5G技術—機器人發展必經之路
作者 : Khushboo Kalyani，LitePoint產品經理
對於工業、汽車和製造業的機器人應用，5G技術可實現高速、可靠、密集和低延遲的連接，適於固定地點或移動等用例…
對於工業、汽車和製造業的機器人應用，5G技術可實現高速、可靠、密集和低延遲的連接，適於固定地點或移動等用例。
在提及5G令人震撼的應用場景時，醫療保健、自動駕駛車、無人機和需要高頻寬的消費類服務成為備受矚目的領域，但5G是一種率先實現協作和高資料傳輸速率的無線技術，具有低延遲特性，支援大量資訊的交換，因而可為機器和機器人產業帶來顛覆性的改變。
機器人利用人工智慧(AI)來指導其操作漸成趨勢，因此5G的快速資料傳輸速率有利於實現機器人與AI伺服器之間的順暢通訊，從而實現訓練或推論。
5G切片
透過5G網路切片(network slicing)，性能特性截然不同的無數個用例可以共用相同的網路基礎設施。切片可供需要高速、高頻寬性能的救援機器人，需要低延遲的無人駕駛車，或需要大規模連接的製造業協作機器人等應用。每一種應用都有自己的私人網路切片，這使5G技術能夠推動創新機器人應用的發展。
機器人OEM的選擇之一是使用5G連接。這些廠商可自行生產板載晶片(CoB)，並組裝數據機、天線、射頻(RF)和中頻(IF)前端等所有必要的元件，以對介面進行工程設計。另一種選擇是使用適用於多種應用的預製5G模組。對於機器人OEM來說，在工業機器人中配置這類模組的門檻不高，並可為機器人系統實現一系列增值的功能和特性，顯示其為可行的選擇。
無論做出哪種選擇，這些5G連接功能在內建於機器人之後，都必須加以測試。即使是經過預先測試的模組，在與其他元件封裝在一起並整合於機器人後，也可能遇到共存、訊號干擾或其他無線品質等問題。這些狀況會影響最終產品的整體功能。
對OEM來說，5G測試並不是新的要求，但工業機器人的測試可能頗具挑戰性。其中一個原因在於，迄今為止，OEM及其生產線的配置只能用於製造和測試不具備蜂巢式功能的機器人。因此，為了整合5G測試，就必須升級測試設置和治具。
5G技術可提供靈活的實體層(PHY)設計，支援一系列的頻率、不同的頻寬、子載波間隔和調變機制。對許多機器人設計來說，5G測試尚屬新興需求，因此需要增加較新的測試用例，以驗證每個測試領域中的一些新功能。這項工作可由研發(R&D)中心、設計驗證測試中心、抽樣檢測中心、生產中心或服務中心來完成。
而這一切都需要重新審視傳統的測試方法，並利用蜂巢式信令(signaling)測試或非信令(non-signaling)測試技術，以確保產品和性能測試的品質。
信令測試和非信令測試
首先，必須對兩種蜂巢式測試技術(信令測試和非信令測試)加以區分(圖1)。
信令測試與非信令測試的簡化方塊圖。
儘管非信令測試主要針對製造應用，並且為此進行了最佳化，但這種測試幾乎在產品開發的每個階段都會進行。此類技術需要使用RF訊號產生器和分析儀，側重於設備RF發射器和接收器性能的校準和驗證。這種測試在不涉及呼叫的處理模式下執行，並利用晶片組特定的測試模式來測量預先設定的傳輸模式，從而最大限度地縮短測試時間並降低測試成本。
另一方面，信令測試在研發和設計驗證測試等產品開發階段得到廣泛應用，並使用基地台模擬器與待測物(DUT)建立端到端的用戶端呼叫。這種方法已經過擴展，不僅使用控制端信令和用戶端流量的組合來測量DUT在現實測試條件下的實際性能，還有助於驗證協議堆疊的每一層，以執行綜合的設備測試。
這兩種測試方法為滿足不同的測試需求而設計，針對在不同產品生命週期的使用進行了最佳化。但是，在這兩種方法之中做出選擇的主要依據是硬體設計、測試重點、測試類型、測試時間和測試成本等參數。
5G的應用範圍不斷擴大，因此接下來的部份將著重於介紹5G測試對確保工業機器人品質的重要意義。
品質保證
在使用自主設計的CoB建構產品時，務必在產品的設計和開發階段執行協議和功能測試，以確保裝置在投入生產前經過廣泛的功能測試和軟體回歸。
然而，在使用協力廠商蜂巢式模組/RF子系統/天線模組建構產品時，測試動態會發生變化。這是因為，即使採購的模組已經過認證，也不能保證最終產品能夠在現場發揮應有的作用。各種元件被封裝在一起後，會對彼此產生明顯的影響，並會影響產品在實際網路配置中的整體表現。
下表重點介紹了一些影響5G通訊的常見問題。
影響5G通訊營運的一些常見問題和潛在原因。
表中的每個功能問題都會顯著降低通訊的可靠性，進而增加延遲時間並影響速度。
- 鑒於各元件之間的這種相互關聯性和非相互排斥性，在生產前和生產階段進行5G品質測試以對產品進行整體測試的重要性和必要性不言而喻。
- 測試需要驗證：確保端到端產品功能的基本設備註冊和呼叫流程，因為硬體元件和系統固件可能會影響機器人的無線性能；
- 天線性能，因為最終產品的外殼缺陷、實現問題和調諧誤差可能會導致訊號遺失並影響天線輻射方向圖，從而引起機器人和5G網路之間的通訊故障；
- RF性能，確保訊號品質在實際通道條件下不會嚴重下降，並達到3GPP和其他認證機構規定的可接受訊號收發水準；
- 資料輸送量，因為在實際條件下，裝置必須能夠因應各種層級用戶端流量和服務品質要求；
- 實際用戶體驗，如移動性和切換功能；
- 先進功能特性，如嵌入式SIM卡、多SIM卡的即時連接測試。
相較於傳統的蜂巢式技術，5G的靈活性更高，功能更豐富。全面的產品測試有助於在不同的部署模式下確保產品的整體品質。大致介紹品質測試的重要性之後，接下來，同樣重要的是選擇一種測試途徑，不僅支援多種功能測試，還能提高平行測試的效率。
此外，生產測試團隊和測試供應商之間的共識，有助於供應商開發支援快速的發射器和接收器(Tx-Rx)診斷測試工具，並支援自動測試，以縮短上市時間並控制測試成本。
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