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安立知超前部署5G強制性法規與V2X測試解決方案

2020年是急遽動盪的一年,COVID-19(新冠肺炎)疫情正改變著人類的生活型態,然而無線通訊市場的布局與發展腳步亦未曾停歇,拜5G和物聯網技術之賜,雲端和企業資料中心的數據量急遽增長,新興的車聯網、企業專網與低軌道衛星微波通信的應用正升火待發,面對後疫情時代與新常態的生活方式,安立知(Anritsu)一年一度的行動通訊技術趨勢論壇改採線上研討會的方式,探討5G技術的最新發展動態。

這場於2020年9月23日Anritsu結合DIGITIMES線上平台主辦「掌握5G/V2X關鍵技術」論壇,深入剖析技術規格與未來的測試挑戰,除了5G強制性測試法規的簡介之外,特別對基地台認證的法規說明、全球各大電信商的5G概況以及檢測規範,還有3GPP最新的R16標準中熱門的C-V2X市場趨勢與測試技術進行分享,安立知聚焦於旗下重要的系列測試解決方案相關議題。

完整資通信測試和測量解決方案與產品線

Anritsu台灣業務暨技術支援部協理Frank Chiang先生的開場簡報,首先歡迎線上的貴賓蒞臨安立知第一次的線上研討會,成立超過120年的安立知,其主要解決方案橫亙資通信,以及食品藥品的品質保證與驗證測試的服務,主要區分為T&M、PQA與其他等三個產品區隔,以2019年營業額來看,T&M佔比約70%,若地理區隔來看,日本加上亞太區市場貢獻66%的營收,核心產品線以行動通信技術的射頻的量測約佔五成,而主要技術一路延伸到模擬電路、毫米波、數位電路、光學傳輸、光學數位信號處理和各種協議。

鑒於全球車聯網汽車已經有1.2億輛出廠服務,可預期往後幾年的大幅成長的潛力,因此成為廣受重視的一個新興發展的領域,所以特別在這次研討會中特別邀請安立知日本的市場專家專章介紹車聯網應用與發展的近況,希望透過完整的測試解決方案與市場規劃,從研發、量測與認證一條龍的服務,來協助台灣產業界掌握5G與V2X市場的成長契機。

安立知完整布局5G NR強制性測試法規解決方案

軟體暨技術支援部專案副理Kobe Ho先生以「5G NR Regulatory Testing Overview」為簡報主題,先聚焦於海內外最新5G NR的強制性測試法規以及5G的sub-6GHz與毫米波(mmWave)頻段,介紹ME7803NR測試解決方案的測試架構,以及軟、硬體的相關配置。

隨著全球的電信營運商開始佈建5G網路之後,sub-6GHz(FR1)與mmWave(FR2)頻譜的使用啟動不同區域與國家的通訊標準的制定,目前重要的市場同時涵蓋FR1與FR2頻譜的區域有北美、義大利、俄羅斯、南韓與日本市場,其餘大部分的地區包括台灣、歐盟與中國都是以sub-6GHz頻譜使用為主,當然毫米波頻道各國初期討論包圍著28/39 GHz的議題不斷。

隨著各國電信營運商的5G NR服務陸續開台推出之後,監管射頻(RF)參數測試規範已經成為各國監管單位的強制性標準與規範,雖然各國標準因地區差異而有出入,但是大部分的測試項目多有雷同,安立知過去在3G/LTE/LTE-A世代都透過當地的技術夥伴協助制定法規測試測試技術,開發符合當地法規的測試方案,提供具一致性測試解決方案與測試案例的經驗,安立知針對各國5G NR的法規所提供的測試方案具備三項特色,首先,安立知測試解決方案是根據美國FCC、歐盟EC與日本的TRCC的測試規範為主所量身訂作的測試系統。

第二,高設計彈性,具備極佳的擴充性,尤其在空中測試(OTA)、SAR(或Power Density)與EMC測試平台的擴充性一直被業界所推崇,例如搭配MT8000系統做為SAR測試平台,以及整合MT8821C、MT8000A和第三方的天線測試艙做為OTA測試系統,還有使用MT8821C、MT8000A和既有的EMC測試機台組成EMC測試解決方案。

第三,最為客戶所稱道的就是測試平台的高穩定性,以及本地技術支援的能力與服務,這些包括測試機台的年度校準服務,提供量測不確定性測量的資料,以及重要的教育訓練。

強大技術合作夥伴與第三方供應商提供配套整合服務

特別值得一提的,在OTA測試部分,在FR1頻段,過去已經有幾家第三方Test Chamber的供應商提供整合性的服務,並且使用安立知設備在UE端的測試已經具有非常良好的口碑,目前的支援的廠商包括Bluetest(RTS65)、MVG(Star Lab 5G)、ETS-Lindgren與EMITE;再者,在FR2毫米波頻段的測試,因為天線模組CART縮距場的測試需要,安立知也提供自家的MA8172A的CART Chamber做為天線量測的配置,當然也有第三方合作方案的CATR Chamber提供靈活的搭配。

在電磁波人體特定吸收率(SAR)測試,或10GHz以上頻譜則稱為Power Density測試,目前皆以SPEAG的系統做為全球各國認證機構與法規測試的主要系統,過去從4G LTE測試就已經啟動合作,目前在北美、歐盟與台灣、南韓與日本都是強制性測試的規範,在5G的FR1頻譜SPEAG採用DASY6系統搭配MT8000A系統。

推出ME7803NR瞄準RF射頻參數與強制性測試法規的解決方案

安立知為5G NR強制性測試法規推出ME7803NR測試解決方案,基礎的硬體架構由MT8821C與MT8000A系統組成,有些選購的配置,例如若要做Spurious測試案例時,則需要搭配VSGSPA與CWSG的設備,測試時再加上MS28XX系列與MS269X系列等信號產生器與分析儀,而干擾測試時,加上CWSG測試使用MG3690系列設備,以及加上VSG的MG3710A/E,此外,使用在FR2頻譜測試,則再加上MA8172A的CART Chamber,當然無可厚非的一些零組件必不可少。

整個測試平台不需要用機架集中起來,只要用一台筆記型電腦放在桌面的安裝配置就可以完成,這些設備與機台都可以靈活搭配,具足完整的彈性。而軟體的支援上分別有用在日本的TRCC、歐盟的RED與北美的FCC用的CFR測試之用的測試範例,值得說明的,歐盟的RED標準因為要到2021年才正式公告,所以現在的測試範例是採用3GPP的規格而來,做為目前的替代。

展示的測試流程來看,除了系統驗證、校準補償與選擇測試範例之後,編輯所需要的測試項目之後,按下執行鍵,測試完畢後會自動存入到指定資料夾,支援TEXT、Excel或PDF等常用的電子檔案輸出格式,還有螢幕儲存的功能,會將測試圖檔的畫面存到PDF的格式並呈現在測試報告中。

EIRP測試與戶外量測解決方案

業務暨技術支援部副理Danny Lin主講主題是「5G Field Testing Solution and NCC 5G BS Testing」,重點放在分享3GPP最新EIRP測試觀念,說明5G NR測試時電信營運商重要的測試KPI指標包含RSRP、RSRQ、SINR、EVM與EIRP等測試項目,由於5G基地台的配置牽涉到電信營運商的發射功率與頻譜涵蓋率的範圍,所以安立知介紹最新的Over The Air EIRP的戶外型測試平台MS2090A系統。

5G系統使用波束成型技術具有比較複雜的功率發射與傳輸特性,這些有源天線通常具有單獨的收發器與每個天線元件相關聯,每個元件還將具有兩個交叉極化。總體而言,5G天線可能具有128到256個單獨的收發器,這些收發器都與它們自己集成。

因此,使用傳統的測量天線輸入功率的方法是無法有效執行量測的,必須於驗證時使用OTA測試才能完成,為了確認基地台發測功率,必須進行相關的EIRP測試,對基地台設備商而言,需要驗證發射的功率可以符合台灣(NCC)規範,另外,對電信商的維護與安裝的要求下,也需要驗證基地台的發射波束的角度與功率的規範。

所以EIRP測試可以協助(1)設備商驗證其發射器性能、(2)營運商/I&M:確定波束形狀,零點的位置/角度,最大程度地減少頻段干擾、(3)針對政府審查機關可以檢查靠近基地台的場強強度確認安全性、(4)對後續網路維護:可以在給定的方向和強度下發出已知的「測試模型」信號。需要遵循的標準有兩個規章規定,分別是3GPP的TS 38.104 V15.10.0 (2020-06),以及TS 38.141-2 V15.6.0(2020-06),同步處理天線正交功率的複雜計算,還有關於發射角度、頻譜的雜訊濾波的能力,以及測距等不同的問題待處理,挑戰不少。

考量OTA EIRP的測試上的不同挑戰與難度,安立知針對5G NR推出EIRP測試與3D室內及戶外覆蓋映射之場測儀器Field Master Pro MS2090A是一台手持式頻譜分析儀,用來測試EIRP的參數,測試上需要注意號角天線(Horn Antenna)搭配,並使用雷射測距儀的輔助量測距離並輸入儀器以計算天線的損耗(Loss)數值,分別得到EIRP垂直與水平的數值並加總計算(EIRP SUM),設備功率發射端與接收端的計算,加上距離所產生的路徑損耗(Path Lost)的幾個不同參數的加總計算,以及實際的現場量測來互相比較與驗證。

美、日電信商的5G測試的進度與重要更新

業務暨技術支援部協理Petrushka Hsueh接續簡報主題是「Carrier and Conformance Testing Status Update」,分享5G 一致性協議測試及營運商網路驗收測試的最新資訊,同時介紹了安立知廣受歡迎的 5G NR測試平台。

由於COVID-19(新冠肺炎)的影響而導致5G標準制定有些延後,目前在FR1頻譜的一些標準的討論都需要延到2020年11月或甚至更晚的時間,而FR2頻譜因為毫米波測試需要用CART Chamber所組成的測試系統,鑑於討論的範疇更為龐大,預計會延後到2021年第1季底,所以延遲的狀況會對認證測試的進度有相當的影響。

而全球主要市場的進度,談到熱鬧滾滾的北美電信商的近況,首先T-Mobile因為購併了Sprint所以兩家合併測試與驗證的規範,另外新興Dish有望成為美國第四家電信商,預計2023年提供全美78%的5G覆蓋率的服務,以全美三大電信商今年側重在Sub-6G Hz的測試案例設定,這是以佈建成本考量下的必然。

在FR2的測試案例來看,Verizon最為積極,而T-Mobile大約完成9個城市區域的佈建,至於AT&T仍以大城市為主。然而FR1頻譜的SA網路的佈建,T-Mobile看2020下半年,而AT&T與Verizon都預計在2021年上半,安立知與北美電信商的測試案例的合作進度都超前目前的競爭者的進度。

另外,就日本的5G狀況,由於日本採取頻譜配發制度,新的頻段的考量目前看好FR1的4.8GHz~5.0GHz,以及FR2的26.6GHz~27GHz還有39.5GHz~43.5GHz頻段,但是遲遲未見正式公告的時程與進度。

日本四大電信商Docomo、KDDI、SOFTBANK與Rakuten與安立知的合作各有不同的策略,Docomo與KDDI的測試案例都是合作開發完成,SOFTBANK則由安立知提供設備與測試解決方案。

安立知與世界第一線的電信商的合作從3G世代一直延續到5G,目前全球已經有300套設備與測試系統持續提供測試服務,由於產品設計彈性佳,透過部分設備的新增,讓舊的系統可以升級並繼續使用,除了3GPP的測試標準之外,安立知也根據不同區域的電信商的特製需求提供客製化設計與合作開發,取得行動通訊產業重要的口碑。

完整測試解決方案與產品策略

最後就安立知產品策略來做總結,除了上述的ME7803NR所支援的5G強制性測試系統之外,針對多合一的5G NR方案支援協議一致性測試及電信營運商認證驗收測試,另外提供ME7873NR做為射頻認證測試的基礎,而ME7834NR支援3GPP協議一致性測試(PCT)及電信營運商認證驗收測試(CAT)的移動設備測試平台,並結合安立知新型OTA chamber MA8171A和RF轉換器,可支援3GPP定義的全部5G頻段範圍,包括Sub-6 GHz和毫米波頻段。

量產測試解決方案則有用於Sub-6G Hz的MT8870A,以及MT8000A配上2839G的Converter做為升頻的非訓令測試之用,面對生產線端的大量生產與測試的需求,提供有效的測試解決方案。

蜂巢式車聯網測試與市場機會

Anritsu Japan市場行銷專家Fumitaka Kubota先生介紹V2X技術的發展,演講主題是「V2X Market Trend and Technology Overview」,主要分享在3GPP R16熱門的C-V2X市場趨勢與測試技術。

V2X技術是自駕車系統的起手式,目前的雷達與光達的設計可以在可目視的範圍內偵測來車與環境資訊,以做為互動的基礎,但是對於遠距離的來車或是被建築物所擋住的汽車,則仰賴V2X技術來做為解決方案的核心。

以產業標準的制定進度來看,中國明顯的超前,將在2020年底公布C-V2X標準,並且預計在2020年10月在上海進行大規模實際模擬測試,美國則訂在2022年中,至於歐盟將更晚到2023年才上路。

頻譜的使用則保留5.9GHz頻段做為智慧交通運輸系統,但是考量不同國情與其他通訊服務間的協調,所以還處於未完成階段,V2X的系統架構,分為雲端服務與現場直接偵測與溝通,將大量使用5G行動網路的架構,搭配現場直接溝通的協議,舉凡汽車間、汽車與周遭交通號誌,以及汽車與行人間的溝通。

安立知對於V2X的測試解決方案,首先介紹車載資通訊系統服務與測試解決方案使用MT8000A/MD8475B網路模擬系統為基礎,再接上PC執行系列的軟體,安立知對於愈來愈受矚目的汽車相關的測試解決方案提出汽車測試解決方案的產品組合,一共涵蓋包括車載資通訊系統、車用資訊娛樂、C-V2X、汽車雷達等四個產品線。

再者,專門針對LTE-V2X的車用射頻效能測試,則推出MT8870A系統,而針對車聯網功能性測試解決方案,這是一個統包整合測試系統,其可以使用多種模擬路上行人互動情境測試,包含設定車速、測試距離等資料,並使用Google Map做為軟體介面,對於未來車用系統的測試,安立知已經具備站在前端的技術,可以迅速掌握成功的重要關鍵。

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