專家傳真-淺談超高速行動通訊新世代─太赫茲技術發展與潛在應用

專家傳真-淺談超高速行動通訊新世代─太赫茲技術發展與潛在應用

臺灣資通訊及電信電子產業結構完整且頗具規模,在太赫茲發展具有優勢地位,未來可跨足6G太赫茲通訊和非通訊領域商機。圖/中新社

放眼全球,5G商轉未完全普及,6G標準研究也在摸索,然通訊發展先進國家已提出6G發展願景。6G的潛在技術可分爲兩類:一是在5G基礎上演化,包括人工智慧、次世代MIMO、毫米波等;另一種則是另闢捷徑,發展新興技術如太赫茲通訊、可重構智慧表面、非地面網路等。6G技術發展路徑和應用場景雖未確定,但提高傳輸速率、擴展頻譜已成兵家必爭之地。

■6G技術提高傳輸速率、擴展頻譜,兵家必爭

一般預料,未來6G將聚焦在太赫茲(Terahertz,THz)頻段。太赫茲頻率範圍是0.1~10THz,對應電磁波波長爲3mm~30μm,介於微波和可見光間,其中100到300GHz稱爲次太赫茲(sub THz)。科技大廠包括韓國三星、LG和芬蘭諾基亞皆已在太赫茲元件技術上有所突破。加上美國聯邦傳播委員會(FCC)在2019年即開放95 GHz到3THz間高頻頻段用於實驗,顯見隨着太赫茲技術突破與頻譜開放,預期將有更多的研究資源投入。

太赫茲在6G的應用可分成兩大類,一種是固定點對點通訊應用,像是大容量無線接入和回傳;另一種是行動通訊和感測應用,如沉浸式體驗、感測與通訊整合等,可見太赫茲的傳輸距離從1公尺內到100公尺以上皆有。

根據2022年三星發表白皮書建議,用於6G應涵蓋300GHz以下的低中高頻段,美國Next G聯盟及歐盟Hexa-X也持相同觀點,至於300GHz到3THz的太赫茲全範圍頻率目前非6G發展重點。現階段討論較多爲W頻段(92-115GHz)和D頻段(130-175GHz)。W頻段波長較低傳播性較佳,但受到ITU-R無線電規則的限制,難以提供超過10GHz的連續頻寬;D頻段傳播特性稍差於W頻段,但能提供數十個GHz的連續頻寬,因此是國際大廠關注焦點。

關於6G太赫茲通訊關鍵元件,像是數位訊號處理器(DSP)、數位類比轉換器(DAC)及類比數位轉換器(ADC)等晶片,主要採用CMOS高階製程,其技術的挑戰會着重在IC設計、製造和封測。而功率放大器(PA)在6G太赫茲的技術發展有多種解決方案,未來要採用哪種技術尚不明確,需特別關注技術發展的動向。

6G聯盟對於次太赫茲PA的多種技術,目前還處於一個評估和早期研發的階段。北美Next G聯盟認爲矽鍺(SiGe)和磷化銦(InP)有望實現次太赫茲PA量產所需的生產成本與規模,目前美國國防部高級研究計劃局(DARPA)有個別的計劃支持研發。歐盟Hexa X則在次太赫茲PA上着重於CMOS、SiGe BiCMOS和InP三種技術。

因應太赫茲的未來發展,國際已有新創公司問世:2001年4月成立的英國新創企業TeraView着手發展運用太赫茲頻譜的非侵入性和非破壞性檢測,包括用於通訊半導體晶片的故障分析,及汽車、製藥和文化遺產等領域的無損檢測;美國新創公司RaySecur以太赫茲掃描提供遠程分析等偵測解決方案,開發4D動態太赫茲桌上型掃描機;法國新創公司TiHive Technologies開發微型透視太赫茲成像系統和機器學習,提供多產業非接觸式的品質監控解決方案並優化原材料使用。

■新創已搶進,臺廠具有資通訊優勢

有鑑於臺灣資通訊及電信電子產業結構完整且頗具規模,在太赫茲發展具有優勢地位,未來可跨足6G太赫茲通訊和非通訊領域,舉凡應用於大容量無線通訊、數據中心網路、近距離通訊等,或聚焦非破壞性檢測、安全檢測、醫藥檢測等領域。可預見的是,未來十年太赫茲發展將突飛猛進,臺灣需規劃整體性的太赫茲關鍵技術佈局,整合關鍵元件,以期在太赫茲6G通訊和非通訊應用市場搶得先機。

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