Тестирование GSM/4G LTE/5G-модулей при отсутствии или нестабильности сотовой связи

Краткое резюме: Отсутствие или нестабильность сотовой связи делает традиционное тестирование GSM/4G LTE/5G-модулей невозможным и создает критические риски для производителей электроники и IoT-устройств: от срыва производственных графиков до поставок оборудования с дефектным радиомодулем или прошивкой. 

Полевые испытания и репитеры не обеспечивают ни повторяемости, ни контроля параметров сети, а значит не подходят для промышленного контроля качества.

В статье показано, почему перенос сотовой сети в лабораторию с помощью имитатора базовой станции является единственным инженерно корректным решением для выходного контроля. Также рассматриваются существующие на рынке имитаторы базовой станции.

Актуальная проблема для производителей

На сегодняшний день у производителей электроники и умных датчиков в России существует серьезная проблема: при выходном тестировании необходимо проверять модули передачи данных — чаще всего стандарта GSM/LTE/5G. 

Однако в ряде регионов наблюдается отключение каналов мобильных операторов связи, а также нестабильный сигнал. В результате протестировать работу устройства в реальных условиях оказывается невозможно.

Особенно остро эта проблема стоит для производителей счетчиков и IoT-устройств: невозможность убедиться в корректной работе GSM/LTE/5G-модуля или прошивки на этапе выходного контроля приводит к рискам брака, возвратов и снижению доверия со стороны клиентов.

Последствия проблемы для производства

• Срыв графиков выпуска продукции. Готовые к отгрузке датчики не могут быть протестированы, что приводит к простою производства и срыву контрактных обязательств.
• Невозможность выявить брак. Существует риск отгрузки устройств с дефектным GSM/LTE/5G-модулем или некорректной прошивкой, что грозит вылиться в массовые возвраты и рекламации от заказчиков.
• Отсутствие контроля качества. Процесс тестирования становится случайным и не повторяемым, нельзя объективно сравнить результаты тестов разных партий.

Попытки решить проблему с помощью выездных испытаний или установки репитеров неэффективны, так как провести предсказуемые, повторяемые и полномасштабные испытания сотового модуля (GSM, 4G LTE, NB-IoT, 5G) в реальных условиях невозможно из-за:

• Полного отсутствия сигнала («глушение» или удаленные локации).
• Нестабильного уровня сигнала (замирания, интерференция).
• Невозможности контролировать параметры сети (уровень сигнала, частоту, задержки, потери пакетов).
• Невозможности имитации редких, но критичных событий (хэндовер, отказ базовой станции).

Более того, полевые испытания не дают контролируемых и стабильных условий, необходимых для конвейерного выходного контроля. 

Перенос тестовой сети в лабораторию

Единственным надежным решением является перенос тестовой сети непосредственно в лабораторию производителя. Этого можно достичь на основе автономного имитатора базовой станции (БС) сотой сети GSM/4G LTE/5G.

Наличие имитатора базовой станции GSM/LTE/5G — это только одна из частей для осуществления успешного выходного контроля. В дополнение к имитатору необходимо иметь методику испытаний, в идеале — автоматизированную. 

Поэтому производители базовых станций обычно закладывают в своем программном обеспечении (ПО) возможность для создания автоматизированных тестов оборудования.

Имитаторы базовой станции на рынке

Основными поставщиками имитаторов базовых станций и методик тестирования оборудования на их основе в настоящее время являются:

1. Keysight Technologies (ранее Agilent)

• Модели: E7515B UXM 5G, E7515A UXM Wireless
• Ценовой диапазон: ~$150,000–$500,000+
• Функциональные особенности :
  • 3GPP-совместимое тестирование по стандартам
  • Тестирование на соответствие спецификациям
  • Тестирование пропускной способности
  • Проверка мобильности и хэндовера
  • Анализ энергопотребления

2. Rohde & Schwarz

• Модели: CMW500
• Ценовой диапазон: ~$100,000–$400,000
• Функциональные особенности:
  • Параметрические радиочастотные тесты
  • Протокольное и функциональное тестирование
  • Тестирование электромагнитной совместимости (ЭМС)

3. Anritsu

• Модели: MD8475B
• Ценовой диапазон: ~$80,000–$300,000
• Функциональные особенности:
  • Упрощенное функциональное тестирование
  • Базовое протокольное тестирование

4. ЮНИТЕСС

• Модели: различные кастомизированные решения
• Ценовой диапазон: $25,000–$170,000
• Функциональные особенности:
  • Тестирование на соответствие спецификациям и требованиям по электромагнитной совместимости
  • Тестирование пропускной способности
  • Протокольное и функциональное тестирование
• Преимущества:
  • Локализованная техническая поддержка
  • Адаптация под российские стандарты сотовой связи
  • Интеграция с отечественным ПО

Решения от Keysight, Rohde & Schwarz и Anritsu являются дорогостоящими и сложными в освоении, так как рассчитаны на проведение полных сертификационных испытаний в рамках стандартов 3GPP по всем параметрам, в то время как у многих отечественных поставщиков, включая ЮНИТЕСС, испытания проводятся только по основным или большинству параметров. 

Такой объем испытаний занимает много времени и не может быть использован при проведении выходного контроля.

Специализированный имитатор базовой станции от компании ЮНИТЕСС выгодно отличается по стоимости от конкурентов и позволяет развернуть локальную (полностью изолированную) сеть 4G LTE/5G прямо в лаборатории предприятия и настроить ее под требования заказчика, необходимые для оценки качества выпускаемой продукции. 

* Для испытаний GSM-модулей ЮНИТЕСС предлагает специальную конфигурацию эмулятора БС — Тестер GSM ЮНИТЕСС 4020.

Как работает имитатор базовой станции:

1. Локальная сеть: Имитатор базовой станции ЮНИТЕСС 3020 создает в помещении сигнал сотовой связи с низкой мощностью, безопасной для использования в лабораторных условиях.
2. ПО для управления имитатором базовой станции: В комплект поставки входит ПО для запуска сотой связи с установленными ранее параметрами (диапазон, мощность, схема модуляции и др.), которые настраиваются внутри тестовых сценариев инженерами ЮНИТЕСС под требования заказчика.
3. Тестирование устройства: Умный датчик «видит» имитатор как настоящую базовую станцию оператора и выполняет все стандартные процедуры: регистрацию в сети, передачу данных, прием команд.
4. Протоколирование результатов испытаний: После проведения автоматизированного выходного контроля формируется протокол, в котором отражаются результаты выполнения запланированных заказчиком тестов с выводами о соответствии измеренных параметров допускам и исправности  образца.

Что именно позволяет проверить имитатор в рамках выходного контроля:

• Факт подключения к сети: Устройство должно стабильно регистрироваться в созданной локальной сети.
• Качество радиомодуля датчика: Проверяется чувствительность приемника датчика.
• Корректность прошивки: Убеждаются, что программное обеспечение датчика правильно взаимодействует с сетью: устанавливает соединение, передает телеметрию, реагирует на входящие команды.
• Стабильность передачи данных: Проверяется, что датчик может непрерывно передавать данные в течение заданного времени без разрывов соединения.

Таким образом, даже в условиях отсутствия или нестабильности реальной сотовой сети в регионе, производитель получает инструмент для гарантированного контроля качества продукции.

Ключевые преимущества для производителя при использовании имитатора базовой станции ЮНИТЕСС:

• Независимость от операторов: Возможность проводить тесты 24/7, независимо от ситуации с внешней связью.
• Скорость и эффективность: Процесс выходного контроля занимает минуты вместо дней ожидания (в автоматизированном режиме).
• 100% контроль качества: Каждое устройство, покидающее предприятие, проходит идентичный, повторяемый и объективный тест работоспособности его модуля связи.
• Защита от рекламаций: Сведение к минимуму риска отгрузки бракованных устройств из-за неисправного модуля связи.

Заключение

Применение имитатора базовой станции или тестера GSM от ЮНИТЕСС позволяет реализовать тестирование модулей связи GSM/4G/5G/NB-IoT в составе выпускаемой продукции в виде стандартизированной и управляемой производственной операции.

Данное оборудование помогает не только снять риски срыва поставок, но и укрепить репутацию производителя как поставщика надежной и качественной продукции. 

Кроме того, по сравнению с конкурентами решения от ЮНИТЕСС имеют преимущества по стоимости реализуемого функционала и оборудования, а также доступности локализованной поддержки, что очень актуально для российских регионов.