回顧過去幾代行動技術，2G主要支援數位語音、3G添置資料傳輸、4G則創造了全面採用網際網路通訊協定(All-IP)的寬頻網路，可以看出都是以單一需求為設計主軸。但下一代5G即將突破窠臼，初步的設計目標就是要滿足帶來不同效能需求的各式使用案例。
5G不再局限於單一使用案例
5G最主要的三個使用案例分別為增強型行動寬頻(Enhanced Mobile Broadband)、警消界亟需的高可靠低延遲式通訊(Ultra-reliable and Low Latency Communications)，以及物聯網(Internet of Things, IoT)相關之巨量機器型態通訊(Massive Machine Type Communications)。如圖1所示，不同的使用案例對網路的需求也不一，例如增強型行動寬頻需要高峰值資料速率(Peak Data Rate)、物聯網則需要能在個別無線電基地台(Radio Cell)支援多段連線的網路，而緊急通訊(Critical Communication)則需要超低延遲的網路。相對地，像是物聯網或緊急通訊所需的峰值資料速率就不如增強型行動寬頻那麼高；同時增強型行動寬頻的連線密度與延遲需求相對其他5G使用案例也較低。
 |
| 圖1 5G效能需求與使用案例 |
5G之所以獨特的原因在於，只要在單一無線網路下，它就能針對個別應用支援這些不同的網路需求。而其中的關鍵就在於能依照各應用需求分配資源的網路切分(Network Slicing)功能。照理說5G應該要更快、更節能、支援更多連線、提供優於LTE的移動性與低延遲，但並非所有5G的服務或應用都需要這些功能。在前幾代的行動技術中，如此的效能彈性皆為日後增建，並非初始標準的一部分，但5G技術在推出之時就會提供完整的效能選擇。
5G FWA在北美極具影響力
以下提到的發展可能有點違反直覺，但下一代行動網路標準最優先投入應用的使用案例之一，便是固定無線接入(Fixed Wireless Access, FWA)服務。美國兩大電信商Verizon與AT&T皆已開始測試標準化前的5G版本，以提供媲美光纖的服務體驗。而選擇5G作為FWA技術主要有兩大原因：效能以及經濟考量。
美國目前正在進行試驗的5G FWA解決方案使用6GHz以上的頻帶，在提供更高容量同時也連同提升網路速度，是以往行動通訊所使用的低光譜頻帶(Spectral Band)所不及的。此外，由於高階多重輸入多重輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系統以及波束成形(Beam Forming)的建置與傳播特性，這些頻帶的無線電訊號更容易集中，讓營運商得以針對少數終端使用者提供集中的無線電訊號以及網路容量，帶來有如以Gigabit為單位的高速傳輸。
目前正在進行5G FWA測試的營運商皆希望此解決方案能比持續建置光纖到戶(Fiber to The Premises, FTTP)更具經濟效益。若順利進行，將有更多使用者能享受到Gigabit服務，同時廠商也能藉此減少資本支出(CAPEX)。而由於營運商能以更低成本建置，進入市場的門檻也因而降低，此趨勢可能會讓固網寬頻市場競爭更加激烈。這也是5G FWA與其他FWA解決方案的最大不同處之一，大部分的FWA商業模式並無提供任何固網寬頻的服務，而5G FWA具備足夠條件與數位用戶迴路家族(xDSL)和纜線數據機(Cable Modem)直接競爭。
3GPP與ITU積極制定5G標準
全新行動技術標準的制定是需耗時數年的浩大工程，5G也不例外。目前不論公私營領域皆有許多機構投入研發5G技術，但僅有第三代合作夥伴計畫(3GPP)與國際電信聯盟無線電通信部門(International Telecoms Unit for Radio, ITU-R)有能力制定最後標準。
此二組織的合作模式如下：ITU-R定義標準內容，而3GPP制定滿足ITU-R標準之技術規範。ITU-R稱5G技術為IMT-2020，最初目標如同其名預計在2020年前完成5G標準制定。圖2列出ITU-R針對5G標準化之時間規劃。
 |
| 圖2 ITU-R針對IMT-2020標準化之時間規劃 |
3GPP的5G標準化流程分為兩階段。第一階段將於2018年底針對新無線電(New Radio, NR)推出Release 15標準；第二階段則預計在2019年底推出Release 16標準，範圍涵括整個5G系統架構以及核心網路，適用於所有5G使用案例。日本聚焦於進階版行動寬頻的第一階段發展將有助於及時在2020奧運普及5G網路。而除了日本有提早部署的需求，Verizon也有興趣在標準確定前就投入建置，但其他廠商對於是否該在標準化流程完成以前建置5G，仍有許多意見出入。雖然目前產業還沒出現明朗的趨勢，但待5G技術在第二階段完整標準化之後再推出商用5G服務顯然是比較合理的選擇。
在網路架構方面，有兩種選擇正在評估當中。其一是5G同時身兼控制平面(Control Plane)與資料平面(Data Plane)的獨立型(Standalone)5G，依照計畫此款架構可以利用現有的LTE進階版封包核心網路(Packet Core Network)或是5G專用之封包核心網路達成。另一個口袋名單則是非獨立型(Non-standalone)的無線電，其中LTE擔綱網路控制管道，而5G則負責資料管道。在此情況下，LTE和5G必須連線到同一個核心網路，有可能是LTE進階版封包核心或是全新的5G核心網路。
對於非獨立型選項，營運商可以利用LTE網路的覆蓋區域(Footprint)。營運商開始要部署5G網路時可能僅能受限在較高的頻帶內，導致網路覆蓋範圍有限。若採取非獨立型解決方案，LTE便能彌補有限的覆蓋範圍，並讓5G的作用基本上就像是加乘4G網路的速度或容量。
3GPP在2016年中曾表示其標準化流程如計畫進行中，但有鑑於市場對於5G技術的關注日益增長，3GPP極有可能會加速整體進度。有些廠商也表達希望標準化流程能提早半年完成，間接透露業界有許多客戶已摩拳擦掌等待部署5G技術。3GPP在九月的美國無線通訊協會(CTIA)大會上曾宣布，標準中的非獨立型新無線電規範可望在2017年底完成，將能運用在FWA建置上。
Verizon曾於2016年夏天宣布已完成5G標準化，當時在業界掀起不少風浪。而Verison所謂的標準化，其實是為自家5G FWA網路建立標準，以達成晶片、設備和無線電之間的互通性(Interoperability)，追求的並非完整5G標準，而是固網的標準。此外，Verizon自行定義的5G到了2019年底，也不見得能跟符合標準的5G完全互通。
頻譜在網路建置中扮演重要角色。5G網路需要使用6GHz以上及以下的頻譜，是過去幾代網路技術中所需最廣的頻譜範圍。
5G建置需求爆發 難待WRC-19定案5G頻段
今日行動服務所使用的頻帶在3.5GHz以下。但並非所有頻帶都是生而平等的。頻帶越低，覆蓋範圍和行動力(Mobility)就越理想，700MHz便是一例。高頻帶傳輸範圍雖不夠遠，卻能提供更多容量，帶來更高的網路速度並滿足更多使用者。5G可能使用的頻帶範圍極廣，也因此不同5G網路所帶來的效能有可能相差甚多。高頻帶的網路運用5G的目的可能在於增加網路容量；而低頻帶的網路雖然無法達成其他5G供應商所提供的網路速度，卻能帶來覆蓋全國的網路，有助於物聯網的布局。
負責決定5G網路使用頻帶的單位為世界無線電會議(World Radio Conference, WRC)，定案的時間規劃排在2019年。但這時間點正是問題根源，由於建置需求不斷增加，營運商極有可能跳過WRC-19會議而自行決定使用頻帶。
目前歐洲的營運商能使用700MHz，而美國的營運商則能選擇600MHz，這兩個地區的頻譜都有可能供LTE或5G技術使用，因此營運商得以在WRC-19大會之前先在這些頻帶下規劃5G部署。在美國，聯邦通訊委員會(FCC)在2016年7月開放24GHz以上約11GHz高頻段頻譜資源用於5G部署，釋出的頻譜包括3.85GHz授權頻譜和7GHz未授權頻譜。其中授權頻譜有28GHz(27.5∼28.35GHz)、37GHz(37∼38.6GHz)和39GHz(38.6∼40GHz)；而未授權頻譜則為64∼71GHz(圖3)。
 |
| 圖3 5G網路候選頻帶的範圍 |
若以此模式發展，那麼最終WRC-19基本上就只是被動地接受營運商的選擇。但另一方面，營運商若選擇在非全球通用的頻段中建置5G，頻譜分裂(Spectrum Fragmentation)的問題也終將浮現，LTE就曾出現過這樣的現象。這進而使得設備製造商無法決定要在哪個頻帶發展產品。直到2019年的漫長等待也會影響到目前的頻譜計畫。
(本文作者為Ovum智慧網路首席分析師)