专家传真－浅谈超高速行动通讯新世代─太赫兹技术发展与潜在应用

台湾资通讯及电信电子产业结构完整且颇具规模，在太赫兹发展具有优势地位，未来可跨足6G太赫兹通讯和非通讯领域商机。图／中新社

放眼全球，5G商转未完全普及，6G标准研究也在摸索，然通讯发展先进国家已提出6G发展愿景。6G的潜在技术可分为两类：一是在5G基础上演化，包括人工智慧、次世代MIMO、毫米波等；另一种则是另辟捷径，发展新兴技术如太赫兹通讯、可重构智慧表面、非地面网路等。6G技术发展路径和应用场景虽未确定，但提高传输速率、扩展频谱已成兵家必争之地。

■6G技术提高传输速率、扩展频谱，兵家必争

一般预料，未来6G将聚焦在太赫兹（Terahertz,THz）频段。太赫兹频率范围是0.1～10THz，对应电磁波波长为3mm～30μm，介于微波和可见光间，其中100到300GHz称为次太赫兹（sub THz）。科技大厂包括韩国三星、LG和芬兰诺基亚皆已在太赫兹元件技术上有所突破。加上美国联邦传播委员会（FCC）在2019年即开放95 GHz到3THz间高频频段用于实验，显见随着太赫兹技术突破与频谱开放，预期将有更多的研究资源投入。

太赫兹在6G的应用可分成两大类，一种是固定点对点通讯应用，像是大容量无线接入和回传；另一种是行动通讯和感测应用，如沉浸式体验、感测与通讯整合等，可见太赫兹的传输距离从1公尺内到100公尺以上皆有。

根据2022年三星发表白皮书建议，用于6G应涵盖300GHz以下的低中高频段，美国Next G联盟及欧盟Hexa-X也持相同观点，至于300GHz到3THz的太赫兹全范围频率目前非6G发展重点。现阶段讨论较多为W频段（92-115GHz）和D频段（130-175GHz）。W频段波长较低传播性较佳，但受到ITU-R无线电规则的限制，难以提供超过10GHz的连续频宽；D频段传播特性稍差于W频段，但能提供数十个GHz的连续频宽，因此是国际大厂关注焦点。

关于6G太赫兹通讯关键元件，像是数位讯号处理器（DSP）、数位类比转换器（DAC）及类比数位转换器（ADC）等晶片，主要采用CMOS高阶制程，其技术的挑战会着重在IC设计、制造和封测。而功率放大器（PA）在6G太赫兹的技术发展有多种解决方案，未来要采用哪种技术尚不明确，需特别关注技术发展的动向。

6G联盟对于次太赫兹PA的多种技术，目前还处于一个评估和早期研发的阶段。北美Next G联盟认为矽锗（SiGe）和磷化铟（InP）有望实现次太赫兹PA量产所需的生产成本与规模，目前美国国防部高级研究计划局（DARPA）有个别的计划支持研发。欧盟Hexa X则在次太赫兹PA上着重于CMOS、SiGe BiCMOS和InP三种技术。

因应太赫兹的未来发展，国际已有新创公司问世：2001年4月成立的英国新创企业TeraView着手发展运用太赫兹频谱的非侵入性和非破坏性检测，包括用于通讯半导体晶片的故障分析，及汽车、制药和文化遗产等领域的无损检测；美国新创公司RaySecur以太赫兹扫描提供远程分析等侦测解决方案，开发4D动态太赫兹桌上型扫描机；法国新创公司TiHive Technologies开发微型透视太赫兹成像系统和机器学习，提供多产业非接触式的品质监控解决方案并优化原材料使用。

■新创已抢进，台厂具有资通讯优势

有鉴于台湾资通讯及电信电子产业结构完整且颇具规模，在太赫兹发展具有优势地位，未来可跨足6G太赫兹通讯和非通讯领域，举凡应用于大容量无线通讯、数据中心网路、近距离通讯等，或聚焦非破坏性检测、安全检测、医药检测等领域。可预见的是，未来十年太赫兹发展将突飞猛进，台湾需规划整体性的太赫兹关键技术布局，整合关键元件，以期在太赫兹6G通讯和非通讯应用市场抢得先机。