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LTE上路 先搞定量測難題
4G訊號誰把關?

【作者: 王岫晨】   2013年01月11日 星期五

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不知不覺中,消費者已經走進一個全新的4G新時代。無線網路無所不在,隨著3G行動通訊的普及率不斷增加,使用者對於隨處可接取的寬頻服務已經習以為常。這使得行動通訊產業也開始跳脫既有的商業型態,並逐漸吸引手機業者、電信業者與設備業者、資訊業者及Internet業者的投入。


目前LTE技術,已經逐步應用於現有的行動通訊市場上,並符合4G行動通訊技術最重要的大幅升級基本要求,4G行動通訊正快速改變消費者對於無線通訊網路的使用體驗。而在LTE之後,LTE-Advanced隨之繼起。目前LTE-Advanced的下行速率已可達到1Gbps,比起LTE網路,可提升一千倍的覆蓋率,更可以滿足於各種應用服務所需,既使使用者遠離基地台,都還可以收到穩定的訊號,如此可以大幅提升行動寬頻的服務品質。



圖一 :  LTE技術中的OFDM調變訊號,以及從SISO到MIMO的訊號傳遞,已經成為LTE量測最為棘手的挑戰。
圖一 : LTE技術中的OFDM調變訊號,以及從SISO到MIMO的訊號傳遞,已經成為LTE量測最為棘手的挑戰。

LTE的量測新挑戰:OFDM+MIMO

由3GPP行動網路為基礎,所延伸的新一代無線網路技術,便是眾所皆知的LTE。LTE不僅頻寬更大,電信業者也可跨過既有的無線通訊技術,直接透過LTE來提供無線通訊服務。而LTE應用了OFDM(正交分頻多工)與MIMO(多進多出)等提高傳輸頻寬的技術,明顯與過去的無線技術做出區隔,讓自己堂而皇之跨入4G無線通訊之林,然而,卻也造就出不少麻煩。


其中最重要的,就是OFDM調變訊號,以及從SISO到MIMO的訊號傳遞,已經成為LTE量測最為棘手的問題。


OFDM射頻訊號比起過去工程師容易處理的單載波訊號更為複雜,主要是因為其頻寬達到了20MHz,這是由於OFDM訊號透過多重子載波傳遞,各載波間排列緊密精確,因而佔用更大的頻寬。然而面對如此複雜的訊號,量測工作可一點都不能放鬆。為了能夠迅速診斷出問題所在,必須要能夠從各種不同面向準確地對訊號進行量測,確保訊號傳輸正確無誤。


LTE在行動設備中,使用了SC-FDMA方式來進行調變,這與WiMAX所採用的方式大大不同,導致放大器的功率消耗提高。基頻處理器在處理這些訊號的時候,不僅過程複雜化,最重要的是,將導致更多功耗的產生。而且,比起單載波訊號,OFDM的訊號PAR(峰值因數)更高,其結果容易導致功率放大器進行壓縮時產生錯誤。而這些問題的產生,都需要透過量測儀器來抓出錯誤,並進行除錯。


另外,從3G開始,最重要的一個無線技術,就是MIMO。新一代的無線通訊標準幾乎都以此技術為出發點,這包括3G時代的HSPA+,以及4G技術的LTE與WiMAX等。有別於SISO的單天線傳輸與接收,MIMO技術主要由多重天線的同時收發來提高訊號傳輸流量,以及更寬廣的訊號覆蓋率。這種複合式的單訊號與多重訊號,當然也大大提高了測試方面的難度。


彈性是系統廠最在乎的事

以軟體定義儀器,一直都是美商國家儀器(NI)最為重視的一件事。早在26年前,NI便透過LabVIEW系統設計軟體,打造出經典的量測儀器。時隔26年之後,NI再以LabVIEW為基礎,開發出向量訊號收發器(VST)。美商國家儀器行銷經理郭皇志就指出,NI一直非常關注軟體對於儀器的重要性。特別是在現今,這個行動裝置盛行的時代,無線通訊技術已經和消費者的生活密切連結。這也讓NI體認到,工程師需要的是一部能更有效率、更有彈性,用來快速處理這些無線訊號的儀器。


目前業界最新的無線通訊標準,當然非LTE與802.11ac莫屬。這些更為複雜的MIMO調變訊號,工程師若以傳統的儀器進行量測,非常耗時費力,事倍功半。郭皇志說,軟體對於儀器的重要性,就在於其徹底改革了工程師處理RF設計與測試的方式。在LTE的測試中,儀器的彈性與精密控制非常重要,因為這可以有效提升RF測試流程的效率。此外,類似802.11ac解決方案的開發過程,也非常需要具備自由度與高彈性的儀器作為搭配,才能讓過程更為順利。


其實,透過軟體來定義儀器功能,就是虛擬儀器的主要概念。隨著包括LTE等多樣化無線通訊新標準的問世,而不同標準的生命週期也被縮短,這種情況正為設備研發與測試帶來了巨大挑戰。郭皇志認為,針對LTE的量測,『彈性』是工程師唯一在乎的事情,而最好的解決方法,就是透過軟體來定義儀器。目前NI的向量訊號收發器就是市場上首款軟體定義儀器,在單一PXI模組化儀器中,就結合了向量訊號產生器與向量訊號分析器,同時搭FPGA,更是工程師可自行設定功能的關鍵。在使用上,除了可以將向量訊號收發器當作全新的儀器使用之外,也可以藉由LabVIEW系統設計軟體來強化現有功能。


對症下藥解決LTE漫遊問題

身為量測產業的大廠之一,安捷倫(Agilent)早就為了滿足無線LTE通訊客戶的需求,而做好了準備,並推出各種測試機種。包括LTE-Advanced、LTE、HSPA+、雙載波HSDPA、MIMO、多標準無線通訊和LTE語音(voice over LTE)等量測解決方案。


回顧過去,安捷倫不斷致力於提供整個LTE開發週期所需的解決方案,以確保LTE的建置能達到積極縮短上市時程的目標。由於看到LTE技術在4G行動通訊的重要性,因此早在2008年,安捷倫就已經加入LTE測試聯盟,目的在為LTE的驗證,提供更高速的無線寬頻能力。


目前LTE量測的瓶頸,還是在於MIMO技術。看看目前包括TDD-LTE、FDD-LTE和LTE-Advanced等無線技術,其都採用了更為複雜的MIMO系統,這使得測試的工具當然不能依循傳統步調。新一代的LTE測試儀器,必須擁有針對不同版本LTE天線技術的分析能力,才能對症下藥,進行正確的測試工作。


在過去的3G時代,頻段多半是固定的,量測廠商對於3G頻譜通常都能瞭如指掌。然而4G時代的最大不同,就在於LTE非常多的頻段,這使得不同廠商間的合作模式變得更為複雜。量測廠商也得提早與無線通訊系統商合作,來確定商用頻段的使用。


此外,漫遊將對於LTE系統構成最大的挑戰。大家都知道LTE系統的兩大分支:TD與FDD。未來使用者非常有可能在這兩個標準之間相互漫遊,兩系統的切換是否順暢,測試系統將扮演非常關鍵的角色。量測大廠要能掌握關鍵技術,才有能力在眾多的機海中脫穎而出。


透過軟體升級才符合效益

在現今常見的無線通訊技術之中,LTE是成長速度最快,然而卻也最具挑戰性的無線技術。量測廠商的應用方案,不只必須針對LTE終端裝置所設計,還必須滿足3GPP的無線通訊規範。


羅德史瓦茲為量測業界中,首家提供3GPP LTE MIMO上行訊號分析的儀器商,由於LTE量測領域隨時都會面對新的挑戰,這也使得量測儀器廠商必須應對市場需求,隨時提出更新的解決方案才行。台灣羅德史瓦茲(R&S Taiwan)業務協理盧迦立指出,最好的方式,就是透過軟體來更新,如此不需一再更新硬體,造成成本的浪費。


例如羅德史瓦茲就推出了可滿足LTE-Advanced 測試需求的軟體選項,可應用於客戶現有的FSV、FSQ以及FSW等訊號分析儀上,晶片製造商在進行元件開發時,將更能滿足現在及未來的應用端設備需求。


盧迦立說,透過軟體來升級儀器功能,雖然不是業界的創舉,然而對於量測需求十分複雜的LTE測試來說,若能透過軟體來滿足升級需求,則系統客戶就不需要不斷地汰換儀器設備,導致大幅成本的浪費。利用軟體升級,絕對是最符合經濟效益的方式。


多合一儀器走出紅海競爭

提起量測儀器的新發展方向,似乎越來越多儀器大廠,將多合一儀器作為產品發展的主要趨勢。從過去到現在,已有不少量測大廠推出多合一量測儀器。這種多合一儀器,市場認為其主要的賣點,就在於便宜又大碗,一台儀器就可以抵好幾台,由於量測儀器普遍體積龐大、價格又昂貴,若多了這種一機多用的新選項,自然對於需求量測用途的使用客戶,是一大福音。


只不過,多合一儀器時常帶給使用者一種非高階產品的印象。認為只要是多合一儀器,就是功能比較簡易的入門款機種。畢竟雖然標榜『大碗』,然而關鍵卻在於『便宜』。試想若要把各種高階機種的功能,全部濃縮於一台儀器上,這樣的儀器肯定價格也會破表,這對於有興趣採用的使用者來說,將成為一道門檻,對於儀器的普及也成為一大障礙。


安捷倫電子量測事業群數位測試事業處中華區業務羅仕林總監指出,其實,多合一儀器不見得就是入門款的低階儀器。正確來說,多合一儀器應該視為一種對於儀器的加值功能。這主要的原因,正在於儀器產業已經逐漸走向紅海競爭的泥淖之中。


以示波器為例,目前市面上的示波器種類繁多,激烈競爭下,價格走向也越來越便宜,也出現更多以低價示波器來搶市佔率的新廠商。羅仕林例舉中國大陸市場,就已經有超過五家推出示波器產品的當地廠商。只要能夠買到ADC、DRAM等關鍵零件,組合起來就是一部示波器。比起大廠所推出的示波器產品,這些小廠的產品價格更吸引人,這將迫使量測大廠也被拖入低價的紅海競爭之中。


為了脫離這樣的紅海深淵,透過多合一儀器來為產品加值,成為在市場上勝出的不二法門。羅仕林認為,儀器的多合一功能,可為產品加值,讓使用者能選用功能更多、且品質穩定的儀器,也讓量測大廠本身能走向更有價值的藍海市場,而非一昧追求低價,落入紅海競爭的惡質環境中廝殺。也更能確保量測品質的精準。



圖二 :  LTE是成長速度最快,卻也最具挑戰性的無線技術。量測方案不止須針對LTE終端裝置所設計,還必須滿足3GPP無線通訊規範。
圖二 : LTE是成長速度最快,卻也最具挑戰性的無線技術。量測方案不止須針對LTE終端裝置所設計,還必須滿足3GPP無線通訊規範。

結語

LTE的發展正如火如荼地進行,腳步未曾歇息。而量測儀器也必須緊追著LTE的發展步調,開發出能更迅速解決問題的設備。當然隨著LTE持續的繼續進展,使得由LTE所延伸而出的新技術包括NFC、802.11ac,以及VoLTE等,都將帶來全新的量測挑戰。緊緊守住LTE無線通訊的第一線把關工作,量測儀器大廠未來還將任重道遠。


LitePoint:台廠,你仍有機會搶得先機!

智慧型手機、平板正夯,出貨量呈指數增長。然而,如今測試一台智慧手機仍需10分鐘,按此速度,根本無法追趕上消費者的需求。無線測試系統解決方案領導廠商萊特菠特(LitePoint)營運長Brad Robbins看準這股市場趨勢,認定此種情勢,台灣的無線通訊產品製造商將重獲獨特優勢,將可善用「台灣設計、中國製造」的模式,布局完整生態系統,搶得先機。


Brad Robbins認為:「以台灣智慧型裝置供應鏈來說,從晶片(MediaTek)到代工(Foxconn、Pegatron、COMPAL),甚至到品牌(HTC、ASUS),台灣是這三個領域的佼佼者,若能有效整合群聚效益,布局完整生態系統,將可為台廠帶來商機與獲利。」在此之際,「測試」將會是整個生態系統的關鍵價值。


許多廠商面臨必須在短時間內快速量產的挑戰,設計週期不斷縮短,因此,不論是成本上的考量或是新技術的導入,「量產的品質」絕對會是整個智慧裝置生產鏈上的關鍵價值。至於量測廠商的角色,就是致力提昇相關廠商的各項競爭力如上市的時程、品質以及上市產量的控制與成本管控。


目前LitePoint和上游晶片廠商如Broadcom、Qualcomm、MediaTek、Intel、Ralink、Marvell、TI等互動密切,並結合華碩、宏達電等品牌商,一起完成無線設備的開發與測試。「透過緊密合作,我們相信台灣會在創新、時間和品質上建立可獲利的品牌,同時也是LitePoint建構資源的重點。」LitePoint台灣區總經理謝順富如是說。


謝順富預估,台廠的11ac的無線晶片將可在2013年上半年量產,進一步帶動整體產業應用的普及,尤其若Intel陣營的Ultrabook連網無法升級至11ac的話,就很難與Macbook 競爭。


目前LitePoint的產品主力,主要在LTE、802.11ac、NFC等傳輸上提供不同測試設備,謝順富表示:「低價智慧型手機市場的需求到了2015年有機會可達4億支。LitePoint的IQxstream測試平台已成功展示其縮短測試成本的優勢,並可比傳統的無線技術測試加快六倍的測試速度。這種創新的做法可讓我們的客戶以更低的成本生產更先進的無線通訊裝置。」(科技日報/劉佳惠)


安立知:產品線完整性 決定LTE量測廠商地位

隨著網路技術的蓬勃發展,及對網路資訊的依賴度越來越高,智慧型手機及平板電腦等通訊裝置的需求因而大幅成長。為求能穩定且有效率地下載資料流,這些通訊裝置中包含著各種無線通訊協定及不同的模組。面對不同的無線通信協定與技術,研發人員最重要的課題,就是要能夠有效率的進行量測。


其實,在LTE量測領域,安立知一直維持著其市場優勢。例如領先業界推出支援4×4 MIMO的LTE-Advanced IP吞吐量測試機,就是安立知對於推動LTE行動通訊產業發展的承諾。此外,在全球認證論壇(GCF)第32次CAG會議上,安立知在RF(射頻)與RRM(無線資源管理)的測試領域中,有21個新測試項目獲得認證,此數量為其他測試系統供應商獲得認證新測項的兩倍之多,至於在Protocol(通訊協定)領域中,Anritsu亦取得221個認證新測項,領先其他同業達30個項目之多。


安立知產品技術副理薛伊良指出,由於LTE相關的測試項目十分繁雜,因此產品線的完整性,將決定一家量測廠商在LTE領域的地位。畢竟系統客戶並不希望量測儀器需要時得東買一台、西買一台。擁有完整的產品線,也代表能提供客戶完整一站式購足的服務,相對將擁有更大優勢。而在測試項目上,安立知也比起競爭對手有更大的完整度。根據歐洲全球認證論壇所公布的資料,安立知的LTE測試項目居全球之冠。這些優勢,讓安立知幾乎可以在競爭激烈的量測領域中,站穩領先地位。


薛伊良說,安立知這些關鍵的產業測試,將可提供LTE網路與設備商全球部署的有力支援,尤其是可應用於已擁有LTE功能的智慧型手機上。而透過全球認證論壇的認證體制,也可幫助企業確保測試設備的高品質,並且為用戶提供最佳的LTE網路使用環境。(科技日報/王岫晨)


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