5G NR在2017年3月正式由研究階段(Study Item)進入工作階段(Working Item)，原訂在2018年6月底定的5G NR內容，其中5G NR NSA更將加速於2017年12月完成，讓標準制定與商業化推動無縫接軌，也成功讓5G熱潮持續延燒。
5G議題在2017年不斷加溫，其涵蓋領域廣泛，以傳輸速率來看，從160kbit/s的智慧量表每日數據採集，到20Gbit/s高畫質VR應用與8K串流視訊都是可以提供的服務，也因此相關議題在近期不斷發酵，根據高通(Qualcomm)委託市調機構IHS Markit進行的研究指出，台灣在現有產業結構與政策環境下，透過5G科技，可望在2035年締造1,340億美元商品與服務的總產值，並帶動51萬個就業機會。
在ITU提出的5G三大面向包括Enhanced Mobile Broadband(eMBB)、Massive Machine Type Communication(mMTC)、Ultra-Reliable and Low Latency Communications(URLLC)，其中mMTC與URLLC都與物聯網有關，eMBB則是與傳統行動寬頻傳輸有關，愛立信(Ericsson)網路系統產品部總經理Joakim Sorelius於9月12日在台灣5G Summit 2017上表示，全球行動寬頻流量在2016年至2022年間將成長8倍，主要來自於影音視訊的應用，全球行動寬頻服務用戶數則將於2022年達到80億。
2017年2月底，22家通訊產業大廠於西班牙巴塞隆納世界通訊大會(MWC)共同宣布，支持加速5G NR標準化進度，導入一個「中介」步驟，發展以4G為基礎的「準」5G模式(Set-up Mode)，稱為非獨立5G新無線電(5G New Radio Non-Standalone, 5G NR NSA)。隨後，3GPP也正式宣布，將加速於2017年12月完成5G NR NSA標準，以滿足部分運營商在2019年實現5G商用的強烈需求。
NR為5G開路先鋒
5G的NR(New Radio)尚未正式制定，目前被稱為新空中介面或新無線電，Joakim Sorelius說明，5G無線接取技術的發展主要可分為三大面向：
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| 圖1 5G NR eMBB標準工作時程 |
資料來源：3GPP
5G標準還是由3GPP主導制定，在其標準規畫時程中(圖1)，5G NR在今年3月正式由研究階段(Study Item)進入工作階段(Working Item)，原訂在2018年6月底定5G NR內容，但為了讓電信營運商可以一方面快速推出5G高速服務，一方面延伸現有4G投資使用效率，資策會智慧所技術總監李永台(圖2)指出，5G NR NSA是將4G核心網路加5G接取網路做為中間標準，較原訂時程提前六個月於2017年12月完成，2月底發布此計畫後，最終有47家營運商、晶片與設備大廠簽署支持。
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| 圖2 資策會智慧所技術總監李永台表示，5G NR NSA是4G核心網路加5G接取網路做為中間標準，預計於2017年12月完成。 |
非獨立式架構為中介模式
5G NR NSA是最早的5G網路，預計可以提供超過1Gbit/s的傳輸效能，跟正式的5G架構相較，非獨立式的架構一律使用4G核心網路EPC(Evolved Packet Core)，並透過LTE的基地台(eNB)或5G的基地台(gNB)與終端連結，目前3GPP已經提出多種連結模式供業界參考，如(圖3)所示，在傳輸流程部分，代表信令的控制平面(Control Plane)都是由4G核心網路傳送到4G基地台，再傳送到終端，而代表資料流的使用者平面(User Plane)就可以有多種不同選擇。
3GPP提出5G連結架構選擇有高達十種，經過簡化後較為業界認同的NSA連結選擇有兩個模式Option 3與Option 7，不同模式又有不同的連結方式。Nokia台灣技術總監陳銘邦(圖4)指出，模式3是目前業界討論最多的連接架構，這個連接架構中又有三種不同的連接模式，模式3中，資料流與信令都先從EPC傳送到LTE基地台，再將信令與部分資料傳送到終端，其餘資料要傳送到5G基地台，再傳送到終端，不過此一模式，在資料量大的時候，容易在LTE基地台產生瓶頸，也不易將5G的速度優勢顯現出來。
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| 圖3 5G NR NSA網路連結架構類型 |
另一個3a模式，信令的傳送一樣是透過LTE基地台，但是資料的傳送就分成兩個載體(Bearer)，分別透過LTE基地台與5G基地台傳送，不過有鑒於5G基地台覆蓋範圍較小、訊號易受干擾，當用戶端移動到沒有5G訊號的地方，這個傳輸架構就會變回模式3，使用者很容易在資料傳輸上出現塞車的現象，陳銘邦認為此架構不是可行的NSA傳輸模式。
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| 圖4 Nokia台灣技術總監陳銘邦指出，Option 3x模式，使用Split Bearer資料分流技術，預期應該會是NSA初期的架構。 |
目前討論最多的架構為3x模式，除了信令一樣是透過LTE基地台傳送到終端之外，資料會從EPC直接傳送到5G基地台，再使用Split Bearer的技術，將資料分別從5G基地台或LTE基地台傳到終端，陳銘邦解釋，此技術就是類似LTE Dual Connectivity的技術，將資料分流，使用者在有5G覆蓋的地方可以充分享受5G的速度，離開5G的覆蓋也可以借用LTE網路，預期應該會是NSA初期的架構。
發展到第二階段，營運商5G核心網路與基地台布建更為普遍以後，就會出現較多模式7的架構，訊息直接從5G核心網路發出，信令同樣是從LTE基地台傳送到終端，資料傳送方式就類似前述模式3的傳輸方式，有多種不同選擇，模式3與模式7就是NSA的主要架構。
5G NR SA 2018年以後就位
獨立式5G NR(5G New Radio Standalone, 5G NR SA)照預訂時間在2018年6月提出，Qorvo市場戰略部亞太區經理Lawrence Tao表示，NSA與SA其中一個主要區別在於：6GHz以下的最大通道頻寬限制將為100MHz，6GHz以上的最大通道頻寬將設置為400MHz。使用四個100MHz通道，可以在6GHz以下實現高達400MHz的暫態頻寬，能將傳輸速率大幅提升。
未來5G NR SA的連接架構就單純多了，主要是Option 2與Option 5兩種，不過要等到電信營運商全面導入5G核心網路，且5G基地台布建更為普遍，實際發生時間可能在2020年以後了。
頻譜使用效率是5G技術發展的一大重點，高通、Verizon和Ericsson採用支援授權輔助接取(LAA)的Gigabit等級LTE，僅使用了FDD頻譜中的三個20MHz載波，並利用12個同步LTE資料流程實現了1.07Gbit/s的速率，支援高達20%的峰值資料速率提升，並能提高平均速率。未來5G NR將採用哪些技術？效能如何？最快要等到2017年12月才會出現第一版的內容，不過我們可以從幾個不同面向來觀察，5G NR可能的內涵與效能指標。
頻段應用趨勢
5G使用頻段還是以6GHz以下頻段為主，包括過去2G/3G使用的回收頻段，5G NR NSA初期沿用過去的頻段規畫，直到各國電波主管機關開始規畫頻段的利用，並籌畫5G無線頻譜執照的競標才會更為明朗，以目前3GPP在標準發展階段提出的頻譜應用建議而言，如前述在6GHz以下，通道(Channel)的規畫以不超過100MHz為原則，資策會智慧所組長吳志強(圖5)說明，未來5G Channel的規畫重點就是彈性，從5MHz~100MHz都有可能，打破LTE時代以20MHz以下的原則，也呼應5G多樣化的服務特性。
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| 圖5 資策會智慧所組長吳志強說明，未來5G Channel的規畫重點就是彈性，從5MHz~100MHz都有可能。 |
另外，高頻毫米波的應用是5G的另外一個重點，5G NR NSA預計至少會支援一個毫米波的頻段，目前業界最有共識的是28GHz，隨著業界對毫米波技術的逐漸熟悉，也會有越來越多頻段被導入，如39GHz、73GHz等都各有支持者，吳志強指出，毫米波頻段的Channel規畫就跟6GHz不一樣了，由於高頻段的電波特性，Channel應用預計從100MHz起跳，單一Channel最大到400MHz，主要提供高速傳輸應用。
傳輸速率1Gbit/s起跳
5G的網路傳輸速率將達到以及超過1Gbit/s，利用授權輔助接取(LAA)與MIMO等技術的支援，預計在6GHz以下以及在毫米波頻段實現1.5~5Gbit/s的傳輸速率。這是非常高的傳輸速率，和過往的技術相比有非常明顯的成長。在5G NR NSA階段，峰值速率可以達到5Gbit/s就算是非常好的表現，經過一段時間的運作穩定之後，再往10Gbit/s邁進。
中科院於今年3月上旬展示5G通信研發成果，利用5G毫米波高頻段小型基地台提供GHz以上的頻寬，大幅提昇資料傳輸速率，速率可以達到21Gbit/s。中科院電子系統研究所所長林清泉博士解釋，中科院長期投入軍事用的高頻毫米波技術，所以累積數十年毫米波的技術經驗，在毫米波通訊資料傳輸技術能力與國際大廠不相上下。
5G新存取技術
5G對於傳輸速率的提升，要求較現有LTE高出一大截的門檻，為了滿足此一需求，業界專家提出了非正交多重存取(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)技術，NOMA系統的功率分配問題目前得到初步的關注，在總功率約束下系統吞吐量最大化的功率分配，採取將功率分配作兩步完成，先將功率平均分配給每個子載波，然後在單個子載波上採用分數階功率分配方法(Fractional Transmit Power Allocation, FTPA)進行功率再分配。這種方法在初次分配中忽視了信道的時變特性，是一種次優的功率分配方法。
另外有一種最優疊代注水功率分配算法。該算法雖然可以獲得更好的系統吞吐量，但是疊代過程中考慮了子載波上所有用戶，算法複雜度很高。日後包括運用NOMA以及RSMA(資源分散多重存取)，裝置不必取得允許就能隨時傳送資料，都是未來5G NR可能的候選存取技術。
5G傳輸技術
現有LTE主要傳輸技術以分時與分頻為主，分別是TD-LTE分時多工(Time Division Duplexing, TDD)，與FDD-LTE分頻多工(Frequency Division Duplexing, FDD)。未來5G預計也會同時發展這兩個技術，由於頻譜特性，6GHz以下頻段雖然FDD與TDD都可以運行，但預計會以FDD為主；而6GHz以上的中高頻段，就會以TDD為主要傳輸技術。
5G應用領域幾乎涵蓋未來10~20年科技產業的商機，科技廠商對於相關技術的發展都相當關注，不過目前宣稱可以提出解決方案的還都是最少數的領導廠商。3G/4G時代的通訊龍頭Qualcomm，在5G時代看起來依然是產業領導者之一，該公司在2017年2月的MWC推出5G新空中介面(NR)多模晶片組解決方案Snapdragon X50 5G數據機(Modem)，可以支援3GPP的5G新空中介面。
廠商積極布局5G NR
Snapdragon X50支援6GHz以下以及多頻毫米波(mmWave)頻段，設計目的是為所有主要頻譜形式與頻道提供統一的5G設計，該數據機系列的設計，能夠提供增強型行動寬頻所需的擴大頻寬與超高速傳輸。此外，這些數據機解決方案的設計能夠支援5G NR NSA與5G NR SA運作，實現下一代行動通訊裝置，同時協助營運商進行初步的5G測試與布建。預計從2019年起，整合Snapdragon X50系列之5G新空中介面數據機的商用產品將開始上市。
另外，已在行動通訊領域奮鬥多年的英特爾(Intel)，面對5G龐大商機不僅提早布局，也全面建構5G相關解決方案，在晶片部分更搶先於2017年1月的CES展推出代號Goldridge的5G數據機，宣稱資料傳輸速率達5Gbit/s，其架構是以一顆基頻晶片搭配一顆6GHz以下頻帶以及一顆28GHz頻帶的5G RF IC。技術特色包括支援5G NR技術功能，低延遲訊框結構、先進頻道編碼、大規模陣列天線MIMO與波束成型(BeamForming)等。
除了晶片之外，Intel也推出Intel 5G行動測試平台(Intel Mobile Trial Platform, MTP)作為多數試驗與開發的基礎。該平台預計在2017年第四季展開實地測試與試驗，並且支援5G NR NSA標準。Intel 5G行動測試平台採用Intel FPGA與Intel Core(酷睿)處理器。電信設備製造商可以在12月NSA標準底定時測試各裝置的互通性(Interoperability)，電信營運商也能提早於實際應用環境下進行平台試驗，各標準機構也能加快腳步蒐集資料，著手制定最終技術規範。
而在網路架構中，3G/4G時代通訊任務單純，網路架構大多為核心網路搭配基地台，英特爾產品行銷經理李俊男表示，過去資料大都在核心網路或更後端的資料中心處理，而且電信設備商通常採用封閉式的架構，營運商的設備是一整套綁定的；但未來5G的網路不僅任務複雜，且更要求時效，因此Intel開發行動終端運算(Mobile Edge Computing, MEC)解決方案，透過網路終端虛擬化(Network Edge Virtualization, NEV)SDK技術支援以及DPDK(Data Plane Development Kit)軟體開發套件，提供在地化(Local Based)的資料處理，打造更具智慧化、高效率、彈性化的網路環境。
持續補強完善可期
5G NR NSA讓標準制定與商業化推動無縫接軌，也成功讓5G熱潮持續延燒，產業非常關心年底NSA版本的NR內容是甚麼，部分大廠更希望可以主導標準或迅速推出解決方案，不過也有產業人士觀察，近期因為發展NSA標準，導致原訂2018年6月發表的首版5G NR SA可能會出現延誤，不過也可能因為NSA的標準制定，讓預計2025年才普及的5G服務，提早一兩年就被市場接受。
而且不管是2017年12月的5G NR NSA或2018年6月的5G NR SA，預期都是不成熟的5G內容，還需要後續幾次標準的補強才會更完善，3GPP R16版本被預期應該是較成熟的5G標準，目前也還有非授權頻譜(Unlicensed Spectrum)、車聯網評估方法(eV2V Evaluation Methodology)、整合存取回傳(Integrated Access Backhaul)、NOMA、非地面通訊(Non-terrestrial Networks)、5G自行評估(5G Self-evaluation)等六大研究項目，預計2019年12月底定的R16標準，才是比較接近商業運行價值的5G標準。