5G技术难度高 未来市场百家争鸣

　　5G通讯技术进一步提高传输速率、覆盖率以及网络吞吐量…等，而过往3G、4G，甚至4.5G所使用的技术性能已达极限，而且不敷5G通讯技术的要求。相关业者如果还想循过去模式通吃市场，难度很高…

　　估计2020年，随着UltraHD 4K、8K视讯分辨率标准普及、连网终端装置数量也将超过500亿台，将需要大于现今10倍的频谱与传输速率，才能因应，而这也驱动5G通讯技术的快速发展。

　　目前，5G通讯技术正如火如荼的开展中，不仅标准制定单位——由第三代合作伙伴计划（3GPP）将各版本（Release），也就是所谓的Release 13、14…等发布的时间缩短为一年一版；全球各国、相关厂商也积极针对许多5G纳入的新技术——与过去3G、4G所采用的各种技术完全不同——进行研究及场测，期可收集更多数据提供给标准制定单位，顺势掌握市场主导地位。

　　不过，值得注意的是，5G通讯技术由于要提高传输速率、覆盖率、网络吞吐量…等，过往3G、4G，甚至4.5G使用的技术，都已达极限，不敷5G通讯技术的要求。因此相关业者想要循过去模式通吃市场，难度很高，未来5G市场不仅不会再是一家独大的状况，还会呈现百家争鸣、进而异业结盟的态势。

　　标准发展现况

　　5G标准规范目前正由3GPP制定中。据了解，3GPP预计在2019或2020年底定5G通讯标准规范，不过将是使用6GHz以下频段的相关标准，毫米波（mmWAVE）由于技术对现有业者或一般工程师来说较为「陌生」，相对技术难度也较高，因此将较6GHz频段部份的规范晚些发布。

　　会有这样的区别，除了6GHz以下与毫米波技术的难易度差距较大之外，6GHz技术对业者来说也较熟悉。罗德史瓦兹（R&S）系统及工程维修服务部经理卢明政表示，目前3GPP对于5G通讯技术要采用那些频段仍未相当确定，尤其是毫米波的部份，而6GHz以下带宽有限，天线技术是目前工程师较熟悉，且也具备相关开发知识，因此这也是3GPP计划2020年先发布6GHz频段以下标准规范。

　　另一方面，5G通讯纳入6GHz频段以下的目的，在于期望可充份提高频谱利用率，改善4G技术频谱使用率不尽如人意的问题。国家仪器（NI）技术营销经理潘建安指出，从2018年韩国冬季奥运、2019年世界足球锦标赛，以及2020年日本东京奥运几个重要的运动赛事，都将作为5G通讯实验网，对5G技术来说可视为重要的里程碑。且这也是要证明5G通讯技术可以让许多用户同时使用，服务也不会中断，更不会出现网络塞车问题。

　　爱立信（Ericsson）网络产品事业部5G架构负责人Joakim Sorelius认为，5G通讯技术6GHz以下频段规范纳入的技术，部份与现有的LTE技术相同，可「重复使用」。也进而让5G通 讯技术可向下兼容LTE；而高频的部份，因涉及覆盖率、延迟与传输距离短…等问题，则需要全新的技术才能因应。

　　图1：3GPP 5G技术标准规范时程 （来源：爱立信图）

　　mmWAVE规范还有得等…

　　采用高频段的毫米波相关规范，则由于使用的频段尚未决定，须到2020年之后才会定案。华壹生活科技（ALifecom）技术营销副总高淑华从各代行动通讯技术发展解释，今年3月3GPP发布了Release 13与14，并在Release 14加入物联网（IoT）的概念，亦即NB-IoT，可实现LTE-Advanced Pro；而5G真正的名称为IMT-2020，规范是Release 15和16。根据3GPP的计划，2017年会宣布最终版Release 14、2018年Release 15，2019年则是Release 16。其中，6GHz以下频段是2020年第一波发布的5G规范；6GHz、10GHz以上的毫米波规范则预期会在2022年底定。

　　宜特科技（iST）讯号测试事业处工程处协理余天华指出，高频段的毫米波不仅现阶段的天线设计工程师对该频段不熟悉，还会带来其他开发挑战。首先，现有互补式金属氧化物半导体（CMOS）芯片需要使用新的制程，才能提高良率，否则将面临如同现今60GHz频段芯片良率只有15~20%的窘境；而新制程则需要重新设置半导体制程反应室（Chamber）。

　　不仅如此，现今支持2.7GHz频段的放大器，也须进一步透过新技术「升级」以支持更高频段，从成本的角度来看，目前60GHz放大器成本一颗约2万美元；而5G技术要求做到大规模数组天线多重输入多重输出（Massive MIMO）则最少得需要48颗放大器，成本的压力显而易见。余天华进一步说明，现阶段的天线模块设计工程师对于单天线的MIMO技术可谓相当得心应手，军方长期使用的矩阵式MIMO天线，势必会为工程师带来新的技术门坎，有意发展相关技术的厂商可能甚至得汰换现有的工程师，找寻新人才，才能顺利研发。

　　潘建安表示，5G毫米波频段标准分为Phase 1与Phase 2两阶段。Phase 1讨论40GHz以下的技术，涵盖Release 13、14、15的Massive MIMO、波束成型（Beamforming）与由2D转到全维度（full dimension）等技术；Phase 2则将讨论不再采用正交频分多任务（OFDM）的状况下，有哪些新的调变技术可用，目前NTT DoCoMo提出非正交多任务存取（NOMA）；沃达丰（Vodafone）、英特尔（Intel）、华为（HuaWei）。。等支持通用频分多任务（GFDM）；阿尔卡特-朗讯（Alcatel-Lucent）则支持通用滤波多载波（UFMC）/FBMC，未来何种技术可望成为标准，尚未明确，各个技术的支持厂商也正进行场测，期可提交更多数据获得3GPP或其他成员的认同。

　　总而言之，由于5G行动通讯技术在没有干扰的状况下，要达到大于10Gbps数据传输率；或是最少也要大于50Mbps，且移动状态下的讯号质量也要比现在的4G还要好。因此采用新的调变技术与使用毫米波频段，与4G技术相比，技术难度翻了好几倍，要用哪些调变技术才能真正发挥毫米波频段的优点，并非3GPP成员一朝一夕讨论后即可定案，也非标准规范出来，业者就能马上推出产品，因此需要多方考虑，以及持续讨论相关技术可行性，因而3GPP将毫米波标准规范放在第二波公布。

　　高通认为，从5G标准化的进程看，关于5G技术的第一版Release以及相应的技术规范可望在2018年发布。5G是一个全新的系统，意味着该技术包含非常多目前4G技术所不支持的全新功能，一方面，5G和4G技术仍有很多相似性，比如在波形技术上。高通指出，5G和4G会一样会采用OFDM的波形技术；另一方面，5G和4G也有非常多的差异，5G要支持众多跨产业的不同用途，不仅只是「高速行动宽带」的要求，还包括大量物联网和关键业务型应用等，因此，对5G技术的要求，将远比4G多更多，因此也难怪3GPP将技术规范细分为6GHz与毫米波Phase 1、Phase 2，并阶段性的发布。

　　802.11跨足5G领域

　　不仅3GPP积极针对5G行动通讯制定标准，电机电子工程师学会（IEEE）也以802.11技术为基础，发布新标准抢攻5G市场。

　　是德科技（Keysight）应用工程部资深项目经理张式先表示，从整个5G技术市场发展来看，5G市场并非一定是由电信（telecom）业者大力支持的3GPP蜂巢式（cellular）网络技术所主导，数据通讯（datacom）阵营，也就是提出无线局域网络（Wi-Fi）802.11ac/ad技术的IEEE，也致力于5G技术规范的制定。

　　根据IEEE针对802.11技术规范的进程，在802.11ac/ad之后，将陆续推出其他版本。潘建安说明，因应5G通讯技术需求，IEEE已着手讨论802.11ac下一代802.11ax、针对物联应用的802.11ah、供车联网应用的802.11p，以及应用毫米波频段的802.11ay。

　　其中，802.11ax进度最快，目前0.1版草案已推出，1.0版草案预计今年年底问世，估计2017年底会有相关产品上市。而802.11ax使用单一输入单一输出（SISO），预计接取点（AP）端的吞吐量可提高四倍；以往802.11技术专攻室内联机应用，802.11ax将可适应户外应用所需；此外，为因应多使用者的情况，也将过去使用的OFDM调变技术，改为导入正交频分多址（OFDMA）。这些技术的运用，期让802.11ax能在相同的频谱利用率下，提供更好的使用者经验。

　　事实上，802.11ac/ad已被国际电信联盟（ITU）纳入标准规范中，其中，使用60GHz频段的802.11ad，该技术擘划的应用蓝图中，有许多与5G技术提出的应用很类似。举例来说，5G通讯技术希望以运用高频频段来支持人口密集区域的联机质量；而802.11ad也为因应多人使用而提出在路灯上安装802.11ad装置的应用建议。

　　不仅如此，802.11ad早已开始应用Massive MIMO、毫米波与数组天线等技术，这与5G规范中采用的技术不谋而合。张式先指出，几年前提出的802.11ad有能力可以实现5G通讯术，因为该技术发展的相关知识可以进一步延用至开发5G通讯相关产品。这也是2016年许多通讯芯片大厂如高通、联发科（MediaTek）、博通（Broadcom）…等开始积极布局并致力研发802.11ad芯片的主因。

　　值得注意的是，IEEE早有企图想从Wi-Fi此一行动性不高的技术，跨足行动通讯领域，该组织提出的技术相信市场上并不陌生——全球互通微波存取（WiMAX）。卢明政解释，虽然WiMAX已被视为失败的技术，现今也少有地区使用，但不容忽略的一点是，由WiMAX衍生而出的分时长程演进计划（TD-LTE），不仅是目前4G时代的重要技术之一，亦受3GPP重视，纳入正式的标准规范中。甚至5G通讯技术要有效的利用频谱，即须仰赖分时多任务（TDD）达成目标，因此种种「因缘际会」下，也让IEEE有机会可以进军5G通讯技术领域。

　　不过，IEEE是否能够成功仍有些非技术面的问题。华壹生活科技软件工程副总许亨仰认为，虽然WiMAX靠拢TD-LTE，取得进入行动网络的门票，但该组织对于规范的执行力道较为松散，亦即给予业者许多弹性。也就是说，IEEE不像3GPP严格要求业者的产品一定得一条条符合规范要求，以至于符合IEEE标准规范的产品常发生互操作性问题，若这样的情况未改善，可能会导致失败。

　　合作？还是对立？

　　从先前3GPP与IEEE两大阵营的「关系」来看，可以发现，在2G与3G时代，两大阵营都「各做各的」，各有自己一番天地，甚至处于对立状态。这样的关系，到了4G有了些微的转变，两阵营开始进行合作，也就是说，为了解决网络壅塞的问题，蜂巢式技术开始借助Wi-Fi进行分流，未来到了进入5G时代，两大阵营的「相处模式」将是对立？还是合作？业者普遍认为将是合作，但也有业者表示两大阵营仍是各守户外与室内应用领域，井水不犯河水。

　　根据5G技术规画，5G技术要结合所有的人事物，打造无所不在的网络与联机，并提供更好的传输速率与联机质量。许亨仰表示，要达到上述的理想，单靠蜂巢式技术或是WLAN是不可能的。虽然进入4G时代网络架构已改为全IP的状态，可以轻易和早已是全IP状态的IEEE规范结合，但4G技术仍以人与人之间的联机为主；而5G技术要加入事与物的连结，更是需要与Wi-Fi、固网合作，除了提升传输速率，还可做到无缝连结。

　　高淑华指出，新的应用如扩增实境（AR）、虚拟现实（VR）、物联网…等，会推动5G技术的加速进行，且还需要提升可靠度，因此两大山头在5G时代应该会有更多的沟通。潘建安表示，即使两大技术在物理层（PHY Layer）不会进行融合，但仍可彼此跨合作。

　　是德科技营销处资深营销项目经理郭丁豪强调，事实上，这两大技术都无法单就自家技术，打造一个5G世代所要求的「无所不在的网络世界」愿景，因此两大阵营势必得进一步合作。5G通讯技术很大的一个环节为基地台间无缝通讯，以及异质网络的合作，若两大阵营仍是各自为政，将很难落实随时随地都能联机且无缝上网的5G网络要求，许多崭新的应用也将无法顺利实现。

　　高通则认为，5G的时代，要达到万物互连此一非常广泛的概念，且还要实践「多连接」的想法，但此在4G时代已经开始发生——当引入LTE和Wi-Fi的时候就已经开始。「多连接」的概念在于，在同一终端上可以同时连接LTE和Wi-Fi，它的部份服务会基于LTE，而另一部份的服务则会基于Wi-Fi；又例如，一个单一的服务会同时基于LTE和Wi-Fi，至于它会选择哪种连接，这取决于哪一个链路比较好，这就是「双连接」的概念。针对5G，业者目前正在做的事情即是拓展这个概念，拓展到多个链路，终端可以同时进行5G、4G和Wi-Fi三种连接技术并保持畅通。根据不同链路的实际情况，有一些服务只透过4G，有一些使用5G，有一些则是利用Wi-Fi，甚至固网。因此，未来5G时代会将 「双连接」在4G时期的概念延伸并扩大至三种链路同时服务使用者，这将可让服务的管理变得更加有效率，用户体验也会变得越来越好。

　　5G市场百家争鸣

　　由于5G通讯采用较多不同以往的调变技术，甚至打破现有网络基础架构，因此除非「口袋很深」的大厂有能力先期投入研发，要完全掌握所有的5G技术，单一厂商将很难做到。余天华表示，5G可以说是「烧钱」的事业，加上要重新研发的技术众多，要想能够所有专利权一把抓，实不容易。

　　高淑华指出，现阶段投入5G相关芯片研发的业者，大多是在行动通讯领域耳熟能详的几家。不过在网络设备端，由于5G通讯走扁平和虚拟化，以及从上到下的整合架构，因此更非现有单一厂商能够完全支持市场所需，因此除了在芯片端不再由一家厂商独占IP专利，在网络设备端也会出现百家争鸣的状况。

　　由此可以推论，过去3G、4G时代由高通掌握大部份专利权的状况，将可能不复存在，而相关业者也体认到这一点，除积极抢争IP专利权之外，也开始进行合纵连横策略，各地区也纷纷成立相关联盟，期可主导技术规范，争得最多5G市场商机。

　　亚洲各国积极度破表

　　表1所示为全球各地区针对5G通讯所成立的协会。可发现，全球各地区皆很积极投入5G通讯的相关研发，并推动5G技术的发展。

　　表1：全球5G通讯技术的研究组织与计划

　　由表1可以发现，美国似乎并未成立相关5G发展协会，以及许多协会中都可见到华为的身影。许亨仰解释，美国地区在5G通讯发展虽未「成群结党」，但事实上，如Verizon就积极与5G-PPP合作，加上美国的电信业者拥有北美、中南美及第三世界国家市场基础，因此即便没有相关协会的成立，美国业者也将藉由和各地联盟的合作，强化其5G技术与市场的发展。

　　至于华为，该公司由WiMAX「发迹」，除了WiMAX转TD-LTE在第三世界国家打下的技术基础外，该公司亦获中国***强力的奥援。且华为亦积极参与全球各地成立的5G发展相关协会，目的也是期望可以让中国大陆在5G的发展上能够「后来居上」。

　　不仅如此，在5G的发展过程中也可以发现，除中国大陆，日本与韩国也相当积极。高淑华表示，中、日、韩三国可以说是全球发展5G技术最不遗余力的地区，而***也在2015年成立「***资通讯协会」。亚洲各国致力推展5G技术研发的最大目的，就是希望能掌握更多的IP专利与技术研发能量，在5G市场领先其他国家，赢得先机。

　　芯片商也戮力与相关业者合作进行场测。举例来说，高通即参与3GPP的标准化进程和相关活动，且今年6月该公司也推出基于3GPP NR概念的5G新空中界面原型。高通说明，5G新空中接口原型是与爱立信的合作成果；而高通旗下的高通技术也与韩国电信共同示范利用授权及未授权频谱的增强型辅助授权接取（eLAA）和辅助授权接取（LAA）空中下载技术测试。

　　联发科则一改过去「追随者」的角色，在5G市场有较多积极的作为。2016年6月该公司即宣布加入中国移动5G联合创新中心，与中国移动共同推动5G技术研究、测试及业务创新，以力求在 5G 的标准制定中，贡献具体成果。

　　***仍有机会迎头赶上？

　　相较于各国积极发展5G，***又是如何？厂商多认为***产学界在5G技术研发与IP专利的取得上较过往努力许多。卢明政认为，虽然目前5G标准仍是较为模糊的蓝图，但***学界与产业界已开始致力研究5G所涉及的众多技术，如罗德史瓦兹与中山大学携手开发多天线（8×12）量测平台已取得初步成果。

　　不过，较令人忧心的是，***业者对于5G通讯究竟要做什么仍很模糊，因此持观望态度的厂商居多，投资也相对保守。虽然***政府锁定小型基地台（Small Cell）作为***抢攻5G商机的利器，但Small Cell从3G时代已经开始被提及，虽然5G世界也需此装置，但其能否大量出货或被采用，仍端看电信营运商的市场策略与新服务的推展状况。

　　郭丁豪则指出，过去***的确都是等规格制订之后才会投入，导致在IP争夺战中都败阵下来，产品推出的同时必须付出高额的授权金，但***资通讯协会的成立将可望打破此僵局。***通讯协会从IP着手，目的希望能提供3GPP针对5G的技术专利，并获得采用，然专利的取得，短时间内，投资看不到结果，因此需要***厂商的支持与国家力量的挹注，以及研究单位如工研院（ITRI）、中科院与大专院校等共同努力，***才能在5G市场有更多主导机会。

　　另外，在4G通讯技术以前，***厂商拥有较多天线技术相关的IP专利，基地台相关技术本就较为缺乏，因此在5G发展中，***亦可选择专攻天线相关技术。张式先强调，***在5G研究虽起步较慢，但选择38GHz频段进行研究与开发相关技术可谓押对宝；不仅如此，即使在WiMAX跌了一跤，不过，***累积了丰富WiMAX与Smallcell练兵经验，也提供许多WiMAX技术建议予3GPP ITU，因此***并未在5G发展中落后。

　　更重要的是，5G通讯涉及到军方掌握的天线与其他技术，而中科院在这方面的研究早已开始进行，因此中科院将在***5G产业中扮演相当关键的角色，现阶段该单位也与厂商或其他研究单位进行技术交流与研发合作，期可协助***业者在5G市场走得更快。