芯片商开发5G新技术 争抢物联网/可穿戴市场商机

5G前景佳，芯片商瞄准此波商机，已分别针对LTE演进技术、5G新技术/新频段投入开发，希望能夺得下一代移动通讯先机，并于穿戴式装置、工业自动化等新兴物联网应用中占得一席之地。

移动通讯技术约每十年出现一次跳跃式的大幅度进展，而每一阶段都改变了全球移动通讯的脉动；对于新一代5G通讯技术，目前业界一致将目标订于2020年实现商业系统部署。

2015 年，5G技术的全球发展正式进入研发、全面标准化的关键时期，国际电信联盟（International Telecommunication Union， ITU）已完成第五代移动通讯愿景规画，包含命名、整体目标及时程等内容，并于2015年启动5G标准化前的相关研究。

针对5G能否为世界带来变革性的创新发展，美国高通公司（Qualcomm Incorporated）工程副总裁Durga Malladi表示，高通自2006年起开始对5G技术进行前瞻性研发，并与业界合作推动5G标准化作业及参与重要的5G演示和测试。

Malladi补充，高通对5G的展望不仅止于提供更快的流量速率，更期望打造功能强大的统一平台，以连结新的产业及设备，进而催生创新的服务及用户体验；这是一种具有规模弹性及适应性控制的新型态网络，支持多元广泛的应用和需求。

比起前几代网络，5G将发挥更大、更关键的功用，即是创建万物连接架构。

具低延迟特性　5G引领工业进化

长 期以来，科技业不断提出对产业未来动向的预测。关于5G发展趋势，由于未来5G用户将更加广泛，以“用户数”为预测基准，或许已无法符合时宜，包括家庭、 汽车、机器人、无人机、机床、畜牧生产线、农业、高速铁路和城市等，几乎日常生活中的一切都将联网化。更有专家表示，2030年移动网络将实现各产业智慧 化，并取代传统的机械及机电整合产品。

产业分析公司的数据亦显示，2020年搭载网络的终端装置数量将达到两百五十亿至五百亿部，而5G将有可能颠覆一般民众对工业既有的看法，未来的工业或制造业将以移动互联网、感测器、软体、机动性及云端计算为主要驱动力。

回顾万物联网或物联网概念的发展历程，较普遍的看法是美国国家科学基金会（National Science Foundation， NSF）于2006年提出的“资讯物理系统”（Cyber-Physical Systems）是较早期的物联网概念之一，后来成为美国国家科学基金会核心研究主题，并提出该系统需要全新架构支撑的论述。

高通工 程副总裁Durga Malladi指出，5G将引领科技业创立新的物联网架构，从人与人之间的通讯拓展至几乎随时随地都能连接万物、从最大值的数据服务拓展至稳定控制的新型 服务、从“终端即端点”概念发展到全新的智慧连接和互动模式，并从各种不同网络共存发展到进入、频谱类型和服务的融合。

Malladi表示，未来5G网络将会为运算、储存、网络资源及连接提供一体化的分散式平台，主要优势为提供更短、甚至是毫秒级的延迟时间，以及更低的成本与更高的能效，自动驾驶汽车、远程医疗等应用都将受益。

此外，5G技术不仅能够提供丰富的移动体验，如超高画质视讯会议和虚拟实境直播，还能推动车联网、智慧城市、智慧家庭及穿戴设备的发展和普及化。

整体来说，以4G长程演进计画（LTE）所启动的变化为基础，5G将满足日益增加的连接需求，该技术将连接全新产业及终端装置，支持创新的服务及用户体验，并藉由高效能低成本的通讯优化，实现随时随地连接万物。

波束成形/波束追踪　有助改善高频讯号衰减

5G技术引领未来万物连接是无庸置疑的趋势，但需要哪些技术突破，才能满足5G愿景中多元化的应用模式呢？

举例来说，日前高通宣布与业界合作开发多项创新技术，以推动功能更多的统一5G平台建立。高通最新技术涵盖以下内容：设计基于优化正交分频多工（OFDM） 波形统一空中介面，以及具有灵活框架的多重存取，可从低频频段扩展至毫米波（mmWave）、从都会型基地台（Metrocell）部署扩展至本地热点， 并从开发之初便支援授权、非授权和共享授权频段。

高通5G多连接技术可支持跨5G、4G LTE和Wi-Fi技术的同步连接和聚合，其多重存取的5G核心网络能确保移动通讯业者在未来可受益于前期资源投资（图1）；该公司重新定义一个网络架 构，使5G网络业者与OTT（Over-the-Top）服务供应商能快速地打造客制化服务，满足多元的5G应用，完成从低成本热点到广域移动分布拓展。

图1　高通宣布将建立功能更多的统一5G平台。

此外，高通也成功展示5G毫米波设计。毫米波频段（如28GHz）不但具能支持每秒数千兆位元率数据传输速率的频宽，还提供利用极密的空间复用度以增加容量 的机会。毫米波频率目前已被陆续应用，如通过在60GHz频谱运行的802.11ad Wi-Fi进行室内高解析度影像传输；然而，以往因传输损耗较高，且易受建筑物、人、植物，甚至是雨滴的阻碍影响，这些较高频率范围对室内/外移动频宽应 用而言，仍然不够稳定强大。

覆盖率不足、缺乏移动性支援（尤其是视距外）等问题，是毫米波在移动宽频应用上的阻碍。

移动通讯芯片商为了解决上述问题，也纷纷投入研发。譬如高通工程师们于2015年底于美国圣地牙哥总部，展示以28GHz频段运行的分时多工（TDD）同步系统，现场演示智慧波束成形和波束追踪技术（图2）。

图2　2015年高通在美国圣地牙哥进行28GHz 5G系统展示。

透过此技术，即便设备被移动、射频讯号通道条件发生变化，也能得到相对稳定的讯噪比（SNR）。演示图形用户介面（GUI）清楚展示系统随着环境改变在波束 类型（上传和下载）之间的切换。在其他测试中，系统测量的视距（LOS）覆盖约为350公尺，而在纽约都会区进行户外密集的城市模拟测试，所得到的结果是 约150公尺的非视距（NLOS）覆盖，此展示有助毫米波移动化的研发。

同步研发LTE演进技术　以加速实现5G

除 了投入高频频段研发之外，现阶段移动通讯芯片业者也同时发展4G LTE、先进长程演进计画（LTE-A）和Wi-Fi等技术，将加强开拓载波聚合（CA）、非授权频段的LTE（包括LTE-U、LAA和 MuLTEfire）、LTE/Wi-Fi链路聚合、LTE D2D/V2X、窄频物联网（NB-IoT）及Wi-Fi 802.11ac/ad/ax等最新技术，扩展其性能以满足5G愿景中所提及的应用模式。

目前芯片商也积极开发物联网领域。比方像高通已推出LTE调制解调器–MDM9207-1/MDM9206，为物联网内日益增多的终端及系统提供可靠、优化的蜂巢连接，藉以加速智慧仪表、安全保障、资产追踪、穿戴式设备、销售网点、工业自动化及窄频物联网等应用。