為什麼通訊載波頻率增加,可以提供更大的頻寬?
在無線通訊中,提高 載波頻率(carrier frequency) 通常能讓系統使用更大的 絕對頻寬(absolute bandwidth) ,進而提升資料傳輸速率。主要原因如下: 1. 高頻段有更多可用頻譜資源 低頻段(例如幾百 MHz 以下)早已被廣播、電視、早期行動通訊等應用佔滿,可分配的連續頻譜非常有限(通常只有幾 MHz 到幾十 MHz)。 高頻段(例如 5G 的 sub-6 GHz 或 mmWave 28 GHz 以上、甚至 60 GHz)是較晚開發的頻段,監管機構(例如 FCC 或台灣 NCC)能分配更大的連續頻譜。 例子: 傳統 2G/3G/4G 低頻帶:單通道頻寬常只有 5–20 MHz。 5G mmWave:單通道可達 400–800 MHz,甚至更高。 2. 相對頻寬(fractional bandwidth)更容易維持 相 對頻寬 = 絕對頻 寬 / 載波頻率(通常以百分比表示)。 射頻元件(例如天線、濾波器、放大器)的設計難度主要取決於相對頻寬:相對頻寬太大(>10–20%)時,元件很難在整個頻帶內保持良好性能(阻抗匹配、增益平坦等)。 在 低載波頻率下,要達成大絕對頻寬,就需要極大的相對頻寬(技術上困難且昂貴)。 在 高載波頻率下,即使絕對頻寬很大,相對頻寬仍可保持小(容易實現)。 例如(假設 相 對頻寬固定為 10%): 載波 1 GHz :絕對頻寬 ≈ 100 MHz。 載波 10 GHz:絕對頻寬 ≈ 1 GHz。 載波 30 GHz(mmWave):絕 對 頻寬 ≈ 3 GHz。 3. 物理與實務考量 高頻波長較短,適合小型天線與波束成形(beamforming),更容易實現 MIMO(多天線)來進一步提升容量 。 但有其缺點:高頻傳播距離短、穿透力差(適合高密度小範圍,如室內或城市熱點),但這也允許頻譜重複使用(同一頻段在不同小區重用),間接增加整體系統容量。