通信测量技术的发展趋势

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概述

    通信领域涉及范围很广，除了传统的交换以及各种传输网如光纤、微波卫星通信系统外，还涉及到各种宽窄带通信、计算机网络、因特网业务、广播电视网、移动和固定无线通信业务、接入网业务及各种设备制造业等。随着数字通信和数据通信的发展，现代通信领域的测量越来越多地是通信App范畴的测试，这是一个全新的测试领域，通信业飞速发展的同时提出了一个新的问题，即如何确保先进复杂的通信网以及网内各种设备的正常运行。通信网络和设备的技术进步和发展离不开通信测试领域的技术进步，它使传统意义上测试和计量的概念发生了变化，需要测试的参数越来越多，精度要求越来越高，测试速度越来越快，频率范围越来越宽。在模拟通信时代，可观测量一般都有确定的量值，人们在研究新的测试方法时都需要去研究测量量值的准确度问题。目前随着各种通信新技术的发展，通信新设备的出现，用于通信测量的测试手段及各种专用、通用测试设备也大量地得到应用。以下就通信测试的几个发展方向做一个大体的论述。


    数字移动通信测试

　　我国目前发展最为迅速的是数字移动通信。数字蜂窝移动通信制式主要有:GSM9OO;DCS1800欧洲制式;CDMA码分多址美国制式DC日本制式。由于GSM制式标准的技术成熟，并已实用化，我国已大量采用，是我国目前移动通信的主流制式。中国计量院研制的GSM制式数字移动通信综合测试仪校准系统可用于校准HP8960，HP8922P，HP6392E，R/S CMD系列，R/S CMU200，Wavetek4400，IFR2935，Wavetek4201，Recal6113等通信测试仪器。中国计量院还开展CDMA制式综合测试仪器的校准。

　　CDMA技术系统由于容量大、抗干扰能力强、保密性好等优点而具有潜在应用前景。它以码分多址技术为基础，使用PN(伪随机码)和功率控制这两种方法允许邻接小区共享业务提供者提供的全部频率配置，一个用户的通信信号用一个唯一的正交码来扩展，在2G中，CDMA信号以1.2288Mbit/s扩展，第三代CDMA2000将使用SR3码片速率，可以在3.75MHz载波中扩展(多载波方式)。为了改善信道，基站端使用正交沃什尔码。根据这些技术特性，传统的RF发生器一定要有宽带数字调制能力，以模拟一个宽带的CDMA发射机，用以测试接收机以及CDMA移动设备信道和信道外的RF部件性能。由于CDMA信号的复杂性，要确保测试精度和适应高速数据的测试，必须要提高仪器的智能程度，以从原始数据中求出CDMA的各种有用参数，测试仪器的App要便于升级以支撑新出现的CDMA标准及LDGE这一类临时标准。适合于平滑过渡的第三代移动通信技术测试用信号源、传输分析仪、信令测试仪以及频谱分析仪和矢量分析仪正在纷纷推向市场。具有VXI总线的通信仪器模块的仪器测量频率范围大，主要针对移动通信测试之用。基于PC的插卡仪器，由于缺少射频特性的插卡，构建通信用的测试系统还有不少困难，但是采用PC总线构成的专用测试仪器越来越多。因为某些PC总线，如VME、PCI、CompactPCI等具有100Mb/s以上的传输速率，在此基础上构成的测试仪器有逻辑分析仪、数字取样示波器等。

　　光纤通信测试

　　光纤光缆是光信号传输的媒质，它是光通信的基础。在这个领域国际电联(ITU)制定了一系列标准，它们有G.650、G.651、G.652、G.653、G.655等。除G.650是有关测试方法以外，其它标准都是按光纤种类分类的产品标准。在这些标准中规范了该种光纤及由其组成光缆的具体性能指标。光纤的特性参数分几何特性参数(纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、同心度误差等)、光学特性参数(折射率分布、最大数值孔径、模场直径、截止波长等)、传输特性(衰减、带宽、群速度色散、偏振模色散等)。除此之外，对于高速、多信道、长距离光通信系统，规范中未给出的光纤非线性也是光通信需要考虑的重要指标。此外，光缆分为机械性能测试、环境性能测试、工程测试等。光纤和光缆的测试仪表大多建立在光学和电子学原理之上的，因此系统复杂，设备昂贵。

　　光通信实际上是给各种通信业务提供了一个大容量的传送平台，同时在这个平台上利用DWDM、SDH、路由器等技术可以组建四通八达的通信基础网络，而构成这个网络中的各个网元就是光通信设备。由于网络设备的多样性和复杂性，其标准也是大量的。光通信设备测试分为如下三类:1、光接口参数测试(工作波长、平均发送功率、通道间隔、光谱特性、消光比、接收灵敏度、光发送信号眼图等);2、电接口参数测试(比特率及容差、接口标准码型、信号功率电平、接口过压保护、抖动和漂移特性等);3、设备实现功能的测试:它是按照标准和生产厂家陈述的功能进行测试，包括单元功能和复合功能。例如:OAM&(操作、管理、维护和指配)功能、保护功能等。

　　光纤网络测试的仪器是各通信测试仪器供应商特别看重的产品，特别是对于密集波分复用(DWDM)的测试设备。早期的光测试仪器大部分在电测试仪器前添加光转换器件构成，例如Tektronix企业的数字取样示波器TD68000，本身具有50GHz的电学等效带宽，添加光电附件后光学带宽变为30GHz，可用于光元件和光集成电路的研发;添加时域反射附件后又可构成光时域反射计，可用于光纤链路的光信号完整性测试;配备一些专用App、光源和分光器等构成光通信测试系统(型号改为CSA8000)，可用于DWDM的测试。利用类似的办法，电学的频谱分析仪亦可构成光谱分析仪。DWDM工作波段是1530~1565nm。在35nm通带内可传送8、16个或更多的波长，构成全球性的光纤网络，相应的光放大器(如掺饵光纤放大器)、光转换器(如微机电的镜阵列)、光复用器(如衍射光栅)、光电集成电路(如光收发器)等纯光学部件的问世，使得光纤网络测试仪器从发射、传输、接收的全面考虑进行设计，制成以光学部件为主的测试仪器，例如采用衍射光栅构成的光谱分析仪，使波长分辨率达到10~20pm，并能在850、1300、1500nm的波段内测量单个载波功率、通道波长、通道间隔、总功率以及串扰等特性。光通信测试仪器的供应商中以Agilent和Anritsu企业的产品最多，指标也较高。由于光通信测试仪器的特殊性，目前仍以台式仪器为主流产品。

　　光通信系统的测试是指系统网元已按设计要求在实际网络或模拟实验网连接构成系统的测试，它包括设备之间互连互通的测试、设备与网络之间的互通测试、网管功能实现的测试、业务互通测试等。系统在实际或模拟网络进行试验时不可避免地会存在传输损伤，这些传输损伤是否影响整个系统的正常工作是衡量系统质量的依据，此时系统的误码性能、抖动性能、漂移性能(SDH特有)是测试系统质量的重要指标，其中误·码率是数字传输系统的重要技术指标，也是最常用的测试指标，定时抖动是数字传输设备的一项主技术指标。

　　网络测试

　　随着网络的规模及复杂性越来越大，各种业务的数量急剧增加，网络的运行、管理和维护(OAM)的成本越来越高。降低成本的根本出路是使网络管理标准化、简单化和自动化。这种标准化的网管系统意味着接口的标准化、体系结构的标准化，使各种设备方便地和网管系统相连。网管应具有以下功能:性能管理、故障及维护管理、配置管理、帐目管理和安全管理等。网管系统的测试也属于App测试的范畴，它包括实现功能测试、信息模型测试、标准接口协议测试等。在网络的研制开发、工程安装和日常维护检测中都需要用到网络测试仪。主要的网络测试仪有局域网测试仪、广域网测试仪以及协议分析仪。这些仪器都能对网络进行监测和管理，测试网络任何点的流量数据，测试各种网络设备如路由器、交换机、工作站的性能。但局域网测试仪只能测试以太网和ATM网，而协议分析仪有不同的接口适配器和支撑包括帧中继、X.25、ISDN、ATM、DXT等各种广域网协议，既可用于测试局域网，又可用于广域网和ATM等多种网络测试。

　　光纤主干网，性能测量包括数据速率，链路利用率、流量特性、误码条件等内容，网络测试仪有数据滤波器，以检测特殊的命令和响应，提供可选触发条件，以避免在高速运行条件下，磁盘上存放了太多的元用数据。在正常运行下主要通过误码率监测未检查网络的完整性，以评定光电连接是否正常。如果误码超出规定值，首先要检查机械电气连接和电子器件。如果网络完整性是好的，网络过载也会导致传输延迟和响应变慢以至造成误码突然增加，要使用相应专家诊断App进行分析以正确定位网络故障。网络测试仪正在向多功能、小型化发展，以便现场施工和运行维修使用。

　　发展趋势

　　今后的通信测量所包含的内容是不断发展和变化的。随着光纤通信、移动通信和数字通信技术的发展，近年来以测量通信系统参数为目的的各种分析仪表相继出现，以满足通信设备的需求。这些仪表的共同特点是测量通信系统的主要表征系统指标的基本参数，同时将这些参数进行运算处理、分析，给出通信系统需要的指标参数，这样参数测量将由基本测量向系统测量方向发展。通信设备的制造厂商和通信设备的运营维护部门，他们关心的是技术规范要求指标的合格与不合格，而不关心指标量的大小，测试的过程是自动按程序进行。这类仪表是人们先按技术规范要求的指标范围输入到键盘程序中，测试符合规范书的要求则给出合格产品，予以通过，因此测量将由自动化向智能化方向发展，实现自动化测量除省时、省力外，还可减少测量过程中人为的误差。由于通信系统的国际化，为保证其通信的互联，要求网络间接口必须按标准协议，网络间的信令必须一致，才能使传输的信息(语言、数据、图像)满足质量要求。这样就要求通信测量仪表的测试项目、指标参量、测试方法严格按ITU-T、ITU-R建议标准设计，世界各通信仪表企业、工厂都按ITU的标准进行生产。各仪表企业产品的差异性主要表现在:仪表生产的系列完整性;仪表智能App编辑的程序;仪表采用的专用芯片(ASIC)设计;仪表的专门工艺等差异，因此，世界各仪表企业技术竞争焦点是App工程和专用芯片的竞争。