5G已經問世，可看到全新5G NR裝置與網路正以飛快速度推出。與LTE商用部署的第一年相比，5G推出的速度與全球廣度都高出許多。不過這只是起步，2020年將見到5G跨入更多等級的智慧型手機市場、讓更多消費者使用、並擴展至新的全球市場與裝置領域，像是常時聯網PC。
高通工程部門副總裁John Smee
在網路方面，由於新5G頻譜經由拍賣與動態頻譜共用(DSS)釋出，5G的sub-6GHz與毫米波覆蓋範圍將持續成長。透過動態頻譜共用，不僅將在較低頻譜見到更寬廣的5G覆蓋，還會見到5G從目前的非獨立(NSA)網路移至獨立(SA)網路。2019年至今，產業的重點一直放在5G NR增強型行動寬頻(eMBB)，以及固定式無線存取的商用化。現在是個非常好的時間點，回顧我們如何走到今天這一步，並展望5G的下一步。
迎接次世代通訊技術 高通研發腳步循序漸進
身為高通5G無線研發主管，最讓我開心的莫過於看到5G願景得以實現。回想起五年多前首次開始公開談及高通的5G研究仍如昨日一般。然而事實上，高通開啟5G旅程的時間遠早於此。該公司很早之前就開始為5G NR奠下基礎，其中一例是在1993年首次發想與展示以蜂巢式網路為基礎的行動網路。當時，高通體認到，要有效支援行動網路(其它業者只在2G加入資料傳輸功能)，將需要一套全新設計系統，因此發明了EV-DO科技。這是一套以TCP/IP為基礎，為資料優化的解決方案。在1998年高通首次展示此技術，隨即將其商用化。當世界邁入3G時代，EV-DO的基礎概念成為高速封包存取(HSPA)的基礎，日後發展為4G LTE行動寬頻，最後演變成5G NR增強型行動寬頻的基礎。
推出EV-DO之後，工程師繼續發想與發明新科技，最後累積成為今日所知的「5G」。有許多5G科技都是高通首創的，包括行動VoIP、載波聚合、OFDM的擴展應用、以互通為基礎的大規模多重輸入輸出(MIMO)、行動毫米波、以及未授權頻譜的蜂巢式應用。以上只是諸多成果的一部分而已。相信一個真正的科技領袖會立定下產業願景，證明其工程及商業理念，然後成為首家將創新商用化的業者。
建立彈性結構框架 5G技術穩步精進
我常被問到的問題之一是：「為什麼需要5G？」5G的首要目的是滿足世界對更佳行動體驗的無止境需求。此外，研發人員還希望設計出一個統一的平台，用來實現新服務與因應部署在各種頻段上的全新產業需求。不停運轉的研發引擎，加上新的科技突破與硬體發展，讓5G得以實現4G無法達到的能力。例如，5G可以帶來更有效率的統一分時雙工(TDD)設計，以更快的處理度因應各種不同部署情境與頻譜使用，包括低頻的sub-1GHz、中頻的2~7GHz、以及高頻毫米波如28GHz、39GHz以及60GHz，甚至可用於超過100GHz的更高頻譜設計。另一個5G在根本性差異是其彈性結構框架，讓技術發明得以用新的方式擴展5G觸角。
應用多元發展 5G/AI相輔相成
除了5G科技演進的細節外，瞭解其它與5G相關的關鍵科技演進也很重要，尤其是人工智慧扮演的角色。目前，高通正在實現多種省電的裝置內建人工智慧推論應用，例如電腦視覺與語音辨識。人工智慧常被認為以雲端為中心，但是高通預見未來人工智慧會在裝置端終生學習並更加分散，實現提升個人化與改善隱私保護等優點。5G的先進能力，使其非常適合扮演連結分散式裝置內建人工智慧引擎的角色，並讓它們進一步得到邊緣雲端的幫助。本文將這樣的概念稱為無線邊緣。
˙滿足超高可靠性/低延遲 高效工業物聯網登場
5G的主要目標之一是將行動服務擴展至新的垂直市場與應用，5G工業物聯網(IIoT)已讓行動與工業生態體系產生濃厚興趣。5G可提供一種可擴展的解決方案，因應工業物聯網裝置與服務的多種需求，使其成為「工業4.0」的實際連線解決方案。高通也正在擴大Release 16對5G專用網路的支援，該網路能運用授權、分享與未授權等不同型式的頻譜。工業物聯網是私人5G網路的關鍵應用之一，藉由運用5G NR URLLC支援時效性網路(TSN)，5G能夠滿足最嚴格的工業物聯網應用要求，提供高達99.9999%的可靠性，以及低於一毫秒的端到端延遲。
˙蜂巢式車聯網加持 智慧化交通翻新頁
高通對未來智慧化交通的願景是以多個研發計畫為基礎，目標是讓道路更安全、車輛更自動化、以及帶來更愉快的車內體驗。實現我們5G汽車願景的核心科技之一是蜂巢式車聯網(C-V2X)。即使在非直視(NLOS)狀況中，這項科技仍然能夠讓車對車(V2V)、車對路側基礎設施(V2I)、車對行人(V2P)、以及網路(V2N)彼此溝通。從標準化觀點而言，運用3GPP Release 14與15為C-V2X提供的可靠基礎，高通正在開發Release 16中以5G NR為基礎的C-V2X科技，以提升駕駛安全性、縮短旅途時間、以及降低能源消耗。
˙大規模物聯網、廣播、延展實境及其他領域
為了實現5G連結周遭萬物的願景，我們需要擴大5G規模，應用在大規模物聯網，連結需要大覆蓋範圍與長時間電池續航力的簡單裝置。低功耗廣域(LPWA)連線使用的5G大規模物聯網解決方案是以eMTC/NB-IoT科技為基礎，其發展起點為3GPP Release 13。Release 16將這些科技帶入由新5G核心網路支援的5G NR架構之中，並且擁有優化的頻內5G NR部署。5G大規模物聯網將在未來3GPP版本中繼續演進，提供更佳的能力與效率，以及不同步免授權上傳與跳躍式網狀網路等功能。高通正專注於研發Release 17及更高版本，致力將5G NR大規模連線能力擴展到各種數據速率場景及裝置類型。
Release 14的enTV設計也相似的成為5G廣播的基礎，並且將在Release 16之中持續改進，完全滿足5G廣播的需求，例如支援更長的蜂巢間距與更高的行動能力。在商用領域，高通看到廣播業者與行動電信商已表示強烈興趣，希望在歐洲與中國大陸部署enTV，提供地面數位電視網路。
為了準備迎接下一代延展實境體驗，高通正在定義如何運用5G將虛擬實境與擴增實境體驗提升到新的層次，並將其之稱為無界限延展實境。經由5G實現延展實境裝置與邊緣雲端之間的高速、低延遲連線，運用雲端伺服器輔助裝置內建的處理器，以更省電的方式帶來低延遲的真實圖像與視覺效果。高通正與生態系領導業者密切合作，優化延展實境傳輸的5G系統設計。預期這將成為未來5G NR版本的一部份。
高通正在開發的5G新科技有那些？
5G不僅是增強型行動寬頻而已。相反的，5G是一個連結人們身邊幾乎一切物體的統一性連線網路。在3GPP Release 15(現有5G網路的基礎)之後，預期5G的商用可能將加速擴展，還預期更豐富的新科技能夠造就更多新產業問世。高通與行動生態系合作，已經在擴展5G科技方面得到長足進展，Release 16預期將於2020年初完成，Release 17的範圍將於西班牙Sitges舉行的12月小組會議中正式定案。
Release 15已為sub-7GHz與毫米波的5G NR奠定可靠的科技基礎，高通仍在多方面繼續研發，進一步改善5G NR的效能與效率，包括更佳的覆蓋範圍、容量、延遲性、行動力，以及功耗等。這些提升工作不但將造福核心行動寬頻服務與智慧型手機連線，更將在Release 16與之後繼續擴展5G NR用例。
聚焦多天線技術/提升行動力 未來行動寬頻/服務基礎升級
高通的基礎研究關鍵領域之一是持續改善多天線MIMO技術，目的是帶來更優化的大規模MIMO下傳與上傳、減少通訊設備、降低延遲、以及增加對多傳輸點的支援。在sub-7GHz與毫米波領域，這項工作包括進行射頻設計在內的複雜端到端測試裝置實驗，以及在網路與裝置上驗證系統演算法的執行。此外，重點還包括運用升級連線狀態下非連續接收(C-DRX)與兩步驟簡化隨機存取程序(RACH)，進一步減少裝置耗電。關於多無線電存取系統，另一項核心研究重點是提升行動力，目標是減少訊號交接時的中斷現象，能夠更快啟動載波聚合，支援更無縫的雙連線能力。
5G是未來十年的創新平台，高通將繼續擴展科技的疆界，因應新的市場需求與尚未明確的未來服務。如果歷史潮流再度重演，5G之後的下一代技術躍進將在大約十年後發生。這段時間之中，高通將繼續進行基礎研究，將產業帶向新的科技突破。無論下一代技術被稱為6G或其它名稱，高通都將繼續提供貢獻，推動科技向前邁進。
(本文作者為高通工程部門副總裁)