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量測新定義:驗證資料庫、完善技術支援與售服

時間:2016-08-13 10:00來源:COMPOTECHAsia 作者:任苙萍 點擊:
 從 HP 量測部門、安捷倫電子量測事業群到分拆更名為是德科技 (Keysight),取義自「關鍵洞察力」 (Key 和 Insight 複合字),該公司一直積極參與全球蜂巢式和 WLAN 組織的運作;作為唯一受邀在今年博鰲論壇發表 5G 觀點的測試廠商,Keysight 在量測業界的領航地位可見一斑。Keysight 日前與國家實驗研究院晶片系統設計中心 (晶片中心) 共同簽署《5G 通訊技術合作備忘錄》,由 Keysight 捐贈「5G 基頻訊號驗證資料庫」軟體,並結合 Keysight 多款測試儀器,協助晶片中心發展「毫米波前端電路系統技術」。
 
照片人物:台灣 Keysight 董事長張志銘 (左) 與國家實驗研究院院長羅清華 (右)

掌握關鍵技術,搶佔 5G 通訊先機
國家實驗研究院院長羅清華表示,冀藉此完成產學研技術整合,吸引網通服務業者加入後續研究開發,促進大規模技術創新及加值服務。晶片中心補充,此次合作隷屬工研院計畫,以人才培育和技術養成為宗旨,研究重點在於多輸入多輸出 (MIMO)、束波成型 (Beamforming)、天線陣列 (Antenna Arrays) 和毫米波 (mmWave)。該計畫已於去年啟動,鎖定 38 GHz 頻段為切入點,以 1Gbps、3Gbps 到 10 Gbps 的傳輸率為進程穩步前行,擬於 2018 年達陣;即使日後主流頻段另有其人,只要掌握關鍵技術,依樣畫葫蘆重製將能駕輕就熟。

Keysight 董事長張志銘表示,大頻寬、大連結、大容量是大眾對於 5G 的高期待,而上述軟、硬體模擬平台有助開發、驗證先進通訊系統及基頻演算法。他指出,依國際電信聯盟的策略藍圖,2015 年開始 5G 需求檢討、願景設定;2017 年著手標準制訂、確認候選技術方案;2019 年底定及優化;2020 年正式商轉。中、日、韓皆展現旺盛企圖心:韓國已宣佈將於 2018 年平昌冬奧展示 5G 測試網路、日本將於 2020 年東京奧運正式營運,中國亦宣示 2025 年將有全面性突破,並在「十三五」計畫明確規範 5G 進展,擬於 2020 年啟動商轉。


圖1:Keysight 可產生毫米波頻段之 E8267D PSG 向量訊號產生器 (左),以及 DSA Z504A高頻示波器 (右)

張志銘認為,未來 5G 技術將與現有 4G 並陳,對基礎元件和高速電路設計都是重大挑戰。然礙於現階段 5G 標準未定,相關業者只能先從調變方式、給定頻寬等物理層面做可行性評估。他強調,採購儀器最要緊的是售後服務,Keysight 強項不僅止於軟、硬體,還有專業服務團隊;作為量測儀器廠商,當前任務是為發射端 (Tx)、接收端 (Rx) 提供先期實驗性量測工具,待具體細節底定,即會展開後段系統認證或相容性測試。此套驗證資料庫軟體,將可協助晶片設計者即時取用已在全球萌芽的基頻波形,並確保開發者持續獲得最新規格。

從設計、硬體試作到系統驗證,一脈相承
Keysight 不諱言,希望經由晶片中心的研究計畫獲取經驗訊息回饋,以改善、突破現有產品,創造雙贏。應用工程部無線通訊資深專案經理蘇千翔解說,這套資料庫涵蓋各種候選 5G 規格,若有演進版本將會隨時更新,方便用戶取得最新資訊、不必竭力研讀標準即能選定有利戰略位置,在該合作平台上輕鬆模擬設計結構。進入硬體開發時程,使用者可透過軟體將波形下載至「任意波形產生器」和「向量訊號產生器」,將先前模擬訊號轉成實體 5G 基頻訊號,之後再移至後端高達 50 GHz 的「示波器」進行微波、毫米波等級的高頻訊號量測。
 
照片人物:Keysight 應用工程部無線通訊資深專案經理蘇千翔

此外,蘇千翔指出,Wi-Fi 傳輸容量、技術和使用頻段不斷與時俱進,在 5G 時代可卸載 (Offload) 電信系統的負擔、與其互補,且視頻串流傳輸日益順暢、亦已在物聯網 (IoT) 眾多技術成功卡位,角色將更為吃重。他援引市調資料表示,預估 2018 年 Wi-Fi 熱點數量可達 1,000 萬個,若總計整個相關產品約有 100 億個之多!Wi-Fi 勢力不容小覷。不過,當手機和平板皆已高度整合 Wi-Fi 後,家電等其他裝置將成為主要成長力道。IEEE 802.11 的演進有幾大主軸:頻寬、頻譜、調變、編碼與天線,讓 Wi-Fi 的應用面更寛廣。

蘇千翔介紹,Wi-Fi 是以 2.4 GHz 為起始點,但頻寬小 (約只有 80 MHz,而 40 MHz 是目前 ISM 頻段的上限)、頻段擁擠為其缺點,藍芽、ZigBee 皆位於此,易產生干擾。802.11 a/ b/ g/ n 為Wi-Fi 基底,其中 a/ g/ n 開始用 OFDM 技術,802.11n 更是 MIMO 商業化的始祖,讓資料吞吐量倍增。受限於頻段擴張性,Wi-Fi 嚐試轉戰 5 GHz,可能與第五代通訊標準出現重疊—— 自802.11n 跨足 2.4 GHz 及 5 GHz 雙頻帶後,目標流量為 1 Gbps 的 802.11ac 直接鎖定 5 GHz 操作,理論頻寬最高可達 160 MHz,但在特定區域和頻段仍有所限制。

 
 
圖2:無線通訊及 Wi- Fi 技術演進
資料來源:Keysight提供

魔鬼藏在細節裡,考驗量測儀器功力
高頻部分可能遇上氣象雷達,須使用「動態頻率選擇」(DFS),特別是 160 MHz,真正可使用的數量其實非常少;故實務上常以 80+80 不連續「通道聚合」方式 (Channel Aggregation, CA) 實現。另調變技術將從 64 QAM 提升至 256 QAM,天線數量可從1根變成8根,讓傳輸率上看 6.9 Gbps。由於頻寬深受使用頻段影響,而頻譜效率有標準相容性問題,天線設計格外重要;一旦 Wi-Fi 高密度佈署,同類互相干擾會越發嚴重。為改善既有頻寬的傳輸效率,接棒登場的是 802.11ax,新增的上行 MU- MIMO 和 「正交分頻多工存取」(OFDMA) 技術將是測試重點。

有鑑於此,Keysight 特別強化測試軟、硬體相關功能,皆可支援 802.11ax,旗下 E6640A EXM 無線測試儀具有以下特點:
1.多裝置測試最佳化:每台 EXM 提供多達 4 個 TRX 通道,每個 TRX 具有高達 6 GHz 的頻率範圍,以及 2 個全雙工和 2 個半雙工埠或 4 個全雙工埠,可加以客製,藉由多埠轉接器 (MPA) 技術連接多達 32 個待測物;
2.每個收發器都配備獨立的訊號源和分析儀,可更有效地運用測試資源、測試多格式裝置,將量測速率與良率最大化;
3.可透過進階排序和單次擷取多次量測 (SAMM) 技術,擷取多格式蜂巢式和 WLAN 量測結果,以加速執行測試。

圖3:Keysight E6640A EXM 無線測試儀,可用於設計驗證與製造測試

用以產生 Rx 波形的 N7617B Signal Studio 軟體,亦正式支援 ax 規格,包括:物理層的高效 PPDU (Presentation Protocol Data Unit)、20/ 40/ 80/ 80+80/ 160 多通道頻寬、1024 QAM 調變與編碼機制 (MCS)、更窄的子載波 (78.125 kHz),以及 SISO (單輸入單輸出) 和 8 X 8 SU- MIMO;另向量訊號分析 (VSA) 亦已就緒。當然,5 GHz 並非唯一選項,基本上 1~6 GHz 皆可使用,802.11ax 就以 2.4 GHz 和 5GHz 雙軌並行。承襲 11a 而來的 802.11p 則是另一支脈,主要用於「車聯網」(IoV),使用 5.8~5.9 GHz 專用頻段,不會與既有 ac/ ax 衝突。

5G 驗證訣竅多,完善售服具加值效果
蘇千翔統整,第五代通訊環境下的 Wi-Fi 設計挑戰有:
1.頻寬須增至 80 / 160 MHz:相較於早期 802.11 a/ b/ g/ n 只有 40 MHz,功率放大器 (PA) 的「數位預失真技術」(Digital pre-distortion, DPD) 需有 3~5 倍的系統頻寬才能工作;
2.更好的調變品質及除錯工具:256 QAM 需要更高的訊號雜訊比 (SNR) 與更好的相位雜訊 (Phase Noise) 以糾出 I/Q 不匹配;
3.新型態 MIMO 及 Beamforming 技術:為支援最多 8 個空間串流 (Spatial Streams),需要更多天線、處理與空間,製作多天線原型需要多通道測試系統;
4.改善 PA 效率及線性:省電封包追蹤 (Envelope Tracking)。

為迎合 5G 超乎想像的快速、如影隨形的不斷網服務、同時服務廣大群眾、異質網路串連並自動搜尋優化、萬物聯網等宏圖,必須以創新的波形/頻段、毫米波、大規模 MIMO、全雙工技術,減少頻道浪費並減少時間延遲,同時解決越高頻、耗損越快的問題;而 Keysight 寬頻/超寬頻訊號產生器、訊號分析儀、多路訊號分析儀,可滿足所有 802 系列協定。同時,Keysight 因為常是各類標準制訂的參與者,對產業趨勢瞭若指掌且擁有迅速更新產品的能力,因此常成為高階研發的首選。

Keysight 另一項優勢來自於售後服務。不論新機或二手產品皆享有三年免費保固,用戶可免費在官網查詢該公司儀器相關訊息;也可依個別需求,額外加購不同年限的付費保固服務。Keysight 在台灣設有通過 ISO9000 及 TAF 認證的維修校正實驗室,95% 儀器可在本地維修;若不便將儀器攜出廠外,Keysight 亦有 24 X 7 的客製化現場 (on-site) 校驗服務,且受檢標的物不限自家品牌。另有 Premium Used 和 Trade-In 資產管理專案,讓預算有限者能購買中古認證機,品質與售服同樣有保障;如欲舊機換購新機,可享 20~50% 不等的優惠。
 
(責任編輯:jane)
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