立德國際以專業經驗進行LTE行動通訊認證
總部設於法國巴黎的Bureau Veritas ADT(BV ADT)國際檢驗集團,成立至今超過180年,提供船級檢驗、工業暨能源、在役設施檢驗、建築設施、認證、商品、消費性產品、政府服務暨國際貿易等檢驗業務,在全球員工數超過52,000名,於140多國設有分支機構以及340個檢驗實驗室,服務客戶總數超過40萬;並針對ITC資通訊產品提供EMC、安規、無線射頻、電訊、PTCRB/GCF、WiMAX、Wi-Fi、OTA、電池、太陽能、數位電視與產品耗能等測試驗證服務。
必維國際檢驗集團香港商立德國際商品試驗有限公司(BV ADT)行動裝置測試中心副總經理李春和(Daniel Lee),提到無論2G、3G或LTE的4G,行動裝置的certification,可分Mandatory Scope(強制必驗項目)及Voluntary Scope(選驗項目)。Mandatory是當地政府進口的規定,不符合規定就無法進入海關,像出口到美國市場、南美市場需要通過FCC認證,出口到歐洲市場則需通過CE認證,而東南亞很多國家也接受CE認證轉證書。
因為電信運營商已對自家網路設備投入龐大資金,需慎選產品並透過自家品牌以及電信服務網路來銷售,自然衍生出更多相容性、支援性的要求;不做Voluntary的認證,可能無法透過電信營運商來銷售。目前在北美與歐洲Voluntary項目以PTCRB/GCF、CTIA/GCF OTA為主。
從2G/3G到4G LTE技術演進與使用頻段
李春和先介紹從2G、3G到4G LTE的規格演進。首先2G規格有歐洲GSM,並衍生出2.5G GPRS以及2.75G EDGE,另一個2G規格則是美國CDMA2000;屬於3G規格的有泛歐WCDMA、3.5G HSDPA、3.75G HDSPA及3.8G HSPA+,北美體系則有CDMA EV DO規格;屬於4G規格的則有LTE(或稱為3.9G)以及真正4G的LTE進階版(LTE Advance)。
從頻帶來看,2G部份像美國有GSM 850/1900、CDMA BC0/1/10,均屬於850、1900MHz兩個頻段;在歐洲則是GSM 900/1800兩個頻段;日本與韓國並沒有GSM頻段,僅有CDMA2000;至於大陸與台灣則使用GSM 900/1800,也就是900MHz與1800MHz兩個頻段,這兩地也有CDMA2000但並不普遍。
3G部份,在美國有WCDMA band II、IV與V,CDMA EV DO則使用BC0/1/10;歐洲則使用WCDMA band I(2100MHz)/VIII(900MHz);日本與韓國使用WCDMA band I和其他頻段;大陸與台灣部份則使用WCDMA band I(2100MHz)。
到4G LTE時代,每個國家?地區使用的頻段數暴增,像美國使用LTE band 13/17/II/V/IV與25共六個頻段;歐洲LTE則使用到band I/III/VII/VIII/20達5個頻段;日本LTE使用band I/VIII/9/11/18/19/21共7個頻段;韓國LTE使用band III/V/VIII三個;大陸與台灣的頻段則還在計畫階段。
李春和也指出,LTE營運商對CTIA OTA要求高、傳輸效能好,但SAR又要小以通過FCC/CE認證,這種兩相衝突的要求,相對增加了驗證的時間與費用,對天線設計與電磁驗證工程師而言是相當大的挑戰。
目前已經公佈了有36個LTE頻段(25個FDD分頻多工與11個TDD分時多工),到2012年Q1已有63個製造商生產347個LTE裝置,目前Tier1廠商全都加入LTE,預計到2012年底Tier2廠商也會陸續加入。
FCC要求LTE裝置要經過電信驗證機構(TCB)審核外,尚需多加Permit But Ask(PBA)認證程序,整個流程需時至少3個月。BV ADT從2011年6月至今,已經發出10款LTE FCC證書,涵蓋LTE智慧型手機與LTE平板電腦,這些產品所銷售的北美前三大電信營運商包括AT&T、Verizon與Sprint,是目前發出LTE FCC報告最多的測試實驗室。
LTE分為FDD分頻多工與TDD分時多工,採QPSK、16QAM與64QAM調變技術,以OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交分頻多工存取)技術達成最大300Mbps下載速率,採用SC-FDMA(Single-carrier Frequency
-Division Multiple Access,單載波分頻多工)技術,最大上傳速率為75Mbps;彈性選擇1.4/3/5/10/15/20MHz頻帶,支援多重天線收發(MIMO)技術以提昇收發速率。
LTE提供五種類別的上下傳速率:第一類下載?上傳速度為10Mbps、5Mbps;第二類為DL 50Mbps、UL 25Mbps;第三類為DL 100Mbps、UL 50Mbps;第四類為DL 150Mbps、UL 50Mbps;第五類為DL 300Mbps、UL 75Mbps。從第二類開始追加2x2 MIMO必驗項目,第五類追加4x4 MIMO必驗項目。而目前LTE手機多半已達到Category 3/4(UL 100~150Mbps,DL 50Mbps)。
LTE以180Khz、0.5ms為單位細切出一個ResourceBlock(RB),每一個RB具備84個ResourceElement(RE);通道頻寬從1.4MHz~20MHz,分別可以細切割出6~100個RB,分配給6~100個用戶同時進行語音使用,或調配較多的RB給需要高速下載上傳的用戶。
LTE FCC、CE驗證項目簡介
LTE的FCC驗證項目,如FCC Part 27/22/24(LTE RF)、Part 22/24/27(2G/3G RF)、Part 15C/15E (Wi-Fi/BT RF)、Part 15B(EMC),及FCC head/body SAR(電磁波吸收率)等。美國最早開台的Verizon使用Band 13;Band 17以及Band 2/4/5為AT&T使用;Band 25(1900MHz)頻寬為Sprint使用。Part 22針對850MHz頻段;Part 24針對1900MHz頻段;Part 27則針對LTE band 4/13/27;Part 15C是針對藍牙(BT)、WLAN 802.11b/g驗證;Part 15E則針對WLAN 802.11a做驗證。
FCC SAR需要測Head SAR(RC, RT, LC, LT),受測手機以1cm距離量測手機Body SAR六個面的電波值,受測平板則距離0~5mm測五個面。李春和提到,FCC在Co-location SAR檢驗上,要求所有天線發送電磁波值總和小於1.6W/Kg,超過1.6W/Kg則需進一步檢測考量SAR Hotspot距離的SPLSR值,若SPLSR值大於0.3代表需再進一步做全機身電磁波掃描檢測,時間更繁瑣。
LTE SAR每個測試點花半小時,在最差情況下會有多達960個測試點?模式,整個測試會花480小時等於將近1個月;實務上大約200個測試模式約100個小時(或5~7天)可完成LTE SAR掃描程序。另外若行動裝置要支援Wi-Fi基地台分享模式,則需補測DFS,整個過程大約花半年;故實務上會請客戶進行LTE SAR測試時,將Wi-Fi 11a hotspot/Ad hoc關掉以節省驗證時間。
歐洲CE驗證部份,則需做R&TTE Article 3.1(a)、3.1(b)與3.2,像是EN301 908-1/-13針對LTE RF,EN301 908-1/-2針對WCDMA RF,EN301 511(GSM RF),EN300 328/301 893(WiFi/BT RF),EN301 489(EMC),EN50360/62311(head/body SAR)以及EN60950/EN50332(Safety)。其中EN301 511針對GSM RF(Article 3.2),做conducted spurious emission、radiated spurious emission,對平板而言大部分適用approved過的GCF Module,僅需要接上模組重新做ch 12.2 RSE檢測即可。
EN 301 908-1與-2針對WCDMA RF (Article 3.2)測試項目,有Spurious emission、Power、Emission Mask與dynamic range etc,而EN301 908-2可直接引用3G GCF報告,但3G平板電腦需重測EN301 908-1;EN 301 908-1與-13針對LTE RF (Article 3.2)測試項目,同樣有Spurious emission、Power、Emission、Rx ACS與Rx Blocking,EN301 908-13同樣可參考LTE GCF report,但LTE平板仍需測試EN301 908-1項目。
至於EN 301 489-1與-7是針對GSM EMC檢驗,EN301 489-1與-24則針對UMTS/LTE做檢驗,-17則針對WLAN/BT(Article 3.1 b)。EN 50360針對SAR(Article 3.1 a),同樣Head SAR(RC, RT, LC, LT)/EN62209-1及Body SAR /EN62209-2。LTE CE SAR因沒有明確規範,可依LTE FCC SAR的測試方法,做適度刪減後進行即可。
CTIA/GCF OTA與PTCRB/GCF Confomance檢驗
李春和指出,CTIA是由美國發起的電信?無線通訊組織,GCF(Global Certified Forum)則是由歐洲發起的全球認證論壇。OTA(Over The Air)的主要測項就是TRP(Total Radiated Power)、TIS(Total Isotropic Sensitivity)以及Intermediate Channel自我干擾的測試。
每個Band都要做高、中、低三個通道,測試模式增加成為Free Space、Head(頭部左右)、Hand(右手Only)以及Head+Hand(手加頭)五種,測試的技術包括GSM/GPRS/EDGE、UMTS、CDMA2000、1xRTT、EV DO,以及Wi-Fi、AGPS(GSM、WCDMA、CDMA2000)等,CTIA V3.1從2011年底公佈實施。追加LTE OTA的CTIA v3.2會在2012年底或2013公佈實施,而CTIA v4.0將加入MIMO的LTE OTA測試,預定2013年才會公佈。
歐洲GCF OTA檢驗項目則相對簡單。像測試項目只有TRP與TRS,同樣每個頻段做高、中、低三個通道測試,測試模式僅放在頭的左右方,同時僅測試GSM與UMTS兩種射頻技術。
至於PTCRB/GCF Conformance則主要針對2G、3G與LTE射頻技術與協定進行測試,SIM/USIM測試,Acoustic測試以及Application如AGPS、MMS、TTY 應用上的測試等。基本上PTCRB/GCF僅規定一個平台通過測試即可,為了增加相容性,BV ADT至少列了兩個平台來進行測試驗證。
李春和總結,行動裝置的通訊驗證包含強制必驗項目(Mandatory)與選驗項目(Voluntary),無論平板電腦或行動裝置均遵照相同驗證規範。LTE的認證在FCC這邊有很多的要求,特別是LTE SAR;Co-location SAR則需要詳細評估,FCC定期更新他們測試的要求;CE SAR對LTE沒有明確規範,故遵循FCC規範簡化測試項目的矩陣來縮減測試時間;最後SAR、OTA以及PTCRB,是製造商應該關注的主要測試項目。