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半导体

迎合无线通信演进 测试测量技术不断升级


安捷伦科技软件有限公司市场部总经理 杜睿里


 


当前,广大用户对于“随时随地沟通”的需求持续增长,促进了世界范围内对无线网络及相关设备投资的快速增加。此外,中国经济的快速增长以及在无线技术方面工程技术水平的快速提高,使得众多测试和测量仪器公司更注重在中国的投资与发展,这其中不仅包括无线产品制造商,也包括无线产品的革新力量。


中国的第三代(3G)无线通信标准TD-SCDMA(时分同步的码分多址技术)和中国的第四代(4G)无线通信标准TDLTE(TD长期演进)都将是中国成为一个全球性无线技术领导者的有力例证。在数字视频通信领域,CMMB(中国多媒体移动广播)、中国的移动电视标准、TMMB(电信多媒体移动广播)以及中国其他参与市场竞争的数字移动视频标准,将为数字视频移动电视技术的发展铺平道路。


测试测量仪器公司在中国投资的关注点不仅是要满足世界无线设备市场的商业机会,同时也要注重中国市场对于无线通信设备与服务的巨大需求,这将支持中国发展移动通信、数字电视标准和无线移动宽带技术。


 


无线通信向复杂数据服务演进


 


当今世界正在向着“沟通无处不在、无时不有”的方向演变。数字通信对于全世界的亿万民众已经是无处不在并触手可及的技术。接近20亿人将移动电话作为每日通信的基本方式,我们不仅用到语音服务,而且还在享受着逐步增长的移动数据业务和互联网应用。在中国,有超过5亿的手机用户。现代通信技术无孔不入、无处不在的移动性已经成了消费者的基本需求。只有时间才能最终确定某一特定技术的成功或失败。因此现在断言3G市场将来采用何种技术还言之尚早,全球市场持续增长的需求和激烈变化的市场才最有可能决定它们的命运。


今天的移动通信网络主要侧重于提供高质量的语音服务,即便在发达地区,也只有大约10%%的用户会采用除短信服务之外的其他数据通信手段。事实上,大部分运营商将短信也统计为他们的数据服务,因此真正的数据服务恐怕比以上估计的比例更少。而从语音服务中获取更多利润的唯一方法是提高效率,让通话费用更有竞争力,功能上则更接近于有线网络。所有升级技术的推出也都是在不损害语音通话质量的基础上,增加数据业务的比重。


数据服务一直是移动通信运营商们的利润增长点。如今更高的数据带宽使得如音乐下载、视频通话和移动电视等服务得到了快速的发展。终端设备的屏幕尺寸和电池寿命一直是视频服务发展的瓶颈,而充当“辅助技术”角色的MediaFLO、DVB-H、DMB等技术从长远来说却可以比3G服务为用户提供更多的视频服务选择。


在网络方面,数据带宽及相关频谱要求一直是阻碍移动电视服务发展的一个主要问题。目前针对这一问题建议使用的技术是HSPA(高速分组接入)和1×EV-DO,它们可以使小区数据容量提高至少5倍。利用这些技术可以让每个小区容纳更多的用户,而且每个用户都能享受更高的数据速率服务,甚至可以媲美我们在家中用DSL(数字用户环线)上网的速度。


运营商们仍然在收回目前的3G系统的投资成本,所以他们需要小心选择何时和怎样升级。这需要在很多无线接入技术中做一个选择,一些运营商还需要更多考虑在数据传输密度很高的地区的WLAN(无线局域网络)热点容量问题。抛开纯粹的技术决策,运营商们也需要计划如何在同时支持新旧两套设备的情况下让用户无缝升级到新系统,这其中既要考虑可操作性,也要注意支出费用。


移动通信网络从单纯的语音通话到支持复杂的数据服务的进化开始于IS-95和GPRS(通用分组无线业务)。然而上述技术的传输速率太低而很难让用户有舒适的体验,因此通信标准制定组织开始研究可支持更高速率的第三代移动通信技术。日本研发的通信系统(PHS和后来的PDS)没能在本土以外的地区发展起来,而国际漫游是运营商一个重要的利润来源,该国主要的运营商NTTDoCoMo公司要保证他们下一代的系统能够支持这一功能而与GSM组织合作,通过成立第三代移动通信技术合作伙伴项目组织(3GPP),选择并规范WCDMA(宽带码分多址),并将其作为一个通用的解决方案。


为了与3GPP竞争,在IS-95基础上演变的新系统也转移到提高数据传输速率的阵营中来,并成立3GPP2组织。每个组织都希望在最高数据传输速率上超过对手,以至于对用户有了一定的误导。“标准”的WCDMA系统支持的单个用户最高数据传输速率是350kbps。但最初,宣传上的重点却是针对每个小区所有用户的传输速率2Mbps,以至于很多用户觉得这是他们所能使用的最高速率。


随着家庭宽带和WiFi(无线保真)技术走入人们的生活,移动网络运营商希望能找到一个增强的标准,能够提供可以比拟上述技术的传输速率,结果促成了3GPP组织的附带长期发展承诺HSPA和3GPP2组织的1×EV-DO版本B和C的诞生。


 


需求升级挑战测试测量设备企业创新能力


 


近几年来,随着无线技术的演变,全球无线测试设备市场持续增长,以满足市场的需求。发展高性能的无线技术最根本的市场驱动力来自于更好的语音质量,更高的移动计算数据率,更高质量的实时移动视频。消费者的期望是,无论无线网络业务、家庭有线网络还是ADSL(非对称数字用户线路)或有线数字电视,都能达到一样的高性能。无线业务的消费者也期望,通过一个便捷可靠的方式,任何移动电话、PDA(个人数字终端)、PC(个人电脑)数据卡或任何其他无线装置都能够连接到无线网络上。上述需求推动着测试设备厂商不断完善测量仪器和方案的设计制造,以确保供应商的网络无线设备可以开发出满足上述需求的产品和服务。


随着用户需求的日益增长,工程师们研究设计和开发通信产品与服务的挑战性和复杂性也与日俱增。无线设备将变得更加复杂——— 设备将需要更多的功能,需要支持多种蜂窝技术,在使用多个无线信道的同时提高数据传输速率。提到通信设备,从低端到高端,从仅仅接打电话的通话设备,到功能全面的可上网的高端PDA,一应俱全。不仅如此,更高性能的集成组件和模块以及更多的软件内容也会一并涌现于高端通信设备中。


此外,另一个关键的市场推动力来自于消费者对无线互联业务资费降低的需求。随着无线业务和设备的成本降低,对测试成本降低的呼声也越来越高。


对于标准而言,制定时间的缩短意味着诸多解释和修订的增加,这会给标准本身带来相当大的变数,并且不同厂家对设备的早期功能测试出的不同结果也会体现出他们对标准理解的不同。这就对测试工具和测量技术提出了巨大的挑战,甚至要求测试测量企业在技术标准和测试规范完整制定之前就将测试工具以及解决方案投放市场。


日益增长的市场需求定会导致更加复杂的设计和更多崭新功能的出现。例如:频分双工(FDD)与时分双工(TDD)的混合器件就要求设备测试平台具备在同一测试体系中进行不同测试的功能。另外,当运用MIMO(多输入多输出)技术时,来自于多路接收信号的合并会使测试要求发生改变。


对HSDPA(高速下行分组接入)而言,用户设备芯片正在被努力设计得拥有尽量长的使用寿命,这就导致制造厂商要经过很长的时间才能收回他们巨大的投资成本,这意味着芯片所能支持的理论速率要远远高于设备即将在实际网络中要求达到的速率,因此供应商们就要求对自己设计的芯片所能支持的最大速率进行准确的测试,他们需要测试设备在研发的初期就能够在速率和信道带宽等方面满足自己的测试需求。HSDPA的测试设备需要支持高达7.2Mbps的速率,然而在网络中个人手机用户所使用的最高速率仅为1Mbps。


另一个挑战在于网络和用户设备结构的不断变化,新一代的基站无线电设备将更强地依赖于“软件无线电”的架构,它可以消除或隐藏传统的测试接口。目前,诸如DigRF(数字射频)的标准正在使手机设计逐渐统一化。


安捷伦科技为混合信号(数字到射频或射频到数字)系统和组件的测试提供了广泛的解决方案,拥有产生和分析数字I/Q(同相/正交相)以及数字中频信号的仪器。信号的产生大部分由信号发生器、逻辑分析仪、模块分析仪和矢量信号分析软件来实现。其中ESG、PSG以及89601VSA通常用于产生及分析模拟射频、中频以及I/Q信号,如今同样的信号结构和测试算法也用于产生、分析数字信号。


实现不同硬件设备与软件仿真设计工具之间的连接也为不同设计阶段的测试进一步提供了灵活性,其中包括产生分析新的或非标准模式信号,在没有编码、解码阶段进行组件及模块的BER(误码率)、BLER(接收数据块错误率)或FER(帧擦除率)测试。


 


测量解决方案成无线通信企业胜负手


 


对于新技术和新兴的无线通信标准,比如3GLTE,适当使用测量解决方案是商业上成功的关键。安捷伦的LTE测量解决方案恰恰为研发工程师提供了所必需的工具,并将继续开发并推出新产品以迎接特定LTE测量的挑战。随着LTE商业化部署,安捷伦所提供的产品将会帮助生产厂商快速成功地走向市场,帮助服务供应商获取最大的投资回报率。在3GLTE的基础上,安捷伦的产品将在加速实现下一代移动通信网络部署中起到举足轻重的作用。


从2008年到2009年,安捷伦科技将为满足LTE的新需求(FDDLTE和专为中国市场的TDLTE)推出更多新产品,包括模块分析仪、逻辑分析仪、信号发生器、信号分析仪以及综合测试仪。这些产品将为研发工程师设计组件、基站以及移动产品提供巨大帮助,并且在LTE产品即将问世之际,安捷伦科技还将给设备厂商提供更多解决方案。


测试和测量设备供应商一直在寻找一条途径,通过它能够给用户提供可扩展性、模块化、较低的价格/性能比和开放的硬件及软件连接标准的新解决方案。这样的行为源自电子制造业内部的压力。首先,业内需要降低测试和测量的成本,特别是高容量、商品化的产品,如消费电子商品;再者,较低的成本有利于快速收回投资并降低投资风险。


随着用户对低成本测试市场需求的不断增长以及低成本市场的不断扩大,测试设备厂商加紧开发价格更加低廉的新产品以迎合降低测试投资的要求。另一条能达到同样效果的方法是集中力量缩短测试所需时间,或者使用综合的测试方法以更有效地使用资产。过去,通常把高端的产品作为重点来发展,以获取更高的利润,这使得低端的产品没有获得应有的重视。现在测试仪器厂商已经肯定了发展低端市场的需求,其中一些商家针对客户的需求推出了刚好够用或刚好针对某种功能来运行的应用程序和测试方法。


随着技术的升级,整个行业正在走向融合。对于世界一流的测试测量厂商来说,想要长期立足于中国市场并且取得巨大成功,最重要的就是大力支持中国无线技术领域的创新与发展。在2008年奥运会期间即将投入市场的TD-SCDMA技术定会取得成功,为了确保网络的全方位运行,安捷伦科技计划提供全天24小时的技术支持。相信经过奥运会期间的试运行,TD-SCDMA网络将在不远的将来覆盖整个中国,届时安捷伦会提供完整的分析和解决方案以帮助客户解决技术问题以及优化网络。在未来的几年中,中国将开始研发制定一种新的标准:TD LTE,它是当今3GPPLTE的TD版本。这项由中国自主开发的标准能够提供高速的数据传输业务,将成为中国第四代蜂窝无线通信技术主体。为了迎合市场需求,支持新标准的制定,安捷伦科技最近为开发TDLTE芯片的工程师提供了一款软件设计工具,这是世界首个为支持中国第四代蜂窝通信系统研发初级阶段而研制的TDLTE测量测试产品。为了支持中国移动电视的发展,安捷伦科技还将在本月推出全球首个CMMB器件测试解决方案,这些努力都将成为安捷伦科技支持中国市场创新发展的最有力证明。


随着无线领域业务的不断扩大和用户对网络设备以及移动产品复杂化日新月异的需求,有太多的挑战与机遇摆在我们面前,安捷伦科技定会接受所有挑战,抓住一切机遇,在这个令人振奋的时代成为测试测量领域不可或缺的一分子。(本文由安捷伦科技软件有限公司客户培训工程师李书铭翻译并整理。)



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