5G大躍進

2016-12-31  記者 洪于婷 報導

想像你正在等待山區風景區的接駁車時,拿起手機,點擊iTunes新上架的電影開始下載,利用時間順便滑個臉書。30秒後接駁車抵達,手機提供的5G網路也已經把完整電影載到手機裡,在沒有網路覆蓋的山路上,恰好能利用無聊的交通時間,把一部電影完整的看完。在30秒內下載2G大小檔案的網路傳送技術,估計2020年即將開發完成,將網路通訊由4G推向5G時代。
 

5G世代來臨 翻轉網路應用

受到臉書創辦人祖克伯(Mark Elliot Zuckerberg)和英特爾(Intel)執行長盛讚、重視的第五代移動通信系統(5th generation wireless systems,簡稱5G)能夠應用在不只是通訊設備,物聯網、車聯網、甚至虛擬實境、智慧家庭監控等,都將仰賴5G服務。要了解5G將如何取代4G(第四代移動通信系統),必須從最早的2G開始。

在2G時代,所有的數據都是經由線路交換的撥接系統傳輸。到了3G時代,保留2G的技術,增加封包交換的系統,意即不再需要經過撥號,只要透過網路連接就能傳輸資料。直到現今使用的4G,採用的系統支援封包交換,網速更迅速,在無4G基地台覆蓋的地方,仍能使用3G的基地台上網、用2G的語音線路系統來講電話。
 

從科學角度解析5G技術

提到網速,就不得不提到頻寬。一般人對頻寬的理解就好像道路越寬,越能容納許多車子(使用者),行車速度(網速)也就越快。但頻寬並不能自由控制,無法像道路一樣要多寬有多寬。每個無線數據都要經由電磁波傳遞,而能量較低、安全且具有繞射特性、可用來做無線通訊使用的電磁波頻率介在1KHz(一千赫茲)至100GHz(十萬兆赫茲)之間。


在所有目前發現的電磁波中,可用來發展通訊的電磁波頻率範圍,相對佔少數。(圖片來源/科技新報

但電磁波有個麻煩的特性:接收和發送端,必須位在同一個頻寬中(例如1MHz~1.2MHz)才能接受到訊息,而每個頻寬同時間只能傳送一組訊號。「就好像一條路一次只能有一台車通過一樣,但道路有限,要通過的車非常多,於是技術人員開始研發不同大小、功能的車,有的車大小能從隙縫穿過,有些車能兩台並行穿過。」就職新竹科學園區的技術人員黃文漢解釋。

由於無線通訊的頻譜有限且相對稀少,使用的執照費也因此非常昂貴,根據網路媒體科技新報(technews)指出,「使用執照有限,我國的國家通訊傳播委員會(NCC)為了規範每家企業可以使用的頻寬,通常會以公開招標的方式讓出價最高的電信業者取得使用執照。」因此如何讓更多車在互不干擾的情況下,在同一條路更加快速的通過,就是4G進入5G的研發過程中要解決的主要課題。
 

中國注資Polar編碼 奪得5G先機

2016年11月14日至18日第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project,簡稱3GPP)召開會議,決定5G在行動寬頻業務上處理訊號採用的編碼,為wifi系統使用的低密度奇偶檢查碼(LDPC碼,用來更正傳輸中所發生的錯誤的編碼方式)和中國華為技術公司注資的極化碼(Polar碼,是目前唯一能使訊號傳遞接近最大傳輸率的編碼)。編碼一經規範,所有5G時代的裝置、硬體設備都要依循規範的編碼來開發,中國在Polar碼開發同時也已經開啟各項5G時代的軟硬體技術,媒體評論,在這次的會議過後,中國在5G時代上將漸成要角。
 

5G的高速網路 開發者準備好了嗎?

5G技術,根據下一代行動網路聯盟(Next Generation Mobile Networks Alliance)定義,必須要擁有每秒傳輸數十兆位元給數萬名用戶的能力,且覆蓋率必須比4G來得更高、更廣。5G技術將具備高網路容量、低延遲等特性,使數據傳送率提高將近100倍、延長裝置電池壽命、增強網路安全,但4G服務在台灣推出不到4年,5G的高網速有可能如預期一般的更快更廣嗎?


5G網路技術除了編碼需創新研發外,也須重新開發能夠配合5G技術的硬體設備。(圖片來源/科技新報

科技媒體EET Taiwan指出,因應5G的高頻寬需求,頻寬勢必設定在500MHz至2GHz之間,5G技術研發過程可能會面臨不同通道、頻寬之間的特性不同,而必須開發不同的通道探測系統。在探索、搜集通道時,紀錄量測資料的硬碟大小也需要巨量的容量,才能容納更多資訊。
 

5G應用廣 翻轉物聯網

5G服務上市之後,將為各行業打下更加安全快速服務的基礎。根據國際通訊公司愛立信(Erricson)和網路媒體數位時代的分析,幾乎所有產業的業者皆期望透過5G,能幫助增進其客戶體驗及客戶需求分析。在金融服務業方面,5G的高速特性有助於推動即時行動交易及高頻率交易。

健康照護方面,遠端視訊診斷、照護等,也都能夠由5G提供高畫質、流暢的影像傳輸。甚至能運用在最近當紅的虛擬實境上,即時傳輸8K高畫質、3D立體影像顯示都不再是件耗時費力的工作。根據愛立信另一項調查指出,2021年時,全球的行動聯網裝置終將會有四分之一是物聯網裝置,如無人運輸機等。5G網路建立方便且低成本的物聯網,將是顛覆傳統貨運產業的重要關鍵。


3G、4G、5G世代的網路下載速度比較圖。(圖片來源/cnet
 

高速網路服務推出 電信業者未來堪憂

在5G時代,將會有更多有別於傳統語音通訊服務的需求浮出,網路業務為主的物聯網、車聯網藉由5G增進衛星定位、高速穩定傳輸的需求逐漸增加;更多網路業務公司的加入,勢必令傳統電信業者在通訊服務的影響力逐漸下降。媒體科技報橘的報導中提及,電信行業警告:「由歐洲電子通信監管機構(BEREC)提出的現行網絡中立性原則,為5G網絡的投資回報帶來了諸多不確定性。因此,除非監管部門對創新保持積極的姿態並堅持到底,否則對5G網絡的投資可能會推遲。」電信產業未來或許需要再重新思考經營方向,才不至於在顛覆通訊技術的同時,也顛覆了自己的產業。

總編輯的話魏若芸

本期喀報為260期,以「線上學習E-learning」為頭題,利用資訊圖表來呈現線上學習產業的概況。另外本期兩篇動畫在切合主題之餘互動效果十足,完整地把資訊藉由遊戲呈現出來。

本期頭題王 ╱ 朱倫君

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本期疾速王 ╱ 鄧涵文

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