5G毫米波技術易受阻擋？高通秀實際網速與研發成果

5G 頻譜主要分成低到中頻的 Sub-6（6GHz 以下）與 mmWave（毫米波）；今年上半年，全球已有超過 30 家以上的電信業者推出 5G 網路服務，而大部分的地區選擇以 Sub-6 為主，因為其訊息傳輸距離較長、覆蓋範圍廣，且可由目前 4G 的經驗延伸到 5G，因此基地台的佈建較容易部署，Sub-6 自然也成為目前 5G 網路的主流技術。

反觀 mmWave，過往被視為難以實現，由於傳輸距離短、覆蓋範圍小，訊號相對易受障礙物影響而衰減，因此基站佈建難度更高，但其高頻的特性能增強行動寬頻，帶來更快的速度，也獲得部分地區青睞，像是美國、義大利，以及日本與台灣，都規劃將以 Sub-6 與 mmWave 頻段併用，其中美國、義大利 5G 網路已商用，日本預計 2020 年推出，台灣則是正受理業者頻譜競標釋照申請。


▲全球 5G 網路技術大多以 Sub-6 為主，包括台灣在內，美國、義大利與日本將以 Sub-6 與 mmWave 併用。

高通（Qualcomm）不光只是投入 Sub-6，也看準部分區域因 Sub-6 頻段使用資源有限，將重點擺在高頻的 mmWave 相關研究與測試，並且克服 mmWave 不利於移動的特性。早在 MWC 2016 就以 mmWave 原型機，展現調適性波束成形與波束追蹤技巧；日前，還在美國聖地牙哥總部舉辦的 5G Workshop 活動上，向全球媒體介紹 mmWave 技術原理，並且實際展示採用 mmWave 的 5G 網路速度。


▲Sub-6 與 mmWave，高通都有涉入，並推出相關產品，對於過往被視為難以實現的 mmWave 花了不少心力。

雖然 5G 網路已在全球陸續商用，但目前多半是以 Sub-6 為主，而採用 mmWave 並且商用的 5G 電信業者仍在少數，就算美國兩大電信業者 AT&T 與 Verizon 都取得了 mmWave 頻譜，推出 5G 網路服務，但由於僅在紐約、洛杉磯、芝加哥等特定城市及區域覆蓋，所以目前真正能使用到 mmWave 的一般用戶還是非常少數，就連支援 mmWave 的 5G 手機也不多（目前以三星手機最多）。


▲高通總部大廳內能夠看到愛立信的 mmWave 5G 基站。

不過，為便於 mmWave 技術的 5G 研究與測試，高通總部園區室內外早已部屬好 mmWave 5G 基站，能夠實際體驗到採用 mmWave 的 5G 網路。現場人員以 SAMSUNG Galaxy S10 5G（支援 mmWave 與 Sub-6）手機實測，訊號來自 Verizon 的 5G 網路，平均下載速率輕鬆超過 1Gbps，達到 Gigabit 等級，除了比起一般 4G LTE 速度更快外，也克服在室內易受障礙物影響或是不利於移動的問題。


▲現場以 SAMSUNG Galaxy S10 5G 測試 mmWave 5G 網路（Verizon），下載速度達到 1.298Gbps，手機上更顯示出 5G UWB（Ultra Wide - Band）超寬頻。



除了室內場景測試，高通還將場景移到戶外，用一台搭載 256 個天線的 mmWave 5G 小基站，搭配支援 mmWave 的 5G 原型機，進一步說明 mmWave 的技術原理。現場人員表示，以 mmWave 5G 小基站為例，半徑 40 公尺都能接收到訊號；並且強調，基站發射出的波束很窄，在現場又可分成 15 個不同方位的波束，但每個覆蓋的範圍卻又不盡相同。


▲高通利用波束成形、波束追踪等技術解決 mmWave 的問題，當小基站不動，用戶終端在移動，波束就會隨著它的移動而去自動追踪它，這樣可確保兩者之間的連接保持在非常穩定的狀態。

現場用來測試的 mmWave 5G 原型機，外觀上與一般的手機沒有太大的差異，但配置三個天線模組，分別設置在機身左、右兩側，以及上方，雖然有多個天線，但只能有一邊能接收到 5G 訊號，不會有同時多個接受的狀況。現場人員指出，mmWave 5G 原型機要接受訊號前會向基站發出請求，基站會在 15 個不同方位的波束中，尋找「最佳」的波束並與該手機連接，而連接的位置也會隨著不同的使用狀況調整與改變，甚至會因此增減訊號效果。


▲mmWave 5G 小基站能讓半徑 40 公尺內都能接收到訊號；另外，基站發射出的窄波束，會分成 15 個不同方位的波束，而每個覆蓋的範圍又不盡相同。



即使刻意將手遮住 mmWave 5G 原型機上的任何一側天線，但原型機與訊號波束之間，仍然還是會找到能夠連接的位置，並未出現有訊號完全被阻斷的現象，但相對的也會因為刻意阻當的動作，影響 5G 訊號接收，造成網路訊號衰減或耗損。不過，由於 mmWave 最大的好處就是能夠帶來極高的速率，因此速率能有一定水準以上。


▲縱使將 mmWave 5G 原型機的整個機身握住，能可發現天線訊號接收（綠色邊條），並不會完全被阻斷，但會因有障礙物而訊號衰弱。



現階段的 mmWave 也並非完全沒有挑戰，像是金屬會阻擋波束，因此天線設計必須遠離金屬，手握手機時仍存有阻礙訊號的問題；另外，在覆蓋方面，由於 mmWave 不像 Sub-6 擁有廣域覆蓋的特性，因此小基站的部署勢必要更加密集。但隨著高通不斷的努力，與 3 年前所展示的技術相比，不只 5G 裝置縮小不少，訊號影響的問題也不像過往的認知，那麼嚴重；高通依舊用行動來改變人們對於 mmWave 懷疑的態度。