5G的發展與應用

吳宜庭/東海大學資訊管理學系

5G網路的發展

首先,要先來談談什麼是5G?
5G網路是第五代行動通訊技術(5th Generation Mobile Networks,5G)為最新一代的行動通訊技術,由4G網路發展延伸而來。2017年時,國際標準組織3GPP在葡萄牙里斯本會議中將5G Release 15 NSA(Non-Standalone)與5G NR(New Radio)規範制定完成[1],這是一個結合5G空中介面及4G LTE核心網路的前期推行版本,第一階段的部屬是為了適應早期的商業部屬,NSA架構也無法充分發揮5G低延遲的特色,而後在2018年時,3GPP在美國聖地牙哥所舉辦的3GPP 全體大會(TSG#80)宣布完成第一版本的5G行動通訊標準。2020年7月時完成第一個演進標準3GPP Release 16[2],主要新增5G超級上行技術(5G Super Uplink)、完善高可靠且低延遲的通訊和機器大規模互聯的場景,大大提升了能源效率與使用者體驗。2021年12月高通與聯發科技發布支援Release16的基頻產品。

5G網路的應用

5G網路與過往的2G、3G、4G網路一樣是使用數位訊號蜂巢式網路,但卻又比過往的資料傳輸速率高上很多,以4G蜂巢網路來比較,速度快了10-100倍[3],最高可達10Gbit/s的速度。

針對以往的行動通訊網路應用,整理下表。

表1 行動通訊網路的應用

行動通訊網路 應用
1G 首先出現的「蜂巢式」架構。

類比式行動電話系統;模擬通訊的通話品質和保密性差、訊號不穩定、連線數量少。

2G 利用SIM卡快速更換裝置;具備高度的保密性,系統的容量增加,可傳送文字訊息。
3G 更高的數據傳輸速率;高頻寬、穩定傳輸、可視訊電話與傳送資料量大的檔案。
4G 制定LTE標準,智慧型手機的普遍。

具備網路速度更快、智能性高、高品質的通訊。

5G 即時、多人、同時且大量的資料傳輸。

頻寬大、可靠低延遲、不同裝置的連結,與物聯網的結合。

ITU-R在2017年的報告中訂定新世代行動通訊系統之目標,在確保無線電信服務之發展,並可同時促進服務的創新與滿足使用者需求。因此依據ITU-R的研究規劃,5G必須支援三大應用場景:增強型行動寬頻(eMBB)、大規模機器型通信(mMTC)及超可靠低延遲通訊(uRLLC)[4]。ITU-R亦設下了最低系統效能需求,3GPP同時也提出LTE結合NR之群組提案(Set of Radio Interface Technology,,SRIT)與獨立NR提案[5],以幫助確定全球第五代行動通訊系統標準與技術效能之評估。

以下針對三大應用場景做簡單的介紹:

  1. 增強型行動寬頻(enhanced mobile broadband,eMBB):在現有行動網路應用場景的基礎上,對於使用者體驗等效能做更進一步提升,提供更高的頻寬並降低延遲,具有更快的連接、更高的吞吐量和更大的容量。例如觀看8K影片或使用沉浸式VR體驗。
  2. 超可靠低延遲通訊(ultra-reliable and low latency communications, uRLLC):對於數據傳輸量,時延和可靠性的要求非常嚴格。需要在不間斷且穩定的網路傳輸中滿足應用場景的超可靠性與低延遲需求,提供低於1毫秒的通訊連接。例如工業自動化製造或生產過程的無線控制、遠程醫療手術、智慧電網配電自動化、運輸安全、無人車輛駕駛等。
  3. 大規模機器型通信(massive machine type communications,mMTC):

專注於人與物之間的訊息溝通,講求低功耗與低成本,需支援極高密度的設備連線,可承載每平方公里多達100萬個設備,為4G LTE數量上限的10倍。具耐延遲特性,利用低寬頻發送,但仍能有效傳輸或接收小量數據資料。例如:智慧城市、環境監測、智慧家庭。

台灣的5G部署

由行政院發出之重要政策[6]「以5G作為關鍵技術應用範圍廣泛,包含醫療、製造、娛樂、自駕車等領域,5G勢必帶動廣泛的產業轉型。5G 不僅是全球趨勢,也是政府『六大核心戰略產業』中『結合5G帶動數位轉型』的施政重點。」

台灣於2019年起開始部署「台灣5G行動計畫」,開始推廣電信業者間的5G加值與其它生活上的應用服務,並且在各地增設5G多元應用實驗場域(如林口新創園區、沙崙創新園區等…)推動5G垂直應用場域。為了廣納各領域業者進入5G市場,製造5G跨業合作平台,並且試著降低技術、資金、法規等門檻[7]。前些年因政府積極推動 4G 行動應用普及,已為我國發展 5G 產業奠定良好基礎,例如:智慧醫療、智慧製造、智慧交通等 5G 應用場域。

結語

5G網路的發展引領科技邁向新的里程碑,小從身旁周遭的物品如:手機、家電,大到食、衣、住、行、育樂等等整個生活圈等等,皆成為了與網路密不可分的數位化環境,科技的進步為我們的生活型態帶來了許多的改變,也增加不少的便利性,在未來的生活中增添了5G網路的應用,能使我們提升數位競爭力、強化產業創新,實現智慧生活。

[1] ETSI Annual(2018)3GPP Release 15. 檢自:https://www.3gpp.org/release-15(Feb. 04 , 2022)

[2] 3GPP Release 16. 檢自:https://www.3gpp.org/release-16 (Feb. 04 , 2022)

[3] Maisch, D. (2019). Community concerns over 5g: needless anxiety or wise precaution?. Chain Reaction, (136), 46-47. 檢自:https://search.informit.org/doi/pdf/10.3316/ielapa.687897737726814 (Feb. 04 , 2022)

[4] ITU-R, M.2410(2017): “Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s). “檢自:https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2410-2017-PDF-E.pdf (Feb. 04 , 2022)

[5] ITU-R Document IMT-2-2-/3Rev2(2018), “Submission received for proposals of candidate radio interface technologies from proponent ‘3GPP’ under Step 3 of the IMT-2020 process.”檢自:https://www.itu.int/md/R15-IMT.2020-C-0003/en  (Feb. 04 , 2022)

[6] 行政院新聞傳播處(2020) 台灣5G行動計畫。檢自:https://www.ey.gov.tw/Page/5A8A0CB5B41DA11E/087b4ed8-8c79-49f2-90c3-6fb22d740488 (Feb. 04 , 2022)

[7] 行政院(2019) 臺灣 5G 行動計畫。檢自:https://digi.ey.gov.tw/File/76CD1E43C2424FF8 (Feb. 04 , 2022)

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