URLLC/巨量IoT商機可待　第二階段5G標準快馬加鞭

5G的願景是提供一致的聯網架構，以適用於各種服務及裝置，可讓行動技術從超過50億人擴及上兆個物件，幾乎顛覆所有產業運作。隨著首版全球5G標準問世，整個產業又往5G未來邁進一步，可望造福整體經濟和社會。然而，在完全發揮5G潛力之前，還有許多研發(R&D)與標準制定作業需要完成。

2017年12月3GPP(3rd Generation Partnership Project)完成了5G標準第一階段第15版(Release 15)的一部分，將重點放在因應迫切商業需求的特定條件上，其中包含更豐富的5G新無線電(5G New Radio, 5G NR)和多項新技術，以因應增強型行動寬頻(enhanced Mobile Broadband, eMBB)的條件。3GPP指出，第一版5G標準的完成「為全球行動產業奠定基礎，最快可在2019年開始全面發展5G NR大規模測試和商業布建。」

然而，雖然3GPP第15版標準代表實現5G願景和最終5G系統架構的重要里程碑，但它只是5G的冰山一角。第15版標準未來將用於加速2019年時布建eMBB，建立日後創新的基底架構，3GPP第16版(Release 16)和後續版本中的5G第二階段重心將放在擴展5G NR，因應各種新使用情境與新方向。簡單來說，5G的下一階段將提供豐富的先進技術藍圖，未來不僅會持續帶領行動寬頻進步和發展，更會擴展5G網路，實現聯網能力基礎整合多元服務的願景：

・eMBB：

服務將擴展並強化傳統行動寬頻，迎來更高的容量和每秒數Gigabit(Multi-Gbps)的傳輸率，延遲率更低且和現行標準共存，同時支援大規模多重輸入多重輸出(MIMO)等先進技術。

・巨量物聯網(Massive IoT)：

服務將以智慧形式連結任何地方的任何裝置，憑藉的正是成本與功耗優化的5G技術。在未來充滿連線裝置和感測器的物聯網中，這樣的5G技術將是支援物聯網的重要基礎。

・任務導向型命令控制服務(Mission-critical Command-and-control Services)：

不容失敗，在未來可透過新超高可靠性與低延遲通訊(Ultra-reliable Low-latency Communication, URLLC)的布建獲益，特別是在智慧城市、智慧電網、工業物聯網、機器人學、智慧運輸系統(ITS)等各項應用。

5G商機即將來臨

由IHS Markit、Penn Schoen Berland、Berkeley Research Group完成的《5G經濟》(The 5G Economy)獨立研究預估，5G對全球的完整經濟效益將在2035年左右展現，屆時各產業從零售到教育、交通運輸、娛樂以及所有相關產業，可透過5G行動技術生產價值高達12.3兆美元的商品和服務。同一時期，光是全球5G行動價值鏈本身即可帶來高達3.5兆的經濟產值，提供2,200萬個工作機會。

根據3GPP第15版標準，長期5G的第一階段預估將觸及上述商機的三分之一，尤其是eMBB使用情境利用5G聯網能力，提供更佳和新的行動體驗(因此帶動消費者使用5G裝置)。若要完全發揮5G潛力，就有賴3GPP第16版和後續版本日後的新技術與創新。提及12.3兆美元預估時，《5G經濟》則指向巨量物聯網(3.6兆美元)和任務導向型服務(4.3兆美元)領域的龐大商機。

繁重的5G研發工作和標準開發看似已經完成，但是情況顯然並非如此。隨著第一版5G標準制定完成，2019年布建引起了廣泛關注和樂觀期待，大量的5G研發工作和標準開發看似已經完成，但是情況顯然並非如此。事實上，隨著行動網路擴展和蜂巢式技術擴及至新地區(新使用情境、新垂直市場、新個體、新布建類型)，12.3兆美元的商機有大部分仍未實現，各產業才剛開始探索5G NR未來如何跨入新的產業、生態體系和商業模式。

5G核心使用情境與新垂直市場

下一波的5G NR技術將由3GPP第16版和後續版本推動，預計將拉近5G的廣闊願景，引領行動網路前往新世界，實現新使用情境並擴展行動技術的應用。這些新世代技術的核心工作已經開始推動，例如利用5G頻譜共享技術帶來更佳的行動寬頻效能；延伸5G新型布建方式，例如工業物聯網私有網路；用於自動駕駛的5G NR式蜂巢式車聯網(Cellular Vehicle-to-Everything, C-V2X)技術等等。以下列出一部分正帶領5G邁向未來、完全實現5G商機的重點領域。

非授權頻譜與新興共享頻譜應用範例

在無線通訊中，尤其是5G通訊，取得頻譜是最重要的項目。雖然取得授權頻譜(Licensed Spectrum)依然優先，若要有效率且穩定提供數Gigabit的連線能力，並將5G擴展為新布建類型，就必須使用所有可能的頻譜類型，其中包含了共享頻譜(Shared Spectrum)和非授權頻譜(Unlicensed Spectrum)。共享頻譜指的是數個獨立個體同時使用某地區內的無線電頻率，非授權頻譜則是指未經政府授權給任何實體的頻率，這種頻率屬於大眾且不需要授權費用。

將5G延伸為新布建型態的過程中，5G頻譜共享技術的使用預估將扮演重要角色，例如用於增強型區域寬頻網路和工業物聯網私有網路。5G NR能在現有基於LTE之頻譜共享技術上演進和擴展，例如授權輔助接取(Licensed Assisted Access, LAA)、MulteFire技術、公民無線寬頻服務(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)：

・LAA/非授權LTE(LTE-U)：

可支援授權頻譜和非授權頻譜的載波聚合(Carrier Aggregation)，讓全球更多行動業者可提供Gigabit等級的LTE服務。

・MulteFire：

使LTE能在非授權頻譜中以獨立容量運作，只靠非授權頻譜即可支援新布建類型，例如中立主機(Neutral Host)和私有工業物聯網網路。

・CBRS

在美國為LTE運作開啟了3.5GHz的頻段，在不干擾現存公司的前提下，讓新進無線業者使用頻譜。

在5G NR中引進共享/非授權頻譜的作業已經透過3GPP許可的研究項目展開。(開拓LTE非授權/共享頻譜應用的高通目前是5G NR頻譜共享技術的主要推手。)除了在現有基於LTE之頻譜共享技術上繼續拓展和進步，5G NR也能導入更多革命性頻譜共享技術，例如空間多工傳輸(Spatial Domain Multiplexing, SDM)和多點協作技術(Coordinated Multi-Point, CoMP)的應用，這二項技術可以透過更緊密的協作方式提升網路容量和使用者吞吐量。這些先進技術帶來的益處顯著，包含提升頻譜效率、增加使用者感知的資料傳輸速度、水平與垂直分享、保證服務品質(Quality of Service, QoS)。如此一來，將有更多業者能在不同布建類型中提供如同光纖般的5G體驗。

工業物聯網私有5G NR網路

3GPP在5G NR下一階段中的另一項重點，是工業物聯網的私有5G網路。舉例來說，透過無線網路運行工業用乙太網路的能力重新配置工廠，提高生產力和彈性。今日工業物聯網私有5G NR網路的概念已經以新LTE技術為基礎開始發展。5G NR將在這項使用場景中導入新的功能，開拓新契機。私有網路特色如下；

・優化

私有網路可因應特定工業應用而做出調整。類似的優化例子包含QoS和行動設定。

・專用

私有區域網路獨立管理。不會出現共享網路中流量突然意外增加等等的問題，這點對於生產力必須維持在高點且可以預測的商業應用層面來說，益處良多。

・快速布建

私有網路使用了立即可用的授權頻譜、共享頻譜、非授權頻譜，搭配獨立核心網路和自我組織網路技術，使布建輕鬆簡單。

・安全

LTE和5G NR可提供蜂巢式技術內建的工業級安全性。

5G NR為此領域導入新功能的最佳案例就是擁有高可靠度(99.9999%)的超高可靠性與低延遲通訊，可透過更高的鏈結可靠度和空間分集(例如CoMP)達成極低錯誤率，以及透過5G NR的彈性時槽結構和優化處理時間實現低於毫秒的延遲率。

正如高通日前在世界行動通訊大會(Mobile World Congress)上所展示的，5G NR的低延遲通訊可在高需求工廠的自動化應用中提供執行準確命令控制的能力，例如用於自動駕駛汽車和運動控制。除了能讓工業網路獲益，5G NR的低延遲通訊更可望能為其他任務導向型應用帶來益處，例如自動駕駛汽車、遠端醫療、智慧電網/能源管控。

5G NR C-V2X技術用於自動駕駛

C-V2X為自動駕駛和道路安全未來的重要技術，由於此技術的良好表現以及汽車和電信產業前所未見的緊密合作，C-V2X技術正蓄勢待發。利用C-V2X技術的安全性使用情境現已展開測試，以3GPP第14版(Release 14)規格為基礎，未來也已排定數項測試準備進行。3GPP第16版和後續版本中的新5G NR的C-V2X技術可賦予自動駕駛車輛先進功能，同時維持回溯相容性。

C-V2X技術可支援車對車(Vehicle-to-vehicle, V2V)、車對基礎設施(Vehicle-to-infrastructure, V2I)、車對人(Vehicle-to-pedestrian, V2P)、車對電信網路(Vehicle-to-network, V2N)等運作場景。C-V2X技術導入了在智慧運輸系統頻段中運作的直接通訊，以現有和未來蜂巢式網路為基礎結合網路式C-V2X技術通訊，以下說明；

・裝置對裝置

這類直接V2V、V2I、V2P通訊不需要依賴網路來排程。

・裝置對電信網路

這類V2N通訊使用傳統蜂巢式鏈結，讓雲端服務成為端點對端點解決方案的其中一個面向。

3GPP第16版的5G NR將賦予系統高吞吐量和低延遲通訊功能，實現安全自動駕駛車輛運作的先進使用情境，其中包含高處理率感測器共享、意圖/路徑共享、寬頻測距(Wideband Ranging)、定位(鳥瞰影像)、3D高解析度地圖更新。5G NR是C-V2X技術在自動駕駛裡的潛在角色非常重要，可讓車輛彼此分享意圖，提升可預測性。這類無線技術可配合先進路線規劃用的攝影機和感測器。

C-V2X技術的應用也有潛力跨入無人機協調運作和控制中的行動/蜂巢式網路優化，發展更多操作者視距內外的使用情境。

5G NR巨量物聯網

物聯網即將來臨，未來的蜂巢式網路需要延展以連接大量的物聯網裝置，在多項低功耗廣域通訊物聯網使用情境中處理差異極大的各種標準。LTE物聯網是在3GPP第13版(Release 13)中首次提出做為LTE Advanced Pro平台的一部分，以克服將低功耗、低複雜度裝置連上廣域行動網路的挑戰，另外有超過50家全球業者已經布建或投入了LTE物聯網網路(資料來源：GSA NB-IoT and LTE-M: Global Market Status，2018年3月)。

這類LTE物聯網技術，如增強型機器型態通訊(enhanced Machine-type Communications, eMTC)和窄頻物聯網(Narrow-band IoT, NB-IoT)，在3GPP第14版(Release 14)和後續版本中持續演進，以因應未來海量物聯網的需求，這是5G可延展平台中的核心部分，而該平台將串聯起大量的消費者和企業物聯網應用。這些對蜂巢/行動網路的優化使機器、裝置、感測器、物件能隨時隨地以可靠安全的方式進行遠端連線和通訊。

為了在5G NR頻譜內支援LTE物聯網技術，第16版5G NR巨量物聯網的第一階段將支援eMTC與NB-IoT技術頻段內布建，讓5G NR物聯網能完全利用LTE物聯網的投資。此外，LTE物聯網技術可適應任何核心網路，意味著新5G核心網路可透過LTE物聯網無線存取網路(LTE IoT RAN)布建。

3GPP第16版與後續版本將為LTE物聯網和5G NR物聯網導入強化技術，包含非正交多重接取(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)，以便提升網路容量、效率、裝置密度。NOMA現已是第15版中經過核可的5G NR研究項目，是一種多重接取技術，很適合5G巨量物聯網更高的連接密度和效率要求。3GPP第16版和後續版本中其他可能的新技術包含可以提升裝置功耗表現的無允諾上行傳輸技術(Grant-free Uplink Transmission)，以及可增加覆蓋範圍的多跳式網狀網路(Multi-hop Mesh Networking)技術。

5G低延遲通訊和巨量物聯網技術也可望在醫療物聯網中扮演重要角色，為全球醫療提供具備常時聯網醫療級聯網能力的受信任網路。巨量物聯網處理了許多低功耗廣域醫療使用情境中不斷增長的需求。

布建小型基地台　5G NR整合存取/回傳

隨著商業布建預計在2019年展開，5G第一階段未來的重要新技術是將毫米波(mmWave)頻段用於行動應用，以因應不斷增加的行動寬頻需求和新興使用情境。先進5G NR毫米波技術正要克服的挑戰和複雜情況，是在真實世界行動環境中的高頻段裡以數Gigabit等級資料速率提供穩健的行動寬頻通訊。

高頻段的大量頻寬(上至800MHz或以上(1GHz以上))，不但讓小型基地台的行動寬頻接取可使用此頻段，還可用作回傳，簡化小型基地台的布建。隨著天線持續演進，網路管理變得更動態且更聰明，毫米波技術將為整合存取和回傳帶來新契機，不再需要昂貴的傳統光纖回傳。回傳聯網能力的變形概念將迎來簡單/低成本小型基地台布建的簡化。這樣的密致化(Densification)將進一步增加5G NR毫米波接取的覆蓋範圍，給予消費者新的即時感，改善媒體消費過程，支援擬真的虛擬/擴增實境(VR/AR)，更順暢地存取豐富資訊。

行動生態系統擴展中　5G發展進入熱身賽

新技術已準備好擴展行動生態系統，大幅增加我們共同5G未來所潛藏的商機；以此為基礎的5G NR技術擁有更多功能，效率更佳且可以延展，還能藉由緊密互通和回溯相容完全利用所有的LTE投資。

隨著3GPP第16版和後續版本的技術革新，未來仍需投入大量努力。現在還不到滿足現狀的時候。雖然本文中的許多使用情境在4G LTE中已經存在，LTE物聯網和C-V2X技術即是一例。

5G將在LTE的基礎上繼續推進，迅速改變業界生態，導入大規模運作並連接上兆個裝置。因此，整體產業未來投入3GPP第16版的能量，必須等同於先前針對eMBB加速5G NR技術第一階段時所投入的心力，如此一來，才能為行動生態體系開啟無數新商機。