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確保 5G 連網體驗

 

全世界對於資料的需求正以驚人的速度持續成長。無論身在何處,我們都需要保持連網,並期待無接縫的豐富內容服務。目前的裝置使用越來越多的資料,具備網際網路功能的裝置數量也越來越可觀,現有網路基礎架構確實需要重大的改變,才能追上需求的遽增。

5G Connected Devices

5G 解決方案 – 不只是無線介面

隨著資料需求爆炸性成長,研究以次世代 5G 網路做為解決方案的方式正迅速起飛。目前有三種方法可支援上述龐大的流量增速:

  • 以新存取技術,更有效率地善用各個可用頻率
  • 提高網路速度及優化架構
  • 開放新的頻段

5G Data Growth

有效利用可用頻率與提高實體層存取通訊協定及無線存取技術的速度,彼此密切相關。目前已提出 2.5 至 10 倍的效率做為 5G 波形與存取方式的目標。

進一步的 5G 系統提案企圖藉由提高現有技術的速度,使用新開放的頻段,以及提升網路密度等方式提升頻率效率,而且也已經開發相關的支援技術。預期 CPU 處理能力與雲端運算的快速發展,將成為佈建 5G 服務的關鍵因素。

5G 是進化亦是革命。進化是指行動通訊進化為支援廣泛的全新使用方式,而革命則是指架構概念可望徹底改變,以支援全新的使用方式。

  • 提高快速、高效率的網路基礎架構
  • 支援更多的裝置連線
  • 低延遲、低功耗
  • 超過 10 Gbps 的資料速率

5G 包含現有 4G 網路的進化,它採用 C-RAN 與 HetNet 技術,以可負擔的成本提高現有網路的容量。核心架構的革命則是充分運用 SDN/NFV 與網路「切片」,利用新毫米波頻段無線介面以提高更高的容量,以及極低延遲的新架構/訊號傳送。

頻譜

為了面對包括以人類與以機器為中心的通訊所帶來爆增的無線資料流量,基本上需要更多的頻譜以供 5G 系統運作。

未來法規與技術的發展將為頻譜可用性與存取帶來複雜的狀況,有多個頻段受到不同的管制,包括各種形式的共用頻譜,這些頻譜預期可用於無線通訊系統。因此,必須以彈性的方式設計相關技術,使其能在不同的法規模式與共用模式之下運作。

3GPP 的 5G 標準化現況

由於行動電話的無線介面已有所進化,通常每十年就會改變,預計將從 2020 年開始使用 5G (第五代) 介面。

今後情況將與 3G 與 4G 類似,由 ITU-R (國際電信聯盟 ─ 無線電通信研究小組) 要求標準組織依據其針對效能與功能的建議,進行新介面的標準化作業。在評估各項提案之後,成功的標準將獲得授權並稱之為 IMT-2020。在 3G 方面,3GPP (第三代合作夥伴計劃) 提交的 WCDMA 及 3GPP2 提交的 CDMA-2000 獲得授權成為 IMT-2000,在 4G 方面,3GPP 提交的 LTE-A (長期演進-進階) 及 WiMAX Alliance 提交的 WiMAX-Advanced 獲得授權成為 IMT-Advanced。

5G 波形

4G 無線接取以 DL 與 UL 的正交傳輸為基礎,正交傳輸可避免干擾並提供高系統容量。但是,若要快速存取小型酬載,將正交資源指派至不同使用者的程序可能需要大量的傳訊並導致額外的延遲。因此,5G 考慮採用支援非正交存取以補足正交存取。這些例子包括非正交多重存取 (NOMA) 與稀疏編碼多重存取 (SCMA)

5G Superposition encoding example
(圖) 重疊編碼範例

5G 無線接取技術 (RAT) 必須滿足未來幾年速率超過 10 Gbps 的資料流量需求,以及低於毫秒的延遲。基本上,利用至少 200 MHz 的頻寬,並使用多重輸入多重輸出 (MIMO) 天線技術以及干擾抑制組合 (IRC) 接收器,即可達到上述速率。最理想的是,所使用的波形應具備良好的實施特性,例如有限的產生/偵測運算複雜性、有限的時間/頻率間接費用 (overhead)、良好的時間本地化、良好的光譜圍阻,以及容易延伸至 MIMO 等。OFDM 在 4G 中已展現其同時適合良好的 MIMO 實作以及使用者裝置中的簡易處理器實作,因此 5G 波形希望建立在該技術之上,並進一步提升 OFDM 以克服目前的限制。

目前考慮採用的 5G 波形有三種

  • FBMC – 濾波器組多載波 (Filter Bank Multi-Carrier)
  • UF-OFDM – 通用濾波 OFDM (Universal Filtered OFDM)
  • GFDM – 通用分頻多工 (Generalized Frequency Division Multiplexing)

5G 測試挑戰

隨著 5G 網路概念與技術的發展,相關測試方法亦隨之進化以相互匹配。未來的 5G 測試方法將必須為營運商提供高度的信心,確定能依據規格實作相關技術與服務,而且服務品質符合各項應用或服務的要求。

完全以資料為主的 5G 網路有極為廣泛的且多樣化的應用必須進行測試,屆時將需要大量的作業來進行標準測試。測試自動化、監控以及內建測試系統等,對於正確分析此種網路的效能而言非常重要。另外,新推出使用超高密度網路 (UDN) 連接無線接取元件與採用雲端網路的回載架構,將可供開發以雲端為基礎的測試服務,從任何地點進行任何項目的測試。因此,雖然 5G 因採用 SDN/NFV 與雲端服務而產生許多新的測試需求與挑戰,但亦可利用這些相同的技術建立新的測試解決方案以因應相關需求。有鑑於此,雲端解決方案不僅是新的需求,同時也是新的 5G 網路測試解決方案。

Anritsu 安立知可提供許多解決方案以促進及協助這項研究與發展以實現 5G 世界

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