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全球5G現況與展望

107-05-03

工研院資通所 謝慶堂

全球5G競賽如火如荼,競相展開布署規劃,例如2018年在韓國平昌舉辦的冬季奧運,即以無人駕駛自動車的5G巴士展現其實力。

全球5G競賽如火如荼,競相展開布署規劃,例如2018年在韓國平昌舉辦的冬季奧運,即以無人駕駛自動車的5G巴士展現其實力。


下一代無線通訊技術是近年來的熱門議題,經常出現在頭條新聞,各國政府和廠商都投入大量的資源進行研發,這激烈的全球5G競賽目前已進入最後衝刺的階段。本文探討5G的開發現況、包含標準化、佈署試驗與應用展望、和台歐盟合作。

5G標準化現況

1. ITU-R IMT-2020 系統

ITU-R working party 5D (WP 5D)於2012年開始進行所謂5G的IMT-2020系統規格制定工作,2015年6月完成願景與需求 1,連同技術趨勢 2和高頻可行性分析 3等文件納入當年11月世界無線電通信大會(WRC-15)討論。WP 5D 於2017年6月完成最低技術性能需求 4、評估標準與方法 5、和提案提交模板 6,並於當年10月舉行IMT-2020系統研討會,公開徵求IMT-2020系統新無線電介面技術的提案。IMT-2020系統的eMBB, mMTC,和URLLC等三個用途(見圖1)被廣泛引用於5G系統的分析、白皮書、和展示。圖1顯示的8個功能進一步在後續的文件 4中列出每個功能的數值範圍以及其他例如頻寬和可靠度的要求。目前表明將提案的單位為3GPP, Korea, China, 和ETSI,已登記的獨立評估組包含工研院在內有11個單位。ITU-R預計於2020年底完成IMT-2020無線電介面規格的制定。

圖1  IMT-2020 系統主要功能和用途

圖1 IMT-2020 系統主要功能和用途

2. 3GPP標準化進程

3GPP自Release 15之後都將稱為5G,於2016年6月開始5G技術規格的制定,次年12月通過non-standalone的5G NR(new radio)規格,預計於2018年第3季完成包含standalone 和non-standalone 5G NR的Release 15項目,開始 Release 16的工作。3GPP於2017年底開始IMT-2020提案的準備,於2018年1月WP 5D 第29次會議中遞交一份由眾多公司(包含工研院美國公司)合提的技術貢獻,說明3GPP對於IMT-2020 系統候選技術的初期描述,以利後續評估工作的規劃。3GPP將於2019年納入Release 15和16成果於最終版的提案。圖2是3GPP對於IMT-2020系統提案的時程規劃。

圖2  3GPP IMT-2020系統提案的時程

圖2 3GPP IMT-2020系統提案的時程

3. IEEE 5G倡議

全球營運商已競相準備佈署5G系統,但是重要的互通性和安全需求標準尚未明朗。因此IEEE Future Directions Committee於2016年12月推出了5G倡議7,目的為促進合作並將學術和商業界連接到IEEE的專家和資源,一方面強調業界所需要的新興應用例如SDN/NFV、IoT、M2M、和eHealth等,另一方面協助建立一個有活力的5G生態系統。IEEE於2017年10月發表5G技術白皮書8,結合各界共同努力面對5G的挑戰,從而實現技術的潛力。該組織目前有4個與5G相關的標準計畫正在進行:

 

  • IEEE P802.1CF的目標是在單一個終端上支援多個異質網路,
  • IEEE P1903.1可使營運商以及服務和內容提供商藉由這些網路提供他們的服務,
  • IEEE P1914.1可容許多輸入多輸出和協調的多點傳輸和接收等5G關鍵技術的實施,
  • IEEE P1918.1著重於觸覺互聯網的應用,例如遠程手術和外骨骼控制(exoskeleton control)和協助遙控機器人的精確移動。

全球5G試驗與驗證

1. 各國的5G試驗

NGMN在2016年6月率先啟動5G試驗及測試計畫(Trial and Testing Initiative, TTI),包含技術構件測試、概念驗證、預商用網路測試、以及互通性4個項目,目的在促進技術成熟和確保產品互通性。參與者包含19家營運商以及24家供應商,工研院也參與該項計畫。

 

5G 基礎設施協會(5G Infrastructure Association, 5G IA) 延續歐盟先前的5G宣言9和行動計畫10,於2017年5月23日發佈泛歐洲5G試驗路線圖及相關的實施行動11,12,包含5G平台、垂直應用、和測試城市等的策略,以及與其他國際組織例如ITU、歐盟、3GPP、SDN/NFV生態系統、以及營運商網路佈署的時程關係等。

圖3  泛歐洲5G試驗的時程

圖3 泛歐洲5G試驗的時程

英國政府Department for Culture, Media & Sport (DCMS)於2017年3月8日發佈5G政策13,加速部署5G網路,以提高英國的生產力和效率,創造國內外新的機會。DCMS於同年10月16日發佈政策文件14,15,將在各地區設立測試平台,開放英國創新生態系統給國內外新興應用和產品的試驗,主要的對象包含Smart transport, railways, smart stadiums, hands-on surgical mentoring, precision livestock farming等,第一階段2,500萬英鎊的獲選提案將於2018年4月1日開始執行。這項政策包含投資1,600萬英鎊給薩里大學,倫敦國王學院,和布里斯託大學驗證並演示5G技術。

2. 營運商的佈署規劃

5G世代將為無限制連接和智慧化的時代,全球營運商競相規劃佈署。AT&T先前宣布將於2018年底前在12個城市佈署5G,目前已選定Dallas、Waco、和Atlanta 3個城市,該公司高階主管 John Donovan表示像虛擬實境,自動駕駛,機器人,和智慧城市等新的體驗將前所未有的嚴格測試營運商的網路。Verizon將於2018年佈署5G系統提供固定無線服務,該公司2018年1月底在休斯頓進行的28 GHz 系統測試結果顯示5G mmWave的前景值得期待。Sprint今年四月份將開始在芝加哥、達拉斯、和洛杉磯提供類5G的功能服務,預計於2019年初佈署5G系統。

在歐洲,Telefonica於2018年1月22日宣布將把西班牙的Segovia和 Talavera de la Reina兩個城市變成”5G生活實驗室”。四天後Deutsche Telekom與Intel和華為宣布完成全球首次5G NR互通性測試。Vodafone和Verizon緊接著宣稱完成全球第一個5G NR的通話。

3. 5G的應用展示

倫敦國王學院與易立信從2015年開始合作進行5G應用的開發,設立觸覺互聯網實驗室,通過網路傳遞實際技能,創造他們所稱的“技能互聯網(Internet of Skills)。”外科醫生可藉由虛擬實境設備和觸覺手套通過機器人對位處世界另一端的患者進行手術。CNN在2018年2月5日的一段影片中展演倫敦國王學院 Mischa Dohler教授藉由手套記錄鋼琴演奏中手指的動作,可即時用來觸動遠端學習者的手指彈鋼琴。

關於競賽場的應用,5G技術於2018年2月13日在韓國平昌冬季奧運會的開幕式上首度登場,1200個由表演者手持的LED蠟燭形成了一隻巨大的鴿子,這些蠟燭藉由5G的超低延遲和無縫連結控制亮度和閃爍,而與音樂和表演者的動作同步。韓國電信與多家設備商合作展示5G的速度與功能,在奧運會提供無人駕駛穿梭巴士,使用無人機、虛擬實境、擴增實境、和混合實境等技術即時顯示運動員在冰面上競速滑行的360度影像。“沉浸式廣播 (Immersive broadcasting)”讓觀眾可以在他們的mobile app上體驗實際的比賽。

英特爾、NTT DoCoMo、和豐田在Mobile World Congress 2018前夕宣布將在2020年東京奧運會中展示其5G技術能力,把東京變成5G「智慧城市」。同一年的歐洲杯足球賽是泛歐洲5G的旗艦活動11,12,參與5G試驗的城市中有13個將提供比賽場地,已經展開5G展示的工作。另一方面,俄羅斯獲得大電信公司的支援,將搶先在2018年世界杯足球賽中啟動超快速的5G互聯網。

台歐盟5G合作

稱為H20202的第8期(2014-2020) 歐盟框架計劃(Framework Programme, FP) 的總預算為800億歐元,資通訊領域約佔四分之一。歐盟執委會與5G IA簽署7億歐元預算的5G-PPP(5G-Public Private Partnership)合作計畫分為3期。第1期2014-2015工研院參加了METIS II和5G-Crosshaul兩個計畫。第2期2016-2017台灣與歐盟達成協議,以針對性開放徵案(Targeted Opening Call)的合作方式編列5百萬歐元贊助,以匯流技術為主題指定與台灣合作,開創台灣與歐盟由上而下進行5G合作模式的新里程碑,獲選的Clear5G和5G-CORAL兩個計畫剛開始執行。由於成功的合作經驗,歐盟在第3期計畫編列4百萬元預算,以「整合端對端5G網路試驗」為主題再度與台灣合作,將於2018年9月開始徵案。藉由定期的視訊會議和共同舉辦的年度研討會,除了審視現階段的工作之外,台灣與歐盟也開始討論包含下一期FP9的長期合作。

結論與建議


目前全球5G發展的重心為標準化和試驗,除了傳統的行動寬頻之外,也要滿足垂直產業的各種要求,這都需要各國政府、廠商、和研究單位等的密切合作來推動。ITU-R已開始徵求IMT-2020系統的提案,3GPP剛完成第一個 5G NR的規格並進行提案準備。全球重要國家和地區都提出5G試驗規劃,重要營運商更是對5G寄予厚望,積極準備佈署。目前試驗的結果顯示5G可滿足高速率和低延遲的需求。我國與歐盟在5G的合作已開始執行,正準備下一期徵案和5G之後未來長期合作的討論。我們應審視產業需求,適時加入國際重要5G議題的討論與活動,以強化我國5G計畫的成效。

參考文獻

  1. Recommendation ITU-R M.2083-0, “IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond”, ITU-R, September 2015.
  2. Report ITU-R, M.2320-0, “Future technology trends of terrestrial IMT systems”, ITU-R, November 2014.
  3. Report ITU-R M.2376-0, “Technical feasibility of IMT in bands above 6GHz”, ITU-R, July 2015.
  4. Report ITU-T M.2410-0, “Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)”, ITU-R, November 2017.
  5. Report ITU-R M.2411-0, “Requirements, evaluation criteria and submission templates for the development of IMT-2020”, ITU-R, November 2017.
  6. Report ITU-R M.2412-0, “Guidelines for evaluation of radio interface technologies for IMT-2020”, ITU-R, October 2017.
  7. “IEEE 5G Initiative Overview, “ IEEE, 08 December 2016.
  8. “IEEE 5G and beyond technology roadmap,” white paper, IEEE, 04 October 2017.
  9. “5G Manifesto for timely deployment of 5G in Europe,” European Commission, 07 July 2016.
  10. “5G for Europe: An Action Plan,” European Commission, 14 September 2016.
  11. “5G Pan-European Trials Roadmap Version 1.0,” 5G Infrastructure Association, 23 May 2017.
  12. “5G Pan-European Trials Roadmap Version 2.0,” 5G Infrastructure Association, 23 November 2017.
  13. “Next Generation Mobile Technologies: A 5G Strategy for the UK,” UK Department for Digital, Culture Media & Sport, 08 March 2017.
  14. “UK 5G Testbeds & Trials,” UK Department for Digital, Culture Media & Sport, 16 October 2017.
  15. “Next Generation Mobile Technologies: An update to the 5G Strategy for the UK,” UK Department for Digital, Culture Media & Sport, 19 December 2017.