目前全球微波存取互通介面(WiMAX)技術的應用市場已經逐漸明朗，各廠商產品相繼銷售，如何擴大市占率，穩定的訊號傳輸將是主要關鍵。且WiMAX被定位為行動的資料通訊系統，有別於以往2G、3G以話務(Traffic)為主的行動通訊系統，在資料傳輸的要求上，必須考慮各種服務品質(Quality of Service, QoS)，以確保資料在行動傳輸中能夠正確傳遞。因此在測試上的要求，也相對嚴謹。
各項測試嚴格把關 實場測試為最終手段
一般而言，任何通訊技術能夠運作，不外乎定義技術規範以及執行是否合乎規範的測試，後者稱為一致性測試(Conformance Test)。以WiMAX技術而言，則定義射頻一致性測試(Radio Conformance Test, RCT)及協定一致性測試(Protocol Conformance Test, PCT)，來驗證各項產品是否符合WiMAX的技術規範。
然而，儘管完成一致性的測試，在WiMAX系統下卻無法保證每個用戶設備與每個基地台能夠互相通訊，所以各家系統供應商開始自行執行互通性測試，以篩選符合的用戶設備，並成套銷售。如圖1所示，前述之測試皆是實驗室的測試，而行動通訊所面臨的是傳輸環境如頻譜、布建、地形等因素。因此實地到布建環境執行通訊測試，變成產品銷售前最終且最重要的測試手續。
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| 圖1 各項無線行動通訊測試 |
實場測試，顧名思義即是到達布建現場，實地進行連通並測試各項服務。以最直接的測試方式讓各家廠商驗證設備是否能夠正確提供服務，而每種不同的廠商對於實場測試都有不同的目的與需求。以下分別根據服務供應商、晶片製造商及用戶端設備製造商討論其測試需求與測試方式。
服務供應商部分，如大同、大眾、遠傳、威達、威邁思及全球一動等電信公司執行實場測試主要是為了了解其布建結果，並根據測試結果來調整相關參數，以符合涵蓋範圍的要求。此外，開始營運後仍必須持續進行實場測試，來因應通訊環境的變化，例如大樓的興建以致涵蓋範圍造成影響以及處理顧客的抱怨。服務供應商將持續進行實地的量測與系統的調整，以提供顧客滿意的服務。
用戶端晶片製造商的方面，如英特爾(Intel)、思寬(Sequans)與Runcom等用戶端晶片製造商，進行實場量測的主要目的為量測通訊晶片設計的效能。在通訊實體層中，接收演算法的優劣，將造成懸殊的性能差異，尤其是部分通訊條件較差的環境，更可比較出各家解決方案的性能，而實場測試結果是最重要的參考依據，藉由實地的量測真實通道，將獲得更多的資訊進而改善接收演算法的設計。
至於用戶端設備製造商，如明泰、正文等網路通訊設備公司，則是執行實場測試最頻繁的，主要為因應各機種的天線設計、應用軟體及特製設定的不同，會針對每樣機種做一次實場測試，來驗證各項功能是否正確以及量測相關的執行效能。
實場測試輔助儀器專攻量測盲點
目前針對實場測試，許多廠商仍以土法煉鋼的方式，實際拿用戶設備到布建區域進行連通，測試效率不高，由於實場測試所需的成本高昂，提升測試效率成為目前實場測試的重要議題。
利用適合的測試輔助儀器是提升測試效能的重要方法，以不同的實場測試需求而言，若是服務供應商想了解布建情況，則涵蓋範圍內的訊號強度與品質是最重要的量測資訊，因此可選用通道掃描(Channel Scanner)類的儀器，來快速蒐集涵蓋範圍的訊號分布，另外若再加上全球衛星定位與地圖資訊等內容，則可快速產生量測報告，提供系統分析與布建場勘相關重要資訊。但是以用戶設備端的角度，通常必須利用實場測試來驗證設備是否能符合應有的效能，並希望了解效能無法達到需求的原因，進而尋求設計的改善。因此訊號擷取(Signal Capture)類的儀器，能將每個訊號取樣進行記錄，進而做詳細的通道狀況分析，以找出正確的解決方式，提升設備之效能。
因為需求不同，所以輔助儀器在功能上也有不同的設計，接著針對市場上現有的場測輔助儀器方案，提供相關的研究介紹，並介紹資策會針對實場測試所提供的測試方案，以供讀者了解各種方案的比較。
實場測試輔助儀器專攻量測盲點涵蓋區間掃描儀器掌握布建情形
WiMAX掃描儀器是針對無線語音、資料網路和頻道掃描測試的「即時資料分析」解決方案。這類型的儀器基本上是一台可攜式的訊號接收、訊號分析和頻譜分析儀。另外也有加強型的功能，例如傳輸分析、干擾分析、調變分析、頻道掃描、無線電頻率的訊號功率量測等。綜合這些功能，針對無線網路系統提供輔助架設、布建與維護目的的基地台分析儀。現有的掃描儀器可以區分為「可攜式嵌入系統」、「傳統儀器廠商」和「其他特殊應用型」三種類型。
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以安立知(Anritsu)WiMAX場測的手持解決方案BTS Master MT8222A和JDSU的Base Station Analyzer JD7105A為例。安立知和JDSU提供了測量WiMAX場域時的手持式解決方案，透過支援WiMAX的射頻(RF)纜線或天線量測，將能接收與測量傳輸時傳送訊號的形狀和強度。包括通道頻譜、功率時間比等都可以具體化地呈現至手持裝置的螢幕上。優點是攜帶方便、操作簡易，也提供可擴充性長用電池，但是對於長時間訊號擷取較缺乏所需要的複雜處理能力和大量記憶體。 |
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以羅德史瓦茲(R&S)的TSMW Universal Radio Network Analyzer和安捷倫(Agilent)的E6474A Drive Test Network Optimization Platform為例。羅德史瓦茲和安捷倫所提供的方案都是綜合型的行動無線電掃描儀器，主要用途是Drive Tests和提供I/Q基頻串流，並提供多個獨立或支援多個頻段的接收器。傳統大廠解決方案的特色，包括同時可以量測與診斷多種通訊協定以及配套式後期處理軟體等等，例如羅德史瓦茲可搭配該公司的ROMES Drive Test軟體，而安捷倫採用開放式架構的後期處理軟體。另外，也提供完整的售後服務和支援，但是儀器價格比較昂貴。 |
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以BVS的YellowFin WiMAX手持式訊號分析為例，YellowFin是一台包含可攜式模組與平板電腦的WiMAX訊號接收分析儀。其即時擷取紀錄提供RF工程師分析無線頻譜圖表更為方便的工具，除了提供必要的量測數據與統計外，其他較複雜的運算或非即時性圖表繪製可以交由平板電腦處理後，再將結果呈現出來，最常見的應用是搭配全球衛星定位系統(GPS)的使用與地理位置的即時標示。另一方面，比較欠缺上層通訊協定解譯和詳細分析的支援。 |
上述WiMAX無線掃描器大多數內建或已整合GPS接收器，可以提供量測時的實際位置，如此更能準確分析RF訊號接收的狀況，使得分析位置訊號覆蓋率更為便利，進一步可以利用這項功能找出無線網路訊號重疊處與死角。這些掃描儀器通常功能強大而且體積輕巧，提供戶外場測工程師和技術人員進行架設、安裝與運作無線網路所需的各項測試。例如，針對服務供應商提供基地台與網路進行維護和解決問題的必要工具，亦可成為服務供應商工程師、技術人員與負責部署網路的承攬人員最佳化的網路測試設備。
訊號擷取儀器分析詳盡
訊號擷取儀器是針對無線語音、資料網路和頻道掃描測試的「後期處理分析」解決方案。基本流程是先錄製日誌檔(Logging)之後再處理的方式。
首先將這類型的儀器置放於WiMAX網路中進行RF訊號擷取，之後可以整合更上層通訊協定訊息關聯性分析，並用來記錄問題訊號與追蹤、消除網路明顯驟變的問題點。由於採取經由無線RF擷取，再經後期離線資料分析、上層分析和圖表呈現，所以可以更詳盡地分析WiMAX DL/UL RF和L1/L2/L3 IP等上層協定的連通、傳輸和各項統計情形。現有的擷取儀器可以區分為「通訊協定分析儀器」、「應用程式導向的分析軟體」和「其他特殊應用型」等三種類型。
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以SANJOLE的WaveJudge 4900與JDSU的Telecom Protocol Analyzer 8635為例，這類型分析儀器可以透過RF電纜或天線同時擷取基地台與用戶端的訊號，並且可以同時分析RF/實體(PHY)/媒體存取控制(MAC)/網際網路通訊協定(IP)等多層的訊息。其原本是適用於基地台與用戶端產品間的實驗室互通性測試，用來診斷問題點是發生於基地台、用戶端或設備所使用的晶片上。如果須要在場測時利用它們充當為輔助儀器，可以利用其擷取功能再於後期進行問題點的詳細方析。除了用途的改變外，比較明顯的缺點是現有商用儀器價格昂貴，造成研發成本的提高，對於新通訊技術初期的投資也是一項巨大的負擔。 |
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以Seasolve的SeaMAX Mobile WiMAX Analyzer和CelPlanner的CelSignal為例，這兩者也提供基地台訊號分析的解決方案，包括無線資料收集、場域量測、系統計畫與設計、最佳化、加強和提升等分析。其也是使用錄製方式，再導入I/Q訊號檔案，主要偏重在後期的軟體分析。功能和特色包括分類、過濾和統計測量。
圖形化的使用者介面亦包括視覺化量測、地理資訊和各項統計。另外，也可以只儲存解碼後的資料，例如Binary檔案、視覺化、圖形化和分析後的參數。優點著重於使用者介面、彈性化的圖表選擇和調整，如果能夠再輔以支援不同天線或接收器，將會是更完善的後期分析的解決方案。 |
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Couei運用其套件中的測試工具XCAL擷取並即時顯示來自行動設備的無線區間訊息和日誌數據等各種參數。再與後期分析工具XCAP結合使用，進一步透過各種圖表、地圖、訊息等多種方式顯示訊息。Couei解決方案的最初設計對象是提供商用用戶端設備的場測，藉由CPE提取訊號品質。由於採用現成無線網路卡提供的訊號品質資訊，實際進行場測與記錄不但簡單而且方便。但是，訊號品質資訊可能僅僅局限於基本的RSSI、CINR等數據，用途非常有限。況且，這種作法的測試結果與測試用客戶端設備相依性很高，無法直接對應至其他設備或者進行一般性的狀況評估。 |
上述列舉這些訊號擷取儀器多數功能強大、操作簡便，提供戶外場測工程師和技術人員進行架設、安裝與運作無線網路所需的測試。例如提供基地台與網路進行維護和解決問題的必要工具，亦提供用戶端晶片製造商設計、研發工程師與用戶端設備製造商用戶端設備(CPE)最佳化的測試。但是訊號擷取錄製儀器在記錄無線基頻訊號時，由於使用錄製方式輔以記憶體暫時存放後再取出進行非即時性分析，過程須要存取大量的記憶體和硬碟空間來增加記錄時間。而且上述大多數並無法即時呈現頻譜分析，因此對於訊號擷取對象、時機和地點都須事先縝密規畫，以增加每次實場測試的效益。
整合現有設計 供輔助實場測試
除了上述五花八門的各類測試儀器外，接下來介紹資策會所研發的WiMAX協定分析與訊號擷取方案(WiMAX-Protocol Analysed and Signal Seized Solutions, WiMAX-PASSs)，它是一台無線嗅探裝置(Wireless Sniffer)，可以提供WiMAX無線網路進行訊號量測、資料擷取與協定分析的監聽技術和設備。
WiMAX-PASSs因應上述兩項重要測試(互通性測試和實場測試)，提供無線網路環境測試和監控等合適的功能。如圖2所示，可以將WiMAX-PASSs置放於無線網路中進行訊號的偵測，並且進行各項分析與記錄。針對於互通性測試提供協定分析的功能，利用內建的WiMAX通訊協定解譯(Parser)功能檢視監聽對象的連通訊息，作法上是採取訊號擷取、錄製後再進行上層通訊協定的詳盡分析。
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| 圖2 基本WiMAX無線網路和場測輔助儀器 |
有關訊號擷取所提供的協定詳盡分析功能，包括WiMAX MAC訊息解譯，亦即訊息框架結構的分析，以及將原始的資料I/Q Sample記錄至所提供的日誌檔案中，以利後續分析與處理兩種。如同一般訊號擷取錄製器，藉由天線接收到的訊號再經過類比數位(A/D)轉換後，就會直接將I/Q訊號逕行錄製，然後接著再轉存至硬碟。然而，資策會WiMAX-PASSs進行訊號擷取時，會即時地、同步地處理實體層的調變轉換以及各種無線通道的統計。此功能主要是針對實場測試的需求，這樣的作法將方便使用者即時地判讀訊號的狀況，並且針對有意義的訊號，再執行選擇性的錄製。像這樣提供混合式的「即時展現模式與訊號錄製模式」功能，其應用在測試的效益將直接反應在場測時所需要的成本上。
舉例說明，如果有客戶申訴某地區的無線網路服務並非如同營運商廣告所說的預期使用情形，此時WiMAX PASSs就可以派上用場。針對可能的客訴解決情形與使用案例，無線網路服務發生客訴時，有以下兩種不同的解決方案。
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行駛或徒步行走於客戶申訴有問題的路段，然後開啟訊號錄製儀器。為避免無法錄製到問題情形，可能採取的手段包括擴大錄製的地理範圍、延長錄製的時間、增加更多的記憶體等以滿足需求。之後再將錄製的檔案帶回實驗室，集合各個研發部門工程師研究、診斷可能發生的問題原因。
如果是實體層的問題，即可轉交實體層演算法工程師進行分析。幸運的話，可以直接由實體層演算法工程師進一步的解決，否則可能須要再進行另一次的實場測試和錄製其他可能發生的客訴情境，如此週而復始直到問題解決。 |
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行駛或徒步行走於客戶申訴有問題的路段，然後開啟訊號錄製儀器。如果在路段上發現客訴問題的訊號，即可將WiMAX-PASSs轉換成訊號錄製模式，之後即可逕行將檔案帶回實驗室交由實體層演算法工程師分析和解決。如此可以節省場測時須要付出的過多人力成本、金錢成本和繁複的工作負擔。 |
針對有關客戶所申訴的問題，有可能是因為無線網路本身造成的多路徑效應、都卜勒(Doppler)效應或地理位置的變遷和改變形成的。
為了徹底呈現和解決這方面的問題，藉由WiMAX PASSs混合式的「即時展現模式與訊號錄製模式」功能提供豐富的即時無線通道統計資訊來滿足需求。例如對於通道量測掃描所提供的監控分析功能包括量測訊號品質(時間功率圖、星座圖)和通道響應(時域通道響應、頻域通道響應等)。
這樣混合式的功能主要是提供更進階的即時性通道量測，對於場測工程師於WiMAX網路的基地台布建與之後無線網路的維護、網路最佳化等都是非常有幫助的。
工欲善其事 必先利其器
實場測試所耗費的大幅成本是所有無線通訊公司所共同體認的，這些成本包含交通費用、人事成本及通話費用等。
而最可觀的，莫過於測試時無法知道真正核心的問題，而以試誤的方式反覆執行，使得研發成本逐步增加。因此合適的實場輔助儀器，是每個執行實場測試的廠商都必須仔細去研究，並依據各廠商的產品定位不同，尋找出適合的輔助儀器，來幫助工程師得到充分的資訊以判斷問題癥結，以盡快完成實場測試並解決所有相關的問題。
(本文作者任職於資策會網路多媒體研究所)