本期熱門：【5G+ View】人物專訪：5G企業專網整合的奧秘 - 張玉輝
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【5G+ View】人物專訪：5G企業專網整合的奧秘 - 張玉輝
📢人物專訪：5G企業專網整合的奧秘 - 張玉輝
採訪 / 學富5G小編群
學富5G有請億宣科技的張總經理，為我們說明究竟5G企業專網可以為產業帶來什麼樣的蛻變？
#5G #人物專訪 #AI #張玉輝
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【5G+ Shorts】 5G開源趨勢報大合集
📢精彩短講：5G開源趨勢報大合集
主講 / 學富5G小編群
你是不是錯過了5G 怎麼影響烏俄戰爭、5G 開放架構等新的趨勢呢？我們整理的關鍵要點，收錄進合集中，歡迎參考~
#5G #趨勢趨勢 #技術發展 #知識分享 #開源趨勢報大合集
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【5G+ Shorts】 5G開源趨勢報 Ｏ-RAN (下)
📢精彩短講：5G 指揮棒O-RAN (下)
主講 / 學富5G小編群
O-RAN 介紹最終章，你是否有想要了解更多的 O-RAN 呢？歡迎留言讓我們知道~
#5G #技術發展 #Ｏ-RAN
💡延伸閱讀： 【十分鐘看懂】淺談5G O-RAN架構解析(上) 【十分鐘看懂】淺談5G O-RAN架構解析(下)
🆕【O-RAN斬壟斷】台灣電信商拚商轉 5G O-RAN掏金熱一觸即發(2022/08/16)
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【5G+ View】人物專訪：只要核心、5G台灣軟實力 - 王嘉誠
📢人物專訪：只要核心、5G台灣軟實力 - 王嘉誠
採訪 / 學富5G小編群
Part 2：5G核心網如何落地？
學富5G這次隆重邀請到了陽明交通大學電子與資訊研究中心的王嘉誠博士為我們說明開源的 Free 5GC 在從無到有的過程究竟經歷了多少汗水與辛酸，然後在未來希望將這個技術推展到甚麼境界 ?
#5G #人物專訪 #Free 5GC #王嘉誠
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【5G+ View】人物專訪：5G 資安的發展與未來 - 邱乙城
📢人物專訪：5G 資安的發展與未來 - 邱乙城
採訪 / 學富5G小編群
學富5G這次邀請到了資策會資安所的邱乙城經理為我們分析5G下的資安究竟有多重要，究竟5G 的安全能不能保護大家的通訊隱私 ? 就讓我邱經理為我們分享！
#5G #人物專訪 #資訊安全 #邱乙城
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【5G+ View】5G智慧物聯網(AIoT)加速邊緣智能(Edge AI)的發展
文：歐尼克斯實境互動工作室 Jack OmniXRI
在20世紀時大家上網只為了查詢資訊，到了21世紀雲端計算(Cloud Computing)、物聯網(Internet of Thing, IoT)及各種長短距離通訊技術興起，於是大家就能更方便將各種感測器的資訊傳送到遠端，也能讓使用者透過各種行動通訊裝置遠端遙控家電等致動元件。
以往本地（裝置）端上會有一個單晶片(MCU)來接收各種感測器信號，如溫度、濕度、氣壓、照度、電壓、電流、PM2.5、振動等感測器。這些感測器有些是以類比信號輸入，有些會使用I2C, UART, SPI等有線數位通訊方式接入MCU，甚至有些會採藍牙(Bluetooth, BT), ZigBee等無線通訊方式傳入。
在沒有網路或通訊不良情況下，會先利用本身的快閃記憶體(Flash)或隨機記憶體(SRAM)暫存這些定時收集到的資訊。當恢復通訊時就能以有線乙太網(Ethernet)或無線網路（如WiFi, LoRa, SigFox, NBIoT等）甚至是一般手機的3G/4G/5G通訊模組將資訊傳至遠端的雲端服務器中。此時使用者透過行動通訊裝置（如手機、平板電腦等）或一般桌機、筆電上運行的瀏覽器程式，就能從雲端服務器中取得資訊，了解目前遠端的狀況。當然這裡也可反過來，送出控制命令，傳到一直在監聽命令的MCU中，此時便可依命令去控制燈具、馬達及各式家電的電源開關，甚至可傳送數值控制可調的家電，如冷氣溫度、電燈亮度等。如Fig. 1所示就能看出智慧物聯網的基本架構。
Fig. 1 智慧物聯網(AIoT)架構圖[1]
（資料來源：OmniXRI整理製作）
傳統物聯網只能接收訊息和遠端遙控，但中間的決策還是很依賴人力介入（工人智慧）。近年來人工智慧(Artificial Intelligence, AI)、機器學習(Machine Learning, ML)及深度學習(Deep Learning, DL)等技術日漸成熟，所以開始有廠商提供大量AI相關的雲端服務，將AI加上IoT變成智慧物聯網(AIoT)，可協助進行資料的分析、分類及預測，如此就能更容易達到一天24小時 / 一年365天全年無休的智能服務了。
以往長距離通訊會仰賴3G/4G通信技術，但當遇到一些比較緊急 （反應低於10ms) 的事件時，可能就不足以應付了。到了5G時代，3GPP 在 TR38.913 中定義了超可靠低延遲通信（Ultra-Reliable and Low Latency Communications, uRLLC）就可充份改善這個問題，它可滿足控制面時間10ms，用戶面時延0.5ms，移動性中斷時間0ms，可靠性99.999%。[3]
這項特性很適合高速反應的場景應用，如虛擬實境(VR) / 擴增實境(AR) / 延展實境(XR)即時互動遊戲、遠端醫療 / 手術機器手臂、遠端代駕等。另外5G規範中大規模機器通信(Massive Machine Type Communication, mMTC)也解決了未來小區域中同時擁有龐大數量物聯網裝置要求連線的需求，它可滿足每平方公里1百萬的裝置連網的需求。
Fig. 2 5G MEC架構圖[2]
（資料來源：OmniXRI）
前述提及以往AIoT的AI多半在雲端伺服器，所以傳遞及反應上都會比較慢，在5G時代下，為了改善這個問題，於是多接入邊緣計算或移動邊緣計算（Multi-Acess Edge Computin / Mobile Edge Computing, MEC）技術就出現了，將其部署在5G基站或靠近基站的邊緣設備上，如Fig. 2所示。這項技術目前主要是將很多原來在雲端核心網路才能處理的工作移至此，一方面降低核網負載，一方面加快使用者裝置的反應速度。
近來有很多大型工廠開始導入5G企業專網，在工廠端直接建小型5G基站，通常除基本通信部份，亦會加強MEC的設備等級，讓一些較敏感的廠內物聯網資訊可以直接在其上進行人工智慧 / 深度學習相關計算，包括工業設備的維修預測、產品瑕疵檢測、操作人員姿態分析、自主移動機器人巡檢等。如Fig. 3所示。
Fig. 3 常見工廠端邊緣智能(Edge AI)應用案例
（資料來源：OmniXRI整理製作）
小結
隨著5G通信和邊緣智能軟、硬體技術的成熟，目前許多廠商亦開始整合，尤其在城市智慧交通、工業智慧物聯網及遠距智慧醫療用途上已有一些初步成果，相信在不久的將來在基站上的MEC會更加開放及提升運算能力，屆時大家就有機會在上面開發更創新、通用的Edge AI應用，有更好的使用者體驗，讓更多人願意使用5G技術。
參考文獻
[1] 許哲豪，當智慧物聯網(AIoT)遇上微型機器學習(tinyML)是否會成為台灣單晶片(MCU)供應鏈下一個新商機！？
https://omnixri.blogspot.com/2021/09/aiottinymlmcu.html
[2] Avnet, 5G來了，我們都得靠“邊”站
https://www.avnet.com/wps/portal/apac/resources/article/5g-we-are-all-moving-to-the-edge/
[3] WIKI Pedia, 超可靠低延遲通信
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%B6%85%E5%8F%AF%E9%9D%A0%E4%BD%8E%E5%BB%B6%E9%81%B2%E9%80%9A%E4%BF%A1
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1716。
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【5G+ View】5G Open-RAN興起，ONF Projects添生力軍(下)
非營利組織開放網路基金會 ONF 長期戮力於開放標準與架構的推動，其重要成就莫過於引入OpenFlow標準，成為第一個SDN標準與開放架構的重要組成部分。立基於此，ONF 持續分析在 5G Open RAN 趨勢下 SDN 需求並擴大其優勢，將助力未來網路的快速成長與多元化需要。
上一期提到非營利組織開放網路基金會 ONF (Open Networking Foundation) 近期關注的項目與專案可分為四大部分，分別是Broadband Projects、Open RAN Area、Private 5G & Edge Projects 與 Programmable Networks Projects，前期已經針對前兩項專案做了簡要的說明，本期將接續介紹剩餘的兩項專案。
圖一、ONF 發展領域與專案
(資料來源：Open Networking Foundation，2022)
Private 5G & Edge Projects
ONF的Private 5G & Edge Projects主要是開源 5G Connected Edge平台 Aether，以及其相關組件 SD-Core所組成。Aether 是第一個支持企業數位轉型、私有5G連接邊緣的開源平台，是分散式企業網路(Distributed Enterprise Networks)，提供 5G 行動連接和邊緣雲服務。它針對「多雲部署」進行了最佳化，能同時支持已授權、未授權和 lightly-licensed (CBRS) 頻譜，對開發人員而言代表了一個完整且開放的 5G 解決方案、透過 Core 定址 RAN ，且可自主使用、強大與完整的 SDN 5G 平台。
SD-Core是Aether 平台的一個組成部分，主要使用在私有行動網路連接和邊緣雲服務，能與Aether配合，可做為獨立的5G/4G 行動網路核心，或是將控制和資料層 (UPF) 組件整合到客製設計解決方案中，所以是一個靈活、敏捷、具可擴展性和可配置的雙模4G/5G核心網路平台，具有同時提供 5G 獨立組網、5G 非獨立組網和 4G/LTE 部署的靈活性，而這種多功能性使它非常適合廣泛用於使用者案例與部署場景。
Programmable Networks Projects
做為 SDN 的領頭羊，ONF 持續創造與發展相關機制，以提供網路營運商一個可資建構動態、靈活、適應性強且具成本效益的解決方案，ONF的可程式網路（Programmable Networks）專案即是本項的代表，包括 P4、PINS，以及涵蓋 Stratum 與 ONOS 兩部分的 SD-Fabric。
由於資料平台對封包的處理尚未完全開放，因此 ONF 提出一個可以讓開發者自行撰寫封包處理架構的程式語言 ── P4。P4是一個與協定無關的新形態封包處理器（Packet Processor）語言；透過 P4，開發者可以直接客製化定義封包格式，讓網路與硬體設備可以獲得真正的「開放」，因此從2013年問世以來，P4 已經成為描述處理器、路由器和 NIC 如何處理封包的行業標準了！
OFN本項專案的另兩個部分是 PINS 和 SD-Fabric；ONF PINS (P4 Integrated Network Stack) 是一種產業協作，是將 SDN 與 P4 的可編輯程式能力整合到傳統依賴內崁控制協定（如 BGP）的路由器上，讓其更具有彈性應用與控制設計。SD-Fabric是 ONF 的 5G Connected Edge 平台 Aether 的一個組成部分，負責把每個Aether Edge 站點中的所有硬體設備互相連結，與 SD-Core control並列為Aether 平台的雙足，一起為私有行動網路連接和邊緣雲服務提供助力，而其下包括了開源 SDN 控制器 ONOS (Open Network Operating System) ，和以SDN與P4為核心的 switch操作系統Stratum。
圖二、ONF Aether 平台
(資料來源：Open Networking Foundation，2022)
Open RAN已然成為時代顯學，透過5G JUMP對相關主題以及這幾期對 ONF 組織與其各式專案的介紹，相信您已對Open RAN近期發展有所掌握。若能更進一步關注與深掘，將有助於在市場上探得商機！
延伸閱讀
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參考資料：
[1] Open Networking Foundation。https://opennetworking.org/
[2] 維基百科(2022)，開放網路基金會。
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%96%8B%E6%94%BE%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E5%9F%BA%E9%87%91%E6%9C%83
[3] IEEE ComSoc(2022)，ONF’s Private 5G Connected Edge Platform Aether™ Released to Open Source。
https://techblog.comsoc.org/2022/02/23/onfs-private-5g-connected-edge-platform-aether-released-to-open-source/
[4] p4。https://p4.org/
[5] P4台灣社群。https://p4tw.org/
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1706。
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【5G+ Shorts】 5G開源趨勢報 Ｏ-RAN (中)
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主講 / 學富5G小編群
O-RAN 的魅力不只如此，O-RAN 趨勢第二彈來技術分享O-RAN 的魅力與細節！
#5G #技術發展 #Ｏ-RAN
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🆕【O-RAN斬壟斷】台灣電信商拚商轉 5G O-RAN掏金熱一觸即發(2022/08/16)
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【5G+ View】5G Open-RAN興起，ONF Projects添生力軍(中)
5G 開放性架構 Open RAN 挾著降低建置與營運成本、提高彈性部署能力，以及支援新型態網路之特性等優勢，為 5G 市場促成新的商機。而軟體定義網絡（Software Defined Networking, SDN）提供了一種新型態的網路架構，為網路規畫與流量控制提供新的方案，讓網路更具彈性與資源有效利用，將為 5G 基礎網路技術提供莫大的助益。
現今最被廣為採用的 SDN 標準OpenFlow乃是由非營利組織開放網路基金會 ONF (Open Networking Foundation) 所制訂與推行，其主要目的乃欲改變過去由網通設備廠商主導的產業生態，幫助電信營運商轉型為應用服務的提供者。而因應 5G 時代的網路需求，該組織亦陸續針對相關的議題展開多項開源專案，包括 Open Networking Operating System (ONOS)、Central Office Re-architected as a Datacenter (CORD)，以及 Next Generation SDN (NG-SDN) 等。上一期我們已經瞭解 ONF 早前的發展方向，本期將針對該組織近期的研究重點與專案做一簡單介紹。
圖、ONF 發展領域與專案
(資料來源：Open Networking Foundation，2022)
ONF 關注的項目與專案可分為Broadband Projects、Open RAN Area、Private 5G & Edge Projects 以及 Programmable Networks Projects四大部分，本期將先針對前兩項專案進行介紹：
Broadband Projects
Broadband Projects 是 ONF 用來建構下一代寬頻基礎設施和服務的開放架構計畫，包括 SEBA 和 VOLTHA，以及正在醞釀中的SD-BNG。SEBA (SDN Enabled Broadband Access) 是一個基於R-CORD 架構的輕量化平台，以分解白盒路徑來建構一個利用開源方案的下一代接取網路，可以支援營運商網路邊緣如PON、G.Fast 和最終的DOCSIS 等的各種虛擬化接取技術，將 SEBA PON (Passive Optical Network) 跟營運商的 OSS/BSS 系統進行整合，讓流量可以直接透過「快速路徑」運行到骨幹網，不需要在伺服器上進行VNF處理。
在 SEBA PON 解決方案中，負責北向與 ONOS叢集溝通來為PON提供服務，以及南向去管理OLT 和 ONU 的項目是 VOLTHA (Virtual OLT Hardware Abstraction)。它是一個為寬頻接取設備創造硬體抽象(Hardware Abstraction)的開源計畫，是將PON網路虛擬化，使其像OpenFlow交換器一樣容易管理；目前是一組由特定供應商定義、提供不受廠商限制的通用GPON控管系統的PON白盒硬體設備。
Open RAN Area
做為ONF近期關注的項目，在2020 年宣布成立的軟體定義無線接取網路 SD-RAN (Software Defined Radio Access Network) 專案，無疑展露 ONF 在 Open RAN 上的企圖心。經過早前的累積，網路營運商已經採行開放架構一段時日；從初期將開放系統方案導入網路核心的 SDN，爾後進一步發展為 NFV，皆可，然而通訊網路的最後一哩路 ── RAN，仍因專有技術而持續由如 Nokia、Ericsson 與華為等國際大廠所主導。
SD-RAN 是 ONF 第一個 Open RAN 專案，在這個計畫中將為開放性無線接取網路開發一個開放源碼的RAN智能控制器（RAN intelligent controller, RIC） µONOS-RIC，負責在Open RAN硬體與被命名為 xApps 的應用軟體模組之間扮演中介溝通的角色，達到「獨立式RIC可控制RAN」的專案目的。透過讓營運商得以查看和控制RAN網路，並進一步使頻譜利用效率最佳化，提供更多使用者體驗與工具，為 5G RAN 部署提供助力。
延伸閱讀
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【5G知識+】SDN 開源專案概述
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參考資料：
[1] Open Networking Foundation。https://opennetworking.org/
[2] 維基百科(2022)，開放網路基金會。
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%96%8B%E6%94%BE%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E5%9F%BA%E9%87%91%E6%9C%83
[3] Broadband Forum(2019)，Broadband Forum and ONF ease the path to automated and open virtualized access network.
https://www.broadband-forum.org/2019-10-14-broadband-forum-and-onf-ease-the-path-to-automated-and-open-virtualized-access-networks
[4] 新通訊(2020)，ONF推5G SD-RAN專案 前進O-RAN創互通可能。
https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/market/5D3F10BDFCF045E6A39B97EC37481A20
[5] EET 電子工程專輯(2020)，工程師致力打造5G Open RAN控制器。
https://www.eettaiwan.com/20200831nt01-onf-sets-out-to-build-5g-open-ran-controller/
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1696。
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【5G+ View】5G專題探討：3GPP對於室內定位的產業應用需求與規範
文：獵戶科技 / 柯承佑執行長
隨著5G通信技術的演進和用戶行為習慣的改變，室內成為移動資料業務量新的增長點，機構預測，5G時代室內網路將承擔全部業務量的80%以上。未來，如何為室內用戶提供更優質而完善的網路應用，將成為運營商的核心競爭力之一。
3GPP針對5G室內定位領域因應市場需求，進行如下圖一的技術架構提供與規格制訂。
圖一、5G定位技術演進圖（圖照來源：Qualcomm，2021）
在室內定位技術的應用上大致上分為以下兩種領域：
工業領域
利用位置數據和自動控制技術實現智慧倉儲管理、生產過程追蹤、自動貨物搬運、智慧與自動化巡檢，推進工業轉型升級，達到降低成本增加營運效率目標。對於具有危險性的工廠，還需要對人員進行定位管理，預防安全生產責任事故的發生。
以中國美的工廠為例，其廠內物流系統覆蓋面廣，涉及流程多，缺乏統一的網路支援，數位化程度比較低，影響了進一步的效率提升。面對資訊不暢、流程繁瑣、無效作業等業務運作痛點，美的提出了「以定位為基礎實現物流端到端數位化轉型」的解決思路。
中國電信營運商之一的中國聯通為美的工廠打造「端到端5G智慧倉儲物流體系」，網路穩定性>99.99%，併發頻寬>600Mbps，單個AP接入>30採集點，由此推動了實際與數位數據一致、營運少人化、作業無紙化的智慧物流倉儲運作，透過將5G定位技術與美的生產系統打通，實現了平均找貨時間縮短80%，倉庫人工成本下降21%。裝櫃效率提升了55%。隨著5G定位能力提升，將逐步接入更多應用場景，包括配送牽引車、物流貨車、倉儲夾包車和人崗跟蹤等，目前，美的已對配送牽引車應用進行驗證測試，室內定位精度可達1-3m，符合3GPP R16室內定位規範(<3m@80%)。
圖二、智慧工廠內5G網路覆蓋示意圖（圖找來源：Qualcomm，2021）
公共服務領域
機場、停車場、交通樞紐等場所通過為用戶提供導航和線路規劃，動態智慧引導分流車輛、人群，保障營運安全、提升營運效率。醫院、養老院內可建立對需要特殊護理的病患即時定位監控系統，防止意外發生；同時可與物聯網技術相結合，對醫療設備進行定位，方便管理及快速調配。在救災方面，通過建築物內人員或資產位置數據，合理安排救援路線，提升救援效率。
圖三、智慧城市內藉由5G網路與定位技術實現室內外逃生救援示意圖（圖照來源：Qualcomm，2021）
總結來說，隨著技術發展，產業對於數據需求大幅提升與智慧化程度不斷提高。室內外位置數據，尤其是公尺級、公分級的精確定位數據將為數據與電信營運商實現移動位置數據加值服務，與物聯網、工業4.0等領域企業的合作提供廣闊的前景。但從室內定位的現狀來看，在定位精度、覆蓋、成本、可延展性等各方面仍然面臨著巨大的問題和挑戰。國際標準組織也在加緊制定相關標準，3GPP在5G定位相關標準化中引入了多種定位技術和安全機制，2016年藍牙聯盟也推出藍牙5.0技術規範，説明室內定位性能進一步提升。
在不久的未來，融合化、智慧化、開放化將成為室內定位的發展方向。國內外各大物聯網與電信營運商在將結合大數據、人工智慧、AR/VR等先進技術，為個人或企業用戶提供更豐富便利的應用體驗，並與合作夥伴和實際用戶一同開發與拓展業務與技術潛力，實現互利共贏。
延伸閱讀
分佈式大規模 MIMO 技術將成為 5G 解決室內訊號不穩定的關鍵創新！
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【十分鐘看懂】5G毫米波室內傳播特性
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【十分鐘看懂】運用於工業環境之室內通道模型
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參考資料：
[1] Qualcomm (2021)，5G: Bringing precise positioning to the connected intelligent edge.https://www.qualcomm.com/media/documents/files/5g-positioning-for-the-connected-intelligent-edge.pdf
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1691。
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【5G+ View】人物專訪：5G結合AI世界的魔術師 - 連紹宇
📢人物專訪：5G結合AI世界的魔術師 - 連紹宇
採訪 / 學富5G小編群
Part 2：5G與AI的結合帶來的改變
Part 3：5G和AI/ML的結合
Part 4：空中基地台
Part 5：5G、無人機、低軌衛星
👁‍🗨 觀看完整專訪
以開放心胸、前瞻科技解決人類發展問題，看機器學習魔術師中正大學連紹宇副教授，為我們清楚說明 5G 與AI 的整合與發展趨勢，以及如何在後 5G 時代施展AI魔法，引領大家接軌 6G 未來！
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5G 開放架構的共識目前是O-RAN , O-RAN 到底有什麼魅力？短講快速告訴你！
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🆕鴻海獲全球首張5G「O-RAN」認證 台廠供應鏈可望受惠(2022/08/16)
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【5G+ View】5G Open-RAN興起，ONF Projects添生力軍(上)
5G通訊技術開啟人類生活新紀元，顛覆人們對通訊技術應用的限制與想像。而隨著 5G 應用日益廣泛，一個有別於傳統 3G、4G 基地台技術的破壞性嶄新架構 ── Open RAN，打破軟硬體高度整合常態，提供臺灣資通訊產業切入長期為國外大廠寡占市場的可能。
開放式虛擬化無線存取網路 Open RAN（Open Virtualized Radio Access Network）是以傳統電信基地台設備為基礎，將系統架設在雲端，相關業者再自行靈活選擇各式白牌伺服器、交換器、小型基地台等網通產品，以及各種能將電信網路連結至消費應用端的 CPE (Customer Premises Equipment) 裝置產品等，重新布建所需的行動通訊架構。透過軟體改變傳統的無線存取網路架構，因應各式行動通訊所需服務，來提高效能與降低成本或增加獲利。
然而 5G 網路開放架構 Open RAN 所造成的技術、軟體、設備百花齊放，也為 RAN 的建置增加了許多困難，尤其網路技術/系統整合是 Open RAN 的發展關鍵，但相關標準與技術尚未完全成熟，從技術發展至商業模式的探詢，仍有許多議題亟待解決。而 5G 開放架構的熱度，也讓非以 5G 開放架構為初衷的組織，如開放網路基金會（Open Networking Foundation, ONF）都積極投入。
創立於2011 年的開放網路基金會 ONF ，是一致力於推廣網路架構改進的非營利組織，尤其是「軟體定義網絡（Software Defined Networking, SDN）」的標準化與商業化，更是其關注與推動的焦點，當今被廣泛認定的第一個 SDN 標準 OpenFlow 即為其主要貢獻。ONF 成員包括如網路設備供應商、半導體公司、軟體公司、電信服務或數據中心運營商等一百多家企業用戶，其中最知名的支持者如德國電信、Facebook、Google、微軟、Verizon 和 Yahoo 等。
由於 SDN 扮演 5G 通訊網路架構關鍵技術之一，主要概念是將傳統網路架構分為 Application 、Control 與 Infrastructure（或稱 Data）的三層結構，在這個架構下，SDN 控制器透過南、北向兩個開放性 API 進行資料交換等溝通與聯結，其一是在應用服務層與控制層之間的北橋介面（Northbound Interface / Northbound API），另一則是介於控制層與基礎架構層之間的南橋介面（Southbound Interface / Southbound API），而其最廣被接受的標準，就是 ONF 所制定的 OpenFlow 協定。
圖、SDN 網路架構
（資料來源：5G JUMP 整理，2022）
從上可見，將開放性系統方案導入網路核心已被產業採行多時，並進一步發展出「網路功能虛擬化（Network Functions Virtualization, NFV）」，然而通訊網路中的主要組成部分之一的 RAN，幾乎仍然仰賴專有技術。做為開放網路領域先驅翹楚之一、已在開發 SDN/NFV 技術扮演不可或缺角色的 ONF，近年來進一步發現其可藉由定義 Near-RT RIC (Near-Real-Time RAN Intelligent Controller) 控制器單元來令自己與時俱進，因此於2020年宣布成立軟體定義無線接取網路 SD-RAN (Software Defined Radio Access Network) 專案，為 4G/5G RAN 部署提供助力。事實上，ONF 於開放網路領域有許多不同的專案計劃刻正進行並供各界參與加入，下一期我們將一一介紹這個 SDN 標準最活躍的組織近期的發展趨勢。
延伸閱讀
【5G+ View】5G Open-RAN興起，ONF Projects添生力軍(中)
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【5G+ View】5G Open-RAN興起，ONF Projects添生力軍(下)
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【5G知識+】SDN 開源專案概述
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【十分鐘看懂】5G NR Protocol stack 簡介
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【十分鐘看懂】淺談 5G O-RAN 架構解析(上)
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【十分鐘看懂】淺談 5G O-RAN 架構解析(下)
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參考資料：
[1] Open Networking Foundation。https://opennetworking.org/
[2] 維基百科(2022)，開放網路基金會。
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%96%8B%E6%94%BE%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E5%9F%BA%E9%87%91%E6%9C%83
[3] 維基百科(2022)，OpenFlow。https://zh.wikipedia.org/wiki/OpenFlow
[4] EET 電子工程專輯(2020)，工程師致力打造5G Open RAN控制器。
https://www.eettaiwan.com/20200831nt01-onf-sets-out-to-build-5g-open-ran-controller/
[5] 新通訊(2020)，分層解構/軟硬脫鈎 5G開放架構促資通訊轉型升級。
https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/market/A9021CF00A0C4A7A9424ECBDF997E7C6
[6] 電腦與通訊(2015)，SDN與NFV相關標準與發展趨勢。
https://ictjournal.itri.org.tw/Content/Messagess/contents.aspx?&MmmID=654304432122064271&MSID=654535310515120532
[7] MoneyDJ理財網，台廠的新機會 5G Open-RAN。
https://www.moneydj.com/focus/Article/%E5%8F%B0%E5%BB%A0%E6%96%B0%E6%A9%9F%E6%9C%83%EF%BC%9A5G%20Open-RAN-637394799183147152
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/11682。
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【伍吉郎の要知道】首座雲網高度整合5G企業專網共創實驗室正式啟用
(圖照取自：flashmovie / freepick)
🏆首座雲網高度整合5G企業專網共創實驗室正式啟用 🙌結合5G IoT AI 三大未來趨勢，步向實現AIoT垂直領域的最後一哩路👣
「5G AI Ready Platform系統暨共創實驗室」🧩組合有：英特爾的oneAPI、台智雲的OneAI工具、台哥大的5G寬頻高速網路及華碩AIHPC高速運算、雲端服務及智慧物聯終端、伺服器等技術，目標在為終端客戶與獨立軟體供應商帶來助益、協助其輕鬆開發、驗證與部署，展現絕佳效率。#伍吉郎の要知道#5G#AI#企業專網#邊緣運算#雲網合一
⏩全台首座雲網高度整合5G企業專網共創實驗室啟用(2022/08/03)
閱讀新聞
⏩台美企業合攻5G人工智慧(2022/08/04)
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延伸閱讀
【十分鐘看懂】5G 新架構：整合傳輸以及回傳網路
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【十分鐘看懂】5G新組網：LTE-NR雙連結技術解析
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【5G+ Shorts】5G拓荒者：free5GC
📢精彩短講：5G 開放核心網路free5GC
主講 / 學富5G小編群
5G 的開源軟體有很多，這次我們快速介紹一下5G 核心網路的開源軟體 free5GC？
#5G #技術發展 #開源技術 #5G拓荒者：free5GC
💡延伸閱讀： 【5G+ 應援】free5GC，世界第一套符合國際標準的開放原始碼5G核心網路
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【5G+ 應援】free5GC，世界第一套符合國際標準的開放原始碼5G核心網路
世界第一套符合國際標準的開放原始碼5G核心網路 ── free 5GC
全世界第一套完全依照3GPP Release 15國際標準的開放原始碼5G核心網路free5GC，為陽明交通大學陳志成教授團隊所開發，任何一個依照標準而開發的5G基地台或手機皆能與之對接使用，能解除電信網路非 Nokia、Ericsson 和華為不可的關鍵鑰匙，將核心網路的軟體，釋放到任何硬體平台上，普及行動通訊網路的市場。
📢趕快下載free5GC，助您連接世界！
💡取得開發工具：https://www.free5gc.org/
8更多細節：https://www.free5gc.org/
8聯繫資訊：free5GC.org@gmail.com
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【5G+ Shorts】Computex 2022
📢精彩短講：Computex 2022
主講 / 學富5G小編群
在台灣的盛會 Computex 2022 有什麼令人耳目一新的 5G 亮點？本次短講告訴你！
#5G #市場趨勢
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【5G+ Shorts】MWC 2022最終章
📢精彩短講：MWC 世界通訊大會最終章
主講 / 學富5G小編群
MWC 2022 在 5G 的浪潮下，還有什麼科技是值得我們注意的呢？
#5G #產業趨勢 #MWC 2022 最終章
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【5G+ Shorts】5G 晶片大比拚
📢精彩短講：MWC 2022 高通聯發科5G晶片大比拚
主講 / 學富5G小編群
在MWC 2022 中，晶片龍頭高通與聯發科，撘著 5G 的順風車，在手機的領域中哪個更有看頭？
#5G #產業趨勢 #5G 晶片大比拚
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【5G+ Shorts】MWC 2022 世界通訊大會大補帖
📢精彩短講：MWC 2022 世界通訊大會大補帖
主講 / 學富5G小編群
MWC 有沒有飛去現場呢？法國電信商 Orange 的 5G 服務策略告訴你。
#5G #產業趨勢 #MWC 2022 世界通訊大會大補帖
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【5G+ Shorts】區塊鏈與 5G 大碰撞
📢精彩短講：區塊鏈 5G 互利共生，強大應用成新生態基石
主講 / 學富5G小編群
區塊鏈也是一個很有發展潛力的技術，在 5G 的幫助下，有可能會互利共生創造雙贏嗎？
#5G #知識分享 #區塊鏈與 5G 大碰撞
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【5G+ Shorts】5G 讓遠距醫療大進化
📢精彩短講：疫情下的數位轉型(一) 5G 助遠距醫療跳耀性發展！
主講 / 學富5G小編群
Covid-19疫情不斷發展，5G 的低延遲與高穩定度加速遠距醫療的蓬勃發展，是不是一個起飛的好選擇呢？
#5G #技術發展 #5G 讓遠距醫療大進化
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【5G+ Shorts】CIO 眼裡的未來科技潛力
📢精彩短講：CIO 們認為 5G、AI、物聯網構建未來科技潛力
主講 / 學富5G小編群
聽大家說不如聽專家說，在企業高階 CIO 調查中，未來三年的科技潛力是什麼? 5G 又扮演什麼樣的角色呢？
#5G #技術發展 #CIO 眼裡的未來科技潛力
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【5G+ Shorts】搶先起跑 5G 的南韓，成功了嗎？
📢精彩短講：南韓搶先起跑 5G，尚未成功
主講 / 學富5G小編群
5G 有很多成功的機會，但 5G 起跑比別人快，真的會比別人有更多的發展機會嗎?
#5G #產業趨勢 #搶先起跑 5G 的南韓，成功了嗎？
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【5G+ Shorts】通貨緊縮下的 5G
📢精彩短講：通貨緊縮下的 5G
主講 / 學富5G小編群
5G 技術與經濟發展有相關，通貨膨脹或通貨緊縮下，5G 的技術與機會會怎麼改變呢？
#5G #知識分享 #通貨緊縮下的 5G
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【5G+ Shorts】學 5G 的商業思維
📢精彩短講：學 5G 的商業思維
主講 / 學富5G小編群
5G 的科技，需要有相應的商業落地思維輔助，才能把高科技落地在有機會發展的方向上。針對 5G 的商業思維應該要注意什麼，本期的 5G+ Shorts 分享給您！
#5G #知識分享 #5G的商業思維
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【5G+ Shorts】5G 何時普及？2025嗎？
📢精彩短講：5G 何時成熟？
主講 / 學富5G小編群
5G 的普及速度與時間與 4G 要考量的因素明顯不同。該如何促進5G 普及發展，以及滿足市場的需求，需要產業鏈從不同角度來協力，今天短講來分享 5G 的普及。
#5G #技術發展 #5G普及應用
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【5G+ Shorts】5G 對烏俄戰爭所帶來的影響
📢精彩短講：烏俄戰爭看 5G 新發展
主講 / 學富5G小編群
烏俄戰爭可說是「第一次網路大戰」，通訊網路在這場戰爭中占據了決定性的地位，多數人看到有非常多的傳統武器與新的通訊技術發展，通訊技術發展也扮演重要的角色，在這場戰爭中還有什麼影響跟願景呢？
#5G #產業趨勢 #5G開源趨勢報
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【十分鐘看懂】高頻傳輸線與同軸結構設計應用(下)
本文歡迎連結！為尊重智慧財產，引用請註明出處。
無線通訊系統常會採用同軸線將天線外引佈建涵蓋，同軸傳輸線在設計上除了要滿足系統的特性阻抗外，也需考量傳輸損耗以及功率承載耐受性等，本專欄將介紹同軸傳輸線之設計參數與傳輸模態。
無線通訊系統常會因應欲改善涵蓋區域之訊號品質或提升系統收發效能，而將天線外引佈建，兩者之間的電性連接會採用同軸連接器與同軸纜線。另外，在終端裝置上，常見內部的射頻模組因考量彈性配置與減少傳輸損耗會採用同軸纜線跳線連接至基頻端，或於量測系統上之射頻訊號測試等應用，其用途非常廣泛。如圖一所示，同軸結構的組成為內導體訊號端與外導體地端，兩者之間靠著絕緣體分開，早期SMA(Sub Miniature version A)連接器內部絕緣體材質一般以聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)，或稱之鐵氟龍(Teflon)為主，其介質係數約2.2。
圖一、同軸線結構之場分佈、高階模態截止頻率與等效電路參數計算式
隨著通訊系統頻段日趨增高，考量操作頻段之電氣特性與滿足結構強度等，常見如RF 3.5mm至1mm形式，其中間的傳輸媒介已轉為空氣為主。同軸電纜線的傳輸主模態為橫向電磁波(Transverse Electromagnetic Wave, TEM)，但當操作頻率越高時，會激發高階模態，造成傳輸特性同時存在兩個模態，使得無法有效掌握效能。而同軸傳輸線第一個會被誘發之高階模態為TE11，其電場分佈可參照圖一，一般來說，同軸纜線的a與b尺寸越小，其第一高階模態截止頻率會提高，從計算式可以發現當減少a與b大小，其截止波數Kc(Cut-off Wavenumber)值會提高，因此，截止頻率fc即會往高頻偏移，實際應用上其運作頻率仍需略低(約5%)，預留餘裕以確保傳輸效能穩定性。
如表一所示為幾種常見之RF連接器形式，包括: 3.5mm、2.92mm、2.4mm、1.85mm與1mm，其尺寸表示為同軸連接器之外導體內徑大小，因此，當內外導體之內徑同時縮小其操作頻率可以提升。SMA與3.5mm兩者的差異在於SMA中間的絕緣體是用PTFE，而3.5mm則用空氣當介質，因此，3.5mm不論在操作頻段，其電性中的傳輸損耗與機械強度也較SMA為佳。另外，需特別注意SMA、3.5mm、2.92mm三者可以互相連接，而2.4mm、1.85mm兩種規格可以配對連接，但不能將這兩個族群作連接使用，否則會導致連接器結構上之損壞。
表一、不同同軸連接器之結構差異與適用頻段
圖二為同軸結構之阻抗、截止頻率與等效L與C值設計軟體工具，輸入外導體內徑(D)與內導體內徑(d)與兩者中間之絕緣體介質係數(εR)，即可獲得相關的設計參數。雖然同軸纜線可藉由調整內外導體之內徑來設計運作頻段，但同軸線之線徑縮小對於高功率傳輸系統而言較無法承載，因此，仍需端看實際的應用選擇合適的纜線規格。另外，對於未來6G太赫茲的應用，AiP模組的訊號外引連接測試，相關的量測接頭與線材也將會面臨更大的設計挑戰。
圖二、同軸結構之阻抗、截止頻率與等效L和C值設計計算
參考資料：
[1] David.M.Pozar, “Microwave Engineering”, 4ed, Wiley, 2012.
[2] http://na.support.keysight.com/pna/connectorcare/What_mates_with_what.htm
[3] https://www.microwaves101.com/calculators/863-coax-calculator
[4] https://www.maurymw.com/pdf/datasheets/5A-021.pdf
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1545。
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碳中和成全球共同目標，「綠色 5G」解決方案倍受關注！
持續的全球暖化造成氣候劇烈變化，正在使人類面臨未來的威脅，其後果已經影響到世界許多地區，並影響到我們數億人的生活。根據美國 NASA GISS 太空站的數據，近幾年地球上的全球溫度以每十年約 0.2 度的速度增加，其中二氧化碳排放是主要原因之一，也因此引起國際組織對於全球暖化的重視，「碳中和」成為全球共同目標，有 4,500 家工業和商業公司加入了聯合國支持的「Race to Zero」活動，預計目標將在 2030 年讓碳排減半。
被認為也是碳排放較高的行動通訊產業，自然也重視此一議題，根據 ABI Research 最近的一項研究，行動通訊業佔全球電力消耗的 2%，即 2020 年每年 1,980 萬噸油當量 (Mtoe)。預計這一消耗量將增加 2.5 倍以上，到 2030 年達到 51.3 Mtoe。這一增長是由於公共網絡向 5G 的遷移以及隨之而來的移動數據流量的爆炸式增長，再加上企業市場也將 5G 應用產業的垂直整合之上，這種消耗相當於瑞典或挪威消耗的總能源，非常可觀。
如今，全球主要的一級行動通訊運營商也積極制定企業戰略，希望能更好的控制網路能源消耗與低碳排放，並制定了 2050 年實際淨零排放的明確計劃，同時也將業務戰略與經營綠色化結合，避免目前的硬體部署與未來的相關應用造成二氧化碳排放量失控，目前像是歐洲的大型營運商如 Deutsche Telekom 和 Telefónica 已承諾在 2030 年之前實現淨零。
為了實現行動通訊業的減碳，下面有四個主要的關鍵領域是需要控制與採取行動：
供應鏈
行動運營商應將其綠色戰略整合到其設備採購流程中，並將能源效率作為其供應商選擇過程中最基本的因素之一，並通過根據碳足跡為基準，將設備制定通用標準來提高透明度。最重要的是，與基礎設施供應商緊密合作，共同創建環境可持續的解決方案，而不是只關心性能。
此外，業者也可以考慮通過加速人工智慧來部署更節能的設備，並加快他們的網絡自動化流程，以減少勞動力干預並減少旅行時間。
網絡現代化
基礎設施的現代化，是減緩甚至扭轉網絡能耗的關鍵因素，隨著行業從 4G 向 5G 網絡轉移，這一點變得更加重要。無源和有源基礎設施的現代化將使移動運營商能夠降低其網絡承載的每 Gbps 流量的整體能量。例如，行動運營商應將其傳統設備，更換為能夠根據通過網絡的流量自動校準能源資源的現代設備，並投資於更好的網絡資源管理工具，以在不影響能源效率的情況下，最大限度地提高網絡效率！
再生能源投資
行動運營商應在現場部署更高效的再生能源或混合動力解決方案，並建置降低依賴強化冷卻系統的綠色站點，並透過相關技術增強網絡的同時，降低二氧化碳排放到大氣中的總量。
推動企業與產業數位化轉型
5G 升級帶來了巨大的發展潛力，可以幫助許多產業實現業務轉型和數位化。根據 ABI Research 的數據，到 2030 年，將使用 5G 進行自動化和數位化的企業可以將其二氧化碳排放量減少 78%。
5G 可作為協助企業永續發展的推動者
行動運營商還可以通過 5G 的數位化轉型實現節能並減少碳排放，從而為客戶帶來積極的變化。ABI Research 發現，根據保守估計，到 2030 年，5G 部署可以在全球製造、運輸、消費和物流行業減少近 290,000 太瓦 (TW) 的能源消耗。
這些節省是由 5G 為案例所推動的，例如自動駕駛汽車 (AV)、擴增實境 (AR) 解決方案和遠程起重機操作，它們可以提高運營效率。例如，到 2030 年，使用支持 5G 的自動導引車 (AGV) 和資產追蹤解決方案的智能倉庫，每年可平均節省 214 萬千瓦 (kW)。使用 5G 加強營運的機場可以減少每架飛機的地面時間 3 分鐘，這意味著每架飛機可節省 296 千瓦的能源。綠色 5G 項目通過將 5G 部署到鋼鐵製造等垂直整合產業，已成功為相關產業減少了 4 億多噸二氧化碳的碳排放。
相關連結：
Green 5G solutions can help meet global carbon neutral goals (Analyst Angle)
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印度自定通訊技術 5Gi 將成為 5G 國際標準之一，中頻為主將可望強化郊區覆蓋
（圖片來源：Republicworld.com）
雖說全球都有共通的 5G 行動通訊標準，不過部份國家仍有「自己的玩法」，像是印度的 Reliance Jio 和 Bharti Airtel 等電信公司就透過低頻行動大蜂窩技術（LMLC）為基礎打造屬於自己的「5Gi」標準，同時也異於全球共同的 5G 國際標準。
雖說 5Gi 是印度本地設計的行動網路標準，由 IIT Hyderabad、IIT Madras 和無線技術卓越中心所研發，並獲得印度政府的電信部批准與資助。相較於 5G 技術在 700MHz 和 52,000MHz 範圍內運行，包括低頻的 1GHz 以下與高頻的 6GHz 以上，不過 5Gi 則是選擇中頻範圍進行，也因此相較於全球主要發展的 5G 通訊，在覆蓋率的部份會更為提高。
圖：3GPP 網站上也有 5Gi 併入的說明。
本質來說，5Gi 採用低於 5G 的頻率運行，並適用於低遷移率、大細胞基地台的架構，基於波形來增加覆蓋範圍，TSDSI 或印度電信標準發展協會表示，這樣的方式也有助於增強小區域覆蓋範圍，對於嚴重依賴基站數量來進行連結的 5G 通訊來說，能夠帶來成本節省的優勢，同時也能做到深度滲透、克服複雜地理地形的挑戰，對於經濟發展弱勢的國家來說，會是實質的助益。
而目前 3GPP 組織也同意 5Gi 標準納入 5G 標準之中，未來相關設備也需要支援 5Gi 的標準，讓行動通訊商能選 LMLC 技術來獲得覆蓋範圍提升的益處。不過對於已花費鉅資佈建 5G 基礎建設的電信供應商來說，5Gi 的加入與相容可能會是一個巨大的問題，額外的投資可能無可避免，而智慧型手機品牌也必備要額外整合技術才能相容於 5Gi 技術。
印度電信標準發展協會 ( TSDSI ) 也認為，對於印度來說，郊區的行動通訊覆蓋至關重要，目前在非洲與美國等地區以及由 IIT-Madras 與其他名為 LMLC 的學術機構也正在共同開發與試驗 5Gi 技術，實證其解決方案，至於 5Gi 的未來走向如何，似乎需要進一步關注。
相關連結：
5G, 5Gi standards merger can enhance rural coverage: TSDSI Chairman - The Economic Times
5Gi vs 5G: What is 5Gi and why it might be incorporated in India? Detailed report
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智慧城市未來怎麼走？5 個與 5G 息息相關的真相！
（圖片來源：StateTech）
現今 5G 的發展被許多不同類型的產業寄於厚望，其中「智慧城市」也是重要的環節之一，世界各地的城市都在增加技術來改善城市的生活品質，以及金融與社會的運作，透過科技的手段改善公民生活，居家與城市官員之間溝通其實就是「智慧城市」發展的核心理念。
不過卻也有許多人認為，智慧城市的未來發展，其實沒有 5G 也能實現，而國外媒體 StateTech 也做了一篇專題報導，指出其中的「事實與謬論」，下面筆者也為大家彙整成 5 個智慧城市與 5G 之間息息相關的「真相」！
真相1：5G 的高覆蓋密度、高頻寬與低延遲無可取代
雖說 5G 不是智慧城市的必備要件，但這種下一代蜂窩技術將會為城市創造機會，尤其大家的物聯網設備與感測器將透過大量數據的蒐集來改善人們的生活。過去幾年，美國也已經有許多城市啟動數位化轉型，但目前還未有一個城市已經打造成為全然智慧化經營的模式，主要原因在於大量的物聯網數據傳輸需要更強大的無線網絡系統來連結數百萬規模的設備，也因此 5G 的高覆蓋密度、高頻寬與低延遲是重要的，也是智慧城市營運的要件。
真相2：5G 不會取代其他無線技術，而是相互整合
智慧城市應用大量仰賴網路連結，雖說這是 5G 的強項，但目前 5G 的部署才正在起步期，評估至少 2025 年才會在美國本土普及，在 5G 達到智慧城市所需規模之前，5G 必須與其他無線技術共存並整合，以因應各種不同環境的應用需求，像是在建築物內與 Wi-Fi 結合，農村地區則與大容量衛星整合，人口稠密區則與光纖網路共存，5G 更像是「補強」這些不同網路資訊的不足，而非取代。
真相3：自駕車系統非 5G 不可
自動駕駛汽車技術是近幾年的重要話題之一，而其中技術的關鍵與智慧城市的道路基礎設施息息相關，像是交通號誌與自動駕駛汽車的車聯網技術整合，都需求更高的可靠性、低延遲能力，相較於過去的 4G，5G 做到即時反應速度僅數毫秒，這也是 5G 實現自駕車技術無可取代的原因。
（圖片來源：StateTech）
真相4：5G 功率低、部署容易成為智慧建築運行關鍵
智慧城市中的「智慧建築」需要將傳統基礎設施與物聯網感測器、應用程式、雲端服務整合，來實現大量數據的存取，而 5G 網路可以更高效率處理每一個訊號塔的連結，且較低的功率也更便於在建築物內部署，相較於 Wi-Fi 6 等無線技術擁有更高的吞吐量、可靠性與低延遲。
真相5：5G 支援邊緣運算大幅提升性能，貼近終端用戶需求的即時性
智慧城市因為連結物聯網設備與大量感測器，數據量較過去呈指數型成長，也因此邊緣計算與網絡切片的技術協助處理這些數據更為重要，而 5G 與邊緣運算技術的整合，也能大幅提升網路處理速度，更能提升各類應用程式的效能，讓計算能力更貼近用戶終端的即時需求，未來 5G 與物聯網整合的智慧城市應用也將成為最佳組合。
（圖片來源：StateTech）
相關連結：
Fact or Fallacy: How Smart Can You Get Without 5G? | StateTech Magazine
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5G 危害飛安將成為一場鬧劇？美國聯邦航空局的「大轉彎」讓 C 頻段使用有了轉機！
（圖片來源：ars Technica）
在行動通訊領域先前最大的新聞，莫過於美國電信業者 Verizon 與 AT & T 將使用的 C 頻段（3.7 GHz）頻譜可能干擾飛機的「雷達高度計」的正常運作，可能影響飛安，也讓美國聯邦航空局（FAA）發佈新的飛行限制令，在天氣惡劣、能見度低的情況，禁止飛機使用自動降落系統，也將影響許多航班的時程，而這樣的做法也讓許多航空公司對於 5G 佈建的反彈，同時也影響電信業者對於 5G 基礎建設的規劃，而雙方也因此僵持不下。
不過這樣的狀況可能將迎來轉機，FAA 目前已批准 78% 的美國航班可在低能見度的條件下著陸，而航空公司的 CEO 也對此表達樂觀，因為只要能夠實測雷達高度計不受 5G 電波影響，就能讓這樣的狀況被解決，而 FAA 的「大轉彎」也讓行動通訊業者與航空公司都鬆了一口氣。在過去一週，FAA 已宣佈批准13 個雷達高度計的使用，這些高度計可以將行動通訊商 5G C 頻段的傳輸頻率過濾掉，包括波音、空中巴士與巴西航空工業出品的十多個機型都能適用。
在國外媒體 ars Techinca 的報導中指出，FAA 先前聲稱沒有證據證明 C 波段（3.7 至 3.98 GHz）會影響使用 4GHz 至 4.4 GHz 頻率的雷達高度計之後，才開始了評估雷達高度計的工作，雖說FAA 會以創建 220 MHz 的保護頻帶來避免飛機設備受干擾，但製造品質不佳的高度計卻可能無法過濾掉來自其他頻帶的傳輸。
此外，早在 2020 年 2 月份美國 FCC（聯邦通信委員會）就已批准 C 頻段將可用於 5G 通訊，但當時 FAA 卻並未立即開始評估 5G 對於飛行器高度計的影響，後來 FCC 在 2021 年 2 月正式進行頻譜拍賣給 Verizon 與 AT & T 之後，FAA 也同樣沒有任何作為，而這或許也是後來埋下紛爭的主要原因。報導中也提到一名電信領域的律師與消費者權益倡議組織 Public Knowledge 的副總裁 Harold Feld 表示，他認為 FCC 批准使用 C 頻段於 5G 之後，FAA 應該立即建立評估高度計的流程，而 FAA 完全沒有任何 B 計劃的情況下放任這樣的狀況發生，也導致了後來的紛爭。
C 頻段在全球 40 多個國家使用，FCC 認為安全無虞
在兩年前，FCC 即評估 C 頻段是可以安全使用於 5G 應用的，但航空業並未進行詳細的研究調整，即懷疑干擾飛安的可能性，而 FCC 同時也為 C 頻段加上了 220 MHz 的保護頻帶加上了功率限制，再加上 C 頻段也在全球多達 40 多個國家使用在 5G 上，目前也沒有任何關於雷達高度計干擾的報告。
FCC 也指出，220 MHz 的保護頻帶是波音與 ASRC（航空頻譜資源）最初討論的最低保護頻帶要求的兩倍之多，只要相關設備合乎規格製造，通常不會有任何重大干擾，更不用說會造成有害干擾了。
相關連結：
Airline CEOs make U-turn, now say 5G isn’t a big problem for altimeters | Ars Technica
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【十分鐘看懂】高頻傳輸線與同軸結構設計應用(上)
本文歡迎連結！為尊重智慧財產，引用請註明出處。
射頻系統內的主被動元件會以平面傳輸線進行訊號連接，傳輸線在設計上除了考量特性阻抗與傳輸損耗外，亦需留意在運作頻段下是否會誘發高階模態，而影響傳遞效能，本專欄將說明不同傳輸線結構之應用與傳輸模態介紹。
一般射頻傳輸線可分為兩大類: 一、平面式傳輸線(Planar Transmission Line)，包括帶線(Strip Line)、微帶線(Micro-strip Line)、槽線(Slot Line)與共平面波導(Co-planar Waveguide)等結構。這類的傳輸線結構具有低姿態與低製作成本優勢，且可以透過標準化印刷電路板製程來實現，並容易整合主被動元件形成高度集總化之射頻前端模組。二、非平面式傳輸線結構，如波導結構、同軸線等，此類傳輸線具低損耗特性，一般能承受較大的功率承載，但此類結構也相對笨重且昂貴。本專欄(上)將進一步針對常見的傳輸線結構微帶線之設計參數與傳輸模態簡述，並於專欄(下)探討同軸傳輸結構之相關特性。
平面式微帶傳輸線有幾項結構組成，包括一介質基板，其基板上方有一訊號線，下方有一金屬面所構成，可參照圖一所示。微帶線電場場線從訊號線到地端分佈，而磁場則環繞訊號線分佈，特別是電場場線同時分佈於空氣與介質中，因此，在縱向上仍有不同大小的電場分量形成，造成微帶線的電磁場傳輸為近似TEM(Quasi-Transverse Electromagnetic)模態。相形之下，帶線傳輸線結構由於訊號線在介質內部，因此，場線的分佈較為對稱，屬於TEM傳輸模態，但由於訊號線完整被介質包覆，因此，傳輸速度比微帶線慢。
圖一、微帶線電磁場分佈與高階模態誘發頻率計算
一般微帶傳輸線在訊號傳輸上需操作在主模頻率，倘若操作頻率持續增加，會因此誘發高階模態(High-order Mode)與表面波模態(Surface Wave Mode)。從公式中能評估第一個高階模態截止頻率(fc)與表面波模態產生頻率(fs)，因此，在設計上需要避免超過fc與fs頻率上運作。因超過此頻率操作其傳輸線的Quasi-TEM模態有機會與表面波模態互相耦合，造成訊號傳遞上同時有兩個模態進行傳輸而影響效能。從公式中也可以發現fc與fs會與板材介電係數、板厚以及微帶線線寬有關，然而在縮小線寬的同時仍需考量傳輸線特徵阻抗與製程加工精準度是否能滿足。如圖二所示，目前在網路上也能搜尋到不同的傳輸線結構之設計軟體工具，可以藉此計算傳輸線阻抗、線寬與損耗等參數，透過這些小工具可以快速進行設計評估。
圖二、AWR公司發展傳輸線設計參數之工具軟體
參考資料：
[1] David.M.Pozar, “Microwave Engineering”, 4ed, Wiley, 2012.
[2] J.-S. Hong and M. J. Lancaster, “Microstrip Filters for RF/Microwave Applications”, 2001.
[3] https://www.awr.com/awr-software/options/tx-line
[4] https://www.microwaves101.com/calculators
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1527。
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從 5G 走向「真．5G」？即將走入實際部署的 SA 5G 將帶來哪些改變？
目前全球已有超過 80 個國家已進入 5G 商轉時期，不過目前多半以非獨立架構（NSA）的部署為主，需要透過 4G LTE 的整合來管理網路的授權與呼叫，雖說相較之下部署的成本較低，讓系統商能集中精力更新網路的無線電接入元件，但在效能方面的表現卻與獨立架構（SA）的 5G 網路有極大的區別，相較之下 SA 5G 能直接透過核心網路來管理連結性、移動性與用戶身分驗證，以及其他基本管理功能。
與 NSA 架構的 5G 來說，網路從 5G 無線電錨點連結到 4G LTE 核心，而 SA 架構的 5G 網路則是從無線電端到核心網路採用真正的 5G 規格，而這也將大大降低 SA 5G 的延遲。以全球首批部署 SA 5G 的美國 T-Mobile 為例，就已經看到低延遲所帶來的益處，根據 Opensignal 在 2021 年 2 月的報告指出，在城市地區，SA 網路相較於 NSA 網路，用戶的延遲平均降低了 23.8% 之多。
圖：NSA 5G 與 SA 5G 的架構對比。
儘管 5G 供應商與營運商自 5G 商轉時就承諾低延遲的效能，但實際上只有 SA 5G 才能實現，而低延遲也對於需要精準控制、即時反應的工業機器人與自動駕駛汽車系統等應用成為現實。此外，SA 也將幫助 5G 專網從實驗場域移轉至真正的商業部署之中，像是支援網絡切片的功能，就能幫助業者在同一個物理硬體設備上創建多個虛擬化網路。隨著時間的推移，SA 5G 也允許大量連結的大規模物聯網，讓 5G 核心在一平方公里的範圍內支援多達 100 萬台設備連結，相較於過去的蜂窩網路在同樣範圍僅有數千台連結的效能相比躍升達千倍之多。
圖：T-Mobile 的 NSA 與 SA 5G 網路架構。
像 T-Mobile 這樣率先將 SA 架構導入 5G 部署的營運商也正使用相關技術來增加整體網路頻寬，並為 5G 網路增添更多新的應用，像是在 2021 年12 月 T-Mobile 就宣佈已經啟動 5G 載波聚合的技術，可將兩個以上的頻段整併來增加頻寬，而去年的 iPhone 13 系列就已經支援 5G CA，而預料 2022 年將會有更多設備支援。
SA 5G 除了在網路頻寬上更優於 NSA 5G，更重要的還是低延遲與可擴展的設備支援，更受到企業應用領域的期待。
全球行動供應商協會（GSA）的報告指出，截至 2021 年 10 月，全球已有 48 個國家 / 地區的 94 運營商已經開始實測或部署公共 SA 5G 網路，不過這也僅佔全球 496 家已獲得 5G 營運許可證的 20% 左右，但未來將會加速提升。在亞洲市場，中國的中國移動、中國電信與中國聯通都已經推出 SA 架構的 5G 服務，2021 年 7 月在南韓則有 KT Corp. 推出韓國首個商轉的 SA 網路，另外在 2021 年 10 月日本的軟銀則成為首家推出 SA 網路的運營商。
另外在美國市場，除了 T-Mobile 之外，其他運營商大部份都是以測試環境進行 SA 5G 的實測，像是 AT & T 就表示目前仍在開發與測試 5G 核心的階段，知名電信設備商 Nokia 也預計在 2022 年底才會完成 UScell 的 SA 核心，但還未確認會有哪些商業服務模式。此外，美國電信商 Verizon 早在 2020 年 7 月就完成 SA 5G 的試驗，不過一直到 2021 年 12 月才表示 2022 年才有可能發佈其相關應用。
除了美國之外，澳洲、沙烏地阿拉伯與南非等國家目前也正努力進行 SA 5G 網路的部署，也讓 2022 年的 5G 市場倍受期待！
相關連結：
What's happening with standalone 5G?
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分佈式大規模 MIMO 技術將成為 5G 解決室內訊號不穩定的關鍵創新！
（圖片來源：Mobile World Live）
經過一年多的發展，全球多個國家都已進入 5G 時代，而消費者也因為對行動裝置的依賴度高，對 5G 連網的需求也漸漸提升，包括亞太地區、日本、歐洲、中東與非洲地區的 5G 用戶量預期在 2021 - 2025 年前達到 61% 的增長，時至 2025 年，全球將會有多達 42% 的 5G 用戶，IDC 也預估到了 2025 年亞太地區的 5G 基站將超過 700 萬，在 2027 年將反超 2G - 4G 基站的總和。
不過雖說 5G 用戶數量增加，但 IDC 對於用戶調查後發現，46% 的用戶認為網路的覆蓋是否充足會是重要關鍵，尤其是在公共場所的室內地區，包括體育場館、火車站、購物中心或是列車隧道內，都被用戶期望能有不錯的收訊品質，而且有愈來愈多用戶更傾向完全使用行動網路，而非在室內切換至設施的 Wi-Fi 服務。
也因為用戶有所需求，目前不少行動營運商也都積極加速 5G 的覆蓋計劃，不過由於室內場景中，無線電信號容易在傳播過程被建物結構阻塞或是吸收，造成信號衰減與收訊死角，即便用設備數量來增加覆蓋範圍，但設備之間的密度增加反倒可能造成無線電信通道的擁塞，造成網絡性能不佳，而容易在使用高解析串流影音這類服務時，明顯感受品質落差。
圖：分佈式 Massive MIMO 天線技術架構（圖片來源：Research Gate）
在 2G / 3G 時代，使用的是低於 2GHz 的低頻率為主，搭配室內部署的分散式天線系統（DAS），而 4G 時代則為被動與主動 DAS 並行的系統，透過結構化佈線與 2T2R MIMO 連結的小型 / 微蜂窩非協調網路來發送訊號，但在 5G 時代由於高頻訊號穿透能力更差，因此更需要一個兼具活躍性、分佈式架構與協調性的室內蜂窩網路來支援。
也因此「分佈式大規模 MIMO 技術」將成為 5G 時代室內訊號覆蓋的主要解方，透過 4T4R 天線單元以無線電集線器方式整合至基帶單元提供小型 / 微型區域分佈式與協調管理與小區域之間的聯合波束成型等高階功能，來提供更好的室內訊號覆蓋效果。即將在 2022 年9月舉行的杭州亞運會賽事，也將會在場館中使用室內分佈式 Massive MIMO 天線技術，在測試時連結 500 多個設備時的下行速度也提高整整一倍。此外，先前 2021 年的全球行動寬頻論壇（Global Mobile Broadband Forum）期間，也透過分佈式大規模 MIMO 的方式為用戶提供超過 2 Gbps 的流量，包括地鐵與各類交通設施在內，提供 1Gbps 的速度與不間斷的收訊體驗。
圖：分佈式 Massive MIMO 天線技術讓杭州奧體中心的網路容量成倍數升級（圖片來源：telecomHall Forum）
考量未來加入到物聯網設備的總體流量，IDC 預估時至 2028 年亞太地區企業與工業產生的數據每日將超過 580PB，其中有大半會是高解析度影音，用於支援設備運作的遠端操作、運輸與製造、AR / VR 輔助設備的維運管理、以及公共安全與監控方案等。也因為企業與消費者對於室內高頻寬的需求，讓分佈式大規模 MIMO 技術成為優化用戶體驗與強化工作負載的最佳解方。
相關連結：
The Next Innovation in Indoor 5G Connectivity: Distributed Massive MIMO - Mobile World Live
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【十分鐘看懂】NR RRC inactive state解析
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在一般的行動通訊網路中，終端會根據其資料活躍度調整終端的狀態，以節省終端的電量消耗，在4G LTE RRC Protocol的設計中，終端在無傳輸資料時可從RRC Connected(連線)狀態切換至RRC idle(閒置)狀態，而在NR RRC Protocol還新增了RRC inactive的設計，本篇將簡介整體NR的RRC終端狀態設計以及RRC inactive狀態引入緣起。
承上段所述，在LTE設計中僅支援了RRC Connected及RRC idle狀態，在無資料傳輸時，終端可切換至RRC idle狀態以節省能耗，然而當頻繁的進行小封包傳輸時，若一直進行連線及閒置的狀態切換，不僅會增加信令的消耗也會伴隨著延遲的增加，因此在NR引入了RRC inactive狀態，目的便是能讓終端進入省電的狀態，同時又能夠在需要時快速及有效率的回復到連線狀態。
在RRC idle狀態中，在終端跟基地台之間的RRC context是並未建立的，且從核網角度而言，該終端也是沒有建立核網連線的，因此從RRC idle進入RRC connected狀態時，需進行RRC connection establishment先建立與基地台的連線，再與核網建立連線。而在RRC inactive狀態中，終端為暫時性的進入閒置狀態，終端與基地台仍會保留RRC context，且核網端仍是視此終端為連線狀態，因此在需要時可快速及有效率地切換至連線狀態。
因此在NR的設計中，基地台可發起RRC release with suspend機制，使終端從RRC connected狀態切換至RRC inactive狀態；而終端在RRC inactive狀態時，根據所需傳輸資料的方向，可透過終端發起RRC Resume需求，或是由基地台透過Paging機制，切換至連線狀態。
圖、NR RRC state transition
本篇簡介了NR中引入的RRC inactive狀態，引入此新狀態除了上述的好處以外，也可實現在RAN level的UE tracking，優化基地台呼叫終端(UE Paging)的相關機制。
參考資料：
[1]“TS 38.331; 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Radio Resource Control (RRC) protocol specification (Release 15)
[2] The inactive state in 5G radio, Ericsson technology review #06/2019
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1517。
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2022 年歐洲值得關注的五個 5G 行業趨勢：整合與環境永續是發展關鍵！
2021 年，行動通訊產業不畏疫情影響而持續發展，也幫助大家能與朋友、家人保持聯繫，工作上與同事、客戶持續溝通，在這場最長的疫情中發揮關鍵作用。隨著 5G 發展的步伐加快，電信公司也不斷涉足新領域，以滿足對複雜協作與遠程工作技術的需求，與此同時，被臉書拋出的「元宇宙（metaverse）」也成為與通訊密不可分的新話題，同時將成為 5G 網路未來互聯的重要願景。
國外媒體 Techradar 也提前預測了 2022 年歐洲值得關注的 5G 行業趨勢，也提供給關注相關議題的朋友參考！
趨勢1：5G 普及率上升，但手機將持續短缺
毫無疑問，時至 2022 年 5G 的普及率將持續上升，且愛立信也預期因為中國與北美的強勁需求，再加上更便宜的 5G 手機陸續面世，2021 年底全球將有 6 億 5G 用戶。不過由於疫情影響，全球鬧晶片荒，也會對手機生產造成明顯影響。根據 Gartner 的調查，2021 年因為關鍵零組件短缺讓智慧型手機出貨量下降，而德勤也預測，這波原料荒將會持續到 2022 年至 2023 年。不過 CCS Insight 的預測較為樂觀，認為 2022 年 5G 設備將售出達 9 億台，佔全年的總銷量半數。
趨勢2：電信商的整合將再啟動
2016 年英國與歐洲監管機構的主動介入，讓電信公司 Three 與 O2 放棄了 102.5 億英鎊的合併計劃，主要因為是認為英國的電信商從四家減至三家會影響競爭，不過今年 O2 與 Virgin Media 的合併案卻順利通過，而 Three 也積極尋找其他領域的併購對象。在 2021 年下旬，系統營運商也再次呼籲整合的重要性，除了能削減成本，也能將節約的資源用於全光纖與 5G 的投資，而疫情關係也讓電信業成為全球重視的產業，歐洲監管機構過去緊縮的政策也可看到放鬆的趨勢，而 2022 年也將可看到更多合併案例。
趨勢3：OpenRAN 生態壯大與多樣化驅動產業
在 2021 年，OpenRAN 已然成為不斷壯大的體系，甚至超越 5G 時代一小部份大型供應商，也讓歐洲五間佔優勢的行動通信集團如德國電信、Orange、西班牙電信、TIM 與 Vodafone 同意就開放網路技術展開合作，也因應全球政府為研發與商化的支持。
此外，OpenRAN 也有助於消除市場中較小的參與者的進入門檻，也能用更低廉的成本進行創新。
趨勢4：5G 對商業世界的影響更為有感
目前在全球佈建的 5G 大多為依賴原有 4G 架構的 NSA 5G（非獨立 5G），也因此在效能上有些受限，不過 2021 年慢慢有愈來愈多國家展開獨立架構的 SA 5G，也將網路核心轉向虛擬化的雲端，透過邊緣運算讓數據傳輸與處理更為加持，同時也新增網路切片等新功能，進一步真正展現 5G 的強大效能，而 2022 年也會有更多與 5G 相關的實際應用出現，包括工業物聯網、高階機器人與混合現實 MR等技術。
在 IT 行業與合作夥伴的支援之下，系統商將提供更多樣化的產品，尤其企業私有 5G 專網、邊緣計算與物聯網等應用，更是被認為是未來極具潛力的服務。
趨勢5：符合環境永續是關鍵問題
地球永續是全球企業的共識，而行動通訊產業自然也不例外，除了 5G 採用更為節能的技術，使用再生能源，或是透過物聯網開發來協助客戶減少碳排等都是重要的方向，而 2022 年也預計將會成為核心話題。不過整個產業如何持續減少碳排也非常重要，德勤預測 2022 年，智慧型手機將產生達 1.46 億噸的二氧化碳，雖然僅佔全球排放量的 0.5%，但分析師認為仍有減少的空間。
此外，行業的生產也更應朝向節能、回收的方向發展，像手機應該做到更易維修，以減少電子垃圾的產生，這都是整個產業需要共同關注的。
相關連結：
5G, consolidation and sustainability: Five mobile industry trends to watch in 2022 | TechRadar
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亞馬遜透過 AWS 讓企業建置私有 5G 就如同 Wi-Fi 一樣簡單！
網路是現代人不可或缺的重要工具，也改變了現有的商業模式，而企業佈建穩定的無線網路環境也成為必然。目前企業的無線網路大多由數十至數百組無線 AP（存取點）所構建的 Wi-Fi 環境組成。雖說目前主流的 Wi-Fi 6 能提供企業更穩定可靠與高性能的網路使用環境，但相較於 LTE 與 5G 連結，覆蓋範圍與便利性仍有不足。
近期美國 FCC 與全球相關行動網路監管機構通過了 CBRS 公民無線電服務，為企業廣泛訪問高品質中頻譜開了一扇門，不過目前的發展並不順利，也因此企業的希望主要寄託於私有 5G 服務的開放，而亞馬遜也透過 AWS 服務讓私有 5G 就像增加新的 Wi-Fi 設備一樣簡單，相較於過去私有 5G 在整合與營運上的成本較高、成為企業進入的門檻，AWS 在 re:Invent 2021 公佈的私有 5G 產品可讓小型蜂窩無線單元、服務器、5G 核心網路與無線接入網路（RAN）和用戶身份識別（SIM卡）等元件透過 AWS 控制台進行配置，並能自動進行網路設定與容量擴充，以適應更多新設備與增加的流量。
雖說目前 AWS 服務還未公開有關硬體與部署過程的詳細訊息，但操作上看起來與 Outposts 非常相似，邏輯上與 AWS 提供私有 LAN 並通過線上訂購與配置硬體。和其他混合雲端服務一樣，企業用戶需要提供本地網路基礎設施，包括交換器、DHCP 的 IP 位址池，並與 AWS 完成連結（可以私有連線直連或使用 IPSec VPN）。
至於私有 5G 的用途非常廣泛，企業可透過廣泛連結使遠程傳感器、機器人和視訊監控系統進行大型製造和物流設備的控制，另外偏遠的資源開採地點如礦山、油田等，也能透過物聯網方式來控制。此外，需要高度可靠性與安全連結的大型醫療服務，也能將診斷設備、醫療設備與行動裝置一併整合；另外，目前使用 Wi-Fi 的校園，也能受益於 5G 的大覆蓋範圍，消除收訊盲區。
至於公用事業與智慧城市場域，也能使用連結儀表、控制系統與交通控制設備等應用，而私有 5G 也能成為住宅區網路建置不足的補強方案，透過網路接入可提供更多網路資源，尤其是沒有充足網路營運商的地區。
目前 CBRS 的頻譜用於私有 5G 連結還有一段距離，而 AWS 的私有 5G 服務透過雲端整合的方式，可能成為無線網路自由化的承諾，也讓更多組織能專注於創新應用與業務流程，而不至於陷入網路基礎建設不足的困境。
相關連結：
AWS makes 5G as easy as WiFi with Private 5G
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【十分鐘看懂】5G NR Supplemental Uplink
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在4G LTE時定義的各頻段主要可分為FDD (Frequency-Division Duplexing, 頻分雙工)、TDD (Time-Division Duplexing, 時分雙工)以及SDL (Supplemental Downlink, 補充下行鏈路)運作模式；而在5G NR引入了一稱為SUL (Supplementary Uplink, 補充上行鏈路)的新運作模式，本篇將簡介SUL技術與推動緣起。
目前3.5GHz的頻段已成為5G的主流頻段之一，由於3.5GHz上的頻段主要為採取TDD的運作模式，且一般為採取下行時間較上行時間多的TDD上下行配置，再加上基地台與終端的上下行功率落差，下行的涵蓋將優於上行。在GSMA的報告當中也提到[1]，以64TR的3.5GHz基地台，並以下行50Mbps、上行5Mbps涵蓋為例，其上下行的涵蓋差異可達16.2dB，該報告也提到說3.5GHz的下行可以達到和LTE 1.8GHz相近的涵蓋水準，然而其瓶頸在於上行的涵蓋。
單就NR技術來看，為此3GPP於Release 15引入了兩種機制來增進高頻的上行涵蓋，分別為NR載波聚合技術(NR CA)以及補充上行鏈路(SUL)，兩者都是希望藉由低頻段(ex: sub-3GHz)來補充、增進上行涵蓋。藉由NR CA的方式還能獲得低頻段下行資料的補充；而基於SUL的方式則是將上下行頻譜解偶再配置將TDD 3.5GHz的下行跟sub-3GHz的上行整合使用，當然此類方式也可延伸應用於與其他高頻頻段的搭配。
單就NR技術來看，為此3GPP於Release 15引入了兩種機制來增進高頻的上行涵蓋，分別為NR載波聚合技術(NR CA)以及補充上行鏈路(SUL)，兩者都是希望藉由低頻段(ex: sub-3GHz)來補充、增進上行涵蓋。藉由NR CA的方式還能獲得低頻段下行資料的補充；而基於SUL的方式則是將上下行頻譜解偶再配置將TDD 3.5GHz的下行跟sub-3GHz的上行整合使用，當然此類方式也可延伸應用於與其他高頻頻段的搭配。
圖、Example of SUL (from [2])
另外在標準中也定義了一些SUL的頻段，這些頻段僅有上行的部分，
表、SUL 頻段列表(from TS 38.101-1 V16.6.0[3])
本篇中簡介了SUL的技術與推動緣起，實際上的應用則須視需求而定，可能也需考量在把FDD頻譜中的上行部分配置作為SUL使用後，餘下下行部分的規劃應用。
參考資料:
[1] GSMA 5G Implementation Guidelines (July 2019)
[2] 3GPP TS 38.300 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2 (Release 16)
[3] 3GPP TS 38.101-1 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 1: Range 1 Standalone (Release 16)
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1507。
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無人機服務成為 5G 行動網路推動的新興產業？大規模部署將成為後疫情時代的重建核心！
隨著 5G 行動網路的持續布建與資金投入，對於全球行動網路營運商來說，隨之而來的新服務、新應用更是拓展收入機會與攻佔區隔市場的的關鍵。根據國外媒體 FIERCE Wireless 的報導指出，「無人機」將成為下一個極具潛力的標的。
5G 行動網路除了超大頻寬之外，更巨量的連線能力也能成為實現大規模無人機部署的一大關鍵，而隨 5G 的普及，2021 年無人機也成為科技界最熱門的技術之一。由於行動網路與無線網路串聯起廣域、高速、安全的網路覆蓋，讓無人機可以到達的範圍更為廣闊，也能在 4G LTE 與 5G NR 等網路的覆蓋之下，允許在非目視的情況下透過遠端讓無人機自主飛行。
圖：Uber Eats 服務在 2019 年就成功使用無人機進行高風險地區的送餐服務（圖片來源：isemag）
一般手動操控無人機都採用了可靠性較低的點對點無線連結，但飛行時有極大可能因為氣候、距離而丟失信號，而 5G 網路為基礎的情況下，無人機可受益於高穩定性與低延遲的網路連結，快速接收地面控制系統或操控者的指令來採取行動，5G 的加持有助於減少發送、接收與執行指令中間花費的時間，也能減少飛行過程中可能的誤差。
根據國際四大會計師事務所之一的 PwC 指出，電信營運商可說是無人機業務中擁有得天獨厚的地位，憑藉在網路連結、雲端、大數據與分析能力，電信營運商也成為無人機驅動服務的主要角色。而目前無人機的應用也愈來愈廣泛，像是已經愈來愈成熟的「無人交通管理（UTM）」解決方案，就能透過無人機來執行，國際分析公司 Markets and Markets 也預測 UTM 市場將在 2025 年在全球範圍內達到 19.6 億美元的收入，潛力十分高。
無人機將成為 Covid-19 後疫情重建的核心
隨著 2020-2021 年 Covid-19 的疫情，非接觸的需求也讓無人機業務大幅發展，透過連網與定位機制，讓人們可透過無人機進行重要貨物的非接觸式交付。另外，像是在蘇格蘭安格斯也正試驗醫療應用的無人機專案 MediDrone，包括 Neuron Innovations、一體式無人機提供商 Herotech8 和 Flock 的協同合作，在惡劣天氣之下也進行了七次醫療用品從船上直送上岸的測試。
除了 MediDrone 之外，有愈來愈多無人機被用來協助人們安全生活與工作，像是在美國，一家名為 Draganfly 公司的無人機被用來監測人們的症狀和遵守社交距離的規定，並能使用無人機用於噴灑消毒劑和清除冠狀病毒工作場所；另外也有加拿大的 Drone Delivery Canada 一直專注於偏遠地區的停電社區提供補給，Lucid Drone Technologies 的無人機包含可延長飛行時間的擴展電池。它每小時可以清潔 200,000 平方英尺，至少比人類清潔同一區域的速度快 20 倍。另外 Zipline 提供無人機，可將疫苗運送到偏遠地區，包括加納各地。
知名市調公司 Gartner 高級總監分析師 Pedro Pacheco 也在媒體訪問指出，無人機未來將因為疫情而持續成長，根據 Gartner 的數據，到 2026 年，全球將有超過 100 萬架無人機進行零售交付，而目前為 20,000 架，成長幅度將來到 50 倍之中！
除了因應用面而將大規模成長，無人機的管理也將成為未來重要的課題，目前美國和歐洲都有對無人機操作進行監管的機制。在美國，FAA 正致力於將無人機集成到其國家空域系統 (NAS) 中，並使用無人機的遠程識別 (Remote ID)。遠程 ID 是無人機在飛行中提供可以被其他方接收的身份和位置信息的能力。當無人機似乎以不安全的方式飛行或不允許飛行時，這有助於 FAA、執法部門和其他聯邦機構找到控制站。
圖：Here 地圖平台的地理圍欄機制。
而知名地圖服務 HERE 平台也為無人機啟用數位遠程 ID 機制與更精準的空域地圖，提供無人機更即時的地理定位數據，隨著無人機數量的增加，未來空中的交通也可能非常擁擠，更好的方式是使用「地理圍欄」的方式確保無人機在空中的飛行能夠更安全。
相關連結：
5G-Powered Drones: New Services and Revenue Opportunities for Mobile Network Operators | Fierce Wireless
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【十分鐘看懂】5G NR Protocol stack簡介
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網路通訊一般採用分層結構，各個分層各司其職，而不同的分層也將會有相對應的協議，而形成協議堆疊(Protocol stack)，在本篇中將簡介5G NR包括控制平面以及用戶平面的協議堆疊，以及其與LTE協議堆疊的不同之處。
圖一及圖二分別為NR的控制平面(C-plane, Control plane)以及用戶平面(U-plane, User plane)的協議堆疊。首先NR C-plane的協議堆疊基本上與LTE相似，然而在功能上有作了部分的增強優化。在NR C-plane的部分，主要的增強在於無線資源控制層(Radio Resource Control, RRC)，包括在系統資訊方面新增了on-demand系統資訊的傳送方式，在連線控制方面除引入了RRC_inactive狀態支援以及相關RAN端paging增強以減少與核網間的信令消耗、引入一致性接取控制(Unified Access Control, UAC)、也對不同雙連結應用情境新增了split SRB/direct SRB[註1]的支援，而在量測的部分也新增了Beam相關量測支援。 [註1] SRB (Signalling Radio Bearer)
圖一、NR C-plane protocol stack
圖二、NR U-plane protocol stack
而NR U-plane的協議堆疊同樣也是基於LTE U-plane的協議堆疊，然而NR新增了一層協議，稱為服務資料適應協議(Service Data Adaptation Protocol, SDAP)。由於在5G核網(5GC)引入了連線的服務品質(Quality of Service, QoS)框架，因此在NR RAN端便引入了此SDAP層，用來作QoS flow與無線乘載(Radio bearer)的映射。而其他層協議雖承襲自LTE，也有增強部分功能，例如在PDCP層的duplication支援、在MAC新增的beam management相關支援等。
本篇中簡介了3GPP中NR協議堆疊，以及其與LTE的協議堆疊的主要不同之處，可看出NR的協議堆疊承襲了LTE的設計，並在配置的彈性上新增了更多設計及優化。
參考資料：
[1] Specifications of NR higher layer in 5G, NTT DOCOMO Technical Journal Vol. 20 No. 3 (Jan. 2019)
[2] 3GPP TR 38.800 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2 (Release 15)
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1499。
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愛立信行動趨勢報告揭露，行動網路 10 年成長 300 倍，5G 用戶 2027 年達全球過半用戶！
行動通訊領域知名的《愛立信行動趨勢報告》自 2011 年首度發表至今已滿十週年，而近期 11 月份的「十週年版」報告也揭露了行動網路十年內成長近 300 倍的驚人數據，同時也帶來 2027 年的最新預測。
根據《愛立信行動趨勢報告》的最新預測，至 2021 年底，全球 5G 用戶將超過 6.6 億之多，也持續證明 5G 將成為「史上部署最快」的行動通訊技術這項預測的可靠性。至於 5G 用戶迅速成長的主要原因，就是受到中國和北美的 5G 建設需求高於預期，以及 5G 裝置價格下降成為推力。
圖：愛立信趨勢報告預測各類行動連網設備數據比較。
2021 年的第三季統計，全球 5G 用戶人數將增加至 9,800 萬之多，4G 用戶也新增達 4,800 萬，而今年底全球 5G 服務的覆蓋範圍也將超過 20 億人的規模。
根據最新預測，5G 將在 2027 年成為全球主要的行動網路技術，屆時將占全球行動用戶約 50%、覆蓋約 75% 的全球人口，並承載全球 62% 的智慧手機流量。4G LTE 網路的網路部署，是全球智慧手機用戶數在過去十年間新增 55 億的關鍵，並帶動供應商提供市場上超過 2 萬種不同 4G 裝置型號。愛立信報告發現，5G 裝置的技術週期明顯提前，目前 5G 手機占全球手機市占率的 23%，超越 4G 手機在同樣時間內所達成的 8%。
報告也提到，4G 與 5G 時代在「寬頻物聯網」的應用已超過 2G 與 3G 時代，也成為全球物聯網應用比例最高的技術，而且未來大規模物聯網的部署還在加速中，使用案例涵蓋電子健康穿戴裝置、資產追蹤、環境監測、智慧電表和智慧製造追蹤與監控設備等。預計到 2027 年，大規模物聯網將占行動物聯網連線的51%。同時，無線固網接入（FWA）連結數預估將成長近三倍，從 2021 年底的 8,800 萬到 2027 年成長到約 2.3 億。其中近半數是 5G FWA 連結，約為 1.1 億。
行動上網用量，台灣用戶數一數二
台灣幅員不大但人口密集，同時也是世界上平均每位用戶的行動數據用量最高的市場之一，《愛立信行動趨勢報告》指出，每支智慧手機的每月全球平均用量，將在 2021 年底達到 11.4 GB。而台灣在 2018 年市場推出網路吃到飽資費方案後平均數據用量開始增加，在 2019 年達到每月 18GB，直到 2021 年已達每月26GB，是目前全球平均的兩倍以上。對行動服務的強勁需求，預估將持續推升台灣數據用量成長。
台灣電信商將 5G 效能當作差異化，早期用戶已採用高解析影音、VR/AR 或雲端遊戲等應用
在本期行動趨勢報告中，愛立信與遠傳電信合作撰寫的「為數位未來打造 5G 基礎設施」專題指出，台灣消費者轉移到5G是為了體驗更好的網路效能。在競爭激烈的市場中，台灣電信商將 5G 效能作為實現差異化的關鍵，而5G所提升的網路效能也帶來更高的用戶滿意度。
該專題觀察，台灣5G的早期用戶把更多時間用在更高解析度或 VR/AR 格式的服務，包含影音串流、雲端遊戲等，促使 5G 用戶的數據用量比 4G 用戶更高。以遠傳為例，其 5G 吃到飽用戶的平均數據用量為每月 60GB，對比 4G 吃到飽用戶增加約 20%。
相關連結：
愛立信行動趨勢報告2021年11月 - Ericsson
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愛立信發佈首份 5G 消費者市場分析，揭露 5G「先行者」營收成長機會達 2 倍！
知名的電信通訊解決方案商愛立信近期發佈了首份以「消費者滿意度」與「市場事實資訊」整合分析的 5G 消費者報告《5G領航者：贏得消費者青睞和推動營收成長》，提供包括台灣在內的全球 22 個市場的詳細分析，報告中發現到 5G 推動的「先行者」，報告中稱之為「5G 領航者」在未來留住用戶的可能性是其他電信商的三倍之高，而且每位用戶的平均收入 ( ARPU ) 和行動服務營收成長的可能性更幾乎達兩倍之多！
圖：5G成熟度的四個階段和ARPU在Q1 2020 - Q1 2021成長至少1%的服務供應商比例，與其他服務供應商相比，5G 領航者增加 ARPU 和行動服務營收的可能性要高兩倍
（圖片來源：Ericsson）！
5G 領航者，現階段的狀態是？
在愛立信的報告中，也提到了調查中所定義的「5G 領航者」現階段的狀態，以目前 5G 的基礎建設來說，平均的 5G 人口覆蓋率達 75%，平均下載速度可達 270 Mbps，平均 5G 可用性為 14% 或更高。另外有 75% 的 5G 領航者也會根據速度、服務品質、固網行動匯流等不同的套裝方案，來強化 5G 的收入。
圖： 5G 電信商成熟度的四個階段（圖片來源：Ericsson）。
此外，與其他電信商相比，有 50% 的 5G 領航者 ARPU 與去年同期相比成長至少 1% 或更多，而且有趣的是，平均而言 5G 領航者的用戶有 70 % 認為自家電信商是 5G 市場的領導者。在服務方面，5G 領航者有近 50% 的電信商已經推出 5G 無線固網接入（FWA）服務，同時也更積極推動 5G 獨立組網（SA）和多接取邊緣運算（MEC）。
圖：5G 消費市場成功的六種策略（圖片來源：Ericsson）。
成為 5G 領航者，8 個有跡可循的路徑
在報告中也分析了 5G 領航者的成功因素，提出 8 個重要的發展路徑，提供電信商成為 5G 領航者或提升市場優勢的建議如下：
1. 建立廣泛5G覆蓋範圍並積極溝通5G建設里程碑
2. 改善5G行銷方式以增加消費者對其領導地位的認知
3. 擴大室內覆蓋範圍並提升網路速度
4. 探索 5G 固網行動匯流(FMC)
5. 在5G服務中提供家用寬頻服務 (FWA)
6. 提供具有更高價值的創新 5G 資費方案來推動業務成長
7. 為消費者提供全新的沉浸式服務和體驗
8. 在智慧型手機等其他領域培養生態系統合作夥伴關係和計劃
圖：消費者轉換5G的意願（圖片來源：Ericsson）。
技術、品質、差異化是 5G 營運成功的三大關鍵
愛立信的報告也指出，全球各地的 5G領航者、挑戰者中，擁有領先技術、表現良好的網路表現，以及服務差異化是營運基礎且關鍵的策略。以遠傳電信為例，採取快速擴大5G 覆蓋範圍、提供最佳體驗和有效的行銷方式，不僅成功讓遠傳 5G 用戶的網路滿意度比市場高出 20%，消費者對其 5G 可用性的認知也高出同業兩倍以上。
而美國的 AT&T 和 Verizon，也建立透過結盟合作夥伴關係，提升自身 5G 布局和服務的差異化。隨著 5G獨立組網、網路切片和 MEC 等新技術發展，電信商將有機會提供具備一致性、可靠性和效能的客製化新服務。此外，5G 穿戴式裝置的日益成熟，不僅帶動元宇宙熱潮，也讓電信商和內容合作夥伴透過 5G 網路平台提供嶄新的服務和體驗。
愛立信消費者行為研究室負責人 Jasmeet Singh Sethi 表示：「預估到 2030 年，5G 消費者服務可為電信商帶來高達 3.7 萬億美元的累積收入機會。而持續探索 5G 帶來的新興機會，可以讓更多的電信商成為 5G 領航者，並以同樣的速度提升他們的營收。」
相關連結：
5G領航者 - Ericsson
2021 年 11 月 愛立信消費者和市場洞察報告
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波之升降頻系統設計考量
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目前5G毫米波系統可分成下述三個研發方向：前端模組(FEM)、波束成形電路(Beamformer)、以及升降頻器(UDC)。UDC主要由具鏡像抑制能力的升頻器與降頻器(IRM)、本地振盪信號(LO)、倍頻器、放大器以及模態選擇的開關所組成。本文將介紹應用於5G毫米波之升降頻系統之設計考量。
目前5G毫米波系統可分成下述三個研發方向：前端模組(RF Front-End Module，FEM)、波束成形電路(Beamformer)、以及升降頻器(Up/Down Converter，UDC)，其整合系統架構如圖。FEM一般由GaAs或GaN製作，決定了整串通訊鍊結的輸出功率與雜訊規格；波束成形電路與UDC因為需要高度積體化，一般採用CMOS去實現。波束成形電路負責調整天線陣列的場型強度與角度，而UDC進行高中頻(High-IF)的超外差升降頻，其最終連接至5G的Sub-6 GHz系統進行調變或解調。而本文欲提及之UDC關鍵設計因子，在5G高速傳輸扮演著重要的角色，一定程度的決定了整體系統最低可達到的EVM。
圖、5G毫米波系統架構
為了實現高速傳輸，在5G採用高階正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)技術以便提高頻譜效率。然而在已規範的位元錯誤比(Bit Error Rate，BER)之下，QAM的星座數量M與誤差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)平方成反比，亦即M由16變至64時，EVM會減至一半[1]。因資料量正比於log2(M)，當我們需要在固定的頻寬之下傳送越高速的信號，所能容忍的EVM就越小。
UDC主要由具鏡像抑制能力的升頻器與降頻器(Image-Rejection Mixer，IRM)、本地振盪信號(Local Oscillator，LO)、倍頻器、放大器以及模態選擇的開關所組成。以圖的UDC為例，雖然其寬頻轉換增益的平坦度、振盪信號及其諧波穿隧效應、以及主動電路的非線性，皆為EVM惡化的成因。但最關鍵的來源還是LO之相位雜訊(Phase Noise，PN)，以及混波器的鏡像抑制比(Image-Rejection Ratio，IRR)，其關係式為
其中
是雙邊帶的PN所造成相位誤差之方均根值。
參考資料
[1] N. Ebrahimi, and J. F. Buckwalter, “A high-fractional-bandwidth, millimeter-wave bidirectional image-selection architecture with narrowband LO tuning requirements,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 53, no. 8, pp. 2164–2176, Aug. 2018.
[2] E. Wagner, O. Shana’a, and G. M. Rebeiz, “A very low phase-noise transformer-coupled oscillator and PLL for 5G communications in 0.12 µm SiGe BiCMOS,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 68, no. 4, pp. 1529–1541, Apr. 2020.
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私有 5G 網路將成為「Next Big Thing」！企業將從中獲得龐大發展機會！
（圖片來源：Patch.com）
根據國外媒體 Patch 的報導指出，在 Morning Consult 代表 Verizon 進行的 2020 年調查中發現，有多達 700 名商業技術決策者就 5G 話題發表了看法，有超過 80% 的人認為 5G 將成為影響他們公司、行業的重要技術，另外 70% 的企業認為 5G 也將成為克服 Covid-19 疫情的關鍵，包括 AI 人工智慧、ML 機器學習、AR 與 VR、即時分析等技術，都將成為未來業務轉型之中。
圖：根據 Morning Consult 代表 Verizon 進行的 2020 年調查，絕大多數的企業都將 5G 列入重要的科技投資之中。
其中「5G 私有網路（Private 5G）」也成為許多企業積極發展的方向，主要原因在於可以根據特定組織、需求與位置，按需按時進行客製化網路環境的建置。
實現私有 5G 網路的潛力
隨著企業可以選擇自建 5G 私有網路，或是透過行動網路營運商（MNO）與系統整合商（SI）來外包處理，一個從零售、醫療保健、娛樂、製造、運輸與教育等不同領域的大環境逐步被建置，而 5G 私有網路也能允許大型企業與公部門客戶，將客製化的 5G 體驗帶往高速、高容量與低延遲連結的體驗，包括重要的室內與戶外設施，也無需受限於公眾 5G 訊號是否覆蓋；另外，私有 5G 網路也將滿足高頻寬容量、安全性與使用品質一致性的需求，也能讓重要服務「Always Online」。
知名會計單位勤業眾信也預測，未來十年將有數十萬家公司都將部署私有 5G 網路，考慮到越來越依賴無線設備、感測器與人工智能將人、機器與工作流程相互串連的需求，更需要高安全性且高速穩定的私有 5G 網路作為後援。
頻譜為企業開闢新機會
隨著 5G 技術的提升，以及 5G 專網可用頻譜的可用性，私有 5G 網路的發展在美國正逐步起飛，目前各組織可選擇使用「公民寬頻無線電（CBRS）」的頻段作為通用授權接入（GAA）層，或是購買 CBRS 優先接入許可證（PAL）的組織許可頻譜，取得資源相較過去更容易。此外，2020 年美國 FCC 已拍賣、近期 C 波段拍賣中獲得的頻譜，也可以通過許可無線提供商來獲得高頻段或中頻段，像是美國的強鹿（John Deere）農工業機械設備品牌就在伊利諾州的全球總部與工廠購買了用於 CBRS 頻譜的優先接入許可證，另外在愛荷華州的四個縣也同樣進行私有 5G 網路的部署。
2021 年 10 月，Verizon 也宣佈通過 AWS Outpost 為企業推出私有移動邊緣運算服務，與 Verizon 的私有 5G 網路結合，能夠透過任何環境提供的 AWS 基礎設施、服務、API 與工具來提供一致性的混合體驗，無論是數據中心、主機托管或是本地端。
相關連結：
Are Private 5G Networks The Next Big Thing? | New York City, NY Patch
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中頻段為基礎，美國 T-Mobile 宣佈 5G 網路覆蓋達到 2 億人規模！
（圖片來源：The Verge）
美國三大電信商之一的 T-Mobile 在 11/15 宣佈自家的「超容量（ Ultra Capacity） 5G」網路系統已在美國境內達到 2 億人覆蓋的目標，等於提前於 2021 年底就達成預定目標。相較於其他對手，T-Mobile 的 5G 網路建構於中頻段的 2.5 GHz 頻上，為相容的 5G 手機提供比 4G LTE 更高速的傳輸能力，相較於現有 Wi-Fi 的 5G 頻段也有更高速的表現。
T-Mobile 也補充，超容量 5G 網路透過低頻段頻譜更大的覆蓋範圍來強化整體的收訊，雖說相較於 mmWave 毫米波頻段速度要來的較慢，但相對現階段目標放在覆蓋率的 T-Mobile 來說是利大於弊的策略，目前這些低頻段頻譜覆蓋範圍已達 170 萬平方英哩，提供 3.08 億人可用的行動網路。
不過雖說 T-Mobile 已完成覆蓋 2 億人的里程碑，但事實上 T-Mobile 實際的用戶才剛剛超過 1 億，因此 5G 的整體使用率仍有極大的改善空間，也並非立即就能達到 2 億 5G 用戶的規模。此外，美國主要城市與人口稠密城市地區的人口較為密集，因此要達到較大的人口覆蓋數字相對容易許多，而 T-Mobile 接下的目標就是在未來兩年內達到國內 3 億人的 5G 網路覆蓋。
（圖片來源：The Verge）
除了優異的覆蓋率，T-Mobile 也在先前的 Opensignal 研究報告中獲選美國最快、使用率最高的 5G 網路營運商，而其他競爭對手如 Verizon 或 AT & T 相對仍需要付出更多努力，由於兩間公司都採用毫米波作為 5G 核心網路架構，相較於 Sub 6 的頻段，需要投注更多資源與更廣泛的建設，才能有相對的覆蓋率，而且雪上加霜的是，原先預計要使用 C 頻段頻譜來加速 5G 部署的計劃，卻因為美國聯邦航空管理局認為該頻段將影響飛行通訊的原因而遭受擱置。
相關連結：
T-Mobile's 5G network coverage reaches 200M people | AppleInsider
T-Mobile hits its goal of 200 million covered by ‘ultra capacity’ 5G a few weeks early - The Verge
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波之切換開關 (下)
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5G毫米波頻段無線通訊標準採用分時多工(time division duplex，TDD)的技術，因此在射頻前端電路需要一個切換收發訊號的開關 (switch)。由於收發開關位於系統最前端，其損耗與線性度會直接影響接收機的靈敏度與發射機的輸出功率級線性度。讓我們來了解在毫米波頻段的開關的架構與特性。
在頻率較高時，開關元件通道關閉的等效電容，呈現的阻抗隨頻率下降，無法達到良好的開關效能。因此為了達到良好的開關特性，有許多文獻提出補償切換元件的寄生效應的技術，常用的有並聯共振 (parallel-resonant)與分布式(distributed)開關。
並聯共振開關架構如圖三所示[5]，將一個小電感(Lp)與開關元件並聯，在開關元件關閉時，電晶體的寄生電容與Lp形成一並聯共振腔，在共振頻率
共振腔呈現高阻抗。藉此可以改善串聯開關的隔離度與並聯式開關的穿透損耗。而在開關元件導通時，其寄生電阻與電感並聯，仍提供一低阻抗，將訊號反射。
(a)
(b)
圖三、(a) 串聯式，與(b)並聯式共振型開關。
分布式開關架構如圖四所示[6]，在數個並聯的開關元件間增加一串聯電感(Ls)。在開關元件關閉時，其寄生電容與Ls形成串聯電感與並聯電容的網路，這樣的電路與傳輸線的等效電路模型相同，其特徵阻抗為
我們稱之為人造傳輸線(artificial transmission line)。藉由適當設計特徵阻抗為50 W，則可以達到一個寬頻低反射的效果。而當開關元件導通時，其輸入為小阻抗，可將訊號反射。
圖四、分布式開關。
並聯共振開關架構簡單，所需面積小。但是因為使用到共振機制，操作頻寬較窄，容易受到製程變異的影響。分布式開關可視為傳輸線，具有寬頻的效果，但需要面積較大。
收發開關的功能為選擇天線連接到發射機或是接收機，因此所需要的是單刀雙擲(single-pole-double-throw，SPDT)開關。單刀雙擲開關是以兩組單刀單擲(single-pole-single-throw，SPST)開關組成，兩組SPST開關分別為導通與關閉狀態，而關閉的SPST開關輸入阻抗必須要為高阻抗，使SPDT開關的輸入訊號順利進入導通的SPST開關。最基本的SPDT開關架構可以利用兩個串聯開關組成，如圖五(a)所示。而為了提升隔離度，另一種常用的SPDT開關架構為利用兩個串聯-並聯(series-shunt)開關組成，如圖五(b)所示。在毫米波頻段，前述的串聯開關也可以以四分之一波長的傳輸線來取代，如圖五(c)所示。
(a)
(b)
(c)
圖五、(a) 串聯式，(b)串聯-並聯式，與(c)使用四分之一波長傳輸線之單刀雙擲開關。
表二為數個採用不同製程、架構的SPDT開關特性比較表。在45 nm CMOS SOI製程中，使用基本的串聯-並聯開關架構，並以電感與電容改善阻抗匹配，達到dc到60 GHz的操作頻段 [7]。收發開關的操作上，接到發射機端需要可以承受較高的訊號強度，因此可以收發兩端作不對稱的設計。利用不對稱的設計與基極浮接(body floating)的技巧，可以有效提升發射端可承受的功率強度[8]-[9]。
表二、SPDT開關比較表
在這兩篇文獻中，同時使用到共振的技巧，因此操作頻寬也較窄。在100-nm GaAs pHEMT製程中採用分布式架構與四分之一波長傳輸線設計的開關，達到35-70 GHz寬頻的操作。此外，同時使用堆疊式(stack)開關元件來改善可承受的功率 [11]。在開關特性較好的PIN二極體製程中使用簡單的並聯式開關搭配四分之一波長傳輸線設計而成的SPDT開關，在30-40 GHz頻帶中，達到優異的穿透損後與隔離度，其可承受功率更可達到5 W (37 dBm)以上 [12]。
參考文獻
[1] G. Slovin, M. Xu, R. Singh, T. E. Schlesinger, J. Paramesh and J. A. Bain, "Design criteria in sizing phase-change RF switches," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 11, pp. 4531-4540, Nov. 2017.
[2] M. -S. Yang, Y. -T. Lin, K. -Y. Kao and K. -Y. Lin, "A compact E-mode GaAs pHEMT phase shifter MMIC for 5G phased-array systems," 2019 IEEE Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Singapore, Singapore, 2019, pp. 488-490
[3] W. Lee and S. Hong, "Low-loss and Small-size 28 GHz CMOS SPDT Switches using Switched Inductor," 2018 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Philadelphia, PA, 2018, pp. 148-151.
[4] Y. Tanaka, H. Uda, H. Hayashi, H. Ueda, and M. Usui, “A 76-77 GHz high isolation GaAs PIN-diode switch MMIC,” R&D Review of Toyota CRDL, vol. 37, no. 2, pp. 19-26.
[5] M. Madihian, L. Desclos, K. Maruhashi, K. Onda, M. Kuzuhara, “A sub-nanosecond resonant-type monolithic T/R switch for millimeter-wave systems applications,” IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. 46, no. 7, pp. 1016-1019, July 1998.
[6] K. Y. Lin, W. H. Tu, P. Y. Chen, H. Y. Chang, H. Wang, and R. B. Wu, “Millimeter-wave MMIC passive HEMT switches using traveling-wave concept,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 8, pp. 1798-1808, Aug. 2004.
[7] M. Parlak and J. F. Buckwalter, "A 2.5-dB insertion loss, DC-60 GHz CMOS SPDT switch in 45-nm SOI," 2011 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), Waikoloa, HI, 2011, pp. 1-4.
[8] P. Park, D. H. Shin and C. P. Yue, "High-linearity CMOS T/R switch design above 20 GHz using asymmetrical topology and AC-floating bias," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, no. 4, pp. 948-956, April 2009.
[9] K. Lee, S. Choi and C. Kim, "A 25–30-GHz asymmetric SPDT switch for 5G applications in 65-nm triple-well CMOS," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 29, no. 6, pp. 391-393, June 2019.
[10] L. Zhao, W. Liang, J. Zhou and X. Jiang, "Compact 35–70 GHz SPDT switch with high isolation for high power application," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 27, no. 5, pp. 485-487, May 2017.
[11] A. Rozbicki, J. Brogle, N. Jain, T. Boles and D. Hoag, "Ka band high power AlGaAs PIN diode switches," 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Boston, MA, 2009, pp. 453-456.
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5G 未來發展，「能源成本」成為一大隱憂！
5G 基礎建設的廣泛佈建，已成為近兩年全球行動通訊業者的共同目標，雖說許多基站點可以直接從 4G 升級至 5G 設備，但由於高頻基站的涵蓋範圍有限，因此也需要再持續擴張更多點位，不過對於行動通訊業者來說，5G 發展除了這些基礎建設的投資之外，後續的「能源成本」也是一大問題。
根據國外媒體 sdx central 的報導引述 MTN Consulting 的數據指出，系統商在電力、燃料與水資源的使用上，2020 年的整體營運佔比支出約在 5.2% 左右，已高於四年前 4.8 - 4.9% 的水準，再加上 5G 早期部署與公用事業投入的成本，成為需要克服的問題。此外，GSMA Intelligence 最近的一項調查報告指出，67% 的通信服務提供商預計到 2024 年能源成本將按照當前趨勢上升。
雖說 5G 時代可以透過「無線接入網路（RAN）」的技術來降低過去在硬體設備方面的投資，但 5G 更大的頻寬與流量使用，也需要營運商投入更多資源在數據中心的儲存設備，再加上 5G 基站的運作功率更高，也因此抵消了新技術帶來的能耗改進。
為了解決這個問題，電信商需要在組織、架構與站點級別的管理採取行動，其中「人工智慧」與「自動化」也被認為是有效節約能源的一個手段，GSMA Intelligence 調查的 103 家運營商中，有近一半表示預計將這些技術首入公司營運中，並在未來幾年內將能源成本降低 20%。
MTN Consulting 也提到，影響能源成本的因素很多，包括能源的價格與類型，網路設備的使用年限，以及自發電量和數據中心消耗的能源…等。根據 GSMA 的數據，按收入計算，全球無線通訊行業的三分之一，在今年早些時候承諾到 2050 年實現淨零排放，近三分之二的移動行業已經制定了在這十年內迅速減少排放的目標，而這也是未來電信業者在長期營運時需要關注的成本風險。
圖：4G LTE（圖上）與 5G NR（圖下）在傳輸中的間隙時間對比（圖片來源：愛立信）
為解決 5G 能耗問題，已有電信業者正在改進無線通訊的技術，像是愛立信就提出「5G NR 超精簡架構」，透過即時檢測網路流量的負載，利用 5G NR 單機模式下傳輸間隙時間在 20ms 至 160ms 之間的特性，在低流量的間隙可透過快速設定組件進入睡眠模式，並在下次傳輸發生前再次啟動設備，以降低傳輸之間的功耗。
相關連結：
5G Energy Costs Climb Despite Efficiency Gains - SDxCentral
5G energy consumption: The impact of 5G NR - Ericsson
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固定無線接入（FWA）搭配 5G 將巔覆現有固網生態！
對於現代人來說，網路已成為生活中不可或缺的重要資源之一，除了手機使用的行動網路，家中的固接網路也一直是不變的主流，不過這樣的趨勢有可能因為 「固定無線接入（FWA）」服務與 5G 的整合而有所變化。
所謂的 FWA 其實並非新技術，早在 1990 年代後期就出現，只是因為速率的限制而沒有受到太大的關注，但未來 5G 超大頻寬的整合之後，FWA 將成為可與目前固接網路如「光纖到府（FTTH）」與「光纖同軸（HFC）」直接競爭的態勢，對於營運商來說，也能成為智慧型手機設備之外，額外增加收入的來源。
圖：FWA 發展趨勢圖（圖片來源：Mobile World Live）
寬頻網路需求強勁，驅動相關服務成長
目前全球各地的固定式寬頻服務並未因為行動網路的普及而有所阻擾，整體仍在增長中，以經合組織國家來說，2020 年就增加多達 2,100 萬用戶數，而這也是因為疫情驅動數位轉型的原因，讓大家不得不增加固接網路的設置。
此外，線上串流影音的需求日益增加，也是固定寬頻受到強烈需求的主因，2020 年影音內容就佔用了多達 58% 的數據消費，而社交網路與遊戲這類服務合計更有超過 80% 的佔比。另外過去較為普及的 DSL 的連線服務也慢慢被光纖與同軸電纜所取代，而 5G FWA 則被愛立信所看好，預測未來 5 年將會增長至超過 7,000 萬用戶，尤其是在實體線路佈建不易的發展中國家，或是郊區、農村等地，無線接入更是佔優勢。
FWA 戰略潛力高
根據 Mobile World Live 的報導指出，5G FWA 服務在全球多個國家已有實際商轉的服務，截至 2021 年 9 月，共有 65 家營運商提供 5G FWA 服務，另外 19 家宣佈計劃推出。此外，發展中國家也可看到 FWA 的應用案例，像是菲律賓的 Globe Telecom 就是東南亞首個推出商用 5G FWA 服務的系統商，主力的方案為針對中產階級的 100 M 方案與 2TB 的數據使用配套。
此外，5G FWA 也能成為已開發國家中，補足 FTTH 與 HFC 固接網路服務不足的一種手段，另外在企業端，5G FWA 也能用在臨時性的辦公室與工作空間（例如：大型展演活動、體育賽事、建築工地等）的快速連結網路的備用選項，也能為企業省下大筆內部佈線成本。
5G FWA 是否有成本效益？
目前 FTTH 與 HFC 仍為固接網路的主流，但在特定的場景之下， 5G FWA 其實更具成本效益，在 Mobile World Live 的報導中也提出三個適用場景：
1. 該地區已有 5G 服務的運營商，並已部署 5G mmWave 毫米波頻譜的服務，且 Sub 6 頻段的資源有限。
2. 該地區的 5G 服務運營商同時部署 mmWave 與 Sub 6 頻段。
3. 系統營運商希望針對綠地進行 5G FWA 的部署。
從上述的場景可以看到目前運營商思考 FWA 部署的可行性評估，前兩個場景主要是希望為新市場提供服務的「純行動運營商」相關，或是希望能透過 FWA 增加市場份額的策略；而第三種情況則是已經擁有 FTTH 與 HFC 服務的運營商，考慮透過 5G FWA 來取代原有的固接網服務。
相關連結：
Intelligence Brief: FWA 5G set to bring disruption to broadband market - Mobile World Live
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波之切換開關 (上)
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5G毫米波頻段無線通訊標準採用分時多工(time division duplex，TDD)的技術，因此在射頻前端電路需要一個切換收發訊號的開關 (switch)。由於收發開關位於系統最前端，其損耗與線性度會直接影響接收機的靈敏度與發射機的輸出功率級線性度。讓我們來了解在毫米波頻段的開關的架構與特性。
開關的主要特性是導通時的損耗(insertion loss)、關閉時的隔離度(isolation)與可承受之訊號功率強度 (power handling)或線性度(linearity)。用來設計開關的元件主要可以分為電晶體與二極體(diode)。電晶體的部分過去主要是使用場效電晶體，近年來也有許多使用異質接面雙極性電晶體開發的開關。二極體的部分則是PIN二極體。
使用電晶體作為開關設計的原理是改變閘極電壓來控制場效電晶體的通道(channel)導通或關閉。而此時電晶體的汲極與源極間的跨壓為零，不會消耗直流電流，因此通常稱之為被動式場效電晶體(passive FET)開關。當閘極電壓高於門檻電壓(threshold voltage，VT )，電晶體的通道導通，其通道特性可以視為一小電阻。當閘極電壓低於門檻電壓時，電晶體通道關閉，其通道效應可以視為一小電容。二極體的直流電流對電壓的關係如圖一所示。
在二極體跨壓為零時，電流並不會隨著電壓增加而改變，因此可知二極體此時為關閉，其特性可等效為一小電容。隨著電壓上升到一定的大小，電流會隨著電壓增加而急遽上升，此時二極體為導通狀態，其特性可等效為一小電阻。這邊我們要注意的是，相對於二極體導通狀態時需要消耗直流電流，使用被動式場效電晶體設計的開關電路不會消耗直流電流。
圖一、二極體電壓電流關係圖。
開關元件的寄生效應，主要即為前述的導通狀態的等效小電阻(Ron)與關閉狀態的等效小電容(Coff )。Ron越大，開關元件的導通效果越差；Coff越大，開關元件的隔離效果越差。Ron與Coff分別會與開關元件的尺寸增加而減小與增大，因此在設計開關時，開關元件的尺寸選擇就需要對Ron與Coff做取捨。我們可以用開關元件的性能指標為，截止頻率(cut-off frequency，fco)
來評斷一個製程中的開關元件的特性 [1]。表一所列為幾種不同製程中的開關元件之截止頻率。從表中來看，被動場效電晶體開關元件截止頻率約為數百GHz；PIN二極體的截止頻率較高，可以達到幾個THz，因此其寄生效應較小。但在導通狀態時需消耗直流功耗。
表一、開關元件特性比較表。
高頻的開關可以分為串接式(series)與並接式(shunt)設計，圖二所示為使用備動場效電晶體作為開關元件的串接式與並接式開關電路圖。串接式開關，當開關元件導通，其訊號可以通過。此時開關元件的通道等效為一小電阻，此電阻會造成訊號的損耗。當開關元件關閉，因為開關元件的等效小電容呈現高阻抗，其輸入訊號會反射，無法通過。並接式開關，當開關元件導通，因為開關元件等效為小電阻，輸入訊號會反射，無法通過；當開關元件關閉，輸入訊號可以通過。
(a)
(b)
圖二、(a) 串聯式，與(b) 並聯式開關。
參考文獻
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[9] K. Lee, S. Choi and C. Kim, "A 25–30-GHz asymmetric SPDT switch for 5G applications in 65-nm triple-well CMOS," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 29, no. 6, pp. 391-393, June 2019.
[10]L. Zhao, W. Liang, J. Zhou and X. Jiang, "Compact 35–70 GHz SPDT switch with high isolation for high power application," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 27, no. 5, pp. 485-487, May 2017.
[11] A. Rozbicki, J. Brogle, N. Jain, T. Boles and D. Hoag, "Ka band high power AlGaAs PIN diode switches," 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Boston, MA, 2009, pp. 453-456.
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愛立信「下世代無線通訊國際研討會」提前揭露 6G 標準將於 5G下個十年結束前制定完成！
愛立信於 10/21 舉行「下世代無線通訊國際研討會」，以線上會議方式進行，而愛立信亞太區副總裁暨技術長 Magnus Ewerbring 也在會中提出多個 5G 現況的預測，以及未來 6G 技術標準訂定的未來展望。
圖：愛立信亞太區副總裁暨技術長Ewerbring博士分享Beyond5G_6G發展趨勢。
在研討會中 Magnus Ewerbring 提到，行動通訊的發展進程十分迅速，在 2020 年全球已有超過 14 億智慧型手機售出，而 2021 年全球也有超過 800 個 4G 公共網路服務營運中，而 5G 使用者也在今年累積達 5.8 億之多，而預期 2026 年全球以 3GPP 為基礎的用戶數將達 88 億，而全球 5G 用戶數也將達到 35 億，行動物聯網設備也將超過 54 億之多，而這樣的發展也帶動全球行動通訊產業的新機會，其中國際標準 3GPP 的制定也為消費者和企推動規模經濟與創新，而這些技術優勢也將成為未來 6G 發展的基礎。
5G 創新尚在進行中，技術演進仍待完成
雖說 5G 發展速度相當快，但 Magnus Ewerbring 也提到，未來幾年仍舊有相當多技術發展與創新有待考驗，而愛立信也預測，2026 年底全球 5G 用戶數將突破 35 億，佔所有行動用戶總數的 40%，若以同樣的速度來預估，6G 將會在 2035 年左右達到相同標準，不過當時 5G 仍會是市場主流，也因此可以確認 5G 的演進與發展是非常重要的，屆時能提供最佳 5G 網路與服務、高穩定的電信商，才能擁有最佳進階 6G 世代的優勢。
圖：Beyond5G_6G 發展趨勢。
從先前 Opensignal 所發佈的全球 5G 網路體驗報告來看，Magnus Ewerbring 認為台灣在 5G 發展處於全球領先者，包括下載速度、上傳速度與影音體驗等重點項目都獲得前兩名，顯示台灣 5G 發展極具優勢。
5G 成為社會數位骨幹、孕育創新的平台
在研討會中，愛立信也將 5G 區分為三個層次：數位基礎建設、平台價值與使用案例，其中 5G 數位基礎建設包含RAN、傳輸網路、核心網路、營運支援系統(OSS)與業務支援系統(BSS) ，由永續、可靠和彈性、雲端原生、安全、數據等概念所設計與驅動。而 5G 平台帶來的價值也包括了網路覆蓋和容量、語音、寬頻和應用、高網速和低延遲、服務協作和網路揭露 (service orchestration & exposure)、無線邊緣方案、企業專網、可信賴的執行環境、IoT物聯網方案與網路切片等，其中網路切片是最重要的價值，可以根據不同業務或消費者應用將網路切成不同的切片。不論是家用網路寬頻，也包含企業不同的應用，都能透過5G實現。
圖：研討會中進行的畫面截圖。
Magnus Ewerbring 表示，5G 也將帶來更多創新應用，打造數位社會，同時也成為 6G 發展的重要基礎。
邁向 6G，虛與實之間的時代
愛立信目前也正在研究能成為下個十年關鍵行動技術的要素，愛立信看見6G的技術演進面向包含硬體、雲端、開源、整合的AI、網路演進。以硬體為例，將有具備永續性的新材質、擁有更好的能耗表現、更輕，並使用更少的材料。此外，愛立信自身也正進行雲端化的企業，目前也有能支援虛擬化、持續演進與建構新技的軟體環境，而下一個 10 年之後，直到 6G 正式商轉 ，所有技術將會被評估，藉此找到對的技術來推動6G並達到一定的規模。
愛立信預估，6G 將在帶動網路和實體世界之間的融合。因此，實體世界的感知、行為和體驗，都可以在虛擬世界中被程式化，而數位分身(digital twins)已經開啟了這樣的模式。以基地台調校為例，我們現在可以運用無人機在基地台上繞圈，在數位環境製作出一個完整的數位分身，從而縮短調整作業時間。
未來將看到智慧聯網裝置、感知聯網，以及一個數位化且可程式化的實體世界，進一步創造相互連結且永續的環境。這一切將由數據驅動，當有更多的數據來進行相關分析、應用演算法，就能做出更智慧的決策。想像一下，在醫療照護方面，當更多的資料能夠使用時，不論是對個人或是群體的健康觀察，大量的診斷能夠更有效率地在遠端完成。
而 6G 可能帶來新使用案例的方向，可包括四個類別：感知聯網、智慧連網裝置、數位化和可程式化的實體世界，以及相互連結且永續發展的世界。Ewerbring 確信 XR 以及我們正在使用的 VR、AR 是強化感官體驗的第一步。他表示，我們不知道聯網的智慧機器實際上可以擴展到什麼樣的地步，但未來十年還會有更多的使用場景到來。
關於 6G 所需的能力，包含過去在定義網路技術時已經使用非常多次的指標，例如數據傳輸速率、延遲性、網路效能、網路覆蓋、傳輸能力和定位。不過 5G 仍將持續很長時間的繼續演進，未來幾年，花時間去探索很重要，也是愛立信持續進行的任務。
相關連結：
Ericsson - Helping to shape a world of communication
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【十分鐘看懂】淺談5G NR RAN CU-DU分離 (下)
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在上兩篇中我們簡介了5G RAN CU-DU分離的探討緣起，以及Higher-layer split CU-DU分離的各種方案，本篇延續探討Lower-layer split的各種方案，並對後續標準討論意見做介紹。
針對CU-DU分離的切分選項，3GPP依RAN的協議堆疊(Protocol Stack)探討功能切分(Functional Split)的8種選項，其中Option 6~8可歸類為是Lower-layer split，相較於上篇所介紹的Higher-layer split方案，Lower-layer split方案對於CU-DU間的傳輸要求較高，然而其可享有較高協作增益，並有望增進無線傳輸效能[1]。
以下就Lower-layer split的方案分別介紹：
Option 6 – MAC-PHY split：此選項中，PHY及RF置於於DU，MAC以上的分層則是置於CU，因此可望達成包括集中化排程、協作傳輸等MAC layer集中化的相關功能，然而缺點是前傳的延遲可能將影響HARQ的時脈以及排程。
Option 7 - intra PHY split：此選項可分成多個子方案，其優缺點與Option 6雷同，相比於Option 6，此方案期望將更多可集中化處理的功能納入CU。
Option 7-1：在上行的部分，FFT、CP removal以及可能PRACH filtering功能置於DU，其餘的PHY功能置於CU；在下行的部分iFFT、CP addition置於DU，其餘的PHY功能置於CU。
Option 7-2：在上行的部分，FFT、CP removal、resource de-mapping以及可能PRACH filtering功能置於DU，其餘的PHY功能置於CU；在下行的部分iFFT、CP addition、resource mapping及precoding置於DU，其餘的PHY功能置於CU。
Option 7-3：(Only for DL)只有encoder至於CU，其餘的PHY功能都置於DU。
Option 8 - PHY-RF split：此方案為以PHY與RF層做切分，此方式下可允許對於所有的協定(protocol)層做集中化的處理，因此在RAN端可達成非常緊密的合作，並可有效支援包括COMP[註1]、MIMO、負載平衡、移動性等功能，然而也將導致非常高的前傳頻寬、延遲需求。
圖、Functional split options for DL (left) and UL (right) (from [3])
本篇中簡介了3GPP中Lower-layer split的CU-DU分離選項，除了上段中所說明的優缺點以外，還需考量標準化的可行性，而標準對於Lower-layer split方案的討論最終並未能達成一致，因此截至目前為止3GPP並未將Lower-layer split的方案標準化。
[註1]: Coordinated Multipoint Tx/Rx, COMP
參考資料:
[1] New Transport Network Architectures for 5G RAN, Fujitsu
[2] 3GPP TR 38.801 (Rel. 14) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on new radio access technology: Radio access architecture and interfaces
[3] 3GPP TR 38.816 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on CU-DU lower layer split for NR; (Release 15)
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5G 發展更聚焦企業領域！五個 5G 對於中小企業的助益！
為了維持競爭力，有愈來愈多的企業－不僅是大型企業，中小企業也不例外，都期待透過新科技來維持市場的領先地位，而近幾年快速發展的 5G 通訊技術更是其中的關注焦點。
以醫療行業來說，5G 可以實現即時、高畫質的影音傳輸，幫助偏鄉地區的人們可以不用長途跋涉前往就醫；此外，具備 5G 通訊能力的自動化機器人，搭配 AR / VR 技術也能協助現場工人在不受危險威脅的情況下來完成工作，像是建築工地的高空作業，就能降低意外發生的機率，同時也有其他類型的 5G 技術，陸續出現實際業界的應用案例。
根據國外媒體 Forbes 的報導指出，美國的新創企業 Kai XR 是一間融合 AR / VR 技術的線上教學平台，可以幫助孩子在不出門的情況下，探索課堂之外的世界，同時也因應美國公立學校的校外教學預算削減，讓學生們也能獲得如臨實境的參訪機會，像是虛擬博物館、美術館，而他也與 T-Mobile Accelerator Spring 2021 沉浸式技術計劃合作，建構了從全像投影通訊到 3D 沉浸式技術。
圖：由 Frazier 打造的 Kai XR 平台，提供學童更身歷其境進行校外參訪。
也因為 5G 的優勢，帶來更大的網路容量與更快的速度，低延遲也讓虛擬互動更為即時，同時也為創新理念的產品、服務或是業務模式提供更大的發展機會。對於中小企業來說，5G 的出現將能帶來值得注意的五個助益如下：
1.強化客戶體驗
5G 的網速較 4G 快上數倍，過去需耗時數分鐘來下載的影片，透過 5G 可能在數秒內完成，而且因為傳輸速度更快更穩定，也讓其他類型的檔案文件可以透過如同影片一般的「串流式傳送」，透過 VR 技術也能做到讓客戶看到更全方位、更無死角且細節更深入的產品內容，或是能夠充份收集來自於客戶環境的資訊，並為他們打造完全客製化的服務。
舉例來說，服飾零售商可以透過完全虛擬的方式，讓客戶直接在家中就能試穿最新的服飾產品，雖說有些概念在 4G 時代就已出現，但毫無疑問在 5G 出現之後，相關的體驗能獲得完全升級。
2.改進銷售培訓與在職回饋
透過辦公室與客戶之間更高頻寬的連結，企業可以透過 AR / VR 技術，以 5G 環境來實現遠端銷售說明，或是讓員工在家中就能完成企業訓練。此外，對於生產線上的技術人員來說，透過 AR 的輔助也能即時傳送相關文件作為現場輔助的參考，反之也能透過 5G 的高速反應將現場狀況反應給管理層級作為改進工作流程的參考。
此外，5G 的網路涵蓋範圍也較常見的 Wi-Fi 更寬廣，對於較大的廠區，或是生產設備會有移動需求的環境來說會更為合適。
3.提高生產力
5G 的出現能創造全新的工作方式，像是網速的提升實現了更即時性的雲端傳輸，這也讓員工使用的設備不再需要有極高的配置才能發揮高效率，相關的運算處理可以在遠端的雲端主機完成，也讓企業端的設備達到低功耗的優勢。
4.更全方位的物聯網生態系
物聯網系統為企業帶來更便利高效的設備與數據管理能力，也能打造完全自動化的工作流程，而 5G 網路的出現則是進一步能在同時支援更多設備的運行，而且除了收集數據與警報發送之外，也能觸發自動化行為，以農業物聯網來說，密佈的感測器可以追蹤環境與農作物的健康狀態，並在特定狀況下觸發灌溉或是施肥等作物維護的任務。
5.更多待發掘的潛力商機
隨著 5G 的普及與企業導入，更多行業將有機會發展出新的商業模式，以醫療保健業為例，透過持續不斷的數據蒐集並利用人工智慧進行分析，以達到早期判別疾病的目的，同時也能在 VR 技術的基礎之下，為設備加上觸覺感應的功能，未來也將實現遠程醫療能做到觸診甚至遠端手術的目標。
從上述的資料也不難看出，5G 技術結合現有的物聯網、邊緣計算、人工智慧等技術，能進一步讓企業獲得更高效的數據蒐集、分析與業務洞察力，並從中找出商業模式進階或是轉型的機會！
相關連結：
Igniting Innovation And Productivity With 5G In The World Of Small Business
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5G Craft 菁英挑戰賽：5G 系統軟體技術工作坊活動直擊！
圖：5G 系統軟體技術工作坊活動現場實況。
為了推動國內 5G 資通訊產業發展，同時能掌握國際開放網通組織發展先機，經濟部工業局在今年籌辦「5G Craft 菁英挑戰賽」，並區分「5G 系統軟體」、「5G 智慧娛樂」與「5G Arena」三個類別，入圍者有機會獲得高額補助將概念實作，並享受政府技術工作坊、開發輔導金與開發環境等豐富資源，同時也能獲得商業模式應用驗證與後續商業化媒合的機會，只要你有好的 Idea，就能透過競賽將它實現，成為 5G 新創產業的一員！
在經過近四個月的活動招募，總計有多達 81 個報名組別入選，包括 5G 智慧娛樂有 10 組、5G 系統軟體有 55 組與 5G Arena 的 26 組，可以看出台灣果然是人才濟濟～雖然受到疫情影響，但有志於投入 5G 產業的人依舊非常熱情！
為了提供參賽者更多 5G 應用與開發的經驗，在 9 月份主辦單位也規劃了一系列的「5G 系統軟體技術工作坊」提供更多產業實務心得，並為大家分享目前 5G 發展的趨勢。由於參賽組別眾多，因此活動也提供線上參與，而小編也很幸運參加到 9/28 這個壓軸場次的活動，接下來就為大家帶來當天的活動直擊吧！
9/28 下午舉行的 5G 系統軟體技術工作坊請到了來自於廣達電腦的劉櫂璿專案經理與中華電信的張漢良高級工程師為大家分享 5G 產業的實務應用，其中劉經理介紹了廣達電腦目前所發展的 5G 解決方案與相關垂直應用的案例，像是針對智慧工廠 24/7 不中斷的無線網路需求，就提供了 5G NR Industrial Router 可智慧化判斷基站連線狀況來自動切換，讓終端服務不中斷，而 5G 無線化也讓工廠的佈建更彈性，不需要受限於網路線路的延伸問題。
圖：透過線上分享智慧工廠應用的廣達電腦劉櫂璿專案經理。
圖：廣達也自研了目前全球最小的外接式 5G 無線網卡，並提供 4 x 4 MIMO 的規格。
另外中華電信的張漢良高級工程師也帶來 5G 專網的規劃與建置，包括中華電信目前使用 5G 技術在智慧醫療領域的應用，以及透過 5G 毫米波的超大頻寬，搭配 AR 技術同步傳輸字幕與影像的智慧展演應用，甚至能即時將不同場域的表演者的演出內容整合為一。其他還有比較特別的就是「智慧考場」的應用，以及利用 C-V2X 車聯網技術與號誌控制整合的智慧交通系統，能讓大家未來在路上駕駛更為安全。
圖：中華電信張漢良高級工程師也在現場帶來 5G 在智慧應用領域中的實際案例，包括智慧製造、智慧醫療、智慧展演與智慧城市等。
除了業界的講師提供乾貨滿滿的兩場講座，在工作坊的最後一個階段也提供各小組進行主題深度探討，而各組也都有來自於企業與法人的主題導師與現場小組進行互動，除了現場出席的三個小組：RIC X APP軟體技術資策會、5G小型專網應用之環境實測、RIC X APP軟體技術工研院有專屬導師進行現場輔導之外，其他線上參與工作坊的團隊也都透過網路進行線上會議，大家也都紛紛把握專家諮詢的機會，全力投入後續的成果評選，相信屆時我們一定會看到許多讓人眼睛一亮的 5G 相關應用案例！
圖：工作坊現場的討論盛況。
圖：活動後的現場大合照。
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【十分鐘看懂】淺談5G NR RAN CU-DU分離 (中)
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在上篇中我們簡介了5G RAN CU-DU分離的探討緣起，以及CU-DU分離的各種選項，目前3GPP標準採用的Option 2方案為屬於Higher-layer split的方案，本篇就Higher-layer split的CU-DU分離進行相關探討。
在上篇我們介紹了依RAN的協議堆疊(Protocol Stack)探討功能切分(Functional Split)的8種選項，其中Option 1~Option 5又可歸類為是Higher-layer split，相較於Lower-layer split的選項，Higher-layer split的方案下CU-DU之間可以允許包括傳輸頻寬、延遲等較寬鬆的傳輸網路，然而於CU端資源共享(Resouece pooling)的程度也較低，從文獻[1]中所述，長期來看恐怕運營成本較高。
以下就Higher-layer split的方案分別介紹：
Option 1 - RRC/PDCP split：此選項近似於DC 1A split的架構，RRC為置於CU，PDCP以下皆置於DU，也就是說整個U-plane(用戶平面)置於DU。
Option 2 - PDCP/RLC split：此選項近似於DC 3A split的架構，因此除能延伸支援LTE/NR之間的資料聚合以外，標準訂定也相對容易。
Option 3 - High RLC/Low RLC Split：此選項中將RLC layer切分成High-RLC sublayer與Low-RLC sublayer，又可細分成兩種切分方式，其中在Option 3-1中，Low-RLC主要帶有分割(Segmentation)功能：其餘包括ARQ[註1]以及其於RLC功能置於High-RLC，以獲得集中化的增益。Option 3-2則是將RLC以傳輸及接收功能來拆分，RLC中下行傳輸功能置於Low-RLC，而上行接收功能至於High-RLC。
Option 4 – RLC-MAC split：此選項中切分點位於RLC/MAC層之間，然而從[3]中顯示此選項目前來看並未有太大好處。
Option 5 – intra MAC split：此選項中將MAC layer切分成High-MAC sublayer與Low-MAC sublayer，前者主要處理集中化排程，並可支援處理細胞間的干擾協作；而後者主要包括對於時間延遲敏感及無線電相關的功能，例如HARQ、來自PHY層的通道量測上報，以及用戶的狀態統計上報等等。此方式下雖然細胞間的干擾協作以及排程技術有望增強，然而也增加了CU-DU之間介面的複雜度。
圖、Higher-layer split options
本篇中簡介了3GPP中Higher layer split的CU-DU分離選項，綜合各方面考量下，如同上篇中所述，最終標準採用了Option 2，PDCP-RLC的切分方式，至於Lower-layer split的切分方案，將於下篇中說明。
[註1]: Automatic Repeat Request, ARQ.
參考資料：
[1] New Transport Network Architectures for 5G RAN, Fujitsu
[2] General Architecture of Centralized Unit and Distributed Unit for New Radio, ZTE COMMUNICATIONS
[3] 3GPP TR 38.801 (Rel. 14) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on new radio access technology: Radio access architecture and interfaces
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1447。
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強化 5G 通訊弱點，SEMPRE 推出「軍事級」加密與抗電磁脈衝能力的 5G 信號塔技術！
（圖片來源：National Defense）
隨著 5G 基礎建設的持續完備，有愈來愈多國家都已經有商業化服務，緊接而來的 5G 專網也被認為是下一波的產業革命，對於現有的製造業、醫療、急難救助甚至是軍事國防都有極大的影響。其中對於企業或軍事單位來說，5G 通訊固然帶來更高速傳輸、低延遲與強大的連結能力，但在資料傳輸的過程中是否安全，以及設施本身的可靠性是否能滿足各種不同的狀況，也是倍受關注的重點。
而美國一間位於華盛頓特區的數位基礎建設公司 Secure Electromagnetic Pulse Resistant Edge（SEMPRE）近期宣佈全新開放了具備加密安全的 5G 訊號塔，可為軍事通訊帶來兼具速度與安全性的支援。SEMPRE 公司的執行長羅伯特．斯伯丁本身就是美國退役空軍準將，也因此深知軍方對於數位基礎建設的重視，而 SEMPRE 的信號塔也正是為此而生。
圖：SEMPRE 5G 信號塔。
SEMPRE 認為，儘管 5G 規格提供速度、可靠性與便利性，但目前仍有太多可被「攻破」的弱點，其中之一就是會對電子設備產生破壞並造成無法運行的「電磁脈衝（EMP）」，除了軍事用途已有相關的攻擊武器，自然現象中的太陽耀斑也會引發地磁擾動而釋放 EMP，另外在戰事爆發時核武器在大氣層高度引爆時，也同時會出現 EMP 可能造成 5G 訊號塔剛停擺；像是在 2020 年，美國田納西州的納什維爾就曾發生過因為爆炸意外而導致當地的行動通信大受影響，讓相關網路服務陷入停擺，而這樣的狀況也可能發生在恐怖事件或軍事衝突上，若 5G 信號塔完全沒有任何保護，後果可能不堪設想。
圖：SEMPRE 5G 信號塔更高規格的安全性與加密能力，更能符合政府與軍事單位的高安全要求標準！
相較於傳統的信號塔，SEMPRE 的系統採用了「虛擬化」核心，也就是單獨一座塔即使被破壞，整體的通信也不受影響，而主要原因在於每一座信號塔上都有一個功能核心，能夠獨立運行。此外，SEMPRE 的信號塔也提供低延遲的傳輸能力，可以處理軍方機器學習和人工智慧技術生成的大數據，而這也能配合像美國五角大廈整合的全域指揮控制概念，讓軍事上的決策佈局都能透過即時數據分析來完成。
此外，SEMPRE 也能與現有的蜂窩式基站相互搭配，業者無需花費大錢完美投資全新設備，就能與現有的硬體整合，而且即插即用。
相關連結：
5G Tower Designed to Protect Battlefield Communications
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2021 Opensignal 5G 全球行動網體驗報告出爐！下載、上傳、影音體驗台灣 NO.1！
全球行動網路調查機構 Opensignal 在 9/20 正式公開「2021 全球 5G 行動網路體驗」報告，統計 2021 上半年全球電信商提供 5G 服務的實際體驗排名，評選的項目包括 5G 可用性、5G 下載、5G 上傳、5G 遊戲體驗與 5G 影音體驗等五大項目，全球共有 106 間電信公司競逐獎項。
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告中的評選項目與入圍、得獎名單。
其中有三個項目的優勝者由台灣電信廠商位列，包括 5G 下載速度、5G 上傳速度皆由遠傳電信獨贏，而 5G 影音體驗則由遠傳電信、中華電信與荷蘭的 T-Mobile 三者並列優勝，由此可見台灣在 5G 發展上真正做到「後發先制」！
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 下載速度評比項目
在評選中的「5G 下載速度」項目中，全球電信的平均速度為 175.3 Mbps，奪冠的遠傳電信獲得 447.8 Mbps 的成績，優於平均 2.55 倍之多，第二名的韓國 SK Telecom 則獲得 417.6 Mbps ，另外第三名的中華電信也有 391.3 Mbps 的成績，皆優於平均 2 倍以上！
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 上傳速度評比項目
另外在「5G 上傳速度」的項目，全球電信的平均速度為 21.8 Mbps ，同樣在此項目奪冠的遠傳電信獲得三倍以上的 66 Mbps 成績，第二名中華電信則為 58.6 Mbps、優於平均 2.68 Mbps，第三名為瑞士 Sunrise 的 43 Mbps，約為平均值的 2 倍。
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 影音體驗評比項目
在 5G 影音體驗方面，由三家電信商並列第一，分別為台灣中華電信的 85 分、遠傳電信的 84.8 分與荷蘭 T-Mobile 的 84.4 分，略優於全球平均的 78.7 分。
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 遊戲體驗評比項目
在其他評選項目方面，在「5G 可用性」項目，由美國的 T-Mobile 與科威特的 STC 分別以 35.7 與 33.6 分並列第一，台灣有上榜的分別為台灣大哥大的 24.6 分與遠傳電信的 21.9 分，優於全球平均 11.2分達 2 至 3 倍之多。另外在 5G 遊戲體驗方面，韓國的 KT、Sk telecom 、LG U+ 與荷蘭的 T-Mobile、KPN、新加坡的 Singtel、愛爾蘭的 Vodafone 並列第一，平均分數皆在 89 分以上，優於全球平均的 76.7 分，至於台灣有上榜的分別為遠傳電信的 88.5 分與中華電信 85.7 分，與其他贏家的差距並不大。
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 可用性評比項目
另外 Opensignal 也做了 5G 網路與 4G 網路的速度對比，其中下載速度的項目，遠傳電信則是以 506.9% 位列第一，中華電信的 482.9% 則為第二名。其他台灣電信品牌有台灣之星的 190% 位列第十一名，台灣大哥大的 148% 位列第二十名，比全球平均的 116.9%，台灣電信商的成績可說是位於前段班。另外上傳速度的項目，全球第一為泰國的 AIS ，獲得 1,775.2% 的成績，第二名為日本的 Rauen（樂天）的 1,560.5%，第三名為沙烏地阿拉伯 Zain 的 1,560.2%，皆優於全球平均的 438.2%，至於台灣電信公司有上榜的分別為第四名遠傳電信的 1,198%、第十名中華電信的 764.1%，第二十四名台灣之星的 499.1%。
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 網路與 4G 網路下載速度對比
圖：Opensignal 2021 全球 5G 行動網路體驗報告－5G 網路與 4G 網路上傳速度對比
相關連結：
5G GLOBAL MOBILE NETWORK EXPERIENCE AWARDS 2021 Report Report | Opensignal
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【十分鐘看懂】淺談5G NR RAN CU-DU分離 (上)
本文歡迎連結！為尊重智慧財產，引用請註明出處。
從4G演進到5G時，相信大家也會聽到關於5G將對於基地台的架構做改造，其中CU-DU分離也是常被提到的一個詞，本篇將淺談CU-DU分離的概念，以及在3GPP中對於CU-DU分離架構的探討。
首先在4G LTE時代其實也有發展出類似於CU-DU的分離架構，例如在C-RAN(Centralized-RAN)架構中，可以BBU(Baseband Unit)作為集中單元(CU, Central Unit)，而無線電射頻部分則作為分散單元(DU, Distributed Unit)，藉由集中單元的處理，可達成細胞之間的協作而增進效能，然而此架構下的缺點在於CU與DU之間的前傳(Fronthaul)延遲以及頻寬需求極高，且在NR大頻寬以及更進階多天線技術的引入下，前傳的頻寬需求將會急遽的成長。
為此，多家公司也開始探討針對NR RAN架構作不同CU-DU分離的切分方式，主要將依RAN的協議堆疊(Protocol Stack)探討功能切分(Functional Split)，主要可分成8種切分選項，如圖一所示。
圖一、Functional Split between CU-DU
在這8種切分選項中Option 1~Option 5被視為是Higher-layer split，Option 6~Option 8則被歸類為Lower-layer split，各個切分選項各有各的優缺點，且還需考量介面標準化的可行性，最終3GPP標準中採用Option 2，PDCP-RLC的切法，針對此選項的CU與DU之間也制定了稱為F1的標準介面。另外如同第一段所提及，Option 8已可實現，基本上在3GPP中無須對此選項標準化。
>本篇中簡介了3GPP中對於CU-DU分離架構的探討，最終標準採用了PDCP-RLC的切分方式，此方式屬於Higher-layer split，關於Higher-layer split相關選項的探討，將會於下篇中說明。
參考資料:
[1] 5G Radio Access Networks Standardization Trands, NTT DOCOMO Technical Journal Vol. 19 No. 3 (Jan. 2018)
[2] General Architecture of Centralized Unit and Distributed Unit for New Radio, ZTE COMMUNICATIONS
[3] 3GPP TR 38.801 (Rel. 14) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on new radio access technology: Radio access architecture and interfaces
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1436。
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5G 如何協助醫療服務快速數位化？三個可行方案將帶來革新！
（圖片來源：Health Tech Magazine）
5G 行動網路經過兩年的發展之後，已經在全球多個國家的城市中心與人口密集區站穩腳步，隨著基礎建設的普及與使用者數量提升，慢慢也將取代 4G 成為主流行動通訊標準，並將影響許多現有的產業發展，而「醫療」相關應用也被認為是 5G 世代來臨後，能夠帶來大幅度升級的一個業別。
根據國外醫療新聞媒體 Health Tech Magazine 的報導指出，5G 對於醫療服務應用的價值提升，有三個可行方案將帶創新：
1.提升虛擬照護的投資，讓法規完善
近兩年的全球疫情造成醫療單位的龐大負擔，過去實體看診的方式也大幅增加接觸染疫的風險，也因此有不少大型醫院已經開始導入遠距醫療的解決方案。根據麥肯錫的研發數據指出，2020 年 4 月份遠程醫療的使用率是 2020 年 2 月時的 78 倍之多，時至 2021 年 2 月也維持 38 倍的使用量，也因為使用量大增，造成許多地區行動網路的負載壓力大大提升，而較舊的技術也難以滿足現今的需求，也正因如此，5G 的出現解決了網路負載的問題，讓患者可以更穩定地透過視訊與遠端的醫生、護士與專案進行看診。
（圖片來源：麥肯錫）
此外，數位化的急難救助體系也愈來愈成熟，讓虛擬照護成為一項新興解決方案，不僅能省去龐大成本，對於患者來說使用上也更方便，不需要出門，透過手機或電腦就能獲得醫療服務，也因此在這一方面的發展投資需要進一步被重視，相關法規的修訂也需要跟上現況。
（圖片來源：麥肯錫）
2.完整數位化的醫療記錄體系，發揮 5G 高速優勢
過去的醫療記錄多半以實體方式呈現，包括紙本的病歷表、X 光或其他檢驗結果的圖像等，不過隨著醫療數位化也讓紙本資料被數位資料取代，不過相關資料的存放與處理也勢必耗費大量資源，尤其是數位醫療的記錄也較難在透過一般網路在設備之間高效率傳輸，不過 5G 時代提供了更大的傳輸頻率、更低的傳輸延遲，同時也能允許大量設備同時連網，因此更能同步完成大量數據的彙整與分享，過去的數位化瓶頸也不復存在，甚至能做到即時數據瀏覽。
3.建立自動化整合系統
透過許多新科技，讓過去仰賴人力進行檢查、監控的醫療保健系統得以透過各式穿戴裝置、行動裝置與物聯網設備來取代，而 5G 的出現也讓這樣的網路整合體系可以形成自動化數據蒐集與傳輸的自動化系統，而設備完全連網的狀態也讓護理人員可以不受地點限制，隨時查看患者的身體狀況，甚至能搭配人工智慧與機器學習系統來獲取即時訊息，甚至能透過數據的判讀即時警示，或是快速調閱患者的護理說明與用藥須知等資訊。
而醫療自動化的整合也意味著醫護人員的人力負擔可以獲得紓解，讓工作過勞的情況得以大幅改善。
相關連結：
3 Ways Healthcare Systems Can Make the Most out of 5G Capabilities | HealthTech Magazine
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開發 CBRS 公眾寬頻無線電頻段～愛立信與高通攜手完成 5G NR 通話測試！
（圖片來源：愛立信）
愛立信與高通在9月初共同宣佈，他們在最近成功完成了第一個基於 CBRS（公眾寬頻無線電頻段）頻譜的 5G NR 通話實驗，而這也是業內一項重大成就，未來 5G NR 與 CBRS 的整合，將為企業與垂直產業提供更廣泛的應用，也能支援 5G 專網的普及，進一步推動工業 4.0 的進化。
在美國 CBRS 配置了 3.55 GHz 至 3.7 GHz 的頻段，也是 5G 中擁有 150 MHz 頻寬的中段頻譜，兼具長距離傳輸與大量連續頻寬，在台灣與全球其他國家也都是電信商競逐的主要頻段，不過在美國並未採用競標模式，而是允許電信業者共享，因此被命名為「公眾寬頻無線電頻段」。
圖：CBRS 三層式架構（圖片來源：Lanner）
也因為泛用性高，CBRS 也成為 5G 創新的催化劑，並進一步將行動通訊的應用擴展至美國的增強型行動寬頻（eMBB）之外，並結合優先訪問許可證（PAL）的商業推廣，讓目前以 4G LTE 為基礎的 CBRS 網路部署訊速發展，目前美國全國也已經有數千個站點，並支援無線接入（FWA）、密集化行動網路與專用蜂窩網路等使用案例。
隨著 CBRS 頻段中 5G NR 網路設備的推出，對於私人專網的效能也有所提升，包括資料吞吐量更高、延遲更低與更高的可靠性與更密集的結接能力，因此非常適合用在行動機器人、網路製造設施等高階應用，並進一步強化工業生產領域的應用。此外，透過載波聚合整合 CBRS 與其他已許可的頻譜（例如 C 頻段），也進一步提供了更大的網路容量與強化用戶體驗。
圖：CBRS 網路的佈建進程（圖片來源：connectivity technology blog）
此次愛立信與高通完成 CBRS 上的 5G NR 通話實驗，透過愛立信 5G 分佈式創新網路與高通驍龍 888 5G 行動平台和驍龍 X60 5G 數據機所整合的智慧型手機設備來進行，並實測了獨立 5G 網路配置與多場景的實測，包括頻帶內、頻帶間的行動性與載波聚合、低頻段之間的移動切換等項目。而實驗的成功也進一步實現產業對於室內蜂窩網路部署實現低延遲、可靠性與大量物聯網設備的連結需求，尤其在開發潛力極高的 CBRS 共享頻段上的實測，也將為後續的 5G 創新舖路。
相關連結：
Ericsson and Qualcomm achieve first 5G NR call on CBRS spectrum
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【十分鐘看懂】戶外高密度網路佈建方案(下)
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瑞士電信提出一種整合人孔蓋之天線設計架構，並實際導入現存場域進行可行性評估，此創新性佈建技術被證實在多細胞網路建置上，可有效限縮涵蓋半徑與降低鄰細胞干擾，並解決業者在網路擴容上有覓點不易之困境。
根據上一篇技術專欄所提及網路設備結合人孔蓋之佈建案例分享，本專欄將進一步說明架構可行性與驗證結果。瑞士電信提出一種多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)之天線結構，並且探討天線上方人孔蓋材質對天線效能之影響與優化方法，同時整合基站設備進行完整的系統效能測試，最後也進一步導入商網提供網路服務。
文獻中提及一款4×4 MIMO超寬頻並整合人孔蓋之天線結構，可參照圖一所示，其中每個天線埠為單一垂直線性極化，該架構類似Vivalda天線型式，最後再將天線放置於碗型反射面上，以達到寬頻、高輻射效率與指向性場型之功效。
圖一、結合人孔蓋之天線設計架構
如圖二所示為人孔蓋之外觀與實際佈建於人行道之案例說明，由於本應用提出一個特定指向性天線輻射場型，由下朝天空覆蓋，可避免當天線安裝於高處往地面覆蓋時，地面的反射容易造成訊號深度衰落(Deep Fading)。利用兩個同頻Small Cell設備，並發射連續波訊號，在兩個Small Cell間使用工模手機進行系統效能測試。結果顯示本架構在SINR表現上優於使用全向性天線放置於地面上與放置高於地面3m處兩種情境。
由於兩個鄰近細胞相距250m，因此，當UE端走到125m處(兩細胞之交界)，其SINR為0dB，此表示在服務細胞邊緣與鄰近干擾細胞之功率位準幾乎相同。另外，也分析到若將等向性天線放置於高處，會因不同的反射特性造成不同程度之訊號衰落，甚至在特定距離內，訊號完全消失，已落於背景雜訊中，這表示若在此區域內的終端欲得到網路服務，將會頻繁的換手(Hand-over)，影響使用者體驗。
圖二、人孔蓋之外觀與實際佈建於人行道之案
另外，本天線架構具有垂直面指向性輻射場型，當使用者在水平面走動時，所接收的RSRP功率值除了包括Path Loss外，也加入水平面場型增益快速消減之貢獻。因此，收到的功率位準比全向性天線放在地面上，更易限縮涵蓋範圍，因當使用者遠離該服務細胞時，會再透過另外一個較佳SINR的細胞換手切換，達到每個涵蓋細胞之平均用戶數所期望之傳輸吞吐量配置。
參考資料：
[1] Nima Jamaly, Pavle Belanovic, Damiano Scanferla, Hugo Lehmann, and Carine Genoud, ”Ultrawideband In-Ground Multiport Antenna for Small Cell Applications”,IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 2017.
[2] Nima Jamaly, Pavle Belanovic, Damiano Scanferla, Hugo Lehmann, and Carine Genoud, ”Ultrawideband In-Ground Multiport Antenna for Small Cell Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 2017.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1427。
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5G 需求增長，解決基站建設位置的取得也成為一門生意！
無線基站建設（圖片來源：Techcrunch）
5G 網路的相關建設目前仍在全球各地如火如荼的進行著，而大部份已開發國家都已完成大規模部署，不過對於 5G 的發展影響甚鉅，莫過於如何穩定擴增訊號蓋的範圍，尤其 5G 技術所使用的頻譜要遠多於 4G，因此電信商需要安裝更多倍數的無線基站，才能提供用戶所期望的使用品質。
不過，安裝行動基站並不是一件簡單的任務，電信商除了要依據訊號覆蓋的狀況找到正確的地點，同時也要確保該地點能有接入電源與網路纜線，同時也需要與當地業主協商使用該地點的費用與租約，通常一約就需要簽定十年或更長時間，而這些過程也將成為電信營運商持續不斷的挑戰。
Sitenna 平台所提供了視覺化介面服務。
也正因為電信商有取得基站建設位置的需求，因此市面上也出現像是 Siteenna 這樣的媒合平台，為電信營運商與產權所有人之間完成快速的協議。而 Siteena 在 Y Combinator 2021 夏季活動中首度亮相，主要就是滿足電信商快速完成基站安裝點位置、當地房東或是信號塔運營商之間的溝通，滿足 5G 建設的高效率。
早在川普擔任美國總統的時期，政府就已經開始研究 5G 基站快速安裝的挑戰，而這也是 FCC 當時的首要任務，為滿足電信商的需求，也啟動了「5G FAST 計劃」，進一步讓電信訊號塔的建設法規可以鬆綁。而 Siteenna 的創辦人丹尼爾．坎皮恩與布萊恩．賽克斯頓也因為這項計劃看到市場機會，在過去一年間就完成 Siteenna 平台的建置，一方面協助擁有建設地點的業主確認是否值得投入電信業租用市場，另一方面也透過數位化的方式來協助合約的簽定。
Siteenna 平台的服務架構。
而 Siteenna 也在今年 6 月在英國推出服務，目前該平台也在英國擁有 65,000 個左右的基站房地產資訊，以及全國 15% 左右的信號塔資源，目前也與英國的電信商 Vodafone 啟動了測試合作，而 Siteenna 也打算在明年第一季投入美國市場。
Siteenna 用了許多新創公司相同的 B2B SaaS 服務來擴大市場，並建立了完整的數位化流程，而 5G 時代的來臨也讓無線基站的建置有極大的市場潛力，再加上無線基站本身也需要更新，或是原有的建築物會面臨改建等因素，可預期這一行業在未來幾年之內仍將持續成長。
相關連結：
As 5G demand grows, Sitenna helps telcos find more cell tower locations, faster | TechCrunch
Sitenna 官方網站
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澳洲政府 5G 創新計劃吸引多項專案投入，包括自動消防坦克、協作機器人與自動載運車等應用！
（圖片來源：澳大利亞 5G 創新計劃官網）
為了鼓勵 5G 時代來臨之後的各類應用開發，全球各國都有相應的鼓勵方案吸引更多廠商投入創新，並試圖打造出不同於過往的全新應用，而澳洲政府也在去年底宣佈將推出總額近 4 億新台幣的 5G 創新計劃，希望能在基礎建設、交通、區域發展與通信等領域帶來更多新的 5G 應用，而近期也公佈了獲獎名單，總計有多達 19 個專案受到青睞。
圖：萊茵金屬防禦的自動消防坦克。
其中最為吸引眼球的就是來自於「萊茵金屬防禦（Rheinmetall Defense）」這間公司所打造的「自動消防坦克」專案，獲得了 150 萬澳元（折合新台幣約 3,000 萬元）的獎助金，而這款無人車輛設備可以透過低頻段的 5G 訊號進行高速率的遙控操作，用以在特殊地形進行救援、現場清理或是消防任務，相較於過往使用人員進行任務會更為安全且更有效率。
而未來自動消防坦克也計劃朝向「擴展車輛遙控」範圍為目標，同時將採用 5G 訊號並搭配無人機作為行動基站，進一步讓可操控的距離延伸，也能進一步增加實際使用的便利性，對於需要進入到山區地形、深入較危險的區域有更大幫助。
（圖片來源：澳大利亞 5G 創新計劃官網）
除了遙控載具，此次澳洲的 5G 創新計劃也獲得了其他自動化機器人開發的項目，其中之一就來自於知名的通訊品牌諾基亞，透過「國家 5G 工業孵化實驗室」獲得近 3,800 萬新台幣的補助，同時還在「協作機器人」的專案獲得約 1,800 萬新台幣資金，可說是此次獎助活動中的大贏家，而這些項目未來也將運用在鐵路安全、機場態勢感知與電源電壓過載監控等領域應用，而 5G 與自動化機器人的協作也展示了將感測器數據密集處理並高速傳輸至雲端邊緣主機平台上，並進一步控制機器人與週圍環境或人類進行互動。
圖：HMI Technologies 的「自動穿稄車（ASV）」。
另外澳洲的系統營運商 Optus Networks 也在無人機與車輛智慧監控關鍵電力基礎設施方面獲得近 1,300 萬新台幣的獎金，而總部在澳洲與紐西蘭的運輸公司 HMI Technologies 也以「自動穿稄車（ASV）」的自動化安全運載車項目獲得約 2,800 萬新台幣的獎金，未來也將為銀髮族與行動不變人士提供更優質的交通服務。
澳洲的 5G 創新計劃重點放在農業、建築、製造、運輸與教育等重要經濟部門的專案提供獎助，目前第一期計劃已完成，第二、三輪計劃將於 2022 年與 2023 年推出。
相關連結：
Remote-Control Firefighting Tank, Other Projects Receive Millions in 5G Grants - ExtremeTech
The Australian 5G Innovation Initiative | Department of Infrastructure, Transport, Regional Development and Communications
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【十分鐘看懂】戶外高密度網路佈建方案(上)
本文歡迎連結！為尊重智慧財產，引用請註明出處。
在戶外熱區場域，常會有高容量與高密度網路佈建需求，特別是在跨年活動或大型戶外演場會等，電信業者會在此區域擴充網路容量來緩解網路壅塞情況，因此，為了降低涵蓋重疊干擾，有必要透過網路佈建技術來解決。
關於室外高容量/高密度場域，在國外有業者將天線與基站設備導入現存人行道之人孔蓋內。英國Virgin Media於2015年，在小鎮Chesham上推行一項名為「Smart Pavement」的專案。
如圖所示，該業者將無線網路相關設備安裝到人孔蓋底部，連接用的光纖電纜也藏在地下水道中，整套系統都能夠利用地下水道的空間來完成，並不需要重新開挖新管道或新建設施。這項計畫為當地21000人提供公共地區的無線網路服務，傳輸速率最高可達166Mbps。除了讓民眾享有此服務外，也為當地的商家或部分建築因為過於老舊，無法安裝光纖網路之商場或連鎖店提供了接入網路的機會。他們展示了一種普及無線網路的全新方式，後續也有相關文獻探討如何將行動網路之天線與地面人孔蓋整合設計，以達到良好的涵蓋品質。
圖、無線網路設備整合地面人孔蓋實例
此類的佈建技術非常適合戶外高密度網路應用，由於基站與使用者設備(UE)的接取距離短，涵蓋重疊區已遠離UE端，因此，UE可以在自身的接取細胞內獲得較佳的服務品質(Quality of Service, QoS)。若天線場型具備指向性朝上方，更能限縮細胞涵蓋半徑，在壅塞的網路流量能有效達到訊務分流，因此，在服務細胞內之終端都能達到良好的使用者體驗(Quality of Experience, QoE)。
此創新性的網路佈建技術相信未來將會有更多國家的網路服務供應商效仿此應用實務。然而，將天線與通訊設備安裝於人孔蓋內，為避免人孔蓋阻擋訊號傳播而不能採用金屬材質，所以對於人孔蓋材質的選用需進而考量機械抗壓強度，以抵抗行人或車輛穿過之衝擊，但在選擇上也不能對天線效能造成太大影響。因此，對天線開發者而言仍有其挑戰性，端看最終的效能與應用便利性做適當的取捨。下一篇技術專欄將持續分享電信運營商實際的導入現況與相關效能測試結果。
參考資料：
[1] Virgin Media Trials FREE 166Mbps WiFi Under Pavements in Chesham, 2015, [Online]. Available: https://www.ispreview.co.uk/index.php/2015/10/virgin-media-trials-free-166mbps-wifi-under-pavements-in-chesham.html
[2] Nima Jamaly, Pavle Belanovic, Damiano Scanferla, Hugo Lehmann, and Carine Genoud, ”Ultrawideband In-Ground Multiport Antenna for Small Cell Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 2017.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1417。
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Ligado 與 Mavenir 合作打造 5G 衛星物聯網路架構！
來自美國的衛星通信公司 Ligado Networks 與通信軟體公司 Mavenir 在今年攜手合作打造應用於物聯網連結為主要訴求的 5G 行動衛星網路，目前計劃已在進行中，並預計將在 2022 年可以展開實測。
而近期雙方的合作在 6 月份也確立將致力於相容開放式無線接入網路（RAN）的遠端無線電元件，並將打造與 Ligado 的 L 頻段相容的雲原生 Open RAN 應用，而 Mavenir 也將提供完整的雲原生解決方案，主要提供給 5G 行動網路核心、物聯網與開放 vRAN 使用。
Mavenir 認為與 Ligado 的合作能讓雙方的生態系統相互整合並提供企業部署的便利性，同時也讓 5G 蜂窩通訊服務得已透過非地面網路進行，帶來新的創新，而雙方打造的 Open RAN 產品組合也能同時滿足地面與非地面網路與未來共存發展的需求。
Ligado 也提到，衛星網路將足以支援數以萬計的行動裝置，為企業提供關鍵的「機器對機器」通信，提供包括農業、能源業等需要大量物聯網裝置連結的企業客戶，提供獨立的衛星或多層式連結解析方案。
此外，Ligado 與 Mavenir 的合作也將為 5G 行動專網解決方案增加「擴展覆蓋與增加網路空間」的功能，讓企業用戶能更好地拓展業務。Ligado 認為，無處不在的網路覆蓋和連結的可靠性，對於關鍵設備通訊尤其重要，而雙方打造的 5G 衛星物聯網路，正是確保企業所有設備持續穩定在線，且能帶來更好的數據管理工具。
Ligado 擁有 1600 MHz L 波段的頻譜，並持續爭取頻譜的使用權利，並計劃將基於 3GPP 標準的技術應用在衛星通訊上，讓網路能夠支援使用低成本晶片組的設備，並能讓設備同步支援地面物聯網網路。Ligado 也提到，L 波段與 3 GHz 範圍內的頻段組合將有更大的潛力，相較於 1 - 2 GHz 頻段，3 GHz 的覆蓋較為不足，但將 3 GHz 用於下行鏈路並整合 1 - 2 GHz 作為上行鏈路將可能打造類似「AWS 頻譜」的通道組合；此外，他們也持續研究不同頻段的整合，包括 C 頻段、2.5 GHz 與 3.5 GHz等，力求將每一個頻譜運用到極致。
相關連結：
Ligado inks deal with Mavenir for 5G base stations | FierceWireless
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美國無人機競速聯盟與 T-Mobile 合作打造首個 5G 支援賽事，將帶來更身歷其境的飆速體驗！
圖：無人機競速聯盟（DRL）將與 T-Mobile 合作打造首個 5G 支援的無人機飛行競速賽事。
在東京奧運期間，可以看到許多因為 5G 技術而發展出來的全新轉播方式，而這些獨特的應用未來也將持續帶來更多賽事新體驗，而近期美國的「無人機競速聯盟（DRL）」就宣佈將與知名電信公司 T-Mobile 合作，透過 5G 技術帶來首個無人機競速賽事，並選在美國愛荷華洲的 MLB Field of Dreams 作為比賽場地。
之所以會需要 5G 支援無人機競速比賽，主要的目的在於讓觀眾可以更「身歷其境」，透過高畫質傳送第一人稱視角的鏡頭就需要更穩定的頻寬與連結，而這樣的合作也來自於 DRL 與 MLB 的共同夥伴 T-Mobile，除了在愛荷華洲的一處玉米田中打造的場地比賽，未來 DRL 也計劃在紐約洋基隊和芝加哥白襪隊的比賽中讓支援 5G 的無人機首度亮相。
圖：DRL 官方網站。
DRL 的總裁雷切爾·雅各布森在接受采訪時提到，無人機技術可以讓運動轉播變得更快節奏且技術層面更高，未來除了 MLB ，無人機也將可望為 NFL 超級盃或 NBA 總決賽等賽事帶來更好的轉播效果。
透過 5G 支援的新型無人機，將重新定義體育娛樂，相較於一般固定式的攝影機，無人機具備第一人稱視角在內的雙鏡頭配置，並可透過高解析度串流技術來進行現場拍攝，且內建大容量鋰電池也將延長飛行時間，甚至讓飛行的推力超過 2,400 公克，以每小時速度超過 90 公里的情況下，拍攝長達 1.6 公里距離的內容，而下一階段的開發也將透過 5G 模組連結無人機的指揮與控制系統，達到更完美的飛行能力。
圖：DRL 所採用的競速型無人機，飛行速度更快，也提供更身歷其境的第一人稱視角（圖片來源：techcruch）。
T-Mobile 技術總裁 Neville Ray 認為，無人機會是展示 5G 技術最好的案例類型之一，而 T-Mobile 也正在努力實現所有無人機最終的目標－與 5G 網路緊密整合，而這也是他們與 DRL 合作推動創新的主要原因，也能透過這樣的案例合作，讓具有創新思維的執行者，可以重新建構不同行業現有的使用者體驗，除了體育賽事轉播，未來無人機也將普遍應用在災難救援、包裹遞送等領域。
相關連結：
DRL, T-Mobile Debut 5G Drone at MLB’s Field of Dreams Game – Sportico.com
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【十分鐘看懂】室內高密度小細胞網路佈建解決方案
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在行動網路佈建議題上，高訊務流量需求已漸漸從戶外走向室內場域，特別是大型演場會或體育館，使用者會同時進行大量網路接取服務；愛立信網路設備商發展室內無線點系統，有助於解決室內網路擴容問題。
低功率小細胞基地台佈建在快速成長的行動數據流量與網路覆蓋等應用需求中，已逐漸被網路運營商與設備商廣泛視為最具經濟效益的方法之一。特別在高容量與高密度網路佈建場域，如何有效限縮細胞涵蓋範圍，以確保服務細胞內有較佳的上下行鏈路品質，達到網路擴容與降低細胞間干擾之目的。
然而，若僅透過調整設備發射功率來限縮訊號涵蓋，會造成訊號與雜訊功率位準同時調降，對整體SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)並無助益。因此，需有賴於透過天線場型來區隔細胞間涵蓋範圍，以提升RF在空間維度的接取效能，達到頻率重用之目的，並進一步實現頻譜效率最大化。除了在都會區有網路擴容需求外，在室內場域如大型運動場館或會議中心亦有導入小細胞網路之必要性。
圖一、室內網路涵蓋應用之無線點系統解決方案(Ericsson Co., Ltd.)
如圖一所示為網路設備商Ericsson愛立信提出應用於室內場域之分散式主動式天線系統，該無線點系統(Radio Dot)屬於小型基地台解決方案。一組無線點系統可以提供多家電信營運商共用，同時兼具室內網路覆蓋率及擴增容量等優點，目前愛立信也針對建築大樓內提供5G無線點系統產品方案，以進一步提升室內5G訊號品質。
圖二、愛立信網路設備商提出運動場館之分散式天線系統解決方案
如圖二所示為將此無線點系統佈建於室內運動場館之案例，將低功率小型無線點系統放置於使用者座位下方。由於基站設備緊鄰UE端，因此，在RF接取鏈路上存在有較高的訊雜比，且可透過座椅與人體穿透損失亦或調降發射功率來縮小細胞服務範圍。這樣的佈建概念也打破傳統上基站設備需架設在高於使用者位置處，涵蓋範圍更大的使用者，以得到良好的覆蓋率。
對於語音及低流量網路應用服務而言，仍可透過無線點系統來延伸單一細胞下之訊號涵蓋應用，藉此達到具成本效益(Cost Effective)之優勢。但在室內情境，特別是大部分使用者需要有一定的傳輸品質需求，或針對高傳輸量之服務類型等，因此，網路佈建策略仍需因地制宜。
參考資料：
[1] Matthias Pätzold, “5G Unlocks Its Power for Global Mobile Connectivity”, IEEE VEHICULAR TECHNOLOGY MAGAZINE, 2020.[2] Rocío Acedo-Hernández, Matías Toril, Salvador Luna-Ramírez, Carlos Úbeda, María Josefa Vera, “Automatic clustering algorithms for indoor site selection in LTE”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2016.[3] Accelerate 5G indoors, [Online]. Available: https://www.ericsson.com/en/networks/offerings/5g/5g-supreme-indoor-coverage.[4] Radio Dot System, [Online].Available: https://www.ericsson.com/en/portfolio/networks/ericsson-radio-system/radio/indoor/radio-dot-system.[5] Connected Stadiums, [Online]. Available: https://www.ericsson.com/en/networks/offerings/urban-wireless/connected-stadium
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1408。
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愛立信與聯發科合作，495 Mbps 上傳速度創下毫米波新紀錄！
一直以來，網路應用的需求都是「下載」高於「上傳」，除了一般上網之外，近幾年已成為行動通訊應用主力的串流影音更是需要下載的大頻寬，不過因為近兩年新冠肺炎疫情讓許多人只能居家辦公或學習，相對更凸顯上傳頻寬速度的重要性。
也正因如此，在 5G 時代除了下載速度之外，上傳速度的提升也成為技術提升的重點之一，而近期通訊硬體品牌愛立信與行動晶片廠商聯發科攜手合作，在 6 月份進行了 mmWave 毫米波頻段的「四分量載波（4CC）」上行鏈路聚合的實測，以峰值吞吐率 495 Mbps 的 NR 搭配 70 Mbps 速率的 LTE 為基礎，並成功達成近 500 Mbps 的上傳速度，創下 5G 上傳的新紀錄。
而這也是同類測試中首度專注於上行鏈路的載波聚合，展示了這款解決方案如何幫助通信服務提供商為上行鏈路應用（例如用戶啟動的流媒體 (AR/VR) 和內容創建）提供更高的數據速率和容量，而更快的上傳性能也表示使用者在執行視訊會議應用－像是 Skype 或 Microsoft Teams 時，能避免影音傳輸品質降低或畫面停格，也能改善 VoIP 網路電話與線上遊戲體驗。
圖：Ericsson 的 5G 載波聚合運行架構。
而這項技術也是愛立信繼今年 4 月的「多用戶多天線（SU-MIMO）」實測之後創下的最新里程碑，當時創下的上傳速率為單一用戶 315 Mbps 的成績，比市場現行上行速度快了 15 至 20 倍。
技術細節
愛立信與聯發科使用非獨立架構（NSA）的 5G 網路，透過聯發科 M80 5G 晶片組預載商用軟體的方式，在愛立信實驗室測試 RAN 基帶 6648 與 AIR 5531 毫米波無線電，在上行鏈路中整合了四個分量載波，每個分量載波均為 100 MHz（聚合 8 x 100 MHz 下行鏈路與 4 x 100 MHz 上行鏈路），在實驗室環境中整合產生 495 Mbps 的吞吐量（5G 中的 425 Mbps 加上 4G 中的 70 Mbps），也是市場現有上行鏈路的兩倍之多。
此項測試使用了 NR 39 GHz 頻段的 400 MHz 頻寬，並與 LTE 1900 MHz 的 20MHz 頻寬進行單載波組合，並使用到 NR + LTE 的所有頻寬，實現近 500 Mbps 的吞吐量。
相關連結：
Ericsson and MediaTek achieve mmWave uplink record
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5G 未來重心在 mmWave 毫米波，但 700 MHz 的低頻仍是關鍵
（圖片來源：Pexels.com）
5G 的部署目前仍是全球範圍內的重點發展項目，雖說 5G 的未來優勢被寄望於「高頻寬、低延遲與大容量」的高頻段 mmWave 毫米波，但根據國外媒體 VERDICT 的報導指出，700 MHz 的低頻段仍然是 5G 佈署的重要關鍵。2020 年全球 5G 用戶達到 4.14 億的規模，而 GlobalDate 預計這個數字在 2021 年將增加一倍以上，尤其是中國更是佔了全球 5G 用戶的 76% 左右。
在全球各國，許多已開台 5G 的系統營運商通常會先從 3.5 GHz 範圍內的中頻段頻譜開始佈建，作為初期啟動服務的基礎，並搭配 80 MHz 至 100 MHz 的額外頻譜來補足網速，進而向消費者與企業客戶展示 5G 價值。然而，3.5 GHz 的頻譜在傳播特性上，覆蓋範圍要遠小於低頻段（低於 1GHz，例如 700 MHz），因此需要營運商建置更多的蜂窩基站數量來實現相同的涵蓋範圍，未來在使用更高頻段時，除了覆蓋範圍，電波難以穿牆也將影響室內覆蓋。
低頻段是必不可少的選項
也因為有上述狀況，行動營運商需要透過低頻段來強化 5G 的整體收訊，不過由於大多數的 900 MHz 仍被原本的 2G / 3G 服務所佔用，因此 700 MHz 將成為目前的首選，儘管中頻段相較之下網路容量較小，但隨著通訊服務從類比轉換為數位，700 MHz 的可用性將更為提升，這也使廠商有機會利用這個頻段來擴增 5G 覆蓋層。在部份國家，700 MHz 對於 5G 覆蓋範圍擴展至農村地區以降低數位落差也是至關重要，甚至在城市區也有助於克服收訊盲點。
圖：700 MHz 的細分頻帶圖（圖片來源：cse.wustle.edu）
此外，700 MHz 也是全球統一的頻段，並用於許多市場的 4G LTE 服務，而這也確保相關設備的可用性，而歐盟委員會目前也已將 700 MHz 、3.5 GHz 和 26 GHz 訂定為 5G 發展的「先峰頻段，在一開始 5G 的部署著重於都會區來實現人口覆蓋，不過在第二階段之後，營運商的目標應該也會慢慢轉移至改善郊區的覆蓋，並設法提升室內覆蓋，也因此 700 MHz 頻段更是重要。以中國為例，營運商在 2021 年 5 月已部署近 82 萬個 5G 基站，而下一個階段的覆蓋擴展就放在 700 MHz 基站，以中國移動為例，今年 3 月就宣佈將與中國廣播電視網（CBN）合作收購超過 40 萬個 700 MHz 基站，目前在 2022 年完成安裝，將覆蓋範圍擴展至全國市區、縣城與重點城鎮。
另外其他國家如日本的 KDDI、泰國的 AIS 與澳洲的 TPG 近期也宣佈將把 700 MHz 頻段運用至 5G 建置，以擴大覆蓋範圍，並提供可靠性更高的 5G 連線，對於已將 700 MHz 使用在 4G LTE 的營運商來說，透過「動態頻譜共享」也是客戶從 4G 轉移至 5G 時能更為順暢的策略。
700 MHz 頻段將至關重要
在 5G 佈建過程中，GlobalData 也建議廠商考慮以不同頻段做到「三層覆蓋」，中頻段提供「容量層」，這也是大多數城市必須的條件，也能覆蓋絕大多數 5G 用戶；至於高頻的毫米波則是適合用在小範圍、高流量的環境，像是體育場或是大型購物中心。
圖：5G 佈署的三個關鍵頻譜架構（圖片來源：blog.3g4g.co.uk）
至於較低的 700 MHz 頻段，對於填補城市區的覆蓋空白區、改善室內覆蓋的作用至關重要，由於目前通訊廣播從類比轉換為數位的過渡仍在持續中，讓 700 MHz 在部份國家的發展仍舊受到阻礙，在可能的情況下，監管機構應儘快加速頻譜遷移的速度，並適時將頻段資源重新分配給 5G 營運商，讓廠商能更有效規劃其網路投資，這對 5G 未來發展速度有極大影響。
相關連結：
The 700MHz spectrum plays a pivotal role in delivering 5G coverage
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5G 技術也將成為全球軍事國防的發展核心！預計 2025 市場規模將達新台幣 179 億！
（圖片來源：TechRadar）
對於 5G 技術，一般大家印象中的應用層面除了生活相關的服務，以及工商業製造、智慧城市等場域之外，似乎比較少會關注 5G 之於「軍事國防」領域的發展，不過根據 ResearchAndMarkets.com 最新的《2021 年全球國防市場報告》內容指出，與 5G 相關的國防相關應用市場規模已經從 2020 年的 4,962 萬美元（約 13.9 億新台幣）增長至 2021 年的 7,124 萬美元（約 19.9 億新台幣），複合年增率將近 80%，成長幅度相當驚人。
報告中也提到，軍事國防市場的 5G 技術參與者包括愛立信、華為、諾基亞、三星、NEC、泰雷茲集團、L3Harris Technologys Inc、高通、AT&T等，而 5G 技術所提供的高速、低延遲與軍事相關設備愈來愈多採用自主連結，成為對於 5G 需求的主要原因，而報告也預期至 2025 年，市場規模也將達到 6.4 億美元的規模（約 179 億新台幣），複合年成長率達 73%。
軍事國防市場中，5G 的應用包括了與軍事和國土安全單位合作的 5G 技術服務與實體營運的夥伴，以及 5G 技術與服務的後勤單位，透過 5G 技術在軍事國防的偵察、情報、監視系統與資訊處理，並進一步簡化物流系統來提高運作效率，同時啟動新的控制與指揮方法。目前 5G 在國防領域使用 300 GHz 的頻段，提供更大的傳輸頻寬，用於影片、文檔、圖像與語音數據的高速傳輸，並依戰場需求來即時創建相關數據。
（圖片來源：Businesskorea）
在硬體設備方面，已有小型蜂窩基地台、大型蜂窩基地台、無線電接入網路（RAN）、小型蜂窩基礎設施使用的無線接收器與發射器等，用於區的網路覆蓋，而大型蜂窩基地台主要功能在延伸覆蓋，提供無線電波的收訊，RAN 則將單一設備連結到核心網路與其他應用。
在軟體技術方面，目前軍事國防已應用了 5G 技術中的軟體定議網路（SDN）、霧運算（Fog Computing）、行動邊緣運算（MEC）與網路功能虛擬化（NFV），使用的網路類型也相當多元，包括增強型行動寬頻（eMBB）、超可靠低延遲通信（URLLC）與大規模機器類型通訊（MMTC）等。
（圖片來源：Jamestown）
此外，根據美國科學家聯合會（FAS）於 2020 年 11 月發表的《人工智能與國家安全》報告中指出，美國陸軍已展開各種自動化機器人戰鬥單位，包括各類型的機器戰鬥載具（RCV），負責戰場導航、情搜監控與簡易型自爆移動裝置等，以作為士兵駕駛載具的共伴單位。而美國海軍也成立快速自主整合實驗室（RAIL）來設計、評估、認證與部署新的作戰系統，透過 5G 網路提供更快的速度與頻寬來提高自治系統的效率，並應付未來連網設備的使用增加，透過 5G 獲得更好的效能。
在報告中也指出，許多軍事國防行業也正展開戰略合作，為全球各國的國防部門開發新技術，包括 5G 的新無線電（NR）與蜂窩車聯網（C-V2X）技術，未來這類技術也將成為國防市場上高需求的資源。除了美國，歐洲的義大利公司 Leonardo 也與英國電信商 O2 建立夥伴關係，以調查 5G 專網在國防和安全市場的使用情況；此外挪威軍方也正在測試 5G 相關技術，像是 5G-VINNI 專案就進行了國防領域的網路切片化架構的整合與測試，以帶來更穩定的語音與數據傳輸系統環境。
相關連結：
Global 5G in Defense Market Report 2021-2030: Focus on Small Cell, Macro Cell, RAN, SDN, FC, MEC, NFV, eMBB, URLLC, MMTC
How the 5G network could benefit the military | TechRadar
Ultra-Fast 5G Services Upgrade Military Combat Capability - Businesskorea
5G Technologies in Latvia Advance Military Capabilities and National Economy - Jamestown
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【十分鐘看懂】小細胞基站與傳統基站的差別
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近年來，手機做為現代人上網最直接的手段，透過小小的手機便能夠與整個世界接軌，從查資料到觀看影片，甚至現在人人都能夠開直播，都有賴於手機天線與基地台的貢獻，但一講到手機基地台這個話題，社會大眾總是帶著異樣眼光看待，那未來5G基地台會長甚麼樣子呢?首先，我們先從傳統大型基地台( micro base station) 說起。
現行所使用之手機網路為第四代行動通訊系統，通常頻率落在700MHz至2600MHz之間，一般而言頻率越低能夠傳送的範圍越廣，故4G基地台的覆蓋範圍約是落在1公里左右的大小，最大功率落在0.9mW/cm2，但在人群密集的場所，如跨年晚會、棒球比賽…等地點，時常會因為基地台不足以負荷眾多使用者龐大的上網需求而沒辦法使用網路服務，為了能夠負載更多人的使用需求，勢必得增加更多基地台，然而傳統基地站的體積龐大，建設成本也很巨大，必須設置於室外視野良好處，設置太多並不符合業者成本。
5G基地台為了解決上述問題，讓每位使用者得到更大頻寬提升用戶上傳下載的速率，便提出小細胞基站(small cell base station)的概念，小細胞基站體積相較於大型基地台減少許多，通訊範圍可涵蓋小至10公尺的室內空間，或大至200公尺，且基站發射功率下降許多。除了單打獨鬥，一個小細胞基站負荷許多使用者，更可以密集的布建於各種場域，令各基站的覆蓋範圍有所重疊得以互相支援，部屬方式較為靈活，讓每個人都可以順利接上基地台並上網的需求。如下圖，左為傳統大型基地台，一個基地台需要負擔許多用戶；右為小細胞基站，一個基地台僅需負擔少數用戶，且可以密集佈建。
圖、傳統大型基地台與小細胞基站之差別
參考資料
[1] ”行動網路接續費成本模型框架草案公開諮詢文件”, 國家通訊傳播委員會, 2016/8/15
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1391。
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愛立信發佈 6 月行動趨勢報告，5G 將成為普及速度最快的通訊技術，2021 年底 5G 用戶數將超過 5 億人！
知名行動通訊解決方案品牌愛立信在近期釋出了 2021 年 6 月份的行動趨勢報告，從數據中也印證了先前針對 5G 通訊成為「普及速度最快的行動通訊技術」這個預期。截至目前全球已有多達 160 家電信商推出 5G 服務，每日全球新增用戶數達 100 萬人的速度成長，其中尤其在中國、美國、韓國、日本與海灣阿拉伯國家合作理事會（GCC）等市場的 5G 用戶數遙遙領先其他國家，相較之下歐洲的起步較為緩慢。
而今年（2021）第一季，使用 5G 功能裝置的用戶增加達 7,000 萬，預計到了 2021 年底這個數據將達到 5.8 億之多，其主要原因與疫情也有相關，在疫情期間全球各地狀況皆有極大挑戰，也因此網路通訊成為重要角色，除了用戶數，網路流量的成長與各地區 5G 用戶數的整體預估不難看出 5G 的普及速度遠高於 4G。
也因為 5G 用戶數的成長幅度驚人，愛立信也預計 5G 將比 4G 提前兩年突破全球 10 億用戶大關，至於 5G 成長速度的原因主要與 4G 相比更早投入部署，尤其像是中國這樣使用人口眾多的國家在整體發展策略的推動下，多家供應商即時推動 5G 終端裝置上市，並進一步讓價格提前下降，也因此在短短兩年左右市面上就已經有多達 300 款以上的 5G 智慧型手機上市並投入商用。
除了消費市場，5G 商用網路的動態也可望因為疫情趨緩之後因經濟復甦成為關鍵動能，提供進一步發展的推動。而報告中也預估，時至 2026 年，東北亞地區將擁有全球最多的 5G 用戶數，估計高達 14 億之多，而北美與海灣阿拉伯國家合作理事會成員國也將成為 5G 用戶滲透率最高的地區，分別佔據該地區行動用戶總數的 84% 與 73%。
在台灣市場方面，5G 開台一年後，台灣整體 5G 用戶已超過 270 萬，滲透率超過 11%，相較於其他更早推出 5G 的國家，台灣的普及率進展更快，也顯示台灣 5G 發展速度位居全球前段班，這也歸功於電信營運商與政府部門對於高品質5G網路的超前部署，而先前的多項網路品質評比，台灣也位居領導地位。
5G 未來發展的三個重要觀察點
智慧型手機與影音內容推動行動數據流量成長
全球行動數據總流量（不包括無線固網接入服務，即FWA產生的流量）持續成長，在2020年底已超過每月49EB（1個EB等於10億個GB），預計到2026年成長近5倍，達到每月237EB。智慧型手機是推動此一趨勢的主力，95%的行動數據流量來自通過智慧型手機傳輸，其資料使用量已創新高。目前，全球智慧型手機的月平均流量已達10GB以上，預計到2026年底將達到35GB。
無線固網接入（FWA）應用先驅：5G電信營運商
新冠疫情正在加速數位轉型，也提升了人們對可靠、高速的行動寬頻網路的需求。根據愛立信最新報告，在已推出5G的電信營運商（CSP）中，有近90%也推出了無線固網接入（FWA）服務（4G和/或5G），即使在光纖普及率較高的市場也不例外，以因應日益增加的FWA流量。愛立信預測，到2026年FWA流量將增長7倍，達到64EB。
大規模物聯網逐漸興起
預計在2021年，大規模物聯網技術（Massive IoT，包括NB-IoT和Cat-M）連接數有望成長近80%，達到近3.3億。到2026年，這些技術預計將占所有行動物聯網的46%。
相關連結：
Ericsson Mobility Report June 2021
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【十分鐘看懂】5G毫米波波束成形系統之鏈路預算
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本文聚焦於5G毫米波通訊實際的規格計算，了解波束成形系統是如何利用相位陣列來達到增加傳輸距離的原理。
本文將聚焦於5G毫米波通訊實際的規格計算。波束成形系統是如何利用相位陣列來達到增加傳輸距離的原理呢？如圖一所示，當N個發射機的天線輸出功率在接收端調整至角度為時，發射信號的輸出電壓會建設性相加，功率增加N2倍，因此在發射端的鏈路預算因陣列而額外獲得的增益為
圖一、相位陣列示意圖。
同理，N個接收機在調整各自的相移器使得接收信號聚焦於一點後，亦因信號的建設性相加而獲得額外的增益，然而在接收端我們在乎的是訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)的改善，因此除了接收信號的強度，我們尚須考量N個接收機的雜訊交互之間的貢獻。假設每一個接收機的雜訊指標(Noise Figure，NF)都相同，且彼此之間的雜訊互不關聯，故N個接收機的雜訊功率僅為相加的關係惡化了，因此接收端的鏈路預算音陣列而獲得的額外增益可表示成
參考文獻[1]的所提供的鏈路預算範例，假設基地台採用256路陣列，可允許發射機的等效全向輻射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)小於60 dBmi；而用戶端由於手持裝置尺寸的限制，最多只能使用到4路陣列。圖二(a)顯示5G NR下行(down-link)傳輸700公尺、256-QAM 400 MHz信號的鏈路預算，其損耗表如左，首先d公尺的自由空間路徑損耗(Free-Space Path Loss，FSPL)為
圖二(a)
其中f是系統操作頻率，在28 GHz之下對應到700公尺的損耗為117 dB。而接收頻寬BW亦影響了頻譜內的雜訊，其頻寬與接收之熱雜訊的對應公式為
其中k是波茲曼常數。因此400 MHz使得雜訊功率往上提升了86 dB。考量了個別接收機之NF在28 GHz實作約為6 dB，256 QAM調變信號對應10-3位元錯誤率(Bit Error Rate，BER)的最低SNR為31.4 dB，可得到要滿足此鏈路預算的所有損耗，至少需要得到66.4 dBm的等效輸入功率。
回到右方的增益表，由於發射端為256路陣列，可得到 的陣列增益，而在接收端的陣列增益為 。而在28 GHz的陣列天線，最常用的為平板(Patch)天線，增益約莫為4 dBi，假設每個天線單元饋線損耗約為1 dB，可得到單一天線總增益約為3 dBi。在發射機EIRP為59 dBmi的情況下，可回推此時發射端每個PA所需的輸出功率約為6.4 dBm。
類似的上行鏈路預算如圖二(b)所示，由於下行與上行的傳輸資料量不同，上行僅需滿足16-QAM 200 MHz的信號即可，因此SNR變為21 dB，BW變為83 dB。推算每個PA所需的輸出功率約為11 dBm。實際上系統操作還須保留一些空間，因此PA輸出功率要比估算值再大一些。
圖二(b)
此外，實際設計需要考量的不理想效應造成的損耗還有很多，像是不同傳輸頻率對空氣的吸收率、傳輸路徑中水氣對信號的影響、天線接收的極化誤差、實際可抵達的角度誤差、人體接近天線所造成的額外損耗、陣列所造成的符碼干擾(Intersymbol Interference，ISI )等等，在文獻[2]中有更詳細的描述。
參考資料
[1] J. Pang et al.,“A 28-GHz CMOS phased-array transceiver based on LO phase-shifting architecture with gain invariant phase tuning for 5G new radio,”IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 54, no. 5, pp. 1228–1242, May 2019.
[2] S. Shakib, H.-C. Park, J. Dunworth, V. Aparin, and K. Entesari,“A highly efficient and linear power amplifier for 28-GHz 5G phased array radios in 28-nm CMOS,”IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 51, no. 12, pp. 3020–3036, Dec. 2016.
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【十分鐘看懂】利用多級相位補償技術之低相位變化毫米波可變增益放大器
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應用到毫米波波束成型器(Beamformer)系統的可變增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)需要在足夠的增益可調範圍下達到低相位變化。在毫米波頻段上，通常會使用多級可變增益放大器，而相位變化將隨著放大器級數越多而增加，因此本文將探討多級可變增益放大器之低相位變化技術。
低相位變化是應用到毫米波波束成型器系統的可變增益放大器一個相當重要的指標，若可變增益放大器在調整增益的時候相位發生劇烈的變化，那我們又必須調整相移器的相位來補償此變化，如此將增加了波束成型系統控制上的複雜度，因此在設計此可變增益放大器時，要達到增益在不同的狀態下，相位必須要有低的變化。
因此有許多文獻[1]-[5]提出應用到毫米波可變增益放大器低相位變化技術，但是這些相位補償技術，多是作用在單級可變增益放大器上，但在毫米波頻段上，為了達到足夠大的增益與足夠的可變增益範圍，通常會使用多級可變增益放大器，而相位變化將隨著放大器級數越多而增加。
因此在文獻[6]中提出用兩種混合的可變增益放大器組態，彼此之間的相位變化剛好互補，來組合成一個多級的低相位變化的可變增益放大器。圖一是多級相位補償技術之低相位變化毫米波可變增益放大器架構圖，我們利用兩級不同架構的可變增益放大器，讓其中一級可變增益放大器相位變化是隨增益下降而上升的，另外一級可變增益放大器相位變化是隨增益下降而下降的，如此我們將兩級可變增益放大器串接起來，利用兩個不同組態的可變增益放大器相位變化剛好互補，我們可以得到更大的調變增益範圍，卻維持更低的相位變化。
圖一、多級相位補償技術之低相位變化毫米波可變增益放大器架構圖。
接下來我們要找尋兩種可變增益放大器的組態他們的相位變化隨著增益改變剛好是互補的特性，文獻[6]提出電流汲取的可變增益放大器相位變化是隨增益下降而上升的，而分裂式疊接組態架構的可變增益放大器相位變化是隨增益下降而下降的，因此此論文利用電流汲取可變增益放大器與疊接組態可變增益放大器相位趨勢剛好相反的特性，將兩級不同架構的可變增益架構串接，剛好相位趨勢可以互補，達到整體可變增益放大器有低相位變化的特性。
但是由於兩種不同組態的可變增益放大器控制電壓的方向不同，電流汲取可變增益放大器是當控制電壓上升時增益下降，而疊接組態可變增益放大器是當控制電壓下降時增益下降，因此我們要一數位控制介面來同時控制一正一反的控制電壓，這提高了系統控制電壓機制的複雜度。
因此在文獻[7]中提出一的雙級電流汲取相位補償技術之毫米波可變增益放大器電路。傳統電流汲取可變增益放大器架構在增益下降時，對應的相位趨勢是上升的，文獻[7]在傳統電流汲取可變增益放大器的後面，加上一個相位趨勢反轉電路，可以翻轉原先的相位趨勢，讓電流汲取可變增益放大器在增益下降時，對應的相位趨勢也是下降的，接著透過串接兩級電流汲取可變增益放大器，但是其中一級是有加入相位反轉電路設計的，讓兩級相位變化趨勢可以互相補償，最終達到整體可變增益放大器低相位變化的特性，利用此架構相同的可變放大器，由於兩級控制電壓的方向一致，不需要複雜的控制電壓機制，相位又可互補，達到低相位變化。
參考文獻
[1] Z. Jiang, L. Zhang, Z. Liu, Z. Chen, H. Liu, Y. Wu, C. Zhao, and K. Kang, “A 33.5-39 GHz 5-bit variable gain LNA with 4 dB NF and low phase shift,” in Proceedings of 2017 Asia Pacific Microwave Conference (APMC), pp. 1200-1202, 2017.
[2] F. Ellinger, U. Jörges, U. Mayer, and R. Eickhoff, “Analysis and compensation of phase variations versus Gain in amplifiers verified by SiGe HBT cascode RFIC,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 8, pp. 1885-1894, Aug. 2009.
[3] Jeng-Han Tsai, Jen-Wei Wang, and Chung-Han Wu, “A V-band variable gain amplifier with low phase variation using 90 nm CMOS technology,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 56, no. 8, pp. 1946-1949, Aug. 2014.
[4] C.-Y. Hsieh, J.-C. Kao, J.-J. Kuo, K.-Y. Lin, “A 57-64 GHz low-phase-variation variable-gain amplifier,” in IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 2012, pp. 373-376.
[5] K.-Y. Kao, D.-R. Lu, J.-C. Kao, and K.-Y. Lin “A 60 GHz variable-gain low-noise amplifier with low phase variation,” 2016 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2016.
[6] D.-S. Siao, J.-C. Kao, H. Wang, “A 60 GHz Low Phase Variation Variable Gain Amplifier in 65 nm CMOS,” Microwave and Wireless Components Letters, IEEE, vol. 24, no. 7, pp. 457–459, July 2014.
[7] J.-H. Tsai and C.-L. Lin, “A 40 GHz 4-Bit digitally controlled VGA with low phase variation using 65 nm CMOS process,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 29, no. 11, pp. 729-732, Nov. 2019.
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三星透過整合毫米波解決方案，於澳洲完成首個 26 GHz 5G vRAN 試驗！
無線電中極高頻率的 30 至 300 GHz 之間被稱作「毫米波（mmWave）」，而這個頻段也成為 5G 行動通訊的主戰場，相較於目前的 Sub 6 低頻段擁有更高的頻寬與超低延遲，其中 26 GHz 與 28 GHz 更成為數據傳輸速度更快的兩個重要頻段，尤其在使用者較為密集的地區，更是被寄予厚望。
為了最佳化毫米波頻段的數據承載能力，三星電子在澳洲展開了 26 GHz 頻段首個 5G 虛擬化無線電接入網路（vRAN）的實驗，透過整合式的「5G Compact Macro」毫米波解決方案，與澳洲合作夥伴 TPG Telecom 合作，提供行動與固定制的無線服務，而這項實驗的目的也在於最大化發揮電信商所持有的頻段資源，讓可用範圍增加至少三倍以上。
RAN 對於行動網路的效能至關重要，介於行動電話、電腦與其他遠程設備之間，提供這些設備與核心網路的連接，而虛擬化 RAN 則是將過去位於基站的硬體控制器改為虛擬化，藉此讓這些功能轉移至集中式的伺服器上，一來可以更接近邊緣網路，同時也能讓系統商妥善管理，能夠匯集或是調整無線頻段的資源，以符合使用者的需求。
三星的 5G vRAN 解決方案基於軟體架構，可實現更簡單、更靈活與具可擴充性的網路部署，透過行動邊緣運算（MEC）設施中輕鬆部署基帶軟體，即可讓使用者更有效率地訪問私有 5G 網路，無論物理距離遠近，都能提供超低延遲與高速服務。
在今年 6 月份，三星推出了新的芯片組，可以提供運行效能與使用效率，同時能夠縮小 5G 端點至端點之間的設備尺寸，並提供次世代的效能，像是 5G Compact Macro 這樣的技術，就能將基帶、無線電波與天線整合於一個小尺寸無線電網路配置中。在完成澳洲的實測之後，三星與 TPG Telecom 預計將最新的 5G 毫米波產品廣泛地放置於雪梨中心區，而這也將是全澳洲首個 26 GHz 毫米波支援的系統。
相關連結：
Samsung and TPG Telecom to Trial Australia’s First 5G vRAN With Integrated 26GHz mmWave Solution – Samsung Global Newsroom
Samsung uses integrated mmWave solution for Australia's first 5G vRAN trial on 26 GHz
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5G 通訊將驅動小型基站需求增長，2026年佔比將達77%！
致力於小型基站建設、資源統合的「小型基站論壇（Small Cell Forum）」近期公佈了最新的市場預測報告，其中調查了大約 84 間營運商與 33 個其他相關廠商－包括中立主機提供商、專網營運商以及有線固網營運商。報告中指出，因為新冠肺炎的疫情影響，2020 年的小型基站部署速度略慢於預期，但後續至 2026 年因為 5G 通訊的推動而持續成長。
SCF 也預測，至 2026 年底，業界將部署總計 3,570 萬個用於小型基站的「無線電單元」，相較於 SCF 上一份報告，預測的數字高出 10%。
5G 建設的持續驅動
SCF 認為，5G 相關的基站部署（包括 SA 與 NSA）的升級步伐將會加快，並在 2022 年之後再加速腳步，自 2019 至 2026 年之間，SCF 預測會有高達 77% 的複合年增長率。
雖說目前 4G 仍是市場中企業細分市場中小基站的主力，持續支撐 2019 至 2021 年的數字，但 SCF 預期在 2023 年之後，基於 5G 的新一輪企業投資浪潮將到來，而這一波需求並非來自於消費者市場，更是多關於依賴 5G 的企業應用新案例推升的需求，像是即時性更高的自動化機器人，或是 Wi-Fi 與有線網路和 5G 之 間的高速切換整合，此外，自 2022 年開始，SCF 預計在超密集環境（例如重要的交通樞鈕如機場、車站等）中的大量 5G 部署，以及關鍵任務的智慧城市應用如智慧路燈、無人公車等，都需要營運商針對邊緣運算雲端的基礎建設投資。
小型基站的未來發展趨勢
SCF 指出，隨著不同行業和使用案例的多樣化發展，對於小型基站的需求也持續增加，尤其基於雲端相關建設的靈活性更是必不可少，而總體設備至少 2/3 的部署都需要採用小型基站的 vRAN 架構，而這也是驅動開放性小型基站架構的一個重要驅動力，預計到了 2026 年，小型基站架構將佔新部署設備的 77% 之多，未來前景可期。
相關連結：
Small Cell Forum sees 5G-powered growth after 2022 | Light Reading
SCF market forecast – Small Cell Forum
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波波束成型器之可變增益放大器
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可變增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)是相位陣列收發器系統中的重要元件。為了避免複雜的振幅(Amplitude)與相位(Phase)調整，在足夠的增益可調範圍內達到低相位誤差是應用於波束成型器中可變增益放大器設計時的首要目標。
應用於5G行動通訊之毫米波相位陣列收發器系統中，可變增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)除了傳統上必須要能提供足夠大的可變增益範圍(Gain control range)，來控制接收訊號或發射訊號的功率大小外，還必須在一定的增益調控範圍下維持低相位變化(Phase variation)。
在相位陣列收發器系統中，相移器是負責每個射頻鍊路的相位調整，但是在調整的過程中，相移器每個相移狀態的置入損耗(Insertion loss)大小可能會有所不同，造成每個射頻鍊路的訊號功率大小不一樣，這時候需要一可變增益放大器來補償因相移器每個相移狀態置入損耗不同，所造成每個射頻鍊路訊號功率大小的差異，但是如果可變增益放大器在調整增益的同時相位有劇烈的變化，則又必須回來調整相移器的相位，如此來回將增加了整體系統控制上的複雜度，因此理想上希望可變增益放大器在調整增益時相位能維持定值。
在這篇文章中，我們整理了幾個常用於毫米波可變增益放大器設計的架構，並簡述了這些可變增益放大器架構的操作原理與優缺點，最後在介紹應用於這些可變增益放大器架構的低相位變化電路技術。
利用可變衰減器之可變增益放大器與其低相位變化技術
在放大器中置入一個可變衰減器[1], [2]，如圖一所示，藉由調整可變衰減器的損耗值來達成可變增益放大器的功能，是最基本且直覺的可變增益放大器架構，但是此架構的缺點是，可變衰減器會對放大器額外增加一個置入損耗，且會需要額外的電路面積。此外可變衰減器在不同損耗狀態下，相位會有些變異，讓此可變增益放大器在調整增益時相位無法維持定值，因此文獻[2]提出在衰減器電路內加入相位補償的電容，可以達到低相位變化。
圖一、使用可變衰減器之可變增益放大器架構。
利用轉導控制之可變增益放大器與其低相位變化技術
轉導控制是在毫米波可變增益放大器常見的架構之一[3]-[5]，代表電路示意圖如圖二，我們可以藉由調整可變增益放大器中電晶體組態的控制電壓Vctrl，來控制電晶體的轉導(gm)，進而改變放大器的增益。此架構有很大的增益可調範圍，但是最大的缺點在於當調整控制電壓時，共源極(Common source)電晶體組態的電流會大幅改變，造成輸入阻抗變化極大，設計出來的可變增益放大器在不同的增益狀態下，輸入反射損耗(Return loss)變化將很大，且相位也會有劇烈的變化，不利於相位陣列收發器應用。因此在參考文獻[3]-[5]中，利用相位補償電容(Cg)和源極負反饋電感(Ls)實現相位補償技術，來設計低相位變化的可變增益放大器，但也會犧牲部分增益，因此使用此相位補償電容(Cg)和源極負反饋電感(Ls)實現相位補償技術，需在相位變化和增益之間作權衡。
圖二、使用轉導控制技術之可變增益放大器。
利用電流汲取之可變增益放大器與其低相位變化技術
電流汲取(Current Steering)架構之可變增益放大器電路架構示意圖如圖三[6]，電晶體M1與M2構成cascode組態放大器，電晶體M3用來做電流汲取，當M3控制偏壓VCtrl供給電壓提高時，流經M2的電流會被抽到M3，造成M2電流下降，gm2降低，進而放大器整體增益下降，由於電晶體M1的電流幾乎保持為定值，因此在不同的增益狀態下輸入反射損耗變化很小。
但此流汲取架構的電晶體寄生電容仍然會讓不同增益狀態下的相位產生變異，因此有一些針對電流汲取可變增益放大器架構之低相位變化電路技術被提出，文獻[7]提出在電晶體M3的gate端加入電容與文獻[8]提出在電晶體M3的source端加入電感來降低不同增益狀態下的相位變異。
圖三、使用電流汲取技術之可變增益放大器。
參考文獻
[1] H. Takasu, C. Sakakibara, M. Okumura, and S. Kamihashi, “S-band MMIC digital attenuator with small phase variation,” in Proc. IEEE Asia-Pacific Microwave Conf., Dec. 1999, pp. 421-424.
[2] Z. Jiang, L. Zhang, Z. Liu, Z. Chen, H. Liu, Y. Wu, C. Zhao, and K. Kang, “A 33.5-39 GHz 5-bit variable gain LNA with 4 dB NF and low phase shift,” in Proceedings of 2017 Asia Pacific Microwave Conference (APMC), pp. 1200-1202, 2017.
[3] F. Ellinger, U. Jörges, U. Mayer, and R. Eickhoff, “Analysis and compensation of phase variations versus Gain in amplifiers verified by SiGe HBT cascode RFIC,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 8, pp. 1885-1894, Aug. 2009.
[4] Wei-Tsung Li, Yun-Chieh Chiang, Jeng-Han Tsai, Hong-Yuan Yang, Jen-Hao Cheng, and Tian-Wei Huang, “60-GHz 5-bit phase shifter with integrated VGA phase-error compensation,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 3, pp. 1224-1235, Mar. 2013
[5] Jeng-Han Tsai, Jen-Wei Wang, and Chung-Han Wu, “A V-band variable gain amplifier with low phase variation using 90 nm CMOS technology,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 56, no. 8, pp. 1946-1949, Aug. 2014.
[6] Che-Chung Kuo, Zuo-Min Tsai, Jeng-Han Tsai, and Huei Wang, “A 71-76 GHz CMOS variable gain amplifier using current steering technique,” in Proc. IEEE RFIC Symp. Dig., Jun. 2008.
[7] C.-Y. Hsieh, J.-C. Kao, J.-J. Kuo, K.-Y. Lin, “A 57-64 GHz low-phase-variation variable-gain amplifier,” in IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 2012, pp. 373-376.
[8] K.-Y. Kao, D.-R. Lu, J.-C. Kao, and K.-Y. Lin “A 60 GHz variable-gain low-noise amplifier with low phase variation,” 2016 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2016.
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【5G知識+】SDN 開源專案概述
SDN 開源專案概述
詮隼科技/鄭仲翔
在SDN網路技術出現以前，網路是由專用的硬體設備組成，由於廠商之間互通性差，當選擇一家網路設備商的產品建置網路，在大部分的情況下，擴增設備只能選擇同一家廠商，以達到完整的服務。這種情況導致電信商及企業在佈署網路上得花費龐大的建置成本(CAPEX)，且容易被單一廠商綁定。在運營成本(OPEX)上也是一個很大的開銷，大量的硬體設備卻沒有一套集中式管理，導致當網路需求變動時，需花費大量的維運人員與時間一一對網路設備做調整。
由史丹佛大學Nick Mckeown教授為首的一群人，打算透過網路開源化的方式解決此問題，故提出了SDN概念。SDN透過集中化控制，將控制的部分集中於控制器，達成設備統一集中管理，以降低運營成本。另一方面，軟體與硬體拆分可以讓電信商及企業不被廠商綁定，他們可以選擇白牌(WhiteBox)硬體設備搭配開源的軟體專案來佈署網路，降低整體建置成本。由於控制層具有可編程的特性，可以將基礎網路的結構抽象化，以便用於多個應用程式與網路服務(例如：SDN雲端運算，電信網路等)。
SDN也影響了電信網路的發展，5G網路預期可滿足超高畫質串流、IoT、自駕車等應用，掀起電信網路基礎架構的變革。與4G網路相比，受到SDN技術的影響，5G網路更具有客製化、彈性的網路部署方式，實現最佳化資源調度使用情境，成為企業專網首選。舉例來說在5G還沒問世之前，4G網路就已支援網路切片(Network Slicing)，但大多以硬體方式來完成網路切分的動作，執行上較缺乏效率也缺乏彈性。進到5G時代後，開始引進虛擬化技術，將4G行動核網功能，從傳統電信設備硬體中抽離，並以軟體方式在x86伺服器上來執行，再利用SDN技術來集中控管網路資源，使網路切片的執行更有效率與彈性。
圖1、常見SDN開源專案
由於SDN擁有開源的特性，使建構整體SDN網路的開源專案充滿多樣性，大致上可分為三層：控制層、控制介面、資料層，如圖1所示，以下介紹常見的SDN開源專案：
控制層
ü ONOS：
ONOS(Open Network Operating System)是一個以電信服務供應商角度所研發的開源SDN控制器，其目標為提供電信服務供應商可以同時處理上千萬個用戶的高可靠性、可擴展性及高性能的作業系統，並且提供完整的南北向抽象層，方便服務開發、除錯、維護及升級。在南向通訊協議除了可支援OpenFlow、Netconf外，還支援大部分控制器無法使用的P4Runtime。
ü ODL：
ODL(OpenDaylight)是一個模組化的開放平台，可用於客製化與自動化任何規模的網路，支援SDN常見的通訊協議如OpenFlow、OVSDB、NETCONF、BGP 等等，並允許使用者利用第三方應用程式來滿足所有需求。其本身提供身份驗證、授權和計費(AAA)以及網絡設備的自動發現等功能，適合用於發展雲端和企業大規模NFV環境的需求。
資料層
ü ONIE：
ONIE(Open Network Install Environment)旨在爲現代網絡硬體設備提供一個開放的安裝環境，可供使用者自由選擇網路作業系統(Network Operating System, NOS)。在ONIE出現之前，市售的交換器有預裝的NOS以及網路應用，但隨著SDN開源化，交換器邁向白盒與裸機的方式銷售，在一個沒有預裝NOS的情況下，對於使用者來說安裝網路作業系統變成了一個麻煩事。ONIE的出現，除了解決上述問題外，亦產生一個多樣網路硬體與NOS所組成的繁榮生態系統。
ü ONL：
ONL(Open Network Linux)是一個開源軟體平台，其目的是為白牌交換器提供一套完整的網路作業系統，以及完整的API來讓不同軟體應用能夠輕易地移植至不同的網路設備上。目前基於ONL的網路解決方案已被眾多企業、資料中心採用，也有越來越多開源專案使用ONL作為專案的一部份，如CoRD、Stratum等。ONL最初是由Big Switch Networks於研討會提出，並被OCP(Open Compute Project)採納為他們的網路作業系統的參考。
ü Stratum：
Stratum為白牌交換器建構一個開放且最低限度的產品化部署，透過下一世代SDN溝通介面(例如：P4Runtime、OpenConfig)來實現交換器的互換性與可編程性。由於擁有開放的特性，Stratum可避免當今被供應商版定的資料平面(即有專用的硬體介面與封閉的軟體API)，並使設備輕易的部屬至營運商網路中。Stratum提供完整的白牌交換器解決方案，以實現SDN的“軟體實現”的承諾。
ü OVS：
OVS(Open vSwitch)是一個開源的虛擬交換器，也是實現網路虛擬化 SDN 的重要基礎，其目的是為了以更低的成本和更高的工作效率解決實體交換器存在的局限性。OVS 本身佔用的資源非常小，並且根據應用需求進行靈活的設定，除了可以對封包進行接收、分析與處理外，同時還支援標準的管理介面和協議，如 NetFlow，sFlow，SPAN，RSPAN 等。OVS 豐富的功能和稳定性使其被部署在各種應用環境，再加上雲端運算的快速發展，更使其成為了雲端網路中關鍵的元件之一。
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Opensignal 發佈「Covid-19 疫情對於 5G 行動數據消費的衝擊量化」報告，四大重點揭露，行動數據量台灣拿下三個第一！
（圖片來源：Pexels）
對於行動通訊業者來說，使用者的「行動數據使用量」會是營運時的重要指標，除了關係著成本－包括營運頻段是否需要擴增、是否需要增加新的基站天線或是回程鏈結來提升使用者體驗，另外也可看出使用者實際的使用行為，大家都依賴行動網路做什麼？
對於 5G 通訊來說，近一年多來的 Covid-19 疫情成為新的威脅，除了可能影響基礎建設的部署，民眾被關在家中居家防疫也可能影響行動通訊的需求－大家仰賴固網寬頻的機會變多，手機的行動網路可能不重要這些變化都可能影響整個產業的發展。
而知名的行動通訊研究機構 OpenSignal 近期也全新發表了「Covid-19 疫情對於 5G 行動數據消費的衝擊量化」報告，而報告中也指出了幾個重點資訊如下：
5G 用戶平均消耗數據量超出 4G 用戶 2.7 倍
在 20 個主要 5G 市場分析，可以看到 5G 用戶使用的數據量要比 4G 用戶更高，其中最多的是日本的 2.7 倍，加拿大的 2.2 倍、以及德國與韓國的 2.1 倍。
圖：4G 與 5G 用戶使用行動數據流量的比較，台灣使用者均拿下平均用量第一名！
至於數據使用量最高的 5G 市場是台灣，平均每位用戶每月使用達 47.3 GB，第二名為沙烏地阿拉伯的 42 GB 與第三名的韓國為 37.9 GB。
疫情封鎖下，行動數據持續攀升
相較於 2020 年第一季，2021 年第一季的行動數據使用更高，平均每月增加 1.3 GB 之多，但相較於 2019 年第一季的 2.1 GB 是略為減少的。
圖：5G 用戶行動數據的使用量與平均速度體驗均超過 4G。
5G 行動通訊市場並未出現用戶擁擠的狀況
截至目前為止，5G 的用戶還未到達「用戶擁擠」的狀況，也就是每位 5G 用戶能享受到的下載頻寬更為充裕，不會受限於其他使用者的共享而造成頻寬不足，甚至在普及率已經非常高的 5G 市場也是如此。
圖：2021 年第一季，智慧型手機行動數據使用量排名，台灣再度拿下第一名！
智慧型手機的 5G 使用者有 M 型化趨勢
在報告中 89% 的市場可以發現到智慧型手機的重度與輕度使用者佔了絕大多數的 M 型化趨勢，在 2020 年與 2021 年的第一季度，每日使用超過 1GB 行動網路流量的用戶有所增加，但有 54% 以上的其他使用者每日使用不到 50 MB，落差相當大，也因此行動通訊商應該需要進一步調整資費的策略。
圖：智慧型手機用戶使用行動數據的趨勢變遷（2019至2021），總量台灣再次拿下第一。
圖：每日使用超過 1GB 以上行動網路流量用戶的增減比例，馬來西亞、沙烏地阿拉伯與南韓拿下前三名。
圖：每日使用不到 50 MB 用戶的增減比例，緬甸、葡萄牙與以色列拿下前三名。
相關連結：
Quantifying the Impact of 5G and COVID-19 on Mobile Data Consumption Report Report | Opensignal
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【十分鐘看懂】5G毫米波系統之低相位雜訊鎖相迴路架構介紹
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射頻前端系統的升降頻器(up/down converter，UDC)中，會影響到5G高速傳輸規格的兩個子電路就是鏡像抑制混頻器(image-rejection mixer，IRM)與本地振盪信號(local oscillator，LO)。
射頻前端系統中IRM的鏡像抑制比(image-rejection ratio，IRR)可以透過簡單的電路技術得到改善，像是在IRM IF端使用類比校正技術、或是於IRM LO端犧牲面積去實現寬頻的正交相位網路等等，都是相對直覺的解決方法。然而要在CMOS製程中改善LO的相位雜訊(phase noise)，並非僅將系統內部子電路改良就可以實現。
5G毫米波系統的LO組成元件，主要由鎖相迴路(phase-locked loop，PLL)與倍頻器(frequency multiplier)所構成。傳統電荷泵PLL(charge pump PLL，CPPLL)如圖一(a)所示：
圖一(a)、 CPPLL
將除頻器之回授相位與輸入相位進行比較，然後控制壓控振盪器(voltage-controlled oscillator，VCO)輸出頻率為N‧fREF。毫米波訊號的產生是將較低頻的訊號透過串接倍頻電路的方式來達成，而非直接做一個毫米波VCO的原因是：
1. 高頻除頻器往往受製程、電壓、溫度變異影響很大，可能會有脫鎖情形。
2. VCO的共振腔Q值在毫米波時會比較差。
3. 會產生較大的迴路增益，進而無法將迴路頻寬(loop bandwidth，LBW)往外推以得到最佳輸出雜訊規格。
傳統PLL的另外一個缺點是，電荷泵所貢獻的雜訊會被迴路放大N倍，因而主導了LBW內的相位雜訊與濾波器元件尺寸。
近年來在低雜訊PLL架構的演進中，次取樣PLL(sub-sampling PLL，SSPLL) [1]與次諧波注入鎖定式PLL(sub-harmonically injection-locked PLL，SILPLL) [2]架構已被證實可有效抑制LBW內的相位雜訊，然而由於SILPLL是直接以參考頻率信號去調變VCO，所以參考突波(reference spur)較大。SSPLL的電路架構如圖一(b)，其低雜訊的原理是，移除回授路徑的除頻電路，使電荷泵雜訊在CPPLL被放大N倍的情況，在SSPLL變成沒有放大的效果。
圖一(b)、SSPLL
其次取樣相位偵測器(sub-sampling phase detector，SSPD)是利用參考頻率方波直接取樣VCO輸出電壓波形，可得到非常高的增益，以抑制SSPD的取樣雜訊。然而過高的增益會導致迴路濾波器的電容設計值過大，提升了實作成本。
此外雖然有效壓低了頻寬內的雜訊，可將LBW向外推，最終還是需妥協於LBW小於等於十分之一的參考頻率。因此整個SSPD尚須產生一個導通時間的控制信號以調整CP增益。這個架構潛在的隱憂是，由於相位偵測的範圍不夠，因此要加上頻率鎖定迴路(frequency locked-loop)先行將相位差拉到一定程度的近，再切換至SSPD操作。
此外，這個架構容易因外在雜訊干擾而有暫時脫鎖與重新鎖定的現象，最差情況會導致電路不動作[3]。參考突波的問題在SSPLL是比較好解決的，透過SSPD設計時加入適當的緩衝級與複製級以減少負載對VCO的影響，可將參考突波壓制到-80 dBc以下的水準[4]。
參考資料
[1] X. Gao, E. Klumperink, M. Bohsali, and B. Nauta, “A low-noise sub-sampling PLL in which divider noise is eliminated and PD/CP noise is not multiplied by N2,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 12, pp. 3253–3263, Dec. 2009.
[2] J. Lee and H. Wang, “Study of subharmonically injection-locked PLLs,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 5, pp. 1539–1553, May 2009.
[3] C.-W. Hsu, K. Tripurari, S.-A. Yu, and P. R. Kinget, “A sub-sampling-assisted phase-frequency detector for low-noise PLLs with robust operation under supply interference,” IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 62, no. 1, pp. 90–99, Jan. 2015.
[4] X. Gao, E. A. M. Klumperink, G. Socci, M. Bohsali, and B. Nauta, “Spur reduction techniques for phase-locked loops exploiting a sub-sampling phase detector,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 9, pp. 1809–1821, Sep. 2010.
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【十分鐘看懂】5G毫米波CMOS相位陣列技術之介紹
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目前商用的通訊晶片主要是以互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程為主。使用CMOS製程最大的優點就是成本優勢，不只是單位面積的造價，亦包含與數位基頻電路的整合，但缺點是雜訊與功率規格皆不好。而在5G毫米波波束成形系統中，所採用的相位陣列技術，恰恰可大幅降低其應用於毫米波的門檻。
透過陣列調整相位讓它在接收或發射時同相，可增加其訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)與等效全向輻射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)，讓它近似成有大功率和低雜訊特性的製程。
實現波束成形功能需利用到相位陣列技術，透過調整相移器的相位延遲，以滿足特定方向的電磁波傳達至相位陣列天線的時間差，來調整天線的指向性。以接收機為例，依據相移器所處的位置，主要可分為四種架構[1]，分述如下。
射頻(radio-frequency，RF)路徑波束成形架構
此相移器操作在高頻並存在於主訊號的路徑上，優點是架構較簡單，易於重複使用，且混頻器的數目少；而缺點是因為相移器操作在高頻損耗較大，所以需要再加裝可調式放大器補償相移器損耗，同時需要達到低相位變化，使得可調式放大器設計難度提升。雖然只需一個混頻器，然而多個射頻相移器加上幾乎必備的可調式放大器，晶片面積沒有優勢，且高頻移相器相位解析度較低。
中頻(intermediate frequency，IF)路徑波束成形架構
相移器操作在中頻頻帶，優點是相移器操作在低頻，損耗小且低頻移相器相位解析度高；缺點是需要的混頻器數目多，且時脈分佈網路變得複 雜，使得該部分面積以及功耗大增。
本地(local oscillator，LO)路徑波束成形架構
相移器操作在時脈分佈上，優點是主訊號路徑損耗小， 且相移不會影響主訊號路徑；缺點是混頻器數目多，且需要時脈分佈網路和相位選擇器， 當天線數目越多時，其實現難度越高。
基頻(baseband，BB)波束成形架構
應用數位基頻處理來實現相移器，優點是場型實現的自由度最高，缺點則是每一路都需要額外的數位類比轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)來處理訊號，尤其當系統頻寬越寬的時候，需要的傳輸速率亦愈高，耗電情形更顯嚴重。
上述四種架構各有其優缺點，在晶片設計當中四種架構也都有人採用，設計者可視應用範圍和需求來選擇最合適的架構。近期亦因巨多輸入多輸出(multi-input multi-output，MIMO)系統的出現，使得各架構會有混合使用的機會[2]-[3]。圖一為直角座標相移接收機 (Cartesian phase-shifting receiver)，低雜訊放大器(low-noise amplifier，LNA)的輸出訊號分成兩個路徑饋入兩個可變增益放大器(variable-gain amplifier，VGA)。
圖一、直角座標相移接收機
饋入IQ (in-phase/quadrature phase)混頻器(mixer)進行降頻到BB的IQ訊號。利用向量合成(vector sum)的技術，調整前述兩個VGA的增益，可以得到想要的相位。利用前述直角座標相移接收機原理，文獻[3]提出一個整合八天線、雙基頻訊號串流的相位陣列超外差(super heterodyne)接收機晶片，如圖二所示。兩個基頻訊號處理晶片可以接收來自不同方向的訊號進行解調，達到多工的效果。
圖二、八天線，雙基頻訊號串流架構圖
參考文獻
[1] H. Hashemi, G. Xiang, A. Komijani, and A. Hajimiri, “A 24-GHz SiGe phased-array receiver-LO phase-shifting approach,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 53, no. 2, pp. 614-626, Feb. 2005.
[2] J. Paramesh, R. Bishop, K. Soumyanath, and D. J. Allstot, “A four-antenna receiver in 90-nm CMOS for beamforming and spatial diversity,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no. 12, pp. 2515-2524, Dec. 2005.
[3] S. Mondal, R. Singh, A. I. Hussein, and J. Paramesh, “A 25–30 GHz 8-antenna 2-stream hybrid beamforming receiver for MIMO communication”, in IEEE RFIC Symp. Dig., Jun. 2017, pp. 112-115.
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分析報告指出，美國電信 5G 服務對於日常體驗影響不大，受 NSA 架構拖累導致效能不彰！
圖片來源：FIERCE Wireless
獨立的軟體數據監測機構 Tutela 收集了 10 個以上的 5G 成熟市場的 4G 與 5G 用戶數據，透過嵌入應用程式的 SDK，以匿名方式收集使用者的網路品質資訊，包括網路吞吐量、網路可靠性與影音串流等應用程式進行主動測試。目前他們也針對美國電信公司如 T-Mobile、Verizon 與 AT&T 的 4G 與 5G 使用者進比較分析，發現到 5G 通訊相較於 4G ，對於使用者來說下載速度確實有提高，不過反倒在「延遲」方面的表現卻「不進則退」。
截至目前為至，AT&T 已經推出使用 850 MHz 等較為低頻段加強 5G 的覆蓋率，同時在 4G 與 5G 之間採用資源自動分配的「動態頻譜共享（DSS）」技術，同時也採用一部份高頻段毫米波（被稱為 5G+）部署來強化網速與容量，但相對的高頻收訊不佳也是一大挑戰！
圖：5G 與非 5G 用戶之間網路品質比較，幾乎是不分上下（圖片來源：Tutela）
而此次 Tutela 分析也直接了當的詢問了 AT&T 的消費者在升級 5G 設備之後的體驗是否與 4G 有所差異，而大部份用戶的回饋也很直接－差異不多。在報告中，對於高解析度串流影音與連線多人遊戲等典型應用方面，5G 用戶認為體驗確實不差，但和 4G 用戶相比，沒有太多的明顯差異，4G 與 5G 都獲得 85% 左右的正評；另外在網路下載與上傳的吞吐量分析方面，5G 用戶要比 4G 提升 8% 以上，這對於下載完整影片這樣的情境來說會非常實用。
圖：Tutela 報告中針對 5G 用戶升級後體驗的差異統計（圖片來源：Tutela）。
另外值得注意的是，AT&T 4G 用戶的網路延遲表現反而更優於 5G，這意味著 5G 用戶的網路傳輸往返時間更長，相較之下 5G 的延遲比 4G 更低 8% 左右。而這樣的狀況 Tutela 認為原因在於目前 AT&T 的 5G 大部份為非獨立（NSA）架構部署，因此為拖累 5G 的因素，而 NSA 5G 仍舊依賴 4G 的基站來控制手機訊號，而 4G 與 5G 之間的訊號協調也成為延遲的主要原因。
美國與大部份國家早期的 5G 部署都是同時使用 NSA 與 SA 架構，而目前美國的行動通訊系統商中，T-Mobile 是第一家、也是唯一一家在全國範圍內推出 SA 架構 5G 服務的廠商。
AT&T 先前在 C 頻段競標時有所斬獲，在 3.7 - 3.98 GHz 頻圍內平均取得 80 MHz 的頻寬，與競品 Verizon 相同，AT&T 計劃今年較晚時推出關鍵的中頻段頻譜，也因此能夠期待未來能夠進一步改善使用者體驗。
相關連結：
AT&T 5G shows speed bump but latency lags versus 4G – Tutela | FierceWireless
Impact Analysis: User Experience Improvements From AT&T’s 5G Rollout
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【十分鐘看懂】5G高功率天線設計考量-Low PIM基板選擇
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印刷電路板型式之天線結構可利用標準化製程進行施作，有別於金屬件型式，可省去模具開發費用；對於高功率通訊系統而言，天線基板選擇需朝低被動式交互調變為佳，本專欄將探討Low PIM基板特性與目前商用基板解決方案。
延續上一篇技術專欄探討在設計高功率天線時，如何從材料選擇與幾何結構改變來滿足低被動式交互調變要求。然而在評估高功率基站天線乃至於室分天線系統開發上常會利用印刷電路板製程來實現天線結構製作。
對於基板在高功率承載上勢必無法在選擇傳統之玻璃纖維板(FR-4)，一般這類型的基板材料仍偏向低功率(1W以內)傳輸應用，基材本身的散熱性與銅箔附著力皆無法滿足此需求。美商Rogers公司針對低被動式交互調變應用，開發多款Low PIM板材型號，如表一所示為該系列板材型號之參數規格，RO45XX與RO47XX系列除了保有優良的介電特性外，亦多了規範被動式交互調變規格。
PIM規格在輸出功率值20W承載下可小於-157dBc，甚至在RO47XX系列可達到小於-160dBc水準。另外，AD系列(AD250C、AD255C、AD260A)板材也可達到優越Low PIM效能，與RO47XX系列唯一差異點在於AD系列的板材，在損耗因子(Dissipation Factor)的表現更佳。因此，較適合應用於高功率且高頻之毫米波通訊系統。
表一、商用Low PIM基板型號規格
圖一所示為電路板銅箔表面粗糙度與PIM性能之關係，結果顯示隨著銅箔表面粗糙度增加，對於PIM影響程度越大。RO45XX系列或RO47XX系列之Low PIM板材即利用反轉銅(Reverse-treat Copper)技術，使得導體有更佳表面粗糙度與結合性，對於板材插入損失與PIM特性皆提升許多。另外，裸銅基材在長時間放置下恐會因銅鏽而誘發PIM，一般在PCB製程會使用浸鍍銀/錫或化金等做表面處理，通常會塗佈化學鎳金做基座，但由於鎳合金具有導磁特性，因此，對PIM也會有些許影響。
圖一、基材之銅箔表面粗糙度與PIM效能關係
圖二所示為使用板厚32.7mil之RO4534電路板進行三種不同電路架構之PIM測試，分別為傳輸線、帶通濾波器及低通濾波器。可以發現雖然這些電路架構是基於同一款板材型號製作，但由於PIM受到不同電流密度之影響，造成顯著的PIM差異。相較於簡單的傳輸線電路，濾波器具有較高的電流密度，進而產生更高的PIM功率位準。
圖二、三種不同電路架構之PIM效能
以長期運作之Low PIM天線產品而言，除了在設計端可以透過Layout方式加以優化外，有必要採取Low PIM板材或Low PIM線材之組合，以避免後續因PIM劣化，造成網路運作效能不佳，連帶影響運營商整體維運成本，其重要性不容小覷。
參考資料
[1] Chandler, Ariz, “New Laminates Lower PIM for Base Station Antennas”,Microwaves Journal, 2018.
[2] John Coonrod, “Materials Make the Difference in Low-PIM PCB Antennas”, Microwave&RF, 2016.
[3] John Coonrod, “Choosing Circuit Materials for Low-PIM PCB Antennas”, Microwave&RF, 2017.
[4] RO4000® Series [Online]. Available: https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ro4000-series-laminates
[5] AD Series® Laminates [Online]. Available: https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ad-series-laminates
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三星導入 8nm RFeFET 製程，5G 通信晶片更小、能耗表現更佳！
（圖片來源：Digitaimes Asia）
全球各國在近幾年皆積極投入了 5G 行動通訊的基礎建設，也因此相關設備的技術研發也成為眾所關心的議題，而擁有半導體研製能力的三星電子，也不斷推出 5G 相關的新技術，在 6/9 也正式推出以 8nm 製程所打造的 5G 射頻（RF）技術，透過這項技術，可以提供專為多通道與多天線 5G 通訊支援的「單晶片方案」，並能完整支援 5G Sub 6 與 mmWave 頻段。
自 2017 年以來，三星為高階智慧型手機出貨超過 5 億個行動射頻晶片，相較於常見的 28 nm 與 14 nm 技術，8 nm 的新工藝將進一步提升設備的能耗並有更出色的通訊品質，尤其對於需要輕薄短小的智慧型手機來說，8nm 新工藝更符合手機內的空間佈局，同時也能有更好的電池續航力。
三星全新 RFeFET 架構，縮小晶片體積且性能再提升
隨著半導體朝向高級節點的不斷擴展，數位電路在性能、功耗與面積的 PPA 指標（性能 Performance、功耗 Power 與面積 Area）有了顯著改善，不過類比/射頻模組由於退化寄生效應（例如：窄線寬導致電阻增加）而造成效能停滯不前，也因此大部份通信晶片趨向 RF 特性劣化的趨勢，例如：接收頻率的放大性能不佳與功耗增加。
圖：三星的 RFextremeFET 8nm 工藝通信架構圖。
為了克服務類比/射頻模組縮放的挑戰，三星開發了名為 RFextremeFET（RFeFET）」的 8nm 射頻專用架構，可以顯著改善射頻特性造成的問題，進一步降低功耗，而且與 14 nm 的 RF 射頻相比，三星的 RFeFET 補足了數位 PPA 的縮放並恢復了類比/射頻的縮放功能，從而實現 5G 平台的高性能化。
三星對於工藝的優化最大限度地提高了通道的移動性，同時也大幅降低了寄生效應，也因為 RFeFET 的性能增長，因此也減少了 RF 晶片的晶體管總數，進而縮小類比/射頻模組的面積。在效能方面，三星的 RFeFET 架構創新要比 14 nm 射頻晶片功率提升多達 35%，但相對的晶片面積則減少 35%，換言之，在效能成長的同時，進一步做到體積的縮減，更有助於設備體積的輕薄化。
相關連結：
Samsung Successfully Completes 8nm RF Solution Development to Strengthen 5G Communications Chip Solutions – Samsung Global Newsroom
Samsung completes 8nm RF technology development for 5G mobile chips
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【十分鐘看懂】5G高功率天線設計考量-被動式交互調變(下)
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由各被動元件所組成之高功率天線系統，需避免使用非線性材料，特別是天線基板要具備好的散熱性、低PIM值等特性；前篇專欄已初步介紹被動式交互調變產生機制與測試架構，本專欄將進一步說明高功率天線相關設計議題。
在設計高功率基站系統時，會在發射路徑上設計多階放大器元件，以滿足射頻輸出功率之要求。然而，功率放大器元件屬非線性元件，因此，當多個載波頻率一起傳輸至主動元件時會造成非線性混頻現象，使得輸出端會產出多個頻率響應。
倘若坐落於正常通訊頻段，即會造成干擾，進而影響整體通訊品質。主動元件在開發上可透過設計的巧思將交互調變的效應降低，如使用前饋放大器(Feedforward Amplifier)來提升整體線性度等。當高功率訊號傳輸至被動元件或天線時，由於材質或結構的不完美而產生被動式交互調變失真。因此，在設計此類被動元件時，特別是金屬件結構，其材質需要避免使用非線性材料。
有關低被動式交互調變(Low PIM)之天線設計議題，文獻中有探討幾個設計準則，從材料選擇面來說需要避免使用以鐵、鈷、鎳或鐵氧體(Ferrite)為主之鐵磁性材料，如射頻元件中之相移器(Phase Shifter)或環形器(Circulator)常利用鐵氧體材料做設計。這些材料會產生磁滯現象，而生成的磁滯曲線常用來解釋非線性效應。
另外，鋼與不銹鋼、鋁鎂合金或高純度(99.7%)氧化鋁介電材料等易需避免使用。因此，需要優先選擇具有較佳IM表現之材料，包括金、銀、銅、黃銅或鈹銅等。而若金屬表面在溼度高的環境長期放置，易產生銹蝕或氧化層，也會劣化PIM效能。
在天線結構上需要避免電流過度集中於天線本體上，因為高電流密度會造成本體溫度上升，進而誘發PIM。如圖所示為摺疊偶極天線結構與其導體上之電流分佈，可以發現在饋入處加入槽縫會讓天線本體上的電流較為均勻分佈。相較於未添加槽縫之結構相比其PIM值改善10dB。
圖、摺疊偶極天線結構與電流分佈改良方法
另外，PIM可能發生在任兩種不同金屬之連接點或介面處，例如:饋纜與天線本體結合處，或饋線與連接器之連接處。綜合以上所述，Low PIM天線設計除了材料選擇與避免電流密度分佈不均勻外，還需要進一步確保整個RF路徑上之電性連接穩定性與安裝環境，才能讓PIM問題無所遁形。
參考資料
[1] John Sanford, “Passive intermodulation considerations in antenna design”, Proceedings of IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 1993.
[2] KOK JIUNN NG, MOHAMMAD TARIQUL ISLAM, ADAM ALEVY, MOHD. FAIS MANSOR, CHOON CHUNG SU, “Azimuth Null-Reduced Radiation Pattern, Ultralow Profile, Dual-Wideband and Low Passive Intermodulation Ceiling Mount Antenna for Long Term Evolution Application”,IEEE Access, 2019.
[3] Huseyin Aniktar, “Passive Intermodulation Effect on Antennas and Passive Components”, XXIX International Scientific Conference Electronics (ET), 2020.
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加拿大電信公司 Bell 與亞馬遜合作打造邊緣運算技術，為私有 5G 網路創新舖路！
（圖片來源：report on business）
5G 通訊主打的重要特色就是更高效多量的連結能力與低延遲，而這樣的特性也將有助於企業大量蒐集數據並進行即時分析，來進一步作為應用程式與服務的提升，同時也有助於機器學習的分析，而上述應用都能透過 5G 的多接入邊緣運算（MEC）來進一步強化。
為了滿足更多企業用戶的需求，加拿大電信公司 Bell 在日前也宣佈與知名網路服務商亞馬遜（AWS）達成合作協議，雙方共同打造雲端與 5G 多接入邊緣計算服務，以提供 Bell 客戶更創新的數位體驗，同時也能利用 AWS 技術的廣泛與深度來加速相關服務的創建與拓展，同時也能進一步與 Bell 旗下語音、無線網路、電視等內容服務的互動性。
此外，AWS 與 Bell 的合作也將 AWS Wavelength 服務（AWS 為 5G 裝置所提供的超低延遲應用）導入加拿大國內，並將部署於 Bell 的 5G 網路邊緣運算主機，並允許開發人員與行動裝置與使用者建構「超低延遲」的應用程式，而這也讓 Bell 成為第一家向企業與政府用戶提供基於 AWS 服務架構的多訪問邊緣計算能力的加拿大系統商。
圖：AWS Wavelength 服務架構（圖片來源：AWS Youtube）
Bell 加拿大公司總裁暨 CEO 表示，透過 AWS Wlength 網路邊緣部署，對於 5G 高容量的網路頻寬、 極高傳輸速度與超低延遲的特性展現於次世代應用程式至關重要，而 Bell 與 AWS 也為眾多開發人員提供全新的環境，進一步強化客戶的數位體驗，而 Bell 也將加速投資額，增加基礎設施的大量部署，預期將 5G 覆蓋範圍再擴大一倍，同時增加高容量光纖網路連結的普及，加速 5G 時代的創新。
相較於前幾代的無線技術，Bell 在 5G 網路速度與頻寬容量更高的優勢之下，能支援並即時反應更多數據量與應用程式需求，透過與 AWS 的合作關係，Bell 將利用 AWS Wavelength 在 5G 電信網路的邊緣運算嵌入 AWS 的運算與儲存服務之中，以便讓應用程式開發者可以為機器學習、物聯網與內容串流等邊緣技術工作負載提供服務，而 5G 數據處理轉移至邊緣運算，可以最大限度減少資料處理的延遲，並為客戶主導的 5G 應用提供支援，包括沉浸式遊戲、超高解析度影音串流、自駕車、智慧製造、擴增實境、機器學習推論與遠距學習等應用，都包括其中。
圖：AWS Wavelength 使用案例（圖片來源：AWS Wavelength 官網）
此外，AWS Wavelength 也針對邊緣運算應用程式進行優化，最大限度減少向移動設備發送數據與接收數據過程的延遲，應用程式流量可以從 5G 裝置傳送至 Wavelength 區域中執行的應用程式伺服器，無須離開電信網路。這能避免應用程式流量必須周遊網際網路而多次跳轉才能到達目的地所導致的延遲，如此一來，客戶便能充分利用現代 5G 網路改善延遲和頻寬的優勢。
亞馬遜網路服務的 CEO Andy Jassy 認為，雲端和 5G 正在改變全球電信公司的商業模式，透過 AWS 多領域的基礎建設能力與機器學習和物聯網應用支援的長足經驗，能為 Bell 這類的電信公司帶來全新的數位應用體驗，也能進一步對客戶帶來助益。
Bell 的 5G 網路在去年（2020）6月開始推動，目前已覆蓋全加拿大達 35% 的地區人口，而今年更將投入超過 40 億美元的建設資本，未來每年以 10 至 12 億美元的投資速度來擴展光纖業務，今年底也可望將 5G 覆蓋全加拿大 70% 的使用人口。此外，5G 的建置也對於環境產生正面影響，加拿大無線通訊協會估計，5G 技術可以在達成目前 1,000 倍流量的情況下讓能耗減半，而 Bell 也訂定了 2025 年達到碳中和的目標。
相關連結：
Bell transforms customer experiences and extends 5G leadership by collaborating with AWS for cloud and 5G multi-access edge computing
AWS Wavelength – Amazon Web Services
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【十分鐘看懂】5G高功率天線設計考量-被動式交互調變(上)
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被動式交互調變最主要為元件非線性化所造成，在基站天線系統中，除了天線本體外，亦會與其他的被動元件串接使用，包括同軸饋線，多工器或濾波器等，因此，對於元件材質的選用與結構設計皆須完整考量。
被動式交互調變(Passive Inter-Modulation, PIM)主要發生於被動元件上，包括天線、饋纜、多工器、分波器或濾波器等，由於元件材質具有非線性特性，如鐵、鈷、鎳之磁性材料或表面氧化物等，或電性連接點接觸不良等效應所造成。因此，當兩個高功率載波訊號經由此類元件，極有可能誘發三階、五階或七階交互調變之功率位準變化。
若這些交互調變失真項次落於接收機頻段內，即會對基站端之上鏈路造成干擾，因此，需要進一步定義符合系統運作之IM3功率規範值。如圖一所示為兩個載波頻率f1與f2及兩者混頻後之IM3產物，在3G以前的通訊系統，其IM3的功率位準需小於≦-150dBc，基站端會發射兩個20W(43dBm)訊號載波出來，因此，若以絕對的功率位準來看，IM3數值需小於≦-107dBm。
此數值相當於系統最小接收功率靈敏度規格，若低於此值，則IM3項次可看做為背景雜訊。從圖中亦可發現2f2-f1會落於Rx頻段內，因此，需要嚴謹看待被動式交互調變所造成之影響，且2f1-f2、2f2-f1項次相鄰伴隨f1與f2出現，頻率間隔屬∣f1-f2∣等級。
因此，無法透過濾波器加以濾除，僅能控制位準大小不超出規範值，而其他奇數項次IM5、IM7…等，因功率位準皆小於IM3，因此，在評估上仍僅考量IM3項次即可。
圖一、主要載波頻率與IM3頻率之關聯性
圖二為進行天線端PIM量測架構，屬Reverse PIM測試，主要是將兩個訊號透過合路器送至天線端，藉由反射回來的訊號至接收端以獲得IM3數值，此類為傳導模式之PIM量測架構。另一種架構為輻射模式之Forward PIM測試，需透過一個接收天線來做接收，再將訊號連接回接收端。兩種模式皆需要在無反射室進行，以避免天線周遭物體或環境對量測結果造成影響。因此，一般基站天線架設於戶外，需要考量天線周遭是否有大面積的反射體，若有，可能會造成PIM劣化。
圖三所示為測試一般被動元件之PIM量測架構，屬Reverse PIM測試，被動元件需在輸出端接上一個低PIM且可承載高功率之50歐姆負載。若為Forward PIM測試，會在被動元件輸出端另外連接一個雙工器，TX通道會連接至50歐姆負載，而RX通道會連接至接收端，以獲取IM3數值。因此，仍需端看測試元件類型選擇合 適的PIM量測架構。
圖二、天線系統之PIM量測架構(Reverse PIM)
圖三、被動元件之PIM量測架構(Reverse PIM)
參考資料
[1] V. Golikov, S. Hienonen, P. Vainikainen, “Passive intermodulation distortion measurements in mobile communication antennas”, IEEE 54th Vehicular Technology Conference, 2001.
[2] Huseyin Aniktar, “Passive Intermodulation Effect on Antennas and Passive Components”, XXIX International Scientific Conference Electronics (ET), 2020.
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新冠疫情下的數位轉型，5G 將扮演什麼樣的角色？
去年開始全球爆發的新冠肺炎疫情，大大衝擊了全人類的生活，為了避免群聚感染，大家儘量避免出門，而企業集中於辦公室工作的形態也被居家辦公（Work From Home）所取代，學生們也改採線上遠距教學的方式進行。雖說疫情讓人們難以恢復過往的生活型態，但卻也加速了「數位轉型」的腳步，而科技發展也成為疫苗之外，人類對抗疫情的另一個重要武器。
根據 CES 2021 主辦單位「美國消費技術協會」發表的趨勢報告指出，疫情後的創新集中於數位健康、機器人、5G 通訊、數位轉型、車輛科技與智慧城市等領域，而且也因為各類型的數位科技都仰賴網路連線的穩定性，因此 5G 通訊的發展並未受疫情影響，甚至成為科技產業的領頭羊。
5G 除了單純成為各類型數位科技應用連結的基礎，相較於前一世代行動通訊更大的頻寬、更巨量的連結能力和更低延遲的特性，也成為未來許多防疫需求不可或缺的一個環境。
近期台灣正面臨疫情大爆發的威脅，我們也不得不開始注意如何利用科技協助大家做好防疫生活，至於 5G 將成為新冠疫情下數位轉型的哪些重要角色呢？下面小編也來為大家簡單整理幾個重點！
遠距醫療將取代實體看診
疫情的爆發除了造成醫療資源的匱乏，對於許多需要定期看診的慢性病人來說，因為避免群聚與不必要資源的浪費，遠距醫療將成為重要的解決方案，而 5G 充足的頻寬與低延遲讓線上視訊看診成為可能。日本的電信商軟銀旗下的線上診療事業，就在今年 4 月提供手機 App 的遠距問診服務，在使用者提交看診需求之後，30秒內就能快速回應，且能透過 5G 提供精確度更高的醫療用影像，進一步提升線上看診的準確性。
圖：軟銀子公司 Healthcare Technologies 提供專屬 App 服務。
此外，遠距醫療技術也將成為偏遠地區獲得更優質醫療服務的一個契機，透過 5G 技術能讓即時影像的「時差」縮小 10 倍，看診時的畫面更即時，結合 IoT 物聯網科技也能更即時量測病人的生理狀態，並直接透過雲端來記錄，同時也讓醫療行為不再受限於固定場所。
圖：遠傳的 5G 遠距診療示範計劃及偏鄉醫療公益計劃。
自動化取代人力
為了增加效率，目前許多企業都導入了「自動化解決方案」來取代傳統的人力，包括工廠、物流倉儲等場域，都已經落實這樣的方式，而這樣的方式也有助於避免人員工作時的群聚感染風險，透過遠端操作與監控更為安全，過往會有「人與人連結」的服務例如物流配送、環境清潔等，未來也能透過機器人或無人機來取代，而這些設備的控制，也都需要仰賴 5G 網路更高效率的連結能力與低延遲的速度來實現。
降低區域數位環境落差
一直以來，數位化基礎建設都難以克服「城鄉差距」的問題，尤其是幅員廣闊的國家更是如此，主要原因在於使用者稀少讓基礎建設的投入成本不符合經濟效益，但在疫情期間，偏鄉區域也有遠距工作與線上學習的需求，也因此 5G 成為解決區域數位環境落差的一項武器。
相較於過去的有線纜線的固接網路容易受到地理位置而影響佈建的困難度，因此透過無線傳輸的 5G 會相對更容易突破限制，除此之外，5G 的網路頻寬更優於 4G ，真正可以實現「無線寬頻」的使用環境，讓偏鄉地區也有機會獲得與都會區同等的網路環境。像是英國在 2019 年起就展開了「Gigabit Britain」計劃，預計將投入 300 億英鎊，希望在 2025 年實現全國 97% 的家庭達到 1 Gbps 的連線網速，其中就整合了 5G 通訊。
線上視訊將取代實體接觸
疫情對於各大企業來說，最大的影響就是避免「實體接觸」所造成的業務衝擊，除了員工需要分散各地工作之外，也無法與客戶進行實體拜訪進行需求了解與提案，也因此「視訊會議」相關的解決方案也成為疫情爆發後的重點，根據 Saleforce 第四版《銷售現況報告》內容指出，自 2019 年以來對於業務最為重要的五大銷售工具之首便是「視訊會議」工具。
圖：Saleforce 第四版《銷售現況報告》第 16 頁提到，視訊會議成為更具價值的 5 大銷售工具之首。
也因為視訊會議的使用成為常態，對於使用者所屬的網路環境也會有更大的考驗，除了工作場所有穩定的 Wi-Fi 網路，對於企業的專業工作者來說，更具彈性的 5G 行動網路環境更是必要。以韓國的 5G 營運為例，SK Telecom 推出了智能辦公系統，可實現靈活的「隨處工作」功能，而這個基於 5G 環境的智能辦公室擁有一個「5G 漫遊」系統，該系統可通過基於 AI 的臉部識別與行動 VDI 對接系統，在不使用身份證件的情況下辨識員工身份，員工可以選擇離家更近的智慧辦公室工作，以節省通勤時間並提高便利性，也成為企業未來增加員工工作彈性的解決方案之一。
圖：SK Telecom 的智能辦公系統。
相關連結：
〈工業技術與資訊〉疫情加速全球數位轉型 | Anue鉅亨 - 鉅亨新視界
5G醫療啟動 軟銀線上診療30秒內有回應 - DIGITIMES 智慧應用
遠傳心5G 未來無距離 商務產業新進化-5G遠距診療計畫-遠傳電信FETnet
5G and broadband rollout plans are going to repeat the mistakes of the past | ZDNet
Key Drivers for Korea’s 5G Success: Exploring Compelling 5G Services - Samsung US Newsroom
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5G 對於影視製作帶來重大變革－降低人力成本，集中製作讓效率大增！
5G 行動通訊的到來，對於許多產業而言都有著改變未來發展的重要意義，以娛樂為本的電影工業自然是不例外，除了超大頻寬、高傳輸速度與低延遲的特性，能讓 3D 電影或 8K 超高解析度電影的製作效率大幅提升，也能讓製作期縮短，讓作品快速完工並上映。
隨著 5G 網路的日益普及，可預期的是在未來將完全改變電影內容的形式與散佈方式。透過 5G 的高速傳輸能力，現場拍攝的畫面可以快速傳送至集中式的製作中心，因此 5G 可以透過遠程協作的方式能減少現場所需的人力，甚至也能降低大量設備運送的成本，也讓生產團隊在一天之內處理多個場景的拍攝，效率更為提升。
此外， 5G 技術也提供讓創作者更多創意展現的可能性，像是內建 5G 的攝影機可以不受電纜線的限制，拍攝操作更為自由，鏡位可能性更多，而 5G 技術的先天優勢也能將沉浸式娛樂帶入我們的生活。先前 Verizon 也透過「星際大戰：天行者的崛起」展示了他們的 5G 技術，透過 Disney 工作室的開發部門 StudioLAB 合作，在好萊塢首映晚會時就示範了網路訪談與電腦中西斯士兵即時互動，而對應士兵動作的兩位演員當下是在距離 24 公里之外的偏遠地區同步連線，5G 讓他們的動作可以更即時反應。
StudioLAB 的 Ben Havey 認為，說故事的人應該盡快接觸 5G 技術，讓他們可以為更多觀眾帶來無與倫比的體驗；而 Verizon 的首席開發長 Nicki Palmer 認為，5G 將從根本上改變娛樂媒體的創作、內容傳遞與消費方式。
電視劇「神雕俠侶」知名導演張紀中與國內外影視技術公司合作，共同打造了數位虛擬拍攝平台與數位內容庫，並在中國建立首個 5G 結合數位影視的生產基地，也成為下一世代影視產業的新嘗試。在未來，一個人就能製作一部完整電影，5G 技術也將在電影與電視製作中發揮重要作用，也成為產業競爭力提升的關鍵。
相關連結：
5G transforming film and television production - SHINE News
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【十分鐘看懂】5G高功率元件設計與量測考量
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射頻前端之功率放大器與混頻器等屬非線性元件，當多個載波頻率傳送至此類主動元件上時，除了主訊號被放大外，亦會判隨非線性混頻現象，若訊號位準過高且坐落於接收頻段上，即會造成干擾，因此，需加以評估與重視。
通訊系統中基站端往往需要發射較大的功率將訊號傳送至接收端，使得在服務細胞涵蓋區內能保有較佳的訊號強度。因此，在射頻前端會外加功率放大器元件，甚至在毫米波頻段，需要將中頻訊號透過混頻器載至高頻段等，最後透過天線端輻射至空氣中。
然而，類似功率放大器或混頻器皆屬非線性元件，特別是功率放大器元件要求較高線性度。如圖一所示為功率放大器非線性特性，一般而言，輸入功率與輸出功率呈現線性關係，但當輸入功率超過某個特定功率值後，會呈現非線性變化，若實際功率比線性輸出功率掉1dB，則稱為P1dB增益壓縮點，此時放大器已進入飽和區。
圖一、功率放大器非線性特性
然而，一般評估功率放大器之非線性指標會以IP3來表示，IP3定義為基頻與三倍頻線性斜率延伸之假想線交點，稱為三階截斷點，亦可稱為TOI(Third-order Intercept Point)。此三階截斷點為一理論值，代表此交點為主頻訊號與三階倍頻訊號有同樣的功率位準，另外，若此截斷點越晚出現，代表此功率放大器有較佳線性度表現。
通訊系統會同時有多個載波頻率一起傳輸，當經過非線性主動元件即會造成混頻現象，如圖二所示，以兩個訊號載波f1與f2來舉例，輸出的訊號除了原有f1和f2外，同時也會產生2次諧波項次2f1、2f2 以及二階交互調變失真(second-order intermodulation distortion, IMD2)之f1±f2項次，三階交互調變失真 (簡稱IMD3)之2f1±f2、2f2±f1項次、五階交互調變失真(簡稱IMD5)之3f1±2f2、3f2±2f1項次、及七階交互調變失真(簡稱IMD7)之4f1±3f2、4f2±3f1項次…等頻率組合。
圖二、雙載波訊號之三階交互調變
而高階諧波項次可透過外部的濾波器元件濾除，唯獨交互調變失真所產生的頻率組合會鄰近主頻訊號，無法加以濾除。在無線通訊領域中特別以三階交互調變失真(IMD3)影響最大，因此，功率放大器僅需考量TOI截斷點即可。若此點位置越高，則系統受到交互調變失真影響度就會大幅降低。
一般要獲得功率放大器IP3需要進行雙頻(Two Tone)測試，將兩個載波訊號f1與f2透過訊號產生器送至功率放大器輸入端，而輸出端連接至頻譜分析儀，並觀察2f1-f2、2f2-f1訊號位準。另外，目前儀器商所開發的高階網路分析儀已可同時取代上述兩台設備功能，在量測上將會便利許多。
參考資料
[[1] K. Chang, “RF and Microwave Wireless Systems”, John Wiley, 2000.
[2] D. M. Pozar, “Microwave and RF Design of Wireless Systems”, John Wiley, 2001.
[3] PNA-X Series Microwave Network Analyzers, [Online]. Available: https://www.atecorp.com/atecorp/media/pdfs/data-sheets/keysight-pnax-brochurepdf.pdf
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1340。
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【5G知識+】GSMA NESAS認證計畫概述
GSMA NESAS認證計畫概述
詮隼科技/鄭仲翔
隨著行動網路的快速發展，行動網路業者(MNO, Mobile Network Operator)必須運行一個可靠且強壯的行動網路，若是出現問題將追究相關法律責任。在網路安全方面，MNO只能在控制層進行安全控制，在網路設備層的安全只能依賴設備商。因此對於MNO來說，如何去衡量網路設備的安全水平、如何去選擇一個安全的網路設備變得相當重要。而對於網路設備商來說，如何向MNO證明自己的產品安全水平、如何去呈現自己擁有符合安全標準的能力，也是一個需要解決的問題。
在這樣的時空背景下，3GPP與GSMA就共同主導NESAS (Network Equipment Security Assurance Scheme)[1]志願計畫，其針對支援3GPP定義功能網路產品的供應商構建安全認證框架，以提升行動產業的安全層級。第一階段為針對產品開發及生命週期管理流程的評估。NESAS計畫的第二階段，是供應商須將網路設備產品提交給3GPP定義是否合格，且須透過ISO/IEC 17025[2]認證的測試實驗室，進行安全測試評估，測試實驗室最後將記錄評估結果並撰寫報告，之後再提供給供應商，由供應商自行決定是否將結果對外公開。
圖1、NESAS流程概述[1]
GSMA會指派多個審計組織組成專家小組(IAT，Independent Audit Teams)，主要負責針對流程進行審核。設備廠商則從中挑選一個組織，作為審核旗下銷售發展與產品生命週期程序的組織。獲選的審計組織會進一步指派自己的審計團隊，依照GSMA定義的NESAS辦法進行審議，並將結果記錄在審計報告中。若設備廠商通過審計，確定符合NESAS規範、滿足所有NESAS的安全要求，該廠商的審計結報就能在GSMA的NESAS網站上發布，並交由NESAS安全測試實驗室進行安全評估。
NESAS安全檢測實驗室可以由廠商自行建立，也可以是由外部的獨立第三方擔任，每一家實驗室都經過ISO/IEC 17025認證機構的檢驗，以此證明有能力完成具實質效益的網路產品檢測，其內容包含：測試程序、文件體系、流程維護等。廠商選用的NESAS安全檢測實驗室，會依照SCAS的資安準則，評定受測的網路產品。同時，NESAS也會確認，通過內部評估與獨立審計的發展暨產品生命週期程序，已經應用於受測的網路產品上。檢驗結束後，NESAS安全檢測實驗室會發布一份評估報告。可依NESAS審計報告與SCAS評估報告的內容宣稱網路設備符合5G網路安全標準。
NESAS提供了滿足產業與其他利益相關者所需的解決方案，透過該計畫行動網路業者得以根據NESAS報告判定網路設備是否符合行動網路營運之安全需求，而對於網路設備商來說，其提供了一個可以證明自身產品與能力符合國際標準的平台，形成完整5G產業安全防護網。
參考資料：
[1] GSM Association, “Network Equipment Security Assurance Scheme - Overview. Version 2.0,” 2021. https://www.gsma.com/security/wp-content/uploads/2021/02/FS.13-NESAS-Overview-v2.0.pdf (accessed Apr. 08, 2021).
[2] L.Steinborn, “International Standard ISO/IEC 17025 General Requirements for the Competence of Testing and Calibration Laboratories,” 2021. doi: 10.3109/9780203026656-20.
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【十分鐘看懂】LTCC基板材料選擇與特性-微帶貼片天線為例
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在天線設計議題上，基板材料特性對天線效能指標有其影響性，目前以LTCC製程為首的封裝技術在5G毫米波射頻前端模組中嶄露頭角；對於5G通訊應用而言，基板的選擇 不在僅考量電性，連散熱議題亦需一併納入評估。
LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)低溫共燒陶瓷製程常應用於射頻被動元件，包括電阻、電容、電感以及濾波器、多工器或微型化晶片天線等。在於LTCC基板材料具有介電常數選擇範圍大、優良的介電損失與極低的共振頻率溫度係數，因此，在設計高頻元件，LTCC製程仍有無法取代之優勢。
本專欄將說明幾種商用LTCC基板材料種類與特性，如圖一所示，以微帶貼片天線為例，將進一步分析基板特性對天線設計與效能指標之影響。微帶貼片天線設計首先要決定基板介電常數(Dk)，一般常用的FR-4、Rogers和Duroid基板之介電常數皆不超過10，而目前商用LTCC基板材料之Dk值也在10以內。由於需要兼顧天線操作頻寬與輻射效率，介電常數值仍不宜選擇較高，但若應用於終端裝置，選用高介電常數之材料可進而縮小天線元件物理尺寸。因此，在設計上需要從元件尺寸與效能面來衡量合適的方案。
圖一、微帶貼片天線之組成架構
表一為商用LTCC基板材料之介電特性彙總，Motorola T2000與Heraneus CT2000雖然有較低的介電損失，但介電常數為所有型號中最高。Kyocera GL-530有最低的介電損失，但介電常數也為最低。Emca T8800、Dupont-951與Dupont-943則有最適中的介電常數與介電損失值。
表一、商用LTCC基板材料之介電特性彙總
本文獻引用Ashby方法來選擇較佳的基板材料，通常材料選擇涉及多面向評估因素。因此，需從功能參數、幾何參數與材料指標做為函數分析，並透過圖形化方式呈現，讓設計者可清楚選擇適合的材料，以獲得較佳的元件效能。
圖二為使用不同商用LTCC材料進行設計，並同時對天線基板的長度/寬度及VSWR為2的頻寬做圖。從分佈來看，Dupont 951有較平均的天線尺寸與頻寬表現，Ferro A6雖然可以獲得較大的頻寬響應，但尺寸還是比Dupont 951稍大。再者，Dupont 951從其他效能指標包括彎曲強度與楊氏模數等性質皆優於其他基板型號，綜觀來說，DuPont-951在此應用上仍為最合適的候選板材。
圖二、不同商用LTCC材料基板之天線大小與頻寬性能分佈表現
參考資料
[1] Navneet Gupta, “Material Selection of LTCC Based Microstrip Patch Antenna Substrate Using Ashby's Approach”, International Symposium on Computer, Consumer and Control, 2014.
[2] V. T. Srikar and S. Mark Spearing, “Materials Selection in Micromechanical Design: An Application of the Ashby Approach”, JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol.12, No.1, 2003.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1336。
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【十分鐘看懂】毫米波天線基板選擇與效能評估
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毫米波頻段由於波長短，天線結構相對有較小的物理尺寸，在天線設計上除了控制輻射場型分佈之外，該場型方向上之輻射效率亦為重要的關鍵指標，本專欄將探討不同天線基材特性對毫米波天線效能運作之影響。
5G FR2毫米波頻段之射頻前端零組件相較於FR1 Sub-6GHz操作，目前仍需付出昂貴的硬體成本，對於國外運營商而言，毫米波網路初期佈建較為成功的商業模式仍以固定無線接取(Fixed Wireless Access, FWA)技術應用居多。然而，有賴於毫米波頻段具大頻寬與低延遲特性，運營商在導入上不在僅僅是一個B2C大網的傳輸容量應用，許多B2B企業專網所衍生的低延遲垂直應用也逐漸被納入。
由於毫米波射頻前端晶片技術門檻高，目前可以商用的廠家不多，因此，毫米波設備不論在元件或模組上，成本上仍為供應商所主導。另外，由於射頻前端電路乃至於天線本體，為了要滿足優良的傳輸效能與輻射效率，高頻基材的選擇與特性需更加重視，以確保訊號傳遞上能有最低的衰減量。
本專欄將進一步探討不同基材特性對於天線效能參數，包括阻抗頻寬、天線增益與輻射效率之影響。文獻中探討一款應用於毫米波28GHz頻段之 2x2微帶貼片天線陣列，如圖一所示，利用印刷電路板製程成型於不同基材上，並進一步分析基板介電特性與天線效能指標之關聯性。
圖一、毫米波2x2微帶貼片天線陣列結構
表一所示為五款基材種類之介質係數(εr)與損耗正切(tanδ)數值，特別在毫米波頻段，需要提高天線增益來彌補空氣中傳播損耗，並且天線工作頻寬要滿足系統規格要求，因此，基材在選擇上需要同時滿足這兩種效能指標需求。表一之RO4350B、Megtron 6、Astra MT77、Mold基材可應用於高頻段，而FR402基材一般應用於低頻段，並且有最低的成本。
表一、五種天線基材之介電係數與損耗正切特性
圖二所示為分析結果，可以發現採用FR402基材能有較大的頻寬，原因在於此基材有最高的介電損失，亦即有最小的品質因子(Quality Factor)，而頻寬又與品質因子成反比。但過高的損耗正切也造成增益與輻射效率為五種基材內最低，Astra MT77和Megtron 6基材所呈現的輻射特性最佳，而RO4350B與Mold基材次之，整體天線效能趨勢與基材所呈現的損耗正切數值高低具一致性結果。
圖二、不同基材選用之天線反射係數與輻射效率表現
參考資料
[1] Ivan Ndip, Thi Huyen Le, Oliver Schwanitz, Klaus-Dieter Lang, ”A Comparative Analysis of 5G mmWave Antenna Arrays on Different Substrate Technolgies ”, 22nd International Microwave and Radar Conference, 2018.
[2] Chaithanya Raj, S. Suganthi, ”Performance Analysis of Antenna with Different Substrate Materials at 60 GHz”, International Conference on Wireless Communications, Signal Processing and Networking, 2017.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1334。
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美國超前部署 5G mmWave 毫米波，但對消費者來說仍是遙不可及？
（圖片來源：Pexels）
相較於全球各國，美國算是在 5G 發展早期就已經開始佈局 mmWave 毫米波頻譜的國家，美國聯邦通訊委員會（FCC）自 2019 年開始已進行三個場次的頻段拍賣，包括 24GHz、28GHz、37GHz、39GHz 與 47 GHz 等頻段均已拍出許可證。但根據行動通訊分析服務商 Opensignal 的最新報告指出，美國的 mmWave 5G 連結比例仍舊嚴重偏低，對於美國的 5G 消費者來說仍舊有些遙不可及。
根據 Opensignal 的監測結果指出，過去 90 天的時間內，美國三大全國性行動網路營運商，用戶連結至 mmWave 5G 網路的平均時間，少於整體 5G 連線時間的 1%，其中 Verizon 的連接時間是最高的，但卻也僅佔全部用戶使用時間的 0.8%，而 AT & T 與 T-Mobile 的用戶更低，僅僅平均 0.5%，但報告中也指出，由於信號區間的重疊，可以看到 Verizon 與 AT & T 用戶之間的統計數據相關性更高。
圖：美國 5G 消費者連結至毫米波的平均時間都相當低，僅所有 5G 連結時間的 1% 不到
（圖片來源：Opensignal）
Verizon 早在自家 5G 超寬頻服務中，就著力於 5G 毫米波的建置，雖說毫米波的頻寬速度更高，但受限於基站覆蓋範圍極窄，造成短距離訊號容易被阻塞，而今年他們也將目標轉移至 3.7 GHz 的 C 頻段頻譜的中頻段部署。而 AT & T 與 T-Mobile 也同樣具有 5G 毫米波的服務，分別被稱為 5G+ 與 Ultra Capacity 5G（超大容量 5G），其中後者還包括了使用中頻帶 2.5 GHz 的 5G 服務。
圖：mmWave 毫米波的下載速度，Verizon 的表現最佳（圖片來源：Opensignal）
在 2020 年 3 月起，美國消費者已經可以使用 AT & T 的 5G+ 服務，在此之前這項服務僅適用於部份企業用戶，而 AT & T 的主要策略是將 5G 毫米波運用在機場這類室內的高密度區域，並採用了 39GHz 的頻段。
在速度方面，Verizon 的 5G 毫米波服務提供最高 692.9 Mbps 的下載速度，而 AT & T 的 5G 毫米波用戶平均下載速度為 232.7 Mbps，至於 T-Mobile 的 5G 毫米波僅能達到 215.3 Mbps 的水準，而這也反應了 5G 毫米波因為覆蓋範圍的限制，讓 T-Mobile 不願花費太多心思，儘管已經在早期涉足毫米波市場，但目前仍將重點放在 600 Mhz 的低頻段進行廣泛覆蓋，而先前與 Sprint 的合併也完成將 2.5 GHz 頻段的部署。
圖：美國三大通訊商的 5G 下載速度排名，T-Mobile 拔得頭籌（圖片來源：Opensignal）
不過 T-Mobile 在中頻段方面卻是處於所有廠商中的領先地位，速度表現明顯優於低頻段的其他廠商，而根據 Opensignal 的整體報告中也提供T-Mobile 在橫跨低、中、高頻段的支援領域，包括 5G 可用性、覆蓋範圍、下載與上傳速度這四個關鍵指標中名列第一。
雖說 AT & T 與 Verizon 迄今為止都已經在低頻帶與毫米波方面有一定的部署，但缺乏強大的 5G 中頻段容量層會是一大隱憂，實質上也未能發揮 5G 毫米波的優勢，也可以看出美國的行動通訊商在 5G 的建設方面，著力的重點還是在於廣泛的訊號覆蓋，透過毫米波的建置來提升網速規格，似乎還有很長一段路要走！
相關連結：
mmWave 5G remains elusive for U.S. consumers - Opensignal | FierceWireless
Quantifying the mmWave 5G experience in the US | Opensignal
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【十分鐘看懂】淺談5G O-RAN架構解析(下)
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在上篇我們簡介了O-RAN聯盟所訂定的O-RAN網路架構，其架構為承襲自3GPP所制定的NR網路架構並加以延伸，除了新增了一些網路優化管理控制相關的單元及介面，也新增了O-DU與O-RU之間的介面，本篇將深入探討O-DU與O-RU之間的切分架構。
在之前NR RAN CU-DU分離系列的介紹文章中提到了3GPP探討的各種Higher layer split與Lower-layer split方案，最終採用了Higher layer split中的Option 2作為CU-DU分離的選項，並制定了F1作為介接的介面。而在前篇文章中也介紹到O-RAN聯盟的架構也是採用3GPP的架構再做延伸，其O-CU與O-DU之間的切分方式便是上述所說的Option 2切分方式。然而延伸的部分在於O-RAN的架構中也同時新增了Lower-layer split的切分方案於O-DU與O-RU之間，在O-RAN的標準中[1]也描述了O-DU也是作為Lower layer split central unit。
下圖為O-RAN中O-DU與O-RU之間的切分方案示意，可看出其採用的是近似於3GPP所探討的intra PHY split中的Option 7-2選項再做些微的變化，故在O-RAN中稱之為Option 7-2x。在此切分方案中，首先上行的部分主要包括FFT, CP removal及digital beamforming為置於O-RU，其餘PHY功能則置於O-DU；而下行的部分可分為兩種O-RU類型，cat. A的O-RU為包括iFFT, CP addition及digital beamforming，而cat. B的O-RU除了前述三者功能外，也包括了pecoding，因此若O-DU介接到cat. B的O-RU時，O-DU中的precoding功能可以bypass掉。
圖、O-RAN O-DU O-RU Lower layer split description
本篇延續上篇探討了O-RAN的網路架構中O-DU與O-RU之間的架構，大致上這些切分選項的優缺點可參考NR RAN CU-DU分離系列的介紹文章，Lower-layer split的切分方案最終在3GPP並未能達成一致而並未能標準化，但仍在O-RAN繼續探討制定，當然最終的實現仍須看各廠家而定。
參考資料：
[1] O-RAN Architecture Description 3.0 - November 2020 (O-RAN.WG1.O-RAN-Architecture-Description-v03.00)
[2] Overview of O-RAN Fronthaul Specifications, NTT Docomo Technical Journal Vol. 21 No. 1 (Jul. 2019)
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1328。
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【十分鐘看懂】淺談5G O-RAN架構解析(上)
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在2018年初，各國電信商領軍成立了O-RAN（國際開放網路架構組織，Open Radio Access Network Alliance）聯盟，近年來也引發了諸多討論。O-RAN聯盟目前設立十個工作組，之中當然包括無線接取網路的開放式架構和標準化介面開發工作，希望建立出一套開放式的網路架構，以讓更多廠家進入這個產業。本篇將簡介O-RAN的整體無線網路架構。
目前市面上5G設備大多採用的是3GPP組織所制定的NR標準，在之前的文章也有介紹到3GPP所制定的NR架構，而O-RAN所定義的架構則是基於3GPP的架構再做延伸。
下圖為O-RAN的邏輯架構圖[1]，可看出包括CU跟DU之間的F1介面、基地台之間的X2及Xn介面、CU-CP與5G核心網路之間的NG-c介面，以及CU-UP與5G核心網路之間的NG-u介面皆為沿用3GPP標準所定義的介面。
圖、Logical Architecture of O-RAN
(資料來源：O-RAN Architecture Description 3.0 [1])
而由O-RAN所定義及維護的介面則包括了A1、O1、O2、E2以及Open Fronthaul interface介面。A1介面Non-Real Time RIC[註1]與Near-Real Time RIC之間介接的介面，這兩個單元主要負責智慧化的網路優化，前者為置於SMO[註2]內的功能，主要做偏策略性等非即時性的網路優化配置；而後者則置於SMO之外，可提供更為即時性的優化，並透過E2介面控制其他RAN端單元。O1為O-RAN管理單元與管理實體之間的網管相關的介接介面，O2則為SMO與O-Cloud(雲端計算平台)之間的介面。另外Open Fronthaul interface為O-DU與O-RU之間的介面。
本篇中簡介了O-RAN聯盟訂定的開放式5G網路架構，可看出其承襲自3GPP的架構再新增更多單元及介面的延伸，以期望有更多廠家進入並分工在這個產業，而對於此架構切分的探討，將於下篇繼續說明。
[註1]: RIC (RAN Intelligent Controller)
[註2]:SMO (ervice Management and Orchestration)
參考資料：
[1] O-RAN Architecture Description 3.0 - November 2020 (O-RAN.WG1.O-RAN-Architecture-Description-v03.00).
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1325。
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突破 300 Mbps！愛立信 MIMO 技術再創 5G 上傳速度新高峰！
（圖片來源：愛立信）
對於一般使用者而言，使用網路的主要形式都是從遠端伺服器下載各類型的內容到本地端，也因此無論是固網寬頻或是行動網路，大家所看重的都是網路的「下載速度」，不過對於許多需要傳輸資料的使用者－例如創作者上傳圖像、影音內容到網路，商務人士進行大量檔案的傳輸等，就會需要仰賴更大的上傳頻寬。
而近期 5G 通訊設備大廠愛立信就宣佈，透過「多重輸入輸出（MIMO）」技術，他們成功地實測更高的 5G 上傳頻寬，而這也被認為是行動網路連結突破現有限制的關鍵一步！
愛立信在自家的商用 C 頻段進行實測，將單用戶 MIMO 與 256-QAM 及其上傳鏈路 Booster 技術，在 SA 的 5G 架構之下，使用 3.7 GHz 至 3.8 GHz 頻段的 100 MHz 通道，在配備高通 Snapdragon X60 5G 平台的行動置上，峰值上傳速度可達 315 Mbps，雖說相較於下載速度動輒 Gbps 以上的速度來說看起來小巫見大巫，但與現有 5G 環境平均 15 - 20 Mbps 的速度相比，這項測試的成果高出 15 至 20 倍之多。
圖：愛立信無線電波系統相關設備（圖片來源：Fierce Wireless）
愛立信網路產品解決方案副總 Paul Challoner 在接受國外媒體 Fierce 的採訪中提到，目前美國行動網路的平均上傳速度僅為 10 Mbps 左右，而根據 OpenSignal 在 2 月發佈的全球 5G 基準測試報告中提到，目前全球最快的 5G 上傳網路為荷蘭的 32.5 Mbps，其次的二至十名分別為韓國、台灣的 26.4 Mbps 與泰國和西班牙的 20.4 Mbps。
（圖片來源：愛立信）
而 Challoner 也提到，傳統網路的架構皆為非對稱設計，通常處理的下載量要遠大於上傳量，但隨著大量上傳應用的需求愈來愈普遍，像是要上傳 4K 影音內容，或是以高畫質串流的方式進行視訊通話時，用戶會更需要大頻寬的上傳環境。
隨著 C 頻段在美國即將進入拍賣階段，更多的營運商會在今年內部署增強上傳鏈路功能的無線傳訊產品，而愛立信也看到這項趨勢，未來也將持續發展擴增 5G 上傳鏈路的應用技術。
相關連結：
Ericsson pushes 5G uplink limits with MIMO | FierceWireless
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【十分鐘看懂】淺談5G NR RAN端CP-UP Separation
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在之前的文章我們介紹了關於將在5G基地台gNB中做CU(Central Unit)-DU(Distributed Unit)分離架構的探討，最終標準中也制定了基於Option 2 (PDCP/RLC split)下CU與DU之間的F1介面；而除了CU-DU的分離外，標準中在RAN端也探討了CP(Control plane)-UP(User plane)的分離，本篇將就此介紹。
在之前我們談到3GPP標準採用了Option 2 (PDCP/RLC split)的CU-DU分離架構，而基於此架構之上，3GPP也探討並制定了支援CP-UP Separation的架構及相關介面，架構如圖所示，gNB-CU可再分成gNB-CU-CP以及gNB-CU-UP，前者主要負責gNB中RRC以及PDCP中控制平面的部分；後者則負責gNB中SDAP以及PDCP中用戶平面的部分，兩者之間透過E1的介面間接。
圖、Overall architecture for separation of gNB-CU-CP and gNB-CU-UP (資料來源：3GPP TS 38.401 (Rel. 15) [3])
在標準中所描述的架構中，一個NR的基地台(gNB)可由一個gNB-CU-CP、多個gNB-CU-UPs以及多個gNB-DUs所組成，一般來說一個gNB-CU-UP、一個gNB-DU皆只會連接至一個gNB-CU-CP，不過在合適的配置、實現下，也是可以連接至多個gNB-CU-CP。
在[2]中也談論到了做CP-UP Separation的優缺點，好處包括增加網路運作管理的彈性，增加基於情境、效能等優化RAN端功能擺放位置的可能性，以及增加支援異廠家互通的可能性，然而相對也會增加網路的複雜度，維運工作可能也會增加，以及在一些信令的傳輸上可能延遲會增加。
本篇中簡介了3GPP中對於RAN端CP-UP分離的探討，針對RAN端gNB的架構中，除可做CU-DU的分離外，CU還可再拆分為CU-CP以及CU-UP，至於實際上是否須做拆分的配置，則是依需求而定。
參考資料：
[1] 5G NR Radio Interface, Balazs Bertenyi, Satoshi Nagata, Havish Kooropaty, Xutao Zhou,Wanshi Chen, Younsun Kim, Xizeng Dai and Xiaodong Xu
[2] 3GPP TR 38.806 (Rel. 15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study of separation of NR Control Plane (CP) and User Plane (UP) for split option 2
[3] 3GPP TS 38.401 (Rel. 15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NG-RAN; Architecture description.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1320。
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德國電信在希臘使用 W 頻段成功建立 10 Gbps 5G 網路回程，證明其性能！
德國電信與其希臘子公司 OTE 的行動部門 Cosmote 與愛立信合作，嘗試將 92 GHz 至 114 GHz 的「W 頻段（W-Band）」的頻譜用於 5G 的回程網路，測試中將同一距離的 E 頻段或 70 GHz 至 80 GHz 的並行網路安裝一個 1.5 公里長的 W 頻段無線回程跳頻，以證明該設備的性能，測試的結果成功證明了該頻段的應用可能性。
圖：不同頻段的頻率對照表，W 頻段屬於超高頻的範圍（圖片來源：everthingf.com）
W 頻段在此次測試中，1.5 KM 的速度可達 5.7 Gpbs，北段的 1 KM 距離更是可跑到 10 Gbps，而這項測試也為電信公司帶來更多的可用頻譜來支援 5G 服務。隨著行動營運商朝向毫米波（mmWave）的頻段發展（尤其德國電信所採用的 26 GHz 至 28 GHz 的頻段），對於 RAN 的容量要求更高，相對的在回程網路的頻寬同時要有更高的要求，而這也是高頻段能發揮更大效率的重點所在。
此次參與測試人員表示，W 頻段可望增加大容量無線傳輸所需要的更多「未開發頻譜」，就目前的現況來說，E 頻段是唯一為 4G 和 5G 提供網路回程的頻譜。德國電信的 5G 副總裁 Konstantinos Chalkiotis 也發表看法表示，此次與愛立信的創新試驗，證實了在 5G 時代為客戶提供更高容量和高性能回程的另一種可能性，更高頻段且更大頻寬的可行性更高，也能成為網路接入與家庭網路的解決方案之一，也讓具成本效益的實際商業化方案儘速成為現實。
圖：愛立信的 W 頻段設備
除了發展中的 5G，許多電信公司－包括德國電信與愛立信在內，都已經開始展望 6G 這個目前還很模糊的概念，主要原因在於，大家都希望自己公司的名字與 6G 相連結，成為前瞻與創新的代表之一。
在兩年前，愛立信就已經和德國電信合作，首次展示毫米波頻段在一公里內的距離傳輸 100 Gbps 速度的可能性，目前雙方也在最新的合作項目中，持續朝向大容量回程頻譜的發展，以成為當今無線傳輸能的主力，除了 5G 的支援，未來也將成為 6G 通信額外的支援。
目前全球除了愛立信已積極投入 6G 早期的工作，芬蘭的諾基亞在歐洲領域的 6G 技術發展似乎擁有更高的地位，不過 W 頻段的回程測試目前已協助愛立信在 6G 發展上穩居一席之地，這是無庸置疑的！
相關連結：
Deutsche Telekom uses W-band for 10 Gbps 5G backhaul in Greece
Deutsche Telekom, Cosmote and Ericsson look beyond 100GHz to boost 5G backhaul capacity
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【5G知識+】3GPP SCAS 標準文件概述
3GPP SCAS 標準文件概述
詮隼科技/鄭仲翔
為了提供安全的網路架構，3GPP公布了一系列針對網路單元的安全風險分析、測試案例等技術報告(TR)和技術規範(TS)，如圖1。技術報告TR 33.805[1]，旨在介紹一項針對行動網路產品所提出的安全保證及評估框架。該框架名為3GPP Security Assurance Methodology （SECAM），跳脫了傳統的互通性議題，為不同的網路產品級別提供共同且可測試的基線安全性質。
TR 33.805文件先研究各種可達到上述目標的業界做法，最後選出SECAM作為最適合的方法。為了確保每個網路級別都有單一的保證等級與安全基線，藉此達到具認證水平的自我評估，文件會在適當時機整合SECAM與一般性準則的概念，並於必要時調整SECAM的結構、呼應3GPP的情境。TR 33.805涵蓋的主要領域包含：
為相關風險模型和必要保證等級所訂定的協議內容。
SeCurity Assurance Specifications（SCAS）建構過程的定義。本領域對網路產品級別與有關的測試案件，提出了相對應的安全性要求。
安全保證、評估、認證所需的角色及過程介紹。
圖1、3GPP SCAS系列文件
行動通訊設備在製造過程中，須符合SCAS檢測，其流程可分為三個階段。首先會先對欲檢測設備進行評估，此評估需藉由具有公信力的機構進行，像是在GSMA體系中，須具備ISO/IEC 17025認證的測試實驗室才可進行測試。接著廠商拿到評估報告後可自行宣布或是交由認證方來頒發證書，以證明此設備產品具備3GPP所要求的安全性，最後交由資安實驗室針對設備的弱點進行規範檢測及防駭漏洞檢測，如圖2所示。
技術報告TR 33.916[2]則是基於TR 33.805所制定的，內容包含如何撰寫網路設備的SCAS文件，有哪些步驟、安全描述、測試案例包含哪些內容等。技術報告TR 33.926[3]從安全的角度對網路設備進行分類，並分析網路設備會面臨到的安全風險。
圖2、5G安全驗證流程[1]
其中在5G行動通訊系統的安全性方面，國際標準組織3GPP制定了TS 33.5XX系列的5G行動通訊資安檢測標準(5G Security Assurance Specification, SCAS)，如表1所示。SCAS包含5G基地台與核心網功能的目標、需求與測試案例，可用於驗證5G設備在資安方面是否符合需求，有助於提升電信營運商部署5G基礎建設之安全性。
表1、5G行動通訊資安檢測標準
參考資料：
[1] 3GPP, “3GPP TR 33.805 V12.0.0, Study on security assurance methodology for 3GPP network products.,” 2013. [Online]. Available: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2304. [Accessed: 08-Apr-2021].
[2] 3GPP, “3GPP TR 33.916 V16.0.0, Security Assurance Methodology (SCAS) for 3GPP network products.,” 2020. [Online]. Available: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2345. [Accessed: 08-Apr-2021].
[3] 3GPP, “3GPP TR 33.926 V16.3.0, Security Assurance Specification (SCAS) threats and critical assets in 3GPP network product classes,” 2020. [Online]. Available: https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/33_series/33.926/33926-g30.zip. [Accessed: 08-Apr-2021].
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波之Doherty功率放大器 II
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Doherty功率放大器架構利用負載調變(load modulation)技術，來提升功率放大器在6-dB功率退後(power back-off)操作時的效率(efficiency)，來解決5G 以OFDM為基礎的調變訊號因有高峰值對平均功率比，所帶來的效率嚴重下降問題。
近年來，有許多文獻發表了在毫米波頻段實現DPA來改善功率退後操作效率[4]-[11]。
首先我們來看使用GaAs製程所實現的DPA[4]-[8]，表一為DPA的特性比較表。在輸入端的功率分配器威爾金森功率分配器(Wilkinson power divider)來實現，而輸出端所需的阻抗轉換器為四分之一波長的傳輸線，造成晶片面積達到 25 mm2 [4]。為了縮小面積，90度功率分配器所可以使用藍基耦合器(Lange coupler)來達成[8]。而藉由兩層金屬來實現寬邊耦合線 (broadside coupler)，更可以在70 mm x 180 mm的面積實現所需的90度的功率分配器[5]。
表一、Doherty功率放大器比較表
阻抗轉換器則是可以利用串聯傳輸線與並聯電容的架構來取代[5]-[8]，這樣的電路架構之等效電路與傳輸線相同，因此可以構成所謂的人造傳輸線(artificial transmission line)，可有小的縮減所需的面積。例如文獻[7]的電路中，使用了兩段電氣長度8度的串聯傳輸線與兩個0.02 pF的並聯電容來取代特徵阻抗為35 W，長度四分之一波長 (電氣長度90度)的傳輸線。
文獻[6]使用了非對稱式的架構，並提出以負載拉移為基礎的設計技術來進一步改善功率退後操作效率，可以在指定的功率退後點做最佳化的設計。所提出的設計結果在6 dB與8 dB功率退後操作效率分別達到了32%與28%。為了提高輸出功率，可以採用電晶體直接並聯(direct-shunt)與電晶體堆疊(stack)的技術[5]，[7]，因此達到了28.5 dBm的飽和輸出功率(saturation output power，Psat)，而因為使用了stack技術也使得其晶片面積並沒有大幅的增加[7]。GaAs DPA的6 dB功率退後操作效率都可以達到27%，而Psat也在25 dBm以上。
在CMOS製程部分，基板損耗較高且在毫米波增益較低。為了改善DPA特性，使用可適性(adaptive)偏壓電路來控制輔助路徑放大器的閘極電壓，在65 nm CMOS製程實現了60 GHz DPA，Psat為13.2 dBm，6 dB功率退後操作效率為10.6% [11]。此外，由於CMOS有多層金屬可以利用。因此提出了使用變壓器(transformer)來設計DPA [9]。在輸入端的功率分配器即以transformer來取代。而輸出端的部分亦採用transformer來同時達到功率結合與阻抗轉換的功能。因此可以有效的縮小晶片面積。以28 nm CMOS實現32 GHz DPA，Psat為19.8 dBm，6 dB功率退後操作效率則未達10%。CMOS DPA所呈現的效率特性遠不及GaAs DPA。
文獻[10]使用45 nm CMOS SOI (silicon on insulator)製程設計一28 GHz DPA。輸出端使用了低損耗的功率結合電路，而放大器則為單級疊接(cascode)架構。其Psat為22.4 dBm，6 dB功率退後操作效率則達到28%。其功率退後操作效率與GaAs DPA相當，只是輸出功率稍低。
DPA特性受到被動元件的損耗影響很大，因此在CMOS製程實現的DPA其功率退後操作效率較差。而在表一中我們可以看到，GaAs與CMOS SOI的DPA，都達到良好的功率退後操作效率，有助於改善未來5G毫米波系統的耗電問題。
參考文獻
[1] J. Curtis, A.-V. Pham, M. Chirala, F. Aryanfar, and Z. Pi, “A Ka-band Doherty power amplifier with 25.1 dBm output power, 38% peak PAE and 27% back-off PAE,” in Proc. IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symp. (RFIC), 2013, pp. 349–352.
[2] D. P. Nguyen, B. L. Pham and A. Pham, "A compact 29% PAE at 6 dB power back-off E-mode GaAs pHEMT MMIC Doherty power amplifier at Ka-band," 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Honololu, HI, 2017, pp. 1683-1686
[3] D. P. Nguyen, J. Curtis, and A.-V. Pham, "A Doherty amplifier with modified load modulation scheme based on load-pull data," IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 66, no. 1, pp. 227–236, Jan.2018.
[4] G. Lv, W. Chen and Z. Feng, "A Compact and Broadband Ka-band Asymmetrical GaAs Doherty Power Amplifier MMIC for 5G Communications," 2018 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS, Philadelphia, PA, 2018, pp. 808-811.
[5] G. Lv, W. Chen and Z. Feng, "A Compact and Broadband Ka-band Asymmetrical GaAs Doherty Power Amplifier MMIC for 5G Communications," 2018 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS, Philadelphia, PA, 2018, pp. 808-811
[6] P. Indirayanti and P. Reynaert, "A 32 GHz 20 dBm-PSAT transformer-based Doherty power amplifier for multi-Gb/s 5G applications in 28 nm bulk CMOS," 2017 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Honolulu, HI, 2017, pp. 45-48.
[7] N. Rostomyan, M. Özen and P. Asbeck, "28 GHz Doherty Power Amplifier in CMOS SOI With 28% Back-Off PAE," in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 28, no. 5, pp. 446-448, May 2018.
[8] S. Chen, G. Wang, Z. Cheng, P. Qin and Q. Xue, "Adaptively Biased 60-GHz Doherty Power Amplifier in 65-nm CMOS," in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 27, no. 3, pp. 296-298, March 2017.
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波之Doherty功率放大器 I
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Doherty功率放大器架構利用負載調變(load modulation)技術，來提升功率放大器在6-dB功率退後(power back-off)操作時的效率(efficiency)，來解決5G 以OFDM為基礎的調變訊號因有高峰值對平均功率比，所帶來的效率嚴重下降問題。
5G行動通訊系統將採用以正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)數位調變訊號為基礎的技術來達成高速傳輸，但是OFDM數位調變訊號具有相當高的峰值對平均功率比(PAPR)，因此對設計功率放大器的線性度帶來相當大的挑戰。加上功率放大器的線性度與效率間存在一個先天上的取捨關係，我們通常會對功率放大器的做功率退後(power back-off)操作來滿足線性度要求，但這將會使功率放大器的功率附加效率(power added efficiency, PAE)嚴重下降，因此有許多提升在Power back-off下的效率的電路技術被相繼提出，多赫帝功率放大器(Doherty power amplifier，DPA)就是其中一種相當熱門的架構。
DPA架構如圖一所示[1]，它包含了兩路的放大器，一路是主要路徑放大器(main amplifier)，一路是輔助路徑放大器(auxiliary amplifier)。透過一90度分波器，將輸入訊號分成兩路大小相等，相位差90度的訊號給兩路放大器，經過放大後，主要路徑放大器先經過一段四分之波長的傳輸線後再跟輔助路徑放大器接在一起。最後使輸出阻抗ZL為Z0的一半，透過這樣的安排達到負載調變的功能。
圖一、Doherty功率放大器架構圖
圖二是DPA的等效電路圖，經由等效電路圖，我們可以推導出主要路徑和輔助路徑放大器看到的負載阻抗分別為：
而主要路徑和輔助路徑放大器的輸出電流(IM與IA)的關係式為：
當輸入功率小的時候，只有主路徑放大器導通，輔助路徑放大器關閉，所以α=0，此時主路徑放大器所看到的輸出阻抗是兩倍的Z0。當輸入功率變大的時候，輔助路徑放大器也會被導通，此時α=1，主路徑與輔助路徑放大器所看到的輸出阻抗都是Z0。透過這樣的負載調變，我們可以延伸最大功率增進效率區間，使功率放大器在功率退後操作時，也能有不錯的功率效率。
圖二、Doherty 放大器的等效電路圖
圖三為一般功率放大器與DPA的效率對功率退後操作趨勢圖。由圖中可以看到，一般功率放大器的效率隨著功率退後越多而越低。但是DPA在0 dB功率退後與6 dB功率退後點，各有一個效率峰值。因此透過DPA可以改善功率放大器在功率退後操作時效率嚴重下降的問題。因此此架構適合應用在現今5G行動通訊系統中需要高功率退後操作來滿足線性度的訊號特性。
圖三、一般功率放大器與Doherty功率放大器的效率對功率退後操作趨勢圖
雖然DPA常用在基地台的功率放大器設計中，但是因為它需要很多的被動元件配合，如輸入端的90度的功率分配器與輸出端的四分之一波長傳輸線等。這些元件的尺寸較大，因此限制了DPA在手機單晶片上的應用。但我們可以利用電感電容元件等效90度的功率分配器與四分之一波長傳輸線來縮小元件尺寸，來將DPA在單晶片上實現 [2]-[3]。
參考文獻
[1] S. C. Cripps, RF Power Amplifier for Wireless Communications. Norwood, MA: Artech House, 1999.
[2] C. Tongchoi, M. Chongcheawchamnan, A. Worapishet, “Lumped element based Doherty power amplifier topology in CMOS process,” 2003 International Symposium on Circuits and Systems, pp. 445–448, Jun. 2003.
[3] J. Nam, J. Shin, B. Kim, “Load modulation power amplifier with lumped-element combiner for IEEE 802.11b/g WLAN applications,” Electronics Letters, vol. 42, no. 1, pp. 24-33, Jan. 2006.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1305。
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【十分鐘看懂】毫米波高效率諧波調和CMOS功率放大器(二)
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功率放大器通常是無線通訊前端系統中最耗電的元件。近年來有許多毫米波CMOS高效率功率放大器使用了class-F技術的論文發表。本文將回顧class-F的技術並討論文獻上所發表的毫米波高效率諧波調和(harmonic tuned) CMOS功率放大器。
延續上篇，理想的class-F放大器要操作在class-B的偏壓，在這樣的偏壓下電晶體本身並沒有增益，需要依靠夠大的輸入電壓來推動電晶體來提供增益。然而，在毫米波由於寄生效應影響與訊號較小，偏壓在class-B的電晶體無法提供足夠的增益。因此近年來的毫米波class-F CMOS功率放大器的文獻，都是將電晶體偏壓選擇在class-AB，搭配諧波控制輸出匹配網路的設計來達到波形控制以提升放大器的效率。由於並非偏壓在class-B，這樣的放大器與傳統的class-F不完全相同。因此有人會稱之為諧波調和(harmonic tuned)放大器。
接下來我們來看兩篇毫米波CMOS harmonic tuned功率放大器的文獻，以了解相關的設計要點。文獻[3]採用單端(single-ended)，一級共源極(common-source)的設計的架構，整體電路圖如圖三所示。電晶體本身的寄生電容，有Cgs (gate-source capacitance)、Cgd (gate-drain capacitance)與Cds (drain-source capacitance)。Cgs影響電晶體的輸入阻抗，Cgd影響電晶體反向隔離度，Cds則會影響輸出阻抗，因此在設計時都必須考慮。首先看輸出匹配網路的設計，在二倍頻(2f0)，L2與C2串聯共振腔在2f0提供短路阻抗；Ld與電晶體的Cds並聯共振腔在2f0為開路阻抗。而在三倍頻(3f0)，L2、C2、Ld與Cds則可視為一並聯共振腔，提供高阻抗。Lo與Co則為基頻(f0)提供阻抗匹配，而Lo在3f0則為高阻抗。總結輸出匹配網路的設計，其阻抗ZL在f0為最佳負載阻抗，使放大器可以達到最大的輸出功率；在2f0則為短路阻抗；在3f0為高阻抗。因此此輸出匹配網路可以達到class-F波形整型的效果。在此電路中，Ld與Lg為變壓器(transformer)，是用來消除Cgd，以改善電晶體的穩定性與反向隔離度。
圖三、一級單端諧波調和功率放大器電路圖[3]
此功率放大器以65-nm CMOS製程實現，在29 GHz的小訊號增益為10 dB，飽和輸出功率(Psat)為14.75 dBm，1 dB壓縮輸出功率(P1dB)為13.2 dBm，功率附加效率(power added efficiency，PAE)達到46.4%。以250 MHz符號率(symbol rate)、64 QAM訊號量測，-25 dB EVM的要求下，平均輸出功率在28 GHz為9.2 dBm，對應PAE為26%。
文獻[4]採用變壓器功率結合技術，為兩級差動(differential)架構，整體電路圖如圖四所示。在兩級的差動放大器使用了中和化電容(neutralization capacitor)技術來消除電晶體的Cgd以改善電晶體的穩定度以及增益。圖五為其輸出匹配網路在f0、2f0與3f0的等效半電路圖。由於L2與C2構成之串聯共振腔的共振頻率設計略高於2f0，因此L2-C2在f0等效為電容，所以輸出匹配網路在一倍頻為一組磁耦合共振腔(Magnetically Coupled Resonator)，將實部阻抗匹配到最佳負載阻抗，且虛部由電感性變化成電容性。在2f0時，圖五(b)紅框之電路等效為一個低阻抗。而在3f0時，L2-C2等效為電感，變壓器與匹配電容等效為電感。圖五(a)紅框內電路為電感性，與Cds形成並聯共振腔，提供高阻抗。除了效率以外，此電路在線性度上也有做額外補償，由於輸出級是AB類的偏壓，因此在振幅對相位調變失真(AM-PM Distortion)上會是正角度的失真，為了補償這個問題，在驅動級(Driver Stage)的閘級偏壓選擇在比較靠近A類的偏壓，使得振幅對相位調變失真在這級產生負角度的變化，以補償輸出級的失真。
圖四、使用變壓器功率結合技術之兩級諧波調和功率放大器電路圖[4]
圖五、輸出匹配網路在(a) f0與3f0，與(b)2 f0之等效半電路圖
此功率放大器以90-nm CMOS製程實現，在27 GHz的小訊號增益為26 dB， Psat為15.5 dBm，P1dB為13.7 dBm，PAE為32%。以250 MHz符號率(symbol rate)、64 QAM訊號量測，-25 dB EVM的要求下，平均輸出功率在27 GHz為9.5 dBm。
從以上兩個例子可以證明，使用諧波調和結合class-AB功率放大器可以有效提升功率放大器的效率。實測輸入數位調變訊號也可達到所要求的EVM，可應用5G毫米波行動通訊系統中。
參考文獻
[1] Steve C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications. Norwood, MA, USA: Artech House, 2006.
[2] W. Chen, K. Rawat, and F. M. Ghannouchi, Multiband RF Circuits and Techniques for Wireless Transmitters. Berlin: Springer-Verlag, 2016.
[3] S. N. Ali, P. Agarwal, S. Gopal, S. Mirabbasi and D. Heo, "A 25–35 GHz Neutralized Continuous Class-F CMOS Power Amplifier for 5G Mobile Communications Achieving 26% Modulation PAE at 1.5 Gb/s and 46.4% Peak PAE," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 66, no. 2, pp. 834-847, Feb. 2019.
[4] Z.-J. Huang, B.-W. Huang, K.-Y. Kao, and K.-Y. Lin, “A high-gain continuous class-F power amplifier in 90-nm CMOS for 5G communication,” in 2019 Asia-Pacific Microwave Conference Technical Digest, Dec. 2019.
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【十分鐘看懂】毫米波高效率諧波調和CMOS功率放大器(一)
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功率放大器通常是無線通訊前端系統中最耗電的元件。近年來有許多毫米波CMOS高效率功率放大器使用了class-F技術的論文發表。本文將回顧class-F的技術並討論文獻上所發表的毫米波高效率諧波調和(harmonic tuned) CMOS功率放大器。
在討論F類(class-F)放大器技術前，我們先回顧在放大器的設計中，依據其偏壓狀態可分為A類(class-A)、AB類(class-AB)、B類(class-B)和C類(class-C)放大器，主要是以在一個週期內(360°)汲極電流在輸出電路流動的時間。如圖一所示，Class-A為整個週期都有汲極電流，定義其導通角(conduction angle)為360°；class-B只有半個週期有汲極電流，其導通角為180°。class-C導通角介於0°到180°。而class-AB的導通角介於180°與360°間。
圖一、(a) class-A，(b) class-B，與(c) class-C放大器
在理想的狀態下分析[1]，我們可以發現雖然直流成分會隨著導通角變小而減少，但是一倍頻成分在導通角為π ~2π這個範圍時並不會隨著導通角變小而減少。此外，當導通角為2π時，電流只有直流以及一倍頻的成分，但當導通角變小後，其他倍頻的成分會逐漸增加，因此會直接影響功率放大器的線性度(Linearity)，由此現象可以知道class-A功率放大器是比較線性的操作，但其效率較低。降低導通角有助於提升效率，但放大器的線性度較差。
Class-F放大器的理想之汲極電壓和電流波型如圖二所示。由圖二可以發現，電流為半弦波，而電壓為方波，彼此之間沒有重疊，代表電晶體不消耗功率，因此從波型的分析上，class-F放大器可以達到100%的效率。要達到這樣的波形第一步是使用class-B的偏壓，其導通角為180°。理想上只有在輸入訊號為正的時候才有輸出電流；而輸入訊號為負的時候，電流為零，因而如圖一(b)所示半弦波的輸出電流。電壓的波形則是使用波形整形(wave shaping)的技術，利用諧波控制輸出匹配網路(harmonic-controlled output matching network)來達成。其輸出匹配網路除了在一倍頻要看到最佳阻抗外，在偶倍頻(even order harmonic)要看到短路(short circuit)，而在奇倍頻(odd order harmonic)要看到開路open circuit)。
圖二、理想class-F放大器之汲極電壓和電流波形
我們可以將電壓的方波以及電流的半弦波分別利用傅立葉級數表示為
根據(1a)與(1b)，其直流功率與一倍頻訊號功率分別可表示為
所以可以得到class-F放大器的理想汲極效率(drain efficiency)為100%。
雖然class-F放大器擁有100%的理想效率，不過電路實現上要達到控制所有諧波的阻抗是很困難的，而且較高次諧波的影響也較小。因此大多數電路諧波控制通常只做到二倍頻與三倍頻的阻抗控制。
參考文獻
[1] Steve C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications. Norwood, MA, USA: Artech House, 2006.
[2] W. Chen, K. Rawat, and F. M. Ghannouchi, Multiband RF Circuits and Techniques for Wireless Transmitters. Berlin: Springer-Verlag, 2016.
[3] S. N. Ali, P. Agarwal, S. Gopal, S. Mirabbasi and D. Heo, "A 25–35 GHz Neutralized Continuous Class-F CMOS Power Amplifier for 5G Mobile Communications Achieving 26% Modulation PAE at 1.5 Gb/s and 46.4% Peak PAE," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 66, no. 2, pp. 834-847, Feb. 2019.
[4] Z.-J. Huang, B.-W. Huang, K.-Y. Kao, and K.-Y. Lin, “A high-gain continuous class-F power amplifier in 90-nm CMOS for 5G communication,” in 2019 Asia-Pacific Microwave Conference Technical Digest, Dec. 2019.
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【十分鐘看懂】毫米波氮化鎵功率放大器
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除了GaAs pHEMT與CMOS製程外，GaN製程在近年來也受到很大的關注。GaN不但可以應用於微波與毫米波積體電路，亦可應用於電源相關的應用。本文將介紹GaN HEMT的製程與毫米波功率放大器。
材料特性對於所製作的半導體元件有很大的影響，表一所列為矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)的材料特性[1]。GaN相較於Si與GaAs，主要的特色是具有較大的能隙(bandgap)，可以承受較大的電壓。雖然GaN電子移動率不如砷化鎵，但是其電晶體仍可操作於微波與毫米波。
除了元件的材料外，基板的材料也會影響電路的特性。目前GaN的半導體製程基板主要為SiC與Si兩種，這兩種製程可以簡稱為GaN/SiC與GaN /Si。表二為GaN，Si與SiC的參數比較，GaN與SiC的晶格常數(lattice constant)相近，稱之為晶格匹配(lattice-matched)；而GaN與Si的差異較大。因此GaN/SiC有較低的晶體缺陷密度，可靠性較高[2]。
此外，由於GaN電路主要是高功率的應用，電路操作時會產生大量的熱，若無法適當地將熱導出，晶片溫度會急遽上升，導致電晶體的性能下降。因此基板材料必須要有良好的熱導(thermal conductivity)。相較於GaN與Si，SiC有較好的熱導，因此在高功率的操作下，使用SiC基板可以更快速的把熱導出。GaN和SiC的熱膨脹係數也較為相近，在熱循環下的可靠度較高。雖然如此，GaN/Si還是有成本上的優勢，在商業應用上仍有極大的吸引力。
表二為150-nm GaAs pHEMT [3]、150-nm GaN/SiC HEMT [4]與100-nm GaN/Si HEMT [5]的電晶體特性列表。這些製程都可以應用在5G毫米波頻段的功率放大器設計。我們從表中可以看到，GaN電晶體的崩潰電壓(breakdown)較高，因此可以採用較高的電壓。另一個指標是功率密度(power density)，這個指標定義每公厘(mm)的總閘極寬度(total gate width)可以輸出的射頻訊號供率。GaN製程達到3.75 W/mm與3.3 W/mm，遠高於GaAs pHEMT的0.8 W/mm。
最後我們來看一下幾個近年所發表毫米波的GaN HEMT功率放大器，比較表如表三所示，前三篇為使用GaN/SiC製程[6]-[8]，後兩篇則為GaN/Si [9]-[10]。文獻[6]的輸出級是採用並聯16顆400 mm (10 fingers)的電晶體，輸出級的閘極總寬度達到6.4 mm。整體放大器採用兩級的設計，在24 V的偏壓下，輸出功率在26.5 GHz達到43.4 dBm (21.7 W)，功率附加效率 (power added efficiency，PAE)為19.8%。文獻[7]則是在28 GHz，達到37.5 dBm輸出功率與40%的PAE。文獻[8]採用了兩級Doherty放大器的架構，在6/8 dB回退功率下，分別達到22.7%/19.5%的PAE。
文獻[9]使用了100-nm GaN/Si製程，放大器為三級架構，輸出級使用了4顆400 mm (8 fingers)的電晶體。在24.5-27 GHz頻帶內達到33.3-35 dBm輸出功率與30-40%的汲極效率 (drain efficiency)。文獻[10]同樣使用100-nm GaN/Si製程，開發操作於40 GHz的三級功率放大器。在37-43 GHz頻帶內，達到40 dBm輸出功率與30%左右的PAE。
由於電晶體本身優異的特性與基板良好的導熱性，GaN HEMT製程是目前在毫米波頻段實現高功率放大器 (> 5 W)最佳的製程選擇。雖然5G毫米波系統採用相位陣列技術可以降低單一功率放大器的輸出功率規格，但是使用GaN HEMT功率放大器可以降低相位陣列的單元數，因此GaN在未來5G毫米波行動通訊基地台或是衛星通訊系統中將不會缺席。
表一、Si、GaAs、GaN與SiC材料特性比較表
表二、GaAs、GaN/SiC與GaN/Si特性比較
表三、毫米波GaN功率放大器
參考文獻
[1] Gallium Nitride (GaN) versus Silicon Carbide (SiC) In The High Frequency (RF) and Power Switching Applications [Online]. Available: https://www.richardsonrfpd.com/docs/rfpd/Microsemi-A-Comparison-of-Gallium-Nitride-Versus-Silicon-Carbide.pdf
[2] GaN on SiC or GaN on Si? [Online]. Available: https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/gan-on-sic-or-gan-on-si-
[3] Build your own GaN & GaAs solutions with UMS [Online]. Available: https://www.ums-rf.com/wp-content/uploads/2018/01/Brochure_Foundry_2017-1.pdf
[4] GaN on SiC mmWave Foundry Process [Online]. Available: https://www.wolfspeed.com/downloads/dl/file/id/1522/product/0/gan_on_sic_mmwave_foundry_process.pdf
[5] III – V PROCESSES [Online]. Available: https://www.ommic.com/iii-v-processes/
[6] Y. Yamaguchi, J. Kamioka, M. Hangai, S. Shinjo and K. Yamanaka, "A CW 20W Ka-band GaN high power MMIC amplifier with a gate pitch designed by using one-finger large signal models," 2017 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), Miami, FL, 2017, pp. 1-4.
[7] Y. -Q. Lin and A. Patterson, "Design Solutions for 5G Power Amplifiers using 0.15μm and 0.25μm GaN HEMTs," 2020 International Symposium on VLSI Design, Automation and Test (VLSI-DAT), Hsinchu, Taiwan, 2020, pp. 1-3.
[8] K. Nakatani, Y. Yamaguchi, Y. Komatsuzaki, S. Sakata, S. Shinjo and K. Yamanaka, "A Ka-Band High Efficiency Doherty Power Amplifier MMIC using GaN-HEMT for 5G Application," 2018 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on 5G Hardware and System Technologies (IMWS-5G), Dublin, 2018, pp. 1-3.
[9] X. Tong, S. Zhang, P. Zheng, J. Xu and R. Wang, "A 24.5-27 GHz GaN Power Amplifier MMIC with 4 W Maximum Saturation Output Power," 2019 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), Guangzhou, China, 2019, pp. 1-3.
[10] J. Moron, R. Leblanc, F. Lecourt and P. Frijlink, "12W, 30% PAE, 40 GHz power amplifier MMIC using a commercially available GaN/Si process," 2018 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS, Philadelphia, PA, 2018, pp. 1457-1460.
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【十分鐘看懂】反射式陣列天線技術-應用篇
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反射式陣列天線因具有平面化特性，可利用標準化印刷電路板製程實現，且適合整合於牆面或天花板場域，若能將饋源天線做適當架設，此天線型式能達到兼具涵蓋需求與環境高度整合之功效，可作為電信運營商之佈建選擇。
前述專欄已針對反射式陣列天線相關設計技術進行探討，本專欄將進一步針對反射式陣列天線之應用做說明。早期反射式陣列天線為用來取代拋物面碟型天線，以衛星通訊與軍事雷達應用居多，因該天線具有高增益與窄波束之特性，非常適合應用於遠距離傳輸。反射式陣列天線透過反射單元的大小、形狀與排列，每個反射單元皆會提供一相位偏移量，使得反射陣列整體的反射特性與拋物面天線相同。因此，漸漸取代拋物面天線在平面波上之應用。
由於反射式陣列天線之反射單元可在平面基板上分佈成型，因此，可利用標準化印刷電路板製程施作。再者，平面化結構若應用於室外通訊涵蓋，可整合與牆面或大型廣告看板等場域。文獻中提及在日本石垣島市區使用工作頻率11 GHz之反射式陣列天線並架設於大樓頂端，藉此改善非視線傳播(None-Line-of-Sight, NLOS)下之訊號盲區的涵蓋品質與網路容量。該通道量測系統之發射端天線在距離200 m外正向入射反射式陣列天線，隨即產生60度散射角度朝向欲涵蓋之街道區。接收天線則放置於車頂上進行動態行駛實測，其中發射端與接收端在非直視傳播路徑進行測試配置。在使用8x8多輸入多輸出(MIMO)之通道量測系統測試，其接收功率值與通道容量相較於無採用反射式陣列天線提升10 dB與4 bps/Hz，其中反射陣列單元數量高達1848個(42x44)，如圖一所示為反射式陣列天線架設與測試情境。
圖一、改善室外訊號涵蓋品質之反射式陣列天線佈建
如圖二所示為一種反射式陣列天線應用於無線區域網路之室內情境，其中此天線結構為X-band頻段應用，透過反射單元之分佈以合成寬波束場型。此佈建重點在於平面反射式陣列天線非常適合整合於室內天花板空間，類似行動網路室分天線系統之作法。因場型具有向下集中分佈特性，較易限縮涵蓋範圍，對於高網路容量需求之室內場域，有機會實現多細胞網路佈建。由於反射式陣列天線為固定式場型合成，因此，在網路佈建上需要預先進行涵蓋與擴容規劃，才能依照實務應用進行相關反射單元之佈排設計。
圖二、寬波束之反射陣列天線應用於室內場域情境
參考資料
[1] Qiang Chen, “Reflectarray Development for Improving NLOS Radio Channel＂ ,Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, 2013.
[2] Qiang Chen, Jianfeng Li, Yusuke Kurihara, Kunio Sawaya, Qiaowei Yuan, Ngochao Tran, Yasuhiro Oda, “Measurement of reflectarray for improving MIMO channel capacity of outdoor NLOS radio channel”, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 2013.
[3] Qiang Chen; Kunio Sawaya; Koichi Ito, “Recent research activities on antennas in Japan”, 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2013.
[4] PIYAPORN KRACHODNOK, RANGSAN WONGSAN, ”Design of broad-beam microstrip reflectarray”, WSEAS Transactions on Communications, 2008.
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【十分鐘看懂】反射式陣列天線技術-設計篇
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反射式陣列天線為一種結合拋物面天線與陣列天線之架構，透過相位分佈單元之補償，使得反射訊號在特定方向上達到同相位效果，藉此實現能量聚焦特性；另外，該結構同時保有平面化陣列天線易製作與輕薄等優勢。
對於行動通訊網路遠距離傳輸應用可行性，仍需仰賴於涵蓋區內的訊號強度能否符合該系統運作之訊噪比要求，實現的方式除了提升發射機發射功率外，亦可透過提高天線指向性來增加接收端功率值。然而，外加功率放大器元件來提升通訊產品EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)值，除了有法規面限制議題外，亦會增加整個硬體元件成本。因此，如何透過高增益天線設計來提高系統SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)值是現階段最具成本效益之作法。
目前有幾種實現高增益天線場型之設計架構，包括: (1)多個單元天線擺放所形成的天線陣列，透過單元天線場型與陣列因子之場型相乘法則，達到高指向性輻射場型應用；(2)利用電磁波遇到介質會穿透之特性，當饋源天線能量穿透多層介質材料，可產生不同的折射特性，藉由控制光程差達到主波束朝特定方向聚焦效果，相關運作原理已於前述專欄文章中說明；(3)利用電磁波遇到金屬面反射之特性，適當設計反射面大小或形狀，使得能量經由反射後能達到特定方向同相位效果，以獲得高指向性場型。
本專欄將進一步說明利用反射特性所衍生之高增益天線設計技術，傳統上，常見的反射天線以拋物面天線架構居多。主要是利用光學聚焦原理，將饋源放置於拋物面焦點上，從饋源所輻射的球面波在有限距離下，透過一次反射達到平面波效果，以實現遠距離無線傳輸。因此，需藉由拋物面曲率之設計，以補償電磁波不同入射角度反射後所造成之路徑差異。
由於反射面為曲面非平面，因此，在製作上曲率精確度不易控制，特別在高頻段應用，主波束合成角度之精細度將會受到製程限制所影響。有鑒於此，平面化反射式陣列主要是透過反射單元的分佈來補償電磁波反射後所造成的相位差異，如圖一所示為反射陣列天線架構圖，包括有饋源天線與相位分佈單元兩部分。
一般反射單元以微帶貼片形狀居多，或可利用偶極元件型式等架構來創造所需的相位變化，每個單元可視為被動式相移器元件。如圖二所示為文獻中探討利用多層微帶貼片大小分佈，以創造寬頻帶波束場型合成效果，使得相位變化曲線於不同頻率下保有一致性變化量。於此，有助於降低不同頻率場型合成之差異性，增進實務上之應用。
圖一、反射陣列天線架構圖
圖二、寬頻帶反射陣列天線之多層反射單元佈排
參考資料
[1] M. Hashim Dahri, M. R. Kamarudin, M. H. Jamaluddin, M. Inam, R. Selvaraju, “Broadband Resonant Elements for 5G Reflectarray Antenna Design”,TELKOMNIKA Telecommunication, Computing, Electronics and Control, 2017.
[2] Jose A. Encinar, J. Agustín Zornoza, “Broadband Design of Three-Layer Printed Reflectarrays＂, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2003.
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【十分鐘看懂】天線系統分集合併技術
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先進通訊系統所採用之MIMO技術為從分集技術衍生而來的，其目的欲藉由多路資料流傳輸提升系統吞吐量；前述文章已說明天線分集對通訊系統帶來之好處，本專欄將進一步探討分集合併技術及其特點。
當訊號透過多個通道傳輸至接收端時，需利用訊號合併技術演算法將訊號處理後才能進行後續解調動作，因此，不同訊號合併方式為通訊系統之重要核心技術。
圖一所示為分集通道模型架構，一般分集合併技術(Combining Techniques of Diversity)可分為：(1)選擇式合併(Selection Combining)，(2)切換式合併(Switching Combining)，(3)等增益合倂(Equal Gain Combining)及(4)最大比值合併(Maximal Ratio Combining)四種，圖二與圖三分別表示這四種合併技術之分類。
圖一、分集通道模型架構
圖二、選擇式與切換式合併技術
圖三、等增益與最大比值合併技術
選擇式合併技術可以選擇最佳訊號至接收器，但缺點在於需要不斷偵測SNR值，因此，以系統觀點來說較為耗電。切換式合併技術與選擇式合併技術不同點在於當訊號低於設計門檻值後再做切換即可。因此，不像選擇式合併技術一直需偵測最佳之SNR值，以效能來看雖低於選擇式合併技術，但整體架構具省電優勢。
等增益合倂技術也稱為相位均衡，即僅對通道的相位偏移進行校正而幅度不做調整，當只有假設每個鏈路訊號之SNR比相同的情況下，其SNR比最大化才可呈現出來，所以此架構效能較差。最大比值合併技術亦即調整SINR為最佳狀態，透過調整不同信號通道之權重，包括訊號大小與相位，使得訊號同相位輸出，在做合併時可得到最佳之訊號強度，同時可將雜訊與干擾降至最低，雖方法較為複雜，但效能最佳。
一般而言，探討分集增益(Diversity Gain)需包含後端合併技術演算法一起考量，其比較對象是與「單一天線」做比較。舉例而言，兩支相關性很差之天線，搭配Selection Combining 演算法，其SNR接收效能可以比單一天線好上5dB， 所衍生的5dB就是透過兩支天線接收所獲得之好處，即為分集增益。若是這兩支天線之相關係數很低，同樣搭配Selection Combining 演算法，其SNR的接收效能可以比單一天線好上10.2dB。若使用Maximal Ratio Combining演算法搭配相關係數很低的兩支天線，其分集增益能夠到達13dB，比Selection Combining演算法提升3dB。因此，若增加分集天線數量並搭配合適的分集合併演算法，即可讓整體通訊系統之接收訊雜比達到最佳化。
參考資料
[1] SIMON R. SAUNDERS, ALEJANDRO ARAGO´ N-ZAVALA, “ANTENNAS AND PROPAGATION FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS”, Second Edition, John Wiley & Sons, 2007.
[2] A.A.H. Azremi, J. Toivanen, T. Laitinen, P. Vainikainen, X. Chen, N. Jamaly, J. Carlsson, P.-S Kildal, S. Pivnenko, “On Diversity Performance of Two-Element Coupling Element Based Antenna Structure for Mobile Terminal” Fourth European Conference on Antennas and Propagation, 2010.
[3] Raviraj Adve, "Receive Diversity" , [Online]. Available: https://www.comm.utoronto.ca/~rsadve/Notes/DiversityReceive.pdf
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【十分鐘看懂】多輸入多輸出天線分集特性研究
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低耦合度與低相關性一直是MIMO天線設計重要指標，亦即發射與接收天線必須維持獨立性，才能實現MIMO技術可提升系統效能之目標，本專欄將探討天線分集特性與實際運作上如何對通訊系統帶來好處。
天線分集(Diversity)主要目的是希望可以減少訊號快速衰減(Fast Fading)之影響，訊號在傳遞上常因多重路徑效應造成接收端收到多個反射信號與主要信號，而導致信號干擾失真甚至斷訊，因此，需透過天線分集特性來提升資料正確率。若使用一根天線斷訊之機率為p，那將N根天線排列起來其斷訊之機率為pN。
例如當使用一根天線做接收時，其天線有10%機率會斷訊，若有三個天線排列做接收時，其同時斷訊的機率變為0.13=0.001=0.1%。當然在此前提之下每根天線需各自獨立運作，但由於實際應用，天線彼此間仍有其相關性(Correlation)，因此，斷訊之機率仍會略高於0.1%。
下圖為使用天線分集所接收到之訊號分佈情形，訊號1與訊號2可分別表示天線1與天線2所收到之訊號。若透過一些訊號組合之演算法可在訊號重疊處取兩者較佳之訊號強度，因此，造成通訊中斷之機率相對單一天線做接收將會減少許多。簡言之，天線分集之基本需求是希望利用多根天線且彼此間有低相關性來實現。
圖、天線分集之訊號接收與合併處理
一般分集種類可分為: (1)空間分集(Space Diversity)，(2)極化分集(Polarization Diversity)，(3)時間分集(Time Diversity)，(4)頻率分集(Frequency Diversity)。空間分集主要是利用空間將兩個訊號分開，倘若基站端有兩支天線與行動裝置做通訊，訊號傳遞過程中經過多重反射(Multiple Reflection)到達天線1與天線2之距離會有所不同。
然而天線間距要足夠大使路徑差異明顯，分集之優勢才容易發揮出來。若在設計上有擺放距離之限制可以採用極化分集方式，亦即當訊號傳送過來時可以利用兩個不同極化天線(ex: 水平&垂直)做接收，以確保各種極化之訊號皆可被組合。但若環境較無多重反射之機制，其缺點會造成兩個天線所收到訊號功率差異較大，以至於無法達到平衡，此種情況會有比較低的分集增益。至於時間分集與頻率分集是結合系統訊號處理與調變技術來獲得所需之分集特性。
參考資料
[1] SIMON R. SAUNDERS, ALEJANDRO ARAGO´ N-ZAVALA, “ANTENNAS AND PROPAGATION FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS”, Second Edition, John Wiley & Sons, 2007.
[2] Ali Grami, “Introduction to Digital Communications”, pp. 511-515, 2016.
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【十分鐘看懂】高頻毫米波車用雷達天線陣列
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近些年隨著汽車工業日益，帶動自駕車發展趨勢，使得毫米波技術從國防及通訊等用途，也發展成安全駕駛輔助系統之重要技術之一。
2015年的世界無線電通信大會上，各國以將77GHz頻段劃分為「車載高分辨率雷達頻段」，由於歐洲電信標準協會(ETSI)和美國聯邦傳播委員會(FCC)制定的頻譜規格和標準自2018年9月起禁止新產品使用24GHz超寬頻段。
在解析度方面，因計算公式為光速/兩倍的雷達頻寬，因此頻寬只有250MHz的24GHz解析度為75公分，77GHz的解析度則約為4公分，77GHz具有精度高的優點，如此77GHz毫米波雷達不僅可偵測更遠的距離、速度也更快，且能分辨出車、行人、腳踏車的型態，而24GHz雷達較無法辨識出障礙物的樣子，常用於短距離的偵測系統。
理論上頻率越高傳輸距離會越來越短，因為從天空雜訊及介質損耗等等原因來看，高頻的衰減比低頻更大，77GHz至79GHz的衰減至少是24GHz的九倍以上，為了要達到解析度高且掃描更為精準，又必須避免衰減問題，通常會使用天線陣列，依不同需求也會設計不同的天線。
圖、12x8之串列陣列天線及對應場型
天線陣列不僅可以解決衰減問題，使雷達探測距離提升，還能藉由改變天線個數及距離來控制波束，及為波束形成技術，我們能自由地設計出雷達場型，降低旁辦為準(Side Lobe Level)使掃描更為精準種種好處。若需要波束掃描，我們也能藉由IC改變相位讓場型偏移，也能使用波束掃描電路，例如巴特勒矩陣或是羅曼透鏡等電路來實現掃描，來提升波束掃描的角度。
參考資料
[1] 77/79GHz高頻毫米波雷達推動車用感測改朝換代。 [Online]. Available: https://ictjournal.itri.org.tw/Content/Messagess/contents.aspx?MmmID=654304432122064271&MSID=1036477754473316312
[2]“Why are automotive radar systems moving from 24GHz to 77GHz? “. [Online]. Available: https://e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2017/10/25/why-are-automotive-radar-systems-moving-from-24ghz-to-77ghz
[3] 自駕車毫米波雷達技術發展探討。[Online]. Available: https://www.moea.gov.tw/MNS/doit/industrytech/IndustryTech.aspx?menu_id=13545&it_id=155
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1269。
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【十分鐘看懂】3GPP NR v.s AR/VR應用
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AR/VR是近幾年5G討論度最高的應用之一，在5G相關的各大展覽皆能看到各式各樣的AR/VR應用，本篇主要將介紹3GPP於Rel.15發展的新的無線介面(NR)於AR/VR應用的探討。
隨著5G在世界各地落地，各種新興應用也隨之興起，其中最受消費者吸引的應用之一即為AR/VR應用。一般對於5G的印象不外乎是傳輸速度快，以及傳輸延遲低，至於以無線方式傳輸AR/VR內容需要達到多快的速度，以及多低的延遲，接下來將一一說明。
首先在傳輸頻寬的部分，由於視訊編碼、資料壓縮等等技術的進步，難以得出一個確定的值，若考慮VR直播/廣播，典型的Basic 360 VR / HD 360 VR / Retinal VR的傳輸頻寬分別為2.5 - 25 Mbps / 10 - 80 Mbps / 15 - 150 Mbps [註1]。這將會是單一用戶所需的傳輸頻寬，需注意在一般蜂巢式系統下，若細胞內有多個用戶，基地台的總傳輸頻寬將需被分配，加上無線傳輸通道好壞的變數，在目前網路下要維持所有用戶在100Mbps傳輸速度仍是相當具挑戰的。
在延遲的部分，在VR中一般會談到動顯延遲(Motion to Photon (MTP) latency)，動顯延遲指的是當使用者戴VR頭盔並進行移動(如：頭部轉動)到VR的視角畫面跟上所需的時間，而這個延遲時間一般建議需小於20ms，以避免使用者感到暈眩不適。然而若將VR應用在無線傳輸上，這個動顯延遲需考慮端到端的延遲，包括了感測器的採樣延遲、畫面影像處理的延遲、網路傳輸以及畫面顯示的延遲，因此網路端的延遲最好需控制的更低。
一般預期3GPP於Rel.15制定的NR介面能支援AR/VR應用，而3GPP RAN也針對此做了初步的模擬分析，並決議了相關的模擬條件及參數，如表所示。而根據[2]中納入的模擬結果顯示在某些模擬條件及參數下Rel.15 NR是能夠滿足AR/VR應用需求的指標。
表、AR/VR use case assumptions in [2]
本篇中主要針對一般傳輸AR/VR資料需求進行探討，根據不同的AR/VR應用延遲指標也可能需更低，傳輸資料型態也將不盡相同，3GPP目前也僅做了初步的探討，因此3GPP也預計於Rel.17版本中進行更深入的探討。
※註1： Basic 360 VR / HD 360 VR / Retinal VR分別對應4k/8k/16k解析度, up to 60fps frame rate [1]
參考資料
[1] 3GPP TS 26.925 (Rel.16) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Typical traffic characteristics of media services on 3GPP networks
[2] 3GPP TS 38.824 (Rel.16) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Study on physical layer enhancements for NR ultra-reliable and low latency case (URLLC)
[3] 3GPP TS 36.928 (Rel.16) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Extended Reality (XR) in 5G
[4] Mangiante, Simone & Klas, Guenter & Navon, Amit & Zhuang, Guanhua & Ran, Ju & Silva, Marco. (2017). VR is on the Edge: How to Deliver 360° Videos in Mobile Networks. 30-35.
[5] Elbamby, M., Perfecto, C., Bennis, M., & Doppler, K. (2018). Toward Low-Latency and Ultra-Reliable Virtual RealityIEEE Network, 32(2), 78–84.
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【十分鐘看懂】3GPP NR SSB設計(2)
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在上篇中談到同步訊號區塊(Synchronization Signal Block, SSB)的基本設計，包括區塊的組成、大小及頻域的位置，本篇繼續介紹SSB在時域上的設計以及同步訊號叢集(SSB burst)。
在上篇中我們談到了在NR SSB為做為終端搜尋細胞首要搜尋的訊號區塊，SSB中包含了主同步訊號(PSS)、次同步訊號(SSS)以及PBCH(Physical broadcast channel)。由於並無法預知何時終端會連線並搜尋細胞，與LTE相似，NR SSB也需週期性的傳送，然而NR SSB的週期為可配置的，可為5ms~160ms。而在標準中標註終端可假設NR SSB為每20ms重複傳送，因此若是做為初始接入的細胞，一般情況下會選用週期20ms的配置，當然若採用更小的周期配置可是有機會讓終端更快的搜尋到細胞，但相對地也會多耗掉無線資源。
再來NR SSB有個獨特的設計，稱為同步訊號叢集(SSB burst)，為在時間長度5ms內擺放多個SSB以支援波束掃描(Beam sweeping)。在SSB burst內的每一個SSB將會對應到一個特定空間方向上的一組波束，SSB內也提供了SSB的時間索引(time index)[註1]，終端在搜尋時可搜尋最佳的SSB波束並使用相對應的隨機接入配置。
另外在標準中對於不同頻率區間，NR SSB burst支援的最大數量也不同：對於小於3GHz的頻段，一SSB burst內最多支援4個SSB；對於3GHz~6GHz的頻段，一SSB burst內最多支援8個SSB；對於FR2的頻段，一SSB burst內最多支援64個SSB。實際上需用幾個SSB將會依設備波束的設計而定。
整個SSB burst的週期也同上段所述，為可配置的，可為5ms~160ms，而SSB Burst內如同上段所述，依不同頻率區間以及不同子載波間距可分為5種case (A, B, C, D, E)，並於[1]中詳細定義其在時間上可擺放的位置。
圖、NR SSB burst concept
相較於LTE的PSS/SSS/PBCH的設計，NR SSB除了較有彈性外，也引入了NR burst的設計以支援波束掃描，波束掃描為波束管理(Beam management)的其中一環，也是NR可支援到毫米波的關鍵技術之一。
※註1： SSB time index資訊為夾帶於PBCH中。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.213 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for control (Release 15)
[2] Y. Jeon, H. Park and E. Choi, "Synchronization and Cell Search Procedure in 3GPP 5G NR Systems," 2019 21st International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), PyeongChang Kwangwoon_Do, Korea (South), 2019, pp. 475-478
[3] Bertenyi, Balazs & Nagata, Satoshi & Kooropaty, Havish & Zhou, Xutao & Chen, Wanshi & Kim, Younsun & Dai, Xizeng & Xu, Xiaodong. (2018). 5G NR Radio Interface. Journal of ICT Standardization. 6. 31-58.
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【十分鐘看懂】3GPP NR SSB設計(1)
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3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，其中不乏承襲自LTE並加以增強的設計，同步訊號區塊(Synchronization Signal Block, SSB)便是其中一個例子，本篇對此作概括地介紹。
在LTE時期，終端在連線之前，會先接收基地台發射的主同步訊號(Primary Synchronization Signal, PSS)及次同步訊號(Secondary Synchronization Signal, SSS)以進行同步以及對基地台進行識別，再來將接收基地台在實體廣播通道(Physical Broadcast Channel, PBCH)上發送的主資訊區塊(Master information block, MIB)以獲取獲取主要系統資訊，而在Rel.15 NR中同樣也延續PSS、SSS以及PBCH的設計，並組合成一個區塊，稱為同步訊號區塊(SSB, Synchronization Signal Block)。
一個SSB在時頻資源上分別佔了4個OFDM symbols以及240個子載波，實際上的大小將依所使用的子載波間距(SCS)而有所不同，在FR1(sub-6GHz)支援15及30kHz子載波間距，而FR2(mmWave)則支援120及240kHz子載波間距，然而實際配置也會依頻段而有所不同。
如圖所示，在SSB中第一行symbol擺放的是主同步訊號(PSS)，PSS作為終端搜尋細胞時第一優先搜尋的訊號，其為長度127的M序列，在頻域上佔據了127個子載波。再來為次同步訊號(SSS)，SSS擺放於SSB中的第三行symbol，為由兩個M序列所組成，總長度也為127的序列，在頻域上同樣佔據了127個子載波。標準中對於NR介面定義了3種的PSS序列，336種SSS序列，搭配起來共有1008種組合，並分別對應至1008種的PCI。這部分與LTE的設計相似，然而在LTE中僅設計了512種的PCI。
PBCH則是擺放在SSB中第二~第四行的symbol，如圖所示，PBCH內將乘載MIB等系統資訊。另外與LTE不同之處在於LTE的PSS及SSS為固定擺放在系統頻寬的中央，擺放的位置依循著載波的中心位置，並由通道柵格(Channel raster)所規範；在NR的設計下SSB可不用擺放在系統頻寬的中央，擺放位置由另外的同步柵格(Synchronization raster)所規範，而NR載波擺放位置仍是由通道柵格(Channel raster)所規範，設計上同步柵格將比通道柵格更寬而可減少掃頻所需時間。
圖、NR SSB structure
在本篇中介紹了NR同步訊號區塊的基本設計，包括同步訊號區塊的組成，大小以及頻域上擺放的位置，然而時域上還有更多設計細節，將於下篇中說明。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation
[2] Y. Jeon, H. Park and E. Choi, "Synchronization and Cell Search Procedure in 3GPP 5G NR Systems," 2019 21st International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), PyeongChang Kwangwoon_Do, Korea (South), 2019, pp. 475-478
[3] Bertenyi, Balazs & Nagata, Satoshi & Kooropaty, Havish & Zhou, Xutao & Chen, Wanshi & Kim, Younsun & Dai, Xizeng & Xu, Xiaodong. (2018). 5G NR Radio Interface. Journal of ICT Standardization. 6. 31-58.
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【十分鐘看懂】5G天線分集效能評估技術(二)
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終端天線為了提升天線分集效果，除了藉由空間將天線間距拉大擺放外，亦需要進行不同天線極化方向之配置，分集效能評估對多輸入多輸出天線系統甚為重要，本篇將著重以天線遠場觀點進一步說明多天線分集特性。
前述技術文章針對如何利用天線S參數萃取，包括兩天線之反射係數與穿透係數振幅大小與相位，代入理論計算式以獲得封包相關係數(ECC)。對於天線輻射效率低於80%之天線系統而言，使用S參數來進行分集效能評估為最具成本效益作法，僅須透過網路分析儀來取得兩天線之S參數即可。一般廠家在進行多天線效能評估時，此種方式可快速預先獲得天線分集效果。另外，透過遠場觀點來評估分集效能可做為第二階段驗證工作，但此分析需要取得完整球面輻射場之量測數據，再代入理論計算式得到ECC。然而，對於輻射效率高的天線系統而言，藉由遠場場型資訊來評估ECC，可以進一步掌握在考量傳播環境下，天線分集效能可否滿足需求。
公式(1)為使用天線遠場觀點所推導之理論計算式，透過完整的3D球面掃描將兩個天線場型相關資訊，包括Φ與θ極化之電場分量的振福與相位代入計算，其中XPR項為交叉極化鑑別度比，表示垂直與水平極化之功率大小比值，此公式於推導與適用性有做些假設，如兩個天線需具有均勻的多路徑傳播環境。從公式可以發現天線極化鑑別度比將會影響整體ECC表現，當兩天線系統傳輸不同獨立資料流，若無法有效控制XPR大小，則每個天線自身的場型分量將會能對另一個天線運作造成干擾。
對於天線分集或多輸入多輸出天線(MIMO)系統運作而言，分集增益與多工效率兩者屬系統層級之重要參數指標。如公式(2)為分集增益理論計算式，將透過天線S參數或遠場所分析之ECC代入即可得到分集增益值，理想上ECC為0，但實務運作上其ECC約小於0.5。而公式(3)為多工效率理論計算式，η1與η2分別為兩天線之系統效率，而2近似於ECC，將相關數值代入後即可獲得多工運作效能。
圖一為文獻中探討一款超寬頻之MIMO天線設計結構，並進一步分析ECC、分集增益與多工效率等數值，從天線架構演變歷程最終以Antenna 3於接地面處延伸一對F型金屬殘段可以獲得較佳的MIMO效能。圖二為MIMO效能評估結果，此處之ECC為採用S參數理論計算式得到，於操作頻段內可小於0.04，而分集增益與多工效率分別有大於7.4dB與-3.5dB之水準。
圖一、一種可減少互耦干擾之超寬頻MIMO天線結構
圖二、超寬頻MIMO天線結構之封包相關係數、分集增益與多工效率分析結果
參考資料
[1] S.-L. Zuo, Y.-Z. Yin, W.-J. Wu, Z.-Y. Zhang, and J. Ma” INVESTIGATIONS OF REDUCTION OF MUTUAL COUPLING BETWEEN TWO PLANAR MONOPOLES USING TWO λ/4 SLOTS”, Progress In Electromagnetics Research Letters, 2010.
[2] AMJAD IQBAL, OMAR A. SARAEREH, ARBAB WAHEED AHMAD, AND SHAHID BASHIR, “Mutual Coupling Reduction Using F-Shaped Stubs in UWB-MIMO Antenna”, IEEE Access, 2017.
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【十分鐘看懂】5G天線分集效能評估技術(一)
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基站端與終端之資料串流數相較於4G呈倍數增加，目前5G終端裝置會以2T4R傳輸鏈路做配置，亦即在有限空間下須放置更多天線，因此，天線間隔離度表現如何影響天線分集效能，可透過理論計算加以分析評估。
天線分集(Antenna Diversity)技術早期應用於行動通訊系統，其目的為用來降低資料傳輸位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)，透過多天線同時接收以提升傳輸穩定性。因訊號從發射端透過空氣傳播至接收端，易遭受環境與建物影響產生反射(Reflection)、散射(Scattering)或繞射(Diffraction)等現象，使得訊號同時有直視路徑與多重反射路徑到達接收端，造成接收端的訊號存在建設性加乘和破壞性相消效果。因此，當接收訊號的振幅大小與相位產生變化，易導致訊號失真及判讀正確性低等問題，上述之現象稱為多重路徑衰落(Multi-path Fading)。倘若使用兩根天線並透過空間分開配置，讓兩根天線同時收到相同的資料，即有機會彌補另一根天線實收訊號之掉包率，最後再透過訊號處理方式解出原始訊號。
隨著通訊系統演進，提升傳輸速率已變成是新世代通訊技術差異化指標，天線分集技術漸漸演變成傳輸不同資料流之多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)天線系統，藉由多個通道來提高訊號傳輸吞吐量。然而，若採用空間分集來創造多樣化的傳播通道，往往需要透過距離來創造路徑上之差異。在終端裝置乃至於基站端之天線仍有無法騰出此空間之缺憾，常見的作法會以極化分集的方式來實現獨立資料流傳輸效果。
目前用來評估分集效能之關鍵指標為封包相關係數(Envelope Correlation Coefficient, ECC )，在理論分析上可從天線S參數與遠場觀點來評估。如公式(1)為透過天線S參數來進行ECC數值計算，可以發現公式(1)之分母項表示輻射功率，分子項為天線間交互作用耦合能量。因此，若可以有效提升天線隔離度(S21、S12項次)，則ECC會有較佳的表現。
圖1為文獻上分析兩個同極化之T型耦合饋入單極天線ECC效能，兩個天線擺放間距為操作頻率的二分之一波長，並在兩者共接地面上開設四分之一波長的槽縫，藉此優化電流路徑抵銷效果，達到降低天線間耦合干擾之功效。圖2為天線輻射效率與ECC分析結果，相較於原始設計，若在接地面上開設槽縫，其天線隔離度改善約20dB，而ECC從原本約0.45降至約0.25，整體ECC表現更佳。
圖一、原始單極天線與添加槽縫之單極天線實體外觀
圖二、兩種天線型式之輻射效率與ECC數值比較
參考資料
[1] S.-L. Zuo, Y.-Z. Yin, W.-J. Wu, Z.-Y. Zhang, and J. Ma” INVESTIGATIONS OF REDUCTION OF MUTUAL COUPLING BETWEEN TWO PLANAR MONOPOLES USING TWO λ/4 SLOTS”, Progress In Electromagnetics Research Letters, 2010.
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【十分鐘看懂】5G多輸入多輸出天線設計技術
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頻段之基站天線單元大部分仍以交叉偶極天線形式居多，透過天線正交擺放實現極化分集效果，該結構除了易達到寬頻段設計，天線埠間也能滿足高隔離度與低相關性需求，於此，將有助於多輸入多輸出天線系統之應用。
行動通訊基站天線系統從早期2G/3G/4G乃至於現今的5G通訊系統，為了要達到扇形區域網路涵蓋，基站天線會採用一維的線型陣列，藉此獲得水平向扇形波束(Fan Beam)之輻射場型，而垂直向場型則會因應不同的涵蓋距離與面積進行所需的天線陣列佈排，以達到通訊鏈路要求之天線增益值。另外，傳輸頻寬隨著通訊系統演進逐漸朝向多頻與寬頻發展，因此，天線系統的操作頻寬亦需要配合設計，以確保在不同載波頻率下都能獲得良好的傳輸效能。
目前如5G N77頻段，其操作頻段為3.3-4.2GHz，頻寬比大於24%，在天線單元設計上就需要選擇寬頻的結構，並且能同時滿足多輸入多輸出天線運作。微帶貼片天線(Micro-strip Patch Antenna)與交叉偶極天線(Cross Dipole Antenna)為常見構成基站天線系統之單元形式，兩者皆能產生正向(Boresight)的輻射場型。微帶貼片天線雖可達到微小化設計與高指向性場型等優勢，但整體阻抗頻寬絕大多數小於10%，一般來說，交叉偶極天線目前仍是基站端首選的天線型式。
如圖一所示為常見基站天線單元形式-交叉偶極天線，其組成包括一正交極化天線輻射體，一般為了天線輻射場型一致性，會將天線配置成+45°/-45°極化組合。該架構為類似六角形環型結構，具有兩個不同的環型尺寸做組合，並在末端處透過三角形結構做連接，以獲得良好的阻抗匹配頻寬。在饋源設計上會透過兩個正交極化饋入結構進行能量激發，一般常見的饋入結構為巴倫(Balun)，因偶極天線為平衡結構，需要透過一轉接結構將能量轉換至非平衡的同軸線輸出。此饋入結構為一對共平面帶線(Coplanar Stripline, CPS)轉接成微帶線所構成，共平面帶線一端連接偶極天線，另一端連接接地面，同時可當做微帶線之參考接地面。
圖一、交叉偶極天線設計架構與組成單元
在文獻中有另一種L型饋入結構被探討，可以透過印刷電路板製程與天線進行電性連接，最終再輔以同軸線達成能量饋入，可參考圖二所示。由於偶極天線的下方有一接地面，可作為天線的反射面用途，使得整體天線單元具有單一指向性場型，因此，可作為後續構成線型陣列天線之基礎。
圖二、L型饋入結構與交叉偶極天線單元之組成架構
參考資料
[1] Xin Liu, Yan Zhang, Ruizhe Jiang, Yinsen Luo, Jiantao Xiang, Yan Zhou” A Broadband Dual-Polarized Antenna Operating in 5G Frequency Band”, IEEE ISAP, 2019.
[2] C. Wu, S. Qiu, J. H. Qiu* and O. Denisov, “ A Wideband Dual-Polarized Dipole Antenna for 5G New Frequency Band Base Station”, IEEE ISAP, 2019.
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【十分鐘看懂】低溫共燒陶瓷製程簡介與市場機會
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低溫共燒陶瓷技術已發展多年，該製程技術大量用於開發各式射頻被動元件，其優勢在於LTCC基板材料具有良好的介電性質，有助於元件微型化設計與效能提升，該製程目前亦用於高度集總化之毫米波AiP模組上。
低溫共燒陶瓷製程(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)已發展多年，早期使用LTCC技術用以開發各式射頻被動元件或模組。由於LTCC材料具有幾項特性: (1)高介電常數(Dielectric Constant, Dk)，非常適合用於設計高容值之電容元件，另外，射頻元件尺寸會與介電常數的平方根成反比，有助於元件微型化設計。(2)低損耗正切(Loss Tangent, Tanδ)或稱損耗因子(Dissipation Factor, Df)，亦可用品質因子(Quality Factor)來表示。一般微波介質材料之Q值會與Tanδ成反比關係，這個參數指標對於設計高頻元件來說亦相形重要，因為Tanδ越小(或Q值越高)能有效降低元件插入損失，有助於提升高頻電路傳輸效能。(3)接近零的共振頻率溫度係數(Temperature Coefficient of Resonant Frequency，τf)，此參數對於設計共振器而言較為重要，一般會希望此數值接近零，若偏向正值或負值表示共振頻率較易受到環境溫度影響而漂移。
如圖所示為低溫陶瓷共燒製程步驟，包括: (1)陶瓷粉末與高分子等有機材料所構成的陶瓷生胚，(2)生胚的裁切，(3)生胚上進型貫孔與填孔導通製程，(4)每層生胚網印導體線路，(5)將每層生胚網印導體線路，(5)多層生胚堆疊與加壓，(6)生胚與導體共燒結製程，(7)電極或文字網印成型，(8)電性測試與檢查。由於LTCC陶瓷生胚需與銀金屬進行共燒，而銀金屬的熔點約961℃，因此，燒結溫度需要控制在900℃以下進行。
圖、低溫高燒陶瓷製程簡介
由於通訊技術愈趨高頻段發展，目前5G毫米波AiP模組除了用多層印刷電路板製程和晶圓級封裝技術外，低溫共燒陶瓷製程已成為另一個眾選的封裝技術，在於材料具有優良的特性與嵌入式元件整合製作等優點。從市場分析研究看起來，低損耗材料的需求量於2021~2031年將會大幅提升，預估到2031年收益達USD11億元，且從2026~2031年會有28%年均成長率。目前可應用於5G裝置之低損耗材料包括有PTFE塑性樹脂、LCP液晶高分子等其他低損耗熱固性材料，以及LTCC微波陶瓷材料等。特別是LTCC材料在高頻濾波器市場應用，然而目前應用於高頻段之陶瓷生胚材料仍以日系大廠供貨居多，台灣在此原物料供應上較無市場佔有率。
參考資料
[1]“Filtering Capacitors Embedded in LTCC Substrates for RF and Microwave Applications”, Microwave Journal, 2007.
[2] Low-loss Materials for 5G 2021-2031, [Online]. Available: https://www.everythingrf.com/research-reports/details/93-low-loss-materials-for-5g-2021-2031
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1231。
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【十分鐘看懂】應用於毫米波積體電路之半導體製程 (下) – 被動元件
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前面我們討論到應用於毫米波積體電路的製程的文章，主要是針對各個製程的電晶體特性來做比較。然而，製程中的被動元件對於電路特性也有相當的影響，本文將討論在積體電路製程中的電容、電感與傳輸線等被動元件。
圖一為砷化鎵(GaAs)積體電路製程的被動元件截面圖，晶片的基板(substrate)是使用半絕緣(semi-insulating)的GaAs材料，其損耗很小。晶片上的連接線材料為金(gold)，通常會提供2~3層的金屬層。電容是採用金屬-絕緣層-金屬 (metal-insulator-metal，MIM)的架構來達成，其結構為兩層金屬，中間夾著一層厚度很薄、高介電係數的絕緣體。
電感則是使用平面型的螺旋電感 (planar spiral inductor)，而傳輸線則多是使用微帶線 (microstrip line)或共面波導(coplanar waveguide)。在GaAs基板上的微帶線的訊號線在基板上方，參考接地平面(ground plane)則在基板下方，基板厚度一般為100 mm。而為了提供與ground plane的連結，GaAs製程可提供貫孔(via hole)將訊號線與ground plane做連結。50 W的微帶線衰減約為0.09 dB/mm [1]。
圖一、GaAs積體電路製程被動元件截面圖
圖二為CMOS積體電路製程的被動元件截面圖，基板材料為矽(silicon)，其電阻係數(resistivity)落在1~20 W·cm。這樣非絕緣的材料導致了在CMOS製程中被動元件有較高損耗。CMOS製程提供多層金屬，例如：65-nm CMOS有9層金屬，如圖二所示。通常上層金屬厚度較大，甚至最上層金屬可以選擇厚度超過3 mm的超厚金屬(ultra-thick metal，UTM)，以降低連接線的金屬損耗 (metal loss)。
圖二、CMOS積體電路製程被動元件截面圖
CMOS製程亦有提供MIM電容，以圖二為例其MIM電容以Metal 8作為電容底層金屬(capacitor bottom metal，CBM)。電容頂層金屬(capacitor top metal，CTM)則位於Metal 9 與 Metal 8之間，利用via hole與Metal 9做連結。這樣的結構可以使MIM電容的兩金屬間距較小，達到較高的單位面積電容值。但其需要額外的光罩，所以成本較高。
另外一種電容則是金屬-氧化物-金屬(metal-oxide-metal)架構，藉由製程本身提供的多層金屬來構成如圖三(a)所示之電容 [2]。其電容是由金屬條 (metal strip)間的等效電容並接而成。如圖三(b)所示，將C+與C-金屬條分別並接在一起。由於金屬層數多，因此也可達到高單位面積的電容值。
圖三、MOM電容之 (a) 結構圖，與(b) 截面圖
在CMOS製程實現電感同樣採用螺旋電感。但是CMOS製程的金屬層數多，因此除了一般的平面螺旋電感，還可以實現堆疊式(stack)螺旋電感，以減小所需的面積，如圖四所示 [3]。為了改善電感的品質因子(quality factor，Q)，通常會使用最上層、厚度較厚的金屬層。此外，有些論文提到使用接地屏蔽圖形(ground shield pattern)或浮接屏蔽圖形(floating shield pattern)來改善基板所造成的損耗 [4]。在65 nm CMOS製程，150-pH平面型螺旋電感，Q值可以達到16 [5]；而GaAs的600-pH電感的Q值則接近30。
圖四、(a) 平面式，與(b)堆疊式螺旋電感
降低基板損耗另一個方法是使用傳輸線。在CMOS製程常用的傳輸線為微帶線或共面波導 [6]。微帶線是以頂層金屬為訊號線，底層金屬為接地面，藉由接地面金屬來降低基板損耗。共面波導則是訊號線與接地面皆為頂層金屬實現，其電磁場主要在訊號線與接地面間，因此亦可降低基板損耗的影響。有許多論文在討論改善在CMOS製程的傳輸線，大多都是以這兩種傳輸線進行改善。傳輸線損耗在60 GHz大約落在0.5 ~ 1.8 dB/mm [7]。而在GaAs基板上的傳輸線損耗低於0.1 dB/mm [8]。
矽基製程的被動元件天生損耗較高，不過由於製程提供了多層金屬，增加許多設計彈性。因此也衍生許多改善其損耗的設計，使得矽基製程積體電路在毫米波頻段也可以達到不錯的表現。
參考資料
[1] J. Carroll and K. Chang, "Metallization effects on GaAs microstrip line attenuation," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 41, no. 6, pp. 1227-1229, June-July 1993.
[2] P.-Y. Chiu, M.-D. Ker, "Metal-layer capacitors in the 65 nm CMOS process and the application for low-leakage power-rail ESD clamp circuit," Microelectronics Reliability, vol. 54, issue 1, pp. 64-70, Jan. 2014.
[3] T. O. Dickson, M. -. LaCroix, S. Boret, D. Gloria, R. Beerkens and S. P. Voinigescu, "30-100-GHz inductors and transformers for millimeter-wave (Bi)CMOS integrated circuits," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, no. 1, pp. 123-133, Jan. 2005.
[4] T. S. D. Cheung and J. R. Long, "Shielded passive devices for silicon-based monolithic microwave and millimeter-wave integrated circuits," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 41, no. 5, pp. 1183-1200, May 2006.
[5] M. Kraemer, D. Dragomirescu and R. Plana, "Accurate electromagnetic simulation and measurement of millimeter-wave inductors in bulk CMOS technology," 2010 Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), New Orleans, LA, 2010.
[6] S.-C. Shin, S.-F. Lai, K.-Y. Lin, M.-D. Tsai, Huei Wang, Chih-Sheng Chang, and Yung-Chih Tsai, “18-26 GHz low-noise amplifiers using 130- and 90-nm bulk CMOS technologies,” in IEEE RFIC Symp. Dig., June 2005, pp. 47-50.
[7] E. Lourandakis, K. Nikellis, M. Tsiampas, S. Yamaura and Y. Watanabe, "Parametric Analysis and Design Guidelines for mm-Wave Transmission Lines in nm CMOS," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 66, no. 10, pp. 4383-4389, Oct. 2018.
[8] Minya Zhang, Chen Wu, Keli Wu and J. Litva, "Losses in GaAs microstrip and coplanar waveguide," 1992 IEEE MTT-S Microwave Symposium Digest, Albuquerque, NM, USA, 1992, pp. 971-974 vol.2
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【十分鐘看懂】應用於毫米波積體電路之半導體製程(中)
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應用於毫米波積體電路的半導體製程，在砷化鎵與矽上主要分別是GaAs pHEMT與CMOS製程技術。
早期GaAs pHEMT是空乏型(depletion mode)電晶體，其閘極需要負電壓操作才能關閉電晶體通道。近年來已經有增強型(enhancement mode)的GaAs pHEMT製程，不需要負電壓操作。0.15 m的GaAs pHEMT製程，其電晶體截止頻率 (cut-off frequency，fT)達到100 GHz[1]，最低雜訊指數 (minimum noise figure，NFmin)在28 GHz與38 GHz分別可以達到1 dB以下與1.3 dB[2]。在輸出功率的部分，功率密度可以達到0.7 W/mm，最佳功率附加效率達到50%[2]。
CMOS製程應用於5G毫米波頻段的電路開發要使用90 nm或更新的製程，大多應會落在28nm到65 nm CMOS。90 nm CMOS電晶體的fT已經超過100 GHz，65 nm與40 nm CMOS更是分別可以達到200 GHz與300 GHz以上[3]。28 nm CMOS在20 GHz的NFmin為0.8 dB，若依據文獻上的結果推估，在28 GHz的NFmin約為1.1 dB左右[4]；65 nm CMOS的28 GHz與38 GHz則是分別約為1.3 dB與1.7 dB左右[5]。
從電晶體特性來看，GaAs pHEMT與CMOS製程皆可以用來開發5G毫米波系統的射頻前端電路。兩者相比，GaAs pHEMT製程具有較高的輸出功率、較好的雜訊特性；而CMOS製程則有小尺寸、低功耗與高整合度等優點。
5G毫米波系統將會需要許多小型基地台，其射頻前端系統方塊圖可能會規劃如圖一所示。接近天線陣列的部分，發射端需要較高的輸出功率；接收端需要較低的雜訊指數。因此採用GaAs pHEMT製程來開發功率放大器、低雜訊放大器與開關。而後段的波束成型(Beamformer)晶片與升降頻器(up/down converter)晶片則可以使用CMOS製程來開發。
此外，由於陣列天線中，天線單元的最佳間距為半個波長，因此若從晶片輸出端到電路板上各個天線單元的走線長度較長，其損耗也會直接影響功率放大器的輸出功率與低雜訊放大器的雜訊指數，進而造成整體系統的效能下降。若採用圖一的系統架構，則可以將功率放大器與低雜訊放大器放置最接近天線單元的位置，走線的損耗的影響可以藉由前端放大器而減輕。
在使用者端的手持裝置部分，基於小體積、低功耗的要求，且天線陣列的天線單元數量也遠低於基地台端的需求，走線的長度較短。因此可以直接使用CMOS製程將前端放大器、波束合成與升降頻器整合起來。因此，在5G毫米波的前端電路，因應不同的需求可以選擇各自適合的半導體積體電路製程，以達到最佳的系統效能。
圖一、5G毫米波小型基地台射頻前端系統方塊圖。
參考資料
[1]United Monolithic Semiconductors, "Build your own GaN & GaAs solutions with UMS". [Online]. Available: https://www.ums-rf.com/wp-content/uploads/2018/01/Brochure_Foundry_2017-1.pdf
[2] David Danzillio, "Advanced GaAs Integration for Single Chip mmWave Front-Ends". [Online]. Available: https://www.microwavejournal.com/articles/30273-advanced-gaas-integration-for-single-chip-mmwave-front-ends
[3] C.-H. Jan et al., "RF CMOS technology scaling in High-k/metal gate era for RF SoC (system-on-chip) applications," 2010 International Electron Devices Meeting, San Francisco, CA, 2010, pp. 27.2.1-27.2.4.
[4] Y. Tagro et al., "RF noise investigation in High-k/Metal Gate 28-nm CMOS transistors," 2012 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, Montreal, QC, 2012, pp. 1-3.
[5] S. Wang et al., "Comprehensive Noise Characterization and Modeling for 65-nm MOSFETs for Millimeter-Wave Applications," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 58, no. 4, pp. 740-746, April 2010, doi: 10.1109/TMTT.2010.2041582.
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【十分鐘看懂】應用於毫米波積體電路之半導體製程(上)
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射頻前端系統需要使用半導體製程來實現所需的積體電路。本文讓我們一起來看看常用的半導體製程有哪些，與這些製程的有甚麼差異。
應用射頻積體電路(radio-frequency integrated circuit，RFIC)的半導體製程我們可以簡單分為兩大系統，分別是矽基(silicon-based) 半導體與化合物(compound)半導體。矽基半導體製程技術就是以矽為基板的材料，最常見的就是互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)製程。CMOS製程積體電路應用範圍非常廣泛。例如：電腦或手機裡的處理器、記憶體等，皆是使用CMOS製程製作。化合物半導體則是以兩種以上元素構成，常見的有砷化鎵(GaAs)、磷化銦 (InP)、氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)等。
砷化鎵與矽[1]
矽基半導體製程發展歷史長久、應用範圍廣，且具有高整合度、低成本、高良率等特性。而相較於矽，化合物半導體製程中的砷化鎵仍有其優點。砷化鎵材料具有較高的電子遷移率與電子飽和速度，非常適合用於高頻電晶體。此外砷化鎵具有較高的能帶隙 (energy band gap)，可以達到半絕緣的基板 (substrate)。其電晶體可以有較高的耐電壓，基板上被動元件也可以有較低的損耗。化合物半導體中可以實現不同能帶隙的材料間的良好異質接面，用於改善電晶體的特性。
微波/毫米波電晶體
GaAs製程電晶體主要可以分為金屬半導體場效電晶體(metal-semiconductor field-effect transistor，MESFET)、高電子移動率電晶體 (high electron mobility transistor，HEMT)與異質接面雙極性電晶體(heterojunction bipolar transistor，HBT)。
GaAs HBT與傳統的Si雙極性接面型電晶體(bipolar junction transistor，BJT)原理類似。差別在於利用異質接面有效提升電流增益(current gain)。因此可以達到良好的高頻特性。HBT元件尺寸小，功率密度高，常用於6 GHz以下無線通訊的功率放大器設計，如行動電話、無線區域網路(wireless local area network，WLAN)。MESFET的通道是以摻雜(doping)的GaAs來做為電晶體的通道(channel)，藉由前述GaAs材料本身優異的特性而達到微波頻段操作。
它是利用常見於10 GHz以下的放大器與開關(switch)的設計，但MESFET本身特性限制，不足以應用於毫米波電路設計。HEMT與MESFET同為場效電晶體，但HEMT的通道是以異質接面在未摻雜的GaAs形成二維電子氣 (two-dimensional electron gas)，在通道內的電子遷移率非常高，因此GaAs pHEMT在毫米波可以達到優異的特性。
矽基的製程主要為CMOS製程，其電晶體是金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field-effect transistor，MOSFET)，製程中同時會提供n型(n-type)與p型(p-type)電晶體，因此稱為CMOS。矽基製程還可以製作BJT，亦可在矽基板上更可以利用Si與SiGe的異質接面來製作異質接面雙極性電晶體(heterojunction bipolar transistor，HBT)。SiGe HBT有非常優異的高頻特性，且可以在同基板上實現SiGe (鍺化矽) HBT與CMOS電晶體，稱之為SiGe BiCMOS製程。可以利用HBT來設計高頻電路，CMOS來設計數位電路，因此過去曾被視為適合用於整合毫米波、類比與數位電路的系統單晶片(system on chip，SOC)開發。
早期CMOS電晶體在毫米波的特性較差，但是由於大多數的半導體晶片 (主要為數位晶片)是以CMOS製程來製作，因此CMOS製程的發展非常快速。隨著CMOS電晶體的尺寸縮小，其在毫米波特性也越來越好。因此現在應用於5G毫米波積體電路的開發大多以CMOS製程為主，也有部分採用SiGe HBT/BiCMOS的製程。
參考文獻
[1] 本城和彥 原著，呂學士 編譯，微波通訊半導體電路，全華科技圖書股份有限公司。
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【十分鐘看懂】5G毫米波微帶貼片天線設計技術
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毫米波頻段由於訊號傳播衰減大，因此，除了需要使用主動功率元件外，必需透過巨量天線來實現高增益傳輸，微帶貼片天線是常見構成毫米波天線陣列之單元形式，該結構具有低姿態與高增益特性，在應用上備受關注。
5G毫米波通訊系統由於需要克服該頻段之傳播衰減，因此，有必要提升整體系統運作之等效全向輻射功率值(Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP)，以達到符合該傳輸距離與涵蓋需求之通訊鏈路訊噪比規格。透過主動功率元件可用來提升傳輸訊號強度，但目前毫米波頻段之功率放大器元件仍面臨功耗過大與成本高昂等問題。因此，如何能有效利用天線陣列實現能量聚焦效果，會是最具成本效益之做法。毫米波頻段由於波長小，因此，天線所需的共振長度約小於1cm量級，在可接受的產品尺寸下容易實現巨量天線陣列設計。對於天線單元的選擇上則需要採用結構簡單且輻射模態易於掌控之架構，以便於同時兼顧合成場型與波束掃描特性。
如圖一所示為常見微帶貼片天線形式，一般而言，微帶貼片天線形狀以圓形或方形居多，其原因在於能透過數學模型去解析。然而，微帶貼片天線有幾項重要的設計考量，包括貼片天線大小與形狀、饋入方式以及基板厚度與介質係數等。微帶貼片天線亦有相關的設計參數可以做為分析評估，如公式(A)~(G)，包括貼片寬度(Wp)、貼片長度(Lp)、等效介質係數(εreff)、有效貼片長度(Leff)，基板長度(Ls)與基板寬度(Ws)等參數計算，在不需借重全波模擬軟體分析下可作為設計參考。
另外，饋入方式除了從側邊饋入貼片外，亦可透過探針方式背饋貼片連接，或採用槽孔耦合貼片方式實現能量激發。因應不同的天線佈排、組裝方式以及後端電路整合便利性來選擇合適的饋入結構。
圖一、毫米波微帶貼片天線單元架構與饋入方式
圖二為使用微帶貼片天線單元組成1x4線型陣列天線架構，透過一分四功率分波器將能量饋入至天線端，以達到高增益設計功效。由於側饋貼片邊緣會有較高的阻抗特性，因此，並聯式功率分波器較易透過並聯方式轉成低阻抗，並可藉由漸變(Taper)方式將阻抗平緩轉換。
圖二、1x4毫米波微帶貼片天線陣列
圖三為1x4線型陣列天線之合成場型，可以觀察到在27GHz量測頻率下，其H-plane與E-plane波束寬角度分別約68°與20°，場型增益可達13dBi，屬於扇形波束(Fan Beam)場型，可適用於扇形服務細胞涵蓋。目前在5G毫米波通訊，不論在基站端或終端皆採用微帶貼片天線陣列，如5G終端裝置上所採用的高通AiP天線模組，即為四個微帶貼片天線所構成。而基站端所使用的波束成型收發晶片亦整合此架構於射頻前端電路上。
圖三、1x4毫米波微帶貼片天線陣列之H-plane
與E-plane輻射場型(27GHz)
參考資料
[1] Kifayatullah Bangash, M.Mahmood Ali, Husnul Maab, Hammad Ahmed, “Design of a Millimeter Wave Microstrip Patch Antenna and Its Array for 5G Applications”, 1st ICECCE, 2019.
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【十分鐘看懂】5G毫米波天線陣列
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毫米波比起以往4G所使用的頻率大幅提升，高頻電磁波在空間中傳遞，其路徑損耗相當嚴重，因此天線增益需要提升。
依照Qualcomm[1]所提出的第五代行動通訊的頻段為28GHz/39GHz。此次頻段為毫米波等級，參考下列路徑損耗的公式，電磁波的損耗隨著頻率f的提升，也會跟著大幅增加。若是採用以往的天線結構，相同路徑下的傳遞，訊號可能在路徑上就會被損耗完畢，而無法傳送到目的地。為了補償其路徑損失，因此提升天線輻射場型的增益，為了要提升增益就會使用到天線陣列。
隨著頻率增加天線尺寸縮小，使得能夠在相同面積下置入更多的天線單元，因此在5G目前熱門的研究以及探討，大多為4x4微帶天線陣列，實務上4x4的微帶天線陣列可以達到的增益為15dBi左右。除了增加增益去對抗路徑損失以外，也可以使用不同極化的天線，如此一來能夠依照所需的傳播方向而決定要激發哪一組天線，不但減少天線輻射覆蓋的死角，也可以選擇最佳的傳播路徑。如下圖一所示，置入一組4x4微帶天線陣列，以及2組1x4偶極天線擺在側邊呈現L型，此舉的3種輻射形式如圖二所示。此外，如果將來天線結合RFIC則可透過相移器執行相位校正，則可以在任意角度合成波束。
圖一、兩種極化的天線列
圖二.三種輻射場型
參考文獻
[1] Qualcomm, “Spectrum For 4G And 5G” [Online]. Available: https://www.qualcomm.com/media/.../files/spectrum-for-4g-and-5g.pdf
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【十分鐘看懂】5G介質透鏡天線發展-應用篇
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介質透鏡天線具有高增益與低旁波瓣位準優勢，常被探討應用於多細胞網路擴容；新加坡MATSING公司研發球體介質透鏡天線，並成功導入大型室內體育館場景，使得高容量場域之涵蓋品質有顯著之提升。
傳統上平板型基站天線，會隨天線個數增加而衍生較多旁波瓣，容易造成應用上涵蓋盲區，而介質透鏡天線透過低增益的饋源將能量聚焦實現。因饋源天線不需高增益設計，所以有相對寬的波束寬角度與較少的旁波瓣數量，亦即介質透鏡最終的合成場型仍有賴於饋源天線的場型所決定。
目前介質透鏡的形狀包括有圓柱狀與球狀結構，圓柱狀外型若用來產生多波束天線應用，僅能在水平向產生波束偏移效果，透過不同饋源天線場型入射角度達到多波束場型涵蓋，較常應用於行動網路扇形區域容量擴充。
圖一為中國西安海天天線公司之圓柱形介質透鏡天線專利技術，該專利內容發現採用介質透鏡天線在高增益下垂直波束寬表現更寬，覆蓋面積更大，可大幅減少基站建設數量，與節降維運成本。由於介質透鏡天線所採用的陣列單元數量不多，因此，與傳統平板型天線相比，饋入網路的傳輸損耗較低，整體天線輻射效率高，耗能表現佳。
圖一、中國西安海天天線公司開發介質透鏡天線
若採用球狀介質透鏡，則可同時產生水平與垂直維度多波束佈排效果，如圖二為球狀介質透鏡內部饋源擺放與場型指向之示意，倘若在左下方配置饋源，則波束會在右上方產生，反之亦然，透過球體軸對稱特性產生多波束應用。此種設計對於室內場域需要更多網路細胞擴充將更具彈性，目前如室內體育場館或戶外大型球場等人潮聚集處，皆有相關導入案例。圖三為新加坡MATSING公司的球體介質透鏡天線應用於美國佛羅里達州阿美來球場(Amalie Arena)室內體育館場景，藉此提供高容量網路需求之天線解決方案。
每個球體介質透鏡天線可以提供48個細胞覆蓋，取代傳統平板型天線使用單一介質透鏡之產品，因此，可大幅減少天線所需的建置數量與佈建成本。此種佈建方式可以有較佳的直視傳播路徑，類似此種場域的網路擴容方案亦有將天線佈放在座位區下方，讓基站天線與用戶端的接取距離達到最短，同時透過功率調整來限縮涵蓋範圍，以達到多細胞涵蓋，但整體的安裝與佈線仍較為複雜。
圖二、球狀介質透鏡之饋源天線配置與場型指向示意圖
圖三、MATSINＧ公司球狀介質透鏡導入應用室內體育館場景
基於Luneburg架構所開發之介質透鏡天線，其關鍵技術仍在於透鏡材料的研發與取得，需評估不同介質對於電磁波折射率表現，以達到最終聚焦效果，且需同時考量材質損耗以及材料加工性等，目前相關技術仍掌握幾個特定廠家。
參考資料
[1] [Online]. Available: https://gpss2.tipo.gov.tw/, Patent. No.：CN110518353B.
[2] KEY CHARACTERISTICS OF MATSING BASE STATION ANTENNAS, [Online]. Available: https://matsing.com/base-station.
[3] Leo Matytsine, Pavel Lagoiski, Michael Matytsine and Serguei Matitsine, “Large Size, Lightweight, Luneburg Lenses for Multi-beam Antenna Applications”, 6th EUCAP, 2011.
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【十分鐘看懂】5G介質透鏡天線發展-設計篇
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相較於傳統式基站天線系統採用天線陣列構成高增益場型，另種可透過多層不同折射率之介質材料，並適當擺放於饋源天線前方達到場型聚焦效果，此類天線具有較低旁波瓣位準優勢，有助於實現多波束天線系統設計應用。
傳統上基站端使用天線單元所構成之線型陣列，欲透過天線單元場型與天線陣列場型相乘法則達到最終場型合成效果。此種天線形式雖可達到高增益場型目的，但往往會隨著天線單元的倍數增加，導致整體場型的旁波瓣數量與位準相對增加。因此，需要特別針對天線單元間的激發能量大小進行優化設計，避免在多細胞涵蓋應用上對鄰細胞造成干擾，影響整體通訊品質。此類天線較不適合設計太高增益之場型，因隨著天線單元個數增加會使得饋入網路設計更趨複雜，且饋入網路所造成的損耗將會大幅抵銷天線陣列所產生的增益值。
採用介質透鏡達到場型聚焦效果為另一種獲得高增益場型之方法，其做法為由若干層不同介電常數之材料所構成的介質球體，透過饋源天線適當擺放球體表面，使得天線所輻射出的電磁波在球體內部多次折射，藉此產生高增益、低旁波瓣之波束成型效果。如圖1所示為MATSING公司基於Luneburg Lens架構所發展之多波束天線系統，球體內部可透過不同饋源的擺設，使得天線能在特定傳播方向達到等相位波前，進而實現遠距離傳輸效果，目前此類天線方案已證實可應用於室外大型活動場景或室內體育館等網路擴容場域。
圖一、MATSING公司發展介質透鏡之基站天線產品
圖二為基於Luneburg Lens多層介質體之三波束天線內部結構，由於饋源天線可視為一點波源向外輻射，穿透到不同折射率之介質材料，使得電磁波每穿過一層介質即可將訊號導引至特定方向往外傳播。因此，所選用不同折射率的材料需要考慮電磁波光程條件與司乃耳定律(Snell's Law)要求，且透鏡介質材料之介電常數從外到內需呈現梯度變化。由於介質透鏡天線之饋源不需選用高增益場型，整體天線最終的聚焦場型將會被饋源的輻射場型決定之。因此，若選用低增益的饋源天線，相形之下，合成後的場型就能保有較低的旁波瓣位準(Side Lobe Level)。
圖二、基於Luneburg介質透鏡之饋源天線與場型合成關聯性
參考資料
[1] KEY CHARACTERISTICS OF MATSING BASE STATION ANTENNAS, [Online]. Available: https://matsing.com/base-station.
[2] HSI-TSENG CHOU, YI-SHENG CHANG, HAO-JU HUANG, ZHI-DA YAN, TITIPONG LERTWIRIYAPRAPA, DANAI TORRUNGRUENG”Optimization of Three-Dimensional Multi-ShellDielectric Lens Antennas to Radiate Multiple Shaped Beams for Cellular Radio Coverage”,IEEE Access, 2019.
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波低雜訊放大器
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低雜訊放大器(low-noise amplifier)是接收機中最前端的元件，其特性對於收機的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)有極大的影響。本文讓我們來看看在GaAs與CMOS積體電路設計毫米波低雜訊放大器的架構與特性有何不同。
低雜訊放大器主要的用途在於將天線所接收到的微弱訊號放大且不增加太多雜訊。因此，低雜訊放大器需要達到高增益與低雜訊。
放大器的設計大多使用共源極(common-source)或疊接(cascode)架構來進行設計。一般來說，共源級架構的增益較低，而雜訊指數也較低；疊接架構的增益較高，但其所產生的雜訊也較大。低雜訊放大器的設計通常是將輸入端匹配至雜訊較低的阻抗，但仍需考量在雜訊匹配(noise matching)下對應的增益(available power gain，GA)。為了要同時達到較好的雜訊與增益匹配，常見的技巧為使用源極退化電感(source degeneration inductor)，如圖一所示。
圖一、源極電感退化技術
使用GaAs pHEMT製程開發毫米波低雜訊放大器大多以寬頻設計為主。由於電晶體本身的最低雜訊指數在28 GHz附近可以達到1 dB以下，且GaAs製程的被動元件損耗較小，所以GaAs pHEMT的低雜訊放大器即使設計頻寬較寬，也可以達到不錯的雜訊指數與增益。文獻[1]提出使用forward combining架構，將電晶體的汲極與源極訊號經由適當的相移量(phase shift)後接在一起，可以達到雜訊抑制的效果，如圖二(a)所示。在寬頻匹配的部分，則有文獻使用如圖二(b)所示之型匹配網路與如圖二(c)所示之補償匹配的架構[2]-[3]。型匹配網路式利用多階匹配達到寬頻效果，而補償匹配則是在多級放大器中，各級設計的中心頻率不同，藉此達到寬頻平坦增益的特性。此外，圖二(d)為電阻電容回授式(R-C feedback)架構，亦可達到不錯的寬頻效果[4]-[5]。只是會對雜訊造成影響，一般會放在後級的設計。
圖二、(a) Forward combining (b) p型匹配網路
(c) 補償匹配架構 (d) 電阻電容回授式架構
在GaAs低雜訊放大器的設計技術，多數也可以使用在CMOS低雜訊放大器。而在CMOS製程經常使用電感性增益提升(inductive peaking)技術。如圖三(a)所示，在疊接架構的共閘極電晶體的閘極端加上一個電感，可以提升高頻的增益，但須注意其穩定性；而在兩電晶體間加入電感可以與電晶體的寄生電容形成一分布式(distributed)的網路而達到阻抗的匹配；在負載端使用電阻與電感串聯可以使高頻有較高的負載阻抗，進而提升高頻的增益[6]。此外，在CMOS製程因為有多層金屬可以應用，且金屬層間的間距很小，可以用來實現寬邊耦合(broadside coupled)的變壓器(transformer)。使用雙調諧(double tuned)變壓器可以在較小的面積達到寬頻的匹配[7]。圖三(b)為使用三線圈的變壓器回授架構同時達到提升轉導與穩定性。變壓器中的L1與L2的相位相反，使M2的閘極與源極跨壓增大，可提升轉導。變壓器中的L2與L3間的磁耦合(magnetic coupling)對M2的閘極到汲極間的寄生電容有中性化(neutralization)的效果，可提升放大器穩定性[8]。
圖三、(a) 電感增益提升技術 (b) 三線圈變壓器回授架構
表一為參考文獻的特性比較表。GaAs低雜訊放大器中，除了文獻[2]因為設計頻率較高外，其他幾篇的低雜訊放大器最低雜訊指數都可以在2.2 dB以下。而CMOS低雜訊放大器的最低雜訊指數則都在3.1 dB以上。主要是受限於電晶體本身的特性與被動元件的損耗。
表一、毫米波低雜訊放大器比較表
參考文獻
[1] Y. Yu, W. Hsu and Y. E. Chen, "A Ka-band low noise amplifier using forward combining technique," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 20, no. 12, pp. 672-674, Dec. 2010.
[2] Y. Chou, C. Chiong and H. Wang, "A Q-band LNA with 55.7% bandwidth for radio astronomy applications in 0.15-μm GaAs pHEMT process," 2016 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), Taipei, 2016, pp. 1-3.
[3] P. Ho, C. Chiong and H. Wang, "An ultra low-power Q-band LNA with 50% bandwidth in WIN GaAs 0.1-μm pHEMT process," 2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC), Seoul, 2013, pp. 713-715.
[4] 莊博翔(2018)，毫米波頻段放大器及功率放大器之共模穩定性研究(碩士論文)，國立台灣大學。
[5] G. Nikandish, A. Yousefi and M. Kalantari, "A broadband multistage LNA with bandwidth and linearity enhancement," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 10, pp. 834-836, Oct. 2016.
[6] J. Cao, Z. Li, J. Tian, H. Liu and Q. Li, "A 24–48-GHz low power low noise amplifier using gain peaking techniques," 2016 IEEE International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), Beijing, 2016, pp. 126-128.
[7] M. Elkholy, S. Shakib, J. Dunworth, V. Aparin and K. Entesari, "A wideband variable gain LNA with high OIP3 for 5G using 40-nm bulk CMOS," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 28, no. 1, pp. 64-66, Jan. 2018.
[8] S. Kong, H. Lee, S. Jang, J. Park, K. Kim and K. Lee, "A 28-GHz CMOS LNA with stability-enhanced Gm-boosting technique using transformers," 2019 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Boston, MA, USA, 2019, pp. 7-10.
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【十分鐘看懂】毫米波頻帶介紹及在雷達上的應用
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雷達技術已經存在了近一個世紀，涉及從軍事到商業的各種應用。 在過去的十年中，我們對雷達的使用產生了高度的興趣，特別是在汽車和工業領域。
在汽車領域，主要的雷達應用可以大致分為轉角雷達和前置雷達。轉彎雷達通常是短距離雷達（SRR）傳感器，可滿足盲點檢測（BSD），變道輔助（LCA）和前後交叉交通預警（F / RCTA），而前置雷達通常是負責自主緊急制動（AEB）和自適應巡航控制（ACC）的中遠程雷達。 在工業領域，雷達的應用包括交通監控，機器人技術等。
在雷達應用中常使用的頻段包含24GHz以及77GHz，24 GHz頻段包含用於工業及科學和醫學的ISM窄頻頻段，以及包括5 GHz寬的超寬帶(UWB)。對於短距離雷達，傳統汽車感測器已使用24 GHz 窄帶和UWB頻段，在大多數情況下，包括超短距離雷達應用，在需要高解析度的情況下我們還是使用UWB頻段。下圖為根據歐洲電信標準協會（ETSI）和聯邦通信委員會（FCC）制定的頻譜法規和標準的24 GHz和77 GHz頻帶示意圖。
圖、24 GHz和77 GHz頻帶示意圖
接著我們觀察77 GHz頻段，有76-77 GHz頻段可用於車載遠程雷達應用，該頻段的優點是全向輻射功率（EIRP）高，可實現諸如自適應巡航控制的前置遠程雷達應用。77-81 GHz短程雷達（SRR）最近已獲得了廣泛的關注，該頻段高達4 GHz的掃頻頻寬可用性使其對於需要高解析度的應用具有大頻寬的優勢。 展望未來，大多數24 GHz汽車雷達傳感器可能會轉向77 GHz頻段。
參考資料
[1] Moving from legacy 24 GHz to state-of-the-art 77 GHz radar, Texas Instruments(2017). From: https://www.ti.com/lit/wp/spry312/spry312.pdf?fbclid=IwAR0-C1QBRycphNEXwJdwCLaTpduGcV4mhlZ0t5Ff8_unEed_LE1QnXkBsuQ
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【十分鐘看懂】3GPP NR 隨機接入實體層設計
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3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，而支援此NR介面的基地台稱為gNB，若要連上這個5G的基地台，需透過隨機接入機制，本篇針對隨機接入信道(RACH, Random Access Channel)實體層上的設計─隨機接入前導碼(RACH preamble)做概要的介紹。
在進行隨機接入時，第一步便是依照基地台的配置在指定的時頻資源上發送隨機接入前導碼(RACH preamble)，而3GPP協議中對於每個時頻隨機接入時頻機會(RACH occasion)定義了64種可用的隨機接入前導碼。
隨機接入前導碼(RACH preamble)為基於ZadoffChu sequences產生的，並可透過不同的根序列索引(Root sequence index)或在相同的索引下由不同的循環位移(Cyclic shift)產生不同的隨機接入前導碼(RACH preamble)。當接收端收到不同前導碼的相對時間差不超過cyclic shift時，相同的根序列索引下透過不同cyclic shift產生的序列之間有著正交性，因此小細胞時相同的root index可配置較多cyclic shift。
NR的隨機接入前導碼(RACH preamble)格式可分為長碼以及短碼，長碼包括了格式0, 1, 2, 3，採用的是長度839的序列；而短碼則包括格式A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C0, C2，採用的為長度139序列，不同的格式分別有不同的循環字首(Cyclic Prefix, CP)及重複傳送(repetition)等配置，如圖一及圖二所示。其中長碼僅用於FR1(sub-6GHz)，長碼依不同格式，分別採用了子載波間距(SCS) 1.25kHz及5kHz的配置，頻域上將分別占用6RB(Resource Block)及24RB。長碼的長度較長，設計上為基於時槽考量，在前導碼到下個時槽開始之前可作為保護間隔(Guard period)。
圖一、NR PRACH long format
短碼格式的前導碼可用於FR1(sub-6GHz)及FR2(mmWave)，其中每一個格式皆支援不同的子載波間距配置(µ)，然而15kHz及30kHz子載波間距配置用於FR1(sub-6GHz)；60kHz及120kHz子載波間距配置則是用於FR2(mmWave)。可注意到短碼格式下，前導碼長度僅佔據數個OFDM symbol，因此還可支援時間軸上一個隨機接入時槽內塞入多個隨機接入時頻機會。
圖二、NR PRACH short format
NR在隨機接入前導碼的設計上除了承襲自LTE的長碼設計外，也引入了短碼的設計，除使資源能更有效利用外，還可支援波束管理的相關機制，能更有效支援於毫米波上的運作。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation
[2] NR Physical Layer Specifications in 5G; NTT DOCOMO Technical Journal Vol.20 No.3 (Jan. 2019)
[3] A. Chakrapani, "On the Design Details of SS/PBCH, Signal Generation and PRACH in 5G-NR," in IEEE Access, vol. 8, 2020
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【十分鐘看懂】3GPP NR BWP (Bandwidth Part)設計
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3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，其中彈性化的設計為NR介面特色之一，因此3GPP導入了BWP (Bandwidth Part)的設計，本篇對此作概括地介紹。
相較於LTE單一載波最大僅支援到20MHz，Rel.15 NR於sub-6GHz可支援到最大100MHz頻寬，於毫米波可支援到最大400MHz頻寬，在這樣的前提下，NR導入了BWP (Bandwidth Part)的設計主要可以達成以下兩點好處：
1. 能讓最大頻寬支援小於系統頻寬的終端也能接入網路。
2. 可支援頻寬調整技術(Bandwidth Adaptation)，藉由頻寬的彈性調整，可支援當終端數據量不高時調整至較小的頻寬運作，以達到終端省電的效果。
一BWP (Bandwidth Part)為在載波上的一塊連續的公共資源區塊(Common Resource Block)，並會配上一參數集(numerology)的配置。在Rel.15版本中，終端最多可分別配置四個下行或上行的BWP[註1]，然而僅能分別同時有一個啟動的BWP，除了配置補充上行(Supplemental Uplink)[註2]的情況可再額外配置一個啟動的補充上行BWP。簡而言之，BWP為終端運作的頻率區塊，因此不會於BWP外的區域傳送/接收資料。
在頻寬調整(Bandwidth Adaptation)的方式上，主要可由RRC-based以及DCI-based的方式，前者為透過RRC信令對BWP及啟動的BWP配置做一個整體的重新配置；後者為基於以配置好的多個BWP之間，透過DCI(Downlink Control Information)做快速切換，切換的延遲較前者低。
另外還有初始上下行BWP(Initial DL/UL BWP)以及預設下行BWP(Default DL BWP)的設計。初始上下行BWP為於接入之前初始連接時使用，網路在配置初始下行BWP的位置及頻寬大小需涵蓋CORESET #0[註3]的頻率範圍。而預設下行BWP的使用則是當配置的BWP不活躍計時器(BWP inactivity timer)過期後，終端會回退至預設的BWP，這種方式可視為基於計時器的頻寬調整(timer-based)。預設BWP為下行BWP若未配置，則初始的DL BWP將作為預設下行BWP。
圖、NR DCI-based Bandwidth adaptation示意圖
在彈性化、可延展性的設計方針下，NR引入了BWP (Bandwidth Part)的設計，雖然現在5G初期主要終端裝置類型為手機或是CPE，在BWP的設計下，未來也有望引入更多類型的NR裝置。
[註1] 標準中終端為Optional support多個BWP。
[註2] 補充上行(Supplemental Uplink)頻段僅有上行，運作上需搭配其他頻段。
[註3] CORESET (Control Resource Set)為用於搭載實體下行控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)的資源區塊, 而CORSET#0上搭載的PDCCH為針對SIB1(System Information Block 1)的排程。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation.
[2] 3GPP TS 38.321 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Medium Access Control (MAC) protocol specification.
[3] A Primer on Bandwidth Parts in 5G New Radio, X Lin, D Yu, H Wiemann - arXiv preprint arXiv:2004.00761, 2020 - arxiv.org.
[4] MediaTek, “Bandwidth part adaptation; 5G NR user experience & power consumption enhancements,” white paper, 2018.
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【十分鐘看懂】第五代行動通訊毫米波天線封裝(三)
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天線封裝(Antenna-in-Package, AiP)為因應第五代行動通訊系統在毫米波(mmWave)頻段(如28GHz /39GHz頻帶)，所提出之一種微小尺寸整合技術。為符合行動網路中之應用情境，將AiP與微波主動電路元件整合，以形成陣列天線模組(Antenna in Module, AiM)。
行動網路中的終端設備(UE)和客戶駐地設備(CPE)兩種前端網路之情境中，皆需要使用陣列天線。天線封裝(Antenna-in-Package, AiP)為了減少傳輸線損耗與製程穩定度來提高良率，通過系統封裝(SiP, System-in-Package)與多層介電基板疊層架構技術將微波主動電路元件和陣列天線整合在一起，以形成微小尺寸且具穩定輻射特性之陣列天線模組(Antenna in Module, AiM)將是符合系統面以及實務上的需求。
u RF主動電路模組
前面所提及之天線封裝之天線陣列皆置於封裝體之頂層，量測其特性時會使用功率分配器(Power divider)以及搭載高性能終端(末端)組裝/側面組裝印刷電路板之微波射頻同軸連接器(End_launch)。其天線的饋入相位都是固定無法做改變的，這並不符合實際應用層面。若能藉由跟RFIC晶片整合[1]-[4]，透過晶片內部的相移器去改變天線單元的饋入相位，就能夠實現波束掃描(Beam steering)之應用。
為整合微波主動電路元件，將IC將置於天線封裝體之底層，與微控制器(MCU, Microcontroller Unit)以排線連接整合成RF主動電路模組。圖一所示為微控制器與另一個多層板8x8天線陣列整合之RF主動電路模組。左右兩側為電源輸入端，上側連接微控制器，下方連接訊號源，此模組操作頻率在26GHz~30GHz。本文將以此架構與天線陣列整合成天線封裝模組介紹，透過使用系統級封裝展示天線封裝設計，達到陣列天線模組(Antenna in Module, AiM)在5G應用中的優勢。
圖一、RF主動電路模組
u 陣列天線模組(Antenna in Module, AiM)主動電路模組
圖二所示為台大團隊目前開發中的陣列天線模組，以28GHz為例。沿用前篇所提之封裝體置入6 x 6個天線單元，並搭載了5顆IC晶片。這5顆RFIC晶片鑲嵌在多層板的最底部，透過錫球(Solder Ball)連接設計在Layer8的電路。此天線陣列設計為2個微帶天線形成一組子天線單，中間採取180度的相位差饋入設計，6x6天線陣列總共由18組1 x 2單元，因此需要18個輸入埠(Port)來控制，天線單元彼此間的週期間距為半波長，以避免光柵波辦(grating lobe)的出現。
圖二、28GHz 6x6 AiM天線陣列俯視圖
將18個輸入埠(Port)的相位做一個校正，使其在同極化方向(co-polarization) 0度時有最大的輻射能量。模擬上我們藉由個別激發的方式設定，將每個輸入埠以相同能量大小等比例改變相位的方式，以形成波束掃描(Beam steering)。實際量測中，藉由控制MCU以控制IC內部的相移器，分別在18個輸入埠(Port)提供不同的相位差，讓輻射主波瓣改變輻射的角度，與模擬的情境相同。圖三為經由模擬結果得到，同極化方向(co-polarization) 0度時有最大的增益18dBi，在波束掃描正負60度的範圍內，其波束掃描的增益都可以維持在15dBi以上。
圖三、28GHz 6x6天線陣列波束掃描
參考文獻
[1] Z. Chen and X. Zhu, "Integration of mm-wave Antennas on Fan-Out Wafer Level Packaging (FOWLP) for Automotive Radar Applications," 2019 IEEE International Conference on Integrated Circuits, Technologies and Applications (ICTA), Chengdu, China, 2019, pp. 168-169, doi: 10.1109/ICTA48799.2019.9012825.
[2] W. Hong, K. Baek and A. Goudelev, "Multilayer Antenna Package for IEEE 802.11ad Employing Ultralow-Cost FR4," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 12, pp. 5932-5938, Dec. 2012, doi: 10.1109/TAP.2012.2214196.
[3] X. Gu et al., "A multilayer organic package with 64 dual-polarized antennas for 28GHz 5G communication," 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Honololu, HI, 2017, pp. 1899-1901, doi: 10.1109/MWSYM.2017.8059029.
[4] D. Dogan and G. Gultepe, "A beamforming method enabling easy packaging of scalable architecture phased arrays," 2016 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology (PAST), Waltham, MA, 2016, pp. 1-4, doi: 10.1109/ARRAY.2016.7832562.
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【十分鐘看懂】應用多層板製造5G毫米波天線
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5G毫米波天線其尺寸微小，因此將其與電路結合，分別製作於不同層面，可以有效地做整合，大幅的縮小整體系統電路的體積。
第五代行動通訊所選用的頻段為28GHz/39GHz，這是因為所需的資訊傳輸量，以及速度都需要大幅提升，在以往低頻段的頻帶已經相當擁擠。所以此次5G才會將頻率升高至毫米波等級。依照Qualcomm “Spectrum For 4G And 5G” 中所提出的5G頻譜，此次開放的頻帶相當的寬。天線的尺寸跟其工作頻率，以及板材的介電係數(Dk)、損耗係數(Df)、板材厚度都有其相當大的關聯，因此板材的挑選就相當重要。
5G天線追求的是寬頻以及高增益，在頻寬部分若是選用較低的介電係數(Dk)可以得到相對較高的頻寬。由於高頻電磁波在空間中的傳遞損耗相當的大，也是因為如此才需要高增益的天線去補償其路徑損耗，基於這個重大關鍵因素，低損耗係數(Df)就是一個必要的需求。
如下圖所示為一個八層板疊構，用來堆疊厚度的介電層(Dielectirc)就會使用上述所提到的低介電係數(Dk)、低損耗係數(Df)的材料。以核心層(Core)為一界線，上半部的金屬(Metal 1)到(Metal 4)，和介電層(Dielectirc 1)到(Dielectirc 3)，通常天線會設計在這個區域範圍內。其剩下的區域則作為與後端電路結合的空間，例如RF訊號線、數位訊號控制線，都可以透過剩下的金屬層面來完成，也因此天線得以跟後端電路實現在同一個架構裡頭。
圖：八層板疊構
參考文獻
[1] Qualcomm, “Spectrum For 4G And 5G” [Online]. Available: https://www.qualcomm.com/media/documents/files/spectrum-for-4g-and-5g.pdf
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【十分鐘看懂】5G毫米波室內傳播特性
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第五代行動通訊之毫米波頻段具有高傳輸速率與大頻寬優勢，在5G垂直應用上相繼被提出可行的商業模式，如VR/AR等多樣化影音串流服務，然而此類應用仍以室內場域運作居多，因此，有必要對毫米波室內傳播特性進行探討。
毫米波頻段於戶外場域通訊，不僅容易受到大氣中的水氣與氧氣吸收衰減，當訊號穿透雨水亦會導致較高的傳輸損耗。因此，在戶外場域往往需要在收發端建立起良好的直視傳播路徑，避免周遭建物、車輛或人體遮擋效應造成通訊中斷。然而，對於室內場域，毫米波訊號仍會受到室內的裝潢隔間等物體遮蔽所影響，多重路徑效應(包括：反射與散射)將更趨明顯與複雜，若需要有較佳的通道品質，仍有賴於直視傳播或透過一次反射到達接收端，以確保通訊鏈路訊噪比要求。前述之專欄文章已探討戶外毫米波傳播行為，本篇將著重室內毫米波傳播特性。
文獻中探討室內毫米波傳播特性採用SBR/IM(shooting and bounding ray tracing/image method)方法進行模擬分析。如圖一所示為一般室內辦公室場景平面圖與量測設備架設，在進行傳播模擬工作前需對室內場域的建築隔間、地板、天花板及窗戶等物件進行3D建模與材質設定，亦或可將平面圖導入，再依比例進行繪製。最後標示出TX與RX點位之相對應位置與高度，並進行收發端系統規格設定，包括天線場型匯入、極化形式、發射功率或訊號波形等。
圖一、室內場域平面圖與毫米波量測設備架設
如圖二所示為室內毫米波傳播通道之量測設備，包括訊號發射器與接收器，其中訊號發射器由基頻模組與升頻模組所構成，於基頻產生一虛擬隨機碼(Pseudorandom-noise, PN)序列，並透過振幅偏移調變(ASK)或二進位相位偏移調變(BPSK)後再做升頻，最後藉由喇叭(Horn)天線將訊號輻射至空氣中。而從接收端獲得訊號後即降至基頻做處理，訊號轉換採用零中頻方式，由於基頻訊號擷取模組採取雙向同步訊號，因此，可進一步獲得通道傳播特性。
圖二、室內毫米波傳播通道之量測設備
公式(1)為傳播路徑損失計算式，包括平均路徑損失與遮蔽衰落，PL(d)為平均路徑損失量測值，單位為dB，n表示為路徑散逸指數，PL(d0)為某個參考距離下(d0=1m)之自由空間傳播路徑損耗，d為發射端與接收端之間的距離，S表示為遮蔽衰落值。
圖三為路徑損失量測(左邊)與模擬(右邊)結果比較圖，模擬與量測結果具高度一致性，也進而證實通道路徑損失隨著傳播距離增加而變大。另外，從實驗數據結果推論此辦公室場域之傳播路徑散逸指數n值為1.82，稍微小於自由空間理論值n=2，此差異研判為室內天花板、牆面及地板所形成之導波特性影響。
圖三、路徑損失量測(左邊)與模擬(右邊)結果比較
參考資料
[1] Shuangde Li, Yuanjian Liu, Leke Lin, Mengxue Wang, Zhong Sheng, Dingming Sun, “Millimeter-Wave Propagation Measurement and Simulation in a Indoor Office Environment at 28 GHz”, IEEE APCAP 2017.
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【十分鐘看懂】5G毫米波傳播特性
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第五代行動通訊系統最大不同點在於導入波束成型技術，欲透過提高天線增益來彌補高頻段傳播損耗，特別毫米波訊號衰減大且易受到建物與人體阻擋而中斷通訊，因此，對於毫米波的應用場域，需先行了解毫米波傳播行為。
第五代行動通訊系統之新無線電(NR)技術可分成低於6GHz頻段(FR1)與介於24-52GHz頻段(FR2)兩大類。不過目前全球6GHz以下頻譜使用已接近飽和，無法找到大量可使用的乾淨頻譜，而毫米波頻段則具大頻寬與頻譜連續性等優勢，目前已有可行的商業模式陸續被探討與導入。毫米波頻段之電波穿透與繞射衰減會比微波頻段更為嚴重，所以視線(Line of Sight, LOS)直接波與反射波以及非視線(Non-Line of Sight, NLOS)反射波應為主要的電波傳播機制。毫米波於大氣中之傳輸衰減特性如圖一所示，若以一般居住所在地離海平面幾百公尺估算，毫米波於大氣衰減在28/38GHz頻段每公里僅約0.1dB，相當適合應用於遠距離無線通訊，也進而驗證5G毫米波通訊頻段選擇考量。
圖一、毫米波於大氣中之傳播衰減特性
對於室外場域(如:郊區)之電波傳播特性可利用大尺度(Large-scale)路徑衰減模型作解析，即訊號經過較長的距離所產生的訊號變化，其變化量可用統計方式來描述，此模型通常用來作為鏈路估算或涵蓋分析使用。文獻中提及使用Close-in (CI) free space reference distance(d0=1)計算路徑損耗，其公式如下(1)所示，其中PL(d0)為參考距離d0=1m之自由空間傳播路徑損耗，可參考如下(2)公式。
實際上接收端的平均功率大小會隨著距離增加而呈現指數遞減，而路徑所造成的平均功率衰減會與距離n次方成正比。公式(1)中的n值表示為路徑散逸指數(Path Loss Exponent)，為藉由最小均方誤差方法擬合量測曲線所獲得，此數值會因應不同傳播環境之統計量測結果進行修正。一般來說，空曠地區較無遮擋環境，即在自由空間下所設定的PLE值為2。Xσ為平均值為0高斯隨機變數，其標準差σ(in dB)為某個特定範圍值，此項為遮蔽效應(Shadow Effect)所造成之訊號衰減。表一為針對不同毫米波頻率，使用全向性CI path loss model於LOS與NLOS傳播之PLE與σ數值表現，其中針對不同TX與RX應用情境，包括收發端選用天線場型寬窄形式與高度架設等，進行相關數據之歸納。從表中可以發現，LOS傳播環境之PLE值約為2，NLOS的σ值較大，表示所測到的訊號衰減值較為分散。
表一、全向性CI path loss model於不同條件下之PLE與σ值(包括LOS與NLOS)
參考資料
[1] K. Chang, RF and Microwave Wireless Systems, John Wiley, 2000.
[2] GEORGE R. MACCARTNEY, JR., THEODORE S. RAPPAPORT, MATHEW K. SAMIMI, AND SHU SUN, “Millimeter-Wave Omnidirectional Path Loss Data for Small Cell 5G Channel Modeling”, IEEE Access, 2015.
[3] Peize Zhang, Jing Li, Haiming Wang, and Wei Hong, “Measurement-Based Propagation Characteristics at 28 GHz and 39 GHz in Suburban Environment”, IEEE AP-S/URSI, 2019.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1111。
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波波束成型器之相移器
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相移器(Phase Shifter，PS)是相位陣列收發器系統中達成波束成型功能的核心元件。為了避免複雜的相位(Phase)與振幅(Amplitude)調整，低相位誤差及低振幅誤差是相移器設計時的首要目標。
相移器在相位陣列收發器系統中扮演著重要角色，透過相移器調整相位陣列接收器中每個射頻鍊路上的相位，我們可以將每個射頻鍊路上天線單元接收到的電磁波訊號同相位相加。藉此提升接收訊號的訊雜比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)與接收器的靈敏度。此外，相移器可調整射頻鍊路之間的相位差，藉此來控制相位陣列收發器電磁波束的指向[1]。理想上，相移器在調整不同相移狀態時希望振幅能維持固定，否則就還必須要透過可變增益放大器來補償不同相移狀態時振幅的變化，如此將增加整體系統控制程序上的複雜度。因此如何在充足的可調相位範圍內達到低相移誤差且低振幅變化是設計相移器的重要指標。在這篇文章中，我們整理了幾個常用於毫米波相移器設計的架構，並簡述了這些相移器架構的操作原理與優缺點。
傳輸線相移器 (Transmission Line Phase Shifter，TLPS)
傳輸線相移器的架構圖如圖一[2]，它利用多階並聯電容與串聯電感組成一人造傳輸線。訊號經過這段人造傳輸線將會有個相位移，接著將電容換成可變電容，那就可以藉由調整電容值，達到改變輸出訊號的相位移，如此完成相移器的功能。傳輸線相移器架構具有寬頻的優點，但是可調的相移範圍將會被可變電容的特性限制住，以致可調的相移角度較小。
圖一、傳輸線相移器的架構圖
開關式相移器 (Switch-Type Phase Shifter，STPS)
開關式相移器系統架構如圖二[3]-[7]，N個位元的開關式相移器需要N個相移單元串接而成，來達到N位元控制與360°/2N的解析度。每個相移單元整合適當的電感電容元件來達到要求的相移量，並透過電晶體開關，來控制訊號路徑，達到開與關之間的相位差。因此如何設計好每個相移單元的電路架構，是此N個位元開關式相移器能否達到低相位誤差及低振幅變化的關鍵。開關式相移器的優點在於電路架構簡單、不需要直流功率消耗與先天上的數位控制介面，但是由於大量使用電感與電容等被動元件，因此開關式相移器有高穿透損耗(insertion loss)與大晶片面積的缺點。
圖二、開關式相移器系統架構
反射式相移器 (Reflection-Type Phase Shifter, RTPS)
由於開關式相移器每個相移單元，就需要單獨一個子電路。需要解析度越高的相移角度，所需要的相移單元就要越多。因此不利於我們開發小晶片面積的相移器晶片，且置入損耗也隨位元數增多而增加。因此反射式相移器是另一個可以選擇的被動相移器架構。圖三為一反射式相移器的架構圖[8]-[10]，它由兩個反射負載(Reflection Load)連接在一3-dB正交耦合器(Quadrature Coupler)所組成。透過調整反射負載的反射係數(ΓL)，來達到輸入與輸出的相位移，因此反射式相移器只要一個單元電路就可以有連續可調的相位移特性，因此可具有在小晶片面積達到高解析度的優點。但是穿透損耗隨相位可調範圍越大而越高，且需要一類比電壓調控是它的缺點。
圖三、反射式相移器的架構圖
向量合成相移器 (Vector Sum Phase Shifter, VSPS)
向量合成相移器的架構圖如圖四[11]- [12]，它利用一個四相位產生器產生I路徑與Q路徑，此I與Q路徑的訊號相位彼此相差90度。接著透過兩個可變增益放大器，來調整I與Q路徑的訊號振幅，最後再透過一個加法器將I與Q路徑的訊號相加得到最終輸出訊號。而如圖五所示，透過調整I與Q路徑的訊號振幅，可以合成不同角度的輸出訊號。向量合成相移器的優點在於可以得到解析度較高的相位移特性，並且可調整的相位移範圍很大。但是由於需要使用到可變增益放大器，因此需要較大的直流功率消耗，且需要較複雜的控制電路來控制可變增益放大器以達到不同的相位移輸出訊號。
圖四、向量合成相移器的架構圖
圖五
參考文獻
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波GaAs功率放大器
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在行動電話中砷化鎵(GaAs)異質接面雙極性電晶體(Heterojunction bipolar transistor，HBT)功率放大器一直都有極大的佔有率。未來走到5G毫米波行動通訊，GaAs功率放大器與CMOS功率放大器的特性比較起來有哪些差異呢？
在這篇文章中，我們整理了幾篇使用砷化鎵(GaAs)高電子移動率電晶體(HEMT，high electron mobility transistor)製程所開發之28 GHz頻段的功率放大器[1]-[7]。HEMT早在1980年就被提出來[8]，由於其操作速度快，兼具有低雜訊與合理的輸出功率，因此在早期毫米波積體電路主要是使用砷化鎵或磷化銦(InP)等材料所製作之HEMT來開發。
操作電壓 (Operation Voltage)
在這篇文章中所列出的參考文獻，除了一篇2003年的文獻是使用200 nm GaAs pHEMT(pseumorphic HEMT)製程來設計功率放大器[1]，近幾年的參考文獻主要都是採用150 nm GaAs pHEMT製程來開發應用於5G毫米波的28 GHz功率放大器，其操作電壓大概落在4 V到6 V之間[2]-[7]。相較於28 nm 到 90 nm CMOS電晶體的操作電壓是落在0.9 V 到1.2 V。因此，GaAs pHEMT功率放大器可以使用較低的直流電流達到相同的輸出功率。
基板 (Substrate)
除了操作電壓較高之外，GaAs pHEMT製程的另一個優勢是基板(substrate)損耗較低。GaAs本身為半絕緣的材料，所以在GaAs晶片上的傳輸線(transmission line)與螺旋電感(spiral inductor)相較於在一般矽基晶片上的元件品質因子(quality factor)較高。因此在GaAs晶片上設計功率放大器所需的匹配網路，可以有較低的損耗。對於可以達到的輸出功率與操作效率也有一定的影響。
與CMOS功率放大器相同，GaAs功率放大器所採用的提升輸出功率的技術包括直接並聯功率結合技術[1]，與電晶體堆疊技術[2]，或兩者並用[3]-[4], [7]。也有使用變壓器功率結合技術的功率放大器[5]。此外，為了提升功率放大器回退功率(power back-off)的操作效率，Doherty技術也被應用在5G 毫米波功率放大器的設計中[5], [7]。
表一所列為使用GaAs pHEMT製程來開發28 GHz附近的功率放大器特性比較表[1]-[7]，我們可以看到GaAs pHEMT功率放大器的輸出功率可以達到25 dBm，大多可以達到27 dBm (0.5 W)以上的輸出功率[2]-[5]，甚至可以超過36 dBm (4 W) [1]。而CMOS功率放大器的輸出功率則大多在20 dBm以下，多數在15 dBm左右。GaAs pHEMT功率放大器的功率附加效率多數也可以達到37%以上[2]-[4]，甚至達到42%[7]。FoM的部分，由於GaAs pHEMT功率放大器的輸出功率較高，所以都可以在83以上。
表一、28 GHz GaAs pHEMT功率放大器比較表
5G毫米波系統採用相位陣列技術，因此單一功率放大器的輸出功率要求不高。CMOS功率放大器將可應用於行動裝置上，而GaAs功率放大器則可應用於行動通訊基站端與固定無線接入(fixed wireless access)。
參考文獻
[1] F. Y. Colomb and A. Platzker, “2 and 4 Watt Ka-band GaAs PHEMT power amplifier MMICs,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., June 2003.
[2] D. P. Nguyen, T. Pham, B. L. Pham and A.-V. Pham, “A high efficiency high power density harmonic-tuned Ka-band stack-FET GaAs power amplifier,” in IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS) Dig., Nov. 2016.
[3] D. P. Nguyen and A.-V. Pham, “An ultra compact watt-level Ka-band stacked-FET power amplifier,” IEEE Microwave Wireless Components Letters, vol. 26, pp. 516-518, July 2016.
[4] D. P. Nguyen, T. Pham, and A.-V. Pham, “A Ka-band asymmetrical stacked-FET MMIC Doherty power amplifier,” in IEEE Radio-Frequency Integrated Circuits Symp. Dig., 2017, pp. 398-401.
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[7] D. P. Nguyen, B. L. Pham, and A. V. Pham, “A compact Ka-band integrated Doherty amplifier with reconfigurable input network,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 67, no. 1, pp. 205-215, Jan. 2019.
[8] T. Mimura, S. Hiyamizu, T. Fujii, and K. Nanbu, “A new field-effect transistor with selectively doped GaAs/n-AlxGa1-xAs Heterojunctions,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 19, no. 5, pp. L225-L227, May 1980.
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【十分鐘看懂】毫米波AiP天線量測技術
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第五代行動通訊頻段愈趨高頻發展，在毫米波頻段為克服傳輸損耗需仰賴AiP封裝整合，但亦衍生模組化後無法單獨對天線端口進行效能評估，因此，相關AiP量測工法與標準測試治具陸續被提出與開發。
第五代行動通訊朝向毫米波頻段發展，有賴於高頻段可提供較大且連續性通道頻寬，但也相對面臨傳輸路徑損耗大之缺憾。因此，為了減少各射頻元件連接所造成的訊號衰減，需透過系統層級封裝技術將天線與主被動元件進行整合設計。使得不論在封裝結構乃至於引線至基板端，電性連接長度需達到最小。如圖一所示為5G毫米波AiP模組功能方塊圖，AiP模組之關鍵元件為天線陣列與波束成型收發晶片，該晶片內部電路架構包括: (1)TX-RX路徑切換之開關元件(SW)，(2)TX端功率放大器(PA)，(3)RX端低雜訊放大器(LNA)，(4)相移器(Phase Shifter)，(5)功率分配電路(Power Splitter)，(6)升降頻元件(U/D Converter)等，並藉由數位控制訊號調整天線陣列各單元間之相位與能量分佈，以獲得波束偏轉效果。另外，毫米波頻段降至中頻輸出之目的在於低頻段傳輸損耗較少，可允許較長的射頻路徑至調變解調器(Modem)端，讓元件在佈排上更具彈性。
圖一、5G毫米波AiP模組之功能方塊圖
然而，為了減少整體互連長度並保留更多空間放置天線陣列，因此，AiP模組皆以覆晶封裝形式居多。有鑒於此，文獻上提出一種針對AiP模組效能驗測之探針量測技術，利用探針直接接觸封裝接腳的方式進行天線場型分析，並且在此被動量測架構下能轉化成OTA(Over-the-Air)的測試方案。對於毫米波頻段而言，根據遠近場分野條件d=2D2/λ [D為天線尺寸、λ為操作頻段之波長]，以一般適用於毫米波微基站之AiP大小估算，其遠場距離d為50-70cm。圖二為一種垂直探針平台之天線輻射場型量測環境，該架構遠場距離達85cm，能對Φ與θ方向進行球面掃描。
圖二、基於垂直探針量測平台之無反射室系統架構
而圖三為探針連接局部示意圖，探針從背饋方式連接AiP模組，由於待測物具有高指向性場型朝上方分佈，因此，僅需針對上半部球面之場型進行測試，同時也能降低待測物下方治具易反射電磁波訊號之影響。此種量測方式目前是利用網路分析儀以連續波訊號進行場型增益量測，若能依照毫米波的調變頻寬進行設定，採用訊號產生器加上頻譜分析儀進行系統層級效能分析，即可建構完善的OTA量測環境。對於半導體封裝產業而言，可以有依循的測試工法與建置環境做為參考，並在系統設備組裝前可先行驗證模組端的效能規格。
圖三、探針與DUT連接之局部示意圖
參考資料
[1] Bo-Siang Fang, Kuan-Ta Chen, Cha-Chu Lai, Jui-Ching Cheng,“Millimeter Wave Antenna in Package (AiP) Measured in Far-Field by a Vertical Probe Station”, IEEE 20th EPTC, 2018.
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【十分鐘看懂】第五代行動通訊毫米波天線封裝(二)
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為因應第五代行動通訊系統在毫米波(mmWave)頻段(如28GHz /39GHz頻帶)，所提出之一種微小尺寸整合技術。封裝體將天線與射頻系統模組化，天線封裝基板堆疊架構之採用與考量，就顯得相當重要。
近年來，研發方向逐步朝向系統級封裝(SiP, System in Package)技術，藉由封裝技術將以不同材料為基礎的功能元件結合於單一系統中，提升系統性能性並減少功耗；而天線封裝（AiP, Antenna in Package）技術則是著重在天線與射頻電路之整合，乃由SiP概念延伸出來。以天線的角度來看，由於在前幾代的行動通訊規範下，我們所採用的頻率較低頻，路徑損失較小，只需單一天線單元即可完成傳播訊號之目的。進入第五代行動通訊，由於基板的高損耗特性，容易因多重路徑傳播(Multipath propagation)使得電磁波快速衰減，同時為了輕薄短小之需求，將IC晶片以及天線做在同一封裝體中，將是一大挑戰。本文從天線封裝基板堆疊架構出發。
天線封裝基板堆疊架構
首先，天線負責將輸出訊號輻射至大氣中以傳播，而主動電路必須將訊號在元件及走線內部傳輸，任何輻射對它們來說將是嚴重干擾，因此整合上需要依靠多層板，用金屬層將其隔離並作為共用地。其次，建構天線陣列時，最常見的天線單元為微帶天線(Microstrip antenna)，具有面積小、增益高、易於設計與製造之優勢。然而，微帶天線的輻射機制為空腔(cavity)輻射，限制上需要較厚之板材才能達到其應具備之輻射頻寬，因此必須引入多層板架構，並且採用較厚之板材以支持其輻射特性，對於原本應該要將元件越作越小的目標有所取捨，成本也隨之提高。
下圖所示的是台大團隊開發中的AiP Substrate Design。以較厚的核心層(core)為中心，上下對稱的各3層介質層及4層金屬層相互疊加構成，形成平衡式布局(Balanced SBT)架構，總厚度為0.85 mm。上層為微帶天線陣列，下層為走線及RF模組，中心層兩側的金屬層作為地層，使彼此特性不會相互影響，將其整合在一起形成一個天線封裝體。最外層需要用綠漆覆蓋以避免氧化。
圖、天線封裝基板疊構側視圖
封裝製程整合
基板的構造為環氧樹脂與經浸泡乾燥後的玻璃纖維布(glass fabric) 結合，稱作黏合（prepreg）作為介電層，而決定好銅箔厚度之後，藉由機械力高溫高壓使其結合在一起而成為銅箔基板。製程方面有低溫共燒陶瓷(LTCC)、高密度互連技術(HDI)以及多層板疊構等許多種類的製程。大部分的樣品製作上會使用半加成法(modified-semi-additive process；mSAP)的封裝流程，以中心層向外鋪銅→上光阻→蝕刻的方式疊合。
在設計時須考慮製程上的限制，需考慮以下重要參數：
(1) 感光綠漆 (Solder mask)
製程上會將基板之上下兩側蓋上綠漆以避免銅氧化，但在設計上多層板上層天線(尤其是常見的微帶天線)會受到綠漆之介電常數改變，輻射增益和操作頻寬會受影響，因此在天線設計時須預先加以考慮。
(2) 通孔壁(Via)
平衡式布局之多層板疊構架構中，一般交疊之金屬層和介質層，採用雷射鑽孔(Laser via)，一次鑽孔最多可穿過三個介質層，每當通過一個沒有金屬覆蓋之金屬層時，必須多給一個墊(Pad)以增加鑽孔精準度，若通過金屬覆蓋之金屬層但沒有電性連接，必須在靶外層增加絕緣錫墊(Anti-Pad)隔離。本文使用較厚之中心層(core layer)，由於厚度較厚，須採用較大孔徑之電鍍通孔(PTH, Plating Through Hole)，在走線設計上需考慮其引進之較大之電感性。
(3) 鋪銅率(Copper ratio)
為維持製程穩定性，每一層金屬層金屬銅覆蓋面積至少占整層15%以上，並且以中心層(core)作為基準，對稱層銅覆蓋面積差異小於35%，以避免造成基板翹曲(warpage)而造成良率下降之問題。
(4) 覆晶封裝(Flip Chip)
在毫米波高速封裝之下，主要封裝解決方案是覆晶封裝，將晶片連接點長凸塊(bump)，然後將晶片翻轉過來使凸塊與基板（substrate）直接連結。與傳統的打線技術(Wire Bonding)相比，倒裝晶片具有較好的熱性能和電氣性能，可滿足不同性能要求的基板靈活性，提供較低尺寸以及穩定的結構。不過相較之下成本高出許多。
參考資料
[1] D. Liu, X. Gu, C. W. Baks and A. Valdes-Garcia, "Antenna-in-Package Design Considerations for Ka-Band 5G Communication Applications," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 12, pp. 6372-6379, Dec. 2017.
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【十分鐘看懂】第五代行動通訊毫米波天線封裝(一)
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天線封裝(Antenna-in-Package, AiP)為因應第五代行動通訊系統在毫米波(mmWave)頻段(如28GHz /39GHz頻帶)，所提出之一種微小尺寸整合技術。如何在具高功率傳播損耗之毫米波環境下維持行動通訊，是值得探討的議題。
第五代行動通訊系統期望在毫米波(mmWave)頻段提供高資料傳輸率。由於電磁波傳播於空氣與介電基板，因此天線設計需考慮陣列天線來產生高增益和可調式動態波束掃描以提供足夠的信號強度。為了減少傳輸線損耗與製程穩定度來提高良率，通過系統封裝(SiP, System-in-Package)與多層介電基板疊層架構技術將微波主動電路元件和陣列天線整合在一起，因此微小尺寸且具穩定輻射特性之陣列天線封裝扮演著不可或缺的角色。同時，未來將天線與IC晶片一同封裝在同一個架構，除了體積縮小，可以讓我們在有限尺寸裡，多置入一些天線單元用來提高增益，封裝體中RF電路的走線線寬也會縮小了不少。因此對於製程上的精確度更是要求，藉由封裝可以達成。
天線封裝之建構
天線封裝與模組化是基於多層介電基板，將天線與射頻晶片整合在一個封裝體或模組中，實現系統整合化的無線功能之技術。毫米波頻段之天線封裝與模組化設計，目前還沒有各國統一標準，根據許多文獻探討歸納出在做天線設計時，須針對天線所需的增益，頻寬和輻射場型進行優化，以發展大型天線陣列高增益波束成形、多輸出多輸入系統、波束掃描與波束合成、分佈式天線系統等技術，並同時兼顧微小的產品尺寸以符合其應用情境。
1. 天線封裝整合模組架構
天線封裝與模組化架構概念圖如圖一所示，此為整合式多層介電基板模組架構，其中在架構的上層為天線架構，下層為走線與射頻模組架構。操作頻率選擇28GHz/ 39 GHz兩個主要頻段，其中射頻元件的輸出饋入至天線的輸入端來激發天線，而射頻元件的輸入端形成整體天線與射頻整合模組的輸入端，此輸入端可以與其他的射頻元件相整合。此架構針對5G毫米波頻段，天線在整合射頻元件來形成模組及封裝時的架構。
圖一、天線與射頻整合模組之架構示意圖
2. 天線封裝基板堆疊架構
圖二所示的是IBM為毫米波5G通信系統開發之HDI疊構之AiP結構側視圖[1]。由核心層(core)為中心，上下對稱的各5層介質層及6層金屬層相互疊加構成，形成平衡式布局(Balanced SBT)之層壓板(Laminate)架構，厚度為1.61 mm。上層為天線陣列，下層為走線及RF模組，將其整合在一起形成一個天線封裝體。
圖二、天線封裝基板疊構側視圖[1]
由此可見在5G中AiP將扮演一個重要的角色，未來的實際產品應會採用此種多層板的疊構來實現。值得注意的是，以往都是朝著產品微小化的方向前進，採用更薄之基板，但將使得天線的輻射效率大幅降低，因此在整合的過程中，將會在製造成本與產品效能中做取捨。
參考文獻
[1] D. Liu, X. Gu, C. W. Baks and A. Valdes-Garcia, "Antenna-in-Package Design Considerations for Ka-Band 5G Communication Applications," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 12, pp. 6372-6379, Dec. 2017.
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【十分鐘看懂】5G AiP：嵌入式晶圓級球閘陣列封裝技術
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除了LTCC與HDI封裝技術外，以FOWLB為主的eWLB封裝技術已有超過10年發展歷程，廣泛應用於汽車與無線通訊產業，該技術除可滿足高密度I/O數之晶圓級封裝需求，亦能達到薄型化、無須載板封裝與低成本優勢。
根據市調機構Yole Developpement公司預估從2018至2024年，扇出型(Fan-Out)封裝之設備和材料收入從2018年2億美元增長到2024年７億美元，營收年複合成長率(Compound Annual Growth Rate, CAGR)超過20%，如圖一所示。
圖一、扇出型封裝技術之設備和材料營收年複合成長率預估(2018-2024年)
相較於其他封裝技術，如先前專欄文章所述之LTCC與HDI形式，扇出型封裝(Fan-Out Package)市場佔有率仍不高。但隨著蘋果A10處理器首次選用台積電所發展的整合扇出型(Integrated Fan-Out, InFO)封裝，此先進的封裝技術才廣泛被市場探討與接受。因此，因應5G與高效能運算應用需求蓬勃發展，相關眾家廠商也大幅增加資本支出與研發資源投入此未來即將被看好的晶圓級封裝技術。
傳統WLB封裝都採用Fan-In形式，用於低I/O接腳數的晶片封裝，但若減少晶片封裝面積，勢必會減少可容納的接腳數。隨著晶片設計複雜度提高，相對訊號輸出接腳數增加，Fan-In型態的封裝已不敷使用，需開始轉為可容納更多接腳數的擴散型Fan-Out技術。扇出型晶圓級封裝技術(Fan-Out Wafer Level Package, FOWLP)最早取決於英飛凌公司之嵌入式晶圓級球閘陣列(Embedded Wafer Level Ball Grid Array, eWLB)技術，應用於電源管理(PMIC) 晶片與射頻(RF)晶片等。
eWLB整體封裝結構可參照圖二所示，大致分為裸晶(Die)、模塑化合物(Mold Compound, MC)、重分佈層(Redistribution Layer, RDL)與介質層等構成要素。其做法為將裸晶嵌入模塑化合物中，於裸晶接點上引出金屬線路於重分佈層。在裸晶扇入區以及模塑封裝材料之扇出區會有介質層，可作為保護裸晶與金屬層間隔離功用，最後再利用錫球電性連結引導至下層PCB基板上。因此，對於Fan-In受限I/O接腳數仰賴晶圓面積而決定，Fan-Out則可透過外部金屬重分佈層來擴展I/O接腳數目。再者，Fan-Out不需額外的封裝載板或打線接合，且可以採用多個裸晶佈排達到整體性封裝，有效減少封裝厚度與成本。
圖二、eWLB堆疊封裝結構
另外，為使FOWLP技術可適合應用於AiP設計，台積電發展出InFO-AiP技術即在模塑化合物上形成一金屬層，此金屬層可用於設計天線輻射體，而既有的RDL層則可用於實現饋入端或接地面等。目前eWLB封裝技術已發展應用至毫米波車用雷達系統，且具有達量產規模之毫米波AiP應用。
參考資料
[1] Yueping Zhang, Junfa Mao, “An Overview of the Development of Antenna-in-Package Technology for Highly Integrated Wireless Devices”, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Nov. 2019.
[2] PETE SINGER (2020), “A New Wave of Fan-Out Packaging Growth.” https://www.semiconductor-digest.com/2020/02/05/a-new-wave-of-fan-out-packaging-growth/.
[3] NXP Semiconductors (2018), “AN10439: Wafer-level chip-scale package (fan-in WLP and fan-out WLP).“ https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN10439.pdf.
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【十分鐘看懂】5G AiP：高密度互連封裝技術
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以HDI封裝技術構成之AiP天線模組為5G毫米波天線供應商初期採用之方案，該技術透過傳統印刷電路板多層疊壓製程實現天線與晶片集總封裝，具成本低廉優勢，且針對不同中高階應用皆有相應基板材料供選擇。
因應5G毫米波通訊與車用雷達等應用衍生，以天線與晶片等主被動元件集總封裝之AiP技術逐漸蓬勃發展，並相繼投入量產製造。AiP封裝技術早期成功應用於藍芽無線模組，到了中期開始導入60GHz無線短距離通訊與毫米波雷達應用，而近期有賴於5G行動通信、物聯網與車聯網等應用問世。因此，先進AiP封裝技術逐漸被探討與導入，特別在手機終端與基站端皆有相對應之天線與晶片整合性封裝方案。
有機材料在HDI封裝技術被廣泛應用，例如：玻璃纖維環氧樹脂(FR4)、BT樹脂與液晶高分子聚合物(LCP)等。在這些有機材料中，以LCP具有良好的電氣特性，該材料介電常數介於2.8~4.0，介電損耗小於0.005，非常適合設計毫米波頻段封裝天線。FR4則具有成本優勢，且相對製程掌握度高，透過標準PCB印刷電路板製程即可實現之。另外，使用LCP作為核心介質層，將聚四氟乙烯之陶瓷填充物(RO4000系列)基材混合堆疊之HDI封裝模組，已成功應用於60GHz相位陣列天線模組上，藉由不同材料混合堆疊與內部空腔設計改善天線頻寬與效率，以及覆晶(Flip Chip)電性連接效能。
圖一為應用於60GHz HDI-based天線模組堆疊結構示意，包括一個內層基材(Core)及上下兩個黏合膠片(Prepreg)所組成，其上有四個金屬層分別為金屬空腔體、天線、接地層與訊號層。HDI關鍵技術在於利用微盲埋孔製程將連續多層介質層與金屬層構成高密度走線佈排，在盲埋孔實作上需透過雷射成孔實現之。
圖一、HDI-based AiP封裝架構
圖二為第一個使用HDI-based實現60GHz AiP模組之產品外觀，包括兩個開槽耦合貼片形式構成發射端(TX)與接收端(RX)天線。基材則採用Rogers公司生產的RO4003C板材型號，模組另一側則有CMOS晶片與SMD元件等錫球連接腳位。該天線模組也成功滿足WiGig短距離通訊傳輸效能要求。
圖二、60GHz AiP天線模組成品外觀
參考資料
[1] Yueping Zhang, Junfa Mao, “An Overview of the Development of Antenna-in-Package Technology for Highly Integrated Wireless Devices”, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Nov. 2019.
[2] Duixian Liu ; Yueping Zhang,“Antenna Integration in Packaging Technology operating from 60 GHz up to 300 GHz (HDI‐based AiP)”, Wiley-IEEE Press, 2020.
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【十分鐘看懂】運用於工業環境之室內通道模型
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智慧工廠為5G應用裡重要的一環，然工廠內部所產生的多重路徑相較於典型室內環境可能會有所差別，會使得建置時發射接收不同步等現象，故需要先在工廠內部進行量測以便了解其內部的通道模型以便建構出最佳的架設環境。
在5G通訊發展之前，行動通訊多用於個人終端，故對於一般辦公室環境的室內通道模型已經有許多量測結果，於文獻中了解到水泥會吸附一些電磁波使得電磁波在室內環境的反射、繞射及散射的情形較不明顯。而5G通訊運用於工廠環境終究比起典型室內環境有著很大的差別，因工廠內部常放有各式金屬工具機、金屬模具等等，甚至連建築物本身都是以鋼骨結構或是鐵皮結構所組成，可以預期到在這種「高反射環境」中所得到的通道模型比起典型室內環境會有很大的不同。
運用無線通道進行傳輸時，電波在空氣中傳播會有反射、繞射及散射的現象，使得訊號從發射端抵達接收端的時間不一，便會產生出多重路徑效應，此效應可以運用一種模型 — Tapped Delay Line (TDL) models來描述。主要有兩種TDL models，TDL-A 運用於有著沒有強大的直接波，而是許多個經過反射後收到零散波的Rayleigh fading distribution；TDL-D則是運用於有一個強大的直接波，附帶其餘較小能量波形的Rician fading distribution，而進一步描述多重路徑對於通道影響的值被稱為Delay spread，值越大代表空間中有著更多的多重路徑。
表一、TDL-A
表二、TDL-D
接下來在一個邊長約50公尺的小型工廠進行室內通道量測並將資料彙整成下表，發現到若反射較不強烈的情境下，其Delay spread 在Light-of-sight (LOS)情況下的所得到的值為20ns；在Non-light-of-sight 情況下所得到的值為39ns，但在反射非常強烈的情境下其數值則變為60ns以及100ns。
可以發現到兩種情境下的數值相差很大，此一現象對於佈建智慧工廠時，發射接收的效率也會有影響，在建置時須依據Delay spread的不同進行調整。
參考資料
[1] ”baibin Zhang(TNO)”, ”Converged wireless access for reliable 5G MTC for factories of the future D1.1: System Specifications and Business Perspectives ”, 5GPPP 01/03/2018, pp. 34-38.
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【十分鐘看懂】3GPP 高可靠度通訊篇(2)
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上一篇中介紹了3GPP Rel.15 NR對於高可靠度資料傳輸設計，然而除了對於資料傳輸的可靠度增強外，控制信道以及控制層面的增強也是必須的。本篇對此作概括的介紹。
確保控制信道的傳輸可靠度一向都是通訊系統設計的重點，因此一般控制信道的傳輸大多採用較低的調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme, MCS)(ex: BPSK/QPSK)，除此之外NR也引入了其他控制相關的增強，以下介紹Rel.15 NR中控制相關的可靠度增強設計：
PDCCH aggregation level
一個實體下行控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)可由單個或多個控制通道單元(Control Channel Element, CCE)傳送，使用CCE的多寡又可稱為“PDCCH aggregation level”，當使用較大的aggregation level時可提升傳輸的可靠度，然而也會占用較多的無線資源。相較於LTE PDCCH支援到最大為8的PDCCH aggregation level，NR PDCCH設計支援了1, 2, 4, 8及16的PDCCH aggregation level。
Multi-slot PUCCH
承載上行控制訊息的實體上行控制通道(Physical uplink control channel, PUCCH)同樣也有針對可靠度增強的設計，NR PUCCH設計上支援五種格式，包括短格式及長格式，其中屬於長格式的PUCCH format 1, 3, 4還支援了multi-slot的PUCCH repetition傳輸方式。對此基地台可配置包括2, 4, 8 slot的PUCCH repetition，還可配置不同slot之間的跳頻機制(Inter-slot frequency hopping)增加可靠度，然而標準有限制此機制並不能與slot內的跳頻機制(Intra-slot frequency hopping)同時使用。
CQI report enhancement
在上篇的介紹中提到了NR針對高可靠度資料傳輸中引入了以區塊錯誤率10-5為目標設計的MCS table，然而在選擇下行傳輸的MCS時基地台需參考終端對於通道品質的回報，因此也須對此做相應的增強。NR除引入了對應的CQI(Channel quality indicator) table，基地台可配置終端以塊錯誤率10-1或10-5為基準回報對應的CQI index。
另外當uRLLC與eMBB業務應用於同一載波上時，在控制層面也需增強以增進資源的有效運用，因此Rel.15版本引入了downlink pre-emption的機制。
Downlink Pre-emption
此機制主要為支援NR基地台於必要時可擷取已排程的eMBB資源給uRLLC業務使用，並透過下行控制信息格式2-1(Downlink Control Information, DCI format 2-1)告訴終端已被截取的資源。
圖、Rel.15 NR DL pre-emption
為因應高可靠度通訊的應用，Rel.15 NR中除了在資料傳輸設計上可靠度的加強外，也制定了相關機制以因應控制信道以及控制層面的增強。另外也引入Pre-emption機制以增強uRLLC與eMBB業務的多工運用，然而在Rel.15版本中此機制僅制定於下行，Rel.16版本將會制訂延伸增強。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.213 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for control (Release 15).
[2] 3GPP TS 38.214 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for data (Release 15).
[3] Li, Zexian & Uusitalo, Mikko & Shariatmadari, Hamidreza & Singh, Bikramjit. (2018). 5G URLLC: Design Challenges and System Concepts. 1-6. 10.1109/ISWCS.2018.8491078.
[4] “Ultra Reliable Low Latency Communication for 5G New Radio”, IEEE Workshop on 5G Technologies for Tactical and First Responder Networks, Rapeepat Ratasuk, Principal Research Specialist, Nokia Bell Labs, October 23rd , 2018.
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【十分鐘看懂】3GPP 高可靠度通訊篇(1)
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前期介紹了3GPP對於低延遲通訊的支援，而在前期中提到像是工廠自動化、遠端遙控、車連網等應用除了需低延遲的傳輸外，還需具備高可靠度的傳輸，3GPP於Rel.15版本制定的新無線介面—New Radio (NR)中也考量了高可靠度通訊的支援，本篇針對高可靠度資料傳輸設計作概括的介紹。
ITU針對5G 高可靠度低延遲通訊(URLLC)訂下無線端1ms延遲，並同時具備錯誤率低於10-5的指標，過去的通訊系統中，靠著混合式自動重送請求(Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ)機制，未正確接收的封包可藉由重傳即可有效提升傳輸可靠度；然而在有延遲需求指標下，需在有限時間(有限重傳次數下)達成可靠度指標，因此在實體層的設計上需做增強，以下介紹Rel.15 NR中高可靠度資料傳輸相關設計：
Micro-Diversity (Rank-1 MIMO)
在多天線系統下於訊號良好時可以多路複用(multiplexing)的傳輸方式提升傳輸速度，反之可以分集(diversity)的傳輸方式提升傳輸可靠度，因此對於高可靠度通訊，可採用rank-1 MIMO的傳輸方式，以享有空間分集的增益。
Specific MCS table for URLLC
為顧及傳輸效率，對於eMBB業務的傳輸，NR以塊錯誤率(Block error rate, BLER)10-1為目標設計調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme, MCS)的對應表。考量某些情境下僅允許以一次傳輸達成高可靠度低延遲的指標，因此在NR中也引入了以塊錯誤率10-5為目標設計的MCS table，意即在同樣的訊號品質下採用保守的調變編碼策略，來提高傳輸的可靠度。
Blind repetitions (i.e. K-repetition)
一般HARQ機制下，接收端會透過通知傳送端封包是否正確接收，傳送端依據通知再重新傳送封包，為減少一來一回所需的時間，NR也引入了K-repetition機制，在不等待接收端的通知下連續傳送K次相同的封包。這樣的機制在上行的部分也設給與UL Grant-free Transmission搭配使用，以達成低延遲高可靠度通訊，基地台可配置“repK”與“repK-RV”參數，前者為連續重複傳送的次數，支援到up to 8次；後者為指示連續重複傳送所用的冗餘版本(Redundancy Version, RV)順序，支援(0,2,3,1)、(0,3,0,3)，以及(0,0,0,0)三種。
PDCP layer data duplication
除了在實體層的增強外，NR也引入了上層封包複製(Higher-layer packet duplication)的解決方案，透過封包資料匯聚通訊協定(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)上的封包複製，於不同載波/細胞上傳送相同資料增加傳輸可靠度。
圖、NR PDCP duplication
為達到低於10-5的封包錯誤率指標，Rel.15 NR在實體層的資料傳輸上設計了不少機制可提升可靠度，然而除了資料傳輸的增強，也需確保實體層控制信道的可靠度，相關介紹將於下篇揭曉。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.214 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for data.
[2] Li, Zexian & Uusitalo, Mikko & Shariatmadari, Hamidreza & Singh, Bikramjit. (2018). 5G URLLC: Design Challenges and System Concepts. 1-6. 10.1109/ISWCS.2018.8491078.
[3] “New Service & Applications with 5G Ultra-Reliable Low Latency Communications”, 5G America white paper, November 2018.
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【5G專業文】5G 加持車聯網，將形成「隱形力場」避免車禍發生？
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最近幾年，汽車業界在「科技化」方面也有長足的發展，而「電腦輔助駕駛」更是其中的熱門話題之一，除了汽車本地端透過各式偵測器與電腦系統即時運算所提供的車道維持、自動定速跟車或是防碰撞輔助…等技術，來協助汽車駕駛掌握路況。
圖：高通的 C-V2X 技術，將可透過 5G 通訊讓車輛、交通設施、行人與雲端運算緊密結合（圖片來源：CNET）。
不過上述的功能僅限於「輔助」，而「無人駕駛」才是汽車業界最終極的目標，能夠具備即時觀察與思考能力的「自駕車」，並非單靠汽車內的電腦就能完成，「無線通訊」才是其中的關鍵，早在 2017 年就成立的 5GAA 就展開 C-V2X 計劃，試圖打造車輛與其他物聯網設備的即時通訊網，包括路上行駛的其他車輛，以及其他相關的交通設施（例如：紅綠燈），甚至是路上的其他行人。
圖：高通目前已有多款整合車聯網技術的晶片平台（圖片來源：高通）。
目前 C-V2X 已經可以在 4G 網路上運行，但考量到全面運行時會遇到短時間內大量車輛、設施相互溝通的資訊交換，5G 的低延遲反應能力被認為是這套系統所需要的終極解方，尤其是行經於道路上的車輛如何有效率的交換車身上鏡頭拍攝的即時影響與雷達偵測的數據，更是整套系統判斷車輛應該如何即時反應的重要關鍵。
由行動晶片設計大廠高通所主導的 C-V2X 解決方案包括了車對車（V2V）、車對基礎設施（V2I）、車對行人（V2P）與車對雲（V2C）…等不同通訊方式，並已經整合到自家的 Snapdragon 平台中，也透過如此複雜的資訊溝通架構，讓未來的自駕車不僅能妥善行駛於道路上，甚至還能即時接收來自於前方道路的交通警報，除了避免可能的交通擁塞，更能避免後續可能發生的其他意外。
圖：於美國邁阿密巡航測試的福特的自駕車原型車，預計於 2022 年，就會有內嵌 C-V2X 技術的產品上市（圖片來源：CNET）。
福特政府關系暨行動與先進技術全球總監 John Kwant 也提到，福特在自駕車的技術上也注意到所謂的「弱勢導路使用者（Vulnerable road users）」，像是行人、自行車等，未來也將為這類用路人提供信號發佈能力，在他們需要過馬路時，自駕車系統可以進一步辨識並自動讓道，等於在道路上形成「隱形力道」來保護這些人。
不過目前整個汽車業界並未統一標準，以美國來說，監管機構就支持了 5G 於汽車業的發展，但歐盟交通運輸單位卻更傾向於透過 Wi-Fi 802.11p 的規範來推展車聯網的技術。此外，包括電動車大廠特斯拉，以及 Google 母公司 Alphabet 的自駕車公司 Waymo…等企業，目前也尚未加入 C-V2X 的 5GAA 協會之中。
但無論如何，5G 的普及化將進一步推動智慧車聯網的發展，目前在台灣即將開台 5G 的遠傳電信也正推動 5G 基礎為基礎的自駕巴士測試，而另一家即將開台 5G 的中華電信，也不約而同透過公車為載體，展示由 5G 通訊實現即時監控車輛安全、具備先進駕駛輔助系統的相關技術，也讓人相當期待未來 5G 商業普及後的相關應用。
相關連結
[1] When 5G comes to cars, we start to get invisible force fields – CNET. https://www.cnet.com/news/when-5g-comes-to-cars-we-start-to-get-invisible-force-fields/
[2] C-V2X | Cellular Vehicle-to-Everything | Qualcomm. https://www.qualcomm.com/products/automotive/c-v2x
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【十分鐘看懂】電源遞送網路設計
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隨著科技的進步，電源完整性的問題愈來愈被重視，而電源完整性的議題可以分為四個層面，分別為：晶片、晶片封裝、電路板及系統層面。
電路板上，一般會有電壓調節模組(Voltage Regulator Module, VRM)、積體電路(Integrated Circuit, IC)，和其他的元件，在VRM端附近會放置容值較大的Bulk電容，來保持電源供應電壓的穩定，而IC端附近會放置一些去耦合電容，因為當IC內部做切換時會產生較大的瞬態電流，流經電路上的電阻電感，電源遞送網路的電壓會產生波動和變化，因此電路板的電源完整性設計在於要有良好的電源遞送網路設計。
圖一、電路板示意圖
解決電源完整性的方法，有四種，分別為(1)降低上時脈的切換時間、(2)減少電流切換速度、(3)減少串聯電感、(4)擺放多顆電容，而方法(1)與方法(2)對於現在高速電路的設計與運用不太實際，所以最適當的方法應該是方法(3)或方法(4)，而業界最常使用的方式為方法(4)。
良好電源遞送網路的設計，在於如何兼顧IC的工作電壓與成本，因此板廠會定義出一個目標阻抗(Target Impedance)，我們期望我們設計出的電源遞送網路阻抗可以低於目標阻抗之下，目標阻抗設計太高IC無法正常運作，而阻抗設計太低成本高。
要使電源遞送網路的阻抗低於目標阻抗，我們需要去擺放去耦合電容，而電容的擺放有兩種方法，一種為放置相同容值的去耦合電容，如圖二，另一種為放置不同的容值，如圖三所示。
圖二、擺放相同容值去耦合電容的阻抗圖
圖三、擺放不同容值去耦合電容的阻抗圖
參考資料
[1] Henry W. Ott. (1976). Electromagnetic Compatibility Engineering. Location:Wiley
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【十分鐘看懂】應用於5G毫米波CMOS功率放大器
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功率放大器通常是無線通訊前端系統中最耗電的元件。如何提升毫米波互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)功率放大器效能一直是重要的研究課題。
為了要達到較高的輸出功率，功率放大器輸出級的電晶體需要提供夠大的電壓與電流的擺幅(swing)。CMOS功率放大器常見的提升輸出功率的方式有直接並聯功率結合(direct-shunt)、變壓器功率結合(transformer power combining)技術與電晶體堆疊(stacked-transistor)技術[1]。
l 直接並聯功率結合技術
使用較大閘極總寬度(gate width)的電晶體來設計功率放大器，可以有較大的電流擺幅。然而，較大尺寸的電晶體的寄生效應也較為嚴重，可能導致高頻的增益不佳。比較直覺的方式是將數個尺寸較小的電晶體直接並聯起來，再設計適當的匹配網路來完成整個功率放大器。
l 電晶體堆疊技術
除了增加電流的擺幅，亦可採用增加電壓擺幅的方式來達到提升放大器的輸出功率。常見的方法即是使用電晶體堆疊 (stacked FET)技術，如圖一(a)所示。堆疊的電晶體數量愈大，所需要的直流電壓也愈高。因此會受限於系統可提供之電壓。
l變壓器功率結合技術
如圖一(b)所示，使用變壓器功率結合技術除了可以提高輸出功率，變壓器經過適當設計可同時達到阻抗匹配，因此可以以較小的面積來實現功率放大器設計。目前使用變壓器功率結合技術來設計CMOS功率放大器是最常用的方式。
圖一、(a)堆疊電晶體功率結合技術，(b)變壓器功率結合技術
使用變壓器功率結合技術的功率放大器，其兩路徑放大器為差動操作，可在兩電晶體間可以加入中和化電容(neutralization capacitor)，如圖二所示。藉由加入中和化電容可以消除電晶體閘極與汲極間的寄生電容 (gate-to-drain capacitor，Cgd)，以提升電路整體的穩定性與放大器的增益。
圖二、中和化電容技術
我們整理了幾篇近幾年28 GHz左右的CMOS功率放大器文獻，其特性比較表如表一所示 [2]-[7]。這些電路所使用的製程包括28 nm，40 nm，65 nm與90 nm CMOS。其中僅有一篇為單端的設計，其餘皆為採用變壓器功率結合技術的設計。而這幾個功率放大器的飽和輸出功率(saturation power，Psat)都落在20 dBm以下，對應的最大功率附加效率(power-added-efficiency，PAE)都可以達到30%以上，甚至超過40%。功率放大器的性能除了輸出功率與效率外，增益也是非常重要。因為如果功率放大器增益過低，實際使用還需要另加一驅動放大器。驅動放大器的功耗(power consumption)也會影響系統整體的效率。因此我們在表中比較了一項文獻中常用的性能指標(FoM)，包含了輸出功率、增益、效率與操作頻率。單以PAE來看，[7] 的功率放大器PAE較其他差，但此功率放大器的增益較高，實際在系統中可以不需要額外的驅動放大器，因此整體系統的效率不一定會較差。因此我們以FoM來比較時，就可以看出這部分的影響。
此外，5G毫米波系統是採用相位陣列的方式來實現。系統中需要許多功率放大器，因此功率放大器所需要的晶片面積也是重要的考量。在表一中，我們也列出單位晶片面積的輸出功率 (power density)提供參考。
表一、28 GHz CMOS功率放大器比較表
參考文獻
[1] H. Wang, J.-H. Tsai, K.-Y. Lin, Z.-M. Tsai, and T.-W. Huang, “MM-wave integration and combinations,” IEEE Microwave Magazine, vol. 13, issue 5, pp. 49-57, July/Aug. 2012.
[2] S. Shakib, H.-C. Park, J. Dunworth, V. Aparin, and K. Entesari, “A highly efficient and linear power amplifier for 28-GHz 5G phased array radios in 28-nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 51, no. 12, pp. 3020-3036, Dec. 2016.
[3] Y. Zhang and P. Reynaert, “A high-efficiency linear power amplifier for 28GHz mobile communication in 40nm CMOS,” in IEEE RFIC Symp., July 2007.
[4] K.-C. Chiang, T.-C. Tsai, I. Huang, J.-H. Tsai, and T.-W. Huang, “A 27-GHz transformer based power amplifier with 513.8-mW/mm2 output power density and 40.7% Peak PAE in 1-V 28-nm CMOS,” in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., June 2019, pp. 1283-1286.
[5] B. Park, S. Jin, D. Jeong, J. Kim, Y. Cho, K. Moon, and B. Kim, “Highly linear mm-Wave CMOS power amplifier,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 64, no. 12, pp. 4535-4544, Dec. 2016.
[6] S. N. Ali, P. Agarwal, J. Baylon, S. Gopal, L. Renaud, and D. Heo, “A 28GHz 41%-PAE linear CMOS power amplifier using a transformer-based AM-PM distortion-correction technique for 5G phased arrays,” in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. Dig., Feb. 2018, pp. 406-407.
[7] Z.-J. Huang, B.-W. Huang, K.-Y. Kao, and K.-Y. Lin, “A high-gain continuous class-F power amplifier in 90-nm CMOS for 5G communication,” in 2019 Asia-Pacific Microwave Conference Technical Digest, Dec. 2019.
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【十分鐘看懂】5G AiP：低溫共燒陶瓷封裝技術
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5G毫米波通訊目前以28/39GHz為主要操作頻段，為滿足高頻與高速傳輸效能需求，以低溫共燒陶瓷封裝技術之AiP逐漸受到重視，該基板材料具有低介質損耗特性，並具有天線與射頻元件高度整合之優勢。
隨著毫米波無線通訊發展與應用，例如5G通訊系統，汽車雷達與高解析成像系統等，高增益與高輻射效率之毫米波天線系統在此應用上顯得相形重要。AiP封裝技術可將毫米波陣列天線與射頻元件進行模組化整合，使得各元件間電性連接損耗可達最小化功效。以低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)技術為主之AiP封裝，由於基板具有低介電損失與絕佳的熱傳導性，且易於嵌射頻被動元件於多層基板內，達到射頻模組微型化與高度整合優勢，目前在E-Band車用雷達乃至於更高頻段THz皆有相關應用案例。
圖一為LTCC AiP封裝架構，低溫共燒陶瓷技術為將多層陶瓷生胚網印相應金屬層線路，並透過穿孔填充金屬，將各層陶瓷生胚進行疊壓對位，之後再進行燒結成型。由於陶瓷生胚內含高分子材料，因此，在燒結過程中必須有效控制升溫曲線，使得高分子黏著劑與溶劑緩慢裂解揮發，並藉由玻璃相與陶瓷間潤濕性達到基板燒結緻密度。一般用於LTCC金屬層材料以銀膠為主，由於銀熔點為961℃，因此，低溫共燒製程溫度需控制在1000℃以下。由於以LTCC技術實現之AiP，具有多層積板厚度(12.5~250μm)與介電常數(4~75)選擇範圍大之優點，且材質介電損耗低。目前對於極高頻且性能要求高之應用領域，以LTCC製程為主之AiP仍然有不可替代的高頻效能表現。
圖一、LTCC AiP封裝架構
日系被動元件大廠TDK於2019發佈可應用於5G毫米波頻段之LTCC AiP天線模組，如圖二所示。該AiP模組為不同介電材料疊壓燒結而成，包括4x4天線陣列佈排於低介電常數材料層，以及帶通濾波器配置於低介電損耗材料層，從而獲取各元件最佳效能表現。該系列AiP模組可支援毫米波頻段26GHz、28GHz與39GHz，且在環境耐受性與基板散熱能力皆優於以樹脂基板為主之AiP。目前該LTCC AiP模組也成功導入5G通訊基站射頻前端模組上。
圖二、5G通訊應用之LTCC AiP封裝架構
參考資料
[1] Yueping Zhang, Junfa Mao, “An Overview of the Development of Antenna-in-Package Technology for Highly Integrated Wireless Devices”, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Nov. 2019.
[2] TDK’s LTCC AiP Technology Supports 5G Communications, TDK Front Line Vol.3. (https://www.tdk.com/tech-mag/front_line/003)
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/389。
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【十分鐘看懂】5G AiP：毫米波天線封裝技術
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5G毫米波天線與晶片集總化封裝可減少電性連接傳輸損耗，隨著高通於2018年發佈全球首款手機端毫米波天線模組，天線封裝(AiP)技術發展持續受到關注，於此，相關技術成熟度將為毫米波通訊市場帶來商機。
隨著5G時代來臨，帶動全球5G通訊產業發展，現今通訊產品功能日益強大，內部電子元件與模組需求增多，特別在5G手機通訊模組將包括Sub-6GHz與mmWave頻段，同時需跨網支援4G功能等。因此，在高度模組化與產品內部空間不足限制下，系統整合晶片(SoC)與系統構裝(SiP)等先進技術陸續被晶片廠採用，乃至於5G毫米波頻段天線封裝(AiP)與天線整合晶片(AoC)技術相繼導入。毫米波頻段其波長尺度在1-10mm量級，天線亦具相同尺度大小，為減少天線與主動元件連接之傳輸損耗，毫米波天線有必要繼承既有SiP技術實現天線與晶片模組整合封裝，國內晶片廠、半導體製造商與封測廠已積極投入研發。然而天線整合晶片(AoC)為將天線與主被動元件整合設計於單一晶片，在成本與效能考量下，以偏向Terahertz(THz)應用居多。因此，目前AiP仍為5G毫米波應用首選封裝技術。
圖一所示為AiP封裝與傳統分離式天線架構比較，AiP相較於分離式天線配置具有電路佈排面積小之優勢。另外，天線到RF端口傳輸路徑短，減少訊號傳輸損耗，有助於提升發射端效能與改善接收端雜訊指數，並能有效降低組裝成本與加速產品上市時間。
圖一、AiP封裝與分離式天線構型示意
常見AiP封裝技術可分為低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)、嵌入式晶圓級球柵陣列(Embedded Wafer Level Ball Grid Array, eWLB)及高密度互連(High-density Interconnect, HDI)三種方式，並依照電性、熱機械可靠度與成本等因素選擇合適的封裝方案。表1為三種封裝技術之材料特性與製程參數比較表，其中eWLB有較高密度內部互連佈排，但卻有較高的材質損耗。LTCC有最低的內部互連密度與材質損耗，且製程供應商也較多，但LTCC整體封裝成本相對偏高。相形之下，目前HDI封裝技術不論在成本與整體效能仍為普遍的AiP封裝技術方案。
表一 、三種AiP封裝技術特性比較表
參考資料
[1] Yueping Zhang, Junfa Mao, “An Overview of the Development of Antenna-in-Package Technology for Highly Integrated Wireless Devices”, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Nov. 2019.
[2] “Challenges Grow For 5G Packages And Modules”, Semiconductor Engineering. Jul. 2019.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/369。
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【十分鐘看懂】3GPP NR低延遲通訊篇
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隨著5G新興應用的興起，無線通訊發展除了講究速度要又快又穩以外，對於包括VR、工業物連網(IIoT)、車聯網等應用，還需能夠低延遲的傳送/接收，3GPP於Rel.15版本制定的新無線介面—New Radio (NR)中也考量了低延遲通訊的支援，本篇針對低延遲相關設計作概括的介紹。
ITU針對5G 高可靠度低延遲通訊(URLLC)訂下無線端1ms延遲的指標，對於增強型行動寬頻通訊(eMBB)也訂下了無線端4ms的指標，因此Rel.15 NR在制定初期即有考量對於低延遲通訊的相關設計支援，相關設計如下：
5G flexible numerology
首先，5G NR支援了不同的參數集(numerology)配置，相較於LTE主要採用15kHz SCS(subcarrier spacing)的子載波間距配置，NR對於資料傳輸支援了包括15, 30, 60, 120kHz的子載波間距配置。由於一般排程單位間隔(slot)為14個符元時間，當採用越高的子載波配置時，符元時間(symbol time)會隨之減少，進而降低了傳輸延遲。
mini-slot排程
承上段所述，由於子載波配置的選用上尚有其他因素考量，因此在NR也設計了mini-slot，亦可稱為non-slot based排程，此類資料在PHY層傳輸上將採用PDSCH Type B的配置，Rel.15 NR支援包括2, 4, 7 symbols的mini-slot傳輸。
UL Grant-free Transmission
由於LTE、NR的上下行傳輸為由基地台所排程，上行傳輸需由終端發起排程需求後待基地台排程資源(UL grant)才能傳輸，因此一般上行的延遲較下行大，而Rel.15 NR版本也支援了UL Grant-free的傳輸方式，以RRC信令配置固定周期的Configured grant，此種方式又可分為Type 1及Type 2。Configured grant Type 1中RRC會提供包括傳輸可用資源的週期以及開始啟用的時間資訊；Configured grant Type 2中RRC僅提供週期資訊，啟用/停用則是再由PDCCH控制。
圖、NR UL Grant-free Transmission
上述介紹為針對無線端低延遲傳輸的protocol設計，實際上設備能力也需加強以支援資料的快速處理，另外雖然ITU的延遲指標為僅針對無線端的延遲，實際上使用者感受的是包括後端的End-to-End延遲，因此在後端、核心網路等也需有相應的增強提升。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.300 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2.
[2] Li, Zexian & Uusitalo, Mikko & Shariatmadari, Hamidreza & Singh, Bikramjit. (2018). 5G URLLC: Design Challenges and System Concepts. 1-6. 10.1109/ISWCS.2018.8491078.
[3] “Ultra Reliable Low Latency Communication for 5G New Radio”, IEEE Workshop on 5G Technologies for Tactical and First Responder Networks, Rapeepat Ratasuk, Principal Research Specialist, Nokia Bell Labs, October 23rd , 2018.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/310。
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【十分鐘看懂】3GPP NR碼框設計及參數集配置
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3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，新的無線介面將能支援從1GHz以下的頻段到~60GHz的超高頻頻段，因此碼框的設計上與4G LTE相比有顯著的變化，並引入了參數集(Numerology)的設計，本篇對此做概括地介紹。
從4G LTE演進到5G NR，3GPP仍是採用了基於正交頻分多工技術(OFDM)的波形，而採用OFDM波形有一重點就是參數集(Numerology)的選用，參數集主要代表OFDM選用的子載波間距(Subcarrier Spacing, SCS)以及循環字首(Cyclic Prefix, CP)的配置。在LTE時由於主要為針對~3GHz頻率以下，室外宏基站的布建場景，主要採用15kHz SCS與4.7us的CP配置而並未強調這個參數集的配置。
由於NR設計上需支援從1GHz的低頻段到超高頻的毫米波頻段，在低頻段的運用上考量基地台的涵蓋範圍較大，須採用較低的子載波間距與較長的CP以應對較大的信號延遲擴展；在超高頻段則採用較大的子載波間距以應付較大的相位雜訊，同時在超高頻段上預期的涵蓋範圍較小，信號的延遲擴展較低頻段來的小。
因此Rel.15 NR設計上支援了不同的參數集配置，支援了15kHz, 30kHz, 60kHz, 120kHz及240kHz的子載波間距配置，不過240kHz僅支援於SS Block；而在CP的配置上主要採用Normal CP的配置，除了在60kHz SCS的配置上同時支援Normal CP與Extended CP的配置。
NR在碼框設計上延續了LTE的碼框設計，在傳輸上切分以10ms作為一個frame，並以1ms作為一個subframe，每個frame將會對應到一system frame number (SFN)。然而為支援不同的參數集配置，subframe內又可分成一個或數個slot，slot為一般排程的單位，在Normal CP的配置下一個slot包含14個OFDM symbol，因此slot的長度會隨著不同的子載波配置而有所不同，且為了能符合subframe的長度，在特定symbol的CP會稍做調整，如圖一所示。
圖一、NR 參數集與碼框設計
為支援5G的各種應用以及各種頻率範圍，NR引入了參數集的設計，並採用延展性高的碼框設計，然而若採用不同參數集的混用時，子載波之間將無法維持正交性而產生干擾，將需再配置保護頻帶。
參考資料
[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation
[2] Yazar, Ahmet & Pekoz, Berker & Arslan, Huseyin. (2018). Flexible Multi-Numerology Systems for 5G New Radio.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/257。
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【十分鐘看懂】5G新組網：LTE-NR雙連結技術解析
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2020年台灣也將邁入5G時代，而綜觀目前全球已商用/試商用的5G網路中，不少電信業者採用了Option 3系列的非獨立組網架構，LTE-NR雙連結則為此架構下不可或缺的技術，本篇將針對LTE-NR雙連結技術作進一步解析。
在Option 3系列的非獨立組網(NSA, Non-Standalone architecture)架構下，將需仰賴"雙連結技術(DC, Dual Connectivity)"整合LTE與NR兩套不同的無線傳輸技術，其中LTE eNB將作為主節點MN(Master Node)，NR gNB作為次節點SN (Secondary Node)，因此可稱為LTE-NR雙連結技術(EN-DC, LTE-NR Dual Connectivity)。過去在3GPP Rel.12版本已發展了LTE雙連結技術，然而在Rel.15版本將此技術做強化延伸至LTE-NR雙連結技術。
資料分流乘載Split bearer技術延伸應用
為有效整合LTE eNB與NR gNB無線傳輸，過去於LTE DC中發展了MCG*註1(Master Cell Group)資料分流乘載(Split bearer)，在MCG split bearer中以主節點為資料分流點，並透過X2介面分流至次節點。然而在EN-DC下以主節點的LTE eNB作為分流點將會大幅增加LTE eNB端的處理能力需求，因此延伸發展了SCG(Secondary Cell Group)分流乘載，以作為次節點的NR gNB作為資料分流點。相關乘載方式如下圖所示。
圖、EN-DC 用戶平面乘載方式(bearer type)
LTE-NR無線資源控制(Radio resource control, RRC)獨立運作支援
在過去LTE DC，無線資源控制信令(RRC)為由主節點與用戶間傳送，而在LTE-NR DC下，NR端的無線資源控制信令也能夠支援直接由次節點傳送，此方式下主節點與次節點的無線資源量測控制能夠獨立運作；然而由於用戶無線資源控制的連結控制仍然是由主節點掌控，因此次節點並無法釋放RRC連結，或是使用戶切換至RRC閒置狀態。
控制平面的傳送分集支援
LTE-NR DC除了在用戶平面上支援資料的分流乘載外，也延伸支援對於信令無線電承載(SRB, Signaling Radio Bearer)的分流支援，可將主節點的無線資源控制信令複製於次節點傳送，可達到傳送分集的效果，增加控制平面的可靠度。
以Rel.12 LTE DC技術為基礎，3GPP於Rel.15版本將此技術進一步增強，使DC技術得以延伸支援不同無線電技術之間的整合，更能活用於各種5G布建場景。
註1：在LTE-NR雙連結架構下，LTE端及NR端各自能以載波技術(CA)串聯，因此MCG(Master Cell Group)指的是多個與主節點相關的細胞，SCG(Secondary Cell Group)則為多個與次節點相關的細胞。
參考資料
[1] 3GPP TS 37.340 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and NR; Multi-connectivity; Stage 2
[2] “5G Radio Access Network Standardization Trend”, NTT Docomo Technical Journal Vol.19
[3] Yilmaz, Osman & Teyeb, Oumer & Orsino, Antonino. (2019). Overview of LTE-NR Dual Connectivity. IEEE Communications Magazine. PP. 1-7. 10.1109/MCOM.2019.1800431.
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【十分鐘看懂】5G 新架構：整合傳輸以及回傳網路(IAB, Integrated Access and Backhual)
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在5G第一版技術標準底定後，除了一般蜂巢式基地台的布建，終端與基地台間作無線接取，基地台後端以有線傳輸連接後端核心網路，在Rel.16版本3GPP探討發展以無線方式整合傳輸以及回傳網路，稱作整合式接取與回傳技術，(IAB, Integrated Access and Backhaul)。
隨著行動網路發展至超高頻mmWave毫米波，高衰減特性使基地台密度增加，伴隨著5G超高傳輸頻寬下，回傳網路的建置將也會是一挑戰，因此3GPP也發展新型態的整合傳輸以及回傳網路技術(IAB)，此技術下除了基地台可自帶回傳網路能力，還可作為中繼網路(relay)運用。
在一運用IAB技術的網路中，可分成IAB節點(IAB node)與IAB載體(IAB Donor)，其中每一個IAB節點皆可服務無線接取之終端用戶，也可以無線回傳連接至其他節點；而連接至核心網路的稱為IAB載體(IAB Donor)，IAB載體也同時能服務用戶。如下圖所示。
圖、 IAB架構(Standalone-mode with NGC)
在IAB節點中分為兩種機能，Mobile-Termination(MT)與 Distributed Unit(DU)機能，MT作用為以上行傳輸方式與IAB載體或另一IAB節點連接；DU作用則是以下行傳輸方式服務終端用戶或是與另一IAB節點連接。
這樣的運作機制下也借助了分離點於RLC(Radio Link Control)的CU-DU分離架構，在IAB載體包括了中央單元(CU)及分散式單元(DU)，IAB載體中的CU下除了負責IAB載體中的DU外，也透過F1介面*註1介接IAB節點中的DU。而IAB節點間MT與DU則透過NR-Uu介面*註2介接。
在此架構下各IAB節點下可有多個DU存在，然而各個DU將會僅由一個IAB載體控制，而在網路拓樸改變的時IAB載體的切換是可能會發生的。另外圖一為在獨立組網架構下的IAB運作，此運作方式也可延伸應用於EN-DC非獨立組網架構，在EN-DC下MT機能即以雙連結方式與EN-DC網路連接。
5G發展到毫米波上的無線傳輸，帶來了大頻寬使傳輸速度進一步提升，然而在布建上也帶來許多難題，其中包括了回傳網路的建置。因此整合傳輸以及回傳網路(IAB)的發展，將會是毫米波運用於行動網路上的一大助力。
註1: 一般F1介面為gNB-CU與gNB-DU間的介面。
註2: 一般NR-Uu介面為UE與gNB的介面。
參考資料
[1] 3GPP TR 38.874, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Study on Integrated Access and Backhaul; (Release 16)
[2] M. Polese, et al. Integrated access and backhaul in 5G mmWave networks: potentials and challenges, arXiv preprint arXiv:1906.01099, June 2019.
Ü本文網址：https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/1。
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