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。
