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5G商用加速,毫米波将成热门技术

2020-05-22
source:pixabay

  随着5G商用启动,产业界对于5G商用探讨亦从先前的标准制定阶段,过渡到实质应用阶段,其中2018年6月13日3GPP (3rd Generation Partnership Project)会议已于圣地亚哥(San Diego)召开,正式发表5G NR标准独立组网(Standalone,SA)方案,针对首个商用5G标准推出。

  5G朝向更高频宽与更高频谱发展,各大厂皆积极提供5G毫米波射频前端解决方案。然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网络建置中非常关键。

  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,如大范围的环境侦测,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Apple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: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。   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定义两个频段范围,包括sub 6GHz, Millimeter Wave。

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、电信运营商、芯片大厂和智能型手机制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,年复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,然毫米波阵列天线强调宽带化、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,例如使用小基站作为无线讯号在大基站与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。

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