搶占下世代通訊市場先機　儀器商提早布局5G量測技術

圖1　台灣愛立信總經理曾詩淵提到，5G將可解決許多4G網路面臨的問題，如數萬人同時上線、高速移動聯網等。

長程演進計畫(LTE)、LTE-A(LTE-Advanced)網路成功商轉後，B4G(Beyond 4G)和5G標準已成為行動通訊產業下一步技術推展目標。目前，3GPP已公布的最新Release 11版本標準仍屬於LTE-A範疇，而該組織計畫在2014年中底定的Release 12新版標準，則將納入許多新的通訊機制，包括自組織網路(SON)、LTE Direct和LTE機器對機器(M2M)，甚至規畫將LTE運行頻段推升至5GHz以上，以取得更乾淨、充足的頻譜資源，可望正式敲開B4G時代的大門。

與此同時，在國際電信聯盟(ITU)和歐盟5GPPP(5G Public-Private Partnership)促成下，5G行動通訊標準亦已初具雛形，將採行高達10G～80GHz頻段、250MHz頻寬，且須支援六十四根以上天線陣列，亦將掀動新的技術發展浪潮。

台灣愛立信(Ericsson)總經理曾詩淵(圖1)表示，5G標準接取網路將變得更加複雜和多樣化，包括LTE-A、無線區域網路(Wi-Fi)、有線網路和各類通訊技術的混搭組合都是重要環節。具體而言，未來的5G傳輸網路必須能擴展用戶服務和雲端連接，將驅動電信與資料中心網路相互融合，以實現更高的傳輸速率和頻寬，並改善雲端網路管理機制。

邁向電信/資料融合網路設計　5G異質接取架構驗證挑戰艱鉅

隨著電信和資料中心雲端網路走向融合設計形式，通訊領域也正快速轉變為使用者導向，因此電信商和設備業者須加速優化回傳(Backhaul)網路傳輸、路由和服務，還要配合各國通訊主管機關的政策，以掌握在地的頻譜資源規畫和特殊應用需求。

曾詩淵強調，5G轉向異質接取網路架構幾乎已成定局，包括國際標準組織、電信商和網通設備廠皆致力朝此方向邁進；然而，5G融合不同頻率和通訊協定的網路技術後，所有網路層的動態營運、行動和固網接取的共同傳輸，以及服務與應用管理均將引發嚴峻挑戰，因此相關業者須及早策畫新的異質接取架構，並同步展開網路傳輸驗證，方能達成2020年商轉的目標。

因應5G發展，愛立信近期已攜手瑞典皇家理工學院、瑞典ICT研究機構--Acreo，搶先成立5G傳輸實驗室(5G Transport Lab)，開始驗證網路層與傳輸層的端到端可靠性，並專注於DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)為核心的城域匯聚網路，以及微型基地台(Small Cell)建置和監測技術，以提升網路靈活性、可編程性和傳輸性能。

曾詩淵也透露，台灣係網通設備設計與製造重鎮，因此該公司也研擬在時機成熟時，在台增設5G實驗室或研發中心，以協助相關業者挺進5G市場。

無庸置疑，B4G、5G如此前瞻的技術應用勢將顛覆整個通訊產業，尤其在第一線為通訊晶片和網通設備效能把關的量測業者更是首當其衝，因此包括安捷倫(Agilent)、安立知(Anritsu)、美商國家儀器(NI)和羅德史瓦茲(R&S)等，皆加緊研發支援更高頻率、頻寬，以及數量更龐大的多重輸入多重輸出(MIMO)天線測試技術，迎接B4G、5G革命。

迎接5G標準　儀器商布局高頻/天線陣列測試

安捷倫大中華區無線業務技術總監陳俊宇表示，相較於行動通訊產業從2G、3G到4G平滑演進的發展，5G將是一場截然不同的技術革命，可望顛覆既有網路設計思維。目前主要的國際通訊標準組織及技術推廣小組已定調5G傳輸速率將推升至10Gbit/s，因應此一高規格門檻，通訊技術研究單位和相關業者正馬不停蹄展開研究，初步共識係5G網路將採用10G～80GHz以上超高頻段，並大幅擴充頻寬和天線數量，以達成較4G提升十倍速率的目標。

由於量測科技與新技術的誕生息息相關，包括安捷倫、安立知、羅德史瓦茲和美商國家儀器等重量級儀器商，皆已將5G測試解決方案視為當前發展要務，並紛紛投身國際標準組織，同時與各國通訊技術研究機構攜手展開先期測試，以促進5G商用網路於2020年順利達陣。

其中，安捷倫已分別與ITU、3GPP、歐盟5GPPP、中國網路通信(CNC)和台灣中科院、工研院等研究組織，以及各國主要電信業者合作，提供相關的高頻和多天線測試方案。

陳俊宇更透露，未來5G將使用到毫米波(Millimeter Wave)頻率(60GHz以上)，將促使電路布線技術從傳統銅介質轉向光波導(Waveguide)方案，同時也將結合更先進的載波聚合(Carrier Aggregation)技術及Cloud-RAN(Cloud of Radio Access Network)架構，構築總頻寬高達250MHz的異質網路；而基地台天線設計也須從現行4×4 MIMO，一舉擴增至六十四或一百二十八根天線陣列，驅動無線射頻(RF)量測技術跳躍式革新。

陳俊宇強調，5G朝向高頻、多天線和異質網路方向發展，也意味著對系統功耗、體積及成本將帶來艱鉅挑戰，進而墊高產品邁入商用的門檻；對此，儀器商首要任務就是發展全新的降頻測試、通道模擬、電源效率分析和軟體定義無線電(SDR)等技術，才能在合乎經濟效益的前提下，協助晶片商和系統廠加速克服5G網路和產品開發層層關卡。

除引發新興量測功能研發需求外，5G標準基於異質網路設計概念，更將牽動無線射頻測試平台的軟硬體架構徹底改頭換面。

5G異質網路設計掀革　無線測試平台脫胎換骨

圖2　安立知業務暨產品技術支援部門副理杜建一提到，該公司在LTE裝置研發端和產線端測試市場的市占率皆超越五成，將加速發展下一代5G量測平台。

安立知業務暨產品技術支援部門副理杜建一(圖2)表示，觀察5G異質網路技術走向及量測需求，未來量測儀器往軟硬體模組化、多功能整合和高頻電路設計發展已是必然趨勢。

杜建一指出，以60GHz WiGig為例，未來該技術可望成為5G異質網路的一環，但儀器要順利擷取60GHz高頻訊號並進行分析，除須利用光波導技術實現高頻電路設計外，還須大幅提升基頻解調頻寬，包括內建的數位訊號處理器(DSP)、轉接器、訊號產生器和訊號分析儀模組都要重新定義架構，等同於催生全新無線射頻測試平台。

除此之外，5G基地台和終端設備須採用高頻段、大量天線陣列方能因應雲端接取網路設計，這也意味著儀器必須改良射頻前端模組(FEM)並支援高頻網路分析功能。杜建一透露，安立知已開始研擬在新一代模組化無線射頻測試平台中增加高頻網路分析儀模組；不過，初期考量儀器持有和總體測試成本，將以外掛方式為主，並透過更新軟體和堆疊儀器的系統解決方案，協助相關業者投入5G研發。

美商國家儀器行銷經理郭皇志則指出，儘管5G目標著眼於更高速、低延遲的行動通訊網路建置，但要順利邁入商用，包括產品功耗和價位的考量皆不容忽視，因此在測試平台上也須兼顧電源分析能力，以及彈性、低成本的功能擴充性。

舉例來說，目前LTE裝置即面臨耗電嚴重的問題，主要原因就是系統內建的功率放大器(PA)無法有效降低LTE訊號發射功耗，因此近來通訊和射頻晶片商已競相研發新一代封包追蹤(Envelope Tracking)技術，藉以動態調整PA發射功率，提升能源效率。對於PA封包追蹤效能的測試設備，儀器商則須同時提供射頻、電源分析和數位輸入/輸出(I/O)控制等多種功能，顯見儀器功能整合度將大幅攀升。

郭皇志強調，延續LTE節能方案的概念，未來5G天線陣列勢將帶來更嚴峻的量測技術挑戰，儀器商要在維持低成本的前提下，持續提高儀器整合度，必須轉向PXI模組化和SDR設計架構，才能快速導入新的數位、類比測試功能模組，並以軟體編程的方式盡快上線運作，進而節省整體測試成本。

5G標準儼然已在通訊產業投下一顆震撼彈，量測儀器商無不加緊腳步研擬新的測試平台，而網通設備廠也開始研究更先進的網路架構與調變技術。至於標準發展方面，目前則處於多頭並進的局面，包括國際標準組織、各國技術研究單位和電信商皆爭相卡位，尤其是中國大陸的中國移動、韓國的三星(Samsung)和SK Telecom更是積極制定5G規範，以謀取技術主導地位；台灣亦希望填補4G發展初期押錯寶的技術落差，開始串連產官學研投入5G研究。

陳俊宇認為，雖然5G標準已具備雛形，但各國技術陣營發展方向卻不盡相同，因此對儀器商及通訊相關業者而言，目前最重要的就是搶先部署高頻通訊、智慧天線、節能和異質網路解決方案等矽智財(IP)，方能在瞬息萬變的市場上站穩腳步。