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11ac測試難題迎刃而解!
新技術 帶來新挑戰

【作者: 王岫晨】   2014年01月24日 星期五

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近幾年來,智慧手機普及,平板裝置也大行其道。而這些行動裝置集眾多無線通訊功能於一身,從2G、3G到4G的LTE技術,其設計趨向也逐漸複雜化。


以傳統的手機來看,大不了就是2G的GSM與WiFi等無線技術,然而目前的智慧手機,除了2G、3G技術之外,連LTE、WiFi、MIMO、藍牙、802.11ac,部分機種甚至還有NFC,這許多不同的無線通訊技術被整合在同一個行動裝置上。


在這樣的趨勢下,不僅產品的設計難度大幅提高,且為了確保這些通訊技術都能在同一個裝置上正常運作,不會互相干擾,使得驗證上也增加了許多困難度。


智慧裝置走向高整合

在這樣的狀況下,測試上將會增加多大的挑戰呢?若先以10年前WiFi裝置的測試來看,就需要用到頻譜分析儀、功率電錶、訊號產生器等儀器,這些儀器堆疊在一起,不僅需要龐大的空間來擺放儀器,更別提還必須有複雜的纜線來橋接各儀器。


而在新一代的智慧型裝置整合了更多複雜的無線技術之後,一開始依然是依循傳統的測試方式,例如針對GPS就得使用一台GPS Signal Generator;要測FM,就需要一台FM Signal Generator或Audio Analyzer;若再加上3G、4G、WiFi、NFC等專用測試儀錶,這些儀器疊加在一起的體積將十分可觀,不僅整個測試設備將十分複雜,連接到DUT待測物的接線也會非常雜亂。


此外,針對不同通訊技術的測試,DUT上的接線也必須要多次的插拔,也因此一旦需測試的項目越多,測試時間也將會越拉越長。這對於目前動輒整合數十項無線通訊技術的智慧裝置來說,測試簡直成為工程師的一大夢魘。


在這樣的智慧裝置發展趨勢與客戶需求狀況下,量測廠商也紛紛使出渾身解數,打造新一代的測試工具。標榜能一機抵多機,多功能高性價比測試儀器也在廠商的努力之下,一部接一部問世。


讓802.11ac實現高速傳輸的六大關鍵技術(資料來源:litepoint.com)

技術

特性描述

1. MIMO技術

這功能允許一個AP同時傳輸到多個用戶端,特別是對於視訊串流要同時傳輸到多個設備的情況時,這功能非常好用。在802.11ac技術出現以前,資料流從APs都要單獨傳輸到每一台設備,並且要以串列的方式傳輸,進而限制了對每台設備的有效輸送量。

2. 僅在5GHz波段運行

5GHz提供24個非重疊的通道,這意味著更少的干擾源,可以規劃設計具有更高容量的網路。

3. 束波成形

為了更好的信號強度,Beam forming可往檢測設備方向集中射頻能量增強信號,而不是同樣地在所有方向傳送無線信號。

4. 更寬的頻道綑綁

80MHz和可選的160MHz,這意味著頻段有更高的容量,但是在企業網路,應該保持在40MHz頻道,讓相鄰的AP可以在頻譜中被指定在非重疊頻道,以便避免干擾。

5. 256QAM正交振幅調變

802.11n只有64QAM,802.11ac比802.11n的正交調幅密度高四倍,當接近AP的10英呎範圍內,這個技術提供了更高的傳輸量。

6. 支援高達8個空間流

支援空間流Spatial streams的數量是802.11n的雙倍。


11ac帶來的傳輸優勢

放眼目前11ac與LTE這類無線通訊規範,由於導入了MIMO多重輸入輸出技術,無線頻譜可以獲得更有效的利用,這使得大頻寬又兼具穩定、快速的傳輸速度成為了可能,也帶來了更大的商業價值,例如視訊訊號的傳輸,正是MIMO技術最適合應用之例。透過MIMO來傳輸視訊檔案,就可以解決傳統封包遺失所導致的訊號不流暢問題。


另外,11ac原有定義是操作在5GHz頻段,然而傳統WiFi裝置包括11a/b/g/n等,多半均支援2.4GHz頻段,這也產生了相容性方面的問題。為了解決這個問題,推出可同時支援2.4GHz與5GHz的無線方案是最快的方式,這也使得目前許多系統廠商紛紛主打11ac同步雙頻(Dual-band Concurrent)的解決方案。


此外,過去WiFi最為人所詬病之處,就在於其發散式的訊號傳遞方式,訊號強度很容易受到距離與屏蔽物所影響,造成收訊不良的問題。現在11ac以束波成形(Beam forming)技術,來達到更強的訊號傳遞效果。


束波成型技術一改傳統向所有方向發送無線訊號的傳遞方式,針對設備方向集中射頻能量增強信號,讓訊號傳遞更穩定與順暢。


11ac帶來的測試挑戰

包括MIMO、同步雙頻與束波成型等技術,都是讓11ac可以高速傳輸訊號的利器,只不過相對也帶來了測試上的挑戰,這包括兩個平行80MHz的訊號擷取、EVM效能與SNR比值等。至於測試計畫的擬定,也必須依據RF的零組件來做制訂,而非根據規格來增加。


此外,MIMO的多天線測試、11ac同步雙頻間的干擾問題該如何量測,以及束波成型的驗證問題等,都是在未來一兩年內,廠商投入11ac設備生產時,將會直接遭遇到的問題。這也都直接考驗著測試廠商的解決方案,如何能應對11ac技術難題,協助客戶最快速解決相關問題。


簡單的說,11ac在測試上,將會有以下的三大需求:


必須支援MIMO

11ac除了頻寬的挑戰之外,也必須滿足MIMO的測試需求。MIMO測試需要獨立抓取及產生11ac裝置的信號,因此會使用高達8個空間流及一些強化功能,來改善現有11n的MIMO系統效能。為了準確驗證MIMO最高達到8x8天線的傳輸效能,尤其是在研發環境中,11ac測試設備應支援達8個獨立VSA與VSG資源、以及包括支援11ac的MIMO強化。


必須擁有更大的中頻頻寬

由於頻寬增加,成為11ac測試上的新挑戰。11ac不再使用大部分結合向量信號分析器與向量信號產生器於一機(VSA/VSG)的測試儀器,因?它們並沒有測試80MHz或160MHz通道所需的120MHz或240MHz中頻頻寬。因此在選擇測試的設備上,應確定儀器能夠進行11ac測試。


必須改善EVM值

隨著11ac發射器調變準確性的要求提升,測試儀器也需要提升其測試能力。發射器調變準確性是利用誤差向量振幅(EVM)來測量,且需要VSA與測試儀器將忽略的失真加到捕捉的信號。VSA所加的失真也會以EVM方式進行測量。基本上,晶片業者會希望測試儀器的性能比晶片規格至少精確10dB以上。


結語

在測試廠商的努力之下,各種更便利的測試工具紛紛問世,滿足了802.11ac從研發端到產線端的測試需求。當然,無線通訊技術的發展並不會就此停住,永遠還有下一代新的標準出現。面對不斷問世,更強大技術挑戰,測試廠商也不會停止研發腳步。還在擔心測試問題?量測廠商說:問題交給我就對了!


解決方案

美國國家儀器VST向量訊號收發器

NI行銷經理郭皇志:「我們將功能控制權交回RF工程師手上!」


圖一 :  NI向量訊號收發器(VST)
圖一 : NI向量訊號收發器(VST)圖片來源:ni.com

向量訊號收發器(VST),是結合VSG與VSA的新品種儀器,並搭配FPGA架構來進行即時訊號處理與控制功能。


郭皇志指出,VST除了快速又靈活之外,包括RF接收器、RF傳輸器,以及使用者可設定功能的FPGA,都能提升VST性能,突破傳統應用範疇。VST透過軟體設計,其功能僅受限於使用者的應用需求,而非供應商所決定的儀器功能。


面對802.11ac等RF待測裝置越來越複雜,上市難度也與日俱增,VST可將功能控制權交回到RF設計人員與測試工程師手上。


解決方案

安捷倫E6640A EXM無線測試儀

安捷倫行銷處資深產品經理徐正平:「讓您擁有快速、精準的測試能力!」


圖二 :  安捷倫E6640A EXM 無線測試儀
圖二 : 安捷倫E6640A EXM 無線測試儀圖片來源:agilent.com

安捷倫E6640A EXM無線測試儀擁有突破性的性能指標,最多可進行測試32個蜂窩和無線連接性設備,滿足大規模生產測試需求,能使成本降低提高獲利。


徐正平認為,產線測試要的是快速與精準,這正是這部儀器的強項。EXM與最新的蜂窩和WLAN晶片組同步,可加快測試速度。


而且EXM也具備了速度與精度等特性,可實現最高的生產量、更好的信號純度和準確的測量精度。


解決方案

LitePoint IQxel-M

LitePoint副總裁暨台灣區總經理謝順富:「快速與創新,就是我們的代名詞!」


圖三 :   LitePoint IQxel-M
圖三 : LitePoint IQxel-M圖片來源:litepoint.com

LitePoint最新一代的IQxel-M,是一種能在製造環境中測試無線設備的創新儀器。不但能讓客戶獲得二倍的測試速度,而且這樣的高速測試能力還能同時進行四台設備的測試。


謝順富表示,802.11ac設備上市時,必須迅速增加庫存以滿足客戶需求。因此,高處理量成為製造的關鍵。IQxel-M擁有數項新的專利創新,包括針對無線標準微調的Packet Engine,能有助於實現最大測試處理量,達到速度、高產量和低測試成本等目標,特別能滿足製造業者快速增加庫存的需求。


選擇IQxel-M,所有測試問題將迎刃而解。


解決方案

羅德史瓦茲CMW500綜合測試儀

羅德史瓦茲應用支援經理陳飛宇:「有這台就夠了!」


圖四 :  羅德史瓦茲CMW500綜合測試儀
圖四 : 羅德史瓦茲CMW500綜合測試儀圖片來源:rohde-schwarz.com

針對802.11ac測試,羅德史瓦茲除了頻譜分析儀與訊號產生器之外,最高階的CMW500綜合測試儀更是該公司主打的重要儀器產品,測試範圍涵蓋目前市面上所有無線通訊技術。


陳飛宇認為,量測廠商提供測試解決方案,重點在於協助企業以最少的經費,達到最高的報酬保障。


羅德史瓦茲的測試方案,可以透過模組化的硬體擴充、及軟體更新的方式,提供極大化的擴充性及各種測試上的需求,滿足現階段及未來的無線通訊產品設計需求。


解決方案

安立知MT8870A綜合無線測試儀

安立知資深應用工程師何信志:「讓儀器功能一步就到位!」


圖五 :  安立知MT8870A綜合無線測試儀
圖五 : 安立知MT8870A綜合無線測試儀圖片來源:anritsu.com

還在為了選擇80MHz或160MHz的儀器舉棋不定?安立知MT8870A綜合無線測試儀、MU887000A TRx測試模組讓功能一步到位,免除工程師的後顧之憂。


安立知資深應用工程師何信志表示,由於無線通訊標準不斷推陳出新,研發人員往往擔心跟不上市場腳步。安立知的策略是讓儀器規格一步到位,例如測試頻寬就直上160MHz,客戶不必再左右為難。


而儀器透過新功能選項,即可滿足多功能模組製造商的低成本、多功能平台及支援無線標準等需求。


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