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