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Lte-Advanced、5G行動通訊與射頻設計的測試挑戰
2016/04/11-DIGITIMES企劃  


MWC 2016中5G無線技術市場的相關系統應用、終端應用已儼然成形,傳輸效能更快、更穩定、服務品質表現更好固然讓相關應用更值得期待,但隨之而來的產品互通性、相容性測試技術也將更趨繁複。

第五代行動通訊技術(5G)一直是相當熱門的話題,從相關通訊技術架構底定到技術實作逐漸接近產品化,接踵而來的便是從生產設備、系統設備、終端設備的各種5G通訊產品互通性測試、相容性測試等驗證需求,也只有更縝密的驗證測試才能讓產品順利推出市場。而5G產品測試與驗證,有別於4G產品的測試需求,不僅通訊技術較前代更為複雜,加上傳輸效能大幅躍進也讓測試設備的訊號分析能力要求更高。

即便是LTE-Advance小幅優化升級的通訊技術,其實對於原有的Lte產品驗證能力已有數倍的難度提升,考驗檢測儀器的能力。Agilent
   
LTE-Advance與5G行動數據應用,已大幅增進傳輸效能,檢測設備、儀表也必須對應升級,才能應付功能檢測的需求。Rohde & Schwarz
5G行動通訊技術更先進  考驗檢測設備能力

5G行動通訊由於技術新穎,也擴展行動通訊更多可能性,例如重點改善擴展的通道傳輸頻寬、降低網路延遲問題、提高服務容量等,雖然延伸進階應用的內容尚未能具體成形,但可以預期5G行動通訊可以更彈性使用傳輸性能、更低的傳輸功耗,勢必可以再擴展至物聯網(Internet of Things;IoT)應用,同時,大幅優化的無線數據傳輸效能,也能讓5G技術應用於高數據量的串流視訊應用,讓行動數位影音傳輸應用更具商用價值。

伴隨新一代5G行動通訊應用而來的進階通訊技術,也將更進一步增加相關產品驗證檢測的困難度,例如大規模MIMO(Massive MIMO)技術(又稱大規模天線陣列系統,(Large-Scale Antenna Systems;LSAS)),即便相關技術仍持續優化中,但勢必為追求更趨完美的5G通訊應用技術,未來相關驗證設備也必須能分析檢證進階5G技術衍生的通訊分析需求。

可用頻譜越來越少  運用毫米波技術擴充頻寬

有趣的是,在5G應用技術領域中,由於我們生存的空間可用頻譜,因為相關無線應用早已充斥生活周遭,導致可以用於無限數據通訊的頻譜越來越吃緊,尤其是低於6GHz的頻譜越來越少,而在5G應用技術中,之所以能擴充傳輸效能與提升服務品質,因為其以毫米波(mmWave)進階技術切入通訊與數據傳輸應用,透過mmWave方案有效擴展頻寬、增加單位通訊通道的使用效能,才得以加速相關通訊應用。

超高傳輸效能也是另一項5G通訊技術特點,透過5G通訊基礎,理論上可以獲得較4G快上100倍的傳輸能力,甚至達到接近固接網路相同的低延遲性、高傳輸效能,同時可連接的行動裝置數量也會在新架構下獲得更顯著的改善,而要達到前述的技術水平,則必須在5G關鍵大規模MIMO、毫米波通訊技術上獲得更穩定的應用處,這部分的技術驗證所使用的檢測儀器就左右5G技術是否能有高可用性的重要關鍵。

針對進階多天線、調變技術  檢測技術也須對應升級

對電信與設備業者來說,測試設備供應商面對的不僅是最先進技術前沿的通訊技術驗證需求,同時,對於新的電信設備、行動裝置在開發階段,檢測設備的高精準度與因應複雜測試分析的能力,也會影響到產品開發的進程,而新一代的Massive MIMO、LSAS與mmWave分析驗證,其複雜度甚高於4G技術的驗證需求,測試儀表業者也必須開發可符合量產批量測試需求的驗證方案,不僅在開發端滿足測試、檢證實驗數據的儀表要求,在生產端也要能滿足大量生產通訊設備所需的批量快速驗證需求,技術難度更高。

目前投入5G通訊檢測設備的廠商相當多,如Anritsu、National Instruments、Keysight Technologies、Rohde & Schwarz等測試設備一線大廠,大多專注於Massive MIMO、LSAS與mmWave分析驗證需求推出進階檢測設備,此外像是National Instruments還針對5G測試應用需求,擴充既有的LabVVIEW設計套件,針對可透過軟體定義的驗證設計加速產品驗證速度。

即便Lte至Lte-A移動升級  相關設備要求也必須對應優化

另一個較大的問題在於,5G行動通訊也形成了一個信號檢測的另一道技術巨牆,在4G Lte的傳輸效能資料下行峰值可以達到300Mb/s(Lte-Advanced理論可以達到1Gb/s傳輸效能),然而,用於測試5G產品的設備至少能達到可檢測2GHz頻寬的解析水準,這表示測試信號的難度提高將近100倍,而在傳輸性能提升方面,幾乎目前新一代檢測設備大多已具備對應數據分析能力,對於檢測5G應用產品已綽綽有餘。

對於Lte技術的推行方面,目前全球地區性主流通信服務商大多已經將Lte投入商業運轉,但緊接在後頭追趕的5G行動通訊上網技術,由於在各個層面已超越4G數據通訊甚多,為延續4G通訊的競爭能力,服務業者也嘗試在現有Lte架構進行體質上的優化,這也是為什麼Lte-Advanced在Lte基礎下再擴充進階的通訊技術,成為現在投入4G服務的電信商擴展延續先前4G投入回收的重要商業策略。

為進階5G通訊技術預做準備

不管是將現有的設備、系統從4G升級到Lte-Advanced,或是為下一代5G行動通訊技術預做準備,對於現有量測儀器來說都將面臨設備汰換或升級的關鍵時點,量測儀器設備的信號解析度、套裝量測功能整合,勢必都須要面臨大幅升級的需求。例如,現有Lte的下行數據傳輸最高可達到300Mb/s,但升級至進階的Lte-Advanced理論上其下行數據傳輸就能達到1Gb/s!另一方面,Lte原有的上行傳輸速度可達75Mb/s,然而一樣的理論上行傳輸效能Lte-Advanced已能達到500Mb/s。

再來關注Lte-Advanced的全球部署狀態,2015年的統計Lte通訊商用網路全球已超過367個,其中已有49個商用網路也提供Lte-Advanced,現有不只電信服務商還是設備製造/開發,都須面臨Lte轉Lte-Advanced的進階轉型潮流,甚至也要針對測試要求、與環境更嚴苛的5G行動通訊技術檢測預先做好準備。

未來,可以預期Lte-Advanced將逐漸成為現有Lte通訊技術的擴展應用,而進階至Lte-Advanced也代表著檢測難度至少增加了數倍,而面對未來更高效的5G通訊技術,現有檢測設備必定會出現性能、功能無法達到驗證要求的問題,驗證檢測設備除需在基本的檢測解析能力大幅優化外,再針對新通訊技術獨特的技術方案,是否能備齊對應之優化的檢測方案,如針對Massive MIMO、LSAS與mmWave分析驗證需求、或是整合聚合多子載波驗證傳輸鏈路的進階測試能力,就成為選擇檢測儀器設備的重要關鍵。

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關鍵字 
LTE-advanced行動通訊無線傳輸5G
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