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產業
世界對「萬物智能連網」充滿無限想像，而美好的未來全被構築在 5G 的運行之上。在過去 2 年間，5G 的世界被高談闊論著——生病時不用再徬徨無助，貼身個人助理會幫你掛號；自動駕駛將生病的你安全送到家，或者讓不會開車的人也能擁有一台汽車；放假到陌生城市旅行不用再拿著手機導航，路線會直接投影在你的前方——這些如科幻電影中的場景被討論得天花亂墜，讓人彷彿身處在 5G 的平行時空。
在各界極力追捧下，5G 儼然被塑造成未來世界的普羅米修斯，各界無不引頸盼望其加速到來。究竟 5G 的神力是什麼？它和過去的 4G、3G 有何不同？為何這些未來夢非要依賴 5G 才得已實現？5G 發展過程中，產業將出現何種轉變？
本文將分成上下兩篇。上篇首先簡述 5G，再比較 5G 和過去行動世代最大的不同在於應用情境變廣、變多，並提及 5G 發展將遇到的困難——商業模式不明、投資報酬不確定性高；下篇則從營運商的角度觀察，並探討整體產業伴隨 5G 發展下，數位化浪潮的影響將加速，各產業都將遭逢破壞性新競爭者的挑戰，廠商數位轉型成功與否將攸關未來生存。
5G 和過去世代最大差異 — 應用情境變廣
5G 是指第五代行動通訊技術，從 1980 年至今演變到現在的第五代，約每 10 年一個世代。行動通訊技術是先由國際電信聯盟（以下簡稱 ITU）定義出世代行動通訊願景、標準及評估指標，再由第三代合作夥伴計劃組織（以下簡稱 3GPP）根據 ITU 提出的標準，提交完整行動通訊技術方案和自我評估結果。
這次 ITU 針對 5G 定義了三個使用情境範疇，包含「增強型行動寬頻（Enhanced Mobile Broadband, eMBB）」、「大規模機器型通訊（Massive Machine Type Communications, mMTC）」及「超可靠度和低延遲通訊（Ultra-reliable and Low Latency Communications, uRLLC）」，並訂出 8 種關鍵評估指標（見表一）。
表一
- 5G 神力
ITU 設定之 5G 傳輸效能，與 4G 相比呈大幅躍進，諸如 5G 最高數據傳輸速度將是 4G 的 20 倍，用戶平均感受的傳輸速度加快 10 倍，這速度差異好比現在用 4G 看 youtube 等影音串流還是要等待個幾秒讀取，若是 HD 高畫質可能又要等上更久時間，但在 5G 下連 4K／8K 高畫質或任意拖拉影片時間軸都無需等待。
另外，5G 在區域傳輸流量部分較 4G 增加 100 倍，用戶端／設備連線數增加 10 倍，這將改變過往 101 跨年煙火時，因為太多裝置互搶頻寬、基地台超載、用戶連上 FB、上傳照片打卡都會卡住的不佳體驗，在 5G 下變成就算用視訊和遠端的親友即時連線，都不卡屏。
- 個人行動用戶市場以外的新應用
目前根據 3GPP 規劃，將先發展 eMBB，用以實現如 4K／8K 影像通訊等超高速行動寬頻體驗，作為 mMTC 及 uRLLC 的發展基石；接著 mMTC 將拓展至大規模物聯傳輸網路（Massive Internt of Things, MIoT），如智慧家庭場域及智慧城市等；以及要求高可靠、低延遲（uRLLC）的特定任務型態（Mission-Critical Controls , MCC）領域，如自動駕駛、智慧工廠、遠程醫療手術、智慧電網及智能交通運輸系統（ITS）等應用情境。
未來隨著應用情境增加，將使連網裝置數量大增，產生巨量數據，要求更快的資料分析處理速度及更大的資料儲存空間。
- 機器溝通的時代
5G 和以往 2G、3G 及 4G 最大不同點在於應用情境變廣。在過去不同世代升級皆是聚焦在提升手機資料傳輸速度和品質——從 2G 的語音文字，到 3G 影像上網，再到 4G 的 HD 多媒體及個人化應用程式——資料傳輸速度大幅提升，延遲大幅縮短及應用功能變多。然而，5G 所「定義」的提升，不再只是聚焦在個人行動裝置的傳輸速度體驗，更強調大量的機器間主動溝通（Machine to Machine, M2M）。
圖二
然而，由於應用情境變多，ITU 針對不同的 5G 應用情境及連網裝置，所訂立的傳輸環境標準及需求不同（見上圖二），例如針對行動用戶觀看 8K 影片時，對於資料傳輸的容錯和延遲比交通管理系統的要求寬鬆。
再者，無線電傳輸可運用的最大訊號頻寬約是頻率的 5%，以目前 4GLTE 使用的頻率在 2GHz（千兆赫茲）左右，可用頻寬只有 100MHz（百萬赫茲），完全不足以應付 5G 定義的高速、低延遲、低容錯、高胃納量的標準，因此必須藉由 30～100GHz 高頻傳輸（毫米波傳輸）提高頻寬來突破瓶頸。
但在過去世代傳輸所用的頻譜都在 8GHz 以下，如今大躍進到毫米波頻段，將面臨哪些挑戰？這些挑戰對 5G 發展將產生什麼影響？
5G 發展的最大障礙 — 投資報酬不確定性高
5G 發展面臨諸多挑戰——頻譜尚未統一、毫米波傳輸限制、SDN 及 NFV 轉換期漫長、基礎建設共享程度尚低等，上述挑戰將使 5G 投資報酬不確定性大增。
- 挑戰一：頻譜分配尚未定案，規模經濟化難度高
由於不同頻譜區塊的物理特性不同，商用類型和裝置亦有所不同，按照 ITU 規劃的三大範疇，分別定出 1GHz 以下、1GHz 到 6GHz 及 24GHz 以上三個頻譜區塊。愈接近 mMTC 及 uRLLC 兩類範疇者，使用區塊的頻率愈低（6GHz以下）；愈接近 eMBB 範疇者，使用區塊的頻率愈高（6GHz 以上，尤以 24GHz 以上為主）。
然而，為了加速 5G 發展速度，ITU 並未先針對 5G 的頻譜區塊進行整合分配，而僅是訂出大方向，並將頻譜分配留到 2019 年底 WRC-19（World Radio Conference 2019）決定，導致領頭羊國家和廠商首先切入或規劃的頻譜區塊互不相同，特別是在毫米波區塊差異最大（見下表三）。
加上諸多規劃為 5G 的毫米波區塊，現行仍有部分應用於其他傳輸領域，Sub-6GHz 以下區塊又面臨諸多國家仍應用於 2G 及 3G 服務，短時間內難以釋出。縱使頻譜分配明確，終端裝置生產仍必須支援跨區域多頻段要求，開發成本及風險勢必提高，恐使廠商提前投入產品開發的意願降低，導致規模經濟化時程拉長。
表三
- 挑戰二：毫米波傳輸限制，基地台需大規模佈建
毫米波因為本身物理特性，產生傳輸距離短、訊號易損耗出錯、城市及室內收訊不佳等問題。為了解決上述問題，目前業界趨向採用廣佈小型基地台（Small Cell）方式，以提高網路覆蓋密度，再透過毫米波或光纖寬頻連上骨幹網路。
然而，為達到原先以一個傳統區域基地台（Macro Cell）有效覆蓋的範圍，必須安裝至少 10 個以上（多至 30～50 個）的小型基地台，另外過去世代基地台佈建在戶外為主，在 5G 下的室內基地台佈建比重將提高（Nokia（NOK-US）估計約達 80%）。
因此，大規模佈建小型基地台將面臨三個主要障礙：基地台設置點取得及支出、骨幹網路佈建、主管機關政策及法規訂立。三大障礙將大幅提高 5G 建置成本及拖慢佈建速度。
- 挑戰三：5G 網路切片核心技術 SDN 及 NFV 的轉換期漫長
軟體定義網路（SDN）及網路功能虛擬化（NFV）是新型網路架構技術，已被 Amazon（AMZN-US）、Microsoft（MSFT-US）、Google（GOOGL-US）及 Facebook（FB-US）等雲端服務商廣泛運用在超大型資料中心管理，藉由該技術可集中所有可運用的硬體設備資源，由中央統籌規劃和調度，提高設備容量使用效率及運用彈性。
目前行動通訊傳輸仍停留在傳統蜂巢式網路基礎架構——亦即每一個基地台為一個蜂巢，獨立處理該區域所有傳輸工作——然而，此架構將無法應付 5G 多樣化的應用情境。
因此，目前國際通訊組織、電信營運商及設備商推廣導入 SDN 及 NFV 技術，將各獨立蜂巢整合成單一實體虛擬網路，再依照不同應用需求規劃，切分為多重虛擬網路區域，進而有機會大幅降低 5G 佈建資本支出。然而，此轉換渉及層面浩大，包括設備、營運流程、新技術人才等，會是一個耗時艱難的工程，短期內莫冀望藉其降低 5G 佈建資本支出。
- 挑戰四：基礎建設共享程度尚低
基礎建設共享可概分為基站設施（Site／Mate Sharing）、無線接入網設備（RAN Sharing）及頻譜（Roaming Sharing）三種共享類型。基礎建設共享能有效降低整體建置資本支出，然而涉及安全、技術採用差異、法規、執照及各營運商競合等因素，若無政府或組織集合取得共識，並建立標準和規範，共享程度成長有限。
- 投資報酬高度不確定性
過去每一個世代轉換，新世代資本支出都較前一世代增加。從 5G 需大規模佈建小型基地台以及相對應配合的光纖網路建置來看，營運商將投入的資本支出恐怕也會超越 4G。
從下圖四整理數家研究機構對全球 10 年期的每年 5G 資本支出預估，取最大值、中位數及最小值，再和 4G 歷史資料進行比較，其中長條圖表示第 n 年資本支出預估中位數，上下影線分別代表第 n 年資本支出最大及最小預估值（實際值）。從圖中可發現三個特點：
（1）5G 投資支出各年預估差距極大
（2）5G 投資速度緩慢，投資期拉長
（3）投資期第 7 年，4G 已達高峰，然 5G 才剛起步
從上述特點可知，業界目前對 5G 建置成本究竟是否會遠超過 4G 仍是處於兩派說法，但筆者認為考量 SDN／NFV 的轉換期漫長，以及基礎建設共享程度尚低且成長有限下，5G 建置成本仍將超過 4G。
圖四
圖五
另外，再將 10 年資本支出加總比較（見上圖五），5G 總資本支出中位數落於 1,582 億美元，而 4G 則是 1,303 億美元；5G 預估資本支出最高與最低相差 890 億美元，落差極大，且最低資本支出 1,212 億，略低於 4G 的中位數。
接著我們亦針對 5G 用戶數預估與 4G 進行比較，見下圖六。僅管各研究機構估計差距極大，但 5G 用戶數成長明顯不若 4G 快速，在第 10 年 5G 用戶規模僅是 4G 的 1／5。綜合上述分析，筆者認為在資本支出及新商業模式仍充滿未知數下，5G 投資報酬的高度不確定性將使各產業對切入 5G 投資的態度趨於保守謹慎，並列舉以下 3 點推測：
（1）5G 佈建速度緩慢，料將超過 10 年，網通設備商難爆發性成長
（2）4G 勢必將同時並行，生命周期延長
（3）5G 已使各產業出現轉變，但短期內趨動成長動力不大
圖六
上篇帶大家了解 5G 應用場景的變化，及發展可能遇到的阻礙，對於各產業廠商間的影響就留待下篇討論。
【延伸閱讀】
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