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掌握毫米波要塞 全球備戰行動網路的高頻未來
全面加速前置部署計畫

【作者: 吳雅婷】   2021年03月05日 星期五

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從過往紀錄來看,至今部署最快的行動網路技術,非5G莫屬,而且發展動能強勁,在疫情肆虐的2020年,成長不減反增。而這些導入成果斐然的技術關鍵,在於5G使用了比前幾代還要更高的頻段,包含Sub-6 GHz的中低頻段與24GHz以上的高頻毫米波。


既然5G的技術優勢以高頻的物理特性為基礎,可以想見,傾於更高頻段的毫米波自然而然備受市場圈點,成為各國競相標列的5G部署要塞,盡可能突顯出最新一代行動通訊技術在傳輸速度、頻寬與延遲上實現革命性應用的最大潛能。


毫米波的波長比新台幣一元硬幣的直徑還小,通常指的是波長1~10mm的高頻無線電波,具備高速、高頻寬與低延遲的傳輸特色,賦予行動網路與人工智慧、物聯網與大數據等先進科技相互整合的開發契機,實現智慧工廠、智慧交通、自駕車、AR/VR等應用。


然而一體不乏兩面,因為高頻特性,毫米波也有空間衰減性高、網路覆蓋率低的技術問題,進而增加了元件設計與基礎設施佈建的系統複雜性與成本。目前市場對於毫米波在消費終端市場普及化的發展時程,看法其實相當分歧。


樂觀估計毫米波技術商用化最快到2025年可見真章,保守評估則要到5G世代的後期以後才有可能實現落地應用,甚至可能不會在消費市場普及,鎖定特定垂直應用的可能性反而較大。


醞釀後5G時代競爭力 加速毫米波勢在必行

2020年全球各地加速部署5G商用服務,全球行動通訊供應商協會(GSA)統計出共有高達135座網路。商用毫米波網路僅在美國、日本、新加坡、義大利等國推出,而台灣亞太電信則鎖定人口密集區域推出28GHz商用服務。但多數國家仍處於頻譜競標階段,主要鎖定26GHz與28GHz,截至2020年全球共釋出了85張毫米波商用執照,其中著手或完成部署的通訊營運商佔不到三成。


值得注意的是,毫米波頻譜開放給行動通訊網路使用,不過是2019年世界無線電通信大會(WRC)後才確定,因此,儘管目前還看不到太多相關產品或商用服務問世,但5G開始在全球各地商用化後,其實各國皆在緊鑼密鼓地部署毫米波。


就區域發展進度而言,北美最快,其次是歐洲,亞太地區相對緩慢,其中日本、南韓、新加坡、泰國、香港與台灣現已完成營運釋照,澳洲則在2020年底開始競標。



圖一 : 全球行動通訊供應商協會(GSA)統計2020年亞太地區各國5G毫米波頻譜的發展現況,台灣已經完成頻譜指配,部署進度算快。(source:gsacom.com)
圖一 : 全球行動通訊供應商協會(GSA)統計2020年亞太地區各國5G毫米波頻譜的發展現況,台灣已經完成頻譜指配,部署進度算快。(source:gsacom.com)

顯然,越來越多國家正在加速投資高頻網路技術,展現行動網路對毫米波勢在必行的重視。在智慧物聯的未來市場,資料傳輸需要高速且高頻的網路技術,這不僅牽涉了大量資料的應用可行性與穩定性,更將左右關鍵產業發展的市場競爭力,影響各國經濟甚至是國防的策略性地位,至少從華為禁令在美中貿易戰引起的國際風波,多少能窺探網路技術在國家戰略地位發揮的必要作用。


儘管現階段要普及毫米波技術,挑戰還很多,但各國為了穩固在國際市場上的長期發展,產業龍頭與國家機構仍不惜挹注資金與推出補助與獎勵措施,加碼更多的開發誘因,像是新加坡政府就開放了26GHz與28GHz的獎勵頻寬。


台灣在5G部署速度上算是居於國際前段,通訊營運商公網使用的主要頻段為3.5GHz,屬於毫米波的28GHz頻段則多用於企業或特殊場域的專網,值得注意的是,台灣已經推出深具技術指標意義的毫米波落地案例,由日月光、中華電信與高通於2020年聯手完成佈建全球首座5G毫米波企業專網的智慧工廠。


從行動裝置到基地台 台灣半導體開枝散葉

談到半導體工程,台灣獨具元件設計、先進製程乃至驗證與測試的一系列技術優勢,未來發展可期。而台灣在高頻行動網路市場發展的重要指標,就是5G元件與裝置。


就市場現況而言,GSA統計了2020年已經供貨或宣布上市的5G裝置,其中手機為市場主流(48.4%),固定無線接入網路(FWA)用戶終端設備(CPE)位居第二(19.3%),5G模組(13.9%)緊鄰在後。依裝置數量而言,開始供貨的5G商用裝置超過300款,其中46款支援毫米波。



圖二 : GSA於2020年12月發布的報告指出,手機是目前市場上最主流的5G產品。(source:gsacom.com)
圖二 : GSA於2020年12月發布的報告指出,手機是目前市場上最主流的5G產品。(source:gsacom.com)

市場首要焦點落在手機零組件,包含射頻晶片、數據機晶片、SoC與ASIC等。這塊市場在國際競爭也很激烈,目前已推出5G處理器或數據晶片的有高通、聯發科、三星、華為海思和紫光展銳,未來將有更多產品推出,其他晶片大廠包含Qorvo、博通、英飛凌、ADI、德州儀器、賽靈思等成為關注重點。


基地台基礎設施設備則是另一亮點,以往通訊世代,由於網路架構設計高度中心化,產品開發與維運技術多半掌握在通訊設備大廠,5G設備正在改變這個產業生態。其中,台灣正逐漸擴大在通訊電子元件測試上的國際影響力。


國際廠商如羅德史瓦茲、太克、安立知等在電子元件測試設備領域已累積了多年的技術根基與市占率。近期台灣新創公司稜研科技以低成本、高效率的毫米波測試方案切入這塊未來具備高發展性的國際市場,成功開發出能夠實現天線測試量產的解決方案,目前產品已獲得日本軟銀、KDDI、富士通等採用,未來更計畫攻入基地台市場,與Nokia、愛立信、三星與華為競爭。


結語

人往高處爬,無線電則是跳向高頻。開發全新一代網路從研究到商用通常需要10年,商用起步到實現普及也約5~10年,投入的時間與資金成本龐大,提前投資與擴大部署是國際產業要角與政府的自保策略。



圖三 : 行動處理器大廠高通統計至2020年底全球5G頻譜分配現況與未來計畫,可見毫米波頻段的部署緊湊。(source:devpedia.org)
圖三 : 行動處理器大廠高通統計至2020年底全球5G頻譜分配現況與未來計畫,可見毫米波頻段的部署緊湊。(source:devpedia.org)

循著未來網路的高頻運作軌跡,通訊技術大國與大廠芬蘭國家技術研究中心與Nokia早於2018年投入6G研發;向來扮演領頭要角的美國也在2019年批准了95GHz~3THz頻段的使用,提供研究單位開發與試驗THz級的行動網路技術,加速成像與感測應用方面的創新;歐洲跨校際微電子研究中心愛美科則於2020年底發起「進階射頻(Advanced RF)」研究計畫,探索下一代行動通訊技術的發展藍圖。


產業發展上,科技大廠蘋果、高通、三星與LG近期也紛紛傳出擴大徵用高頻技術研發人才、發佈技術白皮書與研究計畫的消息。儘管號稱是6G的技術細節尚未成形,研究或商用成果最快也要等2030年才會浮現,但可以確定,邁向無線電波的高頻端,是開發未來網路技術的主要幹道,在物聯網願景中,行動通訊應用更有可能因此超越當前的技術極限。


**刊頭圖:(source:cybertalk.org)


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