適用於5G的毫米波頻率逐漸浮上檯面：28 GHz、39 GHz與72 GHz。

透過高定向天線搭配波束賦形功能，毫米波能提供穩(wěn)定安全的連結(jié)。

隨著5G登場(chǎng)，全世界都將關(guān)注並觀察未來毫米波技術(shù)的應(yīng)用方式。

當(dāng)ITU、3GPP與其他標(biāo)準(zhǔn)組織決定以2020年做為定義5G標(biāo)準(zhǔn)的期限時(shí)，手機(jī)電信業(yè)者也正加緊腳步推出5G服務(wù)。透過各方所訂定的不同目標(biāo)，適用於5G的毫米波頻率選項(xiàng)也逐漸浮上檯面：28 GHz、39 GHz與72 GHz。

這三種頻帶能脫穎而出的原因有很多。首先，不像60GHz必須承受約20 dB/km的氧氣吸收損失，這三種頻率的氧氣吸收率低，因此較適合長(zhǎng)距離通訊。這些頻率也能在多路徑環(huán)境中順利運(yùn)作，並且能用於非可視判讀（NLoS）通訊。透過高定向天線搭配波束賦形與波束追蹤功能，毫米波便能提供穩(wěn)定且高度安全的連結(jié)。

5G頻段佈局

根據(jù)中華民國(guó)NCC的5G頻譜資源特性與技術(shù)關(guān)聯(lián)文件中指出，由各國(guó)際組織及大廠對(duì)於候選頻段之選定及測(cè)試，可歸納出歐洲及中國(guó)主要由6GHz以下頻段開始佈局測(cè)試，日本由於對(duì)於行動(dòng)寬頻的應(yīng)用較有興趣，因此對(duì)6GHz以上之頻段著墨較多，美國(guó)現(xiàn)階段看來則採(cǎi)取高低頻段均重的策略。觀察各國(guó)電信業(yè)者之布局，6GHz以下頻段以3.5GHz及5GHz為重要頻段。由於3.5GHz其相鄰頻寬累計(jì)連續(xù)可達(dá)400MHz，因此為各國(guó)政府或產(chǎn)業(yè)利害相關(guān)人所重視。

另外，由於5GHz之可用頻寬較2.4GHz多，為了與Wi-Fi和平共處，也因此衍生LTE-U、LTE授權(quán)輔助接入（License-assisted Access；LAA）、LWA等聚合技術(shù)。此外，高頻部分如28GHz、39GHz、73GHz等亦是各國(guó)布局之重點(diǎn)，原因?yàn)?GHz以上頻段之頻率特性，其氧氣吸收率（損耗率）較低，能傳輸距離較遠(yuǎn)。

3GPP於2018年通過第15版（Release 15）規(guī)格，對(duì)於5G新無線電（5G New Radio；5G NR），以6GHz頻段為界線，區(qū)分為第一型頻率範(fàn)圍（Frequency Ranges 1；FR1）與第二型頻率範(fàn)圍（Frequency Ranges 2；FR2），F(xiàn)R1頻段範(fàn)圍為450～6000MHz，F(xiàn)R2頻段範(fàn)圍則為24250～52600MHz。

28GHz毫米波

國(guó)家儀器指出，電信業(yè)者急切想要取得未分配的大量毫米波頻譜；而毫米波頻譜會(huì)使用哪些頻率，這些業(yè)者將是深具影響力的關(guān)鍵要角。早在2015年2月，Samsung便已經(jīng)執(zhí)行了自己的通道量測(cè)，並發(fā)現(xiàn)28GHz的頻率可用於手機(jī)通訊。這些量測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了都市環(huán)境中預(yù)期會(huì)發(fā)生的路徑損耗（非可視判讀NLoS連結(jié)中的路徑損耗指數(shù)為3.53)。Samsung宣稱此數(shù)據(jù)顯示毫米波通訊連結(jié)可支援200公尺以上的距離。該研究還包含相位陣列天線的運(yùn)用。Samsung也開始相關(guān)設(shè)計(jì)，以便讓手機(jī)能夠容納精密的陣列天線。在日本，NTT Docomo與 Nokia、Samsung、Ericsson、Huawei、Fujitsu等廠商共同合作，針對(duì)28GHz（以及其他頻率）順利完成了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

而Verizon與Samsung等重要合作夥伴，於2016年在美國(guó)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這時(shí)間點(diǎn)比訂定5G標(biāo)準(zhǔn)的擬議期限2020年還早了4年，使得Verizon成為5G市場(chǎng)的先行者。到了2015年11月，Qualcomm透過128支天線針對(duì)28GHz執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，在人口密集的都市環(huán)境中，展現(xiàn)了毫米波技術(shù)的效能，以及定向波束賦形如何用於非可視判讀通訊。而在FCC宣佈28GHz頻譜可用於行動(dòng)通訊後，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，也在美國(guó)持續(xù)進(jìn)行。同時(shí)，Verizon公佈了租用XO Communications的28GHz頻譜協(xié)議，其中包含於2018年底買下頻譜的購(gòu)買選擇權(quán)。

然而需注意的是，28GHz頻帶並不在ITU的全球可用頻率清單上。因此，當(dāng)時(shí)仍無法確定此頻帶是否能成為5G毫米波應(yīng)用的長(zhǎng)期頻率。但基於此頻譜在美國(guó)、韓國(guó)與日本的可用性，以及美國(guó)電信業(yè)者在早期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的投入，28GHz因此在不符國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的情形下，直接應(yīng)用於美國(guó)的行動(dòng)技術(shù)。韓國(guó)於2018年奧運(yùn)展示5G技術(shù)的目標(biāo)，也是在標(biāo)準(zhǔn)組織確定5G標(biāo)準(zhǔn)之前，促使消費(fèi)型產(chǎn)品運(yùn)用28GHz技術(shù)。

38GHz毫米波

關(guān)於38GHz在進(jìn)行中的公開研究資料最少，但這個(gè)頻段仍有機(jī)會(huì)成為5G標(biāo)準(zhǔn)的一部分。ITU已將38GHz列於全球可用頻率清單，而且根據(jù)紐約大學(xué)的研究，已有通道資料可證明其為可用的毫米波頻率。儘管如此，相較於28GHz或73GHz，38GHz有更多現(xiàn)有用途，因此要將其納入5G標(biāo)準(zhǔn)將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。FCC已針對(duì)可能的行動(dòng)應(yīng)用擬議頻譜，以便加速美國(guó)未來針對(duì)此頻帶的研究。

值得注意的是，當(dāng)Verizon於2016年著手進(jìn)行28GHz的初期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，已擬定計(jì)畫要測(cè)試39GHz。39GHz有電信業(yè)者的大量投資，同時(shí)也名列IMT的清單中，因此無疑是2020年5G標(biāo)準(zhǔn)的候選頻帶之一。

73GHz毫米波

正當(dāng)28GHz相關(guān)研究展開的同時(shí)，E頻帶也在近幾年引起行動(dòng)通訊領(lǐng)域的注意，而73GHz就是另一個(gè)備受矚目的毫米波頻率。Nokia運(yùn)用了紐約大學(xué)的73GHz通道量測(cè)結(jié)果，開始研究此頻率。早在2014年的NI Week年會(huì)上，Nokia就已經(jīng)透過NI原型製作硬體，展示了他們第一個(gè)73GHz空中傳輸（OTA）技術(shù)。這套系統(tǒng)隨著研究進(jìn)行不斷演進(jìn)，並持續(xù)透過公開示範(fàn)來展示新的技術(shù)成就。

圖一 : 行動(dòng)用途的FCC頻帶（source:NI.com）

到了2015年的MWC上，這套原型驗(yàn)證系統(tǒng)已能藉由透鏡天線與光束追蹤技術(shù)，執(zhí)行每秒超過2Gbps的資料傳輸。該系統(tǒng)的MIMO版本，則在布魯克林5G高峰會(huì)議上展出，可執(zhí)行高達(dá)10Gbps的資料傳輸。而在不到一年後的MWC上，這套原型展示了雙向空中傳輸連結(jié)，傳輸速率超過14Gbps。2016年的MWC，Nokia已經(jīng)不是唯一有能力進(jìn)行73GHz技術(shù)示範(fàn)的廠商。Huewei與Deutsche Telekom也一同展示了可於73GHz運(yùn)作的原型。這項(xiàng)示範(fàn)採(cǎi)用多使用者（MU）MIMO，展示了高頻譜效率，以及針對(duì)個(gè)別使用者超過20Gbps傳輸率的潛力。

在過去幾年，許多73GHz的研究正陸續(xù)進(jìn)行，近期預(yù)計(jì)將有更多相關(guān)研究。其中一項(xiàng)可用以區(qū)分73GHz與28GHz、39GHz頻段間差異的特性，是其可用的連續(xù)頻寬。73GHz中有2GHz的連續(xù)頻寬可用於行動(dòng)通訊，是這些頻譜中範(fàn)圍最廣的。相較之下，28GHz僅提供850MHz的頻寬。在美國(guó)，39GHz附近就有兩個(gè)頻帶提供1.6GHz與1.4GHz頻寬。此外，如Shannon定理所述，更高的頻寬代表更高的資料傳輸量，因此與上述的其他頻率相比，73GHz具備了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，將成為毫米波中的一個(gè)重要頻率。

結(jié)語(yǔ)

儘管仍有許多未知的部分，但有一件事是可以確定的，未來的5G一定會(huì)佈署毫米波技術(shù)，而且會(huì)以很快的速度來執(zhí)行。隨著新一代的5G無線通訊登場(chǎng)，全世界都將更為關(guān)注並觀察未來毫米波技術(shù)的應(yīng)用方式。

解決方案

安立知VectorStar寬頻向量網(wǎng)路分析儀

圖二 : 安立知VectorStar寬頻向量網(wǎng)路分析儀 圖片來源：anritsu.com

安立知：「這部?jī)x器可提升晶圓探針臺(tái)的成本效益！」

安立知推出VectorStar ME7838G寬頻向量網(wǎng)路分析儀，能夠在單次掃描實(shí)現(xiàn)70kHz至220GHz量測(cè)的VNA。VectorStar VNA系統(tǒng)整合安立知非線性傳輸線毫米波模組，可實(shí)現(xiàn)寬廣的單次掃描寬頻覆蓋以改進(jìn)設(shè)備模組。憑藉創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，220GHz探針可直接連接毫米波模組，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、穩(wěn)定的晶圓上量測(cè)，進(jìn)一步避免了同軸連接器在次兆赫頻率下的限制。

太克科技TTR500系列向量網(wǎng)路分析儀

圖三 : 太克科技TTR500系列向量網(wǎng)路分析儀 source:tektronix.com

太克科技：「減少原型設(shè)計(jì)反覆項(xiàng)目並讓日常量測(cè)準(zhǔn)確可信！」

Tektronix TTR500 系列雙連接埠雙路徑式向量網(wǎng)路分析儀，可減少原型設(shè)計(jì)反覆項(xiàng)目並讓日常量測(cè)準(zhǔn)確可信，讓射頻設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工程師、教育專家和製造商能夠加速其上市時(shí)間。在獲得日常量測(cè)能力的同時(shí)兼顧您的預(yù)算。TTR500從100kHz至6GHz的頻率範(fàn)圍。由於超過122分貝動(dòng)態(tài)範(fàn)圍和低於0.008分貝RMS軌跡雜訊，使得TTR500的效能類似於昂貴的傳統(tǒng)工作臺(tái)VNA。

是德科技PNA網(wǎng)路分析儀

圖四 : 是德科技PNA網(wǎng)路分析儀 source:keysight.com

是德科技：「我們可全面增強(qiáng)您的量測(cè)自信度！」

使用PNA-X/PNA/PNA-L可獲得更好的性能。使用展頻器，PNA和PNA-X頻率可擴(kuò)展到1.5THz。共有3個(gè)PNA系列可供選擇，以獲得速度、效能和價(jià)格的完美組合。在研發(fā)階段提供量測(cè)完整性，以協(xié)助工程師將深入的洞察力轉(zhuǎn)變成出色的設(shè)計(jì)；在生產(chǎn)線上提供所需要的測(cè)試速率和可重複性，以便將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。目前世界各地超過70%的工程團(tuán)隊(duì)全都選擇使用是德科技分析儀。

羅德史瓦茲ZNA高階向量網(wǎng)路分析儀

圖五 : R&S ZNA高階向量網(wǎng)路分析儀 source:R&S.com

羅德史瓦茲：「這款儀器具有出色的射頻性能！」

R&S ZNA新一代高階向量網(wǎng)路分析儀，可簡(jiǎn)化量測(cè)設(shè)置。其量測(cè)穩(wěn)定性和低量測(cè)曲線雜訊讓使用者能夠?qū)χ鲃?dòng)和被動(dòng)元件和模組進(jìn)行嚴(yán)格的量測(cè)。憑藉以待測(cè)物為中心的操作方式、完全採(cǎi)用觸控操作的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，R&S ZNA向量網(wǎng)路分析儀可將量測(cè)的設(shè)置時(shí)間縮到最短。

NI向量網(wǎng)路分析儀（VNA）

圖六 : NI向量網(wǎng)路分析儀（VNA） source:ni.com

國(guó)家儀器：「PXI VNA可提供高準(zhǔn)確度的RF量測(cè)效能?！?/strong>