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掌握毫米波要塞 全球备战行动网路的高频未来
全面加速前置部署计画

【作者: 吳雅婷】2021年03月05日 星期五

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从过往纪录来看,至今部署最快的行动网路技术,非5G莫属,而且发展动能强劲,在疫情肆虐的2020年,成长不减反增。而这些导入成果斐然的技术关键,在於5G使用了比前几代还要更高的频段,包含Sub-6 GHz的中低频段与24GHz以上的高频毫米波。


既然5G的技术优势以高频的物理特性为基础,可以想见,倾於更高频段的毫米波自然而然备受市场圈点,成为各国竞相标列的5G部署要塞,尽可能突显出最新一代行动通讯技术在传输速度、频宽与延迟上实现革命性应用的最大潜能。


毫米波的波长比新台币一元硬币的直径还小,通常指的是波长1~10mm的高频无线电波,具备高速、高频宽与低延迟的传输特色,赋予行动网路与人工智慧、物联网与大数据等先进科技相互整合的开发契机,实现智慧工厂、智慧交通、自驾车、AR/VR等应用。


然而一体不乏两面,因为高频特性,毫米波也有空间衰减性高、网路覆盖率低的技术问题,进而增加了元件设计与基础设施布建的系统复杂性与成本。目前市场对於毫米波在消费终端市场普及化的发展时程,看法其实相当分歧。


乐观估计毫米波技术商用化最快到2025年可见真章,保守评估则要到5G世代的後期以後才有可能实现落地应用,甚至可能不会在消费市场普及,锁定特定垂直应用的可能性反而较大。


酝酿後5G时代竞争力 加速毫米波势在必行

2020年全球各地加速部署5G商用服务,全球行动通讯供应商协会(GSA)统计出共有高达135座网路。商用毫米波网路仅在美国、日本、新加坡、义大利等国推出,而台湾亚太电信则锁定人囗密集区域推出28GHz商用服务。但多数国家仍处於频谱竞标阶段,主要锁定26GHz与28GHz,截至2020年全球共释出了85张毫米波商用执照,其中着手或完成部署的通讯营运商占不到三成。


值得注意的是,毫米波频谱开放给行动通讯网路使用,不过是2019年世界无线电通信大会(WRC)後才确定,因此,尽管目前还看不到太多相关产品或商用服务问世,但5G开始在全球各地商用化後,其实各国皆在紧锣密鼓地部署毫米波。


就区域发展进度而言,北美最快,其次是欧洲,亚太地区相对缓慢,其中日本、南韩、新加坡、泰国、香港与台湾现已完成营运释照,澳洲则在2020年底开始竞标。



图一 : 全球行动通讯供应商协会(GSA)统计2020年亚太地区各国5G毫米波频谱的发展现况,台湾已经完成频谱指配,部署进度算快。(source:gsacom.com)
图一 : 全球行动通讯供应商协会(GSA)统计2020年亚太地区各国5G毫米波频谱的发展现况,台湾已经完成频谱指配,部署进度算快。(source:gsacom.com)

显然,越来越多国家正在加速投资高频网路技术,展现行动网路对毫米波势在必行的重视。在智慧物联的未来市场,资料传输需要高速且高频的网路技术,这不仅牵涉了大量资料的应用可行性与稳定性,更将左右关键产业发展的市场竞争力,影响各国经济甚至是国防的策略性地位,至少从华为禁令在美中贸易战引起的国际风波,多少能窥探网路技术在国家战略地位发挥的必要作用。


尽管现阶段要普及毫米波技术,挑战还很多,但各国为了稳固在国际市场上的长期发展,产业龙头与国家机构仍不惜??注资金与推出补助与奖励措施,加码更多的开发诱因,像是新加坡政府就开放了26GHz与28GHz的奖励频宽。


台湾在5G部署速度上算是居於国际前段,通讯营运商公网使用的主要频段为3.5GHz,属於毫米波的28GHz频段则多用於企业或特殊场域的专网,值得注意的是,台湾已经推出深具技术指标意义的毫米波落地案例,由日月光、中华电信与高通於2020年联手完成布建全球首座5G毫米波企业专网的智慧工厂。


从行动装置到基地台 台湾半导体开枝散叶

谈到半导体工程,台湾独具元件设计、先进制程乃至验证与测试的一系列技术优势,未来发展可期。而台湾在高频行动网路市场发展的重要指标,就是5G元件与装置。


就市场现况而言,GSA统计了2020年已经供货或宣布上市的5G装置,其中手机为市场主流(48.4%),固定无线接入网路(FWA)用户终端设备(CPE)位居第二(19.3%),5G模组(13.9%)紧邻在後。依装置数量而言,开始供货的5G商用装置超过300款,其中46款支援毫米波。



图二 : GSA於2020年12月发布的报告指出,手机是目前市场上最主流的5G产品。(source:gsacom.com)
图二 : GSA於2020年12月发布的报告指出,手机是目前市场上最主流的5G产品。(source:gsacom.com)

市场首要焦点落在手机零组件,包含射频晶片、数据机晶片、SoC与ASIC等。这块市场在国际竞争也很激烈,目前已推出5G处理器或数据晶片的有高通、联发科、三星、华为海思和紫光展锐,未来将有更多产品推出,其他晶片大厂包含Qorvo、博通、英飞凌、ADI、德州仪器、赛灵思等成为关注重点。


基地台基础设施设备则是另一亮点,以往通讯世代,由於网路架构设计高度中心化,产品开发与维运技术多半掌握在通讯设备大厂,5G设备正在改变这个产业生态。其中,台湾正逐渐扩大在通讯电子元件测试上的国际影响力。


国际厂商如罗德史瓦兹、太克、安立知等在电子元件测试设备领域已累积了多年的技术根基与市占率。近期台湾新创公司棱研科技以低成本、高效率的毫米波测试方案切入这块未来具备高发展性的国际市场,成功开发出能够实现天线测试量产的解决方案,目前产品已获得日本软银、KDDI、富士通等采用,未来更计画攻入基地台市场,与Nokia、爱立信、三星与华为竞争。


结语

人往高处爬,无线电则是跳向高频。开发全新一代网路从研究到商用通常需要10年,商用起步到实现普及也约5~10年,投入的时间与资金成本庞大,提前投资与扩大部署是国际产业要角与政府的自保策略。



图三 : 行动处理器大厂高通统计至2020年底全球5G频谱分配现况与未来计画,可见毫米波频段的部署紧凑。(source:devpedia.org)
图三 : 行动处理器大厂高通统计至2020年底全球5G频谱分配现况与未来计画,可见毫米波频段的部署紧凑。(source:devpedia.org)

循着未来网路的高频运作轨迹,通讯技术大国与大厂芬兰国家技术研究中心与Nokia早於2018年投入6G研发;向来扮演领头要角的美国也在2019年批准了95GHz~3THz频段的使用,提供研究单位开发与试验THz级的行动网路技术,加速成像与感测应用方面的创新;欧洲跨校际微电子研究中心爱美科则於2020年底发起「进阶射频(Advanced RF)」研究计画,探索下一代行动通讯技术的发展蓝图。


产业发展上,科技大厂苹果、高通、三星与LG近期也纷纷传出扩大徵用高频技术研发人才、发布技术白皮书与研究计画的消息。尽管号称是6G的技术细节尚未成形,研究或商用成果最快也要等2030年才会浮现,但可以确定,迈向无线电波的高频端,是开发未来网路技术的主要干道,在物联网愿景中,行动通讯应用更有可能因此超越当前的技术极限。


**刊头图:(source:cybertalk.org)


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