雖然5G相關技術尚未標準化,各國相繼投入5G通訊標準的研發,包含美、歐、韓、中、日等,都有意搶奪主導權。繼韓國 Samsung 計畫在 2018 年冬季奧林匹克運動會運行 5G網路、中國華為宣布將在 2018 年的 FIFA World Cup 世界盃足球賽打造 5G 網路及日本Docomo計畫在東京 2020 年奧林匹克運動會推出5G網路全美最大行動電信商Verizon日前宣布將在明年展開5G現場測試最快2017年推出服務

5G是什麼? 目前遇到那些問題與障礙? 4G用戶成長率居全球之冠的台灣,該如何在這全球的5G技術規格戰中取得一席之地? 以下做一解析:

 【電信服務】淺談5G  

  圖片來源: 網路
【電信服務】淺談5G

1. 5G是什麼?

根據思科,2014年全年行動數據成長了69%,是2000年的30倍。每年將以57%複合年均成長率(CAGR)到2019年,預計2019年行動數據流量每月將達24.3 exabytes,將是2014年的10倍。隨著物聯網的發展,人機交互產生的混合通信量將爆發式增長,高效、便捷和安全地訪問和共享信息變得至關重要。目前3G/4G並無法滿足爆發式的數據量需求及多樣化的無線連接性要求,發展出新一代的行動電話系統(5G)就變成了熱門的顯學。

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5G是什麼? 根據維基百科的定義5G是英文fifth-generation的縮寫,指的是行動電話系統第五代,也是4G之後的延伸,目前正在研究中並沒有一個統一的概念根據ITU的規畫,將在2015年6月完成5G願景,2015年9月3GPP將啟動5G標準化的前期研究,2017年開始5G國際標準徵集。2016年與2017年間訂出5G的技術效能規格、標準評估辦法與無線介面技術,正式規格要到2019年或2020年才會正式出爐。不過,美、韓、中、日等廠商或電信業者都已宣稱將在2017~2020年提前推出5G網路。

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圖片來源: 網路

 

5G技術的用途在哪裡 ? 由中國移動、沃達豐、Orange、NTT DoCoMo、T-Mobile、KPN 和 Sprint 全球六大運營商聯合設立NGMN 在其白皮書中總結了 5G 技術的使用案例。另外IMT也提供了5G的概念圖。

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圖片來源:NGMN 5G 技術的白皮書

 

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圖片來源:IMT Vision towards 2020 and Beyond

 

美國電信產業協會(Telecommunications Industry Association;TIA)調查了全球58家營運商對於未來5G的看法更好的寬頻性能及物聯網(Internet of Thing;IoT)將是5G的主要推動力。

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圖片來源: 電子工程專輯

 

新世代網路(Next Generation Mobile Networks;NGMN)聯盟、5GPPP(5G Infrastructure Public-Private Partnership)、歐盟METIS 2020(Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)、GSMA(Global System for Mobile Communications Association)、大陸IMT-2020(5G)..等提供的5G願景與白皮書,不難發提現雖然各方對未來應用情境與需求的想像多少有所不同,但至少都一致強調5G網路至少具備兩項特點:

一是網速的進化,從Mbps為單位躍升為Gbps,短距離傳輸速率甚至達到10~20Gbps,是目前LTE的100倍以上

二是物物可相連,突破過去蜂巢式基地台的限制可以容納更多裝置連結使用並具備低延遲性的特性,可以支持的設備數量是 4G 網絡的 10 倍,將可開啟物聯網時代的新天地

 

2. 5G發展的障礙與對策:

A.無線頻寬不足問題:

5G的網速要高於4G 100倍以上,首要難題就是要克服無線頻寬不足的問題。

受限於無線電波傳播特性,能用於無線通訊的電波頻率是有限制的。雖然不少新的技術如F-OFDM(過濾器-正交分頻多工,Filtered-Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)、Network slicing(網路切分)、SCMANon-Orthogonal Multiple Access )、SDN(軟體定義網路,Software Defined Network)、NFV ( 網路功能虛擬化,Network Function Virtualization )、C-RAN(集中化無線接入網, Centralized RAN/Cloud RAN  )..等等,讓無線電波的使用效率改進不少,但隨著行動數據流量的暴增無線電波頻寬不足的本質問題仍是座難以突破的高牆。另一方面透過不斷地增加載波數量來提高頻寬,如同在平面道路架設高架橋或是地下通道必須付出的成本越來越高,技術難度也成指數級增加,設備也越來越複雜,要求的整合度可靠性越來越高。當成本超過行動用戶願意支付價格新技術商用化將會遙遙無期

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圖片來源:IMT Vision towards 2020 and Beyond

 

根據美國電信產業協會調查全球58家營運商對於授權的頻譜共享存取是有高度共識的。

換言之要克服線電波頻寬不足的問題並不是像過去2G/3G/4G時代由個別電信業者獨立建設及使用標得的無線頻譜,而是透過各電信業者的頻譜分享的機制來解決無線頻寬不足的問題。

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圖片來源電子工程專輯

 

B.容納更多裝置連結使用的問題:

目前最熱門的IT技術關鍵字非物聯網(IoT,Internet of Things)莫屬。物聯網的架構主要分成三個部分~感知層 (感應器與感應器網路)、網路層 (3G/4G/5G 通訊網路)及應用層 (各種雲端應用服務)。其中第五代行動通訊 (5G)被公認將是開啟「物聯網」新世界的重要環節。正因如此雖然全球的4G應用才正起步各國產、官、學界紛紛抱團著手相關標準的推出,以便搶佔5G產業戰略先機

因應物聯網應用的需求,5G網路必須能夠容納更多裝置連結使用,但這正是傳統蜂巢式網路的大罩門。5G網路系統最好能與傳統蜂巢式網路「有著顯著差異的」系統架構是全球電信業者廣泛的看法。

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圖片來源: 電子工程專輯

 

5G網路的發展將會朝向異質性網路(HetNet),而不只是單純的新型行動網路。5G創新中心(5G Innovation Centre)的拉西姆.塔法佐利(Rahim Tafazolli)教授針對5G的應用提出了下一代行動網路的願景。在室內外環境中提供各種無線區段的網路,從室外開放空間,到辦公室、一般家庭和地下空間。最特別的地方是,網路和裝備將決定如何存取該地點可用的網路(包括2G、3G、各種4G、Wi-Fi、小型基地台、廣域行動裝置等),並且利用不同頻段,讓所有使用者都能獲得足夠的頻寬。

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圖片來源: Pan Sci泛科學

 

過去行動通訊都是由全球的電信業者所主導並扮演最重要的網路傳輸服務供應商角色,但到了5G網路世代,將是因應不同應用、橫跨不同領域的服務供應商,朝產業共生的發展如何整合這些可用網路除了技術問題外,各種商業與政治勢力如何整合更是相當費功夫的難題。

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 圖片來源:IMT Vision towards 2020 and Beyond

 

C. 5G標準制定不統一:

5G相關技術尚未標準化,目前美、歐、韓、中、日等,都有意搶奪主導權。根據LTE與Wimax搶4G技術標準的經驗,5G標準制定的控制權最後通常會落在國際強權國家的電信設備大廠的手上∘不過,這次5G網路除了提升更快的寬頻性能外,低延遲特性及支援物聯網(IoT)更是各電信商的共識,所以各個陣營在5G技術標準爭奪上似乎出現兩大主流陣營。

以日、韓兩國為主的陣營在5G重心擺在6GHz~60Ghz以上頻段的行動寬頻,強調寬頻性能提升。日韓兩國為主陣營的5G重心似乎擺在6GHz以上頻段的行動寬頻,尤其是全球免授權通行頻段的60GHz無線傳輸技術; 歐洲和北美為主的陣營在5G重心擺在擺在多裝置連線、物聯網及非消費型應用,需要的是6GHz以下低頻段的優良傳播特性,而較不重視最大傳輸量。

另外, 除了5G標準制定仍不統一外, 目前也有多個聯盟,如 AllSeen Alliance(AA)、 Open Interconnect Consortium(OIC)、 Thread Group、工業網際網路聯盟(Industrial Internet Consortium;IIC)、國際電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers;IEEE)、oneM2M、ISA100 Committee與「Z-Wave」如火如荼正在推動物聯網標準工作。

目前5G標準制定呈多頭馬車競逐鹿死誰手還不確定雖然亞洲國家這次在5G標準制定展現捨我其誰的企圖心,版主仍然認為歐美為主的陣營最後勝出機會較大。

 

 3. 台灣在5G的角色:

為加速台灣參與全球主要5G技術與標準組織活動台灣行政院科技會與產業界組成的台灣資通產業標準協會(TAICS)都將於年底推出5G發展白皮書。由於台灣不是國際電信聯盟(ITU)會員,如同在國際政治的處境一樣,對於電信通訊主流標準沒有主導力也無發言權,只能盡量與設備大廠合作,避免台灣在下一波全球無線通訊市場競賽被邊緣化並重蹈Wimax的前車之鑑。目前經濟部、工研院及資策會祭出 5G 策略來看,台灣政府的策略就是積極參與不同的國際合作,分散風險,讓台灣趕搭全球 5G 早班車。另外,行政院集結產官學資源,在5G發展計劃中專攻台灣擅長的項目:SDNNFV電信設備、IC..,版主認為這些方向與做法算是正確且聰明之舉。 方向與策略都對了,但台灣在發展5G路上仍是荊棘,以下是版主認為主要的障礙,希望能夠盡量排除:

A.     資訊業者與媒體/立委們別來亂攪局,交給專業的來:

在台灣5G發展計畫上,資訊業者又跳出來想要共同擬定 5G 標準,並呼籲兩岸合作。立委潘維剛也曾質詢當時職任科技部長張善政時關心我國行動寬頻發展,竟然指出韓國已經推動8G,而台灣才推行4G是否太落後?台灣媒體也曾大力批判「5G投資台灣大輸南韓」。

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圖片來源: 經濟日報

 

秀才遇到兵,有理說不清。基於國際現實與技術實力,台灣必須積極參與不同的國際合作分散風險並先專攻擅長項目,避免被邊緣化 。集中官學力量協助聯發科、台積電、鴻海、中華電信…等在5G產業發展專業且較有全球競爭力的廠商專攻台灣擅長的領域,才是台灣該走的路。希望一些資訊業者與媒體/立委諸公們別再來亂攪局,交給專業的來處理吧!

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B.  網路經濟枷鎖的解禁:

5G產業所衍生的商機對於台灣而言,絕對不止於目前擅長的硬體研發與代工領域,更重要的是物聯網的應用來活絡全球快速發展無遠佛屆的網路經濟台灣政府目前需要協助產業的是必須大刀闊斧改善現行金融法規對於網路交易與行動支付的不友善及保守的醫療相關法令對於穿戴裝置或智慧家庭應用的限制否則台灣的電信業者只有當全球加值服務商"管子"的份相關廠商只有被卡死、坐以待斃的份

 

C.  高等教育僵化與人才嚴重流失問題的處理:

目前台灣在5G技術專利只有21件遠遠落後各國,聯發科攜手台、清、交、台科等台灣頂尖大學一起申請「前瞻下世代行動通訊終端關鍵技術研究」計畫,並已獲得科技部前瞻技術產學合作計畫(簡稱產學大聯盟)審查通過。雖然台灣很難在5G技術標準訂定上沒有主導力也無發言權,但台灣科技業的"硬實力"及充足的高等教育人才供給仍可在未來的全球5G產業扮演一定的角色

由於台灣薪資水準持續近 15 年時間基本沒有變化,多數科技產業面臨瓶頸,科技人才難有發展空間,隨著紅色供應鏈的崛起台灣高科技人才流失的問題越來越嚴重。另一方面,台灣高等教育正陷於嚴重的論文迷思台灣最聰明努力的菁英~博士、教授乃至國家研究機構的研究員都陷在努力寫出好論文發表到國際期刊的迷思之中。五十幾歲棄教授去創業的逸中軟體設計公司CEO張逸中在不堪回首的論文迷思」一文中:美國名校的文化中,當教授或學生有了好的發明,學校第一件考慮的事情是協助發明人創業!趕快去賺錢、去將研究成果貢獻給真實世界,做研究的目的本來就是要福國利民嘛!既然已經有成果了,還窩在學校「研究」甚麼碗糕?上甚麼課啊?學位或畢業證書都不重要了!快點下山(離校)去行俠仗義吧!但台灣的學術界卻是汲汲營營尋求「SCI認證」與教授升等!  」呵呵年底將出爐的行政院版與台灣資通產業標準協會(TAICS)板的5G發展白皮書除了像版主這篇文章都是東抄西湊、紙上談兵的通訊技術專有名詞的寫作(比賽)外,如何讓台灣相關企業可以在這商機無限的5G大戰中有辦法去行俠仗義(獲利賺錢)才是台灣必須真正正視及努力的目標

換言之,台灣正面臨高等教育僵化與人才嚴重流失問題若這任督二脈無法解決台灣對於5G的投資只會淪於紙上談兵及幫對手養幹部的下場17年催生6位諾貝爾獎得主聖塔芭芭拉大學校長楊祖佑: 「彈性政策 讓人才適得其所。比高薪更重要的,是讓人才有適得其所的信心。」「有大樓,不一定能培養出一流教授(人才);但有一流教授(人才),自然能建出大樓!」台灣政府如何修正僵化制度,讓學術界及產業界可以利用彈性解決高科技人才低薪且無法適得其所的問題,才能解開台灣科技產業十幾年來老在原地踏步無法轉型的枷鎖真正讓台灣科技產業脫胎換骨

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