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测试方式进化 打造最隹5G连网体验
5G网路完全以资料为主

【作者: 王岫晨】2018年12月18日 星期二

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全世界对於资料的需求量,正以惊人的速度持续成长。无论身在何处,消费者都需要保持连网,并期待无接缝的丰富内容与服务。目前的装置使用越来越多的资料,而具备网际网路功能的装置数量也越来越可观,也因此,现有网路基础架构确实需要重大的改变,才能追上需求的增加。


5G解决方案需要什麽?

随着资料需求呈现爆炸性的成长,研究次世代5G网路解决方案的方式正迅速起飞。目前有三种方法可支援庞大的流量增速:


●以新存取技术,更有效率地善用各个可用频率


●提高网路速度及优化架构


●开放新的频段


有效利用可用频率,并提高实体层存取通讯协定及无线存取技术的速度,彼此密切相关。目前已提出2.5至10倍的效率,做为5G波形与存取方式的目标。进一步的5G系统提案企图藉由提高现有技术的速度,使用新开放的频段,以及提升网路密度等方式提升频率效率,而且也已经开发相关的支援技术。预期CPU处理能力与云端运算的快速发展,将成为布建5G服务的关键因素。


5G是一种进化,也是一种革命。进化是指行动通讯进化为支援广泛的全新使用方式,而革命则是指架构概念可??彻底改变,以支援全新的使用方式。5G包含现有4G网路的进化,它采用C-RAN与HetNet技术,以可负担的成本提高现有网路的容量。核心架构的革命则是充分运用SDN/NFV与网路「切片」,利用新毫米波频段无线介面以提高更高的容量,以及极低延迟的新架构/讯号传送。


5G波形

4G无线接取以下行与上行的正交传输为基础,正交传输可避免干扰并提供高系统容量。然而,将正交资源指派至不同使用者的程序,可能需要大量的传讯并导致额外的延迟。因此,5G考虑采用支援非正交存取以补足正交存取。这些例子包括非正交多重存取(NOMA)与稀疏编码多重存取(SCMA)。


5G无线接取技术(RAT)必须满足未来几年速率超过10Gbps的资料流量需求,以及低於毫秒的延迟。基本上,利用至少200MHz的频宽,并使用多重输入多重输出(MIMO)天线技术,以及干扰抑制组合(IRC)接收器,即可达到上述速率。最理想的是,所使用的波形应具备良好的实施特性,例如有限的产生/侦测运算复杂性、有限的时间/频率间接费用(overhead)、良好的时间本地化、良好的光谱围阻,以及容易延伸至MIMO等。OFDM在4G中已展现其同时适合良好的MIMO实作,以及使用者装置中的简易处理器实作。因此,5G波形希??建立在该技术之上,并进一步提升OFDM以克服目前的限制。


目前考虑采用的5G波形有三种


●FBMC:滤波器组多载波(Filter Bank Multi-Carrier)


●UF-OFDM:通用滤波OFDM(Universal Filtered OFDM)


●GFDM:通用分频多工(Generalized Frequency Division Multiplexing)


5G测试挑战

随着5G网路概念与技术的发展,相关测试方法亦随之进化以相互匹配。未来的5G测试方法将必须为营运商提供高度的信心,确定能依据规格实作相关技术与服务,而且服务品质符合各项应用或服务的要求。


完全以资料为主的5G网路,有极为广泛的且多样化的应用必须进行测试,届时将需要大量的作业来进行标准测试。测试自动化、监控以及内建测试系统等,对於正确分析此种网路的效能而言非常重要。另外,新推出使用超高密度网路(UDN)连接无线接取元件与采用云端网路的回载架构,将可供开发以云端为基础的测试服务,从任何地点进行任何项目的测试。因此,虽然5G因采用SDN/NFV与云端服务而产生许多新的测试需求与挑战,但亦可利用这些相同的技术建立新的测试解决方案以因应相关需求。有监於此,云端解决方案不仅是新的需求,同时也是新的5G网路测试解决方案。


5G通讯频段与运行模式

为全面部署5G行动通讯,全球各国所采用的频率逐渐明朗化,大致可分为两种类型。


第一种是由3GPP定义的频段,介於450MHz至6000MHz,一般称为sub 6GHz频段。此频段先前为LTE/ LTE-A(LTE-Advanced)及WLAN技术所采用,关於RF特性等技术性问题相对较少;根据所选择的频率,其优势是所用的射频资源已经过3G(W-CDMA)与4G(LTE/LTE-A)的验证,但缺点是多数频率已经被占用,无法按序保障宽频段。


第二种频段约介於30GHz至100GHz之间。3GPP将介於24250MHz至52600MHz的频率定名为毫米波频段(mmWave),由於这个频段鲜少使用,得以确保其宽频;其具备方便支援高速大容量的资料传输优势,缺点则是空中传输(OTA)的讯号大幅衰减,且由於缺乏行动业者实际使用这个频带,因此仍有许多技术性问题尚待厘清。


除了这两个频段,另外也分为两种作业模式:包括非独立模式(NSA),使用结合New Radio(NR)技术的5G与LTE/LTE-A,以及独立模式(SA),使用独有的5G NR技术,透过基地台和行动终端机(UE)之间的控制功能来收发资料。


各国的频段与运行模式

根据全球报告,各国5G通讯将使用不同的频带与作业模式。目前中国计划使用SA模式和sub 6GHz频带,这将是全球5G商业化部署的首例,并将实现5G通讯三大功能之一的超高可靠度与低延迟通讯(URLLC),据信其目的是透过5G连结扩增实境(AR)等产业。


其他国家则考虑采用多种频段及作业模式来提供初期的5G服务,此外也正在拟定计画,打算使用NSA模式与毫米波频段。此将优先实作5G三大功能之一的增强型行动宽频(eMBB)。美国则将采用固定宽频电路,日本和南韩等人囗密度高的区域则以提高资料传输速率为目标。


(本文叁考资料:安立知-5G万物皆连网)


[科技小百科]

5G解决方案的基本需求:

●提高快速、高效率的网路基础架构


●支援更多的装置连线


●低延迟、低功耗


●超过10Gbps的资料速率


5G频谱

为了面对包括以人类与以机器为中心的通讯所带来爆增的无线资料流量,基本上需要更多的频谱以供5G系统运作。未来法规与技术的发展将为频谱可用性与存取带来复杂的状况,有多个频段受到不同的管制,包括各种形式的共用频谱,这些频谱预期可用於无线通讯系统。因此,必须以弹性的方式设计相关技术,使其能在不同的法规模式与共用模式之下运作。


3GPP的5G标准化现况

由於行动电话的无线介面已有所进化,通常每十年就会改变,预计将从2020年开始使用5G介面。今後情况将与3G与4G类似,由ITU-R(国际电信联盟-无线电通信研究小组)要求标准组织依据其针对效能与功能的建议,进行新介面的标准化作业。在评估各项提案之後,成功的标准将获得授权并称之为IMT-2020。在3G方面,3GPP(第三代合作夥伴计划)提交的WCDMA及3GPP2提交的CDMA-2000获得授权成为IMT-2000,在4G方面,3GPP提交的LTE-A,及WiMAX Alliance提交的WiMAX-Advanced,获得授权成为IMT-Advanced。


[解决方案]

安立知2埠E-band向量网路分析仪


图1 : 安立知2埠E-band向量网路分析仪
图1 : 安立知2埠E-band向量网路分析仪图片来源:anritsu.com

安立知:「这是最经济的高频测试解决方案!」


安立知的ShockLine系列拥有2埠的E-bandVNA机种,这是透过安立知的VNA技术,整出两个升频的模组。安立知透过自身的技术,让双埠VNA可以直接拥有E-band功能,并可从原本支援的60~70GHZ,延伸到55~92GHZ,这也是目前市面上2埠到4埠VNA机型中,最经济的量测解决方案。


特别是在60GHZ这个频段,现在常用的高解析影像,就是使用60GHZ这个频段。如果频率再往上的话,就可以看到无线通讯应用的新趋势,也就是点对点的微波系统,这将会从Ka-Band升频到大概80GHZ附近的频率。而这款E-BAND专用的VNA可以直接提供客户量测该频段设备的能力。


罗德史瓦兹FSW85高阶讯号及频谱分析仪


图2 : 罗德史瓦兹FSW85高阶讯号及频谱分析仪
图2 : 罗德史瓦兹FSW85高阶讯号及频谱分析仪图片来源:rohde-schwarz.com

罗德史瓦兹:「这是要求严苛的研究单位与产品开发测试首选!」


全新的R&SFSW85高阶讯号及频谱分析仪率先支援单次扫描频率范围由2Hz至85GHz,使用者即可於单机进行基频与射频的测试应用;由於R&SFSW85毋须额外搭配外部混频器,因而大幅简化了测试配置。此外,内置预选抑制了镜像频率与其他杂散发射(Sp-urious Emission)。


R&SFSW85透过选配升级500MHz的内部分析频宽,提供雷达元件开发者各种分析选项,特别是车用与航太国防的应用上。当R&S FSW-B2000选配与R&SRTO数位示波器结合,即可达到2GHz的分析频宽;研发人员即可进行5G下世代行动通讯讯号或复杂脉冲叁数的宽频讯号分析,以及雷达系统的讯号分析。


是德科技宽频毫米波网路分析仪解N5290/91A


图3 : 是德科技宽频毫米波网路分析仪N5290/91A
图3 : 是德科技宽频毫米波网路分析仪N5290/91A图片来源:keysight.com

是德科技台湾区总经理张志铭:「新的网路分析仪解决方案提供计量级效能和稳定度!」


是德科技(Keysight)宽频毫米波网路分析仪解决方案,可提供频率高达120GHz的系统级准确度。新的 Keysight N5290/91A解决方案可产生计量级结果,让尖端开发人员能够自信地分析其毫米波设计。


新型解决方案可针对晶圆上及连接化量测提供出色的稳定度和准确度,以增强装置特性分析与建模能力。在24小时内,振幅稳定度小於0.015dB,相位准确度小於0.15度。该解决方案善用是德科技经过产业验证的计量专业知识提供校验功能。这项功能基於支援1.0mm校验套件(85059B)和1.0mm验证套件(85059V)的改良後准确度资料库。


Tektronix TTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪


图4 : Tektronix TTR500系列向量网路分析仪
图4 : Tektronix TTR500系列向量网路分析仪图片来源:tektronix.com

太克科技:「我们以一贯的准确性和可信度,在获得量测能力的同时也兼顾预算!」


除了拥有更好的功能支援和品质,也兼具易用性和经济性。TektronixTTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪是新推出的产品,不仅比业界其他的桌上型产品价格低於40%,同时还拥有量测效能和便利性!凭藉Tektronix一贯的准确性和可信度,在获得日常量测能力的同时,还能兼顾到预算。


TTR500系列比起其他竞争对手产品,拥有低於40%价格的优势。其对动态范围等主要叁数提供更隹的射频效能,并包括过去需要支付额外费用才能获得的内建T型偏压器。全新的TTR500系列VNA以经济实惠的价格,为工程师提供6GHz的2埠VNA所有功能和效能。


NI PXIe-5632向量网路分析器(VNA)


图5 : NI PXIe-5632向量网路分析器(VNA)
图5 : NI PXIe-5632向量网路分析器(VNA)图片来源:ni.com

国家仪亚太区半导体市场开发经理潘建:「NI向量网路分析仪可提供精准的RF效能!」


NI针对精巧的模组化PXI平台提供了向量网路分析仪(VNA)功能,可提供极为精准的RF效能。其具备了300kHz~8.5GHz的频率范围、10Hz到500kHz的IF频宽、超过110dB的动态范围、-30到+15dBm的来源功率范围、双源架构具备独立频率与功率调整功能等。


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