5G SA開台 多重無線技術測試再添挑戰

作者 : Anthea Chuang,EE Times Taiwan

即使進行5G SA測試相對較為單純,但身在產業界的人都明白一個道理——若非特定應用需求,終端裝置自然不可能僅支援5G SA技術。如此一來,測試工作還能如此單純嗎?

所謂的「真」5G技術——5G獨立組網(Standalone,SA)規範Release 15早已凍結。由於5G SA可實現更好的服務體驗,如更快的回應時間、更低的延遲、增強的頻譜效率、更高的服務品質(QoS)和可靠性…等優勢,更被預期會有更低的成本,以及將實現增強型行動寬頻通訊(eMBB)和超可靠低延遲通訊(URLLC)兩大應用場景的技術指標,因此全球電信營運商也開始在既有的5G非獨立組網(NSA)架構上朝5G SA邁進。

5G SA是「真正的」未來發展方向

根據規範,5G SA使用新的5G封包交換核心網架構,基地台可同時用於信令(signaling)和資料傳輸,不用像5G NSA需依賴4G核心網路,因此業界一時間才有5G SA才是真正的5G技術的說法。台灣羅德史瓦茲(R&S)市場行銷部資深協理盧迦立說明5G SA與NSA的差異,他指出,NSA是在既有的4G核心網路(EPC)上建構5G無線電存取網路(RAN),亦即5G的控制信令仍透過4G EPC進行傳輸;而SA從RAN到5G核心網路(5GC)均是遵從5G NR標準,不牽涉任何4G EPC。此外,如前所述,5G NR (New Radio)的幾個重要核心效能,如URLLC、大規模機器型通訊(mMTC)、多接取邊緣運算(MEC)、網路切片(slicing)等,只在5G SA上支援。

 

5G端到端系統架構圖。

(來源:工業技術研究院資訊與通訊研究所)

 

安立知(Anritsu)業務暨技術支援部協理薛伊良進一步解釋5G NSA先出現的原因,他表示,由於5G建置之初,基地台的佈建密度尚不如現有4G的基地台,因此電信業者多半採用NSA的模式,也就是讓手機的信令連線持續使用4G基地台;而5G的基地台則透過雙連線(Dual connectivity,DC)的方式進行資料傳輸連結。這種方式的好處是,可以確保使用者在沒有5G基地台覆蓋的環境下,進行資料/語音傳輸…等服務時不會中斷,且電信業者也不用急於擴大5G基地台的建設,可以在顧及服務品質,以及成本的狀況下提供5G服務。

事實上,3GPP提供了六種5G佈建選項,供電信業者採取不同的方式遷移到5G技術。是德科技(Keysight Technologies)行銷處資深專案經理郭丁豪進一步說明,5G NSA模式的網路可利用現存4G網路加快部署,也就是說,在NSA模式下運作,可使用現有的4G LTE無線電,以及EPC和eNodeB (eNB)作為錨點和控制平面。若使用5G NR則可直接連接到5G下一代核心(NGC),實現5G的重要功能之外,不同業者間的互通性也比較容易實現。不僅如此,在終端方面,5G SA的裝置設計比較簡單,在功耗效率上也有機會比5G NSA有效。

 

3GPP提供電信業者5G NSA與SA模式的建置選項。

(來源:是德科技)

 

雖然對4G營運商而言,NSA模式可使其進入5G時,投資成本較低且建置較快速,不過,此種模式下的4G及5G網路接取彼此間的互連互通較複雜,且傳輸效率易受4G牽制,將導致日後營運成本反而變高。盧迦立強調,NSA無法充份發揮5G的完整效能,因此長遠來看,NSA可謂從4G到5G的過渡方案;然而SA模式雖是全新的建置,且初期投資成本高,但若考量目前不斷推陳出新的商業模式、各式垂直整合應用及大眾對網路服務品質的需求,則唯5G SA模式才能滿足。

全球電信業者已展開5G SA服務

有鑑於5G SA可實現URLLC、mMTC、MEC、網路切片等滿足各產業未來發展所需的功能,因此在標準底定之後,全球電信業者也開始陸續利用5G SA技術擴增現有的5G基礎設施,並提供相關服務。根據統計,現階段全球52個國家中,已有111家電信商投入SA網路建置(包含實驗網及規劃中的業者),其中至少有分佈在18個國家中的29家電信營運商,已開始5G SA公眾網路營運。

從市場發展觀察,電信業者為何快速從NSA過渡到SA模式的原因,郭丁豪認為,5G的應用面與網路滲透率,將影響業者是否花更多資源投入SA建置,如果更多的專網服務需求、更多新興網路服務業者投入、新地區佈建需要,以及5G毫米波(mmWave)服務高速應用,都會驅動電信業者加速SA的佈建。目前包括專網服務、新興網路服務業者、新地區佈建與5G毫米波服務,都是優先考量5G SA。其中,北美與中國電信業者佈建速度相對更快。

盧迦立則指出,電信業者從NSA跨入SA佈建的主要影響因素在於,5G垂直應用、整合服務的多元化、產業鏈及配套的營運模式是否就位。值得注意的是,5G專網是SA一個很好的切入點,但這端看政府相關政策與規劃是否能有效協同電信業者的發展計劃,並在一些重要場域的應用發揮領頭羊的示範角色。

再從技術面來看,薛伊良指出,5G網路佈建初期,美國電信業者投入了相當多的資源來建設FR2,也支援毫米波技術的NSA基地台。但由於3GPP Release 15對FR2的省電和換手技術尚未成熟,導致使用者對5G的使用體驗與穩定度存有疑慮,促使電信業者轉而積極建設FR1,以及支援5G SA的核心網路。

另一方面,在5G SA網路開始商業營運後,基地台的佈建也逐漸普及,電信業者開始思考將原本LTE使用的頻譜轉給5G NR使用,最主要的原因是,5G在頻譜的使用上比4G更有彈性和效率。薛伊良解釋,5G導入部分頻寬(Bandwidth Part,BWP)的技術,可將頻帶動態切割成不同頻寬,以及不同大小的子載波(Sub Carrier space),使電信業者可以滿足多種服務在不同時間點的使用需求與品質。

5G SA裝置需求升溫 測試反而相對簡單?

隨著電信業者啟動5G SA商轉,支援5G SA的相關裝置自然也跟著陸續問世,才能進一步助力電信業者推展相關服務。據了解,現階段已發佈的近1,500項5G終端設備中,已有超過1,071樣產品支援SA,其中約有844個已是商品化的產品,並在市面上流通。薛伊良說明,約莫2021年左右,TMO、AT&T相繼宣佈SA網路正式營運,隨即帶動終端對支援5G SA網路功能的需求。

因此,終端業者亦開始研發支援5G SA的產品。不過,為確保裝置連線品質,以及提升使用者體驗,支援無線技術的終端裝置都須經過測試,才能進入市場。而5G SA測試是否為業者開發產品時帶來新挑戰?答案是否定的。

量測儀器供應商在訪談時皆表示,因為沒有牽涉到LTE,所以相較於NSA的測試,SA的量測反而相對單純,且測試設備只需支援5G核心網路與無線電。郭丁豪指出,5G SA的測試單純性也反映在支援5G SA的O-RAN (Open RAN)設備測試上。這是由於SA模式不和NSA一樣與LTE共用基地台,網路架構簡單,因此無論是否為O-RAN的設備,在測試上都較為易於進行。

不過,薛伊良提醒,在終端開始支援5G SA網路之後,需要執行的測試驗證項目就得多加5G信令及相關應用面的驗證;此外,由於5G在頻譜的使用上有相當大的彈性,因此裝置需支援的頻率和子載波組合都需一一驗證。而在O-RAN設備測試方面,因硬體技術的進展及通訊協議的演進,促使O-RAN的技術與架構在5G世界中蓬勃發展。除了電信業者可以採用O-RAN架構節省成本外,Local 5G、工業物聯網(IIoT)網路也可以透過O-RAN的技術佈建。但由於無線電波是不可視的,所以實際佈建上各個點的訊號強度,以及被干擾的影響也常常無法被準確估算,這是測試O-RAN設備時須注意的部分。

即使進行5G SA測試較單純,但身在產業界的人都明白一個道理——在單一終端裝置中能「塞」越多通訊技術,越能提供使用者更多創新的體驗,也可進一步提升產品的價值,因此,若非特定應用需求,終端裝置自然不可能僅支援5G SA技術。如此一來,測試工作還能如此單純嗎?

測試內建多重無線技術裝置才是真挑戰

單是現今的行動裝置,尤其是智慧型手機,幾乎都內建了蜂巢式(cellular)、無線區域網路(WLAN)、藍牙(Bluetooth)、GPS…等無線技術。安立知業務暨技術支援部協理江宗縉表示,支援多種無線通訊技術的行動裝置,若以傳統的測試方法進行,業者需要針對各種不同的通訊協議,購買不同的測試設備來進行測試,往往會花費許多成本在測試設備上,才能建置完整的測試系統。

但花大錢建置測試系統後,並不代表實際進行產品測試時能夠一帆風順。每種無線技術各有其特性與其優劣,要逐一將所有的測試項目都做完,且還得正確無誤,通過測試,必須花費更多時間成本。有鑑於此,為協助終端產品製造商節省測試時間與成本,加速產品問世,量測儀器廠商紛紛指出整合型測試儀器,將是一大利器。

盧迦立認為,RF DE-SENSE測試始終是各式無線技術匯集時需要考量的重點,因此目前各家儀器公司均推出整合型測試儀器,即單機支援各式無線通訊技術,再搭配寬頻的屏蔽箱,為客戶提供方便的完整測試方案。R&S的CMX500 OBT以單機便可支援LTE及5G FR1及FR2、SA和NSA的信令測試;另外,CMP 180/200無線設備研發和生產測試平台則是針對Wi-Fi及5G FR1/FR2的非信令測試,這些整合型儀器均可為客戶節省研發或產線的投資成本。除此之外,R&S也推出對應的自動化軟體測試方案,進一步達成客戶產品加快上市時間(time-to-market)的要求。

 

R&S單機信令測試儀CMX500。

(來源:R&S)

 

「單機或單系統確實可加速測試速度,」郭丁豪強調。他並以是德科技E7515B 5G無線測試平台說明,該平台在單一設備中同時支援多種無線存取技術,可大幅縮小系統體積和佔用空間,還可在NSA和SA模式下支援5G NR,並可作為5G NSA模式的錨點,或獨立支援LTE,或是進行Inter-RAT測試,也可支援3G Inter-RAT測試。

 

是德科技E7515B 5G無線測試平台。

(來源:是德科技)

 

江宗縉則提到,安立知早在10年前即發佈了多功能無線通訊測試產品MT8870A,當時該公司還在台灣成立全球軟體中心,以期透過完整的測試方案協助客戶進行產品開發、最佳化測試時間,進而縮短研發時間,減少研發成本。

 

安立知多功能無線通訊測試產品MT8870A。

(來源:安立知)

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌202210月號

 

 

 

 

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