5G顛覆RF設計想像 技術層次大躍升

5G將帶來截然不同的無線射頻(RF)設計風貌。今年NIWeek活動中，各國產官學研皆與美商國家儀器(NI)合作，投入5G網(wǎng)路架構原型設計(Prototyping)，為達到1GHz以上可用頻寬及100Gbit/s傳輸速率等5G基本條件，初步技術共通點皆采用前所未見的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設計思維。

美商國家儀器資深經(jīng)理DavidHall認為，5G將為整個RF元件、系統(tǒng)設計和量測產業(yè)帶來極大的變革。

美商國家儀器資深經(jīng)理DavidHall表示，行動通訊技術從2G一路演進至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)應用激增，下一代5G標準正面臨現(xiàn)有頻譜資源和無線RF架構，與實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、韓國及中國大陸產官學研各界，皆將目光轉投至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技術共享而導致資源匱乏的問題。

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、軍方雷達等特殊應用；對廣域行動通訊技術發(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技術及網(wǎng)路架構設計革命。

其中，天線陣列、MassiveMIMO和波束控制等新興RF天線技術，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及全球通訊標準組織、學術機構皆傾力投入研究，期大幅擴充基地臺資料吞吐量，并能以波束控制技術，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，達成更高的訊號覆蓋率。

Hall進一步分析，由于5G相關技術皆基于大規(guī)模天線和節(jié)點控制，因此在網(wǎng)路原型設計階段，研究機構須透過具備高運算效能、可編程軟體控制，以及時序(Timing)和同步(Synchronization)精準度達10-10～10-12秒等級的儀器，才能進行驗證。這也是目前全球正進行5G研究的實驗室，皆相繼導入美商國家儀器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)表多項研究成果，在在顯示美商國家儀器在5G測試的技術領先地位。

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)路架構原型設計，期加速驗證技術可行性，以搶先掌握未來5G標準核心專利。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前5G網(wǎng)路原型設計案百花齊放之際，搶先卡位市場，并收集大量研究資料，以縮短未來開發(fā)5G行動裝置量產端測試設備的技術學習曲線。