三. 5G為什麼需要用到毫米波 (mmWave)?

        

                              圖1. Variant Applications in Spectrum

                        (Source: http://www.shujuren.org/article/19798.html)

         毫米波(MilliMeter Wave，mmWave)頻段嚴格的定義是指波長(Wave Length，λ)  單位為毫米(Millimeter)的頻段，也就是30GHz到300GHz頻段。

要同時達到METIS所定義，相較於2010年高10到100倍的最高峰值傳輸速率，與大1000倍的最大傳輸容量，通訊上有主要幾種方法: 更大的可用頻寬(Available spectrum)、更高的頻譜使用效率(Frequency Efficiency)、與更高的網路密度(Network Density)。

   

圖2. Approaches of enhancement of peak data rate and traffic capacity

更大的可用頻寬的可用頻寬，低頻段部分，傳統使用的是載波聚合(Carrier Aggregation)技術；或是直接往迄今較少應用，較多頻寬可用的毫米波頻段。

            現有的許多無線通訊標準多是在6GHz以下，像藍芽(Bluetooth)、無線區域網路(Wireless LAN，WLAN)、1G、2G、3G、4G LTE無線行動通訊…等各種不同無線傳輸應用，已非常的擁擠，要再找出較大空著的可用頻譜供5G使用並不容易。除非有些頻段因為應用過時而釋出，但往往釋出的頻段頻寬有限，而且這樣的方式費時太長，趕不上新應用對頻寬要求的速度。同時，6GHz以下頻段既有的這麼多無線通訊應用，也造成6GHz以下頻段有較多干擾的來源，實現上需要針對干擾問題做較多的設計與處理。

有鑒於現行4G LTE標準中相關調變/解調技術與新的編解碼技術已經將頻譜效率推近至通訊理論的極限，因此增加可用頻寬乃是提升最高峰值傳輸速率與最大傳輸容量最直接且最有效的方式。

6GHz以下較低頻的頻段要達成較大的可用頻譜，一般是採用載波聚合(Carrier Aggregation)技術(如圖3(a)所示)。

載波聚合(Carrier Aggregation)技術是把各個頻段可用的連續或不連續頻譜在實體層(Physical Layer)或是媒體接取控制層(Media Access Control，MAC)聚合加總起來，以達成更大的可用頻譜，如圖2(b)所示。載波聚合在連續頻段需要設計較寬頻的射頻元件；不連續頻段則需要各個不同頻段多路射頻訊號鏈，隨著聚合的子載波越多，成本越高。

        

                                                             (a)

                                                              (b)

圖3　Carrier Aggregation Technology

由於目前6GHz以下的頻段已相當擁擠，再加上若要達到ITU-R所定義的最高峰值傳輸速率10Gbps，估計至少要有接近1GHz的連續可用頻寬。對於6GHz以下的頻段要達到這麼大的頻寬，需要能釋出與聚合的頻譜需要非常多，以現實狀況來說並不容易達成，也因此毫米波頻段成為能滿足較大可用頻寬這個條件的熱門選項。