5G顛覆RF設(shè)計(jì)想像 技術(shù)層次大躍升

5G將帶來截然不同的無線射頻(RF)設(shè)計(jì)風(fēng)貌。今年NIWeek活動中，各國產(chǎn)官學(xué)研皆與美商國家儀器(NI)合作，投入5G網(wǎng)路架構(gòu)原型設(shè)計(jì)(Prototyping)，為達(dá)到1GHz以上可用頻寬及100Gbit/s傳輸速率等5G基本條件，初步技術(shù)共通點(diǎn)皆采用前所未見的30GHz以上毫米波頻段、天線陣列、大規(guī)模多重輸入多重輸出(MassiveMIMO)及波束控制(Beamsteering)方案，完全顛覆現(xiàn)有RF設(shè)計(jì)思維。

美商國家儀器資深經(jīng)理DavidHall認(rèn)為，5G將為整個RF元件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和量測產(chǎn)業(yè)帶來極大的變革。

美商國家儀器資深經(jīng)理DavidHall表示，行動通訊技術(shù)從2G一路演進(jìn)至4G，均使用6GHz以下頻段；然而，隨著行動資料量爆炸式成長，加上物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用激增，下一代5G標(biāo)準(zhǔn)正面臨現(xiàn)有頻譜資源和無線RF架構(gòu)，與實(shí)際所需頻寬及傳輸速率需求落差甚大的發(fā)展壓力；因此，包括北美、歐盟、日本、韓國及中國大陸產(chǎn)官學(xué)研各界，皆將目光轉(zhuǎn)投至30GHz以上毫米波(MillimeterWave)頻段，以解決目前行動通訊頻譜，必須與各種WLAN技術(shù)共享而導(dǎo)致資源匱乏的問題。

然而，Hall坦言，盡管超高頻毫米波頻段如同一片凈土，可輕松取得1～2GHz頻寬，但基于其物理特性，訊號隨距離增加而衰減的情形嚴(yán)重，如60GHz訊號每公尺至少衰弱20dB，再加上高頻元件開發(fā)和測試成本相對昂貴，目前大多局限于氣象、軍方雷達(dá)等特殊應(yīng)用；對廣域行動通訊技術(shù)發(fā)展而言，毫米波頻段系截然不同的境界，因此業(yè)界在邁入5G世代之際，勢將引發(fā)一連串無線RF技術(shù)及網(wǎng)路架構(gòu)設(shè)計(jì)革命。

其中，天線陣列、MassiveMIMO和波束控制等新興RF天線技術(shù)，以及微型基地臺(SmallCell)，幾乎已成為5G網(wǎng)路必要元素。包括諾基亞通訊(NSN)、NYUWIRELESS、三星(Samsung)、NTTDOCOMO及全球通訊標(biāo)準(zhǔn)組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)皆傾力投入研究，期大幅擴(kuò)充基地臺資料吞吐量，并能以波束控制技術(shù)，集中控制天線陣列的訊號發(fā)射方向以提高傳輸效率，同時利用大量部署的SmallCell做為網(wǎng)路中繼站，以延展毫米波訊號傳輸距離，達(dá)成更高的訊號覆蓋率。

Hall進(jìn)一步分析，由于5G相關(guān)技術(shù)皆基于大規(guī)模天線和節(jié)點(diǎn)控制，因此在網(wǎng)路原型設(shè)計(jì)階段，研究機(jī)構(gòu)須透過具備高運(yùn)算效能、可編程軟體控制，以及時序(Timing)和同步(Synchronization)精準(zhǔn)度達(dá)10-10～10-12秒等級的儀器，才能進(jìn)行驗(yàn)證。這也是目前全球正進(jìn)行5G研究的實(shí)驗(yàn)室，皆相繼導(dǎo)入美商國家儀器LabVIEM加PXI自動化測試平臺的主因，其中，NSN、三星和NYUWIRELESS更已在今年NIWeek活動中發(fā)表多項(xiàng)研究成果，在在顯示美商國家儀器在5G測試的技術(shù)領(lǐng)先地位。

現(xiàn)階段，各國皆馬不停蹄投入32GHz、38GHz或60GHz以上頻段的5G網(wǎng)路架構(gòu)原型設(shè)計(jì)，期加速驗(yàn)證技術(shù)可行性，以搶先掌握未來5G標(biāo)準(zhǔn)核心專利。因此，Hall透露，該公司在NIWeek活動中，發(fā)布新款頻寬高達(dá)765MHz，并支援至26.5GHz頻率的RF訊號分析儀，就是針對5G高規(guī)格測試需求所做的重要布局，這一步可望讓美商國家儀器在當(dāng)前5G網(wǎng)路原型設(shè)計(jì)案百花齊放之際，搶先卡位市場，并收集大量研究資料，以縮短未來開發(fā)5G行動裝置量產(chǎn)端測試設(shè)備的技術(shù)學(xué)習(xí)曲線。