【Lynn寫點週報】2019 年真的是 5G 元年嗎? 3分鐘掌握全球 5G 發展進度

距離 2019 年初喊出「5G 元年」已經過了半年,除了基地台廠商積極向電信商推銷 5G 設備之外,高通、聯發科、三星與華為等手機廠商也推出一系列的 5G 試驗產品,這次就讓我們簡單瀏覽 5G 產業截至目前的發展狀態,讓各位讀者快速掌握 5G 發展大方向。
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 第五世代通訊標準(5G)從去年到現在一直是新聞版面上的熱門話題, 2019 年更被稱為「5G 元年」,不論是蘋果與高通的和解案、中美貿易戰,甚至是背後華為、愛立信與諾基亞的基地台訂單混戰, 5G 通訊的確賦予人們很大的想像空間,聚焦項目不外乎是傳輸速度快了數倍,或是超低延遲所帶來的即時溝通。

過去基地台廠商宣稱 5G 通訊擁有更快的傳輸速度,讓使用者能夠自由觀看高畫質影片,從 1080P 影片升級到 4K 串流,然而尺寸過小的手機螢幕觀看體驗的差異並不大,難以刺激消費者花大錢更換 5G 手機與資費方案。客觀而言,單純的 4K 影片串流絕對不值得數百億美元的電信商投資── 電信商難以找到 5G 的商業模式,投資也非常保守,成為 5G 發展初期很大的阻礙。

那為何電信商仍然要硬著頭皮推動 5G 網路服務?原因在於智慧型手機的銷售停滯、 4G 方案的資費收入也隨著業內競爭下滑,新一代的通訊標準除了能提高電信資費價格之外,也會創造 5G 手機換機潮,進而推動下一波的市場需求以提振疲弱的手機銷售,讓電信商繼續維持成長,所以普及 5G 仍然是不可避的趨勢。

另一方面,全球的基地台設備商由於 4G 通訊成熟,電信市場需求不振的情況下,已經陷入虧損經營多年,好不容易迎來嶄新的 5G 標準,自然要全力推動 5G 通訊的商業化,爭取全球電信商新一波的基地台與設備訂單,目前看來成效不錯, 2019 年第一季設備商紛紛轉虧為盈。

今年開始,部分國家的 5G 測試網路部分已經開放給民眾試用,在 5G 手機仍不普遍的情況下,有些電信商利用出借 5G 分享器,透過 Wi-Fi 分享網路讓使用者使用 5G 的網路,雖然傳輸速度確實有提升不少,但發展初期的體驗仍然不佳,像是訊號覆蓋範圍小、穩定性差以及訊號切換不穩定,甚至是發熱問題都尚未解決,也讓市場開始質疑 5G 通訊實際效果是否符合當初畫下的市場大餅。

實際上,現在大眾所能試用到的 5G 網路只能算是半殘的 5G 通訊,因為背後的標準還沒制定完成,5G 通訊網路雖然有全球統一標準,是由 3GPP 電信標準化組織所提出,目前第一版是 release-15 ,僅僅是 5G 標準的第一階段,嚴格來說只是 4G LTE 的加強版,要等到 2019 年底 Release-16 完成制定,等到 2020 年開始正式施行,才算是有比較完整的統一標準。

距離 2019 年初喊出「5G 元年」已經過了半年,除了基地台廠商積極向電信商推銷 5G 設備之外,高通、聯發科、三星與華為等手機廠商也推出一系列的 5G 試驗產品,這次就讓我們簡單瀏覽 5G 產業截至目前的發展狀態,讓各位讀者快速掌握 5G 的發展方向。

全球 5G 基礎建設進入測試階段,中國最為積極

根據 3GPP 所定義的 5G 三大應用領域,分別是:增強行動寬頻(Enhanced mobile broadband, eMBB)關鍵任務控制(Mission-critical control)及大量物聯網(Massive Internet of Things)

以目前的進度判斷,產業正邁向第一階段的增強行動寬頻,意思是 5G 通訊帶來更高的傳輸速度、低延遲與更低的傳輸成本,不只帶給智慧型手機更好的使用體驗,未來也會擴展到 VR 與 AR 的應用── 5G 第一階段的進展仍著重於行動網路的頻寬與傳輸速度上的提升。

全球電信商正在進行 5G 網路的測試:美國四大電信 Verizon 、 AT&T 、 Sprint及 T-Mobile 開始在都會區展開地域性測試;英國、西班牙、澳洲、瑞典與韓國的電信商也已經投入 5G 網路的測試,尤其是中國電信商早在去年底已經進行建置,例如中國移動、中國聯通等等業者,可說是最積極佈署 5G 基地台的市場。

提供電信商 5G 基地台的設備商主要有諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericson)以及華為(Huawei)。根據路透社報導,諾基亞取得了 42 張 5G 基地台訂單,是目前 5G 設備訂單數量最多的廠商,國家來自美國及日本;華為名列第二,對外宣布擁有 40 張訂單,然而絕大多數來自中國,少部分為歐洲;第三名則是愛立信,目前有 19 張訂單,臺灣中華電信採用的設備就是來自愛立信。

從使用者體驗看來,支援 5G 網路的智慧型手機確實具備接近數倍的傳輸速度,然而 5G 系統屬於高頻的通訊頻段,由於頻率高、波長短,單一基地台的覆蓋範圍並不大,相較 4G 時代要部屬更多、更密集的基地台。

初期基地台數量不足的情況下,使用者常常無法收到 5G 訊號或是需要在 4G 及 5G 之間頻繁切換,導致額外的能源消耗與頓挫感,整體並不符合廠商宣傳的高速流暢體驗,但上述問題預計會隨著基地台建設增加而逐步改善,這也證實 5G 通訊系統屬於都市型應用,不太可能做到像 4G 訊號大範圍覆蓋的程度。

5G 手機背後的行動數據機爭霸戰:高通取得領先

隨著 5G 網路開展,消費者也必須擁有對應的 5G 手機才能接收訊號,關鍵就在於智慧型手機內部搭載的 5G 數據機晶片,由於 5G 通訊的世代升級長期會推動大規模的換機潮,帶來一年數千萬筆 5G 數據機晶片需求,這一個市場被視為兵家必爭之地,目前這個領域有高通、聯發科、三星以及華為等等的廠商,均已經推出 5G 數據晶片產品。

2019 年 4 月高通與蘋果談和,迫使英特爾(Intel)放棄 5G 行動業務,高通一口氣囊括絕大多數的 Android 與 iPhone 數據機晶片市場,繼 4G LTE 時代後,高通在 5G 的地位仍然難以動搖。

另一方面,「5G手機」正以驚人的速度邁入商業化,例如三星的 Galaxy S10 5G 、小米 MIX 3 5G 等等的智慧型手機宣稱已經支援 5G 通訊,以分離式方案實作對應的通訊功能,其中絕大多數的 Android 手機均採用高通 2016 年推出的 28 nm 製程 Snapdragon X50 數據機晶片,該模組目前支援歐洲 8家電信商的毫米波與 Sub- 6 GHz頻段,最高速度可以達到 5Gbps,代表每秒下載速度可以高達 625MB/s。

高通預計 2019 年推出 7nm 製程的 Snapdragon X55 晶片,將能整合 4G LTE 與 5G 頻段,而且更快、更省電,另外這項產品不只是為了智慧型手機所開發,而是額外針對筆記型電腦、汽車以及定點路由器所設計,未來將普遍用於 5G 相關通訊裝置。

5G 數據機晶片方面,今年年初華為推出了巴隆 5000 ,三星則發布了 Exynos M5100 、聯發科也有 Helio M70 ,到了 2019 年底這些 IC 設計公司還會推出第二代產品,追趕高通的 X55 晶片。

2020 年 5G 新標準成為決勝關鍵
將淘汰部分數據機廠商

5G 通訊網路雖然有全球統一標準,是由3GPP 電信標準化組織所提出來,目前第一版是release-15,各家晶片商只要可以通過互測(Interoperability Development Testing, IODT),成功讓跨裝置間傳送與接收數據,都可以宣稱自己的5G 數據機晶片符合標準。

但是數據機晶片的實際運作並沒有這麼簡單,真實的運作環境狀況並不理想,電波會有強弱不一、接收裝置高速移動或是同時接收到各家基地台電波的問題,加上各個地區規定的頻段不同,要設計出一個省電,晶片面積不要太大,同時支援2/3/4/5G ,而且可以通過各國主管機關認證跟營運商測試的晶片,就不是一件容易的事情。

假設Release-16 成功在2019 年底完成制定,裡面增訂 Advanced Receiver 的最低規範,要求在表列的幾十個比較嚴苛的測試環境裡面都可以運作,特別是 NR 高頻段, Release-16 針對其傳輸性能、波形、訊號覆蓋能力與能源功耗的規定都會更加複雜。

另一方面,電信商為了要最大化自己的頻譜使用率,肯定是會要求在自己網路裡面的所有手機都必須通過advance receiver IODT,無法通過測試的廠商很可能一夜之間再也接不到訂單,到2020 年一堆廠商可能都會被新版標準淘汰出局。

從消費到企業級應用,資費收入仍是主流商業模式

市場普遍認為 5G 通訊不該只是 4G 的升級版,隨著物聯網(A-IoT)、車聯網及智慧城市的發展,更快、更低延遲的通訊科技肯定會扮演串連的重要角色。

不可否認地,對於大型電信商而言,初期還是推動消費級應用為主,取得來自消費者的月租資費收入,這是支持電信商營運的重要現金流來源。

消費級通訊仍然是 5G 生態系初期最重要的推手,等到電信商能夠從資費升級以及 5G 手機銷售的業務中收到足夠的現金流之後,才會推向企業級應用,也就是上述提到的「關鍵任務控制」以及「大量物聯網」應用。

關鍵任務控制(Mission-critical control)是透過穩定的 5G 通訊網路,利用其可靠且低延遲的連接能力來創造新的應用場景,例如車流控管、國家警報發布、自動駕駛及遠端手術等等的服務,但前提是 5G 系統要足夠穩定且成熟,否則重要的基礎設施如果出現錯誤或是失聯,將產生難以預估的損失。

大量物聯網(Massive Internet of Things)會壓低 5G 通訊的傳輸速度,同時降低電源消耗,藉此連接大量的嵌入式感測器,可提供簡易低成本的解決方案,這部分是絕大多數廠商在討論的物聯網(A-IoT)解決方案,但前提仍是要有成熟的 5G 通訊環境以及對應的軟體,通訊硬體裝置的成本也要跟著下降才可能實現,未來大多也會走企業的私人網路以確保安全與穩定性,要等到 5G 成熟後才會開始普及。

總而言之,將 2019 年稱為 5G 元年並不恰當, 2020 年才是企業彼此決勝負的關鍵。 2019 年的意義在於開啟一系列的商業測試行動,讓 5G 正式走入消費級市場,而非是被侷限在實驗室的產品;等到了 2020 年,較為完整的 Release-16 標準制定完成,企業推出對應規格的產品,經過汰弱留強,屆時 5G 通訊效能表現將更加優秀,特別是高頻段的性能改善,將是 5G 通訊完整商用化重要的一步。

下一次我們再來談談 5G 通訊最具革命性的功能改進:「定位」。

核稿編輯:李柏鋒

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