5G技术发展状态

工研院(ITRI)资通所新兴无线应用技术组资深工程师纪钧翔。

工研院(ITRI)资通所新兴无线应用技术组资深工程师纪钧翔，快速的介绍移动通讯的演进图。从1990年代的2G进入数码世界—语音、简讯应用；2000年的3G(WCDMA、HSPA)开始数据应用—Apps、社群服务；2010年4G(WiMAX/LTE)开始云端应用—云端、钜量数据服务。估计到2020年，像UltraHD 4K、8K视讯分辨率标准普及、联网终端数达到500亿台，同时需要10倍于能源/频谱效益的技术需要，驱动5G移动通讯技术的发展，具备大带宽、大连结、高传输、高容量、低延迟与低功耗特性，提供尖峰10Gbp(用户体验速率1Gbps)的传输速率，以因应物联网与智能城市时代，各种食衣住行育乐应用需求。

他指出，2012年全球4G商用化的第一年，全球产值为140亿美元(约合新台币4,200亿元)，据GSA及Ovum机构的预估，2017年4G迈向商用化第五年，全球4G产值可成长五倍来到700亿美元(约合新台币2万亿元)。资策会借此推估，若2020年5G标准底定，预估2021年5G全球产值可达148亿美元，2024年5G全球产值上看486亿美元；同样可在5G商用化五年后，全球产值成长五倍，以台湾通讯产业目前约占全球18%~20%，届时必能分享此市场大饼。

ITU-R组织以雷达图，描绘未来5G(IMT-2020)相对于现有IMT-Advanced(LTE-A)的改进之处。像是尖峰/用户体验速率从1Gbps/100Mbps提升到10Gbps，装置移动速率从原先时速350公里提高到时速500公里，以及延迟时间从10毫秒缩减到1毫秒等特性。ITU在2015年6月确定5G IMT-2020有八大需求规范，满足UHD与几十Gbps数据量的VR装置的超大带宽上网(Extreme Mobile Broadband；eMBB)，应付巨量、低功耗IoT装置的巨量通讯(Massive Machine Type Communication；mMTC)，与无人驾驶/工业自动化所需的可靠/低延迟通讯(Ultra-Reliable Low Latency Comm.；URLCC)三大应用需求。

世界各国都有其5G规格的制定与推动组织，在ITU-R则是在2015年6月确定分为跟既有Wi-Fi/LTE兼容的6GHz以下频段厘米波(cmWave)，以及2018年6~100GHz频段以上毫米波(mmWave)的应用。3GPP预计2019提出技术规格(REL17)，而ITU预定2020年10月完成5G标准(IMT-2020)的规格底定，包含世界各国能使用的毫米波频段的确立。

许多通讯技术大厂也提出对应5G的应用技术与愿景图。像三星提出Cellular IoT、Advanced MIMO、多重无线接取(Multi-RAT)技术；日本NTT Docomo提出含Massive MIMO的新无线接取(New-RAT)、紧密LTE整合(Tight LTE Integration)等技术。大家基本上以6Ghz频段以上的毫米波，集合阵列天线(Massive MIMO)与巨/小/微型基站(Small Cells)来提昇传输带宽，组合出其5G的关键通讯技术。以操作带宽来说，目前LTE操作带宽约20MHz，当跨到6GHz频段以上，操作带宽可达到好几个连续的100MHz，甚至达到1~2GHz；全双工模式则从目前主流的FDD(分频多工，上下传频率切半)走向弹性化的TDD(分时多工)。而相较于目前常见到的Wi-Fi/4G了不起8组天线(8 MIMO)，6GHz以上频段的毫米波技术，必须用到至少16组起跳、到32/48/64/128/256的阵列天线，以提昇电波覆盖率、传输容量与带宽。

产官合作  工研院开发前期5G毫米波关键技术

纪钧翔介绍工研院正在开发的前期5G关键技术与成果。在2014年先推出以11GHz无线电频段、250MHz操作带宽、16组天线的毫米波无线收发雏型装置，尖峰传输速率(Peak rate)达1Gbps。也由于在台湾未来的5G毫米波频段尚未确认，工研院这套前期5G无线收发系统采可抽换模块化设计，变更RF模块即可更换操作频率其基带单元(Base Band Unit；BBU)采用德仪(TI)6638八核DSP处理器，搭赛灵思(Xilinx)公司的XC7VX485T-2FFG1761 FPGA可程序逻辑闸阵列芯片，以及操作频段从70MHz to 6GHz的射频单元模块。

2015年跟联发科(MTK)合作，换上38GHz、64组Massive MIMO收发天线的射频模块，成功的开发出全球第一套38GHz毫米波5G工程雏型系统；以64组天线达到相同1Gbps Peak Rate，BS(基站)系统具备8组64个阵列天线，而UE(用户端)装置则以4组天线进行收发；2016年拓展到1.25GHz操作带宽，达到5Gbps尖峰传输速率。相关成果并以测试录影的影片方式，参与2016年3月在西班牙巴塞隆纳举办的MWC 2016全球移动通讯大展。

纪钧翔最后提到日本知名的电信营运商NTT Docomo，正积极与全球各大厂合作。目前已进行15GHz(Ericsson)、28GHz(Samsung)、44MHz44GHz(Mitsubishi)、70MHz 70GHz (Nokia)频段，做到2.59(时速60公里)~20Gbps(静止)的连线传输速率；另以5GHz(NEC)、6GHz(Huawei)进行互连测试并累积经验，期望在2020年东京奥运期间，能展示5G技术的实际应用成果。