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量測儀器同步進化 滿足5G與物聯網需求
 

【作者: 王明德】   2018年11月27日 星期二

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儀器有「工業之母」的稱號,從長期來看,工業發達的國家,由於生產的產品種類龐雜,要維持產品品質,就必須透過高科技現代化的量測儀器,才能提高效率、節省人力。精準的除錯,能避免人為操作不當的疏失,並快速將問題反映出來,維持產品品質水準,也能為產品提供更佳的品質保證,近年來智慧化趨勢席捲全球,而智慧化除了讓舊有技術有了全新的創意應用外,也不斷有新技術與新標準問世,而不管是應用、技術或標準,都需要有因應的量測儀器,以維持設備系統的穩定與精確。


就現況來看,智慧化發展最受重視的技術是5G,系統則是物聯網,這兩者涵蓋了包括城市基礎建設、製造業與各類型垂直產業應用,是德科技(Keysight)行銷處資深行銷專案經理郭丁豪指出,不同領域的應用特色,會產生不同的量測儀器需求。


5G的多通道與高速需求

5G發展目前有eMBB、MIoT與MCC等3大面向,其中eMBB是增強行動寬頻,顧名思義針對的是大流量行動寬頻業務,滿足VR之類的大量即時訊號傳輸需求,URLLC是超高可靠超低延遲通訊,應用於無人駕駛、醫療手術或是建築物內的大型機具控制等,有超高穩定度需求的設備,至於mMTC:大連接物聯網,則是針對大規模物聯網架構,訴求低耗能、長時間運作,可讓更多設備可以連上網路,智慧電表或是環境監測的感測網路都可應用。



圖1 : 是德科技行銷處資深行銷專案經理郭丁豪指出,不同領域的應用特色,會產生不同的量測儀器需求。(攝影/王明德)
圖1 : 是德科技行銷處資深行銷專案經理郭丁豪指出,不同領域的應用特色,會產生不同的量測儀器需求。(攝影/王明德)

郭丁豪表示,從這些不同應用可以歸納出幾個5G時代對量測儀器的需求,首先是因應5G的高速特性,儀器需要有更寬的頻寬、更高的速度與更多通道,其次是為使驗證更具可靠性,低延遲成為必然,第三是更多種波形,讓設備更穩定,不至於輕易失效當機,最後則是在多節點、多設備聯網的狀況下,系統的調度需求會更高。


過去2G與3G時代,訊號傳輸都只有單通道,因此通常只要一部設備就足夠測試通訊晶片,後來到3.5G時代,多通道技術的MIMO(multiple input multiple output)出現,單一通道的量測儀器要完整測試所有通道有其難度,若逐一測試每一個通道,這種作法不但耗時太久,而且無法得知各通道之間的交互影響,但若同時使用多台儀器,不但佔用空間過大,方便性和成本效益也問題重重,因此後來多通道量測儀器出現,同時解決了此一問題,現在5G的毫米波(mmWave)頻段與大規模多重輸入多重輸出(Massive MIMO)天線架構,已經成為設備廠商的重要設計,在此態勢下,多波形、高速與多通道也成為5G產品的量測儀器必要選擇。


從整體來看,郭丁豪指出5G需要的量測共有7層,包括Channel Emulation、Mobile Device Test、BTS Drive Test、Drive Test、Mobile Network Test、Customer Experience Management、Network Test, Visibility and Security等,這7層完整涵蓋了5G設備會面臨的狀況,例如Channel Emulation主要是模擬行動通訊在外遇到的狀況,BTS Drive Test則是透過裝置擷取5G基地台在室外環境的佈建狀態,其他部分也都是5G設備驗研發時,必須具備的量測功能。


對於5G的布局,郭丁豪表示,是德科技已有完整產品線,他以旗下的E6640A EXM無線測試儀為例,此款產品針對物聯網及車聯網等發展的製造測試,增添新的功能,包括對WLAN 802.11P、802.11ah、802.11ac Wave 2 Measurement,以及Bluetooth 4.2版標準提供支援,符合工程師在無線通訊領域的量測需求。


多通訊標準與低功耗帶來物聯網量測挑戰

至於在物聯網方面,其量測需求也會有幾大重點,首先是多通訊標準,由於物聯網的應用多元,而且涵蓋面積大,系統中混用不同通訊標準的機會相當高,因此也對量測儀器帶來嚴峻挑戰。無論是從成本面與易用性來看,工程師都希望用單一設備就可同時測試於不同的通訊標準。



圖2 : 物聯網的架構複雜、應用特殊,系統與設備在設計階段的量測非常重要。(Source: Enterprise IoT Insights)
圖2 : 物聯網的架構複雜、應用特殊,系統與設備在設計階段的量測非常重要。(Source: Enterprise IoT Insights)

對於多通訊標準的物聯網量測,模組化量測會是較佳的選擇,模組化近年來逐漸成為量測領域的主流架構,尤其是PXI標準,各大廠都已有相關產品,模組化儀器的優點,是使用者可依本身需求定義儀器功能,只要先添購同一規格的機箱後,再視所需插入功能卡片,就可組成符合所需的量測儀器,目前物聯網系統有不同標準的無線通訊技術,相關技術都已有對應的板卡,工程師可以彈性組合,打造出符合所需的量測設備。


第2部分則是低功率,部分應用如環境監測的感測網路架構中,各感測節點的分布區域廣闊,不但難以佈線,同時也無法時時更換電池,再加上需要24小時長時間運作,因此這類型設備都有極低電量的耗電設計,過去這類型量測主要使用示波器,而一般示波器的安培量測有其極限,若要偵測更低的電量,就要用SMU(電源量測設備),而這兩者在低功耗物聯網系統的量測中都有其缺點,示波器的取樣率不高,而SMU則只能量測單一時間點的電源變化,工程師無法得知設備運作時,因應不同動作的電量變化,對此是德科技對應的產品為電流波形分析儀,此設備可偵測極低安培,同時具備高取樣率,另一款產品則是物聯網設備電池壽命優化解決方案X8712A,可分析設備在不同動作時所使用的功率。


觀察整體發展態勢,物聯網目前已在快速啟動中,5G則被認為在2019年中就會開始啟動,這兩者都會是未來各類型智慧化應用的主要技術與架構,由於5G不會只鎖定在個人應用,物聯網更是各企業與組織的重要營運骨幹,其精準性、可運作性與穩定性,都是系統成敗的重要因素,因此研發設計階段的量測將更見重要,透過完善量測方案,設備與系統的品質方能進一步提升,同時落實智慧化願景。


**刊頭圖(Source: The Equinix)


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