高頻無線量測技術與驗證趨勢
- DIGITIMES企劃
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當雲端運算與串流影音技術的成熟與普及後，在手機、平板、筆電與大尺寸電視之間多「屏」一「雲」新應用成為必然趨勢，如何在眾多中低速Bluetooth/ZigBee、高速WiFi與WiGig各頻段的無線傳輸，以及連接全球3.75G、4G WiMAX與4G LTE行動通訊網路下，克服各地不同頻譜的互連操作與數據漫遊，因應高頻無線訊號量測與規範驗證，已成為新生代行動裝置的技術挑戰…
目前無線通訊技術規格，從連線距離10公尺之內的802.15 PAN個人無線網路(Bluetooth/WiHD)，30~100米內、11~300Mbps速率的802.11a/b/g/n/ac WiFi無線區域網路，到能服務數十？上百公里距離範圍之外，50/100Mbps~1Gbps連線速率的3G/4G Max/LTE WAN廣域無線網路。其中在室內與戶外定點使用的有WiFi、5G WiFi，而室內做為行動裝置與大螢幕連接輸出的則有WiGig(802.11ad)、WiHD (802.15c)的超高頻段60GHz的無線傳輸技術。
目前筆電、平板甚至高階智慧手機面板解析度已達到1920x1080(Full HD)甚至超越此解析度，而隨著全球面板廠快速導入4Kx2K(UHD)規格，配置4K的大尺寸電視、筆電，甚至可外接做UHD輸出的平板、智慧手機將越來越多。但傳送1920 x1080 Full HD串流影音需要1.5~3Gbps速率，傳送4Kx2K UHD (3840x2160)則需要6~12Gbps，因此新一代5G WiFi(802.11ac)、60GHz頻譜WiGig(802.11ad)與WiHD(802.15ac)等無線影音傳輸技術紛紛提出。
行動通訊技術從過去2G、EDGE/CDMA2000的3G、WCDMA/HDSPA等3.5G，演進到以超越100Mbps下載速率為訴求的先前第四代行動通訊，如WiMAX以及4G LTE、LTE-Advanced等通訊規格等等。目前LTE規格是IMT/3GPP組織最制定的Rel-9(第9版)，4G行動裝置須具備CDMA/LTE、GSM/UMTS/LTE、UMTS/LTE、GSM/WiMAX、WiMAX等各種工作模式，也需要能在700/900MHz、1.5？1.9GHz、2.1？2.6GHz、3.3？3.5GHz等全球頻譜下操作，並確保跟WiFi, BT-FM, GPS, NFC與其他無線規格的連接性，增加了電路設計的困難度，以及量測、日後規範驗證的時間。
高速無線寬頻WBA與行動寬頻的量測方案
像針對5GHz高頻WiFi量測(802.11ac)部份，美商太克(Tektronic)推薦RSA5000A(中階頻率)、RSA6000(高頻率)、內建示波儀功能MDO4000B等頻譜分析儀(RTSA)，DPO7000、MSO/DPO70000數位示波儀等，搭配SignalVu向量訊號分析軟體(Vector Signal Analysis, VSA) 來量測802.11a/b/g/n/ac。
安捷倫(Agilent)則提出M9703A數位分析儀模組，搭配89600 VSA軟體，以及串接四部N5182B類比基頻信號輸入分析儀(Baseband I/Q Analyzer)做4x4 MIMO信號802.11ac量測。至於超高頻60GHz 802.11ad部份，藉由N81199A，連接可產生60GHz頻率訊號的M8190A AWG任意波形產生器，並串接N5152A 5GHz/60GHz訊號轉換器與高效能示波器來進行量測。德商羅德史瓦茲(R&S)則針對WiFi 802.11n /ac /ad /WiMAX推出CMW270量測儀，以及可支援全球全域通訊協定(GSM /CDMA2000 /WCDMA /TDS- CDMA /HSPA+ /WiMAX /FTE-FDD /TD-LTE)的CMW500量測儀器。
美商國家儀器(National Instruments, NI)則延續PXI整合量測系統概念，可選用像是RF射頻分析模組(RFSA)、RF訊號產生模組(RFSG)、向量網路分析儀(VNA)；數位電錶、示波器模組(Oscilloscope)、任意波形產生器(AWG)、來源訊號量測單元，傳統高速數位I/O量測模組，及繼電╱切換開關模組(Switch/Relay)等整合成一個機箱外觀的量測儀器。目前也推出WLAN 802.11a/b/g/n/ac工具套件，以及支援GSM/EDGE+、WiMAX、WCDMA&HSPA+、LTE(FDD/TDD)行動通訊協定的ToolKit量測套件等，以及相關向量訊號分析軟體等。
艾法斯(AeroFlex)則推出符合3GPP Rel8~Rel11(LTE/LTE-A)規範，針對單一連線終端裝置(UE)研發的TM500測試設備，以及以及可應付1,000個LTE連網需求的EAST500準基地台測試系統。供OEM/ODM或認證實驗室機構，對終端產品進行OTA(Over the Air) 3D場型電磁量測的需求。
有鑑於採用60GHz超高頻段的WiGig(802.11ad)，需改採光纖連接纜線與相關測試夾具，並追加升降頻模組，考驗各量測儀器商技術門檻與和各種分析儀╱示波器的頻段支援能力，且WiGig的認證計畫於2014年上半才會公佈，除安捷倫之外，其它量測儀器廠，則會等WiGig市場成熟後才推出完整的量測方案。
無線寬頻╱行動通訊驗證趨勢
目前在台灣，有耕興(Sporton)的新竹實驗室，提供30MHz~200GHz之無線通訊產品的電磁相容測試(EMC)，也進而提供微波點對點(6~38GHz) & 60GHz Wireless Device(WiHD？802.11ad？WiGig)之測試，另外台灣檢驗科技(SGS)則提供802.11a/b/g/n WLAN與ICT產品電磁相容測試(EMC)。而百佳泰(Allion)則於2013年6月通過Wi-Fi聯盟授權，成為Wi-Fi CERTIFIED ac認證計劃的全球首波授權認證測試實驗室(Authorized Test Laboratory；ATL)。
WiMAX驗證部份，2008年6月工研院於新竹科學學區，率先建置全球第一座WiMAX應用認證實驗室，同年必維國際集團香港商立德國際(Bureau Veritas ADT)取得WiMAX Forum指定驗證實驗室(WiMAX Forum Validation Lab)及認證單位(WiMAX Certification Body)等資格。隨後耕興也加入WiMAX測試認證的行列，對台灣WiMAX設備與CPE用戶端裝置提供檢測與認證服務。
在全球行動通訊(3/3.5/3.75G/4G LTE)部份，LTE聯盟目前已公佈多達40個LTE頻段，包含28個FDD分頻多工頻段，以及12個TDD分時多工頻段。像美國使用LTE band 13/17/II/V/IV與25共六個頻段，歐洲LTE則使用到band I/III/VII/VIII/20達5個頻段；日本LTE使用band I/VIII/9/11/18/19/21共7個頻段，韓國LTE使用band III/V/VIII三個，大陸則在2013年12月公佈了1900MHz、2300MHz、2600MHz等TD-LTE頻段。
台灣則使用700MHz、900MHz與1800MHz三個頻段，但初期僅1800MHz的部份頻段可以立即開台使用，700MHz由於被類比電視、軍方無線電通訊等電波佔用，則需等待NCC對類比電視與軍方進行頻譜回收，900MHz則需與現有GSM廠商換頻或等待2G頻譜回收，估計時間上會拖到2？3年。
在LTE檢驗╱認證規範上，CTIA是由美國發起的電信╱無線通訊組織，歐洲全球認證論壇(Global Certification Forum, GCF)則是歐洲電信╱無線通訊陣營。目前在北美與歐洲等第，必驗的項目以CTIA/GCF OTA(Over The Air)為主，另一個PTCRB/GCF則是針對當地運營商的頻段進行接通測試。歐洲LTE認證由GCF發出；北美全球行動通訊系統(GSM)認證則經由北美PCS型號認證委員會(PTCRB)發出，GCF會員購買GCF認可的設備即可順利通過認證，但PTCRB則規定除了測試設備之外，須涵蓋50%以上的測試項目，才能進一步申請認證。
OTA(Over The Air)的主要測項就是總電磁輻射量(Total Radiated Power；TRP)、總游離輻射量(Total Isotropic Sensitivity；TIS)以及Intermediate Channel自我干擾的測試。測試的技術包括使用各種行動通訊規範的電波，如GSM /GPRS /EDGE、UMTS、CDMA2000 /1xRTT /EV DO，以及WiFi、AGPS (GSM、WCDMA、CDMA2000)等。
FCC規定電磁波輻射量(SAR值)量測上，需要測Head SAR(RC、RT、LC、LT)，智慧手機等裝置以1cm距離量測裝置六個面的電波值，受測平板電腦、筆電等裝置，則距離0~5mm測五個面。所有天線發送電磁波值總和必須小於1.6W/Kg，超過1.6則需進一步檢測。LTE FCC SAR無線射頻掃描程序上，最差可能要掃描360個測試點，整個測試過程從7天到最差一個月不等。另外，FCC要求LTE裝置要經過電信驗證機構(TCB)審核外，尚需多加Permit But Ask(PBA)認證程序，整個流程需時至少三個月。
至於歐洲LTE CE SAR部份，由於沒有明確的多少個測試點等規範，客戶只要先前有做過LTE FCC SAR電磁掃描報告上，僅依先前LTE FCC SAR做過的測試點，做適度刪減後進行即可。
2011年2月，台灣檢驗科技(SGS)率先取得LTE認證實驗室資格，隨後立德國際(BV ADT)、耕興(Sporton)等也陸續取得認證資格，三家都可針對ICT廠商的4G LTE產品進行測試(CTIA/OTA)與申請認證(PTCRB/GCF)作業。
