国际大厂抢布局 5G卡位战提前上演

2014-04-21 09:00:57来源: 新电子

    5G通讯技术战火已悄悄点燃。着眼于万物联网及云端运算应用,对网路流量与传输速度的要求将愈来愈高,科技大厂皆已提前展开5G核心技术发展,如智慧天线、装置对装置(D2D)通讯技术,以及软体定义无线电(SDR),并积极参与国际标准制定工作,抢先布局相关专利。

    第四代通讯技术(4G)正处于发展早期阶段,然而多家大厂与研究组织已着手第五代通讯技术(5G)研发。目前5G在技术规格、研发期程与市场需求皆不明确,甚至于5G应归为全新网路技术,或现行4G技术的补充与升级亦未有定论。对此,本文综合国际大厂与重要国际组织观点,整理对5G技术之愿景,从未来生活应用情境,眺望5G终端所需技术。
国际大厂抢先布局

    虽然4G的网路速度已较3G大幅提升,但面对物联网(IoT)与云端运算所带来的异质网路架构、高网路流量与高速度传输等要求仍显不足。此外,行动网路产业因智慧型手机兴起而受到关注,相关专利布局与产业竞争已成显学,即便4G仍在技术发展初期,国际网路通讯大厂已纷纷对5G展开策略联盟与技术布局。

    目前国际主要的5G发展组织,包含欧盟的「行动暨无线通讯网路驱动计划(METIS)」、中国的「IMT-2020(5G)」、韩国的「5G Forum」与日本的「2020 and Beyond AdHoc」等。虽然5G在技术规格、网路标准与发展时程皆尚未明确规范,然而重要国际组织与厂商皆以2020年为目标,规画5G商转。

5G将扩张联网版图

    市场需求一向被视为新技术催生动力,国际大厂规画5G技术目标之依据,除了升级现行网路技术外,对于未来生活应用情境的设想与评估亦为重要考量。以下整理国际大厂在5G个人终端方面之应用设想。

HD影音推升网路流量需求

    电视与行动装置(如智慧型行动电话与平板电脑)的显示器规格不断提升;2014年电视已从全高画质(Full HD)进步至4K2K,未来更将达到8K4K。行动电话2014年亦将进入WQHD规格。

    目前解析度发展仍看不见尽头,然随着高画质影音内容普及,网路资料量势必相对增加。另外,由于3D电视与3D智慧型手机问世,3D影音内容若要达到与2D相同解析度,其资料量亦将以倍数成长。

物联网催生巨量资料分析服务

    爱立信(Ericsson)认为,目前未连上网路的事物,若在联网后可带来效益,于5G时代都将连上网路,并且是持续连接且不中断。可以联网的事物包括各类型感测器(如水质、桥梁、温湿度与空气品质感测器等)、网路摄影机(IP CAM)、交通号志、车辆、智慧电网、智慧建筑与智慧家电等。

    在联网设备与资料流量快速增加的同时,透过行动终端装置,迅速取得巨量资料(Big Data)分析结果之需求顺势产生,如提供即时最佳通勤路径,与精准天气预测等服务将不可或缺;其他还包括远端家电控制、行动装置监测高画质IP CAM影音资料等,电信营运商提供高品质网路服务,将是未来的重要挑战。

5G助长D2D使用效益

    D2D(Device to Device)概念与相关技术包括蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi Direct与近距离无线通讯(NFC)等皆已行之有年,但受限于距离、网路流量或是连结设定步骤繁复等因素,仍未大量普及;展望未来发展,若透过5G广域行动网路之频谱与技术,将可扩张网路覆盖率、基地台网路流量卸载及提升频谱使用率等效益。

终端通讯技术挑战日增

    现阶段5G技术发想,多着墨于网路系统架构。这里由行动终端出发,在5G技术目标与2020年未来生活应用情境下,分析终端需求关键技术为何。

磁感应/共振充电技术

    未来智慧城市将布建大量无线感测器,加上智慧穿戴装置体积受限,使距离与体积束缚受限较小的无线充电技术,成为重要的电力解决方案之一。

    目前主流的无线充电技术,包括由无线充电联盟(WPC)与电力事业联盟(PMA)主导的电磁感应,与无线电力联盟(A4WP)主导的磁耦共振两大类。

    电磁感应产品的优点在电力转换效率高,且相关产业链发展较为成熟;缺点是充电有效距离仅10公分(cm),同时因接线圈中央磁通量与周围差异大,须将产品摆放至正确位置并不倾斜才可顺利充电,便利性较为不足。

    磁耦共振充电距离可达5公尺(m),且不受产品摆放位置的限制,较为便利;但其转换效率不如电磁感应,若周遭有具磁性金属物体时,将干扰充电效能,若此金属与充电器频率相同,更将因接收能量而发热,易造成危险。

    未来无线充电技术,须同时满足充电转换效率、充电距离与更低的位置限制,同时具备一对多充电能力与高安全性要求。

D2D联网技术

    目前D2D联网技术,以NFC结合Bluetooth与Wi-Fi Direct较为热门,如Android Beam与三星(Samsung)S beam皆属此类技术应用。D2D原理是两台装置短距离接触,透过NFC进行认证后,在Android Beam与S Beam分别转由Bluetooth与Wi-Fi Direct进行资料传输(如影音与照片)。

    Wi-Fi Direct相较于Bluetooth,有传输资料较快与覆盖距离较广之优势,但比起发展中的LTE Direct或未来的5G Direct仍显不足。

    高通(Qualcomm)实验指出,Wi-Fi Direct目前覆盖范围约100公尺,而LTE Direct可达500公尺;在搜索能力方面,Wi-Fi Direct在2分钟内仅找到周遭约四百个装置,而LTE Direct在1秒内即可找出七千个装置;另外,由于Wi-Fi Direct是透过未授权的频谱进行作业,而行动网路频谱皆受到授权管理,因此干扰性与安全性亦较佳。

    未来D2D技术发展仍有部分瓶颈等待克服,包括行动装置的通讯判断,是否该从基地台联网切换至D2D通讯之判断机制,以及在多D2D与异质网路架构下的频谱干扰问题、切换延迟性等。

Smart Antenna

    天线的体积、数量与效能常成正比。5G为增加资料传输量,在接取端将采用Massive MIMO与毫米波(mmWave)等技术。然而终端装置如智慧型手机与穿戴式装置,因受体积和功耗等限制,难以在拥挤的机身实现多重输入多重输出(MIMO)多天线布置,同时降低同频率互相影响的讯号干扰互耦问题。

    mmWave的超高频将可能促进天线微型化发展,但高频讯号易受建筑物或天气影响,阻止其讯号传输;因此,未来5G的发展上,可充分利用狭小空间,具定向且自动应切换讯号来源的Smart Antenna,将为重要发展技术。

软体定义无线电

    各国无线网路频谱规画各不相同,加上从通讯技术从2G演进到4G,形成多种通讯标准同时并存。行动装置为提高兼容性,以符合多模多频之要求,须增加射频(RF)、功率放大器(PA)与天线数量,并支援多种讯号波形,这对体积受限的行动电话及智慧终端,在产品机构电路设计与物料清单成本间造成挑战。

    软体定义无线电(SDR)技术之产生,即是为解决上述日益复杂的RF设计问题。传统硬体无线电若欲增加频段或标准的支援,须增加硬体元件;SDR则是将无线类比讯号转换为数位讯号,并透过软体来侦测并切换无线网路的频段与通讯标准。

5G终端开启智慧城市愿景

    前瞻2020年生活应用情境,高画质影音与智慧感知城市,将催生大量资料流与联网装置,对现行网路系统架构造成挑战。由于联网装置体积的微型化,将带动长距离、高安全性与高效率的无线充电设备布建与技术研发之需求。

    另外,由于2020年将有多种无线网路通讯标准共存,且为了满足高网路流量需求,无线频谱将开放使用更多高频且完整的频段,网路系统高低频共存,将采用Massive MIMO与mmWave技术,并且以小型基地台(Small Cell)、Phantom Cell跟传统大型基地台共同建设。

    未来的网路系统架构,在行动终端的无线RF设计方面加诸多种挑战;其中,为了满足多模多频与MIMO之需求,Smart Antenna与SDR技术将为研发重点。另外,为加强社群应用,补足无线通讯死角,并预防灾祸发生造成网路基地台受损,广域行动网路D2D技术将是重要研发项目。

 

关键字:5G  D2D

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2014/0421/article_12197.html
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