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OTA测试 一次解决5G高频测试大小事
三大挑战一次解决

【作者: 王岫晨】2020年01月15日 星期三

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2019年被认定是5G商用元年。全球有超过50家电信营运商开始布建5G网路,且主要部署非独立式(NSA)的5G NR组网。为了实现智慧制造、智慧医疗、智慧交通等创新服务,实际提供网路切片、多接取边缘运算(MEC)、AI分析的独立式(SA)5G NR架构,将扮演重要角色,同时思考设计新型态的收费模式。


事实上,5G NR网路部署需求,将能带动相关设备供应链。预计从2020年开始,中国大陆、南韩与美国等主要营运商,将陆续展开独立式的5G网路布建,进而驱动SA设备供应链发展。而B2B2X之新兴应用也需要新的资费模式,基於三大5G特性基础上,应用服务设计将更为客制化,且面向不同客户类型,资费方案的设计将更灵活,也具差异性。


营运商迈入5G SA

全球目前已有27个国家、超过50个电信营运商布建5G网路,主要布建架构为非独立式(NSA)5G NR组网。资策会MIC资深产业分析师李建勋指出,为实现智慧制造、智慧医疗、智慧交通等下一代创新应用,独立式(SA)5G NR架构将扮演重要角色。从2020年开始,中国大陆三大营运商、南韩主要电信业者SK Telecom、KT与美国Verizon、AT&T、T-Mobile将展开5G SA网路布建。


另外,5G收费新模式也是观测重点,电信营运商将进一步思考如何基於三大5G特性,设计多样化、客制化资费方案,针对B2C一般消费市场有稳定营收,在5G垂直应用的B2B商用领域则藉由更灵活的商用模式扩展营收。


而观测产业链的上中下游动态,MIC也提出五个关键趋势。第一,产业链上游部分,5G应用带动半导体市场与技术需求,包含:化合物半导体则需求增加、5G天线模组带动AiP封装技术(Antenna in Package)发展。因应5G高频与基地台高功率需求,传统矽因材料已无法满足,可预期化合物半导体,或称III-V族半导体市场将成长。除此,异质整合提供多晶片整合方案,其中AiP封装技术成为5G射频模组主流,整合RF IC与阵列天线等多个电子元件。


智慧手机再成长

过去两年智慧型手机市场出货量陷入衰退,预期2020年5G手机将开启4G手机换机潮,驱动智慧型手机市场重回成长,根据资策会MIC预估,2020年5G手机出货将达2.6亿支、2021年达5.4亿支,随着5G零组件规格升级,将带动半导体、射频元件、散热、电路板、被动元件、天线、记忆体产业成长。除此之外,中国大陆市场5G用户数在2019年可??成为世界第一,其电信商也备妥银弹准备推动5G用户成长,然而贸易战使中美供应链逐渐脱钩,可预期台湾与日本供应链反而能从中受益。


根据MIC观察指出,云端运算架构的转变也更值得关注,从过去集中运算模式,加入边缘运算、雾运算的多层次分工,形成分散式运算架构,打破目前网路频宽对资料传输的限制与资料中心运算力瓶颈,加速IoT与AI相关应用实现。随着多数国家2020年5G商转,其高速、大频宽与多连结特性将使5G应用从手机延伸至各个垂直领域,搜集传递更大量数据,再加速IoT、AI、大数据等技术的发展速度。


毫米波的发展契机

相较於传统用於LTE的蜂巢式频段,毫米波的路径损失高出许多,因此只能覆盖几百英尺以内的范围。

在5G的发展中,毫米波将会带来新一波的成长契机。由於在2017年,3GPP的Release 15规范已经将5G通讯使用的频段正式定义在Sub-6 GHz(450MHz~6 GHz),以及毫米波(24.25 GHz~52.6 GHz)等两个频段。而美国联邦通信委员会(FCC)也已经确定於2018年11月开始进行28GHz频段的营运执照竞标,这将会带来许多新兴应用的发展机会。


当然,5G毫米波的出现,除了带来机会,也伴随着挑战。工研院产业科技国际策略发展所苏明勇经理指出,相较於传统用於LTE的蜂巢式频段(如2GHz),毫米波的路径损失高出许多,因此只能覆盖几百英尺以内的范围。而毫米波讯号的另一个缺点,就是很容易受到日常物品的阻挡,举凡人体、墙壁、树木、或者恶劣天气也都会造成讯号的阻挡。当然这些问题也产生了相对应的解决技术,例如透过波束成型与波束追踪等技术,利用多讯号路径和讯号反射,就容易解决讯号易受阻挡的问题。高通现在也开发出回??演算法,可发展非直线视距(NLOS)传输及非直线视距行动毫米波。


高频测试挑战

就目前来看,OTA量测是解决5G NR高频测试挑战的最适合方案。5G高频测试的三大挑战,包括了量测准确度:由於天线校准与准确度,治具设备容错范围与讯号反射等因素,会产生量测的不确定性;测试计画复杂:必须将新量测作业整合至装置测试计画中,进行电波暗室整、波束特性等验证;测试时间延长:随着RF频宽持续增加,校准与量测的处理需求与测试时间将会延长。


目前3GPP核准的OTA测试方法,包括直接远场(DFF):涵盖范围领域测试需求,较大辐射天线阵列造成路径损失,适用天线阵列小於5公分的装置;间接远场(IFF):一种新的替代方案,提供比DFF方法距离较远的远场测试环境;近场到远场转换(NFTF):能够降低成本的紧密方法,且仅限於收发器应用,没有接收器或射频叁数测试。


结语

2020将会是5G快速成长的一年。由於5G将跨及ICT和各不同产业,因此建议ICT产业与各行各业透过紧密合作,深化资通讯专业能量,并累积领域的专业知识。另外,透过软硬体的整合与优化,可深化AI与ML、边缘运算、开放网路软硬体技术开发,加速发展5G时代下所需要的创新应用产品。


解决方案

是德科技N5247B PNA-X微波网路分析仪

图一 : 是德科技N5247B PNA-X微波网路分析仪
图一 : 是德科技N5247B PNA-X微波网路分析仪图片来源:keysight.com

是德科技:「这是全球量测范围最广的单一连接量测应用!」


是德科技(Keysight)N5247B PNA-X微波网路分析仪,藉由更换机架和设备堆叠来简化测试台。使用整合度最高、最灵活的单一连接微波测试系统,大幅提高生产力。这是全球量测范围最广的单一连接量测应用,可以有效缩短测试时间。使用进阶误差修正功能准确地测试线性和非线性元件特性。并可使用多点触控显示幕和直觉的操作介面,加速洞察元件特性


该系统的核心元件是德科技的PNA或PNA X网路分析仪,可搭配N5293A系列小型展频器和N5292A测试仪控制器。为了简化桌上型量测,工程师可在选配的桌面定位器上安装展频器。


安立知VectorStar系列ME7838A/E/D宽频向量网路分析仪

图二 : 安立知VectorStar系列ME7838A/E/D宽频向量网路分析仪
图二 : 安立知VectorStar系列ME7838A/E/D宽频向量网路分析仪图片来源:anritsu.com

安立知:「我们提供提供精确的量测及提供生产效率!」


VectorStar ME7838系列宽频系统提供精巧的高效能毫米波模组,具备业界最隹的校准稳定度。当其他宽频系统仍然於关键频段上使用负指向性而仅能提供原始效能时,ME7838系列是唯一能於所有频段采用正指向性的宽频系统,具备更隹的校准及量测稳定度,可延长二次校准的间隔时间并提供精确的量测及提供生产效率。


全新ME7838D搭配Anritsu MA25300A毫米波模组将宽频量测系统提升至高效能境界。MA25300A模组新增波导频段,并结合 Anritsu 安立知开发的0.8mm同轴连接器,成为全球首款单次扫描操作超出W波段限制的宽频向量网路分析仪。


罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪

图三 : 罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪
图三 : 罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪图片来源:rohde-schwarz.com

罗德史瓦兹:「ZNA量测速度是传统方式的两倍快!」


新一代的R&S ZNA高阶向量网路分析仪是一款功能强大的通用测试平台,用於量测主、被动待测物之特性。R&S ZNA目前共有两种型号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)杰出的量测动态范围,在1 kHz中频(IF)频宽下的曲线杂讯低至0.001 dB。


这两个优异的特点对於高抗拒滤波器的量测至关重要。藉由独特的硬体设计概念,R&S ZNA可以同步执行RF和IF混频器量测,量测速度是传统方式的两倍快。透过高达100 dB之功率扫描范围、每个测试端囗的脉冲产生器和调变器、多种交互调变量测功能和频谱分析仪等功能,让量测变得更容易与简单。


NI PXIe-5632向量网路分析器

图四 : NI PXIe-5632向量网路分析器
图四 : NI PXIe-5632向量网路分析器图片来源:ni.com

国家仪器:「NI可为向量网路分析作业建立完整的解决方案!」


预先设定的 NI 向量网路分析仪 (VNA) 入门组合,包含 NI PXIe-5630 向量网路分析仪 (VNA) 与所有必备的硬体元件,可为向量网路分析作业建立完整的解决方案。透过弹性的 NI LabVIEW 图形化开发环境,与 LabWindows/CVI 的 ANSI C 程式设计介面,即可建立自动化的测试作业,将网路分析功能整合至设计、检验,与生产作业中。而透过人机介面,即可互动控制 NI PXIe-5630 以执行既有的校准与量测。


在专属的软体定义架构之下,只要下载现成的 LabVIEW 程式码,即可新增 NI PXI-2598 切换器以进行反向 S-parameter 量测。此外,亦可利用精确的自动校准模组,以进行快速且可重复的使用者校准作业。


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