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【認識5G】專題報導

【認識5G專題報導5-1】5G時代來臨 3秒下載電影不是重點

全面物聯網(IoT)時代來臨,3秒鐘下載一部電影不是重點!Image by ADMC from Pixabay

談到5G大家第一個聽到的就是:3秒鐘可以下載一部電影,或許有人覺得我要3秒鐘下載一部電影幹嘛?既然不需要這個功能,那代表5G其實沒什麼用處,如果這麼想就完全搞錯重點。5G帶給我們的將是產業結構與使用情境的全面升級,那麼到底5G的重點是什麼?讓我們用一系列文章,從技術的觀點探討5G的意義。

5G的全名為「第五代新無線電(5G NR:5th Generation New Radio)」,由第三代合作伙伴計劃(3GPP:3rd Generation Partnership Project)標準組織從第14版白皮書(Release-14)開始制定相關的通訊技術,主要有三大特性與應用:

增強行動寬頻上網(eMBB:Enhanced Mobile Broadband)

eMBB就是「速度快」,基本上5G最基本的特性就是超高速度,可以支援10Gbps以上的資料傳輸率與超大傳輸容量,應用在全息影像(Holography)、虛擬實鏡(VR:Virtual Reality)、擴增實鏡(AR:Augmented Reality)等大量影像訊號傳輸,聽起來有點虛幻但確實是未來可能的應用場景,不過要記得,這是5G最「不重要」的特性。

要達到這個目的,可以使用更好的調變技術(256QAM)或天線技術(Massive MIMO)來提高頻譜效率,使用毫米波(mmWave)增加頻譜,或使用小型基地台(Small cell)等方式,相關的原理我們在後面的文章再慢慢介紹。

高可靠低延遲通訊(URLLC:Ultra Reliable Low Latency Communication)

URLLC就是「反應快」,所謂的「延遲(Latency)」是指做出觸發動作與得到回應之間的時間間隔。5G要求最低延遲,可以支援1ms以下的資料傳輸延遲與高可靠度,比4G的10ms快10倍以上,應用在工廠自動控制、公共安全監控、車聯網等即時反應訊號傳輸。

要達到這個目的,可以將資料中心的伺服器由「核心雲端(Core cloud)」移動到「邊緣雲端(Edge cloud)」,靠近使用者端稱為「邊緣(Edge)」,將伺服器移動到邊緣可以縮短手機訊號傳送到伺服器再返回手機的延遲時間,因此電信公司必須大量建置邊緣雲端伺服器,我們稱為「行動邊緣運算(MEC:Mobile Edge Computing)」或「多接取邊緣運算(MEC:Multi-access Edge Computing)」。

大量裝置連網通訊(mMTC:Massive Machine Type Communication)

mMTC就是「連結多」,必須滿足大量裝置、超低功耗、超大範圍,可以支援每平方公里100萬以上裝置,也就是所謂的「物聯網(IoT:Internet of Things)」,應用在智慧城市、智慧交通、建築測量、農業物流等小量資料訊號傳輸,這個才是5G「最重要」的特性。

原來5G最重要的特性是物聯網,但是物聯網已經談了20年,怎麼到現在還在談物聯網呢?因為物聯網必須滿足低功耗、低價格、高覆蓋,但是20年來並沒有一種通訊系統同時滿足這三個條件,這個市場很重要因此業界曾經推動Sigfox、LoRa等系統,可惜它們滿足低功耗、低價格的特性,但是電信公司不願意架設基地台,因此不滿足高覆蓋特性,最後大多無疾而終。

5G代表的是全面物聯網(IoT)時代來臨

物聯網產品需要的通訊系統必須具備三大特性:低功耗、低價格、高覆蓋,相較之下對於傳輸速度與訊號延遲的要求比較低,例如:智慧城市的電錶、水錶、瓦斯錶只需要固定時間傳送小量資訊,水錶、瓦斯錶裡安裝一個電池必須使用3~5年。

因此3GPP標準組織自Release-13版制定「長期演進裝置連網通訊(LTE-MTC:Long Term Evolution Machine Type Communication)」與「窄頻物聯網(NB-IoT:Narrowband IoT)」,所以5G時代將全面建立「低功耗廣域網路(LPWAN:Low Power Wide Area Network)」。

LTE-MTC的頻寬1MHz,可以提供資料傳輸率10K~1Mbps,主要傳送「即時性(RT:Real Time)」資料與中速傳輸,適合使用在移動物件,可能的應用包括:健康管理、智慧穿戴、資產追蹤、智慧安防。

NB-IoT頻寬200KHz,可以提供資料傳輸率1K~10Kbps,主要傳送「非即時(NRT:Non Real Time)」資料與低速傳輸,適合使用在固定裝置,可能的應用包括:智慧建築、智慧停車、環境監測、智慧三錶。

車聯網(IoV)將在未來十年爆發性成長

目前的自駕車到路口是依靠影像感測器讀取紅綠燈的影像訊號後,經由影像分析確定是紅燈才停下來;依靠雷達(Radar)發出電磁波或光達(Lidar)發出雷射光,打到行人反射回訊號才停下來,但是在這種被動的環境下不可能達到完全自駕的目的,5G時代將會全面建立「車聯網(IoV:Internet of Vehicles)」。

蜂巢式車聯網(C-V2X:Cellular Vehicle to Everything):由3GPP主導,中國與歐盟積極參與,以建置電信基地台為主,在有基地台情況下更有效率,同時延伸出車與車(V2V)、車與交通基礎建設(V2I)、車與行人(V2P)、車與核心網路(V2N)等多種形式。

專用短程通訊(DSRC:Dedicated Short Range Communication):由美國與歐洲主導,目前已有美國電機工程協會(IEEE)與歐洲電信標準協會(ETSI)兩大標準組織制定多年,美國致力系統開發與應用驗證,目前已進入到成熟期,全球已有多個城市與公路建置測試場域與驗證標準。

5G是未來通訊產業必然的趨勢

經由前面的介紹,我們可以看出全面物聯網(IoT)時代來臨才是5G最重要的意義,3秒鐘下載一部電影不是重點!此外,5G將是產業結構與使用情境的全面升級,到底5G有那些關鍵技術?未來會如何改變產業結構呢?且聽下回分解。

曲建仲,知識力科技公司執行長,為政治大學、輔仁大學、東吳大學兼任助理教授。

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