TD-SCDMA多模終端生產測試探討

    　　終端生產測試可使用信令模式(綜測儀)和非信令模式(信號源、信號分析儀)兩種方案。綜測儀更符合規范的信令一致性；而信號源、信號分析儀具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度。TD-SCDMA終端測試必須包括對GSM模式的支持，同時，為提高終端產品的競爭力，廠商生產的TD-SCDMA終端還可能包括GPS、藍牙、WiFi(802.11b/g)、DVB等模式。目前市場上還沒有能同時支持這些模式的綜測儀，因而，信號源、信號分析儀在對多模式的支持方面凸顯出優勢。對于這種模式缺乏信令支持的弱點，可以通過芯片廠商提供的物理層(L1)信令模擬軟件進行彌補。隨著芯片廠商對物理層(L1)信令模擬軟件的逐步開放，非信令模式方案越來越受到終端生產廠商的重視，這代表著未來終端測試的新方向。完整的終端生產測試包括射頻收發信機校準、射頻收發信機測試、終端音頻測試、電源測試四個方面。 
　    　本文探討的是基于信號源、信號分析儀、音頻分析儀和通信電源的生產測試方案。對于多模終端的測試，該方案具有全面、快速、精確和靈活的特點。對于TD-SCDMA終端生產商而言，該方案可以打破儀器儀表廠商的技術壟斷，選擇更具有性價比競爭力的生產測試儀表。此外，該方案對于傳統2G和其它3G終端生產商具有同樣的參考意義。 
方案簡介 
　    　該方案儀器組成包括：射頻矢量信號源、射頻矢量信號分析儀、音頻分析儀和通信電源，此外還包括射頻收發耦合器和開關陣列等設備，它們可以對終端進行射頻收發信機校準、射頻收發信機測試、終端音頻測試、電源測試四個方面的一站式整體測試。該方案可獨立于模式的限制，提供TD-SCDMA、GSM、藍牙、WiFi(802.11b/g)、DVB、GPS等模式的一站式測試。圖1是使用Keithley 2910矢量信號源、2810矢量信號分析儀、2306雙通道電源和2015音頻分析儀搭建的測試案例。傳統的綜測儀測試速度受限于空中信令，對于生產廠商而言意味著測試成本的提高。作為無線通信的空中信令，實際上是屬于手機軟件的問題，筆者認為并不需要在生產測試階段進行嚴格驗證，而應該將重點集中在影響手機性能的硬件特性上。作為對信令部分的替代，該方案需要芯片廠商提供物理層(L1)控制命令集，并通過計算機接口對被測件進行控制。 
　    　選用高速信號源和分析儀，可以突破儀器速度的瓶頸，使方案的測試速度幾乎只是取決于被測件的響應速度，在生產線上可實現最大的測試吞吐量，為廠商提高測試效率，降低測試成本。 
　    　目前中高端信號源和分析儀精度指標高于綜測儀一個檔次，因而可實現高精度的測試，增加測試的可靠性，降低誤測率，從而提高測試效率，降低測試成本。 
　    　分立的測試儀器可以根據客戶的具體需要靈活配置，實現產線測試的靈活搭配，能有效解決生產線測試站之間的“瓶頸效應”問題和重配置問題。 
　    　下面的部分，將針對終端生產測試的四個方面分別提供具體的測試建議，以供TD-SCDMA終端生產廠商參考。 

    射頻收發信機的校準 
　　    終端射頻性能的優劣直接取決于射頻收發信機的校準，這是生產測試中最重要的環節。 
　    　終端收發信機的校準包括對AGC(自動增益控制)電壓、AFC(自動頻率控制)電壓和APC(自動功率控制)電壓三個核心參數的校準；校準的過程包括對應測試、校驗值計算(校驗值調整)和校準后數值寫入三個步驟。 
        1． AGC校準 
　    　射頻收信機接收的信號具有很大的功率范圍，通過對AGC電壓的調整，可以使采樣前的基帶信號幅度維持在一個恒定的范圍。AGC電壓的校準就是對控制電壓和接收信號功率的對應關系進行測量，并將這種對應關系寫入到存貯介質，如E2 ROM。實際應用中，AGC的控制電壓可能包括1～3級，分別表示為AGC1、AGC2、AGC3，同時，AGC的校準可能還包括對低噪聲放大器(LNA)開關的操作。 
　    　AGC的校準需要的測試儀器是射頻信號源，該信號源能為被測終端提供較大功率范圍的連續波(CW)或特定調制信號。

 

　　TD-SCDMA模式AGC校準操作步驟： 
        1） 通過物理層信控制命令使手機進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA接收機通道；  
        2） 根據AGC算法要求，通過信號源列表模式依次發射一組頻率和功率組合的下行TD-SCDMA RMC12.2k調制信號； 
        3） 配合步驟2，通過芯片廠商提供的AGC參數讀取指令讀取AGC參數； 
        4） 計算調整AGC參數，通過芯片廠商提供的AGC參數寫入指令將調整后的AGC參數值寫回E2 ROM。 
　　其它模式，如GSM，AGC校準的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的物理層(L1)信令模擬軟件和控制接口(并口、串口或USB口)。 
        2． AFC校準 

        AFC校準是調整振蕩器的參考頻率，使手機發射出的信號具有正確的載波頻率。校準的方法是設置手機在一系列特定的頻率上發射信號，使用信號分析儀測試該信號的頻率誤差，然后計算AFC的補償電壓，并將調整后的AFC電壓寫入E2 ROM。

 

　　TD-SCDMA模式AFC校準操作步驟： 
        1） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA發射機通道； 
        2） 通過物理層信令模擬指令設定手機發射信號的頻率和功率； 
        3） 配合步驟2，使用2810信號分析儀的TD-SCDMA解調分析選件測量終端發射信號的頻率誤差； 
        4） 根據測量值計算調整AFC參數，通過芯片廠商提供的AFC參數寫入指令將調整后的AFC參數值寫回E2 ROM。 
　　    其它模式，如GSM，AFC校準的步驟與TD-SCDMA類似，分析儀需具備這些模式信號頻率誤差的分析功能。 
        3． APC校準 
　　    終端發射機發射的射頻信號功率值具有一定的控制范圍(功率等級)，APC電壓的調整是實現不同發射功率的方法。對APC控制電壓的校準，就是對控制電壓和發射功率的對應關系進行測量，并把這種對應關系寫入到存貯介質。APC校準所需要的測試儀器是信號分析儀，該儀器對終端發射的射頻信號進行瞬時功率測試，被測信號可以是連續波信號也可以是特定調制的信號。實際的APC電路可能包括多級APC參數。

 

　　TD-SCDMA模式APC校準操作步驟： 
        1） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA發射機通道； 
        2） 通過物理層信令模擬指令設定手機發射信號的頻率和功率； 
        3） 配合步驟2，使用信號分析儀對信號的功率進行測試； 
        4） 重復2)和 3)，直到所有要求的頻率、功率點測試完畢； 
        5） 根據測量值計算調整APC參數，通過芯片廠商提供的APC參數寫入指令將調整后的APC參數值寫回E2 ROM。 
　　    其它模式，如GSM，APC校準的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的L1信令模擬軟件和控制接口。 
射頻收發信機的測試 
　    　射頻收發信機的測試是檢驗經過校準后的終端基本功能和射頻性能的環節。一般來說，終端射頻收發信機的測試遵從相應的通信標準規范，規范對測試原理、測試方法和測試要求提出了明確的規定。規范所建議的測試方法需要使用理想的基站仿真器，這在實際應用中非常苛刻，無論是綜測儀還是信號源、分析儀都不能被稱作理想的基站仿真器。 
　    　信號源、信號分析儀充當基站仿真器，具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度，更適合大規模的量產。針對信號源、信號分析儀信令弱點，可以利用芯片提供商的物理層L1控制命令和控制接口來進行彌補。因而，這種方案是未來發展的方向。 
　    　TD-SCDMA終端收發信機測試參考的標準為3GPP TS25.122，對于大規模的生產測試，不可能(也不實際)測量規范中的所有要求項目，往往只要求測試與產品質量相關的關鍵項目。對協議的進一步分析我們可以看出，協議測試項目包含了對終端信令軟件和終端收發信機硬件性能的測試。我們可以不完全遵照協議規定的測試流程，將測試項目集中在對終端收發信機硬件性能的測試上。 
　　    生產測試中建議發射機的測試項目有：UE最大輸出功率、UE頻率穩定度、閉環功率控制、最小輸出功率、發射關閉功率、發射開/關時間模板、占用帶寬、頻譜發射模板、鄰近信道泄漏比(ACLR)、雜散發射、誤差矢量幅度。 
　　    這里規定了發射機功率、頻率、動態功率、頻譜和調制五個方面的指標，我們可以將這些測試項目進行合并，具體建議測試方法如下： 
        a) 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA 12.2k RMC環回測試模式； 
        b) 設定頻點，并將終端發射功率設為最大； 
        c) 使用信號分析儀測試最大輸出功率、開/關時間模板、發射關閉功率、占用帶寬、頻譜發射模板、雜散發射、鄰近信道泄漏比(ACLR)、頻率誤差、誤差矢量幅度等參數，所選信號分析儀需具備這些參數的分析功能能； 
        d) 改變頻點，重復c)，直到標準要求的三個頻點(高、中、低)測試完成； 
        e) 設定頻點，并按閉環功率控制要求的功率/時間關系(A~G段)設置發射功率，使用信號分析儀完成動態功率測試； 
        f) 設置功率到最小，完成最小發射功率的測試 
        g) 改變頻點，重復e)，直到要求的頻點測試完成 
　　    生產測試中建議接收機的測試項目有：參考接收靈敏度和最大輸入電平，實際上就是接收誤碼率測試。 
　　    根據3GPP 34.122標準要求的測試方法，我們可以按照如下步驟進行測試： 
        a) 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA 12.2k RMC環回測試模式； 
        b) 通過信號源產生BER測試所要求的信號，所選信號源需具備足夠長度的TD-SCDMA波形產生功能，根據參考接收靈敏度和最大輸入電平所要求的功率電平設置信號功率； 
        c) 終端解調所接收的信號，并將解調比特通過控制接口(并口、串口或USB口)傳回計算機，利用芯片廠商提供的PN9 BER計算公式計算BER。將BER與標準要求進行比對。 
　　    對于GSM等其它模式，我們可以利用類似的方法根據標準制定測試項目。

 

    終端音頻測試 
　　    語音通信是終端的主要功能，也是用戶評價終端性能的一個重要方面。因此，對終端進行嚴格的音頻測試是終端生產測試的一個重要方面。 
　　    如今的手機終端集成了更多的多媒體功能，為區別于傳統意義上的手機，其音頻能力也必須提高或改進。雖然語音呼叫可依然使用單聲道且保真度相對較低，但音樂和視頻功能卻需要使用更高的采樣速率來實現高質量的立體聲再現。 
　　    因此，建議將終端的音頻測試分為兩個方面：語音通信音頻測試和多媒體功能音頻測試。使用的儀表為Keithley 2015音頻分析儀。 
        1. 語音通信音頻測試 
　　    針對TD-SCDMA終端(包括GSM模式和TD-SCDMA模式)，我們需要參考的標準為 3GPP TS 51.010、TS26.131和TS26.132。以下是標準中規定的音頻測試項目。 
　　    實際生產中，一般將以上測試項目簡化為語音通信過程中，對語音響應電平、頻率響應特性、失真和噪聲的測量。

    測試方法： 
        a) 把手機安裝到測試架上，把人工耳和手機的耳機孔密閉安裝； 
        b) 通過物理層信令模擬指令使終端進入語音環回模式； 
        c) 音頻分析儀連接人工嘴，在參考點發送額定聲壓值的純單音，根據標準變化頻率； 
        d) 音頻分析儀連接人工耳，測試仿真耳的輸出電平、頻率響應特性、失真和噪聲。 
        2. 多媒體功能音頻測試 
　　    對新的音頻產品(如MP3和MD等)，對CODEC編碼/解碼器有特別的測試要求，需同一時間輸入多音測試信號(如需從22Hz-20kHz頻率范圍內，按照1/3OCTAVE的分布產生31個多音信號，在同一時間輸出)，從而對CODEC作出響應測試。 
　　    借助于專業音頻分析儀和專業音頻分析軟件，可以完成這樣的測試。 

    電源測試 
　　    終端的電池校準、耗電特性和充電特性通過供電電源來檢驗。雙通道電源設備可對終端進行專業電源測試。這種測試方法在傳統生產線上被廣泛采用，這里不再具體討論。