致力于5G新兴无线技术方面的设计与测试问题解决方案_技术

很多人应该还记得第一次使用手机接收简讯或是下载网页的情形。现在，手机只要几秒就能下载高分辨率的影片，传输率比以前的第一台笔记本电脑更高。不过，无线网络往后的目标不只是让下载速度更快而已。

十年内，连网装置的数量会是连网用户的十倍以上。因此，未来的无线标准将持续演进，藉以满足全新案例的需求，网络不仅可以连接不同的人，还能连接对象。

除了运用全新的无线技术，这些功能还必须仰赖新款仪器并降低售价。未来的装置要能够以新的方法执行无线测试，因此以国家仪器(NI)为例，该公司不断改善PXI平台、迎接未来无线测试的挑战。

ITU擘划无线技术未来　三大使用案例出线

国际电信联盟(ITU)针对2020年国际行动通讯(IMT-2020)提出愿景，并依据多种使用案例，点出未来无线标准的需求。这项愿景提供5G技术需求的交流架构，并说明三种不同的使用案例(图1)。

图1　三种5G使用案例

这些使用案例具体指出未来行动通讯标准的需求，也同时反映了802.11ad、802.11ax、Bluetooth 5.0与NFC等技术千变万化的需求。

第一种无线使用案例「增强型行动宽带(eMBB)」说明了未来无线技术在网络功能与尖峰数据速率上的预期发展。eMBB(enhance Mobile BroadBand)技术使用较大带宽，并结合较高阶调变机制与MIMO/波束赋形技术，因此能达成的尖峰数据速率更高。尤其在5G方面，eMBB使用案例能够达成10Gbit/s下行传输率，速度比单一载波LTE还快上100倍。

第二种无线使用案例「大规模机器类型通讯(mMTC)」能以较低廉的成本，为更多地方、装置提供无线网络。透过连接更多地点的更多装置，mMTC技术将能够连接智慧城市中的红绿灯、汽车，甚至高速公路。

不久之后，以经济实惠的方式在更多工业物联网应用中连接更多装置的需求，将带动M2M通讯与窄频物联网(NB-IoT)等全新行动技术的发展。

最后，第三种使用案例则是「超可靠机器类通讯(uMTC)」。这时候，潜时与封包误差率就成了无线网络的两项关键需求。比如医生可透过无线网络连接的机器人执行远程手术，或是驾驶可得知前方事故而避免了大规模的连环车祸。在这两种应用中，稳定的无线通信连结不只提供便利，还能拯救生命。

未来无线技术的需求不只推动了全新无线标准的发展，也改变了工程师设计与测试行动装置的方式。比方说，5G与未来标准由于带宽较宽，因此必须配有带宽较高的RF仪器。另外，MIMO与波束赋形等多天线技术需要模块化的d性仪控，才能有效测试单天线装置、8×8MIMO装置与其他设备。最后，价位较低的无线电也必须搭配成本较低的无线测试方法。无线电共占目前现今方案总值的20%，因此新一代测试设备必须提供速度更快、种类更多的平行测试方法。

向量讯号收发器的演进

2012年，NI发表全新的PXI向量讯号收发器(VST)。此款VST十分特别，在单一PXI模块中结合了6GHz RF讯号产生器与分析器，还有可供使用者设定的FPGA。此仪器不但提供优异的RF效能，适合用于研发与制造测试等多种应用，并具备了可供使用者设定的FPGA，能够执行量测加速与通道仿真等不同应用。

不过，无线技术一直演进，RF设计与测试的方式也必须跟着推陈出新。因此，NI推出第二代VST，以更小的机身提供更大带宽、频率范围与FPGA。

带宽需求渐增　仪器须抢先一步

过去十年来，无线标准不断演进，因此能够使用更宽的带宽通道、达成更高的尖峰数据速率。举例来说，Wi-Fi自2003年的20MHz逐步提升至40MHz，现今的802.11ax标准甚至可达160MHz。

行动信道则由GSM的200kHz跃升至现在LTE-Advanced技术的100MHz。未来的LTE-Advanced Pro与5G等技术将进一步带动此类趋势。

特别是在测试半导体装置时，仪器的带宽需求经常超越讯号带宽。举例来说，在数字预失真(DPD)的条件下，测试RF功率放大器(PA)时，便须使用测试设备撷取PA模型、针对非线性动作执行修正，并藉此产生正确的波形。

多数情况下，进阶DPD算法需要3至5倍的RF讯号带宽(图2)。这样一来，在LTE-Advanced(100MHz讯号)标准下，可能需要500MHz的仪器带宽，针对802.11ac/ax(160MHz讯号)，仪器带宽更须高达800MHz。