根據愛立信(Ericsson)於2014年6月的報告，僅採用全球行動通訊系統(GSM)/增強數據率演進(EDGE)技術的行動用戶仍是目前行動用戶主流，主要是因為發展中國家之用戶所得不高，多使用低成本的手機，對中高階服務的需求也不多，電信業者提供GSM/EDGE技術已足夠使用。雖然已開發國家對於採用新技術的需求快速提升，但對於為數眾多的GSM/EDGE來說，升級基地台與手機仍需一段時間。
LTE市場觸角延伸
如圖1所示，預計在2019年，全球長程演進計畫(LTE)的用戶數可達到二十六億，比重提升至30%；而全球寬頻分碼多重存取(WCDMA)/高速封包存取(HSPA)的用戶數可達到四十五億。
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| 圖1 全球行動通訊用戶數與技術統計 |
如圖2所示，北美是最積極採用新技術的區域，其次為西歐，而亞太地區在日本、韓國以及中國大陸的積極推動下，LTE技術成長亦非常迅速。此外，使用LTE技術的高階手機售價較高且能提供多樣的加值服務，讓設備商和電信業者對其寄予厚望。
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| 圖2 各區域行動通訊用戶數與技術消長 |
全球行動設備供應商協會(Global Mobile Suppliers Association, GSA)於2014年7月的報告顯示，目前共有一百一十六個國家、共計五百七十七家電信業者進行第三代行動通訊夥伴合作計畫(3GPP)LTE技術投資，其中已有一百一十一個國家、共計三百一十八家電信業者開台，在已開台的統計中，包含採用分時多工長程演進計畫(TD-LTE)技術的二十六個國家、共計三十九家電信業者。
3GPP合作協議始於1998年12月，目的在結合全球標準組織的力量，共同制訂行動通訊標準，發起組織包含日本電波產業會(Association of Radio Industries and Businesses, ARIB)、歐盟ETSI(European Telecommunications Standards Institute)、美國T1P1(Standards Committee T1 Telecommunications)、韓國 TTA(Telecommunications Technology Association)、日本情報通信技術委員會TTC(The Telecommunication Technology Committee)。
3GPP成員持續增加
中國大陸的中國無線通信標準研究組CWTS(China Wireless Telecommunication Standard Group)於1999年加入3GPP，隨後該組織更名為中國通信標準化協會(China Communications Standards Association, CCSA)，以CCSA的名義參加。美國T1P1後改組為ATIS(Alliance for Telecommunications Industry Solutions)。這六個標準組織是目前3GPP的組織會員(Organizational Partners)，共同決定3GPP策略、工作範疇與TSG (Technical Specification Group)的成立與終止，以及安排制訂標準的資源、人力與財務等工作。具有制訂標準權限，且與3GPP技術領域相關的標準組織才可以加入組織會員。
2000年迄今，3GPP沒有任何新加入的組織會員。成為組織會員前，要先申請成為觀察員，目前的觀察員包含美國TIA(Telecommunications Industry Association)、加拿大ISACC(ICT Standards Advisory Council of Canada)、澳洲Communications Alliance，以及於2014年4月30日甫加入的印度TSDSI(Telecommunications Standards Development Society of India)。
其中，Communications Alliance於2006年成立，由ACIF(Australian Communications Industry Forum)與SPAN(Service Providers Association)合併組成。
此外，沒有制訂標準權限，但與3GPP技術領域相關，可提供3GPP市場諮詢資訊的組織，則可以透過組織會員的邀請，成為市場代表會員(Market Representation Partners)。
目前加入的市場代表會員包含：
IMT-Advanced研發經驗為5G技術鋪路
ITU-R已完成IMT-2000(3G)、IMT-Advanced(4G)的通訊標準發展，目前正針對新世代5G技術發展進行分析研究，並由IMT-Advanced的發展經驗推估未來5G的發展計畫。
ITU-R在2002年制訂Recommendation M.1645「Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000」開始，進行一系列關於IMT-Advanced通訊技術頻譜、市場、使用規範、技術等議題的探討，如圖3所示。
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| 圖3 ITU IMT-Advanced進程 |
ITU-R在2005年10月在芬蘭赫爾辛基舉行的WP8F第十七次會議中，將Systems beyond IMT-2000命名為IMT-Advanced。
2007年5月，ITU-R於日本京都舉行1st Workshop on IMT-Advanced；隔年初，於負責Terrestrial Services地表傳輸服務的Study Group 5旗下成立Working Party 5D(WP 5D)，負責IMT-Advanced技術提案的收件與評估工作。而WP5D於2008年3月向會員發出徵求IMT-Advanced無線介面技術Radio Interface Technologies(RITs)的通知函(Circular Letter)，如圖4的Milestone 0。同年10月，ITU-R於韓國首爾舉行2nd Workshop on IMT-Advanced；2009年10月，ITU-R於德國德勒斯登舉行3rd Workshop on IMT-Advanced，著重候選技術與評估機制的討論。
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| 圖4 ITU-R IMT-Advanced研發Timeline |
到了2012年1月，ITU-R在Radiocommunication Assembly (RA-12)會議中，正式批准了ITU-R M.2012建議書(Detailed specifications of the terrestrial radio interfaces of International Mobile Telecommunications Advanced)，此為IMT-Advanced的標準，其中包含3GPP的LTE-Advanced與基於IEEE 802.16m的Wireless MAN-Advanced技術。
另一方面，3GPP在2004年12月，開始進行Release 7「Study on Evolved UTRA and UTRAN」的Study Item研究，為Release 8 LTE技術鋪路；在2007年3月，開始進行Release 9「Study on LTE-Advanced」的Study Item研究，為Release 10 LTE-Advanced技術鋪路。
2009年10月，3GPP以「3GPP Submission Package for IMT-Advanced」(RP-090939)搭配「ITU-R Submission Cover Page」(RP-090736)進行送件，如Milestone 1；於2011年6月，完成Release 10(LTE-Advanced)標準的制定。
顯而易見，ITU-R已逐步展開下世代通訊技術的研究，2014年2月於越南胡志明市舉行的WP5D#18會議中舉辦「Research Views on IMT Beyond 2020 Workshop」，討論下世代5G技術發展規畫，並已提出相關時程規畫：
首先，於2014年10月ITU-R的WP5D#19會議完成FUTURE TECHNOLOGY TRENDS報告，探討2015至2020年及之後的IMT地面(Terrestrial)接取系統技術議題，這些議題是WRC-15討論的重點。
2015年下半年，WP5D#22會議則要完成IMT.VISION建議書，提供未來IMT技術的系統關鍵需求以及接取網路於2020年後發展的展望與目標。
至於ITU所有與5G相關的討論，可望在2015年11月2～27日於瑞士日內瓦舉行的2015年世界無線電通訊大會(World Radiocommunication Conference 2015, WRC-15)會議中，提出完整結論。
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| 圖5 ITU-R IMT技術發展進程 |
如圖5與6，在5G議題的討論上，ITU-R預計將6GHz以上的高頻接取技術列為重要發展方向，在研發時將分為使用既有6GHz以下頻譜的增強型IMT-Advanced技術，以及超過6GHz的高頻接取技術兩階段來討論，預計在2020年完成5G標準制定。
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| 圖6 ITU-R 5G技術研發規劃草案 |
目前ITU-R暫時以IMT-2020稱呼下一代IMT技術，並將於2018年開始徵求IMT-2020的技術，細部時程於後續會議中進行討論。
根據IMT-Advanced的研發經驗，為符合ITU-R的標準制訂時程，3GPP不會等收到IMT-2020技術徵求才進行5G技術研發，估計在2015年底WRC-15會議後，就會積極進行5G技術的研發。
邁向後4G時代 LTE標準大躍進
3GPP已於2009年3月完成Release 8 LTE標準的制定，於2011年9月完成Release 8 LTE-Advanced(4G)標準制定，預計將於2014年12月完成Release 12(Beyond 4G, B4G)標準制定，Release 13則預計在2016年3月完成，後續研發重點如圖7所示。
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| 圖7 3GPP Release 12+Timeline與討論議題 |
3GPP Release 12研發重點如下：
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包含直接通訊、公共安全(Public Safety)、群組通訊(Group Communication)技術。 |
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包含直接通訊、群組通訊及機器類型通訊(Machine-Type Communications)的安全議題，主要是在TSG Service and System Aspects WG3(SA3)制定。 |
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討論接取網路選擇、移動性議題及網管議題。
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討論小型基地台(Small Cell）的進階議題，包含頻譜效率、操作效率、可降低干擾的小型基地台開啟與關閉機制、手機同時連線到兩個基地台的雙連結機制。由於5G技術的重點為高密度小型基地台的布建，因此後續的議題將延續至Release 13甚至Release 14。 |
下一版的Release 13研發重點則包含：
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包含公共安全、Push-to-talk技術。 |
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如何於行動通訊網路使用Software-defined Networking(SDN)、Network Functions Virtualisation(NFV)技術，以及產生的網路管理議題。 |
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包含資料的分級、傳送的安排，以及流量限制等議題。
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結合毋須授權頻譜(Unlicensed Band)資源，提升可運用頻譜資源，3GPP並於2014年6月舉行LTE in Unlicensed Spectrum Workshop討論，可見此議題的重要性。 |
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包含上行的載波聚合技術，以及與LTE-U的結合等議題。 |
D2D/LTE-U成5G發展重點
近年來，ITU-R逐步推動的IMT-Advanced研究計畫，提供未來5G發展一條參考的道路。接下來，5G技術發展將延續4G議題，新一代裝置對裝置(Device-to-device, D2D)和LTE-U兩大技術則成為3GPP發展的重點技術。
D2D國際標準走向擴大通訊範圍
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| 圖8 3GPP近端通訊技術 |
D2D為一種可不透過基地台轉送，直接在無線裝置間進行通訊的技術(圖8)。D2D技術在3GPP標準組織的討論，主要是針對近端通訊應用(Proximity Communication)，是由高通(Qualcomm)所提出，由3GPP Release 12開始進行討論。
另一方面，如圖9所示，警備或消防系統等公共安全裝置，均能藉由蜂巢網路架構輔助，提供裝置間的通訊技術，因此在Release 12版中，將優先討論和公共安全相關的場景和技術。尤其是鑑於311大地震等大型災難頻繁，政府單位更須要加速整合現有3GPP技術，讓蜂巢網路架構能提供公共安全寬頻網路。
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| 圖9 公共安全的近端通訊應用和技術 |
3GPP標準組織首先由TSG Service and System Aspects(TSG-SA)群組，在2012年討論裝置對裝置技術的架構和服務方向。如圖10所示，研究項目包括行動裝置間的探索和通訊技術，除了支援裝置的搜尋和連接外，也能依據應用程式進行搜尋和連接。
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| 圖10 裝置對裝置技術 |
D2D技術在無線電接取網路(Radio Access Network, TSG-RAN)群組，主要研究近端通訊技術對整體蜂巢系統的影響，包括D2D間提供廣播及群播相關的無線電技術。在Release 12討論裝置間訊號設計，控制通道與同步訊號的處理和資源分配。
在Release 13增加支援使用者中繼設備(UE-relay)，藉由使用者中繼設備提供轉傳訊息，以擴大近端通訊的涵蓋範圍(圖11)，不但讓裝置可透過裝置使用者中繼設備連接到其他裝置，也可讓在網路涵蓋範圍之外的裝置可透過裝置使用者中繼設備接取到網路資源。3GPP也將對使用者中繼設備所需的無線電通訊技術做進一步討論。
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| 圖11 使用者中繼設備 |
網路傳輸續需求遞增 3GPP研發LTE-U技術
由於網路的傳輸需求持續增加，3GPP提出使用5GHz頻段的無線區域網路(Wi-Fi)技術(圖12)，將部分免執照頻段納入蜂巢網路資源，研發LTE over unlicensed band(LTE-U)技術。3GPP預計在2014年9月開始進行Release 13 Study Item的討論。
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| 圖12 全球可支援的頻道 |
LTE-U的場景如圖13所示，可分成兩種分流功能：只在下行提供免執照頻譜(Unlicensed spectrum used for DL only)的分流功能和可在上行及下行提供免執照頻譜(Unlicensed spectrum used for DL and potential UL)的分流功能。對於第一種場景，使用者終端設備在免執照頻譜僅可接收第二載頻下行的資料，無法支援上行傳送的功能；對於第二種場景，使用者終端設備除了可在免執照頻譜接收第二載頻下行的資料，也可支援部分上行傳送的功能。
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| 圖13 免執照頻譜場景 |
上述的第一載頻可為分頻多工(FDD)或是分時多工(TDD)系統的LTE認證頻譜，主要用來提供控制訊號，也可用來傳送使用者資料；第二載頻是免執照頻譜，主要傳送盡力服務(Best-effort Traffic)的使用者資料。此外，電信業者希望在Study Item初期能探討在提供第一載頻LTE認證頻譜的基地台，可提供免執照頻段頻譜的第二載頻情形。
如表1，3GPP在免執照頻譜布建場景，將以LTE頻譜能提供輔助(Licensed-Assisted)的技術為主，優先討論LTE頻譜和免執照頻譜是在同一蜂巢以及LTE頻譜和免執照頻譜在不同蜂巢但提供後端(Backhaul)網路連接兩種情形。
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| 表1 免執照頻譜佈建模式 |
目前行動通訊技術已成為3GPP一家獨大的局面，但除了LTE的後續演進(3GPP Release 14/15)技術外，在802.11無線區域網路的後續演進從802.11a/b、802.11g、802.11n至802.11ac也可能是5G的候選技術之一。
目前國際上5G的主要研究計畫有歐盟的METIS計畫、中國大陸的IMT-2020(5G)推進組、韓國的5G Forum、日本的ARIB 20B AH(2020 and beyond Ad Hoc)。台灣行政院科技會報辦公室亦於2014年1月22～24日舉辦「2014年行政院5G發展產業策略會議」，結合產官學研的專家進行討論，研擬5G發展策略。
網路負載力尋出路 D2D/免執照頻譜成優先考量
下世代無線通訊系統必須滿足快速成長的資訊需求，利用D2D技術以及使用免執照頻譜做為第二載頻的方式，提供原先蜂巢網路系統在使用者終端傳輸量已趨於飽和的趨勢下，減少蜂巢網路資源使用，以增加蜂巢網路系統容量。
D2D技術能減少使用核心網路的負載，讓鄰近使用者終端可以直接通訊，而使用免執照頻譜做為第二載頻技術，可以進一步提升網路頻譜利用率，分散使用到蜂巢網路的資源。目前5G技術研發，已將D2D技術以及整合各項無線資源的技術納入，3GPP也將持續進行Release 13與後續研發。
(本文作者皆任職於資策會智慧網通系統研究所)