世界各國的行動通訊正從第四代(4G)邁入第五代(5G)，為滿足傳輸速率不斷提高的需求，其中一個解決方案是在sub-6GHz頻段利用多天線(MIMO)技術，在有限頻寬資源下提升頻譜使用效率，好比在有限的土地上蓋摩天大樓。多天線技術如同頻譜上的魔術師，只要每多開一個天線閘門，就能多一道閘門供訊號傳輸。雖然是很直覺的原理，但傳統理論認為，兩個天線需間距0.5波長，才能明顯降低干擾，並需要克服運算複雜度。國立中山大學團隊的研究打破了傳統理論的迷思，這個研究讓手機安裝更多個天線成為可能，該團隊在2020年9月台北南港展覽館展示12x12 MIMO測試，頻譜效率達42 bps/Hz，高於最先進的4G手機3倍以上，這代表著未來手機12空間流的正式登場。

　　「在地狹人稠的都市，有甚麼方式可以解決生活空間的壓力?」 這問題很實際，但能採用的手段卻也很有限－要不就是建摩天大樓來增加生活空間，不然就是搬到郊區住，同樣類似的問題也正發生在我們每天在用的手機通訊上。世界各國的行動通訊正從第四代(4G)邁入第五代(5G)，為滿足傳輸速率不斷提高的需求，其中一個方案是透過高頻段取得更大的頻寬，這好比將居住需求移往郊區。另一方案，則是在sub-6GHz頻段利用多天線(MIMO)技術，在有限頻寬資源下提升頻譜使用效率，好比在有限的土地上蓋摩天大樓。

　　sub-6GHz頻段由於生態鏈相對成熟，所以在各國皆以高價拍賣。MIMO多天線是此頻段用來提升頻譜使用效率的核心技術，其原理是靠著增加天線數來增加空間流，每多開一個天線閘門，就能多一道閘門供訊號傳輸。雖然是很直覺的原理，但是傳統理論認為，兩個天線需間距0.5波長(在3.5GHz頻段，約4公分)，才能明顯降低干擾，而手機空間有限，在2016年初期，當時市場認為要在一支手機空間內，安裝4支以上的天線是不可能的任務。此外，艱難的任務還包括運算複雜度，透過4天線發送32 bits的訊號，單單解調一個訊號，複雜度就超過40億(2的32次方)的數量等級，如此高的複雜度幾乎無法實現。

圖一：研究團隊在中山大學許多場域進行測試
 

　　國立中山大學電機系講座教授翁金輅長期投入手機多天線研究，他發現兩個天線即使沒有間距，仍可以維持極低的干擾，打破了傳統兩個天線需間距0.5波長的迷思，翁教授更跨領域結合同校通訊工程研究所教授溫朝凱在無線訊號處理的研究專長，共同開發MIMO測試平台進行驗證。在2016年3月該團隊展示手機8天線MIMO (8x4 MIMO)測試平台的測試，並在同年7月展示12x8 MIMO的測試，在256QAM調變與100MHz頻寬下，資料吞吐量的實測結果約為3.9 Gbit/s，頻譜效率約為39 bps/Hz。之後，該團隊又在2017年8月展示了12空間流的傳輸，使用16x12 MIMO測試，頻譜效率達50.2 bps/Hz。這些研究成果讓小型化的裝置與5G手機要安裝多個天線成為可能，翁教授的天線設計更引起全球學術與產業界高度矚目（圖一）。

　　在上述的研究中，所採用接收/發送天線數是不對稱的型態，目的是利用空間多樣性來增加收訊效能，在對稱的情況下由於沒有多出的空間多樣性來輔助，天線及系統設計變得更加挑戰。透過科技部B5G專案計畫「B5G/6G無線通訊系統之基頻關鍵技術開發」的支持，溫教授和同校通訊所的同仁合作，更進一步地透過預編碼及AI輔助提升接收機性能，在2020年9月於台北南港展覽館展示12x12 MIMO系統，採用5G NR框架，頻譜效率達42 bps/Hz，高於最先進的4G手機3倍以上，這說明在一般的情況下12空間流確實可行，也代表著未來6G手機12空間流的正式登場（圖二）。

圖二：12x12 MIMO 在室內場景的測試結果

　　手機多天線系統如同頻譜上的魔術師，如在黃金地段透過蓋摩天大樓爭取更多的居住空間，不過，越是要往上蓋，挑戰就越高。中山大學團隊仍繼續努力，希望挑戰更高的頻譜效率，目前看來，似乎已到達手機的極限，但有誰說得準呢? 或許一段時間技術突破，柳暗花明又一村。