高畫質/毫米波整裝再出發件 SA接手衝刺後5G時代

2022-09-24
3GPP在R15與R16奠定了5G NR無線接取技術的基礎,R17則擴張系統的涵蓋範圍、強化工業物聯網相關技術,8K高畫質影音未成為5G殺手級應用,毫米波頻段應用學習曲線延長,不過,5G SA架構將接手NSA持續發展,企業專網與開放架構則蓬勃發展中。

5G商轉進入第三年,技術更加成熟的同時,5G也逐漸取代4G LTE成為行動通訊主流,在技術發展上,5G除尋求更大的頻寬和更高的移動速度外,也持續改善高可靠低延遲與大量裝置運作的特性,以滿足更多樣性的服務類型。3GPP通訊標準組織在R15與R16奠定了5G NR無線接取技術的基礎,於R17則進一步擴張系統包含陸地與天空的涵蓋範圍、強化工業物聯網相關技術。

5G發展初期,業界本來期待透過8K高畫質影音應用成為推動5G發展的殺手級應用,再加上高頻毫米波(mmWAVE)頻段的大頻寬,創造高傳輸速率的新興使用者體驗,不過上述兩者都未能通過市場考驗,但5G並未因此成為一個失敗的行動通訊標準,因為透過非獨立組網(Non-Standalone, NSA)、企業專網與O-RAN開放架構的發展,也協助5G在這幾年穩定前行。

全球5G用戶快速突破7億大關

針對幾年前擘畫的5G願景,2019年啟動商轉至今也超過三年,當初規劃的方向至今有沒有落實並健康發展?若有,如何在良好的基礎上持續成功的經驗,提升效能與使用者體驗等;若沒有,則應該如何調整原先的規劃,並改善技術與應用等瓶頸。從標準發展的角度上來看,工研院資通所所長丁邦安表示,若將5G的發展以蓋房子類比,R15是一個房子的雛形,俗稱毛胚屋;R16則是將房子加上了裝潢;R17則是除了傢俱之外還放上許多擺飾,讓一個房子可以舒適生活。

3GPP R18版本的規範2022年進入制定階段,若也是用房屋建築論來形容,可以想像成要將現有的房子修飾得更漂亮,並開始研議蓋一棟更新更大的房子,新房子就是下世代的6G。而在6G架構藍圖具體成形之前尚處於紙上談兵階段,待大部分構想形成共識之後,技術輪廓才會逐漸清晰;同時在幾年後國際電信聯盟(International Telecommunication Union,  ITU)亦會提出IMT-2030願景,6G規範制定正式啟動。

而目前在5G的推動上由於人們對於行動通訊的依賴越來越深,服務導入的速度也越來越快,根據9月愛立信發布《愛立信行動趨勢報告》的全球數據更新,2022年第二季末的全球行動用戶數從第一季的6.2億成長至近7億。另外,全球有218家電信營運商已推出5G服務,24家電信商已推出5G獨立組網(Standalone, SA)架構;2021年第二季至2022年第二季,全球行動數據用量成長39%,總流量達到每月100EB。

8K/毫米波未成5G亮點

5G推動至今就用戶與流量的成長來觀察,成長動能依然健康,只是過去設定的5G亮點:8K高畫質影音應用與高頻毫米波頻段,發展並不如預期。丁邦安指出,高畫質影音資料量高,可以帶動網路頻寬需求,5G的網路效能與8K影音在過去一段時間被掛勾,但或許是因為行動裝置螢幕多在10吋以內,對於影像解析度的需求大概在HD(1080p)就夠了,行動裝置4K/8K的應用需求目前都沒有大幅成長的跡象。

另外,6GHz以下中低頻段,應用越來越多,在行動數據流量持續成長的狀況下,逐漸無法負擔,5G希望開拓30GHz以上毫米波頻段的應用,相較於sub-6GHz一個通道的頻寬100MHz以下,毫米波頻段頻寬400MHz起跳,可以大幅提升行動網路的傳輸速率,不過毫米波的路徑損失大,消費者使用經驗不佳,發展並不順利。

5G NR相較於4G LTE,技術架構大幅翻新,丁邦安說,目前已經有廠商在討論未來6G要不要延續5G的技術框架,或是研發全新的技術框架。不過,從R16與R17的內容來看,5G NR將持續在容量、覆蓋、功耗與時延等方面進行優化與改善,R18基本上也是延續此一方向。

5G SA架構逐步上路

另外,5G為了降低營運商的導入門檻與資本投資壓力,特別設計了非獨立組網這種結合4G核心網路(Core Network, CN)與5G基地台的混合、過渡型架構,協助營運商快速商轉5G服務,下個階段營運商架構將開始轉換到純5G的獨立組網架構,台灣愛立信技術長姚旦提到,2022年下半年已經有20個SA網路投入商轉,預計2023年將成長一倍到超過40個。

隨著5G發展越來越成熟,電信營運商更積極評估SA架構導入的時機,因為SA架構可以提供更多服務,尤其是在B2B或B2B2C這類的垂直產業應用上,遠傳網路暨技術群企業網路規劃與維運協理汪以仁(圖1)表示,企業專網的應用中,許多案例是採用架構單純的SA網路,直接導入純5G網路,同時若有網路切片(Network Slicing)的需求,亦需要透過SA網路來達成。

圖1 遠傳網路暨技術群企業網路規劃與維運協理汪以仁提出企業專網的應用中,許多案例是採用架構單純的SA網路,直接導入純5G網路。

而公網SA的導入由於牽涉眾多消費者的權益,一般而言電信營運商的評估會更加謹慎。SA架構在2023~2024年將逐漸成為主流架構,加上企業專網的發展越來越蓬勃,使用NSA架構相對複雜,也不利於各種客製化服務的推動。

企業專網/開放架構發展欣欣向榮

另外,開放架構在5G時代百花齊放,尤其是台灣資通訊業者投入盛況空前,希望可以在O-RAN應用上找到新藍海。ADI業務總監汪揚(圖2)說,目前大多數營運商對於O-RAN的態度還是偏向保守,O-RAN設備廠商目前積極地配合系統整合商與運營商布建與進行場域測試,整個O-RAN生態系還在發展中,期望會在2023年更加成熟。另外越來越多的廠商會選擇以私網相關應用為切入點來布建與應用5G基地台,提供客製化、差異化的完整服務。

圖2 ADI業務總監汪揚表示O-RAN設備廠商目前積極地配合系統整合商與運營商布建與進行場域測試,整個O-RAN生態系還在發展中。

針對O-RAN的商機,富士通行動通訊系統事業本部代理本部長關野徹解釋,要擴大O-RAN市場,不可或缺的因素是整合,讓架構變得簡單。尤其是實現服務的CI/CD和自動化平台,使5G行動網路具有彈性;另外,導入AI/ML的智慧營運技術,從OPEX優化和提升到網路切片、用戶體驗提升等服務;再者,安全生態系統,例如SBOM操作和LCM服務,用於處理有爭議並日益增加的安全威脅。

5G高畫質/毫米波再接再厲

另外,高畫質影音傳輸需求並非完全不需要,只是規格不需要到8K,因此R18開始布局的XR與元宇宙應用就是下一個高畫質影音的迦南美地。以3G/4G的經驗為例,視訊電話並沒有成為殺手級應用,但是串流影片卻意外扮演推手,4G時代追劇與各類網紅影片成為帶動流量需求的引擎;如今8K影片沒有帶來太多流量需求,XR/元宇宙有可能就是解方。

在高頻毫米波FR2方面,隨著毫米波手機的出貨量慢慢拉升,眾多廠商也已經在布局相關機會。ADI應用工程師陳偉峰(圖3)表示,從晶片製造、測試到毫米波主動式天線模組,相關的詢問度相較於2021年提高許多。為了達到5G承諾的高傳輸量、低延遲特性,毫米波頻段應用還是有一席之地。惟價格與功耗需要再降低才能得到更廣泛的商業應用機會。

圖3 ADI應用工程師陳偉峰認為為了達到5G的高傳輸量、低延遲特性,毫米波頻段應用還是有一席之地。惟價格與功耗需要再降低。

行動網路是基礎建設,經過多年的發展甚至已經成為數位人權的核心,汪揚認為,重點在相關應用,除了XR、AI這些新穎的技術,應用在無人機、機器人、智慧工廠等領域,隨著進階技術逐步成熟,會帶來更良好的用戶體驗,而且在此基礎上,也要求綠色節能網路,並讓電源晶片的需求跟應用大幅提高。

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