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。
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。
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。
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。