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11ac测试难题迎刃而解!
新技术 带来新挑战

【作者: 王岫晨】2014年01月24日 星期五

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近几年来,智慧手机普及,平板装置也大行其道。而这些行动装置集众多无线通讯功能于一身,从2G、3G到4G的LTE技术,其设计趋向也逐渐复杂化。


以传统的手机来看,大不了就是2G的GSM与WiFi等无线技术,然而目前的智慧手机,除了2G、3G技术之外,连LTE、WiFi、MIMO、蓝牙、802.11ac,部分机种甚至还有NFC ,这许多不同的无线通讯技术被整合在同一个行动装置上。


在这样的趋势下,不仅产品的设计难度大幅提高,且为了确保这些通讯技术都能在同一个装置上正常运作,不会互相干扰,使得验证上也增加了许多困难度。


智慧装置走向高整合

在这样的状况下,测试上将会增加多大的挑战呢?若先以10年前WiFi装置的测试来看,就需要用到频谱分析仪、功率电表、讯号产生器等仪器,这些仪器堆叠在一起,不仅需要庞大的空间来摆放仪器,更别提还必须有复杂的缆线来桥接各仪器。


而在新一代的智慧型装置整合了更多复杂的无线技术之后,一开始依然是依循传统的测试方式,例如针对GPS就得使用一台GPS Signal Generator;要测FM,就需要一台FM Signal Generator或Audio Analyzer;若再加上3G、4G、WiFi、NFC等专用测试仪表,这些仪器叠加在一起的体积将十分可观,不仅整个测试设备将十分复杂,连接到DUT待测物的接线也会非常杂乱。


此外,针对不同通讯技术的测试,DUT上的接线也必须要多次的插拔,也因此一旦需测试的项目越多,测试时间也将会越拉越长。这对于目前动辄整合数十项无线通讯技术的智慧装置来说,测试简直成为工程师的一大梦魇。


在这样的智慧装置发展趋势与客户需求状况下,量测厂商也纷纷使出浑身解数,打造新一代的测试工具。标榜能一机抵多机,多功能高性价比测试仪器也在厂商的努力之下,一部接一部问世。


让802.11ac实现高速传输的六大关键技术(资料来源:litepoint.com)

技术

特性描述

1. MIMO技术

这功能允许一个AP同时传输到多个用户端,特别是对于视讯串流要同时传输到多个设备的情况时,这功能非常好用。在802.11ac技术出现以前,资料流从APs都要单独传输到每一台设备,并且要以串列的方式传输,进而限制了对每台设备的有效输送量。

2. 仅在5GHz波段运行

5GHz提供24个非重叠的通道,这意味着更少的干扰源,可以规划设计具有更高容量的网路。

3. 束波成型

为了更好的信号强度,Beam forming可往检测设备方向集中射频能量增强信号,而不是同样地在所有方向传送​​无线信号。

4. 更宽的频道捆绑

80MHz和可选的160MHz,这意味着频段有更高的容量,但是在企业网路,应该保持在40MHz频道,让相邻的AP可以在频谱中被指定在非重叠频道,以便避免干扰。

5. 256QAM正交振幅调变

802.11n只有64QAM,802.11ac比802.11n的正交调幅密度高四倍,当接近AP的10英呎范围内,这个技术提供了更高的传输量。

6. 支援高达8个空间流

支援空间流Spatial streams的数量是802.11n的双倍。


11ac带来的传输优势

放眼目前11ac与LTE这类无线通讯规范,由于导入了MIMO多重输入输出技术,无线频谱可以获得更有效的利用,这使得大频宽又兼具稳定、快速的传输速度成为了可能,也带来了更大的商业价值,例如视讯讯号的传输,正是MIMO技术最适合应用之例。透过MIMO来传输视讯档案,就可以解决传统封包遗失所导致的讯号不流畅问题。


另外,11ac原有定义是操作在5GHz频段,然而传统WiFi装置包括11a/b/g/n等,多半均支援2.4GHz频段,这也产生了相容性方面的问题。为了解决这个问题,推出可同时支援2.4GHz与5GHz的无线方案是最快的方式,这也使得目前许多系统厂商纷纷主打11ac同步双频(Dual-band Concurrent)的解决方案。


此外,过去WiFi最为人所诟病之处,就在于其发散式的讯号传递方式,讯号强度很容易受到距离与屏蔽物所影响,造成收讯不良的问题。现在11ac以束波成形(Beam forming)技术,来达到更强的讯号传递效果。


束波成型技术一改传统向所有方向发送无线讯号的传递方式,针对设备方向集中射频能量增强信号,让讯号传递更稳定与顺畅。


11ac带来的测试挑战

包括MIMO、同步双频与束波成型等技术,都是让11ac可以高速传输讯号的利器,只不过相对也带来了测试上的挑战,这包括两个平行80MHz的讯号撷取、EVM效能与SNR比值等。至于测试计画的拟定,也必须依据RF的零组件来做制订,而非根据规格来增加。


此外,MIMO的多天线测试、11ac同步双频间的干扰问题该如何量测,以及束波成型的验证问题等,都是在未来一两年内,厂商投入11ac设备生产时,将会直接遭遇到的问题。这也都直接考验着测试厂商的解决方案,如何能应对11ac技术难题,协助客户最快速解决相关问题。


简单的说,11ac在测试上,将会有以下的三大需求:


必须支援MIMO

11ac除了频宽的挑战之外,也必须满足MIMO的测试需求。 MIMO测试需要独立抓取及产生11ac装置的信号,因此会使用高达8个空间流及一些强化功能,来改善现有11n的MIMO系统效能。为了准确验证MIMO最高达到8x8天线的传输效能,尤其是在研发环境中,11ac测试设备应支援达8个独立VSA与VSG资源、以及包括支援11ac的MIMO强化。


必须拥有更大的中频频宽

由于频宽增加,成为11ac测试上的新挑战。 11ac不再使用大部分结合向量信号分析器与向量信号产生器于一机(VSA/VSG)的测试仪器,因?它们并没有测试80MHz或160MHz通道所需的120MHz或240MHz中频频宽。因此在选择测试的设备上,应确定仪器能够进行11ac测试。


必须改善EVM值

随着11ac发射器调变准确性的要求提升,测试仪器也需要提升其测试能力。发射器调变准确性是利用误差向量振幅(EVM)来测量,且需要VSA与测试仪器将忽略的失真加到捕捉的信号。 VSA所加的失真也会以EVM方式进行测量。基本上,晶片业者会希望测试仪器的性能比晶片规格至少精确10dB以上。


结语

在测试厂商的努力之下,各种更便利的测试工具纷纷问世,满足了802.11ac从研发端到产线端的测试需求。当然,无线通讯技术的发展并不会就此停住,永远还有下一代新的标准出现。面对不断问世,更强大技术挑战,测试厂商也不会停止研发脚步。还在担心测试问题?量测厂商说:问题交给我就对了!


解决方案

美国国家仪器VSM向量讯号收发器

NI行销经理郭皇志:「我们将功能控制权交还RF工程师手上! 」


图一 : NI向量讯号收发器(VST)
图一 : NI向量讯号收发器(VST)图片来源:ni.com

向量讯号收发器(VST),是结合VSG与VSA的新品种仪器,并搭配FPGA架构来进行即时讯号处理与控制功能。


郭皇志指出,VST除了快速又灵活之外,包括RF接收器、RF传输器,以及使用者可设定功能的FPGA,都能提升VST性能,突破传统应用范畴。 VST透过软体设计,其功能仅受限于使用者的应用需求,而非供应商所决定的仪器功能。


面对802.11ac等RF待测装置越来越复杂,上市难度也与日俱增,VST可将功能控制权交回到RF设计人员与测试工程师手上。


解决方案

安捷伦E6640A EXM无线测试仪

安捷伦行销处资深产品经理徐正平:「让您拥有快速、精准的测试能力!」


图二 : 安捷伦E6640A EXM 无线测试仪
图二 : 安捷伦E6640A EXM 无线测试仪图片来源:agilent.com

安捷伦E6640A EXM无线测试仪拥有突破性的性能指标,最多可进行测试32个蜂窝和无线连接性设备,满足大规模生产测试需求,能使成本降低提高获利。


徐正平认为,产线测试要的是快速与精准,这正是这部仪器的强项。 EXM与最新的蜂窝和WLAN晶片组同步,可加快测试速度。


而且EXM也具备了速度与精度等特性,可实现最高的生产量、更好的信号纯度和准确的测量精度。


解决方案

LitePoint IQxel-M

LitePoint副总裁暨台湾区总经理谢顺富:「快速与创新,就是我们的代名词!」


图三 : LitePoint IQxel-M
图三 : LitePoint IQxel-M图片来源:litepoint.com

LitePoint最新一代的IQxel-M,是一种能在制造环境中测试无线设备的创新仪器。不但能让客户获得二倍的测试速度,而且这样的高速测试能力还能同时进行四台设备的测试。


谢顺富表示,802.11ac设备上市时,必须迅速增加库存以满足客户需求。因此,高处理量成为制造的关键。 IQxel-M拥有数项新的专利创新,包括针对无线标准微调的Packet Engine,能有助于实现最大测试处理量,达到速度、高产量和低测试成本等目标,特别能满足制造业者快速增加库存的需求。


选择IQxel-M,所有测试问题将迎刃而解。


解决方案

罗德史瓦兹CMW500综合测试仪

罗德史瓦兹应用支援经理陈飞宇:「有这台就够了!」


图四 : 罗德史瓦兹CMW500综合测试仪
图四 : 罗德史瓦兹CMW500综合测试仪图片来源:rohde-schwarz.com

针对802.11ac测试,罗德史瓦兹除了频谱分析仪与讯号产生器之外,最高阶的CMW500综合测试仪更是该公司主打的重要仪器产品,测试范围涵盖目前市面上所有无线通讯技术。


陈飞宇认为,量测厂商提供测试解决方案,重点在于协助企业以最少的经费,达到最高的报酬保障。


罗德史瓦兹的测试方案,可以透过模组化的硬体扩充、及软体更新的方式,提供极大化的扩充性及各种测试上的需求,满足现阶段及未来的无线通讯产品设计需求。


解决方案

安立知MT8870A综合无线测试仪

安立知资深应用工程师何信志:「让仪器功能一步就到位!」


图五 : 安立知MT8870A综合无线测试仪
图五 : 安立知MT8870A综合无线测试仪图片来源:anritsu.com

还在为了选择80MHz或160MHz的仪器举棋不定?安立知MT8870A综合无线测试仪、MU887000A TRx测试模组让功能一步到位,免除工程师的后顾之忧。


安立知资深应用工程师何信志表示,由于无线通讯标准不断推陈出新,研发人员往往担心跟不上市场脚步。安立知的策略是让仪器规格一步到位,例如测试频宽就直​​上160MHz,客户不必再左右为难。


而仪器透过新功能选项,即可满足多功能模组制造商的低成本、多功能平台及支援无线标准等需求。


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