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安立知超前部署5G强制性法规与V2X测试解决方案

2020年是急遽动荡的一年,COVID-19(新冠肺炎)疫情正改变著人类的生活型态,然而无线通讯市场的布局与发展脚步亦未曾停歇,拜5G和物联网技术之赐,云端和企业资料中心的数据量急遽增长,新兴的车联网、企业专网与低轨道卫星微波通信的应用正升火待发,面对后疫情时代与新常态的生活方式,安立知(Anritsu)一年一度的移动通信技术趋势论坛改采在线研讨会的方式,探讨5G技术的最新发展动态。

这场于2020年9月23日Anritsu结合DIGITIMES在线平台主办「掌握5G/V2X关键技术」论坛,深入剖析技术规格与未来的测试挑战,除了5G强制性测试法规的简介之外,特别对基地台认证的法规说明、全球各大电信商的5G概况以及检测规范,还有3GPP最新的R16标准中热门的C-V2X市场趋势与测试技术进行分享,安立知聚焦于旗下重要的系列测试解决方案相关议题。

完整资通信测试和测量解决方案与产品线

Anritsu台湾业务暨技术支持部协理Frank Chiang先生的开场简报,首先欢迎在线的贵宾莅临安立知第一次的在线研讨会,成立超过120年的安立知,其主要解决方案横亘资通信,以及食品药品的质量保证与验证测试的服务,主要区分为T&M、PQA与其它等三个产品区隔,以2019年营业额来看,T&M占比约70%,若地理区隔来看,日本加上亚太区市场贡献66%的营收,核心产品线以行动通信技术的射频的量测约占五成,而主要技术一路延伸到模拟电路、毫米波、数码电路、光学传输、光学数码信号处理和各种协议。

鉴于全球车联网汽车已经有1.2亿辆出厂服务,可预期往后几年的大幅成长的潜力,因此成为广受重视的一个新兴发展的领域,所以特别在这次研讨会中特别邀请安立知日本的市场专家专章介绍车联网应用与发展的近况,希望透过完整的测试解决方案与市场规划,从研发、量测与认证一条龙的服务,来协助台湾产业界掌握5G与V2X市场的成长契机。

安立知完整布局5G NR强制性测试法规解决方案

软件暨技术支持部专案副理Kobe Ho先生以「5G NR Regulatory Testing Overview」为简报主题,先聚焦于海内外最新5G NR的强制性测试法规以及5G的sub-6GHz与毫米波(mmWave)频段,介绍ME7803NR测试解决方案的测试架构,以及软、硬件的相关配置。

随著全球的电信营运商开始布建5G网络之后,sub-6GHz(FR1)与mmWave(FR2)频谱的使用启动不同区域与国家的通讯标准的制定,目前重要的市场同时涵盖FR1与FR2频谱的区域有北美、意大利、俄罗斯、韩国与日本市场,其余大部分的地区包括台湾、欧盟与中国都是以sub-6GHz频谱使用为主,当然毫米波频道各国初期讨论包围著28/39 GHz的议题不断。

随著各国电信营运商的5G NR服务陆续开台推出之后,监管射频(RF)参数测试规范已经成为各国监管单位的强制性标准与规范,虽然各国标准因地区差异而有出入,但是大部分的测试项目多有雷同,安立知过去在3G/LTE/LTE-A世代都透过当地的技术伙伴协助制定法规测试测试技术,开发符合当地法规的测试方案,提供具一致性测试解决方案与测试案例的经验,安立知针对各国5G NR的法规所提供的测试方案具备三项特色,首先,安立知测试解决方案是根据美国FCC、欧盟EC与日本的TRCC的测试规范为主所量身订作的测试系统。

第二,高设计弹性,具备极佳的扩充性,尤其在空中测试(OTA)、SAR(或Power Density)与EMC测试平台的扩充性一直被业界所推崇,例如搭配MT8000系统做为SAR测试平台,以及集成MT8821C、MT8000A和第三方的天线测试舱做为OTA测试系统,还有使用MT8821C、MT8000A和既有的EMC测试机台组成EMC测试解决方案。

第三,最为客户所称道的就是测试平台的高稳定性,以及本地技术支持的能力与服务,这些包括测试机台的年度校准服务,提供量测不确定性测量的资料,以及重要的教育训练。

强大技术合作伙伴与第三方供应商提供配套集成服务

特别值得一提的,在OTA测试部分,在FR1频段,过去已经有几家第三方Test Chamber的供应商提供集成性的服务,并且使用安立知设备在UE端的测试已经具有非常良好的口碑,目前的支持的厂商包括Bluetest(RTS65)、MVG(Star Lab 5G)、ETS-Lindgren与EMITE;再者,在FR2毫米波频段的测试,因为天线模块CART缩距场的测试需要,安立知也提供自家的MA8172A的CART Chamber做为天线量测的配置,当然也有第三方合作方案的CATR Chamber提供灵活的搭配。

在电磁波人体特定吸收率(SAR)测试,或10GHz以上频谱则称为Power Density测试,目前皆以SPEAG的系统做为全球各国认证机构与法规测试的主要系统,过去从4G LTE测试就已经启动合作,目前在北美、欧盟与台湾、韩国与日本都是强制性测试的规范,在5G的FR1频谱SPEAG采用DASY6系统搭配MT8000A系统。

推出ME7803NR瞄准RF射频参数与强制性测试法规的解决方案

安立知为5G NR强制性测试法规推出ME7803NR测试解决方案,基础的硬件架构由MT8821C与MT8000A系统组成,有些选购的配置,例如若要做Spurious测试案例时,则需要搭配VSGSPA与CWSG的设备,测试时再加上MS28XX系列与MS269X系列等信号产生器与分析仪,而干扰测试时,加上CWSG测试使用MG3690系列设备,以及加上VSG的MG3710A/E,此外,使用在FR2频谱测试,则再加上MA8172A的CART Chamber,当然无可厚非的一些零组件必不可少。

整个测试平台不需要用机架集中起来,只要用一台笔记本电脑放在桌面的安装配置就可以完成,这些设备与机台都可以灵活搭配,具足完整的弹性。而软件的支持上分别有用在日本的TRCC、欧盟的RED与北美的FCC用的CFR测试之用的测试范例,值得说明的,欧盟的RED标准因为要到2021年才正式公告,所以现在的测试范例是采用3GPP的规格而来,做为目前的替代。

展示的测试流程来看,除了系统验证、校准补偿与选择测试范例之后,编辑所需要的测试项目之后,按下执行键,测试完毕后会自动存入到指定资料夹,支持TEXT、Excel或PDF等常用的电子档案输出格式,还有屏幕储存的功能,会将测试图档的画面存到PDF的格式并呈现在测试报告中。

EIRP测试与户外量测解决方案

业务暨技术支持部副理Danny Lin主讲主题是「5G Field Testing Solution and NCC 5G BS Testing」,重点放在分享3GPP最新EIRP测试观念,说明5G NR测试时电信营运商重要的测试KPI指标包含RSRP、RSRQ、SINR、EVM与EIRP等测试项目,由于5G基地台的配置牵涉到电信营运商的发射功率与频谱涵盖率的范围,所以安立知介绍最新的Over The Air EIRP的户外型测试平台MS2090A系统。

5G系统使用波束成型技术具有比较复杂的功率发射与传输特性,这些有源天线通常具有单独的收发器与每个天线元件相关联,每个元件还将具有两个交叉极化。总体而言,5G天线可能具有128到256个单独的收发器,这些收发器都与它们自己集成。

因此,使用传统的测量天线输入功率的方法是无法有效执行量测的,必须于验证时使用OTA测试才能完成,为了确认基地台发测功率,必须进行相关的EIRP测试,对基地台设备商而言,需要验证发射的功率可以符合台湾(NCC)规范,另外,对电信商的维护与安装的要求下,也需要验证基地台的发射波束的角度与功率的规范。

所以EIRP测试可以协助(1)设备商验证其发射器性能、(2)营运商/I&M:确定波束形状,零点的位置/角度,最大程度地减少频段干扰、(3)针对政府审查机关可以检查靠近基地台的场强强度确认安全性、(4)对后续网络维护:可以在给定的方向和强度下发出已知的「测试模型」信号。需要遵循的标准有两个规章规定,分别是3GPP的TS 38.104 V15.10.0 (2020-06),以及TS 38.141-2 V15.6.0(2020-06),同步处理天线正交功率的复杂计算,还有关于发射角度、频谱的杂讯滤波的能力,以及测距等不同的问题待处理,挑战不少。

考量OTA EIRP的测试上的不同挑战与难度,安立知针对5G NR推出EIRP测试与3D室内及户外覆盖映射之场测仪器Field Master Pro MS2090A是一台手持式频谱分析仪,用来测试EIRP的参数,测试上需要注意号角天线(Horn Antenna)搭配,并使用雷射测距仪的辅助量测距离并输入仪器以计算天线的损耗(Loss)数值,分别得到EIRP垂直与水平的数值并加总计算(EIRP SUM),设备功率发射端与接收端的计算,加上距离所产生的路径损耗(Path Lost)的几个不同参数的加总计算,以及实际的现场量测来互相比较与验证。

美、日电信商的5G测试的进度与重要更新

业务暨技术支持部协理Petrushka Hsueh接续简报主题是「Carrier and Conformance Testing Status Update」,分享5G 一致性协议测试及营运商网络验收测试的最新信息,同时介绍了安立知广受欢迎的 5G NR测试平台。

由于COVID-19(新冠肺炎)的影响而导致5G标准制定有些延后,目前在FR1频谱的一些标准的讨论都需要延到2020年11月或甚至更晚的时间,而FR2频谱因为毫米波测试需要用CART Chamber所组成的测试系统,监于讨论的范畴更为庞大,预计会延后到2021年第1季底,所以延迟的状况会对认证测试的进度有相当的影响。

而全球主要市场的进度,谈到热闹滚滚的北美电信商的近况,首先T-Mobile因为购并了Sprint所以两家合并测试与验证的规范,另外新兴Dish有望成为美国第四家电信商,预计2023年提供全美78%的5G覆盖率的服务,以全美三大电信商今年侧重在Sub-6G Hz的测试案例设定,这是以布建成本考量下的必然。

在FR2的测试案例来看,Verizon最为积极,而T-Mobile大约完成9个城市区域的布建,至于AT&T仍以大城市为主。然而FR1频谱的SA网络的布建,T-Mobile看2020下半年,而AT&T与Verizon都预计在2021年上半,安立知与北美电信商的测试案例的合作进度都超前目前的竞争者的进度。

另外,就日本的5G状况,由于日本采取频谱配发制度,新的频段的考量目前看好FR1的4.8GHz~5.0GHz,以及FR2的26.6GHz~27GHz还有39.5GHz~43.5GHz频段,但是迟迟未见正式公告的时程与进度。

日本四大电信商Docomo、KDDI、SOFTBANK与Rakuten与安立知的合作各有不同的策略,Docomo与KDDI的测试案例都是合作开发完成,SOFTBANK则由安立知提供设备与测试解决方案。

安立知与世界第一线的电信商的合作从3G世代一直延续到5G,目前全球已经有300套设备与测试系统持续提供测试服务,由于产品设计弹性佳,透过部分设备的新增,让旧的系统可以升级并继续使用,除了3GPP的测试标准之外,安立知也根据不同区域的电信商的特制需求提供客制化设计与合作开发,取得移动通信产业重要的口碑。

完整测试解决方案与产品策略

最后就安立知产品策略来做总结,除了上述的ME7803NR所支持的5G强制性测试系统之外,针对多合一的5G NR方案支持协议一致性测试及电信营运商认证验收测试,另外提供ME7873NR做为射频认证测试的基础,而ME7834NR支持3GPP协议一致性测试(PCT)及电信营运商认证验收测试(CAT)的移动设备测试平台,并结合安立知新型OTA chamber MA8171A和RF转换器,可支持3GPP定义的全部5G频段范围,包括Sub-6 GHz和毫米波频段。

量产测试解决方案则有用于Sub-6G Hz的MT8870A,以及MT8000A配上2839G的Converter做为升频的非训令测试之用,面对生产线端的大量生产与测试的需求,提供有效的测试解决方案。

蜂巢式车联网测试与市场机会

Anritsu Japan市场营销专家Fumitaka Kubota先生介绍V2X技术的发展,演讲主题是「V2X Market Trend and Technology Overview」,主要分享在3GPP R16热门的C-V2X市场趋势与测试技术。

V2X技术是自驾车系统的起手式,目前的雷达与光达的设计可以在可目视的范围内侦测来车与环境信息,以做为互动的基础,但是对于远距离的来车或是被建筑物所挡住的汽车,则仰赖V2X技术来做为解决方案的核心。

以产业标准的制定进度来看,中国明显的超前,将在2020年底公布C-V2X标准,并且预计在2020年10月在上海进行大规模实际模拟测试,美国则订在2022年中,至于欧盟将更晚到2023年才上路。

频谱的使用则保留5.9GHz频段做为智能交通运输系统,但是考量不同国情与其它通讯服务间的协调,所以还处于未完成阶段,V2X的系统架构,分为云端服务与现场直接侦测与沟通,将大量使用5G行动网络的架构,搭配现场直接沟通的协议,举凡汽车间、汽车与周遭交通号志,以及汽车与行人间的沟通。

安立知对于V2X的测试解决方案,首先介绍车载资通讯系统服务与测试解决方案使用MT8000A/MD8475B网络模拟系统为基础,再接上PC执行系列的软件,安立知对于愈来愈受瞩目的汽车相关的测试解决方案提出汽车测试解决方案的产品组合,一共涵盖包括车载资通讯系统、车用信息娱乐、C-V2X、汽车雷达等四个产品线。

再者,专门针对LTE-V2X的车用射频效能测试,则推出MT8870A系统,而针对车联网功能性测试解决方案,这是一个统包集成测试系统,其可以使用多种模拟路上行人互动情境测试,包含设定车速、测试距离等资料,并使用Google Map做为软件接口,对于未来车用系统的测试,安立知已经具备站在前端的技术,可以迅速掌握成功的重要关键。

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