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【认识5G】专题报导

【认识5G专题报导5-1】5G时代来临 3秒下载电影不是重点

全面物联网(IoT)时代来临,3秒钟下载一部电影不是重点!Image by ADMC from Pixabay

谈到5G大家第一个听到的就是:3秒钟可以下载一部电影,或许有人觉得我要3秒钟下载一部电影干嘛?既然不需要这个功能,那代表5G其实没什么用处,如果这么想就完全搞错重点。5G带给我们的将是产业结构与使用情境的全面升级,那么到底5G的重点是什么?让我们用一系列文章,从技术的观点探讨5G的意义。

5G的全名为「第五代新无线电(5G NR:5th Generation New Radio)」,由第三代合作伙伴计划(3GPP:3rd Generation Partnership Project)标准组织从第14版白皮书(Release-14)开始制定相关的通讯技术,主要有三大特性与应用:

增强行动宽频上网(eMBB:Enhanced Mobile Broadband)

eMBB就是「速度快」,基本上5G最基本的特性就是超高速度,可以支持10Gbps以上的数据传输率与超大传输容量,应用在全息影像(Holography)、虚拟实镜(VR:Virtual Reality)、增强实镜(AR:Augmented Reality)等大量影像信号传输,听起来有点虚幻但确实是未来可能的应用场景,不过要记得,这是5G最「不重要」的特性。

要达到这个目的,可以使用更好的调变技术(256QAM)或天线技术(Massive MIMO)来提高频谱效率,使用毫米波(mmWave)增加频谱,或使用小型基站(Small cell)等方式,相关的原理我们在后面的文章再慢慢介绍。

高可靠低延迟通讯(URLLC:Ultra Reliable Low Latency Communication)

URLLC就是「反应快」,所谓的「延迟(Latency)」是指做出触发动作与得到回应之间的时间间隔。5G要求最低延迟,可以支持1ms以下的数据传输延迟与高可靠度,比4G的10ms快10倍以上,应用在工厂自动控制、公共安全监控、车联网等实时反应信号传输。

要达到这个目的,可以将数据中心的服务器由「核心云端(Core cloud)」移动到「边缘云端(Edge cloud)」,靠近使用者端称为「边缘(Edge)」,将服务器移动到边缘可以缩短手机信号传送到服务器再返回手机的延迟时间,因此电信公司必须大量建置边缘云端服务器,我们称为「行动边缘运算(MEC:Mobile Edge Computing)」或「多接取边缘运算(MEC:Multi-access Edge Computing)」。

大量装置联网通讯(mMTC:Massive Machine Type Communication)

mMTC就是「连结多」,必须满足大量装置、超低功耗、超大范围,可以支持每平方公里100万以上装置,也就是所谓的「物联网(IoT:Internet of Things)」,应用在智慧城市、智能交通、建筑测量、农业物流等小量数据信号传输,这个才是5G「最重要」的特性。

原来5G最重要的特性是物联网,但是物联网已经谈了20年,怎么到现在还在谈物联网呢?因为物联网必须满足低功耗、低价格、高覆盖,但是20年来并没有一种通讯系统同时满足这三个条件,这个市场很重要因此业界曾经推动Sigfox、LoRa等系统,可惜它们满足低功耗、低价格的特性,但是电信公司不愿意架设基站,因此不满足高覆盖特性,最后大多无疾而终。

5G代表的是全面物联网(IoT)时代来临

物联网产品需要的通讯系统必须具备三大特性:低功耗、低价格、高覆盖,相较之下对于传输速度与信号延迟的要求比较低,例如:智慧城市的电表、水表、瓦斯表只需要固定时间传送小量信息,水表、瓦斯表里安装一个电池必须使用3~5年。

因此3GPP标准组织自Release-13版制定「长期演进装置联网通讯(LTE-MTC:Long Term Evolution Machine Type Communication)」与「窄频物联网(NB-IoT:Narrowband IoT)」,所以5G时代将全面建立「低功耗广域网络(LPWAN:Low Power Wide Area Network)」。

LTE-MTC的带宽1MHz,可以提供数据传输率10K~1Mbps,主要传送「实时性(RT:Real Time)」数据与中速传输,适合使用在移动物件,可能的应用包括:健康管理、智能穿戴、资产追踪、智能安防。

NB-IoT带宽200KHz,可以提供数据传输率1K~10Kbps,主要传送「非实时(NRT:Non Real Time)」数据与低速传输,适合使用在固定装置,可能的应用包括:智能建筑、智能停车、环境监测、智能三表。

车联网(IoV)将在未来十年爆发性成长

目前的自驾车到路口是依靠影像传感器读取红绿灯的影像信号后,经由影像分析确定是红灯才停下来;依靠雷达(Radar)发出电磁波或激光雷达(Lidar)发出雷射光,打到行人反射回信号才停下来,但是在这种被动的环境下不可能达到完全自驾的目的,5G时代将会全面建立「车联网(IoV:Internet of Vehicles)」。

蜂巢式车联网(C-V2X:Cellular Vehicle to Everything):由3GPP主导,中国与欧盟积极参与,以建置电信基站为主,在有基站情况下更有效率,同时延伸出车与车(V2V)、车与交通基础建设(V2I)、车与行人(V2P)、车与核心网络(V2N)等多种形式。

专用短程通讯(DSRC:Dedicated Short Range Communication):由美国与欧洲主导,目前已有美国电机工程协会(IEEE)与欧洲电信标准协会(ETSI)两大标准组织制定多年,美国致力系统开发与应用验证,目前已进入到成熟期,全球已有多个城市与公路建置测试场域与验证标准。

5G是未来通讯产业必然的趋势

经由前面的介绍,我们可以看出全面物联网(IoT)时代来临才是5G最重要的意义,3秒钟下载一部电影不是重点!此外,5G将是产业结构与使用情境的全面升级,到底5G有那些关键技术?未来会如何改变产业结构呢?且听下回分解。

曲建仲,知识力科技公司CEO,为政治大学、辅仁大学、东吴大学兼任助理教授。

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