5G技術大補帖- 科學月刊Science Monthly

第五代行動通訊技術（5th generation mobile networks, 5G）無疑是近來最熱門的話題之一， ... 行動通訊網路系統架構，包括核心網路（core network, CN）、骨幹網 ... Search/搜尋 分類選單 -文章分類- 封面故事 NewsFocus 專訪 專欄 科技報導 評論 精選文章與其他 活動訊息 封面故事2020年607期－5G行不行（7月號） 文章專區 2020-06-295G技術大補帖 607期 Author作者 曲建仲／臺灣大學電機工程學系博士，政治大學科技管理與智慧財產研究所兼任助理教授。

致力臺灣科技教育多年，擅長以淺顯易懂的文字由淺入深帶領讀者了解艱深困難的科技原理。

第五代行動通訊技術行動通訊網路核心網路骨幹網路無線接取網路用戶設備 第五代行動通訊技術（5thgenerationmobilenetworks,5G）無疑是近來最熱門的話題之一，人們對它的印象不外乎是上網的速度更快。

但是，實際上「上網的速度更快」其實是5G最不重要的特性，那麼5G最重要的特性是什麼？又會對未來的產業與生活帶來哪些改變？ 行動通訊網路系統架構 行動通訊網路系統架構，包括核心網路（corenetwork,CN）、骨幹網路（backbone）、無線接取網路（radioaccessnetwork,RAN）和用戶設備（userequipment,UE）等。

  ⇨骨幹網路：是指各種通訊系統所組成的網路系統，由所有用戶共用，負責傳輸骨幹數據資料，通常由光纖架構而成，能夠實現大範圍（在城市之間或國家之間）的數據資料傳送。

⇨核心網路：是指4G或5G的雲端電信設備，其中4G的核心網路稱為「演進封包核心（evolvedpacketcore,EPC）」，5G的核心網路稱為「下世代核心（nextgenerationcore,NGC）」。

⇨無線接取網路：是指基地台相關的電信設備，包括：基頻單元（basebandunit,BBU）、遠端無線單元（remoteradiounit,RRU）和天線等。

⇨用戶設備（UserEquipmen,UE）：是指使用者連接網路的設備，包括手機、電腦、伺服器和物聯網裝置等。

2015年國際電信聯盟（InternationalTelecommunicationUnion,ITU）召開工作伙伴5D小組會議，公布第五代行動通訊新無線電（5thGenerationNewRadio,5GNR）發展規畫。

並且延續3G的「IMT-2000」、4G的「IMTAdvanced」，定名5G為「IMT-2020」，開始制定第五代行動通訊系統的規範。

同時，以第三代合作夥伴計畫（3rdGenerationPartnershipProject,3GPP）的標準組織，開始進行技術研究與制定，並分為兩個系統：   第五代行動通訊技術的「非獨立」與「獨立」兩系統 非獨立（non-standalone,NSA） 是指5G的基地台依附在4G的核心網路運作，手機與基地台之間的「控制平面（controlplane）」經由4G的基地台傳送，「用戶平面（userplane）」經由4G或5G的基地台傳送，5G的基地台無法獨立作業。

  獨立（standalone,SA） 是指5G的基地台依附在5G的核心網路運作，手機與基地台之間的控制平面與用戶平面經由5G的基地台傳送，5G的基地台可以完全獨立作業。

  第五代行動通訊的特性 當年第四代行動通訊主要的發展目標是提高尖峰資料傳輸率（peakdatarate,PDR）、提高網路覆蓋區域邊緣的傳輸性能、降低系統延遲與連線設定的時間，而第五代行動通訊則進一步改善，達到下列三個特性。

  超高速度 ⇨增強行動寬頻上網（enhancedmobilebroadband,eMBB）： 意思是「速度快」，可以支援10Gbps以上的資料傳輸率與超大傳輸容量，應用在全息影像（holography）、虛擬實境（virtualreality,VR）、擴增實境（augmentedreality,AR）等大量影像訊號傳輸。

  超低延遲 ⇨高可靠低延遲通訊（ultrareliablelowlatencycommunication,URLLC）： 反應快，可以支援1毫秒（ms）以下的資料傳輸延遲與高可靠度，比4G的10ms快10倍以上，應用在工廠自動控制、公共安全監控和車聯網等即時反應訊號傳輸。

超大連結 ⇨大量裝置連網通訊（massivemachinetypecommunication,mMTC）： 數量多，可以支援大量「節點（node）」，節點是指可以連接網路的通訊裝置，必須滿足低價格、低功耗和大範圍的特性，可以支援每平方公里100萬個以上的節點，應用在智慧城市、智能電網和智慧交通等小量訊號傳輸。

    第五代行動通訊的頻率 由於相同頻率範圍的電磁波只能使用一次，而3GHz以下、被稱為「低頻帶（lowband）」的電磁波，已經被4G與其他產品使用了。

所以，5G能用的頻率範圍並不多，唯一的辦法是使用頻率更高的電磁波。

因此，5G的增強行動寬頻上網將更高頻率的電磁波分為兩個階段執行。

此外，5G包含下列各種頻率範圍和頻譜編號，且不同國家所使用的頻譜也不盡相同，如下圖所示。

  ⇨第五代行動通訊第一階段（5GPhaseI）： 電磁波頻率在3~6GHz的電磁波又稱為「中頻帶（middleband）」，結合最新的數位調變與大量天線技術可以將資料傳輸率提升到10Gbps。

由於電磁波的頻率和之前的系統差不多，因此電磁波的特性也差不多，去（2019）年開始全球各地的電信服務商就會開始布建基地台，手機廠商也陸續推出5G智慧型手機，並且在2020年開始普及。

⇨第五代行動通訊第二階段（5GPhaseII）： 電磁波頻率在20~60GHz的電磁波又稱為「高頻帶（highband）」，也就是所謂的「毫米波（mmwave）」，利用超大頻寬可以將資料傳輸率進一步提升到20Gbps。

但是電磁波的頻率和之前的系統差很多，因此電磁波的特性也差很多。

毫米波的電磁波方向性高，不像中頻帶與低頻帶的電磁波向四面八方傳播，而且毫米波容易在傳輸過程衰減，因此傳輸距離很短。

通訊裝置的射頻積體電路（RFIC）與天線都必須重新設計，預計2022年開始全球各地的電信服務商才會開始布建基地台。

而且主要的應用不是手機，而是散布在全世界的所有連網裝置，包括汽車、監視器、紅綠燈和感測器等，也就是所謂的物聯網（internetofthings,IoT）。

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