5G TDD 網路精準授時、高速交換器與傳播延遲分析解決方案
精準捕捉微秒動態，優化 TDD 關鍵時序
由於其靈活性和對頻譜利用率的提升，時分雙工 (TDD) 對於 5G 行動通訊網路的成功運作至關重要，TDD 的實施需要在發射器和接收器端具備卓越的同步能力和精準授時，以避免延遲和時序重疊，無論是在行動裝置內還是在基地台中，負責發射/接收切換的元件位置取決於具體的應用和網路基礎設施，並且每一個都以極快的速度運作，通常達到微秒 (µs) 或奈秒 (ns) 的時間範圍。
擷取高速交換器的效能
開發者必須提供能夠以可接受的切換速度運作的元件，以滿足精確的 TDD 參數，切換速度定義為交換器在開啟/關閉狀態 (ON/OFF state) 或關閉/開啟狀態 (OFF/ON state) 之間所經過的時間間隔，而定義切換速度的關鍵參數是上升時間 (rise time) 和下降時間 (fall time)，根據 IEEE 的定義，上升時間是訊號從大約 10% 變動到 90% 訊號幅度所需的時間（從首次穿越近端線到首次穿越遠端線的時間間隔），類似地，下降時間是訊號從大約 90% 變動到 10% 訊號幅度所需的時間（從末次穿越遠端線到末次穿越近端線的時間間隔），在 Boonton RTP5000 Series 即時 USB 峰值功率感測器 的領先效能指標中，其 3 奈秒 (ns) 上升時間能力尤為突出，能夠準確擷取現今快速變動的 TDD 交換器的上升時間。
然而，在通訊系統中，從 90% 到訊號最大效能之間的間隔，即所謂的穩定時間 (settling time)，對於正確理解元件的切換速度以最小化錯誤校正同樣重要，訊號的峰值效能可以是訊號幅度的 100%，但有些人甚至認為某個閾值，例如距離訊號最大值小於 0.1 dB，就足以表示訊號已經穩定（參見圖 1），這個關鍵的時間範圍仍然標示著一個不可用資料 (unusable data) 的區域，並且會在上升時間數據之外增加寶貴的微秒數，這使得這些元件必須達成的精確 TDD 切換時間規格更加接近。
圖 1：脈衝垂直穩定時間的放大視圖，訊號的穩定時間（從 90% 到距離其最大值小於 0.1 dB），反應時間 = 上升時間 + 穩定時間。
若未注意到訊號的穩定時間，可能會對資料的前導部分造成干擾 (interference)，區塊錯誤率 (Block Error Rate, BLER) 被用作品質控制的衡量標準，是錯誤資料區塊與已傳輸總區塊的比率，由穩定時間導致的無效資料可能導致高 BLER，這通常需要重傳 (retransmissions)，最終降低網路效能，RTP5000 Series 感測器以及輔助的 Boonton 功率分析儀 (Boonton Power Analyzer, BPA) 軟體使開發者能夠輕鬆放置垂直和水平標記，以精確定位確切的穩定時間週期，確保將這個重要的時間視窗納入考量，以最大化資料傳輸。
傳播延遲與感測器同步
某些交換器，特別是那些在功率放大器 (PA) 和低雜訊放大器 (LNA) 之間切換的交換器，可能會因為諸如過長的纜線長度、電路板走線 (board runs)、不當的時間調整或軟體指令等多種因素而經歷傳播延遲，傳播延遲是訊號從發送端開始，行經所有必要的電路系統 (circuitry) 和網路基礎設施，到達接收裝置的往返時間間隔，這種延遲可能在 PA 到 LNA 之間產生洩漏 (bleed through)，導致不期望的訊號現象，例如過衝 (overshoot)，此現象發生於訊號超過其頂部幅度，並且通常伴隨著振鈴失真 (ringing artifacts)，直到訊號達到其穩定的最終值，當過衝超過訊號的目標值時，類似的效應稱為下衝 (undershoot)，則發生在數值低於設定的最小值時，為維持網路運作的效率，設計者必須有能力擷取並量化 TDD 電路中任何延遲或不期望訊號現象的發生情況（參見圖 2）。
圖 2：理想的 TDD 交換器時序展現極高的精確度，切換在發射（黃色）和接收（藍色）操作之間的延遲幀內均勻發生，由傳播延遲等因素引起的時序偏斜，可能導致切換重疊和前導資料錯誤等挑戰，進而降低 TDD 傳輸的完整性。
Boonton RTP5000 Series 即時 USB 峰值功率感測器 提供了一種有效的方法，用於量測 TDD 通訊系統中的傳播延遲、交換器切換以及關鍵的波形事件，這些感測器可以擷取入射脈衝 (incident pulse) 以及在行經通訊路徑後從測試設定出來的脈衝，然後可以使用量測標記精確定位輸入和輸出訊號之間的延遲視窗，除了 RTP5000 Series 感測器 的 3 奈秒上升時間和快速量測速度外，卓越的觸發穩定性以及一種稱為即時功率處理 (RTPP) 的獨特數位訊號處理方法進一步有助於量化傳播延遲，RTPP 透過平行執行關鍵處理步驟來跟上訊號擷取的步伐，這些步驟在觸發後立即開始，相較之下，傳統的處理方法會停止擷取以進行循序處理，這會在觸發的掃描之間產生較長的間隙，可能會遺漏間歇性波形事件，RTPP 消除了運算負載、緩衝區大小限制以及為進行追蹤處理而停止擷取的需求，實現了無間隙訊號擷取。
Boonton RTP5000 Series 即時 USB 峰值功率感測器
單一發射器和接收器情境提供了 TDD 的簡化概述，但在更複雜的實際情況中，有多個訊號同時從多天線（例如提升無線電鏈路容量的多輸入多輸出 (MIMO) 應用）發出並同時傳播，在這種情況下，關鍵問題隨之產生：天線是否同時切換？傳輸之間的時間差異是多少？監控更複雜系統的一種方法是利用向量網路分析儀 (VNA)，然而，這種測試儀器的價格高昂，提供一種更經濟的方法，多個 RTP5000 Series 感測器 能夠在測試設定中同步，這意味著它們可以監控眾多 TDD 訊號的時序、完整性和累積延遲，此外，Boonton 感測器提供 100 皮秒 (ps) 的時間解析度，可以輕鬆分辨交換器之間 1 到 2 奈秒的時序差異。
在 TDD 傳輸測試中使用 RTP5000 Series 感測器 相較於 VNA 的另一個優勢是能夠使用客戶的實際訊號，透過提供一種簡單的訊號最佳化方法，客戶可以在訊號行經 TDD 交換器（其中許多交換器嵌入在射頻卡的硬體中）時精確找出延遲和必要的校正，然後可以使用軟體調整來微調和最佳化效能。
透過先進測試方案強化 TDD 系統效能
交換裝置的高速效能得益於如 Boonton RTP5000 Series 即時 USB 峰值功率感測器 這類的先進測試解決方案，這些解決方案能夠精密量測通訊路徑上各個點所經歷的任何延遲、捕捉如下衝/過衝 (undershoot/overshoot) 等訊號現象、擷取交換器致動 (switch actuation) 之間的的時間，並透過同步和卓越的時間解析度能力協助進行多重訊號授時，因此，Boonton 測試解決方案不僅強化了 TDD 系統中交換裝置的效能，同時也有助於為每個 TDD 網路應用選擇最佳的高速交換器，確保了從元件特性分析到系統整合各階段的精確度與可靠性，最終為實現高品質、高效率的 5G 通訊服務奠定堅實基礎。