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測量方案東風起 加速5G行動網路創新
成功實作5G行動網路

【作者: 王岫晨】   2020年03月19日 星期四

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5G創新需以低延遲、高速、大容量和多重同步連線的技術為背景。


例如eCPRI/RoE通訊技術,另外還包括光學網路的擴展等。


另一種方式,則是使用毫米波波束成形的主動式天線系統。



5G三大關鍵要素(低延遲、高速和大容量,以及多重同步連線)需得到實現,方能完成新應用的現場佈建,例如自動駕駛車、重型機具的遙控、超高解析度的影片串流、運動賽事的遠距觀賞技術等。然而,要想確實運用低延遲、高速、大容量以及多重同步連線的應用實做,除了需要從4G到5G的通訊技術轉移,同時也要經過技術革命,才能從4G(LTE)轉移到5G行動網路。


目前5G行動網路和概念驗證測試正如火如荼進行中,但在能佈建商用5G行動網路服務之前,需要先具備5G行動網路的安裝與維護測量解決方案,以確保行動去程、核心、都會等網路元件的穩定運作及預防性維護。


5G行動網路創新

安立知(Anritsu)認為,5G行動網路要實現創新,需以具備低延遲、高速、大容量和多重同步連線的5G技術為背景。例如eCPRI/RoE通訊技術,能以高速處理大量資料的5G基地台已經開始採用最新的eCPRI/RoE通訊技術取代傳統的CPRI技術,來執行天線及訊號部分的通訊。另外還包括光學網路的擴展,光學網路持續擴大運用到各種不同的場合,透過利用5G的高速、低延遲和多重同步連線等功能,藉此來提高容量。


例如高速5G終端機可提高行動設備連結5G基地台的資料容量。另外則是安裝更多5G基地台,此處指的5G基地台是指支援毫米波訊號的基地台設備。由於5G毫米波頻帶波形比LTE更容易遭到阻擋,加上每個基地台涵蓋的面積更窄,因此需要安裝更多小型的5G基地台,才能達到與LTE相同的涵蓋範圍。至於提高資料流量,則可透過加快並增加行動去程、核心及都會網路的數量來達成。


另一種最重要的方式,則是使用毫米波的波束成形技術(主動式天線系統)。5G終端機和基地台之間的通訊將使用所謂的毫米波頻帶頻率,亦即28GHz及39GHz。毫米波頻帶的主要弱點為高衰減率、方向性以及容易遭阻擋,尤其方向性更是一大問題,輕微的波束滑動都會阻礙訊號接收,因此小型5G基地台需要採用波束成形技術,才能將無線電訊號傳送到5G終端機。可以預期未來小型5G基地台將使用高方向性的主動式天線。


服務需求

將無線電通訊技術從4G轉移到5G,將會需要對支援5G的行動網路實做大量的創新。此外,隨著商用5G開始投入實際運作,加上小型5G基地台的安裝數量逐漸增加,以及轉換成為光纖網路之後,我們能夠預期經過上述創新,以下的各項需求將會大幅提升:


1.需要支援最新eCPRI/RoE通訊技術的基地台安裝,和維護測試儀器;


2.需要支援精密光纖測量的測試儀器;


3.需要支援精確測量主動式天線系統中,波束成形信號的測試儀器;


4.越來越多光纖安裝與維護公司需要有效的測試儀器,以用來評估100G/25G乙太網路和光學電路。


由以上需求可以知道,佈建商使用5G服務,將使基地台和光學網路的安裝與維護領域出現重大變化。換句話說,對於有效且可靠網路測量的需求將會達到新的高峰。


行動網路安裝與維護

以下測量是能夠成功實作5G行動網路安裝與維護的關鍵。


●傳輸測量:行動去程與基頻單元之間eCPRI/RoE的高精準度延遲測量等;


●光纖量測:光學電路的疑難排解,例如行動去程WDM/PON設備及核心都會網路;


●RF量測:OTA測量通道功率、佔用頻寬及頻譜波罩(SEM)。在實際環境中執行基地台驗證的等效全向輻射功率(EIRP)測量。5G解調變測量,還包括調變品質及RSRP/RSRQ等。


通用公共無線電介面(CPRI)相容介面設備已經運用在LTE系統上,用於將行動去程無線訊號轉換為光學訊號。一般來說,CPRI的速度必須比無線電傳輸速度快上16倍,才能進行無線電訊號的數位轉換。但因為5G傳輸的速度比LTE快上約100倍,因此必須改採以市場主流乙太網路為基礎的最新eCPRI/RoE技術。由於5G具有高速和大容量等特色,為了保持行動去程通訊的品質,因此將會需要對通訊和延遲進行測試,以準確測量CPRI或RoE的訊框位元錯誤和延遲。


在使用乙太網路的情況下,要能夠保持最低的保證通訊速度,一般來說是不可能的,因此必須嚴格管理包含5G行動去程在內的整個網路延遲時間。為了抑制行動去程5G天線,與核心、都會網路之間的延遲時間,必須盡可能將網路設備的延遲縮到最短。要實作5G的低延遲功能,需使用兩部測試儀器,才能準確測量兩個遠距離獨立點之間的單向延遲。


5G行動網路測量

5G行動去程網路需要對大量的基地台(RRH)及5G基頻單元(BBU)進行測試。運用PON(被動光纖網路),透過光纖分離器將大量RRH連線到同一個BBU,這是可以有效部署大量5G基地台的關鍵技術。透過PON來共用光纖,可省下大筆成本。用來測量光纖傳輸損耗,以及光纖故障距離和位置的任何光脈衝測試器(OTDR),必須要能精準分析擁有最多128個分支的PON光纖分離器。此外,還要擁有簡單易用的通過、失敗功能,以便於評估光纖分離器的狀態。


光纖的安裝與維護,包括核心、都會、5G行動去程、行動回程網路等,都需能在安裝和維護幹線(包括存取收發電纜)時,偵測及測量光纖的斷裂。光脈衝測試器(OTDR)必須擁有能夠偵測損耗和反射等事件的效能,且無論用於只有幾公尺或超過200公里的光纖,都能發揮高精確度。此外,OTDR必須能利用原本的偵測演算法,用簡單的方式來顯示測量結果。


5G行動網路OTA測量

隨著RF技術在日常生活中不斷地紮根,使得RF頻譜在所有頻率上變得越來越擁擠。這使得觀察RF頻譜及測量傳輸的能力至關重要,才能避免干擾並確保5G網路中所使用獨特技術的性能,包括毫米波頻率、主動式天線系統、波束成形及動態實體層等。儘管現有的LTE網路具有測試端口以驗證無線電的RF特性,但是主動式天線系統(AAS)測試端口極可能無法使用,而需要透過OTA來進行測試。


解決方案

安立知VectorStar寬頻向量網路分析儀


圖一 : 安立知VectorStar寬頻向量網路分析儀
圖一 : 安立知VectorStar寬頻向量網路分析儀圖片來源:anritsu.com

安立知:「這部儀器可精準及有效地分析設備特性!」


安立知推出VectorStar ME7838G寬頻向量網路分析儀,能夠在單次掃描實現70kHz至220GHz量測的VNA。其頻率覆蓋範圍能讓工程師在更廣泛的頻率範圍內,更精準及有效地分析設備特性,進而提供準確的設備模型,實現精準模擬優化,縮短設計時間。VectorStar VNA系統整合安立知非線性傳輸線毫米波模組,可實現寬廣的單次掃描寬頻覆蓋以改進設備模組。


太克科技TTR500系列向量網路分析儀


圖二 : 太克科技TTR500系列向量網路分析儀
圖二 : 太克科技TTR500系列向量網路分析儀source:tektronix.com

太克科技:「這款儀器兼具易用性和經濟性!」


Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀,擁有量測效能和便利性!在獲得日常量測能力的同時兼顧您的預算。TTR500從100kHz至6GHz的頻率範圍。由於超過122分貝動態範圍和低於0.008分貝RMS軌跡雜訊,使得TTR500的效能類似於昂貴的傳統工作台VNA。


是德科技PNA網路分析儀


圖三 : 是德科技PNA網路分析儀
圖三 : 是德科技PNA網路分析儀source:keysight.com

是德科技:「我們可全面增強您的量測自信度!」


世界各地超過70%的工程團隊全都選擇使用是德科技分析儀,使用PNA-X/PNA/PNA-L可獲得更好的性能(高達120GHz,使用展頻器可擴展至1.5 THz)。使用展頻器,PNA和PNA-X頻率可擴展到1.5THz。共有3個PNA系列可供選擇,以獲得速度、效能和價格的完美組合。在研發階段提供量測完整性,以協助工程師將深入的洞察力轉變成出色的設計;在生產線上提供所需要的測試速率和可重複性,以便將設計轉變成具競爭力的產品。


R&S ZNA高階向量網路分析儀


圖四 : R&S ZNA高階向量網路分析儀
圖四 : R&S ZNA高階向量網路分析儀source:R&S.com

羅德史瓦茲:「這款儀器具有出色的射頻性能!」


R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀,可簡化量測設置。其量測穩定性和低量測曲線雜訊讓使用者能夠對主動和被動元件和模組進行嚴格的量測。憑藉以待測物為中心的操作方式、完全採用觸控操作的創新設計,R&S ZNA向量網路分析儀可將量測的設置時間縮到最短。


NI向量網路分析儀(VNA)


圖五 : NI向量網路分析儀(VNA)
圖五 : NI向量網路分析儀(VNA)source:ni.com

國家儀器:「PXI VNA可提供高準確度的RF量測效能。」


國家儀器VNA為10MHz~6GHz的完整向量網路分析系統。PXI向量網路分析器配備2個連接埠,因此可以擇一選用T/R測試模組或是完整的S參數功能。PXI向量網路分析器支援自動化精確校準、完整向量分析與參考平面擴充,因此適合做為檢驗與生產作業的向量網路分析解決方案,並省下統桌上型VNA的高價位與龐大體積。


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