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
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802.11ac |
802.11ax |
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頻段 |
5 GHz |
2.4 GHz 和 5GHz |
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通道頻寬 |
20 MHz/ 40MHz/ 80 MHz 80+80 MHz/ 160 MHz |
20 MHz/ 40MHz/ 80 MHz 80+80 MHz/ 160 MHz |
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最高串流數量 |
8 |
8 |
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多用戶技術 |
下行 MU- MIMO |
下行和上行雙向 MU- MIMO / OFDMA |
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FFT規模 |
64、128、256、512 |
256、512、1024、2048 |
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子載波區間 |
312.5 kHz |
78.125 kHz |
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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 |
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QAM 調變最高數量 |
256- QAM |
1024- QAM |
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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。
