5G毫米波接口特性分析的挑战及考虑因素

5G有许多颇具挑战性的目标——括增加网络容量、提升峰值数据速率以及让行动通讯服务变得更可靠。其中有些目标需要将现今效能提高10倍、100倍或1，000倍，这在现有低于6GHz的频谱中是无法达成的。因此，研究人员必须在高达100GHz厘米波(cm)及毫米波(mmWave)频率中研究新的无线接口。

　　为了对射频(RF)信道之毫米波频率进行特性分析，工程师面临许多前所未有的新挑战。本文探讨其中一些挑战及考虑因素，协助工程师轻松迎战这些难题。

　　为了制订新的无线接口标准，研究人员必须能够评估RF通道的特性，才能了解RF信号透过信道传递的方式。研究人员目前使用通道探测技术来收集“通道脉冲响应”(CIR)数据，以便利用信道参数估算算法撷取信道参数，接着再将撷取到的数据用于新信道模型的建构，如图1所示。

　　信道探测量测系统可分为各种不同类型，从简单到复杂的都有，端视估算的参数而定。量测支持多路径传播的时变(time-varying)通道时，必须了解内含时间及相位信息的复杂脉冲响应。此外，能够在类似条件下，利用不同的量测系统来复制或验证量测，是一项重大的挑战。

　　图1：无线传输信道的模型是由信道探测、信道参数估算以及统计资料所组成

　　重要技术挑战包括：

　　◇ 以大于500MHz带宽及多通道支持，在毫米波频率下进行信号产生及分析

　　◇ 数据撷取及储存

　　◇ 通道参数估算

　　◇ 校验及同步化

　　接下来讨论有助于因应这些挑战的一些重要考虑。

　　信号产生与分析

　　为了满足使用者对于5G的高带宽需求，无线接口标准将涵盖高达100GHz的毫米波频率，带宽为500MHz至2GHz，而且支持多个通道。在此情况下，研究人员需考虑非常多的因素，而且亟需高效能的信道探测系统。

　　这些量测系统必须能满足前述的核心需求，并提供可重复的量测。重要系统组件包括基于基频任意波形产生器(AWG)的宽带数字模拟转换器(DAC)，以及可当作宽带数字转换器或示波器使用的模拟数字转换器(ADC)，以支持所需带宽，并具备足以支持撷取信号所需动态范围的分辨率。

　　同样地，由于5G标准尚未制订，测试设备应具备相当的灵活性，如此才可随着测试要求及标准演进，而进行配置或重新配置。

　　数据撷取与储存

　　透过具多信道功能的宽带量测系统来收集原始数据时，单单一项8通道、1GHz带宽的量测，便可在短短一秒内耗用高达数Gigabyte的数据，并迅速将磁盘驱动器塞爆。不仅如此，研究人员还必须撷取ADC的数据，然后存入储存装置。想要实时撷取并且以串流方式传输数据，根本是不可能的任务。唯一感到开心的是磁盘驱动器制造商，因为他们可以卖出更多的储存装置，但这种方法并不可行。

　　另外，还可考虑使用两种可减少数据收集量的撷取方法：

　　◇ 若探测信号少于一个传送周期，即可仅撷取有效数据、或仅撷取执行CIR计算所需的数据。这种方法可大幅减少所需收集的数据量。

　　◇ 接下来，则可利用内建的实时自动关联及信号处理功能量测宽带，以便在量测系统内产生有效CIR数据。此时只需储存CIR结果，因而可大幅节省储存空间，并加速提供CIR结果。