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毫米波發功 5G飆網動起來

關鍵字:毫米波5G高頻段頻譜
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林品華、專利佈局情報分析團隊 發表於 2016年7月4日

圖、毫米波技術市場預估及電信設備產品於各領域應用規模   資料來源:Markets and Markets(2015)

邁入物聯網時代,首要核心關鍵在5G技術成熟,根據「2016愛立信行動趨勢報告」統計,預計2021年時全球將高達280億部連網裝置須上網,所以『網速』將是決定5G成敗的要素。在未來爆發性成長的資料傳輸量及超高速寬頻傳輸速度需求之下,至2020年需增加至少500MHz的新頻譜資源,因此,更需要使用到6GHz以上的高頻段頻譜,所以,投資毫米波技術研發是5G的發展重點之一,同時政府對於頻譜資源分配也是決定我國廠商未來能否吃到5G商機之所在。
 
毫米波英文名為Millimeter wave,泛指波長在1~10毫米範圍的電波,故取名毫米波,若換算成頻率,約在30G~300GHz範圍。由於頻寬達270GHz,頻寬大,對於頻率資源吃緊的電信業者具有高度吸引力。毫米波具有高傳輸速率、可短距高頻應用的特性,其他優點還有:波束窄,可分辨更近距的小目標或更清晰地觀察目標細節;元件尺寸較小,使毫米波系統更易小型化等。
 
依市場分析機構Markets and Markets(2015)的預測,毫米波技術市場正快速成長。在2015年市場約有2.982億美元,2020年將推升至16.691億美元的規模,2015~2020年複合成長率為42.7%。三大推力推動高成長,一是行動數據流量的成長;二是頻寬密集應用的需求;三是毫米波在小型基地台回傳(Backhaul)網路的高度使用。
 
目前應用毫米波頻段的最主要三大類產品,包含:電信設備(66%)、掃瞄系統(23%)、雷達與衛星通訊系統(7%)。其中的電信設備產品,也是目前最大宗的應用。2015~2020年的預估市場規模如下圖所示。這三大類產品的應用範圍相當廣泛,舉凡行動電信、消費與商業、軍事國防與航太、汽車與運輸、工業,甚至在健康醫療領域都有使用需求。
 
以應用的產業領域來看,目前毫米波電信設備在行動通訊的應用比重最高,由於電信業者將面對次世代通訊市場需求的挑戰,解決方式其一就是尋求毫米波頻段的解決方案,如毫米波移動回傳解決方案(mobile backhaul solutions)。面對未來極密集網路的趨勢,將提升移動回傳系統的需求,預計在2020年占技術市場需求的69%,約有7.436億美元的市場規模。
 
其次是在消費與商業領域的應用,包括無線感測器網路、機場安檢掃瞄及其它無線安全應用,而主要由掃瞄系統來驅動需求成長,如毫米波掃瞄儀能穿透衣物進行掃瞄,較傳統的處理時間為短且精準,在未來將可能取代傳統X光掃描器和金屬探測器。
 
再其次是應用在軍事國防與航太領域,毫米波可提供無線通訊網路中高頻訊號的測試、濾波和傳輸,並且優於傳統微波或紅外線感測技術,也能提供天線系統解決方案。輕巧化的毫米波雷達,更可應用在飛機與衛星平台,包括:自動化防碰撞預警感測器、自主巡航控制、機器人視覺、空中防禦監測與砲彈定位追蹤、導彈制導與追蹤,以及直昇機、無人機、無人車輛等碰撞預警系統。毫米波成像系統則可用於探測隱匿物品,如地底6英吋下的炸藥、金屬、陶瓷等,也可用於檢測服裝材質,或偵測多層衣物掩蔽下的金屬武器、塑料炸藥、毒品等違禁品。
 
雖然毫米波有其侷限性,如受大氣吸收衰減嚴重,但這些限制可利用適當的天線功率(antenna power)選擇加以克服。因此在汽車與運輸領域,毫米波技術能應用在低能見度下的安全系統,使汽車雷達提供多種用途,如:盲點檢測、防碰撞警告、車道偏離警告、自動巡航控制系統。同樣應用在海洋雷達上,也可提供這些防碰撞與距離差距的分析。
 
由於毫米波裝置不斷地小型化,也增加了工業化使用程度。毫米波距離感測器即是其中一項應用,例如在採礦業與化工業等惡劣的產業偵測環境,毫米波距離感測器提供出一項絕佳的選擇。
 
至於在健康醫療領域,毫米波療法是毫米波發射器在醫療上的應用,是項減輕疼痛的新技術。毫米波是極高頻的天然電磁波,透過與人體自然頻率的接觸,有助於健康細胞的生長,是種電子同類療法,然而這項技術還在初期階段。
 
(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 副研究員)

(本文刊登於經濟日報2016/07/03)
 
 

 
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