淺談5G基本概念

5G 是什麼

5G 指的是第五代無線網路科技,「G」為英文 Generation 的縮寫,即世代之意。循級而上,每個新世代均代表著電信傳輸能力的倍增,已經新功能建立,如從原本單純的通話,至留言、簡訊、上網、影音對話等。

(圖片來源: Forbes)

5G 為何重要

據估計,5G 網路將比現有的 4G LTE 傳輸速度快 10 至 100 倍 (確切速度將取決於該科技所使用的波長,以及實際的基礎建設)。這樣的功能提升,將會促成一系列的科技、工業、生活、軍事革命,例如物聯網 (Internet-of-Things) 、人工智慧 (AI)、自主系統 (autonomous systems)、擴增實境 (augmented reality) 和人機合作 (human-computer teaming) 的廣泛應用。

5G 的基本知識

電磁頻譜 (spectrum) 是 5G 科技最重要的一環。頻譜就如同車道和空域一樣,各國政府可控制開放哪些頻譜段供業者使用。頻譜開放越多,則可傳輸量越大。目前全世界開發 5G 科技,可分短波/高頻和長波/低頻兩種不同方向。

(圖片來源: Qualcomm)

短波 (millimeter wave 或 mmWave) 顧名思義,即指波長短而高頻率的電磁波,頻率坐落於 30 GHz 至 300 GHz 之間。mmWave的優勢在於傳輸速度快、間歇短、成像品質高、資料較難被攔截。同時頻譜的範圍較廣,如同車道更多一般,較不會造成傳輸阻塞。然而mmWave的傳輸距離較短,且容易被地形地物阻斷 (如牆壁和人體)。這意味著必須花許多錢建立更多不受阻隔的傳輸節點。長波 (又稱 sub-6),波長長而低頻率的電磁波,頻率坐落於 6 GHz 以下,故稱 sub-6。Sub-6 穿透力強且傳送距離遠,不必花太多錢設立傳輸節點。惟缺點是傳輸速度較慢,且目前美國政府將該段頻譜保留給聯邦政府,不開放給商務及民生用途。目前美、日、韓是雙管齊下,但美國通信業者由於政府限制,現在僅能利用mmWave 短波做為開發重點。近期內聯邦政府才開始準備要開放 sub-6 頻譜; 中、英、法、德等國則是專注於 sub-6。

5G 的爭議

美中兩國在 5G 起衝突最大的原因,在於誰掌握下一代通訊便能大幅提升戰略優勢。美國在 4G 年代領先全球,替本國提高無線通訊產業 80% 的工作機會,創造無數的產值。除了邁向產業巔峰之外,第一個進場的國家便會有先驅優勢 (first-mover advantage),可訂立 5G 科技的標準規格,讓其他國家的產品遵守並使用它所建立的基礎建設。中國企業利用政府補助,希望以低價搶攻美國與歐盟市場,使得自由世界國家因國安疑慮而高度警戒。

5G 的國防應用

由於未來美國的作戰環境並不太可能有完好而高密度的基礎建設,用以支援 mmWave傳輸節點,且可能大多數作戰地區皆使用 sub-6 系統,國防部已同專家研擬專注開發 sub-6 設備,並促使美國政府開放 sub-6 頻譜以供使用。

(圖片來源: Magic Leap)

未來的美軍將可利用 5G 科技所啟用的物聯網,將各項感應設備的數據串聯,並利用人工智慧做出運算,再即時將任務指示傳給士兵,以擴增實境的方式呈現。也可再配置無人機與車輛作為戰術用行動傳輸裝置,增強任務效果。

雖然這樣將使美軍與中國共享 sub-6 區間的頻譜,有被中國攔截的疑慮,但國防專家指出這樣反而能混淆敵人,無法讓中國精準地辨識美軍目標。

國防部近日開放 Lewis-McChord 聯合基地、Hill 空軍基地、聖地牙哥海軍基地、以及海軍陸戰隊後勤基地等四處讓業者測試 5G 科技。目前測試目標著重於擴增實境和虛擬實境 (AR/VR) 在任務環境及訓練上的使用,還有智慧後勤倉儲的新概念。同時也測試 5G 科技在跟軍用通訊共享頻譜的情況下,所可能造成的傳輸阻塞狀況。

美國目前所遇到的產業困境,在於國防產業鏈未受完全的監督。在無線電頻零件、積體晶片組、設備、以及服務 (像是維護和 RAN 的承約商),都有一部分曝險在不安全的國家。美國今後幾年的目標是將產業鏈回流,或是認證盟國符合標準的廠商。台積電目前為全世界最大的半導體公司,已投入巨資準備滿足日後 5G 所需耗費的晶片運算能力,而其餘大大小小的連帶商機皆是台灣廠商可探索的。


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