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不只有生產驗證!「模擬測試」及早發現缺陷

時間:2016-08-13 09:47來源:COMPOTECHAsia 作者:任苙萍 點擊:
 隨著終端裝置趨於「多能工」,只能執行單一量測功能的機台已不敷使用,讓模組化儀器如雨後春筍躍上枱面,尤以 PXI 匯流排的成長力道最大;身為量測開放平台先驅兼 PXI 創始者的國家儀器 (NI) 公司,近年來正快馬加鞭拓展事業版圖。NI 台灣總經理林沛彥回顧歷史表示,物聯網 (IoT) 裝置的數量每十年就以 10 倍成長,基本上有利於硬體製造商,但為因應「少量多樣」的嶄新生產型態,建議業者須將試運行時程提前,在研發設計之初就應著重驗證工作;同時多思考如何提供加值服務以提升獲利。為此,NI 本身也積極與學術單位、育成中心,以及資策會等公部門資源聯盟,並與產業龍頭共同投入晶片和裝置端技術研究。
 
照片人物:(左起) NI 台灣總經理林沛彥、首席產品行銷經理 David A. Hall、RF及無線測試行銷總監 Jason White、AWR 產品經理 Gent Paparisto

高效Wi-Fi,802.11ax 蓄勢待發
至於無線通訊應用,NI 特別看好 IEEE 802.11ax,並預言將整併 802.11ah。NI 首席產品行銷經理 David A. Hall 介紹,802.11ax 有「高效Wi-Fi」(High Efficiency Wi-Fi, HEW) 之稱,是著眼於戶外高密度環境、為既有 802.11ac 提升四倍資料吞吐量而設計。相較於早期單一通道只能指派給單一用戶的「正交分頻多工」(OFDM) 技術會嚴重浪費頻寬,多了「存取」(Access) 概念的 OFDMA,能聰明地為每個用戶選擇較優的子通道進行資料傳輸,不會僵化佔用整個頻帶。但如此一來,勢必精確估算 OFDMA 窄幅子載波空間效應,避免誘發更多載波間干擾 (ICI)。

此時,如何迅速有效量測「誤差向量振幅值」(EVM) 將是關鍵。除了調變方式,束波成型 (Beamforming) 則是 802.11ax 另一設計重點,可藉由指向性天線型態改善訊號強度;而相對頻率誤差、時間切分、頻內幅射 (in-band emission)、功率控制皆須謹慎應對,例如:通訊戶 (STA) 的測試能力須與 AP 頻率一致,以及對載波頻率與時間補償等,而量測儀器須傳送功率基準與觸發訊號框的資訊,以便將輸出功率與期望值對比,觀測待測物的突發反應。NI 日前推出的 WLAN Measurement Suite 先期使用版已率先支援 802.11ax (Draft 0.1) 草案。
 
表:802.11 ac 與802.11 ax 主要特性差異

 

802.11ac

802.11ax

頻段

5 GHz

2.4 GHz 5GHz

通道頻寬

20 MHz/ 40MHz/ 80 MHz

80+80 MHz/ 160 MHz

20 MHz/ 40MHz/ 80 MHz

80+80 MHz/ 160 MHz

最高串流數量

8

8

多用戶技術

下行 MU- MIMO

下行和上行雙向

MU- MIMO / OFDMA

FFT規模

64128256512

25651210242048

子載波區間

312.5 kHz

78.125 kHz

OFDM 訊號持續時間

3.2 us + 0.8 / 0.4 us CP

12.8 us + 0.8 / 1.6/ 3.2 us CP

QAM 調變最高數量

256- QAM

1024- QAM

資料傳輸率

433 Mbps (80 MHz, 1 SS)

6.9 Gbps (160 MHz, 8 SS)

500 Mbps (80 MHz, 1 SS)

7.7 Gbps (160 MHz, 8 SS)

註:SS 意指「空間串流」(Spatial Streams)
資料來源:NI,編輯部整理

該套件符合更窄子載波間隔、1024 QAM,以及多使用者「正交分頻多工存取」(OFDMA) 規範。結合 NI 的 RF 向量訊號收發器 (VST),使用者可產生並分析多種波形,將 GPS 和 Glonass 衛星訊號、藍芽、AM/ FM,以及 802.11a/ b/ g/ n/ j/ p/ ac/ ah/ af 等多元通訊協定一網打盡,並全線支援 1X1 SISO (單通道輸入和輸出) 到 8 X 8 MIMO。即使 802.11 實體層規格大幅更動,亦可透過軟體更新跟進最新版測試標準,當然沒漏掉知名的 LabVIEW 系統設計軟體範例程式碼,協助工程師以研發等級的高速和精確度,迅速執行自動化 WLAN 量測作業。
 

圖:WLAN Measurement Suite 支援 EVM、頻譜遮罩、載波洩漏與頻率偏移

5G 時代,大頻寬與窄頻並行不悖
AWR 產品經理 Gent Paparisto 從量測技術剖析,在此風向下,收發器 (Transceiver) 效能的測試要求將隨之升高;而 NI 的強項在於:開放式平台、彈性模組化、以軟體為核心,只要安裝軟體,就可讓 VST 等現有儀器擁有 802.11ax 測試能力;他認為,新的調變技術取決於創意發想、抗干擾消除和半導體技術。NI 技術行銷經理潘建安進一步闡述,IoT 將是未來推動無線通訊的主要動力;而各類智能裝置 (Smart Devices) 的百花齊放,對 5G 有推波助瀾效果。然而,量測工作若還是停留在過去「以待測物為核心」的思維,將面臨諸多挑戰。

首先,若使用單機功能量測,必須準備多款機台,工程浩大且量測成本高;其次,下世代的測試往往須涵蓋 2G、3G、4G 和 Wi-Fi,5G 時代導入新頻段後,測試將更複雜!若要像過去以手動調頻逐一測試網路相容性,費事又耗時。於是,以開放平台為基礎的自動化測試設備 (ATE) 繼之而起。使用者不須受限於儀器供應商的制式測試項目,可依個別量測需求、靈活「訂製」適用機台。此外,隨著軟體重要性日增,測試範圍不只限於硬體,彈性的「軟體定義無線電」 (Software Defined Radio, SDR) 量測平台開始大行其道,方便使用者分析。

NI 強調,量測環境由封閉走向開放趨勢明顯;潘建安援引 Frost & Sullivan 研調資料指出,預估至 2020年後,將有高達 40% 的儀控系統將採用 PXI 規格,取代堆疊式設備。在同一個平台上,不需複雜的操作即可實現以電源量測單元 (SMU) 測試無線通訊協定或功率、以 DAQ 擷取感測器資料。更重要的是,PXI 可減少從設計到製造的驗證時間;以往基於成本考量,不同工作階段所使用的量測儀器各異,但每轉換一次,工程師就須花費很多時間進行相關性分析;現透過 PXI 開放標準,可將量測功能模組整合到的 ATE 或測試線,從最前端的研發到量產都使用同一套儀器完成,省時省力。
 
(責任編輯:jane)
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