5G 的承諾：能否兌現或只是噱頭

企業一直在尋找能大幅加快業務程序、最大程度降低成本並確保品質的技術。商業創新者可透過設計適當的 IoT 產品，以符合企業速度需求並幫助企業限制低成本來達成。

第五代無線技術 (5G) 前景光明，可用於構建 IoT 解決方案，在機器之間實現極為快速和可靠的低成本通訊。

但目前尚在興起的 5G，真能達成所有的承諾嗎？5G 真能兌現宣稱的承諾？還是只是吹噓？

5G 的承諾

許多人相信 5G 能實現前幾代無線技術所辦不到的「科幻」使用案例。在速度、延遲和頻譜頻率等方面，即使是 4G 也比不上 5G (參見圖 1)。

圖 1：4G 與 5G 宣稱能力的比較。(圖片來源：Voler Systems)

5G 具有各種商業使用案例，包括用於智慧交通和超連接醫療保健的私人網路。智慧交通讓智慧型車輛與道路及鐵路中所嵌入的感測器之間，進行快速可靠的無線通訊，藉以達成新的服務。這能提高對智慧交通系統的可見度和控制力。

在醫療保健領域，5G 技術有望預測潛在的個人健康問題並組織早期醫療干預，從而改善病患情況和福祉。這項技術可透過遠端機器人手術等應用，幫助實現永續性的健康服務。這就是為什麼具有遠見的醫療保健組織 (如芝加哥的 Rush Hospital) 打算朝 5G 連線邁進的原因。

但實際情況更加複雜

各種因素會影響或阻礙企業充分實現 5G 的潛力。首先讓我們來探討 5G 的一些重要基本知識：

• 頻段

5G 的效能仰賴於可用的頻段 (參見圖 2)。例如，峰值資料速度在低頻段頻譜 (低於 1 GHz) 內最多只有 100 Mbps，在中頻段頻譜 (1 GHz 至 6 GHz) 內可達到 400 Mbps，在高頻段頻譜 (6 GHz 至 86 GHz) 內則高達 10 Gbps。但高頻段頻譜 (即毫米波) 的可用性有限。

而且，毫米波訊號的傳輸距離不超過 100 m，也無法穿過牆壁甚至窗戶。由於受到基地台密度的限制，毫米波只能用於人口稠密的城市地區，但訊號又會被建築物阻擋。不過，IoT 通常不需藉助毫米波的高速傳輸能力。

圖 2：三大頻段內的 5G 頻譜 (圖片來源：Voler Systems)

• 5G 服務等級

  5G 服務有三種等級，分別為增強型行動寬頻 (eMBB)、超可靠低延遲通訊 (URLLC) 以及大規模機器型通訊 (mMTC)。每個都有各自的特性、應用與限制。

  • eMBB 可實現高達每秒 10 Gb 的超高數據傳輸率 (是 4G 的 20 倍)、100 萬台裝置/km² 的超高傳輸量以及低至 4 ms 的超低空中延遲。其使用案例包括虛擬實境 (VR) 和擴增實境 (AR)。此服務等級適用於智慧型手機、平板裝置和 UHD TV (4K 與 8K) 廣播等智慧型裝置。

    但是，eMBB 的效能仰賴於可用的頻段。例如，如果可用頻段低於 1 GHz，使用體驗將非常類似於 4G，即數據下行傳輸率最多達到 100 Mb/s，上行傳輸率最多達到 50 Mb/s。4 ms 的延遲時間為單向，只能到達最近的行動通訊基地台。遠距傳輸速度則慢更多。

  • URLLC 專門針對現場情境所設計，例如智慧交通系統 (基礎架構回程)、離散自動化 (動作控制)、流程自動化 (遠端控制)，以及配電 (高電壓) 等。這項技術保證了極低的延遲 (低至 1 ms) 和極高的可用性與可靠度 (99.9999%)，遠優於 4G。

    但即使 5G 承諾大幅提高 URLLC 的效能，許多事還是不大可能辦到，例如遠端手術、高速遠端連線的電玩體驗，以及家庭擴增實境等。5G 能否依照承諾為任何無線連線提供 99.9999% 可靠度，令人存疑。

  • mMTC 可支援大規模 IoT 部署，並實現極低的裝置成本與能耗，這對智慧型大樓、物流、追蹤、車隊管理、穿戴式裝置和智慧儀表來說，是個極具吸引力的選項。

    mMTC 標準尚在編寫階段，因此 IoT 目前由 4G 標準提供支援，即 NB-IoT 和 LTE-M。

5G 目前並未兌現所有承諾

mMTC 的當前狀態遠不及宣傳噱頭。目前，5G 並未兌現所有的承諾。mMTC 的標準還在制定當中，現有的 5G 技術並未針對封包尺寸和短工作階段進行最佳化。另外，控制訊號發送的效率很低，傳送 10 位元組資料需要 100 位元組的訊號發送。現有的通道編碼方案對小型數據封包來說效率也很低。只有以極低的數據傳輸率偶爾發送訊息，才有可能達到預期的 10 年電池續航力。

5G 可用性

5G 可用性也是一項決定因素。圖 3 描繪了截至 2020 年 5 月提供 5G 的城市與電信業者。此圖表明，使用者的位置及其使用的電信業者有很大的不同，原因如下：

• 美國只有四家無線電信業者正在部署 5G：AT&T、Verizon、T-Mobile 和 Sprint
• 要使用 5G，需要使用 5G 手機或裝置
• 鄉村地區幾乎沒有覆蓋
• 郊區或鄉村地區不太可能提供高速毫米波覆蓋，因為每 300 m 就需要架設一座行動通訊基地台
• 有些電信業者提供的速度有限

圖 3：5G 可用性地圖
紅色：T-Mobile，黑色：Verizon，藍色：AT&T，黃色：Sprint (圖片來源：Digital Trends)

現有的 IoT 服務會怎樣呢？

NB-IoT 和 LTE-M (亦稱 Cat M 和 Emtc) 將與 5G 並存。NB-IoT 和 LTE-M 在美國具有很好的覆蓋率。2019 年 5 月，Verizon 宣佈其 NB-IoT 網路覆蓋了 92% 的美國人口。

而 ZigBee、LoRa、Ingenu、Sigfox 和 Weightless 等非蜂巢式服務未包含於 5G 中，但仍可在免執照頻譜下使用。但是，這些服務在許多地方都沒有。

這對 IoT 的未來意味著什麼？

目前未產生太多的變化。

不過，NB-IoT 和 LTE-M 等 4G 技術自 2019 年後才開始充分部署。這些技術可讓電池供電式裝置直接與網際網路通訊，而不必經過手機或 Wi-Fi 熱點。 現在正是發展這些技術的大好時機。

但是請注意，每項無線標準各有利弊，請參見表 1。若想瞭解正確的 IoT 裝置設計標準、並避免發生重大錯誤及其他 IoT 設計風險，請咨詢 IoT 設計專家或聘請合格的 IoT 工程師。

表 1：現有 IoT 無線標準的比較。(圖片來源：Voler Systems)

結論

由 IoT 驅動、支援 5G 的產業正逐漸成為現實。但由於 5G 仍處於萌芽階段，因此尚未兌現所有的承諾。儘管如此，5G 是一項前景光明的新技術，企業必能從中獲益。

商業創新者可透過設計支援 5G 或 4G 且安全可靠的 IoT 裝置，幫助兌現 5G 的承諾。但這並不容易，需要專家的協助。

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