1及一、市場(chǎng)發(fā)展演進(jìn)與未來(lái)需求情境趨勢(shì)移動(dòng)通信世代由最初為回應(yīng)用戶在移動(dòng)狀態(tài)下仍能使用語(yǔ)音通信服務(wù)之需求，經(jīng)過(guò)技術(shù)演進(jìn)與市場(chǎng)普及后，逐步演進(jìn)到滿足用戶對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)的需求，并更進(jìn)一步擴(kuò)展到能夠隨時(shí)隨地高速上網(wǎng)的階段。未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)社會(huì)時(shí)代，則讓更多聯(lián)網(wǎng)設(shè)備皆有接取移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)。隨著云端技術(shù)、人工智慧與軟件定義網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)（InformationTechnology,IT）逐步應(yīng)用于通訊網(wǎng)絡(luò)，故可發(fā)現(xiàn)通信技術(shù)（CommunicationTechnology,CT）導(dǎo)入信息技術(shù)之趨勢(shì)。若從網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，則是信息技術(shù)（IT）逐漸導(dǎo)入通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（CT）。由此可見(jiàn)，若第一次匯流為電信與廣電產(chǎn)業(yè)兩者間之服務(wù)匯流，則當(dāng)前正在發(fā)生的第二次匯流，應(yīng)為信息與通訊（甚至是廣播電視）間之匯流，B4G/5G、IoT技術(shù)與應(yīng)用之需求皆與ICT融合有高度相關(guān)，展現(xiàn)出移動(dòng)通信與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的共同發(fā)展，如下圖1。圖1：通訊與信息網(wǎng)路之匯流電信市場(chǎng)亦隨著用戶使用需求之轉(zhuǎn)變，從原本固網(wǎng)通訊為主的年代，轉(zhuǎn)向以移動(dòng)寬帶市場(chǎng)為重心，并隨著智能型手機(jī)的蓬勃發(fā)展實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)大爆2發(fā)世代。根據(jù)Cisco的預(yù)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，2011年到2016年的移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量成全球手機(jī)數(shù)據(jù)使用量將可達(dá)每月40,000P圖2：全球移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量成長(zhǎng)趨勢(shì)從4G技術(shù)演進(jìn)到5G網(wǎng)絡(luò)，最明顯的改變?cè)谟?G的三個(gè)強(qiáng)項(xiàng)：數(shù)據(jù)傳輸速率、連線能力與可靠度。5G藉著更大的頻寬提供更高的速率、更彈性運(yùn)用高頻毫米波頻譜的能力，再透過(guò)大規(guī)模天線多輸入多輸出技術(shù)（MassiveMulti-inputMulti-output,MassiveMIMO）、3D波束成形（beamforming）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的頻譜使用效率。二、5G的需求與應(yīng)用場(chǎng)景(一)5G發(fā)展歷程5G的制定可追溯自2015年時(shí)，世界各國(guó)相關(guān)組織即開(kāi)始對(duì)于5G應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)定有不同的討論，透過(guò)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)想，逐漸形塑、發(fā)展出3足以量化的需求指標(biāo)。ITU-R綜合各方的提案與貢獻(xiàn)，進(jìn)行工作小組的討論，最終于2015年9月公布5G的正式名稱為IMT-2020，同時(shí)確立三大應(yīng)用場(chǎng)景與八大技術(shù)需求指標(biāo)。ITU定義之三大應(yīng)用場(chǎng)景分別為增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhancedmobilebroadband,eMBB）、極低延遲的可靠通訊（ultrandlowlatencycommunications,uRLLC）以及巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊（massivemachinetypecommunications,mMTC）。移動(dòng)寬帶主要處理以用戶為中心的應(yīng)用型態(tài)，例如接取多媒體內(nèi)容、使用各種服務(wù)及數(shù)據(jù)等。隨著未來(lái)用戶對(duì)移動(dòng)寬帶需求之增長(zhǎng)，各種新應(yīng)用的誕生，推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)改善其運(yùn)作效能與增進(jìn)用戶體驗(yàn)之必要，因而需要透過(guò)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶以滿足用戶需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶涵蓋多種應(yīng)用案例，各有不同需求，例如在需求密集的熱點(diǎn)區(qū)域，較重視高連線密度與大量訊號(hào)傳輸，同時(shí)也需要更高的用戶體驗(yàn)速率。至于在廣域服務(wù)區(qū)域之情境，則重視訊號(hào)無(wú)間斷、高速移動(dòng)下仍可接取服務(wù)之能力。極低延遲的可靠通訊則高度重視傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)延遲與服務(wù)連線能力等項(xiàng)目，例如工業(yè)制造或生產(chǎn)線所需之無(wú)線控制能力、遠(yuǎn)端醫(yī)療與運(yùn)輸安全等。巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊則以超高數(shù)量之設(shè)備連線為目標(biāo)，該類設(shè)備可能傳送少量或非訊務(wù)敏感性的數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)備本身的要求為低成本與超長(zhǎng)電池壽命。IMT-2020定義之三大應(yīng)用場(chǎng)景如下圖3。24圖3：ITU定義的IMT-2020三大應(yīng)用場(chǎng)景l(fā)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)：增強(qiáng)室內(nèi)和室胞邊緣也有一致的服務(wù)質(zhì)量。eMBB著重在以人為中心的使用案例，將涉及到所有需要越來(lái)越快連接的內(nèi)容、應(yīng)用和服務(wù)的接取，例如觀賞超高清（4K/8K）視訊或VR/AR的應(yīng)用。l超可靠和低延遲通信(uRLLC)：此使用案例對(duì)延遲和封包遺失等功能有十分嚴(yán)格的要求，以確保提高反應(yīng)能力。所應(yīng)用的領(lǐng)域有：工業(yè)制造或生產(chǎn)流程的無(wú)線控制、遠(yuǎn)端手術(shù)、智慧電網(wǎng)配電自動(dòng)化以及運(yùn)輸安全等。l大規(guī)模機(jī)器類型通信(mMTC)：此使用案例的特點(diǎn)是，連接設(shè)備數(shù)量龐大，這些設(shè)備通常傳輸相對(duì)少量的非延遲敏感性資料。設(shè)備成本需要降低，電池續(xù)航時(shí)間需要大幅延長(zhǎng)。由于這些服務(wù)需要廣泛的覆蓋范圍、較低的能耗和較低的傳輸速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，5G能跨越既有區(qū)域以非常密集方式提供物件連接的能力。5為實(shí)現(xiàn)前述三大應(yīng)用場(chǎng)景，ITU定義IMT-同時(shí)亦定義其目標(biāo)數(shù)值。八大關(guān)鍵需求指標(biāo)如下。l一移動(dòng)中的用戶設(shè)/備于網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)服務(wù)區(qū)域內(nèi)可持續(xù)、無(wú)縫隙使用l時(shí)速500公里移動(dòng)狀態(tài)下仍可持續(xù)通訊之能力；l網(wǎng)絡(luò)延遲為1毫秒；l每區(qū)域單位之總設(shè)備連線密度為每平方公里100萬(wàn)個(gè)設(shè)備；l能源使用效益為4G標(biāo)準(zhǔn)的100倍，可區(qū)分為網(wǎng)絡(luò)端與設(shè)備端；為4G標(biāo)準(zhǔn)的3倍；l區(qū)域內(nèi)訊務(wù)通訊能力為每個(gè)基地臺(tái)于每平方公尺可提供10Mbps之服務(wù)訊務(wù)量。若比較4G（IMT-Advanced）下圖4。圖4：ITU定義的IMT-2020八大關(guān)鍵需求指標(biāo)6如下圖5。圖5：ITU定義的5G愿景三大應(yīng)用場(chǎng)景下各有不同應(yīng)用特性與關(guān)鍵指標(biāo)，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶能提供更高的傳輸速率、更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與更佳的用戶體驗(yàn)，提升用戶使用虛擬實(shí)境（VirtualReality,VR）與擴(kuò)增實(shí)境（AugmentedReality,AR）等應(yīng)用的流暢度。極低延遲的可靠通訊則具備超低網(wǎng)絡(luò)延遲與高可靠度特性，能實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)通訊、無(wú)人機(jī)與智慧制造等應(yīng)用。巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊則著重服務(wù)區(qū)域內(nèi)大量設(shè)備之連線能力，如下圖6。37圖6：5G三大場(chǎng)景與應(yīng)用案例資料來(lái)源：引自O(shè)fcom編修5G所帶來(lái)的高傳輸速率、低網(wǎng)絡(luò)延遲、移動(dòng)狀態(tài)下之持續(xù)連線能力以及區(qū)域內(nèi)大量設(shè)備連線能力等，皆可滿足各種不同產(chǎn)業(yè)之需求，例如增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶帶來(lái)更快之連線速率與低網(wǎng)絡(luò)延遲可提升用戶對(duì)于各種娛樂(lè)業(yè)應(yīng)用型態(tài)之服務(wù)體驗(yàn)，如前述之虛擬實(shí)境與擴(kuò)增實(shí)境等。另外，巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊則適用于智慧城市與智慧家庭等產(chǎn)業(yè)，亦很適合制造業(yè)中的自動(dòng)化工廠等。極低延遲的可信賴通訊則適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲容忍度低的汽車運(yùn)輸業(yè)與醫(yī)療業(yè)等。顯4見(jiàn)各垂直產(chǎn)業(yè)如制造業(yè)、汽車業(yè)與醫(yī)療業(yè)等，未來(lái)都會(huì)受到5G的影響，亦創(chuàng)造出更多樣化之創(chuàng)新應(yīng)用情境。綜合5G對(duì)前述垂直產(chǎn)業(yè)之影響與應(yīng)用，如下圖7。8圖7：5G對(duì)各產(chǎn)業(yè)之影響與應(yīng)用三、IoT/IoE的需求與應(yīng)用場(chǎng)景于B4G移動(dòng)寬帶部分能達(dá)到更高速Gbps級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因此發(fā)展上注重更多的頻譜資源利用，例如：需執(zhí)照頻譜、頻譜共享與免執(zhí)照頻譜搭配聚合等。在IoT的部分，因技術(shù)開(kāi)發(fā)與連網(wǎng)裝置等限制，尚未能有完整的生態(tài)鏈，因此較注重在低功率廣域網(wǎng)路、低數(shù)據(jù)量的感測(cè)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)為主，實(shí)際討論聚焦后的相關(guān)應(yīng)用將會(huì)在5G/IoE的世代有更明確的發(fā)展。 ITU針對(duì)新興應(yīng)用整理出物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)之智慧地理空間應(yīng)用等四項(xiàng)，其中智慧社會(huì)又可細(xì)分為智慧城市、智慧制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及智慧運(yùn)輸系統(tǒng)，整體架構(gòu)如下圖8。9圖8：ITUGSR-16IoT關(guān)鍵應(yīng)用若與前述討論之5G需求情境與關(guān)鍵應(yīng)用相比，者適用之關(guān)鍵應(yīng)用有許多重疊之處，包括智慧制造、自駕車、連網(wǎng)汽車及智慧醫(yī)療等。5目前物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)其技術(shù)類別，大致包括IEEE底下802無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)系列如：用為主，例如：智慧家庭、智慧醫(yī)療等。至于物聯(lián)網(wǎng)常用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)LPWAN則以LoRa可對(duì)應(yīng)至智慧城市、先進(jìn)智慧讀表與智慧農(nóng)業(yè)等；此外，發(fā)展中的技術(shù)且與將來(lái)毫米波頻譜有關(guān)者，則有IEEE的WiGig標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)與5G標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展同步，未來(lái)將應(yīng)用到更高階智慧醫(yī)療、智慧制造以及車載資通訊。四、5G/IoE應(yīng)用場(chǎng)景、需求指標(biāo)與對(duì)應(yīng)頻譜資源5G除了代表人際通訊的新里程之外，也將與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更加緊密結(jié)合，詳言之，各國(guó)依國(guó)情不同，其5G政策所著眼的應(yīng)用場(chǎng)景也各有不同，但大致上乃以物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)相關(guān)應(yīng)用服務(wù)之場(chǎng)景。5G大幅的整合人際通訊與萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoE從巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊與低延遲、高可靠度通訊等應(yīng)用場(chǎng)景與需求指標(biāo)之設(shè)計(jì)，反映5G對(duì)物聯(lián)網(wǎng)之重視。另一方面，5G尚未代表全部的IoE，目前仍有IEEE相關(guān)領(lǐng)域以及其他垂直產(chǎn)業(yè)專屬的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正同步討論其應(yīng)用場(chǎng)景與需求情境。對(duì)于我國(guó)產(chǎn)業(yè)而言，相較于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定，投入5G關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)的發(fā)展前景更佳，因此必須加快關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試之腳步。應(yīng)用面則結(jié)合我國(guó)專業(yè)服務(wù)業(yè)之優(yōu)勢(shì)，如醫(yī)療服務(wù)、觀光服務(wù)等，加快5G應(yīng)用布局。5G/IoE可能之應(yīng)用型態(tài)綜整如下圖9。6圖9：5G/IoE之可能應(yīng)用型態(tài)駕車重視極低延遲、高度連線能力與高可靠度通訊，緊急通訊應(yīng)用則需要高連線可靠度與長(zhǎng)時(shí)間使用之優(yōu)異能源效率，自動(dòng)化工廠則需要低延遲與高可靠度通訊等。不同應(yīng)用案例對(duì)應(yīng)之需求指標(biāo)整理如下表1。7使用案例自駕無(wú)人車低延遲5毫秒連線能力可靠度緊急通訊連線能力能源效率自動(dòng)化工廠低延遲低于1毫秒可靠度高速火車訊務(wù)量密集度使用者體驗(yàn)速率移動(dòng)速率網(wǎng)絡(luò)延遲10毫秒使用者體驗(yàn)速率訊務(wù)量密集度連線密度4臺(tái)設(shè)備/平方公尺巨量物聯(lián)網(wǎng)連線密度100萬(wàn)臺(tái)/平方公里連線可用性范圍內(nèi)99.9%能源效率電池可持續(xù)10年遠(yuǎn)端醫(yī)療手術(shù)網(wǎng)絡(luò)延遲低于1毫秒可靠度智慧城市使用者體驗(yàn)速率訊務(wù)量密集度連線密度20萬(wàn)臺(tái)設(shè)備/平方公里虛擬實(shí)境/擴(kuò)增實(shí)境使用者體驗(yàn)速率網(wǎng)絡(luò)延遲低于7毫秒綜合比較應(yīng)用場(chǎng)景、使用案例與對(duì)應(yīng)之需求項(xiàng)目如連線速率、網(wǎng)絡(luò)延遲與可靠度后，各場(chǎng)景之需求項(xiàng)目如下表2。8應(yīng)用場(chǎng)景使用案例連線速率網(wǎng)絡(luò)延遲可靠度距離環(huán)境特性增強(qiáng)型行動(dòng)寬帶高畫(huà)質(zhì)影超高速低延遲虛擬實(shí)境超高速極低延遲擴(kuò)增實(shí)境超高速低延遲連網(wǎng)車輛超高速短至長(zhǎng)距離支援低至高都卜勒環(huán)境極低延遲度通訊高速極低至低延遲超高可靠度短至長(zhǎng)距離能運(yùn)作于雜亂環(huán)境關(guān)鍵目標(biāo)通訊，如智慧醫(yī)療等高速極低至低延遲超高可靠度短至長(zhǎng)距離自駕車高速極低至低延遲超高可靠度短至長(zhǎng)距離能運(yùn)作于雜亂環(huán)境障礙物之環(huán)境巨量物聯(lián)網(wǎng)通訊智慧家庭能運(yùn)作于雜亂環(huán)境智慧辦公室高可靠度能運(yùn)作于雜亂環(huán)境智慧城市高可靠度短至長(zhǎng)距離能運(yùn)作于雜亂環(huán)境障礙物之環(huán)境感測(cè)網(wǎng)絡(luò)短至長(zhǎng)距離能運(yùn)作于雜亂環(huán)境障礙物之環(huán)境依照前述應(yīng)用場(chǎng)景、需求指標(biāo)并若考量適合之頻譜特性與意涵，整理應(yīng)用場(chǎng)景頻譜特性意涵增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶超高速連線超充足頻寬高速連線例如100MHz超低延遲短距離低延遲中距離超高可靠度不受高頻段被雨水吸收高可靠度不受高頻段被雨水吸收極低延遲與高可信賴通訊短距離高頻段中至長(zhǎng)距離低頻段地面與障礙物穿透力巨量機(jī)器通訊雜亂操作環(huán)境因應(yīng)不同環(huán)境特性各頻段在快速移動(dòng)的障礙物附近作業(yè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（MeshNetwork）運(yùn)作于頻段內(nèi)或頻外之高速無(wú)線后置回路連線不同場(chǎng)域如都會(huì)區(qū)、郊區(qū)、室內(nèi)熱點(diǎn)、高速鐵路、高速車輛與機(jī)上連線等，對(duì)于高速傳輸與訊務(wù)密度之需求指標(biāo)亦有差異。3GPP持續(xù)討論各場(chǎng)域?qū)?yīng)高速傳輸與訊務(wù)密度之需求指標(biāo)如下表4。10場(chǎng)域下載體驗(yàn)速率驗(yàn)速率區(qū)域訊務(wù)容量區(qū)域訊務(wù)容量使用者覆蓋范圍都會(huì)區(qū)行人或車輛內(nèi)的使用者可(達(dá)120郊區(qū)1行人或車輛內(nèi)的使用者可(達(dá)120熱點(diǎn)2住宅區(qū)的寬帶都會(huì)區(qū)行人或車輛內(nèi)的使用者可(達(dá)60類廣播式服務(wù)最高頻道)極低例(如每用戶500N/AN/A固定使用者、步行或車輛中的用戶可(達(dá)500高速鐵路可(達(dá)500鐵路沿線高速車輛4車輛中的用戶可(達(dá)250道路沿線連線對(duì)于低網(wǎng)絡(luò)延遲與高可靠度通訊場(chǎng)景，3GPP討論各場(chǎng)域?qū)?yīng)之需求指標(biāo)如下表5。場(chǎng)域遲延遲變異存活時(shí)間通訊服度可靠度用戶體驗(yàn)速率資料承載量訊務(wù)量密度連線服務(wù)區(qū)域維度化－動(dòng)態(tài)1毫秒1微秒0毫秒%1小1m2m2化1