應對當今無線設備研發(fā)挑戰(zhàn)

簡介
五年前，移動設備與僅提供簡單語音通話功能的手機幾乎是同義詞，但到2004年，預計僅提供語音通話功能的手機在所有移動設備中所占比例還不到三分之一，大多數(shù)移動設備將同時支持語音和數(shù)據(jù)功能，還有一小部分僅支持數(shù)據(jù)功能。因此，傳統(tǒng)的無線電話已經(jīng)與個人數(shù)字輔助器(PDA)融合，成為支持因特網(wǎng)無線訪問的“智能電話”。
隨著簡單的語音移動電話演化為復雜的語音和數(shù)據(jù)綜合移動設備，無線設計開發(fā)行業(yè)面臨著第一代和第二代移動設備時代所沒有的新挑戰(zhàn)，包括：

因此，做為設計開發(fā)人員，根據(jù)在無線設備開發(fā)過程中所處的位置，必須同時處理其中一種、兩種或全部挑戰(zhàn)。

支持TCP/IP的測試功能
在GPRS之前，無線設備對TCP/IP的支持功能并不強大。除了在一些孤立的電路交換和蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)應用以外，手機的工作過程一般是先與某個網(wǎng)絡建立呼叫聯(lián)系，然后建立一個語音電路(參見圖2)。
隨著GPRS和后續(xù)技術的出現(xiàn)，無線設備現(xiàn)在必須能夠處理因特網(wǎng)連接，以及語音連接，或者同時支持語音和數(shù)據(jù)連接。隨著因特網(wǎng)和移動設備的集成，有些無線應用需要與語音或數(shù)據(jù)連接協(xié)同工作，因此目前移動設備的工作模式比數(shù)年前復雜了許多倍。
TCP/IP
因特網(wǎng)協(xié)議(IP)通過遍布全球的一種可尋址鏈接系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸通過傳輸控制協(xié)議(TCP)來控制，因此，TCP/IP就是用來將計算設備連接到因特網(wǎng)的一組協(xié)議。通過TCP/IP，用戶可以完成電子郵件傳送、文件傳輸(FTP)、遠程計算和網(wǎng)絡瀏覽等各種任務。因特網(wǎng)就是由通過有線和無線方式利用TCP/IP協(xié)議互連到一起的計算機設備和網(wǎng)絡組成的(見圖3)。
對于支持TCP/IP的無線設備，全面驗證其收發(fā)器操作的唯一方式就是測試設備接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)的能力。除了最基本的IP數(shù)據(jù)接收和發(fā)送功能以外，還必須對極端數(shù)據(jù)情況下的無線設備進行工作狀態(tài)測試，從而確定其：

僅僅進行這些測試仍然不夠，因為此類新設備具有復雜的實時操作系統(tǒng)和許多嵌入式應用，并且支持基于網(wǎng)絡的應用。而且，某些應用需要IP數(shù)據(jù)支持，而其它一些應用可在IP數(shù)據(jù)傳輸過程中工作。因此，必須能夠測試IP數(shù)據(jù)傳輸時的操作系統(tǒng)性能，如MIPS性能和存儲器使用情況。然后必須能夠驗證IP傳輸進行過程中應用的工作情況。有效的測試需要模擬實際的網(wǎng)絡工作情況，包括連接到因特網(wǎng)、FTP服務器、疊加網(wǎng)絡和設備活動、異步網(wǎng)絡和設備活動等多種情況，同時還需要對網(wǎng)絡的某些方面進行控制(包括使用模擬設備和實際網(wǎng)絡，參看圖4)。

分析設備和網(wǎng)絡間的協(xié)議消息
對于協(xié)議消息機制來說，信息從網(wǎng)絡發(fā)送到設備，然后又從設備發(fā)送到網(wǎng)絡，這些消息必須在適當?shù)臅r候利用正確的協(xié)議正確地發(fā)送。TCP/IP涉及因特網(wǎng)協(xié)議，但現(xiàn)在我們討論的是GPRS、cdma2000和W-CDMA等無線協(xié)議，其復雜性比傳統(tǒng)技術高了許多倍。
TCP/IP為計算機間通過因特網(wǎng)通信提供了所必須的順序控制、定時控制和內(nèi)容(協(xié)議)。與此類似，GPRS, cdma2000和WCDMA則為使用這些技術的無線設備通過相應的無線網(wǎng)絡進行通信提供了所必須的順序控制、定時控制和內(nèi)容(協(xié)議)。關鍵是這些技術還為TCP/IP提供了底層支持，因此使得設計、測試和驗證問題的復雜性大增。
要實現(xiàn)中等復雜程度以上的任何協(xié)議都需要模塊化，模塊化是通過分層來實現(xiàn)，因此實現(xiàn)相應協(xié)議的是“協(xié)議棧”。要進行協(xié)議分析，必須能夠查看協(xié)議棧的不同層。在協(xié)議棧的底層是射頻部分，語音、數(shù)據(jù)和信令都是通過射頻層傳輸?shù)?。在此之上是協(xié)議棧的第一層，為射頻鏈路提供實際的控制(功率、信道等)。協(xié)議的更高層提供更高層的控制，最高層的信令層控制無線設備的移動性和網(wǎng)絡會話。TCP/IP位于無線協(xié)議層之上，無線協(xié)議負責IP數(shù)據(jù)和無線傳輸部分之間的接口。無線協(xié)議分析需要在所有這些層或其中任意一層進行(參看圖5)。
對訪問協(xié)議信息進行分析的方法有多種，每種方法都有相應的成本和/或效率問題：

復雜2.5G/3G技術環(huán)境中的功能測試
對任何設備來說，功能開始都是一樣的，即網(wǎng)絡確認設備已經(jīng)正確連接(即設備必須連接、登錄、注冊等)，這時，設備才可以建立一個語音通道(語音呼叫)或數(shù)據(jù)通道(網(wǎng)絡瀏覽)。但再往前，不同的無線技術的相對復雜性有很大不同，這也意味著功能驗證的復雜度也有很大不同。比較GPRS和GSM，GPRS保留了所有GSM功能，同時還增加了編碼機制、多時隙以及壓縮通道等功能，因此從協(xié)議和功能角度來看，GPRS系統(tǒng)至少比GSM系統(tǒng)復雜四倍。EGPRS的復雜性又是GPRS的數(shù)倍，而W-CDMA的復雜性又比EGPRS高許多倍。
隨著技術本身復雜性的增加，無線連接本身的內(nèi)在不可靠性也在增加。移動車輛、建筑、山峰、氣候和許多其它環(huán)境因素的影響使得移動設備必須具備功率控制、錯誤校正、移動管理、會話管理和其它網(wǎng)絡/移動控制功能。必須記住，TCP/IP也是這一復雜系統(tǒng)的一部分，而且TCP/IP即使在有線網(wǎng)絡中也有許多困難，更不用說在無線網(wǎng)絡中了(參看圖6)。
設計人員必須在設計過程中對所有這些功能進行驗證，保證其性能、質(zhì)量，同時保證其符合設計目標，達到客戶期望，滿足服務供應商和技術標準的要求。做到這一點的唯一可靠方法是在一個可控制的環(huán)境中進行功能驗證，在這一測試環(huán)境中，相關參數(shù)和測試條件可以容易地修改。
就如所面臨的其它挑戰(zhàn)一樣，開發(fā)人員目前也有解決這些問題的方法，但相應的工具和方法對于研發(fā)環(huán)境并不理想。例如：
尋找支持設備開發(fā)所用技術的網(wǎng)絡。能夠就近找到此類網(wǎng)絡的可能性是非常小的，如果開發(fā)是技術中立的，那么可能多跑幾個地方就可以找到可用的不同類型網(wǎng)絡。然而，如果是一種較新的技術，網(wǎng)絡可能還未提供完全服務，因此可能會需要尋找更多地方。但是，當開發(fā)小組找到可用的網(wǎng)絡時，也通常會發(fā)現(xiàn)擁有的控制很少，并且很少能在理想的時間工作(通常是在深夜)。
利用一致性系統(tǒng)(Conformance Systems)來驗證功能，此類系統(tǒng)確實提供很大的靈活性和全面的信令(協(xié)議)功能。此類系統(tǒng)對于一致性測試非常理想，但它們對于研發(fā)測試卻并非最理想的。研發(fā)測試通常在開發(fā)過程的早期進行，經(jīng)常需要更多測試方式，而這可能需要數(shù)周的時間來開發(fā)和調(diào)試。同時，此類系統(tǒng)非常昂貴并且需要大量的年度支持費用才能使其保持最新和正常使用。
在研發(fā)過程中同樣使用生產(chǎn)過程采用的無線測試工具。盡管此類測試工具易于使用，但其能力卻限制在網(wǎng)絡仿真方面，因為生產(chǎn)過程中需要的功能測試數(shù)量有限，但卻需要大量的參數(shù)調(diào)整能力。
因此，關鍵是良好的無線開發(fā)工具。合適的無線測試儀將能夠提供如下的功能：
一個受控的環(huán)境，可用來測試設備與網(wǎng)絡的連接性，而不需要使用實際網(wǎng)絡；
修改一些網(wǎng)絡參數(shù)的能力并啟動某些網(wǎng)絡事件的能力；
實時網(wǎng)絡仿真，在沒有實際網(wǎng)絡的情況下盡可能接近地仿真網(wǎng)絡時序；
用于TCP/IP應用的端到端連接能力；
易于使用的豐富協(xié)議分析能力。

結(jié)語
近期，預計正在生產(chǎn)的無線設備中僅有33%屬于傳統(tǒng)的僅支持語音的移動電話，而幾乎所有無線設備開發(fā)都集中于支持分組數(shù)據(jù)的3G技術。面臨的挑戰(zhàn)非常清楚，從現(xiàn)在開始，無線設備開發(fā)過程中必須以各種方式處理TCP/IP、協(xié)議分析和信令。安捷倫(Agilent)提供的一組工具可幫助開發(fā)人員迎接這些挑戰(zhàn)，從而達到最大效率(參看圖7)■。