LitePoint的802.11ax測試解決方案大展身手
- 孫昌華／台北
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Wi-Fi無線網路與LTE(Long Term Evolution)行動通訊系統雖是兩種不同的技術規範，但彼此間的競爭日益白熱化，對行動通訊陣營而言，因為販售收費服務，並以長距離室外為常見應用環境，所以支撐龐大的營運規模，並且與智慧型手機等行動裝置有著緊密的利益關係，而WiFI網路以短距離室內資料傳輸為應用，因為使用免費的頻道，營運模式彼此有巨大的差異。
Wi-Fi新一代的標準IEEE 802.11ax即將於2017年底逐步公告，其幾個重要的訴求，舉凡同時涵蓋2.4GHz或5GHz頻段的使用，以進一步提升連線速度，並且支援OFDMA，利用高達1024QAM以及多用戶的多重輸入多重輸出(MU MIMO)技術，以打造更出色的使用者體驗。
諸如在機場或是演唱會等大量使用者利用Wi-Fi上網等密集的使用情境中，也可以讓每位使用者平均資料傳輸效率提升4倍以上，對於行動裝置端電源利用效率也大幅度增加，對於4K或是2020年日本東京奧運即將商業運轉的8K高畫質電視等新興應用的發展，更是一大利多，對於Wi-Fi陣營而言，802.11ax是因應5G世代的來臨，解決大量使用者與密集透過Wi-Fi上網所面對的嚴苛情境下，一劑使用者體驗改善的良方。
然而，這也同時意味著802.11ax系統的製造測試與設計驗證將面臨多種挑戰，例如頻率誤差調整、功率準確控制、多重使用者(MU-OFDMA)傳輸的大量測試、RU Leakage與MU-MIMO多工測試等等，測試驗證的項目與測試時間都扶搖直上的狀況下，台灣網通裝置OEM/ODM大廠將面臨新一波的挑戰，萊特菠特(LitePoint)為了嘗試協助台灣廠商了解802.11ax系統驗證與測試的技術與新知，藉由主辦2017年「LitePoint 802.11ax先進測試技術研討會」，於7月19與21日兩天，分別台北在與新竹盛大招開。
台北場次從現場的嘉賓如潮，幾乎將內湖大直的維多麗亞酒店(Grand Victoria Hotel)擠得水洩不通，產業界對LitePoint的研討會給予高度的評價。
這次主題的重心就是802.11ax的議題，探討如何使用LitePoint的無線測試技術來解決802.11ax從設計驗證到製程測試所面對的挑戰，改善生產製造端的測試效能，產品設計端的功能驗證，提出完善的測試解決方案。
會中為了進一步了解晶片設計大廠的802.11ax晶片組的動態，尤其即將問世而緊鑼密鼓的驗證測試中的晶片大廠的進度與技術上的考量，特地邀請Broadcom與Marvell的市場與工程主管一起分享不同的觀點。
測試是產品差異化並擺脫市場上與競爭對手糾纏的最重要的手段
LitePoint全球業務副總裁Richard Hsieh率先致詞並向與會來賓致意，他指出無線裝置的測試是展示產品品質與發揮實質功能效益的最重要的手段，強調完整的產品測試關係著產品在市場上與競爭優勢，並發揮產品差異化與擺脫對手殺價競爭的終極策略，以無線網通產品而言，有效的改善產品功能與使用者體驗最重要的三大衡量標準，包括傳輸距離的遠近、資料傳輸容量的大小，以及電池壽命的長短，這三者都需要實際上真正做到完整測試後，才可以真正彰顯產品的實際功能，才能獲得使用者的高度信賴與肯定，建立品牌獨一無二的價值。
這些效益能夠具體展現在使用者的良好口碑上，所以在銷售價格就能維持好的利潤，藉由優秀的測試解決方案與技術，可以讓新產品的上市時間縮短，而且快速提升產能，一旦有效的放量生產之後，還可以進一步降低產品整體的製造成本，維持令人信賴的品牌知名度，並鞏固市場上的地位。
Richard Hsieh強調，LitePoint所提供的測試解決方案從晶片設計端起始，橫亙IC晶片測試、模組測試，一直到整個產品開發、製造、大量生產等所有重要環節的測試需求，協助客戶進行跨生態系統、供應鏈的掌控，確保製程製造能力的改善，從晶片廠商所提供的參考設計的驗證，到縮短上市時間的時程，並獲得快速產能提升，滿足市場需求的巨量成長，以及追逐最大的獲利，都需要LitePoint所提供的測試解決方案。
802.11ax競逐多頻段的應用 關注低延遲、高流量與多人使用的挑戰
隨著使用者資料用量大增，尤其是叫好叫座的視訊串流等服務的大量崛起，行動通訊網路的 LTE與Wi-Fi也因應使用者需求的變化而紛紛走向更高的頻道發展，透過增加可用頻寬的範圍，大量使用載波聚合(Carrier Aggregation)技術來增加整體的傳輸速度，而5GHz的頻帶，成為LTE與Wi-Fi雙方競爭的焦點，這關係著雙方授權與未授權頻段中，提供免費或付費的服務的分野，因為牽涉到龐大營收的利潤，都顯得勢在必得，競爭也異常劇烈。
這個戰火勢必延伸到第五代行動通訊標準(5G)，5G的技術由3GPP所主導，由於在時程上需要等到2020年後，才開始正式商業運轉，目前所有的規範與標準仍在更新與討論中，5G所使用的頻譜橫亙非常寬廣的頻段，從目前成熟的6GHz以下(Sub-6GHz)的應用，一直到潛力無窮也尚未大量使用的高頻毫米波(mm Wave)頻段。
LitePoin產品市場行銷協理Adam Smith在研討會中，關注5G未來使用mmWave(毫米波)技術趨勢與無線通訊標準的制定時程與雙方的市場短兵相接的競爭態勢，他從LTE與Wi-Fi技術上相抗衡的觀點，市場尚處於緩步初長的階段，但是為了協助客戶掌握一個創造產品的差異化的機會與新功能，LitePoint積極關注其新的動態，Smith以市場面的分析入手，嘗試描繪兩大陣營的現狀與即將來臨的新競爭疆域上可預見的戰火。
至於新興的一些無線通訊技術，例如在mmWave領域中的5G NR與WiGig，以及在低頻段的NB-IoT、SigFox與LoRa等遠距傳輸技術，隨著物聯網的發展趨勢，正蓄勢待發。
目前LTE陣營旗下許多電信服務商正摩拳擦掌進行不同實驗性的試點服務，除了AT&T與Verizon在美國部分地區所開始的毫米波(mm Wave)頻譜下的測試服務與試點之外，另一個重要試點就屬2018年的南韓平昌(PyeongChang)冬季奧運期間的試驗了。
至於Sub-6GHz的頻段，3GPP正想拓展3.4？4.9GHz之間的頻道，細節都將預計在2018年底公布的R15規劃草案的提出才能確定。所以自2018年開始，新的規範、法規與標準底定之後，大量的5G通訊設備、行動裝置也會開始準備上市，搶食這個巨大的商機。
對於IEEE所制定的Wi-Fi標準來說，802.11ax為了資料使用容量的大幅度的改善，IEEE 802.11ax 2.0規劃草案將在2017年底之前可望公告，新的無線分享器(Wireless Access Point)裝置可望在2018年初的CES大展上逐一亮相。
由於重視使用者體驗的改善的議題，尤其在公共場所的使用效能一直被產業界所大量關注，甚至詬病之聲也甚囂塵上，況且像OFDMA等許多在LTE上已經實行多年的有效的技術，於是快速納入新的Wi-Fi標準上，IEEE制定新規範似乎比3GPP來的迅捷與務實，對於成熟技術的出手並不手軟。
毫無疑問的，Smith認為，2017下半年802.11ax的晶片測試與設計驗證會更緊鑼密鼓的進行，台灣的網通大廠也亦步亦趨積極朝新產品的方向布局，就晶片廠的進度來說，他認為在技術上已經鴨子划水般的發展一段時間，多半的挑戰在於如何將MODEM的線路做更大幅度的微縮，至於因應更小型的尺寸規格(Form Factor)上的挑戰，反而是晶片大廠現階段技術面上的重頭戲，802.11ax晶片的上市是2017年網通業界所拭目以待的年度盛事。
Broadcom的BCM43684的單晶片亮相 802.11ax規格的現身說法
Broadcom工程部協理Eugene Chow分享Broadcom在802.11ax的晶片上的發展現狀，聚焦於BCM43684的晶片的技術規格與由此晶片所做的PCB線路等參考設計，Broadcom的BCM43684是一顆4x4 MIMO:4 spatial streams(SS：空間串流)支援2.4/5GHz的MAC/PHY/Radio單晶片，主要的功能訴求是具備UL(Up Link) and DL(Down Link) OFDMA同時提供Wi-Fi AP & STA(終端裝置)的應用，兼具UL & DL MU-MIMO與1024 QAM調變技術等802.11ax的標準，使用2Lane PCIe Gen 2介面與13x13的尺寸大小，採用284-pin的FCBGA封裝的晶片。
Chow針對幾個高功能802.11ax無線Router的實際應用的範例，介紹幾個PCB參考設計，搭配BCM4908的整合ARM 64位元4核心的SoC，提供有雙頻與三頻通道的AP參考設計，因為BCM4908的SoC是目前主要的SoC，是台灣的OEM/ODM客戶普遍感到較為熟悉的SoC晶片，所以可以縮短台灣客戶的工程設計與驗證的時間。
Chow使用LitePoint的測試設備展示實際的測試結果與頻譜分析的內容，與會來賓可以看到802.11ax的實際應用結果與測試範例，對於晶片大廠在802.11ax上的實際進展，有了一個具體與活生生的測試實例的展示，非常有助於產業界更容易掌握802.11ax產品線未來的發展。
LitePoint展示高效率地測試802.11ax產品的技術
IEEE 802.11的技術自1997問世以來，2017年已經是第20個年頭，綜觀各個不同階段的標準規格，無非都是在資料傳輸速率(Data rate)上的追逐，但是一直到802.11ax，除了Data Rate之外，更重要的是資料傳輸容量上的改善，特別是為了要解決公共場所中，大量使用者同時使用Wi-Fi而大塞車等情境與問題。
LitePoint全球技術服務協理林時誠(Justin Lin)的簡報強調測試802.11ax裝置所需要掌握的重點，那就是OFDMA與MU-MIMO兩個最重要的技術，這也是系統與晶片廠商測試上所面對的最大的挑戰。
OFDMA的技術利用所使用的頻譜內細分為若干小的子載波區塊，例如以8個使用者為例，可以一次讓8個使用者同時在子載波上傳遞資料，透過個別的Resource Units(RU)的頻率當作子載波頻率，這也是從LTE的Resource Block的概念所延伸而來的技術，測試的方法也與過去的802.11標準有所不同。
此外，802.11ax所規範使用的Power Boost的功能，雖然能讓AP傳輸距離更遠，但是工程師必須維持量測功率的精確度，才能面對錯誤向量強度(EVM)量測的高難度的挑戰，所以為了因應以後越來越高的頻寬，對測試機台來說，量測複雜度越高，衝擊最大的就是量測精準度度的要求更加水漲船高，測試解決方案所需具備模擬802.11ax的訊號解調作業，更高的訊號處理功能，精確功率控制，當然量測速度絕對會是考量要點。
802.11的技術傳統上遇到訊號碰撞之後，就需暫停與等待後再逐次傳送，所以頻寬大量浪費在等待的時間上，因此802.11ax的改良，是一次送出多個RU信號，然後從回收的信號中，再決定信號與頻寬的使用模式，如此可以大量改善頻寬的使用效率，而在測試方法上，林時誠也指出過去傳統上常使用的Chain-by-Chain已不敷使用，需要改採Trigger-based 測試的模式，模擬AP送出Trigger Frame的信號，等候DUT的回覆，以驗證每一個RU回應ACK信號，當然要反過來測試AP時，LitePoint機台也可以同步模擬STA的回應訊號，作為量測AP的測試，所以可以說一機兩用。
LitePoint的IQxel-MW系列解決方案，涵蓋在2x2 RD、2x2 MFG與4x4, 8x8 MFG等機種，而且提供客戶從IQxel- M系列升級到MW的機種，目前IQxel-MW機種已能夠支援包括Broadcom、Marvell、Qualcomm與Quantenna四大主要的802.11ax晶片大廠的產品測試。
802.11ax的2.0規格草案預計2017年9月公告
Marvell的資深工程經理Pete Hsieh的簡報著重於介紹802.11ax規格中主要的重點，並持續強調其真正想要解決的問題是在多使用者環境下的塞車與資料容量的限制，目前所設定的目標是透過MU-MIMO的技術，以及OFDMA的頻譜分配的機制，大幅度改善資料傳輸的容量，而且讓終端使用者，能一舉獲得比802.11ac的裝置有4x的效能改善。
802.11ax的資料傳輸的容量將增加整體網路的使用效率，尤其是在體育場、機場等多個AP與多個終端裝置的使用場合中，透過MU-MIMO在多工天線下與多頻率載波下，解決因為實際地理位置的差異，所引起的使用者體驗上的障礙。
同時透過更好的電源管理機制，讓智慧型手機等行動裝置的省電效能，可以獲得充分提升，並改善Wi-Fi戶外長距離傳輸上的限制，Marvell是WFA(Wi-Fi Alliance)重要的成員之一，關於眾所矚目802.11ax的2.0規格草案預計將於2017年9月公告，關於802.11ax的各家晶片與系統設計廠商之間的相容性測試，也將於2017年下半年召開，整體規格的進度與能見度都非常高。
zSeries PA/FEM解決方案掌握802.11ax射頻前端元件的驗證
LitePoint的產品經理温中義(Middle Wen)關注於目前主流802.11ax晶片大廠所使用的包括Skyworks或Qorvo等廠家的PA晶片的測試，他指出影響整體效能的關鍵性元件就是功率放大器(PA)與射頻前端模組(FEM)的設計，對積極想要進入這塊大餅的IC設計公司，或是系統組裝製造商而言，掌握測試PA的技術一直是不可或缺的重點。
PA的特性化(Characterization)測試對了解整顆IC的效能表現至關重要，無論是量測動態EVM、DPD(Digital Pre-Distortion)、Power Added Efficiency(PAE)或ET(Envelope Tracking)，尤其需要更精準掌控發射功率的能力，透過zSeries所展示的測試驗證程序，幫助提升整體產品的品質與功能差異化。
他比較802.11ac與802.11ax的其中一個重要差異，就是1024QAM調變的規格，其系統EVM必須小於-35dB，而PA的EVM則必須小於-45dB，為了能夠測試這些功能，所以測試解決方案就必須具備-50dB的EVM測試能力，才能驗證晶片的效能與規格，這也是LitePoint的zSeries的PA/FEM測試解決方案所需要具備的基本要求。
由於zSeries將驗證測試所需量測儀器加以模組化，全部整合在採用插槽式的硬體模組與機架式的機箱，並大量降低繁複接線，所以稱zSeries為Lab in a Box，讓IC設計團隊可以掌握更多RF IC設計上的專業技術，透過LitePoint的zSeries所展示的測試驗證程序，同時保證測量精度與重複測量的精度。
更重要的是zSeries PA/FEM測試解決方案憑藉在PA的功能驗證與測試自動化的實力，一舉將測試時間從原本耗費數周時間的量測，縮短至數天甚至是數小時，zSeries解決方案將能有效達成IC設計公司與系統製造商的Time to Market目標。
LitePoint的IQxel-MW系列測試解決方案扮演802.11ax的關鍵要角
台灣的網通OEM/ODM廠商是全球AP Router設計製造的重鎮，2017年的年下半應該是802.11ax的AP產品即將進入設計與驗證階段的最重要的戰場，LitePoint應用工程部經理趙偉清(Chris Chao)對整場802.11ax研討會的主題歸納在MU-OFDMA及MU-MIMO的兩個技術上，由於此二者整合一起的多元測試與多使用者情境，複雜的組合測試經常容易出錯。
尤其802.11ax的AP將扮演著控制一切的角色，協調所有終端裝置間的資料交換與傳遞，舉凡在裝置間的訊號同步與RU Leakage所造成系統的差誤與效能的減損，LitePoint新一代802.11 ax測試解決方案IQxel-MW的系列機種，就是為這些全新的挑戰而量身打造的測試解決方案，利用LitePoint的Protocal award以及Packet Engine技術，提供模擬MU-ODMA應用和平行多DUT測試架構，獲得產業界所殷切期盼的測試速度和效率。
