毫米波/6GHz以下頻段同步進擊　量測廠搶搭5G研發商機

5G頻譜未定　6GHz以下頻段可望先行商用

因應萬物聯網趨勢所帶來的龐大通訊需求，第三代行動通訊夥伴(3GPP)除持續提升LTE-A技術規格與性能之外，亦已緊鑼密鼓展開5G相關標準的討論工作。據悉，3GPP新版LTE-A Pro標準制定方向，將朝1Gbit/s資料傳輸速率演進，同時也將加入授權輔助接取(LAA)及LTE/Wi-Fi Aggregation(LWA)等新技術規格，以提升頻寬與資料傳輸量。在此同時，產業界亦開始提出使用6GHz以下頻段來發展5G通訊的概念，以加快5G商用化速度。

是德科技行銷處資深行銷專案經理郭丁豪表示，5G的頻段要如何配置，是目前各國的討論重點。過往毫米波被認為是5G較有可能採用的頻段，但由於技術未臻成熟，因此須經過更多測試才可推出相關產品，商用化時間會較晚，可能要到2020年之後才有機會。

基於上述原因，5G若要在短期內商用的話，郭丁豪認為，相較於高頻段，6GHz以下的頻段反而較有機會。其原因在於此一頻段的技術相對成熟，可利用既有的解決方案進一步的升級、擴充。同時，若採用6GHz以下的頻段，投資成本也相對較低，電信商可在既有的基地台布建上再做一些延伸，以降低建置成本。而對儀器商來說，相關測試需求也相對容易滿足，只須將既有的設備加以升級便可因應未來測試需求。

因此，為加速5G商用化，除持續研發毫米波頻段相關技術之外，目前產業界及標準組織也正積極朝向6GHz以下頻段發展，並制定相關規範。3GPP將於第十四版(Realease 14)的制定會期中，討論6GHz以下與毫米波在5G的應用，預估2017年將會出現6GHz以下的初步規格，而較明確產品大約會在2019年推出。同時，毫米波標準制訂也將同時進行，不過時間大約會延後2∼3年，大概在2022年才會有商用的產品問市。

隨著6GHz以下頻段發展日益受到產業界重視，也衍生出許多新的量測需求。是德科技應用工程部專案經理吳建樺指出，為滿足6GHz以下的量測需求，該公司推出新款無線測試儀--E7515A UXM；同時，針對LAA發展日益受到業界重視，該款測試儀也將於今年下半年藉由軟體升級技術支援LAA技術，以提供更完整的功能。

至於6GHz以上的頻段，郭丁豪指出，高頻譜依舊是5G的發展重點，該公司也會持續推出新的解決方案，以克服新的測試挑戰。例如，過往測量1GHz的頻寬，通常須使用頻譜分析儀與示波器兩台儀器，因此測試成本相對較高；且5G調變技術不斷推陳出新，對相位雜訊(Phase Noise)的要求也越來越高。

為解決此一困境，是德科技推出新款頻譜分析儀--N9040B UXA(圖1)，其具備1GHz解調頻寬，可簡化5G毫米波頻段所需之寬頻系統分析的設定，並改善相位雜訊效能。同時，該產品首度配備多點觸控操作介面(UI)，使量測人員透過捏縮(Pinching)、拖曳及滑動等手勢操作，更直覺地進行分析測試。

圖1 是德科技推出頻譜分析儀N9040B UXA以因應5G毫米波頻段所需之寬頻系統分析的設定。

競逐5G商機　安立知多方布局

針對未來5G發展，安立知業務暨技術支援部副理江宗縉也抱持同樣的看法，認為6GHz以下的商用有可能較快實現。原因不外乎是使用6GHz以下頻段，電信商便可延伸利用現有的LTE建設，以降低投資成本；同時6GHz以下頻段的技術困難度較低，可較快研發出相關產品。

江宗縉進一步指出，5G須具備大頻寬，以因應高傳輸量。使用高頻段雖可滿足此一需求，但相對要克服的挑戰也較多，例如高頻率訊號穿透性較低，就是一大問題。因此，要使用高頻段作為5G商用，仍須一段時間。相反地，目前的設備大都可支援6GHz左右的頻段，現有設備經過升級後便可滿足其傳輸需求。換言之，在降低投資成本的考量之下，欲加速5G商用，採用6GHz以下的頻段是較有可能實現。為此，安立知除持續研發新技術之外，也會將既有的設備加以升級，如MD8430A訊令測試儀(圖2)或MT8821C無線通訊綜合測試儀，以因應6GHz以下的量測需求。

圖2 因應5G量測需求，安立知持續升級旗下訊令測試儀MD8430A。

同時，為因應5G發展，安立知也將致力於發展下列幾大方向，包括對5G空中傳輸介面研發測試與量測相關產品進行開發，包括LTE-A Pro升級至1GB/s等項目；提供5G及3GPP R14&15 LTE-A Pro空中傳輸介面所需的實驗性新波形、毫米波量測、空中下載(OTA)與大規模多重輸入輸出(massive MIMO)測試；對於光傳輸網路，持續開發射頻(RF)及通用公共射頻介面(CPRI)測試儀，以支援新的集中式無線接取網路(C-RAN)技術部署及軟體定義網路(SDN)與網路功能虛擬化(NFV)傳輸網路的建置、設定與維護等。

不過，江宗縉指出，為解決頻譜不足的問題，5G朝高頻段方向發展，終將是不可避免的趨勢。高頻段頻譜還有比較大的頻寬可以分配，單一頻道的頻寬可上看100MHz∼200MHz，而低頻頻段其實已被占用得差不多，單一頻道的頻寬大多只能分到10MHz∼20MHz。因此，為因應未來5G大量資訊的傳輸，高頻段的發展依舊不可或缺。

有鑑於高頻段仍舊是未來5G的發展方向，特別是在毫米波部分，安立知已加緊展開布局。據悉，該公司已和瑞典Chalmer大學合作，透過安立知VectorStar系列的向量網路分析儀(VNA)與Chalmer大學的軟體來展示相關5G PA的量測方案，該方案頻寬達200MHz，使得在5G條件下，評估和量測高頻段5G功率放大器的特性成為可能。

克服5G測試挑戰　NI硬體/軟體雙管齊下

面對6GHz頻段以下商用有望加速發展，國家儀器(NI)仍採取「軟硬兼施」的方式，以PXI模組硬體架構及LabVIEW軟體因應未來產生的測試需求。

國家儀器技術行銷經理潘建安表示，未來5G將是毫米波與6GHz以下頻段兩者並行發展。高頻段的毫米波雖具備較大頻寬，但碰上空氣中的水氣，其訊號衰減會非常嚴重，無法穩定傳輸。因此，毫米波目前規畫用於短距離、室內的高資料傳輸，如4K高畫質、虛擬實境(VR)等；而在遠距離的傳輸上，則會透過6GHz以下的頻段，以確保傳輸穩定性。

因應6GHz以下頻段測試，NI目前依舊以PXI架構為主要規畫；而在高頻段方面，面對愈來愈大的傳輸資料量，該公司也持續提升PXI模組性能。據了解，為滿足龐大的資料串流量、背板資料傳輸需求，該公司推出PXI Gen3(圖3)，其可達到24GB/s總系統頻寬的組合，適用於高運算需求、高度平行的應用計畫，如無線測試、半導體測試和5G原型製作。同時，該公司也與諾基亞(Nokia)攜手合作，結合雙方的工具和技術，克服毫米波挑戰；諾基亞已採用該公司旗下解決方案展示73GHz的毫米波無線通訊系統。

圖3 國家儀器持續提升PXI模組性能，推出PXI Gen3，滿足龐大的資料串流量、背板資料傳輸需求。

潘建安認為，目前5G發展困境除了技術、標準尚未成熟之外，商用生態系統尚未建立完整也是一大問題。雖然目前產業界、標準組織都預估5G將在2020年商用，但到時出現的商品，其價格是否能讓大眾接受，並進一步發展出一個完整的生態系統，還有待商榷。若無法建立出完整的商用生態系統，到了2020年，5G仍只會是個熱門話題，市場的普及度依舊不見起色。

強化儀器功效　R&S備戰5G量測市場

另一方面，R&S也傾力布局5G市場。R&S全球專案客戶業務部資深業務經理曹維陵表示，量測儀器發展強調可連續性的持續升級，在5G相關技術、標準，以及商用模式尚未確定的情況下，若儀器商可先將產品的升級規畫做好，便可具備較大的彈性因應未來的量測需求。因此不管是既有的設備，或是後來設計出來的新產品，都應保有升級的空間，這將是未來量測儀器設計時的重要考量。

據悉，該公司的向量訊號分析儀(VSA)/向量訊號產生器(VSG)已可升級到支援2GHz的頻寬，以滿足5G世代的量測需求。此外，相較於模組化設計，該公司仍將維持單機量測儀器的設計方式，其原因在於，單機量測儀器擁有較佳的訊號準確度，兩者的訊號準確度會有±1%或±1.5%的差距，因此為維護訊號量測品質，該公司仍會以單機量測為主要發展方向。 針對未來5G發展，曹維陵認為，毫米波仍是5G網路發展的關鍵，為此，該公司也具備相關的解決方案，例如該公司旗下FSW85高階訊號及頻譜分析儀已可支援2Hz至85GHz的單次掃描頻率範圍；而訊號產生器SMW200A也可支援到40GHz的調變頻寬。

與此同時，為加速5G技術發展，R&S也積極進行產學合作。據了解，該公司與國立中山大學攜手展示手機多天線MIMO量測平台(圖4)，也是目前唯一手機八天線在5G MIMO實務驗證上捷足先登的先例。此平台除了可驗證目前LTE-Advanced多達8×8下行鏈路MIMO的測試外，未來亦可透過此平台對於5G先進調變機制進行快速驗證。

圖4 R&S與國立中山大學成功展示手機多天線MIMO量測平台。

該平台還可直接處理來自LTE 8×4、4×4 MIMO下行鏈路的訊號，即時分析系統的訊雜比、通道容量、吞吐量、錯誤率等系統效能，以協助手機開發商測試並加快多天線MIMO手機導入市場的速度，使得在初期開發時，可以較低的成本就達到初步評估的效益，避免後續錯誤的投資。

MIMO OTA測試上路　驗證商加快布局

圖5 耕興股份有限公司移動通訊認證事業體資深經理顏一平表示，該公司具備三種驗證技術，以因應CTIA驗證要求。

耕興股份有限公司移動通訊認證事業體資深經理顏一平(圖5)表示，目前CTIA對MIMO OTA規畫了兩個測試項目，分別為理想吞吐量和靈敏度。理想吞吐量主要是測試傳輸及涵蓋的範圍，確認MIMO在傳輸訊號比較好的地方，是否可有效提高傳輸量，而不會因為天線的設計不良，導致速度無法提升，進而造成基地站系統資源的浪費。靈敏度測試則是為因應目前SISO OTA無法準確測試日常生活中的真實使用環境而訂定的新測試方式，以驗證終端設備在收訊邊緣區域(Edge of Link)的傳輸能力。

據悉，CTIA目前針對MIMO OTA測試一共規畫了四個階段。第一階段的測試計畫已經於2015年8月提出，預計在2016年上半年要求客戶端展開認證測試。其測試重點為良好訊號下的吞吐量；第二階段為2016年4月後發布，預計將補上分時長程演進計畫(TDD LTE)的測試，並驗證是否可以測試更大的待測物。

至於第三階段預估2016年9月宣布，計畫加上收訊邊緣區域的測試項目(DARPS)，以取代傳統總接收靈敏度測試。最後第四階段將在2017年發布，預期加入人頭/人手模型(Besides Phantom Head & Hand and Hand only)作為通話時的測試模式。

顏一平指出，目前MIMO OTA共有三種測試技術，分別為暗室法(MPAC)、混響法(RC+CE)以及兩步法，CTIA選擇暗室法作為唯一認可的MIMO OTA測試系統。

其原因在於，MIMO OTA的測試重點在於符合真實使用環境，因此會有許多的接收、發射路徑，訊號發射會產生短時間多方向的情況；而使用其他兩個方法，都無法準確呈現出MIMO OTA測試時所需的真實發射狀況，因此CTIA才會選擇就系統規畫上最為直觀的暗室法當作主要測試方式。

顏一平進一步解釋，雖然暗室法為目前主要測試方式，但測試環境精確度要求越高，就須使用越多通道模擬器，因此採用此一方式往往須花費較高的測試成本。所以，在預算不足，無法建構出較精確的環境，得出準確的測試結果時，也可結合混響法及兩步法以彌補不足。

據了解，為滿足未來測試需求，耕興具備三種MIMO OTA測試技術，以提供多樣的測試選擇與精確測試結果。

毫米波/6GHz並行發展　5G卡位戰白熱化

根據愛立信(Ericsson)所發布的最新行動業務趨勢報告指出，2021年5G行動用戶將達到1.5億的規模，韓國、日本、中國，以及美國，將出現全球首批的5G用戶。該報告還指出，5G不只是更快的行動服務，還可開創全新的聯網服務與應用商機，如車聯網、智慧家庭及虛擬實境等。

面對5G背後龐大的市場商機，電訊運營商、晶片商，以及量測儀器商除了持續加快毫米波頻段的技術研發之外，也同時加緊布局6GHz以下頻段，以加速5G產品商用化，進一步搶占5G市場先機。