駕馭真實RF挑戰
射頻記錄與回放技術於確保無線設備互通性與效能之關鍵角色

隨著無線技術的飛速發展與無所不在的應用，從智慧型手機、物聯網 (IoT )裝置、智慧家庭、車聯網(V2X) 到先進的衛星導航系統，我們的世界已然被一個錯綜複雜的射頻 (RF) 環境所包圍；各種無線標準與訊號（如5G/LTE、Wi-Fi、藍牙、GNSS、NFC、LPWAN等）在有限的頻譜資源中共同運作，彼此間的相互干擾、以及真實物理環境（如建築物遮擋、移動多普勒效應、多路徑傳播）對訊號的影響，使得確保無線設備在實際部署場景中的效能與互通性面臨前所未有的挑戰。

傳統的實驗室測試，雖然能夠在受控條件下對設備的基本功能與規格進行驗證，但往往難以完全複製真實世界中RF環境的動態性、不可預測性與極端條件；另一方面，單純的實際場域測試（field testing）雖然能反映真實表現，卻存在成本高昂、耗時、場景難以精確重現以進行故障排除與回歸測試等問題；如何在實驗室的可控性與真實世界的複雜性之間找到平衡，成為無線測試領域的一大課題。

正是在這樣的背景下，射頻記錄與回放 (RF Record & Playback, R&P ) 技術應運而生，它如同一座橋樑，有效地將複雜多變的真實世界RF環境「搬進」實驗室，為確保無線設備在實際應用中的效能與互通性提供了強而有力的測試手段；本文將深入剖析RF R&P 技術的核心原理、優勢，及其在眾多關鍵應用領域中的重要角色，並探討如Averna RP-6500等先進R&P 系統如何實現這些目標。

洞悉真實波形－RF記錄與回放技術深度解析

什麼是射頻記錄與回放 (RF R&P )？核心原理與工作流程

射頻記錄與回放 (RF R&P ) 技術的核心在於捕捉並重現真實世界的RF頻譜環境，其基本工作流程包含兩個主要階段：

記錄 (Record)：

• 在此階段，R&P 系統（如Averna RP-6500）會使用高靈敏度的寬頻天線和射頻前端 (RFFE) 在特定的真實際場域景中（如繁忙的都市街道、隧道、機場附近、或特定的室內環境）接收空中實際存在的RF訊號。
• 這些訊號包含了目標無線系統的訊號、背景雜訊、來自其他無線系統的潛在干擾訊號，以及由環境造成的多路徑、衰落等傳播效應。
• 接收到的寬頻RF訊號經過放大、濾波後，由高速、高解析度的類比數位轉換器 (ADC) 進行數位化，轉換為I/Q數據流。
• 這些數位化的I/Q數據會被即時記錄到大容量、高速的儲存介質中（如SSD陣列），部分先進系統更允許同步記錄其他輔助數據，如GPS時間戳、地理位置資訊、車輛的CAN Bus數據、慣性測量單元 (IMU) 數據，乃至現場影像等，以便後續進行更全面的事件關聯分析。

Averna RP-6500 等先進RF記錄與回放系統的工作流程示意，涵蓋了從實際場域RF訊號（含GNSS及潛在干擾）的寬頻接收、數位化記錄到大容量儲存的過程，並可結合其他數據源進行同步採集。

回放 (Playback)：

• 在實驗室等受控環境中，先前記錄下來的I/Q數據流透過R&P 系統的數位類比轉換器 (DAC) 和RF上轉換模組，以高保真的方式重新產生（回放）為RF訊號。
• 這個回放的RF訊號被直接饋入待測的無線設備 (DUT)，使其「認為」自己正處於當初記錄數據的那個真實RF環境中。
• 測試人員可以在此基礎上，觀察和量測DUT的行為與效能，進行除錯、效能優化或回歸測試。

關鍵的技術參數決定了R&P 系統的能力，包括記錄/回放頻寬（如Averna RP-6500可支援高達500MHz的瞬時頻寬）、動態範圍、中心頻率範圍、記錄時長以及回放保真度。

R&P 技術相較於傳統測試方法的獨特優勢

• 無可比擬的真實性 (Realism)：
  R&P 能夠捕捉到實際環境中所有預期及非預期的RF事件，包括偶發性干擾、複雜的多路徑組合等，這些往往是純粹的數學模型或實驗室模擬難以完整複製的。
• 高度的可重複性 (Repeatability)：
  一旦某個特定的、具有挑戰性的真實際場域景被記錄下來，就可以在實驗室中無限次地精確重現，這對於故障排除、演算法優化以及不同版本產品間的效能比較至關重要。
• 顯著的效率提升與成本降低：
  大幅減少了對昂貴且耗時的實際場域路測或外場測試的依賴，尤其是在需要反覆測試相同場景或進行回歸驗證時，效益更為明顯。
• 深入的分析與故障排除：
  記錄下來的寬頻I/Q數據本身就是寶貴的資產，可以利用專業的頻譜分析軟體進行離線的深度分析，例如：識別未知干擾源的特性、分析訊號衰落的模式等。
• 加速產品上市時程：
  透過在實驗室中更早、更頻繁地暴露和解決在真實環境中可能遇到的問題，可以有效縮短產品的開發與驗證週期。

R&P 技術在確保互通性與效能的關鍵應用實踐

RF記錄與回放技術憑藉其獨特優勢，在確保各類無線設備於真實世界中的互通性與效能方面，扮演著不可或缺的角色。

利用R&P 技術驗證無線設備效能

• 接收機靈敏度與解調效能測試：
  透過回放記錄到的包含微弱訊號或強背景雜訊的真實際場域景，精確評估接收機在極限條件下的靈敏度和解調能力。
• 移動性與通道適應性測試：
  利用記錄自高速移動載具（如汽車、火車）或複雜傳播環境（如都市峽谷）的數據，測試設備在真實多路徑衰落、陰影效應和都卜勒頻移影響下的通道估計與均衡演算法的效能。
• 抗干擾能力評估：
  這是R&P 技術的一個核心應用，透過記錄並回放包含各種已知或未知干擾源（如工業設備干擾、其他無線系統串擾、甚至惡意干擾）的真實RF環境，可以有效評估待測設備的抗干擾能力與穩健性，Averna RP-6500的寬頻記錄能力，使其特別適合捕捉和分析這類複雜干擾場景。
• 電池續航力測試：
  在回放真實的RF負載條件下，評估行動裝置的電池消耗情況，比單純的實驗室理想條件測試更具參考價值。

透過R&P 技術確保無線設備互通性

• 多廠商設備間的互操作驗證：
  記錄包含不同廠商設備間互動的RF場景（例如，不同品牌的Wi-Fi AP與客戶端裝置在一個充滿干擾的家庭環境中的互動，或多款藍牙設備在汽車內的同時連接與音訊串流），用於驗證其互通性與共存性。
• 特定網路相容性測試：
  記錄來自特定行動網路營運商的基站訊號、特定區域的數位廣播訊號、或企業私有無線網路的RF環境，用於測試終端設備在這些特定網路下的接入能力、服務品質與漫遊/切換效能。
• 複雜多重無線電環境下的共存性分析：
  現代設備往往整合了多種無線技術。R&P 可以捕捉這些技術在真實使用中同時運作的場景，例如智慧家庭中Wi-Fi、藍牙、Zigbee等多重網路的交織，或互聯汽車內多個RF系統的複雜電磁環境，用於分析和優化其共存策略，避免相互干擾。

R&P 技術的典型應用領域

• 汽車產業：
  • IVI系統測試：
    驗證GNSS接收器在都市峽谷、隧道等遮蔽環境下的定位效能；測試AM/FM/DAB等廣播接收器在移動中的接收品質；評估車載Wi-Fi熱點和藍牙連接在真實電磁干擾下的穩定性。
  • V2X通訊驗證：
    記錄並回放真實道路交通場景下的V2X訊號（如DSRC或C-V2X），測試車輛間或車與路側單元間通訊的可靠性與延遲。
  • ADAS感測器相關RF測試：
    雖然雷達等感測器本身可能需要專用測試方案，但R&P 可用於記錄車輛行駛時周邊整體RF環境，以評估該環境對ADAS系統中其他無線通訊模組（如GNSS、行動通訊）的潛在影響。

汽車上整合了多種RF技術，包括用於ADAS的雷達以及用於通訊和定位的各種無線電，R&P 技術有助於捕捉和分析這種複雜車載RF環境。

• 行動通訊：
  測試智慧型手機、平板電腦等行動裝置在不同網路營運商、不同地理位置、移動過程中的蜂巢網路連接效能（如細胞交遞/換手、通話品質、數據吞吐量）、Wi-Fi漫遊效能等。
• GNSS接收機開發與驗證：
  這是R&P 技術的傳統強項，利用如Averna RP-6500等設備，可以精確記錄全球各地（包括GNSS訊號受遮蔽或強干擾區域）的真實GNSS頻段訊號，用於實驗室內對接收機的定位精度、首次定位時間（TTFF）、重捕獲能力、抗干擾/抗欺騙演算法等進行極具挑戰性的驗證。

 

GNSS系統在L波段等多個頻段廣播訊號，R&P 系統需要足夠的頻寬來完整記錄這些頻段以進行精確回放和分析。

Averna RP-6500 等基於PXIe架構的寬頻RF記錄與回放系統，是進行高階GNSS接收器真實環境測試的關鍵工具。

• 物聯網 (IoT)：
  測試各種LPWAN裝置（如LoRa, Sigfox, NB-IoT）在其預期部署的複雜環境中（如智慧城市、工業廠房）的訊號覆蓋、連接可靠性與電池壽命。
• 國防與航太：
  測試通訊、導航、雷達等系統在複雜電磁對抗或極端地理環境下的任務關鍵型效能。
• 頻譜監測與干擾源定位：
  長時間、寬頻段地記錄特定區域的RF頻譜，用於捕捉偶發性、間歇性的未知干擾源，並透過後續分析定位其來源與特性。

先進R&P 系統的技術特點：以Averna RP-6500為例

要成功實現上述應用，先進的R&P 系統（如Averna RP-6500）通常具備以下技術特點：

• 極寬的記錄/回放頻寬與高動態範圍：
  確保能夠捕捉從微弱的目標訊號到強烈的潛在干擾的完整頻譜細節。
• 多通道同步記錄與回放：
  允許同時記錄來自多個天線或不同頻段的訊號，例如用於測試MIMO系統或進行到達角（AoA）分析。
• 與其他數據流的精密時間同步：
  如前所述，能夠將記錄的RF數據與CAN Bus、IMU、高精度GPS時間及位置、甚至影像等外部數據流進行奈秒級的同步，對於後續的事件關聯分析極為重要。
• 大容量、高速數據儲存與高效管理：
  寬頻長時間記錄會產生TB等級的數據，需要高速SSD陣列和專用的數據管理軟體。
• 基於SDR的軟體定義靈活性：
  許多現代R&P 系統也融入了SDR設計理念，允許透過軟體配置來適應不同的記錄頻段、頻寬、取樣率等，甚至可以整合初步的訊號分析功能。
• 高保真度的回放品質：
  確保在實驗室回放的訊號能夠最大程度地還原記錄時的真實RF環境特性。

下表展示了不同RF測試系統（包括R&P 系統與訊號模擬系統）在功能與應用上的側重，其中可見Averna RP-6500在衛星導航及現場測試等領域的專長，而Averna AST-1000則側重於資訊娛樂系統的多標準訊號模擬，但也具備可選的R&P 功能，兩者可形成互補。

此比較表突顯了Averna RP-6500在寬頻記錄回放及衛星導航應用中的專業性，以及Averna AST-1000在資訊娛樂多訊號模擬方面的優勢（記錄回放功能可選配）。

Averna AST-1000 作為一個多功能RF訊號源，其SDR架構使其亦可整合R&P 功能，補充其在資訊娛樂等應用中的測試能力，與專用的R&P 系統如RP-6500形成不同層次的解決方案。

R&P 技術－連接實驗室與真實世界的橋樑，賦能無線創新

在無線技術日益滲透我們生活各個角落的今天，確保設備在複雜多變的真實RF環境中依然能夠高效運作並實現無縫互通，已成為產品成功的關鍵，射頻記錄與回放 (RF R&P ) 技術，憑藉其捕捉和重現真實世界RF環境的獨特能力，為此提供了不可或缺的測試驗證手段，它不僅使得在實驗室中進行高度逼真的效能評估與壓力測試成為可能，更為解決棘手的現場干擾問題、驗證多廠商設備互通性以及加速產品除錯與優化提供了寶貴的工具。

以Averna RP-6500為代表的先進R&P 系統，透過其寬頻記錄、多通道同步、高保真回放以及與多源數據融合等關鍵技術，正在汽車電子、GNSS、行動通訊、物聯網等眾多領域發揮著越來越重要的作用。結合如Averna AST-1000等訊號模擬平台，R&P 技術能夠構建更全面、更貼近實際的測試場景。

展望未來，R&P 技術將持續向更寬頻寬、更高動態範圍、更長記錄時間以及更智慧化的數據分析方向發展。AI與機器學習技術的融入，有望實現對記錄數據中複雜事件的自動識別與模式挖掘。同時，R&P 技術與數位分身 (Digital Twin)、硬體在環 (HIL) 測試等先進驗證理念的結合，也將為無線產品的開發與測試帶來更深遠的變革。

選擇合適的R&P 解決方案並有效地將其整合到測試流程中，對於應對當前及未來的無線測試挑戰至關重要。奧創系統 為Averna在台灣的正式合作夥伴，擁有豐富的RF測試系統整合經驗，致力於為客戶提供包括Averna RP-6500（專精於寬頻RF記錄與回放）和Averna AST-1000（多功能RF訊號源，亦可選配R&P 功能）在內的先進測試解決方案；奧創系統的專業團隊能夠根據客戶在GNSS驗證、汽車電子測試、行動通訊實際場域問題分析等不同應用領域的具體需求，提供從方案諮詢、系統建置、客製化開發到技術支援的全方位服務，協助客戶最大化R&P 技術的價值，加速其產品創新與市場推廣的步伐；若您對射頻記錄與回放技術、相關解決方案或客製化系統整合有任何疑問或需求，歡迎隨時與奧創系統聯繫。