［王國(guó)奇 陳健明 林煜森 李小兵］

1 引言

5G 作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具有高帶寬、低時(shí)延、大連接的技術(shù)特點(diǎn)，是全球科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，也是我國(guó)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。而終端既是連接用戶和新技術(shù)的橋梁，也是用戶感知新技術(shù)的載體，是5G 成熟商用的關(guān)鍵組成部分。截至2022 年8 月底，全球已發(fā)布的5G 終端型號(hào)數(shù)量達(dá)1521 款，其中已上市1175 款，涉及終端廠商超過193 家，產(chǎn)品類型包括智能手機(jī)、無線CPE、路由器、網(wǎng)關(guān)、移動(dòng)熱點(diǎn)、電腦等[1]。2022 年是我國(guó)5G 正式商用的第3 年，根據(jù)工信部發(fā)布的2022 年前三季度通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況顯示，截至2022 年9 月末，我國(guó)5G 基站總數(shù)達(dá)212 萬個(gè)，5G 移動(dòng)終端用戶已達(dá)5.1 億戶[2]。伴隨著5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加速前行以及5G 產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，5G 終端的數(shù)量也將繼續(xù)增長(zhǎng)。

5G 終端的核心產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)包括通信芯片、通信模塊、天線和射頻等部分，其發(fā)展應(yīng)用與質(zhì)量保障離不開測(cè)試認(rèn)證，除了各生產(chǎn)廠商在研發(fā)生產(chǎn)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試外，5G終端在上市前還需要進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試與運(yùn)營(yíng)商入庫測(cè)試。其主要測(cè)試內(nèi)容包括無線通信能力、硬件性能可靠性、軟件可靠性、業(yè)務(wù)應(yīng)用能力4 個(gè)方面，其中無線通信能力測(cè)試一般包括一致性測(cè)試、互操作測(cè)試（Interoperability Test，IOT）、網(wǎng)絡(luò)兼容性測(cè)試等，硬件性能可靠性測(cè)試包括OTA（Over The Air）測(cè)試、硬件結(jié)構(gòu)、功耗測(cè)試等，軟件可靠性測(cè)試包括本地功能、終端安全能力、系統(tǒng)管理功能等測(cè)試，業(yè)務(wù)應(yīng)用能力測(cè)試內(nèi)容和具體業(yè)務(wù)類型密切相關(guān)，如語音、視頻、通話、數(shù)據(jù)收發(fā)業(yè)務(wù)等。與4G 相比，5G 終端的工作頻率更高、產(chǎn)品性能更強(qiáng)、技術(shù)要求更高、軟硬件復(fù)雜度更大，對(duì)測(cè)試體系也提出了更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，為保證終端功能及性能能夠滿足商用需求，對(duì)5G 終端測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)與方法研究尤為重要[3]。

在5G 終端測(cè)試中，一致性測(cè)試具有非常重要的作用，是保證終端和系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定通信的關(guān)鍵，但一致性測(cè)試通常只針對(duì)某一特性和功能，在理想網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)終端的信令面進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試級(jí)別是在協(xié)議級(jí)，關(guān)注的是被測(cè)實(shí)現(xiàn)是否與協(xié)議規(guī)范一致，而對(duì)終端其他方面的性能指標(biāo)關(guān)注較少[4]。互操作測(cè)試的測(cè)試級(jí)別是在功能級(jí)，可通過在不同網(wǎng)絡(luò)配置環(huán)境下對(duì)終端的用戶面指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，相比一致性測(cè)試更接近真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，可通過特定場(chǎng)景的用例彌補(bǔ)一致性測(cè)試用例的不足，從而滿足不同運(yùn)營(yíng)商特定業(yè)務(wù)的測(cè)試需求。在實(shí)際測(cè)試中，一致性測(cè)試通過并不能保證互操作測(cè)試一定可以通過，而互操作測(cè)試也不能替代一致性測(cè)試，二者是互為驗(yàn)證、互為補(bǔ)充的關(guān)系[5]。另外，在一致性測(cè)試中，傳統(tǒng)的傳導(dǎo)測(cè)試方法無法將天線因素對(duì)終端整機(jī)性能的影響考慮在內(nèi)，因此，為驗(yàn)證終端的整機(jī)性能還需進(jìn)行OTA 測(cè)試，OTA 測(cè)試可用于評(píng)估終端的天線效率及終端整體的接收和發(fā)射性能，是衡量終端整體輻射性能的重要方法。4G 與5G FR1 頻段的終端在進(jìn)行射頻/基帶一致性和輻射性測(cè)試時(shí)，通常采用傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)合OTA 測(cè)試的混合測(cè)試方法，而5G 毫米波頻段終端由高度集成化的特點(diǎn)，所有的射頻性能指標(biāo)都將采用OTA 測(cè)試，OTA測(cè)試在終端的研發(fā)和認(rèn)證環(huán)節(jié)中占比逐漸增多，也成為5G 毫米波終端測(cè)試的必選方案。本文將對(duì)5G 終端的一致性測(cè)試、OTA 測(cè)試、互操作測(cè)試的測(cè)試指標(biāo)與測(cè)試技術(shù)方法分別進(jìn)行分析研究。

2 終端一致性測(cè)試

終端一致性測(cè)試包括協(xié)議一致性測(cè)試、無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）一致性測(cè)試和射頻一致性測(cè)試和3 個(gè)部分[6]。目的是驗(yàn)證終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一致性，保證不同終端在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)一致并且能夠互聯(lián)互通。

2.1 協(xié)議一致性測(cè)試

協(xié)議一致性測(cè)試是對(duì)空口協(xié)議信令交互一致性進(jìn)行測(cè)試，目的是驗(yàn)證終端無線通信協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)的正確性。5G協(xié)議棧分為接入層（Access Stratum，AS）與非接入層（Non Access Stratum，NAS），其中AS 層包括層1（PHY 層）、層2（MAC/RLC/PDCP 層）和 層3（RRC 層），NAS 層包括移動(dòng)性管理（5G Mobility Management，5GMM）和會(huì)話管理（5G Session Management，5GSM）兩個(gè)子層，用于實(shí)現(xiàn)終端和網(wǎng)絡(luò)間信令的傳輸[7]。5G 控制面協(xié)議棧如圖1 所示，協(xié)議一致性測(cè)試關(guān)注的是AS 層的層2 與層3 以及NAS 層的功能實(shí)現(xiàn)，如各層協(xié)議的控制面和用戶面的數(shù)據(jù)包封裝、消息交互流程。

圖1 5G 控制面協(xié)議棧

協(xié)議一致性測(cè)試內(nèi)容主要包括空閑模式操作、層2 測(cè)試、RRC 層測(cè)試、NAS 層測(cè)試等[8]?？臻e模式操作是指UE 在NR 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的PLMN 選擇、小區(qū)選擇及小區(qū)重選；層2 測(cè)試是指用戶面所有協(xié)議層的功能測(cè)試，包括MAC層的隨機(jī)接入過程、上下行數(shù)據(jù)傳輸、不連續(xù)接收，RLC層TM、AM、UM 實(shí)體的功能，PDCP 層的加解密與完整性保護(hù)、路由、重排序等；RRC 層測(cè)試驗(yàn)證UE 處理AS層信令的能力，包括連接建立、測(cè)量管理和切換等；NAS層測(cè)試驗(yàn)證UE 處理移動(dòng)性管理和會(huì)話管理信令的能力。

2.2 RRM 一致性測(cè)試

無線資源管理是無線網(wǎng)絡(luò)和終端的關(guān)鍵功能，指對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中接口資源的規(guī)劃和調(diào)度，其目標(biāo)是在有限帶寬條件下，為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線用戶終端提供QoS 保證[9]。RRM 一致性測(cè)試是對(duì)終端無線資源管理能力進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證終端在變化的無線環(huán)境中的性能，主要關(guān)注終端重選、切換、測(cè)量等過程的精度、時(shí)延和成功率是否達(dá)標(biāo)。其測(cè)試主要考察兩大指標(biāo)：處理時(shí)延、測(cè)量精度，其中處理時(shí)延是指從執(zhí)行可觸發(fā)終端進(jìn)行某項(xiàng)無線資源管理行為的外部環(huán)境變化或空口信令開始，到終端完成該無線資源管理操作所經(jīng)歷的時(shí)間，該指標(biāo)反映了終端物理層測(cè)量能力、數(shù)據(jù)處理能力、決策算法性能等多方面能力。RRM 一致性具體測(cè)試項(xiàng)目包括以下6 類[10]：

（1）空閑態(tài)移動(dòng)性：驗(yàn)證終端處于RRC_IDLE 狀態(tài)下重選的能力，包括不同制式下同頻、異頻的小區(qū)重選，測(cè)量指標(biāo)為時(shí)延。

（2）連接態(tài)移動(dòng)性：驗(yàn)證終端處于RRC_CONNECTED狀態(tài)下的系統(tǒng)內(nèi)切換與系統(tǒng)間切換、RRC 連接移動(dòng)控制以及條件切換的能力，其中RRC 連接移動(dòng)控制包括無線鏈路重建、隨機(jī)接入過程的測(cè)量、RRC 重定向。

（3）定時(shí)：包括 UE 上行發(fā)射時(shí)間、UE 定時(shí)器精度、UE 定時(shí)提前量等。

（4）信令特性：包括無線鏈路監(jiān)測(cè)、鏈路中斷、單小區(qū)激活和去激活延遲等，測(cè)量指標(biāo)一般為時(shí)間量。

（5）測(cè)量過程：包括各制式下、同頻、異頻等情況下的測(cè)量，通常是通過測(cè)量終端上報(bào)的各種測(cè)量報(bào)告時(shí)間來評(píng)定終端的測(cè)量過程。

（6）測(cè)量性能要求：指終端上報(bào)各種功率精度的測(cè)試，如RSRP、RSRQ、SINR 的測(cè)量精度等。

2.3 射頻一致性測(cè)試

射頻一致性測(cè)試用于驗(yàn)證終端射頻性能和基帶解調(diào)性能，通過測(cè)試來評(píng)估終端射頻性能指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的符合性和偏離度，測(cè)試內(nèi)容包括終端發(fā)射機(jī)性能指標(biāo)、接收機(jī)性能指標(biāo)、解調(diào)性能指標(biāo)、信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）上報(bào)四部分[11～14]。

如圖2 所示，發(fā)射機(jī)指標(biāo)主要包括輸出功率、輸出功率動(dòng)態(tài)范圍、傳輸信號(hào)質(zhì)量、輸出射頻頻譜輻射以及發(fā)射互調(diào)。接收機(jī)指標(biāo)包括參考靈敏度、最大輸入電平、鄰道選擇性、阻塞特性、雜散響應(yīng)等。信道解調(diào)性能主要測(cè)試終端在靜態(tài)傳播條件和多徑衰落的條件下對(duì)相關(guān)物理信道的解調(diào)能力、如PDSCH、PDCCH、PBCH 信道的解調(diào)，主要關(guān)注指標(biāo)為吞吐量。CSI 上報(bào)主要測(cè)試信道質(zhì)量指示（Channel Quality Indicator，CQI）、預(yù)編碼矩陣指示（Precoding Matrix ndicator，PMI）、秩指示（Rank Indication，RI）的上報(bào)能力。

圖2 終端射頻一致性測(cè)試指標(biāo)

4G 終端及FR1 頻段終端的射頻測(cè)試，除總輻射功率（TRP）和總?cè)蜢`敏度（TIS）外，其余指標(biāo)通常采用傳導(dǎo)測(cè)試方式，該方式采用射頻線纜將測(cè)試設(shè)備直連到測(cè)試儀表實(shí)現(xiàn)測(cè)試，可避免空間輻射的干擾信號(hào)對(duì)測(cè)試的影響。而在FR2 頻段，5G 毫米波終端采用了大規(guī)模天線陣列，天線和射頻一體化的設(shè)計(jì)使天線和射頻通道高度集成且通道數(shù)目眾多，導(dǎo)致傳統(tǒng)的傳導(dǎo)測(cè)試方法不再適用于5G 毫米波終端一致性測(cè)試。因此，5G 毫米波終端的射頻一致性、輻射與整機(jī)性能測(cè)試均需要采用OTA 測(cè)試的方法，即空口測(cè)試，OTA 測(cè)試時(shí)信號(hào)從空口發(fā)送或接收，而不是采用傳導(dǎo)線連接，通過整機(jī)性能測(cè)試，終端的發(fā)射和接收性能可得到更真實(shí)的反映[15,16]。

3 OTA 測(cè)試

當(dāng)前，OTA 測(cè)試越來越受到終端廠商和運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注和重視，根據(jù)天線端口的數(shù)量，OTA 測(cè)試分為SISO OTA測(cè)試和MIMO OTA 測(cè)試[17]。SISO OTA 測(cè)試主要對(duì)終端的射頻指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，MIMO OTA 測(cè)試在系統(tǒng)中加入衰落信道環(huán)境來模擬真實(shí)的無線傳輸環(huán)境，主要對(duì)終端的吞吐量等性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。3GPP 定義了5G 網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)頻段：450 MHz～7.125 GHz 為FR1 頻段，24.25～52.6 GHz為FR2 頻段。FR1 頻段為我國(guó)目前5G 商用的主流頻段，F(xiàn)R2 頻段即毫米波頻段，用于滿足5G 對(duì)于大容量與高速率的傳輸需求。下面對(duì)5G 終端在FR1 與FR2 頻段的 SISO OTA 測(cè)試和MIMO OTA 測(cè)試的指標(biāo)和方法分別進(jìn)行概述。

3.1 SISO OTA 測(cè)試

5G 終端FR1 頻段的SISO OTA 測(cè)試與LTE 階段的基本一致，只是在參數(shù)設(shè)置上存在一定差異，其主要測(cè)試指標(biāo)有兩個(gè)：總輻射功率（Total Radiated Power，TRP）和總?cè)蜢`敏度（Total Isotropic Sensitivity，TIS）。其中TRP 通過對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到，反映的是終端發(fā)射功率特性。TIS 表征終端接收弱信號(hào)的能力，反映了在整個(gè)輻射球面終端接收靈敏度指標(biāo)的情況。在獨(dú)立組網(wǎng)（SA）模式下，5G 終端射頻輻射功率的測(cè)試要求保證被測(cè)設(shè)備（DUT）在整個(gè)測(cè)量過程中以最大發(fā)射功率發(fā)射并測(cè)試總?cè)蜉椛涔β?；接收機(jī)性能測(cè)試要求上行功率控制采用閉環(huán)功率控制模式，令DUT 以最大功率發(fā)射，測(cè)量此時(shí)的DUT 端下行鏈路功率值計(jì)算總?cè)蜢`敏度。在非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）模式下，NR FR1與LTE 處于雙連接狀態(tài)，射頻輻射功率測(cè)試要求對(duì)NR FR1 與LTE 的總輻射功率都進(jìn)行測(cè)試，可同時(shí)測(cè)試也可先后測(cè)試；在接收機(jī)性能測(cè)試中，NR 總?cè)蜢`敏度測(cè)試要求LTE 下行鏈路功率設(shè)置需保持穩(wěn)定連接且無誤碼，同理，LTE 總?cè)蜢`敏度測(cè)試要求NR 下行鏈路功率設(shè)置需保持穩(wěn)定連接且無誤碼[18]。

由于5G 毫米波天線與射頻高度集成化的特點(diǎn)，不再保留射頻測(cè)試端口，因此5G 終端FR2 頻段的所有射頻性能測(cè)試都將采用OTA 測(cè)試的方式進(jìn)行。設(shè)備基本的射頻性能指標(biāo)包括發(fā)射機(jī)性能指標(biāo)和接收機(jī)性能指標(biāo)，如等效全向輻射功率（EIRP）、等效全向靈敏度（EIS）、誤差向量幅度（EVM）、鄰道抑制比（ACLR）、雜散發(fā)射等。目前，毫米波SISO OTA 測(cè)試方法有直接遠(yuǎn)場(chǎng)法（Direct Far Field，DFF）、緊縮場(chǎng)法（Compact Antenna Test Range，CATR）、近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換法（Near-Field to Far-Field Transformation，NFTF）3 種典型的方式，不同的測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)[19～22]，具體見表1。

表1 三種SISO OTA 測(cè)試方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

（1）直接遠(yuǎn)場(chǎng)法（DFF）：要求被測(cè)設(shè)備（DUT）與測(cè)試天線的距離需滿足條件R≥ 2D2/λ，其中R 表示DUT 的旋轉(zhuǎn)中心到測(cè)試天線相位中心的距離，D 為輻射天線口徑，λ為工作波長(zhǎng)。直接遠(yuǎn)場(chǎng)法是傳統(tǒng)的OTA 測(cè)試方法，其入射波在接收面上近似于平面波，并且?guī)缀蹩筛采w所有測(cè)試用例，是最簡(jiǎn)單直接的測(cè)試方式。但測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試距離的要求隨著工作頻率的增大而顯著增加，導(dǎo)致在測(cè)試5G 毫米波或大尺寸終端設(shè)備時(shí)要求微波暗室尺寸非常大，成本非常高，同時(shí)隨著測(cè)試距離的增大，路徑損耗也逐漸增大，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍與測(cè)試指標(biāo)的準(zhǔn)確性。因此，直接遠(yuǎn)場(chǎng)法在FR2 頻段被廣泛認(rèn)為適用于測(cè)試天線孔徑較小的終端。

（2）緊縮場(chǎng)法（CATR）：利用高精度反射面將原始信號(hào)發(fā)射的球面波在近距離轉(zhuǎn)換為平面波，可在空間較小的微波暗室實(shí)現(xiàn)等效遠(yuǎn)場(chǎng)的測(cè)試環(huán)境，是屬于間接遠(yuǎn)場(chǎng)法的一種測(cè)試方式。該方法可顯著減小測(cè)試距離、節(jié)省暗室空間、降低測(cè)試成本和空間損耗，同時(shí)也能夠降低對(duì)毫米波放大器的性能要求。目前，緊縮場(chǎng)法已作為5G 毫米波SISO OTA 測(cè)試的主要方案。但測(cè)試中反射面僅能模擬單波束鎖定場(chǎng)景，無法進(jìn)行多波束測(cè)量，不能覆蓋全部測(cè)試用例，另外高精度反射面的制作工藝要求高，會(huì)增加后期維護(hù)成本。

（3）近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換法（NFTF）：利用高精度掃描架在近場(chǎng)區(qū)測(cè)量采集被測(cè)設(shè)備天線的幅度、相位及頻譜等信息，再通過近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換算法將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，從而得到被測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性。該方法所需測(cè)試測(cè)試距離較小，占用空間小，同時(shí)受外界環(huán)境干擾小，空間損耗小，并且能基于已有的暗室進(jìn)行升級(jí)。近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換法面臨的主要問題是在測(cè)試過程中難以對(duì)有源天線的帶寬信號(hào)的相位信息進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，另外，為達(dá)到近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換的精度要求，需要在近場(chǎng)以較高的空間分辨率進(jìn)行采樣，導(dǎo)致測(cè)量耗時(shí)較長(zhǎng)，測(cè)試成本較高。目前，近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換法已被3GPP 采納，可用于毫米波終端發(fā)射性能的測(cè)試，但不適用于接收性能的測(cè)試，適用范圍較窄。

3.2 MIMO OTA 測(cè)試

MIMO（多輸入/多輸出）技術(shù)利用多天線特性來對(duì)抗信道衰落，提高信號(hào)的鏈路性能，能在不增加帶寬的情況下成倍地提高無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率，是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO OTA 測(cè)試則通過在實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)終端周邊多徑的無線環(huán)境，測(cè)試終端在衰落信道下的MIMO吞吐量，間接衡量天線相關(guān)性。主要測(cè)試方法有多探頭暗室法（Multiple Probe Anechoic Chamber，MPAC）、混響室法（Reverberation Chamber，RC）、輻射兩步法（Radiated Two Stage，RTS）[23～26]。3種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 三種MIMO OTA 測(cè)試方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

（1）多探頭暗室法（MPAC）：通常在暗室的不同位置布置多個(gè)天線探頭，模擬接近真實(shí)的無線信道環(huán)境，基站模擬器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過信道模型后，通過多探頭天線輻射至被測(cè)設(shè)備，并測(cè)試吞吐量情況。與LTE 類似，5G FR1 頻段的MIMO OTA 測(cè)試也是采用傳統(tǒng)的2D 多探頭結(jié)構(gòu)，但探頭數(shù)量由8 個(gè)升級(jí)為16 個(gè)，呈環(huán)形均勻分布，探頭間隔為22.5°，易于拓展新的信道模型。而5G FR2 頻段的MIMO OTA 則需要采用3D 信道模型，需要在三維空間的不同旋轉(zhuǎn)平面布置更多天線，系統(tǒng)的校準(zhǔn)與測(cè)試也將更復(fù)雜。MPAC 測(cè)試效率較高，但硬件比較復(fù)雜，建設(shè)成本也較高，系統(tǒng)校準(zhǔn)和操作相對(duì)困難。多探頭暗室法已被3GPP 確定為MIMO OTA 的測(cè)試方法之一。

（2）混響室法（RC）：使用機(jī)械攪拌器對(duì)金屬腔內(nèi)的電磁波進(jìn)行擾動(dòng)以改變電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)分布，電磁波在金屬腔內(nèi)經(jīng)過多次反射實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)隨機(jī)化，從而模擬多徑環(huán)境。RC 法的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)試方法較為簡(jiǎn)單，可有效地分析與角度擴(kuò)展無關(guān)的天線輻射參數(shù)，適合大型樣品測(cè)試，但RC 法可模擬的信道模型數(shù)量有限且無法準(zhǔn)確模擬空間角度，也無法滿足5G 毫米波終端測(cè)試要求，目前還不是MIMO OTA 測(cè)試的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法。

（3）輻射兩步法（RTS）：是屬于間接測(cè)試終端吞吐量的方法之一，將測(cè)試拆分成天線測(cè)試與接收機(jī)測(cè)試兩部分。第一步需要在暗室中測(cè)試獲取被測(cè)設(shè)備的天線方向圖，第二步將測(cè)量得到的天線方向圖信息加載到信道仿真器中，結(jié)合傳輸信道模型進(jìn)行測(cè)量信號(hào)的計(jì)算和模擬，將該測(cè)量信號(hào)傳輸至終端接收機(jī)，進(jìn)行吞吐量測(cè)量。RTS 法通過旋轉(zhuǎn)信道仿真器中被測(cè)設(shè)備的天線方向圖來完成不同角度的測(cè)試，無需在暗室中對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行物理旋轉(zhuǎn)，因此可有效節(jié)省測(cè)試時(shí)間；該方法缺點(diǎn)是不適合自適應(yīng)天線系統(tǒng)，無法對(duì)方向圖隨外界環(huán)境變化的場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，拓展性有限。目前，輻射兩步法已被3GPP 采納為5G FR1頻段 MIMO OTA 測(cè)試的方法之一，但為第二優(yōu)先級(jí)。

4 互操作測(cè)試

互操作測(cè)試（IOT）是終端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的性能測(cè)試，目的是為保證終端與不同網(wǎng)絡(luò)良好的互通性，驗(yàn)證5G 終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互操作能力。

4.1 互操作測(cè)試內(nèi)容

終端互操作測(cè)試內(nèi)容主要包括接入性能測(cè)試、移動(dòng)性測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能測(cè)試等[27]，具體如圖3 所示。

圖3 終端互操作測(cè)試內(nèi)容

接入性能測(cè)試：包含PLMN 選擇測(cè)試、小區(qū)選擇測(cè)試、附著與去附著測(cè)試、跟蹤區(qū)更新測(cè)試等。PLMN 選擇測(cè)試驗(yàn)證終端是否支持PLMN 開機(jī)自動(dòng)選擇、手動(dòng)選擇以及重啟后的PLMN 選擇情況；小區(qū)選擇測(cè)試驗(yàn)證終端開機(jī)后在不同信號(hào)強(qiáng)度下小區(qū)選擇成功率以及脫網(wǎng)后重新發(fā)起小區(qū)搜索和駐留的能力；附著與去附著測(cè)試驗(yàn)證終端在不同信號(hào)強(qiáng)度的空載或加擾環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)下的附著與去附著能力，測(cè)試指標(biāo)有附著成功率、去附著成功率；跟蹤區(qū)更新測(cè)試驗(yàn)證終端在移動(dòng)過程中跟蹤區(qū)與RAN 通知區(qū)更新的能力。

移動(dòng)性測(cè)試：包含小區(qū)重選測(cè)試與小區(qū)切換測(cè)試。小區(qū)重選測(cè)試驗(yàn)證終端在網(wǎng)絡(luò)空載或加擾環(huán)境下系統(tǒng)內(nèi)同頻/異頻小區(qū)重選的能力，測(cè)試指標(biāo)有重選成功率、重選時(shí)延；小區(qū)切換測(cè)試驗(yàn)證終端在網(wǎng)絡(luò)空載或加擾環(huán)境下同頻/異頻切換的能力，測(cè)試指標(biāo)有控制面切換時(shí)延、切換成功率。

穩(wěn)定性測(cè)試：主要是通過長(zhǎng)保測(cè)試來驗(yàn)證終端連續(xù)工作與連續(xù)業(yè)務(wù)處理的能力，分為靜態(tài)長(zhǎng)保測(cè)試與動(dòng)態(tài)長(zhǎng)保測(cè)試，測(cè)試方法是終端在相應(yīng)的測(cè)試條件下在進(jìn)行大文件上傳/下載，并持續(xù)一定時(shí)間（一般不少于30 分鐘），檢測(cè)終端是否能夠長(zhǎng)時(shí)間保持正常工作，有無出現(xiàn)中斷等異?，F(xiàn)象，以及長(zhǎng)時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)吞吐量是否滿足要求。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能測(cè)試：包含數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立成功率測(cè)試、數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試、時(shí)延測(cè)試等。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立成功率測(cè)試驗(yàn)證終端在網(wǎng)絡(luò)空載或加擾環(huán)境下的上傳/下載接入能力，測(cè)試指標(biāo)為上傳/下載接入成功率；數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試驗(yàn)證終端在各種無線環(huán)境條件下的上傳/下載最大峰值速率與平均速率，通?？墒褂肍TP 上傳/下載業(yè)務(wù)來進(jìn)行測(cè)試；時(shí)延測(cè)試分為控制面時(shí)延測(cè)試和用戶面時(shí)延測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)有最大/最小/平均接入時(shí)延、最大/最小/平均用戶面時(shí)延。

4.2 互操作測(cè)試方式

終端互操作測(cè)試一般有3種方式，即NS-IOT（Network Simulator-Interoperability Test）、NV-IOT（Network Vendor-Interoperability Test）、外場(chǎng)測(cè)試（Field Test）[28]。

（1）NS-IOT：即基于測(cè)試儀表的互操作測(cè)試，方法是使用多家儀表廠家的儀表對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行仿真，驗(yàn)證終端在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)性能。NS-IOT 測(cè)試用例獨(dú)立于協(xié)議一致性用例，由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)自主制定測(cè)試需求，聯(lián)合儀表廠商共同進(jìn)行測(cè)試用例開發(fā)與驗(yàn)證，重點(diǎn)關(guān)注與用戶體驗(yàn)相關(guān)的功能性能。其特點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)可靈活配置各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，測(cè)試條件可以重復(fù)且容易控制，效率高，問題定位方便，另外還可以檢查實(shí)際網(wǎng)絡(luò)不支持的一些測(cè)試條件。

（2）NV-IOT：是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建各個(gè)設(shè)備廠家的模擬網(wǎng)來驗(yàn)證終端和網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，測(cè)試所用的網(wǎng)絡(luò)配置和運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)基本一致，測(cè)試環(huán)境也接近于現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際場(chǎng)景，是終端與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作測(cè)試，但測(cè)試網(wǎng)并未連接現(xiàn)網(wǎng)。其特點(diǎn)是：相比外場(chǎng)測(cè)試，NV-IOT 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更穩(wěn)定更純凈，測(cè)試環(huán)境可控，適合做重復(fù)性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可以復(fù)現(xiàn)。相比NS-IOT，NV-IOT 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備購買與維護(hù)的成本較高，另外由于每次更改參數(shù)都需要對(duì)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，其測(cè)試效率不如NS-IOT。

（3）外場(chǎng)測(cè)試：是在運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)條件下對(duì)終端進(jìn)行基本業(yè)務(wù)與互操作測(cè)試，測(cè)試所用網(wǎng)絡(luò)為商用網(wǎng)絡(luò)，最貼近用戶真實(shí)體驗(yàn)，主要考察終端在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)下的功能和性能是否符合要求。外場(chǎng)測(cè)試的方法主要有定點(diǎn)、步行、跑圈，由于測(cè)試中的無線環(huán)境和地理環(huán)境復(fù)雜多變，因此外場(chǎng)測(cè)試位置和測(cè)試路線的選擇需要根據(jù)測(cè)試用例關(guān)注點(diǎn)的不同加以區(qū)分。定點(diǎn)測(cè)試通常需要選取好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)等多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)的位置通過終端測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度RSRP 和信干噪比SINR 來確定，同時(shí)需要參考拉網(wǎng)的CDF（Cumulative Distributed Function，累計(jì)分布函數(shù)）曲線[29]。跑圈測(cè)試即路測(cè)，根據(jù)不同的測(cè)試內(nèi)容主要有兩種測(cè)試區(qū)域，第一種是以單小區(qū)作為主測(cè)小區(qū)，其它小區(qū)空擾或按指定方式進(jìn)行加擾，要求主測(cè)小區(qū)位于測(cè)試區(qū)域中心，主測(cè)小區(qū)具備徑向和環(huán)形測(cè)試路線；第二種是在多個(gè)小區(qū)連續(xù)覆蓋的蜂窩網(wǎng)區(qū)域內(nèi)路測(cè)，測(cè)試路線應(yīng)盡可能包括覆蓋范圍內(nèi)能夠行車的主要交通道路，并盡可能遍歷測(cè)試區(qū)域范圍內(nèi)的所有小區(qū)，經(jīng)歷站內(nèi)和站間切換場(chǎng)景，以便測(cè)試路線能夠覆蓋所有待考察的移動(dòng)性功能。外場(chǎng)測(cè)試由于最貼近用戶真實(shí)體驗(yàn)，因此其測(cè)試結(jié)果對(duì)終端測(cè)試至關(guān)重要，但外場(chǎng)測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜，定位問題相對(duì)困難，另外人力成本和時(shí)間成本也較高。

從測(cè)試效率、經(jīng)濟(jì)性、測(cè)試環(huán)境可控性、貼近用戶真實(shí)體驗(yàn)、測(cè)試結(jié)果復(fù)現(xiàn)、問題定位等方面對(duì)NS-IOT、NVIOT、外場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行分析比較，如圖4 所示，NS-IOT 測(cè)試效率最高、測(cè)試成本最低、經(jīng)濟(jì)性好、測(cè)試環(huán)境可控性高，在終端測(cè)試體系中占比逐漸增高；NV-IOT 各方面較均衡，測(cè)試結(jié)果可復(fù)現(xiàn)便于問題定位，在終端互聯(lián)互通測(cè)試中發(fā)揮著重要作用；外場(chǎng)測(cè)試最貼近用戶體驗(yàn)，是運(yùn)營(yíng)商終端測(cè)試不可或缺的一環(huán)。3種測(cè)試方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，相輔相成，在終端性能測(cè)試中均發(fā)揮著重要作用。

圖4 三種測(cè)試方式比較

5 結(jié)束語

5G 終端的蓬勃發(fā)展需保證產(chǎn)品的質(zhì)量，而測(cè)試認(rèn)證是檢驗(yàn)終端產(chǎn)品質(zhì)量與性能可靠的重要手段。本文對(duì)5G終端一致性測(cè)試、OTA 測(cè)試、互操作測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與測(cè)試方法進(jìn)行了分析研究，在終端一致性測(cè)試中，分別對(duì)協(xié)議一致性、RRM 一致性、射頻一致性的測(cè)試目的與測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行了介紹；在OTA 測(cè)試中，對(duì)SISO OTA測(cè)試的直接遠(yuǎn)場(chǎng)法、緊縮場(chǎng)法、近遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換法及MIMO OTA 測(cè)試的多探頭暗室法、混響室法、輻射兩步法的優(yōu)缺點(diǎn)分別進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)各方案的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明；在互操作測(cè)試中，分析了測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試指標(biāo)，從不同角度對(duì)NS-IOT、NV-IOT、外場(chǎng)測(cè)試三種方式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。由于5G 新技術(shù)的特點(diǎn)給5G 終端測(cè)試體系帶來了新的要求和挑戰(zhàn)，測(cè)試復(fù)雜度也越來越高，傳統(tǒng)的測(cè)試方案已不再適用，目前全球各大標(biāo)準(zhǔn)組織和認(rèn)證機(jī)構(gòu)制定了相關(guān)測(cè)試規(guī)范，但部分測(cè)試方法還需繼續(xù)進(jìn)一步研究與完善。