行動寬頻堂堂邁入第五代，3GPP 5G新無線電(New Radio, NR)核心技術架構Release 15，甫於2018年6月通過，2018年底便有電信營運商宣布開台，2019年4月美、韓相繼商轉，中國在6月初提前釋出四張5G執照，就連原本計畫2020年才拍賣5G頻譜的台灣，也傳出將提前於2019年底釋照，2020年商轉上路。相較於4G LTE推廣初期的2010~2012年，5G的商轉進度十分迅速。
儘管近期許多消息傳出，5G網路體驗差強人意，沒有預期的順暢與便利感，但5G是未來十年最重要的科技發展引擎，所謂科技力即國力，5G落後意味未來國力的落後，這或許就是各國競相推動5G提前開台的原因，5G將帶動龐大的科技經濟產值，關注的各方都不想在發展的過程中落後。但高規格的平台需要相得益彰的應用以帶動市場的發展，5G的殺手級應用是甚麼？更是投入市場的廠商亟欲挖掘的重點。
5G為未來15年經濟火車頭
5G將是下一階段科技發展的重要動力，根據GSMA的預估，5G在未來15年將帶動全球經濟增加2.2兆美元，受益最大的領域為公用事業。資策會MIC認為，2019年底之前，全球將有21個國家/區域，近40家電信營運商推出5G商用服務，釋照、開台動作越來越積極，也將帶動從上游晶片、設備、終端裝置到軟體、服務等不同層面的龐大商機，以5G智慧型手機為例，2019年5G手機出貨量預估達460萬支，2020年採用5G SoC的手機即將上市，最重要的iPhone 5G也可望問世，2020年5G手機出貨大幅成長至7,400萬支，2021年更將成長至1.86億支。
另外，5G大幅提升行動通訊的各項技術表現，高頻寬、低延遲、大量連結的目標，也讓網路建設需求較過去幾代更高，Nokia台港澳業務銷售總監鄭志中舉例，3G時代布建基地台，單一營運商只需要300~600個基地台就可以達成全台覆蓋率，4G時代提升到上千個，5G除了中低頻段之外，還納入了高頻毫米波，其電波特性傳輸距離短易衰減，被物體阻擋、遮蔽訊號傳輸也會中斷，因此5G時代基地台數量恐怕需要上萬座。
數百公尺內短距離的高速傳輸要倚靠小型基地台(Small Cell)，根據資策會MIC的研究顯示，5G小型基地台從2019年開始逐步發展，隨著全球5G商轉加溫，未來幾年小型基地台數量也將持續成長，至2025年市場規模將超過840萬台，具備5G功能的小型基地台數量約518萬台(圖1)。5G小型基地台初期主要新建或升級為非獨立式(Non Standalone, NSA)基地台，前兩年與獨立式(Standalone, SA)基地台一同發展，至2023年左右5G獨立式基地台成為主流。預估2024~2025年之間營運商5G網路將慢慢升級為獨立式網路架構，非獨立式基地台將逐步退場。
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資料來源：SCF、資策會MIC(1/2019)
R16規範協助5G標準完善
R15是第一版的5G技術規範，目前已經商轉的服務，各項客觀技術條件都在早期階段，包括5G晶片為初代、5G手機選擇尚少、營運商網路布建剛起步，技術尚未成熟，效能還有很大的優化空間，而在規格制定上，3GPP還在研討下一個R16版本的規範內容，資策會智慧系統研究所研究工程師李永台(圖2)說明，在5G技術的發展規劃中，R15屬於5G Phase1第一階段，R16則是5G Phase2，R16版本會強化R15不足的部分，讓5G技術更臻完善。
5G分離式元件，可將功耗及封裝尺寸降低高達50%。
2019年3月R16版本正式進入工作階段，達成初步共識後，會持續進行修正與強化，預計2020年6月完成版本規格的最終定案。李永台指出，R16會討論終端省電功能，將5G訊號運行於非授權頻段的NR-Unlicense，車聯網V2X，低延遲工業物聯網(IIoT)、與私網相關的FAPI介面、定位功能(Positioning)與移動性的強化等。
現階段5G需要全面的技術改善，ADI通訊基礎設施業務部中國區策略市場經理解勇指出，目前5G網路建設尚處於初期階段，還需要不斷完善和優化，以提高訊號覆蓋和使用者體驗，這個過程需要二到三年、甚至更長的時間。在2019年，5G以NSA組網為主，覆蓋熱點區域和室內場所，強化eMBB高速上網體驗；到2020年時，隨著SA網路的成熟和部署，5G將支援mMTC物聯網聯結和URLLC低延遲、高可靠度服務，加速社會的數位化轉型。
新應用為市場健康發展關鍵
針對5G的三大目標願景，要達成低延遲與高可靠度傳輸，必須透過迷你時槽(Mini-slot)與超低錯誤率編碼策略，不過缺點是會降低頻譜使用效率，也就是必須犧牲傳輸速率。高傳輸速率部分，6GHz以下使用100MHz頻寬，最高速率可達1.5Gbps；而在高頻毫米波的加持之下，終端2T/4R，使用400MHz頻寬，峰值速率預期可達下載(DL)7.1Gbps，上傳(UL)1Gbps。大規模聯結方面，以4G NB-IoT來看，需要支援信令簡化，若基地台布建不夠密集，則需要更大的頻寬，因此每平方公里100萬節點連結目標難以達成，因此後續標準也將討論NB-IoT的發展可能。
過去幾代行動通訊都是以消費性應用為主，現階段商轉的服務也從這個角度被檢視，但就算是500~700Mbps的傳輸速率，在現有的應用上，也少有迫切需要長時使用這麼高的頻寬，許多調查已經指出，行動通訊的發展趨勢，包括：網路資料量、傳輸速率都將持續提升，但是每用戶平均收入(Average Revenue Per User, ARPU)下滑趨勢將不再逆轉，數據服務可能無法再刺激營收成長，這也是電信營運商對5G投資異常謹慎的原因。
所以5G的藍海在哪裡？因為不管技術發展與產業推動多麼積極，最後都需要市場需求來支撐，目前看來消費者期待電信營運商提供數百Mbps的傳輸速率與無限的傳輸流量，但付出更少的資費。因此，5G新應用就成為廠商關注的重點，中華電信認為，VR/AR/360度環景、車聯網、雲端辦公、雲端遊戲、智慧工廠、智慧城市、無線醫療、無人機、物聯網、社交網路的影音直播等十大應用，為5G時代深具潛力的商機。
布局技術/產品迎商機
而哪些應用可以在這兩年迅速發展、竄起？為廠商賺進5G第一桶金，哪些應用含金量最高？可以創造最大規模商機，哪些應用又需要比較長時間醞釀發展？想必是所有廠商持續關注的重點。而除了密切關注5G新應用的發展動態之外，廠商現階段的重點更在優化自身的技術與解決方案，英飛凌大中華區射頻及感測元件部門行銷總監麥正奇說，5G發展一個廣泛又綿密部署的網路(圖3)，在這些多樣化的聯結方式與應用中，廠商應藉由現有的技術基礎找到可以發揮的市場，並布局未來的商機。
可編程元件廠商賽靈思(Xilinx)以其彈性化特性，協助局端設備開發，該公司通訊業務部門主管總監Gilles Garcia(圖4)表示，以室外基地台為例，由於空間有限，對於天線的尺寸、承重都有很高的要求，傳統的天線難以滿足高度整合小型化的特點，Xilinx希望協助減少終端產品使用晶片的數量、降低功耗並提高系統設計的效率。藉由取代分離式元件，可將功耗及封裝尺寸降低高達50%。
2017年2月，Xilinx宣布推出第一款採用RF級類比技術的RFSoC元件，將ADC/DAC和SD-FEC與SoC整合，第一代產品主要應用4GHz及以下頻段，並於2019年2月推出第二代/第三代RFSoC產品，藉以滿足5GHz/6GHz的應用需求。Garcia表示，第二代RFSoC元件，於2019年6月投入量產；第三代RFSoC元件則能在RF資料轉換器子系統中支援6GHz以下頻段直接射頻取樣、提供延伸毫米波介面，並減少20%的功耗，預計於2019下半年問市。省去分離式元件能減少50%的功耗與元件空間，適合大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)基地台系統應用。
目前毫米波的效能表現是許多廠商頭痛的問題之一，麥正奇直言，毫米波可以為高速傳輸帶來突破性的發展，但其訊號易衰減的問題也讓RF廠商吃盡苦頭，波束成形在傳送與接收端的對位非常重要，軟體設計難度頗高，還須時間發展；另外，毫米波高頻特性讓元件可以微小化，因此手機CPU廠商希望可以將RF、濾波器、功率放大器(PA)、天線等射頻前端整合成單一元件AiP(Antenna in Package)，直接與基頻、應用處理器連接，希望保留訊號完整性並提升處理效能，但高頻訊號在這麼小的元件中運行，對半導體工藝是一大挑戰，他也覺得AiP不見得是最佳解，離散式設計也是可以考量的方式。
5G技術積小勝以成就大勝
另外，CEVA為IC供應商提供系統IP解決方案，是IC設計廠商的智慧軍火庫，該公司行動寬頻業務開發總監Emmanuel Gresset提到，這些供應商正在為5G終端設備設計晶片，例如gNB、小型基地台、可用於毫米波和6GHz以下頻段的eMBB UE、Cellular-V2X、大規模物聯網。CEVA的5G IP已經授權給多家OEM廠商，應用在雲端無線接取網路(Cloud RAN)與蜂巢式物聯網(Cellular-IoT)，並已投入生產。
CEVA的IP基於SDR/DSP具備高度可程式化，支援發展中的3GPP 5G技術標準，且為eMBB設備和大規模物聯網提供優化的低功耗。Gresset表示，CEVA的5G IP解決方案可用於gNB和小型蜂巢基地台的向量式處理器，用於PentaG數據機子系統。
ADI針對5G應用和市場也很早就已經開始布局，解勇表示該公司能提供從位元到波束(bits to beams)的全訊號鏈解決方案，並為客戶提供系統級的技術支援。除了射頻鏈路，ADI還開發和提供整合的數位演算法如DPD，以協助客戶降低系統成本和功耗，提升產品的市場競爭力。
5G承載了許多的期待，儘管目前看起來還有許多技術、市場問題有待解決，廠商一方面非常積極的推動產業的發展，一方面著手解決包括標準發展、技術瓶頸、產品效能等問題，也從消費端與產業應用端發掘5G應用的明日之星。台灣在3G、4G時代因為技術制定參與的落後，錯失許多商機，5G時代重整旗鼓不僅積極參與標準規格的發展，甚至能貢獻研發成果，此一轉變從聯發科5G晶片已經在2019年6月發表SoC的進展可見一斑，其他5G的技術與周邊產品如小型基地台、5G路由器等，相信也會有國內廠商可以發揮的舞台。
就現在5G商轉獲得的市場評價來觀察，5G的前景堪憂。不過對照3G、4G剛上路的狀況，3G在發展初期因為全球經濟景氣的影響，延遲了幾年才慢慢發展起來，不過從行動通訊推動的歷程來看，5G上路的狀況相較前幾代穩建許多。而從標準制定、關鍵零組件研發、終端設備發展、5G網路基礎建設、行動寬頻服務的角度上來觀察，5G則是只許成功不許失敗的全球性產業升級運動，因為投入太多資源所以5G技術瓶頸必然獲得克服，應用也會慢慢改進演化至市場接受的模式，我們現在的預測與未來真正發展總是有落差，目前的看法儘管不完全正確，但趨勢不會差距太多，而時間會告訴我們答案。
