怎么4G技術(shù)才開臺短短幾年的時間，國外相關(guān)業(yè)者以及臺灣都已開始積極布局下一代行動通訊——5G的技術(shù)與市場？也許也感覺臺灣4G網(wǎng)路品質(zhì)似乎沒有電信營運商說的那么“神”，臺灣產(chǎn)官學(xué)界已經(jīng)攜手舉行了幾次“誓師大會”，務(wù)必扶植臺灣相關(guān)業(yè)者能在5G技術(shù)市場搶得先機。究竟 5G通訊技術(shù)有何迷人之處，讓廠商如此趨之若鶩？

　　4G技術(shù)迅速蔓延全球

　　觀察過去行動通訊技術(shù)的發(fā)展，如2G與3G，從技術(shù)研究初始到全面開臺、普及，大約10年為一個周期，但相較之下，4G通訊技術(shù)也就是長程演進(jìn)計畫（LTE）的發(fā)展可謂相當(dāng)快速。根據(jù)全球行動供應(yīng)商協(xié)會（GSA）統(tǒng)計，截至2014年底，全球LTE用數(shù)已達(dá)4.97億戶;至2015年中，已達(dá) 7.55億戶。用戶數(shù)的成長數(shù)量每年都以億計，也為相關(guān)廠商如晶片、設(shè)備、電信或量測儀器業(yè)者注入一劑強心針。

    觀察大中華區(qū)4G的發(fā)展，Hellberg表示，中國電信（China Telecom）已在國內(nèi)的重點城市推出“天翼4G+”第6類（CAT-6）服務(wù);中國移動（China Mobile）宣布將于多個地點建置CAT-6甚至CAT-9網(wǎng)路。不僅如此，4G+演進(jìn)的下一步計畫將落實3GPP Rel-12功能，例如高階調(diào)變，能將下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率增至600Mbps，又稱CAT-12。

   未來LTE-A的演進(jìn)趨勢強勁，也將拓展新用途，如裝置對裝置功能，有助于近距離探索及車輛溝通，也能以聚合授權(quán)頻譜的形式，將其優(yōu)點擴及未授權(quán)頻譜（在美國等地稱LTE-U，在歐洲、日本等地稱LAA）。甚至包括物聯(lián)網(wǎng)（IoT）也將一并獲得改善，例如低復(fù)雜度機器通訊（eMTC）及針對新控制服務(wù)的超低延遲等，在在都將進(jìn)一步擴大LTE-A的使用情況。

　　4G如火蔓延全球之際，下一代行動通訊技術(shù)5G也開始醞釀，日本與韓國電信業(yè)者已分別宣布將在2020年、2018年展現(xiàn)最新的5G技術(shù)網(wǎng)路 ——日本NTT DoCoMo與諾基亞（Nokia）將共同研發(fā)實現(xiàn)高頻網(wǎng)路運行的5G無線網(wǎng)路技術(shù)，并計畫在2020年的東京奧運會上向全世界展示;而韓國電信（KT） 腳步更快，將和成功驗證5G多層次異質(zhì)網(wǎng)路載波聚合技術(shù)的愛立信（Ericsson），在2018年平昌冬季奧運上成為全球第一個推出5G通訊服務(wù)的業(yè)者。

　　此外，中國大陸網(wǎng)通設(shè)備供應(yīng)商華為（Huawei）也宣布2018年將開始布建5G網(wǎng)路，中興（ZTE）也將隨之跟進(jìn)。由此可見，4G市場的火焰正熾之時，相關(guān)業(yè)者已開始5G技術(shù)的研發(fā)，以期可順利進(jìn)軍下一代傳輸速率更高、效能更好的行動通訊技術(shù)。

    面對3G與4G成本尚未全面回收的同時，全球許多地區(qū)已開始發(fā)展5G技術(shù)，業(yè)者均表示，現(xiàn)階段發(fā)展5G技術(shù)并沒有所謂太早或太晚的問題，反而時機正好。Marvell行動產(chǎn)品總監(jiān)張路認(rèn)為，4G發(fā)展相當(dāng)?shù)目?，今年下半年新興國家如俄羅斯、印尼與印度等地，利用4G取代3G技術(shù)的態(tài)勢會越發(fā)顯著，而5G在技術(shù)與應(yīng)用上需要長遠(yuǎn)的演進(jìn)，預(yù)期2020年之后5G技術(shù)將開始進(jìn)入商用階段，因此現(xiàn)在著手進(jìn)行研發(fā)、克服5G技術(shù)挑戰(zhàn)，并不會太早。

   　5G技術(shù)究竟能為現(xiàn)在的生活環(huán)境帶來多大的改變？以至于業(yè)者即便在標(biāo)準(zhǔn)未定的狀態(tài)下，毅然投入？Hellberg 指出，5G能開創(chuàng)新服務(wù)、連接新產(chǎn)業(yè)與裝置、創(chuàng)造新使用者體驗，這些皆是以LTE-A以及4G+帶動的轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)，而未來LTE-A也將繼續(xù)演進(jìn)。不僅如此，5G不只是提高峰值速率，更將滿足未來10年不斷擴大的連網(wǎng)需求，同時無縫運用4G與無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）領(lǐng)域的投入成果。

　　未來，5G將促進(jìn)行動寬頻的演進(jìn)，但更重要的是，其將更具備規(guī)模彈性以支援更極端的使用情況，從連接大量的物件到新服務(wù)如超穩(wěn)定的任務(wù)臨界管控。Hellberg強調(diào)，5G將提供無邊際的連網(wǎng)體驗，裝置不再只是終點，而是提供全新的連接和互動方式，并帶來一致的體驗，例如無所不在的高速數(shù)據(jù)傳輸和基地臺邊際的限制。而統(tǒng)一的5G平臺將建于OFDM基礎(chǔ)上，支援所有頻譜類型與頻段，可彈性容納新服務(wù)與各種營運模式。

    從5G技術(shù)演進(jìn)來看，5G有部份技術(shù)的更新與采用是為了因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計。在可預(yù)見的未來物聯(lián)網(wǎng)時代中，機器與人的溝通將擴展至大量的機器對機器（M2M）的連結(jié)，另外，未來的影像資料傳輸量，將占總體網(wǎng)路資料傳輸量的70%，這些都將促使行動網(wǎng)路傳輸速率的再提升，而5G的高傳輸速率與更高的網(wǎng)路穩(wěn)定性恰好能符合上述應(yīng)用所需。

   　盡管5G將從4G發(fā)展而來，在LTE蜂巢式技術(shù)上強調(diào)更大的資料量與頻寬，但5G更關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)。NI技術(shù)經(jīng)理潘建安進(jìn)一步解釋，“5G除了追求更高速率，另一方面也著眼于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中要求更長電池續(xù)航力、更省電且低功耗傳輸?shù)腗2M與裝置對裝置（D2D）通訊，而在這方面沿用的就是 802.11的架構(gòu)?！?/p>

　　雖然5G技術(shù)可創(chuàng)造新的應(yīng)用服務(wù)商機，但要發(fā)展5G真正將晶片、設(shè)備、終端裝置…等開發(fā)出來，可不是件簡單的事。

    市場或業(yè)界對于行動網(wǎng)路技術(shù)的三個新需求——亦為對5G技術(shù)的新要求——傳輸速率更快速行動寬頻、高效能且低延遲，以及支援機器間的通訊。而這三項需求看似目前的4G已可滿足，但實際上卻相當(dāng)嚴(yán)苛。根據(jù)國際電訊聯(lián)盟（ITU）公開5G的網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度為20Gbps，目前最快的4G網(wǎng)路傳輸為150Mbps，這即為上述更快速傳輸速率的需求。低延遲的需求是指資料從A點傳輸至B點時，在最慢1毫秒（ms）及99.999%的時間點內(nèi)就得完成;而支援機器間通訊的需求即是M2M。

   上述三個需求也衍生了5G技術(shù)的五大技術(shù)挑戰(zhàn)。五大技術(shù)挑戰(zhàn)包括毫米波（mmWave）、大規(guī)模多重輸入多重輸出 （Massive MIMO）、M2M、智慧裝置，以及節(jié)點為中心的網(wǎng)路（Node-Centric Network）。為了提升傳輸速度，勢必使用更高頻的頻段，據(jù)了解，5G將使用6G~300GHz頻段，此超高頻段已非新技術(shù)，軍方早已使用，但即便如此，5G也將面臨新的問題——訊號穿透率——高頻訊號將很難穿透一般建筑物的墻壁，需在空曠處才能有較佳的連線品質(zhì)。

　　現(xiàn)今的4G技術(shù)發(fā)展至2×2或2×4最多到4×4 MIMO已具備相當(dāng)?shù)募夹g(shù)挑戰(zhàn)，5G的Massive MIMO從字面上來看就“不簡單”。洪岑維表示，5G由于要因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中大量裝置間的聯(lián)系，因此設(shè)計32×32或64×64 MIMO的架構(gòu)。不僅如此，每一根MIMO天線都要能夠進(jìn)行波束成型（Beamingforming），也就是說，一旦裝置與基地臺的連線確立后，即使裝置開始移動，這樣的連線機制與波束成型的功能都不能因此中斷。

　　現(xiàn)今蜂巢式Cellular技術(shù)架構(gòu)仍是以基地臺（BS）為主，但是傳送到遠(yuǎn)端的建筑物中訊號不僅會減弱，傳輸速度也無法保持原有的品質(zhì)，因此 5G節(jié)點為中心的網(wǎng)路架構(gòu)則是在室內(nèi)布建支援毫米波的小型基地臺，如此一來，遠(yuǎn)端的基地臺就可以換手（Hand-off）給室內(nèi)或房間的基地臺，提升訊號傳輸覆蓋率的品質(zhì)，也能提高資料傳輸速度。不過這中間的傳輸機制該如何制訂、不同廠牌間的基地臺該如何互通或順利進(jìn)行換手，將相當(dāng)考驗電信營運商或網(wǎng)通設(shè)備商的智慧。

  5G技術(shù)挑戰(zhàn)，包括行動寬頻資料傳輸速率提高10~100倍、延遲時間再縮短5倍，但連網(wǎng)裝置功耗卻得低上10倍。4G跨到5G技術(shù)中間有一定的技術(shù)挑戰(zhàn)，除了換手機制、連線品質(zhì)的再升級外，干擾問題、新頻譜的使用、毫米波等問題的克服亦相當(dāng)重要。洪岑維則坦言，業(yè)者們?nèi)栽诔掷m(xù)思考能以那些現(xiàn)有或新技術(shù)實現(xiàn)5G的技術(shù)架構(gòu)。

　　現(xiàn)階段，由于標(biāo)準(zhǔn)未定，因此5G技術(shù)的發(fā)展處于“多頭馬車”的狀態(tài)。各家甚至各地區(qū)相關(guān)業(yè)者發(fā)展5G技術(shù)尚未有共識，雖然ITU、 3GPP等國際單位正在研擬相關(guān)5G規(guī)范，但是日韓或是美國電信業(yè)者，以及晶片商或設(shè)備供應(yīng)商等率先在標(biāo)準(zhǔn)底定前發(fā)展5G網(wǎng)路，目的就是為了要取得市場與標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)權(quán)。

   　5G的標(biāo)準(zhǔn)究竟何時底定？目前所知是2017年時，會有初步的版本出來，2020年5G將可正式開臺。不過即便標(biāo)準(zhǔn)未定，業(yè)者已開始搶先布局，其中以量測儀器廠商及設(shè)備商的腳步最快。Ewerbring表示，3GPP持續(xù)推出LTE新標(biāo)準(zhǔn)，如Rel.10、11、12等演進(jìn)版本，或是針對M2M 制定的LTE-M，以及NB-LTE，都是讓廠商循序漸進(jìn)由4G過渡到5G的重要方式，只要遵循此進(jìn)程，業(yè)者研發(fā)的5G產(chǎn)品將不會有太大的“失準(zhǔn)”。

　　先進(jìn)測試驗證方案加速5G研究　盡管系統(tǒng)業(yè)者、元件商與營運商對于5G的未來發(fā)展看法不同，甚至還存在政治角力，但從技術(shù)上來看目標(biāo)是一致的。

   5G的終極目標(biāo)在于將傳輸速率提高到GHz/s等級、小于1ms的低延遲與低功耗等，為此，更重要的是定義哪一個頻道的應(yīng)用。

　 針對6GHz頻段以下的5G測試，現(xiàn)有的2G、3G與4G方案已能滿足需求，目前全球各地研究單位看好的是毫米波頻段，但對于這一頻段的通道瞭解有限，需要更前端的通道探測途徑掌握通道特性與建模。為此，是德科技在現(xiàn)有的5G測試方案外，率先提供通道探測解決方案，整合毫米波、超寬頻頻寬與MIMO技術(shù)，協(xié)助研究單位加速更先進(jìn)的5G通道探測研究。

　　NI更進(jìn)一步提供從原型開發(fā)、演算法部署與驗證，以及最后發(fā)布到機房進(jìn)行實測的完整系統(tǒng)，期望協(xié)助客戶盡早走出實驗室。湯敏表示，“5G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程雖然還在發(fā)展中，但業(yè)界廠商已經(jīng)在主要技術(shù)方面達(dá)成了共識。波束成形與毫米波等各種與5G技術(shù)有關(guān)的驗證與測試，以及無論是強調(diào)更高速的蜂巢式通訊還是瞄準(zhǔn)超低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，NI均提供了相應(yīng)的方案架構(gòu)，不但為還在實驗階段的5G研究提供演算法與標(biāo)準(zhǔn)化驗證，另一方面也協(xié)助營運商進(jìn)行實測?！?/p>

　　目前，除了先前軍方已使用的毫米波技術(shù)，以及因應(yīng)5G采用高頻的趨勢，他們會持續(xù)增加現(xiàn)有儀器產(chǎn)品如頻譜分析儀、訊號產(chǎn)生器等支援的頻寬，以滿足測試需求外，針對5G產(chǎn)線端的測試儀器，將有新的測試機種問世。