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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

5G時代蓄勢待發 臺灣技術卡位

撰文/施祖琪 攝影/黃鼎翔

隨著4G在全球陸續進入商轉,新一代的無線通信技術5G也已啟航,先進國家紛紛加緊相關技術的研發和標準制定。工研院亦與相關單位共謀發展5G通訊標準,讓臺灣適時掌握市場先機。


目前,5G在系統能力和技術規格尚未明確規範,但重要國際組織與業者均全力推動5G技術於2020年完成商轉。專注於國際行動電信系統(IMT)研究的ITU-R WP5D(國際電信聯盟無線電通訊局──5D工作小組)已著手起草《2020年及之後IMT系統發展架構和目標(Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond)》建議書,預計將於2015年定稿,且於2020年底以前決定並核准5G系統的標準和規格。因此經濟部技術處日前與英國貿易文化辦事處合辦「臺英5G聯合研討會」,共同探討此一新興通訊技術的前景。

英國薩里大學5G創新中心(5GIC)計畫主持人之一的 Pei Xiao 博士指出,5G系統最大的挑戰為提高面積效率、降低網路延遲時間、推動綠色科技和打造一致性的用戶體驗。這些問題需要多方投入和跨學門參與才能解決,故 5GIC 已與包括工研院在內的全球研發夥伴攜手投入研究。

倫敦國王學院電信研究中心所長Mischa Dohler博士在會中表示,每一代無線通信技術的週期更迭約歷時10年。由於英國自2014年起開始探討5G技術,所以他預計2023~2024年間會正式上路,不過,5G真正起飛恐怕得等到2030年。他還表示,希望5G是最後一代,但會有持續的標準發展和改進的通信技術。在5G通信系統的演進中,臺灣和英國都很重視國際合作,且兩國的地理環境和人口分布特點頗為相近,應汲取彼此優勢並加強合作。

資訊產業願景:BRIDGE迎向5G

工研院資訊與通訊研究所副所長,暨臺灣資通訊產業標準協會秘書長周勝鄰指出,依據工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)的分析,截至2020年以前,以下六大趨勢將推動無線通訊技術朝向5G邁進:寬頻(Broadband)、智慧城市與區域(i-region)、網路無遠弗屆(Internet Everywhere)、數位樂活(Digital LOHAS)、綠色資通訊服務(Green ICT Services)、終生教育學習(E-readiness)――各取其英文字首,這些推動因素簡稱為「BRIDGE」。

在BRIDGE推波助瀾下,人類生活型態的改變將加快和變多,至2020年時,生活各面向都將仰賴新通訊系統啟動及運作,如:智慧農耕(食)、3D虛擬試衣間(衣)、居家用電監控(住)、互連智慧汽車(行)、擴增實境輔助教學(育)、虛擬體感遊戲(樂)等,真正實踐智慧生活的願景。而現階段系統將無法因應新需求,而會由下一代行動通訊平臺5G支援。

5G系統能力和關鍵技術

針對5G關鍵的系統能力,ITU-R WP5D已在今年二月舉辦的第21次會議上,就使用者體驗速率、峰值速率、行動性、網路延遲時間、連接設備密度等指標做出進一步定義(表一)。根據這些定義,除了行動寬頻傳輸量以外,5G和4G系統之間最大的差異還包括低網路延遲時間、高可靠性,以及大規模的機器與機器通訊。


現階段,許多國家已投入5G技術的發展,如:歐盟透過「2020年資訊社會的行動暨無線通訊網路驅動」(Mobile and Wireless Communications Enablers for the 2020 Information Society; METIS)計畫進行5G的理論和技術基礎的規畫。依據METIS的願景,5G技術須支援:



  • 行動數據流量增加1,000倍

  • 聯網設備數量提高10到100倍

  • 終端用戶數據速率加快10到100倍

  • 端到端網路延遲時間縮短為1/5

  • 低功率設備的電池續航力延長10倍



2014年初,行政院於「5G產業策略會議」明定出我國未來的5G發展方向,並號召產、官、學界共同投入研發工作。有鑒於5G系統對「行動數據流量增加1,000倍」的關鍵要求,頻譜效率、網路延遲時間和連接密度都必須大幅改善,國內的5G技術研發將鎖定三個面向,目標是在2020年催生出國產的整合性5G解決方案,重點如下:



  • 新無線接取網路系統:包括頻譜共享、大規模多輸入多輸出(massive MIMO)、波束成形/追蹤(beam forming/tracking)等可增加頻譜效率及流量的技術領域。

  • 大量機器類型通訊系統(massive MTC):如非正交波形、自發電MTC元件等支援IoT設備接入和加強電源效率的技術。

  • 超密度網路(UDN)系統:包括動態頻譜接取技術

  • (Dynamic Spectrum Access; DSA)、軟體定義網路(Software Defined Networking; SDN)、自組網路(Self-Organizing Network; SON)和移動網路(Moving Network)等領域,以提高系統單位面積吞吐量和強健性。


 

5G不只改變通訊 更是生活型態

這些標準及技術為5G行動和無線通訊系統提供理論與技術基礎,也描繪出下一代通訊的光明願景。工研院和資策會等單位亦共謀發展5G通訊標準,並將標準技術提案送交ITU-R WP5D,讓臺灣不在影響重大的標準制定過程中缺席。

然而,周勝鄰特別強調,通訊系統的進步雖是5G成真的必然條件,但5G時代若要真的起飛,更重要的是整體生態體系的成熟,故ICT產業其他領域的革新也不可或缺,才能促成智慧生活。臺灣在ICT產業擁有豐沛的資源及經驗,不僅Wi-Fi產品的全球市占率達八成,在用戶端(CPE)通訊設備成本下降、應用普及和研發上亦扮演關鍵的角色。若能適時掌握市場先機,5G時代可望為臺灣ICT領域和整體產業發展注入莫大商機!

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