全球5G產業鏈動見觀瞻 台灣業者找先機

新世代通訊技術推進辦公室 張麗鳳技術長
工研院資通所 陳春秀技術組長

5G


5G第一階段技術標準-3GPP Release已在2018年6月發布,正式宣告5G時代即將來臨,各國政府積極規劃 5G 頻譜發放,設備商則全力投入5G產品研發,電信運營商加緊推動5G系統驗證。而一年一度的世界行動通訊大會(Mobile World Congress,MWC)與同期間舉行的產業聯盟交流活動(如GTI Summit)以及各家廠商的產品發表活動,則是觀察全球5G 產業鏈發展狀況的最佳時機點。

今年MWC大會的主題是智慧連結(Intelligent Connectivity),同時展示工業 4.0、沉浸式應用、智慧醫療等不同領域的行業應用。商用5G手機的展示是一個熱點,三星、華為、小米、OPPO、LG等廠商都展示了5G手機,提升了大家對5G 商用服務的信心,推測較大規模的5G 商用布建與服務還是得等到 2020 年。AI更是大熱點,從今年MWC 的展場中,可以感受到整個電信產業界對於導入AI 技術的熱忱。電信網路有上萬個系統參數,管理上相當複雜,根據華為的分析,有70%的重大網路故障是因為人為誤操作造成的,因此電信運營商或是電信設備商都相當重視運用AI 來改善網路管理的問題。

在手機與AI之外,仍有許多值得台灣廠商仔細觀察的技術趨勢,包括:毫米波的商用策略、邊緣運算的應用潛力、5G企業專網商機與電信產業鏈的轉型等。此外從GTI Summit以及廠商的產品發表活動中,也觀察到三項台灣業者應該注意的產業新趨勢,包括5G行業終端通用模組(S-module)、O-RAN白盒基站新進展以及改善基地台耗能與散熱的新思維。

 

產業與技術發展趨勢觀察

 

觀察一》毫米波將有更大規模應用

5G商用頻譜大致可分為6GHz以下的中低頻頻段,以及6GHz以上的毫米波頻段;6GHz以下中低頻頻段是各國5G頻譜第一波釋出的重點,尤其是3.3~4.2GHz;毫米波頻段因傳輸元件較不成熟,仍需要投入更多的研發。依據NCC目前的規劃,預計在明年完成台灣首波5G釋照,將釋出的頻寬達2790MHz,包括3.5GHz頻段270MHz、1800MHz頻段20MHz、28GHz頻段2500MHz。

從成本效能比上來看,採用毫米波頻段是否是一個好選擇,是電信運營商相當關心的議題,在MWC會場也進行了一場“5G deployments in high-frequency bands are uneconomic”的討論會(panel session)。易利信代表的看法是負責覆蓋都會區街道區域的基站,使用高低頻搭配布建,將可以突顯毫米波頻段的經濟效益,而運用毫米波頻段來提供FWA服務也具效益。Orange的代表認為都會區域使用中高頻段、郊區則使用低頻來提供5G服務是最具經濟效益的做法。華為的代表則表示它們更重視6GHz以下的中低頻頻段,將運用3.5G頻段結合巨量天線(massive MIMO)與波束赋形(beam forming)來達成提供大寬頻服務。由此來看,高低頻搭配布建以及提供FWA (fixed wireless access)服務應該是第一波發展的重點。雖然毫米波技術已經有很大的進展,也有CPE產品,但觀察本次MWC各家廠商參展內容,推估在2020~2021年之間毫米波將會有更大規模的應用,尤其是用來提供FWA以及Fronthaul傳輸。

延伸閱讀:5G毫米波相控整合晶片發展

 

觀察二》邊緣運算應用潛力無窮

邊緣運算的導入,可以讓應用服務的處理,更靠近使用者端,降低5G應用端到端的延遲時間,也讓5G網路架構有了新的模式變化與彈性,滿足應用服務對於網路大流量、短時延的多樣化需求。但是邊緣運算帶來的效益仍需要具體的評估數據,在本次GTI Summit會議中,中國移動分享他們的應用情境實驗數據,讓大家可以更了解使用邊緣運算(MEC)的優點。

Content Cache/M-CDN(內容分發網絡): 降低網路端到端的時延,提升網路性能與客戶體驗。在浙江試用了基於MEC的CDN,它將視頻緩衝延遲縮短了約20%,將下載速率提高了約50%,並將傳輸帶寬節省了16%。

AR/VR/HD直播視頻:於廣州進行了VR雲遊戲驗證,在本地MEC上執行VR視頻渲染,可將端到端延遲降低至20ms。

室內定位(Indoor Positioning):於北京進行智慧購物中心應用試點,以網路實現室內定位,精度為5m。

跨層優化:在浙江進行Cross Layer Optimization試點,TCP緩慢啟動(Slow Start)延遲約下降50%;吞吐率提高30%至45%。

此外,在MWC會場中,可以感受到MEC based cloud gaming with AR/VR的發展潛力,國際大廠如:HTC、Qualcomm、Intel、KT、SKT等都展示了類似的應用。

延伸閱讀:5G組網技術亮眼新星-自我組織網路(SON)技術

 

觀察三》5G營收新商機:企業專網

從電信運營商的角度來看,5G公眾網路市場應是一個營收持平的市場,新的營收機會將來自數以千計的企業專網(Private Networks)與行業應用。Nokia指出5G企業專網將以無線通訊的形式達成有線網路安全可靠大容量傳輸並多點連結的服務品質,非常適合做為企業數位轉型(Digital Transformation)的基礎設施。韓國電信運營商KT指出5G在企業領域B2B用途最大,5G高速低延遲特性能打造智慧工廠。目前南韓造船廠現代重工(HHI)工廠,透過5G聯網監視器和AR眼鏡加速設備檢修與產品的品管流程。


巴塞隆納大學附屬醫院之5G網路即時遠距指導手術
圖1 巴塞隆納大學附屬醫院之5G網路即時遠距指導手術

 

除了智慧工廠的應用外,遠距醫療也因為5G的導入帶來新的突破,在MWC會場展示了5G網路即時遠距指導手術的案例,如圖一所示,在大會上(2/27),巴塞隆納大學附屬醫院醫師,使用5G技術LIVE視訊遠端即時指導遠在三英里外的醫療團隊進行手術,從患者結腸取出癌症腫瘤。過程中的視訊影像清晰穩定,視訊延遲時間從4G的27ms縮短至1ms,突顯出 5G 技術特色,以及支持數位遠距醫療的能力。

企業專網(Private Networks)目前仍在探索階段,需要考慮法規限制、頻譜取得、設備整備程度等不同的因素,服務提供的方式也相當多元,包括以虛擬化概念為主的公網網路切片(Network Slicing)以及以自建實體私用行動網路的兩大類型。就電信運營商來說,會更支持具有快速開通特色的網路切片服務;對於企業來說,尤其是大型企業,基於自己資料安全、網路安全的考量,也會考慮自建實體私用行動網路。網路切片技術的成熟度以及頻譜取得的難易度與成本,將是影響這兩種服務型態發展的主要因素。雖然業界的共識是LTE/5G專網的市場需求存在,但市場起飛的時間點以及相關的商業模式仍在探索中。

延伸閱讀:多接取邊緣運算之用戶辨識技術

 

觀察四》電信產業鏈的轉型:行動網路系統平台服務發展推動者

未來電信營運商的商業模式不只是一個B2C大網,也需要重視企業專網業務帶來的營收成長,因此電信運營商頻頻進行5G創新應用方案的場域驗證,希望能夠成為企業數位轉型的夥伴,進而創造新的營收。例如南韓SKT進行半導體製程、工廠機器手臂操控驗證;日本NTT DoCoMo進行遠距即時操控大型重機具的驗證;卡達的Ooredoo電信以5G無人空中計程車,進行貨物運送與緊急醫療救護等。

電信設備商已經開始將自己從行動通訊系統供應商提升為行動網路系統平台服務(Platform& Services)發展推動者。Huawei、Ericsson、Nokia等大廠都擁有自己的端到端解決方案,與合作夥伴共同發展行業應用軟體,並連結公有雲與私有雲,並在全球陸續進行各項創新應用與企業方案的驗證,如智慧工廠、智慧場館、智慧港口、智慧電網、智慧醫療以及遠端操控無人機、自駕車等各類應用。中型廠商如NEC建立5G行業應用平台,聚焦智慧製造、智慧工程、智慧運輸及醫療照護領域。此外小公司也有新創意,例如Athonet開始在公有雲上提供4G核心網路服務,並結合4G小型基地台與手機產品,讓用戶隨插即用,快速開通雲端核網與用戶端基地台所形成的私用行動網路。觀察電信產業鏈的各個環節,可以發現廠商正重新定位自己在5G產業鏈的角色,而且轉型企圖心強烈。

 

站在5G浪潮上 台灣廠商需關注緊追

在5G浪潮下,台灣廠商除了關注小型基地台、邊緣運算、AI智慧維運、網路資安等議題外,也可以關注下列議題:

 

議題一》5G行業終端通用模組(5G Superior Universal Module

行業應用將需要多樣化的行動終端設備,如網路監視器、連網的感測設備、VR設備、車聯網設備等,為了便利終端產品的發展,第一步大都以終端設備外接5G通訊模組的設計方式進行。由於行業應用終端產品多元而碎片化,若能訂定5G通訊模組的參考規格,包括硬體尺寸、介面規格、系統功能等,將更有利於產業鏈分工與系統整合。當5G通訊模組可以通用,更容易取得足夠的市場規模,模組平均單價下降,將能加速應用與市場的發展。

GTI已展開5G通用模組的討論,並在 MWC活動期間發布GTI 5G S-Module(5G Superior Universal Module)White Paper v1.1,從5G基本型通用模組、5G智慧型通用模組及5G全能型通用模組三種模式,定義5G通用模組的功能、硬體、電氣介面、測試認證方案等,將可以提供5G模組業者與行業應用終端設備業者之產品設計參考。由於行業應用終端設備是組成系統解決方案重要環節,商機龐大,因此建議有意發展行業應用系統以及終端產品的台灣通訊業者應該持續觀察5G S-module的發展趨勢。


議題二》O-RAN白盒基站新進展

為了降低運營成本,電信運營商除了導入AI 來提升網路管理自動化外,也希望能夠導入開放式架構來降低硬體設備的成本,在2018年成立O-RAN聯盟,營運商會員有AT&T、China Mobile、Deutsche Telekom、NTT DOCOMO、Orange、Reliance Jio、TIM和Verizon等,電信設備業者Nokia與Ericsson也是聯盟的成員,但華為尚未加入。

O-RAN聯盟希望在接取網路中實現智慧和開放原則,透過導入網路虛擬化(Network Virtualization)、白盒(White Box)硬體和標準化介面等技術元素,將接取網路的開放性推向新境界,改變通訊產業生態系統。O-RAN聯盟已在2018年10月公布首份白皮書 O-RAN:Towards an Open and Smart RAN,說明O-RAN架構,此架構以支援人工智慧(AI)的RAN智慧控制器、RAN虛擬化、開放介面、白盒硬體和開源軟體為重點,並在2019年3月發表O-RAN Fronthaul介面規格,為業界提供更明確的產品發展指引。此外,在4月O-RAN聯盟和Linux基金會也宣布成立O-RAN開源社區,共同發展O-RAN的開源軟體。

雖然從3G時代開始,電信運營商一直在推動介面接口的開放,但直到近期3GPP定義的5G RAN才支持RU/DU/CU分離的架構以及網絡功能虛擬化,讓開放架構的概念變得可行。在今年MWC,O-RAN聯盟舉行雛型系統展示活動,包括4G/5G雙模雲化白盒小站、5G白盒化小基站以及5G Open RAN Radio Unit等,如圖二所示。4G/5G雙模白盒小站的Baseband是使用Intel處理器和聯想電信級OpenStack雲伺服器純軟體實現,RF部分是Biacells設計的硬件。4G/5G雙模白盒小站也與NOKIA設備完成了基於CU/DU分離的Cloud RAN架構的外場測試。


O-RAN聯盟白盒設備雛型系統展示
圖2 O-RAN聯盟白盒設備雛型系統展示

 

未來電信運營商將持續推動網路智能化、介面接口開放化、硬體白盒化和軟體開源化,這些努力將為通訊產業的發展帶來新的衝擊,建議台灣的通訊廠商應密切關注 O-RAN的發展,評估發展支援標準介面接口的RU/DU的時機,才能掌握市場機會。

 

議題三》改善基地台耗能與散熱的新思維

通訊設備過去都以功能的提升為重點,但隨著網路連結的廣覆蓋需求日益提升,基地台設置的便利性、耗電量與散熱問題成為電信運營商關切的重要議題。華為公司表示每10倍資料流量將帶來3.65倍的耗能增量,導致運營商的營運成本持續增加。分析基地台系統與機房的耗能,可以發現基地台設備本身消耗了50%能量,其中80%來自RF模組,而其中的功率放大器(PA)更是耗能最多的元件。因此電信設備商也在思考如何導入新技術來克服這方面的問題。

華為推出PowerStar 3A基地台節能解決方案,1A Automatic cell sleeping是小區自動休眠,2A Automatic power saving依節能策略調整基地台在線的功能,3A AI-based optimization運用AI技術調整基地台參數與休眠策略,可以節省耗能10%~15%。此外,諾基亞革新基地台散熱的方式,推出有別於傳統風扇散熱模式的液相冷卻技術,在2018年12月在芬蘭進行配備「液相冷卻技術」基地台的概念驗證,可以降低能源消耗30%,也大幅降低了噪音。展望未來,5G mmWave 基地台的耗電與散熱問題將更為嚴峻,如何發展出具由Green特色的關鍵零組件與系統設計也是值得台灣廠商關注的方向。

 

及早掌握B2B服務新商機,台灣通訊產業應厚植實力再躍起

展望5G產業的發展,若從B2C公眾網路服務的角度來看,手機與網路設備在5G商用化的準備工作已經初步完成,足以支持2020年電信運營商推出商用服務;運用毫米波(mmWave)來實現超大寬頻(eMBB)也是電信運營商可以開通的新服務。電信產業鏈寄予厚望的B2B企業專網(Private Networks)與行業應用新營收機會上,雖然專網市場需求存在是業界共識,但市場起飛的時間點以及相關的商業模式則仍在探索中,但可以觀察到整個電信產業鏈正積極轉型,希望能掌握B2B電信服務的新商機。

在技術與產業鏈的發展上,應該持續關注電信業者正在推動的5G S-module、O-RAN的發展,並及早參與相關議題的討論,才能進一步了解電信業者在推動開放架構、降低硬體成本的意涵,並掌握產業鏈配合的狀況。AI、Edge Cloud、Software defined新技術元素加入5G網路,讓電信業者在降低營運成本以及開通新型態服務上,有更多的可能性,但這些軟體技術的導入需要搭配很強的系統架構設計能力以及深厚的維運經驗,才能發揮效益,台灣通訊產業在通訊系統軟體上實力仍待提升,參加開放架構與開放軟體相關的聯盟,將有利於找出合宜的因應之道。

 

文章轉載自工業技術研究院電腦與通訊月刊