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Lte-Advanced、5G移动通信与射频设计的测试挑战

  • DIGITIMES企划

即便是LTE-Advance小幅优化升级的通讯技术,其实对于原有的Lte产品验证能力已有数倍的难度提升,考验检测仪器的能力。Agilent

MWC 2016中5G无线技术市场的相关系统应用、终端应用已俨然成形,传输效能更快、更稳定、服务质量表现更好固然让相关应用更值得期待,但随之而来的产品互通性、兼容性测试技术也将更趋繁复。

第五代移动通信技术(5G)一直是相当热门的话题,从相关通讯技术架构底定到技术实作逐渐接近产品化,接踵而来的便是从生产设备、系统设备、终端设备的各种5G通讯产品互通性测试、兼容性测试等验证需求,也只有更缜密的验证测试才能让产品顺利推出市场。而5G产品测试与验证,有别于4G产品的测试需求,不仅通讯技术较前代更为复杂,加上传输效能大幅跃进也让测试设备的讯号分析能力要求更高。

LTE-Advance与5G行动数据应用,已大幅增进传输效能,检测设备、仪表也必须对应升级,才能应付功能检测的需求。Rohde & Schwarz

因应未来5G移动通信技术传输效能大幅升级,行动装置SoC芯片也必须对应优化,图为内建10个核心的SoC芯片。MediaTek

5G移动通信技术更先进  考验检测设备能力

5G移动通信由于技术新颖,也扩展移动通信更多可能性,例如重点改善扩展的通道传输带宽、降低网络延迟问题、提高服务容量等,虽然延伸进阶应用的内容尚未能具体成形,但可以预期5G移动通信可以更弹性使用传输性能、更低的传输功耗,势必可以再扩展至物联网(Internet of Things;IoT)应用,同时,大幅优化的无线数据传输效能,也能让5G技术应用于高数据量的串流视讯应用,让行动数码影音传输应用更具商用价值。

伴随新一代5G移动通信应用而来的进阶通讯技术,也将更进一步增加相关产品验证检测的困难度,例如大规模MIMO(Massive MIMO)技术(又称大规模天线阵列系统,(Large-Scale Antenna Systems;LSAS)),即便相关技术仍持续优化中,但势必为追求更趋完美的5G通讯应用技术,未来相关验证设备也必须能分析检证进阶5G技术衍生的通讯分析需求。

可用频谱越来越少  运用毫米波技术扩充带宽

有趣的是,在5G应用技术领域中,由于我们生存的空间可用频谱,因为相关无线应用早已充斥生活周遭,导致可以用于无限数据通讯的频谱越来越吃紧,尤其是低于6GHz的频谱越来越少,而在5G应用技术中,之所以能扩充传输效能与提升服务质量,因为其以毫米波(mmWave)进阶技术切入通讯与数据传输应用,透过mmWave方案有效扩展带宽、增加单位通讯通道的使用效能,才得以加速相关通讯应用。

超高传输效能也是另一项5G通讯技术特点,透过5G通讯基础,理论上可以获得较4G快上100倍的传输能力,甚至达到接近固接网络相同的低延迟性、高传输效能,同时可连接的行动装置数量也会在新架构下获得更显著的改善,而要达到前述的技术水平,则必须在5G关键大规模MIMO、毫米波通讯技术上获得更稳定的应用处,这部分的技术验证所使用的检测仪器就左右5G技术是否能有高可用性的重要关键。

针对进阶多天线、调变技术  检测技术也须对应升级

对电信与设备业者来说,测试设备供应商面对的不仅是最先进技术前沿的通讯技术验证需求,同时,对于新的电信设备、行动装置在开发阶段,检测设备的高精准度与因应复杂测试分析的能力,也会影响到产品开发的进程,而新一代的Massive MIMO、LSAS与mmWave分析验证,其复杂度甚高于4G技术的验证需求,测试仪表业者也必须开发可符合量产批量测试需求的验证方案,不仅在开发端满足测试、检证实验数据的仪表要求,在生产端也要能满足大量生产通讯设备所需的批量快速验证需求,技术难度更高。

目前投入5G通讯检测设备的厂商相当多,如Anritsu、National Instruments、Keysight Technologies、Rohde & Schwarz等测试设备一线大厂,大多专注于Massive MIMO、LSAS与mmWave分析验证需求推出进阶检测设备,此外象是National Instruments还针对5G测试应用需求,扩充既有的LabVVIEW设计套件,针对可透过软件定义的验证设计加速产品验证速度。

即便Lte至Lte-A移动升级  相关设备要求也必须对应优化

另一个较大的问题在于,5G移动通信也形成了一个信号检测的另一道技术巨墙,在4G Lte的传输效能资料下行峰值可以达到300Mb/s(Lte-Advanced理论可以达到1Gb/s传输效能),然而,用于测试5G产品的设备至少能达到可检测2GHz带宽的解析水平,这表示测试信号的难度提高将近100倍,而在传输性能提升方面,几乎目前新一代检测设备大多已具备对应数据分析能力,对于检测5G应用产品已绰绰有余。

对于Lte技术的推行方面,目前全球地区性主流通信服务商大多已经将Lte投入商业运转,但紧接在后头追赶的5G移动通信上网技术,由于在各个层面已超越4G数据通讯甚多,为延续4G通讯的竞争能力,服务业者也尝试在现有Lte架构进行体质上的优化,这也是为什么Lte-Advanced在Lte基础下再扩充进阶的通讯技术,成为现在投入4G服务的电信商扩展延续先前4G投入回收的重要商业策略。

为进阶5G通讯技术预做准备

不管是将现有的设备、系统从4G升级到Lte-Advanced,或是为下一代5G移动通信技术预做准备,对于现有量测仪器来说都将面临设备汰换或升级的关键时点,量测仪器设备的信号分辨率、套装量测功能集成,势必都须要面临大幅升级的需求。例如,现有Lte的下行数据传输最高可达到300Mb/s,但升级至进阶的Lte-Advanced理论上其下行数据传输就能达到1Gb/s!另一方面,Lte原有的上行传输速度可达75Mb/s,然而一样的理论上行传输效能Lte-Advanced已能达到500Mb/s。

再来关注Lte-Advanced的全球部署状态,2015年的统计Lte通讯商用网络全球已超过367个,其中已有49个商用网络也提供Lte-Advanced,现有不只电信服务商还是设备制造/开发,都须面临Lte转Lte-Advanced的进阶转型潮流,甚至也要针对测试要求、与环境更严苛的5G移动通信技术检测预先做好准备。

未来,可以预期Lte-Advanced将逐渐成为现有Lte通讯技术的扩展应用,而进阶至Lte-Advanced也代表著检测难度至少增加了数倍,而面对未来更高效的5G通讯技术,现有检测设备必定会出现性能、功能无法达到验证要求的问题,验证检测设备除需在基本的检测解析能力大幅优化外,再针对新通讯技术独特的技术方案,是否能备齐对应之优化的检测方案,如针对Massive MIMO、LSAS与mmWave分析验证需求、或是集成聚合多子载波验证传输链路的进阶测试能力,就成为选择检测仪器设备的重要关键。