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OTA測試 一次解決5G高頻測試大小事
三大挑戰一次解決

【作者: 王岫晨】   2020年01月15日 星期三

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2019年被認定是5G商用元年。全球有超過50家電信營運商開始佈建5G網路,且主要部署非獨立式(NSA)的5G NR組網。為了實現智慧製造、智慧醫療、智慧交通等創新服務,實際提供網路切片、多接取邊緣運算(MEC)、AI分析的獨立式(SA)5G NR架構,將扮演重要角色,同時思考設計新型態的收費模式。


事實上,5G NR網路部署需求,將能帶動相關設備供應鏈。預計從2020年開始,中國大陸、南韓與美國等主要營運商,將陸續展開獨立式的5G網路佈建,進而驅動SA設備供應鏈發展。而B2B2X之新興應用也需要新的資費模式,基於三大5G特性基礎上,應用服務設計將更為客製化,且面向不同客戶類型,資費方案的設計將更靈活,也具差異性。


營運商邁入5G SA

全球目前已有27個國家、超過50個電信營運商布建5G網路,主要布建架構為非獨立式(NSA)5G NR組網。資策會MIC資深產業分析師李建勳指出,為實現智慧製造、智慧醫療、智慧交通等下一代創新應用,獨立式(SA)5G NR架構將扮演重要角色。從2020年開始,中國大陸三大營運商、南韓主要電信業者SK Telecom、KT與美國Verizon、AT&T、T-Mobile將展開5G SA網路布建。


另外,5G收費新模式也是觀測重點,電信營運商將進一步思考如何基於三大5G特性,設計多樣化、客製化資費方案,針對B2C一般消費市場有穩定營收,在5G垂直應用的B2B商用領域則藉由更靈活的商用模式擴展營收。


而觀測產業鏈的上中下游動態,MIC也提出五個關鍵趨勢。第一,產業鏈上游部分,5G應用帶動半導體市場與技術需求,包含:化合物半導體則需求增加、5G天線模組帶動AiP封裝技術(Antenna in Package)發展。因應5G高頻與基地台高功率需求,傳統矽因材料已無法滿足,可預期化合物半導體,或稱III-V族半導體市場將成長。除此,異質整合提供多晶片整合方案,其中AiP封裝技術成為5G射頻模組主流,整合RF IC與陣列天線等多個電子元件。


智慧手機再成長

過去兩年智慧型手機市場出貨量陷入衰退,預期2020年5G手機將開啟4G手機換機潮,驅動智慧型手機市場重回成長,根據資策會MIC預估,2020年5G手機出貨將達2.6億支、2021年達5.4億支,隨著5G零組件規格升級,將帶動半導體、射頻元件、散熱、電路板、被動元件、天線、記憶體產業成長。除此之外,中國大陸市場5G用戶數在2019年可望成為世界第一,其電信商也備妥銀彈準備推動5G用戶成長,然而貿易戰使中美供應鏈逐漸脫鉤,可預期臺灣與日本供應鏈反而能從中受益。


根據MIC觀察指出,雲端運算架構的轉變也更值得關注,從過去集中運算模式,加入邊緣運算、霧運算的多層次分工,形成分散式運算架構,打破目前網路頻寬對資料傳輸的限制與資料中心運算力瓶頸,加速IoT與AI相關應用實現。隨著多數國家2020年5G商轉,其高速、大頻寬與多連結特性將使5G應用從手機延伸至各個垂直領域,蒐集傳遞更大量數據,再加速IoT、AI、大數據等技術的發展速度。


毫米波的發展契機

相較於傳統用於LTE的蜂巢式頻段,毫米波的路徑損失高出許多,因此只能覆蓋幾百英尺以內的範圍。

在5G的發展中,毫米波將會帶來新一波的成長契機。由於在2017年,3GPP的Release 15規範已經將5G通訊使用的頻段正式定義在Sub-6 GHz(450MHz~6 GHz),以及毫米波(24.25 GHz~52.6 GHz)等兩個頻段。而美國聯邦通信委員會(FCC)也已經確定於2018年11月開始進行28GHz頻段的營運執照競標,這將會帶來許多新興應用的發展機會。


當然,5G毫米波的出現,除了帶來機會,也伴隨著挑戰。工研院產業科技國際策略發展所蘇明勇經理指出,相較於傳統用於LTE的蜂巢式頻段(如2GHz),毫米波的路徑損失高出許多,因此只能覆蓋幾百英尺以內的範圍。而毫米波訊號的另一個缺點,就是很容易受到日常物品的阻擋,舉凡人體、牆壁、樹木、或者惡劣天氣也都會造成訊號的阻擋。當然這些問題也產生了相對應的解決技術,例如透過波束成型與波束追蹤等技術,利用多訊號路徑和訊號反射,就容易解決訊號易受阻擋的問題。高通現在也開發出回饋演算法,可發展非直線視距(NLOS)傳輸及非直線視距行動毫米波。


高頻測試挑戰

就目前來看,OTA量測是解決5G NR高頻測試挑戰的最適合方案。5G高頻測試的三大挑戰,包括了量測準確度:由於天線校準與準確度,治具設備容錯範圍與訊號反射等因素,會產生量測的不確定性;測試計畫複雜:必須將新量測作業整合至裝置測試計畫中,進行電波暗室整、波束特性等驗證;測試時間延長:隨著RF頻寬持續增加,校準與量測的處理需求與測試時間將會延長。


目前3GPP核准的OTA測試方法,包括直接遠場(DFF):涵蓋範圍領域測試需求,較大輻射天線陣列造成路徑損失,適用天線陣列小於5公分的裝置;間接遠場(IFF):一種新的替代方案,提供比DFF方法距離較遠的遠場測試環境;近場到遠場轉換(NFTF):能夠降低成本的緊密方法,且僅限於收發器應用,沒有接收器或射頻參數測試。


結語

2020將會是5G快速成長的一年。由於5G將跨及ICT和各不同產業,因此建議ICT產業與各行各業透過緊密合作,深化資通訊專業能量,並累積領域的專業知識。另外,透過軟硬體的整合與優化,可深化AI與ML、邊緣運算、開放網路軟硬體技術開發,加速發展5G時代下所需要的創新應用產品。


解決方案

是德科技N5247B PNA-X微波網路分析儀

圖一 : 是德科技N5247B PNA-X微波網路分析儀
圖一 : 是德科技N5247B PNA-X微波網路分析儀圖片來源:keysight.com

是德科技:「這是全球量測範圍最廣的單一連接量測應用!」


是德科技(Keysight)N5247B PNA-X微波網路分析儀,藉由更換機架和設備堆疊來簡化測試台。使用整合度最高、最靈活的單一連接微波測試系統,大幅提高生產力。這是全球量測範圍最廣的單一連接量測應用,可以有效縮短測試時間。使用進階誤差修正功能準確地測試線性和非線性元件特性。並可使用多點觸控顯示幕和直覺的操作介面,加速洞察元件特性


該系統的核心元件是德科技的PNA或PNA X網路分析儀,可搭配N5293A系列小型展頻器和N5292A測試儀控制器。為了簡化桌上型量測,工程師可在選配的桌面定位器上安裝展頻器。


安立知VectorStar系列ME7838A/E/D寬頻向量網路分析儀

圖二 : 安立知VectorStar系列ME7838A/E/D寬頻向量網路分析儀
圖二 : 安立知VectorStar系列ME7838A/E/D寬頻向量網路分析儀圖片來源:anritsu.com

安立知:「我們提供提供精確的量測及提供生產效率!」


VectorStar ME7838系列寬頻系統提供精巧的高效能毫米波模組,具備業界最佳的校準穩定度。當其他寬頻系統仍然於關鍵頻段上使用負指向性而僅能提供原始效能時,ME7838系列是唯一能於所有頻段採用正指向性的寬頻系統,具備更佳的校準及量測穩定度,可延長二次校準的間隔時間並提供精確的量測及提供生產效率。


全新ME7838D搭配Anritsu MA25300A毫米波模組將寬頻量測系統提升至高效能境界。MA25300A模組新增波導頻段,並結合 Anritsu 安立知開發的0.8mm同軸連接器,成為全球首款單次掃描操作超出W波段限制的寬頻向量網路分析儀。


羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀

圖三 : 羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀
圖三 : 羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀圖片來源:rohde-schwarz.com

羅德史瓦茲:「ZNA量測速度是傳統方式的兩倍快!」


新一代的R&S ZNA高階向量網路分析儀是一款功能強大的通用測試平台,用於量測主、被動待測物之特性。R&S ZNA目前共有兩種型號R&S ZNA26(10 MHz至26.5 GHz)及R&S ZNA43(10 MHz至43.5 GHz),提供146 dB(一般值)傑出的量測動態範圍,在1 kHz中頻(IF)頻寬下的曲線雜訊低至0.001 dB。


這兩個優異的特點對於高抗拒濾波器的量測至關重要。藉由獨特的硬體設計概念,R&S ZNA可以同步執行RF和IF混頻器量測,量測速度是傳統方式的兩倍快。透過高達100 dB之功率掃描範圍、每個測試端口的脈衝產生器和調變器、多種交互調變量測功能和頻譜分析儀等功能,讓量測變得更容易與簡單。


NI PXIe-5632向量網路分析器

圖四 : NI PXIe-5632向量網路分析器
圖四 : NI PXIe-5632向量網路分析器圖片來源:ni.com

國家儀器:「NI可為向量網路分析作業建立完整的解決方案!」


預先設定的 NI 向量網路分析儀 (VNA) 入門組合,包含 NI PXIe-5630 向量網路分析儀 (VNA) 與所有必備的硬體元件,可為向量網路分析作業建立完整的解決方案。透過彈性的 NI LabVIEW 圖形化開發環境,與 LabWindows/CVI 的 ANSI C 程式設計介面,即可建立自動化的測試作業,將網路分析功能整合至設計、檢驗,與生產作業中。而透過人機介面,即可互動控制 NI PXIe-5630 以執行既有的校準與量測。


在專屬的軟體定義架構之下,只要下載現成的 LabVIEW 程式碼,即可新增 NI PXI-2598 切換器以進行反向 S-parameter 量測。此外,亦可利用精確的自動校準模組,以進行快速且可重複的使用者校準作業。


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