mmWave
手勢/心跳皆可偵測 140GHz MIMO雷達超有感
比利時奈米電子和數位科技研究與創新中心imec,發布以28奈米CMOS技術打造的140GHz MIMO雷達單晶片,能在兼顧小尺寸、低成本、低功耗前提下,實現更高解析度與靈敏度,可望進一步擴展毫米波雷達在手勢辨識、生命體徵監測與細微運動偵測等領域的應用版圖。
隨著5G與自駕車發展日益升溫,毫米波技術的應用潛力逐漸受到產業界重視,相關研發活動與投資也不斷增加,除了聚焦在5G高頻通訊與汽車駕駛輔助系統(ADAS)的雷達應用外,利用毫米波雷達實現更多元的感測應用,亦是另一個重要發展方向。
針對非汽車ADAS的雷達感測應用,目前市場上以60GHz毫米波雷達方案為主,而imec此次所發表的140GHz毫米波雷達單晶片,則是另一突破性的技術進展。
imec研發團隊負責人Andy Dewilde說明,imec長久以來在CMOS技術的開發與多天線整合設計上擁有相當厚實的能力與經驗,因此能在一個外觀尺寸只有幾平方公分的完整MIMO雷達系統下,實現1.5公分的精準解析度。而更好的距離解析度性能,可開啟更多新的應用機會,這是該公司140GHz雷達系統單晶片重要的差異化特色之一。
Dewilde進一步談到,使用140GHz頻段的另一個明顯好處是,電磁波波長更小,僅2.1毫米,換言之,天線也就可以做得很小,因而imec僅透過28奈米Bulk CMOS製程技術,即可將天線直接整合至單晶片中,毋須使用昂貴的天線模組或外部天線,達到更高整合度與小尺寸設計,且未來也可輕易藉由大量量產來達到降低成本目標。
不僅如此,高頻毫米波波長小的特性,也可偵測到更小的位移變異,如細微的臉部表情變化與皮膚運動,能顯著提升位移靈敏度,有助於生命體徵偵測等應用,因此該雷達是實現車內生命體徵監測系統極佳的方案,可促成非接觸式駕駛狀況追蹤,例如偵測駕駛有沒有打瞌睡、壓力狀況是否異常,或者預防因急性健康危害如心臟疾病或癲癇發作。另一個可能應用,是利用動作和生命體徵偵測來監測小孩狀況,例如當兒童不小心被留在車內時發出警報,即使當下是嬰兒蓋著毯子睡覺,該雷達感測器也可發揮作用。
除了140GHz高頻毫米波頻段所帶來的技術優勢外,imec也在該款雷達晶片中,加入MIMO多天線配置與機器學習能力,從而打造直覺簡單的人機互動介面。imec荷蘭雷達專案研發經理Barend van Liempd指出,藉由加入機器學習能力,imec已證明雷達基於都卜勒(Doppler)訊息來偵測和分類細微動作的可行性,這將開啟新的應用機會,如實現直覺的手勢辨識人機互動。以擴增實境/虛擬實境(AR/VR)應用來說,新的雷達方案就可支援與虛擬物件的直覺式互動,手勢辨識還可以實現直覺的裝置控制,與現今語音控制或智慧觸控螢幕的人機介面相輔相成。
據了解,imec所研發的140GHz雷達晶片方案主要適用於室內的應用,操作範圍可達10公尺,且尺寸極為小巧,單一晶片大小僅1.5x4.5mm,可在幾乎各種裝置中被無形地整合,諸如筆電、智慧手機或螢幕邊框。
為了增加數據的豐富性和空間資訊,imec已著手開發下一代採用4x4的MIMO雷達系統,以及新的雷達晶片。Dewilde指出,目前的140GHz雷達系統原型,採用的是2x2 MIMO設計,所以只能做一個方向的角度偵測,下一個系統,會使用新版晶片,預計研發4x4 MIMO,有更多天線,以達到3D偵測。
imec研發團隊負責人Andy Dewilde利用imec 140GHz雷達系統原型,展示手勢辨識應用。
5G促進無線電/RF元件發展 成本效益是關鍵
由於應用於5G的技術紛紛登場,如sub-6GHz頻段、多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, MIMO)、毫米波(mmWave)等等,對RF元件供應商思佳訊通訊技術(Skyworks)、博通(Broadcom)、科沃(Qorvo)、村田製作所(Murata)、高通(Qualcomm)等提出了嚴峻的技術挑戰。
市調機構Strategy Analytics指出,5G無線電和RF組件的高度複雜性將使智慧型手機價格高居不下,而有可能阻礙5G的發展。但同時也推動無線電和RF組件供應商提出更具成本效益的5G解決方案,以符合手機用戶日益複雜的無線電需求。
Strategy Analytics的RF和無線組件總監Christopher Taylor表示,由於5G目前快速發展的關係,智慧型手機和其他蜂巢設備中的無線電在功能以及頻段等方面變得相當地複雜。在展望無線電元件市場的未來時,應該密切地關注整個市場的架構、歷年價格的波動和需求的趨勢,方能在營運商、設備代工製造(Original Equipment Manufacturer, OEM)和元件供應商產生利益衝突時達到雙贏的局面。
另外,Strategy Analytics策略技術副總裁Stephen Entwistle補充說明,在過去的五年之中,濾波器(Discrete Filter)、開關和放大器(Amplifier)等RF解決方案已經從分離式元件轉變為大型系統級封裝(System in Package, SiP) RF前端模組(Front-End Module, FEM),在一個封裝中就能包含多種技術,這促使了RF前端模組供應商的整合。
隨著5G的發展,為所有能夠提供有吸引力價格、更完善的複雜模組與SoC的廠商提供更多的機會。相對地,那些沒有辦法跟上此一潮流的廠商將會被市場淘汰。
是德新款VGX亮相 5G毫米波測試挑戰迎刃解
為克服5G毫米波(mmWave)測試挑戰,是德科技(Keysight Technologies)近日發布全新雙通道微波訊號產生器,能支援高達44GHz的訊號和2GHz射頻(RF)調變頻寬,且有效降低測試設定的複雜度,並減少空中傳輸(OTA)測試環境中的路徑損耗,解決5G與衛星通訊應用的寬頻毫米波傳輸挑戰。
是德科技行銷處副總經理羅大鈞表示,5G元件的整合度大幅提升,5G待測物不像過往的測試元件具備接線的介面(Interface),也就是無法使用電纜在被測設備和測試設備之間建立物理連接,因此大多透過OTA測試的方式。然而,使用OTA測試,最須克服的挑戰便是測試環境中的路徑損耗以及干擾(Noise)。此外,5G的特點例如更複雜的調變(Complex Modulationa)、更寬的頻寬(Wider Bandwidth)、更高的頻率(High Frequencies)及多通道技術(Multiple Antenna Techniques)等,同樣也帶來新的測試挑戰。
為改善此一情況,是德科技推出全新雙通道VXG微波訊號產生器,可支援高達44GHz的訊號和2GHz射頻調變頻寬,並具備最高輸出功率對比誤差向量幅度(EVM)和相鄰通道功率比(ACPR)效能,提供低OTA測試系統路徑損耗。
此外,該產品還整合了Keysight PathWave訊號產生軟體,可加速產品開發,該軟體套件讓使用者能夠存取符合不斷演化之3GPP 5G NR標準的訊號,以測試基地台、行動終端發射器和接收器;並搭載針對5G NR設計的全新圖形操作介面,讓使用者能以簡單流暢的體驗,產生相符性測試所需的訊號,以及以使用者為中心的介面(多點觸控和模組化),滿足研發和製造環境的特定需求。
是德科技網路存取部門副總裁Giampaolo Tardioli則指出,如欲分析並驗證在6GHz以下頻寬和毫米波頻譜中運作之基地台裝置的特性,業者需在寬廣的頻率和頻寬範圍中快速產生符合標準的波形;而新推出的VXG降低了設定複雜度、提升了輻射測試量測完整性,進而縮短5G解決方案的整體開發時程。
加快毫米波商用腳步 三星5G基地台RFIC/DAFE晶片亮相
搶搭5G熱潮,並加速5G毫米波商用時程,三星電子(Samsung Electronics)近日宣布已經成功開發新毫米波(mmWave)射頻積體電路(RFIC)和數位類比轉換(DAFE)ASIC晶片。新的RFIC和DAFE ASIC晶片是5G晶片組的核心元件,能夠支援28GHz和39GHz頻譜,可使5G基地台的尺寸、重量和功耗降低約25%,讓操作和部署更有效率。
三星執行副總裁Paul Kyungwhoon Cheun表示,三星在5G研發方面的突破促使美國和韓國得以在2018年實現5G商業化,其中5G基地台的出貨量已經超過36,000個;三星將繼續提供超低延遲、超高速和大規模連接的5G產品,加速5G商業化,改善產業面貌和日常生活。
為了滿足高速需求,5G基地台使用近千個天線元件和數個RFIC以利用毫米波頻譜。RFIC可以減少基地台的尺寸和功耗,而三星新推出的RFIC採用先進的28nm互補式金屬氧化物半導體(CMOS)技術,使頻寬可以拓展到1.4GHz。RFIC的尺寸也縮小了36%,並且透過降低雜訊和改善RF功率放大器的線性輸出提高整體效能。
目前三星已研發出28GHz和39GHz的RFIC解決方案,並預計今年將加碼推出24GHz和47GHz的RFIC,進一步將事業版圖擴展到更高頻段的市場。三星還開發低功耗、小體積DAFE ASIC晶片,DAFE對數位無線通訊來說非常重要,因它能提供類比-數位的訊號轉換;而開發ASIC晶片可以幫助縮小5G基地台的尺寸和功耗。如果不研發ASIC,DAFE就會因為體積太大而且功率不足而無法滿足產品需求。
三星電子網路業務執行副總裁兼研發主管Jaeho Jeon指出,三星正憑藉研發創新解決方案(包括低功耗RFIC和DAFE ASIC),強化自身在5G市場的競爭優勢,並開創數位轉型新時代。新開發的晶片組將會在推動5G技術發展的過程中發揮重要作用。
搶搭5G商機 高通新款5G數據機/射頻方案齊出
為搶占5G市場先機,高通(Qualcomm)近日發布全新第二代5G新空中介面(NR)數據機「Snapdragon X55」以及針對5G多模行動裝置使用的第二代射頻前端(RFFE)解決方案。
據悉,Snapdragon X55是一款整合5G至2G多模數據機的7奈米單晶片,可支援5G新空中介面毫米波(mmWave)及6GHz以下(sub-6 GHz)頻譜頻段,其5G下載速度最高可達7Gbps,上傳速度可達3Gbps,同時亦支援Category 22 LTE,下載速度高達2.5Gbps。
該產品還同時支援TDD和FDD兩種運作模式,且無論是獨立型(SA)或非獨立型網路(NSA)皆可使用,以支援5G布建。另外,該數據機亦設計用以支援4G/5G的動態頻譜共享技術,讓電信營運商能夠利用其現有的4G頻譜,動態提供4G及5G服務,藉以加速5G布建。
至於第二代RFFE解決方案,其設計旨在與全新高通Snapdragon X55數據機協同作業,針對同時支援6GHz以下(sub-6 GHz)及毫米波(mmWave)頻段的高效能5G行動裝置,提供全面性的數據機至天線系統。
高通總裁Cristiano Amon表示,面對5G時,OEM廠商面臨到許多棘手的設計挑戰。對於支援5G到2G的多模運作技術的需求,加上不斷增加的頻段組合數量,帶來了前所未有的複雜性。離散數據機或射頻解決方案已不敷使用,為此,該公司藉由提供全面性的數據機至天線解決方案,協助OEM廠商於2019年實現第一波5G裝置的商業化。
新推出的射頻前端解決方案包含高通QTM525 5G毫米波天線模組,此模組基於高通技術公司首款毫米波天線模組的創新,透過降低模組高度,以支援相較於8釐米厚的手機更加流線時尚的5G智慧型手機設計。此全新模組除了和前幾代同樣支援n257(28GHz)、n260(39GHz)和n261(US 28 GHz)等頻段外,還新增n258(26GHz)頻段,可供北美、歐洲及澳洲等地使用。
總而言之,新發布的Snapdragon X55和RFFE解決方案,其目的皆協助OEM廠商加速5G產品的推出速度、改善裝置效能、支援更多的頻段,並降低打造5G行動裝置的開發成本。由於裝置的先進功能,行動營運商可藉由網路容量及覆蓋率的提升而受惠,而消費者則能享受到更加流線時尚的5G智慧型手機,並擁有卓越的電池續航力、通話穩定品質、數據傳輸速度及網路覆蓋率。
專訪聯發科技通訊系統設計本部總經理黃合淇 Sub-6GHz 5G終端產品搶先問世
聯發科技通訊系統設計本部總經理黃合淇表示,5G在全球各國即將商轉,相關的技術與服務應用需要成熟且完整的生態系共同合作,而非一家公司能夠主導。為因應此趨勢,聯發科致力於參與3GPP國際標準的會議討論以及終端晶片的開發,致力於為客戶提供方案,達到在2020年5G商轉的目標。
黃合淇認為,傳統基礎建設業者在建置大型基地台的同時,也築起了一些技術高牆,小基站(Small Cell)若要與核心網路連結將面對較高門檻;基地台之間的互通性尚有疑慮。另外,民眾普遍排斥在自家住宅附近搭設基地台,也將使得建置小基站的地點難尋。因此,儘管小基站倡議多年,但商業模式仍不明確。
另一方面,Sub-6GHz頻段的特色在於傳輸距離長、蜂巢覆蓋範圍較廣,因此相對於毫米波(mmWave)頻段而言,使用Sub-6GHz頻段對於基地台數量的需求較少。同時,Sub-6GHz頻段所使用的技術多可沿用4G時期開發的技術,因此Sub-6GHz頻段相關的射頻元件產業鏈也相對成熟。
但也由於5G的終端市場非常多樣化,因此儘管聯發科技會先由Sub-6GHz頻段優先切入,但也依然會持續在毫米波頻段上持續開發。同時,也由於終端晶片是聯發科技最為熟悉的市場,因此面對5G革命,聯發科技也將持續往該方向投入研發。
目前聯發科技在5G技術的研發實力,也獲得國際標準組織的高度肯定。根據德國市場調查單位IPlytics GmbH調研報導指出,在全球已提交3GPP 5G標準技術貢獻的前20大公司中,相對於4G標準制定時期,聯發科技的5G提案參與度大幅增加了將近四倍,且聯發科技以43%的5G提案審核通過率高居全球第三。
聯發科技通訊系統設計本部總經理黃合淇表示,5G術與服務應用需要成熟且完整的生態系共同合作,而非一家公司能夠主導。
5G晶片戰火熱 聯發科主攻Sub-6GHz終端市場
隨著第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)陸續底定5G相關技術規範,5G技術在全球掀起的新革命也將正式展開。台灣是全球半導體及資通訊零組件發展重鎮,從晶片設計、製造、模組終端、都有完整產業鏈,有望藉由5G應用帶動新一波產業升級機會。聯發科技亦看好此趨勢,將率先搶攻Sub-6GHz頻段終端晶片市場。
聯發科技通訊系統設計本部總經理黃合淇表示,5G在全球各國即將商轉,相關的技術與服務應用需要成熟且完整的生態系共同合作,而非一家公司能夠主導。為因應此趨勢,聯發科致力於參與3GPP國際標準的會議討論以及終端晶片的開發,致力於為客戶提供方案,達到在2020年5G商轉的目標。
小型基地台(Small Cell)已經被提出討論多年,但隨著5G時代來臨,為滿足高傳輸量的需求,小型基地台的建置再次成為眾所注目的焦點。然而,黃合淇分享,傳統基礎建設業者在建置大型基地台的同時,也築起了一些技術高牆,小基站若要與核心網路連結將面對較高門檻;基地台之間的互通性尚有疑慮。另外,民眾對於在自家住宅附近搭設基地台普遍排斥,也將使得建置小基站的地點難尋。也正因如此,因此,儘管小基站倡議多年,但商業模式仍不明確。
另一方面,由3GPP所制定的頻段範圍可分為Sub-6GHz以及毫米波(mmWave)頻段,不同的地區在商轉初期的布局考量要素多,因此會有些許差異;頻段的選擇上將因地制宜。Sub-6GHz頻段的特色在於傳輸距離長、蜂巢覆蓋範圍較廣,因此相對於毫米波頻段而言,使用Sub-6GHz頻段相對對於基地台數量的需求較少。同時,Sub-6GHz頻段所使用的技術多可沿用4G時期開始發展的技術,因此Sub-6GHz頻段相關的射頻元件產業鏈也相對成熟。
黃合淇也提到,由於5G的終端市場非常多樣化、應用非常廣大,因此從技術開發的角度來看,儘管聯發科技會先由Sub-6GHz頻段優先切入,但也依然會持續在毫米波頻段上持續開發。同時,也由於終端晶片是聯發科技最為熟悉的市場,因此面對5G革命,聯發科技也將持續往該方向投入研發。
目前聯發科技在5G技術的研發實力,也獲得國際標準組織的高度肯定。根據德國市場調查單位IPlytics GmbH調研報導 指出,在全球已提交3GPP 5G標準技術貢獻的前20大公司中,相對於4G標準制定時期,聯發科技的5G提案參與度大幅增加了將近四倍,且聯發科技以43%的5G提案審核通過率高居全球第三。
5G規格陸續拍板 克服NR設計挑戰有訣竅
5G世代正席捲而來,大幅改善了4G的功能。隨著5G NR(New Radio)標準初始版本(納入3GPP Release 15規範中)於2017年12月首次發布,其實體層規格也逐漸成形。第15版規格主要著重於增強型行動寬頻(eMBB)和超可靠、低延遲通訊(URLLC),以實現超快的資料速率,並提供超低延遲的無線通訊。
這些新規格為裝置和元件設計人員帶來了新的挑戰。除須根據新標準進行設計外,還須驗證各種測試案例的協定,並且驗證射頻效能,以便提供預期的服務品質。
以上所述的這些因素,使得量測變得更具挑戰性。大規模MIMO(Massive MIMO)和波束控制技術的興起,帶來了波束管理的挑戰;而毫米波(mmWave)頻率的應用,則對訊號品質構成挑戰。此外,過去使用纜線進行的測試,現在則須透過空中介面(OTA)來完成,這一切都使得驗證變得更加困難。
雲端運算、人工智慧(AI)和機器學習、擴增與虛擬實境、物聯網,以及全球數十億個連接裝置等新興技術,正以前所未有的速度推動無線通訊系統的發展。5G NR適合那些應用?5G技術旨在提供更快速、可靠和幾近於即時的連接,最終將讓所有人緊密相連。人們可即時體驗線上活動和遊戲;手機和視訊通話可以拉近每個人的距離;而具人工智慧的智慧型裝置則可為每個人打造客製化和個人化的環境。
5G NR實體層部署是關鍵
5G NR預計將與4G一同運作,甚至利用4G用於非獨立模式(NSA)中的資料和控制平面的核心網路。專家預測5G、4G和Wi-Fi將共存於相同的載波,並利用免許可頻段來增加6GHz以下頻段的容量。5G NR第15版規格(R15)為實現未來5G通訊的靈活性打下了基礎。實體層是採用5G NR的第一步,它非常重要,因為它定義了組成無線訊號的結構,以及訊號透過空中介面進行通訊的方式。
在實體層中部署裝置設計的挑戰包括:
.靈活的時間和頻率間隔可實現低延遲,但它伴隨著複雜的通道編碼、訊號品質挑戰和無數的測試案例。
.頻寬成分(Bandwidth Part)是有效利用頻譜的關鍵,但它也帶來了新的共存問題。
.Massive MIMO和毫米波波束控制技術可實現更高的傳輸速率和更大的容量,卻也帶來了波束管理的新挑戰。
.毫米波頻率可提供更大的通道頻寬,但是在訊號品質和OTA測試需求方面帶來新的挑戰。
5G NR技術優勢多
NR R15規範了一個新的無線電,以實現更高資料傳輸速率和低延遲的使用案例。實現更高資料傳輸速率的關鍵是,增加高達52.6GHz的毫米波頻譜。在這些較高的頻率上,有更多的連續頻譜可用於經由通道傳送更多的資料。R15規範了高達400MHz的最大載波頻寬和多達16個可聚合成800MHz頻寬的子載波。另外,時槽結構的靈活性和可擴充性,將有助於支援5G多元的新使用案例。圖1顯示出不同的規格,對於提供靈活且可擴充的實體層有何幫助,並且顯示5G NR的明顯優勢。
圖1 5G NR R15的技術及其優勢。
5G NR定義循環前置碼正交分頻多工(CP-OFDM)可作為下行鏈路(DL)和上行鏈路(UL)的調變格式(或波形)。CP-OFDM已廣泛用於DL傳輸,但仍極少用於行動裝置的UL傳輸。在UL和DL中使用相同的波形,有助於在未來的版本中實現更簡單的裝置到裝置通訊。延遲擴展正交分頻多工(DFT-s-OFDM)也被指定為UL的候選波形。它使用單一傳輸,在功率受限的情境中非常好用。
不同於4G,NR允許使用可擴充的OFDM參數集(μ),其中子載波間隔不再固定為15kHz。使用NR時,子載波間隔由2μ×15kHz子載波間隔控制。15、30和60kHz子載波間隔用於較低頻段,60、120和240kHz子載波間距則用於較高頻段。可擴充的參數集支援可擴充的時槽持續時間,以便最佳化不同服務等級的傳輸速率、延遲或可靠性。在較高頻率下,較大的子載波間隔也有助於提高波形的穩健性,因為在毫米波設計中,整合的相位雜訊可能是個問題。
圖2顯示不同子載波間隔,及相關傳輸時間間隔(TTI)如何縮放時槽的大小。OFDM系統使用循環前置碼(CP)來減輕通道延遲擴展和符號間干擾的效應。CP藉由同一符號的開始處重複符號的結尾,來提供緩衝以保護OFDM訊號免於遭受符號間干擾。雖然這樣會降低可獲致的資料速率,但可在整個CP長度中完全消除符號間干擾。在5G NR中,隨著子載波間隔持續改變,循環前置碼長度也相對應地擴大,因此可根據通道條件適整CP長度。
圖2 子載波間隔和持續時間的關係。
低延遲迷你時槽實現URLLC
超可靠的低延遲通訊(URLLC)是三種主要5G使用案例之一,它是一部分透過迷你時槽實現的。LTE傳輸遵循標準的時槽邊界,但它們並未針對最小延遲進行最佳化。圖3的標準時槽具有以深色標示的14個OFDM符號。隨著子載波間隔增加,時槽持續時間則相對減少,如淺色方塊所示。迷你時槽的持續時間比標準時槽短,並可位於時槽內的任何位置。迷你時槽可以是2、4或7個OFDM符號長度。迷你時槽可提供低延遲的有效酬載和立即啟動時間,毋須等待時槽邊界的開始。
圖3 子訊框內的時槽和迷你時槽及相關的時槽持續時間。
靈活的時槽結構平衡UL/DL需求
NR子訊框結構還允許在相同子訊框內,動態指派OFDM符號鏈路方向和控制。透過這種動態TDD機制,網路可動態地平衡UL和DL流量需求,並在同一個子訊框中包含控制和確認訊息。時槽格式指標(SFI)用於表示時槽中的給定OFDM符號是用於上行鏈路、下行鏈路,或是可彈性使用(圖4)。
圖4 可以混合使用時槽結構以便動態改善流量。
5G NR高頻寬應用多
在LTE中,載波頻寬較窄,最高為20MHz。聚合多個載波可創造更寬的通道頻寬,最高可達100MHz。在5G NR中,FR1(高達24GHz)的最大載波頻寬為100MHz,FR2(高達52.6GHz)的最高載波頻寬為400MHz。頻寬成分是5G NR新增的功能,其中載波可以根據不同用途進行細分。每個頻寬成分都可以有自己的參數集,並且可獨立發送訊號。一個載波可以有混合的參數集,以支援混合的服務,例如節能或免許可頻段中參數集和服務的多工。但是,在給定時間內,只有UL中的一個頻寬成分和DL中的一個頻寬成分處於活動狀態。頻寬成分將支援傳統的4G裝置與使用同一載波的新5G裝置。有了4G、5G和潛在的Wi-Fi多工服務,須盡可能減少頻內和頻外發射。圖5顯示頻寬成分如何支援給定載波中不同服務的一些範例。
圖5 頻寬成分可支援同一載波上不同服務的多工。
Massive MIMO/波束控制提高傳輸速率
就像任何前一代升級案例一樣,傳輸速率是促成5G通訊成功的關鍵。這需透過多種方式實現,包括使用更寬的整體通道頻寬,以允許更多的資料透過空中介面發送;空間多工,其中多個獨立的資料串流在給定的時間和頻率上,透過多個天線發送;並藉由使用增強的通道反饋來提高傳輸速率,因為訊號經過最佳化,並使用進階通道編碼進行傳輸,以提供更高的傳輸速率。Massive...
5G夢想起飛 eMBB帶動設備製造商機
3GPP組織在2018年發布了首個5G NR標準,5G實現近在咫尺。5G可分為三大應用場景:其中,增強型行動寬頻通訊(Enhanced Mobile Broadband, eMBB)將針對大流量行動寬頻;另一方面,大規模機器型通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)則將針對物聯網應用;超可靠度和低延遲通訊(Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC)涵蓋了車聯網、智慧醫療等對於低延遲具有高要求的特殊應用。在2019年,電信、通訊產業將出現過去未見的新局面。
諾基亞(Nokia)台灣暨香港澳門、大中國區客戶營運部技術總監陳銘邦(圖1)表示,5G技術演進除了跟標準發布的時程有關之外,應用實現的需求也是關鍵所在。因此,由於NB-IoT、Cat-M等物聯網連線技術已相對成熟,應用設備也已開始布建,所以在發展5G技術的時候,mMTC應用可能將是最晚實現。在2019年,eMBB應用將會率先實現,緊接是URLLC應用。展望2019年,行動晶片大廠高通(Qualcomm)認為,5G將在該年度從一個夢想抱負成為現實的時刻。日、韓、美、中、英等國將在2019~2020年開始(表1),陸續啟動5G商用服務;該趨勢將帶動5Gㄑ基地台及智慧型手機等需求。
圖1 Nokia台灣暨香港澳門、大中國區客戶營運部技術總監陳銘邦表示,5G技術演進除了跟標準發布的時程有關之外,應用實現的需求也是關鍵所在。
eMBB應用先行 高通/Xilinx準備應戰
回顧2018年,可以看到全球各地進行許多5G試營運。各家營運商皆開始著手測試設備與解決方案,以便更深入瞭解5G功能在實際環境的運作狀況(包括效能、占用空間/功耗以及加值服務)。
賽靈思(Xilinx)通訊業務部門主管總監Gilles Garcia(圖2)認為,整體來說,可以觀察到各界5G部署的準備在2018年持續加溫。其中,南韓在2018年下半年率先開始進行真正大規模的5G部署,緊追在後的包括日本、中國以及紐澳,則將從2019年中開始部署。南韓將在2019年開始推動5G網路商轉,日本與中國則會開始布建5G網路。其中大多數部署都圍繞在固定式無線接取(FWA),以提高頻寬與增加覆蓋率。Garcia認為,在2019年可期待看到5G從小型基地台(Smallcell)展開布建,在像體育場館這類場所提供更好的使用者經驗。第一款5G手機也應在2019年開始送樣,讓各界開始運行實際的5G服務。
面對2019年即將到來的5G趨勢,Garcia認為其中將遭遇到最重大挑戰會集中在5G手機的部署,讓營運商提供真正的端對端5G應用/服務。需要澄清的一點就是,4G不會消失,營運商仍須持續擴充其4G網路以及部署新的5G設備,藉以提供各種新服務。因此Garcia預測,一些初期的5G網路部署將採用4G網路進行控制,而5G網路則是用來提高資料傳輸頻寬。
另一方面,高通也已於2018年10月在香港舉辦高通4G/5G高峰會,會中發表了最新且最小的5G NR毫米波(mmWave)天線模組系列產品。該款產品與在2018年7月發表的首款毫米波天線模組相比,最新的毫米波天線模組體積縮小25%,更能夠協助行動裝置製造商於2019年推出支援5G新無線電(NR)的智慧型手機及行動裝置,滿足行動裝置嚴格的尺寸需求。
圖2 賽靈思(Xilinx)通訊業務部門主管總監Gilles Garcia認為,各界5G部署在2018年持續加溫,其中,南韓在2018年下半年率先開始進行真正大規模的5G部署。
R16規範將涵蓋URLLC需求
在R15規範中無論是針對獨立組網(Standalone, SA)或是非獨立組網(Non-Standalone, NSA)架構都有規範到,並且皆是以eMBB技術為主。R15規範的目標為,無論是透過SA或是NSA架構,5G上路的第一步皆先滿足eMBB應用情境。目前已進入研究階段的R16標準涵蓋範圍則較寬,除了eMBB之外,也有包含URLLC的特別領域應用。然而,R16要等到2019年才會有比較穩定的版本推出,待R16版本推出之後,大約要等到2020年之後,才能看到終端廠商和設備商推出符合此架構的產品。
Garcia也表示,賽靈思除了深入參與3GPP標準的制定,也投入R16標準化過程,R16標準預計在2019年底至2020年完成。儘管預期R16標準不會在2020年初之前制定完成,但在現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)方面賽靈思也已經準備和客戶聯手進行早期R16建置工作,因此在2019年也勢必會看到一定程度的發展結果。
陳銘邦指出,目前Nokia的方案都已經符合了R15標準,然而,由於3GPP每三個月將進行一次會議,每次會議皆可能針對現有版本更新,因此,Nokia不但必須隨著新版本開發,還需要針對新舊版本進行測試,確保設備互通互聯。
高通也已針對R15標準推出了多項解決方案,同時協助客戶與業界夥伴們進行相關的技術發展。目前R16也進入了研究階段,高通亦表示將與3GPP以及業界夥伴保持密切合作,也持續進行討論。
另一方面,Garcia也指出,由於5G標準覆蓋了範圍極廣的需求與應用,從高頻寬、低延遲、大規模物聯網一直到連網汽車等,因此有非常多的機會提供各類應用價值。為此,賽靈思全力投入於目前的16奈米製程系列方案,以及即將推出的Versal平台,來因應5G極其廣泛的需求。目前採用賽靈思產品進行的R15部署,不需更換硬體就能升級支援R16標準的各項功能。
NSA架構種類多 營運商各有考量
目前全球各國積極建置的5G基礎建設,皆是以NSA架構為主,然而NSA架構也有多種選擇(圖3),單看營運商的考慮而定,NSA過渡到SA的時程亦是依照各營運商的考量為主。
圖3 5G網路的不同架構
NSA架構是基於4G LTE...
搶占市場先機 英特爾宣布提前推出5G基頻晶片
搶占5G市場先機,英特爾(Intel)宣布提早推出Intel XMM 8160 5G數據機晶片組,此一經過優化多模數據機,可為手機、個人電腦和寬頻存取閘道器等設備提供5G連接,將可加速5G通訊技術被廣泛採用。Intel指出,該產品提早半年上市,預計將於2019下半年推出,而使用該數據機晶片組(包括手機、PC與寬頻存取閘道器)的商用設備預計將於2020上半年上市。
Intel公司副總裁暨通訊與設備事業群總經理Cormac Conroy表示,該公司看到市場對於XMM 8160進階功能集的龐大需求,因此決定將這款數據機晶片組的上市時間提早半年;新推出的數據機晶片組可支持大容量以擴充至多種設備類別,配合全方位的5G部署。
XMM 8160為一款多模數據機,可透過單一晶片組支援5G新無線電波(New Radio, NR)的新標準,包括獨立(Standalone, SA)和非獨立(Non-standalone, NSA)模式,以及4G,3G和2G傳統無線電波。
該產品還提供單晶片支援多模,可以設計出更小更省電的裝置,這可適用於5G與之前的無線網路、並且不會造成額外太複雜的設計、電源管理和外型規格調整等問題;另外,透過直接導入多模解決方案,新款數據機的功耗、尺寸和可擴充性方面皆有明顯的改進;值得一提的是,整合式多模解決方案還支持LTE和5G的雙連接(EN-DC)功能,當5G訊號無法使用的時候,5G行動網路可以跟4G標準相容。
同時,為解決用戶、裝置和連網機器帶來的更多巨大頻寬的需求,業界紛紛轉向毫米波(mmWave)頻譜和中頻頻譜,為此,該數據機也支持新的mmWave頻譜以及6GHz以下5G NR通訊標準(包括600MHz至6GHz的FDD和TDD頻段)和下載速度高達6Gbps所需的先進技術。