Тестирование GSM цифровых сотовых мобильных терминалов

Тестирование GSM цифровых сотовых мобильных терминалов: Основные аспекты обеспечения качества

Введение
GSM остается одной из фундаментальных технологий в сфере мобильной связи, несмотря на развитие более современных стандартов. Обеспечение надежности, функциональности и соответствия стандартам GSM-терминалов (мобильных телефонов, модемов, трекеров и других устройств) критически важно для их успешного внедрения и эксплуатации. Тестирование является неотъемлемой частью жизненного цикла разработки и производства этих устройств. Данная статья рассматривает ключевые аспекты тестирования GSM-терминалов.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний выступают непосредственно GSM-терминалы различных типов и форм-факторов:

• Мобильные телефоны (смартфоны и feature-телефоны): Наиболее массовый сегмент.
• GSM-модемы и роутеры: Устройства для обеспечения доступа в интернет и организации локальных сетей.
• Трекеры и устройства M2M (Machine-to-Machine): Устройства для мониторинга транспорта, активов, телеметрии.
• Пользовательские терминалы специального назначения: Устройства, адаптированные для специфических задач (например, промышленные терминалы).
• Модули GSM: Радиомодули, интегрируемые в другие устройства (автомобильные системы, системы безопасности и т.д.).

Тестирование может охватывать как конечное устройство в сборе, так и его ключевые подсистемы на различных этапах разработки и производства (прототипы, предсерийные образцы, серийные изделия).

2. Область испытаний

Тестирование GSM-терминалов охватывает широкий спектр характеристик, которые можно сгруппировать следующим образом:

• Радиочастотные (РЧ) параметры передачи (Tx):
  • Выходная мощность (максимальная, минимальная, управление мощностью в динамике).
  • Качество модуляции (векторная ошибка модуляции - EVM, частотная ошибка, ошибка по фазе).
  • Спектральные характеристики (маска спектра излучения, модуляционный спектр, уровень побочных излучений).
  • Время установления и снятия несущей (ramp-up / ramp-down profile).
• Радиочастотные (РЧ) параметры приема (Rx):
  • Чувствительность приемника (Reference Sensitivity Level - RSL).
  • Динамический диапазон приемника.
  • Селективность по соседнему и альтернативному каналу.
  • Устойчивость к блокирующим сигналам и интермодуляции.
  • Максимальный уровень входного сигнала.
• Аудиохарактеристики:
  • Качество передачи речи (отдаваемая речь - Tx Audio).
  • Качество приема речи (принимаемая речь - Rx Audio).
  • Громкость (передачи и приема).
  • Частотная характеристика.
  • Подавление акустического эха (Acoustic Echo Cancellation - AEC).
  • Подавление бокового сигнала (Sidetone).
  • Соответствие объективным (например, PESQ, POLQA) и субъективным критериям качества речи.
• Протокольные процедуры и функциональность:
  • Корректность процедур установления и завершения вызова.
  • Работа с SMS (отправка, прием, хранение).
  • Регистрация в сети (нормальная и аварийная).
  • Передача данных (GPRS/EDGE), установка PDP-контекста.
  • Процедуры хэндовера (передачи обслуживания между сотами).
  • Корректность обработки команд AT-интерфейса (для модемов).
  • Управление энергосбережением (Idle Mode, DRX).
• Электропитание:
  • Потребление тока в различных режимах (ожидание, разговор, передача данных).
  • Стабильность работы при колебаниях напряжения питания.
  • Соответствие заявленному времени работы от батареи.
• Механические и эксплуатационные характеристики:
  • Устойчивость к ударам и вибрации.
  • Работоспособность в условиях экстремальных температур и влажности.
  • Надежность интерфейсов (разъемы, кнопки, дисплей).

3. Методы испытаний

Методы тестирования варьируются в зависимости от проверяемых характеристик и этапа разработки/производства:

• Лабораторные измерения РЧ параметров:
  • Используется комплексное измерительное оборудование (тестеры радиоресурсов, анализаторы спектра, векторные анализаторы цепей).
  • Терминал помещается в экранированную камеру (безэховая камера) для исключения внешних помех и обеспечения точных измерений излучения.
  • Проводятся контролируемые тесты по стандартизированным методикам (например, описанным в 3GPP TS 51.010-1, спецификациях стандартов GSM).
• Функциональное и протокольное тестирование:
  • Используются тестеры радиоресурсов (радиокоммуникационные тестеры) или специализированные эмуляторы базовых станций сети GSM.
  • Эти приборы эмулируют поведение сети GSM (BTS, BSC), позволяя проверить корректность реакции терминала на команды сети, процедуры регистрации, вызова, SMS, передачи данных, хэндовера в контролируемых условиях.
  • Регистрируется и анализируется сигнальный обмен между терминалом и эмулятором сети.
• Аудиотестирование:
  • Проводится в заглушенных камерах (безэховая камера) или камерах реверберации (для тестов на эхо).
  • Используются акустические измерительные системы: искусственное ухо (HATS - Head and Torso Simulator) с микрофонами-измерителями, искусственный рот, измерители акустических параметров, аудиоанализаторы.
  • Измеряются объективные параметры (уровни звукового давления, частотные характеристики, коэффициенты подавления шумов и эха). Применяются алгоритмы оценки качества речи (PESQ, POLQA).
  • Проводятся субъективные тесты (экспертное прослушивание).
• Полевые испытания:
  • Тестирование терминала в реальных условиях эксплуатации в сетях различных операторов связи.
  • Проверка устойчивости приема, качества голосовой связи и передачи данных, поведения при перемещении между сотами, взаимодействия с реальным сетевым оборудованием.
  • Используются специальные мобильные измерительные платформы и ПО для сбора данных.
• Автоматизированное тестирование:
  • Широко применяется на производстве и для регрессионного тестирования.
  • Используются автоматизированные тестовые стенды, включающие измерительное оборудование, эмуляторы сети, аудиосистемы и ПО для управления тестами, сбора и анализа результатов по заданным сценариям.

4. Испытательное оборудование

Для проведения комплексного тестирования GSM терминалов используется специализированное оборудование:

• Тестеры радиоресурсов (Радиокоммуникационные тестеры): Многофункциональные приборы, объединяющие возможности эмулятора базовой станции GSM/GPRS/EDGE, векторного анализатора сигналов, генератора сигналов и протокольного анализатора. Являются основным инструментом для РЧ и протокольного тестирования в лаборатории.
• Векторные анализаторы сигналов (VSA): Для детального анализа качества модуляции и спектральных характеристик передатчика терминала.
• Векторные генераторы сигналов (VSG): Для генерации тестовых сигналов с заданными параметрами модуляции и искажениями для проверки приемника терминала.
• Анализаторы спектра: Для измерения уровней мощности, анализа спектра излучения, поиска побочных излучений.
• Экранированные камеры (безэховые камеры): Для точных РЧ измерений в условиях отсутствия внешних помех и многолучевого распространения. Могут быть полноразмерными для терминалов целиком или компактными для модулей.
• Измерительные аудиосистемы:
  • Искусственное ухо (HATS) с прецизионными измерительными микрофонами.
  • Искусственный рот с прецизионным излучателем звука.
  • Аудиоанализаторы и генераторы аудиосигналов.
  • Заглушенные камеры или камеры реверберации для акустических измерений.
• Системы автоматизации испытаний: Программно-аппаратные комплексы на базе ПК, управляющие измерительным оборудованием, эмуляторами сети, источниками питания и исполнительными механизмами по заданным тестовым сценариям.
• Источники питания: Программируемые источники постоянного тока с возможностью измерения потребления и имитации характеристик аккумуляторов.
• Климатические камеры: Для испытаний на воздействие температуры и влажности.
• Вибростенды: Для механических испытаний на виброустойчивость и вибропрочность.

Заключение

Тестирование GSM цифровых сотовых мобильных терминалов – это сложный, многоэтапный процесс, требующий глубокого понимания стандартов GSM, методик измерений и использования специализированного дорогостоящего оборудования. Комплексный подход, охватывающий радиочастотные, аудио, протокольные, функциональные и эксплуатационные аспекты, является необходимым условием для выпуска на рынок конкурентоспособных устройств, обеспечивающих высокое качество связи, надежную работу в сетях операторов и соответствие требованиям международных и национальных регуляторных органов. Постоянное развитие стандартов и технологий требует непрерывного обновления методов и инструментов тестирования.