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。