為達(dá)到各界對(duì)5G通訊高傳輸率、低延遲、高網(wǎng)路容量密度等共識(shí)目標(biāo)，通訊業(yè)者正積極朝使用更高頻段頻譜、引進(jìn)新的調(diào)變與天線技術(shù)，以及整合異質(zhì)網(wǎng)路等三大方向投入研發(fā)。掌握關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展，可以發(fā)掘未來(lái)十幾年科技與通訊領(lǐng)域重大商機(jī)。

2017年5G發(fā)展將全速前進(jìn)。在各國(guó)政府與主要通訊大廠競(jìng)相投入下，5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展已更趨明朗，日前美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)完成5G頻譜分配規(guī)劃、高通(Qualcomm)與Intel都將推出晶片解決方案，另外，Verizon攜手七家5G技術(shù)論壇伙伴一同研擬自訂5G標(biāo)準(zhǔn)期在2017年提前商用，這些進(jìn)展在在皆顯示全球5G發(fā)展能量已迅速積累，2017年市場(chǎng)熱度更將攀升至新高點(diǎn)。

為達(dá)到各界對(duì)5G通訊高傳輸率、低延遲、高網(wǎng)路容量密度等共識(shí)目標(biāo)，通訊相關(guān)業(yè)者正積極朝使用更高頻段頻譜、引進(jìn)新的調(diào)變與天線技術(shù)，以及整合異質(zhì)網(wǎng)路等三大方向投入研發(fā)。因此，本次活動(dòng)特別邀請(qǐng)研究單位與技術(shù)領(lǐng)先的廠商擔(dān)任講師，剖析如何運(yùn)用6GHz以下頻段與毫米波頻段達(dá)到更高傳輸速率；并介紹通用分頻多工(GFDM)、MassiveMIMO、行動(dòng)邊緣運(yùn)算(MEC)等5G關(guān)鍵技術(shù)。

5G產(chǎn)業(yè)愿景 科技發(fā)展核心

3GPP的第五代行動(dòng)通訊愿景分成三個(gè)部分，Nokia端到端解決方案部資深技術(shù)經(jīng)理Johan Asplund(圖1)說(shuō)，傳統(tǒng)的行動(dòng)寬頻重點(diǎn)為Extreme Mobile Broadband，目標(biāo)是無(wú)論何時(shí)何地傳輸速率皆可達(dá)100Mbit/s，峰值速率(Peak Rate)超過(guò)10Gbits/s；而大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)Massive Machine Communication，強(qiáng)調(diào)低成本、低耗電、大量連結(jié)，每平方公里100萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)；特殊應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)Critical Machine Communication，強(qiáng)調(diào)低延遲(Low Latency)、高可靠度(Ultra Reliability)、無(wú)行動(dòng)中斷(Zero Mobility Interruption)。

圖1　Nokia端到端解決方案部資深技術(shù)經(jīng)理Johan Asplund說(shuō)，5G的重點(diǎn)為Extreme Mobile Broadband、Massive Machine Communication與Critical Machine Communication。

　　5G高速傳輸有一個(gè)重點(diǎn)，就是采用高頻毫米波頻段，大約是在24GHz～86GHz，詳細(xì)使用頻段還有賴(lài)各國(guó)政府與電信主管機(jī)關(guān)訂定。另外，更多頻道同時(shí)傳送訊息，也有助于傳輸速率的提升，運(yùn)用大規(guī)模多進(jìn)多出(Massive MIMO)技術(shù)，搭配波束成型(Beamforming)、波束追蹤(Beam Tracking)技術(shù)可大幅提升傳輸速率與品質(zhì)。而結(jié)合不同網(wǎng)路頻寬的異質(zhì)網(wǎng)路整合技術(shù)，是提升傳輸速率的方式。彈性的框架設(shè)計(jì)與分散式的架構(gòu)，也是發(fā)展重點(diǎn)。

在產(chǎn)業(yè)預(yù)期進(jìn)展部分，Johan Asplund表示，今年在北美地區(qū)，定點(diǎn)的無(wú)線傳輸速率將達(dá)1Gbits/s，峰值速率將達(dá)5Gbits/s。2018年韓國(guó)昌平冬季奧運(yùn)，將推出試運(yùn)行的5G服務(wù)，除了強(qiáng)化行動(dòng)性，無(wú)線傳輸?shù)姆逯邓俾蕦⑦M(jìn)展至10Gbits/s，網(wǎng)路延遲將縮短至1毫秒(ms)，頻帶的應(yīng)用將擴(kuò)展到30GHz；

　　2019～2020年，日本、大陸、歐洲都將陸續(xù)導(dǎo)入商轉(zhuǎn)，包括史上最盛大的歐洲國(guó)家杯足球賽、東京奧運(yùn)，非授權(quán)頻段的頻寬應(yīng)用等愿景將陸續(xù)達(dá)成。

提升網(wǎng)路資源管理效率

與現(xiàn)有4G LTE相較(表1)，5G的網(wǎng)路復(fù)雜度大為提升，Nokia臺(tái)灣暨香港澳門(mén)大中國(guó)區(qū)端到端解決方案總監(jiān)王集祥(圖2)指出，5G將WiFi、4G LTE、LPWAN等過(guò)去各自獨(dú)立運(yùn)作的網(wǎng)路連在一起，也透過(guò)多種新的技術(shù)提升網(wǎng)路頻寬與應(yīng)用范疇。由于應(yīng)用太多元，必須要透過(guò)不同的網(wǎng)路切片(Network Slicing)，區(qū)隔各種不同的垂直產(chǎn)業(yè)，以滿足不同的需求。最后，4G對(duì)云端的應(yīng)用比較單純，5G對(duì)云端的應(yīng)用將更為全面與深入。

圖2　Nokia臺(tái)灣暨香港澳門(mén)大中國(guó)區(qū)端到端解決方案總監(jiān)王集祥指出，5G將過(guò)去各自獨(dú)立運(yùn)作的網(wǎng)路連在一起，也透過(guò)多種新的技術(shù)提升網(wǎng)路頻寬與應(yīng)用范疇。

圖3　SGS電子通訊實(shí)驗(yàn)室副理廖兆祥指出，在2020年5G時(shí)代，行動(dòng)用戶(hù)數(shù)將較2015年成長(zhǎng)1.3倍達(dá)92億，行動(dòng)寬頻用戶(hù)將成長(zhǎng)2.3倍達(dá)84億。

　　從網(wǎng)路資源的應(yīng)用來(lái)看，王集祥解釋?zhuān)?G有一個(gè)很重要的觀念叫動(dòng)態(tài)資源管理(Dynamic resource management)，由于頻寬資源是有限的，所以必須要更精準(zhǔn)的管理，提供需要的使用者高頻寬或長(zhǎng)時(shí)連結(jié)并動(dòng)態(tài)調(diào)整。軟體定義網(wǎng)路(Software Defined Networking, SDN)和網(wǎng)路功能虛擬化(Network Function Virtualization, NFV)也會(huì)越來(lái)越重要，不僅會(huì)共同運(yùn)作，也對(duì)網(wǎng)路資源的自動(dòng)化管理與控制非常重要。

在應(yīng)用上，王集祥舉例，自動(dòng)駕駛、健康、智能電表這三種應(yīng)用對(duì)網(wǎng)路的需求截然不同，如何順利達(dá)成個(gè)別目的，網(wǎng)路切片成為未來(lái)最主要的手段，網(wǎng)路控制系統(tǒng)會(huì)透過(guò)不同參數(shù)的設(shè)定，包括成本、距離、服務(wù)品質(zhì)、資料速率、動(dòng)/靜態(tài)、電池壽命、延遲等不同參數(shù)的需求，分析出相關(guān)應(yīng)用的網(wǎng)路需求，加以模組化并提供最適合的網(wǎng)路資源給不同的服務(wù)。另外，動(dòng)態(tài)經(jīng)驗(yàn)管理(Dynamic Experience Management)相較于過(guò)去大多是靜態(tài)的管理，不僅能更即時(shí)也提供消費(fèi)者更好的使用者經(jīng)驗(yàn)。

5G滲透率更高 技術(shù)挑戰(zhàn)也不小

在5G三大主要應(yīng)用當(dāng)中，華碩電腦系統(tǒng)整合開(kāi)發(fā)處賴(lài)文政博士說(shuō)明，高傳輸速率的應(yīng)用網(wǎng)路架構(gòu)中有幾個(gè)重點(diǎn)，包括網(wǎng)路功能虛擬化、智能型行動(dòng)運(yùn)算、小型基地臺(tái)系統(tǒng)、小型基地臺(tái)射頻晶片與射頻收發(fā)器子系統(tǒng)。大量物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)包括：物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)器(IoT Sensor)、物聯(lián)網(wǎng)使用者終端(MTC UE)、物聯(lián)網(wǎng)存取點(diǎn)/閘道器(MTC AP/GW)、網(wǎng)路功能虛擬化與物聯(lián)網(wǎng)垂直服務(wù)應(yīng)用等。

5G之所以引起各界矚目，重點(diǎn)就在其將更深入每一個(gè)人的工作、生活、學(xué)習(xí)等各個(gè)層面，SGS電子通訊實(shí)驗(yàn)室副理廖兆祥(圖3)指出，在2020年5G時(shí)代，行動(dòng)用戶(hù)數(shù)將較2015年成長(zhǎng)1.3倍達(dá)92億，行動(dòng)寬頻用戶(hù)將成長(zhǎng)2.3倍達(dá)84億，行動(dòng)終端連接數(shù)將成長(zhǎng)1.5倍達(dá)116億，智能型手機(jī)用戶(hù)將成長(zhǎng)1.8倍至61億，行動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)終端連結(jié)數(shù)將成長(zhǎng)5倍至31億，行動(dòng)穿戴裝置連結(jié)數(shù)將達(dá)6.7倍至6億，行動(dòng)資料流量將成長(zhǎng)8.3倍至每月30.6EB，5G用戶(hù)數(shù)2021年也預(yù)期將成長(zhǎng)至1.5億，5G可以說(shuō)是未來(lái)幾年科技與數(shù)位生活的推進(jìn)器，也是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的引擎。

圖4 資策會(huì)智通所主任馬進(jìn)國(guó)解釋?zhuān){(diào)變是一種將一個(gè)或多個(gè)周期性的載波混入想傳送訊號(hào)的技術(shù)，常用于無(wú)線電波的傳播與通訊。

　　至于天線的構(gòu)型，除了最傳統(tǒng)的平面陣列式天線之外，廖兆祥表示，因應(yīng)不同使用情境或收訊需要，廠商也發(fā)表了許多不同型態(tài)的天線，如筒形、角錐、五面/六面錐形，Massive MIMO目前還有一些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括資料瓶頸(Data Bottleneck)、校正(Calibration)、耦合(Mutual Coupling)、不規(guī)則陣列(Irregular Arrays)與設(shè)計(jì)復(fù)雜性(Complexity)，由于陣列天線復(fù)雜度較傳統(tǒng)天線大為提升，所以設(shè)計(jì)與模擬、測(cè)試等工作就更加重要。

毫米波(mmWave)利用高頻段以提供高傳輸速度，而提高傳輸速率，需有MassiveMIMO、Small Cell等搭配才得以實(shí)現(xiàn)，廖兆祥認(rèn)為，其困難在于高頻本身的嚴(yán)重衰減特性，以及如何實(shí)現(xiàn)高頻電路設(shè)計(jì)。而MassiveMIMO可以提升資料傳輸率和連結(jié)穩(wěn)定性，資料的接收和傳輸并完成編碼為一大挑戰(zhàn)，如何將通道狀態(tài)的資料從接收器傳送到傳輸器，以便預(yù)先完成編碼則是主要的困難。

5G調(diào)變技術(shù)發(fā)展

5G由于采用過(guò)去多應(yīng)用在軍事、航太的30GHz以上超高頻毫米波頻段，為達(dá)成高速傳輸，勢(shì)必采用全新的調(diào)變(Modulation)技術(shù)，資策會(huì)智通所主任馬進(jìn)國(guó)(圖4)表示，調(diào)變是一種將一個(gè)或多個(gè)周期性的載波混入想傳送訊號(hào)的技術(shù)，常用于無(wú)線電波的傳播與通訊，利用電話線的數(shù)據(jù)通訊等各方面。依調(diào)變訊號(hào)的不同可區(qū)分為數(shù)位調(diào)變及類(lèi)比調(diào)變，這些不同的調(diào)變，是以不同的方法，將訊號(hào)和載波合成的技術(shù)。

圖5　工研院資通所新興無(wú)線應(yīng)用技術(shù)組副組長(zhǎng)陳文江表示，一般而言30GHz以上的頻段才稱(chēng)為豪米波，5G會(huì)從6GHz開(kāi)始慢慢往越高頻發(fā)展。

　　馬進(jìn)國(guó)強(qiáng)調(diào)，所有調(diào)變的原理都來(lái)自于1948年C.E. Shannon的Shannon Theory：C=B*log2(1+S/N)。近年來(lái)所有調(diào)變技術(shù)都是從這個(gè)理論而來(lái)，相信未來(lái)5G NR(New Radio)中的調(diào)變技術(shù)也會(huì)是如此。目前為業(yè)界討論較多的調(diào)變技術(shù)包括：Filter Bank Multicarrier(FBMC)、Universal-Filtered Multi-Carrier(UFMC)、Generalized Frequency Division Multiplexing(GFDM)、Filtered-OFDM與Non-Orthogonal Multiple Access(NOMA)等，新的調(diào)變技術(shù)以滿足高傳輸速率為主，但也同時(shí)需要可以應(yīng)用在大規(guī)模與特殊應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)上。

5G頻段漸次往高頻毫米波發(fā)展

高速傳輸?shù)牧硗庖粋€(gè)重點(diǎn)就是毫米波mmWave，工研院資通所新興無(wú)線應(yīng)用技術(shù)組副組長(zhǎng)陳文江(圖5)說(shuō)，一般而言30GHz以上的頻段才稱(chēng)為毫米波，目前工研院是國(guó)內(nèi)進(jìn)行毫米波研究最主要的團(tuán)隊(duì)，5G的頻段會(huì)從6GHz開(kāi)始，慢慢往越高頻發(fā)展，雖然近年各大廠展出毫米波技術(shù)應(yīng)用一直到73GHz或更高都有，不過(guò)那么高頻的應(yīng)用不會(huì)在5G剛開(kāi)始的幾年投入市場(chǎng)，現(xiàn)階段11GHz是還不錯(cuò)的頻段，再來(lái)就是最多國(guó)家投入的28GHz，然后是38GHz，這也是工研院目前投入研究的主要頻段，不過(guò)越往高頻發(fā)展，路徑損失(path loss)的問(wèn)題就更嚴(yán)重。

圖6　元智大學(xué)電機(jī)系助理教授彭朋瑞指出，5G未來(lái)運(yùn)作于30GHz以上毫米波頻段，對(duì)于電路設(shè)計(jì)亦帶來(lái)重大的挑戰(zhàn)。

　　毫米波應(yīng)用有以下幾個(gè)挑戰(zhàn)，通道量測(cè)(Channel measurement)對(duì)訊號(hào)的傳輸有很大的影響，相位陣列天線與波束成型(Phased array antenna/Beam forming)也攸關(guān)天線訊號(hào)與終端的溝通，除了波束成型之外波束追蹤也同樣影響訊號(hào)的良窳；另外，在同樣空間中太多裝置存取，就可能產(chǎn)生波束成型下的阻塞；另外，毫米波訊號(hào)覆蓋的范圍比較小，如果在小范圍內(nèi)有許多使用者需要連結(jié)，相關(guān)的支援非常重要。

高頻電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)驗(yàn)證挑戰(zhàn)

5G未來(lái)運(yùn)作于30GHz以上頻段，對(duì)于電路設(shè)計(jì)亦帶來(lái)重大的挑戰(zhàn)，元智大學(xué)電機(jī)系助理教授彭朋瑞(圖6)指出，以60GHz相位陣列收發(fā)電路為例，可以采用兩次升頻的方法，讓其頻率從基頻的數(shù)位訊號(hào)，轉(zhuǎn)換到60GHz高頻再發(fā)射。另外，接收器也是采用類(lèi)似的兩次降頻方法將高頻訊號(hào)降為基頻處理器可以處理的訊號(hào)。

圖7 Keysight應(yīng)用工程師涂智元表示，5G系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去任何一代行動(dòng)通訊技術(shù)，訊號(hào)量測(cè)在5G時(shí)代更形重要。

　　在訊號(hào)前端的功率放大器(Power Amplifier, PA)上，也是目前發(fā)展過(guò)程中很重要的元件，由于未來(lái)訊號(hào)收發(fā)頻率范圍非常寬廣，純矽元件無(wú)法負(fù)擔(dān)，目前被業(yè)界點(diǎn)名較頻繁的材料為氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)。5G系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去任何一代行動(dòng)通訊技術(shù)，所以在開(kāi)發(fā)階段準(zhǔn)確的訊號(hào)量測(cè)是系統(tǒng)驗(yàn)證非常重要的一環(huán)，Keysight應(yīng)用工程師涂智元(圖7)表示，訊號(hào)量測(cè)在5G階段更形重要。

　　近年測(cè)試認(rèn)證廠商非常強(qiáng)調(diào)高頻訊號(hào)的量測(cè)能力，主要就是為了因應(yīng)5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在初期協(xié)助客戶(hù)建立通道模型也是重點(diǎn)之一。涂智元指出，除了高頻訊號(hào)之外，波束成型的波形必須要透過(guò)不斷的驗(yàn)證、調(diào)整，以找出系統(tǒng)最佳化的方案，不同的客觀環(huán)境與應(yīng)用需求將帶來(lái)不同挑戰(zhàn)，其驗(yàn)證技術(shù)也必須要走在產(chǎn)業(yè)前面貼近產(chǎn)業(yè)的脈動(dòng)，并與客戶(hù)站在一起，才可以提供最佳化的測(cè)試解決方案。

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2017年5G發(fā)展將全速前進(jìn)。在各國(guó)政府與主要通訊大廠競(jìng)相投入下，5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展已更趨明朗，日前美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)完成5G頻譜分配規(guī)劃、高通(Qualcomm)與Intel都將推出晶片解決方案，另外，Verizon攜手七家5G技術(shù)論壇伙伴一同研擬自訂5G標(biāo)準(zhǔn)期在2017年提前商用，這些進(jìn)展在在皆顯示全球5G發(fā)展能量已迅速積累，2017年市場(chǎng)熱度更將攀升至新高點(diǎn)。

為達(dá)到各界對(duì)5G通訊高傳輸率、低延遲、高網(wǎng)路容量密度等共識(shí)目標(biāo)，通訊相關(guān)業(yè)者正積極朝使用更高頻段頻譜、引進(jìn)新的調(diào)變與天線技術(shù)，以及整合異質(zhì)網(wǎng)路等三大方向投入研發(fā)。因此，本次活動(dòng)特別邀請(qǐng)研究單位與技術(shù)領(lǐng)先的廠商擔(dān)任講師，剖析如何運(yùn)用6GHz以下頻段與毫米波頻段達(dá)到更高傳輸速率；并介紹通用分頻多工(GFDM)、MassiveMIMO、行動(dòng)邊緣運(yùn)算(MEC)等5G關(guān)鍵技術(shù)。

5G產(chǎn)業(yè)愿景 科技發(fā)展核心

3GPP的第五代行動(dòng)通訊愿景分成三個(gè)部分，Nokia端到端解決方案部資深技術(shù)經(jīng)理Johan Asplund(圖1)說(shuō)，傳統(tǒng)的行動(dòng)寬頻重點(diǎn)為Extreme Mobile Broadband，目標(biāo)是無(wú)論何時(shí)何地傳輸速率皆可達(dá)100Mbit/s，峰值速率(Peak Rate)超過(guò)10Gbits/s；而大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)Massive Machine Communication，強(qiáng)調(diào)低成本、低耗電、大量連結(jié)，每平方公里100萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)；特殊應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)Critical Machine Communication，強(qiáng)調(diào)低延遲(Low Latency)、高可靠度(Ultra Reliability)、無(wú)行動(dòng)中斷(Zero Mobility Interruption)。

圖1　Nokia端到端解決方案部資深技術(shù)經(jīng)理Johan Asplund說(shuō)，5G的重點(diǎn)為Extreme Mobile Broadband、Massive Machine Communication與Critical Machine Communication。

　　5G高速傳輸有一個(gè)重點(diǎn)，就是采用高頻毫米波頻段，大約是在24GHz～86GHz，詳細(xì)使用頻段還有賴(lài)各國(guó)政府與電信主管機(jī)關(guān)訂定。另外，更多頻道同時(shí)傳送訊息，也有助于傳輸速率的提升，運(yùn)用大規(guī)模多進(jìn)多出(Massive MIMO)技術(shù)，搭配波束成型(Beamforming)、波束追蹤(Beam Tracking)技術(shù)可大幅提升傳輸速率與品質(zhì)。而結(jié)合不同網(wǎng)路頻寬的異質(zhì)網(wǎng)路整合技術(shù)，是提升傳輸速率的方式。彈性的框架設(shè)計(jì)與分散式的架構(gòu)，也是發(fā)展重點(diǎn)。

在產(chǎn)業(yè)預(yù)期進(jìn)展部分，Johan Asplund表示，今年在北美地區(qū)，定點(diǎn)的無(wú)線傳輸速率將達(dá)1Gbits/s，峰值速率將達(dá)5Gbits/s。2018年韓國(guó)昌平冬季奧運(yùn)，將推出試運(yùn)行的5G服務(wù)，除了強(qiáng)化行動(dòng)性，無(wú)線傳輸?shù)姆逯邓俾蕦⑦M(jìn)展至10Gbits/s，網(wǎng)路延遲將縮短至1毫秒(ms)，頻帶的應(yīng)用將擴(kuò)展到30GHz；

　　2019～2020年，日本、大陸、歐洲都將陸續(xù)導(dǎo)入商轉(zhuǎn)，包括史上最盛大的歐洲國(guó)家杯足球賽、東京奧運(yùn)，非授權(quán)頻段的頻寬應(yīng)用等愿景將陸續(xù)達(dá)成。

提升網(wǎng)路資源管理效率

與現(xiàn)有4G LTE相較(表1)，5G的網(wǎng)路復(fù)雜度大為提升，Nokia臺(tái)灣暨香港澳門(mén)大中國(guó)區(qū)端到端解決方案總監(jiān)王集祥(圖2)指出，5G將WiFi、4G LTE、LPWAN等過(guò)去各自獨(dú)立運(yùn)作的網(wǎng)路連在一起，也透過(guò)多種新的技術(shù)提升網(wǎng)路頻寬與應(yīng)用范疇。由于應(yīng)用太多元，必須要透過(guò)不同的網(wǎng)路切片(Network Slicing)，區(qū)隔各種不同的垂直產(chǎn)業(yè)，以滿足不同的需求。最后，4G對(duì)云端的應(yīng)用比較單純，5G對(duì)云端的應(yīng)用將更為全面與深入。

圖2　Nokia臺(tái)灣暨香港澳門(mén)大中國(guó)區(qū)端到端解決方案總監(jiān)王集祥指出，5G將過(guò)去各自獨(dú)立運(yùn)作的網(wǎng)路連在一起，也透過(guò)多種新的技術(shù)提升網(wǎng)路頻寬與應(yīng)用范疇。

圖3　SGS電子通訊實(shí)驗(yàn)室副理廖兆祥指出，在2020年5G時(shí)代，行動(dòng)用戶(hù)數(shù)將較2015年成長(zhǎng)1.3倍達(dá)92億，行動(dòng)寬頻用戶(hù)將成長(zhǎng)2.3倍達(dá)84億。

　　從網(wǎng)路資源的應(yīng)用來(lái)看，王集祥解釋?zhuān)?G有一個(gè)很重要的觀念叫動(dòng)態(tài)資源管理(Dynamic resource management)，由于頻寬資源是有限的，所以必須要更精準(zhǔn)的管理，提供需要的使用者高頻寬或長(zhǎng)時(shí)連結(jié)并動(dòng)態(tài)調(diào)整。軟體定義網(wǎng)路(Software Defined Networking, SDN)和網(wǎng)路功能虛擬化(Network Function Virtualization, NFV)也會(huì)越來(lái)越重要，不僅會(huì)共同運(yùn)作，也對(duì)網(wǎng)路資源的自動(dòng)化管理與控制非常重要。

在應(yīng)用上，王集祥舉例，自動(dòng)駕駛、健康、智能電表這三種應(yīng)用對(duì)網(wǎng)路的需求截然不同，如何順利達(dá)成個(gè)別目的，網(wǎng)路切片成為未來(lái)最主要的手段，網(wǎng)路控制系統(tǒng)會(huì)透過(guò)不同參數(shù)的設(shè)定，包括成本、距離、服務(wù)品質(zhì)、資料速率、動(dòng)/靜態(tài)、電池壽命、延遲等不同參數(shù)的需求，分析出相關(guān)應(yīng)用的網(wǎng)路需求，加以模組化并提供最適合的網(wǎng)路資源給不同的服務(wù)。另外，動(dòng)態(tài)經(jīng)驗(yàn)管理(Dynamic Experience Management)相較于過(guò)去大多是靜態(tài)的管理，不僅能更即時(shí)也提供消費(fèi)者更好的使用者經(jīng)驗(yàn)。

5G滲透率更高 技術(shù)挑戰(zhàn)也不小

在5G三大主要應(yīng)用當(dāng)中，華碩電腦系統(tǒng)整合開(kāi)發(fā)處賴(lài)文政博士說(shuō)明，高傳輸速率的應(yīng)用網(wǎng)路架構(gòu)中有幾個(gè)重點(diǎn)，包括網(wǎng)路功能虛擬化、智能型行動(dòng)運(yùn)算、小型基地臺(tái)系統(tǒng)、小型基地臺(tái)射頻晶片與射頻收發(fā)器子系統(tǒng)。大量物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)包括：物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)器(IoT Sensor)、物聯(lián)網(wǎng)使用者終端(MTC UE)、物聯(lián)網(wǎng)存取點(diǎn)/閘道器(MTC AP/GW)、網(wǎng)路功能虛擬化與物聯(lián)網(wǎng)垂直服務(wù)應(yīng)用等。

5G之所以引起各界矚目，重點(diǎn)就在其將更深入每一個(gè)人的工作、生活、學(xué)習(xí)等各個(gè)層面，SGS電子通訊實(shí)驗(yàn)室副理廖兆祥(圖3)指出，在2020年5G時(shí)代，行動(dòng)用戶(hù)數(shù)將較2015年成長(zhǎng)1.3倍達(dá)92億，行動(dòng)寬頻用戶(hù)將成長(zhǎng)2.3倍達(dá)84億，行動(dòng)終端連接數(shù)將成長(zhǎng)1.5倍達(dá)116億，智能型手機(jī)用戶(hù)將成長(zhǎng)1.8倍至61億，行動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)終端連結(jié)數(shù)將成長(zhǎng)5倍至31億，行動(dòng)穿戴裝置連結(jié)數(shù)將達(dá)6.7倍至6億，行動(dòng)資料流量將成長(zhǎng)8.3倍至每月30.6EB，5G用戶(hù)數(shù)2021年也預(yù)期將成長(zhǎng)至1.5億，5G可以說(shuō)是未來(lái)幾年科技與數(shù)位生活的推進(jìn)器，也是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的引擎。

圖4 資策會(huì)智通所主任馬進(jìn)國(guó)解釋?zhuān){(diào)變是一種將一個(gè)或多個(gè)周期性的載波混入想傳送訊號(hào)的技術(shù)，常用于無(wú)線電波的傳播與通訊。

　　至于天線的構(gòu)型，除了最傳統(tǒng)的平面陣列式天線之外，廖兆祥表示，因應(yīng)不同使用情境或收訊需要，廠商也發(fā)表了許多不同型態(tài)的天線，如筒形、角錐、五面/六面錐形，Massive MIMO目前還有一些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括資料瓶頸(Data Bottleneck)、校正(Calibration)、耦合(Mutual Coupling)、不規(guī)則陣列(Irregular Arrays)與設(shè)計(jì)復(fù)雜性(Complexity)，由于陣列天線復(fù)雜度較傳統(tǒng)天線大為提升，所以設(shè)計(jì)與模擬、測(cè)試等工作就更加重要。

毫米波(mmWave)利用高頻段以提供高傳輸速度，而提高傳輸速率，需有MassiveMIMO、Small Cell等搭配才得以實(shí)現(xiàn)，廖兆祥認(rèn)為，其困難在于高頻本身的嚴(yán)重衰減特性，以及如何實(shí)現(xiàn)高頻電路設(shè)計(jì)。而MassiveMIMO可以提升資料傳輸率和連結(jié)穩(wěn)定性，資料的接收和傳輸并完成編碼為一大挑戰(zhàn)，如何將通道狀態(tài)的資料從接收器傳送到傳輸器，以便預(yù)先完成編碼則是主要的困難。

5G調(diào)變技術(shù)發(fā)展

5G由于采用過(guò)去多應(yīng)用在軍事、航太的30GHz以上超高頻毫米波頻段，為達(dá)成高速傳輸，勢(shì)必采用全新的調(diào)變(Modulation)技術(shù)，資策會(huì)智通所主任馬進(jìn)國(guó)(圖4)表示，調(diào)變是一種將一個(gè)或多個(gè)周期性的載波混入想傳送訊號(hào)的技術(shù)，常用于無(wú)線電波的傳播與通訊，利用電話線的數(shù)據(jù)通訊等各方面。依調(diào)變訊號(hào)的不同可區(qū)分為數(shù)位調(diào)變及類(lèi)比調(diào)變，這些不同的調(diào)變，是以不同的方法，將訊號(hào)和載波合成的技術(shù)。

圖5　工研院資通所新興無(wú)線應(yīng)用技術(shù)組副組長(zhǎng)陳文江表示，一般而言30GHz以上的頻段才稱(chēng)為豪米波，5G會(huì)從6GHz開(kāi)始慢慢往越高頻發(fā)展。

　　馬進(jìn)國(guó)強(qiáng)調(diào)，所有調(diào)變的原理都來(lái)自于1948年C.E. Shannon的Shannon Theory：C=B*log2(1+S/N)。近年來(lái)所有調(diào)變技術(shù)都是從這個(gè)理論而來(lái)，相信未來(lái)5G NR(New Radio)中的調(diào)變技術(shù)也會(huì)是如此。目前為業(yè)界討論較多的調(diào)變技術(shù)包括：Filter Bank Multicarrier(FBMC)、Universal-Filtered Multi-Carrier(UFMC)、Generalized Frequency Division Multiplexing(GFDM)、Filtered-OFDM與Non-Orthogonal Multiple Access(NOMA)等，新的調(diào)變技術(shù)以滿足高傳輸速率為主，但也同時(shí)需要可以應(yīng)用在大規(guī)模與特殊應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)上。

5G頻段漸次往高頻毫米波發(fā)展

高速傳輸?shù)牧硗庖粋€(gè)重點(diǎn)就是毫米波mmWave，工研院資通所新興無(wú)線應(yīng)用技術(shù)組副組長(zhǎng)陳文江(圖5)說(shuō)，一般而言30GHz以上的頻段才稱(chēng)為毫米波，目前工研院是國(guó)內(nèi)進(jìn)行毫米波研究最主要的團(tuán)隊(duì)，5G的頻段會(huì)從6GHz開(kāi)始，慢慢往越高頻發(fā)展，雖然近年各大廠展出毫米波技術(shù)應(yīng)用一直到73GHz或更高都有，不過(guò)那么高頻的應(yīng)用不會(huì)在5G剛開(kāi)始的幾年投入市場(chǎng)，現(xiàn)階段11GHz是還不錯(cuò)的頻段，再來(lái)就是最多國(guó)家投入的28GHz，然后是38GHz，這也是工研院目前投入研究的主要頻段，不過(guò)越往高頻發(fā)展，路徑損失(path loss)的問(wèn)題就更嚴(yán)重。

圖6　元智大學(xué)電機(jī)系助理教授彭朋瑞指出，5G未來(lái)運(yùn)作于30GHz以上毫米波頻段，對(duì)于電路設(shè)計(jì)亦帶來(lái)重大的挑戰(zhàn)。

　　毫米波應(yīng)用有以下幾個(gè)挑戰(zhàn)，通道量測(cè)(Channel measurement)對(duì)訊號(hào)的傳輸有很大的影響，相位陣列天線與波束成型(Phased array antenna/Beam forming)也攸關(guān)天線訊號(hào)與終端的溝通，除了波束成型之外波束追蹤也同樣影響訊號(hào)的良窳；另外，在同樣空間中太多裝置存取，就可能產(chǎn)生波束成型下的阻塞；另外，毫米波訊號(hào)覆蓋的范圍比較小，如果在小范圍內(nèi)有許多使用者需要連結(jié)，相關(guān)的支援非常重要。

高頻電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)驗(yàn)證挑戰(zhàn)

5G未來(lái)運(yùn)作于30GHz以上頻段，對(duì)于電路設(shè)計(jì)亦帶來(lái)重大的挑戰(zhàn)，元智大學(xué)電機(jī)系助理教授彭朋瑞(圖6)指出，以60GHz相位陣列收發(fā)電路為例，可以采用兩次升頻的方法，讓其頻率從基頻的數(shù)位訊號(hào)，轉(zhuǎn)換到60GHz高頻再發(fā)射。另外，接收器也是采用類(lèi)似的兩次降頻方法將高頻訊號(hào)降為基頻處理器可以處理的訊號(hào)。

圖7 Keysight應(yīng)用工程師涂智元表示，5G系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去任何一代行動(dòng)通訊技術(shù)，訊號(hào)量測(cè)在5G時(shí)代更形重要。

　　在訊號(hào)前端的功率放大器(Power Amplifier, PA)上，也是目前發(fā)展過(guò)程中很重要的元件，由于未來(lái)訊號(hào)收發(fā)頻率范圍非常寬廣，純矽元件無(wú)法負(fù)擔(dān)，目前被業(yè)界點(diǎn)名較頻繁的材料為氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)。5G系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去任何一代行動(dòng)通訊技術(shù)，所以在開(kāi)發(fā)階段準(zhǔn)確的訊號(hào)量測(cè)是系統(tǒng)驗(yàn)證非常重要的一環(huán)，Keysight應(yīng)用工程師涂智元(圖7)表示，訊號(hào)量測(cè)在5G階段更形重要。

　　近年測(cè)試認(rèn)證廠商非常強(qiáng)調(diào)高頻訊號(hào)的量測(cè)能力，主要就是為了因應(yīng)5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在初期協(xié)助客戶(hù)建立通道模型也是重點(diǎn)之一。涂智元指出，除了高頻訊號(hào)之外，波束成型的波形必須要透過(guò)不斷的驗(yàn)證、調(diào)整，以找出系統(tǒng)最佳化的方案，不同的客觀環(huán)境與應(yīng)用需求將帶來(lái)不同挑戰(zhàn)，其驗(yàn)證技術(shù)也必須要走在產(chǎn)業(yè)前面貼近產(chǎn)業(yè)的脈動(dòng)，并與客戶(hù)站在一起，才可以提供最佳化的測(cè)試解決方案。