Universal Scientific Industrial

USI 博客

第一手产业创新科技、应用与深度新闻
  •  04/27/2022

【5G后盾 全球发力】你不可不知的5G产品开发两大挑战!一站式5G射频测试链助攻


5G 技术发展如火如荼,将全面颠覆人类的生活。GSMA 协会预估,2025年全球5G的渗透率将达18亿,占全球行动通讯连接数的21%。5G超低延迟、大带宽、万物相连的三大特性,让万物联网不再遥不可及,智慧生活、智慧城市、智慧工厂等场景,将让5G射频(RF)新产品在未来几年百花齐放,如:可穿戴式设备、家用产品、自驾车、机器人、手持式电子装置等。

5G与4G的差异

4G与5G有什么差异呢?首先,5G Sub-6GHz(FR1)的传输频率上升到最高7.125GHz,而4G使用 3.8 GHz以下的低频段。随着低频段逐渐被占满,及制程越趋先进,5G毫米波(FR2)技术更往24.25至52.6 GHz的高频段发展,远高于4G所使用的频率。

其次,5G拥有的带宽较大,搭配载波聚合技术(CA)让FR1频带宽度可达100 MHz,FR2可达400 MHz,加上使用双载波聚合技术可让带宽翻倍,达到更快的传输速度。其中毫米波更是实现「真5G」的重要推手,能让5G手机的传输速度比4G手机快 10 倍!

第三,5G与4G最大不同处在于频段,特别是FR2所规范的频率于毫米波频段,损耗较大且穿透力差。所以5G FR2基地台覆盖相对于4G的范围小,较适合以多个小基站布建在人口密集的都会区,或可用来纾解如体育馆、捷运等人潮拥挤热点的联机需求。

 
 

 


开发 5G产品两大技术挑战

然而,5G高频段、大带宽的特性,却让企业在开发5G产品时,面临两大技术挑战。
 

  • 挑战1:天线数量增加,考验天线设计的技术。举例来说,4G手机只放置 4 支天线,5G手机却要放入11支或甚至更多的天线,与以往设计天线的方式截然不同,必须缩小天线尺寸,才能放入同样尺寸或更小的产品内。但缩小天线会降低射频能力,得在天线尺寸与法规、产品规格之间取得平衡。
  • 挑战2:天线密集度高,容易互相干扰,天线仿真和射频电路设计的能力将是关键。

5G产品项目开发中,最常见的痛点
就是设计天线的尺寸和摆放位置,
没有一并考虑对射频电路及机构设计的影响。

延伸阅读:踏入射频领域前,你必须了解的设计与功能


一般电子代工厂为客户制造5G产品时,若将天线委外设计,承接的供货商只聚焦天线设计,缺乏与射频、机构设计团队及时讨论,而造成天线特性的误差。这样就无法从系统整合的角度设计产品,很难达成客户对5G产品规格的要求,从而影响产品交期及上市的时程。

产品快速迭代、不断推陈出新,电子制造服务的能力也得与时俱进。2020年完整的国际5G标准正式出炉,因应客户5G新产品的需求,为了布局完整的5G能力,建置模拟、设计、测试的设备,USI环旭电子在2020 年斥资上亿元打造先进5G实验室,于2021年第二季完工,成为电子制造服务产业在早期就投入5G实验室的先驱者。


一站式5G射频测试链

USI环旭电子的5G实验室拥有一站式射频测试链,完整四个阶段包含5G FR1/FR2的射频板端设计及验证(RF Board Validation);5G FR1/FR2天线设计、模拟及OTA量测(Antenna Design/Simulation/OTA Test);通讯协议开发及验证(Protocol Development);量产开发测试(MFG Test Development),有四大优势如下:
 

 


优势1》高度系统整合的一站式服务,快速响应市场需求

但凡与客户共同律订好5G产品的规格,USI环旭电子就能协助客户完成5G产品,可谓是高科技产业的创新智囊团。客户不须耗资大量经费在自行建构测试设备,USI环旭电子提供一站式5G射频测试链,拥有模拟、测试设备,让产品从天线设计、射频板端设计、射频量测、完成产品验证、量产制造的一站式服务得以实现,满足企业客户欲快速开发、上市(Time to Market)的需求。

优势2》设计开发经验多元化,助攻 5G 新产品

从手机、穿戴装置、手持式电子装置、仓储点货机、POS机到投影机,USI环旭电子设计过各式各样的产品,除了具备无线通信产品的设计与开发能力,更拥有协助国际大厂设计5G新产品的经验。因此面对多样化的5G新产品,在USI环旭电子都能找到对应的部门及射频设计工程师,快速帮客户解决开发的问题。

优势3》丰富的模拟及设计经验,节省项目开发时间

USI环旭电子在产品开发前期使用模拟软件协助设计开发,评估天线的特性和表现,并确认设计能通过合规的验证测试。模拟出最接近产品实机的数据,能及早发现实体产品制造后所可能产生的问题,尽快调整设计,避免在量产后才发现产品效能问题,导致产品失败。

USI环旭电子具备模拟及设计的能力,
缩短项目开发的前期评估流程,
整体节省 20-30% 项目时间。

优势4》拥有射频量测设备,能完成多项验证 

USI环旭电子5G实验室所采用的射频量测设备,与符合国际通讯标准的实验室相同,同时掌握关键主流验证软件,涵盖多项验证项目,能在厂内直接验证及测试,如待测物的总辐射功率指标(TRP)、待测物接收灵敏度指标(TIS)等,确保产品符合3GPP全球法规及最新监管要求。全球5G实验室之间公认的OTA测试可容忍误差范围是2dB,而USI实验室的测试数据与最终产品通过认证的结果相比,误差范围在1 dB以内,测试的准确度在业界中算是相当优秀。

5G产品开发第一步:天线设计与电磁模拟

射频设计、测试的第一阶段是天线设计与电磁模拟。5G产品开发的第一步,是依照客户给出的规格,评估天线的特性。要达到良好的传输效果,天线的设计需要有足够的净空区,但像手机或穿戴装置本身轻薄短小,空间有限,加上消费者对屏幕屏占比和相机较有感,往往压缩天线和电路板的空间,寸土寸金,各零件只得抢地盘。

天线模拟设计的重点是如何在有限的产品空间中
设计出能达到国际规范、客户规格的天线配置
其中关键在于天线、射频电路、机构设计团队三方密切合作。

USI环旭电子5G实验室的天线设计团队,具备电磁模拟、整合设计、OTA测试等三大能力:
 

 
  • 电磁模拟:我们采用业界公认最可靠的高阶三维电磁模拟软件,模拟整机天线的特性、搭配电路设计,协助产品开发跟认证。例如,模拟在行动装置中,天线的散射参数、辐射场型、天线增益、电磁场及功率密度分布等特性。此外可加入头手模型来评估电磁波吸收率(SAR),亦可评估助听器兼容性(HAC),确认听障人士使用产品无虞。
  • 整合设计:针对无线通信技术设计陶瓷、雷雕、芯片、PCB、金属等不同材质及制造方式的天线单体。我们搭配整机系统来开发设计所有装置上的天线,并且透过与机构(ME)、射频(RF)、电子工程(EE)团队合作,及时的优化天线设计,达成客户规格。
  • OTA测试:依据各国电信商的标准,USI 5G实验室能提供4G, 5G FR1, 5G FR2的OTA测试服务,能帮客户减少第三方实验室测试的费用与节省除错时间成本。
值得一提的是,我们能在设计中布建可调整式天线,让每个天线负责不同的频率,藉此缩小5G的天线,在产品内放置更多天线数量,分批达到5G高速传输的效果。

USI环旭电子是射频领域的专家,新建置的5G实验室,具备完整的射频设计、测试链。一站式的开发制造服务,能让客户在产品开发的过程中无后顾之忧,成为企业的强力后盾,助攻产业搭上5G高速列车。


 

最近的文章

Universal Scientific Industrial

请输入关键字

告诉USI您的想法

请您花几分钟时间留下意见
回馈意见采匿名式

Universal Scientific Industrial
忘记帐户名称?

请发送电子邮件到service@usiglobal.com 寻求协助

请使用微信扫描此 QR 码后分享