「有線」光纖創造「無限」行動力-科學人雜誌
2021科研發光

「有線」光纖創造「無限」行動力

2021/05/02 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
科研發光《前進未來 趨勢講堂》臺中場第一場座談,邀請到臺灣科技大學電子系講座教授李三良分享光纖如何實現5G時代的各種便利應用!


在人手一機的現在,因為有了5G通訊,人們在任何地方都能夠輕易接收訊號,享受無須連接線的無線通訊方式,而串起這些服務、創造便利使用的背後功臣,就是必須佈線的光纖網路。


5G為「第五代行動通訊技術」,其中的G就是世代(Generation),5G牽動一場爭奪技術的無形戰爭,帶動科技結合物聯網、AI等發展,在需求面、應用面更開啟非常不同的想像空間。要提供優質服務,5G必須達成三大關鍵願景,包括增強型的移動寬頻、穩定與低延時通信與巨量聯網能力。以巨量聯網為例,在一公里見方的環境內可能有百萬台機器,廣泛牽涉到物聯網、工業4.0、智慧工廠、智慧城市等應用。


少了光纖 5G難以實現

光纖在5G網路中非常重要,李三良強調,「少了光纖,5G難以實現!」當基地台提供手機連線功能時,背後仰賴密密麻麻光纖連線,連接基地台到局端、電信公司與網路,還可能連結到國際網路、資料中心、雲端等各式應用。


在5G系統中的光纖,應用於室內微型基地台連結時,因應室內佈線美觀需求,採用可承受較大彎曲的光纖;在資料中心連結上,伺服器與交換器之間透過光纖連結,由於資料存取量大、上網需求眾多,必須達成高速傳輸速度,達到每秒傳輸一兆位元(100 Gb)以上的傳輸率水準;基地台之間或是基地台連接到局端,光纖早已取代過往的銅軸電纜,實現大頻寬、數位傳輸、前端高速傳輸速率。在核心網路的應用方面,更是必須透過高密度光纖把所有傳輸串接起來,提供都會區或是連接不同大陸的長距離、超高容量傳輸需求。


近乎完美的傳輸線 光纖無可取代

光纖可說是一種近乎完美的傳輸線,其組成的材料在地球上蘊藏豐富 ,且具有低損耗、低色散、無電磁干擾、低能耗等多重優勢。儘管有可能找到耗損更低的材質,但是因為材料有限且昂貴,無法呈現光纖能夠連結數千公里的優勢,目前在地球佈建的光纖總長度已達到50億公里!


因應各式應用與訊息傳遞需求,各個系統商必須大幅提升頻寬、提供多重與異質整合服務,借重光纖的波長多工(WDM)特質,透過每個顏色單獨夾帶訊號,以七個顏色變成七倍頻寬,假設使用100個波長就可以達到100倍頻寬,且可以將工業4.0、一般通訊、無人車等不同需求的服務的訊號以不同波長進行異質整合,滿足多樣服務的不同需求。


當載波頻率越來越高,在空氣中的損失越來越大,過往無線通訊的方式難以提供足夠頻寬,由於在空氣中傳波時功率下降太快,在用戶端得不到足夠功率,就得不到足夠頻寬,因此導致降速。為了保障通訊品質,必須導入5G的波束成形(Beamforming)技術,有如光束一般,把波束變成一束,當使用者移動時,才有辦法移動光束,直接對接使用者。因應這樣的技術,未來產業勢必朝向空間多工發展,也就是一個基地台擁有多道波束提供給不同使用者。


許多創新技術不斷研發,未來光纖通訊與無線通訊將會完美結合,透過光纖與無線微波、毫米波結合,在有線無線應用結合下,值得期待各式技術整合帶動的廣泛應用,讓未來的生活有無限想像空間!


# 關鍵字:2021科研發光科技部5G光纖
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