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4G Small Cell測試挑戰大解密
沒有解決不了的問題!

【作者: 王岫晨】   2013年12月23日 星期一

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隨著4G無線網路的普及,4G Small Cell技術在快速成長的行動數據容量與網路覆蓋需求中,正逐漸被無線網路運營商與服務提供商廣泛視為最具經濟效益的方案之一。


整合WiFi成新趨勢

與城市中普遍使用的Microcell基地台相同的地方在於,Small Cell基地台同樣要求高頻率精確度,以確保訊號能在Microcell、Small Cell或Femtocell之間無縫切換,來滿足不中斷的行動數據服務。也因此,4G Small Cell所要求的訊號頻率精度為0.25ppm或更佳,且工作溫度範圍的頻率精度甚至必須達到0.1ppm。


當然,不論是在住家、辦公室或者街頭巷尾的使用環境中,發展Small Cell的主要目的,都是為了補足建築物裡外無線訊號受遮蔽,導致訊號微弱的缺點。只不過,目前不論在室內或者戶外,普遍已存在無線Wi-Fi的訊號收發器。在Wi-Fi收發器已雄踞山頭,而Small Cell又預備強行攻城掠地的情況下,馬上會產生的,就是訊號干擾的問題。


正因為無線Wi-Fi的室外熱點與室內的收發器以覆蓋了大多數的使用空間,這使得Small Cell一進入市場,就將遭遇Wi-Fi這個競爭者。當然,半導體業界遇到類似的問題,最快最好的解決方式,通常就是高舉整合大旗,將兩者進行整合成為單一裝置,讓同一個無線收發器既可收發Wi-Fi訊號,又可提供Small Cell功能,一舉兩得。


干擾問題如何解決?

事實上,在半導體微縮技術的加持下,持續走向高整合、低成本以及高效能的無線晶片組發展趨勢,將引領Small Cell成為新一代基地台的代名詞,而這樣的新一代基地台,勢必會將Wi-Fi收發功能的整合,視為發展重點。


NI行銷工程師潘建安指出,Small Cell這類家用基地台的發展並非剛起步,多年前相關廠商便已經在這個領域有所著墨。而業界多年來,針對Wi-Fi與Small Cell間的無線標準切換、QoS營運與安全性等多層面問題進行研究與探討之後,認為將兩者整合為單一裝置,將是最符合使用者利益的方式。在這樣的共識下,隨著Small Cell在未來幾年的逐漸普及,市場上將會出現更多同時擁有Wi-Fi與Small Cell功能整合的無線收發器。


然而,干擾的問題又將如何解決?


或許將4G Small Cell與Wi-Fi無線收發裝置進行整合,看似簡便又可解決許多問題。然而現今所提到的這些整合,其意義都還只是停留在物理層面,也就是將兩個不同的裝置整合到同一個盒子裡而已,而非在晶片端的實質整合。


但潘建安認為,如此一來,原有的無線網路選擇、無縫切換、以及天線整合等問題依然得不到完美的解決。更重要的是,整合後,原本還可分開擺置的兩裝置,變成得擠在同一個密不透風的盒子裡,干擾問題也是必將變得更為嚴重。這也都使得測試儀器在其中所扮演的角色更為吃重。


看來,面對4G Small Cell,測試廠商的要務,就是提供能完美解決兩訊號間干擾問題,且能同時擁有多項無線標準測試能力的完美儀器,來解決Small Cell系統廠商的難題。



圖一 : 4G Small Cell的佈建,當然是為了帶來無死角的通訊品質。但隨之而來的干擾問題,得透過測試儀器來加以解決。
圖一 : 4G Small Cell的佈建,當然是為了帶來無死角的通訊品質。但隨之而來的干擾問題,得透過測試儀器來加以解決。

訊號強弱有關係!

4G Small Cell是針對區域範圍更小的無線訊號補強所設計,就訊號發射功率上來說,是無法與一般的戶外基地台相比擬的。只不過,系統廠商也可針對訊號的強弱做調整,例如調高發射功率,能使無線訊號的覆蓋範圍更廣泛,收訊也更清晰,但伴隨而來的則是更大的訊號干擾問題。


至於調低發射功率,當然有助於減低干擾問題,但同時訊號覆蓋率也將隨之降低。這使得系統廠商必須依據產品的應用屬性,來調整Small Cell的訊號強弱。


台灣羅德史瓦茲應用工程支援部經理林志龍表示,就以訊號強度來看,4G Small Cell比起一般的戶外基地台,功率當然更低,這也使得Small Cell的訊號測試,對於訊號擷取的要求就必須更高,因為儀器必須能夠擷取到功率更低的無線訊號。


低功率的訊號,雖然更有利於訊號的解調,但需要考驗的卻是儀器擷取訊號的精確度。此外,針對不同訊號間的干擾問題,測試儀器也必須要能夠同時掌握才行。


其實,干擾問題並不難克服,只要有效規劃基地台的佈建,搭配無線訊號的功率調校,並透過儀器來進行訊號的模擬並進行校正,都可以避開訊號干擾的問題。


完美測試方案問世

4G Small Cell是4G標準,也就是大家所熟知的LTE。也因此,測試項目除了MIMO等功能之外,非信令測試也是重要的一環。


林志龍說,目前的行動通訊量測普遍遇到的最大挑戰,就是成本過高,以及測試時間過長等難題。為了降低無線通訊的測試成本,最好的方式就是將原本的信令模式,更改為非信令模式,如此便可讓測試成本大幅降低。此外,要縮短測試時間,則可透過序列式測試,來縮減整體的測試時間。


事實上,針對不同規格4G Small Cell所擁有的不同訊號功率,以及未來可能與WiFi進行整合後的不同通訊標準的測試需求,量測廠商都必須要能夠滿足。目前針對大型基地台,由於LTE在全球的迅速推廣及網路規模的持續擴大,支持多重通訊標準的基地台產品正不斷出新。


為了更有效協調各基地台製造廠商與各電信營運商之間不同的技術需求,3GPP也積極將多重通訊標準的基地台標準化,並分別規定了空中接口的必要條件及其相應的測試要求。


換句話說,針對多重通訊標準的基地台,測試廠商所提供的方案已經能夠滿足多數的應用。至於Small Cell是透過住宅閘道器或有線寬頻的連線,依xDSL/Cable/WiMAX/FTTB迴路,而能夠接取至行動業者網路的無線接取點技術,性質上類似小型基地台,透過量測廠商所提供的VSA/VSG等解決方案,都能滿足Small Cell設計開發與生產測試使用。


結語

4G無線通訊的商機無限,各國電信商無不積極佈建相關基礎設施,除了基地台之外,Small Cell更能補足城市建物的通訊死角。在量測廠商的努力之下,各式測試方案都可解決系統廠商的開發難題,提供品質更好的4G Small Cell方案。


只不過,目前4G在台灣仍停留於發照階段,何時能望其普及,相關單位還得加把勁。目前台灣廠商多半仍為他人做嫁,為4G普及之國家進行設備開發與測試為主。期待4G在台灣能真正早日開通,讓相關測試設備能真正應用於台灣的4G產業之中。


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