5G技術演進趨勢
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吳靜雄 終身特聘教授 2014.11.11 1 1、前言 2、未來十年行動通訊發展趨勢 3、第五代行動通訊(5G)市場需求分析 4、5G技術演進趨勢 5、5G國際發展動態分析 6、結論 2 1、前言 1.1、ICT產業占台灣GDP比率高 Million NT$ 1.2、台灣製造業四大分類名目GDP結構之演變 資訊電子產業占製造業之GDP 、 從業員工人數及全年勞動報酬總 計，從2000年後皆位居第一，且 比重有持續攀升趨勢，顯示資訊 電子產業對台灣經濟成長持續扮 演關鍵角色 4 Unit：Million NT$ 資料來源:中華經濟研究院 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 91年 92年 93年 94年 ICT產業佔GDP比例 食品製造業占GDP比例 木竹紙品製造業及印刷業占GDP比例 礦物製造業占GDP比例 運輸工具製造業占GDP比例 電力、燃氣、用水供應業占GDP比例 批發及零售業占GDP比例 住宿及餐飲業占GDP比例 不動產及租賃業占GDP比例 公共行政及國防占GDP比例 傳播、藝術、娛樂及休閒服務業占GDP比例 進口稅、統計差異占GDP比例 95年 96年 97年 98年 99年 農林漁牧礦業占GDP比例 紡織業製造業占GDP比例 石化業占GDP的比例 機電製造業占GDP比例 其他製造業占GDP比例 營造業占GDP比例 運輸及倉儲業占GDP比例 金融及保險業占GSP比例 專業科學與教育服務業占GDP比例 醫療保健及社會工作服務業占GDP比例 其他服務業占GDP比例 100年 從Wintel模式有線通訊寬頻化無線通訊寬頻化，帶領 全球高科技市場成長，也為社會、人類生活帶來變革 資料來源：行政院科技會報辦公室，第5代行動通訊發展策略航圖，2013年8月 7 年代 主要行動技術 代表性應用 1980’S 1G 1990’S 2G (GSM) 數位世界—語音、簡訊服務 2000’S 3G-3.9G (W-CDMA, LTE) 數據應用--App、社群服務 2010’S 4G (LTE-A, WiMAX) 雲端服務—雲端、鉅量資料服務 2020’S 5G (?) 大頻寬 、大連結 低延遲 、低功率 低耗電 、無縫隙 ： 類比世界—語音 物物相聯—物聯網、智慧城市 滿足各種創新應用：食、衣、住、行、 育、樂 科技與人性的完美融合、通訊與傳產的 共存共榮，帶動跨越產業的服務創新 資料來源：行政院科技會報辦公室，第5代行動通訊發展策略航圖，2013年8月 8 2、未來十年行動通訊發展趨勢(1) 隨著行動應用服務的多元化如高解析度影音服務、社群網 路、雲端服務等，巨量的使用者網路數據時代將來臨 ◦ 每天約有1億2千萬的apps被下載 ◦ YouTube每天有40億人次的影片觀賞，約有30億的社群影音檔案 ◦ Facebook目前全球有10億以上用戶，約有6億是行動裝置用戶， 有2,000億以上的照片 現況：B3G/4G (2010) 未來： B4G/5G x10 capacity 1~10G High quality personal content Large-scale context information 100~1000G Personal Data 9 9 2、未來十年行動通訊發展趨勢(2) 連網終端設備爆炸性的成長 ◦ 目前全球約有60億台行動裝置，每季約有2億台的行動裝 置被出售 ◦ 愈來愈多樣化的連網設備：未來穿戴式裝置、物聯網、智 慧城市等相關應用的發展，更將帶動連網終端設備數的成 長 現況：B3G/4G (2010) 未來： B4G/5G 連網設備 50億台 10倍 500億台 1010 2、未來十年行動通訊發展趨勢(3) 隨著裝置數量與服務模式愈來愈多，如何建立具 延展(scalable)服務經驗是一大考驗 ◦ 提供使用者低延遲(Latency)、可靠的(Reliability)服務 ◦ 提供低成本、高效能的裝置 ◦ 透通性(Throughput)的考量 現況：B3G/4G (2010) 未來： B4G/5G Seamless: 1/10 response time Near Real-time 使用者需 求 Almost Real-time 1111 2、未來十年行動通訊發展趨勢(4) 資料流量的雪崩 (Avalanche of traffic)效應： 2020年後將成長1000倍 ◦ 個人網路使用量增加 ◦ 連網裝置的增加 ◦ 更多元新型的應用服務 ◦ 在2010年，日本DOCOMO和 中國移動通信都預測2020年 總資料流量將有500-1000倍 的成長 Source: Nokia Siemens Network 1212 2、未來十年行動通訊發展趨勢(5) By 2020, Radio can reduce latency 10x Radio can improve in spectral efficiency 10x There can be 10x more spectrum available 10x Spectrum Efficiency 10x Spectrum Extension/ Utilization 10x Network Density = 1000x Capacity 1000x Energy Efficiency Source: Nokia Siemens Network 13 3、第五代行動通訊(5G)市場需求分析 什麼裝置會連網？物物皆可連網的時代來臨 ◦ 智慧行動終端：手機、平板電腦、相機… ◦ 裝戴式裝置：手裱、手環、眼鏡、智慧織品(運用衣物或 工業布料內的感測器，監控人體健康或製程)… ◦ 車載資通訊：車子、車用導航設備、行車紀錄器… ◦ 各式各樣的感測網路應用設備 智慧電裱、智慧家電、醫療裝置、智慧居家保全裝置、智 慧餐具(可計算熱量，並可應用於醫療監控)、可遠端控制的 機器人… 提供高網路密度、高透通的網路環境 14 3、第五代行動通訊(5G)市場需求分析 什麼內容在空氣中流傳？巨量數據時代來臨 ◦ 高畫質影音：3D影音、Ultra HD (4K、8K…)、即時影 音傳遞與分析… 提供高頻寬、低延遲的連線品質、高效能省電的行動 裝置 ◦ 即時監測資料：具個人隱私的監測資料(血壓、血糖、居 生活遠端遙控…)、具公共安全的環境監測資料(公路交 通、路口監視錄影…) 提供安全保障的連線、即時巨量資料分析 ◦ 社群網路、雲端服務、智慧城市、智慧家庭各式多元的 服務資料 15 3、第五代行動通訊(5G)市場需求分析 5G服務與情境需求分析 圖片來源：華為，5G: A technology Vision, 2013 16 3、第五代行動通訊(5G)市場需求分析 依據次代行動網路聯盟(NGMN Alliance) 的討 論，5G的市場需求分析可從使用者(use cases)、電信運營商價值觀點(operator value proposition )以及商業模式(business models) 的角度來探討有下列五項需求： ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 使用者經驗需求(User experience requirements) 系統效能需求(System performance requirements) 強化服務需求(Enhanced service requirements) 新商業模式建立(New business enabling) 管理與營運需求(Management & Operation requirements) 17 3.1、使用者經驗需求 Consistent Efficient support of data rates Support of ultra low-latency Support of high mobility Device power efficiency 18 3.2、系統效能需求 Consistent cost efficiency throughput coverage Connection density Area capacity Spectrum efficiency Resource & signaling efficiency 19 3.3、強化服務需求 Seamless connectivity Context awareness Security High availability 20 3.4、新商業模式建立 Evolution of bit pipe model X-aaS business models Network sharing 21 3.5、管理與營運需求 Cost efficiency Energy efficiency Ease of innovation & upgrade Ease of deployment Flexibility & scalability Operational awareness Operation efficiency 22 4、5G技術演進趨勢 未來5G的環境基本上就是要提供「高容量、最低 延遲、更相容的經驗」，因此可從下列幾個面向 來探討5G技術演進趨勢： ◦ 頻譜(Spectrum) 無線網路拓撲(Wireless Network Topology) 空中介面技術(Air Interface Technology) ◦ 無線光通訊(Wireless Optics Communications) ◦ 未來網路架構與管理(Architectures and Management of Future Networks) 23 4.1、頻譜與無線網路技術演進趨勢 未來10年，頻譜與無線網路技術發展之重點： ◦ 支援未來500‐1000倍網路容量增加的需求，如何增加 覆蓋率與網路密度、降低網路延遲、提供未來更多元服 務的 “服務品質”(Quality of Service, QoS)的需求 ◦ 頻譜資源有限：如何更有效率及有彈性的使用頻譜，以 及新頻譜發展與應用 ◦ 減少二氧化碳的排放、支援能源效率的需求 ◦ 新技術的開發，如超寬頻光纖(super‐broadband optical fiber)技術的發展 24 4.1.1、無線網路拓撲技術發展趨勢(1) Multilayer Multi Radio Access Technology Networks (RATs) ◦ 為增加網路密度，未來的網路將整合更多的異質網路 (Heterogeneous network)及多重無線接取技術網路(RATs) ◦ 無線資源管理與各項程序的優化：發射功率、天線配置(如數量、 高度、輻射模式等)、支援的頻帶、傳送頻寬、雙工安排等將變得 更複雜，同時又要能支援用戶體驗QoS需求以及能源效率的問題 Cooperation of Wireless Network Nodes ◦ 為了增加容量與覆蓋範圍，如何利用用戶到用戶的通訊以及不同層 次的終端設備或網路節點之間的的合作或協調，是具有挑戰性的研 究 Wireless Network Coding/ Physical Layer Networking Coding ◦ 其功能實例為具有單獨直接進行信號處理，且能不丟失訊息的能力 ◦ 可應用在解決網路密度、雲端運算、大量交互作用的節點網路之中 25 4.1.1、無線網路拓撲技術發展趨勢(2) 無線電存取資源分享(Radio Access Resource Sharing) ◦ 無線網路的密集程度可提升容量和降低總輻射功率，進而達 到節能的目的 ◦ 雲端技術、設備/資源分享以及虛擬化是達到上述目的的一些 重要關鍵技術 寬頻光載微波(Broadband Radio over Fiber, RoF) ◦ 寬頻RoF是進一步虛擬化的步驟，主要的挑戰是如何減少能 源消耗、維護或改善鏈結的線性度以及減少信號的轉換時間 New Radio Access Architectures ◦ 為了要達到頻譜及能源效率，smaller cell是未來無線電接取 架構的趨勢之一 26 4.1.2、空中介面技術發展趨勢 (1) 基本傳輸技術 ◦ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 目前在 LTE/LTE‐Advanced 與 WiMAX中皆在採用，優點是具有良好頻譜 使用效率及絕佳多重路徑損耗(multi path fading)之免疫力。 ◦ 未來5G應該也會以此為基礎進一步改善以提供頻譜效率以及彈性 與強固性(Robustness) 先進多重天線傳輸/接收(Advanced Multi Antenna) ◦ 目前多天線的使用是提升空中介面的效率與強固性的重要方法之 一，未來的趨勢將會以實現大規模天線配置為為目標 智慧適應性天線(Smart Adaptive Antennas) ◦ 天線系統的研究一直在天線級屬性，如阻抗匹配和輻射模式方面優 化等，未來天線將具智慧適應環境的能力，即能與其週圍環境相互 作用，包含與用戶、傳播通道之間的相互作用。 27 4.1.2、空中介面技術發展趨勢 (2) 自我組織/自我管理網路(Self-Organizing Networks, SON) ◦ SON是一項能透過自動化機制簡化營運任務，降低無線網路規劃、 安裝、優化及管理成本，並提升運作維護效率與網路品質的完整解 決方案，目前已導入到3G、LTE之中 ◦ 因應未來異質化網路型態，SON將導入能自動化之自我管理系統， 除提供低層級SON功能自動化外，並能支援高層級的網路管理、規 劃與營運。 感知無線電網路(Cognitive Radio Network, CRN) ◦ 感知無線電技術能自動察覺使用者所身處的位置、環境、以及頻譜 使用狀態，甚至是其使用習性與偏好，進而提升無線電頻譜的使用 效率 ◦ 感知能力都將納入網絡設計上的所有層，並支援具彈性網路及降低 運營成本 28 4.1.2、空中介面技術發展趨勢 (3) 頻譜包裝(Spectrum Packing)與頻譜分享(Spectrum Sharing) ◦ ITU-R預測在2020年總頻譜需求約1280~1720MHz ◦ 頻譜包裝技術以能達到移動廣播與移動寬頻通訊的全面整合為目標 ◦ 頻譜分享的研究重點為：二次使用UHF band與TV White Space、 地理位置定位(geo‐location)資料庫技術、在異質頻帶的合作式頻 譜分享技術 可見光通訊(Visible Light Communications) ◦ 由於無線頻譜資源有限，可見光通訊一直是無線通訊發展關注的焦 點之一，近來LED技術的發展，其低功耗，高效率，除提供照明 外，還對輸入訊號的快速反應，使其極具通訊之潛在應用價值 ◦ 利用波長為780 nm~375 nm的可見光做為資料傳輸的媒介，其具 有頻寬大，無EMI干擾，頻帶免費，安全性高，低成本等優勢 ◦ 可應用領域為室內無線上網，室內定位，海底通訊，車間通訊等 29 4.1.2、空中介面技術發展趨勢 (4) 能源效率(Energy Efficiency) ◦ 空中介面及其相關技術設計的關鍵目標之一是需達到能源效率，目 前探討到可能的方案之一就是多天線的技術 ◦ 目前系統中主要的能源消耗在於通道估計與行動性的支持，因此未 來新的空中介面的設計應要能進行此改善 使用者上下文(User Context) ◦ 現在智慧手機/終端已提供預測或感知使用者的行為與周遭環境， 如GPS、行事曆等 ◦ 確定與預測使用者上下文方法與無線電資源管理(Radio Resource Management, RRM)有關，其將可提供更有效率的頻譜與網路容 量的使用率。例如當使用者要傳收有較大附件的郵件時，可提出請 求為其計算並建議適當的時間/地點進行傳收 30 4.1.2、空中介面技術發展趨勢 (5) 先進的干擾抑制(interference handling) ◦ 未來無線通訊網路環境的異質化程度將會更高，不同系統之間的干 擾問題將會更複雜，因此需更先進的干擾抑制或消除方法，才能提 供良好的網路品質 在無線終端要提供效率及安全性 ◦ 終端設備要能達到高性能與低功耗 ◦ 設計提供更安全的保障機制，如終端或使用者的身分識別、在無線 傳輸過程中資料的機密性與完整性等 移動通訊系統的測試 ◦ 未來的通訊系統(如手機)是具適應性(adaptive)、分散式 (distributed)、感知的(cognitive)的特性，系統測試將變得愈來愈 複雜 ◦ 全面的測試以及測試與系統發展的同步等問題，都將是嚴重的挑戰 31 4.1.3、頻譜與無線網路技術演進趨勢 (1) Radio Access 5年內 10年內 10以後 data rate several 100 Mbps up to 1 Gbps multi‐Gbps bandwidth up to 40 MHz at least 100 MHz GHz range antennas roughly 10 layers spatial multiplexing tens of cooperative antenna elements hundreds of cooperative antenna elements user context first features of user context user context aided RRM 32 4.1.3、頻譜與無線網路技術演進趨勢 (2) Network 5年內 10年內 10以後 • small cells • smaller cells • ultra small cells • cloud RAN • baseband cloud • immersed radio (大量多天線) • radio virtualisation • local intra‐site CoMP • inter‐site CoMP • complete inter layer/system CoMP • coverage relays • • capacity relays mobile and multi‐hop relays • cooperative relays • inter‐site cooperation • interlayer coordination • all photonic RF “leaky RF fiber” • fast inter‐RAT • inter‐system load load balancing balancing • network‐controlled device‐to‐device • load balancing with multitude of systems, including full device‐to‐device 33 4.1.3、頻譜與無線網路技術演進趨勢 (3) SON 5年內 • • 10年內 應用在LTE‐A、 • multi‐layer and multi‐RAT網 路 輕量協調式 • SON • • 10以後 應用在異質網路、端到端 • (End-to-End,E2E)網路， 包含radio, core, backhaul, and transport • 運營商在網路層的全協調 • 式SON 具感知學習機制 高層級的運營目標驅動網 路管理使用多層控制循環 機制(multiple‐layer control loops) 應用在具有感知學習與推 理能力(reasoning capabilities)的感知無線 電(cognitive radio)網路 具自動調整的管理機制 全高層級的運營目標驅動 使用包含E2E網路管理在 內的所有網路領域 34 4.1.3、頻譜與無線網路技術演進趨勢 (4) 頻譜(Spectrum) 5年內 • • 10年內 藉由先進的合 • 作式感知協定 開放 TV white spaces 合作式地理位 • 置定位 • (geo‐location) • • 聯合運營之運營商之間共 享授權(licenses shared) 來增加頻譜空間及頻譜更 有效的使用 多天線信號處理 基於位址的動態頻譜存取 技術 任何可用的部份免費頻譜 的使用 基於固有的QoS發展先進 的頻譜換手(spectrum handover)與頻譜移動機 制 10以後 • • • • 動態頻譜存取技術 運營商之間的動態頻譜管 理機制(如感測、分享、 交易等) 在多標準的隨機系統中合 作式頻譜空洞(spectrum hole)的預測機制 可見光通訊 35 4.1.3、頻譜與無線網路技術演進趨勢 (5) 感知無線電 5年內 10年內 10以後 • 在femto‐cells的 機會式頻譜接取 技術 (opportunistic spectrum access) • 頻譜使用資料庫 • 藉由感測支援二次頻譜 (secondary spectrum) • 網路接取的感知引擎 • 在MIMO 系統中具自 的使用 我重建的 • 在多媒體隨機網中授權 (self‐reconfigurable) 使用者的行為預測 多重標準晶片 36 4.2、無線光通訊技術演進趨勢 隨著網路流量呈指數的成長增加，整合光纖與無 線通訊是未來重要的研究議題 主要目標是要能將在傳輸網路(backhaul, aggregation and core)的OEO (Optical‐Electrical‐Optical) 轉換數目最小化， 以大幅減少能源的消耗 未來將朝全光化網路(all-optical networking) 光-電混合的網路傳輸架構要能支援多接取與多網 路技術的網路環境 37 4.2、無線光通訊技術研究重點 實體層(Physical layer) ◦ 全光子訊號轉換與處理 ◦ 全光子數位RoF 超寬頻(Super Broadband) ◦ ◦ ◦ ◦ 光的色散(Dispersion) 與非線性(Non-linearity) 衰減(Attenuation) 路由與換手(Routing and Handover) 通訊不對稱(Traffic Asymmetry) 38 4.2、無線光通訊技術研究重點 感知RoF(Cognitive RoF)協定 ◦ 動態波長分配(Dynamic Wavelength Allocation, DWA) ◦ 互聯網協定(Internet Protocol, IP) 節能效率的網路架構、運作以及控制 ◦ RoF ◦ 城域核心的光網路技術(Metro‐Core Optical Network Technologies) ◦ 拓撲控制技術 無線光學(Wireless Optics) 39 4.2、無線光通訊技術演進趨勢 Timeline 5年內 Super Broadband • 1 Gbps • 20% FTTH Physical layer • 光子的A/D轉換 (Analogue to Digital)與D/A轉換 Cognitive RoF • 透通性 Protocol (transparency) • 節能 Energy Consumption • 相較於光學，電 子元件的比例會 愈來愈小 • 睡眠模式的實行 Wireless Optics and new air interface (including femto‐cells and home networks) • 新的無線空中介 面技術 • 塑料光纖(Plastic optical fiber, POF) 的使用 10年內 10以後 • 10 Gbps • 50% FTTH • 60％的電子元 件轉換成光學 • 100 Gbps • 80% FTTH • 80‐90%的電子元件 轉換成光學 • 光感知 • 部份光學換手 • 全光學換手 • 用光學代替電 • 光學將代替更多的 電子式設備與元件 子式開關與路 由器 • 新的電源優化 技術 • POF完全的使用 • 新的無線與無 線光纖空中介 • 無線與無線光纖的 面技術 整合 • POF使用的改善 40 4.3、未來網路架構與管理技術演進趨勢 新的網路架構要能評估與支援整合型的服務，未來網路技 術發展重點說明如下： ◦ 互通(Interworking)：在數個異質網路之間能互通、提供資源最佳 的配置 ◦ 服務存取(Service Access)：提供不受限制地存取不同服務供應者 所提供的服務 ◦ 服務起始(Service Provisioning)：可提供任何複雜的服務 ◦ 網路賦權(Network Empowerment)：未來網路的特色是將涵蓋服 務、內容、知識、環境、能源、經濟以及社會等領域 ◦ 軟體定義網路(Software Defined Networking)：使未來網路更靈 活、更易於操作和管理、及能夠更好地應對應用程式發展和網路條 件不斷變化的需求、以及成本控制。 41 4.3、未來網路架構與管理研究重點 感知網路將朝向一個智慧系統範籌 ◦ 增強SON技術，包含知識表達(Knowledge Representation)、自 動推理能力以及學習 ◦ 知識模型化與管理(Knowledge Modeling and Management) ◦ 上下文感知網路(Context-aware Networking)：監控與感知使用 者使用行為，並進一步結合各種網路服務，提供使用者最佳體驗 ◦ 感知網路能降低網路資本、營運和管理的成本，這將促進營運商願 意投入網路建設在偏遠的地區，提供無線寬頻的服務 42 4.3、未來網路架構與管理研究重點 網路虛擬化(Network Virtualization) ◦ 虛擬化必須克服多層網路與目前網路分割，以提供網路基礎架構的彈 性與透通性。 ◦ 虛擬化將為未來的網路帶來重大的影響，其彈性將允許與促進新服務 在高層級的控制與管理計畫的部署，以及個體之間商業模式與關係 ◦ 虛擬的基礎架構的動態佈署將允許為新型雲端服務增加客製化的虛擬 基礎架構。 網內感知網路管理 ◦ 能協助未來網路可有效地處理與管理巨量資料，並有效地將相關訊息 網入到相關的知識業務中 ◦ 應優先考慮為管理系統涵蓋embedness，自動化、自我管理等功能， 感知制制業務流程和可擴展性的多方面整合，賦予網路內置的感知與 智慧化程度與管理目標 ◦ 統一異質網路的頻內網路管理 43 4.3、無線光通訊技術演進趨勢 Timeline 5年內 軟體定義網路 • 單獨的資源虛擬化層 級運算與優化（連通 性，儲存，計算，控 制資源 • 部份網路賦權 (empowerment) 感 知 網 路 運 作 • 多重存取與多重路徑 (NCO) 的監控 • 決定在自我管理與接 近實際優化(集中式或 分散式) 網路虛擬化 • 優化基礎架構分享 • 網路功能、計算、通 訊以及，儲存資源的 虛擬化，以提供具成 本效益的操作，特別 是在多管理域的環境 內 容 核 心 網 路 內容核心優化以提供具 (Content centric 成本效益的操作，特別 networks) 是在多管理域的環境 10年內 10以後 • 感知網路操作與網內網路管理相 結合的方法。 • 隨選網路(On‐demand network)提 供和運營 • 整合所有資源的虛擬化 • 更多的網路賦權 所有面向的單獨 網內管理(embeddedness, 自動化, 自我管理, 可延展性). • 知識管理的監控 • 決定在感知、自我學習即時優化 • SMART 軟體定 義系統 • 完全網路賦權整 合在網內管中 • CNO與網內管理 及內容核心網路 的整合方案 • 聚合不同供應商 的動態服務來創 建新的複雜的服 務 • 網路功能、計算、通訊以及，儲 存資源的以知識為基礎的虛擬化， 以提供具成本效益的操作，特別 是在多管理域的環境 感知內容優化以提供具成本與能源 效益的操作，特別是在多管理域的 環境 44 2018 資料來源：行政院科技會報辦公室，第5代行動通訊發展策略航圖，2013年8月 45 國際通信聯盟-無線通訊部門(International Telecommunication Union Radiocommunication Sector, ITU-R)，在2012年提出“IMT for 2020 and beyond”的規劃構想報告 5G技術目標 ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 1000Gbps總流量用以連結10萬使用者跟1萬聯網裝置 10 倍以上的頻譜效率 高速行進最高速率為 10Gbps 、低速行進最高速率為50Gbps 10~100倍的聯網速度 綠能通訊：電池壽命提升10倍 網路延遲降低至1/5 5G新商業模式 ◦ Network As a Service (NaaS)、Data As a Service (DaaS)、 Knowledge As a Service (KaaS) 46 圖片來源：ITU-R 47 IMT-2020 商用化時程(暫訂) 圖片來源：ITU-R 48 3GPP Rel 14才會開始討論5G的feature 圖片來源：http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1614-sa_5g 49 2020 年資訊社會之行動與無線通訊實踐者 METIS (Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Information Society) 是歐盟執委會(European Commission)贊助的 行動通訊組織，作為歐盟第七研發框架計劃（FP7）下的 一個整合式計畫，希望能複製歐洲在 GSM 和後續行動技 術的成功經驗 METIS 成員包含29家大專院校和行動網路業者家，包括 Ericsson Alcatel-Lucent、BMW、華為、諾基亞和諾基 亞西門子通訊公司（NSN) 預算達 27 億歐元，執行期間30個月(2011.11~2015.4) METIS 將制定一個系統概念，以達成工作效率、通用性和 擴充性等方面的目標，並負責尋找系統所需的關鍵技術元 件，並且評估和展示重要功能 50 歐盟的5G公私合營聯盟基礎建設(5G Infrastructure Public-Private Partnership；5G PPP)是一項由歐盟執行委員會以及歐洲資通訊產業 共同合作的14億歐元發展計畫，旨在更新現有通訊基礎建設，以興 建下一代網路服務，為區域提供超高速網路以及高品質的服務。 5G PPP希望在未來10年將資通訊連結進行基礎建設整合，為固定連 結及行動連結提供整合的高效、高品質網路服務 5G Infrastructure PPP Association 目前有30個會員(Steering Board Members)，正規劃增加6個steering board member 5G PPP的主要目標是希望能夠由歐洲來主導5G標準的發展，並開發 及擁有至少20%的未來5G核心標準專利(Standards Essential Patents) 5G PPP草案由24家電信業者、系統製造商及研究小組共同提出，包 括阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、愛立信(Ericsson)、華為、英特 爾(Intel)、諾基亞(Nokia)等 規劃5G網路於2020年正式上路，行動網路最大頻寬將超過10Gbps， 是目前4G網路的100倍 51 規劃5G網路於2020年正式上路，行動網路最大頻寬將超 過10Gbps，是目前4G網路的100倍 52 • NGMN (Alliance Next Generation Mobile Network )為全球 最重要之寬頻行動聯盟之一，有別於其他國際通訊標準組織 (如 3GPP)，次代行動網路聯盟著重於制定及整合電信營運商之需， 以確保終端消費者對於寬頻行動通訊之需求與期望能被滿足 • 目前該聯盟成員由超過六十個會員組成，包含電信營運商 (如 AT&T、中國移動、日本 DoCoMo等)、設備製造商 (如NSN、 Ericsson、華為、聯發科技等)及研究組織 • 5G相關研究發展目標「Defined End-to-End Operator Requirements for "5G"」，預計在2014年底提出5G White Paper初稿，主要工作組織： 1. 2. 3. 4. 5. 6. Visions and Implications Requirements Technology and Architecture Spectrum Access IPRs Management Customers Use Cases 53 國家/ 區域 推動主軸/願景 韓國 從「影像演進、雲端」規劃B4G/5G發展方向 • 已於2012年4月召開5G開發動向與產業戰略研討會，將由 KAIST(KOREA Institute of Science and Technology)主導 • KCC(KOREA Communication Commission)針對B4G/5G 提出知識型應用模式，其應用涵蓋B4G/5G網路為基礎的全息 影像應用、雲端即時數據連結等，並計畫2020年可以推出 B4G/5G服務。 日本 從「Green Innovation、Life Innovation 」規劃B4G/5G發展 方向 • 2011-2016預計投入新台幣54.3億 • NTT DoCoMo提出2020年以後的應用情境，重點包括：全 息影像傳輸、穿戴式終端互連、AR教學應用等。正和六家業 者（包括Ericsson、Nokia、Alcatel-Lucent、Samsung、 NEC、Fujitsu）展開B4G/5G行動網路測試計畫，預計2020 年前投入B4G/5G網路建置並對外正式營運 54 國家/ 區域 推動主軸/願景 中國 從「網路架構」規劃B4G/5G發展方向搶佔5G產業先機 • 2013年2月成立IMT-2020 (5G)推進小組，2014年科技部 投入1.6億人民幣進行研發規劃 • 中國移動提出B4G/5G服務重點將放在Green和Soft上，其 中Green強調降低耗能、提高網路效率；Soft則是以C-RAN 為主，結合集中化的基頻處理、高速的光傳輸網絡等，形成 綠色、集中化處理、雲計算化的無線接入網構架。 英國 從「頻譜」規劃B4G/5G發展方向 • 英國Ofcom規劃重點放在尋找更多的頻譜、提高頻譜使用效 率、更多的基地台建置，並預計2018年完成B4G/5G執照 的發放，政府及行動電話業者初期共同投資新台幣16億台幣 進行技術研發與頻譜規劃 • 英國也和德國宣布聯手布局B4G/5G技術，將藉由英國在軟 體、服務和設計方面的優勢，以及德國在工程、工業製造上 的領先共同布局B4G/5G技術 55 行政院於2014年1月22至24日舉辦「行政院2014年5G發展 產業策略會議 (SRB)」，啟動台灣未來5G發展藍圖與推動策略 規劃，主要重點： ◦ 5G 尖端技術探索與人才培育：培育5G前瞻研究與專業人才，特別 是某些領域之基礎科學探索成果之推動 ◦ 5G產業技術深耕與環境建置 建立關鍵智慧財產(Essential IPR)與專利策略，保護我國產業於國際市 場之拓展不受干擾 透過共同平台建構與整合，規模化專網應用實驗區及B4G/5G實驗網建 置，整備產業鏈，異業結盟領導科技服務業轉型。 ◦ 5G產業鏈整合及政府協助方向 投注資源並支持產學研參與國際標準制定，透過標準的參與制定提早佈 局 在國內建立完善之實驗測試場域環境，提供國內業者進行互通互連測試 (IOT)平台 頻譜規劃原則首重與國際接軌與產業發展，頻譜規劃與執照釋出之權責 單位應統一 56 6、結論 未來5G市場的主要需求 ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 支援1000倍以上的capacity 網路的延遲(Latency)降低到毫秒(Milliseconds) 訓練網路具有自我認知(Self-aware) 降低(flatten)整體能源的消耗 與雲端運用的整合 個人化的網路經驗 Scalable service experience anytime and everywhere 57 6、結論 5G將是結合現存與不斷精進系統而成的通訊系統， 未來5G技發展趨勢 ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 異質網路及多重無線接取技術網路(RATs) 寬頻光載微波(RoF) 先進的多重天線傳輸與接收、智慧適應性天線 自我組織/自我管理網路(SON) 感知無線電 可見光通訊 節能效率 頻譜包裝與頻譜分享 網路虛擬化 軟體定義網路(SDN) 58 6、結論 59 60
