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OTA測試決定5G通訊成敗關鍵

2018-08-09 10:55CTimes零組件

【作者: 王岫晨】

2018年8月(第322期) 終極顯示技術Micro LED
2018年8月(第322期) 終極顯示技術Micro LED
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隨著3GPP於2017年12月底於葡萄牙里斯本完成5G NR NSA的通訊協定規格制定,2018年5月底於韓國釜山完成5G NR SA通訊協定的規格制定,人們終於可以一窺5G的技術全貌;全球各大營運商也宣示預計於2019到2020年間要將5G正式商用化,預期亦將帶出一波新興的商業模式以及市場應用。

而5G的研究人員目前正面臨一個嚴峻挑戰,就是他們必須逐一調查種類與數量繁多的波形、頻率和頻寬,包括頻率低於6GHz,以及微波和毫米波頻率的波形,其頻寬可能相當寬。5G在標準化程序中,實體層波形逐步被定義,過程中也出現許多彼此競逐的候選波形,例如:多載波濾波(FBMC)、正交分頻多工(OFDM),以及通用多載波濾波(UFMC)等。為了因應各式各樣可能出現的情境,5G研究人員亟需靈活的測試環境,以便有效進行5G信號產生和分析研究。

5G波形產生與分析測試挑戰

5G的意義遠遠超出了單純提升資料的傳輸速度。在演進上,5G通技術必須要能滿足下列三大需求。

1.更高的移動資料頻寬和容量,能夠處理日漸成長的無線資料流程量。

2.借助即時關鍵連接為無人駕駛汽車、機器人、自動化工廠、醫療應用等關鍵服務,提供更高的可靠性和低延遲。

3.減少大規模物聯網應用的開銷,例如消耗極少頻寬和功率的感測器網路。

讓這一切實現的關鍵就在於無線網路。然而無線網路的性能是最難掌控的一個參數,因為它對設備和系統的依賴性極大。為了讓5G發揮預期的特性,必須確保市場上5G產品及服務的無線通訊性能都是穩定的。現階段5G所得到的承諾數據,多半是在實驗室中的理想條件下,所得出的實驗結果,然而在真實應用中所呈現出的特性,則將取決於實際的無線技術效能。因此,如何正確測試每個設備和應用的無線通訊性能,將會是關鍵。

在5G研發的早期階段,靈活性是最關鍵的要素。例如研究人員必須能夠靈活在各種不同頻率和調變頻寬上,採用多種調變機制來進行「假設」分析,以便評估初始概念和可行的5G波形。可能選擇了錯誤波形的風險,進一步突顯了靈活性的重要性。如果研究人員能夠擁有多元而靈活的信號產生與信號分析工具,就能在出現更強勁的5G候選波形時,迅速改變研究方向。

藉由使用靈活的測試平台來進行實驗,工程師便可透過原型演算法和硬體來評估新興的波形,而且還可在執行模擬時,快速、輕鬆地在各種假設情境間轉換,並且使用原型演算法和硬體確實進行測試。具體而言,有三項重要的5G研究和早期測試都需要更高的靈活性:

1.產生與分析新的5G候選波形;

2.支援廣泛的調變頻寬,從幾MHz到幾GHz;

3.支援廣泛的頻段,從射頻、微波到毫米波。

OTA測試需求大增

5G設備和基地台的測試和測量方法將明顯跟現有的方法不同。從技術角度來看,鑒於5G設備中的RF架構和所使用的頻段更高,以往在RF實驗室中透過同軸電纜進行的測試,在5G則將需要採用OTA(Over-The-Air)方式來進行,因為這些設備中將不會有任何實體連接器。而除了天線測試之外,所有其它RF系統的性能參數和無線資源參數,也都需要採用OTA方式來進行,不能單頻電纜線來完成。

5G所要求的容量和可靠性,將會需要高增益的束波成形天線,這不僅是為了補償隨頻率增加而提高的傳輸損耗,也是為了要提供更多活躍設備連線所需要的高輸送量。5G可以提供更寬的頻譜,頻率高達100GHz進而能夠實現Massive MIMO,這其中將會涉及多個小天線單元和設備的內部處理,因此重點將會從天線測試轉移到系統測試上。終端與網路設備都將需要在系統級和多種配置下進行測試,包括來自其它設備的高增益干擾測試。

因此,在5G的開發過程中,OTA測試將會大幅增加。再加上必須驗證5G無線設備與天線性能,這對於產品開發、生產、售後技術階段的OTA測試,都產生了更高的需求。

5G市場的重大變革

5G是一個不斷演進的通訊標準,而且最重要的是,隨著5G不斷擴展新的產業與市場,其廣泛的應用領域與裝置數量將快速成長,這些現象都會持續推動市場對於全新測試解決方案,以及改進現有測試方案的需求大增。目前已知5G應用中的一大挑戰,正是5G產品開發過程需要更頻繁地進行測試,因為大多數測試都將採用OTA方式,而非透過傳統的電纜方式進行測試。

現在已經能夠看到,許多廠商正逐步開始將既有的實驗設備,改造成為OTA測試實驗室。這些測試將包括設備的靈敏性和網路通訊穩定性,其中還包括模擬實際環境中,動態射頻訊號場景下的切換測試。

至於另一大挑戰,則是以前從未生產過無線產品的廠商,現在需要能夠獨立完成無線測試。為了保持競爭力,他們需要在以前沒有聯網的產品中,增加無線連結功能。在未來的5G時代,無線連接將與現在的互聯網一樣被視為理所當然,這將是5G市場的一個重大變化。

解決方案

※安立知2埠E-band向量網路分析儀

安立知:「這是最經濟的高頻測試解決方案!」

安立知的ShockLine系列擁有2埠的E-band VNA機種,這是透過安立知的VNA技術,整出兩個升頻的模組。安立知透過自身的技術,讓雙埠VNA可以直接擁有E-band功能,並可從原本支援的60~70GHZ,延伸到55~92GHZ,這也是目前市面上2埠到4埠VNA機型中,最經濟的量測解決方案。

特別是在60GHZ這個頻段,現在常用的高解析影像,就是使用60GHZ這個頻段。如果頻率再往上的話,就可以看到無線通訊應用的新趨勢,也就是點對點的微波系統,這將會從Ka-Band升頻到大概80GHZ附近的頻率。而這款E-BAND專用的VNA可以直接提供客戶量測該頻段設備的能力,這也是目前最容易達到該頻段的測試機種。

圖1 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀
圖1 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀
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※羅德史瓦茲:「這是要求嚴苛的研究單位與產品開發測試首選!」

全新的R&S FSW85高階訊號及頻譜分析儀率先支援單次掃描頻率範圍由2Hz至85GHz,使用者即可於單機進行基頻與射頻的測試應用;由於R&S FSW85毋須額外搭配外部混頻器,因而大幅簡化了測試配置。此外,內置預選抑制了鏡像頻率與其他雜散發射(Spurious Emission)。

R&S FSW85透過選配升級500MHz的內部分析頻寬,提供雷達元件開發者各種分析選項,特別是車用與航太國防的應用上。當R&S FSW-B2000選配與R&S RTO數位示波器結合, 即可達到2GHz的分析頻寬;研發人員即可進行5G下世代行動通訊訊號或複雜脈衝參數的寬頻訊號分析,以及雷達系統的訊號分析。

圖2 : 羅德史瓦茲FSW85高階訊號及頻譜分析儀
圖2 : 羅德史瓦茲FSW85高階訊號及頻譜分析儀
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※是德科技寬頻毫米波網路分析儀解N5290/91A

是德科技台灣區總經理張志銘:「新的網路分析儀解決方案提供計量級效能和穩定度!」

是德科技(Keysight)宣佈推出寬頻毫米波網路分析儀解決方案,可提供頻率高達120GHz的卓越系統級準確度。新的 Keysight N5290/91A解決方案可產生計量級結果,讓尖端開發人員能夠自信地分析其毫米波設計。

新型解決方案可針對晶圓上及連接化量測提供出色的穩定度和準確度,以增強裝置特性分析與建模能力。在24小時內,振幅穩定度小於0.015 dB,相位準確度小於0.15度。

該解決方案善用是德科技經過產業驗證的計量專業知識提供校驗功能。這項功能基於支援1.0 mm校驗套件(85059B)和1.0 mm驗證套件(85059V)的改良後準確度資料庫。在此堅實基礎上,新的寬頻毫米波解決方案提供可追溯至國家計量機構的量測結果。

圖3 : 是德科技寬頻毫米波網路分析儀N5290/91A
圖3 : 是德科技寬頻毫米波網路分析儀N5290/91A
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※NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)

國家儀器技術行銷經理潘建安:「NI向量網路分析儀可提供精準的RF效能!」

NI針對精巧的模組化PXI平台提供了向量網路分析儀(VNA)功能,可提供極為精準的RF效能。其具備了300kHz~8.5GHz的頻率範圍、10Hz到500kHz的IF頻寬、超過110dB的動態範圍、-30到+15dBm的來源功率範圍、雙源架構具備獨立頻率與功率調整功能等。

圖4 : NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)
圖4 : NI PXIe-5632向量網路分析器(VNA)
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※Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀

太克科技:「我們以一貫的準確性和可信度,在獲得量測能力的同時也兼顧預算!」

除了擁有更好的功能支援和品質,也兼具易用性和經濟性。Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀是新推出的產品,不僅比業界其他的桌上型產品價格低於40%,同時還擁有量測效能和便利性!憑藉Tektronix一貫的準確性和可信度,在獲得日常量測能力的同時,還能兼顧到預算。

TTR500系列比起其他競爭對手產品,擁有低於40%價格的優勢。其對動態範圍等主要參數提供更佳的射頻效能,並包括過去需要支付額外費用才能獲得的內建T型偏壓器。全新的TTR500系列VNA以經濟實惠的價格,為工程師提供6GHz的2埠VNA所有功能和效能。

圖5 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀 圖片來源...
圖5 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀 圖片來源:tektronix.com
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