LTE FDD射频终端自动测试解决方案

丁宝军，耿爱成

(1 辽宁信鼎检测认证有限公司 研发中心，辽宁 沈阳 110135；2 沈阳工程学院 基础教学部，辽宁 沈阳110136)



LTE FDD射频终端自动测试解决方案

丁宝军1，耿爱成2

(1 辽宁信鼎检测认证有限公司 研发中心，辽宁 沈阳 110135；2 沈阳工程学院 基础教学部，辽宁 沈阳110136)

摘要：LTE FDD终端射频测试是型号核准认证测试的重要部分之一。为了提高射频测试的效率，在结合了先进自动测试系统理论、C#语言和GPIB远程控制技术的基础上，选择合适的测试仪表和射频切换控制单元，完成了自动测试系统中硬件系统的设计与实现；软件部分采用包括用户操作界面、数据存储与查询、测试执行程序等部分在内的模块化结构。经过反复测试，将结果进行比对验证，确定了结果的稳定性与准确性，大幅度提高LTE FDD终端设备射频测试的速度、效率与精确度。

关键词：FDD；LTE；自动测试系统；射频一致性；仪表驱动

LTE FDD作为一种成熟的准4G技术，目前已在全球得到全面推广。LTE FDD具有频谱使用灵活、可与现有技术无缝互操作以及网络部署和管理成本低廉等特性。优势突出的LTE FDD已成为全球主流运营商的共同选择，设备商和终端厂商也加快了对该产品研发的进度。在LTE FDD技术商用之前，运营商会对网络设备和移动终端进行大量的测试。LTE FDD的可变带宽配置、复杂的RB分配、新的调制方式给射频测试带来了巨大挑战。如何开发出一套提高测试效率、降低测试复杂度的自动化系统显得尤为重要。

1LTE FDD技术基础

1.1LTE FDD系统性能指标

1)帧结构为Type1，帧长为10 ms，10个子帧，每个子帧为1 ms。

2)可变的系统带宽，支持6种带宽配置，即1.4 MHz，3 MHz，5 MHz，10 MHz，15 MHz和20 MHz。

3)LTE下行采用OFDMA多址方式，上行采用SC-FDMA多址方式。与OFDMA不同，SC-FDMA信号具有“单载波”的特性，其发送信号峰均比较低，在上行功放要求相同的情况下，可以提高上行的功率效率，简化终端设计。

4)调制方式采用QPSK和16QAM。

1.2LTE FDD发射机测试项目

LTE FDD发射机测试项目共有19项，如表1所示。

2自动化系统概念

自动测试系统(Automatic Test System，ATS)是指在测试人员极少参与或者不参与的情况下能够对被测设备进行自动测试、数据采集、数据处理、数据存储、数据传输等操作，并以特定方式显示测试结果的系统。与手动测试相比，自动测试系统可以有效地避免人为因素产生的误差，并具有良好的复现性。通过大量的测量，对测试结果进行分析判断，可以最大限度的消除或削弱系统误差和随机误差，从而获得较高的测量准确度和测试效率。

表1　LTE FDD发射机测试项目

通常自动测试系统是在标准的测控仪器总线基础上组建而成的，具有精度高、速度快、多功能和测量范围宽等优点。采用自动测试系统可以明显减少测试人员的工作量并提高工作效率。在测试过程中，测试人员只需在工控计算机上设置基本测试参数，并执行测试程序，测试软件就会自动运行选定的测试程序，通过驱动程序来控制仪表进行测试。

完整的自动测试系统包括以下几个硬件：

1)工控计算机

工控计算机是自动测试系统的控制核心，需具备2种功能：①对测试系统的测试仪器具有操作控制功能；②能够对测试仪表间互联的标准接口总线进行管理。工控计算机硬件结构上必须配有标准的数字接口，以便同测试仪表互联互通，操作系统中需具备支持测试软件执行的运行环境。

2)可编程仪表

可编程仪表是在自动测试系统中为了完成测试任务而选择的测试仪器的总体概况，可以是独立的测试仪表，如综合测试仪、信号发生器、频谱分析仪等，也可以是功能模块，如射频切换控制箱。

3)标准数字接口总线

标准数字接口总线是互联设备之间用于交换信息的通道，其目的在于提供一种方便快捷的通信方式。比较常用的标准数字接口总线主要有GPIB通用接口总线、RS232串行通信接口总线、TCP/IP通信接口总线等。

4)开发环境及测试应用软件

测试应用软件是根据用户需求，基于测试仪表的测试标准及测试原理，借助软件开发手段将仪表集成并适用自动化测试的软件。

3测试系统搭建

3.1硬件系统的组成

系统测试原理如图1所示，系统硬件的组成如表2所示。

图1　LTE FDD自动测试系统原理

3.2控制箱设计方案

控制箱整体设计原理如图2和表3所示。样机1与样机2同时接入，同时闭合内部电子开关，2个样机与综测仪的2个分析模块分别连接并进行测试。由于综测仪可以完成2台样机的独立测试，而发射互调和传导杂散需要信号源与频谱仪的配合，因此采取冲突避让的方式解决该问题。当测试样机1的发射互调与传导杂散时，电子开关K1与功分器保持闭合，后端的滤波单元相应闭合，保持链路通畅，样机2处于等待状态。当样机1的测试项目完成后，K2闭合，完成样机2的发射互调与传导杂散测量。为了便于TD-LTE的后期测试，在控制箱内部预置了TD-LTE滤波单元。

表2　系统硬件组成

3.3系统软件运行环境

该系统运行环境的配置情况如表4所示。

图2　控制箱设计原理

表3　控制箱接口说明

3.4关键技术概述

LTE FDD自动测试系统采用Microsoft Office Visual Studio 2010作为开发环境，并采用C#语言作为开发语言。C#语言是完全按照面向对象的思想设计的，并且按照.NET Framework语法格式的定义编写而成的，具有语言结构清晰、语法简单的优点。选用Microsoft Access 2007作为数据库来存储测试数据。

表4　系统软件运行环境

3.5可编程仪器标准命令

大多数仪器遵从可编程仪器标准命令(SCPI)标准化仪器编程语言，可通过仪表的使用手册(datasheet)来查询相关的SCPI控制指令，从而实现控制仪表的目的。GPIB命令就是一种SCPI语言，在自动化测试系统中得到广泛应用。SCPI通过定义一套标准的编程命令集为设备控制和数据使用提供一致的编程环境，使用相同的命令和参数来控制相同的功能、不同厂商的设备。编程命令和参数由控制器发出，通过GPIB传输到仪表接口。设备返回给控制器响应可以是数据也可以是状态信息，实现自动控制测试功能。

3.6测试流程

测试流程如图3所示。

图3　LTE FDD自动测试系统测试流程

3.7软件功能设计

根据功能需求，测试软件分为6个子模块，即基本信息填写模块、测试计划建立与导入导出模块、测试执行模块、自动生成报告模块、系统链路校准模块、测试结果查询与复测模块。

1)基本信息填写模块

基本信息填写模块包括厂家信息、报告编号、设备名称、外部衰减补偿置入、测试单位信息、测试环境信息等。

2)测试计划建立与导入导出模块

测试计划包含LTE FDD标准规定的所有项目，测试人员可根据自己的需求灵活建立测试计划，也可以调用配置好的测试计划。

3)测试执行模块

根据已选择的测试计划，逐项进行测试，测试过程中实时显示测试结果与测试进程。

4)自动生成报告模块

测试完成后，通过加载报告模板将公共信息和测试数据导入WORD文档中。

5)系统链路校准模块

LTE FDD自动测试系统初次使用前需要对所有射频链路进行校准，以保证测试数据的准确性。

6)测试结果查询与复测模块

测试结果查询与复测模块可以对已测试完的项目进行查询，可以实现按样机查询，按测试项目查询和失败项目进行复测

4测试比对结果与分析

在频段为Band3，带宽为5 MHz，频点为1 747.5 MHz 的条件下，采用自动与手动测试比对实验，比对测试结果如表5所示，测试结果反映了该测试系统能够按照型号核准要求完成LTE FDD测试，自动测试结果与实际手动测试结果相差很小，可以采用该结果作为最终测试数据。因此，LTE FDD自动测试系统的可靠性与稳定性完全可以满足型号核准测试要求。

5结语

LTE FDD自动测试系统可满足检测机构关于LTE FDD型号核准测试需求，在测试方法、软件架构设计、代码编写与调试等方面做了大量工作。经过反复实验验证，该系统对LTEFDD设备的射频性能测试结果稳定、可靠，测试效率明显提高。

表5　比对测试结果

软件设计之初就考虑到今后可能面临的升级与维护需求，所以，测试系统采用模块化设计，方便扩展和维护。

参考文献

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(责任编辑张凯校对佟金锴魏静敏)

Solution for FDD LTE RF Terminal Automatic Test

DING Bao-jun1,GENG Ai-cheng2

(1.Liaoning thinktec Inspection &Certification Co.,Ltd.R & D center,Shenyang 110135; 2.Department of Preparatory Courses,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：FDD LTE terminal RF test is an important part of the type approval certification testing.In order to improve the efficiency of RF testing,the development of FDD LTE RF terminal test system solutions has a particularly important practical value.The design and implementation of the hardware system of the automatic test system were completed by selecting the appropriate test instrument and the radio frequency switching control unit by combining the advanced automatic test system theory,C# language with GPIB remote control technology based on the international standard 3GPPTS36.521-1 and domestic standard 2578.2-2013 YD/T.The software utilized the modular structure,including the user interface module,data storage and query module,test execution module,calibration module and instrument driver module.Through repeated testing,the results show that the test results of the automatic test system are stable and accurate and the speed,efficiency and accuracy of the FDD LTE terminal equipment RF test are improved greatly.

Key words：FDD,LTE,automatic test system,RF conformance,instrument driver

中图分类号：TP274

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2016)02-0173-05

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.017

作者简介：丁宝军(1985-),男(满族),辽宁铁岭人,助理工程师。

收稿日期：2015-12-10