與4G相比雖然更快,5G網路卻有個「難以普及」的致命缺點

與4G相比雖然更快,5G網路卻有個「難以普及」的致命缺點
Photo Credit: 中央社
我們想讓你知道的是

5G所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延遲降低,其最大的特色在於5G的應用將不再只在是連結「人」與「人」,更多的物聯網、車載、穿戴式裝置將被加入到5G網路裡。

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文:張宏鉦(交通大學無線網際網路研究與工程實驗室博士後研究員)

前言

5G是「第五代行動通訊技術」的簡稱,於2018年底被標準制定組織「3GPP」所提出。5G除了擁有快於前一代4G行動通訊技術約100倍的網路傳輸速度,並有著低於1毫秒,即0.001秒的網路延遲,能夠帶來快速且可靠的網路服務。

與歷代行動通訊技術只專注人與人之間的通訊不同,5G將能夠讓更多樣的裝置連接,如物聯網、車載系統及穿戴式等裝置,提供更多元的服務,讓網路所帶來的便利無所不在。

什麼是5G?
  • 行動通訊網路

通訊網路自發展以來皆可拆成3個部份──終端裝置、基地台及核心網路。終端裝置即我們一般所熟知的手機,會對訊號範圍內的基地台連接進行通訊。

數台基地台後面會再連著核心網路,負責處理終端裝置的連接、認證、資料流處理、漫遊等,為整個通訊網路的中樞,主宰了整個通訊網路的效能。

最後在核心網路的背後即是我們所熟知的網際網路。

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圖一、通訊網路的架構(資料來源:由張宏鉦博士後研究員提供)
  • 3GPP

3GPP(3rd Generation Partnership Project),第三代合作夥伴計劃,於1998年成立的組織,專職於制定通訊網路的各項標準,成員包含各國的電信業者及通訊設備製造商,舉凡現在所用的手機、基地台、核心網路等設備或裝置,都是遵循著3GPP所制定的標準去設計製造的。

之所以會有「第三代」這個名稱,是因為這個組織最初的目的就是致力於推動第三代通訊網路的產生,即使後續的通訊網路標準仍然是由這個組織所制定,「第三代」這個名稱依舊保留了下來。

  • 什麼是5G?

3GPP每一個涵蓋完整議題的標準發佈會稱為一個Release,例如最初裝置間通訊(Device-to-device, D2D)就被規範在3GPP Release 12 (簡稱為R12)。一個世代(Generation)會由連續幾個Release所組成,以4G來說,其標準就涵蓋了R8到R14等多種版本,世代的變動代表整個通訊網路架構的革新,也同時意味著能夠提供更快速、功能更多的行動網路服務。現在的第五代行動通訊技術是從R15開始定義且持續更新中。

行動通訊網路每一世代的變動,都會帶來傳輸速率的提升及網路延遲的降低。以5G來說,10 Gbit/s的速率是4G理論值上限80-90 Mbit/s的約100倍;低於1毫秒的網路延遲也優於4G的30-70毫秒。

然而5G所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延遲降低,其最大的特色在於5G的應用將不再只在是連結「人」與「人」,更多的物聯網、車載、穿戴式裝置將被加入到5G網路裡。

想像一個街道上,一個交通號誌可以透過5G網路,告知同樣連至5G網路的車輛或行人身上的裝置(如項鍊、手錶),這個區域的路況或所發生的交通事故;而車輛或行人之間也能透過5G系統,瞭解彼此的位置及距離,在事故發生之前發出警告。5G的應用將使得網路服務無所不在。

然而5G有一個致命的缺點:受於物理限制,5G無線訊號的傳輸距離會大幅小於4G;也就是,要服務同樣範圍裡的裝置,5G需要設置比4G還多的基地台。無論是因佈建的時間或是增加的成本所造成的影響,這對於5G的普及無疑是一種障礙。

台灣5G的發展

由於行動通訊網路的價格相對於其他國家相當便宜,台灣使用行動通訊網路的人口,遠高於使用非3GPP接取網路(如WiFi)的族群。再加上台灣土地面積小且人口密度高,使得佈建完整5G網路所需的基地台數量相對較少,佈建完成後也能保持高度的使用率。這樣特殊的條件將能有效減少5G因通訊距離短所造成的影響,在佈建成本上台灣已有相對的優勢。

另一方面,台灣的通訊產業發達,在4G時代就已有多家廠商發表小型基地台產品,而5G的小型基地台更是有多樣產品正在進行測試準備發表中。

在這市場與技術看似完美的環境中,卻有著一個致命的缺點──台灣沒有自己的核心網路。目前核心網路的技術大都掌握在國外大廠手中,諸如Nokia、Ericsson、華為,這些廠商所生產的核心網路造價昂貴,動輒數十甚至數百萬,若要大量佈署成本將是一個很大的負擔。

  • free5GC
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圖二、世界第一套開放原始碼核心網路(資料來源:交通大學團隊)

free5GC為台灣學界所發展、「全世界第一套完全依照3GPP R15標準」的開放原始碼核心網路,任何一個同樣以3GPP標準而開發的基地台皆能與之對接。

free5GC開發團隊最初目的,只是希望從事通訊網路相關研究的人員,能夠有一個完整且可靠的測試或實現平台,以軟體實現free5GC能很輕易地在一台個人電腦上,就建出一套完全符合3GPP標準的核心網路。而free5GC在開放的同時,並未對商用行為有所限制,也就是free5GC除了學術上使用,於5G通訊網路的佈建上更能作為可實際使用的核心網路。

相信以台灣通訊產業的實力加上free5GC的加持,5G的普及將指日可待。

本文經新興科技媒體中心授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航