5G 毫米波技術逐漸嶄露頭角

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 16 日 10:10 | 分類 Apple , 網路 , 網通設備 follow us in feedly

MWC 2018 上海於 2018 年 6 月 27~29 日盛大展開,5G 可說是整場主角,隨著 5G 商用啟動,產業界對於 5G 商用探討也從先前的標準制定階段,過渡到實質應用階段,其中 2018 年 6 月 13 日 3GPP(3rd Generation Partnership Project)會議已於聖地牙哥(San Diego)召開,正式發表 5G NR 標準獨立組網(Standalone,SA)方案,針對首個商用 5G 標準推出。



其中 5G 朝向更高頻寬與更高頻譜(mmWave)發展,各大廠皆積極提供 5G 毫米波射頻前端解決方案。然而 5G 基礎設施中,面臨 Sub6GHz 及毫米波等挑戰,如何做到低成本、高功效在 5G 網路建置中非常關鍵。

提升傳輸速率,可從增加頻譜效率與頻寬著手

5G 發展趨勢為提升數據傳輸速率及提升裝置密度,並結合物聯網應用,如大範圍的環境偵測,其強調感測節點分布廣泛,不需要過於頻雜的數據傳輸,但長時間運作,因此需要極低功耗。5G 技術另一個特色為訊號延遲的降低,可發展高精度應用,當中毫米波相關應用技術為 5G 發展重點,就連手機大廠蘋果亦深耕毫米波天線陣列技術,鎖定未來 5G 應用。

5G 行動通訊願景為隨時隨地 1 Gbps 傳輸速率,實務上如何增加傳輸速率,必須從頻譜效率與頻寬著手(傳輸速率=頻譜效率×頻寬),其中在頻譜效率的提升,可增加空間多通道通訊,包括利用:1. 手機多天線技術(λ~10 cm);2. 多輸入多輸出(Multi-input Multi-output,MIMO)技術 / 測試。至於在頻寬增加方面,則透過毫米波通訊,利用:1. 手機毫米波陣列天線技術(λ<=10 cm);2. 高增益毫米波技術 / 測試。

全球部分 5G Mid-Band 頻率

(Source:拓墣產業研究院整理,2018/07)

美國 FCC 將於 2018 年 11 月開放 28GHz 頻段營運執照競標,其中 3GPP 38.101 在 5G NR 定義兩個頻段範圍,包括 sub 6GHz, Millimeter Wave。

美國 5G NR 規範頻率

(Source:拓墣產業研究院整理,2018/07)

5G 不僅有更快傳輸速度,更是萬物互聯基礎,其中關鍵射頻技術演進,氮化鎵(Gallium nitride,GaN)及 Massive MIMO 將進一步驅動 5G 發展。不論無線基礎設備業者、電信營運商、晶片大廠和智慧型手機製造商紛紛投入該產業鏈布局,為 5G 發展之路奠定基礎。

隨著微波頻段擁擠,為獲取更大頻寬,毫米波成為熱門技術

隨著 5G 商用加速,毫米波技術應用市場亦逐漸被打開,其中商用毫米波雷達,應用於車用 / 海空領域,包括輔助駕駛、自駕車 / 無人載具等,該頻段分別為 24 GHz、77 GHz、79 GHz、94 GHz,預估 2020 年全球智慧聯網汽車將達 2.5 億輛。在軍用毫米波 / 微波雷達應用上,以飛彈、戰機、軍艦、無人載具等,頻段落在 35 GHz(ka)、94 GHz(W)、10 GHz(X),其中毫米波電子掃描陣列市場,年複合成長率為一般雷達的 2 倍。

使用毫米波技術,可因應數據傳輸速率的需求,不過必須克服毫米波缺點,包括空氣損耗大,以及繞射能力弱,容易被障礙物阻擋。此外,毫米波天線射頻設計具有門檻,需大量技術累積,然而毫米波陣列天線強調寬頻化、體積小型化、固態化和集成化等特色,未來隨著規模化量產和成本降低將帶動另一波產業發展,例如使用小基地台做為無線訊號在大基地台與 UE 端之間的訊號中繼站,並配合陣列天線與波束成型技術,可增加訊號覆蓋率。換言之,5G 將引爆數位經濟市場,大廠透過投入 5G 自主系統開發可鞏固及提升終端與晶片領域優勢,電信營運商則提早發展 5G 創新應用服務,方能進軍國際市場搶占商機。

(首圖來源:shutterstock)

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