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测量方案东风起 加速5G行动网路创新
成功实作5G行动网路

【作者: 王岫晨】2020年03月19日 星期四

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5G创新需以低延迟、高速、大容量和多重同步连线的技术为背景。


例如eCPRI/RoE通讯技术,另外还包括光学网路的扩展等。


另一种方式,则是使用毫米波波束成形的主动式天线系统。



5G三大关键要素(低延迟、高速和大容量,以及多重同步连线)需得到实现,方能完成新应用的现场布建,例如自动驾驶车、重型机具的遥控、超高解析度的影片串流、运动赛事的远距观赏技术等。然而,要想确实运用低延迟、高速、大容量以及多重同步连线的应用实做,除了需要从4G到5G的通讯技术转移,同时也要经过技术革命,才能从4G(LTE)转移到5G行动网路。


目前5G行动网路和概念验证测试正如火如荼进行中,但在能布建商用5G行动网路服务之前,需要先具备5G行动网路的安装与维护测量解决方案,以确保行动去程、核心、都会等网路元件的稳定运作及预防性维护。


5G行动网路创新

安立知(Anritsu)认为,5G行动网路要实现创新,需以具备低延迟、高速、大容量和多重同步连线的5G技术为背景。例如eCPRI/RoE通讯技术,能以高速处理大量资料的5G基地台已经开始采用最新的eCPRI/RoE通讯技术取代传统的CPRI技术,来执行天线及讯号部分的通讯。另外还包括光学网路的扩展,光学网路持续扩大运用到各种不同的场合,透过利用5G的高速、低延迟和多重同步连线等功能,藉此来提高容量。


例如高速5G终端机可提高行动设备连结5G基地台的资料容量。另外则是安装更多5G基地台,此处指的5G基地台是指支援毫米波讯号的基地台设备。由於5G毫米波频带波形比LTE更容易遭到阻挡,加上每个基地台涵盖的面积更窄,因此需要安装更多小型的5G基地台,才能达到与LTE相同的涵盖范围。至於提高资料流量,则可透过加快并增加行动去程、核心及都会网路的数量来达成。


另一种最重要的方式,则是使用毫米波的波束成形技术(主动式天线系统)。5G终端机和基地台之间的通讯将使用所谓的毫米波频带频率,亦即28GHz及39GHz。毫米波频带的主要弱点为高衰减率、方向性以及容易遭阻挡,尤其方向性更是一大问题,轻微的波束滑动都会阻碍讯号接收,因此小型5G基地台需要采用波束成形技术,才能将无线电讯号传送到5G终端机。可以预期未来小型5G基地台将使用高方向性的主动式天线。


服务需求

将无线电通讯技术从4G转移到5G,将会需要对支援5G的行动网路实做大量的创新。此外,随着商用5G开始投入实际运作,加上小型5G基地台的安装数量逐渐增加,以及转换成为光纤网路之後,我们能够预期经过上述创新,以下的各项需求将会大幅提升:


1.需要支援最新eCPRI/RoE通讯技术的基地台安装,和维护测试仪器;


2.需要支援精密光纤测量的测试仪器;


3.需要支援精确测量主动式天线系统中,波束成形信号的测试仪器;


4.越来越多光纤安装与维护公司需要有效的测试仪器,以用来评估100G/25G乙太网路和光学电路。


由以上需求可以知道,布建商使用5G服务,将使基地台和光学网路的安装与维护领域出现重大变化。换句话说,对於有效且可靠网路测量的需求将会达到新的高峰。


行动网路安装与维护

以下测量是能够成功实作5G行动网路安装与维护的关键。


●传输测量:行动去程与基频单元之间eCPRI/RoE的高精准度延迟测量等;


●光纤量测:光学电路的疑难排解,例如行动去程WDM/PON设备及核心都会网路;


●RF量测:OTA测量通道功率、占用频宽及频谱波罩(SEM)。在实际环境中执行基地台验证的等效全向辐射功率(EIRP)测量。5G解调变测量,还包括调变品质及RSRP/RSRQ等。


通用公共无线电介面(CPRI)相容介面设备已经运用在LTE系统上,用於将行动去程无线讯号转换为光学讯号。一般来说,CPRI的速度必须比无线电传输速度快上16倍,才能进行无线电讯号的数位转换。但因为5G传输的速度比LTE快上约100倍,因此必须改采以市场主流乙太网路为基础的最新eCPRI/RoE技术。由於5G具有高速和大容量等特色,为了保持行动去程通讯的品质,因此将会需要对通讯和延迟进行测试,以准确测量CPRI或RoE的讯框位元错误和延迟。


在使用乙太网路的情况下,要能够保持最低的保证通讯速度,一般来说是不可能的,因此必须严格管理包含5G行动去程在内的整个网路延迟时间。为了抑制行动去程5G天线,与核心、都会网路之间的延迟时间,必须尽可能将网路设备的延迟缩到最短。要实作5G的低延迟功能,需使用两部测试仪器,才能准确测量两个远距离独立点之间的单向延迟。


5G行动网路测量

5G行动去程网路需要对大量的基地台(RRH)及5G基频单元(BBU)进行测试。运用PON(被动光纤网路),透过光纤分离器将大量RRH连线到同一个BBU,这是可以有效部署大量5G基地台的关键技术。透过PON来共用光纤,可省下大笔成本。用来测量光纤传输损耗,以及光纤故障距离和位置的任何光脉冲测试器(OTDR),必须要能精准分析拥有最多128个分支的PON光纤分离器。此外,还要拥有简单易用的通过、失败功能,以便於评估光纤分离器的状态。


光纤的安装与维护,包括核心、都会、5G行动去程、行动回程网路等,都需能在安装和维护干线(包括存取收发电缆)时,侦测及测量光纤的断裂。光脉冲测试器(OTDR)必须拥有能够侦测损耗和反射等事件的效能,且无论用於只有几公尺或超过200公里的光纤,都能发挥高精确度。此外,OTDR必须能利用原本的侦测演算法,用简单的方式来显示测量结果。


5G行动网路OTA测量

随着RF技术在日常生活中不断地扎根,使得RF频谱在所有频率上变得越来越拥挤。这使得观察RF频谱及测量传输的能力至关重要,才能避免干扰并确保5G网路中所使用独特技术的性能,包括毫米波频率、主动式天线系统、波束成形及动态实体层等。尽管现有的LTE网路具有测试端囗以验证无线电的RF特性,但是主动式天线系统(AAS)测试端囗极可能无法使用,而需要透过OTA来进行测试。


解决方案

安立知VectorStar宽频向量网路分析仪


图一 : 安立知VectorStar宽频向量网路分析仪
图一 : 安立知VectorStar宽频向量网路分析仪图片来源:anritsu.com

安立知:「这部仪器可精准及有效地分析设备特性!」


安立知推出VectorStar ME7838G宽频向量网路分析仪,能够在单次扫描实现70kHz至220GHz量测的VNA。其频率覆盖范围能让工程师在更广泛的频率范围内,更精准及有效地分析设备特性,进而提供准确的设备模型,实现精准模拟优化,缩短设计时间。VectorStar VNA系统整合安立知非线性传输线毫米波模组,可实现宽广的单次扫描宽频覆盖以改进设备模组。


太克科技TTR500系列向量网路分析仪


图二 : 太克科技TTR500系列向量网路分析仪
图二 : 太克科技TTR500系列向量网路分析仪source:tektronix.com

太克科技:「这款仪器兼具易用性和经济性!」


Tektronix TTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪,拥有量测效能和便利性!在获得日常量测能力的同时兼顾您的预算。TTR500从100kHz至6GHz的频率范围。由於超过122分贝动态范围和低於0.008分贝RMS轨迹杂讯,使得TTR500的效能类似於昂贵的传统工作台VNA。


是德科技PNA网路分析仪


图三 : 是德科技PNA网路分析仪
图三 : 是德科技PNA网路分析仪source:keysight.com

是德科技:「我们可全面增强您的量测自信度!」


世界各地超过70%的工程团队全都选择使用是德科技分析仪,使用PNA-X/PNA/PNA-L可获得更好的性能(高达120GHz,使用展频器可扩展至1.5 THz)。使用展频器,PNA和PNA-X频率可扩展到1.5THz。共有3个PNA系列可供选择,以获得速度、效能和价格的完美组合。在研发阶段提供量测完整性,以协助工程师将深入的洞察力转变成出色的设计;在生产线上提供所需要的测试速率和可重复性,以便将设计转变成具竞争力的产品。


R&S ZNA高阶向量网路分析仪


图四 : R&S ZNA高阶向量网路分析仪
图四 : R&S ZNA高阶向量网路分析仪source:R&S.com

罗德史瓦兹:「这款仪器具有出色的射频性能!」


R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪,可简化量测设置。其量测稳定性和低量测曲线杂讯让使用者能够对主动和被动元件和模组进行严格的量测。凭藉以待测物为中心的操作方式、完全采用触控操作的创新设计,R&S ZNA向量网路分析仪可将量测的设置时间缩到最短。


NI向量网路分析仪(VNA)


图五 : NI向量网路分析仪(VNA)
图五 : NI向量网路分析仪(VNA)source:ni.com

国家仪器:「PXI VNA可提供高准确度的RF量测效能。」


国家仪器VNA为10MHz~6GHz的完整向量网路分析系统。PXI向量网路分析器配备2个连接埠,因此可以择一选用T/R测试模组或是完整的S叁数功能。PXI向量网路分析器支援自动化精确校准、完整向量分析与叁考平面扩充,因此适合做为检验与生产作业的向量网路分析解决方案,并省下统桌上型VNA的高价位与庞大体积。


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