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毫米波領域技術,兵家必爭之地

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鄭凱仁、專利佈局情報分析團隊 發表於 2016年7月4日

圖、毫米波發展時期專利權人布局狀況
 
2020年毫米波頻段市場產值預估中,以57-86GHz頻段的市場產值最大,約14億美金,應用範圍包含健康醫療、工廠自動化、大眾安全、交通運輸與國防航太以及無線通訊等領域使用。全球毫米波產業供應鏈涵蓋美國、韓國、英國、瑞士、日本與以色列企業,預估中國市場2020年將成為重要市場,預估產值將達到1900萬美元,主要是以軍事用途與交通運輸發展帶動市場成長動能。
 
但整體而言,主流的應用仍是以無線通訊市場為主。這幾年毫米波技術研究已成為熱潮,國際大廠紛紛積極投入相關技術研發並驗證其在無線通訊應用的可行性。最為人所知的例子便是2013年三星公布28GHz毫米波頻段的實驗結果,傳送高達1Gb/s的傳輸速度,讓全球無線通訊市場再次對於毫米波技術產生高度的興趣。
 
電信商也積極加入研發行列並藉由異業合作方式,除了能加速相關研究速度外,更希望透過場域環境的提供,幫助驗證毫米波技術的可行性。其中的例子包括2014年日本電信商DoCoMo與全球6家領導設備商共同合作研究毫米波技術,建立重要環境參數;2016年二月德國電新商(Deutsche Telekom)和華為合作實現毫米波系統在40秒內下載4K解析度的影音服務。近期,愛立信展示其令人驚豔的實驗結果,達到25Gb/s以上的傳輸速率。以上的結果都遠遠超過ITU-R對於下世代通訊系統的需求,同時也更加證明毫米波在未來系統實現的可能性。
 
透過專利分析,也發現毫米波領域的技術生命週期已經進入快速成長期,根據國研院科政中心研究結果,於2014年與2016年這期間專利申請數量增長十倍,投入研發的專利權人數量增加四倍。其中,2014年的主要專利權人為英特爾、博通與三星。2016年經過再追蹤後,前五名的毫米波專利權人,分別是高通、英特爾、三星、博通和LG,專利數量皆超過百筆以上,如圖1。台灣產官學統計約有12位專利權人包含:聯發科、廣達、ASUS、ACER、HTC、工研院、資策會等。台灣最大的競爭國家主要是韓國與日本。雖然目前中國專利數量僅次於台灣與日本,但在審查中的專利數量的比率卻相當高,投入研發人力亦遠遠超過我國,在毫米波領域屬於快速追趕的角色,可預期中國在此領域未來的影響力。
 
在發展毫米波技術時,重點觀察便是解決高頻段物理特性挑戰,如毫米波易受外在因素(如下雨、建築物)而增加訊號傳輸損耗,造成訊號品質降低。透過專利技術分析發現,目前專利技術重點仍以先進天線設計技術之分集(diversity)、波束成形(beamforming)與天線權重(antenna weighting)等技術為主。
 
目前技術發展也由單用戶SU-MIMO進入多用戶MU-MIMO技術,主要是為因應行動裝置數量暴增、數據需求上揚、企業網路需求與流量卸載趨勢等諸多因素。在此,專利技術更強調碼簿(codebook)選擇的精確性與通道回饋產生通道權重的計算效率。
 
然而,在近期的專利技術發展趨勢,逐漸朝向毫米波技術於小型基地台使用的應用情境,這樣的發展蠻符合對於下世代通訊系統的極密集網路情境需求。然而,要能實現毫米波及密集網路願景,在網路管理的部分未來將是重點發展技術,其中包含:網路的覆蓋、網路訊務管理,與資源共享機制,都是下一階段應該持續觀察的方向。
 
毫米波領域技術發展趨勢,天線設計目前仍屬於專利佈局的熱區,不過在觀察未來通訊的情境需求,毫米波技術將朝向在系統層面符合更多應用面的需求,如:授權頻帶輔助存取技術(Licensed-Assisted Access,LAA)、LTE-U技術與小型基地架構。在專利技術布局策略,更可以挑戰這些藍海區域技術,增加專利技術競爭力。
 
(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 助理研究員)

(本文刊登於經濟日報2016/07/03)
 
 

 
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