量測產(chǎn)業(yè)新趨勢：具備跨領(lǐng)域知識成工程師標配 - 全文

英國倫敦有數(shù)千臺由合格出租車司機駕駛的黑頭出租車。為了取得出租車牌照，這些司機必須通過考試，證明他們對每一條街道名稱、每一個轉(zhuǎn)彎、從甲地到乙地的路線都了如指掌?？荚嚽埃麄兓藥讉€月的時間進行訓練：帶著地圖、騎自行車或摩托車，不停在大街小巷中穿梭，以便熟悉所有街道路線、單行道，以及快速的快捷方式。。

這種情況跟當今的量測產(chǎn)業(yè)趨勢很像。傳統(tǒng)量測科學的目標是提供數(shù)據(jù)（地圖），卻全然忽略過程中的體驗與努力，因此這種方式已經(jīng)落伍了?，F(xiàn)在和未來的設(shè)計與量測工具需要提供比原始量測數(shù)據(jù)還要更多的知識，并提供可繼續(xù)向下一步邁進的工具。此外，隨著多功能產(chǎn)品的興起，組件和系統(tǒng)整合將變得愈來愈普遍，但工程師的付出與收獲可能不成正比。

以無線局域網(wǎng)絡(luò)為例。新的802.11ac標準即將核準，未來將大幅改善家庭和小型辦公網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)速度和容量。新標準支持更寬的RF帶寬、更高的調(diào)變密度和更多空間多任務(wù)串流。過沒多久，市場中將充斥著數(shù)以百萬計售價低廉的新型路由器，因此如果能省下幾毛錢的材料或零件成本，便可顯著降低制造成本并提高公司獲利能力。射頻放大器是成本最高的組件之一，現(xiàn)在它需要在更寬的帶寬中執(zhí)行線性運作（包括分割后的80+80 MHz 非連續(xù)信道，請見圖1）。

圖一 ： 歐洲、日本及全球之IEEE 802.11ac頻譜分配

為了降低成本，廠商嘗試使用較便宜，但規(guī)格不夠嚴謹?shù)牧慵?，因此需在輸入端修正輸出線性誤差。聽起來好像還好？由于放大器具有數(shù)字I/Q輸入和RF輸出，因此必須具備跨越不同領(lǐng)域的知識才能有效進行修正！

數(shù)字預失真技術(shù)可改善功率放大器線性度，它需產(chǎn)生并量測帶寬比線性化放大器寬3到5倍的信號。此時可使用控制軟件來產(chǎn)生激發(fā)波形，然后將它下載到射頻信號產(chǎn)生器并輸入功率放大器， 接著可使用信號分析儀來擷取放大器的響應，并且與可建立預失真矩陣的信號相比較。經(jīng)過預失真處理的信號會被輸入功率放大器并且檢查響應。

圖2顯示建立修正矩陣所需的預失真系統(tǒng)。

圖二 ： 數(shù)位預失真系統(tǒng)

另一方面，行動通訊業(yè)者相繼推出基于3GPP LTE標準的第四代蜂巢式網(wǎng)絡(luò)。為了改善服務(wù)質(zhì)量，特別是細胞邊緣的傳輸質(zhì)量，業(yè)者在基地臺發(fā)射器中使用一種名為波束成形（beamforming）的技術(shù)。

此技術(shù)非常適合用于采分時多任務(wù)（TDD）模式的LTE網(wǎng)絡(luò)，其中上行鏈路和下行鏈路在相同頻率下運作。當相同的信號從兩個或多個位于不同空間的發(fā)送點發(fā)送出來時，波束成形技術(shù)可發(fā)現(xiàn)干擾碼型。

藉由使用基地臺（或稱為eNB）的線性數(shù)組天線來傳送和接收信號，并且小心控制施加于每個天線組件傳送之數(shù)據(jù)符號副本的相對振幅和相位權(quán)重，便可實時修正所產(chǎn)生的波束碼型，并集中特定行動裝置（UE）傳輸方向中的發(fā)射能量和接收靈敏度。當其他行動裝置正與相鄰基地臺通訊時，如此有助于減少對它們的干擾。

您必須知道細胞中的UE位置，才能選擇最佳的下行鏈路傳輸波束。eNB通常會直接量測接收到的上行鏈路參考信號，并據(jù)此預估最佳權(quán)重。您可在整體eNB接收器數(shù)組中觀察這些信號，接著可使用這些信息來計算上行鏈路到達角度（AOA），并且分解信道特性矩陣。

圖3顯示eNB1正在與目標裝置UE1通訊，過程中eNB1使用波束成形技術(shù)進行傳輸，以便將UE1方向的信號功率最大化。與此同時，它試圖將對UE2的干擾降到最低，因此控制了UE2方向的功率零值位置。同樣的，eNB2亦使用波束成形技術(shù)提高其UE2方向的傳輸接收度，并且將對UE1的干擾降到最低。

圖三 ： 透過波束成形技術(shù)提升細胞邊緣的傳輸效率

要如何檢查新開發(fā)的裝置是否支持前述流程呢？ 波束成形技術(shù)的一項主要測試挑戰(zhàn)是需在實體RF天線數(shù)組上驗證波束成形的信號傳輸效能，并以可視化方式呈現(xiàn)結(jié)果。這樣做的目的是為了驗證eNB RF天線校驗準確度和基頻編碼的波束成形加權(quán)算算法的正確性。

由此可見，系統(tǒng)校驗是獲得出色量測準確度的關(guān)鍵要素。圖4顯示典型的波束成形測試系統(tǒng)。

圖四 ： 典型的TD-LTE波束成形測試系統(tǒng)配置

如圖4所示，修正精靈會引導用戶完成系統(tǒng)校驗、提示用戶將信號分析儀的信道1量測纜線，連接到位于注入點（以虛線表示）之雙向校驗分路器的第一輸出埠。所有的跨信道特性量測都將參考信道1。修正精靈可對跨信道修正進行分析，以便針對量測纜線、連接器、分路器，和衰減器固有的不匹配效應，補償信號分析儀之波束成形量測結(jié)果。

從產(chǎn)品開發(fā)的角度來看，多天線波束成形傳輸技術(shù)帶來不少測試挑戰(zhàn)，比方說工程師需驗證基地臺基頻接收/發(fā)送算法是否正確部署，以便產(chǎn)生波束成形權(quán)重。在此情況下，工程師必須在產(chǎn)品開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)兼容性測試過程中，在各種不同的運作狀況下，同時驗證內(nèi)建于基地臺和行動裝置的量測功能。

所得的量測結(jié)果是否的正確，取決于工程師是否清楚認識這個量測概念、是否充分掌握整體系統(tǒng)特性，以及是否執(zhí)行準確的校驗性能驗證。其中牽涉到許多復雜的因素，包括在實時且不停變動的環(huán)境中使用的RF組件、數(shù)字基頻和復雜的運算設(shè)計組件。唯有如此，消費者才會對新的行動裝置感到滿意。否則，他們將立即棄而不用并轉(zhuǎn)而投向競爭對手的懷抱。

所以，未來是不是還會有所謂的純RF工程師？答案是：沒有。很多例子顯示，工程師需要更廣泛地了解系統(tǒng)特性，在技術(shù)領(lǐng)域中這種情形屢見不鮮，包括航空電子、汽車和隱密通訊產(chǎn)業(yè)的工程師，都需具備跨域知識。

以前的工程師只要專精一個領(lǐng)域即可（例如運算、數(shù)字信號處理、邏輯分析儀、射頻等等），但是現(xiàn)在卻行不通了，因為許多新的設(shè)計需要用到不只一個領(lǐng)域的工程技能，而且不同領(lǐng)域的技術(shù)必須交互運作。如何在廣大的整合系統(tǒng)中，快速從某個領(lǐng)域跨越到另一個領(lǐng)域，成了21世紀的工程師亟需克服的難題。