5G技術(shù)難度高 未來市場百家爭鳴 - 全文

　　5G通訊技術(shù)進一步提高傳輸速率、覆蓋率以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量…等，而過往3G、4G，甚至4.5G所使用的技術(shù)性能已達極限，而且不敷5G通訊技術(shù)的要求。相關(guān)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(yīng)，而這也驅(qū)動5G通訊技術(shù)的快速發(fā)展。

　　目前，5G通訊技術(shù)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(guān)廠商也積極針對許多5G納入的新技術(shù)——與過去3G、4G所采用的各種技術(shù)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(dǎo)地位。

　　不過，值得注意的是，5G通訊技術(shù)由于要提高傳輸速率、覆蓋率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量…等，過往3G、4G，甚至4.5G使用的技術(shù)，都已達極限，不敷5G通訊技術(shù)的要求。因此相關(guān)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(jié)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(yù)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(guān)標準，毫米波（mmWAVE）由于技術(shù)對現(xiàn)有業(yè)者或一般工程師來說較為「陌生」，相對技術(shù)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(shù)的難易度差距較大之外，6GHz技術(shù)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(wù)部經(jīng)理盧明政表示，目前3GPP對于5G通訊技術(shù)要采用那些頻段仍未相當(dāng)確定，尤其是毫米波的部份，而6GHz以下帶寬有限，天線技術(shù)是目前工程師較熟悉，且也具備相關(guān)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(shù)頻譜使用率不盡如人意的問題。國家儀器（NI）技術(shù)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(shù)來說可視為重要的里程碑。且這也是要證明5G通訊技術(shù)可以讓許多用戶同時使用，服務(wù)也不會中斷，更不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)塞車問題。

　　愛立信（Ericsson）網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品事業(yè)部5G架構(gòu)負責(zé)人Joakim Sorelius認為，5G通訊技術(shù)6GHz以下頻段規(guī)范納入的技術(shù)，部份與現(xiàn)有的LTE技術(shù)相同，可「重復(fù)使用」。也進而讓5G通 訊技術(shù)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(shù)才能因應(yīng)。

　　圖1：3GPP 5G技術(shù)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(guān)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(shù)營銷副總高淑華從各代行動通訊技術(shù)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(yù)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(shè)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(dǎo)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(shè)置半導(dǎo)體制程反應(yīng)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(shù)「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(shù)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(shè)計工程師對于單天線的MIMO技術(shù)可謂相當(dāng)?shù)眯膽?yīng)手，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(shù)門坎，有意發(fā)展相關(guān)技術(shù)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(shù)，涵蓋Release 13、14、15的Massive MIMO、波束成型（Beamforming）與由2D轉(zhuǎn)到全維度（full dimension）等技術(shù)；Phase 2則將討論不再采用正交頻分多任務(wù)（OFDM）的狀況下，有哪些新的調(diào)變技術(shù)可用，目前NTT DoCoMo提出非正交多任務(wù)存取（NOMA）；沃達豐（Vodafone）、英特爾（Intel）、華為（HuaWei）。。等支持通用頻分多任務(wù)（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(shù)可望成為標準，尚未明確，各個技術(shù)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(shù)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(zhì)量也要比現(xiàn)在的4G還要好。因此采用新的調(diào)變技術(shù)與使用毫米波頻段，與4G技術(shù)相比，技術(shù)難度翻了好幾倍，要用哪些調(diào)變技術(shù)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(guān)技術(shù)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(guān)于5G技術(shù)的第一版Release以及相應(yīng)的技術(shù)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(shù)包含非常多目前4G技術(shù)所不支持的全新功能，一方面，5G和4G技術(shù)仍有很多相似性，比如在波形技術(shù)上。高通指出，5G和4G會一樣會采用OFDM的波形技術(shù)；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(guān)鍵業(yè)務(wù)型應(yīng)用等，因此，對5G技術(shù)的要求，將遠比4G多更多，因此也難怪3GPP將技術(shù)規(guī)范細分為6GHz與毫米波Phase 1、Phase 2，并階段性的發(fā)布。

　　802.11跨足5G領(lǐng)域

　　不僅3GPP積極針對5G行動通訊制定標準，電機電子工程師學(xué)會（IEEE）也以802.11技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)布新標準搶攻5G市場。

　　是德科技（Keysight）應(yīng)用工程部資深項目經(jīng)理張式先表示，從整個5G技術(shù)市場發(fā)展來看，5G市場并非一定是由電信（telecom）業(yè)者大力支持的3GPP蜂巢式（cellular）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所主導(dǎo)，數(shù)據(jù)通訊（datacom）陣營，也就是提出無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）802.11ac/ad技術(shù)的IEEE，也致力于5G技術(shù)規(guī)范的制定。

　　根據(jù)IEEE針對802.11技術(shù)規(guī)范的進程，在802.11ac/ad之后，將陸續(xù)推出其他版本。潘建安說明，因應(yīng)5G通訊技術(shù)需求，IEEE已著手討論802.11ac下一代802.11ax、針對物聯(lián)應(yīng)用的802.11ah、供車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的802.11p，以及應(yīng)用毫米波頻段的802.11ay。

　　其中，802.11ax進度最快，目前0.1版草案已推出，1.0版草案預(yù)計今年年底問世，估計2017年底會有相關(guān)產(chǎn)品上市。而802.11ax使用單一輸入單一輸出（SISO），預(yù)計接取點（AP）端的吞吐量可提高四倍；以往802.11技術(shù)專攻室內(nèi)聯(lián)機應(yīng)用，802.11ax將可適應(yīng)戶外應(yīng)用所需；此外，為因應(yīng)多使用者的情況，也將過去使用的OFDM調(diào)變技術(shù)，改為導(dǎo)入正交頻分多址（OFDMA）。這些技術(shù)的運用，期讓802.11ax能在相同的頻譜利用率下，提供更好的使用者經(jīng)驗。

　　事實上，802.11ac/ad已被國際電信聯(lián)盟（ITU）納入標準規(guī)范中，其中，使用60GHz頻段的802.11ad，該技術(shù)擘劃的應(yīng)用藍圖中，有許多與5G技術(shù)提出的應(yīng)用很類似。舉例來說，5G通訊技術(shù)希望以運用高頻頻段來支持人口密集區(qū)域的聯(lián)機質(zhì)量；而802.11ad也為因應(yīng)多人使用而提出在路燈上安裝802.11ad裝置的應(yīng)用建議。

　　不僅如此，802.11ad早已開始應(yīng)用Massive MIMO、毫米波與數(shù)組天線等技術(shù)，這與5G規(guī)范中采用的技術(shù)不謀而合。張式先指出，幾年前提出的802.11ad有能力可以實現(xiàn)5G通訊術(shù)，因為該技術(shù)發(fā)展的相關(guān)知識可以進一步延用至開發(fā)5G通訊相關(guān)產(chǎn)品。這也是2016年許多通訊芯片大廠如高通、聯(lián)發(fā)科（MediaTek）、博通（Broadcom）…等開始積極布局并致力研發(fā)802.11ad芯片的主因。

　　值得注意的是，IEEE早有企圖想從Wi-Fi此一行動性不高的技術(shù)，跨足行動通訊領(lǐng)域，該組織提出的技術(shù)相信市場上并不陌生——全球互通微波存取（WiMAX）。盧明政解釋，雖然WiMAX已被視為失敗的技術(shù)，現(xiàn)今也少有地區(qū)使用，但不容忽略的一點是，由WiMAX衍生而出的分時長程演進計劃（TD-LTE），不僅是目前4G時代的重要技術(shù)之一，亦受3GPP重視，納入正式的標準規(guī)范中。甚至5G通訊技術(shù)要有效的利用頻譜，即須仰賴分時多任務(wù)（TDD）達成目標，因此種種「因緣際會」下，也讓IEEE有機會可以進軍5G通訊技術(shù)領(lǐng)域。

　　不過，IEEE是否能夠成功仍有些非技術(shù)面的問題。華壹生活科技軟件工程副總許亨仰認為，雖然WiMAX靠攏TD-LTE，取得進入行動網(wǎng)絡(luò)的門票，但該組織對于規(guī)范的執(zhí)行力道較為松散，亦即給予業(yè)者許多彈性。也就是說，IEEE不像3GPP嚴格要求業(yè)者的產(chǎn)品一定得一條條符合規(guī)范要求，以至于符合IEEE標準規(guī)范的產(chǎn)品常發(fā)生互操作性問題，若這樣的情況未改善，可能會導(dǎo)致失敗。

　　合作？還是對立？

　　從先前3GPP與IEEE兩大陣營的「關(guān)系」來看，可以發(fā)現(xiàn)，在2G與3G時代，兩大陣營都「各做各的」，各有自己一番天地，甚至處于對立狀態(tài)。這樣的關(guān)系，到了4G有了些微的轉(zhuǎn)變，兩陣營開始進行合作，也就是說，為了解決網(wǎng)絡(luò)壅塞的問題，蜂巢式技術(shù)開始借助Wi-Fi進行分流，未來到了進入5G時代，兩大陣營的「相處模式」將是對立？還是合作？業(yè)者普遍認為將是合作，但也有業(yè)者表示兩大陣營仍是各守戶外與室內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域，井水不犯河水。

　　根據(jù)5G技術(shù)規(guī)畫，5G技術(shù)要結(jié)合所有的人事物，打造無所不在的網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)機，并提供更好的傳輸速率與聯(lián)機質(zhì)量。許亨仰表示，要達到上述的理想，單靠蜂巢式技術(shù)或是WLAN是不可能的。雖然進入4G時代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已改為全IP的狀態(tài)，可以輕易和早已是全IP狀態(tài)的IEEE規(guī)范結(jié)合，但4G技術(shù)仍以人與人之間的聯(lián)機為主；而5G技術(shù)要加入事與物的連結(jié)，更是需要與Wi-Fi、固網(wǎng)合作，除了提升傳輸速率，還可做到無縫連結(jié)。

　　高淑華指出，新的應(yīng)用如擴增實境（AR）、虛擬現(xiàn)實（VR）、物聯(lián)網(wǎng)…等，會推動5G技術(shù)的加速進行，且還需要提升可靠度，因此兩大山頭在5G時代應(yīng)該會有更多的溝通。潘建安表示，即使兩大技術(shù)在物理層（PHY Layer）不會進行融合，但仍可彼此跨合作。

　　是德科技營銷處資深營銷項目經(jīng)理郭丁豪強調(diào)，事實上，這兩大技術(shù)都無法單就自家技術(shù)，打造一個5G世代所要求的「無所不在的網(wǎng)絡(luò)世界」愿景，因此兩大陣營勢必得進一步合作。5G通訊技術(shù)很大的一個環(huán)節(jié)為基地臺間無縫通訊，以及異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的合作，若兩大陣營仍是各自為政，將很難落實隨時隨地都能聯(lián)機且無縫上網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)要求，許多嶄新的應(yīng)用也將無法順利實現(xiàn)。

　　高通則認為，5G的時代，要達到萬物互連此一非常廣泛的概念，且還要實踐「多連接」的想法，但此在4G時代已經(jīng)開始發(fā)生——當(dāng)引入LTE和Wi-Fi的時候就已經(jīng)開始?！付噙B接」的概念在于，在同一終端上可以同時連接LTE和Wi-Fi，它的部份服務(wù)會基于LTE，而另一部份的服務(wù)則會基于Wi-Fi；又例如，一個單一的服務(wù)會同時基于LTE和Wi-Fi，至于它會選擇哪種連接，這取決于哪一個鏈路比較好，這就是「雙連接」的概念。針對5G，業(yè)者目前正在做的事情即是拓展這個概念，拓展到多個鏈路，終端可以同時進行5G、4G和Wi-Fi三種連接技術(shù)并保持暢通。根據(jù)不同鏈路的實際情況，有一些服務(wù)只透過4G，有一些使用5G，有一些則是利用Wi-Fi，甚至固網(wǎng)。因此，未來5G時代會將 「雙連接」在4G時期的概念延伸并擴大至三種鏈路同時服務(wù)使用者，這將可讓服務(wù)的管理變得更加有效率，用戶體驗也會變得越來越好。

　　5G市場百家爭鳴

　　由于5G通訊采用較多不同以往的調(diào)變技術(shù)，甚至打破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，因此除非「口袋很深」的大廠有能力先期投入研發(fā)，要完全掌握所有的5G技術(shù)，單一廠商將很難做到。余天華表示，5G可以說是「燒錢」的事業(yè)，加上要重新研發(fā)的技術(shù)眾多，要想能夠所有專利權(quán)一把抓，實不容易。

　　高淑華指出，現(xiàn)階段投入5G相關(guān)芯片研發(fā)的業(yè)者，大多是在行動通訊領(lǐng)域耳熟能詳?shù)膸准?。不過在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端，由于5G通訊走扁平和虛擬化，以及從上到下的整合架構(gòu)，因此更非現(xiàn)有單一廠商能夠完全支持市場所需，因此除了在芯片端不再由一家廠商獨占IP專利，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端也會出現(xiàn)百家爭鳴的狀況。

　　由此可以推論，過去3G、4G時代由高通掌握大部份專利權(quán)的狀況，將可能不復(fù)存在，而相關(guān)業(yè)者也體認到這一點，除積極搶爭IP專利權(quán)之外，也開始進行合縱連橫策略，各地區(qū)也紛紛成立相關(guān)聯(lián)盟，期可主導(dǎo)技術(shù)規(guī)范，爭得最多5G市場商機。

　　亞洲各國積極度破表

　　表1所示為全球各地區(qū)針對5G通訊所成立的協(xié)會。可發(fā)現(xiàn)，全球各地區(qū)皆很積極投入5G通訊的相關(guān)研發(fā)，并推動5G技術(shù)的發(fā)展。

　　表1：全球5G通訊技術(shù)的研究組織與計劃

　　由表1可以發(fā)現(xiàn)，美國似乎并未成立相關(guān)5G發(fā)展協(xié)會，以及許多協(xié)會中都可見到華為的身影。許亨仰解釋，美國地區(qū)在5G通訊發(fā)展雖未「成群結(jié)黨」，但事實上，如Verizon就積極與5G-PPP合作，加上美國的電信業(yè)者擁有北美、中南美及第三世界國家市場基礎(chǔ)，因此即便沒有相關(guān)協(xié)會的成立，美國業(yè)者也將藉由和各地聯(lián)盟的合作，強化其5G技術(shù)與市場的發(fā)展。

　　至于華為，該公司由WiMAX「發(fā)跡」，除了WiMAX轉(zhuǎn)TD-LTE在第三世界國家打下的技術(shù)基礎(chǔ)外，該公司亦獲中國***強力的奧援。且華為亦積極參與全球各地成立的5G發(fā)展相關(guān)協(xié)會，目的也是期望可以讓中國大陸在5G的發(fā)展上能夠「后來居上」。

　　不僅如此，在5G的發(fā)展過程中也可以發(fā)現(xiàn)，除中國大陸，日本與韓國也相當(dāng)積極。高淑華表示，中、日、韓三國可以說是全球發(fā)展5G技術(shù)最不遺余力的地區(qū)，而***也在2015年成立「***資通訊協(xié)會」。亞洲各國致力推展5G技術(shù)研發(fā)的最大目的，就是希望能掌握更多的IP專利與技術(shù)研發(fā)能量，在5G市場領(lǐng)先其他國家，贏得先機。

　　芯片商也戮力與相關(guān)業(yè)者合作進行場測。舉例來說，高通即參與3GPP的標準化進程和相關(guān)活動，且今年6月該公司也推出基于3GPP NR概念的5G新空中界面原型。高通說明，5G新空中接口原型是與愛立信的合作成果；而高通旗下的高通技術(shù)也與韓國電信共同示范利用授權(quán)及未授權(quán)頻譜的增強型輔助授權(quán)接?。╡LAA）和輔助授權(quán)接?。↙AA）空中下載技術(shù)測試。

　　聯(lián)發(fā)科則一改過去「追隨者」的角色，在5G市場有較多積極的作為。2016年6月該公司即宣布加入中國移動5G聯(lián)合創(chuàng)新中心，與中國移動共同推動5G技術(shù)研究、測試及業(yè)務(wù)創(chuàng)新，以力求在 5G 的標準制定中，貢獻具體成果。

　　***仍有機會迎頭趕上？

　　相較于各國積極發(fā)展5G，***又是如何？廠商多認為***產(chǎn)學(xué)界在5G技術(shù)研發(fā)與IP專利的取得上較過往努力許多。盧明政認為，雖然目前5G標準仍是較為模糊的藍圖，但***學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界已開始致力研究5G所涉及的眾多技術(shù)，如羅德史瓦茲與中山大學(xué)攜手開發(fā)多天線（8×12）量測平臺已取得初步成果。

　　不過，較令人憂心的是，***業(yè)者對于5G通訊究竟要做什么仍很模糊，因此持觀望態(tài)度的廠商居多，投資也相對保守。雖然***政府鎖定小型基地臺（Small Cell）作為***搶攻5G商機的利器，但Small Cell從3G時代已經(jīng)開始被提及，雖然5G世界也需此裝置，但其能否大量出貨或被采用，仍端看電信營運商的市場策略與新服務(wù)的推展狀況。

　　郭丁豪則指出，過去***的確都是等規(guī)格制訂之后才會投入，導(dǎo)致在IP爭奪戰(zhàn)中都敗陣下來，產(chǎn)品推出的同時必須付出高額的授權(quán)金，但***資通訊協(xié)會的成立將可望打破此僵局。***通訊協(xié)會從IP著手，目的希望能提供3GPP針對5G的技術(shù)專利，并獲得采用，然專利的取得，短時間內(nèi)，投資看不到結(jié)果，因此需要***廠商的支持與國家力量的挹注，以及研究單位如工研院（ITRI）、中科院與大專院校等共同努力，***才能在5G市場有更多主導(dǎo)機會。

　　另外，在4G通訊技術(shù)以前，***廠商擁有較多天線技術(shù)相關(guān)的IP專利，基地臺相關(guān)技術(shù)本就較為缺乏，因此在5G發(fā)展中，***亦可選擇專攻天線相關(guān)技術(shù)。張式先強調(diào)，***在5G研究雖起步較慢，但選擇38GHz頻段進行研究與開發(fā)相關(guān)技術(shù)可謂押對寶；不僅如此，即使在WiMAX跌了一跤，不過，***累積了豐富WiMAX與Smallcell練兵經(jīng)驗，也提供許多WiMAX技術(shù)建議予3GPP ITU，因此***并未在5G發(fā)展中落后。

　　更重要的是，5G通訊涉及到軍方掌握的天線與其他技術(shù)，而中科院在這方面的研究早已開始進行，因此中科院將在***5G產(chǎn)業(yè)中扮演相當(dāng)關(guān)鍵的角色，現(xiàn)階段該單位也與廠商或其他研究單位進行技術(shù)交流與研發(fā)合作，期可協(xié)助***業(yè)者在5G市場走得更快。