【电信服务】浅谈5G

1. 5G是什么?

根据思科，2014年全年行动数据成长了69%，是2000年的30倍。每年将以57%复合年均成长率(CAGR)到2019年，预计2019年行动数据流量每月将达24.3 exabytes，将是2014年的10倍。随着物联网的发展，人机交互产生的混合通信量将爆发式增长，高效、便捷和安全地访问和共享信息变得至关重要。目前3G/4G并无法满足爆发式的数据量需求及多样化的无线连接性要求，发展出新一代的移动电话系统(5G)就变成了热门的显学。

5G是什么? 根据维基百科的定义，5G是英文fifth-generation的缩写，指的是移动电话系统第五代，也是4G之后的延伸，目前正在研究中并没有一个统一的概念。根据ITU的规划，将在2015年6月完成5G愿景，2015年9月3GPP将启动5G标准化的前期研究，2017年开始5G国际标准征集。2016年与2017年间订出5G的技术效能规格、标准评估办法与无线界面技术，正式规格要到2019年或2020年才会正式出炉。不过，美、韩、中、日等厂商或电信业者都已宣称将在2017~2020年提前推出5G网络。

图片来源: 网络

5G技术的用途在哪里 ? 由中国移动、沃达丰、Orange、NTT DoCoMo、T-Mobile、KPN 和 Sprint 全球六大运营商联合设立NGMN 在其白皮书中总结了 5G 技术的使用案例。另外，IMT也提供了5G的概念图。

图片来源:NGMN 5G 技术的白皮书

图片来源：IMT Vision towards 2020 and Beyond

美国电信产业协会(Telecommunications Industry Association；TIA)调查了全球58家营运商对于未来5G的看法，更好的宽频性能及物联网(Internet of Thing；IoT)将是5G的主要推动力。

图片来源: 电子工程专辑

由新世代网络(Next Generation Mobile Networks；NGMN)联盟、5GPPP(5G Infrastructure Public-Private Partnership)、欧盟METIS 2020(Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)、GSMA(Global System for Mobile Communications Association)、大陆IMT-2020(5G)..等提供的5G愿景与白皮书，不难发提现虽然各方对未来应用情境与需求的想像多少有所不同，但至少都一致强调5G网络至少具备两项特点:

一是网速的进化，从Mbps为单位跃升为Gbps，短距离传输速率甚至达到10~20Gbps，是目前LTE的100倍以上。

二是物物可相连，突破过去蜂巢式基地台的限制可以容纳更多装置连结使用并具备低延迟性的特性，可以支持的设备数量是 4G 网络的 10 倍，将可开启物联网时代的新天地。

2. 5G发展的障碍与对策:

A.无线带宽不足问题:

5G的网速要高于4G 100倍以上，首要难题就是要克服无线带宽不足的问题。

受限于无线电波传播特性，能用于无线通讯的电波频率是有限制的。虽然不少新的技术如F-OFDM(过滤器-正交分频多工，Filtered-Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)、Network slicing(网络切分)、SCMANon-Orthogonal Multiple Access )、SDN(软件定义网络，Software Defined Network)、NFV ( 网络功能虚拟化，Network Function Virtualization )、C-RAN(集中化无线接入网， Centralized RAN/Cloud RAN  )..等等，让无线电波的使用效率改进不少，但随着行动数据流量的暴增，无线电波带宽不足的本质问题仍是座难以突破的高墙。另一方面，透过不断地增加载波数量来提高带宽，如同在平面道路架设高架桥或是地下通道，必须付出的成本越来越高，技术难度也成指数级增加，设备也越来越复杂，要求的整合度可靠性越来越高。当成本超过行动用户愿意支付价格，新技术商用化将会遥遥无期。

图片来源：IMT Vision towards 2020 and Beyond

根据美国电信产业协会调查，全球58家营运商对于“授权的频谱共享存取”是有高度共识的。

换言之，要克服线电波带宽不足的问题并不是像过去2G/3G/4G时代由个别电信业者独立建设及使用标得的无线频谱，而是透过各电信业者的频谱分享的机制来解决无线带宽不足的问题。

图片来源: 电子工程专辑

B.容纳更多装置连结使用的问题:

目前最热门的IT技术关键字非“物联网(IoT，Internet of Things)”莫属。物联网的架构主要分成三个部分~感知层 (感应器与感应器网络)、网络层 (3G/4G/5G 通讯网络)及应用层 (各种云端应用服务)。其中，第五代行动通讯 (5G)被公认将是开启“物联网”新世界的重要环节。正因如此，虽然全球的4G应用才正起步，各国产、官、学界纷纷抱团着手相关标准的推出，以便抢占5G产业战略先机。

因应物联网应用的需求，5G网络必须能够容纳更多装置连结使用，但这正是传统蜂巢式网络的大罩门。5G网络系统最好能与传统蜂巢式网络“有着显著差异的”系统架构，是全球电信业者广泛的看法。

图片来源: 电子工程专辑

5G网络的发展将会朝向异质性网络（HetNet），而不只是单纯的新型移动网络。5G创新中心（5G Innovation Centre）的拉西姆．塔法佐利（Rahim Tafazolli）教授针对5G的应用提出了下一代移动网络的愿景。在室内外环境中提供各种无线区段的网络，从室外开放空间，到办公室、一般家庭和地下空间。最特别的地方是，网络和装备将决定如何存取该地点可用的网络（包括2G、3G、各种4G、Wi-Fi、小型基地台、广域行动装置等），并且利用不同频段，让所有使用者都能获得足够的带宽。

图片来源: Pan Sci泛科学

过去行动通讯都是由全球的电信业者所主导并扮演最重要的网络传输服务供应商角色，但到了5G网络世代，将是因应不同应用、横跨不同领域的服务供应商，朝产业共生的发展。如何整合这些可用网络除了技术问题外，各种商业与政治势力如何整合更是相当费功夫的难题。

 图片来源：IMT Vision towards 2020 and Beyond

C. 5G标准制定不统一:

5G相关技术尚未标准化，目前美、欧、韩、中、日等，都有意抢夺主导权。根据LTE与Wimax抢4G技术标准的经验，5G标准制定的控制权最后通常会落在国际强权国家的电信设备大厂的手上∘不过，这次5G网络除了提升更快的宽频性能外，低延迟特性及支援物联网(IoT)更是各电信商的共识，所以各个阵营在5G技术标准争夺上似乎出现两大主流阵营。

以日、韩两国为主的阵营在5G重心摆在6GHz~60Ghz以上频段的行动宽频，强调宽频性能提升。日韩两国为主阵营的5G重心似乎摆在6GHz以上频段的行动宽频，尤其是全球免授权通行频段的60GHz无线传输技术; 欧洲和北美为主的阵营在5G重心摆在摆在多装置连线、物联网及非消费型应用，需要的是6GHz以下低频段的优良传播特性，而较不重视最大传输量。

另外， 除了5G标准制定仍不统一外， 目前也有多个联盟，如 AllSeen Alliance(AA)、 Open Interconnect Consortium(OIC)、 Thread Group、工业互联网联盟(Industrial Internet Consortium；IIC)、国际电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers；IEEE)、oneM2M、ISA100 Committee与“Z-Wave”如火如荼正在推动物联网标准工作。

目前5G标准制定呈多头马车竞逐，鹿死谁手还不确定。虽然亚洲国家这次在5G标准制定展现舍我其谁的企图心，版主仍然认为欧美为主的阵营最后胜出机会较大。

 3. 台湾在5G的角色:

为加速台湾参与全球主要5G技术与标准组织活动，台湾行政院科技会与产业界组成的台湾资通产业标准协会(TAICS)都将于年底推出5G发展白皮书。由于台湾不是国际电信联盟（ITU）会员，如同在国际政治的处境一样，对于电信通讯主流标准没有主导力也无发言权，只能尽量与设备大厂合作，避免台湾在下一波全球无线通讯市场竞赛被边缘化并重蹈Wimax的前车之鉴。目前经济部、工研院及资策会祭出 5G 策略来看，台湾政府的策略就是积极参与不同的国际合作，分散风险，让台湾赶搭全球 5G 早班车。另外，行政院集结产官学资源，在5G发展计划中专攻台湾擅长的项目:SDN、NFV、电信设备、IC..，版主认为这些方向与做法算是正确且聪明之举。 方向与策略都对了，但台湾在发展5G路上仍是荆棘，以下是版主认为主要的障碍，希望能够尽量排除:

A.     资讯业者与媒体/立委们别来乱搅局，交给专业的来:

在台湾5G发展计划上，资讯业者又跳出来想要共同拟定 5G 标准，并呼吁两岸合作。立委潘维刚也曾质询当时职任科技部长张善政时关心我国行动宽频发展，竟然指出韩国已经推动8G，而台湾才推行4G是否太落后？台湾媒体也曾大力批判“5G投资台湾大输韩国”。

图片来源: 经济日报

秀才遇到兵，有理说不清。基于国际现实与技术实力，台湾必须积极参与不同的国际合作分散风险并先专攻擅长项目，避免被边缘化 。集中官学力量协助联发科、台积电、鸿海、中华电信…等在5G产业发展专业且较有全球竞争力的厂商专攻台湾擅长的领域，才是台湾该走的路。希望一些资讯业者与媒体/立委诸公们别再来乱搅局，交给专业的来处理吧!

B.  网络经济枷锁的解禁:

5G产业所衍生的商机对于台湾而言，绝对不止于目前擅长的硬件研发与代工领域，更重要的是物联网的应用来活络全球快速发展无远佛届的“网络经济”。台湾政府目前需要协助产业的是必须大刀阔斧改善现行金融法规对于网络交易与行动支付的不友善及保守的医疗相关法令对于穿戴装置或智慧家庭应用的限制，否则台湾的电信业者只有当全球加值服务商”管子”的份，相关厂商只有被卡死、坐以待毙的份。

C.  高等教育僵化与人才严重流失问题的处理:

目前台湾在5G技术专利只有21件远远落后各国，联发科携手台、清、交、台科等台湾顶尖大学一起申请“前瞻下世代行动通讯终端关键技术研究”计划，并已获得科技部前瞻技术产学合作计划（简称产学大联盟）审查通过。虽然台湾很难在5G技术标准订定上没有主导力也无发言权，但台湾科技业的”硬实力”及充足的高等教育人才供给仍可在未来的全球5G产业扮演一定的角色。

由于台湾薪资水准持续近 15 年时间基本没有变化，多数科技产业面临瓶颈，科技人才难有发展空间，随着红色供应链的崛起，台湾高科技人才流失的问题越来越严重。另一方面，台湾高等教育正陷于严重的论文迷思。台湾最聪明努力的精英~博士、教授乃至国家研究机构的研究员都陷在努力写出好论文发表到国际期刊的迷思之中。五十几岁弃教授去创业的逸中软件设计公司CEO张逸中在“不堪回首的论文迷思”一文中:“美国名校的文化中，当教授或学生有了好的发明，学校第一件考虑的事情是协助发明人创业！赶快去赚钱、去将研究成果贡献给真实世界，做研究的目的本来就是要福国利民嘛！既然已经有成果了，还窝在学校“研究”什么碗糕？上什么课啊？学位或毕业证书都不重要了！快点下山(离校)去行侠仗义吧！但台湾的学术界却是汲汲营营寻求“SCI认证”与“教授”升等!  ”呵呵，年底将出炉的行政院版与台湾资通产业标准协会(TAICS)板的5G发展白皮书除了像版主这篇文章都是东抄西凑、纸上谈兵的通讯技术专有名词的写作(比赛)外，如何让台湾相关企业可以在这商机无限的5G大战中有办法去行侠仗义(获利赚钱)才是台湾必须真正正视及努力的目标。

换言之，台湾正面临高等教育僵化与人才严重流失问题，若这任督二脉无法解决，台湾对于5G的投资只会沦于纸上谈兵及帮对手养干部的下场。17年催生6位诺贝尔奖得主圣塔芭芭拉大学校长杨祖佑: “弹性政策 让人才适得其所。比高薪更重要的，是让人才有适得其所的信心。”“有大楼，不一定能培养出一流教授(人才)；但有一流教授(人才)，自然能建出大楼！”台湾政府如何修正僵化制度，让学术界及产业界可以利用弹性，解决高科技人才低薪且无法适得其所的问题，才能解开台湾科技产业十几年来老在原地踏步无法转型的枷锁，真正让台湾科技产业脱胎换骨。