5G颠覆RF设计想像 技术层次大跃升
5g将带来截然不同的无线射频(rf)设计风貌。今年niweek活动中，各国产官学研皆与 美商国家仪器(ni)合作，投入5g网路架构原型设计(prototyping)，为达到1ghz以上可用频宽及100gbit/s传输速率等5g基本条 件，初步技术共通点皆采用前所未见的30ghz以上毫米波频段、天线阵列、大规模多重输入多重输出(massivemimo)及波束控制 (beamsteering)方案，完全颠覆现有rf设计思维。
美商国家仪器资深经理davidhall认为，5g将为整个rf元件、系统设计和量测产业带来极大的变革。
美商国家仪器资深经理davidhall表示，行动通讯技术从2g一路演进至4g，均使用6ghz以下频段；然而，随着行动资料量爆炸式成长，加上物联 网(iot)应用激增，下一代5g标准正面临现有频谱资源和无线rf架构，与实际所需频宽及传输速率需求落差甚大的发展压力；因此，包括北美、欧盟、日 本、韩国及中国大陆产官学研各界，皆将目光转投至30ghz以上毫米波(millimeterwave)频段，以解决目前行动通讯频谱，必须与各种 wlan技术共享而导致资源匮乏的问题。 然而，hall坦言，尽管超高频毫米波频段如同一片净土，可轻松取得1～2ghz频宽，但基于其物理特性，讯号随距离增加而衰减的情形严重，如60ghz讯号每公尺至少衰弱20db，再加上高频元件开发和测试成本相对昂贵，目前大多局限于气象、军 方雷达等特殊应用；对广域行动通讯技术发展而言，毫米波频段系截然不同的境界，因此业界在迈入5g世代之际，势将引发一连串无线rf技术及网路架构设计革 命。
其中，天线阵列、massivemimo和波束控制等新兴rf天线技术，以及微型基地台(smallcell)，几乎已成为5g网 路必要元素。包括诺基亚通讯(nsn)、nyuwireless、三星(samsung)、nttdocomo及全球通讯标准组织、学术机构皆倾力投入研 究，期大幅扩充基地台资料吞吐量，并能以波束控制技术，集中控制天线阵列的讯号发射方向以提高传输效率，同时利用大量部署的smallcell做为网路中 继站，以延展毫米波讯号传输距离，达成更高的讯号覆盖率。 hall进一步分析，由于5g相关技术皆基于大规模天线和节点控制，因此在网 路原型设计阶段，研究机构须透过具备高运算效能、可编程软体控制，以及时序(timing)和同步(synchronization)精准度达 10-10～10-12秒等级的仪器，才能进行验证。这也是目前全球正进行5g研究的实验室，皆相继导入美商国家仪器labviem加pxi自动化测试平 台的主因，其中，nsn、三星和nyuwireless更已在今年niweek活动中发表多项研究成果，在在显示美商国家仪器在5g测试的技术领先地位。
现阶段，各国皆马不停蹄投入32ghz、38ghz或60ghz以上频段的5g网路架构原型设计，期加速验证技术可行性，以抢先掌握未来5g标准核心专 利。因此，hall透露，该公司在niweek活动中，发布新款频宽高达765mhz，并支援至26.5ghz频率的rf讯号分析仪，就是针对5g高规格 测试需求所做的重要布局，这一步可望让美商国家仪器在当前5g网路原型设计案百花齐放之际，抢先卡位市场，并收集大量研究资料，以缩短未来开发5g行动装 置量产端测试设备的技术学习曲线。
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