一次攻克LTE/WLAN量測難題　儀器商競逐多功能測試設備

與此同時，上述儀器商也因應下一代先進長程演進計畫(LTE-Advanced, LTE-A)技術發展，紛紛擴大布局支援更高速、高頻寬，以及多頻段載波聚合(Carrier Aggregation)和多重輸入多重輸出(MIMO)天線的無線射頻測試軟硬體解決方案，讓市場頓時硝煙瀰漫。

手機通訊方案全面翻新　無線射頻量測商機連環爆

LTE技術架構、頻寬需求與3G解決方案迥然有別，自2012年底起已成為儀器商技術角力的主戰場，而行動裝置製造商也開始掀動量測設備換機潮，以推進LTE手機商用腳步。尤其繼北美、日韓等率先商轉LTE網路的國家之後，台灣和中國大陸主要電信商也計畫在2014年中分別啟用分頻雙工(FDD)和分時雙工(TDD)-LTE服務，正式加入4G網路發展行列，可望引爆新一波LTE產品需求，更刺激儀器商加碼投資手機研發測試及產線端的驗證解決方案。

與此同時，高階手機搭載802.11ac功能的比例也正與日俱增，尤其在3GPP等標準組織力推LTE/Wi-Fi分流(Offloading)方案，以及處理器業者競逐整合應用處理器、LTE基頻處理器和802.11ac通訊晶片的系統單晶片(SoC)設計下，LTE與802.11ac的量測需求更是休戚相關，因此儀器大廠已陸續打破行動通訊與無線區域網路測試方案的藩籬，朝向可兼容LTE和802.11ac測試的高整合、多功能無線測試儀發展。

除LTE和802.11ac以外，近期智慧型手機亦將擴大導入NFC和藍牙Smart等新興無線通訊技術，以實現更多應用功能。NFC搭上電信商、銀行及金融卡業者推動行動支付的熱潮，已開始從高階手機滲透至中低階手機，市場滲透率正加速攀升；藍牙Smart也由於超低功耗和簡易連結的功能優勢，躍居手機和穿戴式裝置之間的主要通訊橋梁，因而成為儀器商新一代多功能整合無線測試儀或專用測試設備的布局重點。

顯而易見，隨著行動裝置與穿戴式電子通訊規格持續演進，新的無線射頻量測需求也正不斷湧現；儀器商除須加緊研發符合最新行動通訊或無線網路標準的測試設備外，還要迎合手機、平板和智慧手表邁向低成本、快速上市的設計趨勢，提高量測儀器的功能整合度和性價比，因此已紛紛將LTE/Wi-Fi多功能整合的研發測試及產線端驗證解決方案，視為今年的發展重點。

其中，安捷倫與美商國家儀器更重兵部署PXI模組化測試儀器，期發揮PXI標準化匯流排(Bus)及軟體定義無線電(SDR)架構優勢，提升儀器模組配置彈性與擴充性，以快速因應LTE標準的演變。

搶占LTE測試商機　安捷倫/NI押寶PXI設計架構

圖1　安捷倫大中華區無線業務技術總監陳俊宇(圖1)指出，各國電信商亦開始要求手機業者測試VoLTE功能，將為儀器商帶來新商機。

安捷倫大中華區無線業務技術總監陳俊宇(圖1)表示，由於LTE手機須逐步支援多頻多模、MIMO天線，以及更先進的載波聚合等功能，不僅加重系統開發難度，也讓手機產線測試驗證項目變得更加複雜，因此安捷倫近來致力開發模組化無線測試儀，並將透過PXI標準匯流排架構串連更多測試功能模組，以擴充量測頻寬、採樣速率與通道支援能力，滿足LTE從設計到生產的各種測試需求。

陳俊宇進一步指出，安捷倫已於2014年初發表新款信令(Signaling)架構的LTE研發端測試儀器--UXM，其內建兩個獨立的100MHz射頻收發器模組，搶先業界支援LTE-Advanced Cat. 6傳輸速率規格，以及4×2、4×4 MIMO天線量測功能；同時該公司也發布LTE產線測試儀器EXM，聚焦PXI、非信令(Non-signaling)架構，可同時執行LTE和WLAN測試，並提供高達十六個通道的平行測試(Multi-DUT)機制，比業界同級機種提升10～15%的量測速度。

陳俊宇更透露，今年8月1日安捷倫電子量測事業群正式獨立，並更名為是德科技(Keysight Technology)後，更將推動LTE無線測試儀韌體大改版。屆時UXM將擴充3GPP Release 10的LTE-A通訊協定軟體測試、VoLTE(Voice over LTE)功能性測試和射頻訊號分析功能；而EXM則將補強LTE手機MIMO、功率放大器(PA)的封包追蹤(Envelope Tracking)、歐盟伽利略(Galileo)和中國大陸北斗衛星，以及802.11ac Wave 2等量測功能，可望將LTE/Wi-Fi整合型無線射頻測試儀的功能推升至另一個境界。

圖2　美商國家儀器行銷經理郭皇志強調，5G標準尚在早期討論階段，但晶片商和系統業者可透過PXI儀器擴充測試功能，盡早投入研發。

無獨有偶，美商國家儀器亦強打PXI模組化設計架構與非信令模式，大舉揮軍LTE和802.11ac產線端測試市場。美商國家儀器行銷經理郭皇志(圖2)表示，LTE產測設備將朝向多功能、高彈性和低成本三大方向發展，而PXI、非信令將是同時兼顧這些要求的較佳設計途徑，因此可發現繼美商國家儀器之後，許多電子量測儀器大廠也相繼從信令跨足非信令設計，而萊特菠特則在2013年底購併PXI模組化無線測試方案供應商--ZTEC，跟進此一產品策略。

郭皇志進一步強調，由於美商國家儀器較早投入發展PXI技術，因此在模組功能擴充和成本控管方面的經驗較競爭對手豐富，今年2月已搶先業界推出支援高達200MHz頻寬的LTE/802.11ac無線測試儀，相較於業界現有的160MHz產品，該方案除可一次測量160MHz頻寬，並保留左右各20MHz餘裕精準掌握訊號變化外，還可針對不相鄰的80MHz加80MHz頻寬(相差在40MHz以內)訊號進行測試，有助產線端業者提升802.11ac產品測試彈性與精確度。

郭皇志指出，透過PXI架構提高儀器頻寬並擴充測試通道後，亦可提供LTE True MIMO量測方案，同時了解多根天線的訊號收發情形，而毋須利用合成器(Combiner)集結多支天線訊號，再逐一解調分析，導致測試時間拉長且精準度有所疑慮。

事實上，相較於一般的單機模組化儀器，PXI模組化儀器優勢在於擁有龐大的軟硬體開發生態體系做後盾，不僅能針對LTE、LTE-Advanced快速更新的標準規格，即時引進新的量測功能，還可透過標準化匯流排介面減輕網路、資料傳輸的布線負擔，以及多個儀器模組的同步和訊號隔離問題，進而實現更優異的性價比及功能擴充彈性，未來在LTE測試市場的滲透率可望明顯攀升。

不同於安捷倫和美商國家儀器的做法，安立知和羅德史瓦茲則維持一貫主打的單機模組化設計，以減輕用戶開發複雜軟體，並時常調整測試計畫的負擔，讓智慧型手機生產線各段的量測流程更加順暢。

不跟瘋PXI　安立知/R&S強打單機設計

圖3　安立知產品技術副理薛伊良(左)認為，儀器商和SoC業者在早期晶片開案階段合作，將可加速LTE產品研發和產測速度。右為安立知業務暨產品技術支援部門資深應用工程師陳世昌

安立知產品技術副理薛伊良(圖3左)表示，因應LTE行動裝置產線端高速、大量生產需求，安立知已打造全新模組化、非信令無線測試儀，除可透過模組擴充方式實現多通道/多協定測試，並持續導入新的MIMO量測功能外，亦有助系統製造商改善信令模式的耗時問題，大幅縮短50%以上產線測試時間。

安立知力推單機模組化設計架構，主要目的是增進測試功能延展彈性，同時協助系統廠降低測試設備總體擁有成本(TCO)。以產線人員同時量測手機LTE和Wi-Fi功能的需求為例，單機模組化儀器可利用不同模組，透過簡單的軟體設定分頭執行LTE和Wi-Fi測試。

現階段，安立知最新LTE無線測試儀可組裝四個獨立模組，將通道擴充到十六個，以實現平行測試和最新的4×4 MIMO量測功能，同時還能以兩個模組同步驗證手機的LTE和WLAN效能。薛伊良透露，由於此一儀器設計可顯著提升手機測試速度，因此已打進多家SoC大廠的建議清單，同時獲得全球主要通訊產品驗證實驗室的青睞，預估今年出貨量將較2013年成長10～20%以上。

安立知業務暨產品技術支援部門副理杜建一則指出，安立知下一步將在LTE/Wi-Fi無線測試儀中引進4G微型基地台測試功能，同時將鎖定穿戴式電子和物聯網(IoT)裝置，新增藍牙Smart、ZigBee等量測選項，協助系統業者以低成本且快速的軟體授權方式，進一步拓展產品設計版圖。

杜建一更強調，手機和各種物聯網裝置持續朝超低功耗設計邁進，系統廠對產品電源分析的需求已更加殷切，對此，安立知日本總部的研發中心也開始研擬異質模組化設計方案，下一代無線射頻測試儀可望再增加電表、電源供應器等功率測試模組。

圖4　羅德史瓦茲應用支援工程部應用支援經理陳飛宇強調，中國移動TD-LTE開台在即，系統廠正紛紛擴大添購LTE無線測試儀。

值得注意的是，羅德史瓦茲有別於其他儀器商策略，聚焦可通用於LTE研發端和產線端測試的無線測試儀。羅德史瓦茲應用支援工程部應用支援經理陳飛宇(圖4)表示，手機市場競爭日益激烈，導致系統廠設計和生產作業時間受到嚴重壓縮，為減輕手機廠上市時程壓力，儀器商須協助開發人員加速產品從設計端導入商用量產，因此羅德史瓦茲遂強調以同一平台兼顧LTE研發和產測需求，以減少系統廠在不同測試環境下進行儀器調校、安裝，並修改測試計畫的時間。

除各自押寶不同的模組化設計架構外，儀器商亦分成信令測試和非信令測試兩大派系。 以往手機研發端和產線端皆以信令測試為主，測試流程較複雜；然而，隨著LTE產品上市時間壓力遽增，較簡化的非信令方案已開始在產線端崛起，包括美商國家儀器、安捷倫和安立知等業者也都強調未來將主打非信令無線測試儀，以加快LTE產測速度。

LTE產品爆量成長　非信令測試強壓信令風采

陳俊宇表示，大中華區電信業者的LTE網路陸續開台後，將刺激LTE智慧型手機出貨需求大幅增長，進一步驅動系統製造商加速改以非信令測試模式，替換目前較複雜且高成本的信令測試模式，從而濃縮測試時間並減輕儀器採購花費。

事實上，模組化和非信令儀器架構在產線測試領域的重要性正與日俱增，其中，非信令更已成為大多數儀器商的布局焦點。安立知業務暨產品技術支援部門資深應用工程師陳世昌(圖3右)強調，該模式可簡化儀器架構、省略非必要量測項目，讓產品驗證流程更加順遂。

然而，這也意味著儀器商必須與晶片業者緊密合作，才能掌握已透過信令模式預認證的晶片測試項目，並進一步採用非信令模式精簡產線測試作業。為協助系統業者快速上手非信令測試，包括安捷倫、安立知和美商國家儀器，近期皆不約而同強化與高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、聯發科和多家LTE晶片商的合作關係，協助系統業者取得晶片平台的測試參考文件，並掌握已經信令模式預認證的測試項目，讓產線端執行非信令測試的流程更簡便。

據悉，自2012年LTE商轉，刺激大量終端裝置需求後，產線端採用信令和非信令測試模式的比例已明顯變化，以往占比八成的信令架構儀器現已滑落至六成，而非信令方案則從兩成翻漲至四成。隨著LTE產品出貨量持續成長，相關業者為追求更快的生產速度，未來甚至只會在整機功能測試階段保留信令測試，其餘各段生產流程皆將轉換至非信令架構，掀動新一波換機潮。

看準非信令儀器轉換潮將持續發酵，薛伊良透露，安立知近2年已增聘一倍以上的軟硬體設計工程師，投入研發非信令測試方案，並配合各家晶片廠開發適用其晶片平台的獨家循序測試模式(Sequential Mode)，簡化產線端產品測試項目排程和初始化流程；下一步安立知更將引進TDD/FDD-LTE混合載波聚合(Carrier Aggregation)、LTE/Wi-Fi分流和微型基地台(Small Cell)等新的測試功能，提升非信令儀器性價比。

相較之下，羅德史瓦茲則延續信令模式的儀器研發策略，以促進研發與產線端人員在產品設計上無縫接軌。

陳飛宇認為，由於LTE手機研發端人員必須藉由較嚴謹的信令測試模式，進行通訊協定的測試，因此羅德史瓦茲短期內將維持信令儀器的設計架構，不會轉攻非信令測試儀器。

儘管業界正掀起一波非信令儀器設計風潮，強調可簡化傳統信令模式繁複的測試流程，然而，陳飛宇分析，對系統業者而言，分別購置研發端信令和產線端非信令測試設備，並投入時間和人力資源進行儀器設定與測試計畫轉移，在總體測試成本上不一定優於直接採用可通用於研發和產線端的信令儀器，尤其LTE設計進入量產時須經過一連串的除錯(Debug)流程，不同的測試環境勢將影響作業流暢度；因此羅德史瓦茲遂集中火力發展信令儀器，藉以通吃LTE手機研發和產線端測試商機，並與市場上其他競爭對手做出明顯的技術區隔。

除LTE和802.11ac外，NFC加速進駐手機，亦將引發新的無線射頻測試需求。現階段，一線手機製造大廠正全力研發搭載NFC感應功能的新機種，以爭取行動支付的龐大商機；由於NFC牽涉金流、個人資料等對安全性要求嚴謹的應用，因此手機業者也開始尋求可支援NFC實體層效能測試、頻率響應曲線和品質因數(Q Factor)檢測的新一代量測技術，以確保NFC手機感應精確度、可靠性，甚至是功耗管理的品質，在在刺激量測業者投資發展新測試平台。

不過，以大多數儀器商的產品策略來看，NFC測試功能尚未列入多功能整合無線測試儀的標準配備，反而主打NFC專用測試機種，主要原因係目前僅有高階手機有NFC測試需求，且NFC測試須特別搭配讀卡機驗證讀/寫性能，因此量測業者也持觀望態度，待時機成熟才會以NFC測試模組形式嵌入現有無線測試儀。

頻率響應測試把關　NFC手機行動支付功能更可靠

圖5　萊特菠特業務協理陳文豪(左)提到，該公司新款NFC產線量測儀器在今年MWC展出期間，已吸引許多ODM/OEM洽談合作。右為萊特菠特產品行銷專員張修明

萊特菠特業務協理陳文豪(圖5左)表示，北美和中國大陸電信商、信用卡業者積極投入布建行動支付基礎設施，可望帶動龐大的NFC產品採購熱潮，因此，手機廠正紛紛擴充NFC手機及平板陣容，並計畫引進新一代NFC專用量測解決方案，從而確保產品穩定性和可靠度。

陳文豪指出，行動支付關乎金錢轉移，相關服務商及用戶對設備可靠度的要求相當嚴格，而用戶也不希望因NFC感應精確度飄移，導致系統須耗用更多功率而縮短行動裝置待機時間，因此一線手機品牌廠對增加NFC實體層效能、頻率響應和品質因數驗證等量測機制已有初步共識，驅動NFC產線測試技術加速改朝換代。

萊特菠特產品行銷專員張修明(圖5右)進一步分析，以往智慧型手機等NFC設備的生產測試基於合格或不合格的概念，僅採用現成NFC讀卡機或被動式標籤執行效能驗證；而此種傳統方法提供的系統資料非常有限，且無法分析未通過測試的設備故障問題，不僅影響產線作業效率，也難以確保NFC手機在實際行動支付或資料交換應用情境中的精確度、穩定性和可靠度，因此行動裝置製造商對功能更完整的NFC量測技術需求也日益殷切。

儀器商嗅到市場商機，正大舉投入布局NFC產線端專用量測設備，協助系統業者加速產品上市時程。其中，萊特菠特已搶先業界發布新一代NFC量產測試儀--IQnfc，除可提供量化的NFC實體層作業資料，確保設備品質穩定性外，亦透過軟體模擬NFC收發端的模式，全方位支援手機模擬信用卡(被動)、手機模擬讀卡機(主動)，以及兩個NFC設備通訊(皆主動)的測試需求。

張修明更強調，由於頻率響應對NFC感應精準度影響甚鉅，只要5%的偏移就會造成NFC感應磁場強度降低50%，使手機功耗加劇、感應距離變小，因此，IQnfc也率先導入NFC頻率響應和品質因數檢測功能，以確保NFC產品符合電信商和信用卡業者的規格要求。

陳文豪認為，除行動支付外，NFC下一階段將朝向資料交換、智慧標籤(Smart Tag)等應用領域發展，可望帶動新一波物聯網(IoT)設備開發需求，將有助刺激聯網設備、行動裝置和量測儀器市場更加活絡。

無庸置疑，LTE、802.11ac和NFC等新技術擴大商用，已刺激龐大的無線射頻量測新商機。由於手機測試日益複雜且上市時間緊湊，因此儀器商也相繼轉向多功能整合設計，期以「一機搞定」的策略，刺激系統廠換機意願。下一階段，包括LTE-A、5G、60GHz 802.11ad和藍牙4.1的相關產品規格具備完整樣貌後，可望再掀無線射頻儀器規格競賽，包括更高功能整合度的模組化架構、高頻電路設計、光波導(Waveguide)技術與天線陣列測試方案，均將成為儀器商競逐新焦點。