科學人雜誌
2021科研發光

5G+光(纖)通訊 智慧生活無所不在

2021/02/08 國立臺灣師範大學光電工程所楊承山教授、科學人廣告部企畫製作
1991年2G登場,2001年由3G取代,2009年邁入4G時代,5G是我國「數位國家‧創新經濟發展方案」(DIGI+) 的重點投入項目,2018年即規劃「臺灣 5G 行動計畫 (2019-2022)」,推動我國數位轉型,臺灣5G已在2020年7月開臺,臺灣產官學更已經抓緊趨勢,緊扣5G帶來無限商機、推升智慧生活的無限可能!

科研先鋒─5G專家

臺北科技大學光電工程系終身特聘教授 呂海涵
專長研究:光(纖)通訊、可見光通訊、光纖/微波傳輸系統、分波多工被動光纖網路系統、水下光通訊


5G的高頻寬、高傳輸速率、低延遲等特性,實現智慧家庭、智慧城市、智慧巡檢、智慧醫療、智慧交通等無限可能,我國已經有許多廠商將之應用於智慧娛樂,例如臺灣大哥大在新莊棒球場打造全台第一座「5G球場」,搭配AR、VR鏡頭,以5G轉播真實呈現4K高畫質影像,還能從各種角度分析投手投球細節,有如置身球場內!而在遠傳板橋5G展示中心,透過手機、平板就能展現飄浮在空中的3D立體影像!


▲智慧巡檢


北科大呂海涵團隊 超前部署6G

事實上,臺灣學界已超前部署至6G!! 臺北科技大學光電工程系終身特聘教授呂海涵領導校內光纖通訊系統實驗室,研究第六代行動通訊Li-Fi(Light Fidelity),Li-Fi利用雷射光做為傳輸媒介,在空氣中傳送,具有快速/節能/省電/環保等特性,傳輸速率可達5G的10,000倍,因此稱做6G第六代行動通訊技術。


呂海涵率領團隊發展出領先全球、傳輸速度高達每秒400G的光通訊傳輸技術,下載一部1.5小時電影僅需0.03秒即完成,這項技術可調整成1G、10G、100G、400G等傳輸速率,已技轉導入國內五、六家企業。Li-Fi可與Wi-Fi交替使用互補不足,由於透過雷射光傳輸,不會產生電磁波干擾等問題,能夠運用於加油站、手術房、飛機起降、軍事基地等禁用Wi-Fi的地點。


▲Fiber-FSO-5G/6G Convergence 光纖通訊-光通訊-5G/6G整合訊號處理中心(Central Office)-單模光纖(single-mode fiber)-把雷射光發射至大氣中 (FSO-Free Sapce Optics)-再以5G/6G天線傳送至手機


鏈結產官學 布局未來5G主流

從4G跨到5G甚至未來的6G,載波頻率越來越高、遮蔽效應越來越明顯、指向性越來越高,5G手機要暢通無阻,必須建立眾多基地台,數量至少是4G時代的四倍以上,在電信業者成本、兼顧通訊順暢與民眾健康考量等前提下,呂海涵強調,5G/6G與光纖通訊、光通訊結合是必然趨勢,在人口稠密地區建置基地台,其他地區則以光纖搭配少量基地台運作,大量減少基地台布建的需求。


在全球的5G布局戰略中,已經發展出中國(華為)與美國兩大標準,華為選用的載波頻率為3.5與4.5 GHz,可謂是5G的前置標準 (Pre-5G),美國走的則是28 GHz毫米波,載波頻率越高,資料傳輸速率就越快,呂海涵形容,「美國想要直接建設10線道高速公路,而中國則先建三線道,雙方策略不同。」相對於直接升級到28 GHz的美國標準,採用華為標準在頻率值僅稍稍躍升,設備商、儀器商跟進容易,因此包括中、俄、韓、日、台、菲都走華為標準,美國選毫米波押錯寶被孤立的困境。


呂海涵預言,未來5G將會是28 GHz或39 GHz的天下,只是目前時機還未到,臺灣在3.5與4.5 GHz技術已經成熟,在毫米波領域的硬體、軟體人才眾多,應該提前布局28 GHz與39 GHz,建議由政府專案經費支援,連結廠商與學校投入前瞻研發。他也建議企業與大學相關的實驗室進行長期專案合作,例如北科大光纖通訊系統實驗室就攜手上詮光纖育才,提供碩士班學生每月一萬元、博士班學生每月兩萬元獎學金,提升研發實力、提前培養人才。


無線通訊X光通訊 跨界培育人才

為了持續5G與光纖通訊的研究、創新、應用,呂海涵強調,人才必須跨界,兼具無線通訊與光通訊專業!「臺灣目前分為懂無線通訊、懂5G的人才,以及懂光纖通訊、光通訊的人才,兩大領域的人才各做各的,十分可惜,如果能夠跨界元件、系統、傳輸等領域,就能多培養系統整合人才!」他建議科技部年輕學者養成計畫(哥倫布計畫及愛因斯坦培植計畫)鎖定跨通訊領域重點培養,或是仿效行政院半導體學院的做法,成立5G光通訊學院專門培養跨界人才。


5G與光纖通訊的結合,將會讓人類的生活更為便利,以健身魔鏡為例,不必出門就能擁有超級教練的專業指導!家中冰箱雞蛋、牛奶等食材即將用罄,智慧冰箱主動幫忙叫貨,出門前詢問智慧音箱就能得知今日的天氣與路況,各項加值應用將成為電信公司的龐大商機,更將顛覆你我的日常,呂海涵笑著說:「只要出一張嘴,問一問,科技就能助攻生活大小事!」



▲臺北科技大學光電工程系呂海涵教授領導校內光纖通訊系統實驗室,專研6G第六代行動通訊技術。


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