無線射頻寬頻訊號量測技術與認證趨勢
- DIGITIMES企劃
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從雲端運算到的技術趨於成熟，筆記型電腦、手機、平板與大尺寸電視之間多「屏」一「雲」的串流影音應用，如何確保在各種無線高頻Wi-Fi頻段切換，並連接全球3.75G、WiMAX與4G LTE行動通訊網路，因應不同頻譜地區的互連操作與數據漫遊的訊號量測與規範驗證，成為新世代行動裝置行銷全球不可或缺的一環。
電腦導入無線區域網路技術，起源於1997年IEEE(國際電機電子工程學會)制定出802.11－2.4GHz ISM頻段、FHSS(跳頻展頻)與DSSS(直接序列展頻)，BPSK、QSK與QPSK載波調變技術，最大傳輸速率為2Mbps。
隨後1999年5GHz頻段、先進的OFDM(正交分頻多工)調變技術的 802.11a，與2.4GHz頻段、DSSS調變技術的802.11b規格相繼出現，把連線速率提高至54、11Mbps，戶內外連線距離加大到35、120？140公尺；同年Wi-Fi聯盟也正式成立推廣IEEE 802.11x無線網路技術與產品的相關認證。
於2004年正式定案的802.11g，採2.4GHz頻段與OFDM調變技術，連線速率與5GHz頻段的老大哥802.11a同一等級(54Mbps)，且維持跟既有802.11b相容，迅速成為2004至2009年之間無線網路的主流規格。並且進一步深入PDA、PMP、數位相機到智慧型手機、平板電腦等裝置，促使Wi-Fi無線網路應用行動化，帶動了家庭企業無線閘道器？路由器產品的蓬勃發展。
2009年採用2.4/5GHz ISM頻段、運用最新4x4 MIMO(多重天線收發)技術的802.11n規格推出，藉由頻寬倍增至40MHz，以及16QAM、64QAM調變編碼技術，單資料串流連線速率達150Mbps，若採用4資料串流(4x4 MIMO)設計，連線速率更高達600Mbps，至今仍是市佔率最大的Wi-Fi應用規格。
於2014年1月定案的802.11ac規格，以5GHz(從4.9？6.0GHz)射頻頻段，OFDM正交分頻多工、QAM256載波調變及波束成型(Beamforming)技術，傳輸速率達到1.3Gbps(3天線？3資料串流)？7Gbps(8天線？8資料串流？160MHz)，足可即時傳輸高清影音(Full HD)甚至4K(3840x2160)影音串流規格。
802.11ac也被跟2.4/5GHz 802.11n向下相容能力。坊間網通設備廠商，推出結合5GHz 802.11ac與既有2.4/5GHz 802.11n的雙頻？雙模產品，讓用戶無論是使用既有的802.11n行動裝置，或先進的802.11ac高速行動網卡？手機裝置，依照掃描得到的連線距離需求，動態選擇用802.11n或是速度最快的802.11ac來連線。
Wi-Fi無線頻譜通道與認證
Wi-Fi所使用的無線電波頻譜，在世界各地各有不同。以2.4GHz 802.11b/g/n來說，便是以5MHz為單位，全球各地大多使用2412？2472MHz共13個頻道，日本可使用到2412？2484MHz共14個頻道，但2484MHz頻道14僅供802.11b使用。台灣則跟美國、加拿大一樣，使用到2412？2461MHz共11個頻道。
到802.11ac所採用的5GHz頻段大約分為5170？5330MHz、5490？5710MHz到5735？5835MHz等3個頻帶段，而其中5490？5725MHz這頻段被軍方和氣象用單位的都普勒雷達頻率衝突，使用這些頻率的高功率無線裝置(500mW)，必須搭配動態跳頻(DFS)和功率調控(TPC)技術，自動偵測到使用的頻率通道並自動跳開改用其他頻率。
而各地開放與使用情形各有不同。像美國、加拿大3個頻帶段全部開放，歐洲、日本則開放5170？5330MHz、5490？5710MHz前兩個頻段，印度與大陸則是開放5170？5330MHz、5735？5835MHz等2個頻段，但大陸僅開放80+80MHz，不開放連續的160MHz。
至於在台灣，NCC開放5250？5330MHz(CH52/56/60/64)、5490？5710MHz (CH100/104/108/112/116/120/124/128/132/136/140)，到5735？5835MHz(CH149/153/157/161/165)3個頻帶段。其中5250？5330MHz限室內環境使用。在台灣販售的無線射頻產品均會送交相關電磁單位認證，以取得有NCC的認證號碼，並可從NCC官方網站查詢。
至於60GHz超高頻無線技術部分，則有2006年WiHD(原名WirelessHD，IEEE 802.15.3c規格)與2009年的WiGig兩大聯盟的競逐。WiHD傳輸速率達10？28Gbps，聯盟成員有博通、英特爾、樂金、NEC、松下、新力、三星、東芝、Philips，被晶鐌(SiliconImage)所購併SiBEAM是唯一晶片供應商。
WiGig(802.11ad)聯盟成員有英特爾、超微、博通、思科、高通、Marvell、聯發科、NEC、微軟、Nokia、NVIDIA、Panasonic、三星與東芝等，傳輸速率7Gbps雖然較慢，但WiGig已成功與Wi-Fi聯盟的2.4GHz 802.11b/g/n、5GHz頻段的802.11ac整合，達到3頻(2.4/5/60GHz)多模共用的境界。唯一的晶片供應商Wilocity，已正式於2014年發布28奈米的802.11ad WiGig晶片，於第3季起開始送樣。
4G行動寬頻由 LTE勝出 WiMax尋求轉向TD-LTE陣營
WiMax(IEEE 802.16e)於2005年由英特爾與諾基亞合推，2007年起陸續在美國、澳洲、日韓、台灣以及非洲新興國家佈建。LTE(Long Term Evolution長期演進技術)則是3GPP協會以UMTS/WCDMA、HSDPA/HSPA+所制定的過渡性規格。
由於WiMax電波在室內滲透率不佳，而LTE仗著規格確立、既有2G/3G設備機台升級優勢與眾多電信營運商的支持，2010年起陸續於香港、日本、南韓、美國等地開始商業化營運，2010年中Intel裁撤WiMAX部門，至此4G規格底定由LTE勝出。
各地WiMAX營運商紛紛轉向LTE，或寄望藉由未來配備升級到TD-LTE的方式來因應。但是在台灣，NCC於8月駁回了大同電信的換照申請，使得台灣既有WiMax營運商，能否順利轉向TD-LTE陣營的前景充滿了不確定性。
LTE聯盟已公布包含28個LTE-FDD以及12個TDD-LTE頻段。像美國使用LTE band 13/17/II/V/IV與25，歐洲LTE則使用到band I/III/VII/VIII/20；日本LTE使用band I/VIII/9/11/18/19/21共7個頻段，南韓LTE使用band III/V/VIII三個，大陸則在2013年12月公布了1900MHz、2300MHz、2600MHz等TD-LTE頻段。台灣則使用700MHz、900MHz、1800MHz，未來2600MHz WiMax頻譜也預定在WiMax執照期滿後收回，轉向LTE-FDD或TD-LTE之用。
無線與行動寬頻的量測與驗證
為了確保4G行動裝置，能在須700/900MHz、1.5？1.9GHz、2.1？2.6GHz、3.3？3.5GHz等全球頻譜下操作，並確保跟Wi-Fi、BT-FM、GPS、NFC與其他無線規格的連接性。為了減少相關電路設計、量測與規範驗證的複雜性，系統業者紛紛提供相關的無線高頻╱寬頻訊號的量測儀器與驗證的解決方案。
在量測儀器部分，像安捷倫(Agilent)的M9703A數位分析儀模組，可串接4部N5182B類比基頻信號輸入分析儀(Baseband I/Q Analyzer)做4x4 MIMO信號802.11ac量測；InfiN81199A連接60GHz的M8190A AWG波形產生器，可串接N5152A 5GHz/60GHz訊號轉換器與高效能示波器來進行量測；Infiniium 90000Q系列示波儀，更具備雙通道63GHz量測兼頻譜分析儀(SA)的功能，形同備妥60GHz 802.11ad/WiHD超高頻信號的量測與驗證解決方案。
美商太克(Tektronic)推薦RSA5000A(中階頻率)、RSA6000(高頻率)、內建示波儀功能MDO4000B等頻譜分析儀(RTSA)，DPO7000、MSO/DPO70000數位示波儀等，搭配SignalVu向量訊號分析軟體(Vector Signal Analysis；VSA)來量測802.11a/b/g/n/ac。
德商羅德史瓦茲(R&S)則針對WiFi 802.11n/ac/ad/WiMAX推出CMW270量測儀，及全球通訊協定(GSM/CDMA2000/WCDMA/TDS-CDMA/HSPA+/WiMAX / LTE)的CMW500量測儀器。
美商國家儀器(NI)則提出用RF射頻模組(RFSA)、RF訊號產生模組(RFSG)、向量網路分析儀(VNA)、數位電錶、示波器模組、任意波形產生器(AWG)、來源訊號量測單元等整合成單一個機箱外觀的NXI量測儀概念，並推出相關Wi-Fi 802.11ac、WiMax、GSM/EDGE+、WCDMA&HSPA+、LTE行動通訊協定的量測套件與分析軟體等。
Wi-Fi驗證認證部分，百佳泰(Allion)於2013年6月成為Wi-Fi CERTIFIED ac認證計畫的全球首波授權認證測試實驗室(Authorized Test Laboratory；ATL)。隨後台灣檢驗科技(SGS)也提供802.11ac認證服務；耕興(Sporton)的新竹實驗室更直接提供30MHz？200GHz之無線通訊產品的電磁相容測試(EMC)，以及6？38GHz 802.11ac、60GHz的WiHD？WiGig 802.11ad之測試。
WiMAX驗證部分，工研院、香港商立德國際(Bureau Veritas ADT；BV ADT)、耕興(Sporton)新竹實驗室，都具備對WiMAX設備與CPE用戶端裝置提供檢測與認證服務。
至於4G LTE驗證部分，艾法斯(AeroFlex)則推出符合3GPP Rel8~Rel11 (LTE/LTE-A)規範，針對單一連線終端裝置(UE)研發的TM500測試設備，以及可應付1,000個LTE連網需求的EAST500準基地台測試系統，可供OEM/ODM或認證實驗室機構進行OTA(Over the Air)3D場型電磁量測的需求。
至於提供產品驗證與認證服務的實驗室，則有台灣檢驗科技(SGS)、立德國際(BV ADT)、耕興(Sporton)等3家認證單位，可以對ICT廠商的4G LTE產品進行測試(CTIA/OTA)與申請認證(PTCRB/GCF)作業。
