LitePoint的802.11ax测试解决方案大展身手
- 孙昌华／台北
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Wi-Fi无线网络与LTE(Long Term Evolution)移动通讯系统虽是两种不同的技术规范，但彼此间的竞争日益白热化，对移动通讯阵营而言，因为贩售收费服务，并以长距离室外为常见应用环境，所以支撑庞大的营运规模，并且与智能手机等移动设备有着紧密的利益关系，而WiFI网络以短距离室内数据传输为应用，因为使用免费的频道，营运模式彼此有巨大的差异。
Wi-Fi新一代的标准IEEE 802.11ax即将于2017年底逐步公告，其几个重要的诉求，举凡同时涵盖2.4GHz或5GHz频段的使用，以进一步提升连线速度，并且支持OFDMA，利用高达1024QAM以及多用户的多重输入多重输出(MU MIMO)技术，以打造更出色的使用者体验。
诸如在机场或是演唱会等大量使用者利用Wi-Fi上网等密集的使用情境中，也可以让每位使用者平均数据传输效率提升4倍以上，对于移动设备端电源利用效率也大幅度增加，对于4K或是2020年日本东京奥运即将商业运转的8K高画质电视等新兴应用的发展，更是一大利多，对于Wi-Fi阵营而言，802.11ax是因应5G时代的来临，解决大量使用者与密集透过Wi-Fi上网所面对的严苛情境下，一剂使用者体验改善的良方。
然而，这也同时意味着802.11ax系统的制造测试与设计验证将面临多种挑战，例如频率误差调整、功率准确控制、多重使用者(MU-OFDMA)传输的大量测试、RU Leakage与MU-MIMO多工测试等等，测试验证的项目与测试时间都扶摇直上的状况下，台湾网通装置OEM/ODM大厂将面临新一波的挑战，莱特菠特(LitePoint)为了尝试协助台湾厂商了解802.11ax系统验证与测试的技术与新知，藉由主办2017年「LitePoint 802.11ax先进测试技术研讨会」，于7月19与21日两天，分别台北在与新竹盛大招开。
台北场次从现场的嘉宾如潮，几乎将内湖大直的维多丽亚酒店(Grand Victoria Hotel)挤得水泄不通，产业界对LitePoint的研讨会给予高度的评价。
这次主题的重心就是802.11ax的议题，探讨如何使用LitePoint的无线测试技术来解决802.11ax从设计验证到制程测试所面对的挑战，改善生产制造端的测试效能，产品设计端的功能验证，提出完善的测试解决方案。
会中为了进一步了解芯片设计大厂的802.11ax芯片组的动态，尤其即将问世而紧锣密鼓的验证测试中的芯片大厂的进度与技术上的考量，特地邀请Broadcom与Marvell的市场与工程主管一起分享不同的观点。
测试是产品差异化并摆脱市场上与竞争对手纠缠的最重要的手段
LitePoint全球业务副总裁Richard Hsieh率先致词并向与会来宾致意，他指出无线装置的测试是展示产品品质与发挥实质功能效益的最重要的手段，强调完整的产品测试关系着产品在市场上与竞争优势，并发挥产品差异化与摆脱对手杀价竞争的终极策略，以无线网通产品而言，有效的改善产品功能与使用者体验最重要的三大衡量标准，包括传输距离的远近、数据传输容量的大小，以及电池寿命的长短，这三者都需要实际上真正做到完整测试后，才可以真正彰显产品的实际功能，才能获得使用者的高度信赖与肯定，建立品牌独一无二的价值。
这些效益能够具体展现在使用者的良好口碑上，所以在销售价格就能维持好的利润，藉由优秀的测试解决方案与技术，可以让新产品的上市时间缩短，而且快速提升产能，一旦有效的放量生产之后，还可以进一步降低产品整体的制造成本，维持令人信赖的品牌知名度，并巩固市场上的地位。
Richard Hsieh强调，LitePoint所提供的测试解决方案从芯片设计端起始，横亘IC芯片测试、模块测试，一直到整个产品开发、制造、大量生产等所有重要环节的测试需求，协助客户进行跨生态系统、供应链的掌控，确保制程制造能力的改善，从芯片厂商所提供的参考设计的验证，到缩短上市时间的时程，并获得快速产能提升，满足市场需求的巨量成长，以及追逐最大的获利，都需要LitePoint所提供的测试解决方案。
802.11ax竞逐多频段的应用 关注低延迟、高流量与多人使用的挑战
随着使用者数据用量大增，尤其是叫好叫座的视讯串流等服务的大量崛起，移动通讯网络的 LTE与Wi-Fi也因应使用者需求的变化而纷纷走向更高的频道发展，透过增加可用带宽的范围，大量使用载波聚合(Carrier Aggregation)技术来增加整体的传输速度，而5GHz的频带，成为LTE与Wi-Fi双方竞争的焦点，这关系着双方授权与未授权频段中，提供免费或付费的服务的分野，因为牵涉到庞大营收的利润，都显得势在必得，竞争也异常剧烈。
这个战火势必延伸到第五代移动通讯标准(5G)，5G的技术由3GPP所主导，由于在时程上需要等到2020年后，才开始正式商业运转，目前所有的规范与标准仍在更新与讨论中，5G所使用的频谱横亘非常宽广的频段，从目前成熟的6GHz以下(Sub-6GHz)的应用，一直到潜力无穷也尚未大量使用的高频毫米波(mm Wave)频段。
LitePoin产品市场行销协理Adam Smith在研讨会中，关注5G未来使用mmWave(毫米波)技术趋势与无线通讯标准的制定时程与双方的市场短兵相接的竞争态势，他从LTE与Wi-Fi技术上相抗衡的观点，市场尚处于缓步初长的阶段，但是为了协助客户掌握一个创造产品的差异化的机会与新功能，LitePoint积极关注其新的动态，Smith以市场面的分析入手，尝试描绘两大阵营的现状与即将来临的新竞争疆域上可预见的战火。
至于新兴的一些无线通讯技术，例如在mmWave领域中的5G NR与WiGig，以及在低频段的NB-IoT、SigFox与LoRa等线上传输技术，随着物联网的发展趋势，正蓄势待发。
目前LTE阵营旗下许多电信服务商正摩拳擦掌进行不同实验性的试点服务，除了AT&T与Verizon在美国部分地区所开始的毫米波(mm Wave)频谱下的测试服务与试点之外，另一个重要试点就属2018年的韩国平昌(PyeongChang)冬季奥运期间的试验了。
至于Sub-6GHz的频段，3GPP正想拓展3.4？4.9GHz之间的频道，细节都将预计在2018年底公布的R15规划草案的提出才能确定。所以自2018年开始，新的规范、法规与标准底定之后，大量的5G通讯设备、移动设备也会开始准备上市，抢食这个巨大的商机。
对于IEEE所制定的Wi-Fi标准来说，802.11ax为了数据使用容量的大幅度的改善，IEEE 802.11ax 2.0规划草案将在2017年底之前可望公告，新的无线分享器(Wireless Access Point)装置可望在2018年初的CES大展上逐一亮相。
由于重视使用者体验的改善的议题，尤其在公共场所的使用效能一直被产业界所大量关注，甚至诟病之声也甚嚣尘上，况且像OFDMA等许多在LTE上已经实行多年的有效的技术，于是快速纳入新的Wi-Fi标准上，IEEE制定新规范似乎比3GPP来的迅捷与务实，对于成熟技术的出手并不手软。
毫无疑问的，Smith认为，2017下半年802.11ax的芯片测试与设计验证会更紧锣密鼓的进行，台湾的网通大厂也亦步亦趋积极朝新产品的方向布局，就芯片厂的进度来说，他认为在技术上已经鸭子划水般的发展一段时间，多半的挑战在于如何将MODEM的线路做更大幅度的微缩，至于因应更小型的尺寸规格(Form Factor)上的挑战，反而是芯片大厂现阶段技术面上的重头戏，802.11ax芯片的上市是2017年网通业界所拭目以待的年度盛事。
Broadcom的BCM43684的单芯片亮相 802.11ax规格的现身说法
Broadcom工程部协理Eugene Chow分享Broadcom在802.11ax的芯片上的发展现状，聚焦于BCM43684的芯片的技术规格与由此芯片所做的PCB线路等参考设计，Broadcom的BCM43684是一颗4x4 MIMO:4 spatial streams(SS：空间串流)支持2.4/5GHz的MAC/PHY/Radio单芯片，主要的功能诉求是具备UL(Up Link) and DL(Down Link) OFDMA同时提供Wi-Fi AP & STA(终端装置)的应用，兼具UL & DL MU-MIMO与1024 QAM调变技术等802.11ax的标准，使用2Lane PCIe Gen 2界面与13x13的尺寸大小，采用284-pin的FCBGA封装的芯片。
Chow针对几个高功能802.11ax无线Router的实际应用的范例，介绍几个PCB参考设计，搭配BCM4908的整合ARM 64位元4核心的SoC，提供有双频与三频通道的AP参考设计，因为BCM4908的SoC是目前主要的SoC，是台湾的OEM/ODM客户普遍感到较为熟悉的SoC芯片，所以可以缩短台湾客户的工程设计与验证的时间。
Chow使用LitePoint的测试设备展示实际的测试结果与频谱分析的内容，与会来宾可以看到802.11ax的实际应用结果与测试范例，对于芯片大厂在802.11ax上的实际进展，有了一个具体与活生生的测试实例的展示，非常有助于产业界更容易掌握802.11ax产品线未来的发展。
LitePoint展示高效率地测试802.11ax产品的技术
IEEE 802.11的技术自1997问世以来，2017年已经是第20个年头，综观各个不同阶段的标准规格，无非都是在数据传输速率(Data rate)上的追逐，但是一直到802.11ax，除了Data Rate之外，更重要的是数据传输容量上的改善，特别是为了要解决公共场所中，大量使用者同时使用Wi-Fi而大塞车等情境与问题。
LitePoint全球技术服务协理林时诚(Justin Lin)的简报强调测试802.11ax装置所需要掌握的重点，那就是OFDMA与MU-MIMO两个最重要的技术，这也是系统与芯片厂商测试上所面对的最大的挑战。
OFDMA的技术利用所使用的频谱内细分为若干小的子载波区块，例如以8个使用者为例，可以一次让8个使用者同时在子载波上传递数据，透过个别的Resource Units(RU)的频率当作子载波频率，这也是从LTE的Resource Block的概念所延伸而来的技术，测试的方法也与过去的802.11标准有所不同。
此外，802.11ax所规范使用的Power Boost的功能，虽然能让AP传输距离更远，但是工程师必须维持量测功率的精确度，才能面对错误矢量强度(EVM)量测的高难度的挑战，所以为了因应以后越来越高的带宽，对测试机台来说，量测复杂度越高，冲击最大的就是量测精准度度的要求更加水涨船高，测试解决方案所需具备模拟802.11ax的信号解调作业，更高的信号处理功能，精确功率控制，当然量测速度绝对会是考量要点。
802.11的技术传统上遇到信号碰撞之后，就需暂停与等待后再逐次传送，所以带宽大量浪费在等待的时间上，因此802.11ax的改良，是一次送出多个RU信号，然后从回收的信号中，再决定信号与带宽的使用模式，如此可以大量改善带宽的使用效率，而在测试方法上，林时诚也指出过去传统上常使用的Chain-by-Chain已不敷使用，需要改采Trigger-based 测试的模式，模拟AP送出Trigger Frame的信号，等候DUT的回覆，以验证每一个RU回应ACK信号，当然要反过来测试AP时，LitePoint机台也可以同步模拟STA的回应信号，作为量测AP的测试，所以可以说一机两用。
LitePoint的IQxel-MW系列解决方案，涵盖在2x2 RD、2x2 MFG与4x4, 8x8 MFG等机种，而且提供客户从IQxel- M系列升级到MW的机种，目前IQxel-MW机种已能够支持包括Broadcom、Marvell、Qualcomm与Quantenna四大主要的802.11ax芯片大厂的产品测试。
802.11ax的2.0规格草案预计2017年9月公告
Marvell的资深工程经理Pete Hsieh的简报着重于介绍802.11ax规格中主要的重点，并持续强调其真正想要解决的问题是在多使用者环境下的塞车与数据容量的限制，目前所设定的目标是透过MU-MIMO的技术，以及OFDMA的频谱分配的机制，大幅度改善数据传输的容量，而且让终端使用者，能一举获得比802.11ac的装置有4x的效能改善。
802.11ax的数据传输的容量将增加整体网络的使用效率，尤其是在体育场、机场等多个AP与多个终端装置的使用场合中，透过MU-MIMO在多工天线下与多频率载波下，解决因为实际地理位置的差异，所引起的使用者体验上的障碍。
同时透过更好的电源管理机制，让智能手机等移动设备的省电效能，可以获得充分提升，并改善Wi-Fi户外长距离传输上的限制，Marvell是WFA(Wi-Fi Alliance)重要的成员之一，关于众所瞩目802.11ax的2.0规格草案预计将于2017年9月公告，关于802.11ax的各家芯片与系统设计厂商之间的兼容性测试，也将于2017年下半年召开，整体规格的进度与能见度都非常高。
zSeries PA/FEM解决方案掌握802.11ax射频前端元件的验证
LitePoint的产品经理温中义(Middle Wen)关注于目前主流802.11ax芯片大厂所使用的包括Skyworks或Qorvo等厂家的PA芯片的测试，他指出影响整体效能的关键性元件就是功率放大器(PA)与射频前端模块(FEM)的设计，对积极想要进入这块大饼的IC设计公司，或是系统组装制造商而言，掌握测试PA的技术一直是不可或缺的重点。
PA的特性化(Characterization)测试对了解整颗IC的效能表现至关重要，无论是量测动态EVM、DPD(Digital Pre-Distortion)、Power Added Efficiency(PAE)或ET(Envelope Tracking)，尤其需要更精准掌控发射功率的能力，透过zSeries所展示的测试验证程序，帮助提升整体产品的品质与功能差异化。
他比较802.11ac与802.11ax的其中一个重要差异，就是1024QAM调变的规格，其系统EVM必须小于-35dB，而PA的EVM则必须小于-45dB，为了能够测试这些功能，所以测试解决方案就必须具备-50dB的EVM测试能力，才能验证芯片的效能与规格，这也是LitePoint的zSeries的PA/FEM测试解决方案所需要具备的基本要求。
由于zSeries将验证测试所需量测仪器加以模块化，全部整合在采用插槽式的硬件模块与机架式的机箱，并大量降低繁复接线，所以称zSeries为Lab in a Box，让IC设计团队可以掌握更多RF IC设计上的专业技术，透过LitePoint的zSeries所展示的测试验证程序，同时保证测量精度与重复测量的精度。
更重要的是zSeries PA/FEM测试解决方案凭藉在PA的功能验证与测试自动化的实力，一举将测试时间从原本耗费数周时间的量测，缩短至数天甚至是数小时，zSeries解决方案将能有效达成IC设计公司与系统制造商的Time to Market目标。
LitePoint的IQxel-MW系列测试解决方案扮演802.11ax的关键要角
台湾的网通OEM/ODM厂商是全球AP Router设计制造的重镇，2017年的年下半应该是802.11ax的AP产品即将进入设计与验证阶段的最重要的战场，LitePoint应用工程部经理赵伟清(Chris Chao)对整场802.11ax研讨会的主题归纳在MU-OFDMA及MU-MIMO的两个技术上，由于此二者整合一起的多元测试与多使用者情境，复杂的组合测试经常容易出错。
尤其802.11ax的AP将扮演着控制一切的角色，协调所有终端装置间的数据交换与传递，举凡在装置间的信号同步与RU Leakage所造成系统的差误与效能的减损，LitePoint新一代802.11 ax测试解决方案IQxel-MW的系列机种，就是为这些全新的挑战而量身打造的测试解决方案，利用LitePoint的Protocal award以及Packet Engine技术，提供模拟MU-ODMA应用和平行多DUT测试架构，获得产业界所殷切期盼的测试速度和效率。
