5G商用產品不斷加陳出新，從GSA統計2019年已有129款問世，同時各國也相繼發佈5G頻譜執照，可望帶動龐大5G-NR網路與裝置發展商機；基於此本文將從5G通訊系統與產品射頻設計為出發，探討那些是5G終端產品設計挑戰重點，例如射頻相關設計，如主動式天線陣列、波束成形(Beam Forming)、功耗與路徑損耗、OTA(Over-the-air)測試挑戰。

高速/超大容量/廣域覆蓋需求~ 解決方法5G NR頻段直奔毫米波 mmWave

有鑒於3GPP定義100倍以上的傳送速率，以及更廣覆蓋範圍的需求，並且預估2020年將會有500億個聯網裝置，此時就需要高達1,000倍的容量，就需仰賴高頻毫米波予以協助。原因在於毫米波可提供非常大的可用頻寬，舉例來說，28GHz頻段本身就有800MHz頻寬，而37~40GHz則是能提供3,000MHz頻寬。只要頻寬越大，傳送速率、容量也就會自動提升，藉此滿足5G高傳送速率、高容量的目標。整體而言，新的頻段將帶來大量頻寬，同時也會伴隨不同的新技術導入，如4G時代有MIMO技術加入，而毫米波則是引進波束成形技術。

高頻寬零組件

在實際應用中，傳輸系統必須能以將位元中繼資料轉換成毫米波訊號，經由傳輸路徑發射與接收後，將無線訊號中的位元格式重新原封不動取回，整個過程的難度會較以前的技術門檻高更多

5G設備挑戰有哪些~

挑戰一：功率損耗

由於毫米波波長非常短，因此在實際環境中波長接觸到水蒸汽、氧分子會影響到其傳輸。換言之，毫米波從基地台發出的功率，要傳達到手機端，容易被路徑當中的任何東西影響並穿透，同時衰減快速，故能量到達手機端寥寥無幾這就是所謂的損耗問題。

挑戰二：樣品天線設計

現在的手機內建各種不同無線模組技術，包含藍牙(BT,LE,EDR)、GPS、WiFi (a,b,g,n,ac,ax)、NFC，無線充電技術，加上2G,3G,4G本身聯網的天線，這些基礎的天線數量少說有十支天線以上，然而5G毫米波技術的介入，更是進一步對手機天線數量的界限，故天線擺放的位置及尺寸都非常重要。雖毫米波波常會較短，能塞入的天線數量可較多,但手機終端產品是拿在手上使用，如果天線擺放的地方是手握住的範圍則傳輸的訊號就會變差。

最後科普下5G NR 知識點

1.    5G NR 同時推出獨立與非獨立操作模式。在非獨立模式中，行動裝置可同時使用 4G 與 5G 網路，並與 LTE eNB 和 5G gNB 同時保持連線。

2.    5G NR 使用正交分頻多工 (OFDM) 版本。用於 5G NR下行的特定OFDM版本，是迴圈式前置區段；而 OFDM 也是 LTE 用於下行訊號的相同波形。然而，與 LTE 不同的是，5G NR 在上行中使用基於 CP-OFDM 與 DFT-S-OFDM 的波形。

3.    另一個與 LTE 不同的地方是，5G NR 允許變化極大的子載波間距 SCS (15K,30K,60KHz)。

4.    LTE 子載波間距幾乎都落在 15 kHz，但 5G NR 卻能給予較多彈性，讓子載波間距訂為15 kHz x 2n。在 5G NR，可允許的最大子載波間距為240 kHz，並保留給使用400 MHz載波頻寬的情況使用。

5.    從頻譜的特性而言多數的運營商會擁有低、中、高頻段三層組網，低頻段700MHz做覆蓋層，2.5GHz做容量層，毫米波做高容量層（熱點）。