4G时代 如何应对测试挑战

　　工欲善其事，必先利其器。无线通信的飞速发展，离不开测试仪器和测试技术的鼎力相助。去年底，4G牌照的发放可以说正式开启了4G时代，我国的4G业务也迎来了快速发展的阶段，LTE基站已经大规模部署，4G终端的研发和生产也迫在眉睫，这些会为测试仪器带来哪些挑战？同时，Wi-Fi、蓝牙、RFID、NFC等不断涌现的其他无线技术在4G时代又会有哪些变化？给工程师带来哪些测试挑战？仪器供应商又推出了哪些新的测试方案？

　　问：4G是第四代移动通信技术的简称，其网络速度可达3G网络速度的十几倍到几十倍。4G业务是真正的无线宽带，可以达到有线宽带的上网速度，又可以享受移动的自由。可是，也有人说，现有的技术已可以满足需要，为什么要推广4G？那么4G到底能为我们带来什么？我们为什么需要4G？

　　莱特波特蜂窝移动通信测试产品市场经理Adam Smith：

　　4G蜂窝通讯技术的推出旨在让个人消费者和网络运营商同时受益。

　　对个人消费者而言，他们可以期待数据传输速率远远超过目前的2G和3G移动技术。3G技术使我们能访问移动互联网，而4G时代意味着振奋人心的多媒体用户体验，也就是说，不管身在何处，用户都能随时创建、使用和分享信息。此外，在宽带设施不够成熟的地区，4G技术可让人们用无线方式访问互联网，且传输速度超过某些有线网络。

　　对网络运营商而言，4G技术可用于对现有网络进行合理化配置。因为声音和数据都被简单地作为“数据”处理，所以它可使核心网络的部署和管理更简单。现有回程线路可以重新使用，切换到核心网络的操作只需通过简单的IP交换机便可进行。4G更重要的作用在于它能使网络中的数据传输量显著提高。4G技术的物理层能确保对宝贵的频谱的更有效利用（bits/Hz），从而使运营商能在相同的空间和时间里打包更多的数据。

　　长远地看，随着4G网络的构建达到一定程度（网络运营商能提供一个与现有网络可比的覆盖率）时，声音将可以通过VoLTE（LTE声音传输）技术转换到4G网络，那时，运营商将可以缩小2G和3G网络的规模。这意味着运营商能更方便地管理网络，还可以对目前专用于语音呼叫的频谱进行“重整”。通过以更有效的技术对频谱进行再利用，运营商将实现对这种有限的自然资源（即频谱）的节约利用。

　　使用4G技术的各种应用将使传统有线公司和无线公司之间的区别变得模糊：移动服务供应商将可以成为电视服务供应商，宽带互联网供应商将能在家庭和办公室之外的其他地方获得它们的消费者，新型移动支付方法甚至将重新定义资金在银行业流通的方式。实际上，数据的获取无论何时何地都能实现，这将为企业带来各种各样获得消费者的新机会。数据所代表的内容将比用于传输数据的媒介更为重要。我们将高兴地看到，为了利用4G技术的各种功能，许多新的商业模式将会不断涌现。

　　说完上述4G的优点后，我们也需要指出，4G的数据传输量并不是无限的。网络运营商们仍将不断受到为满足用户需求而提供足够数据量的挑战。由于人们对数据需求量的永不满足以及越来越多4G用户的上网，各种技术（WiFi、有线和非授权频带中潜在的蜂窝通讯技术）的数据卸载以及日益减小的电池尺寸（micro-， pico-， femto-）将继续成为人们今后谈论的主要话题。

　　问：相比3G，4G在技术上和复杂性上都提升了很多，这为测试仪器带来了哪些挑战？

　　Adam Smith：你可能会说（至少在物理层上）4G蜂窝通讯技术并没有带来真正新的东西。LTE 和LTE-Advanced中采用的这种新技术是通信行业无线网络（WiFi）部门所倡导的技术，它包括正交频分多路复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）和载波聚合。

　　然而这并不意味着4G通讯网络设备的开发和测试已没有什么挑战了。实际上4G带来的挑战是多方面的，尤其是对测试仪器而言，它们有的是技术的挑战，有的则是经济上的挑战。

　　在技术方面，4G最大的挑战之一是3GPP（第三代合作伙伴计划）的LTE 和LTE-Advanced规范所要求的40多个全球通用频段，而在一个像手机一样形状的装置里置入这么多天线是极其困难的。然而这并非完全没有希望，因为这些频段大多数不是同时使用的。这个挑战要求我们在天线和天线零件的开发上有所创新。虽然一根天线可以做成在一个较宽的频率范围内工作，但它最有效的工作范围仍然只是其中很窄的一段。当应对很小的信号和外形尺寸较小的移动电话时，尽可能降低信号损失以减少“掉线”以及延长电池使用寿命都是很重要的。迎接4G技术中这个天线设计的挑战就需要我们采用各种新技术，其中包括不同频段的动态优化技术，这是一种可确保只用几根天线就能覆盖整个LTE频谱的技术。

　　由于这是测试方面的工作，所以它有点像实验室外面进行的非正规试验。设计工程师们通常需要在某种“远场”测试室里为某个特定的天线几何形状和智能手机的外形尺寸进行天线性能的特性分析。虽然这还是对4G手机开发的一个要求，这种技术对此类设备的生产过程而言却不是很适用的。当前的生产过程通常会对天线采用一种“无线式”功能检查，但由于所用测试室物理尺寸的限制，很难保证所有频段上天线的“真实”性能。为确保向用户提供良好的用户体验，测试服务提供商需要寻找创新手段，因为，任何生产过程中遗漏的、会影响手机天线性能的问题都会直接造成掉线和最大数据传输速率不够的缺陷。

　　在经济方面也有几个挑战。主要挑战来自如何将测试成本控制在一个较低水平，并同时满足产品上市的紧迫性。即使智能手机和测试设备的价格在过去几年里已有所下降，测试时间却还是成本最高的要素。LTE技术的灵活性造成了测试项目数量的急剧增加。因此测试的许多领域都需要创新的测试方法。这包括通过“非信令”装置控制方法（可绕过较慢的协议层）进行快速测试的各种技术，以及多装置并行测试的各种技术。前者可帮助建立以更少测试项目发现更多潜在制造缺陷的测试配置方法。这里需特别指出的是，非信令测试技术的普及已迫使测试公司与芯片制造商紧密合作，以帮助设备制造商在最短的时间内将产品推向市场。

　　问：我国在推进TD-SCDMA时曾遇到很多挫折，其中之一就是测试仪器，如今4G的推进又会遇到哪些问题？贵公司在这方面有没有产品和解决方案？

　　Adam Smith：通信行业历来都得面对众多竞争技术之间不能互通的挑战。虽然这些技术都受到标准组织的控制和规范，但是要让人们采用某种新技术却会因风险问题而遇到很大的阻碍 —— 让人们改变已有决策而去采用另一种技术是一种很昂贵的尝试。

　　LTE 和LTE-Advanced网络技术的一个重要方面是它已解决了此问题。虽然LTE仍有多个“版本”，如频分双工（FDD）版本以及时间双工版本，但在核心内容上，两个版本都使用网络构架并共享几乎全部相同的物理特性。TDD版本和FDD版本 LTE网络之间的选择与其说是一种技术本身的选择，倒不如说是运营商对其将拥有的频谱类型的选择。如果网络运营商目前拥有可供上行通信和下行通信的“成对频谱”，那么他们将倾向于采用FDD版本的LTE网络。如果网络运营商在上行通信和下行通信上使用相同的频谱，那么他们将倾向于采用TDD版本的LTE网络。

　　这种LTE在网络构架上的简化减少了各国和各公司采用此技术的障碍。这可从日本、韩国和北美地区迅速推出LTE技术的事实中得到验证。今年，中国将紧锣密鼓筹划LTE网络的推出，因此LTE的应用将会呈现出加速态势。

　　对测试仪器提供商的一个挑战在于LTE将使那些用于2G和3G技术的测试设备遭到淘汰。然而，这并不是一个完全不能预料的问题，早在第一个LTE版的3GPP技术规范得到批准之前，大多数设备制造商就已经采用了一种采购“LTE兼容”设备的做法。

　　测试仪器提供商的下一个挑战将是如何支持LTE-Advanced带来的一些新功能，其中包括带间和带内载波聚合，即载波在多个频带间（“带间”）聚合，还是在相同的频带内（“带内”）聚合。虽然主流的移动网络部署方式似乎主要集中在带间载波聚合上，但这对宽带无线接入应用（带内载波聚合可能需要高达100MHz的连续频谱）可能有一定要求。一些测试仪器提供商可能又得想方设法去避免另一轮测试仪器遭报废的困境。

　　问：Wi-Fi、蓝牙、RFID、NFC等其他通信技术在4G时代将迎来怎样的发展？您如何看待未来的无线通信技术？

　　Adam Smith：无线技术不断地为消费电子产品带来创新的应用，但这些技术本身不能创造市场需求。以蓝牙技术为例，它在15年以前还是一种没有具体应用的技术。虽然是一种功能完善的无线连接技术，但它首次找到归属还是在第一部免提电话问世以后。而今天，您想买一部不带蓝牙技术的手机（或汽车）几乎是不可能的事。

　　我们在见证新的无线技术被大量应用的同时还在见证其他技术（想一想WiFi 802.11 和WiMedia UWB的例子）的短暂辉煌。显然，当一种移动主流应用采用某一种技术时，它总能在智能手机中找到一席用武之地。这已在蓝牙和WiFi技术上得到印证，近场通信（NFC）技术的这个过程也在加速进行中。某种技术成为主流技术后，质量要求也会变得更严格。例如：对WiFi测试的要求现正在不断提高。随着无线连接的速度（而不仅仅是连通性）成为产品的被期望行为之后，产品制造商将发现，如果他们不能保证一定水平的性能，那么客户将要求退货。

　　时间即将告诉我们，无线充电、毫米波无线视频或5G蜂窝等技术是否也会成为主流技术。作为一个测试仪器的制造商，我们的责任是为用户提供成本效益较高的解决方案，以帮助产品制造商满足他们客户的质量要求。这里以NFC为例：莱特波特已率先为具有NFC功能的设备推出了面向生产的系统层测试解决方案，该解决方案不仅能帮助用户确保设备的性能，而且还能为工厂提供用于追踪流程控制的参数化信息。

　　随着更多的无线技术被运用到消费产品中，产品最终用户的良好体验将成为一个必然的要求，这个要求也意味着为产品找到经济的测试方案，以便与特定的市场条件相适应。