結合LTE搶先上陣　NR提前進度催生5G

4.5G、4.9G等，仍是現有LTE系統技術的延續，但也有業者已將目標放在更長遠的地方，即第五代行動通訊(5G)。 

上述的技術名稱，以更嚴謹的方式對應到3GPP組織發布的標準上，則LTE為2008年提出的3GPP R8標準，LTE-A則為2011年提出的R10標準，LTE Advanced Pro則為2015年提出的R13標準。事實上更過往世代的2G、3G技術，也同樣可對應到3GPP標準中，如1992年3GPP Phase 1為GSM/2G標準，2000年的3GPP R99為WCDMA/3G標準。 

關於5G標準，一般認為其技術提案確立後，會正式於2020年的3GPP R15版本中發布，而後會在2021年或2022年的3GPP R16標準中持續改進提升。 

由於5G要到2020年方可能到來，且近幾年來3GPP的新標準訂立，愈來愈有延宕的情況，因此在正式進入5G前，已決議先行訂立與推動Pre 5G技術，如5G NR。NR即指新的射頻(New Radio)。 

為何業界要先行推展5G NR？其用意何在？對產業可能帶來的影響為何？本文以下將對此進行解析。 

5G目標過遠大　 致5G NR務實先行 

行動通訊技術最初著眼於行動通話，特別是初期的訂立多為歐洲電信業者，應用設想也多為歐洲環境，如在曠野地方行車通話，但隨著智慧型手機的普及，愈來愈多人是用手機上網，以及在城區或室內使用電話，因此從3G進入4G標準後，新標準的增訂與修訂，愈來愈強調穿透性、室內使用性、數據傳輸等，過往的通話傳輸、高速下通話等，不再是重點。 

有關4G逐漸強調室內通訊、數據傳輸，可從新標準的LTE-Hi(Hotspot/indoor)、LTE-U(LTE in Unlicensed Spectrum，之後改稱LAA(License Assisted Access))可見一斑。 

圖1 5G的三大應用領域訴求，由左而右為行動寬頻、物聯網及關鍵任務控制。

而進入5G後，5G將總體應用目標擴展為三領域，分別是eMBB、MIoT以及MCC。eMBB即強化的行動寬頻(Enhanced Mobile Broadband)，即是讓手機、平板、筆電等行動裝置的數據上網獲得更好的速度體驗；MIoT則為大量物聯網(Massive Internet of Things)，即是物聯網，但可透過5G基地台同時與大量的前端無線感測器節點(Wireless Sensor Node, WSN)通訊；MCC則為關鍵任務控制(Mission-Critical Control)，這類型的通訊傳輸不允許有時效延誤與傳輸內容錯誤，通常用在重要的控制應用，如工廠的機器手臂控制、路上的交通號誌、醫療設備等(圖1)。 

事實上三領域的應用在現行LTE/4G世代中已經約略可見，例如3GPP R12的機器型態通訊(Machine Type Communication, MTC)，延續到5G即是MIoT，而3GPP R12之後也開始訂立所謂的超低延遲(Ultra Low Latency, ULL)傳輸，對應至5G則是MMC。只是在5G標準上將更為確信確立。 

圖2 車聯網V2X的各種對象連線，包含車與車、車與路人、車與網路、車與號誌/交通基礎建設等。

三大領域只是基本，4G至5G還被寄望延續發展更多應用，如期望用基地台取代地面電視廣播站，成為新的視訊廣播站、點播站(學名為MBMS)，或支援車聯網(V2X，X泛指可代換成多種字母，如車輛間通訊為V2V、車與人通訊V2P等)，或支援鄰近服務(學名LTE-D、LTE D2D, Device-to-Device，最終定名為LTE Direct)(圖2)。 

圖3 LTE Advanced、LTE Advanced Pro、5G NR、5G的歷程與定位圖。

由於被寄予過多應用期望，使技術提案、標準訂立等進度不斷延宕，重演3GPP R12之後的情況，為避免新技術標準慣性遲到難產，因而提出5G NR，成為比正式5G標準更早定案推行的技術(圖3)。 

加速5G布局　 確立空氣介面不落人後 

5G NR的第一要務就是「求快」，但同時必須相容之後正式到來的5G，等於是5G的先遣部隊、先行軍，5G的鋪路磚。 

而所謂的相容，即是在現階段就先確立未來5G會採行的無線射頻(Radio Frequency, RF)標準，亦稱為空氣介面(Air Interface)，包含5G會以何種調變、編碼方式傳輸等，此一空氣介面已與現行LTE、4G不相容，完全以更充分支援與實現EMBB、MIoT、MCC等多種應用而制訂，不需要有過往技術的相容包袱。 

5G NR以先行確定的空氣介面來發展，先將5G NR手機、5G NR基地台問世推出，之後再推行全套完整的5G裝置、設備與系統，且之後到位的設備、系統，能相容先行推展的5G NR產品與布建(圖4)。如此將比5G標準完全確立後才進行「晶片問世、設備問世、手機問世、布建試行、正式推行」等正規且漫長推行程序，快上許多。 

圖4 5G NR對應至三大應用面向的技術要求。

5G NR的作法稱為先行相容(Forward Compatibility)，若是新產品、新標準能相容舊的產品標準，則稱為回溯相容(Backward Compatibility)。  

快還要更快　非單獨型更為先行 

5G NR已確定為先行標準，但3GPP組織似乎要更快讓5G先行，原訂2019年3GPP R19標準方提出5G NR，但仍太久，因此3GPP將5G NR拆分成單獨(Standalone, SA)與非單獨(Non-Standalone, NSA)兩種，非單獨型將比單獨型更快推展，預計2018年中開始，但3GPP組織再加速進度，提前半年，於2017年底開始推行非單獨型(圖5)。 

圖5 5G NR推行時程表。

所謂非單獨型，在於5G NR基地台只提供更快速的數據傳輸，但與手機端、用戶端的整體通訊協調工作，仍是由LTE基地台掌控，此作法有時也稱為4G/5G聯合組網。 

即便是非單獨型，其5G NR基地台的運作還分成Type 3與Type 3a兩種，前者的5G NR基地台，自身無法把數據傳遞給更後方的LTE核心網路(稱為EPC，Evolved Packet Core networks)，仍要透過4G基地台代為傳遞，後者卻可自行將數據傳遞給LTE核心網路。至於單獨型，則協調控制運作的機制也由5G NR基地台完成，不再需要假手4G基地台(圖6)。 

圖6 5G NR基地台非單獨型的Type3(左)、Type3a(右)連線法。

也由於5G NR一心求快，因此不可能兼顧前述的三面向(EMBB、MIoT、MCC)，估計5G NR最先行的部份仍會是以EMBB為主，畢竟這是最立即、明確且大宗普及的市場，MIoT市場與MCC市場仍有待發展與成長，現階段僅是前景看好。 

先行、分階段先行已成常例

5G NR看似一種權宜、急就章的作法，但若長期觀察無線通訊產業，已可說是見怪不怪。例如過去在推行WiMAX技術時，也因為寄望諸多發展可能，在不可能所有技術與標準一次到位下，區分成Wave 1的第一波先行標準，而後再推行Wave 2的標準，Wave 1為較容易實現、較成熟穩定、或較快取得業界業者共識，Wave 2則為更遠大完整的實現。 

類似的，Wi-Fi技術的底層標準IEEE 802.11ac，也因整體技術構藍圖過大，因而比照WiMAX作法，先行推出Wave 1標準，而後再推行Wave 2標準，例如256QAM調變技術以Wave 1標準先行，而後MU-MIMO(Multi-User MIMO)技術、160MHz頻寬技術，則在Wave 2標準才到位。 

除Wave 1、Wave 2稱法外，也有採行Phase 1、Phase 2或其他稱法，或雖無明顯前後階段稱呼，但依然有其先後階段性，例如LTE技術為支援物聯網應用所增訂的標準，先為Cat. M(Category M)，而後是窄頻物聯網(NB-IoT)，Cat. M被視為先期標準，真正更被寄望的標準是NB-IoT，Cat. M即類似先期技術嘗試或過渡標準，甚至NB-IoT若依然不被業界認可滿意，也可能成為過渡標準，3GPP組織將再增訂、修訂受業界肯定接受的標準。 

射頻相關技術高度挑戰 

5G NR的先行作法，對業界、業者與終端用戶大眾等都是好消息，但實現技術卻不容易，現行LTE技術(含LTE-A、LET Advanced Pro)多半是以6GHz以下頻帶為主，甚至多數時候在3.8GHz以下、2GHz以下，其無線射頻技術已逐漸成熟。 

相對的，5G NR比照5G技術的發展，將大大拓寬頻譜的使用，低頻部份除了與LTE重疊外，也將突破6GHz，一路到100GHz，進入波長僅毫米的毫米波(mmWave)境界，如此射頻相關晶片的設計與實現難度將大大提高。 

而就過往來看，新的高頻射頻晶片，為求理想的訊號收發表現，通常使用化合物半導體技術，如砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等，而隨著製程與設計技術成熟，才可能逐步改用半導體產業最大宗運用的塊矽(Bulk-Si CMOS)矽基板與CMOS結構技術，以求降低成本，並實現較高的晶片整合度。 

5G射頻技術的發展，也不能免俗走此一路徑歷程，初期必然是高技術難度挑戰、低良率、高成本價、晶片數多的低整合度、高功耗方案，而後逐漸提升良率、降低成本、推出高整合度的系統單晶片(SoC)，或晶片數收斂的晶片組(Chipsets)，並降低功耗。 

載波聚合原理再運用 

最後，其實從另一技術層面看，5G NR有些類似載波聚合(Carrier Aggregation, CA)的原理再運用，載波聚合技術最初只用於同為LTE通道頻寬的聚合，但之後的LTE-U/LAA技術，其實是同時聚合LTE通道與Wi-Fi通道，但仍由LTE管控通訊協調機制，而今5G NR只是再次運用相同的作法，把LTE與5G加以聚合，以此提前實現5G。 

而隨著世界各地愈來愈多電信營運商提供LTE載波聚合服務，使手機上網速度大幅提升，若無意外，LAA與5G NR也能複製相似方式，獲得更多頻寬速率，同時更快迎接5G的到來。 

(本文作者為IDC台灣區企業應用研究部資深市場分析師)