建构5G天线核心技术.PDF

建構 5G 天線核心技術 文/周錫增 圖/周錫增 、林思華 計畫基本資料 名稱：實現空域與角域多工分集之多波束陣列天線及其動態應用 編號：MOST 103-2118-E-155-006 、MOST 104-3115-E-002-007 、 MOST 105-2118-E-002-021 執行單位：元智大學通訊工程學系／國立臺灣大學電信工程學研究所 主持人／共同主持人：周錫增／陳興義、許恆通、陳念偉、段世中 參與人員：林思華、周聖儒、陳耀久、邱志偉、劉權億、陳彥廷、黃晧儒、 鄭惇元、劉人瑋、簡宏霖、詹佩函、林子揚、溫叔恒 周錫增教授與實驗室成員。 行動通訊的成功發展，帶動了各種通訊的應用與民生生活型態的改變，尤其 在第四代長期演進技術（Long Term Evolution, LTE ）通訊的商業化後，商業模式 的發展已從語音邁入資料傳輸的應用，各項研究均顯示未來資料傳輸率需達到 Gbps的等級方能滿足產業的發展。舉例來說 ，目前正夯的Pokemon GO （精靈寶 可夢 Go ）遊戲，係融入位置與數位地圖的創新應用，此等殺手級的應用對於即 時無延遲感的應用更需高速的通訊資料傳輸，目前還有大數據的應用受到期待。 因此 ，第五代 （5G ）行動通訊的發展被寄予厚望，也在近日引起各國對核心技 術的積極發展，期望能佔領先機及創造產業切入的機會。 綜觀台灣產業的發展屬性及其切入通訊鏈的可能機會，以元件及系統局端的 子系統發展最為自然，因此工研院與中科院等法人單位積極發展5G通訊實驗平 台，引為產業未來技術發展的平台，包括軟、硬體技術及創新應用的實驗發展， 被視為基礎技術的發展。 在5G的各項技術發展尚在各方冥想及角力之際，國家必須要適時建構技術發 展的技術知識庫，作為產業投入發展的屏障與技術支援來源。此等以技術領域發 展為主軸，提供產業 「超商式技術庫」（One-Stop Solution Provider ）的平台， 為現階段最貼切產業需求的做法。 本計畫之發展以天線領域的深耕為起始點，與工研院及中科院的平台發展共 同合作，目標在建構可提升通訊傳輸速率與覆蓋的天線技術，一以建構5G天線 的核心技術，以先試先行的方式成為產業跨足5G領域的馬前卒，可為釐清技術 的趨向、排除產業發展初期的冤枉路，進一步提供立即性的技術支援；二為建構 產業聚落、整合產學研的能量，形成產業發展一條龍的上中下游平台的連結，進 而形成產學聯盟。經過幾年的發展，此目標已逐漸成形，落實於產業的技術深耕 中。 周錫增教授實驗室與中科院合作之成果。 本計畫以毫米波高增益天線技術為發展重點，以實現空域與角域多工分集的 天線技術，目標在於由天線技術來擴張寬頻高速資料傳輸的目標，其應用的範疇 包括智慧型天線、巨量MIMO及細胞的多重覆蓋等具備提升通訊速率的技術。以 下分別說明。 高增益天線技術涵蓋了碟型天線、反射陣列天線及陣列天線等電子尺寸較大 的天線，其功能在於產生較高的天線增益、較窄的輻射波束，因此常被應用於前 瞻的通訊與微波系統，作為多波束、特定波束、智慧天線系統的應用。其覆蓋的 區域化使得天線的波束得以降低干擾、客製化覆蓋區及提升通訊品質與頻譜效率 等。此天線是通訊系統（尤其是基地站端）的關鍵元件與技術，在毫米波的通訊 中是最為核心的硬體關鍵技術，亦是台灣產業欲跨入系統設備的必要門檻。 有別於傳統手持式天線型態，此天線技術兼具技術深度、產業價值，是台灣 通訊產業升級的關鍵門檻與重要切入點。尤其在通訊協定均為大國所掌控的產業 生態中，高增益天線技術是台灣產業切入系統的切入點。此天線具體的應用包括 衛星通訊、行動通訊、國防應用等關鍵產業。 周錫增教授實驗室之成果測試影片。 以天線領域為核心的經營，強調毫米波天線技術的超商式技術庫為本計畫的 目標，因此強調低成本、高能量效率、多元應用為原則。本計畫由天線規劃、設 計、量測驗證、系統校正、整合應用規劃實務的技術項次進行發展，包括了設計 軟體工具、多波束的天線技術、波束校正、天線與系統的整合、自我優化的天線 網路等進行聚焦式研究，此建構的技術庫涵蓋了產業化所需要的各個環節，形成 了整合技術發展、軟硬體平台、人才培育三大功能的平台。 在技術