[專欄]5G技術三路發進 6GHz以上頻段受矚目

作者\陸向陽

3GPP確定把R12/13/14定位成LTE Advanced Pro標準後(與有資料將R12仍認定在LTE Advanced,而非LTE Advanced Pro),接著產業也將目標轉向更後續的R15版,此版將正式認定為5G技術。

5G技術的細節仍待提案、審議,但技術的大方向已確定,即分成三方面來發展,一是持續強化過往以來的行動寬頻;二是發展公眾物聯網,且為大量佈建的;三是關鍵任務服務。
5G技術的細節仍待提案、審議,但技術的大方向已確定,即分成三方面來發展,一是持續強化過往以來的行動寬頻;二是發展公眾物聯網,且為大量佈建的;三是關鍵任務服務。

5G技術的細節仍待提案、審議,但技術的大方向已確定,即分成三方面來發展,一是持續強化過往以來的行動寬頻,稱為Enhanced Mobile Broadband;二是發展公眾物聯網,且為大量佈建的,此稱為Massive IoT或Massive MTC;三是關鍵任務服務,稱為Mission-Critical Services或Ultra-reliable and Low Latency Communications,其實本質上也是物聯網,但是對通訊的反應速度(低延遲Low-Latency)、通訊穩定度、安全性等有更進一步的強化。

在具體應用上,行動寬頻主要指手機上網,但也包含居家或公眾場合上網;公眾物聯網則用來實現智慧家庭、智慧城市,但也包含穿戴式電子(一般人健身的智慧手錶、手環的少量數據傳輸);關鍵任務服務則是健康監督(中老年人血糖、血壓)、汽車、機器人與產業自動化等。

如果將三種應用對應到無線頻譜資源上,Massive IoT為了廣大的覆蓋面積,將以低於1GHz的頻段為主,亦即今日常言的Sub-1GHz;而行動寬頻與關鍵任務服務會採行1GHz~6GHz間的頻段;另外也會使用比6GHz更高的頻段,但主要用於極致的頻寬需求應用,或相對短距離的行動寬頻應用。

在5G技術中,最讓人好奇的莫過於6GHz以上頻段(也稱mmWave、mmW、毫米波)的運用,這方面可以說是機會與挑戰並存。在機會方面,6GHz以上可以有更大的通訊頻寬,例如數百MHz為一個通道,比現有LTE一個最大通道僅20MHz(倘若不使用載波聚合技術)高出許多,也因而能得到數Gbps的資料傳輸率。

而且,6GHz以上頻段既可以用於前段的存取點(access),也可以用於後段的回程傳送(backhaul),佈建上具有彈性,事實上近年的無線通訊技術演進也在去除集中化設計,物聯網採行各節點能直接相互通訊,即便是手機也開始講究直接通訊,如LTE D2D/Direct技術,或用手機充當急難基地台、對講機技術。

去集中化設計其實也同時意味著降低基地台的倚賴度,過往的Macro Cell大覆蓋基地台外,電信設備商逐漸轉強調Metro、Micro、Pico、Femtocell等小覆蓋基地台(統稱Small Cell),主張更細膩與更智慧化的覆蓋,並降低發送功率。

6GHz以上頻段的另一特性為電波方向性高,或稱指向性高,相同空間內的發波,其相互干擾性小,因而可在相同空間內放置更多的收發天線,增加整體傳輸量。目前Qualcomm已實現32組天線的設計,或在小小的銅板面積內即放置6組天線,不過這是依循IEEE 802.11ad標準的實現,5G實現仍待提案。

毫米波有優點也有缺點,一是較高的傳輸路徑損失,容易受彎折的路徑、遮擋所影響,傳輸的穩定性有待考驗;二是現階段毫米波的射頻技術實現難度高,收發裝置的成本相對也高。也因為毫米波的效益挑戰並存,因而亦有較保守態度的業者主張至R16版才制訂mmW標準,R15仍以6GHz以下為主。

最後,本文一直只提6GHz以上頻段,但超過6GHz後最高到多少頻率呢?目前各種技術提案顯示最高會制訂到100GHz,美國FCC在今(2016)年7月已著手審訂24GHz以上頻段,因此在技術可行性外法規也須配套鬆綁,否則難以推進到商業化營運。

而筆者也大膽推猜,5G技術與服務到來後,更進一步會導入6GHz頻段的使用,手機與電信營運商肯定會以「6G、6G+」之名為號召,成為新行銷詞,但5G的G指的是Generation(世代),6G的G卻是GHz、Gigahertz。事實上類似的混淆已在2012年發生過,5G Wi-Fi既是指第五代Wi-Fi速率標準(IEEE 802.11ac),但也帶有使用5GHz頻段的意涵。


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