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5G钱景诱人，通讯设备商、量测仪器商以及FPGA厂商已纷纷推出5G无线原型、毫米波通道探测、5G波形产生与分析测试、5G功率放大器量测等解决方案，来促进第五代行动通讯系统开发。
5G网络容量飞跃成长、上网速度变快、拥有更低延迟性，且具备更密集的小基地台(Small Cell)及更可靠的联网质量，符合未来万物联网需求，因而有助加速物联网、车联网和机器对机器(M2M)等应用实现，再者，5G专利将带来可观的授权金，商机不容小觑，吸引电信设备商、量测仪器商和现场可编程门阵列(FPGA)芯片商投入研发。
为卡位第五代行动通讯市场，爱立信(Ericsson)、国家仪器(NI)、罗德史瓦兹(Rohde & Schwarz)、是德科技(Keysight Technologies)、安立知(Anritsu)和赛灵思(Xilinx)皆已紧锣密鼓布局5G。
助力电信商实场测试 爱立信祭出5G无线原型
5G标准虽尚未制定，但爱立信已推出5G无线原型(Radio Prototype)，并预计2016年提供给部分营运商做测试使用，来催化5G发展。
图1 ***爱立信技术长汪以仁表示，该公司会从落实LTE演进技术和云端转型等两个方向，来协助***发展5G。
***爱立信技术长汪以仁(图1)表示，5G不仅有新频段与新技术，还包含LTE演进技术，与4G相比，5G将更为全球化，并拥有更健全的生态系统。在5G新技术方面，包括毫米波(mmWave)、大规模多重输入/多重输出(Massive MIMO)、波束成形(Beamforming)及双工(Duplex)等；另外，在LTE演进技术方面，则会从三载波聚合(3CC CA)增进至四载波聚合(4CC CA)、五载波聚合(5CC CA)，相关的LTE演进技术会在第三代合作伙伴计划(3GPP)的R13版本开始逐步标准化。
汪以仁进一步指出，为了加速5G开发，爱立信发展出5G无线测试平台(Radio Test Bed)和5G无线原型(图2)，目前5G无线原型已提供给日本NTT DOCOMO及韩国SK Telecom等营运商做实验室以外的5G先期测试，而2016年会再提供给部分电信营运商做测试使用。
图2 爱立信开发出可携至户外的5G无线原型。 图片来源：爱立信
汪以仁认为，由于5G新应用拥有诸多想象空间，因此开发5G，除了强化标准化、芯片制造与专利等方面的布局外，亦可多布局须透过5G来落实的新应用，以为各种产业带来更多新价值与想象空间。
另一方面，仪器商也推出相关的毫米波通道探测(Channel Sounding)、Massive MIMO、5G波形产生与分析测试、5G功率放大器(Power Amplifier, PA)等量测解决方案，有利增快业者5G开发进程。
缩短5G原型开发时间 NI「软硬兼施」
图3 国家仪器技术营销经理潘建安指出，5G商机热，将启动下一轮的智财权争夺战。
国家仪器看好5G前景，祭出相关软硬件解决方案，来缩短5G从模拟(Simulation)至原型开发、乃至部署的时间，藉以协助厂商、研究单位与学界能尽早插旗5G版图，进而顺利在专利占有一席之地。
国家仪器技术营销经理潘建安(图3)表示，该公司约从2013年开始与国际大厂合作研发5G(图4)，从各国芯片商、电信业者投入5G的动作而言，可观察出各界对发展5G十分热络，5G将启动下一轮的智财权(IP)争夺战。
图4 Nokia透过国家仪器的解决方案在2015年NIWeek展示毫米波E-band技术。 图片来源：国家仪器
潘建安进一步指出，目前，国家仪器推出的软件解决方案--LabVIEW Communication System Design Suite，其可再搭配该公司旗下相关毫米波、Massive MIMO等领域的模块化硬件仪器，来缩短原型开发时间、从而快速进入部署阶段，也因原型开发速度快，而有利厂商争夺5G专利；此外，相较于其他竞争对手，该公司专精于模块化仪器，能减少不同平台的转换步骤，加上模块化仪器体积小、方便携带，而较有利进行实场测试。
值得关注的是，潘建安认为，现下5G主要有四大研究领域，包括毫米波、Massive MIMO、新调变技术和网络密化(Densification)。而国家仪器也已与产业界、学研界合作，譬如在毫米波方面，诺基亚便采用该公司解决方案来展示73GHz的毫米波无线通信系统。
而Massive MIMO部分，则与隆德大学(Lung University)连手，开发出256×256的大型天线实测平台；同时，亦与欧洲电信商Vodafone、日本电信商NTT DoCoMo携手研发新调变技术。未来，该公司也会针对此四大面向，持续与研究机构进行深入合作与开发。
各式解决方案大举出笼 R&S重兵部署5G量测
R&S倾力布局下世代行动通讯，并已开发出适合量测5G各领域的单机仪器，譬如信道探测、Massive MIMO、宽带讯号测试(Wideband Signal Tests)等解决方案。
R&S行动终端量测暨全球项目业务部资深业务经理曹维陵表示，该公司单机量测仪器与模块化仪器相比，其竞争优势是拥有较佳的讯号准确度，两者的讯号准确度会有±1%或±1.5%的差距。以实务经验而言，若讯号准确度差距0.5dB，客户便会跳脚，因此为维护讯号质量，该公司仍以单机量测仪器为发展方向。
此外，面对模块化仪器体积小、方便携带的特性，R&S应用支持工程部应用工程支持经理林志龙补充，该公司也推出手机搭配Android应用程序(App)的测试产品，亦能提供可携式的解决方案。
据了解，该公司拥有多种5G解决方案，譬如毫米波通道探测解决方案--R&S SMW200，此为向量讯号产生器，可搭配该公司其他的讯号及频谱分析仪，以协助开发毫米波技术；另外，在Massive MIMO、5G PHY候选标准参考数据库(5G PHY Candidates)与宽带讯号测试等领域皆具备解决方案。
现阶段，R&S亦与资策会、工研院、中山大学和中正大学等合作5G开发，希望藉由该公司的经验与设备，来协助学研单位与业界加速开发毫米波等技术、进行实场测试。
曹维陵指出，该公司未来的5G布局，在先期开发阶段，除了持续研发解决方案外，亦着重建立生态圈，并加强与第三方伙伴的合作。
加速毫米波频段开发 是德科技强攻通道探测
为加紧明了毫米波频段，是德科技推出通道探测解决方案；此外，该公司也推出5G波形产生与分析测试方案，以协助研发人员从事5G先期开发。
图5 是德科技营销处资深营销项目经理郭丁豪表示，该公司预计增加与研究单位、电信商、5G重要组织以及民间公司合作，以利开发5G。
是德科技营销处资深营销项目经理郭丁豪(图5)表示，5G处理的数据容量变大，需要更快的上网速率，以及能实时反应的网络，以因应物联网、车联网和智能医疗等新应用。
而在频谱资源有限的情况下，毫米波频段被认为是5G可能的频段。但各界对毫米波频段通道所知甚少，故该公司推出5G通道探测解决方案，协助工程师利用信道探测，来分析路径损耗、水等环境障碍对讯号传输所造成的影响；据悉，该方案内建现场可编程门阵列(FPGA)，能先行处理大量数据。
郭丁豪分析，开发毫米波须克服毫米波组件、多天线应用如Massive MIMO、波束成形和相位同调等高频组件与技术的挑战，才有助加速发展毫米波技术。
另外，由于5G标准尚未制定，物理层波形也仍未定义，所以便出现诸多竞逐的候选波形，比方像多载波滤波(FBMC)、正交分频多任务(OFDM)与通用多载波滤波(UFMC)，为因应各种可能的波形与情境，是德亦祭出5G波形产生与分析测试方案，来帮助研发人员能灵活测试5G的各种波形，藉以进行讯号产生与分析研究。
据了解，该公司与竞争对手差异之处，在于旗下兼有模块化与单机仪器，能依客户的不同需求进行混搭，提供更弹性的方案。郭丁豪指出，模块化和单机仪器依照不同应用领域与设备规格，会有不同精准度与价格，因此各具优势。举例来说，以Massive MIMO而言，假设开发者欲测试六十四通道，利用六十四台单机仪器会占用庞大的空间，但模块化仪器仅须使用六十四片模块，能大幅缩小体积，而较适合测试多通道。
未来，该公司预计增加与研究单位、电信商、5G重要组织如***资通产业标准协会(TAICS)，以及民间公司(如组件商、芯片商、系统厂商、大小型基地台业者)合作，以利开发5G。
竞逐毫米波商机 安立知端出5G PA量测方案
安立知(Anritsu)看好功率放大器在微波传感器/雷达、相关毫米波的高频RFIC，以及下一代无线通信(如5G、WiGig)里将扮演重要角色，基于功率放大器在上述领域的潜力，该公司已与瑞典Chalmer大学合作，展示量测5G功率放大器的方案，欲抢攻第五代行动通讯商机。
安立知应用工程师程昭团表示，近来物联网和5G的议题非常热门，从穿戴式装置、智能交通、车联网、智能零售、智能工厂和智慧医疗皆需要半导体、无线通信/RF IC、巨量数据(Big Data)/云端运算等解决方案来支持。
程昭团补充，业界认为5G不一定只有一个频段，可能会需要多个频段来达成。现阶段，会先选用6GHz以下的频段来做广域覆盖，同时由于未来网络需高吞吐量(High Throughput)，因此毫米波频段也炙手可热。
安立知业务暨技术支持部门经理林光韦表示，有鉴于毫米波的发展潜力佳，该公司已和瑞典Chalmer大学合作，透过安立知VectorStar系列的向量网络分析仪(VNA)与Chalmer大学的软件来展示相关5G PA的量测方案，该方案带宽达200MHz，使得在5G条件下，评估和量测功率放大器的特性成为可能。
另外值得关切的是，在5G先期开发阶段，由于标准尚未制定，无论是技术或标准，都有可能瞬息万变，而FPGA有助于变化多端之际快速应对，因此常被用于早期研究，当前相关芯片商亦摩拳擦掌进攻该市场。
加速算法探索/原型开发 FPGA于5G开发扮要角
图6 赛灵思通讯事业群资深产品经理Harpinder Matharu观察，5G不仅与通讯相关，其更接触生活的所有层面，此转变对行动通讯系统的要求和设计原理都造成影响。
赛灵思通讯事业群资深产品经理Harpinder Matharu(图6)表示，5G前期试验以及实地测试，有助验证概念与原型开发，并能帮助标准制定组织建立标准共识，因此5G先期开发作业十分关键，而FPGA有助加速算法探索、5G概念验证/原型开发与建立量测设备，故在5G研发上扮演要角。
有鉴于此，现阶段该公司已推出相关的产品--20奈米(nm)的UltraScale和16奈米的UltraScale解决方案，其适用于5G发布标准前或发布后的短期内，能协助开发5G技术。
而在5G标准正式发布后，5G基地台设计的部分仍可望利用FPGA进行设备的制造和部署。据悉，为掌握5G商用先机，该公司已布局7奈米平台，以利在5G商转时期提供更佳的解决方案。
Matharu观察，4G通讯是以人与地为主、以通讯和信息分享为核心主题，但5G则将范围扩大到人、地、机三方。5G不仅与通讯相关，其更接触生活的所有层面，包括人们的日常、工作、通勤与娱乐休闲等，此转变对行动通讯系统的要求和设计原理都造成影响，因此须进一步利用虚拟化和软件架构网络提升5G系统/网络的效能。
为实现5G，有些新技术或新频段如毫米波、Massive MIMO、软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)也备受瞩目，而FPGA亦能应用于研发上述领域。
Matharu指出，Massive MIMO适合厘米波和毫米波频率，其能帮助克服高频传播的障碍，由于该公司的FPGA可达成高连接性带宽需求，并管理高效率波束成形预先编码算法，有利研发Massive MIMO，目前已有系统商及5G研究团体采用并从事原型开发。
另一方面，赛灵思的FPGA还可应用于4G无线电、基频处理/加速、基频交换/联机、去程传输、回程线路调制解调器、封包处理、安全性、基地台时序与同步，以及演进封包设备等领域。
而在5G布局上，该公司除了规画7奈米平台，目前也和一级供货商、产业研究论坛、学术机构、测试与量测业者合作。
5G将带来全新的联网与应用商机如车联网、虚拟现实等，电信营运商、通讯设备商、量测仪器商和芯片商已虎视眈眈，并布局相关技术研发，以在第五代行动通讯展露锋芒，开创行动通讯事业的第二春。
工商网监
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