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測試方式進化 打造最佳5G連網體驗
5G網路完全以資料為主

【作者: 王岫晨】   2018年12月18日 星期二

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全世界對於資料的需求量,正以驚人的速度持續成長。無論身在何處,消費者都需要保持連網,並期待無接縫的豐富內容與服務。目前的裝置使用越來越多的資料,而具備網際網路功能的裝置數量也越來越可觀,也因此,現有網路基礎架構確實需要重大的改變,才能追上需求的增加。


5G解決方案需要什麼?

隨著資料需求呈現爆炸性的成長,研究次世代5G網路解決方案的方式正迅速起飛。目前有三種方法可支援龐大的流量增速:


●以新存取技術,更有效率地善用各個可用頻率


●提高網路速度及優化架構


●開放新的頻段


有效利用可用頻率,並提高實體層存取通訊協定及無線存取技術的速度,彼此密切相關。目前已提出2.5至10倍的效率,做為5G波形與存取方式的目標。進一步的5G系統提案企圖藉由提高現有技術的速度,使用新開放的頻段,以及提升網路密度等方式提升頻率效率,而且也已經開發相關的支援技術。預期CPU處理能力與雲端運算的快速發展,將成為佈建5G服務的關鍵因素。


5G是一種進化,也是一種革命。進化是指行動通訊進化為支援廣泛的全新使用方式,而革命則是指架構概念可望徹底改變,以支援全新的使用方式。5G包含現有4G網路的進化,它採用C-RAN與HetNet技術,以可負擔的成本提高現有網路的容量。核心架構的革命則是充分運用SDN/NFV與網路「切片」,利用新毫米波頻段無線介面以提高更高的容量,以及極低延遲的新架構/訊號傳送。


5G波形

4G無線接取以下行與上行的正交傳輸為基礎,正交傳輸可避免干擾並提供高系統容量。然而,將正交資源指派至不同使用者的程序,可能需要大量的傳訊並導致額外的延遲。因此,5G考慮採用支援非正交存取以補足正交存取。這些例子包括非正交多重存取(NOMA)與稀疏編碼多重存取(SCMA)。


5G無線接取技術(RAT)必須滿足未來幾年速率超過10Gbps的資料流量需求,以及低於毫秒的延遲。基本上,利用至少200MHz的頻寬,並使用多重輸入多重輸出(MIMO)天線技術,以及干擾抑制組合(IRC)接收器,即可達到上述速率。最理想的是,所使用的波形應具備良好的實施特性,例如有限的產生/偵測運算複雜性、有限的時間/頻率間接費用(overhead)、良好的時間本地化、良好的光譜圍阻,以及容易延伸至MIMO等。OFDM在4G中已展現其同時適合良好的MIMO實作,以及使用者裝置中的簡易處理器實作。因此,5G波形希望建立在該技術之上,並進一步提升OFDM以克服目前的限制。


目前考慮採用的5G波形有三種


●FBMC:濾波器組多載波(Filter Bank Multi-Carrier)


●UF-OFDM:通用濾波OFDM(Universal Filtered OFDM)


●GFDM:通用分頻多工(Generalized Frequency Division Multiplexing)


5G測試挑戰

隨著5G網路概念與技術的發展,相關測試方法亦隨之進化以相互匹配。未來的5G測試方法將必須為營運商提供高度的信心,確定能依據規格實作相關技術與服務,而且服務品質符合各項應用或服務的要求。


完全以資料為主的5G網路,有極為廣泛的且多樣化的應用必須進行測試,屆時將需要大量的作業來進行標準測試。測試自動化、監控以及內建測試系統等,對於正確分析此種網路的效能而言非常重要。另外,新推出使用超高密度網路(UDN)連接無線接取元件與採用雲端網路的回載架構,將可供開發以雲端為基礎的測試服務,從任何地點進行任何項目的測試。因此,雖然5G因採用SDN/NFV與雲端服務而產生許多新的測試需求與挑戰,但亦可利用這些相同的技術建立新的測試解決方案以因應相關需求。有鑑於此,雲端解決方案不僅是新的需求,同時也是新的5G網路測試解決方案。


5G通訊頻段與運行模式

為全面部署5G行動通訊,全球各國所採用的頻率逐漸明朗化,大致可分為兩種類型。


第一種是由3GPP定義的頻段,介於450MHz至6000MHz,一般稱為sub 6GHz頻段。此頻段先前為LTE/ LTE-A(LTE-Advanced)及WLAN技術所採用,關於RF特性等技術性問題相對較少;根據所選擇的頻率,其優勢是所用的射頻資源已經過3G(W-CDMA)與4G(LTE/LTE-A)的驗證,但缺點是多數頻率已經被占用,無法按序保障寬頻段。


第二種頻段約介於30GHz至100GHz之間。3GPP將介於24250MHz至52600MHz的頻率定名為毫米波頻段(mmWave),由於這個頻段鮮少使用,得以確保其寬頻;其具備方便支援高速大容量的資料傳輸優勢,缺點則是空中傳輸(OTA)的訊號大幅衰減,且由於缺乏行動業者實際使用這個頻帶,因此仍有許多技術性問題尚待釐清。


除了這兩個頻段,另外也分為兩種作業模式:包括非獨立模式(NSA),使用結合New Radio(NR)技術的5G與LTE/LTE-A,以及獨立模式(SA),使用獨有的5G NR技術,透過基地台和行動終端機(UE)之間的控制功能來收發資料。


各國的頻段與運行模式

根據全球報告,各國5G通訊將使用不同的頻帶與作業模式。目前中國計劃使用SA模式和sub 6GHz頻帶,這將是全球5G商業化部署的首例,並將實現5G通訊三大功能之一的超高可靠度與低延遲通訊(URLLC),據信其目的是透過5G連結擴增實境(AR)等產業。


其他國家則考慮採用多種頻段及作業模式來提供初期的5G服務,此外也正在擬定計畫,打算使用NSA模式與毫米波頻段。此將優先實作5G三大功能之一的增強型行動寬頻(eMBB)。美國則將採用固定寬頻電路,日本和南韓等人口密度高的區域則以提高資料傳輸速率為目標。


(本文參考資料:安立知-5G萬物皆連網)


[科技小百科]

5G解決方案的基本需求:

●提高快速、高效率的網路基礎架構


●支援更多的裝置連線


●低延遲、低功耗


●超過10Gbps的資料速率


5G頻譜

為了面對包括以人類與以機器為中心的通訊所帶來爆增的無線資料流量,基本上需要更多的頻譜以供5G系統運作。未來法規與技術的發展將為頻譜可用性與存取帶來複雜的狀況,有多個頻段受到不同的管制,包括各種形式的共用頻譜,這些頻譜預期可用於無線通訊系統。因此,必須以彈性的方式設計相關技術,使其能在不同的法規模式與共用模式之下運作。


3GPP的5G標準化現況

由於行動電話的無線介面已有所進化,通常每十年就會改變,預計將從2020年開始使用5G介面。今後情況將與3G與4G類似,由ITU-R(國際電信聯盟-無線電通信研究小組)要求標準組織依據其針對效能與功能的建議,進行新介面的標準化作業。在評估各項提案之後,成功的標準將獲得授權並稱之為IMT-2020。在3G方面,3GPP(第三代合作夥伴計劃)提交的WCDMA及3GPP2提交的CDMA-2000獲得授權成為IMT-2000,在4G方面,3GPP提交的LTE-A,及WiMAX Alliance提交的WiMAX-Advanced,獲得授權成為IMT-Advanced。


[解決方案]

安立知2埠E-band向量網路分析儀


圖1 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀
圖1 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀圖片來源:anritsu.com

安立知:「這是最經濟的高頻測試解決方案!」


安立知的ShockLine系列擁有2埠的E-bandVNA機種,這是透過安立知的VNA技術,整出兩個升頻的模組。安立知透過自身的技術,讓雙埠VNA可以直接擁有E-band功能,並可從原本支援的60~70GHZ,延伸到55~92GHZ,這也是目前市面上2埠到4埠VNA機型中,最經濟的量測解決方案。


特別是在60GHZ這個頻段,現在常用的高解析影像,就是使用60GHZ這個頻段。如果頻率再往上的話,就可以看到無線通訊應用的新趨勢,也就是點對點的微波系統,這將會從Ka-Band升頻到大概80GHZ附近的頻率。而這款E-BAND專用的VNA可以直接提供客戶量測該頻段設備的能力。


羅德史瓦茲FSW85高階訊號及頻譜分析儀


圖2 : 羅德史瓦茲FSW85高階訊號及頻譜分析儀
圖2 : 羅德史瓦茲FSW85高階訊號及頻譜分析儀圖片來源:rohde-schwarz.com

羅德史瓦茲:「這是要求嚴苛的研究單位與產品開發測試首選!」


全新的R&SFSW85高階訊號及頻譜分析儀率先支援單次掃描頻率範圍由2Hz至85GHz,使用者即可於單機進行基頻與射頻的測試應用;由於R&SFSW85毋須額外搭配外部混頻器,因而大幅簡化了測試配置。此外,內置預選抑制了鏡像頻率與其他雜散發射(Sp-urious Emission)。


R&SFSW85透過選配升級500MHz的內部分析頻寬,提供雷達元件開發者各種分析選項,特別是車用與航太國防的應用上。當R&S FSW-B2000選配與R&SRTO數位示波器結合,即可達到2GHz的分析頻寬;研發人員即可進行5G下世代行動通訊訊號或複雜脈衝參數的寬頻訊號分析,以及雷達系統的訊號分析。


是德科技寬頻毫米波網路分析儀解N5290/91A


圖3 : 是德科技寬頻毫米波網路分析儀N5290/91A
圖3 : 是德科技寬頻毫米波網路分析儀N5290/91A圖片來源:keysight.com

是德科技台灣區總經理張志銘:「新的網路分析儀解決方案提供計量級效能和穩定度!」


是德科技(Keysight)寬頻毫米波網路分析儀解決方案,可提供頻率高達120GHz的系統級準確度。新的 Keysight N5290/91A解決方案可產生計量級結果,讓尖端開發人員能夠自信地分析其毫米波設計。


新型解決方案可針對晶圓上及連接化量測提供出色的穩定度和準確度,以增強裝置特性分析與建模能力。在24小時內,振幅穩定度小於0.015dB,相位準確度小於0.15度。該解決方案善用是德科技經過產業驗證的計量專業知識提供校驗功能。這項功能基於支援1.0mm校驗套件(85059B)和1.0mm驗證套件(85059V)的改良後準確度資料庫。


Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀


圖4 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀
圖4 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀圖片來源:tektronix.com

太克科技:「我們以一貫的準確性和可信度,在獲得量測能力的同時也兼顧預算!」


除了擁有更好的功能支援和品質,也兼具易用性和經濟性。TektronixTTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀是新推出的產品,不僅比業界其他的桌上型產品價格低於40%,同時還擁有量測效能和便利性!憑藉Tektronix一貫的準確性和可信度,在獲得日常量測能力的同時,還能兼顧到預算。


TTR500系列比起其他競爭對手產品,擁有低於40%價格的優勢。其對動態範圍等主要參數提供更佳的射頻效能,並包括過去需要支付額外費用才能獲得的內建T型偏壓器。全新的TTR500系列VNA以經濟實惠的價格,為工程師提供6GHz的2埠VNA所有功能和效能。


NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)


圖5 : NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)
圖5 : NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)圖片來源:ni.com

國家儀器亞太區半導體市場開發經理潘建安:「NI向量網路分析儀可提供精準的RF效能!」


NI針對精巧的模組化PXI平台提供了向量網路分析儀(VNA)功能,可提供極為精準的RF效能。其具備了300kHz~8.5GHz的頻率範圍、10Hz到500kHz的IF頻寬、超過110dB的動態範圍、-30到+15dBm的來源功率範圍、雙源架構具備獨立頻率與功率調整功能等。


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