台灣電磁產學聯盟

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60GHz無線通訊系統

研究動機:
因應現代高度整合數位產品高儲存容量、個人化及移動性的需求,IEEE 802標準制定會議已組成60 GHz Gigabit Wireless工作小組(IEEE802.11 VHT);在毫米波有不需使用許可頻段,如FCC 47 CFR 15.255所規定的57-64 GHz,可以提供7 GHz以上頻寬來實現Gbps高速通訊,將出現許多創新應用與龐大商機。如圖一所示,HDTV或3DTV解析度1920 x 1080p的視訊需要3.56 Gbps的傳輸速率,醫療設備中MRI與超音波檢測也需要有4~5 Gbps視訊傳輸,此系統可取代昂貴的高頻視訊電纜並提供高移動性。娛樂應用的影音檔案或遊戲檔案常高達數Gigabype,此系統可提供消費者3-5 秒鐘的高速下載,是娛樂租售販賣機(Kiosk)更迅速與便利的商業模式。

研究目標:
研發60 GHz收發系統的關鍵元組件,發揮在毫米波已領先全球的技術能量,研發更高整合度與更低耗電量的Gbps無線系統晶片(SoC)、模組與系統構裝(SoP),並研究與WPAN/ WLAN/WiMAX 相容之毫米波無線通訊系統應用。

研究方向:

MMIC元件研發:包括升/降頻器、驅動與功率放大器、振盪器以及倍頻器等毫米波MMIC之設計、分析及模式建立。以現今半導體技術而言,使用標準矽製程已不難設計達100 GHz或以上的RF電路及附加數位/ 類比電路,但整合過程中低耗電量的設計以及高線性化的技術,將是研究重點。
被動組件研究:包含天線、濾波器及轉接器等被動元件及SoP之設計與分析,預計將探討以先進構裝製程,如多層的LTCC、矽製程相容的IPD、及低損耗氧化鋁基板等,在毫米波頻段實現的可行性。台灣這些技術多數已有優越基礎,但如何用以建立相位陣列天線或MIMO智慧天線,以適應NLOS的應用環境,將是重要研究課題。
系統及測試:包含各式RF電路之整合,與數位/類比電路結合為SoC、甚至進一步與天線整合的設計與製作。但如何對晶片進行量測是相當大的挑戰。另外,像60GHz在無線通訊環境中通道特性的分析與量測、系統整合之熱傳分析及散熱設計,也都是系統能否成功的關鍵。
國際標準制定:台大以領先全球完成之60GHz CMOS單晶片收發器(如圖二)技術為基礎,提出的WPAN/ WLAN雙模寬頻網路(DMBWN)架構,已經在IEEE 802.15.3c最後的標準文件呈現。未來應進一步與台灣業界更密切結合,積極參與IEEE 802.11 VHT並提案,以掌握市場先機。