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5G起飛 測試工具再升級
面對5G 工程師不再赤手空拳
[作者 王岫晨]   2015年05月18日 星期一 瀏覽人次: [10083]


5G來了!5G已經正式開始邁入研發階段,事實上,5G所帶來的一個重要概念,就是Gbps Anywhere。而其傳輸速率也比4G高出約一百倍左右。5G所要求的傳輸速度,不只要快,還要即時性(Real Time)與可靠性(reliable)。當然,這都是5G理想上的設計要求。


目前4G的LTE已經正式上線運作,當然LTE的速度依然不夠消費者所要的快,所以市場已經開始對於5G的速度虎視眈眈。只不過5G的出現,也並非要用於取代4G通訊。在5G出現後,LTE依然將使用大部分6GHz以下的頻譜,而5G技術將會使用到更高的頻段。這兩種技術將會同時存在使用者的手機之中。



圖一
圖一

5G技術解析

雖然說5G技術還處於起飛階段,許多技術規格都還在討論之中,尚未定案,不過為了有效強化無線通訊的資料傳輸率,一般認為包括載波聚合(Carrier Aggregation)、強化版MIMO(Enhanced MIMO)與異構網路(Heterogeneous Networks)等,都將會是普遍用於5G的關鍵技術。


此外,為了真正實現5G,包括毫米波(mmWave)、通道量測(Channel Sounding)、大規模MIMO(Massive MIMO)等技術的使用,也都必須要加以考量。


毫米波其實就是IEEE 802.15.3c標準,屬於電磁波的一種。電磁波其實普遍存在於生活環境當中,例如手機訊號、廣播頻段等,都是透過電磁波來傳送訊號,所不同的是電磁波的波長。一般來說,波長愈長越低頻,訊號所能傳送的距離就越遠,例如美國軍方使用的超低頻訊號距離可達10,000到100,000公里。至於波長越短就越高頻,毫米波就是一種超高頻,波長也極短,約1到10mm。


在4G的應用中,訊號頻率多半集中在6GHz之下,到了5G,訊號將會普遍超過6GHz,例如三星目前的毫米波解決方案,是在27~29.9GHz間的28GHz頻率傳送資料,透過64根天線來解決訊號衰減問題,如此資料傳送距離可達2公里遠。至於中國則是專注於發展60GHz的毫米波技術。



圖二
圖二

也正因為4G技術的頻段多半落於6GHz之下,在過去幾十年來,通訊市場所了解的蜂巢式(cellular)行動網路傳播條件,都普遍落在450MHz至3GHz頻段之間。打從GSM系統商轉開始,傳輸通道模式皆依循著這樣的基礎來進行開發,並在實驗室中,透過真實環境的模擬,來進行基地台與終端裝置的效能驗證。


6GHz至100GHz的新頻譜都仍處於討論階段,並需要更多的測試資料來進行驗證。

只不過,相對於這些舊有的頻段,超過6GHz頻率的無線通道,相關知識仍然有限。雖然許多通道量測(channel sounding)的活動已進行相關成果發表,但事實上,6GHz至100GHz的新頻譜技術應用都仍處於討論的階段,並需要更多的測試資料來進行驗證。無論是眾多的研究項目,或即將推出的3GPP標準化,都需要全面性的測試數據,協助未來找出合適的通道模式及最佳的測試效率。


另外,Massive MIMO也是5G的核心技術之一。透過這種多天線的原理,來提升無線頻譜的效率,可以有效增加網路覆蓋率和系統的總流量。一般來說,Massive MIMO基地台的資料吞吐量,可達到傳統8天線TDD標準4到6倍。未來不管是向下相容4G標準、或者向上支援5G服務,都是不可或缺的設計考量。



圖三
圖三

結語

5G的出現,將測底解放4G通訊的速度,也將讓所有消費者對於無線上網更有感。當然這些新技術與新標準,勢必也將為測試驗證帶來新的挑戰。目前正處於起飛階段的5G通訊,讓所有測試設備廠商正摩拳擦掌,準備好相關的測試工具,一但5G相關產品問世,將可馬上進行相關的測試與驗證工作,讓工程師面對更困難的5G挑戰,不再赤手空拳。


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