技术层次大跃升 5G将颠覆RF设计想象

2014-08-11 09:36:12来源: 新电子

  5G将带来截然不同的无线射频(RF)设计风貌。今年NI Week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 (Massive MIMO)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David Hall表示,移动通讯技术从2G一路演进至4G,均使用6GHz以下频段;然而,随着移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(Millimeter Wave)频段,以解决目前移动通讯频谱,必须与各种WLAN技术共享而导致资源匮乏的问题。

  美商国家仪器资深经理David Hall认为,5G将为整个RF元件、系统设计和测量产业带来极大的变革。

  然而,Hall坦言,尽管超高频毫米波频段如同一片净土,可轻鬆取得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;对广域移动通讯技术发展而言,毫米波频段係截然不同的境界,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、Massive MIMO和波束控制等新兴RF天线技术,以及微型基地台(Small Cell),几乎已成为5G网路必要元素。包括诺基亚通讯(NSN)、NYU WIRELESS、三星(Samsung)、NTT DOCOMO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Small Cell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NYU WIRELESS更已在今年NI Week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NI Week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移动装置量产端测试设备的技术学习曲线。

关键字:5G  RF设计

编辑:孟娟 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0811/article_9264.html
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