Лаборатория «МегаФона»: как сотовый оператор тестирует технику

Оказывается, у МегаФона в Питере есть лаборатория, которая занимается разными интересными вещами — от тестирования новых моделей телефонов еще перед их официальным выходом на рынок до составления требований по скорости отклика сенсорного экрана. Сегодня мы пройдемся по этой лаборатории, познакомимся с ее обитателями и узнаем много страшных слов:

Ничего не понимаете? Ничего, после прочтения статьи будете!

Вообще, зачем сотовому оператору нужна лаборатория? В первую очередь, такая лаборатория позволяет снижать затраты на обслуживание, не ухудшая его качество. Каким образом это достигается? Несколькими путями:

1) Тестирование большинства новинок мобильной техники, прежде чем она попадает на полки магазинов. По результатам этого тестирования, во-первых, начинается диалог с производителем, результатом которого является тонкий тюнинг(как правило, программный) радио-части устройства для улучшения его работы в сети. Во-вторых, принимается решение о допуске устройств в собственную розницу Megafon (все эти фирменные магазины).

Тестовая мира для проверки качества камер телефона, входящая в список 250 тестов для любого устройства, продающегося в салунахсалонах Megafon

2) Изучением поддержки устройствами новых функций передачи данных. Дело в том, что производители устройств (аппаратной части) и программ (так называемых прошивок устройств) продают свои решения операторам связи в очень разных конфигурациях: от самых дешевых с минимумом функций, до навороченных, с полной поддержкой всех возможных стандартов связи.

Таким образом, маленький оператор связи где-нибудь в Индонезии покупает недорогое решение, которого ему хватит надолго — потому как большинство его абонентов ходят еще с кнопочными звонилками, а крупный оператор в городе-миллионнике берет решение с поддержкой современных стандартов, иначе не сможет угнаться за гонкой скоростей и обеспечить своим абонентам вменяемое качество работы.

Кроме того, постоянное увеличение скорости — это жизненно необходимый путь в условиях роста количества устройств и увеличения трафика. Дело в том, что полоса пропускания делится на всех абонентов, находящихся в зоне действия. И чем быстрее абонент скачает нужный ему файл, тем быстрее освободит канал, и увеличит скорость для других абонентов.

Панель управления БС(базовой станции). В панели управления можно настроить работу БС с поддерживаемыми протоколами и режимами

Кстати, эту же цель преследует и первое направление работы лаборатории — чем лучше будет настроено клиентское устройство, тем меньше оно будет мешать соседним устройствам, тем меньше оно будет потреблять емкость сети, и быстрее будет передавать данные, а значит, улучшит качество связи для всех остальных абонентов.

Таким образом, лаборатория экономит деньги оператора связи, позволяя ему вместо строительства дополнительных базовых станций улучшать устройства и протоколы связи. А экономия денег оператора — это уменьшение скорости роста тарифов для его пользователей.

Что же представляет собой лаборатория?

Во-первых, это инфраструктура.

Например, три экранированных комнаты для тестирования, в которых можно создать любые условия и комбинации существующих сетей.

Дверь в экранированное помещение. Сами вы капитан.

Много шилд-боксов (это такие же штуки, как комнаты, только маленькие и ставятся на стол).

Шилд-бокс, внутрь помещается тестируемое устройство

Несколько базовых станций: LTE, 3G, 2G.

Радиоголовы БС производства Huawei

Во-вторых, это понимание того, как надо тестировать устройства.

Например, при опросах абонентов в салонах по всей стране выяснилось, что важнее всего для среднего покупателя не объем памяти, и не скорость процессора, и не качество камеры. В те полчаса, которые обычно проходят от входа в магазин до покупки телефона, важнее всего то, насколько плавно работает интерфейс и насколько хорошо сенсор воспринимает нажатия.

Узнать-то это узнали, а как это измерить, непонятно, ведь оценку "ну, норм вроде" производителям не передашь.

Поэтому лаборатории пришлось разработать с нуля процедуру тестирования сенсора телефона, которая позволила превратить субъективную оценку в количественную — баллы. В процедуре тестируется и маркость поверхности, и отсутствие мертвых зон, быстрота отклика, точность позиционирования и так далее.

Малая часть устройств, побывавших на тестировании

В дальнейшем, эта процедура войдет в глобальный документ по Требованиям оператора к девайсам, посвященный протоколам тестирования и результатам теста, который будет доступен вендорам мобильных устройств — они смогут заранее проводить тесты на своем оборудовании, экономя время. Цикл прохождения всех тестов в лаборатории составляет от двух недель до месяца, после каждого цикла производителю направляет документ о тестировании, он исправляет недостатки, и вновь отправляет на тестирование. Обычно, таких итераций требуется от 3 до 10, в лаборатории надеются, что документ сократит это число как минимум в пару раз.

В-третьих, это люди. В процессе работы тут сотрудники приобретают уникальный опыт работы со специфичным железом, который очень ценится — один человек уже ушел работать в Apple, двух других взяли на работу производители оборудования — Nokia и Huawei, еще один сейчас работает в Квалкомм. Компетенция сотрудников позволяет им создавать такие протоколы и документы для тестирования, как был описан выше, которые в итоге помогает всей отрасли мобильной связи. Кроме того, тут работают милашки:

Мария — инженер по тестированию абонентского оборудования

Нас поводили по лаборатории и рассказали подробнее о том, что в ней есть.

Вот так выглядит одна из экранированных комнат(всего их три).

Комнаты отличаются цветом стен — это "желтая комната"

Не стоит обманываться вполне обычным внешним видом — под слоем чистовой отделки скрывается экранирующая металлическая сетка и специальная штукатурка, которые обеспечивают почти полное экранирование внутреннего пространства комнаты от любых излучений снаружи. В ней не принимается WiFi здания, нельзя поговорить по рации, не работают радио-приемники, не ловятся сотовые сети. Идеальное место для людей, "страдающих" аллергией на радио-излучения. Одна только проблема — сооружение такой комнаты обойдется примерно в $100 000.

Для того чтобы находясь в этой комнате, можно было поговорить по телефону, здесь установлена фемтосота:

Черный блок — фемтосота. Такое устройство при наличии интернета создать сеть оператора где угодно. Для того, чтобы их не увозили на курорты Турции, их снабжают защитой и GPS-трекерами.

Однако, сама по себе, экранированная комната бесполезна — если связи нет, то и тестировать нечего. Для того чтобы в ней можно было создать тестовые условия, в нее вводятся радио-тракты от базовых станций:

В каждой комнате есть 4 ввода, которые можно коммутировать на на любые БС и их комбинации при помощи кросс-панели

Эти выводы подключаются к антеннам, создавая в комнате интимную атмосферу сеть оператора в миниатюре:

Антенны — серые четвертинки цилиндров

Внутри комнаты обычно на доске написана текущая конфигурация, что и куда подключено:

Green lab configuration, inter freq, intra freq, конфеты за апрель... ЧТО?

Спрашиваем, куда делись конфеты за апрель.

Говорят, были в марте. Ок. Вернемся к нашим баранам БС.

Выводы от БС можно подключать не только к комнатам, но и к шилдбоксам:

На шилдбоксе написано, к какой БС он подключен

Шилдбокс — это такая же комната, только в миниатюре. У него также есть несколько вводов для антенн и сами антенны внутри:

В этом боксе три ввода для антенн, а также ввод питания, Ethernet, USB, COM-порта и PS/2

Сами антенны шилдбокса выглядит вот так:

Сетка на антенне нужна для точного расположения ее на тестируемом устройстве, например, когда измеряется диаграмма направленности

Некоторые шилдбоксы совсем маленькие:

Правда, стоят все равно дорого

Если комнаты используются для множественного тестирования(когда на БС вешают сразу десяток-другой устройств, и смотрят, как они переваривают друг друга), тестирования на людях(поговорить, подержать в руках, потестировать скорость интернета при серфинге), и комбинации нескольких разных сетей, то шилд-боксы в основном используют для тестирования и настройки единичных устройств. Вот, например, нагрузочное тестирование CPE Zyxel с LTE-Advanced:

На фото: Александр Джакония (руководитель лаборатории), Zyxel(роутер). Zyxel слева.

Скачано уже 466 гбит:

Обычно для тестирования просто скачивается какой-нибудь большой файл

А вот выглядит отладка китайскими производителями своего нового WiFi-модема:

На роутер, помещенный в шилд-бокс, залита тестовая прошивка, а сам роутер подключен к компьютеру на котором китайцы колдуют с параметрами через TeamViewer

Из шилдбоксов мы возвращаемся к экранированным комнатам. Сегодня там тестируют iPhone 7 — первый из iPhone на российском рынке, который поддерживает агрегацию трёх несущих. 6S поддерживал только двух.

Почему агрегация?

Смысл всей этой агрегации несущих в том, что на фиксированной полосе частот нельзя наращивать скорость до бесконечности — всякие MIMO позволяют засунуть в диапазон больше данных, но ценой траты дополнительных процессорных ресурсов на обработку сигналов, как на БС, так и на телефоне, причем эти затраты возрастают в геометрической прогрессии. В итоге, для увеличения скорости остается только расширять доступную полосу частот.

Правда, просто растянуть ее в несколько раз, сделав из 20МГц 60МГц не получится — во-первых, широкополосные приемники будут стоить дороже(или будут требовать больше ресурсов для обработки), а во-вторых, этому препятствует то, что частоты, купленные операторами, как правило, распределяются по всему диапазону — 20МГц там, 10МГц там. Поэтому, единственный доступный путь — агрегация нескольких несущих(Carrier Aggregation - CA), когда БС отправляет данные на телефон сразу в нескольких диапазонах параллельно, суммируя пропускную способность каналов. Кстати, БС может и не размазывать все данные на несколько каналов, а дублировать данные, улучшая тем самым прием в сложных условиях — там где не пройдет 2.6ГГц, 1800МГц хоть как-то, но примет. Все зависит от настроек БС.

Для чего это надо? Для увеличения скорости, конечно. Все предыдущие устройства поддерживали агрегацию максимум двух каналов по 20 МГц, что давало теоретический потолок максимальной скорости в 300мбит. В реальности было меньше — около 280. Полоса в 10МГц это примерно 70мбит скорости. Две несущих по 20МГц, плюс третья шириной 10Мгц, получается (70+70)*2+70 = 350мбит. Вот, например, получилось 330мбит:

Если скорость выше 300 мбит — то это уже выше теоретического предела для двух несущих

В общем, как я уже говорил, такая скорость нужна не столько пользователям, сколько оператору — человеку нет особой разницы, скачается фильм за полчаса или за 10 минут, подождать нетрудно, а вот оператору — есть, увеличении скорости позволяет обеспечить связью большее количество абонентов.

Панель управления БС подтверждает рекорд

Выйдем из экранированных комнат и пойдет вдоль толстых коаксиальных кабелей, который выходят из каждой комнаты. Они ведут в отдельное помещение, в котором находится святая святых лаборатории — базовые станции и радиоголовы. Вот, например, сами БС:

В стойках находятся БС для 3G и LTE

Толстые синие кабели — это тракты от приемников GPS на крыше:

Казалось бы, зачем знать координаты стоящего на месте здания?

GPS используется для точной синхронизации времени на соседних базовых станциях — для синхронизаций ими между собой времени начала приема и передачи. Отсутствие этой синхронизации создает интерференцию и помехи, вплоть до отсутствия связи вообще.

Желтые провода это оптоволокно, CPRI — интерфейс для связи БС и радио-головы(передатчика). А вот и сами передатчики:

Передатчики нового типа, которые могут устанавливаться рядом с антеннами

Система обычно разделена на управляющий модуль БС(на фото выше), передатчик и антенну. В старых системах управляющий модуль и передатчик обычно были в одной стойке, а антенна соединялась с передатчиком длинным-длинным фидерным трактом. В новых системах передатчик, если получается, устанавливается рядом с антенной, а соединяется с антенной коротким трактом. За счет этого экономится длина фидерного тракта, упрощается прокладка, уменьшаются потери, а значит, растет дальность приема/передачи.

Еще бывают микросоты — это когда в одном корпусе и управление, и передатчик, и антенна:

Антенна, правда, отключена, чтобы ее можно было вывести в шилд-бокс

Остается подключить питание, связь, и полноценная сеть готова. Конечно, производительность такой микросоты меньше, чем у обычной, но иногда хватает и ее.

На выходе из радио-голов стоят черные штуки — это аттенюаторы, снижающие мощность сигнала.

Такой аттенюатор снижает мощность сигнала на 10db — в 10 раз.

Комнаты маленькие, а БС мощные, и чтобы не облысеть раньше времени и не перегрузить входные тракты тестируемых устройств, сразу на выходе мощность передатчика снижают.

Аттенюаторы бывают не только маленькими:

Такой аттенюатор снижает мощность сигнала на 30db — в 1000 раз.

Разница в входной и выходной мощности выделяется на нем в виде тепла, поэтому, чем больше номинал, тем больше радиатор. Эти аттенюаторы в первом приближении можно рассматривать как резисторы для электроники.

После аттенюаторов сигнал идет в кросс-панель, на которой можно соединить выходы передатчиков со входами в комнатах или в шилд-боксах:

Кросс-панель, по сути, всего лишь набор разъёмов, соединенных между собой кабелями

Панель позволяет быстро переключать устройства между разными приемниками, не ползая между базовых станций и не трогая их разъёмы лишний раз.

Но кросс-панель, позволяет не только соединить выбранную радио-голову и комнату. Она позволяет включить между ними... еще один аттенюатор. Только не простой:

Это настраиваемый программируемый аттенюатор с управлением

У него есть Ethernet-порт, через который ему можно командовать, на сколько надо снизить уровень сигнала. Это позволяет делать очень сложные схемы тестирования, вроде плавного переключения с одной БС на другую в условиях плохого приема.

Например, это использовалось при отладке технологии переключения абонентского устройства на более свободную соту, пусть даже с худшим сигналом — если текущая сота не справляется с таким количеством абонентов. Звучит довольно просто, но на самом деле — там тысяча и одна тонкость, начиная от настройки порогов этого самого переключения, и алгоритмами расчета загрузок сот(чтобы понять, какой процент абонентов при необходимости надо перебрасывать), заканчивая объяснением телефону, почему ему нельзя вернуться обратно на эту привлекательную близкую соту с сильным сигналом. Такие вещи очень тяжело отладить в реальной сети, а с таким инструментарием — запросто.

Теперь вам понятен смысл объявления на заглавной картинке?

А вот и тот файл с портала в распечатанном виде:

В завершении рассказа покажу несколько железных артефактов, что встретились нам в лаборатории.

Целые коллекции сим-карт:

А вот так выглядит ранний-ранний прототип 3G-модема:

Это только платформа, на которой разные производители могут разрабатывать свои устройства.

В отличие от них, она имеет отладочные интерфейсы:

Правда, иногда такие интерфейсы приходится подключать и к релизным устройствам:

Но чаще всего они тестируются просто так, а потом складываются на полочку:

На этом экскурсию по лаборатории можно считать законченной. Ирина Крылова, инженер по тестированию абонентского оборудования хихикает и прощается с вами: