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量测仪器同步进化 满足5G与物联网需求
[作者 王明德]   2018年11月27日 星期二 浏览人次: [3020]

仪器有「工业之母」的称号,从长期来看,工业发达的国家,由於生产的产品种类庞杂,要维持产品品质,就必须透过高科技现代化的量测仪器,才能提高效率、节省人力。精准的除错,能避免人为操作不当的疏失,并快速将问题反映出来,维持产品品质水准,也能为产品提供更隹的品质保证,近年来智慧化趋势席卷全球,而智慧化除了让旧有技术有了全新的创意应用外,也不断有新技术与新标准问世,而不管是应用、技术或标准,都需要有因应的量测仪器,以维持设备系统的稳定与精确。


就现况来看,智慧化发展最受重视的技术是5G,系统则是物联网,这两者涵盖了包括城市基础建设、制造业与各类型垂直产业应用,是德科技(Keysight)行销处资深行销专案经理郭丁豪指出,不同领域的应用特色,会产生不同的量测仪器需求。


5G的多通道与高速需求

5G发展目前有eMBB、MIoT与MCC等3大面向,其中eMBB是增强行动宽频,顾名思义针对的是大流量行动宽频业务,满足VR之类的大量即时讯号传输需求,URLLC是超高可靠超低延迟通讯,应用於无人驾驶、医疗手术或是建筑物内的大型机具控制等,有超高稳定度需求的设备,至於mMTC:大连接物联网,则是针对大规模物联网架构,诉求低耗能、长时间运作,可让更多设备可以连上网路,智慧电表或是环境监测的感测网路都可应用。



图1 : 是德科技行销处资深行销专案经理郭丁豪指出,不同领域的应用特色,会产生不同的量测仪器需求。(摄影/王明德)
图1 : 是德科技行销处资深行销专案经理郭丁豪指出,不同领域的应用特色,会产生不同的量测仪器需求。(摄影/王明德)

郭丁豪表示,从这些不同应用可以归纳出几个5G时代对量测仪器的需求,首先是因应5G的高速特性,仪器需要有更宽的频宽、更高的速度与更多通道,其次是为使验证更具可靠性,低延迟成为必然,第三是更多种波形,让设备更稳定,不至於轻易失效当机,最後则是在多节点、多设备联网的状况下,系统的调度需求会更高。


过去2G与3G时代,讯号传输都只有单通道,因此通常只要一部设备就足够测试通讯晶片,後来到3.5G时代,多通道技术的MIMO(multiple input multiple output)出现,单一通道的量测仪器要完整测试所有通道有其难度,若逐一测试每一个通道,这种作法不但耗时太久,而且无法得知各通道之间的交互影响,但若同时使用多台仪器,不但占用空间过大,方便性和成本效益也问题重重,因此後来多通道量测仪器出现,同时解决了此一问题,现在5G的毫米波(mmWave)频段与大规模多重输入多重输出(Massive MIMO)天线架构,已经成为设备厂商的重要设计,在此态势下,多波形、高速与多通道也成为5G产品的量测仪器必要选择。


从整体来看,郭丁豪指出5G需要的量测共有7层,包括Channel Emulation、Mobile Device Test、BTS Drive Test、Drive Test、Mobile Network Test、Customer Experience Management、Network Test, Visibility and Security等,这7层完整涵盖了5G设备会面临的状况,例如Channel Emulation主要是模拟行动通讯在外遇到的状况,BTS Drive Test则是透过装置撷取5G基地台在室外环境的布建状态,其他部分也都是5G设备验研发时,必须具备的量测功能。


对於5G的布局,郭丁豪表示,是德科技已有完整产品线,他以旗下的E6640A EXM无线测试仪为例,此款产品针对物联网及车联网等发展的制造测试,增添新的功能,包括对WLAN 802.11P、802.11ah、802.11ac Wave 2 Measurement,以及Bluetooth 4.2版标准提供支援,符合工程师在无线通讯领域的量测需求。


多通讯标准与低功耗带来物联网量测挑战

至於在物联网方面,其量测需求也会有几大重点,首先是多通讯标准,由於物联网的应用多元,而且涵盖面积大,系统中混用不同通讯标准的机会相当高,因此也对量测仪器带来严峻挑战。无论是从成本面与易用性来看,工程师都希??用单一设备就可同时测试於不同的通讯标准。



图2 : 物联网的架构复杂、应用特殊,系统与设备在设计阶段的量测非常重要。(Source: Enterprise IoT Insights)
图2 : 物联网的架构复杂、应用特殊,系统与设备在设计阶段的量测非常重要。(Source: Enterprise IoT Insights)

对於多通讯标准的物联网量测,模组化量测会是较隹的选择,模组化近年来逐渐成为量测领域的主流架构,尤其是PXI标准,各大厂都已有相关产品,模组化仪器的优点,是使用者可依本身需求定义仪器功能,只要先添购同一规格的机箱後,再视所需??入功能卡片,就可组成符合所需的量测仪器,目前物联网系统有不同标准的无线通讯技术,相关技术都已有对应的板卡,工程师可以弹性组合,打造出符合所需的量测设备。


第2部分则是低功率,部分应用如环境监测的感测网路架构中,各感测节点的分布区域广阔,不但难以布线,同时也无法时时更换电池,再加上需要24小时长时间运作,因此这类型设备都有极低电量的耗电设计,过去这类型量测主要使用示波器,而一般示波器的安培量测有其极限,若要侦测更低的电量,就要用SMU(电源量测设备),而这两者在低功耗物联网系统的量测中都有其缺点,示波器的取样率不高,而SMU则只能量测单一时间点的电源变化,工程师无法得知设备运作时,因应不同动作的电量变化,对此是德科技对应的产品为电流波形分析仪,此设备可侦测极低安培,同时具备高取样率,另一款产品则是物联网设备电池寿命优化解决方案X8712A,可分析设备在不同动作时所使用的功率。


观察整体发展态势,物联网目前已在快速启动中,5G则被认为在2019年中就会开始启动,这两者都会是未来各类型智慧化应用的主要技术与架构,由於5G不会只锁定在个人应用,物联网更是各企业与组织的重要营运骨干,其精准性、可运作性与稳定性,都是系统成败的重要因素,因此研发设计阶段的量测将更见重要,透过完善量测方案,设备与系统的品质方能进一步提升,同时落实智慧化愿景。


**刊头图(Source: The Equinix)


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