安立知提供5G與物聯網裝置面面俱到的測試解決方案
- 孫昌華／台北
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COVID-19(新冠肺炎)疫情促使宅經濟逆勢飛速成長，消費者對行動通訊的依賴急遽成長，一舉推升高速與大頻寬的網路流量需求，助長市場強烈需求，除了電信營運商加快布建5G基礎架構的布局之外，面對工業物聯網與諸如智慧製造等新興的應用，企業積極發展5G專網的智慧型應用，開啟嶄新的未來趨勢。
這種具備低延遲、高速與更高容量承載的網路架構，由於裝置與系統間的多樣化無線傳輸互連技術，啟動了全新的測試挑戰，並緊緊扣住工程研發團隊的開發動態，亟需有效的測試解決方案以簡化測試流程，產業界對5G與物聯網(IoT)傳輸介面的測試解決方案有著殷切的期待。
O-RAN專網測試解決方案瞄準智慧工廠的TSN網路的測試要項
安立知(Anritsu)於2021年12月21日主辦的「5G - Intelligence of Things：Anritsu行動通訊技術趨勢線上論壇」，深入剖析5G專網(Local 5G)與IoT無線傳輸技術規格與未來的測試挑戰，探討市場新趨勢。
安立知業務暨技術支援部副理林昇鴻先生率先上台做開場演說，以Open RAN的市場趨勢入題，這個以開放架構為依歸的開放性無線接入網路(Open Radio Access Network；O-RAN)，醞釀諸如白牌伺服器與網通裝置大爆發的市場新趨勢，自2020到2026年間產業調查報告中列舉Open RAN的複合成長高達38%，市場期待滿滿，O-RAN聯盟與電信營運商已經開始加速雙方互聯的測試。
許多的趨勢報告更進一步表示，自2022年開始Open RAN將加速佈建，現階段除了日本樂天(Rakuten)移動與美國Dish Network已經有實際的使用範例之外，目前在市郊與城市外圍的區域佈建正在加速進行。
談到O-RAN必須同步關注各國的5G專網的部署策略，大都使用3.5GHz的頻段，事實上各國開放的頻帶也不一，以鄰近的日本為例，其使用4.8與28GHz的頻帶，橫亙FR1與FR2的頻譜，由於5G網路到鄉村地區的普及化時程，仍需再費時五到十年之久，所以目前日本的5G網路的發展除了主要的電信營運商之外，還進一步拓展到以Cable TV等第四台業者與企業的加入，在5G專網頻帶上還特別開設4.6GHz的頻帶，使用300MHz的頻寬，以及28GHz的毫米波頻帶，其具備900MHz的頻寬。
日本政府在過去兩年來，不斷以出資鼓勵讓區域的5G專網的概念驗證(PoC)的個案從防災、醫療等七大領域逐步增加，吸引產業界與地方政府的參與，型塑重要的5G專網使用範例。
由於5G專網所連接的網通設備繁雜，尤其特別關注需要大流量與視訊串流的支援，當中特別介紹兩個重要的範例，首先是TOYOTA推動MR(混合實境)技術使用5G專網來做製程設備的更動與驗證，利用MR技術啟動資深工程主管執行遠程的設備驗證工程，以利於生產線的快速變化因應小量多樣化的生產新常態的發生，該範例使用4.7G與28GHz的頻帶。
另一個案例是NEC的智慧工廠，一樣是面對少量多樣的生產線的快速更動與部署，還有AGV車輛的運作，加上製造設備上使用大量感測器裝置，來監控設備維修時程的掌控，所以採用5G專網做到無線連接與遠端監控的能力，亦使用4.7GHz與28GHz。5G專網的測試的議題，首先是3GPP制定TR22.804 TSN的規範，這個以Time- Sensitive Networking (TSN)的規範做為啟動未來在運輸、智慧工廠、智慧農業等智慧型應用上同步測試的標準。
5G專網測試解決方案同步兼顧有線與無線的測試組合
事實上，智慧工廠的應用中經常是有線與無線裝置並陳，所以安立知的測試解決方案就需要模擬真正現場狀態，以驗證整體系統的良莠，做為場域特性的模擬測試的重要依據，目前針對O-RAN裝置所提供的測試解決方案，主要包括以功能為主的一致性測試，以及針對使用不同廠牌的RU與DU間的與互連測試，簡報中列舉幾個重要的測試實例。
首先是基地台(Base Station)的非信令式測試，由於工廠端會用到許多無線裝置，如AGV或MR等IoT裝置，所以使用MT8000A無線通訊綜合測試平台做為無線測試與RF驗證的基礎，當中搭載測試毫米波頻段使用的MX800045A選項設備，以涵蓋28GHz或39GHz頻帶，最大頻寬可以測試1GHz。
再者，sub-6GHz頻段則使用MX800046A選項設備涵蓋400MHz ~ 6GHz的頻帶範圍，當中在3GHz到6GHz常用頻帶中，最大頻寬可以測試400 MHz，針對多天線測試的同步(Simultaneous Test)與並行(Parallel test)的測試，一台MT8000A可裝兩個卡板，總共測試四台裝置，有效的降低生產製造測試所需要的時間調整，並可以針對發射功率、頻偏，EVM、ACLR與載波聚合(Carrier Aggregation)等諸多項測試。
其次繼續介紹安立知的MT1000A傳輸測試儀是屬於Network Master Pro的系列機台，做為測試有線的Ethernet的傳輸標準之用，做為端對端訊號傳輸特性的驗證，速度可以從1.5Mbps到100Gbps的測試範圍。
另外，關於時間誤差(Time Error Measurement)測試，MT1000A可以在PTP網路中，使用GPS訊號同步來進行網路局端與DU、RU等設備的時間性的量測，針對PTP網路上的封包做時間的比對，以驗證時間誤差的數值。針對O-RAN的S-Plane測試，由於MT1000A可以皆具扮演Master或Slave的模式，利用同步的設定做PTP與SyncE的測試。其他的功能性測試，可以使用MT1000A串接O-DU與O-RU做基本的驗證，在效能測試上，驗證整個O-RAN系統的頻偏與相位誤差。
另外，安立知介紹Field Master Pro系列的MS2090A即時頻譜分析儀(RTSA)，提供4G LTE/5GNR解調變分析，且透過IQ Streaming功能將資料錄製起來進行環境模擬測試，做為O-RAN 與Smart Factory 場域模擬，此外5GNR RF場域的時間同步與頻偏測試、Beamforming特性，其中可以計算RU發射訊號到終端CPE的Time Offset，由於應用環境中可能因為頻率反射的各種狀而造成負面影響，因此工廠場域的環境驗證需要謹慎以對，對於資料傳輸與時間同步的議題，需要針對RSRP功率大小與時間同步做相關測試，了解現場環境產生的訊號延遲的影響，
時間同步對5G專網的應用非常重要，TSN網路有相當嚴謹的規範，從小基站(Small Cell)到裝置端需要小於1.5微秒(micron)，這是為了避免因為現場干擾而讓人工智慧系統產生錯誤判斷，所以使用MS2090A搭配3D陀螺儀走訪現場的地點做為量測基地台的訊號的強弱依據，找出現場的PCI、RSRP與時間誤差(Time Offset)數值，功率大小與時間同步的狀況，以做成2D/3D建模分析，對5G專網用在智慧工廠上有著顯著的意義。
MT8000A平台以Entry Model配置迎接5G與IoT的測試挑戰
安立知軟體技術副理何信志先生接續上場，他的簡報著重於單一機台(Single Box)的MT8000A無線綜合測試平台的Entry Model的說明，由於5G的低延遲、高頻寬與廣連結的特性，啟動物聯網裝置大量普及化的進程，當中無線傳輸技術功不可沒，這個簡報涵蓋了包括Wi-Fi、BT、NB-IoT、LTE CAT-M等多個主流無線傳輸標準，同時面對大規模量產的要求，安立知提供了ATS-NR的自動化測試的軟體解決方案，回應市場上對量產測試的殷切期盼。
物聯網的裝置融合趨勢，加上各個領域的合作與產業界巨擘的整合推廣，還有5G的推波助瀾，已經大幅度的影響著每一個人生活的各種場域，由於IoT裝置的年複合成長率一直維持高可見度，這個趨勢也已經預見延續到6G世代的發展，尤其是頻譜的使用從過去的2.4GHz一路攀升到5GHz、6GHz的頻帶，解決頻譜壅塞的狀況。
Wi-Fi是速率成長顯著的技術，也形成對測試解決方案的重大技術挑戰，而BT(藍牙)未來趨勢上，真無線藍牙耳機的應用非常重要，在低功耗BLE的AUDIO的音訊傳輸規格的全新規格的擴增應用下，成為全球關注的重點，安立知以MT8000A平台完整部署5G與IoT測試解決方案，多個產品組合與搭配從工程設計驗證，一路延伸到量產測試的解決方案，涵蓋範圍與使用範例非常完整，舉凡功能為主的一致性測試，或是驗證時的非信令測試，以及量產的信令測試，滿足產業界的要求。
MT8000A平台的Entry Model是安立知為因應更多元應用測試需要，簡化5G設備投資成本所新開發的經濟型入門款機型，單機支援功能可涵蓋4G、5G FR1 & FR2基礎RF射頻驗證，未來若需要使用到高階CA應用測試需求，則可透過增加卡板來做升級，具備容易擴充的優勢，從LTE到5G FR1的測試都一應俱全，透過RF升降頻器(Converter)可以支援FR2頻譜的測試。對於許多OTA/EMC/SAR等法規認證測試機構、乃至產線端QA驗證單位、甚至到產品維修或檢驗部門，都很適合透過Entry Model平台來做基礎RF功能驗證。
市場上積極關注智慧型手機當作一個重要的測試標的，安立知提供驗證的便利性，將4G IoT、LTE、5G、BT、Wi-Fi、干擾測試都涵蓋在測試的範例中，滿足智慧型手機的各階段的產品驗證與測試的功能，現場展示利用一個PC工作站架起整個測試環境，使用MT8862A無線連接測試儀，在OTA Chamber環境下做一台Android智慧型手機的Wi-Fi、5GNR、LTE、BT相關應用快速測試的示範，透過ATS-NR軟體做為量產使用的自動化軟體，同時演示手動編輯測試腳本因應各種客製化的測試應用，並啟動多個測試計畫的應用，最後可以將測試到的數據資料轉出做成圖表，輸出測試報告用PDF檔案格式，完整提供5G與IoT測試結果。
Anritsu Entry/Engine的自動化測試系統解決多天線測試的困境
安立知資深軟體技術工程師許偉康先生的壓軸簡報，聚焦於使用安立知的ENTRY/ENGINE軟體做多天線裝置的測試，由於諸如智慧型手機等高階智慧型裝置使用多天線的設計，以因應多樣化無線通訊技術的濫觴，這成為一個關鍵的測試難題，由於單一消費性電子的裝置上使用多種無線傳輸技術，所以當不同的頻譜使用的範疇愈多，天線數量就愈多，可能多達12支天線的測試環境，這成為從R&D工程驗證到產線上的測試配置，被高度關注的核心議題。
MT8870A/MT8872A通用無線測試儀是非信令測試的平台，前者是產線的測試而生，適合流水線的架設，後者是R&D或維修站的小型化的測試解決方案，二者都有良好的擴充性，透過軟體升級就可以擴增新的規格的測試，甚至未來的Wi-Fi 7也可以使用。
一般的測試配置，如果待測裝置的天線數少於或等於4支，讓單機機台可以做成兩個測試工作站，但是當天線數在五支以上，一般使用MA887002A做為容易架設兩個測試工作站之用，整合適用於一對多的分配器(Divider)容易架設，但是需要注意線損而產生測試不穩定，為了避免可以建議用MU887002A，因為有多個輸出埠(PORT)，容易達成線損少的優點，容易滿足校準的要求，支援最大7.3GHz的測試。
安立知的ENTRY/ENGINE自動化測試軟體，由台灣工程團隊所設計與測試，ENTRY是GUI介面入口，方便測試者容易看到數據，使用自訂的UI，支援產線作業員的介面，或是使用標準測試CONSOLE介面，ENGINE是核心測試程式，提供不同客戶的客製化支援與切換，所有的TEST PLAN使用XML格式，怕不好閱讀與編輯，所以安立知特別設計一個編輯器，以增加可讀性與方便使用，輸出報表對應CPK工具作分析。
現場展示使用八支天線的待測物，即時顯示測試結果，涵蓋5G、LTE、Wi-Fi的測試範例，產生對應的測試報告，今天的線上研討會也持續看到安立知測試解決方案朝向多功能測試平台的擴增，主要還是因應無線傳輸技術進入全新的領域，測試挑戰必是不可小覷，安立知考量客戶在資金面與技術面上的負擔，特別重視成本效益的延續，對於接續未來更複雜的測試挑戰，也能使用相同的架構，讓客戶的投資可以物超所值，並攜手掌握5G與IoT技術所帶來的商機。
