5G產業推動進入第二階段，R16與R17標準接續改善5G效能；純5G架構的獨立組網SA更能完整發揮5G效能，將是接下來營運商布建的重點；FR2與FR3頻段持續技術發展，擴展5G可使用頻段。
2019年4月全球第一個5G商業網路上路，帶動行動通訊進入新的階段，更多營運商在2020年宣布商轉。2021年許多地區的5G服務剛滿一年，根據Ericsson第二季行動趨勢報告指出，到2021年底，5G用戶數將接近5.8億，預計5G將比4G提早兩年達到10億用戶，亦是史上普及速度最快的行動通訊標準。在近兩年的疫情影響之下，行動通訊成為少數不受影響且成長更為迅速的領域，進入5G發展的高速成長階段，5G應用在B2B與B2C領域預計都將持續有具體進展。
2021年第一季每月行動網路數據流量高達66EB，且成長不見停滯，5G產業推動進入第二階段，R16與R17標準接續制定並持續改善5G效能；純5G架構的獨立組網(Standalone, SA)更能完整發揮5G效能，被視為是接下來營運商布建的主力；高頻毫米波(mmWave)可以提供大頻寬，能展現5G的高傳輸速率優勢，被視為是5G技術的亮點，本文將關心近期5G標準、架構與高頻應用的發展動態與前景。
疫情延緩5G標準制定程序
2020年整年都壟罩在Covid-19疫情當中，原定每年有一個新版本的3GPP技術，規格制定進度也大亂。2020年9月發布的R16版本是透過線上會議完成的，沒有實體會議討論的內容自然充滿妥協，具備爭議性質的內容或無法充分討論的項目就不會列入，性質上R16屬於R15的補充與修正。而原定2021年第一季完成的R17版本，在疫情未見緩和的狀況下，持續透過線上會議討論，在討論進程依然延宕之下，最快要第四季才會完成，最終版本可能延後到2022年。
R15是5G技術的基礎也是首份規範，工研院資通所副所長丁邦安提到，對5G而言第一個階段R15的內容相對重要，R16與R17都是基於R15的強化，到了R18為首的第二個階段系列規格，相信是下一個重點。不過，資策會系統所新興系統服務中心副主任李永台(圖1)表示，R17中提到的非地面網路(Non-terrestrial Network, NTN)將帶動衛星通訊的發展，也引發業界一波討論熱潮；還有介於NR與mMTC之間的NR-Light與工業物聯網(IIoT)，預計也將帶動新興商機與產業發展。
圖1 資策會系統所新興系統服務中心副主任李永台認為R17的非地面網路NTN、NR-Light、IIoT規範將帶動新興商機與產業發展。
以目前已經上市的5G相關產品中，大部分還是以支援R15版本為主，R16標準雖然已經完成接近一年，但目前支援R16版本的產品非常稀少。尤其是電信業的投資金額高，進行投資前都會進行縝密的投資報酬率計算，不會在資本投資未回收或可能的收入不明確的狀況下進行新投資。R16相關的關鍵零組件預期在2022年才會發表，相關解決方案與服務將在晶片推出後才會陸續到位。
5G NSA/SA架構將長時間共存
而在5G系統架構部分，為讓5G與4G LTE順利銜接，在R15裡特別規範了非獨立組網(Non-Standalone, NSA)架構，目前大部分電信營運商的5G網路也是採用NSA架構。預期至2022年，5G產業及應用將仍優先以增強行動寬頻(eMBB)的實現為主，電信業者也將持續增建5G基地台，提供廣泛的5G涵蓋，以滿足以人為主的4K/8K影音、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)技術帶來的沉浸式娛樂消費。後期隨著基地台和應用終端數量的增加與多樣化，應用場景對時延的要求將更加苛刻，新興服務需求會更清楚，電信營運商也會轉向關注低延遲、高可靠度的網路的建設，屆時，SA架構比重也會明顯提升。
根據GSA的研究，截至2021年3月中，全球已有38個國家或地區約68家電信商規畫投資5G SA網路，Nokia台灣行動網路業務總監鄭志中分析，SA的信令格式，運作方式及網路架構都是全新的，相較之下，NSA模式有利於資源的最大利用，無論對用戶還是對運營商來說，時間成本和資源投入會比較能負荷；但SA核心網路與基地台都是5G，不僅延遲低、使用者體驗好，更能發揮5G的三大技術優勢，並在此基礎上可實現更為豐富多元的應用，提供包括網路切片、海量連接等都是NSA架構無法完整發揮的能力。
至2021年6月，GSA的另一個研究報告指出，已有42個地區79個營運商規畫投資SA網路，同時至少有9個國家12個營運商宣布SA網路商轉，包括中國大陸、美國、香港、歐洲等地，最終NSA還是要過渡到SA架構，只是SA成為主流的時程仍將取決於應用服務需求是否強勁，在此過渡期間，NSA會以提升覆蓋率為重點，SA則以提升使用者體驗並布建於人口稠密的精華區域為主，雙模運行(Ｄual-Ｍode)會持續幾年時間。
毫米波市場需要終端與應用拉抬
無線通訊技術近年高速發展，導致頻譜資源變成像都市的土地一樣，高度開發與利用的結果，無線頻譜過於擁擠，許多應用擠在一起導致干擾問題嚴重，使用者經驗不佳。5G特別推動高頻毫米波的應用，希望藉由低度開發的頻譜獲取大範圍的連續頻段，以達成高速傳輸體驗，原先被預期是5G的亮點，但是高頻訊號路徑損失(Path Loss)問題至今還未能克服，導致毫米波商用化進程受阻。
相較於擁擠的6GHz以下頻段，毫米波頻段最大優勢在於超高速與高頻寬。台灣大哥大企業產品暨營運管理處副處長魏政賢(圖2)指出，過去毫米波在CPE端產品類型少，這類瓶頸近期已經有改善，相信隨著晶片商及CPE設備廠的進展也會連帶獲得解決。恩智浦半導體射頻事業部市場資深總監Rob Hoeben也觀察，營運商繼續部署毫米波應用，智慧型手機也支援毫米波，手機內的天線模組不斷提高接收品質，另外，9月發表的iPhone 13若全面支援毫米波，更將幫毫米波陣營打上一劑強心針。
圖2 台灣大哥大企業產品暨營運管理處副處長魏政賢提出過去毫米波在CPE端產品類型少，這類瓶頸近期已經有改善。
毫米波從發展商用至今僅二~三年歷史，除了業界對於毫米波技術不熟悉之外，相關產品不多也是市場推動不順的原因之一，Anokiwave亞太地區銷售總監張肇強(圖3)說，毫米波產業有受到疫情影響，雖然行動通訊需求不減，但營運商投資變得保守，預期毫米波相關建設會延後到2022年下半年；另外，毫米波市場過去喊得頗熱鬧，但發展至今還需要靠更多終端與應用在供需兩端產生的推力與拉力協助，帶動市場發展。
圖3 Anokiwave亞太地區銷售總監張肇強表示毫米波產業需要更多終端與應用在供需兩端產生的推力與拉力協助，帶動市場發展。
毫米波技術需要長期深耕
但毫米波存在著訊號穿透力低、涵蓋範圍小的原罪，魏政賢說，電信業者需要密集建置基地台，而這些對電信營運商來說是龐大的成本支出。毫米波的RF規畫確實是一個很重要的課題，如何有效建置基地台達成訊號涵蓋的要求，以企業用戶為例，當然還是會依據企業現場環境，進行相關的調校作業，以利做到全涵蓋的RF規畫。
而相較6GHz以下成熟頻段，毫米波除了頻率高，技術門檻也高，円通科技總經理陳文江(圖4)表示，sub-6GHz元件技術相對較成熟，投入廠商也多，容易陷入價格戰的紅海，而毫米波元件開發廠商相對較少，也值得進行長期的技術耕耘與布局。円通科技原來是工研院資通所的研發團隊，投入高頻毫米波技術的開發，協助台灣在4G時代不落後先進國家，可以在甫進入5G時代就掌握毫米波技術。
圖4 円通科技總經理陳文江認為毫米波元件技術門檻高，開發廠商相對較少，具備長期技術耕耘與布局的價值。
然而5G正式上路之後，毫米波技術開始商用，研發團隊需要轉型往更前瞻的技術發展，陳文江認為，該團隊曾經投入多年時間研發毫米波技術，尤其是28GHz與39GHz，如果團隊轉型下世代的技術，那麼過去幾年的成果將有被掩埋的可能。円通科技目前投入毫米波模組的開發，儘管近期毫米波市場不如預期，但如果市場有更多毫米波元件可供選擇，就有機會帶動更多毫米波終端問世，也有助於毫米波應用市場的發展。
FR3頻段引發業界討論
毫米波技術由於先天不足與後天失調的原因，遭遇短期的發展困境，然而行動通訊產業對於頻譜的需求並沒有停下腳步。目前6GHz以下的FR1頻段已經塞滿了各式應用，高頻的FR2頻段技術還有待時間慢慢熟成，丁邦安表示，6~14GHz的FR3頻段逐漸引發討論熱潮，其中Wi-Fi 6E的5.925~7.125GHz這個頻段，因為頻率較低，也成為首選頻段。
Wi-Fi 6E的1,200MHz頻段，近來由Wi-Fi聯盟推動成為Wi-Fi 6延伸的頻譜，除了美國大力支持規畫成非授權頻段利用之外，目前歐洲與其他地區各國，大都將前後劃分成500MHz與700MHz，一部分作為Wi-Fi 6延伸頻譜，另一部分則可能成為5G的新頻譜，競標後授權給電信廠商使用。
5G持續深化產業影響層面
行動通訊應用越來越廣泛，5G產業未來幾年勢必持續擴大影響力，無論新冠病毒是否將在2022年停下腳步，5G技術一定會繼續發展，R16與R17將協助讓第一個5G技術更為完善。隨著5G技術的演進，SA架構也會逐步上路並提供更多低延遲的應用，魏政賢預計，或許到2023年就可提供網路切片服務，在解決方案部分，當然也會隨著技術的發展，而會有更好的應用規畫，可提供服務的產業面向，也將會越來越廣。
而在頻譜稀缺的情況下，低頻的FR1頻段依然是廠商應用的重點，並持續朝FR2與FR3頻段發展。展望明年，高頻毫米波應用初期可能還是朝利基型的應用發展，如固定無線存取(Fixed Wireless Access, FWA)這類移動性低的應用，待高頻RF元件技術進一步突破，或波束技術更加成熟，讓波束追蹤與切換更為迅速。在此同時，毫米波頻段可能會在企業專網得到發展機會，FR3也將接棒FR1成為公網頻段的新選擇。