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在我們的生活之中，無論是人事物，均充滿了不確定性，然而這些不確定性在精密的量測之中是必須被規範的；ETSI測試規範技術文件ETR027,028中說明了手機量測的不確定度(measurement uncertainty)及其量測方法；行動通訊認證除了通訊協定(protocol)和音頻(audio)外，也包括了RF驗證，也因此在這龐大複雜的設備?堙A量測不確定度是不容忽視的一個因素。本文將介紹其觀念並以實例的方式說明測試系統中的不確定度。 一個量測系統的輸出結果y，是由不同的測試儀器、周遭環境溫度及量測次數等等的因素來決定。這些因素x1, x2, x3, ..., xN與輸出y擁有函式f(x)的關係，我們可以把它稱為量測方程式 y=f(x1, x2, x3,..., xN) 方程式(1) 式(1)所得到的結果，非並單純的物理定律所產生，而是一個量測的過程，其中的每一個變因對於輸出的結果都有可能造成不穩定的影響。一般來說，每一項變因可以由統計的方法或長期觀察的數據來計算。而y值就是由這些變因所組合而成的不確定度。 系統評估 首先一個認證測試系統必須符合3GPP GSM和WCDMA測試規範。另外，很重要的是整個系統本身的校正技術和流程序，其目的是為了提高量測的精確度。最後系統本身也要提供各項量測的不確定度相關文件以作為判讀依據。在操作上，使用者也要求對量測不確定度有一定的了解才能正確地解讀量測數據。舉例來說，在95%信賴度(confidence)下有0.1dB的不確定度表示量測值有95%的機率會和實際的數值相差±0.1dB。 提高量測精確度 認證系統的核心是由複雜的切換開關(switching unit)經由不同的路徑來連接待測物和測試儀表。針對法規所定義的每一個測項，系統會決定切換開關至某一個路徑；因此，不同的量測路徑，經過校正的程序後，可以消除或降低功率量測時的負面影響。 例如一連續的調變訊號(continue wave signal)換成數位訊號量測時，訊號產生器(signal generator)或通訊測試儀器(communication tester)通常都會由I-Q調變器(modulator)改變內部訊號的路徑。這在情況下，系統必須根據數位調變訊號做另一次的校正。整體而言，校正的目的可分為以下幾點： －減少切換開關的損耗
在設計系統時，若能規劃出系統適當的硬體配置並搭配正確的校正技術，將可降低轉接頭連接時所產生的不匹配。另外，除了校正程序會直接影響到不確定度外，還有一些原因也會影響到量測的結果，像是重覆量測的週期和信號產生器發射頻段之間的干擾等。 功率計校正 目前為止，使用功率計做位準校正仍是最精確的方式；為了加強訊號產生器的準確度，尤其是使用低位準的訊號；如第二代行動通訊(GSM)，接收端的誤碼率(Bit Error Rate，BER)測試時，必須要在-102dBm進行測試，此時，位準的校正則非常重要。 非量測儀器和系統設定時所產生的頻率響應和線性誤差可以利用功率計當做參考源來校正；這些動作，會透過繼電器(relay)接到SSCU(Signal Switching and Conditioning Unit)。如果沒有功率計的校正，信號產生器所產生的線性誤差和頻率響應會接近1.5dB。加入功率計的校正後，整個測試系統則可以低於1dB(95% confidence level)之內。 RF信號產生器校正 在測試時，我們會根據待測物的測試項目，得到己知的位準和工作頻率；信號產生器必須根據這些數值來被校正，以避免線性失真和頻率誤差(linearity and frequency error)，以符合規範內的要求。為了節省從功率感測器(power sensors)切換到待測物的過程，系統內部不同的測試點之間的連接線會先依據測試的頻段校正過。校正時系統也會自動的在每一個位準，儲存路徑下的所有參數值，以做為溫度漂移(temperature drift)的校正資料。 系統各部份不匹配互補 在校正和量測待測物時，均會有行經的量測路徑。在一個良好且設計過後的測試系統，整體匹配不確定度會遠低於單一量測路徑。這是因為在多個路徑中，不同的匹配不確定度會互相抵消掉。每一路徑的不確定度(standard deviation)是由統計的數值及元件參數所推導而成，匹配不確定度的計算可參考如下的公式(2)： 如圖1，系統量測路徑計算可先抵消掉可刪除的路徑後取均方根值。 主要定義：
最後可以得到整體不確定度的公式(3) 計算範例 在ETR028文件中，提供了許多匹配不確定度的探討和相關範例。其中各個元件的反射係數或相關的參數值均有嚴謹的定義。系統中若存在許多的連結元件，將會導致更大的不確定度。以下的範例是頻譜分析儀和待測物之間經由SSCU所得到的不確定度(如圖2)。 主要定義： 階數：第一階為二元件之間的計算值；第二階為三個元件之間的計算值
經由定義，計算出第一階及第二階的不確度後再求出下表格(1)的整體的不確定度： 結論 量測前的校正技術，是減低不確定度重要的因素；最後的範例，則是為了增加對於量測不確定度計算上有更進一步的了解。在設計系統時，待測物改變不同的測試路徑或變更計算方式，都會影響到不確定度的數值。因此在規劃時，如何考量於成本、測試時間及精確度，將是開發者的最大挑戰。 |