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LitePoint秀5G与Wi-Fi 6量产测试解决方案

  • 孙昌华/台北

全球业务副总裁Richard Hsieh。

2019年市场看到5G产品露脸,不仅是5G智能型手机,诸如5G CPE分享器与固定无线接取(FWA)等网通产品也初试啼声,但是因为中美贸易冲突导致经济前景诡谲难辨,手机市场自2017年第3季以来,始终低迷不振,到了2019年第3季终于止跌回稳,其中市场调查机构Strategy Analytics呈现的乐观数据,出货量从2018年第3季的3.598亿支,成长至2019年第3季的3.663亿支,年增2%。

同时据Counterpoint Research分析来看,中国大陆已正式推出5G网络,其为整个产业带来的庞大市场规模,将让2020年成为5G的突破年,过去12个月来,5G网络和手机的推出速度都比当年4G问世时的速度要快,且预告各大品牌的多款5G智能型手机的机海策略已经箭在弦上,莱特菠特(LitePoint)看准这个大趋势,为了迎接5G世代的到来,协助海峡两岸的电子制造与网通产业界掌握5G与Wi-Fi 6系统验证与测试技术的新发展,举行系列研讨会。

市场营销协理Adam Smith。

应用技术部副理Young Huang。

应用工程部经理Chris Chao。

产品经理Middle Wen。

应用工程师Blake Chen。

卫普科技总经理刘荣宗。

这次「匠心独运,创新未来-LitePoint 5G与Wi-Fi 6无线测试技术研讨会」活动,于2019年11月19与21日两天,分别在台北与新竹盛大招开,做为2019年岁末的一场重要的科技飨宴,透过尖端的测试机台的逐一亮相,擦亮客户的无线通讯产品在市场上的品牌光环,并加速产品量产与上市时间,抢占市场先机。

LitePoint迎接5G所创造的大商机,精准掌握量产时程

LitePoint全球业务副总裁Richard Hsieh的开场引言,清楚描绘LitePoint在5G与Wi-Fi 6测试解决方案的产品发展策略,为了迎接5G产品2020年所带来的全面量产的测试挑战与新商机,Richard表示,5G与AIoT互相加乘所产生的大商机有目共睹,但是当中新技术的重要挑战也非同小可,举凡毫米波(mmWave)频段、多待测物(Multi-DUT)测试、OTA测试与CATR Chamber,以及Wi-Fi在6GHz频段以上的新发展,还有超宽带(Ultra Wide Band;UWB)的测试,对电子供应链而言,追求巨量量产的时效性,就是成功之道。

LitePoint从快速掌握不同无线技术的进程,迅速集成上游芯片商各个技术环节,提供更快、更简单、更具成本效益的测试解决方案,满足客户高质量的要求,帮助客户精准的掌握商机,并期待2020年的丰收,透过这个研讨会,确实掌握从DVT等工程验证到产品量产的每一个进程,达成Time to Market的目标,并且当市场规模逐步放大时,也能够抓住适当的获利时机。

5G加速落地应用拓展,关注于使用范例所带来的创新

LitePoint市场营销协理Adam Smith从5G在美国市场上的发展做为引言与破题,从Ericsson与华为所展示的几个重要的应用场景中,他特别关注包括BMW在中国的汽车制造生产线、智能医疗的远程实时手术与美国超级杯美式足球场现场的5G应用,揭示5G从不断的创意发想中,逐步走向人群,塑立耳目一新的应用典范。

5G的频谱使用上,除了耳熟能详的FR1频段与FR2毫米波频段之外,以及中频(Midband)涵盖3.2~4.9 GHz的频段的定义,当中北美市场的CBRS频段是由3.5GHz共享频谱透过FCC通过开放使用,开始产生重要的集成商机,另外还有Wi-Fi的6 GHz频段的非付费频谱的使用,整体而言,增加的频谱范围与选择之后,除了助长小型基地台(Small Cell)的装设之外,目前三大类型的用户端设备(CPE)装置,分别是5G NR分享器、5G智能型手机与固定无线终端(FWT)装置都创造重要的成长,在2019年的5G元年的成绩单上,看到占有32%的出货比重,比第二名占29%的5G手机还要大。

5G商转目前在中国以华为设备所主导,透过初步使用效能的展示,在中国看到2.92 Gbps的下载速度的里程碑,但是一味追求下载速度的极限并不是体验5G好处的决胜点,因为若是真要追求极限,以现在的5G网络的基础建设,Smith打趣的说,可能你需要拿着手机不准动、不能进屋子里,而且手机会烫了不得了,这根本谈不上使用者体验,所以重点还是关注于使用范例所带来的创新。

5G手机的量产挑战,对于FR1频谱的手机,印刷线路板(PCB)因为天线摆放的位置,所以高频接头如何在PCB正反两面取得适当的测试连接方式,需要设计适当的测试流程,另外,在FR2的毫米波频段的OTA测试的挑战更是众所关注的议题,LitePoint为了提供适当的量测解决方案与测试机台,全产品线涵盖从IQxstream-5G、IQgig-IF与IQgig-5G三大系列,囊括400MHz到45GHz的频带范围的测试,并顺势完成紧密的部署,提供客户完整的测试解决方案。

揭露Wi-Fi 6最新进展,紧锣密鼓催动产品验证标准

LitePoint应用技术部副理黄民仰接续上台,聚焦于Wi-Fi 6的测试与市场动态,目前可预期将率先支持Wi-Fi 6的新手机,以iPhone 11系列最受瞩目,而北美市场对于Wi-Fi 6的实际应用场景的部署,也将看到以主要运动球场的布建Wi-Fi 6的服务而引人关注,包括Cisco所建立SoFi Stadium与休士顿的BBVA美式足球场的Wi-Fi布建,都让人屏息期待。

说到Wi-Fi 6产品的验证测试,仍以OFDMA与MU-MIMO两个最重要技术挂帅,以OFDMA使用更细更密的子载波技术,搭配MU-MIMO来处理更多装置间的信息互连,所以测试的挑战将更为艰钜,还有1024-QAM的测试也具备高难度,LitePoint的测试解决方案的设计着重降低测试的门槛,简化流程,一举掌握Wi-Fi 6产品规格的要点。

由于美国FCC已经将6GHz免付费的频谱的设定公布,预计2020年第3季会开始测试,由于6 GHz的频道的优势在低延迟的应用上有明显的优势,所以新频段上将对扩增、虚拟实境(AR/VR)的新应用有了重要的驱动,所以更多的频谱测试将使量产测试的挑战,更加水涨船高。

再者,IQxel-MW机台大力支持OFDMA的预先调校测试(Pre-correction test)做为Uplink传输的互通性(Interoperability)测试之用,特别值得一提的,LitePoint的IQxel-MW搭配IQsniffer软件,已经成为重要的验证实验室用来追踪不同STA与AP之间相关的网络训令(signaling)的内容,做为监听多个装置通讯间的重要工具,黄民仰所示范的测试情境包含模拟多个使用者、RU与资料流封包(Stream)对AP的测试,以及AP的Downlink与Uplink的不同测试要求的模拟,加上Wi-Fi 6所规范的Power Boost的功能,让不同距离的STA可以维持一致的量测功率,利用机台的精确功率控制功能,完成复杂的测试要点。

LitePoint主要搭配IQxel-MW设备执行频谱的测试,无论矢量强度(EVM)量测,Power Control控制,以及Trigger Base的Timing Control等高功能复杂的策式程序,为了协助系统厂商提升效率,提供平行多DUT测试架构,获得测试速度和效率的大幅度提升,是产业界测试Wi-Fi 6装置所不可或缺的测试解决方案。

UWB技术展示精确的测距和定位

应用工程部经理赵伟清从iPhone 11支持超宽带(UWB)技术谈起,由于UMB并不是一个崭新的技术,目前IEEE 802.15.3演进到802.15.4z的规格从资料传输更改聚焦于定位以及安全性,市场上的解读在于iPhone 11利用UMB技术做为精确的测距和定位的应用,由于使用飞时测距Time-of-Flight(ToF)技术,其精密定位精度可以小到10公分以内,将引领一波着重于高度安全性要求的新应用,做为包括脸部辨识身分识别、位置侦测服务(LBS),以及装置对装置间的相互身份识别等重要使用范例,具备非常高的安全性。

对于3D的定位的需求愈来愈火红,UMB只要部署四个传感器就能做到准确的3D定位,例如在建筑工地现场可以透过重型机台与人员安全帽上的传感器的精准距离定位,避免机具操作不慎,而造成人员损伤的工安问题。

测试UWB,LitePoint打造IQgig-UWB机台满足客户需求,采用IEEE 802.15.4z的规格认证,测试频率范围5~19 GHz涵盖UWB所需要的选项,并搭配IQ5631(Power and Delay Control Module;PDCM)模块,提供-100 dBm的测试灵敏度,使用IQfact+的ATE量产辅助软件与内定的标准测试程序,作为UWB自动化量测的最佳解决方案。

5G毫米波OTA测试,展示研发到Multi-DUT量产测试的无缝接轨

根据GSA截至2019年10月的统计,一共有15种尺寸与型态的设计,计有71家厂商共172款装置,包含50款手机,10款无线AP热点,55个网通CPE装置与32种5G通讯模块产品即将上市。

LitePoint的产品经理温中义(Middle Wen)指出,这些产品一共依输出功率等级区分为UE Power Class 1~4共四个等级,当中手机归类在UE Power Class 3,而CPE则属于Class 1的范畴,针对5G技术最关键的测试挑战,也就是各种毫米波天线的测试,尤其过去大家所不熟悉的OTA(Over-The-Air)测试,最为人所重视。

目前主要测试的要求是根据3GPP的TR 38.810的规范,主要有包括直接远场(DFF)、紧缩场(CATR),以及近场到远场转换法(NFTF)的方法,并随著UE Power Class等级、天线尺寸与各别熟悉的测试方式而选定,LitePoint除了提供软、硬件的集成,加上各芯片大厂的测试与模拟工具,以及Testing Chamber(量测舱)的设计之外,最需要考量的是量产时的扩充性考量,温中义强调多待测物(Multi-DUT)的测试与设计。

5G NR在FR1与FR2频谱的测试条件做了非常详细的描述,主要量测的参数包括EVM、Carrier leakage、Inband Emission、EVM Equalizer Spectrum Flatness、Spectrum Emission Mask与ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio)等,由于量产测试解决方案最重视成本考量,LitePoint特别提供23~45 GHz的喇叭型天线(Horn Antenna)天线,区分高、低增益一共有两个单极性天线模块,做为Testing Chamber的设计,针对毫米波天线的测试,LitePoint的测试解决方案除了有对应的Chamber设计之外,并搭配IQgig-5G仪器组合的测试,具备大量简化设定与校准时间的优点,并使用IQfact5G软件做为ATE辅助来简化设定参数,并验证待测物的特性,兼具产品量产时的成本与测试时间上的优势。

高精度缩距场及近场5G应用测试系统

卫普科技总经理刘荣宗受邀专章介绍高精度缩距场及近场5G应用测试系统,卫普科技是全球主要的缩距天线量测场(Compact Antenna Test Range;CATR)的设计与制造商,公司成立于1993年,目前一共有34个员工,在CATR应用技术有20几年经验,目前已经交付超过170种通讯系统量测距离的设计,还有30个以上的CATR设计,在国内甚至接受中科院委托设计军用测试系统做为特殊飞弹设备的测试实验室,目前正为台湾的太空中心设计用做福卫八号卫星的EMC测试用的设备。

刘荣宗介绍建立精准的CATR设备的重要参数,无论用在OTA、Beamforming测试时,因为CATR的量测系统不需要受到传统远场量测距离的限制,即可模拟平面电磁波特性,其平面电磁波的空间的路径损耗低,非常适合精准测试天线的效能,也就是测试通讯产品辐射能量,CATR设备的设计重点,在于掌握平面波的天线场型大小、相位、以及天线辐射极化的均匀度等关键因素,才能做到精确量测。

衡量CATR设计的良莠,主要是取决于抛物面反射面天线、馈入天线、以及电波静态区域(Quiet Zone)的设计,当中细节相当多,挑战也日亦严峻,目前CATR的抛物面反射面天线使用锯齿状的交叉极化卷边(Rolled Edge)的设计,做为解决电磁波绕射及散射的现象产生,降低待测物的量测误差,应该是目前的较佳的选择。

卫普科技与LitePoint密切合作CATR的OTA Test Chamber设计,随然现阶段在毫米波频谱测试对CATR的Test Chamber的需求量大,但是由于使用CATR所具备的低损耗且高质量平面波特性效益已经非常显著,刘荣宗还是认为未来FR1频谱的CATR的需求会有更大的市场成长的潜能。

搭配IQxstream-5G解决方案,掌握Sub-6GHz终端装置高效能量产

陈建佳是LitePoint应用工程师,简报聚焦于Sub-6GHz的量产测试解决方案,他首先表示毫米波虽然提供高的带宽而有高速资料传输的优势,但是涵盖范围比不上Sub-6GHz的频谱使用,因此Sub-6GHz的装置在短时间内是不容易被取代的,所以仍占有今天量产解决方案的重要地位。

测试5G装置时,由于有多个设定参数的变因,诸如Sub-Carrier Spacing与OFDMA格式需要测试,集成起来需要测试的场景就会超过9万多个组合,这在量产测试时是很没有效率的,虽然3GPP的测试组合缩减到约3千多个,但是如何找到有效的测试组合,LitePoint愿意与厂商一起参与讨论与设计来做有效的测试精简模式。

LitePoint的5G NR Sub-6GHz的测试解决方案使用IQxstream-5G机台为主,因为需要同步支持4G LTE与5G功能的测试,装置上的天线总数量就相当惊人,因此从机台的调校的工作负担就很大,为了解决多天线与多待测物的考量,LitePoint提供IQ3101的机台做为Power Splitter或Switch的功能,以满足量产测试的调整与校正,搭配IQxstream-5G具备有非常优异的测试校能。此外,在软件上的自动化解决方案,LitePoint使用IQfact5G来执行量产测试的效能,协助系统厂商掌握Sub-6GHz装置的测试时间,并迅速掌控大量量产的时效,从容应对无线测试技术所带来的挑战。