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5G-advanced到來 安立知超前部署全系列測試解決方案

  • 孫昌華台北

Anritsu安立知透過行動技術線上論壇,分享最新的 3GPP R16/R17技術,掌握行動通訊技術發展趨勢與市場脈動。Anritsu
Anritsu安立知透過行動技術線上論壇,分享最新的 3GPP R16/R17技術,掌握行動通訊技術發展趨勢與市場脈動。Anritsu

安立知(Anritsu)行動通訊線上技術論壇於2022年3月22日以「From 5G To 5G-advanced and toward to 6G」為主題,涵蓋VoNR、低軌道衛星與一致性認證解決方案的議題,為接續到來的5G-advanced與6G標準的世代,預做部署。

該線上研討會由安立知技術暨市場部協理薛伊良(Petrushka Hsueh)先生做開場主講,他從目前的3GPP制定的5G標準的進度破題,5G產業的推動逐步進入第二階段,R16與R17的標準接續改善5G效能而擔當大任。R17規格的技術會議因為COVID-19(新冠肺炎)疫情,改採線上討論的方式進行,但是時效因此不如預期,導致整體標準的進度延後,預計要2022年中左右才會完成,至於R18的規格,則更要等到2023年才會陸續到位。

Anritsu MT8000A無線通訊綜合測試平台新推出RF模組,因應R18的規格,提供八個RF(射頻)輸出,針對客戶的需求提供完整的支援與測試應用。Anritsu

Anritsu MT8000A無線通訊綜合測試平台新推出RF模組,因應R18的規格,提供八個RF(射頻)輸出,針對客戶的需求提供完整的支援與測試應用。Anritsu

MT8000A無線通訊綜合測試平台,搭配PC控制軟體,串接5G UE相關裝置,可執行語音品質驗證。Anritsu

MT8000A無線通訊綜合測試平台,搭配PC控制軟體,串接5G UE相關裝置,可執行語音品質驗證。Anritsu

眾所矚目的純5G架構的獨立組網(SA)架構,專為更能完整發揮5G效能而來,將是電信營運商布建的重頭戲,市場上看好在2022下半年開始起飛,而FR2頻譜的毫米波市場普及,將隨著FR2裝置與基地台的到位,也將在2023、2024開始放量。

R16的規格中看到許多新的應用亮點,如低延遲系統、工業物聯網(IIoT)、V2X的NR3規格等車聯網的資料傳送應用,尤其是URLLC的加強功能上,透過短延遲、高穩定度、低功耗、移動能力改善,以及諸如MIMO技術持續增強,使定位技術更精準,還有與局端網路的高速整合上,都代表著更臻完美的消費者體驗,持續進步,R16的規格可以說是一個劃時代的墊腳石。

再者,為了擴大工業物聯網的應用,以工廠自動化、智慧電網等關鍵訴求,R16支援TSN(Time Sensitive Networking,時間敏感網路),整合R16 Time-sensitive network與Network Slicing把網路做成不同的切片,分別滿足更多樣化的應用上。而關於R16的非公共網路(NPN)的應用,則看到用O-RAN技術來切割不同的新興應用,對於高敏感性資訊安全的考量下,廣泛的利用加密機制而在公用網路上做到重要的資訊保護議題的改善,

至於R17規格,薛伊良提到關於非地面網路(Non-terrestrial Network;NTN)的重頭戲,這將帶動未來衛星通訊的高速發展,引發業界一連串的討論風潮,預計也將帶動新興商機與產業發展。當中新的頻譜使用備受關注,尤其是NTN低軌道衛星應用,做為5G網路的重要的備援之用,舉凡位於叢林、山邊等非都會區網路的資料傳輸之用,這還牽涉到5G NR與mMTC之間的NR-Light與工業物聯網的整合,而車用市場上做為更先進的車隊連線管理、資料回傳、沙漠或戰場的通訊等需求,NTN提供全新的視野。

關於R17的另一個焦點則是Redcap規格,關注穿戴裝置等以低資料量傳輸為訴求與成本為考量的應用為核心,提供20Mb的頻寬,可以使用FR1頻譜,另外R17在Network Slicing功能上加碼擴展到更大的行動通訊的用途,稱為RAN Slicing。薛伊良的最後段落,看到R18與未來6G規格的浮光掠影與驚鴻一瞥,R18又稱為5G-Advanced規格,值得關注重點是AI與ML機制的運用,另外Terahertz頻譜更是邁向6G的重要關鍵技術。

針對這新些新興的規格,安立知的設備聚焦於Anritsu MT8000A開發的新模組,諸如新的RF模組(033)來因應R18的規格,提供八個RF(射頻)輸出,針對客戶的需求提供完整的支援與測試應用。

5G語音通訊VoNR的測試

安立知技術副理李冠佑(Eric Lee)先生講述「Voice Over New Radio (VoNR)」,5G NR標準提供創新數據服務,當中關於語音/視訊通訊服務至關重要,因此支援VoNR的網路與應用正是5G的SA組網部署的關鍵推動力。全球SA網路布建速度以中國拔得頭籌,2021年已經開始布建實驗網路來試VoNR服務,第二名是北美地區,第三名則是日本,其預計從2022年第3季才會開始提供VoNR的語音服務。

談VoNR的議題時,需要同步關注EPS Fallback間的差別,EPS Fallback的使用者體驗早在4G/LTE的CSFB體驗就起始,其作用在於一打電話,語音資料都會重新導到4G LTE網路上傳輸,在5G SA網路模式下,一般採用兩種語音通訊方法,一者是僅連接到一個5G NR基地台的VoNR 語音方案;另一種是使用EPS Fallback 的 VoLTE語音方案。在使用SA模式的服務的初始階段,由於服務區域受限以及網路端部署情況,大多數的語音通訊都將透過使用EPS Fallback 的 VoLTE語音技術進行。

另外,值得一提的,李冠佑強調在北美地區非常重視RTT(Real Time Text)的服務,因為是用在救災方面的重要用途,這個測試中一定要做,因為語音如果收訊不良時,文字訊息的傳輸就是一個重要的替代,這類似於SMS的測試,使用緊急電話測試並附加語音服務,這在早期2G/3G年代就有的服務,在5G NR的網路下也要能夠支援。

安立知所準備的驗證測試,從VoLTE與VoNR測試項目中看來是大同小異,由於電信營運商使用多媒體子系統(IMS)提供語音通訊等各種服務,所以安立知提供的SmartStudio / SSNR IMS測試解決方案,並提供Server與Script兩種測試模式,用Script模式可以協助研發產品時細部分析與檢測,對於特殊的封包的模擬有重要的貢獻,也可以使用HEAD acoustics這家協力合作廠商的模擬器來做進一步的測試。

使用時透過控制安立知MT8000A無線通訊綜合測試平台,搭配安立知在PC上執行的控制軟體,再連Ethernet網路閘道器,並串接到HEAD acoustics的labCore,以及5G的UE裝置、人工耳與人工嘴的裝置,以驗證送出與收到的語音訊號是否有失真等語音品質相關的測試。

5G NTN FIELD TEST提供低軌道衛星裝置的測試方法

低軌道衛星通訊是一個很夯的訴求,技術副理程昭團(Jonathan Cheng)特別專章介紹在5G NTN網路的實際場域測試(FIELD TEST),從3GPP的R17規範中就開始利用衛星或航空器機載裝置來連結通訊設備,提供涵蓋符合特殊應用情境需求下的通訊備援的重要效益,尤其處理手持式裝置與衛星通訊的連接的議題,一直是業界關注的焦點,早期在銥計劃的年代就嘗試讓裝置直接連到衛星,但是因為訊號品質不良而失敗,目前的改善計劃逐漸出爐,最引人注目的就是StarLink計畫。

StarLink使用小基站的技術,先讓手持裝置先連接到User Terminal基地台的Wi-Fi熱點上,然後讓基地台的天線連接低軌道衛星,基地台上同步提供Wi-Fi的網路,讓手機等大量行動裝置可以一起連結,但是通訊品質隨著小基站與衛星間的角度而會有品質良莠的問題,衛星與基地台通訊訊號頻道使用KA與KU頻道聯繫,小基站接收端的UE裝置的測試,只要能夠解析衛星的廣播訊號,理論上就可以完成資料Down-Link的連接。

目前5G NTN網路全球有三個主要的低軌道衛星系統,除了上述的StarLink之外,還有OneWeb與Telesat等另外兩個主要衛星服務,以目前發射到太空的衛星數量仍以Starlink最多,已經有4425顆,提供20Gbps的傳輸頻寬,OneWeb緊跟在後。

由於每一顆衛星在當地天上只有約90分鐘左右的週期,所以小基站的天線都是使用陣列天線,以產生多個輻射波束以追蹤與連接多個接續而來的衛星,所以陣列天線測試就成為關鍵,測試場域就需要特殊設計,由於需要快速變換衛星連接的情景,所以安立知使用輕巧型頻譜分析儀MS276xA,支援9 KHz到170 GHz的頻率掃描,可以測試裝置上的陣列天線的發射功率,比起傳統用角天線與頻譜分析儀的測試,來的輕巧有效率多了。

如果測試的待測物需要與天線罩有關的話,則可以使用安立知的ShockLine ME7868A的2埠向量網絡分析儀(VNA),用來測試天線罩所產生的訊號衰減所造成的影響,也可以整合到OTA測試,利用機械手臂來完成廣域測試情境。

另外,程昭團介紹Field Master Pro IQ MS2090A手持式分析儀,推出IQ擷取與IQ串流錄製的功能,做為即時頻譜分析儀(RTSA)擷取如Starlink調變的數據,在透過MX280005A Vector信號分析軟體來檢查解調訊號的分析。

影響衛星傳輸品質的兩個重要晶片,就是Up-down converters與ADC/DAC晶片,對於設計晶片的工程團隊,為了驗證晶片的效能,安立知推出Rubidium訊號產生器,最高可以提供43.5GHz的高精準度的訊號源,根據歐洲的一篇2017年論文上所示,一般開發RF元件的基礎模擬需要做到450 GHz才能確實掌握裝置的真實特性,所以安立知提供多樣化高頻向量網路分析儀(up to 220 GHz VNA)的配置,以滿足個別不同工程設計團隊的需要。

商用5G的射頻與通訊協定一致性認證測試解決方案

最後的壓軸由安立知的英國分公司的市場部經理Adrian Persaud先生主講,探討5G測試趨勢議題中的一致性測試(Conformance test),聚焦於5G的射頻(RF)與通訊協定(Protocol)測試,首先,依據不同地區來做認證的工作,是由兩個國際認證組織來分工完成,就是GCF和PTCRB,安立知做為重要的測試解決方案商,積極的提供GCF與PTCRB針對產品認證的測項,經過這兩個組織的確認與認可之後,才能進入驗證測試,並準備測試環境與測試解決方案,再由測試實驗依據測項與安立知測試解決方案,執行這些指定的測項,獲得測試結果後,經過發照單位的核可後,才能宣告產品的合格認證。

安立知在商用5G的RF與Protocol的一致性認證測試設備有兩大主要的解決方案,首先是射頻一致性測試系統 ME7873NR,ME7873NR是使用3GPP的TS 38.521/TS 38.533 5G NR RF 和 RRM 測試的自動化系統。其主要支援 5G NR的SA組網與NSA組網模式的系統,搭配安立知用於 5G CATR chamber MA8172A,可涵蓋5G FR2毫米波(mmWave)頻段。並提供靈活系統配置完成客製化的要求,以配合各種實驗室的測量條件需求。ME7873NR已經於2021年4月獲得 GCF 認證後,緊接著在同年6月的PTCRB會議上獲得了全球首個5G NR FR2 NSA模式RRM測試認證。

第二個系統是通訊協定一致性認證測試解決方案ME7834NR,ME7834NR獲得GCF和PTCRB 均註冊為測試平台251 (Test Platform 251)。支援符合3GPP協定一致性測試(PCT),以及包含多種無線電接取技術(RAT)的行動裝置營運商驗收測試(CAT),並可以搭配安立知OTA chamber MA8171A,同步涵蓋了FR1與FR2頻段的測試。

這些系統已經部署在全球重要的測試實驗室,安立知的測試和測量解決方案對5G裝置的產品效能驗證和加快產品上市速度有相當大的幫助,也獲得實驗室業者的推崇與良好口碑。