RRU 软件中 DPD（数字预失真）的全面测试方案

RRU 软件中 DPD（数字预失真）的全面测试方案

一、DPD 原理

在无线通信系统中，功率放大器（PA）用于放大射频信号以满足通信距离和覆盖范围的要求。然而，PA 通常具有非线性特性，会导致信号失真，产生谐波和互调产物，影响通信质量。DPD（数字预失真）技术旨在通过对输入到 PA 的信号进行预失真处理，补偿 PA 的非线性失真，使经过 PA 放大后的信号尽可能接近理想的线性信号。

其基本原理是通过对 PA 的输入输出信号进行采样和分析，建立 PA 的非线性模型。然后，根据该模型设计预失真器，对输入信号进行预失真处理，使预失真后的信号经过 PA 放大后，能够抵消 PA 的非线性失真，从而提高信号的线性度。

二、采用的算法

1.多项式算法：基于 Volterra 级数理论，将 PA 的非线性特性用多项式函数近似表示。通过测量 PA 的输入输出信号，估计多项式的系数，从而构建预失真器。多项式算法简单直观，但对于高阶非线性和记忆效应的建模能力有限。
2.查找表（LUT）算法：通过对 PA 在不同输入信号幅度和相位下的失真特性进行测量，将这些数据存储在查找表中。在实际应用中，根据输入信号的幅度和相位信息，从查找表中获取相应的预失真补偿值，对输入信号进行预失真处理。LUT 算法对于复杂的非线性特性具有较好的适应性，但需要较大的存储空间。
3.神经网络算法：利用神经网络强大的非线性拟合能力，对 PA 的非线性特性进行建模。通过大量的训练数据，使神经网络学习到 PA 的输入输出关系，从而设计出能够有效补偿非线性失真的预失真器。神经网络算法能够处理复杂的非线性和记忆效应，但训练过程较为复杂，计算量较大。

三、软件设计方案

1.模块划分：
信号采样与分析模块：对 PA 的输入输出信号进行实时采样，分析信号的幅度、相位等特征，为 PA 非线性模型的建立提供数据支持。该模块还负责计算信号的误差向量幅度（EVM）、邻道泄漏比（ACLR）等性能指标，以评估信号质量。
非线性建模模块：根据信号采样与分析模块提供的数据，采用上述算法（如多项式、LUT 或神经网络）建立 PA 的非线性模型。该模块需要根据不同的算法需求，进行参数估计、数据存储或网络训练等操作。
预失真器生成模块：基于建立的非线性模型，生成相应的预失真器。对于多项式算法，根据多项式系数生成预失真函数；对于 LUT 算法，构建查找表；对于神经网络算法，生成神经网络结构作为预失真器。
信号预失真处理模块：将输入到 PA 的信号经过预失真器进行预失真处理，输出预失真后的信号。同时，监测预失真后信号的性能指标，确保其符合预期。
2.参数配置：
算法选择参数：允许用户根据实际需求选择合适的 DPD 算法，如多项式、LUT 或神经网络算法。
多项式系数参数：在使用多项式算法时，可调整多项式的阶数和系数，以适应不同 PA 的非线性特性。
LUT 参数：对于 LUT 算法，设置查找表的分辨率、存储方式等参数，优化查找表的性能。
神经网络参数：在神经网络算法中，配置网络结构（如层数、神经元数量）、学习率、训练次数等参数，以获得最佳的建模效果。

四、有效可靠测试点提取

1.功能测试点：
DPD 功能开启与关闭：验证 DPD 功能开启后，信号的线性度是否提高；关闭后，信号是否恢复到未补偿状态。
不同算法切换：测试在多项式、LUT 和神经网络等不同 DPD 算法下，信号的线性度改善效果。
不同调制方式：考察 DPD 功能在 QPSK、16QAM、64QAM 等不同调制方式下的性能。
2.性能测试点：
高功率信号处理：评估 DPD 功能对高功率信号的线性化能力，如 EVM 和 ACLR 的改善程度。
不同带宽信号：检验 DPD 功能在不同信号带宽（如 20MHz、40MHz、80MHz）下的性能表现。
动态信号变化：测试 DPD 功能在输入信号的幅度、频率、调制方式等动态变化时的跟踪能力。
3.稳定性测试点：
长时间运行：验证 DPD 功能在长时间连续工作过程中的稳定性，观察 EVM 和 ACLR 等性能指标是否保持稳定。
温度变化：考察温度变化对 DPD 功能的影响，确保在不同温度环境下（如 - 20℃到 50℃）DPD 功能正常工作。
4.可靠性测试点：
电源波动：评估电源波动（如电压在额定电压的 ±10% 范围内波动）时 DPD 功能的可靠性。
算法切换稳定性：测试在不同 DPD 算法之间切换时，系统是否能够稳定运行，信号质量是否不受明显影响。

五、测试用例

（一）功能测试

1.用例 1：DPD 功能开启与关闭
测试步骤：
通过信号发生器输入具有一定调制方式（如 64QAM）和功率的信号，测量并记录未开启 DPD 时信号的 EVM 和 ACLR。
开启 RRU 软件中的 DPD 功能，再次测量并记录信号的 EVM 和 ACLR。
关闭 DPD 功能，测量并记录信号的 EVM 和 ACLR，检查是否恢复到初始值。
预期结果：开启 DPD 功能后，EVM 和 ACLR 应得到改善；关闭后，EVM 和 ACLR 应恢复到初始值。
2.用例 2：不同算法切换
测试步骤：
设置信号发生器输出特定调制方式（如 16QAM）和带宽（如 20MHz）的信号。
依次选择多项式、LUT 和神经网络三种 DPD 算法，分别测量并记录每种算法下信号的 EVM、ACLR 以及预失真处理时间。
预期结果：不同算法下，EVM 和 ACLR 均应得到有效改善，且预失真处理时间应在可接受范围内。
3.用例 3：不同调制方式
测试步骤：
分别设置信号发生器输出 QPSK、16QAM、64QAM 调制方式的信号。
对每种调制方式，开启 DPD 功能，测量并记录信号的 EVM、ACLR 等性能指标。
预期结果：在各种调制方式下，DPD 功能均应改善信号的线性度，EVM 和 ACLR 应满足相应调制方式的标准。
（二）性能测试

1.用例 4：高功率信号处理
测试步骤：
使用信号发生器生成接近 RRU 最大输出功率的信号。
开启 DPD 功能，记录 EVM 和 ACLR 的改善程度以及信号达到稳定状态的时间。
预期结果：DPD 功能应能显著改善高功率信号的 EVM 和 ACLR，且信号应在规定时间内达到稳定状态。
2.用例 5：不同带宽信号
测试步骤：
分别设置信号发生器输出 20MHz、40MHz、80MHz 带宽的信号。
对每种带宽信号，开启 DPD 功能，测量并记录 EVM、ACLR 以及功率谱密度等参数。
预期结果：在不同带宽下，DPD 功能应能有效改善信号线性度，功率谱密度应符合相应带宽的标准。
3.用例 6：动态信号变化
测试步骤：
使用信号发生器模拟信号的幅度、频率、调制方式等参数动态变化的场景。
开启 DPD 功能，实时监测 EVM、ACLR 等指标的变化情况。
预期结果：DPD 功能应能跟踪信号动态变化，EVM 和 ACLR 应保持在可接受的波动范围内。
（三）稳定性测试

1.用例 7：长时间运行
测试步骤：
连续 24 小时开启 DPD 功能，输入稳定的测试信号。
每隔 1 小时测量并记录 EVM、ACLR 以及 RRU 的工作温度、电压等参数。
预期结果：在 24 小时运行过程中，EVM 和 ACLR 应保持稳定，RRU 工作参数正常。
2.用例 8：温度变化
测试步骤：
将 RRU 放置在恒温箱中，设置温度从 - 20℃逐步升高到 50℃，每个温度点稳定 15 分钟。
在每个温度点，输入标准测试信号，开启 DPD 功能，测量并记录 EVM、ACLR 等参数。
预期结果：在温度变化范围内，DPD 功能应能正常工作，EVM 和 ACLR 应保持在可接受范围内。
（四）可靠性测试

1.用例 9：电源波动
测试步骤：
通过电源模拟器对 RRU 供电电源进行波动模拟，电压在额定电压的 ±10% 范围内波动。
输入标准测试信号，开启 DPD 功能，监测 EVM、ACLR 等参数的变化。
预期结果：在电源波动过程中，DPD 功能应能持续稳定工作，EVM 和 ACLR 不受明显影响。
2.用例 10：算法切换稳定性
测试步骤：
设置信号发生器输出特定信号，开启 DPD 功能并选择一种算法（如多项式算法）。
运行一段时间后，切换到另一种算法（如 LUT 算法），观察 EVM、ACLR 等性能指标的变化情况以及系统是否稳定运行。
预期结果：算法切换过程中，EVM 和 ACLR 应在短时间内恢复稳定，系统应能稳定运行。
六、测试方案执行

1.测试环境搭建：
硬件设备：准备信号发生器、示波器、功率分析仪、频谱分析仪、矢量信号分析仪、恒温箱、电源模拟器等设备。信号发生器用于产生各种测试信号；示波器用于观察信号波形；功率分析仪测量信号功率；频谱分析仪分析信号频谱特性，获取 ACLR 等指标；矢量信号分析仪测量 EVM 等信号质量指标；恒温箱模拟温度变化；电源模拟器模拟电源波动。
软件工具：利用 RRU 软件的调试接口，配置 DPD 功能参数并获取设备状态信息。使用数据采集和分析软件，自动记录和处理测试数据。
2.测试执行流程：
初始化：连接并校准所有硬件设备，确保其正常工作。通过 RRU 软件调试接口，将 DPD 功能相关参数设置为默认值。启动数据采集和分析软件，配置数据记录参数。
测试用例执行：按照测试用例顺序，依次执行每个用例。在执行过程中，严格按照测试步骤设置硬件设备参数和 RRU 软件参数，准确记录测试数据。
结果分析与记录：每个测试用例执行完毕后，对采集的数据进行分析，与预期结果对比，判断测试是否通过。将测试结果详细记录在测试报告中，包括测试用例编号、测试条件、实际测试结果、是否通过等信息。
3.异常处理：测试过程中若出现异常（如设备故障、测试数据异常），立即停止当前测试用例执行。检查设备连接和参数设置，若设备正常，记录异常现象和测试条件，分析原因。若是 RRU 软件问题，反馈给开发团队修复，修复后重新执行相关测试用例。
七、测试质量评估

1.测试覆盖率评估：
功能覆盖率：检查 DPD 功能的各个方面（如功能开启关闭、不同算法切换、多种调制方式）是否都有对应的测试用例覆盖，要求功能覆盖率达到 100%。
边界覆盖率：确认输入信号的边界条件（如调制方式、带宽、功率、温度、电源电压的极限值）是否都进行了测试，边界覆盖率应达到 100%。
2.缺陷评估：
缺陷数量与严重程度：统计测试过程中发现的缺陷数量，并按严重程度分类（严重、主要、次要）。严重缺陷指导致 DPD 功能失效、信号质量严重恶化的问题；主要缺陷指对 DPD 功能有较大影响、信号质量部分指标超标的问题；次要缺陷指对 DPD 功能影响较小的问题。严重缺陷数量应尽量为 0，主要缺陷数量应控制在较低水平（如不超过 3 个）。
缺陷修复率：跟踪开发团队对缺陷的修复情况，计算缺陷修复率，要求缺陷修复率达到 100%。
3.测试结果一致性评估：多次执行相同测试用例，检查测试结果的一致性。关键参数（如 EVM、ACLR）的测量值波动应在允许范围内，确保测试结果一致性达到 95% 以上，保证测试的可靠性。
八、结合 DPD 和 CFR 对 RRU 软件进行深入测试

1.综合功能测试：
用例 11：DPD 与 CFR 联合开启与关闭
测试步骤：
通过信号发生器输入具有一定调制方式（如 64QAM）和功率的信号，测量并记录未开启 DPD 和 CFR 时信号的峰均比（PAPR）、EVM 和 ACLR。
先开启 CFR 功能，测量并记录信号的 PAPR、EVM 和 ACLR。
再开启 DPD 功能，再次测量并记录信号的 PAPR、EVM 和 ACLR。
依次关闭 DPD 和 CFR 功能，分别测量并记录信号的相应指标，检查是否恢复到初始值。
预期结果：开启 CFR 功能后，PAPR 应降低；开启 DPD 功能后，EVM 和 ACLR 应进一步改善。关闭功能后，各项指标应恢复到初始值。
用例 12：不同组合顺序
测试步骤：
设置信号发生器输出特定信号，先开启 DPD 功能，测量并记录相关指标。
再开启 CFR 功能，测量并记录信号的 PAPR、EVM 和 ACLR 等指标变化。
改变开启顺序，先开启 CFR 功能，再开启 DPD 功能，重复测量。
预期结果：不同开启顺序下，DPD 和 CFR 功能应协同工作，有效改善信号的 PAPR、EVM 和 ACLR 等指标。
2.性能协同测试：
用例 13：高功率信号下的协同性能
测试步骤：
使用信号发生器生成接近 RRU 最大输出功率的信号。
依次开启 CFR 和 DPD 功能，记录 PAPR、EVM 和 ACLR 的改善程度以及信号达到稳定状态的时间。
预期结果：DPD 和 CFR 功能联合作用，应显著改善高功率信号的 PAPR、EVM 和 ACLR，且信号应在规定时间内达到稳定状态。
用例 14：动态信号变化下的协同性能
测试步骤：
使用信号发生器模拟信号的幅度、频率、调制方式等参数动态变化的场景。
同时开启 DPD 和 CFR 功能，实时监测 PAPR、EVM、ACLR 等指标的变化情况。
预期结果：DPD 和 CFR 功能应能协同跟踪信号动态变化，PAPR、EVM 和 ACLR 应保持在可接受的波动范围内。
3.稳定性与可靠性协同测试：
用例 15：长时间联合运行
测试步骤：
连续 24 小时同时开启 DPD 和 CFR 功能，输入稳定的测试信号。
每隔 1 小时测量并记录 PAPR、EVM、ACLR 以及 RRU 的工作温度、电压等参数。
预期结果：在 24 小时运行过程中，PAPR、EVM 和 ACLR 应保持稳定，RRU 工作参数正常。
用例 16：环境变化下的协同可靠性
测试步骤：
将 RRU 放置在恒温箱中，设置温度从 - 20℃逐步升高到 50℃，每个温度点稳定 15 分钟。在每个温度点，输入标准测试信号，同时开启 DPD 和 CFR 功能，测量并记录 PAPR、EVM、ACLR 等参数。
通过电源模拟器对 RRU 供电电源进行波动模拟，电压在额定电压的 ±10% 范围内波动。输入标准测试信号，同时开启 DPD 和 CFR 功能，监测 PAPR、EVM、ACLR 等参数的变化。
预期结果：在温度变化和电源波动过程中，DPD 和 CFR 功能应能协同稳定工作，PAPR、EVM 和 ACLR 不受明显影响。

通过以上对 DPD 和 CFR 两大软件特性的全面测试，能够充分验证 RRU 软件在不同场景下的性能、稳定性和可靠性，确保其满足无线通信系统的高质量要求。