每回科技变革，几乎都少不了量测仪器供货商的穿梭其间与鼎力相助；众所周知，所有电子产品都需经过「量化检测」考验，必须在规格制订之初就考虑到后续可行性，因此量测业者往往是最能掌握趋势与技术的先知，亦是当然受益者。具长期参与通讯标准制订经验的是德科技 (Keysight)，以及本身就是 PXI 开放平台推手的国家仪器 (NI) 在谈到下世代通讯时，皆异口同声看好模块化仪器的前景。不过，Keysight 营销处副总经理罗大钧澄清，模块化虽可降低整体测试成本，却非低价产品的代名词。
罗大钧说明，因为要把符合高能效标准的高精度零组件做成「模块」等级，组件成本和技术难度皆不低。事实上，Keysight 将每项量测仪器皆视为「客户的资产」，认真看待且十分重视售后服务；而基于「资产活化」考虑，Keysight 大力推行 Multi-Vendors 统包式服务，可应用户要求为所有自家及他厂的量测仪器做体检式校验，并提供相关维修「治疗」。Keysight 在全球设有逾 50 个服务据点，且所有维修校正实验室皆依 ISO / IEC 17025 标准而建，以确保受检仪器之频率、功率等精准度皆符合国际计量高标。
照片人物：Keysight 营销处副总经理罗大钧
探索新世代通讯，首重验证数据库与软件工具
5G 除了号称可提高百倍、「惊人的」传输速率外，到底还有哪些卖点？是德科技 (Keysight) 资深项目经理张式先揭橥 5G 的愿景在于：服务大量群众、异质网络沟通，以及网络自动优化、随时无缝连接，对基地台的设备供货商与系统营运商皆是极大挑战，必须就网络架构、空中界面、效能指针、服务模式和应用做全新思考。例如：如何布署多重无线存取 (Multi-RAT)、消弭通讯边缘死角 (Cell edge)、增强网络「密化」(Densification)、运用虚拟化无线接入网络 (virtualized RAN)、提升能源效率与优化用户的体验质量 (QoE) 等。
5G 除了号称可提高百倍、「惊人的」传输速率外，到底还有哪些卖点？是德科技 (Keysight) 资深项目经理张式先揭橥 5G 的愿景在于：服务大量群众、异质网络沟通，以及网络自动优化、随时无缝连接，对基地台的设备供货商与系统营运商皆是极大挑战，必须就网络架构、空中界面、效能指针、服务模式和应用做全新思考。例如：如何布署多重无线存取 (Multi-RAT)、消弭通讯边缘死角 (Cell edge)、增强网络「密化」(Densification)、运用虚拟化无线接入网络 (virtualized RAN)、提升能源效率与优化用户的体验质量 (QoE) 等。
张式先说明，现有 4G LTE 频道使用效率已较早期大有改善，但仍有约 10% 的耗损，必须从研发新的讯号波形着手，方能得偿 5G 宏愿。当然，若能找到相对「干净」的超宽带资源自是上策，可惜如今 6GHz 以下已无可用频段，让商用通讯业者不得不往更高频的区块移动，揭幕「毫米波」(mmWave) 竞赛；希望藉由调变天线指向性，克服频率越高、噪声越多、衰减越快的物理极限。他说明，天线孔径尺寸与大气吸收会导致路径损耗 (Path loss)，所幸可经由指向性「数组天线」补偿；而毫米波好处是天线小、可直接放在手机中赋予指向性功能。
图1：Keysight 供 5G 研发用的测试解决方案
801.11ad 即是以 60GHz 毫米波基础发展而成。然而，大规模多输入多输出 (Massive MIMO) 只是满足同一时空大量连网需求的基本功，张式先表示，想进一步讲究使用效率，还得仰赖「全双工」(Full Duplexing) 做双向收发传输——将子载波间距更集中，或是在时间轴上减少延迟，但缺点是自我干扰亦会随之变大，必须设法消除；若再纳入 MIMO，还会有串音干扰 (crosstalk) 的问题。相位适应调变日趋复杂，需有高精密、支持多信道的量测仪器支应才能克服重重滞碍，而更新迅速的验证数据库与完善的软件工具亦是必备要件。
Keysight：「参考方案、教育训练、顾问服务」添翼，领航 5G
藉助 Keysight 波形产生与分析测试平台，能让通道探量 (Channel Sounding)、特性分析及多通道校验工作一次到位；由仪器内建的 FPGA 负责解调及波束追踪 (beam tracking)，可实时演算波束形态、量测发射讯号。另日前推出的「5G 讯号优化软件」，可用来校验、产生并分析 FBMC / F-OFDM 等 5G 候选波形讯号，任务导向式指令大幅简化复杂系统的量测流程，典型配置包括用于基本校验的 K3101A，以及任一讯号产生与分析软件：用于数字调变讯号的 K3102A、用于 LTE FDD 的 K3013A，或用于 OFDM 的 K3104A)，用户可购买分析软件的永久授权。
藉助 Keysight 波形产生与分析测试平台，能让通道探量 (Channel Sounding)、特性分析及多通道校验工作一次到位；由仪器内建的 FPGA 负责解调及波束追踪 (beam tracking)，可实时演算波束形态、量测发射讯号。另日前推出的「5G 讯号优化软件」，可用来校验、产生并分析 FBMC / F-OFDM 等 5G 候选波形讯号，任务导向式指令大幅简化复杂系统的量测流程，典型配置包括用于基本校验的 K3101A，以及任一讯号产生与分析软件：用于数字调变讯号的 K3102A、用于 LTE FDD 的 K3013A，或用于 OFDM 的 K3104A)，用户可购买分析软件的永久授权。
图2：Keysight 5G 波形产生与分析测试平台
Keysight 预告，5G 导向的增强型 LTE 也正紧锣密鼓开发中，以便为现有 LTE 提供多重存取功能；未来还会新增更多功能，并提供简易授权。在传统高阶量测市场执牛耳的 Keysight，近年亦从善如流，积极投入 PXI / AXIe 模块化量测产品，并将 5G、模块、软件、服务列为四大业务引擎；大中华区市场开发经理徐正平表示，传统量测机台开发少则 2、3年，多则 7、8年，追不上行动通讯的飞快演进，而模块化有利于加快与时俱进的脚步。他透露，去年整体量测仪器市场仅成长 8%，但 PXI 模块却有两位数佳绩，显见量测市场正在质变。
同样是 PXI 开放平台，若有介接、整合需要，可透过通用基础程序语言编程。有鉴于此，Keysight 大举扩充产品组合，尤以无线通信、高速传输、军工国防和车用电子等「高能效」量测为重点。虽然在模块化市场起步稍晚，约 5、6 年前才进入赛局，但拜差异化之赐，Keysight 已在 PXI / AXIe 市场跃升至第二大。为协助用户加速开发、测试，Keysight 备有类似 IC 设计「公板」的「建议测试」方案供参考，必要时亦可提供原始码给用户。特别一提的是，Keysight 在教育训练及顾问服务勠力颇深，对于瞬息万变、应接不暇的通讯业界，或是一大福音。
图3：模块化量测的应用需求
NI：模块化＋软件定义，仿真各种调变可能
在 3GPP 如火如荼铺路下世代通讯、以全维度 MIMO 提高传输速率之际，亦不忘分流锁定 IoT 发展多装置的「窄频」机器类通讯 (MTC)。无独有偶，ITU-R (国际电信联盟) 亦同意「高频、高速」并非唯一指标，擘画 2020 年后将有三种使用情境并驾齐驱：eMBB (增强式行动宽带)、uMTC (高可靠 MTC)，以及 mMTC (大量 MTC)，进而衍生八大技术需求：高速传输、使用体验 (个别被分配到的数据传输速率)、频谱效率、可移动性、低度延迟、容纳更多用户、网络能源效率与区域流量。NI 强调只有事先万全严谨模拟，才可确保不同使用情境的稳定性。
在 3GPP 如火如荼铺路下世代通讯、以全维度 MIMO 提高传输速率之际，亦不忘分流锁定 IoT 发展多装置的「窄频」机器类通讯 (MTC)。无独有偶，ITU-R (国际电信联盟) 亦同意「高频、高速」并非唯一指标，擘画 2020 年后将有三种使用情境并驾齐驱：eMBB (增强式行动宽带)、uMTC (高可靠 MTC)，以及 mMTC (大量 MTC)，进而衍生八大技术需求：高速传输、使用体验 (个别被分配到的数据传输速率)、频谱效率、可移动性、低度延迟、容纳更多用户、网络能源效率与区域流量。NI 强调只有事先万全严谨模拟，才可确保不同使用情境的稳定性。
图4：ITU 预言 2020 年后国际行动电信 (IMT) 的主要使用情境
数据源：ITU网站
NI 首席产品营销经理 David A. Hall 则认为，连网装置爆炸式的推陈出新，从 PC、手机、平板、IoT 装置，现在就连电视和汽车也入列，导致组件所要担负的功能越来越多，例如：功率放大器不再只有放大功率功能，还包括高阶滤波、电源管理和模拟与数字的数据转换；在量测上要兼顾覆盖率、低成本、市场变化和高速数据采集，模块化易于分拆、整合，最为便利。他继续说道，20 年前，要手动开关测试并不难；但要应对当今如此复杂的测试任务，若要逐一轮换好几种功能机台、不停手动测试，不仅浪费时间且累人，故模块化是最好的选择。
照片人物：NI 首席产品营销经理 David A. Hall
继 2012 年发布首款向量讯号收发器 (VST)—— PXIe-5644R，NI 再度大动作推出第二代 VST 产品 PXIe-5840，结合 6.5 GHz RF 向量讯号产生器、6.5 GHz 向量讯号分析器、可供使用者设定的高效能 FPGA、高速串行接口、平行数字接口与单一双槽式 PXI Express 模块，高达 1 GHz 的瞬间带宽，适用于数字预失真 (DPD) 的进阶测试与雷达、LTE-Advanced Pro 与 5G 等宽带讯号，可针对 802.11ac 错误向量幅度 (EVM) 执行 -50 dB 的效能量测；配合直觉式 LabVIEW 系统设计软件，可自行设定 VST 打造新韧体，具备软件定义无线电 (SDR) 的灵活弹性。
客制测试环境，补足近场通讯板块
NI 归纳 5G 有四大技术范畴：1.大规模 MIMO：动态增加基地台天线数量；2.无线网络：MTC 和窄频物联网 (NB-IoT) 为新兴应用；3.波束成形 (Beamforming)：优化讯号结构、改善带宽使用率；4.毫米波：利用较不拥挤的频段做蜂巢式通讯。Hall 指出，传统机台只能提供固定量测功能，且易有处理器过时、通讯延迟、数据流量太小的疑虑，最麻烦的是各家软件自成一格，不易与其他设备串接，且无法让用户自行编程测试环境，故 NI 一开始就力倡开放式平台，主张从研发设计到原型制作 (prototype) 阶段，都能借道 FPGA 依个别需求「订做」模拟测试。
NI 归纳 5G 有四大技术范畴：1.大规模 MIMO：动态增加基地台天线数量；2.无线网络：MTC 和窄频物联网 (NB-IoT) 为新兴应用；3.波束成形 (Beamforming)：优化讯号结构、改善带宽使用率；4.毫米波：利用较不拥挤的频段做蜂巢式通讯。Hall 指出，传统机台只能提供固定量测功能，且易有处理器过时、通讯延迟、数据流量太小的疑虑，最麻烦的是各家软件自成一格，不易与其他设备串接，且无法让用户自行编程测试环境，故 NI 一开始就力倡开放式平台，主张从研发设计到原型制作 (prototype) 阶段，都能借道 FPGA 依个别需求「订做」模拟测试。
图5：NI 无线测试系统 (WTS) 搭配 PXI 向量讯号收发器 (VST)
NI 坚持，软件是 PXI 测试模块客制化关键，所以持续与服务供货商密切合作，并进行策略性并购。旗下 AWR 高频设计软件包能快速模拟不同波形并结合 NI 硬件展开验证，包括：Channel Sounding、为不同地域寻找适合的频段、毫米波组件设计仿真、MIMO 调校等，用户可在云端平台做电路仿真、系统设计与电磁分析验证。NI 亦将目光扩及近场通讯，预期物联网与 5G 引爆行动支付需求，于 2015 年收购 NFC 量测技术厂商 Micropross 以壮军容；冀将研发、一致性验证和量产测试完整串联，意欲通吃无线市场的雄心昭然若揭。
以 NFC、无线支付和功率量测起家的 Micropross，在「一致性认证」的市占率高达 70%，其中有 80% 是非接触式产品。Micropross 提醒，NFC 认证有 NFC 论坛与 EMVCo 两大体系，虽皆不脱 RFID 标准，但之后演进略有歧异，选择量测仪器时须留意是否有相关支持能力。
Micropross 是 EMVCo 组织所选定的 PICC 和 PCD Analog 测试工具供货商，同时也是 NFC 论坛重要成员，可确保所有 NFC 设备的互操作性。此外，有些高阶 IC 卡已将 NFC 和无线充电整合，且大部分旗鉴手机已内嵌此两种无线技术，对综合量测需求将更殷切。
图6：Micropross CTS (Contactless Test Station) 涵盖讯号产生、振荡、A/D 转换器、RF 放大器和电源供应
结语
研调公司 PMR 表示，相较于传统堆架式量测仪器，PXI 挟着传输率高、体积小、功耗低、精确度更胜一筹，加上便于让用户执行目标测试项目、不须另行学习艰深编程技巧等优势，在 RF 通讯、航天、国防、消费电子和高阶无线设备整合等领域有全面蔓延之势。
研调公司 PMR 表示，相较于传统堆架式量测仪器，PXI 挟着传输率高、体积小、功耗低、精确度更胜一筹，加上便于让用户执行目标测试项目、不须另行学习艰深编程技巧等优势，在 RF 通讯、航天、国防、消费电子和高阶无线设备整合等领域有全面蔓延之势。
平心而论，如果对自身量测需求了然于胸，主要目的是以简易量测模型贯通研发到量产环节，反倒希望能有更大自由度以建立专属的量测条件，选用易于和计算机、生产线机台串接的量测模块，是不错的方式；但如果是拥有多项仍在服役中仪器却苦无妥善管理之法、背负与最新通讯标准亦步亦趋压力，或需要通讯专业引导的业者，也许向拥有售后服务及教育顾问能量的供货商请教，所获得之无形价值或将更为可贵。
