多重通訊挑戰(zhàn)與測試

在測試領(lǐng)域中，大部份的無線測試設(shè)備只針對一至兩種的無線通訊方式進行測試，換言之，測試一部多重通訊裝置時則需在多個工位進行不同種類的連結(jié)測試，當中每個工位可能須重新接線、加電、初始化等等工序，這樣便導(dǎo)致生產(chǎn)測試時間線性地增長（如圖1），為達至生產(chǎn)量和速度，只可增加產(chǎn)線和測試設(shè)備；在這里要強調(diào)的是總測試成本應(yīng)該理解為測試設(shè)備成本結(jié)合上每件產(chǎn)品的測試時間成本，如圖1的生產(chǎn)模式，要減低測試時間成本就要增加測試設(shè)備成本。

當然，最理想的方案是單臺測試設(shè)備能夠具備多種無線通訊功能測試，更甚者，數(shù)項測試項目在同一測試設(shè)備能同時進行，這樣就能大大地減少測試時間，而多重通訊測試系統(tǒng)的產(chǎn)生就能提供這種方案（圖 2）。

1 測試時間

測試時間實際上是由多個獨立的工序構(gòu)成 – 產(chǎn)品運送、夾具裝卸、程式下載和實際的測試分析，減省任何一個工序的時間對總體測試時間都有重要的影響，舉例，假若能夠在單一工位單一夾具下處理所有種類的無線通訊測，那產(chǎn)品運送和夾具裝卸的時間就不需在每種無線通訊中重復(fù)從而減省很多時間，同樣的優(yōu)化慨念亦可用於測試分析上，最有效的優(yōu)化方案是如何實現(xiàn)生產(chǎn)工序“并行化”以取代以往的流水式串行的工序。另外，再進行優(yōu)化每種無線通訊的測試時間，舉例，假若GPS的全幀為30秒，而現(xiàn)在達至的測試時間為33秒，那就意味著當中有10%的改進空間。

除此外，有一重要的理解，工程師需意識到整個優(yōu)化工程其實是數(shù)個重要環(huán)節(jié)的整合成果，其中包括多重通訊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 （Device’s Architecture），芯片的底層結(jié)構(gòu)設(shè)計 （Underlying Chipset Architecture）， 軟件驅(qū)動和編寫測試軟件的靈考能力；所以，如能讓芯片商，產(chǎn)品參考設(shè)計公司和最終的多重通訊裝置工程師共同參與，相信有更大的空間為優(yōu)化生產(chǎn)測試進行專門設(shè)計的方案，使整個生產(chǎn)時間和成本有顯著的減幅。

假如“多重通訊裝置”是未來一個主流產(chǎn)品和市場，相信很快會進入量產(chǎn)和普遍應(yīng)用，生產(chǎn)成本這個瓶頸問題是必須面對和解決，而革命性的單臺式無線“多重通訊”測試系統(tǒng)就是要實現(xiàn)以上優(yōu)化工程的基礎(chǔ)。

2 單臺式無線測試系統(tǒng)

美國萊特菠特科技（LitePoint）公司從2005年開始一直是單臺式測試系統(tǒng)的先驅(qū)者，測試系統(tǒng)除包含矢量分析儀（VSA）和信號源（VSG）外附有極友好使用的分析操作介面，讓用戶能對復(fù)雜的分析更快掌握和處理，在WiFi的測試工業(yè)中起了革命性的改變（圖3）。

在WiFi 單臺式測試系統(tǒng)能快速成為市場主流測試用具後，LitePoint 及其他公司亦相續(xù)推出針對WiMAX的單臺式測試系統(tǒng)及利用軟件技術(shù)在單臺硬件上擴展更多的應(yīng)用如藍牙、ZigBee 等等。

單臺的多重通訊測試系統(tǒng)需把移動手機、WiFi、藍牙，GPS和FM等測試功能結(jié)合起來，雖然某些種類的通訊（WiFi和藍牙）是用相同的頻譜，而可用同組的VSA和VSG子系統(tǒng)進行測試，但無論如何針對不同的通訊，要達到并行測試目的，單臺式多重通訊測試系統(tǒng)必須內(nèi)置多個VSA和VSG子系統(tǒng)再加上內(nèi)置開關(guān)式測試式接口，使某些連接口可分享同一子系統(tǒng)，而某些連接口則定為作并行測試口。從技術(shù)上來說，多個射頻子系統(tǒng)、不管是開關(guān)式和專用等多個接口或共享同一電源等的設(shè)計都是無形中建立了互相干擾的環(huán)境，舉例在并行測試中，由兩個矢量信號源 （VSGs）產(chǎn)生的兩個信號通過測試口到達被測品的天線接口，兩個信號可能在系統(tǒng)或被測品（DUT）內(nèi)部產(chǎn)生串擾或其相干擾的問題，當然如在被測品內(nèi)部發(fā)生問題是用戶產(chǎn)品開發(fā)部要處理的工作，而多重通訊測試系統(tǒng)的設(shè)計工程師或公司必須確保選用專業(yè)高性能的器件和線路設(shè)計消除系統(tǒng)中VSG產(chǎn)生的互相干擾。

而共用電源系統(tǒng)亦可能產(chǎn)生干擾，因射頻信號可通過直流線路回傳電源系統(tǒng)而疊加於另一個VSG的信號上，如何使用濾波和線路設(shè)計隔絕射頻信號對直流線路的回流就成為工程師的另一個挑戰(zhàn)。

總括而言，最終目標是單臺式多重通訊測試系統(tǒng)在多個測試口進行測試時所得的結(jié)果要跟單種通訊測試儀表組裝的系統(tǒng)結(jié)果一致甚至有更好表現(xiàn)。

3 單臺式多重無線測試系統(tǒng)的誕生

LitePoint 早在去年推出的MIMO 測試系統(tǒng) IQnxn Plus 時就已走上單臺式多重無線測試發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域中，此IQnxn Plus系統(tǒng)的測試能力覆蓋 WiFi 和 WiMAX MIMO 所應(yīng)用到的頻段及多端口并行測試，由軟件定議測試那種通訊模式。

在開發(fā)時，除了要決定整體系統(tǒng)架構(gòu)、端口安排、并行測試處理，工程師更要好好解決剛才提及到由多個VSA 和 VSG 所產(chǎn)生的種種問題，這些經(jīng)驗的累積成為實現(xiàn)真正單臺式多重通訊測試系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。
而另一個重要的基礎(chǔ)就是LitePoint在多種的通訊模式測試 WiFi， WiMAX， WiMedia， Bluetooth和GPS已有豐富的經(jīng)驗，而巧合地，除了WiMedia外，另外四種通訊模式WiFi， WiMAX， Bluetooth和GPS已被納入為智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)裝置的標準或短期的加增功能列表中。

今年萊特菠特科技（LitePoint）推出首款多重通訊（Multicom）裝置測試系統(tǒng)型號為IQ2010（圖4），此系統(tǒng)的硬件將具備6種通訊模式：WiFi， Bluetooth， GPS， FM， WiMAX和NFC，用戶可透過軟件授權(quán)的方式就能啟用各種通訊模式。使用者可視其所需購買這些授權(quán)方案，且在現(xiàn)場就能啟動增購的功能。

IQ2010 的操作是通過USB與電腦連結(jié)，利用提供的操作介面，可輕易控制系統(tǒng)進行測試，而系統(tǒng)包含三個并行測試的子系統(tǒng)，第一個為GPS任意波形發(fā)生器arbitrary waveform generator （AWG）提供GPS所需的信號，其頻率為1.57542 GHz L1。

在GPS測試同時可啟用FM子系統(tǒng)，后者是一個FM 任意波形發(fā)生器和FM矢量分析儀 VSA，頻段覆蓋為 76 至 108MHz。

第三個并行子系統(tǒng)用於測量WiFi， WiMAX， Bluetooth 和NFC，由於前三種通訊 （WiFi， WiMAX和Bluetooth）頻率重疊故不能作并行測試，WiFi 發(fā)射和接收測試可用RF1和RF2接口（I和Q）而頻段為 2.15 至 2.7GHz 和 4.9 至 6GHz，WiMAX 亦一樣但頻段為 2.15 至 2.7GHz， 3.3 至 3.8GHz 和 4.9 至 6GHz，Bluetooth 則在 2.4 至 2.5GHz 頻段。

NFC 用 BNC頭連結(jié)并利用內(nèi)置開關(guān)繞過本振（LO）和混頻部份使覆蓋從直流 （DC） 至35MHz；而內(nèi)置前端轉(zhuǎn)換裝置讓信號源和分析儀互相切換於RF1和RF2接口，例如 RF1進行WiFi發(fā)射而RF2進行WiFi 接收。

以上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可讓3種通訊如對WiFi， GPS和FM進行并行測試，以最為普遍智能手機的功能WiFi， Bluetooth， GPS和FM作例子，配含適宜的生產(chǎn)軟件，IQ2010可在WiFi和Bluetooth作串行測試時同時對GPS和FM作并行測試，這樣可減少一半的測試時間 （由100秒以上減至40秒內(nèi)），如圖2所示。

4 序列測試（sequence-based testing）功能

并行測試是最有效減少整體測試時間的方案，用家可自行組裝多臺單模式通訊儀表來實現(xiàn)或選用單臺多重通訊測試系統(tǒng)如IQ2010。 另外亦有一些方法可改進測試時間，在測試中的信號其實包含一連串不停在功率和調(diào)制變化中的數(shù)據(jù)包，用戶可利用ACK 信號的特點從而減少對被測品（DUT）傳送指令的次數(shù)變相地節(jié)省測試時間。

舉例，在誤碼率測試中，一般會發(fā)1000個數(shù)據(jù)包，然后看有多少個誤包出現(xiàn)，測試軟件中可能需要在每個包后發(fā)出要求發(fā)下一個包的指令如 “send the next one”，這樣處理就需要傳送多次指令。假如能得到芯片商的配合，讓DUT在收到一個無誤包時回傳一個ACK信號，沒有ACK信號回傳就代表是一個誤包，這樣用一指令連續(xù)發(fā)送1000個包，測試儀可跟據(jù)收到多少 ACK信號計算出誤包率，當中大量減少DUT和儀表的指令傳送時間。

5 用戶介面

而另一個LitePoint工程師要考慮的因素就是用戶的使用慣性，試想如采用多臺單模式的系統(tǒng)，要熟悉和應(yīng)用多個不同介面就是一個煩事，更別說要組裝、協(xié)調(diào)和有效地使用在多重通訊裝置上，故在用戶介面的設(shè)計上，IQ2010在多個不同的通訊模式都用上相近的版面（圖5），相同的操作鍵亦盡量安排在同一位置，用戶只需熟悉一個通訊模式的操作介面，對其他模式的操作就不會感到復(fù)雜難用。

6 總結(jié)

不管今日或?qū)淼膫€人通訊裝備都會具備多重無線通訊模式，如果沒有創(chuàng)新的測試方案，每多一種通訊模式都會線性地增加生產(chǎn)成本和時間，在消費電子市場中，功能的增添是在劇烈競爭中的必然工具和發(fā)展，但價格卻又要保持競爭力，面對兩難處境，IQ2010在并行測試 （Concurrent Testing） 和 序列測試（sequence-based testing）的創(chuàng)新設(shè)計卻讓生產(chǎn)時間降低，解決了生產(chǎn)成本的瓶頸問題。