物聯(lián)網(wǎng)時代測試測量新趨勢：空口測試、多方案融合與注重安全性

技術(shù)落地，測試先行。展望2019年，5G箭在弦上，自動駕駛將有企業(yè)進(jìn)行商業(yè)化試水，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也不斷深化，新技術(shù)工程化落地帶來新商機(jī)，同時也給工程人員帶來了更大的挑戰(zhàn)。技術(shù)發(fā)展跨過某個門限之后，系統(tǒng)復(fù)雜度幾何級增長，給測試測量帶來的困難度也往往是幾何級增長。以5G為例，2019年將是5G商業(yè)化部署的關(guān)鍵一年，而與過去相比，5G系統(tǒng)對測試測量的要求有了很多變化。

OTA或是5G天線測試的唯一選擇

“在3G與4G時代，可以通過物理鏈路去連接被測試對象，從而完成測量任務(wù)，但是5G不一樣?！痹贜I Days（美國國家儀器（NI）公司每年舉辦的技術(shù)論壇）召開前一天的媒體會上，NI大中華區(qū)市場經(jīng)理劉旭陽向TechSugar等媒體介紹了NI公司對2019年的產(chǎn)業(yè)趨勢展望，他表示，高速率、高容量和低延遲的5G應(yīng)用場景對通信系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了巨大影響。為達(dá)到5G的規(guī)格要求，多用戶多入多出技術(shù)（Multi User Multi Inputs and Multi Outputs，簡稱MU-MIMO）被引入到移動通信中，該技術(shù)允許用戶通過波束成形技術(shù)同時共享相同的頻帶，為每個用戶建立唯一的集中無線連接，這需要多組天線來實(shí)現(xiàn)，而5G規(guī)劃了毫米波頻段，將毫米波技術(shù)應(yīng)用到民用通信中，也需要使用比前幾代蜂窩標(biāo)準(zhǔn)更多的天線元件。

NI大中華區(qū)市場經(jīng)理劉旭陽

簡而言之，天線陣列將成為5G設(shè)備的標(biāo)配，工程師在對將來的5G手機(jī)天線陣列進(jìn)行測量時將遇到困難。為方便放入手機(jī)，天線陣列很可能采用集成天線封裝（AiP）技術(shù)，以將多個天線封裝在一起，利用AiP技術(shù)，可以將天線陣列集成到智能手機(jī)的狹小空間內(nèi)，但天線陣列可能完全封閉，沒有任何可直接接觸的測試點(diǎn)，“5G天線模塊將天線封裝在一起，很難通過物理連接來進(jìn)行測試，這時候需要采用空口測試技術(shù)（Over The Air， 簡稱OTA）來進(jìn)行測試測量。”劉旭陽說道。

因為天線陣列集成在封裝內(nèi)，無法通過導(dǎo)線直接連接陣列元件，OTA測試幾乎是采用AiP封裝天線陣列的唯一選擇。即使測試工程師可以使用傳導(dǎo)測試方法連接各個天線元件，他們也面臨著選擇并行測試（購買更多儀器帶來的資本支出）還是連續(xù)測試（測試時間和吞吐量增加帶來的運(yùn)營成本）的困難。雖然許多技術(shù)問題仍有待解決，但OTA測試提供了將陣列作為一個系統(tǒng)進(jìn)行測試的可能性，與測量一組獨(dú)立元件的方法相比，OTA能提供系統(tǒng)級測試的高效率。

OTA測試設(shè)置示意圖

不過OTA測試目前還不成熟，工程化上面臨很多挑戰(zhàn)。首先，測量精度是一大挑戰(zhàn)。與有線測試不同，在進(jìn)行OTA測量時，測試工程師需要處理天線校準(zhǔn)和精度、連接件公差和信號反射等引起的額外測量不確定性。其次，設(shè)備測試計劃必須納入全新的測量方法，以進(jìn)行消聲室集成、波束特性分析、最佳碼本計算和天線參數(shù)特性分析。第三，隨著射頻帶寬不斷增加，在射頻帶寬上進(jìn)行校準(zhǔn)和測量所需的處理量也會增加，進(jìn)而導(dǎo)致測試時間增加。最后，項目測試總負(fù)責(zé)人必須考慮更多的經(jīng)濟(jì)因素，以在確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時，最大限度地減少對上市時間、資本成本、運(yùn)營成本和占地面積（以適應(yīng)OTA測試暗室的面積）的影響。

劉旭陽表示，要應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，測試團(tuán)隊?wèi)?yīng)考慮高度靈活的軟件定義測試策略和平臺，以確保其測試成本支出能夠跟上這一快速創(chuàng)新周期。

自動駕駛測試強(qiáng)調(diào)融合

如果說5G天線測試方法的特色是創(chuàng)新，那么在自動駕駛領(lǐng)域測試方法的特色就是融合。當(dāng)前自動駕駛方案中，沒有一種傳感器可以包打天下，攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)各有優(yōu)劣，整車廠要實(shí)現(xiàn)較高級別的自動駕駛通常需要在一部車上采用多種傳感器。作為世界上第一款提供L3級別自動駕駛技術(shù)的量產(chǎn)車，2019款奧迪A8就配備了六個攝像頭、五個雷達(dá)設(shè)備、一個激光雷達(dá)設(shè)備和12個超聲波傳感器。

不同傳感器的特色比較

在高級別自動駕駛技術(shù)中，除了使用多傳感器相互配合，還需要強(qiáng)大的處理器來實(shí)時處理傳感器采集到的外部環(huán)境數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)自主駕駛。據(jù)NI介紹，為實(shí)現(xiàn)L5級別自動駕駛，自動駕駛汽車的處理器需要具備比當(dāng)前微處理器高出2000倍的處理能力，這種微處理器的成本，可能很快就比毫米波雷達(dá)傳感器系統(tǒng)中的射頻組件更加昂貴。對傳感器及處理器性能要求的發(fā)展，讓車載系統(tǒng)技術(shù)迭代周期加快，同時，新能源與自動駕駛技術(shù)發(fā)展引入了更多的半導(dǎo)體器件，據(jù)UBS估計，雪佛蘭Bolt電動動力系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件要比同等內(nèi)燃機(jī)汽車多6到10倍。

半導(dǎo)體器件在汽車應(yīng)用中的前景已經(jīng)引發(fā)NVIDIA等非傳統(tǒng)汽車芯片廠商的關(guān)注與投入，NVIDIA改進(jìn)了最初為消費(fèi)電子產(chǎn)品開發(fā)的Tegra平臺，以滿足汽車ADAS應(yīng)用的需求，經(jīng)過多年耕耘，在汽車領(lǐng)域創(chuàng)出一片天地，在不久前舉行的2018年NVIDIA技術(shù)大會中國站（2018 GTC China）上，黃仁勛就宣布，已經(jīng)有超過370家廠商采用NVIDIA的DRIVE平臺做開發(fā)。另外，日本電裝已開始設(shè)計和制造自己的人工智能微處理器以降低成本和能耗，電裝的子公司NSITEXE Inc.計劃在2022年發(fā)布一款數(shù)據(jù)流處理器（DFP），即下一代處理器IP，電裝最近還宣布入股車載半導(dǎo)體大廠英飛凌。車載電子化領(lǐng)域的比賽已然開跑。

“行業(yè)和行業(yè)之間的界限在慢慢消失，不同行業(yè)因為新熱點(diǎn)和趨勢在逐漸地融合，”劉旭陽指出，自動駕駛汽車測試，不僅會涉及到傳統(tǒng)機(jī)械動力總成，還有電池性能、網(wǎng)絡(luò)連接能力、傳感器等測試需求，“不斷有新東西加入到汽車測試平臺中來，所以對測試系統(tǒng)的要求會更加開放和模塊化?！?

物聯(lián)網(wǎng)可借鑒金融行業(yè)安全經(jīng)驗

廣義上看，5G和自動駕駛汽車都是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的一部分。經(jīng)過多年發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)市場已經(jīng)邁過從原型到部署的門檻，應(yīng)用越來越廣泛，也對產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了更多影響。NI在今年NI Days上重點(diǎn)介紹的將是如何將物聯(lián)網(wǎng)的思維與方法應(yīng)用到自動化測試系統(tǒng)中去?！拔锫?lián)網(wǎng)測試管理工具的目的是管理大量的在線檢測裝備，來保證關(guān)鍵資產(chǎn)健康和持續(xù)運(yùn)行。大型自動化測試系統(tǒng)也是一種關(guān)鍵平臺，是否可以用相同的方法來管理自動化測試系統(tǒng)?！眲⑿耜栒f道。

目前許多分布式測試系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)或有效的設(shè)備管理。通常，測試工程師難以跟蹤在任何一臺硬件設(shè)備上運(yùn)行的軟件，或者只知道系統(tǒng)的位置，而無法獲知其性能、使用率和健康狀況。好在大多數(shù)現(xiàn)代測試系統(tǒng)都基于PC或PXI，可以直接連接到企業(yè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在線管理軟件和硬件組件、跟蹤使用情況以及執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)，從而最大限度地提高測試投資的價值。NI亞太區(qū)市場總監(jiān)湯敏就表示，目前測試數(shù)據(jù)只有10%真正被利用，約90%測試數(shù)據(jù)被存在孤島節(jié)點(diǎn)，沒有發(fā)揮作用，如何發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)互連特點(diǎn)，把測試設(shè)備連起來，將是NI在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。

NI亞太區(qū)市場總監(jiān)湯敏

在線設(shè)備接入越多，數(shù)據(jù)管理與維護(hù)就越方便，但也帶來安全性風(fēng)險。臺積電在2018年就爆發(fā)出因為電腦感染病毒導(dǎo)致的某個工廠全線停產(chǎn)的生產(chǎn)事故。

對于物聯(lián)網(wǎng)安全問題，NI市場營銷副總裁 John Pasquarette認(rèn)為是全行業(yè)面臨的考驗，也需要全行業(yè)通力合作去防范安全性風(fēng)險。

NI市場營銷副總裁 John Pasquarette

NI在數(shù)據(jù)傳輸上有很多安全經(jīng)驗的累積，PXI總線作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，在設(shè)計架構(gòu)及更新規(guī)范時就考慮了安全問題。工業(yè)領(lǐng)域的信息安全也可以借鑒其他行業(yè)的成功經(jīng)驗，比如在金融領(lǐng)域就有成熟的安全性規(guī)則，工業(yè)領(lǐng)域可以借鑒金融領(lǐng)域的安全協(xié)議與安全標(biāo)準(zhǔn)，“NI需要做的是保證系統(tǒng)的開放與平臺化，只有這樣，我們才可以不斷借鑒其他的安全標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，迭代更新系統(tǒng)以保證系統(tǒng)在其應(yīng)用時是安全可靠的?！盝ohn Pasquarette總結(jié)道。