5GNR物理層自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)5GNR物理層配置場(chǎng)景多、信道參數(shù)靈活可配置以及協(xié)議持續(xù)演進(jìn)的特點(diǎn)，為了提高物理層測(cè)試效率，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套5GNR物理層自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。本文首先介紹了自動(dòng)化平臺(tái)的軟件架構(gòu)、各模塊功能以及不同測(cè)試階段的硬件拓?fù)溥B接圖，其次詳述了業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)邏輯、控制接口以及測(cè)試用例執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，最后通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比和測(cè)試時(shí)間對(duì)比，驗(yàn)證了該平臺(tái)在5GNR物理層測(cè)試的可靠性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該平臺(tái)能有效發(fā)現(xiàn)物理層問(wèn)題，提高了測(cè)試效率。

關(guān)鍵詞：5GNR；物理層；測(cè)試；自動(dòng)化

一、 研究現(xiàn)狀

第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（The Fifth Generation Mobile Communication Network， 5G）[1-2]是具有高速率、海量連接和低時(shí)延高可靠特點(diǎn)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)，5G通信設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，物理層[3-7]從學(xué)術(shù)界的理論、技術(shù)吸取養(yǎng)料，實(shí)現(xiàn)最核心的技術(shù)創(chuàng)新，而接入網(wǎng)高層則通過(guò)巧妙的信令、流程設(shè)計(jì)體現(xiàn)通信系統(tǒng)的邏輯創(chuàng)新。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署，移動(dòng)通信技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)迭代也面臨著越來(lái)越復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)。在無(wú)線通信系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的測(cè)試和驗(yàn)證是十分必要的，而物理層作為基礎(chǔ)層，承載了大量的數(shù)據(jù)傳輸和通信功能，也是每代移動(dòng)通信技術(shù)中最受大家關(guān)注、參與人數(shù)最多、知識(shí)產(chǎn)權(quán)最為集中的協(xié)議族[8]，因此對(duì)5GNR物理層各種功能、功能組合、性能和互操作性測(cè)試是非常有必要的。針對(duì)5G通信終端設(shè)備的測(cè)試工作，目前看到比較多的是為協(xié)議棧信令設(shè)計(jì)的各種自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，而物理層作為各大廠家獨(dú)有的核心處理模塊，少有看到公開的測(cè)試方法論和自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。本文借鑒了其他自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法[9-10]，并結(jié)合物理層自身實(shí)際測(cè)試需求，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了基于5GNR綜合測(cè)試儀的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)70448b0d4c6a786066d2a85813065e88a527f7df605595af7da633ca1ee91241導(dǎo)入配置接口、業(yè)務(wù)配置接口、交叉使用上述接口等方式配置測(cè)試場(chǎng)景，并結(jié)合不同的儀表組合，用于完成5GNR物理層在各開發(fā)階段的測(cè)試工作，以實(shí)現(xiàn)在開發(fā)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而降低開發(fā)時(shí)間和成本，確保5G系統(tǒng)的質(zhì)量滿足客戶的要求。

二、5GNR物理層自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件架構(gòu)

自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件運(yùn)行在控制PC上，是自動(dòng)化測(cè)試業(yè)務(wù)流程的控制中心。架構(gòu)如圖1所示，其中：

主程序MainProcess.py：功能包括版本升級(jí)、管理測(cè)試用例順序執(zhí)行、測(cè)試結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)、log管理、時(shí)間統(tǒng)計(jì)等功能。

cfg.ini：系統(tǒng)配置參數(shù)，如儀表連接參數(shù)、自動(dòng)化/手動(dòng)執(zhí)行標(biāo)識(shí)、終端連接參數(shù)等。

CaseList.txt： 測(cè)試用例列表。

DeviceControl： 儀表、工具控制接口，其中包括公共函數(shù)接口、ITE（Integrity Test Equipment，綜合測(cè)試儀表）控制接口、DUT（Device Under Test，被測(cè)設(shè)備）控制接口、工具控制接口等。

Log：Default文件夾用來(lái)存放單用例執(zhí)行模式下腳本log文件。

CaseList_time：該文件夾用來(lái)存放批量用例執(zhí)行模式時(shí)腳本log文件。

CaseList_time.txt：表示批量執(zhí)行模式下，所有用例執(zhí)行結(jié)果、log等信息。

TestCase： 測(cè)試用例腳本集合，以信道或功能為維度劃分的測(cè)試用例集合。

*.py ： 測(cè)試腳本。單擊可以直接運(yùn)行單用例執(zhí)行模式，也可以運(yùn)行MainProcess程序批量執(zhí)行測(cè)試用例

（二）自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)拓?fù)溥B接圖

在DUT系統(tǒng)集成測(cè)試階段，自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)用于帶協(xié)議棧、RF的5GNR物理層的測(cè)試。拓?fù)溥B接圖如圖2所示。

物理層功能開發(fā)階段，BBIQ自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)用于測(cè)試數(shù)據(jù)處理到IQ的物理層。拓?fù)溥B接圖如圖3所示。

自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件運(yùn)行在控制PC上，通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口訪問(wèn)和控制IDE和DUT以及相關(guān)工具； DUT通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)從版本服務(wù)器獲取版本并升級(jí)到需要的版本。

（三）自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯

業(yè)務(wù)邏輯分為兩種執(zhí)行模式：?jiǎn)斡美龍?zhí)行模式和批量執(zhí)行模式。

1.單用例執(zhí)行模式

單用例執(zhí)行模式，也稱為自動(dòng)配置手動(dòng)執(zhí)行模式，即自動(dòng)化配置單個(gè)用例，手動(dòng)控制測(cè)試流程。具體測(cè)試步驟如下：

第一步：手動(dòng)控制DUT版本升降級(jí)；

第二步：雙擊腳本執(zhí)行測(cè)試用例，用于配置測(cè)試場(chǎng)景；

第三步：手動(dòng)打開小區(qū)，DUT開機(jī)注冊(cè)，執(zhí)行測(cè)試用例；

第四步：DUT下電，設(shè)置小區(qū)OFF，記錄結(jié)果。

其中：測(cè)試用例腳本運(yùn)行Log自動(dòng)存放到Log->Default目錄下，以腳本名+執(zhí)行時(shí)間命名，同時(shí)執(zhí)行過(guò)程在窗口實(shí)時(shí)打印。手動(dòng)打開log工具，用于獲取DUT log，自定義保存文件名。

2. 批量執(zhí)行模式

批量執(zhí)行模式，一次執(zhí)行多個(gè)測(cè)試用例，無(wú)需人工參與，由程序自動(dòng)運(yùn)行。啟動(dòng)過(guò)程如下：

在MainProcess.py所在目錄，用命令行調(diào)用MainProcess.py CaseList.txt Version_01_01.zip執(zhí)行自動(dòng)化控制步驟如下所示：

（1）主程序控制DUT升級(jí)到指定的版本。

（2）主程序根據(jù)CaseList中的用例列表逐條執(zhí)行測(cè)試用例。

（3）主程序獲取用例執(zhí)行結(jié)果、Log等信息。

（4）所有用例執(zhí)行完成后，主程序給出用例執(zhí)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果、執(zhí)行時(shí)間等信息。

其中：主程序在Log文件夾下創(chuàng)建CaseList+時(shí)間的文件夾，用于存放測(cè)試用例腳本運(yùn)行Log。主程序在該文件夾下創(chuàng)建以CaseList+時(shí)間命名的txt文本，用于存放所有測(cè)試用例的執(zhí)行結(jié)果。每個(gè)測(cè)試用例腳本控制Log工具，生成腳本名命名的DUT Log。該用例腳本還控制儀表，生成腳本名命名的儀表Log。儀表Log和DUT Log存放于指定路徑的CaseList+時(shí)間命名的文件夾下。

三、5GNR物理層自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

（一） 公共業(yè)務(wù)控制接口

公共業(yè)務(wù)接口提供了其他控制接口的公共接口及Log記錄等相關(guān)接口。這些接口包括獲取初始化參數(shù)接口、腳本結(jié)果保存接口、各模塊Log保存接口等。

（二）IDE控制接口

IDE控制接口用來(lái)檢測(cè)儀表狀態(tài)和配置業(yè)務(wù)場(chǎng)景，配置接口主要包括場(chǎng)景配置文件導(dǎo)入、小區(qū)級(jí)參數(shù)配置、物理層信道參數(shù)配置、業(yè)務(wù)調(diào)度參數(shù)配置、功控配置、CSI參數(shù)配置、Measure參數(shù)配置、上下行統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢、CSI上報(bào)查詢等接口。儀表狀態(tài)控制接口包括儀表狀態(tài)檢查、儀表狀態(tài)恢復(fù)（Reset/Reboot），儀表異常檢測(cè)及恢復(fù)等。

（三）DUT控制接口

DUT控制接口用來(lái)控制DUT的行為。該接口功能包括版本升降級(jí)，使能/去使能飛行模式，DUT上下電等。

（四）工具控制接口

工具控制接口用來(lái)控制工具，實(shí)現(xiàn)某種目的。如啟動(dòng)DUT Log工具，用來(lái)獲取DUT運(yùn)行Log，最終以指定文件名保存到指定位置。

（五）腳本控制流程

自動(dòng)化腳本基于以上控制接口控制儀表、DUT和相關(guān)工具執(zhí)行測(cè)試用例，具體過(guò)程如下偽代碼所示：

Step 1：Ret = IDE環(huán)境狀態(tài)檢查

Step 2：如果Ret is OK

2.1：執(zhí)行環(huán)境Preset

否則：

2.1：執(zhí)行環(huán)境狀態(tài)恢復(fù)

2.2：執(zhí)行Step 1

Step 3：場(chǎng)景配置文件導(dǎo)入，有默認(rèn)配置，可跳過(guò)

Step 4：小區(qū)級(jí)參數(shù)配置，可跳過(guò)

Step 5：物理信道參數(shù)配置，可跳過(guò)

Step 6：業(yè)務(wù)調(diào)度參數(shù)配置，可跳過(guò)

Step 7：配置小區(qū)上線ON

Step 8：DUT上電開機(jī)

Step 9：打開Log工具，獲取DUT Log

Step 10：IDE狀態(tài)檢查

Step 11：獲取測(cè)試用例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Step 12：DUT下電關(guān)機(jī)

Step 13：配置小區(qū)下線OFF

Step 14：結(jié)果判定（包含異常結(jié)果判定、閾值結(jié)果判定）

Step 15：信息登記、結(jié)果保存到指定txt

Step 16：儀表Log和DUT Log移動(dòng)到指定位置

（六） 批量腳本執(zhí)行控制流程

MainProcess.py 從CaseList.txt文件中獲取測(cè)試用例列表后，根據(jù)如下步驟控制測(cè)試腳本按順序執(zhí)行：

step1：從測(cè)試列表中獲取第一個(gè)測(cè)試用例

step2：根據(jù)測(cè)試用例名，獲取功能模塊， 模式信息

step3：根據(jù)功能模塊信息，拼接腳本路徑信息， 根據(jù)模式信息決定腳本執(zhí)行的測(cè)試環(huán)境

step4：檢查環(huán)境是否和模式信息匹配， 匹配則繼續(xù)，不匹配則切換模式

step5：主程序啟動(dòng)被測(cè)腳本

step6：執(zhí)行該用例的測(cè)試過(guò)程

step7：用例測(cè)試完成后，主程序讀取CaseList_time.txt文件，獲取執(zhí)行結(jié)果，Log等信息。

step8：回到Step1，獲取下一個(gè)測(cè)試用例

四、實(shí)驗(yàn)與測(cè)試分析

（一）測(cè)試環(huán)境設(shè)置

硬件環(huán)境：綜合測(cè)試儀表使用Keysight UXM E7515B[11]、Keysight 5G BBIQ Test Set、控制PC采用Dell OptiPlex 7080、內(nèi)網(wǎng)共享版本服務(wù)器、公司DUT。

測(cè)試用例集合：Regression測(cè)試用例集，可以選擇2000個(gè)用例。其中Pass用例1950個(gè)，失敗用例50個(gè)。失敗用例隨機(jī)分布在測(cè)試用例中。

測(cè)試條件設(shè)置：同一版本，同一DUT，相同環(huán)境，在同一測(cè)試平臺(tái)上，執(zhí)行自動(dòng)化測(cè)試6次。

自動(dòng)化失敗用例：失敗用例執(zhí)行2次。

（二）測(cè)試結(jié)果對(duì)比

6次自動(dòng)化測(cè)試結(jié)果和手動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖，如圖4所示：

其中：

實(shí)測(cè)問(wèn)題：表示自動(dòng)化測(cè)試中測(cè)試失敗用例的個(gè)數(shù)

儀表問(wèn)題：表示自動(dòng)化測(cè)試中因?yàn)閮x表問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)試用例失敗的個(gè)數(shù)

DUT問(wèn)題：表示自動(dòng)化測(cè)試中因?yàn)镈UT功能和性能等問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)試用例失敗的數(shù)量

已知問(wèn)題： 手動(dòng)測(cè)試中確認(rèn)存在問(wèn)題的用例個(gè)數(shù)

通過(guò)測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖以及失敗問(wèn)題定位分析，可以得出以下結(jié)論：

1.自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)可以發(fā)現(xiàn)已知的50個(gè)失敗用例，和手工測(cè)試有相同的測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了自動(dòng)化測(cè)試和手工測(cè)試的一致性和可靠性。

2.自動(dòng)化測(cè)試能夠發(fā)現(xiàn)DUT的性能問(wèn)題，以及在連續(xù)執(zhí)行測(cè)試下的部分功能問(wèn)題，表明自動(dòng)化測(cè)試能夠發(fā)現(xiàn)更多DUT隱藏問(wèn)題。

3.自動(dòng)化測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)儀表穩(wěn)定性問(wèn)題。

（三）測(cè)試時(shí)間對(duì)比

人工測(cè)試?yán)碚摃r(shí)間計(jì)算：

單個(gè)測(cè)試用例平均執(zhí)行時(shí)間：6分鐘

每人每天的核心工作時(shí)間：6個(gè)小時(shí)

則2000個(gè)測(cè)試用例花費(fèi)時(shí)間為：

2000/（6×60/6） = 33.33 天/人

自動(dòng)化測(cè)試?yán)碚搱?zhí)行時(shí)間計(jì)算：

單個(gè)測(cè)試用例平均執(zhí)行時(shí)間：6分鐘

工作時(shí)間：22小時(shí)，排除升降級(jí)等無(wú)效時(shí)間

則2000個(gè)測(cè)試用例的花費(fèi)時(shí)間為：

2000/（22×60/6） = 9.09天/每臺(tái)

自動(dòng)化測(cè)試實(shí)際執(zhí)行時(shí)間：

自動(dòng)化測(cè)試由于儀表穩(wěn)定性問(wèn)題和失敗用例重復(fù)測(cè)試問(wèn)題，6次自動(dòng)化測(cè)試的平均測(cè)試時(shí)間為：

（11.5+11.7+10.2+11+13.4+11.2）/6= 11.5天

自動(dòng)化測(cè)試集群：

實(shí)際部署的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)包含多臺(tái)測(cè)試儀表，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試單自動(dòng)分單，在不同的測(cè)試平臺(tái)上并行執(zhí)行不同用例，提高自動(dòng)化測(cè)試效率。時(shí)間對(duì)比總結(jié)如表1所示。

通過(guò)以上測(cè)試時(shí)間對(duì)比可知：自動(dòng)化測(cè)試是人工測(cè)試效率的2.9倍?？紤]到成本效益，通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試集群能快速提升測(cè)試效率，保證每周內(nèi)至少回歸一個(gè)測(cè)試版本。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一套基于5GNR綜測(cè)儀的物理層自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)在物理層開發(fā)的各個(gè)階段，采用不同的儀表組合方式，進(jìn)行多種物理層場(chǎng)景配置和信道參數(shù)的靈活配置，并實(shí)現(xiàn)了物理層協(xié)議的自動(dòng)化測(cè)試和驗(yàn)證。

通過(guò)手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試的結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該平臺(tái)在5GNR物理層測(cè)試的一致性和可靠性，通過(guò)分析人工執(zhí)行時(shí)間和自動(dòng)化實(shí)際執(zhí)行時(shí)間對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試和自動(dòng)化集群測(cè)試能有效提高測(cè)試效率。通過(guò)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該平臺(tái)在5GNR物理層測(cè)試的可行性和有效性。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為5GNR物理層測(cè)試提供了一種高效可靠的測(cè)試方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。

該自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)基于python實(shí)現(xiàn)，架構(gòu)和軟件易于移植，可以推廣到其他基于儀表環(huán)境測(cè)試的測(cè)試場(chǎng)景。同時(shí)以該自動(dòng)化平臺(tái)為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)不同自動(dòng)化平臺(tái)之間自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，推動(dòng)后續(xù)實(shí)現(xiàn)多部門測(cè)試、集群測(cè)試。

作者單位：李偉 張迎 賽爾微半導(dǎo)體設(shè)計(jì)（上海）有限公司研發(fā)部

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