5G 毫米波技术逐渐崭露头角

5G 毫米波技术逐渐崭露头角

MWC 2018 上海于 2018 年 6 月 27~29 日盛大展开,5G 可说是整场主角,随着 5G 商用启动,产业界对于 5G 商用探讨也从先前的标準制定阶段,过渡到实质应用阶段,其中 2018 年 6 月 13 日 3GPP(3rd Generation Partnership Project)会议已于圣地牙哥(San Diego)召开,正式发表 5G NR 标準独立组网(Standalone,SA)方案,针对首个商用 5G 标準推出。

其中 5G 朝向更高频宽与更高频谱(mmWave)发展,各大厂皆积极提供 5G 毫米波射频前端解决方案。然而 5G 基础设施中,面临 Sub6GHz 及毫米波等挑战,如何做到低成本、高功效在 5G 网路建置中非常关键。

提升传输速率,可从增加频谱效率与频宽着手

5G 发展趋势为提升数据传输速率及提升装置密度,并结合物联网应用,如大範围的环境侦测,其强调感测节点分布广泛,不需要过于频杂的数据传输,但长时间运作,因此需要极低功耗。5G 技术另一个特色为讯号延迟的降低,可发展高精度应用,当中毫米波相关应用技术为 5G 发展重点,就连手机大厂苹果亦深耕毫米波天线阵列技术,锁定未来 5G 应用。

5G 行动通讯愿景为随时随地 1 Gbps 传输速率,实务上如何增加传输速率,必须从频谱效率与频宽着手(传输速率=频谱效率×频宽),其中在频谱效率的提升,可增加空间多通道通讯,包括利用:1. 手机多天线技术(λ~10 cm);2. 多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)技术 / 测试。至于在频宽增加方面,则透过毫米波通讯,利用:1. 手机毫米波阵列天线技术(λ<=10 cm);2. 高增益毫米波技术 / 测试。

全球部分 5G Mid-Band 频率

5G 毫米波技术逐渐崭露头角

美国 FCC 将于 2018 年 11 月开放 28GHz 频段营运执照竞标,其中 3GPP 38.101 在 5G NR 定义两个频段範围,包括 sub 6GHz, Millimeter Wave。

美国 5G NR 规範频率

5G 毫米波技术逐渐崭露头角

5G 不仅有更快传输速度,更是万物互联基础,其中关键射频技术演进,氮化镓(Gallium nitride,GaN)及 Massive MIMO 将进一步驱动 5G 发展。不论无线基础设备业者、电信营运商、晶片大厂和智慧型手机製造商纷纷投入该产业链布局,为 5G 发展之路奠定基础。

随着微波频段拥挤,为获取更大频宽,毫米波成为热门技术

随着 5G 商用加速,毫米波技术应用市场亦逐渐被打开,其中商用毫米波雷达,应用于车用 / 海空领域,包括辅助驾驶、自驾车 / 无人载具等,该频段分别为 24 GHz、77 GHz、79 GHz、94 GHz,预估 2020 年全球智慧联网汽车将达 2.5 亿辆。在军用毫米波 / 微波雷达应用上,以飞弹、战机、军舰、无人载具等,频段落在 35 GHz(ka)、94 GHz(W)、10 GHz(X),其中毫米波电子扫描阵列市场,年複合成长率为一般雷达的 2 倍。

使用毫米波技术,可因应数据传输速率的需求,不过必须克服毫米波缺点,包括空气损耗大,以及绕射能力弱,容易被障碍物阻挡。此外,毫米波天线射频设计具有门槛,需大量技术累积,然而毫米波阵列天线强调宽频化、体积小型化、固态化和集成化等特色,未来随着规模化量产和成本降低将带动另一波产业发展,例如使用小基地台做为无线讯号在大基地台与 UE 端之间的讯号中继站,并配合阵列天线与波束成型技术,可增加讯号覆盖率。换言之,5G 将引爆数位经济市场,大厂透过投入 5G 自主系统开发可巩固及提升终端与晶片领域优势,电信营运商则提早发展 5G 创新应用服务,方能进军国际市场抢占商机。

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