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臺灣電磁產學聯盟2015年第一次研發季報-無線前端技術之發展趨勢

活動成果
張貼人:網站管理員公告日期:2015-04-09
臺灣電磁產學聯盟2015年第一次研發季報
-無線前端技術之發展趨勢

臺灣電磁產學聯盟2015年第一次季報於三月四日在國立交通大學交映樓國際會議廳舉行,主辦單位包括臺灣電磁產學聯盟、台大高速射頻與毫米波技術中心、國立交通大學電信工程研究所及IEE MTT-S Taipei Chapter。本次季報主軸由三場講座與一場專題討論構成,三場講座之主題分別為:256-QAM 802.11ac WLAN RF Front-End Module、高頻半導體解決方案、移動互聯網之技術與市場趨勢。此次盛會吸引許多學界、業界專家與學生前來關心無線前端技術相關議題,了解台灣電磁產業目前發展趨勢。

臺灣電磁產學聯盟主席臺灣大學吳宗霖教授表示,每十年會有一次無線通訊世代的演進、改革,繼3G、4G之後,5G也即將來臨,現在正是學、業界投入電波電磁領域施展抱負的機會。臺灣電磁產學聯盟成立宗旨是拉近業界、教授與同學在電磁產業領域的距離,期盼這次季報促成彼此間更多的學術交流和激勵。

立積電子鄧維康副總經理:256-QAM 802.11ac WLAN RF Front-End Module
由於Wi-Fi頻寬增加,數據傳輸在速度及質量層面皆隨之升高,大數據時代已經來臨,數據資料爆炸成長,數據流量膨脹,因此未來需要更高標準的通訊設備,必須發展高數據流量通訊系統。而802.11無線網路通訊標準的演進是為了提升數據傳輸速度,目前最新無線通訊標準是IEEE 802.11ac,鄧維康表示:「早期2.4 GHz產品有五個頻寬可以使用,而802.11ac產品160MHz頻寬僅剩下兩個頻寬(80MHz+80MHz),因而發展出5GHz多用戶的使用模式。」

802.11ac Wave 2最新產品可以支援160MHz頻寬和多用戶多輸入多輸出 (MU-MIMO, Multi-User Multiple-Input Multiple-Output),每個無線基地台(Access Point)可同時供四個用戶使用,而非以輪流的方式進行。無線通訊數據傳輸速度提升產生更複雜的調變,目前調變密度達到256-QAM,但因Wi-Fi的發送與接受過程會有減損,無線收發器在解調過程扮演重要角色,而如何維持傳輸速度和解決調變問題,對軟硬體業者而言是壓力,也是必須面對的課題。

IEEE 802. 11ac對AP功率放大器(PA)設計的影響亦日趨複雜,由於頻寬變寬,內頻(in-band)的調變增加,誤差向量幅度(EVM)變長,且需要固定功率,所以更加耗電。目前業界PA有EPA和IPA兩種,EPA是外部功率放大器,特性好,但是昂貴;IPA是內部功率放大器,相對來說費用較低。針對PA產品在AP和mobile的應用差異,鄧維康提及因為AP有接電源,所以有穩定功率來源,但是手機portal的功率都不會太高,目前手機PA產品製作趨勢是封裝小、效率高,但PA設計如何降低消耗功率、更經濟、有效率是一大挑戰。

穩懋半導體黃智文協理:高頻半導體解決方案
黃智文介紹砷化鎵(GaAs)裝置目前在手機的應用狀況與未來市場之發展潛力。因GaAs擁有良好電子特性,電子在其中的移動速度為矽半導體的六倍,是一項炙手可熱的高速半導體元件,被廣泛運用在無線通訊、光纖通訊和光電器件上。在微波元件技術層面,黃智文介紹了HBT與HEMT兩種單晶微波積體電路的最新發展,HEMT使用異質材料連接,在二維電子器中可以減少電子間的碰撞、提升電子移動速度;HBT亦利用異質半導體材料,具有良好高頻訊號特性和發射效率。

近年智慧型手機在LTE頻段逐年增加,因手機PA band需求逐年增加,LTE bands市場成長速度飛快,HBT也隨之成長,顯示HBT市場正蓬勃發展,同時也表示如果製程材料的線性度要求無法跟上頻段成長的速度,則可能被淘汰,而目前GaAs的線性度良好,這也是PA多以其製作的主因。GaAs未來在5G和Internet of things(IOT)的展望也相當令人期待,5G對數據傳輸量的要求更高,因此需要更多頻譜。對於如何提升未來數據傳輸的容量,黃智文認為可以從四個面向著手:發展更有效率的MCS(Modulation and Coding Scheme)以提升throughput,發展MIMO科技以增加資料傳輸速度、增加頻寬和發展小細胞(Small Cell)基地台以提升基地台密度。

未來物與物連結的需求將會大於人與人之間的連結,機器對機器(M2M)的通訊網路服務商機在於物聯網的數據傳送技術,因距離因素考量,GaAs將扮演提高資訊傳輸速率的重要製材,目前GaAs的主要市場在手機,但未來IOT、5G亦是其潛力市場。目前GaAs發展出全新BiHEMT(異質接面雙載暨假晶高速電子移動電晶體)晶片技術,整合pHEMT和HBT兩種元件,突破以前GaAs晶圓須以不同製程生產的限制,BiHEMT使元件模組的體積縮小,由原本的2顆元件縮小至1顆,降低封裝成本。

清華大學物理系張存續教授問到在未來5G市場中是否會有真空電子元件發展的空間,黃智文認為在5G的規格下發展的機率不高,因為5G的頻率拉高,對線性度的要求也越高,如果在4G時代已經使用砷化鎵,那麼在5G時代砷化鎵依然是重要製材;然而未來除了頻率拉高之外,系統也有可能改變,在時代更迭下,未來市場的商機和潛力無限,只要有想法,抓準時機發展,一切都有可能。

正文科技楊正任執行董事:移動互聯網之技術與市場趨勢
2000年聯網的設備以PC、筆電為主;2010年手機則是作為連結人與人之間的傳播載具,未來將著重物體與物體之間的連結,代表移動互聯網的數據量在未來幾年將有爆炸性成長,需要更先進的通訊技術傳輸,因此才需要發展4G和5G。另外,通訊設備如天線、射頻前端趨向輕薄短小,此時構裝技術的成熟度則扮演另一項關鍵。過去硬體設備只要負責銷售產品即可,但未來將轉為軟硬體兼顧的型態,硬體的售出之後,產品的使用狀況與管理會連到後台服務器,裝置聯網的型態將創造售後服務的商機。
因應物聯網的發展,目前4G LTE Advanced是現在進行式,而未來技術趨勢研發,5G在解決數據爆炸性成長的問題上可大致從以下幾點出發:Green radio 環保節能、小細胞基地台的應用、M2M 裝置與裝置的通訊、直接通訊。小細胞基地台目前已經應用於4G LTE,分擔大基地台流量,提升通訊速度,改善通訊死角,期盼未來在5G時代能增加小細胞基地台的分布;另外除了透過小細胞基地台分散流量之外,未來手機與手機不需透過基地台即可自成網路、直接通訊。

由於小細胞基地台會面臨干擾的問題,而智慧型天線可以根據小細胞基地台的干擾問題進行調整。楊正任提及學術與產業界之間一項重要的認知差別,從學界的角度只要做出一項產品,即大功告成;然而對業界而言,一項成功的產品,除了產品技術可行之外,還需考量量產後的穩定性,目前技術已達成熟,而真正的考量在於如何解決產品易受環境影響的商用問題。

在Wi-Fi 新技術趨勢中,Wi-Fi Hot Spot 2.0 希望Wi-Fi能與手機Sim卡結合,可透過手機Sim卡認證Wi-Fi IP;可見光通訊,LED可以應用於下線傳輸,因資料量龐大,用光可以提高容量,且LED具有方向性,可以侷限於特定範圍,可應用於行動定位服務(Location-based service)。此外,構裝技術發展與物聯網息息相關,無論是積體電路發展或RF製程技術皆對台灣未來產業發展扮演重要影響。

在介紹SIP(System in Package)、3DIC與RF CMOS這幾項晶片整合技術之後,楊正任認為Long Range IOT適合台灣未來走向,因其適合遠距離、可處理好幾百萬個終端、需省電、耐用,可應用於土石流監控、電表與瓦斯表等領域,但IOT sensor network需非常靈敏。未來市場趨勢展望,通訊與雲端的運算能力造就雲端服務,Cloud foundry的建置將提供雲端系統、App和裝置等服務,將有助於未來學生或創業家想法、創意的實現。

Panel Discussion
主題:無線前端技術之發展趨勢
主持人:交通大學電機系張志揚教授
與談貴賓:立積電子鄧維康副總經理
              穩懋半導體黃智文協理
              正文科技楊正任執行董事
              台大電信所吳宗霖所長
              交通大學電機系孟慶宗教授

 
Q:清大物理系張存續教授:「台灣為什麼適合發展小型基地台?」
正文科技楊正任執行董事表示,台灣的長處是做便宜、量大的東西,而小細胞基地台的數量大、cost較小,這類的產品國外大廠比較可能來找台灣的公司製作。但台灣也面臨中興、華為一條龍的營運模式,晶片、大型基地台、小型基地台、手機也自己做,研發也做、自己也有工廠,因此歐美和有些國家對中國通訊產品有一些限制,也因為這些對中國的限制而成就台灣的機會。

Q: 交通大學電機系張志揚教授:「台灣政府花了很多心力在發展WiMax,想請教楊教授關於台灣發展WiMax的問題?」
楊正任執行董事表示,當時台灣希望在系統上選擇WiMax發展,這個決策並不明智,因為WiMax是一個IP format 開放系統,LTE是一個3GPP系統,而其中的發展與台灣電信設備商與政府的角力有關,當時發展WiMax,引起電信設備商的壓力,台灣電信設備商處於壟斷階段,萬一WiMax成功,在WiMax開放的架構下,將顛覆既有的市場分配。其實WiMax和LTE的技術有些雷同,下一代WiMax的標準和LTE技術標準幾乎一模一樣,因此真正的問題是政治。回過頭來看韓國電信系統,他們在90年代當全世界都在瘋GSM,韓國力排眾議發展自己的一套電信系統,經過二、三十年的堅持,成為今日的電信大國,因此電信技術的耕耘,需要政府長期的堅持與耕耘。而台灣的問題是過度追逐熱門技術,缺少長期耕耘,因此台灣在大型電信計畫上鮮少成功。

Q: 為什麼會有發展Cloud foundry的想法?
楊正任執行董事表示,因為台灣以代工產業為主,以前是硬體代工,但在雲服務時代,我們看見另一種需要。因為客戶改變了,過去客戶主要是希望我們可以製作硬體部分,但現在也要求開發軟體和雲端服務的應用。以傳統產業為例,門鎖產業希望能夠加強安全機制考量,不只要通訊模組、門鎖的連網功能,還需整合服務器平台,但因其缺乏維運的技術能力,我們發現客戶在這方面很需要我們的協助,一方面,看到客戶有這樣的需求;另一方面,憑著台灣代工經驗的敏銳直覺,我們察覺有進一步發展雲端終端管理服務的必要。
最後修改時間:2015-04-09 PM 11:01

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