創新突破／以軟帶硬跨國推動毫米波技術產業化

【撰文／賴宛靖】

5G網路及低軌衛星發展暢旺，使毫米波技術需求旺盛，進而帶動市場發展。工研院研發「軟硬整合毫米波技術」，協助臺灣產業從晶片、模組到系統全面布局，擴大產業競爭力，榮獲工研院產業化貢獻獎金牌獎。

網路是現今社會人與人溝通及訊息傳遞的重要媒介，而毫米波（Millimeter Wave；mmWave）是應用於無線通信和雷達技術的射頻頻段，範圍約略介於30GHz到300GHz之間，具有高頻率、大頻寬與低延遲的特性，適合串聯大量的聯網裝置，在未來高通量（Broadband）地面與衛星通訊中享有巨大優勢，因此5G網路仰賴毫米波來傳輸，其系統、模組和晶片技術的整合相形重要。

「毫米波技術的應用需求有兩方面，其一是來自於地面的5G通訊網路，市場上稱之為開放式無線接取網路（Open RAN），可在其中開發系統、模組或軟體，該領域也是許多臺商希望打入的市場；其二是在天空中的衛星通訊，尤其是SpaceX、Eutelsat OneWeb等低軌衛星通訊，因為低軌衛星通訊的頻率主要是Ku頻段（12-18GHz）和Ka頻段（26.5-40GHz），其中Ka頻段與5G毫米波行動通訊頻段（24.25至71 GHz）部分重疊，因此很仰賴毫米波頻段中會用到的元件、軟硬體。」工研院資訊與通訊研究所組長許仁源表示。

從地面到太空　毫米波技術引領未來通訊

現有通訊系統主要覆蓋範圍為地面廣域或都市、郊區，而毫米波技術則應用在海、陸、空等領域，搭配低軌衛星通訊後形成無線寬頻覆蓋網絡，而5G毫米波基地台正是「固定無線接取」（FWA）的最後一哩路，也是未來物聯網、智慧製造與雲端運算等產業發展的重要應用領域。

毫米波技術需求的暢旺也帶動相關市場蓬勃發展，現有的無線通訊系統對應的小型無線通訊基地台，多使用6GHz以下的頻段，而毫米波的大頻寬和高頻率特性，需使用大量的天線陣列技術，搭配讓射頻從低頻段升到高頻段的升降頻收發器及波束控制技術（Beamforming），以便基地台或衛星能與其連結地面終端進行定向通訊。許仁源點出，過去臺灣通訊產業的核心晶片、模組甚至自主系統整合都需仰賴進口，關鍵技術均掌握在他人手上，為鞏固產業發展的根基，工研院「以軟帶硬跨國推動毫米波技術產業化」，協助臺灣產業從最前端的晶片、模組到系統，進行全面布局，擘劃進入毫米波和衛星通訊市場的商機。

許仁源分析，在5G通訊系統中有些獨特需求是產業必須注意的，其一是射頻元件，舉凡射頻天線、射頻晶片、射頻模組或整個通訊系統，在法規和通訊協定上都須達到一定的品質與要求，並符合頻道功率洩漏比（Adjacent Channel Leakage Ratio；ACLR）規定，以滿足全球行動通訊標準組織3GPP規範；其二是訊號指向性的精確度，這與天線模組和天線陣列（Antenna Array）的設計息息相關。此外，因應毫米波朝衛星通訊的發展態勢，歐美日等國都已制定衛星通訊標準和規範，臺灣通訊業者想切入市場就必須了解相關規範。

通訊技術持續進化　技術平台引領產業進軍市場

由於通訊產業涉及的軟硬體層面廣，為了加速產業發展，迅速掌握市場脈動，工研院協助有意投入通訊市場的企業「打通任督二脈」。許仁源說，研究團隊從早期的2G、3G，到後來的4G LTE、WiMAX，再到5G及部分6G技術，根據不同通訊世代持續進行相關科專計畫，迄今已近20年。早年聚焦於低頻段通訊技術，隨著毫米波技術興起、天線陣列等技術應用多元，晶片需求也大幅增加。

過去，臺灣產業在通訊零組件的ODM和OEM發展甚久，未來可持續提供天線模組和地面設備系統（UT）等服務；但於毫米波相關通訊晶片上，臺灣尚缺乏生產設計能力，因此運用自身強大的半導體優勢，強化通訊關鍵晶片和模組開發能力是必要的；另外，企業也應熟知衛星通訊協定與標準，除了解歐美日等國特規系統外，3GPP行動通訊標準也大力推動與衛星相關的開放式標準，如5G NTN和6G NTN等，如此一來，臺灣產業不僅可以生產衛星通訊系統的零組件，也能進入端到端系統的開發。

透過「軟硬整合毫米波技術」平台，協助關鍵零組件和模組業者一起進入市場，從已具基礎的射頻控制軟體、接取軟體到通訊協定軟體，進入關鍵射頻元件和天線陣列模組等以往較少涉足的領域，甚至是衛星通訊系統的建置，如衛星到地面終端的高移動速度傳輸、延遲時間和角度調整等，皆投入研究，透過該技術平台，強化國內關鍵元件、模組到系統的技術整備，以便落地實現垂直應用系統的開發，像是臺灣已有射頻晶片的IP與製程，可整合發展射頻晶片和天線陣列模組供業界運用，逐步協助臺灣打造毫米波產業鏈，走向高附加價值的5G毫米波通訊產業，確保臺灣在全球通訊市場中的競爭力，實現產業升級與轉型。