高速测试仪

1、前言从1876年贝尔发明电话机，到今天人手一部手机，实现随时随地视频通话。短短一百年来，通信产业呈指数性增长。测试技术与仪器仪表自通信产品的诞生起就成为通信产业中不可或缺的部分，与通信技术同步甚至超前发展。伟大的科学家门德列耶夫说过：“科学是从测量开始的，没有测量就没有科学”。钱学森同志说过：“新技术革命的关键是信息技术。信息技术由测量技术、计算技术、通信技术三部分组成。测量技术是关键和基础。”数据通信测试仪器主要泛指通信传输与网络测试仪器，是对通信终端设备和通信网络设备的科研、生产、试验和运营管理全寿命周期的各种定量、定性参数进行分析评定的手段和方法的总称，涉及语音、报文、数据、图像、视频的采集、信元和信道编码、传输媒质、信令与协议等设备和产品的测试与分析评估。本文简要介绍国内数据通信测试仪表的发展历程，展望面临的挑战。2、数字测试--数据通信测试仪器的昨天上世纪八十年代，从中国引进数字程控交换机进入数字化时代起，测试技术与产品得到发展。这一阶段通信主要以语音传输为主，涉及的测试技术主要有语音测试、传输测试和信令规程测试。相关的测试仪器主要有话路特性测试仪、传输分析仪、信令测试仪和规程测试仪等产品。语音测试主要测试话路语音质量测试，主要参数包括频率、电平、失真度等。话路特性测试仪是对语音模拟信号的较为全面测试，PCM测试仪则对话音通道的语音/数字编码转换和数字编码/语音转换进行测试，二者互为补充。传输测试是当时通信测试最重要的一项测试技术，主要对通信传输质量进行测量和评估，除最重要的误码率这个参数外，还有抖动、漂移等测试评估参数。这类仪器根据通信传输的线路不同可分为高速比特误码测试仪、PCM综合测试仪（2Mb/s）、PDH数字传输分析仪、PDH/SDH数字传输分析仪和电信/数据传输分析仪。高速比特误码测试仪速率一般在140Mb/s～15Gb/s连续可调，PDH数字传输分析仪用于PDH 1～４次群通信设备的研制、生产、通信建设和维修，主要测量误码和抖动。PDH/SDH数字传输分析仪用于STM-1/4/16/64/256等速率的SDH通信设备的测试，兼顾PDH测试。信令测试仪则用于程控交换机的控制平面测试，全面测试用户线信令和局间信令，可接入SS7、GSM、CDMA、V5、ISDN及中国一号信令等各级接口，完成协议的有效性与兼容性测试。测试分为信令监测与仿真测试二种。规程测试仪则主要完成相关数据通信接口测试，常见有V.11、V.24、V.35、X.21等，具备DTE与DCE测试能力，支持同步与异步测试，主要进行误码测量和误码性能分析。这一时期，网络产品稀少且较为初级，各生产厂家确保产品可用即可，主要进行功能测试。网络测试仪器较为简单，只是进行发送和接收测试。3、网络测试--数据通信测试仪器的今天随着集线器、交换机、路由器等产品的广泛运用，网络测试技术得到重视。网络测试技术包含内容有测试对象、测试方法、测试工具及测试经验等方面内容，逐渐形成以RFC相关规范为基础的测试方法标准化，如RFC1242规范了网络互联设备的基本术语，RFC2544规定了互联设备的基准测试方法，RFC2889规定了交换设备的测试方法等。测试内容覆盖了ISO二至七层。测试方法有主动测试与被动测试（监测）。在测试功能上除网络性能测试外，还具备网络业务测试，可对业务支持能力、业务性能、业务可靠性与安全性进行测试评估。在云网融合、算网一体等信息技术快速发展的大环境下，面向高速以太网、物联网、5G承载网、5G核心网等核心技术领域的需求，作为网际互联中的核心骨干组成部分，路由交换设备的发展在很大程度上决定了整个网络的性能瓶颈。网络接口复杂多样、电信级业务流量、接入用户指数级增长对于高速数据通信下的网络承载能力提出了进一步挑战。与此同时，我国新一代路由交换设备的迭代发展速度，迫切需要与之相匹配的数据通信测试仪器发展水平，这对数据通信测试仪器的发展提供了千载难逢的发展机遇，也对数据通信测试仪器的发展提出了更加严峻的挑战。经过20多年的艰苦努力，我国数据通信测试仪表取得了重要进展，基本解决了测试功能和速率覆盖的问题。在产品形态上，有手持式、便携式与机架式；在速率上，最高测试达到400Gbps；端口密度达到整机80个100Gbps端口，单板20个80个100Gbps端口；在协议方面，支持路由、接入、组播、数据中心等协议仿真，以及VxLAN、EVPN、SRv6等新协议测试；支持RFC2544等多种套件；同时支持自动化测试，可适配TCL、Python等自动化接口，满足网络设备从研发到生产各个环节的测试需求。4、面向下一代网络测试---数据通信测试仪器的明天随着5G/6G时期的到来，网络设备的不断革新、新兴协议的不断提出以及电信级网络应用业务升级，现有的仪器不论是测试端口密度、时延测量精度以及协议仿真覆盖率等核心指标，难以满足测试需求，必须跟踪最新网络技术发展。高速率、IPv6+、确定性网络、超融合等网络技术应用场景给数据通信网络测试仪器提出了新需求：1）高速率测试随着互联网和5G用户的增加以及来自人工智能、机器学习、物联网和虚拟现实流量的延迟敏感性流量激增，数据中心的带宽要求与日俱增，并且对低延迟有极高的要求，可以预见，在未来的人工智能应用中，800GE技术将发挥越来越重要的作用。测试仪器必须具备多达几十个端口的800GE测试能力。2）高精度测试现有的毫秒级的流量调度及采样结果统计不能满足TSN/TTE、无损以太网等高性能网络测试要求，网络测试仪必须实现微秒级的流量调试和纳秒级时钟同步精度。3）灵活智能的高性能软件架构平台随着新兴的数据网络架构及新协议、新业务的持续不断的出现，要求测试仪器能够快速满足新协议与新业务测试需求。这就要求测试仪器具备灵活、智能、弹性的高性能软件架构平台，解耦软件平台与硬件平台，集中主控运维管理，统一硬件驱动层，屏蔽硬件差异，支持多种速率与多种测试端口，支持快速迭代、增加新协议测试功能，满足车载网络、云网融合、算网一体等下一代数据网络测试需求。结束语当前，网络技术的迅速发展和市场需求是网络测试技术发展的驱动力，网络测试仪器前景看好。新技术的发展快于相关标准制定的速度，各国都在结合自身的具体情况制定适合本国发展需求的新网络架构与新协议。这对国内测试厂商是一次机遇，也是挑战。测试仪器厂家应积极参与未来网络技术研究，参与到相关标准制定工作中，将标准与产品体系进一步融合，提升产品的竞争力，为通信行业的发展提供保障。

仪器仪表是信息的源头, 是人类获取有关自然界知识、 认识世界的工具。 信息高速公路作为信息社会的基础结构,奠定了它在人与自然的逻辑关系中的桥梁和纽带的地位。 测试仪器位于信息高速公路与自然之间的环域, 是信息高速公路中信息的重要来源。 纵观仪器技术的发展，其历经了模拟仪器、 数字仪器、 智能仪器和虚拟仪器等几个主要阶段，如图。( 1)模拟仪器:20世纪 50 年代以前, 电测量技术主要是模拟测量, 此类仪器的基本结构是电磁机械式, 主要是借助指针来显示测量结果。( 2)数字仪器:20 世纪 50 年代, 数字技术的引入和集成电路的出现, 使电测仪器由模拟式逐渐演化为数字式, 其特点是将模拟信号测量转化为数字信号测量, 并以数字方式输出最终结果, 适用于快速响应和较高准确度的测量。 这类仪器目前相当普及, 如数字电压表、 数字频率计等。( 3)智能仪器:出现于 20 世纪 70年代, 是现代测试技术与计算机技术相结合的产物。 它是含有微计算机或微处理器的测试仪器, 测量结果具有存储、 运算、 逻辑判断及自动操作、自动控制等功能, 即具有一定智能作用, 故将其称之为 “ 智能仪器” 。 智能仪器将传统数字仪器中控制环节、 数据采集与处理、 自调零、 自校准、 自动调节量程等功能改由微处理器完成, 从而提高测量精度和速度。( 4)虚拟仪器:这一概念早在 20 世纪 70 年代就已提出,但真正得以实现则是在 PCI、 GPIB、 VXI、 PXI 等总线标准出现之后才变为可能, 并随着卡式仪器、 VXI 总线仪器、 PXI 总线仪器等的推出而得到迅速发展。 虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、 具有可视化界面的仪器。 虚拟仪器是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物,软件在仪器的开发和使用的全过程中起着至关重要的作用, 可以说没有了软件就没有虚拟仪器。 它基于 “ 软件就是仪器” 的思想, 利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能,真正实现由用户自己设计和定义满足自己特殊要求的仪器。以太网的发展为基于网络的测试系统提供了平台, 也成就了 LXI [12 - 13] 的诞生。 2004 年 9 月 VXI 科技公司和安捷伦联合推出一种新的基于工业以太网的总线规范—LXI。 LXI 标准用以太网作为系统的骨干, 无需 VXI 或 PXI 方式的机箱。 LXI联盟于 2005 年 10月通过了 IEEE1588 协议, 为 LXI 网络化虚拟仪器的设计与实现提供了标准。 未来的总线将会向专业化和大众化方向发展, 因此, 在 LXI 仪器还未完全占领市场之前,VXI、 PXI 和 USB等都将成为市场的主流总线技术。随着信息高速公路和仪器技术的进一步发展与结合, 基于Internet 的远程测控是现代测试技术和虚拟仪器技术的发展方向之一。 以 Internet 为代表的网络技术的成熟以及它与仪器技术的结合, 为仪器技术的发展带来了前所未有的空间和机遇, 可以肯定, 网络化测试技术的时代已经来临。

近日，中国电科旗下电科思仪在京举办“Ceyear-5G通信测试仪器新品发布会”，推出多款数据通信及移动通信领域最新产品。在5G产业高速发展的今天，测试能力始终是产品研发能力提升的关键一环。发布会上，电科思仪全面推出了包含从终端到基站、从厘米波到毫米波、从研发测试到产线测试、从无线网到核心网的六款系列化数据网络测试仪，拥有手持式、便携式、台式等多种结构形式，使国产测试仪器全方位赋能5G产业发展。推出的高端数据网络测试仪产品—5201数据网络测试仪，能够提供数据网络L2—L7层的测试解决方案，具有多速率且高密度的端口、超强的流量处理能力、全面的协议仿真能力、高可用性的脚本适配能力以及深度的报文捕获能力，可广泛应用于研发测试、网络维护、验证开局、和自动化生产等方面。5201数据网络测试仪“5256C”5G终端综合测试仪具备5G信号发送功能、5G信号功率特性、解调特性和频谱特性分析功能，支持5G终端的产线高速校准及终端发射机和接收机的测试验证，主要应用于5G终端和基带芯片的研发、生产、校准、检测、认证和教学领域。　　5256C 5G终端综合测试仪5G基站测试仪包括“5252D”5G基站综合测试仪和“5252DB”5G毫米波空间信道探测系统。其中，“5252D”具备频段覆盖范围宽、调制带宽大、通道数量多、通道收发一体、配置灵活等特点，能够满足5G基站收发机射频性能测试需求及未来通信技术的验证需求，正在成为无线通信研发、生产及科研领域的完美测试平台。5252D 5G基站综合测试仪“4024CA”频谱分析仪是一款专为外场测试而设计的宽带手持式实时频谱分析仪，具有4G LTE FDD/TDD、5G NR等多种无线通信协议解调分析，可应用于移动通信、无线通信、雷达、卫星通信等设备的现场调试与安装维护，为用户的外场频谱测试提供比较完善的解决方案。4024CA频谱分析仪面向未来，电科思仪将为我国5G产业发展继续提供智能科技支撑，为我国通信技术和产业发展提供坚强的测试保障。