【5G專題 報導 2】什麼是毫米波(mmWave)與太赫茲(THz)?

2021-01-11 騰訊網

作者：DIGITIMES毛履兆

在前一篇＜認識5G意義(1)：全面物聯網(IoT)時代來臨，3秒鐘下載一部電影不是重點！＞裡，我們談到5G的三大特性：增強移動寬帶上網(eMBB)、高可靠低延遲通訊(URLLC)、大量裝置連網通訊(mMTC)，那麼科學家是使用那些技術來達到這三個特性呢？

什麼是電磁波？

大家都知道手機是經由電磁波通訊，甚至有人聽到電磁波就會害怕，那麼到底什麼是電磁波？電磁波是由電場(Electric field)與磁場(Magnetic field)交互作用產生的能量(Energy)，沿著某一個方向以波(Wave)的形式前進，如圖所示，因此電磁波有下列兩個參數：

★波長(Wavelength)：電磁波的波峰到波峰的距離。

★頻率(Frequency)：電磁波1秒鐘振動的次數，單位為赫茲(Hz)。

由圖可以看出，電磁波的波長愈長，1秒鐘內振動的次數愈少，頻率愈低；電磁波的波長愈短，1秒鐘內振動的次數愈多，頻率愈高，因此波長與頻率成反比。

電磁波如何分類與應用？

通訊電磁波頻譜如圖二所示，愈左邊波長愈長(頻率愈低)，愈右邊波長愈短(頻率愈高)，頻率由左向右依序為千赫茲(KHz)、兆赫(MHz)、十億赫茲(GHz)、兆赫茲(THz)，電磁波可以用來無線通信或有線通訊，特性如下：

★ 頻率KHz的電磁波：應用在航空無線電、海底電纜、電話與電報等，如果應用在有線通訊通常使用雙絞銅線(Twisted pair)為介質，就是我們使用的RJ45網絡線。

★頻率MHz的電磁波：應用在無線電視、移動通訊(手機)、調幅廣播(AM)、業餘無線電、調頻廣播(FM)等；如果應用在有線通訊，通常使用同軸電纜(Coaxial cable)為介質，即有線電視傳輸線。

★ 頻率GHz的電磁波：其中頻率介於30~300GHz的電磁波波長大約1~10毫米(mm)，因此又稱為毫米波(mmWave)，應用在衛星通訊、衛星定位、雷達與微波等，如果應用在有線通訊通常使用波導(Waveguide)為介質，波導是空心金屬管，可以讓電磁波沿著金屬表面傳播。

★ 頻率THz的電磁波：其中頻率介於300GHz~10THz的電磁波又稱為兆赫茲或太赫茲(THz)，屬於遠紅外線(FIR：Far Infrared)的一種，也就是未來6G要使用的電磁波。

★ 紅外光(IR：Infrared)：頻率介於10~400THz的電磁波，應用在電視或冷氣的遙控器，如果應用在有線通訊必須使用光纖(Fiber)為介質。

通訊組件只認頻率不認人　頻率不能重複使用

不同的通訊組件必須使用不同的頻率範圍來通訊，不然會互相干擾，因為通訊組件只認頻率不認人，而頻率不能重複使用代表有人在管理這些頻率。

無線通信的頻譜分配非常嚴格，執照費用也很高，因為無線通信的傳輸介質是我們眼睛可以看到的空間，而我們大家是共享同一個空間，所有的訊號都往同一個空間裡丟，如果頻率相同會互相干擾。

例如：收音機用了，無線電視就不能用；無線電視用了，手機就不能用。

因此各家電信業者都必須取得使用執照才能經營無線通信業務。

5G第一輪建設基本落地 下階段關注毫米波發展

5G的官方名稱定為新無線電(NR：New Radio)，電信系統包括無線接取網絡(RAN：Radio Access Network)與核心網絡(CN：Core Network)，進度分為兩個階段：

5G新無線電第一階段(5G NR Phase I)：使用電磁波頻率3~6GHz的sub-6GHz，與現有4G LTE特性相似，技術障礙較低，但是上網速度增加不多，這是為什麼常看到新聞裡提到和4G速度差不多的原因之一。

5G新無線電第二階段(5G NR Phase II)：使用電磁波頻率20~60GHz的毫米波(mmWave)，繞射特性差，基站數目大量增加，技術障礙較高，可以大幅增加上網速度，我們常在新聞裡看到5G的數據傳輸率要達到10Gbps以上，要到第二階段才能達成。

目前我國第一輪5G建設基本落地，基於低頻方案的5G網絡已覆蓋全國城市區域。下階段5G建設，重點關注具有更高性能的毫米波發展機會。

事實上，中國5G毫米波部署其實起步較早,2017年7月,工信部就批覆了新增毫米波試驗頻段,官方公開信息可以發現,我國5G毫米波頻譜規劃與美國、歐盟、日本、韓國基本保持一致。此外，工信部也於今年3月發布《關於推動5G加快發展的通知》,文中提到「適時發布部分5G毫米波頻段頻率使用規劃,組織開展毫米波設備和性能測試,為5G毫米波技術商用做好準備。」

據悉,包括中國電信在內的多家主流機構都積極參與了工信部組織的毫米波實驗。而且中國聯通已經與2022年北京冬奧會達成合作,將在北京冬奧會期間進行5G毫米波的推廣運用。

那麼5G使用毫米波，6G使用太赫茲各有那些特性呢？且聽下回分解。

相關焦點

  • 「5G專題報導3」為什麼5G使用毫米波 6G使用太赫茲?
    作者：知識力CEO曲建仲在上一篇＜5G的意義二：什麼是毫米波與太赫茲？＞裡我們談到通訊電磁波頻譜如圖一所示，愈左邊波長愈長(頻率愈低)，愈右邊波長愈短(頻率愈高)，頻率由左向右依序為千赫茲(KHz)、兆赫(MHz)、十億赫茲(GHz)、兆赫茲(THz)。那麼到底不同頻率的電磁波有什麼不同的特性和應用呢？
  • -訪毫米波太赫茲產業發展聯盟秘書長劉海瑞
    太赫茲（THz）作為一種極具潛力的技術，在藥物檢測、癌症診斷、標記物識別、安檢安防、航空航天複合材料無損檢測、飛機塗層、文物檢測等多個領域具有廣闊的應用前景。目前，太赫茲技術正處於產業化的初始階段，急需通過產業化推動太赫茲技術的進一步發展。
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    在5G mmWave毫米波的發展帶動下，天線封裝（Antennas in Package，AiP）技術逐漸受到關注，該名稱主要由系統級晶片（SoC）、系統級封裝（SiP）功能上的差異衍生。 製造成本與晶片特性考量，AiP技術於5G通訊市場逐漸勝出 天線是無線通訊系統的重要元件之一，依不同功能與型態可分為分離型天線與集成天線等2類。分離型天線較常見，一般戶外所見的天線結構皆屬於此類；集成天線則需透過天線與系統整並結合，如同AoC與AiP等技術，可縮減天線在系統內部的體積佔比。
  • 中興通訊發布《5G毫米波(mmWave)技術白皮書》
    近日，中興通訊（000063）對外發布了《5G毫米波(mmWave)技術白皮書》，這是繼中興通訊和中國信息通信研究院聯合提出的毫米波高效小型緊縮場創新測試方案後，結合自身的研發成果和更廣泛的生態系統的最佳實踐，針對毫米波技術應用的又一分享。
  • SpaceX星鏈獲澳大利亞毫米波(mmWave)5G頻譜
    早早排除了華為，澳大利亞5G毫米波（mmWave）頻譜發放許可給SpaceX Starlink（星鏈）等15家公司。澳大利亞通信和媒體管理局（ACMA）周五宣布，已向提供5G毫米波（mmWave）頻譜的通信供應商發放第一輪設備許可。
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    毫米波和Sub-6GHz是目前全球採用的兩種不同5G頻段，美國和俄羅斯使用了毫米波技術，我國三大運營商、歐洲國家及地區則普遍採用Sub-6GHz頻段。一、什麼是毫米波和Sub-6G?毫米波是指波長在1-10mm之間的電磁波，毫米波頻率高（30-300GHz）在傳輸信號時速度快，存儲容量也更大；而Sub-6GHz是指頻率低於6GHz的電磁波，相比毫米波頻段低了很多，在傳播速度和帶寬容量上比毫米波遜色不少。
  • 聯通研究院副院長遲永生:完整的5G應是高頻段+低頻段+毫米波
    新京報貝殼財經訊（記者 許諾）10月12日下午，在北京舉辦的5G毫米波產業高峰論壇上，中國聯通研究院副院長遲永生在演講中指出，從業務需求和技術發展來看，移動通信一定是向著毫米波乃至太赫茲高頻段發展，從5G網絡整體來看，未來完整的5G一定是高頻段加低頻段加毫米波共同組成。
  • 毫米波(mmWave):頻段之戰
    先進的矽製造工藝大幅降低了毫米波設備的價格，完全可用於消費電子產品。目前影響毫米波應用的主要問題在於這個頻譜的很多方面都沒經過研究，需要解答技術問題。服務運營商已經開始研究毫米波技術，以評估適用於移動應用的最佳候選頻率。國際電信聯盟（ITU）和 3GPP 就 5G 標準研究的 2 個階段規劃達成了共識。
  • 汽車中毫米波(mmWave)傳感器的作用
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202005/412888.htm毫米波(mmWave)傳感技術可以在極具挑戰的環境條件下(如明亮的光線和黑暗中)檢測到人的位置。與其他傳感技術不同,毫米波具有非接觸性和非幹涉性,可以穿過塑料、幹牆和衣服等材料,使傳感器可以隱藏在面板背後,放置在車內或車內的其他材料內。
  • 太赫茲小神吹的主要功能原理是什麼?質量怎麼樣?
    太赫茲波像我們熟知的無線電波、紅外線、x射線一樣，也是一種電磁波，其頻率介於0.1～10 THz，處於毫米波和紅外線之間。
  • 太赫茲是什麼
    太赫茲技術，是未來五十年世界大國角逐的前沿科學技術，將對人類社會產生十分廣泛深遠的影響。中國人和美國人叫它為「太赫茲技術」，俄羅斯叫它為「生物電磁波」，日本人叫它為「生命之光」，我國臺灣叫它為「生物光波」。
  • 5G 頻段科普:Sub-6G與mmWave 都是什麼?
    同時回答一個不少人會問的問題：毫米波與 Sub-6 5G 的區別對 5G 手機有什麼影響？ 要回答這個問題，首先要區分一下 5G 頻段中，毫米波與 Sub-6G 的實際區別：Sub-6GHz 實際上就是現有的 6GHz 以下的頻段發展而來，而毫米波則是基於 30~300GHz
  • 採用mmWave毫米波技術?蘋果或將明年發布5G iPad Pro
    mmWave又稱毫米波，是一組5G頻率，有望在短距離實現超高速，最適合服務於密集的城市地區。而相比之下，低於6GHz的5G通常比mmWave慢，但不一樣的是，它信號傳輸更遠，能更好地服務於郊區和農村地區。該報告還稱，臺灣的先進半導體公司除了5G iPhone，還可能將為5G iPad提供封裝天線技術。
  • 剛買的iPhone11,要不要換5G手機?5G時代來了!
    而5G究竟是什麼，你對它的了解有多少，未來我們的生活又到底會有怎樣的改變呢？今天，小編就來帶大家從一個小的方面，也是大家最關心的方面之一——5G手機入手，嘗試窺見上面問題的答案的邊角。說到5G手機，很多朋友是既期待又緊張，還夾雜著一些困惑。
  • 太赫茲的奧秘和奇效
    太赫茲石是什麼?太赫茲石的功效與作用有哪些？
  • 美國5G使用毫米波背後:全球63家5G運營商,只有4家使用毫米波
    眾所周知，隨著5G的開建，5G出現了兩個頻率，一個叫做Sub-6，頻率範圍是450MHz——6GHz，另一個是毫米波，頻率範圍是24.25GHz——52.6GHz。這兩個都是寫入3GPP的標準的，都是5G標準中的頻率範圍。
  • 5G的mmWave與SUB-6G到底有什麼區別,誰更牛?
    mmWave毫米波與SUB-6GHz的區別 5G是第五代無線網絡通信技術，是自2010年以來我們一直在連接的4G LTE網絡的繼承者。5G網絡有兩種：mmWave毫米波和SUB-6GHz技術。
  • 5G頻段擴容 毫米波成「兵家必爭之地」
    國際標準化組織3GPP把5G頻段分為FR1頻段和FR2頻段，FR1頻段就是範圍為450MHz—6GHz的sub-6GHz頻段，而FR2頻段則是24.25GHz—52.6GHz的毫米波頻段。因此，全球5G部署的頻段只有兩種，sub-6GHz和毫米波。
  • 太赫茲還能透視皮膚結構,診斷癌症擴散情況
    太赫茲輻射是指頻率從0.37THz到10THz，波長介於無線波中的毫米波與紅外線之間電磁輻射區域，所產生的T射線在物體成象、醫療診斷、環境檢測、通訊等方面具有廣闊的應用前景。 常見的x光可以穿透許多常見的材料，如塑料、陶瓷和衣服，使它們在非侵入性檢查中具有潛在的用途。
  • 美版蘋果手機的5G毫米波為啥國行沒有?專家:各國5G方案不同
    以我國為例，2G的工作頻段主要是900MHz和1.8GHz，3G和4G工作頻段主要為1.9GHz、2.1GHz和2.6GHz。這是因為，人們對無線通信提出的要求越來越高。過去的無線通信是語音網，現在則是數據網，頻率越高所能提供的帶寬也就越大，這就像4車道的高速公路比2車道跑的車多，而且還能保持較快的車速。