5G技術難度高 未來市場百家爭鳴

　　5G通訊技術進一步提高傳輸速率、覆蓋率以及網(wǎng)絡吞吐量…等，而過往3G、4G，甚至4.5G所使用的技術性能已達極限，而且不敷5G通訊技術的要求。相關業(yè)者如果還想循過去模式通吃市場，難度很高…

　　估計2020年，隨著UltraHD 4K、8K視訊分辨率標準普及、連網(wǎng)終端裝置數(shù)量也將超過500億臺，將需要大于現(xiàn)今10倍的頻譜與傳輸速率，才能因應，而這也驅動5G通訊技術的快速發(fā)展。

　　目前，5G通訊技術正如火如荼的開展中，不僅標準制定單位——由第三代合作伙伴計劃（3GPP）將各版本（Release），也就是所謂的Release 13、14…等發(fā)布的時間縮短為一年一版；全球各國、相關廠商也積極針對許多5G納入的新技術——與過去3G、4G所采用的各種技術完全不同——進行研究及場測，期可收集更多數(shù)據(jù)提供給標準制定單位，順勢掌握市場主導地位。

　　不過，值得注意的是，5G通訊技術由于要提高傳輸速率、覆蓋率、網(wǎng)絡吞吐量…等，過往3G、4G，甚至4.5G使用的技術，都已達極限，不敷5G通訊技術的要求。因此相關業(yè)者想要循過去模式通吃市場，難度很高，未來5G市場不僅不會再是一家獨大的狀況，還會呈現(xiàn)百家爭鳴、進而異業(yè)結盟的態(tài)勢。

　　標準發(fā)展現(xiàn)況

　　5G標準規(guī)范目前正由3GPP制定中。據(jù)了解，3GPP預計在2019或2020年底定5G通訊標準規(guī)范，不過將是使用6GHz以下頻段的相關標準，毫米波（mmWAVE）由于技術對現(xiàn)有業(yè)者或一般工程師來說較為「陌生」，相對技術難度也較高，因此將較6GHz頻段部份的規(guī)范晚些發(fā)布。

　　會有這樣的區(qū)別，除了6GHz以下與毫米波技術的難易度差距較大之外，6GHz技術對業(yè)者來說也較熟悉。羅德史瓦茲（R&S）系統(tǒng)及工程維修服務部經(jīng)理盧明政表示，目前3GPP對于5G通訊技術要采用那些頻段仍未相當確定，尤其是毫米波的部份，而6GHz以下帶寬有限，天線技術是目前工程師較熟悉，且也具備相關開發(fā)知識，因此這也是3GPP計劃2020年先發(fā)布6GHz頻段以下標準規(guī)范。

　　另一方面，5G通訊納入6GHz頻段以下的目的，在于期望可充份提高頻譜利用率，改善4G技術頻譜使用率不盡如人意的問題。國家儀器（NI）技術營銷經(jīng)理潘建安指出，從2018年韓國冬季奧運、2019年世界足球錦標賽，以及2020年日本東京奧運幾個重要的運動賽事，都將作為5G通訊實驗網(wǎng)，對5G技術來說可視為重要的里程碑。且這也是要證明5G通訊技術可以讓許多用戶同時使用，服務也不會中斷，更不會出現(xiàn)網(wǎng)絡塞車問題。

　　愛立信（Ericsson）網(wǎng)絡產(chǎn)品事業(yè)部5G架構負責人Joakim Sorelius認為，5G通訊技術6GHz以下頻段規(guī)范納入的技術，部份與現(xiàn)有的LTE技術相同，可「重復使用」。也進而讓5G通 訊技術可向下兼容LTE；而高頻的部份，因涉及覆蓋率、延遲與傳輸距離短…等問題，則需要全新的技術才能因應。

　　圖1：3GPP 5G技術標準規(guī)范時程 （來源：愛立信圖）

　　mmWAVE規(guī)范還有得等…

　　采用高頻段的毫米波相關規(guī)范，則由于使用的頻段尚未決定，須到2020年之后才會定案。華壹生活科技（ALifecom）技術營銷副總高淑華從各代行動通訊技術發(fā)展解釋，今年3月3GPP發(fā)布了Release 13與14，并在Release 14加入物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的概念，亦即NB-IoT，可實現(xiàn)LTE-Advanced Pro；而5G真正的名稱為IMT-2020，規(guī)范是Release 15和16。根據(jù)3GPP的計劃，2017年會宣布最終版Release 14、2018年Release 15，2019年則是Release 16。其中，6GHz以下頻段是2020年第一波發(fā)布的5G規(guī)范；6GHz、10GHz以上的毫米波規(guī)范則預期會在2022年底定。

　　宜特科技（iST）訊號測試事業(yè)處工程處協(xié)理余天華指出，高頻段的毫米波不僅現(xiàn)階段的天線設計工程師對該頻段不熟悉，還會帶來其他開發(fā)挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)有互補式金屬氧化物半導體（CMOS）芯片需要使用新的制程，才能提高良率，否則將面臨如同現(xiàn)今60GHz頻段芯片良率只有15~20%的窘境；而新制程則需要重新設置半導體制程反應室（Chamber）。

　　不僅如此，現(xiàn)今支持2.7GHz頻段的放大器，也須進一步透過新技術「升級」以支持更高頻段，從成本的角度來看，目前60GHz放大器成本一顆約2萬美元；而5G技術要求做到大規(guī)模數(shù)組天線多重輸入多重輸出（Massive MIMO）則最少得需要48顆放大器，成本的壓力顯而易見。余天華進一步說明，現(xiàn)階段的天線模塊設計工程師對于單天線的MIMO技術可謂相當?shù)眯膽?，軍方長期使用的矩陣式MIMO天線，勢必會為工程師帶來新的技術門坎，有意發(fā)展相關技術的廠商可能甚至得汰換現(xiàn)有的工程師，找尋新人才，才能順利研發(fā)。

　　潘建安表示，5G毫米波頻段標準分為Phase 1與Phase 2兩階段。Phase 1討論40GHz以下的技術，涵蓋Release 13、14、15的Massive MIMO、波束成型（Beamforming）與由2D轉到全維度（full dimension）等技術；Phase 2則將討論不再采用正交頻分多任務（OFDM）的狀況下，有哪些新的調變技術可用，目前NTT DoCoMo提出非正交多任務存?。∟OMA）；沃達豐（Vodafone）、英特爾（Intel）、華為（HuaWei）。。等支持通用頻分多任務（GFDM）；阿爾卡特-朗訊（Alcatel-Lucent）則支持通用濾波多載波（UFMC）/FBMC，未來何種技術可望成為標準，尚未明確，各個技術的支持廠商也正進行場測，期可提交更多數(shù)據(jù)獲得3GPP或其他成員的認同。

　　總而言之，由于5G行動通訊技術在沒有干擾的狀況下，要達到大于10Gbps數(shù)據(jù)傳輸率；或是最少也要大于50Mbps，且移動狀態(tài)下的訊號質量也要比現(xiàn)在的4G還要好。因此采用新的調變技術與使用毫米波頻段，與4G技術相比，技術難度翻了好幾倍，要用哪些調變技術才能真正發(fā)揮毫米波頻段的優(yōu)點，并非3GPP成員一朝一夕討論后即可定案，也非標準規(guī)范出來，業(yè)者就能馬上推出產(chǎn)品，因此需要多方考慮，以及持續(xù)討論相關技術可行性，因而3GPP將毫米波標準規(guī)范放在第二波公布。

　　高通認為，從5G標準化的進程看，關于5G技術的第一版Release以及相應的技術規(guī)范可望在2018年發(fā)布。5G是一個全新的系統(tǒng)，意味著該技術包含非常多目前4G技術所不支持的全新功能，一方面，5G和4G技術仍有很多相似性，比如在波形技術上。高通指出，5G和4G會一樣會采用OFDM的波形技術；另一方面，5G和4G也有非常多的差異，5G要支持眾多跨產(chǎn)業(yè)的不同用途，不僅只是「高速行動寬帶」的要求，還包括大量物聯(lián)網(wǎng)和關鍵業(yè)務型應用等，因此，對5G技術的要求，將遠比4G多更多，因此也難怪3GPP將技術規(guī)范細分為6GHz與毫米波Phase 1、Phase 2，并階段性的發(fā)布。