【認識5G專題報導5-3】為什麼5G使用毫米波(mmWave) 6G ...

「頻寬(Bandwidth)」是指可以傳遞訊號的頻率範圍，單位是「赫茲(Hz)」，計算的方法很 ... 5G的毫米波基地台和Wi-Fi熱點類似，兩者的差異在那裡？ 智慧應用 影音 DIGITIMES 首頁 未來車產業鏈 蘋果供應鏈 產業九宮格 每日椽真 AIoT 5G 伺服器 CarTech 智慧製造 智慧城市 展會 影音 新創專區 科技網 首頁未來車產業鏈蘋果供應鏈產業九宮格每日椽真產業區域議題觀點科技商情IT應用推薦解決方案 Research AsiaInsight亞洲科技戰情智慧醫療智慧製造智慧家庭物聯網寬頻與無線5GFocusCloudAIFocus電腦運算伺服器行動裝置與應用智慧穿戴CarTechIC製造IC設計顯示科技與應用全球產業數據 智慧應用 首頁報導專題新創專區大肚山產創報解決方案 電子報訂閱 椽經閣 首頁Colley&Friends名家專欄作者群關於專欄 電子報訂閱 活動+ 首頁所有活動DForum研討會 TECH EV ASIA INNOVATIONS RESEARCH OPINIONS BIZFOCUS DBook 智慧應用 報導 【認識5G專題報導5-3】為什麼5G使用毫米波(mmWave)6G使用太赫茲(THz)？ 曲建仲／知識力科技公司執行長 2020-12-09 &nbsp轉寄 &nbsp列印 &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp按讚加入DIGITIMES智慧應用粉絲團 &nbsp轉寄 &nbsp列印 通訊電磁頻譜。

圖一 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)、百萬赫茲(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？頻率愈低繞射效果愈好(KHz>MHz>GHz)  點擊圖片放大觀看 不同世代的行動電話頻率範圍與基地台數量比較表。

表一 繞射效果愈好代表可以在傳遞途中繞過障礙物，因此雖然基地台在室外，但是頻率MHz的電磁波可以繞過牆壁進入室內，我們在室內可以講手機，收音機在室內可以聽音樂，而衛星通訊使用GHz的電磁波無法繞過屋頂，因此必須在屋頂安裝碟型天線接收訊號再傳送到室內。

同理，室內收不到衛星定位(GPS)的訊號，顯然低頻電磁波的通訊死角比較少，所以比較方便，但是電磁波的頻率愈低波長愈長，代表天線愈長不容易縮小，如何設計天線是另外一個問題。

頻率愈高可用頻寬愈寬(GHz>MHz>KHz)「頻寬(Bandwidth)」是指可以傳遞訊號的頻率範圍，單位是「赫茲(Hz)」，計算的方法很簡單：用減法，計算方式如下：➩1KHz到10KHz的頻寬是9KHz。

➩1MHz到10MHz的頻寬是9MHz。

➩1GHz到10GHz的頻寬是9GHz。

由上面的計算可以發現，9GHz是9MHz的1,000倍，9MHz又是9KHz的1,000倍，因此頻率愈高可用的頻寬愈寬，顯然高頻電磁波的通訊速度比較快，所以比較方便，此外，高頻電磁波的射頻元件工作頻率高，製作困難價格高。

6G為什麼使用太赫茲(THz)電磁波？經由上面的介紹會發現，繞射效果最好的是KHz的電磁波，頻寬效果最好的是GHz的電磁波，兩者互相矛盾，因此最先被人類大量使用的是特性介於兩者之間頻率MHz的電磁波，無線電視、行動通訊、調幅廣播(AM)、調頻廣播(FM)都先用這個頻率，用完了該怎麼辦呢？總不能往下挖KHz的電磁波吧！前面介紹過KHz的頻寬太窄根本不夠用，因此只能往上挖GHz的電磁波了！第二代行動電話(2G)原本使用900MHz，就是所謂的「GSM900」，後來要再增加頻率只能提高到1800MHz，就是所謂的「GSM1800」，那麼3G和4G要再增加頻率只能提高到1~3GHz，現在5G第一階段要再增加頻率只能提高到3~6GHz，就是所謂的「sub-6GHz」，5G第二階段要再增加頻率只能提高到20~60GHz，就是所謂的「毫米波(mmWave)」，那麼6G要再增加頻率怎麼辦？當然只能再往上挖使用頻率THz的「太赫茲」電磁波囉！頻率愈高繞射效果愈差該怎麼辦呢？3G和4G使用1~3GHz的電磁波在室內勉強還可以收到，但是5G第一階段使用3~6GHz的電磁波在室內收訊效果就變差了！而5G第二階段使用的毫米波在室內幾乎沒有訊號該怎麼辦呢？解決繞射問題的方法是大量建置基地台，因此5G第一階段(Sub6GHz)的基地台數量是4G的2倍；5G第二階段毫米波的基地台數量是4G的10倍，如表一所示。

許多人聽到5G要建置這麼多基地台，想想都覺得發毛，其實這個不必擔心，前面介紹過同一個空間如果頻率相同會互相干擾，因此每個基地台都會限制通訊範圍，避免干擾別的基地台，意思是：基地台愈多，每個基地台的通訊範圍愈小，電磁波的功率愈小，因此不必太過緊張。

此外，基地台的通訊範圍愈小，服務的人數就愈少，每個人分到的資料傳輸率愈高，要讓大家上網速度變快，則基地台的通訊範圍愈小愈好，因此5G和未來的6G是朝向「小型基地台(Smallcell)」。

5G未來發展：sub-6GHz完全覆蓋地面　毫米波以熱點方式運作5G的基地台目前是以頻率6GHz以下(sub-6GHz)的電磁波比較可行，繞射效果好，基地台數目大約是4G的2倍；但是毫米波由於繞射效果不好，必須建置大量基地台，未來是否能夠完全覆蓋地面還有待觀察，或許在人多的地點以「熱點(Hotspot)」的方式建置比較可行，而且基地台的通訊範圍愈小能夠提供更多人高速上網。

5G的毫米波基地台和Wi-Fi熱點類似，兩者的差異在那裡？基本上是方便性，因為5G系統的基地台之間可以自動「換手(Handoff)」，前面介紹過每個基地台都會限制通訊範圍，避免干擾別的基地台，當使用者移動時基地台會自動切換到另外一個基地台稱為換手，使用者可以持續通話或上網，完全沒有感覺，但是Wi-Fi熱點必須由使用者搜尋後再輸入密碼連線，顯然比較麻煩。

另外一個問題是，如果5G真的吃到飽，那Wi-Fi是不是就消失了？如果大家都用5G上網吃到飽，代表每個人分到的速度變慢，使用上並不是那麼方便，而Wi-Fi大部分是私人網路使用人數少，Wi-Fi熱點連接有線通訊速度也快，因此Wi-Fi和5G是不同的市場，還是有一定的需求。

6G使用太赫茲電磁波難度高有待解決由於頻率介於300GHz~10THz的「太赫茲」電磁波屬於遠紅外線(FIR)，它的繞射特性比毫米波更差，因此通訊上的問題很多難度很高，美國國防部下屬的國防高等研究計畫局(DARPA)從2016年開始，就與非營利組織及十多家私營企業合作開始一個由30多所美國大學組成的合作研究項目「聯合大學微電子學計畫(JUMP：JointUniversityMicroelectronicsProgram)」，而太赫茲的感測器與通訊技術就是這個研究計畫的項目之一。

延伸閱讀：【認識5G專題報導5-1】5G時代來臨　3秒下載電影不是重點【認識5G專題報導5-2】什麼是毫米波(mmWave)與太赫茲(THz)？曲建仲，知識力科技公司執行長，為政治大學、輔仁大學、東吳大學兼任助理教授。

&nbsp轉寄 &nbsp列印 &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp按讚加入DIGITIMES智慧應用粉絲團 更多關鍵字報導： 基地台 5G 毫米波 6G 相關報導 工業應用　5G下一波發展重點 杜拜部署5G網路切片技術　推動公用事業發展 疫情刺激網購需求　微發貨中心自動化有賴5G Digitimes物聯網 近７日熱門點閱 1 移動機器人市場初萌芽　台廠磨刀霍霍搶佔一席之地 2 市場規格紊亂　台廠角逐機器人商機遇亂流？ 3 緯創、友達紛搶進　AMR「新創業者」看準哪些商機？ 4 軟體定義汽車趨勢下的四大關鍵技術人才需求 5 緯創智能Wifundity機器人以模組化實踐多工的環境友善 熱門報告-Research 新創團隊 KomodoMonitr 業餘運動員與體能教練(S&C)服務平台 迪威智能股份有限公司 AI演算法解決方案商 銳準生醫股份有限公司 宸昊資訊有限公司 零售業資訊提供者 格外農品股份有限公司 餐飲營業用原料供應商 推薦活動 『驅動數據安全賦能-中型企業最佳化IT基礎架構線上論壇』 節能力決定未來ESG新製造轉型暨企業減碳方案論壇 最新技術專輯 2021工廠資安論壇專輯 2021智慧醫療論壇(台南)專輯 2021智慧醫療論壇(台中)專輯 2021智慧工廠論壇(新竹)專輯 2021智慧醫療論壇(台北場)專輯