國科會成功研發新4D感測技術 有效提升次世代通訊整合應用

次世代通訊產業已被列為新政府推動的五大信賴產業之一，而全球的關注焦點則在6G或WiFi通訊整合感測應用標準的制定，期望催生突破性的殺手級應用。在國科會「下世代通訊系統關鍵技術研發專案」的支持下，由國立中山大學電機系洪子聖講座教授、國立清華大學電資學院徐碩鴻院長、國立陽明交通大學電機系蔡作敏教授及國研院台灣半導體研究中心張大強組長領軍的研究團隊，借助國立中山大學6G通訊與感測研究中心提供的先進設施，成功研發了多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output, MIMO) 4D感測技術。此技術能夠無縫整合於現代MIMO通訊系統，隨時隨地提供多元化的無線感測服務，提升生活便利性與安全性，促進健康，實現樂活願景。

學術成果發表記者會上，展示了三項技術亮點：
1、研發6G太赫茲頻段的MIMO收發機晶片，有效解決低效率與高功耗問題
6G通訊系統將在現有5G的FR1頻段（< 6 GHz）與FR2頻段（24-52 GHz，俗稱毫米波）基礎上，新增FR3頻段（7-24 GHz，稱為中高頻）及太赫茲頻段（>100 GHz）。在通訊感測整合中，較高的操作頻段不僅能提升通訊吞吐量，還能顯著提高感測解析度。然而，太赫茲頻段晶片普遍面臨低效率與高功耗的挑戰。本研究運用了半導體異質整合技術，結合最先進的互補式金屬氧化物半導體（CMOS）、第三代半導體氮化鎵（GaN）及玻璃基板積體被動元件（IPD），並透過覆晶系統封裝製程，成功設計出6G太赫茲頻段的MIMO收發機晶片，有效解決了低效率與高功耗的問題。

2、創新地採用自我注入鎖定機制，將目標回波訊號注入發射訊號源，將極低頻的都卜勒頻移轉換為寬頻頻率調制，此機制將可大幅提升感測靈敏度
在6G通訊感測整合的應用中，智慧交通與健康照護是最受關注的兩大場景，透過通訊基礎設施實現精確且即時的自駕車導航與人體活動感測。然而，針對如四肢動作和生理徵象等慢速特徵的身體活動，因都卜勒頻移量不足，經常導致感測困難。本研究創新地採用自我注入鎖定機制，將目標回波訊號注入發射訊號源，使其進入注入鎖定狀態，並將極低頻的都卜勒頻移轉換為寬頻頻率調制。此機制大幅提升感測靈敏度，突破了傳統技術的限制，為推動無線健康監測踏出關鍵的一步。

3、4D感測技術預計將廣泛應用於醫聯網、車聯網及智慧家庭等領域
研究團隊的4D感測技術利用MIMO波束成形技術，精確測得目標的距離、方位角、俯仰角及都卜勒速度等四維資訊，並進一步結合MIMO通訊與AI技術，實現通感算融合的智慧物聯網應用。在健康照護情境中，展示了如何追蹤多人位置、姿態與動作，並且辨識每個人的胸部區域進行隔空生理感測。目前團隊正與廠商洽談合作，開發非接觸式病人監視器、自駕車4D成像雷達、車內孩童遺留偵測器、駕駛疲勞感測器及居家老人跌倒警報器等產品。隨著6G/WiFi通訊感測整合標準的制定，4D感測技術預計將廣泛應用於醫聯網、車聯網及智慧家庭等領域，成為次世代通訊系統的重要亮點。