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真正的6G來了!使用太赫茲(THz)電磁波,頻寬將可達5G的1百倍

2020-09-04 09:20

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WIFI會在超快速的5G時代中消失嗎?電磁波對人類健康有無危害?作者在本文中,對相關疑惑都有清楚解釋。(新華社)

WIFI會在超快速的5G時代中消失嗎?電磁波對人類健康有無危害?作者在本文中,對相關疑惑都有清楚解釋。(新華社)

你應該知道的是:馬斯克的「星鏈計畫(Starlink)」不是5G更不是6G,未來5G和6G的主角還是地面基地台,衛星只是「配角」而已。6G真正的主角將是「兆赫茲(THz)」電磁波,雖然問題很多難度很高,但是如果開發成功6G的資料傳輸率將是5G的10~100倍,可達每秒100Gbps,甚至1Tbps以上。

第五代行動電話(5G:5th Generation)網路世代才剛要來臨,美國已經開始試驗第六代行動電話(6G:6th Generation)技術,6G的資料傳輸率將是5G的10~100倍,美國聯邦通信委員會(FCC)決定開放95GHz到3THz的電磁波頻率範圍作為試驗頻譜,正式啟動6G技術研發。其中T是「Tera」代表一兆,如表一所示,因此稱為「兆赫茲」,由於讀音為Tera因此又稱為「太赫茲」,「THz」的電磁波將是6G數據傳輸的關鍵技術之一,到底這是什麼技術?又會有那些特性呢?(延伸閱讀:別急著跟Musk起舞:誇大的衛星夢,別再說星鏈計畫是6G了!

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表一:科學數量級(圖片來源:作者提供)
表一:科學數量級(圖片來源:作者提供)

什麼是電磁波?

大家都知道手機是經由電磁波通訊,甚至有人聽到電磁波就會害怕,那麼到底什麼是電磁波?電磁波是由「電場(Electric field)」與「磁場(Magnetic field)」交互作用產生的「能量(Energy)」,沿著某一個方向以「波(Wave)」的型式前進,如圖一所示,因此電磁波有下列兩個參數:

➩波長(Wavelength):電磁波的波峰到波峰的距離。

➩頻率(Frequency):電磁波一秒鐘振動的次數,單位為「赫茲(Hz)」。

由圖中可以看出,電磁波的波長愈長,一秒鐘內振動的次數愈少,頻率愈低;電磁波的波長愈短,一秒鐘內振動的次數愈多,頻率愈高,因此波長與頻率成「反比」。

圖一:電磁波示意圖(圖片來源:作者提供)
圖一:電磁波示意圖(圖片來源:作者提供)

電磁波如何分類與應用?

通訊電磁波頻譜如圖二所示,愈左邊波長愈長(頻率愈低),愈右邊波長愈短(頻率愈高),頻率由左向右依序為千赫茲(KHz)、百萬赫茲(MHz)、十億赫茲(GHz)、兆赫茲(THz),電磁波可以用來無線通訊或有線通訊,特性如下:

圖二:通訊電磁波頻譜(圖片來源:作者提供)
圖二:通訊電磁波頻譜(圖片來源:作者提供)

➩頻率KHz的電磁波:應用在航空無線電、海底電纜、電話與電報等,如果應用在有線通訊通常使用「雙絞銅線(Twisted pair)」為介質,就是我們使用的RJ45網路線。

➩頻率MHz的電磁波:應用在無線電視、行動通訊(手機)、調幅廣播(AM)、業餘無線電、調頻廣播(FM)等,如果應用在有線通訊通常使用「同軸電纜(Coaxial cable)」為介質,就是我們第四台用的有線電視傳輸線。

➩頻率GHz的電磁波:其中頻率介於30~300GHz的電磁波波長大約1~10毫米(mm),因此又稱為「毫米波(mmWave)」,應用在衛星通訊、衛星定位、雷達與微波等,如果應用在有線通訊通常使用「波導(Waveguide)」為介質,波導是空心金屬管,可以讓電磁波沿著金屬表面傳播。

➩頻率THz的電磁波:其中頻率介於300GHz~10THz的電磁波又稱為「兆赫茲」或「太赫茲」,屬於「遠紅外線(FIR:Far Infrared)」的一種,也就是未來6G要使用的電磁波。

➩紅外光(IR:Infrared):頻率介於10~400THz的電磁波,應用在電視或冷氣的遙控器,如果應用在有線通訊必須使用「光纖(Fiber)」為介質。

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