台湾5G白皮书：台湾应厚植5G通讯自主技术

it/s用户体验速率，且峰值传输速度需达20Gbit/s以上，特别是在人潮密集的地方，如火车站、演唱会、球尝购物商圈等，更需要提供每平方公尺达10Mbit/s以上之区域传送容量，因此如何提升热点高容量，克服基站广布之干扰、管理等问题，以稳定提供高速数据传输服务 ，是5G网络发展所要面临的挑战(图3)。

图3 5G行动通讯网络容量

行数数据流量的成长来自于行动网络链接数量的增加，除个人终端装置之间的链接外，机器与机器(M2M)尤其是车辆之间的链接将会有快速的成长，预计在2018年链接数量将超过100亿部装置。 在行动群体视频会议服务、扩增实境甚或全息影像等多媒体应用之驱动下，需要降低干扰(Interference)与延迟时间(Latency)，才能提供身历其境般无延迟的网络互动体验；另外车辆对车辆间的通讯，也需要很短的延迟时间，才足以在安全疑虑状况下能快速采取因应作为(图4)。

图4 5G 行动通讯网络延迟时间

面对5G热区平均达1Gbit/s之高传输速度，装置的电池(Battery)续航力将是一大挑战。 因此5G网络的发展势必要基于环境、经济与技术考虑，使用节省能源效率的网络传输方式，以达成5G行动通讯关键节能指针(表2)；要达成这些关键节能指针，可由频谱效率、能源效率(每单位能源所能传送的数据量)及成本效率等面向着手。

5G行动通讯需要处理巨量数据，在某些特定的应用领域，如交通安全、智能医疗或紧急灾难警报系统、智能电网等，需传送重要的实时性数据，因此必须透过高可靠度的网络来负责传输讯息，不会因为网络流量雍塞而延迟重要数据的传送。 为了让重要数据的端对端延迟可以在几毫秒内就成功传送，无线电资源管理将扮演重要的角色，透过网络信道设计，辅以软件资源控制，可保证局域网络的优化以支持传送优先权。 随着网络链接数量扩充到达上百亿等级，如何准确的判断出重要的实时性数据并优先传送，将是未来5G网络发展的一项挑战。

5G发展技术需求

综整上述各国及台湾发展之应用情境，以及针对未来在这些应用情境下所可能面临之关键挑战，ITU-R认为5G系统未来之应用，应包含三大情境，分别为增进式行数宽带(Enhanced Mobile Broadband, EMBB)、巨量机器型通讯(Massive Machine Type Communications, MMTC)、以及超可靠及低延迟通讯 (Ultra Reliable and Low Latency Communications, URLLC)。

依据ITU-R M.2083报告，为使5G通讯系统满足前三项情境之需求，可以从八个技术面之改进来实现，分别为峰值传输速度(Peak Data Rate)、用户数据体验速率(User Experienced Data Rate)、频谱使用效率(Spectrum Efficiency)、特定范围内之区域系统容量(Area Traffic Capacity)、网络传输服务之能量运用效率(Network Energy Efficiency)、系统同时间所能够接取之联机密度(Connection Density)、攸关服务质量之传输延迟(Latency)，以及系统传输服务之最高移动速度(Mobility)。

在该报告中，也特别说明三个5G应用场景与前述八大主要系统能力之关系，如图5所示。 在EMBB场景中，5G系统需满足用户数据传输之高度需求，峰值传输速度、用户数据体验速率、频谱使用效率、区域系统容量、网络能量运用效率、以及最高移动速度之技术发展，为关键之指针；在MMTC场景中，须倚赖在接取联机密度与网络能量运用效率之效能改进；而在URLLC场景下，特别需要着重在传输延迟与最高移动速度之技术发展。

图5 IMT 2020主要系统能力与应用场景关联性

在该报告中也建议5G系统标准，应达到如表3之规格，才能因应未来应用需求所需。 以峰值传输速度来说，IMT-2020定义须达到20Gbit/s，此目标可透过不同的技术发展面向来达成；如从提升频谱效能面向来提升，毫米波技术(Millimeter Wave, mmW)、同频同时全双工(Co-frequency Co-time Full Duplex, CCFD)技术等都可以有效达到效果；若要提升区域内的流量容量，则小基站( Small Cell)与装置间直接通讯(Device-to-Device, D2D)会是很好的解决方案；若要提升行动性，疾行网络技术(Fast Movement Network)可发挥重要功能；若要满足5G系统动态且多样化的效能需求，则整合式前端/后端网络技术(Integrated Fronthaul/Backhaul Network) 会是关键的解决方法之一。

ITU公布5G规格草案

2017年2月下旬，ITU进一步公布了5G规格草案(ITU-R M.[IMT-2020. TECH PERF REQ]--Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020radio interface(s))，以奠定5G技术标准基础。

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