無邊帶時空編碼天線  帶來6G通訊革新

我們正經歷從4G邁向5G的時代,而最近已經有關於6G無線通信的研究技術出現。香港城市大學研究團隊開發出一種新型天線,可以控制輻射波的方向、頻率和振幅,有望整合6G無線通信的ISAC(是指將傳感和通信系統結合起來,高效利用無線資源,實現廣域環境感知,追求互利共​​贏的技術)。

談論6G通訊與新型天線前,首先我們必須理解通訊是如何傳遞的,若要把一個信息,例如:01010…等資料,從高雄市傳送到台北市,工程技術上必須使用兩個電磁波,一個是載波(Carrier wave),另一個則是以位元形式存在資料串(Data),而且載波的頻率必須遠高於資料串的頻率。透過手機內的晶片把資料串調變在載波上,這個被資料串調變後的載波,藉由手機的天線把訊號通過天空傳送到高雄市的基地台,高雄市的基地台再透過地下光纖網路,把資料串傳送到台北市的基地台,台北市的基地台透過天空把資料傳送到另一支手機,這就是通訊的基本架構。載波就如同一台高鐵列車,而資料串則如同旅客,旅客(資料)搭上高鐵列車(載波),高鐵列車把旅客載送到台北。

圖/123RF

載波頻率越高,可以攜帶的資料量越大,但是頻率高的電磁波其波長必然很短,短波長的電磁波容易被建築物阻擋,而長波長的電磁波則可以透過繞射原理,繞過建築物繼續前進,這也是為什麼無線通訊的手機使用頻率1010赫茲的電磁波作為載波,而有線光纖通訊則使用頻率1014赫茲的電磁波作為載波。手機就如同轎車一次只能搭載四個人,而光纖就如同一組高鐵列車一次可以搭載四百人。同一時間,有一百台轎車分別從高雄市各個角落把旅客集中到高鐵站來,然後改搭高鐵一起出發前往台北。這就如同一百支手機的資料串同時被高雄市的基地台接收彙整後,再以光波的形式透過光纖傳送至台北。

而天線長度與頻率高低成反比,即5G網路擁有較短的天線,因此為使其有較好的接受效率,5G網路需要更為密集的基地站密度。

(圖/為通訊發展史)

而天線長度與頻率高低成反比,即5G網路擁有較短的天線,因此為使其有較好的接受效率,5G網路需要更為密集的基地站密度。

講回到6G通訊,研究團隊研究出了一種新型天線–無邊帶時空編碼天線STC(Sideband-Free Space-Time-Coding),此天線可以在空間和頻率域中實現複雜的波操縱,創造通訊用的輻射模式和高度定向的波束,並利用AM漏波天線和時空編碼技術的原理,經由軟體控制天線上的開關,達到期望的輻射特性。。同時此天線還可以抑制不需要的干擾頻率,實現高方向性的安全通信。簡單來說,此天線使6G通信擁有更好的信號接受度與信息安全性。

此天線還能實現3D全息投影,透過天線的輻射技術,它能掃瞄並創建一個人的圖像,讓用戶可以通過3D全息投影交談,其防止竊聽方面也較傳統發射器更好。(編譯/高晟鈞)

資料來源:Phys.org

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