【The Wired Guide】5G指南:為什麼美國擔心中國搶先?

評論
評論

作者:Klint Finley,譯者彭于庭,原文為THE WIRED GUIDE TO 5G,INSIDE獲台灣康泰納仕提供授權翻譯。

無「網」不利的未來將由5G開啟。我們希望透過人工智慧、自動駕駛、遠距醫療、混合實境還有許多連想都想不到的新科技讓生活變得更輕鬆、更安全、更健康,而以上這些科技都需要又快又穩的網路。

連線裝置如雨後春筍般的推出,別忘了還有現在爆紅的直播影片,為了跟上這股潮流,手機業者正在開發5G網路,也就是第五代行動通訊系統。

業者保證5G科技可讓手機網速達10 Gbit,這比現在一般4G網路快上六百多倍,還比Google光纖網路的一般家用寬頻訊號快10倍,快到下載4k高畫質電影只要25秒,同時下載好幾部也不是問題。

以上是最終目標。美國電信業者保證會在2020年全面推出5G服務,但是首批5G網路系統還要再等等。5G不是單一的技術或標準,而是許多的技術串連起來,因此需要跟4G網路迥然不同的方法來建置。

電信業者已經推出了測試版和實驗計畫來證明5G網路性能遠勝4G,不過雖然使用「毫米波」可以達到最佳網路速度,這項技術在未來幾年內還不會普及。此外,各公司可能會用比目前更先進的科技作為5G基礎,不過目前的技術和設備其實已經夠用了。

5G厲害之處不只在於速度,還能供多個裝置同時使用,因為智慧汽車、環境感應器、恆溫控制器還有許多連線裝置層出不窮的推出,這將是5G的亮點功能。

大家都希望搭上美國5G的旋風,但業界專家和政治領袖警告,若中國或任何一個國家更快替5G建立好基礎,美國的企業將被拋在5G潮流之後。若要在2020前達到全美5G的目標,政府必須向電信業者開放更多的頻譜,業者也必須快速擴增設備,硬體製造商更必須設計出新一代可支援5G的產品。

從1G到5G,網路的改朝換代影響重大

第一代行動無線網路(1G)是在1970年代末80年代初出現的類比行動電話。未加密的語音訊號透過無線電波傳遞,任何人都可以偷聽對話內容。

接著,誕生於1990年代的2G網路已經數位化了,訊號可加密且能更有效率的使用頻譜,傳輸資料的方式類似後期出現的撥接網路及數位用戶迴路。

到了3G網路出現時,頻寬使用擴大並掀起智慧手機革命。

(無線電波頻譜,是指無線電從最低頻到最高頻的範圍。美國有FCC限定使用者可以使用的頻率範圍和頻段,以免訊號互相干擾。傳統上手機網路使用的是可長途傳輸或穿透牆面的低頻或中頻訊號,但這兩種訊號已太過擁擠,業者慢慢改用高頻訊號。)

3G網路在2000年早期推出,但是在美國普及的速度很慢。大家很容易忘了在2007年推出的iPhone是不支援3G網路的,更別說4G了。芬蘭公司Nokia在當時仍是世界上最大的手機製造商,這要歸功於歐洲率先使用2G網路。另外,就3G網路覆蓋率和手機網路兩方面來說,日本完全領先美國。

2008年7月,首支可支援3G網路的iPhone上市且逐漸受到民眾歡迎,美國的應用程式市場開始蓬勃發展。同一個時間,Apple也推出App store,幾個月之後,第一支使用Google安卓系統的手機也開始進口到美國。

手機曾經被視為奢侈品,但在Apple、Google、Facebook推波助瀾之下,人們已離不開手機這項必需品。Apple、Google和Facebook等應用程式讓美國得以主導從3G過渡到4G的革命,同時創造大量就業機會和鼓勵創新,電信業者抓住大好機會快速擴張和進行網路升級。美國公司紛紛制定了App經濟計劃後,Nokia和日本3C產品製造商在美國和本土市占率下降。

定義5G核心功能的討論從2011年就開始了,但在2018年6月才終於確定,現在各地的電信業者已經開始為5G構建測試網路,但各業者測試了什麼內容則不得而知。例如美國電信業者AT&T於2017年宣布將在20個城市推出「5G演化」(5G Evolution)的服務,但評論家則批評這說法根本就在騙人,因為AT&T實際上是使用另一個業者T-Mobile現有的4G科技。

與此同時,包括AT&T在內的電信業者也在測試高速的「毫米波」網路。雖然現在手機還無法支援5G網路,但是消費者還是可以透過家用寬頻無線裝置嚐嚐5G的甜頭,例如威訊(Verizon)公司就推出了「5G Home」的服務。

5G網路的未來:美國的落後會造成嚴重後果

電信業者、3C製造商和政治人物都很擔心,美國發展5G網路的動作太慢,最後步上歐洲和日本的後塵。

美國特別憂心中國的發展,因為2018年1月中國國家安全委員會不小心流出一份文件,當中提議在私營部門全面使用5G網路。令人擔心的是,如果中國搶先推出5G,該國蓬勃的科技業將創造下一世代的全球網路平台,且中國有可能在全球AI競賽中佔優勢。更多連線裝置的出現將創造更多的數據,數據量增加讓演算法更完善,最後帶動AI裝置的進步。

為加快建置5G網路,無線網路業者希望美國政府能放寬使用頻譜和基礎建設的規定。通常一講到5G,大家會先想到毫米波科技,因為毫米波速度快且有大量未使用的頻寬。這項科技可讓網速達10 Gbps,但是伴隨而來的是巨大的代價。長距離傳送毫米波信號不太可靠,且毫米波很容易被樹木、人、甚至雨水等障礙物干擾,電信業者不能只倚靠大型基地台,而是要在各地大量架設小型接收器之後,毫米波才適合手機使用。

毫米波接收器大概會像煙霧偵測器一樣小,但重點是它們必須無處不在。根據麥肯錫公司(McKinsey)的報告,電信業者可能需要在城市裡佈滿15或20個毫米波接收器,但現今相同的區塊大概只有2到3個手機基地台就夠了。就像家中的Wi-Fi數據機一樣,這些接收器需要連到有線網絡。架設額外的接收器和連接網路將是耗時且昂貴的工程。

為了大幅壓低成本,無線網路業者打算從技術著手。例如Facebook和許多電信業者共同推出的「電信基礎建設計畫」,他們正在研究一種稱為「Terragraph」的天線。若開發成功,接收器就不再需要各自接上有線網路,而是形成一個多節點無線網路系統。

針對威訊在休士頓推出的5G網路測試版的一項獨立研究發現,毫米波比預期的更強韌,但是建立毫米波網路還是需要好幾年的時間,於是全球的電信業者將目光轉往所謂的「中頻段」,目前Wi-Fi數據機以及某些手機網路都使用此頻段。論速度,因為頻寬較窄,所以中頻段不比高頻段快,但是信號可以傳送得較遠也較穩定,因此可以用大型基地台來傳輸訊號。

FCC已經批准將某些軍事雷達和衛星通訊使用的中頻段開放給電信業者使用,但目前南韓已經領先美國開始出售頻段使用權,而中國也特別為5G保留大量的中頻段。

FCC計畫出售更多的高頻頻譜,也在考慮開始出售中頻頻譜。但是根據Recon Analytics的分析資料,得到授權後,電信業者需要好幾個月、甚至好幾年的時間才能真正用上中頻頻譜,因為升級基地台相當耗時,且需要大量勞力和國家或地方政府支持。

消費者擔心急於推動5G可能造成監管漏洞。例如FCC 2017年時就否決了一項網路中立保護措施,因為他們認為減少控管就能吸引更多人投資在5G或其他網路的基礎建設上。與此同時,T-Mobile和Sprint正試圖說服監管人員批准兩家公司的合併案,他們表示合併之後將會更快速、更有效率的部署5G網路。2018年,FCC投票結果推翻了國家和地方關於無線網路設備的法規,幫助業者快速打造5G網路。

少一點政府監控和少一點電信業者的競爭可能會提高未來5G服務的價格,但服務卻減少。

公民常識(Public Knowledge)是一個消費者組織,身為副主席的哈洛德.費爾德(Harold Feld)警告,若無政府監管,電信業者可能拒絕在低收入或鄉下地方建設5G網路,因為業者在這兩個地區收益較少。

若5G現在已經開放了,市面上也只有屈指可數的3C產品可支援5G網路。小米Mix 3、摩托羅拉( Motorola)的5G MotoMod、以及聯想集團(Lenovo)都計畫在2019年轉用5G,但Apple在2020年前都還沒有此計畫。

5G雖然好像還很遙遠,但是未來的拼圖已經一塊一塊拼湊起來了。

5G詞彙表

• 頻譜(Spectrum)

頻譜包含從最低(3 kHz)到最高(300 GHz)所有的無線電波頻率。在美國,由聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission,以下簡稱FCC)規範使用者能使用的頻率範圍和頻段,以免訊號互相干擾。在台灣,則由NCC釋出。頻率的表示法,一秒鐘振動3000次,則頻率為3 kHz(3千赫茲),而GHz的G意思是Giga,也就是Billion,代表10億,所以300 GHz就是3000億赫茲。

• 低頻段(Low-Band Frequencies)

通常廣播、電視和手機網路使用的頻段都低於10億赫茲,因為這個頻段的波可以傳得較遠,也可以穿透牆面。不過現在低頻段太過擁擠了,電信業者慢慢轉往較高的頻段。

• 中頻段(Mid-Band Spectrum)

中頻段的頻率落在10億赫茲到60億赫茲之間,可應用在藍牙、Wi-Fi、手機網路等許多方面。中頻段受到電信業者的青睞,因為頻寬大且比毫米波更好掌握,因此FCC當前的任務就是放寬電信業者使用中頻段的限制。

• 毫米波(Millimeter Wave)

又稱極高頻,各出處的定義略有不同,不過通常無線電波的頻率高於24 GHz或30 GHz可稱為毫米波。這個波段的頻寬很廣,因此電信業者在這個波段可以達到較高的速度,但是毫米波不適合長距離傳送。

• 未授權頻譜(Unlicensed Spectrum)

尚未由任何電信業者取得授權的頻譜,例如家用Wi-Fi。目前許多電信業者計畫利用未授權頻譜來擴展自家提供的網路服務。

• 網路延遲(Latency)

一個裝置回應另一個裝置在網路上所花的時間。5G的一大賣點就是更快的反應,這對緊急警報系統和自動駕駛而言是非常重要功能。

• 網路切片(Network Slicing)

舉例來說,汽車需要連接到延遲較短的虛擬網路,而智慧手機則連到最適合直播影片的虛擬網路,如此替每個裝置創造獨立的「虛擬網路」的能力就稱為網路切片。

• 彈性參數集(Flexible Numerology)

彈性參數集可以分配小量頻寬到感應器等不需要大量頻寬的裝置。我們總是以為數字帶有神秘的意義,雖然這條詞彙也很晦澀難懂,不過兩者其實無關。

延伸閱讀:

【Lynn寫點週報】 2019年是5G元年?談 5G通訊技術發展困境

華為 CEO 任正非內部信:苦日子來了、需裁員檢討編制!

相關文章

評論