术标准基本上是由诸如IEEE、3GPP、ITU等国际标准组织，以及PCI-SIG、USB协会、蓝牙技术联盟等行业协会组织来定义的，在这些技术标准规范里都会给出一致性要求的具体项目，比如3GPP TS 36.521-1规范给出了LTE终端的射频一致性测试要求。

  在3GPP规范里有专门的标准规范定义移动终端的射频发射与接收参数要求、协议流程行为要求等。终端一致性测试，就是检查移动终端是否遵循协议规范的要求，我们可以认为通过一致性测试的终端能够正常地与网络设备及其他厂家的终端设备互联互通，运营商和设备厂家也可以信赖通过一致性测试的终端。

  目前3GPP制订的5G UE测试规范见下表，其中TS 38.521-1~4定义了5G NR的UE射频收发一致性的测试项目与要求，TS 38.523-1~3定义了5G NR的UE协议一致性的测试项目与要求，TS 38.533定义了5G NR的UE无线资源管理一致性的测试项目与要求。

  3GPP的规范标准只是定义了测试标准及流程，但并没有就何时开展一致性测试、如何开展一致性测试、测试达标标准是什么进行规定。因此产业链里的一些重要厂商便共同成立了相应的一致性认证组织来协调、规范认证事宜。全球目前有2个终端一致性组织，GCF和PTCRB，GCF和PTCRB的发起成员以运营商与终端厂商为主，区别是GCF的运营商会员以欧洲及亚太的运营商为主，PTCRB的运营商会员则是北美为主。

  GCF是全球认可论坛的简称，它主要由网络运营商、终端厂商、测试仪器厂商以及测试实验室组成。GCF根据当前网络技术和业务的发展变化情况，提出新的技术和业务的认可认证要求。GCF下属的工作组每三个月举行一次会议，针对测试方法、测试用例、测试仪器平台进行认可认证工作。GCF制定了测试用例/平台认证的流程以及终端产品认证注册的流程。但是GCF并不从事任何测试，而是交于被GCF所认可的第三方测试实验室来测试，测试结果会返回到GCF审核，GCF最终认可意味着所有GCF运营商成员认可，并在GCF官网上发布。

  GCF会给认可的测试仪器平台授予一个专门的平台编号，比如安立ME7873NR的平台号是TP-250。在GCF官网上可以查询到每个测试平台的厂家、对应技术、Work Item、认证状态等信息。

  GCF全球认证论坛在2019年2月启动5G认证的第一个射频一致性 Sub Work Item，经过1年时间现在已经有58个Sub Work Item的认证状态被激活。从下表可见，SA部分：n41、n78/79频段在射频、RRM、协议一致性的WI都已经激活；NSA部分：n78激活的有7个频段组合（有3个组合RRM还未激活），n41激活的有3个频段组合，n79激活的有2个频段组合。