移动通讯设计难度高 善用设备收事半功倍之效

5G应用的Millimeter Wave频段扩展方案，动辄32GHz、38GHz、60GHz以上等频段的扩展应用，考验测试仪器的检测极限。Rohde&Schwarz

不管是相关技术仍在发展中的5G移动通讯网络，还是目前已相对成熟的LTE无线通讯技术，消费者面对高速联网、高带宽网络的需求一直没减缓，甚至驱动着RF技术极限向前推进，相关产品开发除需透过验证、仪表确保无线效能表现，开发段也需要更精密前卫的RF验证设备投入加速研发成果…

随着消费者对于无线移动上网的网速需求越来越高，再加上IoT物联网应用预估将在2020年爆发、预计增近500亿部联网装置，以有限的频谱资源与使用管制要求，在RF连线运用现有的技术架构肯定无法负荷，而应用LTE新颖的无线射频技术甚至导入5G通讯技术，反而能有效纾解持续暴增的联网需求。

电信技术更迭速度加快  5G技术可望2020年释出

观察过去的无线通讯网络的发展轨迹会发现，过去从2G/GPRS移动通讯网络推进到3G所耗用时间很长，但检视自3G/HSDPA再推进至4G无线数据服务，整个4G商转服务上路的过程也仅耗了约5年的时间，但其间的技术升级与应用架构的复杂度反而却更高，也就是说新一代的无线通讯技术不仅改版更迭速度快、技术层次也向上巨幅提升，而较4G更先进、高效率的5G移动通讯技术，预计也可能在2020年推出，不仅技术更迭的速度更快了，相关技术研发所需的时间更短、复杂度也更高。

较4G无线通讯技术研发更严苛的是，业界对于5G无线通讯技术仍未有具体定义，各业者也就自己的技术优势关注相关核心技术发展，目前较能掌握的是5G核心技术会发展如大规模多重输入？多重输出(Massive MIMO)天线、基站优化、运用Millimeter Wave(mmWave) Wireless 毫米波调变技术改良方案进行相关RF管理效率、传输效能的提升，至于不管是天线还是RF设计核心技术，每种通讯技术都需自演算法过渡到原型(Prototype)制作，期间需经过繁复过程，也需借助性能极佳的开发平台来进行试作的性能验证、技术的相关参数优化改善，透过有效精确的数值分析加快原型制作与效能评估的时间。

验证5G应用的RF技术  测试验证工具亦须大幅升级

而为加速新一代RF技术研发，相关的测试验证辅助工具也进行了功能上的提升，例如，透过结合模拟的无线电Software Defined Radio(SDR)软？硬件设计流程，可有效减少转换与验证时程，也能加速5G应用平台的原型设计流程。

尤其是5G的RF平台技术，必须从系统层级解决部分开发技术门槛，并减省验证耗费的时间，透过SDR硬件电路架构，整合中央处理器(Central Processing Unit；CPU)？通用处理器(General Purpose Processor；GPP)、数码信号处理器(Digital Signal Processor；DSP)、现场可编程闸阵列(Field-Programmable Gate Array；FPGA)与射频前端(RF Front-End)等关键模块，因为涉及的硬件模块功能差异大、不同模块使用的语言与架构不同，需要跨不同技术人员甚至是研发单位整合开发，尤其是FPGA特性与处理器整合使用的开发模式、环境与工具不一样，系统花在后期整合的难度相对较高，从演算法阶段推导到实务的原型设计阶段，开发时程通常要超过3？4季。

较新颖的设计整合方式，为透过Software Defined Radio(SDR)进行开发整合，应用通讯系统化的设计模块来强化多元演算法的原型设计，透过不同程序语言部署的无缝转换机制，减省原有需要跨不同专业维度、多开发团队协同合作的开发刑事，仅须透过整合开发平台搭配设定控制、系统定义等过程，就能快速整合出功能原型设计，搭配硬件进行开发成果的验证修正流程，让原本动辄至少一年以上的开发时程可以大幅缩短，增加5G进阶RF技术的开发速度与成果，提高原型系统的制作速度。

5G通讯技术传输条件更高  高频验证难度大幅提升

与4G移动通讯应用环境不同的是，5G的RF设计方案，在技术要求上必须能达到1GHz以上可用带宽、100Gbps传输效能等基本条件，为增RF通道的传输条件，目前相对较成熟的方式为透过应用30GHz以上Millimeter Wave频段，再搭配天线阵列、Massive MIMO与波束控制(Beamsteering)等多元RF效能提升方案，才有可能在现有RF技术下达到5G通讯技术要求的技术极限，透过各种可能的RF效能提升方案虽能有效提升传输特性，但如此也带来更多相关技术整合的难度。

实际的使用状况为，5G移动通讯应用将再把RF通讯技术推到新的技术层次，对关键通讯元件？RF发射器件、RF系统设计和应用量测均带来极大变革！加上移动数据传输量呈现猛爆成长态势，与物联网(IoT)应用终端数量骤增，5G通讯标准除面临有限频谱资源限制与无线架构的技术瓶颈须突破外，实际所需的技术方案带宽、效能与相关技术能建构的应用效能仍有一段落差需要克服，为能跨越开发门槛，以美、欧、日、韩与大陆多数将技术扩展的关键点，关注在30GHz以上Millimeter Wave频段的扩展应用上，解决现有移动通讯频谱限制与必须和现存WLAN技术共享频谱资源，也可能发生资源竞争的难解问题。

Millimeter Wave频段应用利多  但相关开发瓶颈仍待突破

然而，即便5G应用在Millimeter Wave频段可以轻松取用额外的应用带宽，但实际上在30GHz以上的高频频段基于物理性限制问题，信号传输距离增加即会导致信号品质衰减的问题将会更形严峻，尤其是60GHz的信号每米距离即产生约20dB的衰减，这些都会导致5G在应用Millimeter Wave频段扩展传输条件的技术发展限制，而且高频元器件本身就在元件、开发与验证成本相对较高，未来导入消费性电子应用可能产生的成本问题并不容易解决。

在全球的5G研究方向，大多关注投入32GHz、38GHz、60GHz以上等频段的扩展应用，进行新一代5G网络架构的原型开发设计，期待先投入前期开发加速后期5G通讯技术规范释出后，加速验证技术的可行性，用以抢先掌握5G核心专利优势，包括电信通讯标准组织、学术机构、通讯业者，多数投入5G前期技术研究，开发重点在扩充基站的数据吞吐量、集中调校阵列天线信号发射方向提高传输效率、或搭配波束控制技术改善信号品质，同时布署基站搭配大量Small Cell作为大型基站的网络中继站点，改善前述Millimeter Wave频段可能的物理性限制，扩展传输距离、基站信号覆盖范围，达到更高电信服务覆盖率。

而5G核心技术均集中在大规模的天线、通讯节点控制技术方面，在相关电信底层技术研发阶段，更会重视网络系统的原型开发与设计验证，透过具高效运算、可程序化软件控制的验证系统，搭配高精密度的仪器设备进行开发成果验证与技术修正，才能收事半功倍之效。