5G落實(shí)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景,兼具高容量/高速率/低延遲特性　

　　5G前景佳，晶片商瞄準此波商機，已分別針對LTE演進(jìn)技術(shù)、5G新技術(shù)/新頻段投入開(kāi)發(fā)，希望能奪得下一代行動(dòng)通訊先機，并于穿戴式裝置、工業(yè)自動(dòng)化等新興物聯(lián)網(wǎng)應用中占得一席之地。

　　2015 年，5G技術(shù)的全球發(fā)展正式進(jìn)入研發(fā)、全面標準化的關(guān)鍵時(shí)期，國際電信聯(lián)盟(ITU)已完成第五代行動(dòng)通訊愿景規畫(huà)，包含命名、整體目標及時(shí)程等內容，并于2015年啟動(dòng)5G標準化前的相關(guān)研究。

　　針對5G能否為世界帶來(lái)變革性的創(chuàng )新發(fā)展，美國高通公司(Qualcomm Incorporated)工程副總裁Durga Malladi表示，高通自2006年起開(kāi)始對5G技術(shù)進(jìn)行前瞻性研發(fā)，并與業(yè)界合作推動(dòng)5G標準化作業(yè)及參與重要的5G演示和測試。

　　Malladi補充，高通對5G的展望不僅止于提供更快的流量速率，更期望打造功能強大的統一平臺，以連結新的產(chǎn)業(yè)及設備，進(jìn)而催生創(chuàng )新的服務(wù)及用戶(hù)體驗;這是一種具有規模彈性及適應性控制的新型態(tài)網(wǎng)路，支持多元廣泛的應用和需求。

　　比起前幾代網(wǎng)路，5G將發(fā)揮更大、更關(guān)鍵的功用，即是創(chuàng )建萬(wàn)物連接架構。

　　具低延遲特性　5G引領(lǐng)工業(yè)進(jìn)化

　　長(cháng) 期以來(lái)，科技業(yè)不斷提出對產(chǎn)業(yè)未來(lái)動(dòng)向的預測。關(guān)于5G發(fā)展趨勢，由于未來(lái)5G用戶(hù)將更加廣泛，以“用戶(hù)數”為預測基準，或許已無(wú)法符合時(shí)宜，包括家庭、 汽車(chē)、機器人、無(wú)人機、機床、畜牧生產(chǎn)線(xiàn)、農業(yè)、高速鐵路和城市等，幾乎日常生活中的一切都將聯(lián)網(wǎng)化。更有專(zhuān)家表示，2030年行動(dòng)網(wǎng)路將實(shí)現各產(chǎn)業(yè)智慧 化，并取代傳統的機械及機電整合產(chǎn)品。

　　產(chǎn)業(yè)分析公司的數據亦顯示，2020年搭載網(wǎng)路的終端裝置數量將達到兩百五十億至五百億部，而5G將有可能顛覆一般民眾對工業(yè)既有的看法，未來(lái)的工業(yè)或制造業(yè)將以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、感測器、軟體、機動(dòng)性及云端計算為主要驅動(dòng)力。

　　回 顧萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展歷程，較普遍的看法是美國國家科學(xué)基金會(huì )(National Science Foundation, NSF)于2006年提出的“資訊物理系統”(Cyber-Physical Systems)是較早期的物聯(lián)網(wǎng)概念之一，后來(lái)成為美國國家科學(xué)基金會(huì )核心研究主題，并提出該系統需要全新架構支撐的論述。

　　高通工 程副總裁Durga Malladi指出，5G將引領(lǐng)科技業(yè)創(chuàng )立新的物聯(lián)網(wǎng)架構，從人與人之間的通訊拓展至幾乎隨時(shí)隨地都能連接萬(wàn)物、從最大值的數據服務(wù)拓展至穩定控制的新型 服務(wù)、從“終端即端點(diǎn)”概念發(fā)展到全新的智慧連接和互動(dòng)模式，并從各種不同網(wǎng)路共存發(fā)展到進(jìn)入、頻譜類(lèi)型和服務(wù)的融合。

　　Malladi表示，未來(lái)5G網(wǎng)路將會(huì )為運算、儲存、網(wǎng)路資源及連接提供一體化的分散式平臺，主要優(yōu)勢為提供更短、甚至是毫秒級的延遲時(shí)間，以及更低的成本與更高的能效，自動(dòng)駕駛汽車(chē)、遠程醫療等應用都將受益。

　　此外，5G技術(shù)不僅能夠提供豐富的行動(dòng)體驗，如超高畫(huà)質(zhì)視訊會(huì )議和虛擬實(shí)境直播，還能推動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧家庭及穿戴設備的發(fā)展和普及化。

　　整體來(lái)說(shuō)，以4G長(cháng)程演進(jìn)計畫(huà)(LTE)所啟動(dòng)的變化為基礎，5G將滿(mǎn)足日益增加的連接需求，該技術(shù)將連接全新產(chǎn)業(yè)及終端裝置，支持創(chuàng )新的服務(wù)及用戶(hù)體驗，并藉由高效能低成本的通訊優(yōu)化，實(shí)現隨時(shí)隨地連接萬(wàn)物。

　　波束成形/波束追蹤　有助改善高頻訊號衰減

　　5G技術(shù)引領(lǐng)未來(lái)萬(wàn)物連接是無(wú)庸置疑的趨勢，但需要哪些技術(shù)突破，才能滿(mǎn)足5G愿景中多元化的應用模式呢?

　　舉 例來(lái)說(shuō)，日前高通宣布與業(yè)界合作開(kāi)發(fā)多項創(chuàng )新技術(shù)，以推動(dòng)功能更多的統一5G平臺建立。高通最新技術(shù)涵蓋以下內容：設計基于優(yōu)化正交分頻多工(OFDM) 波形統一空中介面，以及具有靈活框架的多重存取，可從低頻頻段擴展至毫米波(mmWave)、從都會(huì )型基地臺(Metrocell)部署擴展至本地熱點(diǎn)， 并從開(kāi)發(fā)之初便支援授權、非授權和共享授權頻段。

　　高通5G多連接技術(shù)可支持跨5G、4G LTE和Wi-Fi技術(shù)的同步連接和聚合，其多重存取的5G核心網(wǎng)路能確保行動(dòng)通訊業(yè)者在未來(lái)可受益于前期資源投資(圖1);該公司重新定義一個(gè)網(wǎng)路架 構，使5G網(wǎng)路業(yè)者與OTT(Over-the-Top)服務(wù)供應商能快速地打造客制化服務(wù)，滿(mǎn)足多元的5G應用，完成從低成本熱點(diǎn)到廣域行動(dòng)分布拓展。

　　圖1　高通宣布將建立功能更多的統一5G平臺。

　　此 外，高通也成功展示5G毫米波設計。毫米波頻段(如28GHz)不但具能支持每秒數千兆位元率數據傳輸速率的頻寬，還提供利用極密的空間復用度以增加容量 的機會(huì )。毫米波頻率目前已被陸續應用，如通過(guò)在60GHz頻譜運行的802.11ad Wi-Fi進(jìn)行室內高解析度影像傳輸;然而，以往因傳輸損耗較高，且易受建筑物、人、植物，甚至是雨滴的阻礙影響，這些較高頻率范圍對室內/外移動(dòng)頻寬應 用而言，仍然不夠穩定強大。

　　覆蓋率不足、缺乏行動(dòng)性支援(尤其是視距外)等問(wèn)題，是毫米波在移動(dòng)寬頻應用上的阻礙。

　　行動(dòng)通訊晶片商為了解決上述問(wèn)題，也紛紛投入研發(fā)。譬如高通工程師們于2015年底于美國圣地牙哥總部，展示以28GHz頻段運行的分時(shí)多工(TDD)同步系統，現場(chǎng)演示智慧波束成形和波束追蹤技術(shù)(圖2)。

　　圖2　2015年高通在美國圣地牙哥進(jìn)行28GHz 5G系統展示。

　　透 過(guò)此技術(shù)，即便設備被移動(dòng)、射頻訊號通道條件發(fā)生變化，也能得到相對穩定的訊噪比(SNR)。演示圖形用戶(hù)介面(GUI)清楚展示系統隨著(zhù)環(huán)境改變在波束 類(lèi)型(上傳和下載)之間的切換。在其他測試中，系統測量的視距(LOS)覆蓋約為350公尺，而在紐約都會(huì )區進(jìn)行戶(hù)外密集的城市模擬測試，所得到的結果是 約150公尺的非視距(NLOS)覆蓋，此展示有助毫米波移動(dòng)化的研發(fā)。

　　同步研發(fā)LTE演進(jìn)技術(shù)　以加速實(shí)現5G

　　除 了投入高頻頻段研發(fā)之外，現階段行動(dòng)通訊晶片業(yè)者也同時(shí)發(fā)展4G LTE、先進(jìn)長(cháng)程演進(jìn)計畫(huà)(LTE-A)和Wi-Fi等技術(shù)，將加強開(kāi)拓載波聚合(CA)、非授權頻段的LTE(包括LTE-U、LAA和 MuLTEfire)、LTE/Wi-Fi鏈路聚合、LTE D2D/V2X、窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)及Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等最新技術(shù)，擴展其性能以滿(mǎn)足5G愿景中所提及的應用模式。

　　目前晶片商也積極開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。比方像高通已推出LTE調制解調器--MDM9207-1/MDM9206，為物聯(lián)網(wǎng)內日益增多的終端及系統提供可靠、優(yōu)化的蜂巢連接，藉以加速智慧儀表、安全保障、資產(chǎn)追蹤、穿戴式設備、銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)、工業(yè)自動(dòng)化及窄頻物聯(lián)網(wǎng)等應用。