為什麼波束成型技術是5G和6G無線設計的核心
5G發展勢頭強勁，5G毫米波（mmWave）頻段提供了豐富的頻譜，以支援極高的容量、高吞吐量、低時延及數量不斷上升的5G毫米波裝置，包括手機、膝上型電腦等等。
然而，在網路速度、頻寬和同步方面，最新5G網路對測試和表徵的需求要比上一代網路呈指數級提高。這要求測試新技術和新器件，包括多輸入多輸出（MIMO）天線陣列，高GHz毫米波頻率訊號測試和生成。
例如，下面兩個常見的痛點：
· 測試混合訊號：
待測（DUT）包含RF訊號、數字訊號和模擬訊號等需要測試得訊號，必須設定多個測試環境，購買全部不同的裝置需要一大筆錢，支出相當可觀。
· MIMO/頻寬：
不能使用過去測試4G訊號使用的頻譜分析儀，5G訊號頻寬更寬，並且需要同時測試不止一條以上的通道。
圖2. 5G SignalVu軟體測量：ACPR、SEM、EVM和功率
波束成型是怎麼引入的呢？
我們經常聽到波束成型器賦能5G毫米波，這並不是炒作。波束管理在毫米波通訊中是一種決定性特性，將在5G無線設計的未來發展中發揮關鍵作用。從本質上看，想讓5G毫米波對使用者發揮效用，波束成型是必備的功能。
圖3. 5G毫米波波束成型器，用於4x4 MIMO雙極化基站(Renesas Electronics)。
【圖示內容中英文對照】
Integrated 5G DP-MIMO Small Cell:
整合式5G DP-MIMO小單元
64V/64H channels:
64V/64H通道
V-ch Beamformer:
V-ch波束成型器
H-ch Beamformer:
H-ch波束成型器
Dual-pol Antenna:
雙極化天線
波束成型採用多架天線在略微不同的時間廣播相同的訊號，讓我們可以透過更具方向性的連線將無線訊號聚焦到指定的接收裝置，從而使得通訊的速度更快，質量更高，可靠性更強。波束成型器是系統的核心，因為它驅動每個天線陣列，通常加在一起會有512架天線和1，024個天線單元。由於每個無線單元中有這麼多貼片天線或天線元，所以最佳化整體效能、功耗和每個無線單元的成本非常重要。
圖4. 波束成型器MIMO OTA測試設定(左)，包括RF功率測量(右上)和相位匹配(右下)。
由於這麼大的單元數目，所以波束成型器設計的每個方面都至關重要。功耗會乘512，任何不理想或單元間不匹配也會放大。您需要單元間良好的RMS相位誤差，操控波束時在相位和增益間需要良好正交，否則邊帶電平會提高，進而危及整體系統效能。所有這一切，都使得波束成型器成為5G毫米波無線設計的至關重要的組成部分。
然而，在測試波束成型的所有方面時，要求的工時數量和裝置時間數量都面臨著挑戰。有許多裝置，有許多引數和單元組合，您必須小心各種單元之間的耦合。從干擾到阻塞和等效全向輻射功率（EIRP），必須從整個天線區域的方面進行測量，因此傳導測量變得異常重要，空中（OTA）測量也就變得至關重要。
然後呢？我們需要更多更寬的頻寬。我們已經推進5G至極高的頻率和很高的瞬時頻寬的邊界，下一步6G是最佳化現有資源，讓科技更環保，更好地利用有限的頻譜。
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