為滿足和因應更多未來創新的應用需求，5G技術無論是在架構或功能上亦持續演進，R16、R17標準持續落地發展商業化解決方案，開放架構帶動產業鏈持續壯大且蓬勃，5G專網更成為未來各垂直產業智慧化的骨幹與競爭力基礎。 2022年3月初結束的全球行動通訊大會(MWC)上，5G技術再次成為焦點，除有各種垂直領域的應用展示外，5G專網及5G開放式無線存取網路(O-RAN)技術也大有進展。顯而易見，5G已成為全球產業在數據、營運、資訊及通訊等層面不可或缺的關鍵基礎技術，其商業應用也不斷擴展蔓延，尤其是在疫情加速企業數位轉型的催化下，愈來愈多垂直領域的業者積極尋求、思考甚至開始導入，期望借助5G技術，為營運帶來更大的創新與價值。 為了滿足和因應更多未來創新的應用需求，5G技術無論是在架構或功能上亦持續演進，除了3GPP正緊鑼密鼓完成R17最後凍結階段的工作外，R18版本制定工作也已於2021年12月正式啟動，將推動5G技術進入下一世代5G-Advanced的發展里程碑。本次活動聚焦5G技術最新進展，並分享產業應用的發展之道，幫助各領域業者掌握新的演進方向，找到最佳應用對策。 5G掀起開放架構風潮 5G時代傳輸速率持續大幅提升，可以傳輸大量的資料，也帶動運算能力提升的需求，Arm身為物聯網時代晶片架構的主要供應商，該公司首席應用工程師沈綸銘(圖1)表示，Arm將提供高效能、安全的IP架構，並簡易進行客製化以達成客戶的應用需求，與完整豐富的產業鏈等。 圖1 Arm首席應用工程師沈綸銘表示，Arm將提供高效能、安全的IP架構，並簡易進行客製化與完整豐富的產業鏈 以5G無線接取網路(Radio Access Network, RAN)的發展為例，沈綸銘說明，傳統的接取網路無線電單元與基頻單元是一個封閉的架構，從頭到尾就是一家公司完成，因此最大的缺點就是架構缺乏彈性。 近期興起的開放式網路架構Open RAN，將接取網路解構成RU(Radio Unit)、DU(Distributed Unit)、CU(Centralized Unit)與MEC(Multi-access Edge Computing)，可以有更多公司參與產業鏈，並依照自己的專長，投入相關的領域。而隨著網路虛擬化的盛行，Virtual RAN與Cloud RAN架構也會越來越普遍被營運商採用。 R16/R17規範持續強化5G技術效能 5G從2019年的3GPP R15版本開始商業化，2020年R16版本進入商業化，是德科技技術專案經理吳建樺(圖2)指出，在高速連結部分，新版本透過將正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)從64QAM提升到256QAM，在FR2毫米波頻段，使用8個100MHz頻道，傳輸速率可由R15的6Gbps提升到8Gbps，可以發展固定無線存取(Fixed Wireless Access, FWA)這類低度移動的應用。未來，R17更預計在FR1採用1024QAM，預期將壓榨出更高的資料傳輸速率。 圖2 是德科技技術專案經理吳建樺指出，2020年5G R16版本進入商業化，2022年R17版本也將開始發展商業化解決方案 5G裝置全面提升的效能也反映在耗電性上，因此省電節能會是一個關鍵的改善重點。吳建樺說明，R16提出更多省電功能，包括新的喚醒訊號(Wake-Up Signal, WUS)格式，能讓裝置知道是否以及何時讓傳輸先暫停、進入低功耗模式，或是跳過下一個非連續接收模式與更省電的功率控制機制。同時為實現更具效益的移動性能，R16還涵蓋了多種降低換手中斷時間的技術，包括裝置導向的有條件換手(Conditional Handover)、早期量測報告，以及雙連結MCG故障復原。 同時R16也試圖從標準規範的角度，改善5G終端裝置的使用者經驗，包括動態頻譜共享技術(Dynamic Spectrum Sharing, DSS)、非授權頻段(Unlicensed Spectrum)等，希望能持續改善5G的效能。 5G訊號模擬分析化解設計挑戰 5G系統傳輸速率大幅提升，整體效能提升同時帶來許多設計挑戰，士盟科技技術副理林濬弘(圖3)說，波束成形(Beamforming)、無線網路設計與散熱是主要問題。在5G毫米波頻段，為了強化訊號完整性，所以大量採用天線陣列(Antenna Array)設計，面對不同的應用情境，系統設計也會帶來不同挑戰，以智慧工廠為例，就有固定式設備機台的聯網與移動式AMR的不同應用需求。而5G裝置在產品體積限制、高速資料傳輸與晶片運算更為複雜的情況下，也加劇系統發熱與散熱的挑戰。 圖3 士盟科技技術副理林濬弘說，波束成形(Beamforming)、無線網路設計與散熱是目前5G系統設計主要遭遇到的瓶頸 在整個5G裝置的設計流程中，從元件到終端產品，過去分工是由不同階段的廠商自行負責，也不會針對訊號完整性進行反覆確認，但是由於5G系統的複雜度，在元件階段的陣列天線與加上其他晶片甚至機殼的系統設計後，訊號表現都會不一樣。林濬弘解釋，所以在5G系統設計時，進行訊號模擬與分析變得越來越重要，而且在每個階段都需要進行，才可以了解訊號的表現跟影響訊號表現的因素。 而天線陣列的原理就是透過相位產生訊號的建設性干涉(Interference)，讓訊號可以有效增強，進而形成波束，林濬弘進一步說明，產生波束之後最好是能夠透過程式有效的控制包括強弱與角度/指向性等，士盟的原廠達梭系統(Dassault Systèmes)與高通(Qualcomm)等廠商合作提出Codebook，讓陣列天線訊號的模擬合成與控制可以更容易。 模擬分析可以協助產品開發達成需要的效能，林濬弘表示，從早期設計階段就導入是最適合的，不僅能協助展現產品效能，同時可以縮短開發時間與成本。CST Studio Suite可以協助解決高頻設計帶來的訊號挑戰，同時在設計過程中發現散熱問題並有效解決。 製造業積極導入/建置5G專網 5G網路架構朝向虛擬化發展，同時任務多樣性、功能複雜性大幅增加，在產業智慧化的風潮之下，5G專網與開放架構成為熱門產業議題，電信技術中心資深研究員余曜成(圖4)提到，產業研究機構IDC預估2019~2026年5G專網市場將從9.45億美元成長至83億美元，年複合成長率(CAGR)達36.4%；另一家研究機構VMR預估2020~2028年5G專網市場從12億美元成長至160億美元，CAGR更高達38.8%，都顯示5G專網的強大潛力與商機。 圖4 電信技術中心資深研究員余曜成提到，2024年以前5G專網布建於室內較為合適，未來5G專網應用類型將擴大 近兩年因為疫情與產業智慧化的趨勢，帶動各行各業數位轉型的熱潮，各產業也開始思考5G專網導入的必要性，余曜成表示，產業研究機構Omdia預估2025年製造業導入5G專網比重為25%，其次為能源公用事業24%，運輸物流業14%等三個產業使用5G專網的需求最為明顯，再其次為政府公共部門的10%。而以目前日本、德國業者向政府申請5G專頻專網情形觀察，亦以製造業為多，其他如SI業者、電信業者也相對積極，再者，大學、地方政府等公共部門為其次，顯示初期應用類別預期與實際狀況接近。 5G專網對於產業未來競爭力將產生直接影響，因此吸引許多產業的關注，對於5G專網的導入與發展，余曜成認為，垂直應用將明朗化，因應警消災防專用4.8~4.9GHz微波電台的移頻時程，5G專網配合垂直應用類型將有限制。 2024年以前5G專網布建於室內較為合適，未來5G專網應用類型將逐步擴大；再者，技術採用仍需思量，雖然類5G、B5G的技術不斷出現，技術的突破令人驚喜，然企業仍應考慮技術成熟性，採用較為穩定可靠的方案。至於成本因素還是核心，法規成本(限制專網的問題)、布建成本、干擾防制成本、人力成本、決定商網還是專網，專網O-RAN要採用國內或國外解決方案？都是欲導入廠商應該仔細考量的。最後，法規疑慮可望逐漸解套，台灣5G專網規範目前尚未公布，讓企業其實多有疑慮該如何布局，2022年度將公布實施，有助解決企業的布建策略，包含核網是否自建或是組合外部廠商核網、頻率使用費規畫、是否能由他人協助申請與維運、是否能連接公網、是否能收費、如何協調干擾問題等。 關鍵字：5G、R16、CST 出處：轉載自新通訊元件雜誌 2022年 7月號 257期