物聯(lián)網(wǎng)催生5G技術(shù)萌芽 1+1將遠大于2

　　也許可能會(huì )感到奇怪，怎么4G技術(shù)才開(kāi)臺短短幾年的時(shí)間，國外相關(guān)業(yè)者以及臺灣都已開(kāi)始積極布局下一代行動(dòng)通訊——5G的技術(shù)與市場(chǎng)?也許也感覺(jué)臺灣4G網(wǎng)路品質(zhì)似乎沒(méi)有電信營(yíng)運商說(shuō)的那么“神”，臺灣產(chǎn)官學(xué)界已經(jīng)攜手舉行了幾次“誓師大會(huì )”，務(wù)必扶植臺灣相關(guān)業(yè)者能在5G技術(shù)市場(chǎng)搶得先機。

　　4G技術(shù)迅速蔓延全球

　　觀(guān)察過(guò)去行動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，如2G與3G，從技術(shù)研究初始到全面開(kāi)臺、普及，大約10年為一個(gè)周期，但相較之下，4G通訊技術(shù)也就是長(cháng)程演進(jìn)計畫(huà)(LTE)的發(fā)展可謂相當快速。根據全球行動(dòng)供應商協(xié)會(huì )(GSA)統計，截至2014年底，全球LTE用數已達4.97億戶(hù);至2015年中，已達7.55億戶(hù)。用戶(hù)數的成長(cháng)數量每年都以?xún)|計，也為相關(guān)廠(chǎng)商如晶片、設備、電信或量測儀器業(yè)者注入一劑強心針。

　　全球LTE用戶(hù)數成長(cháng)分析

　　高通技術(shù)公司(Qualcomm)資深技術(shù)行銷(xiāo)總監RasmusHellberg指出，全球行動(dòng)營(yíng)運商均積極升級LTE-Advanced(LTE-A)載波聚合(CarrierAggregation;CA)技術(shù)，又稱(chēng)為4G+。GSA報告指出，截至2015年7月為止共有88個(gè)商業(yè)網(wǎng)路支援載波聚合，最高可支援450Mbps全球峰值傳輸速率。

　　觀(guān)察大中華區4G的發(fā)展，Hellberg表示，中國電信(ChinaTelecom)已在國內的重點(diǎn)城市推出“天翼4G+”第6類(lèi)(CAT-6)服務(wù);中國移動(dòng)(ChinaMobile)宣布將于多個(gè)地點(diǎn)建置CAT-6甚至CAT-9網(wǎng)路。不僅如此，4G+演進(jìn)的下一步計畫(huà)將落實(shí)3GPPRel-12功能，例如高階調變，能將下行鏈路的數據傳輸速率增至600Mbps，又稱(chēng)CAT-12。

　　臺灣阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)客戶(hù)技術(shù)方案處技術(shù)長(cháng)李思柏(JohanAsplund)亦援引GSA的數據說(shuō)明臺灣4G的蓬勃發(fā)展。他表示，“從開(kāi)臺至今，今年臺灣的4G用戶(hù)已達866萬(wàn)，甚至是全球4G用戶(hù)增長(cháng)排名第一的地區，”更遑論臺灣曾經(jīng)在4G的發(fā)展走了岔路——發(fā)展WiMAX——能有這樣的成績(jì)，相當難能可貴。

　　未來(lái)LTE-A的演進(jìn)趨勢強勁，也將拓展新用途，如裝置對裝置功能，有助于近距離探索及車(chē)輛溝通，也能以聚合授權頻譜的形式，將其優(yōu)點(diǎn)擴及未授權頻譜(在美國等地稱(chēng)LTE-U，在歐洲、日本等地稱(chēng)LAA)。甚至包括物聯(lián)網(wǎng)(IoT)也將一并獲得改善，例如低復雜度機器通訊(eMTC)及針對新控制服務(wù)的超低延遲等，在在都將進(jìn)一步擴大LTE-A的使用情況。

　　日韓5G技術(shù)搶先起跑

　　4G如火蔓延全球之際，下一代行動(dòng)通訊技術(shù)5G也開(kāi)始醞釀，日本與韓國電信業(yè)者已分別宣布將在2020年、2018年展現最新的5G技術(shù)網(wǎng)路——日本NTTDoCoMo與諾基亞(Nokia)將共同研發(fā)實(shí)現高頻網(wǎng)路運行的5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路技術(shù)，并計畫(huà)在2020年的東京奧運會(huì )上向全世界展示;而韓國電信(KT)腳步更快，將和成功驗證5G多層次異質(zhì)網(wǎng)路載波聚合技術(shù)的愛(ài)立信(Ericsson)，在2018年平昌冬季奧運上成為全球第一個(gè)推出5G通訊服務(wù)的業(yè)者。

　　此外，中國大陸網(wǎng)通設備供應商華為(Huawei)也宣布2018年將開(kāi)始布建5G網(wǎng)路，中興(ZTE)也將隨之跟進(jìn)。由此可見(jiàn)，4G市場(chǎng)的火焰正熾之時(shí)，相關(guān)業(yè)者已開(kāi)始5G技術(shù)的研發(fā)，以期可順利進(jìn)軍下一代傳輸速率更高、效能更好的行動(dòng)通訊技術(shù)。

　　面對3G與4G成本尚未全面回收的同時(shí)，全球許多地區已開(kāi)始發(fā)展5G技術(shù)，業(yè)者均表示，現階段發(fā)展5G技術(shù)并沒(méi)有所謂太早或太晚的問(wèn)題，反而時(shí)機正好。Marvell行動(dòng)產(chǎn)品總監張路認為，4G發(fā)展相當的快，今年下半年新興國家如俄羅斯、印尼與印度等地，利用4G取代3G技術(shù)的態(tài)勢會(huì )越發(fā)顯著(zhù)，而5G在技術(shù)與應用上需要長(cháng)遠的演進(jìn)，預期2020年之后5G技術(shù)將開(kāi)始進(jìn)入商用階段，因此現在著(zhù)手進(jìn)行研發(fā)、克服5G技術(shù)挑戰，并不會(huì )太早。

　　李思柏也表示，從1G到現在的4G，每一個(gè)G的技術(shù)發(fā)展大約需歷經(jīng)10年時(shí)間，因此現在發(fā)展5G，到3GPP發(fā)布標準，時(shí)間上其實(shí)沒(méi)有較其他技術(shù)初期發(fā)展時(shí)來(lái)得快，而5G技術(shù)的要求須讓現有行動(dòng)通訊技術(shù)再大幅精進(jìn)，因此現在正是對的時(shí)間發(fā)展5G技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)、M2M成為5G關(guān)鍵應用

　　5G技術(shù)究竟能為現在的生活環(huán)境帶來(lái)多大的改變?以至于業(yè)者即便在標準未定的狀態(tài)下，毅然投入?Hellberg指出，5G能開(kāi)創(chuàng )新服務(wù)、連接新產(chǎn)業(yè)與裝置、創(chuàng )造新使用者體驗，這些皆是以L(fǎng)TE-A以及4G+帶動(dòng)的轉變?yōu)榛A，而未來(lái)LTE-A也將繼續演進(jìn)。不僅如此，5G不只是提高峰值速率，更將滿(mǎn)足未來(lái)10年不斷擴大的連網(wǎng)需求，同時(shí)無(wú)縫運用4G與無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)路(Wi-Fi)領(lǐng)域的投入成果。

　　未來(lái)，5G將促進(jìn)行動(dòng)寬頻的演進(jìn)，但更重要的是，其將更具備規模彈性以支援更極端的使用情況，從連接大量的物件到新服務(wù)如超穩定的任務(wù)臨界管控。Hellberg強調，5G將提供無(wú)邊際的連網(wǎng)體驗，裝置不再只是終點(diǎn)，而是提供全新的連接和互動(dòng)方式，并帶來(lái)一致的體驗，例如無(wú)所不在的高速數據傳輸和基地臺邊際的限制。而統一的5G平臺將建于OFDM基礎上，支援所有頻譜類(lèi)型與頻段，可彈性容納新服務(wù)與各種營(yíng)運模式。

　　5G與通訊、儲存、處理……各方面均密不可分

　　羅德史瓦茲(R&S)應用工程支援部經(jīng)理林志龍表示，4K、8K電視將是5G市場(chǎng)發(fā)展底層推手，以及對影像或視訊即時(shí)回傳需求大的應用，如救災工作，將更有5G發(fā)揮的空間。反而智慧型手機應用不再是主要推動(dòng)力，這是由于相較之下，智慧型手機應用還是相當有限，一般的使用者可能不需要那么高的頻寬。張路則認為，使用者或新應用對于頻寬的需求，物聯(lián)網(wǎng)及涵蓋其中的智慧家庭(SmartHome)、車(chē)對車(chē)(V2V)、智慧城市基礎設施、遠近程醫療或是工業(yè)應用，都是讓5G快速萌芽的“養分”。

　　從5G技術(shù)演進(jìn)來(lái)看，5G有部份技術(shù)的更新與采用是為了因應物聯(lián)網(wǎng)而設計。李思柏分析，在可預見(jiàn)的未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中，機器與人的溝通將擴展至大量的機器對機器(M2M)的連結，另外，未來(lái)的影像資料傳輸量，將占總體網(wǎng)路資料傳輸量的70%，這些都將促使行動(dòng)網(wǎng)路傳輸速率的再提升，而5G的高傳輸速率與更高的網(wǎng)路穩定性恰好能符合上述應用所需。

　　目前，或許每個(gè)人都認為5G是指4G后的第五代行動(dòng)通訊技術(shù)，但5G并不僅止于此。德國德勒斯登工業(yè)大學(xué)(TUDresden)通訊網(wǎng)路教授FrankFitzek在日前的歐洲國際半導體展中強調“5G技術(shù)更是為了物聯(lián)網(wǎng)裝置的控制與操縱而打造的?！?/p>

　　美國國家儀器(NI)大中華區市場(chǎng)經(jīng)理湯敏也認同這一看法。她表示5G能夠讓物聯(lián)網(wǎng)的概念落實(shí)，而物聯(lián)網(wǎng)則有利促進(jìn)5G未來(lái)的通訊技術(shù)發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)講了很多年了，如今拜5G之賜正進(jìn)一步讓工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)應用場(chǎng)景落地實(shí)現，這2種技術(shù)即將展現1+1大于2的趨勢!”

　　盡管5G將從4G發(fā)展而來(lái)，在LTE蜂巢式技術(shù)上強調更大的資料量與頻寬，但5G更關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)。NI技術(shù)經(jīng)理潘建安進(jìn)一步解釋?zhuān)?G除了追求更高速率，另一方面也著(zhù)眼于物聯(lián)網(wǎng)應用中要求更長(cháng)電池續航力、更省電且低功耗傳輸的M2M與裝置對裝置(D2D)通訊，而在這方面沿用的就是802.11的架構?！?/p>

　　市場(chǎng)或各家業(yè)者紛紛預測5G殺手級應用的同時(shí)，Hellberg則有不同看法。他認為，“5G技術(shù)三大服務(wù)類(lèi)別包括：增進(jìn)行動(dòng)寬頻規模至超寬頻、能夠連接低功率/復雜度物件等大量物件、超穩定任務(wù)臨界管理等新服務(wù)，然而5G標準化進(jìn)程才剛起步，若要判斷哪個(gè)應用市場(chǎng)會(huì )率先引進(jìn)上言之過(guò)早，但增強型5G行動(dòng)寬頻服務(wù)預估將成為首批5G技術(shù)試驗及商用項目，以做為最根本的服務(wù)?！?/p>

　　5G技術(shù)“大躍進(jìn)”

　　雖然5G技術(shù)可創(chuàng )造新的應用服務(wù)商機，但要發(fā)展5G真正將晶片、設備、終端裝置…等開(kāi)發(fā)出來(lái)，可不是件簡(jiǎn)單的事。Gartner物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)部門(mén)研究副總裁洪岑維表示，事實(shí)上，所謂“真正”稱(chēng)得上是5G的技術(shù)目前皆尚未開(kāi)發(fā)出來(lái)，各家廠(chǎng)商都還在戮力研究中。

　　市場(chǎng)或業(yè)界對于行動(dòng)網(wǎng)路技術(shù)的三個(gè)新需求——亦為對5G技術(shù)的新要求——傳輸速率更快速行動(dòng)寬頻、高效能且低延遲，以及支援機器間的通訊。而這三項需求看似目前的4G已可滿(mǎn)足，但實(shí)際上卻相當嚴苛。根據國際電訊聯(lián)盟(ITU)公開(kāi)5G的網(wǎng)路標準，其傳輸速度為20Gbps，目前最快的4G網(wǎng)路傳輸為150Mbps，這即為上述更快速傳輸速率的需求。低延遲的需求是指資料從A點(diǎn)傳輸至B點(diǎn)時(shí)，在最慢1毫秒(ms)及99.999%的時(shí)間點(diǎn)內就得完成;而支援機器間通訊的需求即是M2M。

　　ITU為5G網(wǎng)路制定目標

　　上述三個(gè)需求也衍生了5G技術(shù)的五大技術(shù)挑戰。洪岑維進(jìn)一步解釋?zhuān)宕蠹夹g(shù)挑戰包括毫米波(mmWave)、大規模多重輸入多重輸出(MassiveMIMO)、M2M、智慧裝置，以及節點(diǎn)為中心的網(wǎng)路(Node-CentricNetwork)。為了提升傳輸速度，勢必使用更高頻的頻段，據了解，5G將使用6G~300GHz頻段，此超高頻段已非新技術(shù)，軍方早已使用，但即便如此，5G也將面臨新的問(wèn)題——訊號穿透率——高頻訊號將很難穿透一般建筑物的墻壁，需在空曠處才能有較佳的連線(xiàn)品質(zhì)。

　　現今的4G技術(shù)發(fā)展至2×2或2×4最多到4×4MIMO已具備相當的技術(shù)挑戰，5G的MassiveMIMO從字面上來(lái)看就“不簡(jiǎn)單”。洪岑維表示，5G由于要因應物聯(lián)網(wǎng)應用中大量裝置間的聯(lián)系，因此設計32×32或64×64MIMO的架構。不僅如此，每一根MIMO天線(xiàn)都要能夠進(jìn)行波束成型(Beamingforming)，也就是說(shuō)，一旦裝置與基地臺的連線(xiàn)確立后，即使裝置開(kāi)始移動(dòng)，這樣的連線(xiàn)機制與波束成型的功能都不能因此中斷。

　　現今蜂巢式Cellular技術(shù)架構仍是以基地臺(BS)為主，但是傳送到遠端的建筑物中訊號不僅會(huì )減弱，傳輸速度也無(wú)法保持原有的品質(zhì)，因此5G節點(diǎn)為中心的網(wǎng)路架構則是在室內布建支援毫米波的小型基地臺，如此一來(lái)，遠端的基地臺就可以換手(Hand-off)給室內或房間的基地臺，提升訊號傳輸覆蓋率的品質(zhì)，也能提高資料傳輸速度。不過(guò)這中間的傳輸機制該如何制訂、不同廠(chǎng)牌間的基地臺該如何互通或順利進(jìn)行換手，將相當考驗電信營(yíng)運商或網(wǎng)通設備商的智慧。

　　在M2M的部分，愛(ài)立信集團技術(shù)部亞太區技術(shù)長(cháng)MagnusEwerbring指出，2020年全球將有260億個(gè)聯(lián)網(wǎng)裝置，M2M即占73.2億臺，這些龐大的裝置要能同時(shí)連上網(wǎng)路并進(jìn)一步互通，對電信業(yè)者將是很大的技術(shù)挑戰。也因此，若5G技術(shù)要能滿(mǎn)足上述條件，不僅延遲時(shí)間不能高于1ms，且也須在時(shí)間點(diǎn)內完成資料的傳輸，亦即網(wǎng)路傳輸的效率得再提高。

　　Ewerbring簡(jiǎn)單統整5G技術(shù)挑戰，包括行動(dòng)寬頻資料傳輸速率提高10~100倍、延遲時(shí)間再縮短5倍，但連網(wǎng)裝置功耗卻得低上10倍。李思柏強調，4G跨到5G技術(shù)中間有一定的技術(shù)挑戰，除了換手機制、連線(xiàn)品質(zhì)的再升級外，干擾問(wèn)題、新頻譜的使用、毫米波等問(wèn)題的克服亦相當重要。洪岑維則坦言，業(yè)者們仍在持續思考能以那些現有或新技術(shù)實(shí)現5G的技術(shù)架構。

　　標準、政治角力也影響5G發(fā)展

　　如果你認為5G發(fā)展挑戰只有上述所提，那就是把5G技術(shù)想得太簡(jiǎn)單了。羅德史瓦茲應用支援經(jīng)理陳飛宇表示，5G和4G間的技術(shù)差異真的相當大，然而除此之外，還需考量技術(shù)以外的問(wèn)題。

　　現階段，由于標準未定，因此5G技術(shù)的發(fā)展處于“多頭馬車(chē)”的狀態(tài)。林志龍認為，各家甚至各地區相關(guān)業(yè)者發(fā)展5G技術(shù)尚未有共識，雖然ITU、3GPP等國際單位正在研擬相關(guān)5G規范，但是日韓或是美國電信業(yè)者，以及晶片商或設備供應商等率先在標準底定前發(fā)展5G網(wǎng)路，目的就是為了要取得市場(chǎng)與標準制定的主導權。

　　舉例來(lái)說(shuō)，4G技術(shù)美國本想取得“主控權”，但因VoLTE(VoiceoverLTE)、載波聚合等關(guān)鍵技術(shù)韓國發(fā)展較快，也因此韓國掌握較多“資源”，在4G發(fā)展上“講話(huà)也比較大聲”。有此先例，也促使韓國電信搶先建置5G技術(shù)，以期可贏(yíng)得市場(chǎng)先機，成為5G標準規范或市場(chǎng)主導者;而其他國家如臺灣、美國及日本電信商為了不讓韓國專(zhuān)美于前，也紛紛急起直追。

　　除了標準未定外，各國間的頻譜角力戰也可能影響5G標準制定的進(jìn)行，甚至市場(chǎng)發(fā)展。林志龍指出，目前尚未確定5G采用的頻段會(huì )落在何處，只知道會(huì )采用尚未使用的200MHz及6~300GHz以上的高頻段，而隨著(zhù)各國搶先開(kāi)臺，采用的頻段各不相同時(shí)，漫游費用若是談不攏、各家業(yè)者搶著(zhù)當領(lǐng)導者，如此裝置的漫游就會(huì )發(fā)生問(wèn)題，若是晶片得支援每個(gè)被使用的頻段，則不僅成本會(huì )很高，功耗也會(huì )提升。

　　業(yè)者積極布局5G技術(shù)

　　5G的標準究竟何時(shí)底定?目前所知是2017年時(shí)，會(huì )有初步的版本出來(lái)，2020年5G將可正式開(kāi)臺。不過(guò)即便標準未定，業(yè)者已開(kāi)始搶先布局，其中以量測儀器廠(chǎng)商及設備商的腳步最快。Ewerbring表示，3GPP持續推出LTE新標準，如Rel.10、11、12等演進(jìn)版本，或是針對M2M制定的LTE-M，以及NB-LTE，都是讓廠(chǎng)商循序漸進(jìn)由4G過(guò)渡到5G的重要方式，只要遵循此進(jìn)程，業(yè)者研發(fā)的5G產(chǎn)品將不會(huì )有太大的“失準”。

　　先進(jìn)測試驗證方案加速5G研究盡管系統業(yè)者、元件商與營(yíng)運商對于5G的未來(lái)發(fā)展看法不同，甚至還存在政治角力，但從技術(shù)上來(lái)看目標是一致的。是德科技(KeysightTechnologies)行銷(xiāo)處副總經(jīng)理羅大鈞指出，“5G的終極目標在于將傳輸速率提高到GHz/s等級、小于1ms的低延遲與低功耗等，為此，更重要的是定義哪一個(gè)頻道的應用?！?/p>

　　羅大鈞進(jìn)一步解釋?zhuān)槍?GHz頻段以下的5G測試，現有的2G、3G與4G方案已能滿(mǎn)足需求，目前全球各地研究單位看好的是毫米波頻段，但對于這一頻段的通道瞭解有限，需要更前端的通道探測(channelsounding)途徑掌握通道特性與建模。為此，是德科技在現有的5G測試方案外，率先提供通道探測解決方案，整合毫米波、超寬頻頻寬與MIMO技術(shù)，協(xié)助研究單位加速更先進(jìn)的5G通道探測研究。

　　NI更進(jìn)一步提供從原型開(kāi)發(fā)、演算法部署與驗證，以及最后發(fā)布到機房進(jìn)行實(shí)測的完整系統，期望協(xié)助客戶(hù)盡早走出實(shí)驗室。湯敏表示，“5G標準化進(jìn)程雖然還在發(fā)展中，但業(yè)界廠(chǎng)商已經(jīng)在主要技術(shù)方面達成了共識。舉凡MassiveMIMO、波束成形與毫米波等各種與5G技術(shù)有關(guān)的驗證與測試，以及無(wú)論是強調更高速的蜂巢式通訊還是瞄準超低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應用，NI均提供了相應的方案架構，不但為還在實(shí)驗階段的5G研究提供演算法與標準化驗證，另一方面也協(xié)助營(yíng)運商進(jìn)行實(shí)測?！?/p>

　　羅德史瓦茲自然也不會(huì )在此市場(chǎng)缺席。陳飛宇指出，除了先前軍方已使用的毫米波技術(shù)，以及因應5G采用高頻的趨勢，羅德史瓦茲持續增加現有儀器產(chǎn)品如頻譜分析儀、訊號產(chǎn)生器等支援的頻寬，以滿(mǎn)足測試需求外，針對5G產(chǎn)線(xiàn)端的測試儀器，將有新的測試機種問(wèn)世。

　　晶片商等待標準才有進(jìn)一步計畫(huà)Hellberg強調，5G標準化工作剛從2015年9月中開(kāi)始，預計至2020年才會(huì )正式商用，由于5G尚未定義完成，討論產(chǎn)品還言之過(guò)早。張路亦認為，5G標準未定，因此Marvell尚未有明確的5G產(chǎn)品計畫(huà)出爐。

　　分析現有晶片商或網(wǎng)通設備供應商在5G市場(chǎng)的競爭力，洪岑維透露，英特爾(Intel)、高通、聯(lián)發(fā)科(MedaiTek)、三星(Samsung)等較有機會(huì )勝出，主要關(guān)鍵是“口袋夠深”;網(wǎng)通廠(chǎng)的部份則是愛(ài)立信、華為、諾基亞、三星、中興等。林志龍則認為，展訊背后有官方支持，加上4G晶片市場(chǎng)展訊(Spreadtrum)已逐步追趕上來(lái)，其未來(lái)發(fā)展態(tài)勢也不容小覷。

　　臺灣產(chǎn)官學(xué)齊力斷金領(lǐng)跑5GSmallCell

　　臺灣在5G的技術(shù)專(zhuān)利或參與國際標準制定上相當積極，不可諱言，是為迎頭趕上國際大廠(chǎng)的腳步，不想重蹈2G到4G都只能當跟隨者的覆轍。林志龍表示，由于5G要求更高的傳輸穩定性、可靠性與更好的網(wǎng)路覆蓋率，并得解決高頻訊號遮蔽的問(wèn)題，因此小型基地臺(SmallCell)將具備舉足輕重的角色。

　　而臺灣在5G小型基地臺的市場(chǎng)相當有優(yōu)勢，這是由于臺灣小型基地臺具備“一條龍”的研發(fā)優(yōu)勢，因此臺灣官方與產(chǎn)學(xué)界戮力參與標準制定，以期協(xié)助臺灣小型基地臺制造商有更多的產(chǎn)品設計主導空間，而不再只是代工。

　　李思柏則認為，每個(gè)國家政府都會(huì )扶植自有廠(chǎng)商的發(fā)展，并導引業(yè)者朝對的、具優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。林志龍也強調，小型基地臺由于系統架構較小，技術(shù)門(mén)檻相對較低，因此是臺灣局端業(yè)者，甚至先前發(fā)展WiMAX的用戶(hù)端(CPE)廠(chǎng)商可鎖定的目標市場(chǎng)。