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安立知提供5G与物联网装置面面俱到的测试解决方案

安立知提供5G与物联网装置面面俱到的测试解决方案

COVID-19(新冠肺炎)疫情促使宅经济逆势飞速成长,消费者对移动通讯的依赖急遽成长,一举推升高速与大带宽的网络流量需求,助长市场强烈需求,除了电信营运商加快布建5G基础架构的布局之外,面对工业物联网与诸如智能制造等新兴的应用,企业积极发展5G专网的智能应用,开启崭新的未来趋势。

这种具备低延迟、高速与更高容量承载的网络架构,由于装置与系统间的多样化无线传输互连技术,启动了全新的测试挑战,并紧紧扣住工程研发团队的开发动态,亟需有效的测试解决方案以简化测试流程,产业界对5G与物联网(IoT)传输界面的测试解决方案有着殷切的期待。

O-RAN专网测试解决方案瞄准智能工厂的TSN网络的测试要项

安立知(Anritsu)于2021年12月21日主办的「5G - Intelligence of Things:Anritsu移动通讯技术趋势在线论坛」,深入剖析5G专网(Local 5G)与IoT无线传输技术规格与未来的测试挑战,探讨市场新趋势。

安立知业务暨技术支持部副理林昇鸿先生率先上台做开场演说,以Open RAN的市场趋势入题,这个以开放架构为依归的开放性无线接入网络(Open Radio Access Network;O-RAN),酝酿诸如白牌服务器与网通装置大爆发的市场新趋势,自2020到2026年间产业调查报告中列举Open RAN的复合成长高达38%,市场期待满满,O-RAN联盟与电信营运商已经开始加速双方互联的测试。

许多的趋势报告更进一步表示,自2022年开始Open RAN将加速布建,现阶段除了日本乐天(Rakuten)移动与美国Dish Network已经有实际的使用范例之外,目前在市郊与城市外围的区域布建正在加速进行。

谈到O-RAN必须同步关注各国的5G专网的部署策略,大都使用3.5GHz的频段,事实上各国开放的频带也不一,以邻近的日本为例,其使用4.8与28GHz的频带,横亘FR1与FR2的频谱,由于5G网络到乡村地区的普及化时程,仍需再费时五到十年之久,所以目前日本的5G网络的发展除了主要的电信营运商之外,还进一步拓展到以Cable TV等第四台业者与企业的加入,在5G专网频带上还特别开设4.6GHz的频带,使用300MHz的带宽,以及28GHz的毫米波频带,其具备900MHz的带宽。

日本政府在过去两年来,不断以出资鼓励让区域的5G专网的概念验证(PoC)的个案从防灾、医疗等七大领域逐步增加,吸引产业界与地方政府的参与,型塑重要的5G专网使用范例。

由于5G专网所连接的网通设备繁杂,尤其特别关注需要大流量与视讯串流的支持,当中特别介绍两个重要的范例,首先是TOYOTA推动MR(混合实境)技术使用5G专网来做制程设备的更动与验证,利用MR技术启动资深工程主管执行远程的设备验证工程,以利于生产线的快速变化因应小量多样化的生产新常态的发生,该范例使用4.7G与28GHz的频带。

另一个案例是NEC的智能工厂,一样是面对少量多样的生产线的快速更动与部署,还有AGV车辆的运作,加上制造设备上使用大量传感器装置,来监控设备维修时程的掌控,所以采用5G专网做到无线连接与线上监控的能力,亦使用4.7GHz与28GHz。5G专网的测试的议题,首先是3GPP制定TR22.804 TSN的规范,这个以Time- Sensitive Networking (TSN)的规范做为启动未来在运输、智能工厂、智能农业等智能应用上同步测试的标准。

5G专网测试解决方案同步兼顾有线与无线的测试组合

事实上,智能工厂的应用中经常是有线与无线装置并陈,所以安立知的测试解决方案就需要模拟真正现场状态,以验证整体系统的良莠,做为场域特性的模拟测试的重要依据,目前针对O-RAN装置所提供的测试解决方案,主要包括以功能为主的一致性测试,以及针对使用不同厂牌的RU与DU间的与互连测试,简报中列举几个重要的测试实例。

首先是基站(Base Station)的非信令式测试,由于工厂端会用到许多无线装置,如AGV或MR等IoT装置,所以使用MT8000A无线通讯综合测试平台做为无线测试与RF验证的基础,当中搭载测试毫米波频段使用的MX800045A选项设备,以涵盖28GHz或39GHz频带,最大带宽可以测试1GHz。

再者,sub-6GHz频段则使用MX800046A选项设备涵盖400MHz ~ 6GHz的频带范围,当中在3GHz到6GHz常用频带中,最大带宽可以测试400 MHz,针对多天线测试的同步(Simultaneous Test)与并行(Parallel test)的测试,一台MT8000A可装两个卡板,总共测试四台装置,有效的降低生产制造测试所需要的时间调整,并可以针对发射功率、频偏,EVM、ACLR与载波聚合(Carrier Aggregation)等诸多项测试。

其次继续介绍安立知的MT1000A传输测试仪是属于Network Master Pro的系列机台,做为测试有线的Ethernet的传输标准之用,做为端对端信号传输特性的验证,速度可以从1.5Mbps到100Gbps的测试范围。

另外,关于时间误差(Time Error Measurement)测试,MT1000A可以在PTP网络中,使用GPS信号同步来进行网络局端与DU、RU等设备的时间性的量测,针对PTP网络上的封包做时间的比对,以验证时间误差的数值。针对O-RAN的S-Plane测试,由于MT1000A可以皆具扮演Master或Slave的模式,利用同步的设定做PTP与SyncE的测试。其他的功能性测试,可以使用MT1000A串接O-DU与O-RU做基本的验证,在效能测试上,验证整个O-RAN系统的频偏与相位误差。

另外,安立知介绍Field Master Pro系列的MS2090A实时频谱分析仪(RTSA),提供4G LTE/5GNR解调变分析,且透过IQ Streaming功能将数据录制起来进行环境模拟测试,做为O-RAN 与Smart Factory 场域模拟,此外5GNR RF场域的时间同步与频偏测试、Beamforming特性,其中可以计算RU发射信号到终端CPE的Time Offset,由于应用环境中可能因为频率反射的各种状而造成负面影响,因此工厂场域的环境验证需要谨慎以对,对于数据传输与时间同步的议题,需要针对RSRP功率大小与时间同步做相关测试,了解现场环境产生的信号延迟的影响,

时间同步对5G专网的应用非常重要,TSN网络有相当严谨的规范,从小基站(Small Cell)到装置端需要小于1.5微秒(micron),这是为了避免因为现场干扰而让人工智能系统产生错误判断,所以使用MS2090A搭配3D陀螺仪走访现场的地点做为量测基站的信号的强弱依据,找出现场的PCI、RSRP与时间误差(Time Offset)数值,功率大小与时间同步的状况,以做成2D/3D建模分析,对5G专网用在智能工厂上有着显着的意义。

MT8000A平台以Entry Model配置迎接5G与IoT的测试挑战

安立知软件技术副理何信志先生接续上场,他的简报着重于单一机台(Single Box)的MT8000A无线综合测试平台的Entry Model的说明,由于5G的低延迟、高带宽与广连结的特性,启动物联网装置大量普及化的进程,当中无线传输技术功不可没,这个简报涵盖了包括Wi-Fi、BT、NB-IoT、LTE CAT-M等多个主流无线传输标准,同时面对大规模量产的要求,安立知提供了ATS-NR的自动化测试的软件解决方案,回应市场上对量产测试的殷切期盼。

物联网的装置融合趋势,加上各个领域的合作与产业界巨擘的整合推广,还有5G的推波助澜,已经大幅度的影响着每一个人生活的各种场域,由于IoT装置的年复合成长率一直维持高可见度,这个趋势也已经预见延续到6G时代的发展,尤其是频谱的使用从过去的2.4GHz一路攀升到5GHz、6GHz的频带,解决频谱壅塞的状况。

Wi-Fi是速率成长显着的技术,也形成对测试解决方案的重大技术挑战,而BT(蓝牙)未来趋势上,真无线蓝牙耳机的应用非常重要,在低功耗BLE的AUDIO的音讯传输规格的全新规格的增应用下,成为全球关注的重点,安立知以MT8000A平台完整部署5G与IoT测试解决方案,多个产品组合与搭配从工程设计验证,一路延伸到量产测试的解决方案,涵盖范围与使用范例非常完整,举凡功能为主的一致性测试,或是验证时的非信令测试,以及量产的信令测试,满足产业界的要求。

MT8000A平台的Entry Model是安立知为因应更多元应用测试需要,简化5G设备投资成本所新开发的经济型入门款机型,单机支持功能可涵盖4G、5G FR1 & FR2基础RF射频验证,未来若需要使用到高端CA应用测试需求,则可透过增加卡板来做升级,具备容易扩充的优势,从LTE到5G FR1的测试都一应俱全,透过RF升降频器(Converter)可以支持FR2频谱的测试。对于许多OTA/EMC/SAR等法规认证测试机构、乃至产线端QA验证单位、甚至到产品维修或检验部门,都很适合透过Entry Model平台来做基础RF功能验证。

市场上积极关注智能手机当作一个重要的测试标的,安立知提供验证的便利性,将4G IoT、LTE、5G、BT、Wi-Fi、干扰测试都涵盖在测试的范例中,满足智能手机的各阶段的产品验证与测试的功能,现场展示利用一个PC工作站架起整个测试环境,使用MT8862A无线连接测试仪,在OTA Chamber环境下做一台Android智能手机的Wi-Fi、5GNR、LTE、BT相关应用快速测试的示范,透过ATS-NR软件做为量产使用的自动化软件,同时演示手动编辑测试脚本因应各种定制化的测试应用,并启动多个测试计划的应用,最后可以将测试到的数据数据转出做成图表,输出测试报告用PDF档案格式,完整提供5G与IoT测试结果。

Anritsu Entry/Engine的自动化测试系统解决多天线测试的困境

安立知资深软件技术工程师许伟康先生的压轴简报,聚焦于使用安立知的ENTRY/ENGINE软件做多天线装置的测试,由于诸如智能手机等高端智能装置使用多天线的设计,以因应多样化无线通讯技术的滥觞,这成为一个关键的测试难题,由于单一消费性电子的装置上使用多种无线传输技术,所以当不同的频谱使用的范畴愈多,天线数量就愈多,可能多达12支天线的测试环境,这成为从R&D工程验证到产在线的测试配置,被高度关注的核心议题。

MT8870A/MT8872A通用无线测试仪是非信令测试的平台,前者是产线的测试而生,适合流水线的架设,后者是R&D或维修站的小型化的测试解决方案,二者都有良好的扩充性,透过软件升级就可以增新的规格的测试,甚至未来的Wi-Fi 7也可以使用。

一般的测试配置,如果待测装置的天线数少于或等于4支,让单机机台可以做成两个测试工作站,但是当天线数在五支以上,一般使用MA887002A做为容易架设两个测试工作站之用,整合适用于一对多的分配器(Divider)容易架设,但是需要注意线损而产生测试不稳定,为了避免可以建议用MU887002A,因为有多个输出埠(PORT),容易达成线损少的优点,容易满足校准的要求,支持最大7.3GHz的测试。

安立知的ENTRY/ENGINE自动化测试软件,由台湾工程团队所设计与测试,ENTRY是GUI界面入口,方便测试者容易看到数据,使用自订的UI,支持产线作业员的界面,或是使用标准测试CONSOLE界面,ENGINE是核心测试程序,提供不同客户的定制化支持与切换,所有的TEST PLAN使用XML格式,怕不好阅读与编辑,所以安立知特别设计一个编辑器,以增加可读性与方便使用,输出报表对应CPK工具作分析。

现场展示使用八支天线的待测物,实时显示测试结果,涵盖5G、LTE、Wi-Fi的测试范例,产生对应的测试报告,今天的在线研讨会也持续看到安立知测试解决方案朝向多功能测试平台的增,主要还是因应无线传输技术进入全新的领域,测试挑战必是不可小觑,安立知考量客户在资金面与技术面上的负担,特别重视成本效益的延续,对于接续未来更复杂的测试挑战,也能使用相同的架构,让客户的投资可以物超所值,并携手掌握5G与IoT技术所带来的商机。

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