5G新突破點(diǎn)：毫米波與頻譜分析

　　由于日后的物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設備等方面的海量需求，這就對傳輸速率提出了更高的需求。而5G的應時(shí)而生就是解決這方面的關(guān)鍵，然而，當前的頻譜資源相對缺乏，需要通道探測更高的頻段，那么，頻譜分析的儀器就顯示出重要的作用。

　　傳播速率怎樣提速

　　目前生活中常用的通訊方式，大多依賴(lài)無(wú)線(xiàn)電波傳送訊號的技術(shù)，包含藍牙、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、移動(dòng)通訊、衛星通訊及廣播等等。為了建立全球高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，像是伊隆·馬斯克建立的太空公司 SpaceX，就計劃在未來(lái)發(fā)射 4，425 顆通訊衛星，提供 1Gbit/秒左右的高速傳輸速率。而移動(dòng)通訊技術(shù)從 4G 發(fā)展到 5G，則更預計將提升到 10Gbit/秒。

　　要提升傳輸速率，主要有兩種方法，一種是增加頻譜效率，一種則是增加頻寬。由于相同的頻率只能使用一次，增加頻譜效率就如同把更多0和1的位塞進(jìn)固定頻寬的電磁波里，但這樣訊號將比較容易受到干擾，或解碼錯誤;而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊跟 AM、FM 等廣播的電磁波頻率都擠在 6GHz 以下，想增加頻寬也很難再有空間。于是，要找到新的頻譜資源讓 5G 通訊使用，也只有往更高頻率的毫米波(Millimeter Wave)一路可走了。

　　毫米波的應用場(chǎng)域有哪些

　　通常衛星通訊、衛星定位、雷達與微波通訊大致采用頻率 1～100GHz 的電磁波，而頻率 30～300GHz(相當于波長(cháng)1～10mm)的電磁波，就稱(chēng)為“毫米波”，因此以上這些通訊方式都會(huì )利用到毫米波的頻段。

　　無(wú)線(xiàn)通訊的最大訊號頻寬大約是載波頻率的 5% 左右，代表載波頻率越高，可實(shí)現的訊號頻寬也越大。像 4G-LTE 頻段最高頻率的載波在 2GHz 上下，可用頻寬就只有 100MHz。因此，如果未來(lái) 5G 使用毫米波頻段，頻寬便能輕松翻漲 10倍，傳輸速率將巨幅提升。日前是德科技(Keysight)也與國研院芯片中心達成合作，以“毫米波前端電路系統技術(shù)”搭配是德科技的 5G 基頻訊號驗證數據庫軟件，供臺灣學(xué)界 5G 毫米波射頻前端技術(shù)教學(xué)及研究使用，加速實(shí)現 5G 技術(shù)。

　　除了次世代移動(dòng)通訊以外，毫米波在消費與商業(yè)領(lǐng)域的應用上也潛力無(wú)窮，包括無(wú)線(xiàn)感測器網(wǎng)絡(luò )、機場(chǎng)安檢掃描等等，都能帶動(dòng)毫米波領(lǐng)域的進(jìn)一步研究與需求成長(cháng)。

　　由于毫米波能提供無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )中高頻訊號的測試、濾波和傳輸，也可應用在軍事國防與航太方面，效能優(yōu)于傳統微波或紅外線(xiàn)感測技術(shù)。如裝設在飛機或是衛星上的毫米波雷達，就能進(jìn)行防碰撞預警感測、自主巡航控制、機器人視覺(jué)、空中防御監測等功能。毫米波成像則能夠探測隱匿物品，如地底下或衣物掩蔽下的武器、炸藥或毒品等等。

　　頻譜分析的關(guān)鍵作用究竟有哪些

　　毫米波通訊具有高傳輸速率、可短距高頻應用的特性，但也有其局限，如訊號衰減快、易受阻擋、覆蓋距離短等等，尤其在 60GHz 時(shí)更會(huì )承受約 20dB/km 的氧氣吸收損耗。因此，5G 通訊要應用在高頻率的毫米波范圍內，必須確認這些頻率能在多路徑環(huán)境中順利運作，以及可用于非可視距離通訊。

　　在探索未知的高頻訊號領(lǐng)域中，頻譜分析是電子工程技術(shù)人員不可或缺的步驟環(huán)節;而他們用來(lái)進(jìn)行頻譜分析儀器的效能，便會(huì )左右研究的成果?，F代信號分析儀比一般頻譜分析儀功能更全面，除了頻域外，還能提供時(shí)域及調變域的分析，應用的領(lǐng)域相當廣泛：諸如衛星系統、無(wú)線(xiàn)電通信系統、移動(dòng)電話(huà)系統基地臺輻射場(chǎng)強的量測、電磁干擾等高頻信號的偵測與分析，同時(shí)也能研究訊號成分、訊號失真度、訊號衰減量、電子組件增益等特性。

　　通常每次量測所包含的射頻訊號，皆無(wú)法預期它隨時(shí)間改變的狀況，技術(shù)人員或科學(xué)家往往面臨罕見(jiàn)、短暫的事件影響，或是訊號被較強的雜訊遮罩等問(wèn)題。而為了查看、擷取并分析最飄忽不定的訊號，例如要在充斥各種訊號的環(huán)境中迅速找出脈沖或間歇訊號，就得靠信號分析儀的“即時(shí)頻譜”功能。這也意味著(zhù)信號分析儀必須以夠快的速度對輸入訊號取樣，處理感興趣的頻段中所有訊號量;也能連續執行所有計算，以便分析輸出跟上輸入訊號的變化。