5G錢(qián)景誘人，通訊設(shè)備商、量測(cè)儀器商以及FPGA廠商已紛紛推出5G無(wú)線原型、毫米波通道探測(cè)、5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試、5G功率放大器量測(cè)等解決方案，來(lái)促進(jìn)第五代行動(dòng)通訊系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

5G網(wǎng)絡(luò)容量飛躍成長(zhǎng)、上網(wǎng)速度變快、擁有更低延遲性，且具備更密集的小基地臺(tái)(Small Cell)及更可靠的聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量，符合未來(lái)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)需求，因而有助加速物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，再者，5G專(zhuān)利將帶來(lái)可觀的授權(quán)金，商機(jī)不容小覷，吸引電信設(shè)備商、量測(cè)儀器商和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)芯片商投入研發(fā)。

為卡位第五代行動(dòng)通訊市場(chǎng)，愛(ài)立信(Ericsson)、國(guó)家儀器(NI)、羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz)、是德科技(Keysight Technologies)、安立知(Anritsu)和賽靈思(Xilinx)皆已緊鑼密鼓布局5G。

助力電信商實(shí)場(chǎng)測(cè)試　愛(ài)立信祭出5G無(wú)線原型
5G標(biāo)準(zhǔn)雖尚未制定，但愛(ài)立信已推出5G無(wú)線原型(Radio Prototype)，并預(yù)計(jì)2016年提供給部分營(yíng)運(yùn)商做測(cè)試使用，來(lái)催化5G發(fā)展。

圖1　***愛(ài)立信技術(shù)長(zhǎng)汪以仁表示，該公司會(huì)從落實(shí)LTE演進(jìn)技術(shù)和云端轉(zhuǎn)型等兩個(gè)方向，來(lái)協(xié)助***發(fā)展5G。

***愛(ài)立信技術(shù)長(zhǎng)汪以仁(圖1)表示，5G不僅有新頻段與新技術(shù)，還包含LTE演進(jìn)技術(shù)，與4G相比，5G將更為全球化，并擁有更健全的生態(tài)系統(tǒng)。在5G新技術(shù)方面，包括毫米波(mmWave)、大規(guī)模多重輸入/多重輸出(Massive MIMO)、波束成形(Beamforming)及雙工(Duplex)等；另外，在LTE演進(jìn)技術(shù)方面，則會(huì)從三載波聚合(3CC CA)增進(jìn)至四載波聚合(4CC CA)、五載波聚合(5CC CA)，相關(guān)的LTE演進(jìn)技術(shù)會(huì)在第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)的R13版本開(kāi)始逐步標(biāo)準(zhǔn)化。

汪以仁進(jìn)一步指出，為了加速5G開(kāi)發(fā)，愛(ài)立信發(fā)展出5G無(wú)線測(cè)試平臺(tái)(Radio Test Bed)和5G無(wú)線原型(圖2)，目前5G無(wú)線原型已提供給日本NTT DOCOMO及韓國(guó)SK Telecom等營(yíng)運(yùn)商做實(shí)驗(yàn)室以外的5G先期測(cè)試，而2016年會(huì)再提供給部分電信營(yíng)運(yùn)商做測(cè)試使用。

圖2　愛(ài)立信開(kāi)發(fā)出可攜至戶(hù)外的5G無(wú)線原型。 圖片來(lái)源：愛(ài)立信

汪以仁認(rèn)為，由于5G新應(yīng)用擁有諸多想象空間，因此開(kāi)發(fā)5G，除了強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化、芯片制造與專(zhuān)利等方面的布局外，亦可多布局須透過(guò)5G來(lái)落實(shí)的新應(yīng)用，以為各種產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更多新價(jià)值與想象空間。

另一方面，儀器商也推出相關(guān)的毫米波通道探測(cè)(Channel Sounding)、Massive MIMO、5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試、5G功率放大器(Power Amplifier, PA)等量測(cè)解決方案，有利增快業(yè)者5G開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

縮短5G原型開(kāi)發(fā)時(shí)間　NI「軟硬兼施」

圖3　國(guó)家儀器技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理潘建安指出，5G商機(jī)熱，將啟動(dòng)下一輪的智財(cái)權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

國(guó)家儀器看好5G前景，祭出相關(guān)軟硬件解決方案，來(lái)縮短5G從模擬(Simulation)至原型開(kāi)發(fā)、乃至部署的時(shí)間，藉以協(xié)助廠商、研究單位與學(xué)界能盡早插旗5G版圖，進(jìn)而順利在專(zhuān)利占有一席之地。

國(guó)家儀器技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理潘建安(圖3)表示，該公司約從2013年開(kāi)始與國(guó)際大廠合作研發(fā)5G(圖4)，從各國(guó)芯片商、電信業(yè)者投入5G的動(dòng)作而言，可觀察出各界對(duì)發(fā)展5G十分熱絡(luò)，5G將啟動(dòng)下一輪的智財(cái)權(quán)(IP)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

圖4　Nokia透過(guò)國(guó)家儀器的解決方案在2015年NIWeek展示毫米波E-band技術(shù)。 圖片來(lái)源：國(guó)家儀器

潘建安進(jìn)一步指出，目前，國(guó)家儀器推出的軟件解決方案--LabVIEW Communication System Design Suite，其可再搭配該公司旗下相關(guān)毫米波、Massive MIMO等領(lǐng)域的模塊化硬件儀器，來(lái)縮短原型開(kāi)發(fā)時(shí)間、從而快速進(jìn)入部署階段，也因原型開(kāi)發(fā)速度快，而有利廠商爭(zhēng)奪5G專(zhuān)利；此外，相較于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，該公司專(zhuān)精于模塊化儀器，能減少不同平臺(tái)的轉(zhuǎn)換步驟，加上模塊化儀器體積小、方便攜帶，而較有利進(jìn)行實(shí)場(chǎng)測(cè)試。

值得關(guān)注的是，潘建安認(rèn)為，現(xiàn)下5G主要有四大研究領(lǐng)域，包括毫米波、Massive MIMO、新調(diào)變技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)密化(Densification)。而國(guó)家儀器也已與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)研界合作，譬如在毫米波方面，諾基亞便采用該公司解決方案來(lái)展示73GHz的毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)。

而Massive MIMO部分，則與隆德大學(xué)(Lung University)連手，開(kāi)發(fā)出256×256的大型天線實(shí)測(cè)平臺(tái)；同時(shí)，亦與歐洲電信商Vodafone、日本電信商N(yùn)TT DoCoMo攜手研發(fā)新調(diào)變技術(shù)。未來(lái)，該公司也會(huì)針對(duì)此四大面向，持續(xù)與研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入合作與開(kāi)發(fā)。

各式解決方案大舉出籠　R&S重兵部署5G量測(cè)
R&S傾力布局下世代行動(dòng)通訊，并已開(kāi)發(fā)出適合量測(cè)5G各領(lǐng)域的單機(jī)儀器，譬如信道探測(cè)、Massive MIMO、寬帶訊號(hào)測(cè)試(Wideband Signal Tests)等解決方案。

R&S行動(dòng)終端量測(cè)暨全球項(xiàng)目業(yè)務(wù)部資深業(yè)務(wù)經(jīng)理曹維陵表示，該公司單機(jī)量測(cè)儀器與模塊化儀器相比，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)是擁有較佳的訊號(hào)準(zhǔn)確度，兩者的訊號(hào)準(zhǔn)確度會(huì)有±1%或±1.5%的差距。以實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)而言，若訊號(hào)準(zhǔn)確度差距0.5dB，客戶(hù)便會(huì)跳腳，因此為維護(hù)訊號(hào)質(zhì)量，該公司仍以單機(jī)量測(cè)儀器為發(fā)展方向。

此外，面對(duì)模塊化儀器體積小、方便攜帶的特性，R&S應(yīng)用支持工程部應(yīng)用工程支持經(jīng)理林志龍補(bǔ)充，該公司也推出手機(jī)搭配Android應(yīng)用程序(App)的測(cè)試產(chǎn)品，亦能提供可攜式的解決方案。

據(jù)了解，該公司擁有多種5G解決方案，譬如毫米波通道探測(cè)解決方案--R&S SMW200，此為向量訊號(hào)產(chǎn)生器，可搭配該公司其他的訊號(hào)及頻譜分析儀，以協(xié)助開(kāi)發(fā)毫米波技術(shù)；另外，在Massive MIMO、5G PHY候選標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)(5G PHY Candidates)與寬帶訊號(hào)測(cè)試等領(lǐng)域皆具備解決方案。

現(xiàn)階段，R&S亦與資策會(huì)、工研院、中山大學(xué)和中正大學(xué)等合作5G開(kāi)發(fā)，希望藉由該公司的經(jīng)驗(yàn)與設(shè)備，來(lái)協(xié)助學(xué)研單位與業(yè)界加速開(kāi)發(fā)毫米波等技術(shù)、進(jìn)行實(shí)場(chǎng)測(cè)試。

曹維陵指出，該公司未來(lái)的5G布局，在先期開(kāi)發(fā)階段，除了持續(xù)研發(fā)解決方案外，亦著重建立生態(tài)圈，并加強(qiáng)與第三方伙伴的合作。

加速毫米波頻段開(kāi)發(fā)　是德科技強(qiáng)攻通道探測(cè)
為加緊明了毫米波頻段，是德科技推出通道探測(cè)解決方案；此外，該公司也推出5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試方案，以協(xié)助研發(fā)人員從事5G先期開(kāi)發(fā)。

圖5　是德科技營(yíng)銷(xiāo)處資深營(yíng)銷(xiāo)項(xiàng)目經(jīng)理郭丁豪表示，該公司預(yù)計(jì)增加與研究單位、電信商、5G重要組織以及民間公司合作，以利開(kāi)發(fā)5G。

是德科技營(yíng)銷(xiāo)處資深營(yíng)銷(xiāo)項(xiàng)目經(jīng)理郭丁豪(圖5)表示，5G處理的數(shù)據(jù)容量變大，需要更快的上網(wǎng)速率，以及能實(shí)時(shí)反應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，以因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和智能醫(yī)療等新應(yīng)用。

而在頻譜資源有限的情況下，毫米波頻段被認(rèn)為是5G可能的頻段。但各界對(duì)毫米波頻段通道所知甚少，故該公司推出5G通道探測(cè)解決方案，協(xié)助工程師利用信道探測(cè)，來(lái)分析路徑損耗、水等環(huán)境障礙對(duì)訊號(hào)傳輸所造成的影響；據(jù)悉，該方案內(nèi)建現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，能先行處理大量數(shù)據(jù)。

郭丁豪分析，開(kāi)發(fā)毫米波須克服毫米波組件、多天線應(yīng)用如Massive MIMO、波束成形和相位同調(diào)等高頻組件與技術(shù)的挑戰(zhàn)，才有助加速發(fā)展毫米波技術(shù)。

另外，由于5G標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，物理層波形也仍未定義，所以便出現(xiàn)諸多競(jìng)逐的候選波形，比方像多載波濾波(FBMC)、正交分頻多任務(wù)(OFDM)與通用多載波濾波(UFMC)，為因應(yīng)各種可能的波形與情境，是德亦祭出5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試方案，來(lái)幫助研發(fā)人員能靈活測(cè)試5G的各種波形，藉以進(jìn)行訊號(hào)產(chǎn)生與分析研究。

據(jù)了解，該公司與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手差異之處，在于旗下兼有模塊化與單機(jī)儀器，能依客戶(hù)的不同需求進(jìn)行混搭，提供更彈性的方案。郭丁豪指出，模塊化和單機(jī)儀器依照不同應(yīng)用領(lǐng)域與設(shè)備規(guī)格，會(huì)有不同精準(zhǔn)度與價(jià)格，因此各具優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，以Massive MIMO而言，假設(shè)開(kāi)發(fā)者欲測(cè)試六十四通道，利用六十四臺(tái)單機(jī)儀器會(huì)占用龐大的空間，但模塊化儀器僅須使用六十四片模塊，能大幅縮小體積，而較適合測(cè)試多通道。

未來(lái)，該公司預(yù)計(jì)增加與研究單位、電信商、5G重要組織如***資通產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(TAICS)，以及民間公司(如組件商、芯片商、系統(tǒng)廠商、大小型基地臺(tái)業(yè)者)合作，以利開(kāi)發(fā)5G。

競(jìng)逐毫米波商機(jī)　安立知端出5G PA量測(cè)方案
安立知(Anritsu)看好功率放大器在微波傳感器/雷達(dá)、相關(guān)毫米波的高頻RFIC，以及下一代無(wú)線通信(如5G、WiGig)里將扮演重要角色，基于功率放大器在上述領(lǐng)域的潛力，該公司已與瑞典Chalmer大學(xué)合作，展示量測(cè)5G功率放大器的方案，欲搶攻第五代行動(dòng)通訊商機(jī)。

安立知應(yīng)用工程師程昭團(tuán)表示，近來(lái)物聯(lián)網(wǎng)和5G的議題非常熱門(mén)，從穿戴式裝置、智能交通、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能零售、智能工廠和智慧醫(yī)療皆需要半導(dǎo)體、無(wú)線通信/RF IC、巨量數(shù)據(jù)(Big Data)/云端運(yùn)算等解決方案來(lái)支持。

程昭團(tuán)補(bǔ)充，業(yè)界認(rèn)為5G不一定只有一個(gè)頻段，可能會(huì)需要多個(gè)頻段來(lái)達(dá)成?，F(xiàn)階段，會(huì)先選用6GHz以下的頻段來(lái)做廣域覆蓋，同時(shí)由于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需高吞吐量(High Throughput)，因此毫米波頻段也炙手可熱。

安立知業(yè)務(wù)暨技術(shù)支持部門(mén)經(jīng)理林光韋表示，有鑒于毫米波的發(fā)展?jié)摿?，該公司已和瑞典Chalmer大學(xué)合作，透過(guò)安立知VectorStar系列的向量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)與Chalmer大學(xué)的軟件來(lái)展示相關(guān)5G PA的量測(cè)方案，該方案帶寬達(dá)200MHz，使得在5G條件下，評(píng)估和量測(cè)功率放大器的特性成為可能。

另外值得關(guān)切的是，在5G先期開(kāi)發(fā)階段，由于標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，無(wú)論是技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)，都有可能瞬息萬(wàn)變，而FPGA有助于變化多端之際快速應(yīng)對(duì)，因此常被用于早期研究，當(dāng)前相關(guān)芯片商亦摩拳擦掌進(jìn)攻該市場(chǎng)。

加速算法探索/原型開(kāi)發(fā)　FPGA于5G開(kāi)發(fā)扮要角

圖6　賽靈思通訊事業(yè)群資深產(chǎn)品經(jīng)理Harpinder Matharu觀察，5G不僅與通訊相關(guān)，其更接觸生活的所有層面，此轉(zhuǎn)變對(duì)行動(dòng)通訊系統(tǒng)的要求和設(shè)計(jì)原理都造成影響。

賽靈思通訊事業(yè)群資深產(chǎn)品經(jīng)理Harpinder Matharu(圖6)表示，5G前期試驗(yàn)以及實(shí)地測(cè)試，有助驗(yàn)證概念與原型開(kāi)發(fā)，并能幫助標(biāo)準(zhǔn)制定組織建立標(biāo)準(zhǔn)共識(shí)，因此5G先期開(kāi)發(fā)作業(yè)十分關(guān)鍵，而FPGA有助加速算法探索、5G概念驗(yàn)證/原型開(kāi)發(fā)與建立量測(cè)設(shè)備，故在5G研發(fā)上扮演要角。
有鑒于此，現(xiàn)階段該公司已推出相關(guān)的產(chǎn)品--20奈米(nm)的UltraScale和16奈米的UltraScale解決方案，其適用于5G發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)前或發(fā)布后的短期內(nèi)，能協(xié)助開(kāi)發(fā)5G技術(shù)。

而在5G標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布后，5G基地臺(tái)設(shè)計(jì)的部分仍可望利用FPGA進(jìn)行設(shè)備的制造和部署。據(jù)悉，為掌握5G商用先機(jī)，該公司已布局7奈米平臺(tái)，以利在5G商轉(zhuǎn)時(shí)期提供更佳的解決方案。

Matharu觀察，4G通訊是以人與地為主、以通訊和信息分享為核心主題，但5G則將范圍擴(kuò)大到人、地、機(jī)三方。5G不僅與通訊相關(guān)，其更接觸生活的所有層面，包括人們的日常、工作、通勤與娛樂(lè)休閑等，此轉(zhuǎn)變對(duì)行動(dòng)通訊系統(tǒng)的要求和設(shè)計(jì)原理都造成影響，因此須進(jìn)一步利用虛擬化和軟件架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)提升5G系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)的效能。

為實(shí)現(xiàn)5G，有些新技術(shù)或新頻段如毫米波、Massive MIMO、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)也備受矚目，而FPGA亦能應(yīng)用于研發(fā)上述領(lǐng)域。

Matharu指出，Massive MIMO適合厘米波和毫米波頻率，其能幫助克服高頻傳播的障礙，由于該公司的FPGA可達(dá)成高連接性帶寬需求，并管理高效率波束成形預(yù)先編碼算法，有利研發(fā)Massive MIMO，目前已有系統(tǒng)商及5G研究團(tuán)體采用并從事原型開(kāi)發(fā)。

另一方面，賽靈思的FPGA還可應(yīng)用于4G無(wú)線電、基頻處理/加速、基頻交換/聯(lián)機(jī)、去程傳輸、回程線路調(diào)制解調(diào)器、封包處理、安全性、基地臺(tái)時(shí)序與同步，以及演進(jìn)封包設(shè)備等領(lǐng)域。

而在5G布局上，該公司除了規(guī)畫(huà)7奈米平臺(tái)，目前也和一級(jí)供貨商、產(chǎn)業(yè)研究論壇、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、測(cè)試與量測(cè)業(yè)者合作。

5G將帶來(lái)全新的聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用商機(jī)如車(chē)聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等，電信營(yíng)運(yùn)商、通訊設(shè)備商、量測(cè)儀器商和芯片商已虎視眈眈，并布局相關(guān)技術(shù)研發(fā)，以在第五代行動(dòng)通訊展露鋒芒，開(kāi)創(chuàng)行動(dòng)通訊事業(yè)的第二春。