Kiểm thử chuyển giao 5G: sự kiện đo, CHO và cách dựng kịch bản di động

Một thiết bị đầu cuối 5G có thể đạt thông lượng rất cao khi đứng yên trong buồng đo, nhưng vẫn rớt cuộc gọi khi người dùng đi từ tầng hầm lên mặt đất. Sự khác biệt nằm ở phần mà bài đo tĩnh không chạm tới: kiểm thử chuyển giao 5G — quá trình thiết bị rời ô đang phục vụ và bám vào một ô khác mà không làm đứt luồng dữ liệu. Đây là bài đo khó nhất trong nhóm kiểm thử di động, vì nó không đo một con số duy nhất mà đo một chuỗi sự kiện có thứ tự, có thời hạn và có điều kiện kích hoạt.

Bài viết này đi qua cơ chế đo đạc mà 3GPP quy định cho tính di động trong 5G NR, cách dựng kịch bản chuyển giao trên bàn thí nghiệm, những chỗ dễ đo sai, và cấu hình thiết bị phù hợp cho từng mức độ đầu tư.

Vì sao kiểm thử chuyển giao 5G không thể suy ra từ bài đo tĩnh

Bài đo RF tĩnh — công suất phát, EVM, ACLR — đặt thiết bị vào một trạng thái ổn định rồi đo. Chuyển giao thì ngược lại: nó là một chuỗi trạng thái quá độ. Thiết bị phải đo được ô lân cận trong khi vẫn đang truyền dữ liệu với ô hiện tại, phải lọc kết quả đo theo đúng hằng số thời gian, phải gửi báo cáo đúng lúc, rồi phải đồng bộ lại với ô đích trong một cửa sổ thời gian giới hạn. Hỏng bất kỳ mắt xích nào cũng cho ra cùng một triệu chứng bên ngoài: mất kết nối.

Vì thế bài đo phải tái tạo được cả môi trường vô tuyến (nhiều ô, mức tín hiệu thay đổi theo thời gian, fading) lẫn lớp giao thức (RRC, báo cáo đo, lệnh cấu hình lại). Một máy phát tín hiệu đơn thuần không làm được điều thứ hai; một trình mô phỏng giao thức không có phần vô tuyến thật thì không làm được điều thứ nhất.

Sự kiện đo trong TS 38.331: bộ từ vựng của tính di động

3GPP TS 38.331 định nghĩa các sự kiện kích hoạt báo cáo đo. Mạng cấu hình cho thiết bị biết khi nào thì phải lên tiếng, và toàn bộ hành vi chuyển giao được xây trên bộ sự kiện này:

• A1 — ô đang phục vụ tốt hơn một ngưỡng.
• A2 — ô đang phục vụ xấu hơn một ngưỡng.
• A3 — ô lân cận tốt hơn SpCell một lượng offset.
• A4 — ô lân cận tốt hơn một ngưỡng tuyệt đối.
• A5 — SpCell xấu hơn ngưỡng thứ nhất và ô lân cận tốt hơn ngưỡng thứ hai.
• A6 — ô lân cận tốt hơn SCell một lượng offset (liên quan tới gộp sóng mang).
• B1 — ô lân cận khác công nghệ truy nhập tốt hơn một ngưỡng.
• B2 — PCell xấu hơn ngưỡng thứ nhất và ô lân cận khác công nghệ tốt hơn ngưỡng thứ hai.

A3 và A5 là hai sự kiện dẫn tới chuyển giao trong cùng công nghệ; B1 và B2 là cặp tương ứng cho trường hợp liên RAT. A6 thường không tạo ra chuyển giao mà tạo ra cấu hình lại nhóm ô.

Điều mà bảng sự kiện không nói ra, và là nguồn sai số lớn nhất khi đo, là đại lượng đưa vào so sánh không phải giá trị đo thô. Trước khi so với ngưỡng, kết quả đi qua bộ lọc lớp 3 theo công thức Fn = (1 − a)·Fn−1 + a·Mn, trong đó M là mẫu đo mới nhất, F là giá trị đã lọc và a phụ thuộc hệ số lọc được cấu hình. Cộng thêm hysteresis và timeToTrigger, một sự kiện A3 chỉ được kích hoạt khi điều kiện giữ đúng liên tục trong suốt cửa sổ thời gian đó. Nếu kịch bản đo thay đổi mức tín hiệu nhanh hơn hằng số thời gian của bộ lọc, thiết bị sẽ không bao giờ báo cáo — và kỹ sư dễ kết luận nhầm là thiết bị lỗi.

RSRP, RSRQ hay SINR: chọn đại lượng nào

Cấu hình đo có thể dùng RSRP, RSRQ hoặc SINR. RSRP nhạy với suy hao đường truyền nhưng mù với nhiễu; RSRQ và SINR phản ánh chất lượng thực nhưng dao động mạnh hơn khi tải mạng thay đổi. Khi dựng kịch bản trên bàn đo, hãy cố định đại lượng và ghi rõ trong biên bản: hai phòng thí nghiệm dùng hai đại lượng khác nhau sẽ ra hai thời điểm chuyển giao khác nhau trên cùng một thiết bị.

Chuyển giao cơ sở và chuyển giao có điều kiện (CHO)

Trong chuyển giao cơ sở của Release 15, thiết bị thực hiện chuyển giao ngay khi nhận được lệnh. Chuỗi việc là: thiết bị gửi báo cáo đo → ô nguồn xin ô đích chuẩn bị → ô nguồn gửi lệnh RRCReconfiguration → thiết bị tách khỏi ô nguồn và truy nhập ngẫu nhiên vào ô đích. Điểm yếu nằm ở chỗ lệnh chuyển giao phải đi qua đúng đường vô tuyến đang xấu đi. Nếu nó tới muộn hoặc không tới, thiết bị mất kết nối trước khi kịp chuyển.

3GPP Release 16 đưa ra chuyển giao có điều kiện (Conditional Handover — CHO) để cắt phụ thuộc đó. Cơ chế như sau:

1. Thiết bị gửi báo cáo đo cho các ô ứng viên.
2. Ô nguồn yêu cầu các ô đích được chọn xác nhận và chuẩn bị cấu hình. Có thể chuẩn bị tới tám ô ứng viên.
3. Ô nguồn gửi lệnh CHO (một bản tin RRCReconfiguration) chứa cấu hình và điều kiện thực thi.
4. Khác với chuyển giao cơ sở, thiết bị không tách khỏi ô nguồn mà tiếp tục trao đổi dữ liệu lên/xuống cho tới khi điều kiện thực thi được thoả mãn.
5. Khi thoả mãn, thiết bị mới bắt đầu thực thi: gửi preamble truy nhập ngẫu nhiên và chờ ô đích trả lời.

Mỗi ô ứng viên được cấu hình tối đa hai điều kiện thực thi; nếu có hai thì chúng ở quan hệ “và” — cả hai phải đúng. Chuẩn bắt buộc hai điều kiện dùng cùng tín hiệu tham chiếu nhưng cho phép dùng đại lượng đánh giá khác nhau (RSRP, RSRQ hoặc SINR). Bản thân điều kiện vẫn viết dưới dạng sự kiện A3 hoặc A5 — giống hệt điều kiện dùng để kích hoạt báo cáo đo, khác ở chỗ CHO không báo cáo về ô nguồn nữa mà thực thi luôn.

Chi tiết quan trọng với người đo: bộ đếm thời gian T304 điều khiển việc thực thi chuyển giao chỉ khởi động ở bước 5, còn T310 giám sát chất lượng đường vô tuyến ở ô đang phục vụ thì được dừng ở bước 5. Nếu bảng ghi log của bạn thấy T304 chạy quá sớm, nghĩa là thiết bị đã hiểu sai điều kiện chứ không phải mạng gửi lệnh sai. Thiết bị cũng không được phép thử nhiều ô song song: nó chỉ truy nhập một ô — ô đầu tiên thoả điều kiện — và nếu hỏng thì tuyên bố chuyển giao thất bại rồi chuyển sang thủ tục thiết lập lại kết nối.

Dựng kịch bản đo: bốn thứ phải điều khiển được

Một bàn đo handover trong 5G NR nghiêm túc phải điều khiển được bốn biến, và thiếu biến nào thì bài đo mất ý nghĩa:

1. Số ô đồng thời. Tối thiểu hai ô để có nguồn và đích. Muốn kiểm thử CHO cho ra kết quả gần thực tế thì cần nhiều ô ứng viên hơn, vì chính việc chuẩn bị nhiều ô là điểm khác biệt của CHO.
2. Mức tín hiệu theo thời gian. Phải hạ mức ô nguồn và nâng mức ô đích theo một profile lặp lại được. Profile này quyết định thời điểm sự kiện A3/A5 kích hoạt, nên nó phải là dữ liệu đầu vào có kiểm soát, không phải kết quả của việc xoay tay một bộ suy hao.
3. Fading. Kênh thực không phải là suy hao phẳng. Không có fading thì bộ lọc lớp 3 gần như không phải làm gì và bài đo trở nên lạc quan quá mức.
4. Lớp giao thức. Phải bắt và giải mã được bản tin RRC để biết chính xác thời điểm báo cáo đo được gửi, thời điểm lệnh cấu hình lại tới nơi, và thời điểm truy nhập ngẫu nhiên thành công.

Cây quyết định cho cấu hình bàn đo

• Chỉ cần xác nhận thiết bị có báo cáo đo đúng sự kiện → một bộ mô phỏng mạng hai ô, điều khiển mức bằng suy hao lập trình được, không cần fading.
• Cần đo tỉ lệ chuyển giao thành công theo tốc độ di chuyển → bắt buộc có fading và profile mức theo thời gian.
• Cần kiểm thử CHO và phục hồi sau thất bại → cần nhiều ô ứng viên được chuẩn bị đồng thời, cộng khả năng ép một ô đích im lặng để tạo tình huống thất bại có chủ đích.
• Cần kiểm thử di động ở FR2 → thêm bài toán hướng búp sóng; mức tín hiệu thay đổi vì búp sóng quay chứ không chỉ vì khoảng cách.
• Nghi ngờ chính tín hiệu ô lân cận bị méo → tách riêng bằng máy phân tích tín hiệu, đừng chẩn đoán qua log giao thức.

Chọn thiết bị Keysight cho bài đo di động

Trung tâm của bàn đo là một nền tảng vừa phát sóng thật vừa chạy ngăn xếp giao thức — nói cách khác là một bộ mô phỏng mạng vô tuyến hoàn chỉnh chứ không phải một máy phát rời. Bộ mô phỏng mạng 5G UXM Keysight E7515B làm đúng vai đó: dải tần 380 MHz đến 15 GHz, tám cổng RF (bốn cổng thu-phát và bốn cổng chỉ phát), băng thông NR gộp tối đa 800 MHz, hỗ trợ cả chế độ triển khai NSA lẫn SA. Hai đặc điểm khiến nó phù hợp riêng cho bài đo di động là fading nội bộ cho định dạng 5G NR và LTE, và khả năng đo đa hướng tới (AoA) — nghĩa là profile kênh và profile mức nằm ngay trong máy, không phải ghép thêm một bộ mô phỏng kênh rời.

Khi số cổng và số ô tăng lên, việc định tuyến tín hiệu trở thành nút thắt cơ khí. Bộ giao tiếp chung (CIU) Keysight E7770A làm nhiệm vụ định tuyến RF/IF và ghép cấu hình nhiều ô cùng UXM, giúp thay đổi kịch bản bằng cấu hình thay vì tháo lắp cáp — điều này quan trọng hơn vẻ ngoài của nó, vì mỗi lần tháo cáp là một lần mức chuẩn bị sai lệch.

Để tạo ô lân cận bổ sung hoặc nguồn nhiễu có kiểm soát, máy phát tín hiệu vector VXG PXIe Keysight M9484C phủ tới 54 GHz với băng thông điều chế tới 5 GHz trên nền PXIe, đủ cho cả FR1 lẫn FR2. Và khi cần trả lời câu hỏi “tín hiệu ô lân cận có thật sự sạch không”, máy phân tích tín hiệu UXA Keysight N9042B với dải 2 Hz – 50 GHz (tuỳ chọn tới 110 GHz) cho phép soi phổ và giải điều chế độc lập với ngăn xếp giao thức — cách duy nhất để tách lỗi vô tuyến khỏi lỗi phần mềm.

Nếu bài toán của bạn nghiêng về mmWave và phép đo không dây thay vì kịch bản di động, quy trình và ngân sách sai số lại khác hẳn — chúng tôi đã trình bày riêng trong bài Đo EVM 5G FR2 mmWave và kiểm thử OTA.

Ba lỗi thường gặp khi đo chuyển giao

Đọc kết quả đo thô thay vì giá trị đã lọc. Kỹ sư nhìn mức tín hiệu trên máy phát và tự tính thời điểm sự kiện phải kích hoạt, rồi ngạc nhiên vì thiết bị báo cáo muộn hơn. Bộ lọc lớp 3, hysteresis và timeToTrigger cộng lại có thể đẩy thời điểm báo cáo đi hàng trăm mili-giây.

Đổi profile mức nhanh hơn khả năng đo của thiết bị. Thiết bị cần khe thời gian để đo ô lân cận. Một profile hạ mức quá dốc sẽ khiến thiết bị mất ô nguồn trước khi kịp gom đủ mẫu cho ô đích — kết quả là thất bại chuyển giao, nhưng nguyên nhân nằm ở kịch bản chứ không ở thiết bị.

Kết luận “CHO không hoạt động” khi chỉ chuẩn bị một ô ứng viên. Toàn bộ giá trị của CHO nằm ở việc chuẩn bị trước nhiều ô. Với một ô ứng viên duy nhất, CHO gần như không khác chuyển giao cơ sở ngoài việc dời thời điểm thực thi — và bài đo không chứng minh được gì.

Kết luận

Kiểm thử chuyển giao 5G là bài đo của chuỗi sự kiện, không phải của một con số. Muốn kết quả lặp lại được, bàn đo phải điều khiển được số ô, profile mức theo thời gian, fading và lớp giao thức — bốn thứ này phải là tham số đầu vào có văn bản, không phải thứ phát sinh trong lúc đo. Bộ từ vựng A1–A6, B1–B2 của TS 38.331 cho bạn cách mô tả kịch bản một cách chính xác; cơ chế CHO của Release 16 buộc bàn đo phải hỗ trợ nhiều ô ứng viên nếu muốn kiểm thử có ý nghĩa.

Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Nếu bạn đang dựng một bàn kiểm thử di động 5G, hoặc cần hiệu chuẩn máy phát và máy phân tích tín hiệu để mức đo trong kịch bản chuyển giao là con số tin được, hãy gọi 0908 173 345 để được tư vấn cấu hình theo đúng bài toán của bạn.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.