使用非信令技术改进移动设备的射频测试

目前，许多无线设备都结合了GSM、WCDMA、蓝牙、WLAN、GPS 和调频技术，并支持移动因特网所需高数据速率。而且，由于客户要求在任何大洲都能使用移动无线服务，因此许多设备还要工作在多频带并能支持多模操作。　　对于客户而言，具备所有这些功能是很好的事情，但它们给测试工程师却带来了挑战。每种添加的额外技术和频带都额外增加了测试工作，由此导致生产测试过程的时间更长，测试成本因此而增加。这显然与人们希望降低移动通信产品价格的期望不符。成本的限制使得制造商需要采用全新的测试方法。幸运的是，使用非信令测试理念和预定义的测试序列，我们能把测试时间缩短到原来的十分之一。
　　射频设备调整两步法
　　按照节约成本措施制造的射频芯片和元件在频率和电平特性方面会出现多样性。为了确保设备在真实网络中很好工作，制造商在生产期间运用复杂的调整（射频校准）过程来消除这些多样性。为此，大多数制造商偏爱一种所谓的两步调整方法（图 1）：

　　第一步需要测量无线设备的发射和接收参数偏离理想值的程度。然后确定校正值并存储在器件中。大多数情况下，这需要制造商针对各个无线通信频带和各种通信技术对设备的发射功率和接收信号强度指示（RSSI）进行校准。
　　第二步需要验证经过全面校准的设备可以如预期那样工作。针对发射机，制造商测量如调制质量、频谱、功率等发射参数，并将它们与设备设计所采用技术（GSM、蓝牙、WLAN 等等）的参数进行比较。针对接收机，大多数情况下，接收机的绝对灵敏度是通过误码率（BER）测试确定的。
　使用非信令测试理念
　　由于每种额外技术和每种额外支持的频带都会延长这个两步测试对准过程，因此一些制造商正在转向一些采用非信令技术来调整无线设备的方法。在这类方法中，第一步（即校准步骤）是在非信令模式中执行的，其中的被测设备（DUT）工作在特殊测试模式。测量设备包含射频分析仪和发生器功能，但不需要实时仿真基站或网络的功能。无线设备尚未调整，因此还不会像在现实网络那样工作。
　　在第二步测试中，要通过信令模式进行验证。在该模式下，测试仪实时仿真基站和网络的各种功能。用于无线设备的信令程序可切换所有待测的技术、频带、电平等等。
　　正是第二步（即验证步骤）提供了相当大的节约潜力，这是因为与射频测量相比，信令所花时间是前者的四倍。这种差异的主要原因是信令程序实际是为真实的网络操作开发的，并非是为极快的生产测试而开发。与之相反，非信令模式是专门为生产进行了速度优化的测试模式。因此，DUT 能迅速激活所需的测试信号（电平、频率、技术）。

　　用于驱动 GSM/GPRS/WCDMA 手机的信令序列一般需要 160 秒（图 2）。如果再加进射频测试，则时间一般会再增加 40 秒。因此在传统的信令方法中，预期的射频测试时间通常需要 200 秒。如果使用非信令方法，则 DUT 可以在 40 秒内完成测试，从而可以节约多达 80% 的时间。类似 R&S CMW500 这样的通信测试仪在这两个步骤均采用了非信令技术。
预定义的测试序列可减少数据通信
　　Rohde & Schwarz 的非信令模式测试时间分析表明：进一步提高个别射频测量的速度，未必会使测试时间明显缩短。许多无线通信测试仪已经达到了很高的测量速度，如在测量 GSM 信号时已经达到实时测试的速度，因此它们能轻松地对逐个 GSM 帧的单个时隙进行调制分析。因此，数据传输的最大改进潜力是在生产测试系统本身内部。
　　目前，最常用的测试理念是每次执行单个测量。系统控制器单独请求每次测量，即 DUT 和测试仪在每个测试步骤都重新初始化（图 3）。在每次测量结束时，获得的结果均从测试仪返回系统控制器。
　　由于生产系统必须不仅能处理测量本身，还能处理测试夹具驱动等多种任务，因此它们的控制软件包含多层，必须自上而下横贯各层，并重复每个测试步骤。这是一个造成瓶颈的耗时的过程。

　　为了缩短该周期，具备非信令模式的移动通信测试仪用预定义的测试序列来代替单个测量。首先，在一次操作中把包含所有待执行测试的完整序列从系统控制器传输到 DUT 和测试仪。在收到启动触发之后，DUT 和测试仪同时处理该序列。DUT 激活待测量信号，而测试仪则同步启动适当的测量。结果被存于瞬时存储器。在序列结束时，包含所有结果的列表被传输至系统控制器。
　　因此，软件层结构只须横贯两次：一次是自上而下用于初始化，然后重复一次以便传输结果列表。该方法可以将非信令模式的测试时间进一步缩短 50%。
　　过去，芯片组和无线设备制造商重点是定制各自解决方案来满足最终客户的要求。更高的数据速率、更好的易操作性、更小的尺寸等新功能应该会提供更有吸引力的解决方案。
为了实现非信令生产理念必须使用的测试模式，芯片设计者的设备必须具备特殊测试模式。对于 GSM 和 WCDMA 等成熟技术，完成这项任务应该不会有任何问题。额外的开发工作会很快获得回报。
　　然而，LTE 等新技术代表了一个值得注意的挑战。为了确保在推广阶段能按时向客户提供稳定好用的解决方案，制造商们使用了某种生产测试设置，该设置尽可能精确地匹配了设备日后在真实网络中的工作方式。结果，信令概念被用于新的产品设计。因此，采用非信令技术的测量设备必须能在必要时适应信令测试。
　　无线设备生产过程的测试时间有望被缩短至十分之一。为了实现这个改进，芯片组制造商必须集成所需的测试模式，而生产线必须采用具有非信令模式和预定义测试序列的测试仪。

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