信息通信測試儀器儀表產(chǎn)業(yè)技術(shù)白皮書-2023.06月

信息通信測試儀器儀表產(chǎn)業(yè)技術(shù)白皮書中國儀器儀表學會信息通信測試儀器儀表專業(yè)委員會中國移動研究院2023

年

6

月前

言為加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，促進數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟的深度融合，近年來網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國戰(zhàn)略深入實施，信息通信行業(yè)與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展多領(lǐng)域的融合不斷深入。作為推動國家數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的中堅力量，未來幾年信息通信行業(yè)邁入了高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時期。為進一步支撐建立高速泛在、集成互聯(lián)、智能綠色、安全可靠的新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施體系，促進信息通信行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，儀器儀表是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)、先行的先行。作為技術(shù)和標準驗證的雙載體，信息通信測試儀器儀表在科學技術(shù)研究、標準創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、商用驗證、計量認證等全產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)中廣泛使用，是信息通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)演進和落地的實體標準。尤其是高端儀器儀表，更是一個國家科技水平的綜合體現(xiàn)。中國移動在聚焦“數(shù)智化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)量發(fā)展”主線，構(gòu)建以

5G、算力網(wǎng)絡、智慧中臺為重點的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的過程中，一方面需要依托儀器儀表在多技術(shù)、多廠商、多網(wǎng)絡疊加的常態(tài)中保障網(wǎng)絡和產(chǎn)品業(yè)務的質(zhì)量；另一方面，為了更好支撐移動通信、算力網(wǎng)絡以及應用安全等領(lǐng)域的新標準、新技術(shù)、新產(chǎn)品，也需要同步推動儀器儀表及相應測試測量技術(shù)的發(fā)展和應用。本白皮書將面向信息通信關(guān)鍵領(lǐng)域的儀器儀表和測試測量技術(shù)進行分析，并希望聯(lián)合合作伙伴共同推進信息通信測試儀器儀表的生態(tài)建設(shè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)需求與儀器儀表的精準對接，從而推動信息通信產(chǎn)業(yè)和儀器儀表的協(xié)調(diào)發(fā)展、同頻共振。本白皮書的版權(quán)歸中國儀器儀表學會信息通信測試儀器儀表專業(yè)委員會、中國移動研究院所有，未經(jīng)授權(quán)，任何單位或個人不得復制或拷貝本白皮書內(nèi)容。目

錄第一章

國內(nèi)信息通信測試儀器儀表發(fā)展趨勢...................................................1儀器儀表是信息通信行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要保障........................................

1信息通信測試儀器儀表的產(chǎn)業(yè)發(fā)展................................................................

1信息通信測試儀器儀表的技術(shù)趨勢................................................................

2第二章

信息通信測試儀器儀表專題分析...........................................................4移動通信領(lǐng)域....................................................................................................

4移動通信技術(shù)發(fā)展及測試需求....................................................................4移動通信測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)................................................6算力網(wǎng)絡領(lǐng)域..................................................................................................

10承載網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展及測試需求..................................................................10承載網(wǎng)絡測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)..............................................13應用及安全領(lǐng)域..............................................................................................

16應用及安全技術(shù)發(fā)展及測試需求..............................................................16應用及安全測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)..........................................17基礎(chǔ)測量領(lǐng)域..................................................................................................

19示波器需求分析及技術(shù)發(fā)展......................................................................19頻率測量儀器需求分析及技術(shù)發(fā)展..........................................................21第三章

展望和倡議.............................................................................................23聯(lián)合編寫單位及作者...........................................................................................24第一章

國內(nèi)信息通信測試儀器儀表發(fā)展趨勢儀器儀表是信息通信行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要保障信息通信測試儀器儀表（下文簡稱為“儀器儀表”）是信息化和工業(yè)化深度融合的源頭，是支撐信息通信產(chǎn)業(yè)和技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展的重“器”。儀器儀表作為網(wǎng)絡業(yè)務及產(chǎn)品質(zhì)量保證的關(guān)鍵要素，廣泛應用于技術(shù)研究、設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)制造、認證計量、現(xiàn)網(wǎng)維護及優(yōu)化等全行業(yè)場景，貫穿產(chǎn)品技術(shù)商用的全生命周期。儀器儀表是典型的“專精特新”產(chǎn)品，其以電子技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了電子測量、射頻微波、數(shù)字信號處理、計算機、軟件、通信協(xié)議、人工智能等多學科、多領(lǐng)域的先進技術(shù)，由高性能電子元器件構(gòu)成，具有“高科技、高性能、高價值”的特征。同時，其作為技術(shù)和標準驗證的雙載體，雖然自身工業(yè)總產(chǎn)值占比僅

4%，但對行業(yè)經(jīng)濟的影響達

66%，具有獨特的產(chǎn)業(yè)話語權(quán)和技術(shù)影響力。儀器儀表泰斗、中國科學院、中國工程院院士王大珩曾精辟地總結(jié)儀器儀表是“科學研究的先行官、工業(yè)生產(chǎn)的倍增器、軍事上的戰(zhàn)斗力、生活上的物化法官”。離開信息通信儀器儀表，一切信息技術(shù)創(chuàng)新及網(wǎng)絡產(chǎn)品質(zhì)量都無從談起。信息通信測試儀器儀表的產(chǎn)業(yè)發(fā)展從市場上看，全球電子測量儀器儀表行業(yè)

2021

年市場規(guī)模約為

140.3

億美元，預計

2025

年將以

4.7%的年復合增長率增長至

172.38

億美元。而儀器儀表是我國除集成電路、汽車外的第三大工業(yè)進口商品，我國電子測量儀器儀表市場規(guī)模約占全球總市場規(guī)模的三分之一，期間

CAGR

高達

11.5%，成為全球電子測試1儀器儀表主要生產(chǎn)和消費市場之一，其中信息通信測試儀器儀表占比超過

60%，覆蓋了我國通信、IT、半導體、工業(yè)電子、智能駕駛等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。從技術(shù)上看，儀器儀表作為測試計量工作的標尺，產(chǎn)品本身的性能指標要求遠高于設(shè)備。當前信息通信行業(yè)新協(xié)議、新技術(shù)層出不窮，更高帶寬、海量連接、高可靠、低時延等網(wǎng)絡能力的演進將帶來更加復雜多變的網(wǎng)絡環(huán)境，給測試測量技術(shù)提出了許多新的需求和挑戰(zhàn)。作為先行者，儀器儀表須跟隨著技術(shù)發(fā)展同步謀劃和預研，測試設(shè)計將更復雜，其整體研發(fā)周期也更長，技術(shù)門檻極高。在國內(nèi)外同行的共同努力下，我國信息通信測試儀器儀表及測量體系已經(jīng)初步建立。隨著

5G/6G

時代的到來，在更高頻率、更寬帶寬和更優(yōu)性能的要求下，儀器儀表尤其是高端儀器儀表跟隨著信息通信技術(shù)升級迭代，逐步融入千行百業(yè)，不斷拓展新的應用場景，行業(yè)價值將顯著提升，產(chǎn)業(yè)邊際擴張明顯。信息通信測試儀器儀表的技術(shù)趨勢

高性能對于單體儀器儀表，電子元器件水平的提高推動測試儀器性能特性大幅提升，關(guān)鍵核心部件的小型化推動測試儀器儀表的高度集成化。特別是高速

A/D、D/A變換器、DSP

和

FPGA

等大規(guī)模集成電路性能提高，測量電路數(shù)字化前移，未來信息通信測試儀器儀表將在分辨率、精度、量程、采樣頻率等方面進一步突破，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)測量性能。超高速數(shù)據(jù)采集、超高精度測量以及超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理成為儀器儀表性能發(fā)展的主要方向。

網(wǎng)絡化隨著算力網(wǎng)絡、6G、空天地一體化等技術(shù)的提出與構(gòu)建，在線的、復雜網(wǎng)絡2現(xiàn)場條件下的測試測量需求將迅速增長。未來的測試體系將打破本地環(huán)境、單一網(wǎng)絡的格局，將云計算、邊緣計算等技術(shù)框架應用到虛擬儀器和網(wǎng)絡儀器上，形成更通用靈活的測試儀器儀表組網(wǎng)，實現(xiàn)多元、異構(gòu)、協(xié)同的一體化大規(guī)模測試系統(tǒng)。同時，如何構(gòu)建網(wǎng)絡化測量方法理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)，以服務未來各類空間測量的需求，也將成為研究的熱點。

智能化隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和普及，其在測試測量系統(tǒng)中的應用將帶來顛覆性的改變。技術(shù)層面，神經(jīng)網(wǎng)絡、機器學習等智能算法的創(chuàng)新將使得儀器儀表測量從傳統(tǒng)的自動化升級到具有場景感知和自適應能力。工程層面，人工智能芯片的應用使得智能化測量的高效實現(xiàn)成為可能，通過優(yōu)化測量算法、提升核心算力以及

AI

能力來增強儀器儀表控制面、數(shù)據(jù)面的處理水平和統(tǒng)計分析能力。

多元融合眾多相關(guān)學科緊密交叉融合，越來越成為現(xiàn)代儀器技術(shù)，特別是高端儀器技術(shù)發(fā)展的趨勢。一方面，儀器科學與技術(shù)的發(fā)展借助于當前集成電路、通信、IT等新技術(shù)，儀器儀表的測量能力不斷提升。另一方面，相關(guān)學科發(fā)展過程中遇到的難題與需求也為發(fā)明新原理的儀器儀表提供了機遇。隨著

5G、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等業(yè)務的提速，儀器儀表的技術(shù)要求和應用范圍也駛?cè)肓硕鄬W科、多領(lǐng)域融合發(fā)展的快車道。儀器儀表在集成支持不同協(xié)議和網(wǎng)絡仿真的基礎(chǔ)上，必須要與實際應用緊密結(jié)合，進一步提升數(shù)字化水平，形成通用與專用融合、硬件與軟件融合的測試儀器儀表測量生態(tài)，以滿足下游不同場景的測試需求。3第二章

信息通信測試儀器儀表專題分析移動通信領(lǐng)域移動通信技術(shù)發(fā)展及測試需求縱觀移動通信的發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)通信技術(shù)約以

10

年為一代向前演進。衡量通信制式重要因素之一的速率，從

GSM

的百

kbps、WCDMA

的十幾兆，到

LTE的幾百兆，再到如今的

5G

的

Gbps

以上。移動通信速率極大提升的背后是技術(shù)的演進，更高的頻率，更大的帶寬，高階的調(diào)制方式，MIMO

多天線技術(shù)等，而網(wǎng)絡架構(gòu)和信令流程也在這個過程中不斷優(yōu)化和發(fā)展。隨著

5G

網(wǎng)絡的建設(shè)和普及，6G

已經(jīng)提上日程。6G

的目標網(wǎng)絡性能有了極大的提高：峰值傳輸速率將達到

1Tbps，室內(nèi)定位精度

10

厘米，室外

1

米，時延小于

0.1ms，可靠性達到

99.99999%，連接密度每立方米萬級以上等。為達到預期網(wǎng)絡性能，6G

需要全新的技術(shù)引入，例如超大規(guī)模

MIMO、太赫茲、智能超表面、空天地一體化等。同時，通信技術(shù)的演進也對測試測量技術(shù)和儀器儀表提出了極大的挑戰(zhàn)。

超大規(guī)模

MIMO被廣泛認為是

6G

潛在關(guān)鍵技術(shù)之一，這項技術(shù)充分利用空間多樣性來改善系統(tǒng)的容量、能源效率和頻譜效率。考慮到

6G

信道數(shù)量必不可少的大量增長以及可能的高波段使用，超大規(guī)模MIMO

測試測量方法需要在射頻通道數(shù)、基帶處理、測試時間和成本之間找到一4個合理的平衡點，比如使用

OTA

測試來代替電纜的傳導測試。而

OTA

需要測試設(shè)備結(jié)合暗室來進行，這對暗室的尺寸是非常大的考驗。如想使用遠場定義范圍內(nèi)的暗室，暗室尺寸會變的非常巨大，導致測試成本急劇增加。為此，可能需要考慮更現(xiàn)實可行的方案，比如緊縮場天線測試技術(shù)。

太赫茲通信太赫茲是指頻譜在

0.1～10THz

之間的電磁波，是一種介于微波與光波之間的全新頻段。太赫茲通信頻譜資源豐富、傳輸速率高（Tbps

級），是未來移動通信中可能采用的優(yōu)勢型寬帶無線接入通信技術(shù)。此外，太赫茲通信還具波束窄、方向性好、抗干擾能力強、穿透性強、能量效率高等特點?？紤]到太赫茲通信系統(tǒng)

Tbps

量級的傳輸速率，將對高速率、大帶寬信號的測量帶來極限挑戰(zhàn)。此外，為了實現(xiàn)信道表征與度量，還需針對太赫茲通信不同場景進行信道測量與建模，建立精確實用化的信道模型，這也對信道探測與仿真提出了新的要求。

可見光通信可見光通信指利用

400-800THz

頻譜的高速通信方式，具有免授權(quán)、高保密、綠色輻射等特點，適合于室內(nèi)場景、空間通信、水下通信等特殊場景以及醫(yī)院、加油站等電磁敏感場景。

智能超表面智能超表面采用可編程超材料，通過主動智能調(diào)控，形成幅相、極化可控的電磁場，實現(xiàn)對無線傳播環(huán)境的主動控制。超表面材料物理模型與設(shè)計如何有效評估、信道狀態(tài)信息如何獲取及探測、波束賦形如何精確刻畫、AI

使能設(shè)計如何更加有效，這些參數(shù)性能都需要新的5測量方法及儀器支撐。

空天地一體化空天地一體化網(wǎng)絡主要包括不同軌道衛(wèi)星構(gòu)成的天基、各類空中飛行器構(gòu)成的空基以及衛(wèi)星地面站和傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡構(gòu)成的地基三部分，是天基、空基、陸基網(wǎng)絡的深度融合，需構(gòu)建統(tǒng)一終端、統(tǒng)一空口協(xié)議和組網(wǎng)協(xié)議的服務化網(wǎng)絡架構(gòu)，滿足天基、空基、陸基等各類用戶隨時隨地的接入與應用。星地一體融合組網(wǎng)后所需的測試體系需要將衛(wèi)星通信與移動通信兩個領(lǐng)域的測試測量需求融合，測試的對象涉及移動通信設(shè)備、衛(wèi)星設(shè)備、終端芯片。同時，網(wǎng)絡化的空間測量需求將逐步凸顯，未來需要在有限的物理資源和多種網(wǎng)絡空間協(xié)同下構(gòu)建有效的評估網(wǎng)絡及設(shè)備性能的儀器儀表及測試體系。移動通信測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)移動通信測試儀器儀表涉及四個領(lǐng)域，終端領(lǐng)域、網(wǎng)優(yōu)領(lǐng)域、無線接入網(wǎng)領(lǐng)域及核心網(wǎng)領(lǐng)域，主要測試儀器儀表包括綜測儀、路測軟件、掃頻儀、信道模擬器、矢量網(wǎng)絡分析儀、頻譜分析儀、信號源、終端模擬器、核心網(wǎng)協(xié)議性能測試儀等。終端領(lǐng)域網(wǎng)優(yōu)領(lǐng)域無線接入領(lǐng)域核心網(wǎng)領(lǐng)域矢量網(wǎng)絡分頻譜分析儀信號綜測儀路測軟件掃頻儀終端模擬器核心網(wǎng)性能測試信道模擬圖

1

移動通信測試儀器儀表圖譜6未來

5G-A

乃至

6G

網(wǎng)絡性能的突破和技術(shù)的發(fā)展，對測試儀器儀表也提出了更高的要求：

高頻率在

4G

之前，通信頻段主要集中在

6GHz

以內(nèi)，這也是目前射頻類儀器主要覆蓋的頻段。隨著通信頻率的提高，尤其是到了毫米波、太赫茲頻段，甚至可見光，傳統(tǒng)的儀器無法連續(xù)覆蓋

6GHz

到

10THz

頻段及可見光，只能采用變頻的方式間接測量。儀器需要配合特殊的毫米波或太赫茲前端才能滿足測量需求。這導致了測試已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一設(shè)備演變?yōu)榱藴y試系統(tǒng)，對測量準確度和成本均需要重新考慮。另外，高頻率還會帶來的測試效率下降、功率誤差惡化等問題需要解決。以頻譜分析儀為例，一般在

4G

以上的頻段設(shè)計中會引入電調(diào)濾波器，其幅度誤差相對于低頻段大幅增加，且存在磁滯效應，從而導致測量速度明顯變慢。

大帶寬帶寬的增加給儀器儀表帶來的挑戰(zhàn)可能更大。4G

之前，通信帶寬一般在100MHz

以內(nèi)，5G

的通信帶寬增加到

400MHz

以上，毫米波的帶寬增加到

20GHz以上，而

6G

由于引入太赫茲及可見光，通訊帶寬達到了

1THz

以上。由于射頻器件的性能影響，大帶寬直接帶來了鏈路平坦度的惡化，影響到通信信號的

EVM（誤差矢量幅度），進而惡化了通信系統(tǒng)的峰值流量。而儀器內(nèi)部的平坦度惡化也會產(chǎn)生同樣的問題，影響對通信信號的指標測試。以信號源為例，輸出

2GHz帶寬的毫米波頻段調(diào)制信號，要保證信號的調(diào)制質(zhì)量，對其射頻鏈路的平坦度，放大器的非線性，頻綜的相位噪聲要求極高，這對儀器的性能、校準算法提出了巨大的挑戰(zhàn)。

超大規(guī)模

MIMO

測試7引入超大規(guī)模

MIMO

和波束賦形技術(shù)后，對于

5G

的實驗室測試和外場測試都帶來巨大挑戰(zhàn)。5G

的實驗室測試主要采用

OTA

測試方法，這確實利于對設(shè)備整體的性能進行評估，但同時

OTA

測試也帶來了一些問題：首先，基站的發(fā)射功率、天線

BF增益、靈敏度等各項射頻指標互相影響，難以單獨評估，如何更好的覆蓋產(chǎn)品的各個部分以及生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為儀器廠商重要的研究課題。其次，頻段的空間損耗和波動程度遠大于有線損耗，這會影響測試系統(tǒng)的動態(tài)范圍，從而影響到測量精度，尤其是到了毫米波、太赫茲頻段，空間損耗將繼續(xù)增加，對測試工作提出了更大的挑戰(zhàn)。再次，MU-MIMO

的多用戶性能測試，需要模擬用戶在空間位置分布，特別是用戶的相對移動，給

OTA

轉(zhuǎn)臺和探頭設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。最后，不同廠家的暗室和測試儀器之間的匹配也是一個全新的問題，有些儀器廠商已經(jīng)提出了整套解決方案來應對。5G

的外場測試挑戰(zhàn)是，如何滿足外場快速準確的評估

Massive

MIMO

水平和垂直方向性能的需求，如何滿足外場快速準確的評估

Massive

MIMO

室外對室內(nèi)覆蓋以及各種遮擋環(huán)境損耗的需求。為了解決這些問題，需要借助無人機進行測試，通過無人機搭載測試儀表完成水平和垂直方向的性能測試，使用可調(diào)衰減矩陣對于各種環(huán)境損耗的模擬，通過地面控制系統(tǒng)完成對無人機路線、儀表、信號衰減矩陣的一體化控制。另外，超大規(guī)模

MIMO

測試需要真正的多端口儀表，例如多端口矢量網(wǎng)絡分析儀。多端口矢量網(wǎng)絡分析儀能夠同時測試多端口的

S

參數(shù)，有效減少了測量時間；同時，每個測試端口都配備獨立的源、參考接收機和測量接收機，可并行測試多個被測件，提高測試效率。多端口儀表的主要挑戰(zhàn)包括大規(guī)模多端口幅相8一致性的快速校準、多通道間的串擾抑制以及并行多路信號實時同步的處理等。

多制式支持不同網(wǎng)絡制式的兼容性不單對網(wǎng)絡和終端非常重要，未來對測試儀器儀表的要求也會越來越高。過去儀器儀表廠商只能提供滿足某幾種標準的測試儀表,

而5G/6G

測試儀器儀表的發(fā)展趨勢是要兼容滿足所有異構(gòu)網(wǎng)絡標準的測試需求。

超大規(guī)模連接仿真下一代移動通信技術(shù)如使用太赫茲以上的頻譜，將可提供高達萬/m3級的用戶連接密度，將對未來終端模擬器和核心網(wǎng)協(xié)議性能測試儀都提出了更高的協(xié)議性能要求和海量用戶的仿真需求。除此之外，還需要考慮各種業(yè)務模擬和業(yè)務質(zhì)量的評估算法，由于

ToB、ToC

場景下不同業(yè)務有差異化

SLA（Service-Levelagreement）需求，終端、無線接入、核心網(wǎng)的測試儀表都需要有靈活的業(yè)務模擬能力和對業(yè)務質(zhì)量進行客觀評價的能力。未來這類測試儀器儀表需要在提供超大規(guī)模連接仿真的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)海量信令流程的實時處理及豐富的業(yè)務模擬。這就要求具有宏大的儀器資源規(guī)模，能賦予用戶前所未有的測量、分析、處理及存儲能力。

無線信道仿真除高頻率、大帶寬、超大規(guī)模

MIMO

帶來復雜的信道仿真硬能力需求外，空天地一體化、智能超表面等技術(shù)的引入，使得無線信號的傳播距離、相對速度、傳播路徑等發(fā)生巨大變化，這就要求信道模型及模擬仿真算法也需要有相應的突破創(chuàng)新。9算力網(wǎng)絡領(lǐng)域算力網(wǎng)絡

CFN（Computing

Force

Network）是中國移動構(gòu)建“連接+算力+能力”的數(shù)字化新引擎。為了實現(xiàn)計算和網(wǎng)絡深度融合發(fā)展，算力網(wǎng)絡體系架構(gòu)從邏輯功能上包括基礎(chǔ)設(shè)施層、編排管理層和運營服務層，其中基礎(chǔ)設(shè)施層是以無所不在的網(wǎng)絡連接為基礎(chǔ)，利用統(tǒng)一的承載算網(wǎng)技術(shù)和全光高速互聯(lián)等技術(shù)互聯(lián)高度分布式的算力節(jié)點，通過算網(wǎng)全域的協(xié)同感知、算力路由、動態(tài)調(diào)度等實現(xiàn)云、邊、端多級泛在“算力”自由流動，打造兼顧硬件的性能與功耗，資源的負載均衡，集約化、綠色化的新型泛在一體化算力網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施。本章節(jié)主要探討算力網(wǎng)絡中承載網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展、測試需求及對儀器儀表的挑戰(zhàn)。承載網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展及測試需求未來是萬物互聯(lián)、萬物智聯(lián)和萬智互聯(lián)的數(shù)字世界，萬物皆有

IP

地址，無處不在的智能

IP

聯(lián)接，“向下”不斷向網(wǎng)絡末端延伸，物聯(lián)終端、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、衛(wèi)星通訊都要以

IP

作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡協(xié)議接入互聯(lián)網(wǎng)；“向上”構(gòu)筑智能云網(wǎng)推動萬物入云，暢聯(lián)海量數(shù)據(jù)，將泛在算力輸送給千行百業(yè)，提供數(shù)字動能。圖

2

承載網(wǎng)絡技術(shù)演進趨勢10隨著業(yè)務需求的多元化、網(wǎng)絡的融合與泛在化，寬帶戰(zhàn)略的深入推進以及5G

規(guī)模建設(shè)，數(shù)據(jù)通信流量呈幾何級增長，未來承載網(wǎng)絡技術(shù)呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢，同時也對測試測量技術(shù)和儀器儀表提出了更高的要求。

超大帶寬未來，隨著

5G/6G

技術(shù)以及新型數(shù)據(jù)中心業(yè)務的發(fā)展，網(wǎng)絡流量將保持每年

25%的增長速度，網(wǎng)絡帶寬實現(xiàn)

3

年翻番、10

年超

10

倍增長。海量數(shù)據(jù)傳輸對帶寬的需求目前已經(jīng)達到

100Gbps

級，不遠的將來可達到

Tbps

級。因此寬帶接入、數(shù)據(jù)中心、光通信傳輸都需要支持超高速的承載，以滿足未來應用對超大帶寬的需求。與此同時，網(wǎng)絡承載設(shè)備的端口密度及單端口容量繼續(xù)不斷提升，單端口容量從

100GE

到

400GE

乃至

800GE

成為必選需求。這也對高密度、高性能條件下的

400GE/800GE

測試提出了新的需求，儀器儀表需要支持構(gòu)建搭建上百個高速測試端口的測試床，并具備驗證系統(tǒng)長期穩(wěn)定性、綜合性能以及各類可靠性能力。

IPv6+中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《推進互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動計劃》中明確提出了未來十年我國基于

IPv6

的下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的總體目標、路線圖、時間表和重要任務。IPv6+是面向

5G

和云時代的智能

IP

網(wǎng)絡，可以滿足

5G

承載和算網(wǎng)融合靈活組網(wǎng)、業(yè)務快速開通、簡化網(wǎng)絡運維、優(yōu)化用戶體驗按需服務、差異化保障等承載需求。伴隨著

IPv6+的推進，承載網(wǎng)絡測試儀器儀表需要支持包括

SRv6/G-SRv6、網(wǎng)絡切片、隨流檢測、新型組播和應用

感

知

網(wǎng)

絡

等

協(xié)

議

在

內(nèi)

的

新

協(xié)

議

特

性

、

網(wǎng)

絡

場

景

仿

真

、

流

量

仿

真

、L3VPNv4/v6&EVPN

Over

SRv6/G-SRv6

等各類業(yè)務仿真及

TI-LFA

等可靠性驗證。11同時，由于

SDN

技術(shù)的應用及網(wǎng)絡智能化的發(fā)展，承載網(wǎng)絡測試技術(shù)仍要進一步支持網(wǎng)絡控制節(jié)點的仿真，并朝著面向應用場景、算法編排、業(yè)務感知的方向演進，以滿足未來更多現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)絡運維、業(yè)務編排等新興場景的測試需求。

確定性為克服傳統(tǒng)

IP

網(wǎng)絡“盡力而為”的局限性，面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源、生產(chǎn)制造、車聯(lián)網(wǎng)等對網(wǎng)絡低時延、可靠性和穩(wěn)定性要求極高的垂直行業(yè)業(yè)務的發(fā)展需求，確定性網(wǎng)絡被越來越多的提出和研究。而

TSN（時間敏感網(wǎng)絡）是一組基于以太網(wǎng)的新一代網(wǎng)絡標準，具備精準的流量調(diào)度能力，可以保證多種業(yè)務流量共同高質(zhì)量傳輸，兼具技術(shù)及成本優(yōu)勢，被視為在音視頻傳輸、工業(yè)、移動承載、車聯(lián)網(wǎng)等多個業(yè)務場景成為下一代承載的重要技術(shù)。TSN

技術(shù)的測試重點包括協(xié)議一致性測試和端到端網(wǎng)絡質(zhì)量確定性測試。協(xié)議一致性主要包括

IEEE802.1Qbv

時間分片調(diào)度、IEEE802.1Qbu

報文搶占、IEEE802.1Qci

流量過濾與監(jiān)管、IEEE802.1Qcc

流預約協(xié)議增強和性能改進、IEEE802.1CB

冗余數(shù)據(jù)傳輸、IEEE802.1Qav

CBS

整形等。端到端網(wǎng)絡質(zhì)量確定性測試主要包括丟包確定性、時延確定性、時間確定性及時序確定性。

超融合在新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部通用計算、存儲和高性能計算資源，服務器間的所有數(shù)據(jù)交互都要通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)。當前數(shù)據(jù)中心的計算和存儲技術(shù)都在發(fā)生重大變革，驅(qū)動數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡從原來的

IP、InfiniBand、FiberChannel

三網(wǎng)并存、獨立部署向全

IP

化演進，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)已無法滿足高性能計算和存儲業(yè)務的需求。構(gòu)建新型以太無損網(wǎng)絡，使通用計算、存儲、智算三大類業(yè)務均能融合部署，實現(xiàn)全生命周期管理和智能運維，正在逐步成為現(xiàn)實。12以太無損網(wǎng)絡測試技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的測試技術(shù)，對儀器儀表提出了三方面的需求：一是通用性仿真要求。儀器儀表要能夠?qū)?/p>

RoCEv2

相關(guān)協(xié)議、FPC/ECN

等功能、DCQCN

流控等算法進行標準的、全面的仿真；具備常見

RDMA存儲、計算類應用的仿真能力；支持基于自定義任務（JOB）的應用仿真能力，能對集合通信場景各類應用和參數(shù)組合進行網(wǎng)絡流量模型的仿真。二是高性能要求。儀器儀表需要具備

10K

級大會話、T

比特高吞吐流量發(fā)生能力；多種業(yè)務、大數(shù)量、多流向的混合流量構(gòu)造能力；毫秒級高性能的流控處理速度和統(tǒng)計能力；微秒級微突發(fā)流量收發(fā)能力等特點。三是穩(wěn)定、精確的測試控制要求。越來越高的網(wǎng)絡性能測試需要儀器儀表要能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確的測試執(zhí)行和管理，保證測試的可重復性和穩(wěn)定性。承載網(wǎng)絡測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)與超大帶寬、IPv6+、確定性網(wǎng)絡、超融合等承載網(wǎng)絡技術(shù)應用場景相伴而生的是不斷更新的測試需求，這些測試需求對未來承載網(wǎng)絡測試儀器儀表提出了明確的技術(shù)研發(fā)方向，包括高速光電相關(guān)測試儀器、數(shù)通網(wǎng)絡測試儀、時鐘同步測試儀等。圖

3

承載網(wǎng)絡測試儀器儀表體系13

大容量對于高速光電測試儀器，光電信號指標的測量能力都有了更高的要求。對于高速電接口測試，需要配置高帶寬的任意波發(fā)生器、能夠模擬

host

側(cè)走線插損對信號的影響的示波器，同時配置標準的均衡器以及可靠性的時鐘恢復模塊。對于高速光接口測試，400G

PAM4

光眼圖測試新增加了

TDECQ

指標，并使用

SSPRQ測試碼型，同時根據(jù)

IEEE802.3

標準要求，TDECQ

測試要求光采樣示波器增加均衡（Equalizer）處理，這也增加了對測試儀器儀表的復雜度。除了器件的發(fā)送端的信號參數(shù)以外，為了驗證接收機的性能，還需要對接收端的容限及誤碼率進行測試，這就需要儀器儀表具備足夠的參數(shù)調(diào)整能力，支持產(chǎn)生特定碼型的

NRZ

或

PAM4

信號、模擬發(fā)送端的預加重、注入不同的正弦抖動以及隨機抖動、模擬通道損耗、模擬相鄰通道造成的串擾，以及對一致性測試點處的信號進行校準和修正等。對高性能數(shù)通網(wǎng)絡測試儀，不僅需要具備較高密度的

400GE

以上大容量以太網(wǎng)速率測試接口，更對儀表端口流表的發(fā)送和跟蹤數(shù)量提出了新的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)容量方面，要求儀器儀表至少支持

50-100

個

400GE

端口全線速流量發(fā)送，符合

IEEE

對以太網(wǎng)速率+/-100ppm

的容限要求并可調(diào)；在控制平面和數(shù)據(jù)平面結(jié)合的綜合測試要求上，測試接口至少應能夠具備

2M

以上的表項測試能力、32K以上的獨立流變化能力以及

200

條以上不同類型的業(yè)務編輯能力。

高精度TSN、以太無損網(wǎng)絡等高性能網(wǎng)絡測試的特定要求，對時鐘同步測試儀和數(shù)通網(wǎng)絡測試儀的精度提出了更高的要求。一是高精度時鐘。高精度時鐘是高性能測試的基石。有了高精度的時鐘，才14能進行更精確的流量調(diào)度以及更精確的結(jié)果統(tǒng)計。這些對測試儀器儀表提出了納秒級高精度時鐘同步要求。二是高精度調(diào)度。近些年對實際業(yè)務流量的采樣研究中發(fā)現(xiàn)，很多高性能業(yè)務中往往存在百微秒量級的流量突發(fā)，這種微突發(fā)對設(shè)備提出了很高的考驗。為仿真這類業(yè)務流量，要求測試儀器儀表至少能實現(xiàn)微秒級的流量調(diào)度和控制。三是高精度統(tǒng)計呈現(xiàn)。傳統(tǒng)的秒級流量統(tǒng)計無法監(jiān)測實際流量的細節(jié)變化，因此需要至少毫秒級的高精度結(jié)果采樣和呈現(xiàn)，才能幫助用戶掌握測試流量和業(yè)務的真實情況。

智能仿真隨著

IPv6+等新技術(shù)交付速度不斷提升，技術(shù)邊成熟邊部署將成為常態(tài)。新技術(shù)方案的實驗室驗證受到組網(wǎng)規(guī)模小和測試環(huán)境的局限，測試往往不夠充分，會給網(wǎng)絡質(zhì)量帶來一定風險。另一方面，算網(wǎng)編排等網(wǎng)絡智能化技術(shù)的發(fā)展帶來意圖驗證、方案變更驗證等新測試需求，也需要一個智能仿真測試系統(tǒng)來支撐。智能仿真測試系統(tǒng)將以儀器儀表為基礎(chǔ)，在測試技術(shù)提供兩大能力：一是場景仿真能力。采用端到端的仿真技術(shù)和場景化的測試環(huán)境是解決技術(shù)前移驗證的最佳方式。通過構(gòu)建端到端的仿真網(wǎng)絡環(huán)境，并整合儀表的不同特性，比如時間、位置、網(wǎng)絡質(zhì)量等因素，高度還原和精確模擬現(xiàn)網(wǎng)真實拓撲和網(wǎng)絡質(zhì)量，提供真實業(yè)務規(guī)模、真實業(yè)務流量模型、真實網(wǎng)絡損傷和定制化的測試服務。場景仿真能力是網(wǎng)絡孿生技術(shù)在測試技術(shù)上的探索和應用，這對儀器儀表的協(xié)同能力、仿真拓撲構(gòu)建能力提出了新的要求。儀器儀表需要支持端到端網(wǎng)絡上諸多網(wǎng)元以及算力業(yè)務的仿真能力，并能夠向上提供仿真參數(shù)特性的一致性

API

接口。二是智能測試能力。智能測試能力集成場景管理和測試編排。它一方面提供15了上層的人機交互及下層儀器及設(shè)備管理，提供仿真拓撲編排及網(wǎng)絡場景庫設(shè)計能力；另一方面集成了端到端網(wǎng)絡場景和實踐，能進行基于意圖的高風險問題智能測試推薦，儀表要面向被測設(shè)備和網(wǎng)絡控制面和數(shù)據(jù)面產(chǎn)生聯(lián)動，實現(xiàn)網(wǎng)絡測試的智能編排和生成，比如復雜路徑倒換、鏈路保護、節(jié)點保護、業(yè)務遷移等。應用及安全領(lǐng)域應用及安全技術(shù)發(fā)展及測試需求當前，在

5G、物聯(lián)網(wǎng)、新型數(shù)據(jù)中心等新基建的建設(shè)、業(yè)務廣泛云化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中，網(wǎng)絡的虛擬化、協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)化、網(wǎng)絡能力的開放化引入了新的安全風險和測試需求。相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡安全，一方面，安全威脅面在不斷增加和擴大。當前，多云、混合云部署成為常態(tài)，算力設(shè)施資源從傳統(tǒng)物理設(shè)備向虛擬化、容器化演進，各類網(wǎng)絡及業(yè)務訪問更加多元化，傳統(tǒng)安全邊界在逐步消失。另一方面，網(wǎng)絡攻擊手段和技術(shù)不斷升級。地緣政治摩擦、全球貿(mào)易爭端以及日漸激烈的市場環(huán)境，攻擊手段和技術(shù)越來專業(yè)化和“國家化”，當下如供應鏈攻擊、勒索病毒、APT

等威脅事件日益增多且危害深遠。與此同時，網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施可信、安全、合規(guī)的要求越來越高，網(wǎng)絡安全技術(shù)也隨之不斷更新發(fā)展，呈現(xiàn)出創(chuàng)新活躍的態(tài)勢。近年來市場上各類安全產(chǎn)品供應商涌現(xiàn)，安全產(chǎn)品種類激增，但是相應的各類安全產(chǎn)品和技術(shù)能力卻參差不齊；另一方面這些產(chǎn)品彼此孤立、松散組合，使得網(wǎng)絡安全建設(shè)愈加復雜，并帶來了諸多安全隱患，這些都為安全評測帶來新的課題，也必將推動應用安全測試技術(shù)16和相關(guān)儀器儀表向前發(fā)展。

新技術(shù)評測以

XDR、零信任、人工智能、量子技術(shù)等為代表的新興網(wǎng)絡安全技術(shù)在當前安全發(fā)展形勢下成為業(yè)界研究的熱點，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品逐漸部署實施，亟需有效測試方法和工具進行驗證。當前業(yè)界普遍采用的基于測試儀器儀表或知名第三方工具的靜態(tài)測試方法，僅針對已知攻擊報文或威脅特征的防御效果進行簡單驗證和識別，對新興安全技術(shù)和產(chǎn)品的評測差之毫厘，失之千里。新興安全產(chǎn)品更加強調(diào)對多階段的關(guān)聯(lián)分析、長時間的基線學習、大數(shù)據(jù)的智能研判，以捕捉隱藏較深、潛伏時間較長的高級威脅行為或特征尚未公布的未知攻擊。儀器儀表如何有效評測新興安全技術(shù)和產(chǎn)品，也需要向高仿真、大數(shù)據(jù)、人工智能方向發(fā)展。

多維多階段安全評測在安全合規(guī)和安全運營的驅(qū)動下，安全產(chǎn)品已大量采購部署，但在現(xiàn)網(wǎng)實戰(zhàn)場景下的防護效果、未來安全建設(shè)的完善方向仍需要通過評測進行反饋。多維度多階段安全評測以現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務模型為背景，疊加多類攻擊手法，以整體安全縱深防御體系為評測目標，從而要求儀器儀表應覆蓋攻擊偵查、投放利用、橫向移動、控制和行動多階段攻擊模擬，同時前一階段真實反饋作為下一階段輸入的依據(jù)。未來安全測試儀表將借助

MITRE

ATT&CK

和入侵模擬（BAS）熱點技術(shù)，以權(quán)威技戰(zhàn)術(shù)知識圖譜為分析視角，通過自動評測定位防護薄弱點，提供安全加固的指導建議，協(xié)助用戶建立完整的事前、事中、事后安全運營閉環(huán)。應用及安全測試儀器儀表的發(fā)展及測量挑戰(zhàn)未來應用與安全的測試從傳統(tǒng)的單點測試向面向真實行為的系統(tǒng)級、網(wǎng)絡級17測試演進，無論是測試部署方式還是測試內(nèi)容都給測試儀表帶來了較大挑戰(zhàn)。

云測試云測試需要儀表的提供軟件化、更輕量化的鏡像版本。同時，為適應不同云環(huán)境，甚至跨云平臺多點部署，測試儀表軟件需要有更健壯的適配性。為滿足大規(guī)模業(yè)務測試的需求，測試儀表需要有分布式的節(jié)點管理能力，能夠通過統(tǒng)一的平臺對不同位置部署的測試節(jié)點進行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一結(jié)果統(tǒng)計呈現(xiàn)，并且需要具備云端測試節(jié)點和本地物理節(jié)點的協(xié)同能力。

動態(tài)真實對應用及安全測試儀表，其測試的有效性與其對應用和安全攻擊的仿真能力息息相關(guān)?，F(xiàn)網(wǎng)應用愈發(fā)復雜多樣，動態(tài)變化，未來對儀表所支持的應用仿真、數(shù)據(jù)仿真和安全仿真都有更高的真實性要求。應用仿真：儀表需要可靠的真實應用交互仿真能力和海量協(xié)議支持。對于熱點應用場景，可以靈活組合進行疊加測試，甚至可以根據(jù)測試要求進行部分內(nèi)容的定制化。同時隨著萬物互聯(lián)和上云，工控協(xié)議和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議從封閉走向開放，其協(xié)議健壯性和性能測試也給儀器儀表帶來挑戰(zhàn)。另外，《商用密碼管理條例》的實施，也將推動應用和協(xié)議進行更大范圍的安全加密，對加密算法尤其是國密算法的支持、加解密的性能處理能力同樣是應用及安全儀表追蹤完善的重要方面。數(shù)據(jù)仿真：數(shù)據(jù)要素的安全流通，是數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的必然要求，也是國家安全的重要組成部分，大量處于探索和初級階段的數(shù)據(jù)治理方案和產(chǎn)品尚需驗證，儀器儀表應支持對于大規(guī)模個人數(shù)據(jù)、行業(yè)數(shù)據(jù)的自動化生成，同時還應保證語義的邏輯性。安全仿真：攻擊庫的覆蓋度和及時性是安全測試儀表的核心，儀器儀表應確18保覆蓋國內(nèi)外新近流行的高頻高危漏洞攻擊和國內(nèi)攻防常用攻擊工具。隨著系統(tǒng)的更新迭代，相應的漏洞攻擊也應跟蹤更新，同時攻擊的逃逸能力、多階段智能編排也是安全仿真面臨的挑戰(zhàn)?；A(chǔ)測量領(lǐng)域示波器需求分析及技術(shù)發(fā)展示波器的主要功能是顯示電信號的波形，測量其周期、幅度、頻率、相位等參數(shù)。示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶存儲示波器、邏輯示波器、智能示波器、特殊示波器。其中，運用最為廣泛的是通用示波器。作為一種通用測試測量儀器，示波器在信息通信領(lǐng)域的技術(shù)與開發(fā)、科研與生產(chǎn)應用中，發(fā)揮著重要的作用。隨著系統(tǒng)的信號時鐘速度越來越快，應用對示波器的要求也在不斷發(fā)展。除了在性能上要求更高的帶寬、更快的采樣率和更深存儲長度之外，從應用角度來看，示波器正被越來越頻繁地應用于測試復雜信號，包括產(chǎn)品研發(fā)、模擬和數(shù)字電路設(shè)計、通信、汽車電子等領(lǐng)域。集成化發(fā)展促使示波器產(chǎn)品在測試測量領(lǐng)域的市場地位日益受到廠商和行業(yè)用戶的重視。未來隨著示波器各行業(yè)用戶需求的不斷提升及相應性能的不斷完善，示波器在整個測試測量行業(yè)中的重要作用將日益凸顯，同時產(chǎn)品技術(shù)迭代速度也將逐步加快。整體來看，行業(yè)對示波器的需求可以歸類為性能優(yōu)異的射頻前端、高精度數(shù)字采樣系統(tǒng)、高的波形捕獲率、多樣穩(wěn)定的觸發(fā)系統(tǒng)、更大的存儲嘗試、更多的應用及更加易用。具體技術(shù)發(fā)展趨勢如下：

從并行測量發(fā)展到串行測量19過去的嵌入式設(shè)計通常采用并行體系結(jié)構(gòu)，這意味著每個總線組成部分都有各自的路徑。因此，只要可以使用碼型觸發(fā)或狀態(tài)觸發(fā)找出感興趣的事件，就可以直觀地解碼總線上的數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)代嵌入式設(shè)計一般采用串行體系結(jié)構(gòu)，即連續(xù)發(fā)送總線數(shù)據(jù)。這樣做的原因是它需要的電路板空間較小、成本較低，并且采用嵌入時鐘，功率要求也較低。因此，示波器制造商目前提供了各種串行數(shù)據(jù)觸發(fā)功能、搜索特性和協(xié)議觀察程序。

混合信號示波器混合信號示波器（MSO）是一種綜合測試儀器，具有示波器的可用性、邏輯分析儀的測量能力以及某些串行協(xié)議分析功能。在

MSO

的顯示器上，可以查看各種按時間排列的模擬波形和數(shù)字波形。雖然

MSO

未能提供邏輯分析儀所能提供的所有通道（MSO

通常有

2-4

個模擬輸入和大約

16

個數(shù)字輸入），但其用途完全可以彌補這一點。MSO

是針對當前技術(shù)中流行的嵌入混合信號系統(tǒng)而創(chuàng)建的。

示波器正更多地用作自動檢驗工具，而非調(diào)試工具以往，工程師或技術(shù)人員主要把示波器用于調(diào)試和設(shè)計工作，例如診斷有故障的電氣部件?，F(xiàn)在，盡管示波器仍有這方面的作用，但用在自動驗證方面的情況越來越普遍，即檢查設(shè)備是否滿足某個串行數(shù)據(jù)標準的技術(shù)指標要求。在一致性領(lǐng)域中，每個采用某個串行數(shù)據(jù)總線技術(shù)的設(shè)備都必須符合預定的技術(shù)指標，以便確保各家制造商制