Изменение спроса на осциллографы с высоким разрешением в связи с полевыми испытаниями мобильных телефонов 

Полевые испытания мобильных телефонов представляют собой ключевую систему тестирования, предназначенную для проверки радиочастотных характеристик конечных устройств, оптимизации качества работы в общедоступных сетях, калибровки адаптации к различным сценариям использования, а также обеспечения качества пользовательского опыта. По сравнению со статическими лабораторными испытаниями на соответствие, полевые испытания мобильных телефонов характеризуются динамичностью и изменчивостью сценариев, временными изменениями каналов радиосвязи, случайными и сложными помехами, свободным положением терминала и динамическими колебаниями нагрузки. Радиочастотное излучение терминала, излучение антенны, динамический отклик источника питания и синхронизация временных параметров базовой полосы частот очень легко приводят к скрытому дрейфу характеристик и переходным аномалиям, что напрямую влияет на качество связи, скорость доступа в Интернет, стабильность переключения между сетями, время работы в режиме ожидания и другие ключевые аспекты пользовательского опыта.

Цифровые осциллографы высокого разрешения (аппаратное разрешение 12 бит/16 бит) благодаря сверхвысокой точности квантования, сверхнизкому уровню шума, точному захвату переходных сигналов, адаптации к широкому диапазону температур и удобству использования в полевых условиях стали основным испытательным оборудованием для доработки и утверждения моделей мобильных телефонов, оптимизации в ходе полевых испытаний, выявления причин сбоев в различных сценариях и контроля качества серийной продукции.

Особенности полевых испытаний мобильных телефонов и возникающие проблемы

Полевые испытания мобильных телефонов отличаются от стандартных испытаний в лабораторных экранированных камерах и представляют собой систему динамической проверки в условиях взаимодействия реальной сложной сети и природной среды. Наложение множества переменных, таких как сетевые помехи, затенение рельефом местности, удержание телефоном в руке, изменения температуры и влажности, а также движение с высокой скоростью, приводит к значительному ухудшению пользовательского опыта, которое в значительной степени обусловлено малоамплитудными, прерывистыми и условными скрытыми неисправностями, которые трудно точно количественно оценить и воспроизвести с помощью обычных методов тестирования.

Особенности полевых испытаний мобильных телефонов
Во-первых, динамические изменения условий канала: дорожные условия на открытом воздухе, затенение зданиями и потери при прохождении сигнала в помещениях приводят к колебаниям показателей RSRP/RSRQ и SINR в режиме реального времени; частое переключение между ячейками, повторный выбор и обновление луча; скачки параметров радиоканала в масштабе миллисекунд; постоянная динамическая настройка рабочей точки РЧ-частоты терминала; во-вторых, сложная и хаотичная среда помех: наложение помех от соседних и одночастотных станций в густонаселенных городских районах, промышленные паразитные излучения, импульсные помехи от автомобилей, шумы от электрооборудования в лифтах приводят к динамическому повышению уровня фонового шума в полевых условиях, а соотношение сигнал/шум в слабом поле находится на критическом уровне, что очень легко приводит к ухудшению демодуляции и повышению уровня ошибок; в-третьих, условия эксплуатации терминала являются случайными и изменчивыми: затенение при удержании в руке, изменение положения и жестов, одновременная нагрузка от нескольких приложений, доплеровское смещение частоты при высокоскоростном перемещении — все это приводит к колебаниям излучательной характеристики антенны (TRP), резким изменениям энергопотребления и динамическим изменениям запаса по РЧ; в-четвертых, повсеместные колебания температуры и влажности: высокие температуры и сильное солнечное излучение на открытом воздухе, низкие температуры и холодные волны, высокая влажность в дождливую погоду, а также чередование постоянной температуры и перепадов температур в помещении, что приводит к постоянному температурному дрейфу параметров питания, радиочастоты и синхронизации кварцевых резонаторов конечного устройства; в-пятых, сложность воспроизведения неисправностей: проблемы в полевых условиях носят случайный характер, зависят от окружающей среды и связаны с сетевыми взаимодействиями; спорадические задержки, обрывы связи, отключения и падение пропускной способности трудно точно воспроизвести, а традиционные показатели журналов не позволяют определить первопричину на уровне базового оборудования.

Проблемы традиционных методов тестирования с использованием 8-битных цифровых осциллографов
Недостаточная квантование слабых радиочастотных искажений в полевых условиях: отклонения радиочастотной модуляции, фазовые колебания и дрейф частотного смещения в условиях слабого сигнала, на границах переключения и при высокоскоростном перемещении мобильных устройств представляют собой незначительные искажения уровня микровольт. Традиционные 8-битные осциллографы имеют всего 256 уровней квантования, при этом квантовый шум заглушает детали полезного сигнала, что не позволяет отличить колебания сети от ухудшения характеристик аппаратного обеспечения терминала.

Невозможность отслеживания причин случайных сбоев, влияющих на пользовательский опыт: распространенные в полевых условиях мгновенные обрывы связи, колебания качества звука в режиме MOS, скачки пропускной способности, задержки при переключении и кратковременные обрывы связи — это в основном переходные аномалии на уровне миллисекунд. Обычные осциллографы имеют ограниченную глубину памяти и недостаточную точность триггера, что не позволяет фиксировать критические сигналы сбоев, в результате чего проблемы с пользовательским опытом можно только наблюдать, но не локализовать.

Трудности с обнаружением колебаний питания при динамической нагрузке: при одновременном выполнении нескольких задач на мобильном телефоне в полевых условиях, импульсных излучениях РЧ, высокой яркости экрана и запуске/остановке камеры возникает динамическая нагрузка, при которой небольшое повышение пульсаций питания и мгновенные падения напряжения представляют собой скрытые критические риски. Из-за слишком высокого уровня фонового шума обычных приборов их невозможно различить, что может привести к мгновенному сбросу базовой полосы, смещению рабочей точки РЧ и нестабильности канала связи.

Совместимость технологий цифровых осциллографов высокого разрешения с полевыми испытаниями мобильных телефонов

Сверхвысокая точность квантования, позволяющая количественно оценивать слабые отклонения РЧ-сигнала в полевых условиях: Встроенное аппаратное разрешение 12 бит/16 бит с количеством уровней квантования 4096–65536 обеспечивает повышение точности в 16–64 раза по сравнению с традиционными 8-битными приборами. Это позволяет точно фиксировать слабые сигналы в полевых условиях, границы переключения, а также искажения модуляции, дрейф фазы и смещение частоты на уровне микровольт в условиях высокоскоростного движения, что обеспечивает достоверную оценку реальных запасов по РЧ-характеристикам конечных устройств.

Аппаратная архитектура со сверхнизким уровнем собственного шума, адаптированная к сложным внешним помехам: благодаря применению малошумящих входных цепей и оптимизированной конструкции экранирования прибор обладает чрезвычайно низким уровнем собственного шума. Это позволяет точно отделять полезные радиочастотные и сигналы основной полосы в условиях сложных городских электромагнитных помех, многолучевого отражения и межчастотных помех, достоверно воспроизводить детали сигналов в полевых условиях и предотвращать замаскирование скрытых неисправностей конечных устройств окружающим шумом.

Расширенные возможности триггера + большой объем памяти для фиксации случайных сбоев в пользовательском опыте: оснащен памятью объемом более 100 Мбит, поддерживает триггеры по окну, по импульсам, по резким изменениям уровня и по тайм-ауту, что позволяет вести длительную непрерывную запись сигналов на протяжении всего теста в полевых условиях, точно сопоставляя события, влияющие на пользовательский опыт, такие как задержки при переключении, обрывы связи, падение пропускной способности и мгновенные ошибки кода, и обеспечивая однозначную связь между проблемами KPI и сигналами на уровне аппаратного обеспечения.

Стабильность в широком диапазоне температур и устойчивость к дрейфу под воздействием окружающей среды: модели промышленного класса поддерживают стабильную работу в диапазоне температур от -40 °C до 70 °C, имеют чрезвычайно низкий коэффициент температурного дрейфа и позволяют полностью воспроизвести условия эксплуатации на открытом воздухе с высокими и низкими температурами, а также чередованием температурных перепадов, что обеспечивает точное количественное определение дрейфа параметров схем конечных устройств и ухудшения их характеристик, вызванных температурными изменениями.

Легкий и портативный, подходящий для полевых дорожных испытаний: компактные моноблочные модели с длительным временем автономной работы и автономным питанием, не требующие подключения к сети, можно перевозить в автомобиле или носить с собой; они подходят для дорожных испытаний DT, точечных испытаний CQT, обхода на открытом воздухе, а также для полевых испытаний в помещениях высотных зданий без опорных точек.

Основные полевые испытания мобильных телефонов

Динамическое тестирование радиочастотных характеристик при дорожном обходе (DT)
Дорожные испытания DT являются ключевым сценарием оптимизации мобильных телефонов в полевых условиях. Они охватывают городские магистрали, скоростные дороги и сценарии движения на высоких скоростях. Терминал непрерывно выполняет измерение ячеек, сравнение соседних ячеек, переключение и повторный выбор, а также обновление лучей. Движение на высоких скоростях вызывает доплеровское смещение частоты и колебания на границах быстрого переключения, что очень легко приводит к появлению скрытых проблем, таких как задержки переключения, падение пропускной способности, ошибки демодуляции и потеря синхронизации луча. Это является основной причиной задержек при доступе в Интернет и скачков пинга в играх. Обычное программное обеспечение для дорожных испытаний может регистрировать только показатели верхних уровней, но не способно выявлять аномалии в сигналах нижнего уровня аппаратного обеспечения.

Осциллограф высокого разрешения, установленный в автомобиле, синхронно собирает данные о сигналах радиочастотного излучения терминала, точности модуляции, тактовой синхронизации и колебаниях напряжения питания, точно фиксируя небольшие колебания фазы, скачки частотного смещения и переходные искажения сигнала в процессе высокоскоростного движения и непрерывных переключений; в сочетании с журналами KPI дорожных испытаний позволяет установить взаимосвязь между событиями, различить проблемы, связанные со стратегией переключения сетей, и проблемы, связанные со стабильностью радиочастотного оборудования терминала, тактовой частоты и питания, оптимизировать параметры переключения терминала, алгоритмы слежения за лучами и логику динамического управления мощностью, а также повысить непрерывность доступа в Интернет и стабильность пропускной способности в условиях мобильного использования.

Тестирование CQT: голосовая связь в фиксированных точках и тестирование в условиях слабого сигнала
Тестирование CQT в фиксированных точках сосредоточено на сценариях с низким соотношением сигнал/шум, таких как внутренние помещения зданий, лифты, подземные парковки и закрытые помещения со слабым сигналом. Оно в основном проверяет качество MOS голосовых вызовов VoLTE/VoNR, коэффициент установления соединения, коэффициент обрывов вызовов и способность удерживать соединение в условиях слабого сигнала. В условиях слабого сигнала запас мощности крайне низок, и даже незначительные искажения радиочастотного сигнала терминала, джиттер тактовой частоты или повышение пульсаций питания могут привести к появлению шумов в голосовой связи, пропаданию звука, кратковременным обрывам связи и сбоям при поддержании связи — это типичные критические сбои, влияющие на качество пользовательского опыта.

Осциллограф высокого разрешения позволяет с высокой точностью регистрировать формы модулированных радиочастотных сигналов, временные характеристики аудиосигнала и стационарные пульсации питания в условиях локального тестирования в слабом поле, а также количественно оценивать ухудшение показателя EVM, джиттер тактовой частоты и снижение запаса по демодуляции при слабом сигнале; позволяет точно определить, вызваны ли обрывы связи и колебания качества звука в условиях слабого сигнала недостаточной точностью радиочастотной демодуляции, плохой стабильностью тактовой частоты или превышением допустимых значений пульсаций питания, а также целенаправленно оптимизировать параметры усиления в условиях слабого сигнала, шумоподавления при демодуляции и фильтрации питания, что значительно улучшает качество связи в помещениях со слабым сигналом и пользовательский опыт при нахождении в сети.

Полевая калибровка взаимосвязи между положением тела и излучательными характеристиками антенны
Качество связи мобильного телефона в реальных условиях в значительной степени зависит от положения телефона в руке, затенения телом, близости к голове и изменения нагрузки на руки. Человеческое тело, действуя как диэлектрик, изменяет импеданс антенны, эффективность излучения и характеристики излучения TRP, что приводит к колебаниям сигнала в реальных условиях, резким скачкам скорости передачи данных и нестабильному качеству связи в одном и том же месте. Такие незначительные отклонения характеристик, связанные с положением тела, невозможно воспроизвести и количественно оценить в ходе статических лабораторных испытаний.

Осциллограф высокого разрешения позволяет сравнивать радиочастотные сигналы, стабильность амплитуды и точность модуляции в различных положениях — в свободном пространстве, при удержании одной рукой, двумя руками, вблизи лица и т. д. — и точно количественно оценивать искажения сигнала и дрейф параметров, вызванные затенением телом человека; определить запас рабочих характеристик конечного устройства при различных положениях, что послужит ориентиром для оптимизации согласования антенны, адаптивной регулировки мощности и итерации алгоритмов компенсации положения, позволяя решить проблему нестабильности пользовательского опыта, вызванную колебаниями положения в полевых условиях.

Тестирование стабильности источника питания и динамической нагрузки в условиях переменной температуры в полевых условиях
При воздействии высоких температур под прямыми солнечными лучами, низких температур на открытом воздухе и чередования холода и тепла внутреннее сопротивление аккумулятора и параметры схемы стабилизации напряжения постоянно изменяются, в сочетании с динамическими нагрузками, такими как игры, видео, загрузка и выгрузка данных, а также импульсные нагрузки от камеры, это приводит к появлению мгновенных падений напряжения, повышению пульсаций на уровне микровольт и переходным колебаниям питания, что вызывает смещение рабочей точки РЧ, нестабильность синхронизации базовой полосы и периодический сброс модулей, приводя к случайным обрывам связи, перезапускам и зависаниям в полевых условиях.

Благодаря сверхвысокой способности осциллографа с высоким разрешением различать слабые сигналы можно точно фиксировать стационарные пульсации питания, динамические дрейфы напряжения и импульсы переключения нагрузки в полевых условиях при полном диапазоне температур и всех режимах нагрузки; количественно оценить влияние сочетания высоких и низких температур с динамической нагрузкой на систему питания конечных устройств, выявить скрытые риски, такие как температурный дрейф стабилизатора напряжения, ослабление фильтрации и недостаточная мощность аккумулятора при низких температурах под нагрузкой, оптимизировать распределение энергопотребления конечных устройств, управление тепловыделением и стратегии стабилизации напряжения источника питания РЧ, повысить стабильность работы в любых условиях эксплуатации в полевых условиях.

Выявление причин и анализ сложных случайных проблем в полевых условиях с целью оптимизации
В полевых условиях при использовании мобильных телефонов возникает множество случайных, сложных и зависимых от конкретной ситуации проблем, таких как случайные обрывы связи, периодические перебои в передаче данных, сбои при переключении в лифтах, медленное восстановление пропускной способности при выходе из подвала, скачки сигнала в пригородах и отдаленных районах и т. д. Такие проблемы невозможно стабильно воспроизвести, а опираясь исключительно на журналы и показатели KPI дорожных испытаний, невозможно определить первопричину, связанную с аппаратным обеспечением, что в долгосрочной перспективе сдерживает итерацию версий конечных устройств и повышение их качества.

Осциллографы высокого разрешения, благодаря огромной глубине памяти, возможности длительной записи и точной синхронизации, позволяют полностью сохранять непрерывные данные о сигналах, полученные в ходе длительных тестов в полевых условиях. Это позволяет точно сопоставить падение пропускной способности, рост количества ошибок, аномалии переключения, случаи обрыва связи с низкоуровневыми сигналами РЧ, синхронизации и питания, что позволяет проводить многоуровневую диагностику причин, различая четыре категории факторов: сетевую среду, параметры протоколов, производительность оборудования и стабильность питания. Это обеспечивает экспериментальную основу для доработки аппаратного обеспечения терминалов, оптимизации параметров и итерации программных алгоритмов.

Например:

Серия DS2000A
Серия RIGOL DS2000A (например, DS2072A, DS2102A, DS2202A) представляет собой классическую линейку настольных цифровых осциллографов, пользующихся популярностью на протяжении многих лет. Основанная на архитектуре технологии UltraVision первого поколения от RIGOL, эта серия отличается сверхнизким уровнем шума, превосходными функциями записи сигналов и исключительно высоким соотношением цены и качества. Она является классическим стандартным оборудованием на рабочем столе инженеров-электронщиков.
Аналоговая полоса пропускания: предлагаются четыре основных варианта полосы пропускания — 70 МГц, 100 МГц, 200 МГц и 300 МГц (например, DS2302A); модели с высокой частотой в стандартной комплектации оснащены переключением входного сопротивления 50 Ом.
Конфигурация каналов: 2 аналоговых канала.
Серия MSO2000A (например, MSO2102A), являющаяся производной от этой модели, дополнительно оснащена 16 цифровыми логическими каналами. Вертикальная чувствительность: от 500 мкВ/дел до 10 В/дел. Превосходный аппаратный аналоговый фронт-энд обеспечивает чрезвычайно низкий уровень шума, что идеально подходит для регистрации самых слабых сигналов.
Частота дискретизации в реальном времени: до 2 ГГц на один канал, 1 ГГц при одновременной работе двух каналов.
Глубина памяти: в стандартной комплектации 14 Мптс, в некоторых более поздних партиях или в качестве опции может быть увеличена до 56 Мптс.
Скорость захвата сигналов: до 52 000 wfms/s в сочетании с 256-уровневой шкалой интенсивности сигнала (Intensity Grading).