5G打破傳統產業模式　無人載具創造智慧聯網新未來

5G不單單是通訊技術的革命，更是一場產業的革命，它將緊密地與人工智慧(AI)、物聯網(IoT)、邊緣運算、大數據和雲端運算連接在一起，全方位推動各產業往數位化及高品質發展。例如，數位化生產的發展方向就是以智慧工廠為核心，將人、機、法、料、環連接起來，多維度融合的過程，而智慧工廠是智慧製造的核心。在5G時代，個人化服務的客戶需求與設計、供應商和製造商之間的資訊存取與共用、售後服務的快速回應等環節都將與數位化智慧工廠一起創造價值成長。進一步成熟的5G技術將向經濟社會各領域擴散滲透，孕育新興資訊產品和服務，重塑傳統產業發展模式，對經濟社會發展產生深遠影響。

4G改變生活，讓人們離不開手機，5G則將改變社會，讓萬物互聯。4G是給人用的，5G是給物用，一般認為5G未來20%是用於人與人通訊，80%用於物與物通訊。4G主要業務在消費市場，5G主要業務將為企業用戶，企業專網可說是5G的殺手級應用(Killer Application)。目前5G建設驅動力主要來自營運商，5G推動存取網路及傳輸網路基礎設施建設，並透過政府政策驅動，推動5G企業專網POC，讓5G可提早進入垂直場域應用，透過POC讓企業了解5G特性及彈性。

5G到底行不行 現行R15應用尚待成熟

5G手機的成本和資費提升，但用戶體驗卻沒有大幅度的提升。在工業領域，則認為5G技術對於製造業、工業應用的效率提升程度不大，大部分的連接用4G和有線網路就可以解決。因此，對5G技術商用落地目前存在誤解和偏見，其落差主要可分為三點。

技術標準及產品成熟度

5G三大核心技術能力為增強型行動寬頻(eMBB)、超可靠低延遲通訊(uRLLC)和巨量多機器型態通訊(mMTC)。3GPP分別在R15、R16及R17訂定相關技術標準，並在R18、R19和R20訂定5G-Advanced相關技術。目前5G終端、基地台及核心網路等產品皆遵循R15標準開發，R16產品預計在2022 Q4或2023陸續發表，R17產品預計在2024 Q4登場。面向企業端的大頻寬低延遲應用場景落地，在2022以後會比較成熟；需要大頻寬低延遲廣連結之應用則將在2024以後漸趨成熟。因此，一般認為企業專網會在2025及之後的幾年開始大量落地(圖1)。

高建置成本及頻譜費用

企業專網無Wi-Fi干擾問題，企業可用以構築一套快速的神經傳導與反應系統。當企業透過企業專網掌握關鍵技術與資料，藉由滿足內部物聯網傳輸需求，也能廣泛推向人流、物流、資訊流與金流的一體化，協助企業建立更有效率的營運模式並提高生產效率。由於頻譜是全民資產，專用頻譜須付費向政府申請，一般商網基於其營利性質，在頻譜上所付的費用可由消費者資費賺回。然而，企業專網是用於數位轉型，5G基地台及核心網路相對於Wi-Fi無線基地站(AP)的建置成本已經高出許多，加上頻譜費用，並非一般企業所能付擔。因此，需要政府補助及稅金減免，讓企業專網除了透過補助降低成本帶動數位轉型、提高生產效率，增加產值及出口競爭力，也增加稅收形成良性循環。

專網軟硬解構相容性及維運難題

由於5G O-RAN軟硬解構，追求介面開放化、軟體開源化、硬體白盒化及網路智慧化，台廠深耕於網通及伺服器硬體，加上軟體合作廠商，讓台廠可跨足5G基地台的大商機(圖2)。然而，高階行動通訊技術長期掌控在國外少數大廠手裡，從2G、3G、LTE數十年來累積可觀的網路研發、設計、規畫、布建、優化及維運相關技術及經驗，其技術門檻非常高，國內本來就欠缺相關人才，加上為了將BBU拆解成中央單元(CU)、分散式單元(DU)及支援網路智慧化，新增很多介面，在相容性和維運層面將造成困擾，而企業IT部門對5G尚未進入狀況，也導致5G企業專網尚難推展，待5G技術及產品更加成熟，才可突破困局。

目前台廠生產的5G基地台及終端皆以3GPP R15技術為標準，提供5G端到端的解決方案如圖3。若裝置本身即具有5G模組介面，便可直接與基地台連線；如果沒有，就得透過5G CPE如Dongle、MiFi、IoT GW或FWA跟基地台連線。基地台分成RU、DU及CU，其中一個DU可接多個RU，一個CU可接多個DU，如場域不大也可將DU及CU裝在一台伺服器(Server)，透過CDU連接多個RU。CDU的控制訊令將接到5G核心網路，用戶資料透過UPF/MEC接到應用平台。

R16專屬網路資源打入垂直產業

3GPP R16中引入、走向垂直產業應用的大利器就是非公共網路(NPN)支援，可以為產業使用者提供專屬的資訊資源，透過一系列的專屬網路設計，為垂直產業提供QoS定製化能力、網路隔離、網路安全等能力，使得非授權產業終端無法擅自駐留或存取這些專網社區的網路，進而避免一些無用的流程及無線資源的浪費。

除了繼續增強行動寬頻(eMBB)，以更快的上傳與下載速度強化獨立組網(SA)的5G網路之外，3GPP也詳細制定工業物聯網(IIoT)架構，配置多套調度資源，可依業務需求來滿足時間敏感網路(TSN)的有界延遲限制、低延遲、低抖動、高可靠的需求，同時兼顧低成本設計。

面向車聯網應用，R16支援車與車(V2V)和車與路側單元(V2I)直連通訊，藉由引入單播、多播和廣播等多種通訊方式，以及優化感知、調度、重傳和V2V連接品質控制等技術，實現車聯網(V2X)支援車輛編隊、半自動駕駛、外延感測器、遠端駕駛等更豐富的V2X應用場景。

R16標準定義eMBB和URLLC的業務和業務資源碰撞、不同通道碰撞時的優先順序，對搶占規則也做了一些設計，讓URLLC和其他業務共存時，URLLC業務皆能及時發送。此外也引入免許可頻譜設計(NR-U)、5G廣播與整合存取與回傳(IAB)等技術，這為5G在垂直產業應用的拓展打下了良好的基礎。 3GPP從R9開始，就一直在做空口定位技術的研究和演進，到了R16，大頻寬的特點使時間解析度更高，多波束的波束角度更加細小，使得定位資訊更加可靠，也得到更高的精度。相對於LTE的50~100m定位精度，在一定條件下，R16的定位精度可以達到室外小於5m，室內小於3m，應用場景也更加豐富(圖4)。

R17全面升級5G性能拓展用例

3GPP R17是全球5G標準的第三個版本，對多項基礎性技術進行了特性增強，包括容量、覆蓋、延遲、能效、移動性(Mobility)。這些基礎特性的增強對已部署網路的性能進行持續優化，商用網路透過軟體升級如下功能，使用者體驗將得到進一步提升(圖5)。

R17對部分關鍵技術帶來了增強特性，進一步增強的大規模多輸入多輸出(MIMO)系統，包括增強的多波束運行、增強的多發射和接收點(TRP)部署、增強的八天線探測參考訊號(SRS)觸發或切換、通道狀態資訊(CSI)測量或報告。R17為上行控制和資料通道設計引入多個增強特性，包括上行資料通道(PUSCH2)、上行口控制通道(PUSCH3)、Message 3，尤其是增加重傳次數以提升可靠性，還有跨多段傳輸和跳頻的聯合通道估計。

除此之外，R17也進一步延長終端續航，為處於閒置/非活躍/連接狀態三種模式的終端增強節電特性，比如減少非必要的終端傳呼接收、無線鏈路的終端測量釋放等。R17支援增強的IAB以及同時收發，即空間分離全雙工，可提供高效的5G部署，尤其是毫米波部署。此外，R17還引進簡單中繼器(放大和轉發中繼)，可擴大分頻雙工(FDD)、分時雙工(TDD)的網路覆蓋，並持續優化工業物聯網(IIoT)，為URLLC導入全新特性，比如增強實體層回饋、提升免許可頻譜相容性、終端內複用和優先順序排序、增強時間同步、QoS網路等，以及增強的多無線電雙連接、多SIM卡支援、更高階調變、零星資料傳輸、體驗品質、資料獲取、RAN切片等。

在應用方面，3GPP R17可將5G連接擴展至幾乎全部終端和用例：傳統5G NR(如n78、n79)終端通常須配備四根接收天線，R17將NR-Light/NR-Lite終端的接收天線減少到一根或兩根，還提升了能效，支援Reduced Capability(RedCap)終端與其它5G NR終端共存。此外，R17也正式引入了面向非地面網路(NTN)的5G NR支援，包含面向CPE的衛星回傳通訊和面向手持設備的直接低資料速率服務，以及支援eMTC和NB-IoT運行的衛星通訊。

R17基於R16蜂巢式車聯網(C-V2X)的PC5/Sidelink設計，優化資源配置、節點、全新頻段，並將直連通訊擴展至公共安全、物聯網，以及其他須引入直連通訊中繼操作的全新用例。其支援獨立組網廣播/多播增強特性，支援6MHz/7MHz/8MHz載波頻寬，並且透過廣播和單播間的同時/動態切換為5G NR定義多播操作。

R17進一步提升了5G定位以滿足公分級精度等更嚴苛用例的需求，同時降低定位延遲，提高定位效率以擴展容量，實現更精準的全球導航衛星系統(GNSS)輔助定位性能。無界延展實境(XR)包括擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)、雲端遊戲，R17為已經確定的XR流量類型定義需求和評估方法，並確定未來R18專案的提升範疇。

R16及以後的版本擴展5G及蜂巢式技術能力，賦能垂直產業應用，其中移動性、即時遠端控制及大頻寬將成為5G近期垂直應用之顯學。接著本文將以無人載具在5G的應用進行探討。

5G處處聯網　無人作業應用多

無人載具可依陸海空場域應用區分為AMR/AGV(無人搬運車)、天車、服務機器人、採礦車、車聯網與自駕車、河道湖泊自駕船或遊艇、自駕車、無人機及無人飛行車等。在智慧營造、智慧工地，由於工地場景多變，架接網路不易，有線部署影像監控等終端設備會對維運造成極大困擾，針對施工場景採用無線接入設備有利於快速部署及提供具備針對性的應用。受物聯網傳輸距離、4G網路延遲及上行頻寬限制，遠端操控設備需要5G專頻專網可提供的高頻寬及多使用者設備(UE)介接，頻段依工地施工長短申請，相關設備不同工地可重複使用(頻段使用須重新申請)，可解決智慧營造的需求。透過遠端操控也可把堆高機操作員變成辦公室工作，提升該職務的吸引力，降低職災風險(圖6)。

加州新創公司發表了一款自動駕駛電動牽引機，無須人力駕駛便能在農地上工作好幾個小時。牽引機的自動防翻覆技術、防碰撞技術，以及動力輸出(PTO)監控鏡頭，都有助於確保農場作業的安全。牽引機能透過感測套件掌握農作物狀態，車頂上的內建氣象站還能記錄農地實際天氣狀況。農場業者可利用智慧型手機牽引機專用的App，獲得牽引機提供的告警、氣象更新、作業報告、資料分析等訊息。

工廠常因倉儲地點分散並隨季節和訂單需求增減影響其布線，產線調整緩慢，同時依靠人工搬運的勞動強度大、用工多，安全問題突出且成本高。倉儲環境複雜，人車混流、車輛移動頻繁，物流斷流且多節點交接轉送，效率低、成本高、錯誤率也高，即便部署Wi-Fi無線網路，也會因為覆蓋死角多，導致車輛在不同Wi-Fi、APP下移動時斷網頻繁，不利於即時掌控倉儲及物流情況。因此，工廠急須以5G網路整合AMR智慧物流車與企業內部系統，實現供應鏈全流程資訊通透、可視，大幅減少資訊盲區和線上物料積壓(圖7)。

5G+AMR除了讓內部物流靈活性提升、縮短交貨時間，更可釋放員工資源，讓員工專注於高附加價值的工作。AMR類似小型自駕車，無須移動固定的傳動帶便可為AGV創建新磁路，僅須改變使用者友善的機器人軟體地圖，便能計算出從A到B之間最快的路線，如果中途遇到障礙物，它們會重新選擇路線或求助。此外，5G相關應用還包括商業零售機器人、室內無人配送機器人、消毒機器人、個人/家庭服務機器人，以及協助外科醫生動手術的主從機器人。

5G超低延遲的優勢將提升車聯網資料獲取的及時性，保障車與人、車與車、車與路即時資訊互通，消除無人駕駛安全風險，進而實現完全無人駕駛，推動車聯網應用進程。5G也可讓車隊管理實現科技化、智慧化、人性化。汽車搜集的資訊可以縮短停工期，藉由事先診斷出車輛問題來降低維修成本。未來遠端駕駛可應用在一些特殊場景下，例如救災、道路搶修，大大降低營救工作的危險性，提高營救效率。

5G無人船會根據規畫的掃除軌跡在限定區域內作業，其搭載的感測器除了可智慧識別藻類及其他漂浮物垃圾、河道障礙物、水生植物等，還可以在全天候不間斷作業的同時採集相關資料，監測全流域水質指標、河床淤泥等情況，也能夠監控河岸安全，對岸上非法行為進行識別、取證、驅趕，減少意外發生。透過智慧河道平台管理，河道可不斷提升環境治理智慧化水準，讓市民享受更優質的生態環境。

5G在智慧港口的集中化管理使得港口活動可以在一個中心地點遠端操作，如澳洲礦業部門的鐵礦石自卸卡車一般，允許精確控制起重機吊具和負載，這將使裝卸船隻載入/卸載過程完全自動化，在短時間內增加周轉的貨櫃船數量來優化貨物交付時間。

5G網路下的無人機，其應用場景將更加多元。未來無人機將在5G網路技術下，構建一個豐富多彩的「網聯天空」，基於承載無人機和行動寬頻(MBB)使用者的全連接網路，推進無人機網路連入蜂巢式網路實現無人機安全飛行，激發更多聯網無人機應用。藉由5G網路+AI技術實現無人機的自主作業，可徹底實現24/7無間歇作業。

5G技術由於頻寬和覆蓋範圍，常視為實現無人機通訊的最佳手段，也適合以無人機開展無人送貨服務，例如中華郵政於尖石鄉試辦遙控無人機物流服務、統一集團攜手智能機器人展開全新的無人機外送模式。

5G應用加速落地 下一個兆元產業誕生

3GPP R16及R17標準凍結後，將會推出5G R16基地台和終端及後續的R17設備，帶動大規模5G產業應用開始落地。隨著不斷湧現的5G新應用，新商業模式和應用場景也將應運而生。如同電腦從專屬封閉掌控在幾家大型電腦到Wintel小型PC相容電腦，基地台也會從專屬大型Macro到Open RAN相容的小型基地台。隨著5G產業鏈的成熟帶動垂直細分產業，啟動現有產業並打造眾多新興領域，促進設備製造業和資訊服務業快速成軍，跟PC產業一樣，這也可望為台灣開啟另一個兆元的5G產業。

(本文作者為明泰科技總技術室處長)