技術升級/部署普及/成本下降　5G SA/Advanced蓄勢待發

5G在2019年推出時，承諾將改變機器人等主要產業，創造新的應用，讓人們以前所未有的規模進行通訊(圖1)。五年後的現在，5G發展情形為何？本文將探討現況是否符合5G熱潮最初的期望，以及目前的技術部署情況。

探索5G使用案例

5G是繼2G、3G和4G之後，推出的第五代蜂巢式行動無線技術。大多數人透過智慧型裝置(例如智慧型手機、平板電腦和智慧型手表)與此項技術互動，但4G與5G的應用和使用案例遠比這些更廣泛。

許多人第一次與5G互動的經驗，是在使用支援5G的智慧型手機，並連接至高處理速率、與5G相容的網路時。這種情況下，手機畫面上會顯示5G圖示。針對行動使用者提供的高處理速率，稱為增強型行動寬頻通訊(Enhanced Mobile Broadband, eMBB)只是5G的主要使用案例之一。其他主要使用案例包括超可靠低延遲通訊(Ultra-Reliable And Low Latency Communications, URLLC)，以及大規模機器型通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)。URLLC是指確保往返通訊週期具有極低的延遲和高度通訊成功率。mMTC是指許多機器間以不同資料傳輸速率和通訊頻率同時通訊，例如分散的感測器、控制器、自主機器人和安全裝置之間的通訊。這些機器型通訊通常具有不同的通訊類型、調變、頻率範圍和頻寬，像是智慧家庭和工業自動化等重要應用，就必須要考量到前述需求。

5G探索的其他使用案例還包括車聯網(Vehicle-To-Everything, V2X)應用。V2X涵蓋車輛與使用者的行動裝置及附近信標之間、車輛與車輛之間(Vehicle-To-Vehicle, V2V)，以及車輛與基礎設施之間(Vehicle-To-Infrastructure, V2I)進行通訊的能力。V2X功能是實現自動駕駛車輛和其他增強型車輛安全功能的一種方法。此外，V2X可以幫助減少交通流量，並協助緊急車輛作業。

5G擴展/實施情形

根據GSMA Intelligence調查，截至2023年底，5G連線數已超過15億，而此時距離5G推出僅過去了四年，這表示採用率非常驚人^[1]。然而，已部署的5G不一定就是能夠支援eMBB、URLLC、mMTC和V2X功能的5G。此外，正如GSMA所指出，5G的部署主要發生在高收入國家，富裕城市地區以外的部署規模很小。即使在已部署5G的地方，其效能也大多表現不佳，甚至可能不如先前部署的4G LTE。

了解上述結果背後的原因，有助於理解究竟何謂5G：它就是一組規定了一系列頻率的標準，以及與這些標準相容的通訊技術。5G頻率分為低頻段、中頻段和高頻段，每個頻段還可進一步分為多個頻道。低頻段頻率低於1GHz，其覆蓋範圍更大，但處理速率較低。中頻段頻率處在1~7.125GHz之間，可在覆蓋範圍和處理速率方面取得平衡，不過在整個頻率範圍內的具體情況有所差異。高頻段在技術上是指高於7.125GHz的任何頻道(根據不同資料來源，最高可達40GHz或71GHz)，處於稱為毫米波(mmWave)的頻率範圍內。毫米波頻率具有極小的裝置尺寸和較大頻寬等好處，但具有較高的大氣衰減，可能導致覆蓋範圍有限。

目前的5G主要涵蓋在中頻段，這些服務只是中頻段頻率的額外增加和延伸，與4G LTE Advanced沒有太大區別，但具有一些額外的頻寬。部分大型電信供應商和行動網際網路服務供應商(Internet Service Provider, ISP)正在部署和測試有限的高頻段5G服務。雖然這些服務似乎可以運作，並可提供更高的處理速率，但涵蓋距離似乎非常短，並且需要大量電力才能運行，這會導致較短的電池壽命和覆蓋範圍不可靠的問題。上述情況是合理的，因為這些都是很新的服務，過去從未在這些頻率上為行動裝置提供大規模無線服務。現在，固定無線存取(Fixed Wireless Access, FWA)服務已取得一定成果。這些服務使用中頻段和高頻段5G為家庭提供無線網路，在寬頻網路服務部署不佳、價格昂貴或不可用，但可以使用5G的地區取得了成功。根據GSMA Intelligence報告，FWA在科威特、沙烏地阿拉伯、阿拉伯聯合大公國、奧地利、美國、德國和澳洲的採用率已超過5%。

5G的其他成果包括比以往4G快了幾倍的下載速度，以及比4G更實惠的每GB數據方案。然而，其中部分結果可能會出現偏差，因為它們可能主要受到行銷策略的結果影響，而未能反映實際成本。此外，許多地區正在逐步淘汰2G和3G服務，導致許多使用者必須也跟著轉變。

5G部署的下一階段

隨著技術的發展，加上前述功能和使用案例的啟用，5G早期發展的一些痛點可能會得到緩解。這需要來自裝置和服務供應商的廣泛生態系統支援，而隨著5G部署的普及和成本下降，此類生態系統可能會繼續緩慢成長。

5G接下來的兩種部署模式是5G獨立組網(Standalone, SA)和5G Advanced。5G SA是指獨立的高頻段/毫米波服務，不像目前常見的5G非獨立組網(Non-Standalone, NSA)那樣需要5G中頻段服務或5G LTE核心提供支援。5G SA裝置和應用僅要求達到極高處理速率，因此只需要相容於高頻段的晶片組，而不需要任何5G中頻段技術。這可以降低成本並增加5G高頻段的使用案例，畢竟5G SA的效能理應遠勝於5G NSA。然而，5G SA需要採用符合5G標準的無線電存取網路(Radio Access Network, RAN)技術和符合5G標準的核心技術。

5G Advanced這個術語跟4G LTE Advanced類似，描述的是2028年預計發布的5G更新版本(3GPP Release18~21)。新版本預計將帶來增強型大規模多輸入多輸出(Massive Multiple-Input Multiple-Output, mMIMO)技術、減少切換時間、增強頻譜效率，並且實現連接至非地面網路。其他新服務包括改進對延展實境和功能縮減(RedCap)裝置的支援，以及支援增強型定位/時間關鍵型網路。5G Advanced還應促進更節能的服務，並使用以人工智慧(Artificial Intelligence, AI)為基礎的RAN負載管理/行動性最佳化和空中介面強化，這可能類似於以AI為基礎的認知無線電架構。

整體而言，5G Advanced應可實現衛星到手機通訊、時間關鍵型應用以及精確定位(一種全新的蜂巢式無線功能)。此外，AI強化的自動化功能應可根據使用者裝置和基礎設施的目前環境，對網路負載管理加以改善。5G Advanced獲得廣泛採用可能還需要幾年時間；然而，Release 18的許多功能可能會透過軟體更新提供給基礎設施裝置和部分使用者裝置，而不需要更換全新硬體。

5G的私人網路/汽車/工業應用

雖然政府、國防機構、企業、汽車和工業應用已經採用前幾代的蜂巢式技術，但蜂巢式服務主要還是由消費者應用主導。這些消費者應用主要包括手機服務，也包括一部分的FWA。然而，隨著URLLC、mMTC、V2X和增強型定位/時間關鍵型網路等新的5G使用案例推出，5G技術將更有可能部署在此類其他應用，屆時消費者服務可能不再是主導的服務。由於這些應用中需要更多的自動化和無線連網功能，加上部署5G網路的相對成本提高，最新5G技術的早期採用者甚至可能是政府、國防和工業實體。

5G未來展望

雖然5G技術的推出起步有些艱辛，但其部署仍以驚人速度進展，遠超過前幾代蜂巢式無線技術。5G服務的未來使用案例和應用可能會繼續推動5G的採用，對於之前無法由無線通訊提供服務的應用也是如此。隨著5G SA和5G Advanced技術的部署規模成長，以及5G服務成本下降，圍繞5G熱潮的大部分期望可能會在未來幾年得到證實。

(本文由貿澤電子提供)

參考資料

[1] https://data.gsmaintelligence.com/5g-index