應對當今無線設備研發挑戰

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，大多數移動設備將同時支持語音和數據功能，還有一小部分僅支持數據功能。因此，傳統的無線電話已經與個人數字輔助器(PDA)融合，成為支持因特網無線訪問的“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據綜合移動設備，無線設計開發行業面臨著第一代和第二代移動設備時代所沒有的新挑戰，包括：

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

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字分組數據應用以外，手機的工作過程一般是先與某個網絡建立呼叫聯系，然后建立一個語音電路(參見圖2)。
隨著GPRS和后續技術的出現，無線設備現在必須能夠處理因特網連接，以及語音連接，或者同時支持語音和數據連接。隨著因特網和移動設備的集成，有些無線應用需要與語音或數據連接協同工作，因此目前移動設備的工作模式比數年前復雜了許多倍。
TCP/IP
因特網協議(IP)通過遍布全球的一種可尋址鏈接系統支持數據通過因特網傳輸，數據傳輸通過傳輸控制協議(TCP)來控制，因此，TCP/IP就是用來將計算設備連接到因特網的一組協議。通過TCP/IP，用戶可以完成電子郵件傳送、文件傳輸(FTP)、遠程計算和網絡瀏覽等各種任務。因特網就是由通過有線和無線方式利用TCP/IP協議互連到一起的計算機設備和網絡組成的(見圖3)。
對于支持TCP/IP的無線設備，全面驗證其收發器操作的唯一方式就是測試設備接收和發送IP數據的能力。除了最基本的IP數據接收和發送功能以外，還必須對極端數據情況下的無線設備進行工作狀態測試，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和許多嵌入式應用，并且支持基于網絡的應用。而且，某些應用需要IP數據支持，而其它一些應用可在IP數據傳輸過程中工作。因此，必須能夠測試IP數據傳輸時的操作系統性能，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絡工作情況，包括連接到因特網、FTP服務器、疊加網絡和設備活動、異步網絡和設備活動等多種情況，同時還需要對網絡的某些方面進行控制(包括使用模擬設備和實際網絡，參看圖4)。

分析設備和網絡間的協議消息
對于協議消息機制來說，信息從網絡發送到設備，然后又從設備發送到網絡，這些消息必須在適當的時候利用正確的協議正確地發送。TCP/IP涉及因特網協議，但現在我們討論的是GPRS、cdma2000和W-CDMA等無線協議，其復雜性比傳統技術高了許多倍。
TCP/IP為計算機間通過因特網通信提供了所必須的順序控制、定時控制和內容(協議)。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絡進行通信提供了所必須的順序控制、定時控制和內容(協議)。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。
要實現中等復雜程度以上的任何協議都需要模塊化，模塊化是通過分層來實現，因此實現相應協議的是“協議棧”。要進行協議分析，必須能夠查看協議棧的不同層。在協議棧的底層是射頻部分，語音、數據和信令都是通過射頻層傳輸的。在此之上是協議棧的第一層，為射頻鏈路提供實際的控制(功率、信道等)。協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絡會話。TCP/IP位于無線協議層之上，無線協議負責IP數據和無線傳輸部分之間的接口。無線協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，即網絡確認設備已經正確連接(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)或數據通道(網絡瀏覽)。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，因此從協議和功能角度來看，GPRS系統至少比GSM系統復雜四倍。EGPRS的復雜性又是GPRS的數倍，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、會話管理和其它網絡/移動控制功能。必須記住，TCP/IP也是這一復雜系統的一部分，而且TCP/IP即使在有線網絡中也有許多困難，更不用說在無線網絡中了(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境中進行功能驗證，在這一測試環境中，相關參數和測試條件可以容易地修改。
就如所面臨的其它挑戰一樣，開發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環境并不理想。例如：
尋找支持設備開發所用技術的網絡。能夠就近找到此類網絡的可能性是非常小的，如果開發是技術中立的，那么可能多跑幾個地方就可以找到可用的不同類型網絡。然而，如果是一種較新的技術，網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，當開發小組找到可用的網絡時，也通常會發現擁有的控制很少，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(Conformance Systems)來驗證功能，此類系統確實提供很大的靈活性和全面的信令(協議)功能。此類系統對于一致性測試非常理想，但它們對于研發測試卻并非最理想的。研發測試通常在開發過程的早期進行，經常需要更多測試方式，而這可能需要數周的時間來開發和調試。同時，此類系統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。
在研發過程中同樣使用生產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絡仿真方面，因為生產過程中需要的功能測試數量有限，但卻需要大量的參數調整能力。
因此，關鍵是良好的無線開發工具。合適的無線測試儀將能夠提供如下的功能：
一個受控的環境，可用來測試設備與網絡的連接性，而不需要使用實際網絡；
修改一些網絡參數的能力并啟動某些網絡事件的能力；
實時網絡仿真，在沒有實際網絡的情況下盡可能接近地仿真網絡時序；
用于TCP/IP應用的端到端連接能力；
易于使用的豐富協議分析能力。

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