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20211102 智慧工廠論壇-台北 2021台灣製造業智慧化現況與投資調查
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Anritsu衝刺Wi-Fi 6E量產測試解決方案

  • 孫昌華台北訊

不讓數十億台5G裝置專美於前,Wi-Fi 6(802.11ax)標準也快速嶄露頭角,隨著人工智慧物聯網、5G裝置的日益普及,推升行動裝置、感測器、工業自動化,以及家用電子產品都迅速內建Wi-Fi連接功能,尤其是6GHz頻段的使用,全球網通大廠為了迎接下一世代的Wi-Fi 6E技術的黃金時代,積極應對全新的測試項目與急遽攀升的設計挑戰,更創造Wi-Fi絕佳的產品賣點,引爆接續幾年的市場榮景。

Anritsu為了協助客戶解決Wi-Fi 6E無線測試的艱鉅挑戰,於2021年8月18日主辦「輕鬆實現Wi-Fi 6E信令測試」線上論壇,深入剖析Wi-Fi 6GHz技術規格與未來的測試挑戰,市場上看到2021年半導體供應鏈的需求爆棚與產能滿載,讓Wi-Fi 5(802.11ac)標準主晶片吃緊,幾乎一路飆到2022年第1季,對於Wi-Fi 6/6E則更是被市場看好在2022年以後問世,各種測試解決方案無不使出全身解數,因應市場最暢旺的多頭追單行情。

6GHz頻段解決Wi-Fi裝置的速度變慢與連接效率等挑戰

Anritsu軟體暨技術支援部副理Kobe Ho先生以「體驗無所不在的極速無線:最新 Wi-Fi 市場趨勢及測試挑戰」為題,率先上場簡報,由於Wi-Fi裝置高度密集的通訊環境中也正面臨通訊速度變慢以及連接不穩定等挑戰,自然而然期盼透過使用6GHz頻段來解決這些挑戰,並推動新應用的發展,從而促進尖端的產業發展。

繼美國聯邦通訊委員會(FCC)於2020年4月批准免授權使用6GHz頻段之後,美國率先通過使用5,925~7,125MHz的頻譜,世界各國都開始部署測試,目前全球已經有13個國家導入使用,除了美國之外,另外12個國家也正緊鑼密鼓的審核這個使用的頻帶。

6GHz頻段的免授權(Un-License)頻帶使用,一舉推動各國智慧交通、捷運公車的創新應用,憑藉其更寬廣的1,200MHz作業覆蓋範圍,可支援更高的通訊速度和更大的數據容量,由於IEEE 802.11ax WLAN標準規範了6GHz頻段的使用標準,Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)現正啟動其針對IEEE 802.11ax 6GHz裝置的Wi-Fi 6E認證計劃,Kobe Ho強調,6GHz的頻帶估計有7個160MB的頻道可以使用,大舉提升資料傳輸頻寬與抗訊號干擾的能力,這也是市場之所以趨之若鶩的原因。

把6GHz頻帶納入的Wi-Fi 6E是使用1024-QAM來提供更多的數據調變密度,承載更大的資料傳輸量,利用更寬的160MHz頻寬大幅度提升傳輸速度,6GHz的訊標(Beacon)變短,讓多個Wi-Fi裝置連接更快速,所以Wi-Fi 6不只高速傳輸,更注重有效率的多使用者機制,大幅度改善多用戶連接的效率,這就是提升多用戶頻帶的使用效率(Multi-User Efficiency)的主要訴求。

因為5GHz頻段只有兩個波段可以真正用到160MB的頻寬,所以6GHz可以提供7個具備160MB頻寬的高速連接速率,顯然具備大幅度改善的潛力,系統廠商一方面將傳輸速度變快,或是另外在發送功率的控制上做更有效率的調整。

Wi-Fi 6E的測試重點有4個,第一,在Tx功率與接收訊號強度指示(RSSI)精準度的量測,這需要同步考量(a)絕對發射功率的準確度,(b)RSSI準確度,以及(C)相對Tx功率的準確度,還可以將基地台(STA)區分為Class A(精準度較高)或Class B兩個等級。第二,量測載波頻率偏移(CFO)的誤差量需要在350Hz之內,因為CFO和時序誤差較大時會造成用戶之間相互干擾,進而降低網路容量。

第三,針對誤差向量幅度(EVM)的Unused Tone量測,以及第四,評估AP裝置發送訊號,以及基地台到AP裝置傳輸回傳時間的量測,量測HETB需要在0.4+16 micro-second之內。

Kobe Ho還加碼針對下一世代的802.11be介紹,這個預計2024年公告的新Wi-Fi標準,取名為Wi-Fi 7,比較大的改變包括320MB頻寬,傳輸速度超過30Gbps、4096 QAM與OFDMA技術,使用頻率將擴增到7.25GHz的範疇,實際的演進還需要在相關的標準制定時程確認後,會有更清楚的規格資訊。

MT8862A與MT8870A無線測試儀肩負Wi-Fi 6E測試重任

符合 Wi-Fi 6E標準的測量儀器,Anritsu針對Wi-Fi 6E所提供的測試解決方案從研發部門設計、EVT工程驗證與量產階段的實際量測都有因應的解決辦法,首先是用在RD設計與小批量生產測試之用的MT8862A無線測試儀,由於需要有多個不同晶片的測試需求,所以MT8862A連線與測試的彈性兼具,所以測試頻率可以從2.4G、5G、6GHz再升到7.125GHz,並支援160MHz通道頻寬。

針對實際大數量的量產需求,則推出MT8870A的測試儀,上述此二者都是透過乙太網路接線連接PC控制器來進行操作,對工程與製造單位都能駕輕就熟的安裝與使用,採用Web瀏覽器的使用者介面(GUI)進行操作,無需多此一舉的配置在儀器中安裝軟體和驅動程式時所需的測量環境。對於原本用在802.11ac測試的MT8870A或MT8862A無線測試儀也可以透過軟體升級而用來測試802.11ax的規格,對於節省客戶的資本支出也有莫大的貢獻。

Anritsu的Wi-Fi 6E測試解決方案以信令模式輕鬆實現準確測量,這涵蓋Anritsu的自動化測試軟體系統的靈巧方便的功能,以ATS-NR-WLAN軟體為例,透過網路模式能夠快速掌握Tx/Rx的測試結果,在Kobe Ho簡報的最後階段還展示使用MT8862A無線測試儀與控制PC的實際信令測試環境與連接測試情境。

其連結一個屏蔽箱中,利用一台手機裝置當做待測裝置(DUT),放進箱中打開Wi-Fi的連線,然後在PC的GUI上即可看到測試的數值與測試情境,MT8862A測試儀強項在於測試評估待測裝置的RF特性,並為匹配測量環境的Wi-Fi裝置RF Tx/Rx特性的掌握,包含Tx功率、調變精度、Rx靈敏度等測試項目,提供更具彈性化的測試解決方案。

Anritsu提供便利、直接與本地即時性支援的ATS-NR系統

Anritsu軟體暨技術支援部副理James Chan接續針對系列ATS-NR系統議題發表主題演講,他的「產品驗證的最佳幫手:ATS-NR Family」的簡報,進一步介紹Anritsu的ATS-NR系統,協助使用者快速掌握Anritsu無線測試儀的操作,特別對於對規格不熟悉的使用者,使用ATS-NR測試系統就顯得非常關鍵,所以ATS-NR的方便易用是Anritsu成功的測試解決方案的重要推手。

Anritsu的測試解決方案在調變功率的精確度、訊號品質、頻譜與頻寬的規格提供了絕佳的性能,滿足多樣化場景的測試需求,所以客戶可以進行直接性的量測,在搭配SA與SG信號產生器做待測物干擾性測試,再透過ATS-NR提供方便簡易操作就可以有全面性的測試,再者,客戶的測試情境需要隨時修正與配合,憑藉Anritsu台灣本地的軟體團隊的即時支援,已充分滿足客戶的需求,這是Anritsu服務客戶的重要指標。

James Chan拆解ATS-NR的架構,軟體的底層是一個Signaling.DLL,中間層是一個CONSOLE.exe的設計,最上層是一個以UI為主的介面,舉ATS-NR系列家族的UI介面,都會即時顯示裝置連線的狀態,然後透過PlanEdit的測試腳本設定與編輯,大多數的測試流程都根據如3GPP協會等法規而來;而因應工程團隊的需求,ATS-NR也可以單獨設定個別的測試流程,皆有方便簡易的配套做法。

Anritsu台灣團隊開發一系列出類拔萃的測試解決方案

第一,節省大量測試時間,使用ATS-NR只要花時間編輯參數的設定完備,就可以迅速提供測試報告以完成,大幅度省下90%的整體時間,第二,Anritsu的ATS-NR系統是一個共通的軟體平台,可以在相同使用者介面來執行各種不同的無線測試,可以是FR1與FR2頻段的無線裝置,或是諸如藍牙裝置,並使用客戶熟悉的MT8852B測試,第三,Anritsu的ATS-NR系統具備ALL IN ONE功能,方便執行一次性驗證,第四,多種測試報告的格式,快速產生PDF、TXT格式的檢驗報告。

在James Chan簡報的最後階段還展示ATS-NR-FR1的測試規範,提供MIMO與SISO的測試驗證,在ATS-NR-FR2的展示使用CATR與MA8172A來連結測試,利用一條網路線連來連接DUT做OTA測試,值得一提的是,ATS-NR-FR2考慮OTA測試時容易發生DUT過熱而不穩定,所以可以設定翻面或不同的延遲時間調整的量測支援,以幫助解決待測物的實際情境,輕易地滿足FR2裝置的大量生產的測試要求。

做OTA量測時,可以針對待測物來測試EIRP、TRP、EIS的設定與各種待測物的全面性量測,以循序測試為主的測試方法為例,藉由PlanEdit的測試腳本的預先載入和設定完整定義的參數設定清單,大幅減少待測裝置與測試儀之間所需要的資料傳遞的數量,以節省每次測試時的準備時間。

目前ATS-NR所常見的待測物以無線AP裝置、平板電腦、智慧型手機與多樣化的Wi-Fi裝置為大宗,再者,特殊功能有諸如Tx POWER TRACKER,用來觀察待測物長時間使用的穩定度,其他還有靈敏度等追蹤的功能;由於資訊安全性的考量,ATS-NR提供SSID與WEP、WPA/WPA2與WPA3 Personal的安全性設定的要求,Anritsu 的ATS-NR可以說兼具便利、直接用途,具備全面性驗證,尤其ATS-NR的開發團隊就在台灣,所以技術支援即時性特佳,讓使用者大為稱道。

揭露5G NR Small Cell基地台測試解決方案

Anritsu軟體暨技術支援部專案副理Caesar Chen介紹「超前5G,佈建未來:5G NR Small Cell市場趨勢與測試」,聚焦O-RAN測試與5G NR小基站基地台的測試,5G NR的應用大幅度的吸引電信商與系統整合商的青睞,尤其是企業專網(Private Networks)在智慧製造與重要的智慧城市應用上嶄露頭角。

透過RU、DU、CU的不同功能性的切割,使用Virtual RAN技術架構來構築新時代的5G NR網路,其市場的樂觀預估指出從現在到2026年間,有高達38%的CAGR成長率,一般以SPLITE 7.2設計規格的O-RAN網路,大量用Small Cell的裝置來做到普及化的部署正開始全新的發展趨勢,其相關的系統測試與規範正要啟航,而且在不同RU、DU設計中採取分段效能測試的方式,O-RAN與Small Cell的5G NR基地台測試解決成為方案,成為這個線上研討會的壓軸。

2021年MWC2021大展中Anritsu在展示影片中,看到O-RAN的虛擬測試的範例,這個與Fujitsu的系統合作的測試與驗證的示範,聚焦於RU的射頻信號品質的掌握,影片中在射頻前端(RFFE)用MS2850A測試儀,並在後面接上一個MG3710E的信號產生器,O-RAN的工程驗證主要仍以3GPP規範測試項目為主,這也是Anritsu所設計的測試範例的根本,對於台灣的網通業者正摩拳擦掌要進入O-RAN白牌系統的爭霸賽之際,Anritsu的解決方案宛如及時雨。

Caesar Chen講述基地台的一致性測試測項,以FR1頻譜的測試主要依照TS38.141-1的第六章的規範來確保信號發射端的接收訊號品質的一致性測試,以及TS38.141-1的第七章的規範接收端訊號品質的靈敏度,而在FR2頻譜的測試則使用TS38.141-2的規範來做發射端與接收端的訊號品質的測試。

對於Anritsu所提供的5G NR基地台測試儀,包括用在FR1頻譜的MS2850A訊號頻譜分析儀,以及MG3710E向量訊號產生器,MT8000A無線通訊綜合測試儀,皆可用在FR1與FR2的使用,採用模組化的設計,一台最多可以測試四組RF的訊號,具備彈性配置的優點。

Anritsu台灣團隊所設計的Anritsu Entry(AEntry)非訓令測試軟體,可以支援單一或最多四個待測物的設定,這個AEntry軟體先做初始化測試,全部測項完成時就會顯示其結果,顯示PASS或FAIL以方便工廠操作員工判斷良率,並提供測試報告。

可主動產生包括PDF、CSV的輸出報告檔案,這些測試解決方案皆滿足客戶端對大量出貨的殷切需求,使用單一測試機台來同步同時測試多個裝置的解決方案,以有效地減少待測物的平均測試時間,從而降低整體的測試成本,並協助台灣網通產業與製造商一起掌握5G NR的大商機。