第五代行動通訊系統(5G)資訊分享

      小編於前幾天整理了關於第五代行動通訊系統的資訊,也就是5G行動網路的資訊要與大家分享。

      要了解"5G"是甚麼,就要先了解"5G"是甚麼的縮寫,5G其實是第五代的意思(5th Generation),所以5G並不是"一個"技術,你可以想像它是一個規格,類似iPhone 6、7、8、X 一樣的概念,一代比一代擁有更強大的效能,更先進的技術。下一代行動網路聯盟( Next Generation Mobile Networks Alliance )對5G定義了以下要求(以下規格資料來源參考維基百科):

    • 以10Gbps的資料傳輸速率支援數萬用戶
    • 以1Gbps的資料傳輸速率同時提供給在同一熱點的許多人員
    • 支援數十萬的並發連接以用於支援大規模傳感器網路的部署
    • 頻譜效率應當相比4G被顯著增強
    • 覆蓋率比4G有所提高
    • 信令效率應得到加強
    • 延遲應顯著低於LTE

      聽起來好像很厲害,但實際上5G到底有甚麼價值,為何大家如此期待5G的到來,甚至有些產業是既期待又怕受傷害的心情呢? 這就要先講到5G比起上一代(也就是4G行動通訊)最主要的兩個優勢:

    • 超高的資料傳輸率
    • 超低的網路延遲

    超高的資料傳輸率:
      與4G相比,5G的資料傳輸率最低可達到20倍以上,這一特性使得5G無線網路可以直接傳輸大解析度的影像訊息,影像資料將不再需要使用客戶端的處理器來運行。舉例來說,未來手機不會內建高效處理器及硬碟,所有資料的處理及儲存都將在雲端完成。若以桌上型電腦來說,未來將只剩輸出(螢幕、喇叭)及輸入(鍵盤、滑鼠及相機等),而你所需要的儲存空間(硬碟)及處理效能(CPU、GPU)只需要購買(租用)雲端服務業者提供的方案即可。你可以想像,你只需要一個觸控螢幕和一個雲端服務帳號,你就可以進行幾乎所有的庶務處理及娛樂。

    超低的網路延遲:
      可能低延遲的特性對一般網路使用者來說,4G的能力已經足夠,但5G的低延遲可以讓某些尚在實驗階段的技術及產業有突破性的發展。
      這邊舉兩個例子,先以娛樂來說,若你是第一人稱射擊遊戲的熱愛者,而你又有使用行動網路遊玩的經驗,你一定有過很糟糕的遊戲體驗。行動網路的延遲再加上有線網路連到遊戲伺服器的延遲,會使得需要極短反應時間的遊戲難以使用無線網路取得良好的遊戲體驗。但若未來5G行動網路實現客戶端連線到熱點延遲為1ms,再加上蜂巢式網路的技術,客戶端發出訊息到遊戲伺服器回復甚至可能壓縮在10~20ms以內,讓幾乎所有需要低延遲的遊戲獲得良好的遊戲體驗。
      再舉一個自動駕駛的例子,開車需要人的高專注及快速的反應力才能對突發狀況做好準備,若行動網路的延遲過高,自動駕駛的技術便僅限於在車內安裝處理器來對周圍的情況做出判斷及反應,避免應延遲導致的判斷失誤,而對於其他自動駕駛的車輛狀況無法取得最即時的資訊。5G技術實裝後,自動駕駛便能獲得最即時的路況、其他車輛的相關資訊,對於突發裝況所需的反應時間也大幅減少,這使得自動駕駛可能導致的意外大大降低。

      5G帶來的不只是更好的網路體驗,它有可能顛覆現在某些產業的結構及人力需求,例如未來可能不需要公車司機,全部改由無人駕駛;不再需要個人儲存硬體,改由雲端產業購置大型儲存硬體,這些變化都尚未到來,5G也還有一段路要走。從歷史經驗來看,人們的生活會因為5G的普及有極大的改變,會有新事物的誕生,也會導致某些原本根深蒂固在我們生活中的產業漸漸式微。

      最後提供一些5G所使用的技術說明及部分連結(取自維基百科),有興趣的朋友們可以自行研究喔。

    • QAM:5G將採用512-QAM或1024-QAM更高的資料壓縮密度調變/解調變器,目前4G使用256-QAM或64-QAM的調變以壓縮傳輸資料,因此頻譜效率每Mbps/100MHz的利用效率更高提高更多傳輸速率。
    • 毫米波:5G將採用28GHz毫米波通訊,比如目前4G使用700MHz、900MHz、1800Mhz、2600Mhz等低頻段,雖然電波繞射能力比較高但是在低頻上頻譜資源就卻相當有限,在高頻的毫米波大多是軍用戰鬥機雷達或測速照相等少數裝置,頻譜寬度更高,而且更容易找到連續頻譜,使空白頻譜非常容易取得。
    • MIMO:波束指向配合多輸入多輸出(Multi-input Multi-output ; MIMO)相控陣列天線,MIMO多輸入多輸出利用電磁波的空間多工和路徑不同多天線系統提高傳輸速率,類似在軍用領域的技術將延伸出的商用技術版本
    • 波束自適應和波束成形,能夠提高特定方向的波瓣最佳化傳輸距離
    • 新材料將使用GaN氮化鎵或是GaAs砷化鎵材料的RF射頻天線和功率放大器,此材料的RF射頻天線能在更高的頻段有更高的能源效率,裝置會比較省電。
    • 為了適應工業物聯網、無人駕駛汽車、商用無人機等新技術的應用,網路延遲時間將降低到1毫秒以下