隨著5G時代來臨，許多國家與企業將拓展5G相關應用視為重要發展目標，積極規畫措施與策略。5G專網的主要挑戰是應用情境、商業模式和預期的投資報酬率等，如何克服將是成功的重要關鍵。
全球5G網路布建速度遠比4G時代快速，根據GSA報告顯示，截至2021年08月，全球已有176家營運商在72個國家和地區提供5G服務。 5G商用時代來臨，雖然殺手級應用仍處於探索階段，但伴隨著3GPP標準Rel-16版本釋出，將更完整支援如自動駕駛、工業網路、智慧物流和遠距醫療等產業應用，垂直市場應用的新商機可望帶來全新局面。
觀察韓、美、中、日、德等全球5G發展領先國家，政府與營運商將拓展5G應用視為重要發展目標，積極規畫相關監管措施與發展策略，加速5G應用落地。根據日本電子資訊技術產業協會(JEITA)預估，全球5G專網市場規模在2030年達991億美元，而全球製造業利用5G進行數位化腳步相較於其他產業更顯積極，除參與產業應用5G標準制定外，已於多個工廠建置5G專網進行智慧工廠應用驗證。然而，5G專網垂直應用發展前景看似一片美好，但仍有許多挑戰尚待克服。
全球積極拓展5G應用
2020年新冠肺炎(COVID-19)疫情打亂全球5G發展節奏，造成經濟衝擊，導致產業、供應鏈與終端市場的不確定性。可是也因此帶動無接觸經濟、遠距辦公(Remote Working)等新型態應用發展，加速產業數位化的腳步。韓國、美國、中國、歐洲、日本等國家和區域仍積極推動5G建設，鼓勵展開5G融合應用。
韓國：優先發展多樣5G個人應用，同步探索企業應用
韓國三大營運商結合在地文化、娛樂和體育上的優勢，針對VR/AR、影音直播、雲遊戲、串流媒體推出豐富的5G內容和應用服務，比如VR/AR電競直播、虛擬社交、串流媒體和雲遊戲等服務。並積極探索工業互聯網、醫療健康、智慧交通、城市公共安全等領域的5G應用，例如SK電訊與韓國水電和核電公司合作建設5G智慧發電廠，KT和現代重工集團合作開發基於5G網路的智慧工廠服務，實現遠端監控和故障檢測等融合應用。
日本：營運商重視垂直應用布局早，政府鼓勵本地5G專網應用
日本營運商NTT DoCoMo於2018年便進行開放合作夥伴計畫(5G Open Partner Program)，與產業合作探索5G垂直應用，於2020年開台隨即提供臉部辨識、遠程醫療、智慧農業等超過20項5G企業應用。另外，日本政府釋出專網頻譜，鼓勵運營商以外的企業，實體建設本地5G專網、發展特色5G應用。目前，富士通、三菱電機等公司相繼部署本地5G專網，驗證5G智慧安全防護、遠程操作和維護支援等應用。
中國：加速5G網路建設，中央到地方政策推動應用落地
中國政策性推動5G發展，加快5G網路建設與相關垂直產業融合應用。至2020年底已建置超過70萬個5G基地台，在地方政策的大力支持下，聚焦工業互聯網、智慧製造、超高解析視訊、智慧醫療等領域試點示範應用，各地5G與垂直產業的融合應用已經逐步由探索階段進入落地實施階段。營運商則大力拓展企業端垂直應用業務，與垂直領域相關企業展開合作，推動5G融合應用示範，全國已有超過1,100個5G+工業互聯網項目。
德國：率先開放5G專頻支持垂直應用，鞏固工業領域優勢
回應企業探索5G新應用發展專頻專網需求，2019年11月，德國聯邦網路管理局(BNetzA)率先啟動本地5G頻率(3,700~3,800MHz頻段)的申請，截至2020年12月，德國聯邦網路管理局已發放了70多份專網頻譜許可證，其中包括奧迪、賓士、寶馬、博世、大眾、巴斯夫和德國漢莎航空等大型公司。同時，為進一步引導中小企業發展本地5G網路，德國聯邦經濟事務和能源部(BMWi)2020年4月底針對中小型企業發布「5G園區網路指南」，提供工廠、交通、物流、醫療、校園、港口等案例，描述應用場景與5G效能的需求。
美國：5G個人服務發展慢，CBRS加速產業應用
相較全球主要以中頻3.5GHz建設5G網路，美國受限於毫米波5G網路部署成本高、建設緩慢及終端選擇少，5G個人服務拓展緩慢。在產業應用方面，2020年1月美國聯邦通訊委員會(FCC)開放3.5GHz CBRS共享頻段全面商用，及CBRS Alliance大力推廣OnGo技術規範、應用與商業機會，也促進產業應用的發展。因此，也看到各領域如購物中心、農場、校園、地區已使用CBRS頻段部署專用網路，進行5G應用場景驗證。
5G垂直應用製造業先行
在3GPP R16版本開始制定垂直行業相關技術規範，滿足關鍵MTC案例的基本要求，即低延遲、高可靠(URLLC)的案例，並且通過TSN(時效性網路)的方式，對即時應用的功能進行標準化。還描述了非公共5G網路(NPN)的端到端解決方案。未來在R17、R18版本將進一步擴展並增強用於5G工業物聯網、TSN、車聯網應用的網路功能。
產業端也積極探索結合5G帶來效益，5G工業聯網自動化聯盟(5G-ACIA)推動5G導入製造產業，從需求釐清、技術評估、場域實證逐步促使智慧工廠應用落地，除發布白皮書並參與3GPP 5G產業應用的技術標準制定，以協助釐清智慧製造場域之通訊需求，建立適合工業生態之5G標準，聯盟成員也已啟動多個智慧工廠應用試煉。在3GPP TS 22.104規範中，已定義工廠自動化(Factory Automation)、程序自動化(Process Automation)、人機與生產資訊化(HMI and Production IT)、物流與倉儲(Logistics and Warehousing)、監控與維護(Monitor and Maintenace)等未來工廠的5大應用領域，以及如擴增實境(Augmented Reality, AR)、移動機器人(Mobile Robot)、巨量無線感測網路(Massive Wireless Sensor Network)等可應用的10項使用情境。
IDC也預測2025年將有5成臺灣企業建置5G專網，其中製造業最快採用。2020年12月，日月光和中華電信、高通合作，啟用全世界首座5G超高頻毫米波(mmWave)企業專網的智慧工廠，未來將擴展至日月光其他25座智慧工廠。此波全球由製造業先行的5G垂直應用風潮，將開啟企業5G數位化轉型的新競賽。
5G專網應用案例
．漢莎技術公司飛機維修專網
2020年2月德國漢莎航空的漢莎技術公司(Lufthansa Technik)與Vodafone Business開啟三個月的聯合5G研究計畫，在漢堡機場占地8,500平方公尺的漢莎航空基地啟用5G專網，探討AR/VR等技術於發動機遠程監測以及3D機艙協同設計等應用。漢莎技術公司申請德國5G企業專頻，並由Vodafone和諾基亞分別在漢堡基地建立5G SA專用網路，覆蓋漢堡基地兩個引擎工廠與整個飛機機庫，以測試不同的應用情境，如圖1所示。
圖1 德國漢莎技術公司5G專用網路
資料來源：Vodafone Business(12/2020)
應用情境一：3D機艙協同設計，使用擴增實境(AR)虛擬顯示機艙內部的3D設計，現場技術人員可以隨時檢查所有計畫組件當前位置，並透過同步影音傳送功能與開發人員協調任何必要的更改，如圖2所示。
圖2 德國漢莎技術公司3D機艙協同設計
資料來源：Vodafone Business(12/2020)
應用情境二：發動機遠程監測，提供機械師和工程師即時的高解析度影像，對拆下的零件進行虛擬(VR)檢查，以對故障零件做出適當的訂購決定，如圖3所示。
圖3 德國漢莎技術公司發動機遠程監測
資料來源：Vodafone Business(12/2020)
．華晨BMW瀋陽5G智慧工廠
華晨BMW瀋陽生產基地是BMW全球規模最大的生產基地，將5G技術應用於汽車生產與研發領域，建立全球首個5G汽車生產基地。由中國聯通和中國移動共同提供5G專網，進行5G智慧工廠應用試驗。
應用情境一：車輛數據的即時高速、低延遲回傳。利用5G提供車輛遠程數據更新以及遠程診斷等業務能更快速的處理，提升數據收集及分析的效率。
應用情境二：機器視覺檢測。透過工業攝影機和機器人之間的低延遲、高可靠性的無線數據傳輸，機器人可以在視覺功能的引導下，將工件自主、準確地放置到指定的位置，協助工人分擔生產線上日益繁重的工作。
根據試驗結果，車輛遠距數據更新利用5G節省上傳時間達85%，並大幅縮短下載時間並可滿足未來10倍數據的成長，整體效率提升超過20%。無人搬運車(AGV)則擺脫了有線的束縛，移動更加靈活。相較於有線方式，在生產線網路部署方面，5G更具靈活性、大幅減少複雜性和部署時間，提升生產效率，如圖4所示。
圖4 5G試驗結果
資料來源：Gartner(1/2021)
5G專網主要挑戰
3G、4G時代應用市場主要是個人用戶，而5G結合AI、VR/AR、大數據等ICT技術，提供更多創新的應用方式，賦予企業用戶進行數位轉型的能力。企業應用也被視為5G主要的應用市場，帶來的相關經濟產值龐大，包括企業建置5G專網帶動的供應鏈商機、企業數位轉型帶來的產業效益與社會經濟成長。因此，可看到全球企業與電信營運商積極投入發展5G企業專網，進行5G垂直應用試驗，其中尤以製造業最為積極。
然而5G專網發展仍有許多問題待解決，例如5G標準持續發展中，相關大規模機器型通訊(mMTC)規範的R17標準於2022年才會制定完成，設備終端上市至廣泛應用尚須一段時間；另外導入5G到各個垂直行業，依據不同行業應用場景，需要網路服務供應商與產業客戶充分溝通共同探索。正如2020年11月舉行的5G World活動中，專網生態系針對5G專網市場所傳達出的看法，5G專網的主要挑戰不是技術，而是關於應用情境、商業模式和預期的投資報酬率等，如何克服這些問題將是5G專網成功的關鍵。
(本文作者為工研院資通所資深工程師)