繼韓國、美國、中國等陸續開通5G服務後，臺灣也在2020年6月開臺，正式邁入5G新世代。國際各大手機製造商已陸續推出全新的5G手機，在規格制定及相關產業上互別苗頭，顯示5G發展已是必然趨勢。
5G是「第五代行動通訊」(the 5th generation mobile network)，是一項由<span data-component="tippy" data-content="第三代合作夥伴計劃（3rd Generation Partnership Project, 3GPP），成立於1998年12月的標準化機構。目前其成員包括歐洲的歐洲電信標準協會（European Telecommunications Standards Institute, ETSI)、日本的一般社團法人電波產業會（Association of Radio Industries and Businesses, ARIB）和一般社團法人情報通信技術委員會（The Telecommunication Technology Committee, TTC）、中國的中國通信標準化協會（China Communications Standards Association, CCSA）、韓國的韓國電信技術協會（Telecommunications Technology Association, TTA）、北美洲的無線通訊解決方案聯盟（ATIS）和印度的電信標準開發協會（Telecommunications Standards Development Society, India, TSDSI）。">3GPP組織所提出的通訊標準。相較於4G所使用的頻率與技術標準，5G有著高速傳輸、超低延遲、巨量連結等三大特性，因此5G也賦予了自駕車、遠距醫療、智慧工廠、數位內容產業、智慧城市等應用層面更豐富的想像空間，勢必推動所有的產業類別進行數位轉型，隨著疫情驅動的改變，更將全面重新塑造未來人類的生活方式。
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<h2>迎接5G時代 實現臺灣製造的技術目標</h2>
「其實5G最大的應用，主要服務對象不是『人』，而是轉向『物』。」教育部5G行動寬頻人才培育計畫總顧問、國立臺灣大學電機工程學系廖婉君教授點出了一個典範移轉的方向。過去行動通訊使用，對象是以「人」出發。迎接5G的來臨時，必須從物聯網（Internet of things, IoT）的角度切入，讓服務的對象擴大，同時也造就一個更大的市場。因此，「5G 的終端裝置不僅僅是手機，而可以是車子本身、工廠中的機器。IoT讓可以參與5G的角色變多了，這時候各行各業就更能相互結合，進而思考如何擴張AIoT的服務。」廖婉君教授說。
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國家實驗研究院副院長、國立台灣大學工商管理學系林博文教授提到，為實現「5G 設備，臺灣製造」的目標，行政院預計4年投入200億元，核定「臺灣 5G 行動計畫」數位國家創新經濟發展政策，以建立小型基地台系統的自主核心技術、展開智慧工廠、智慧娛樂、智慧醫療、智慧交通等專網應用場域測試。林博文教授並介紹，「經濟部邀集工研院及資策會等研究單位，與應用端的中華電信、三軍總醫院、多間企業等，共同投入專網開發。」
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無論是智慧化的製造、交通、醫療、娛樂等都是IoT可應用的場域，使用機器人從事危險或枯燥的作業，人們只需在後端下決策，這是我們寄望5G可以帶來的效益。此外，企業專網也是5G技術下的產物，能滿足產業「垂直整合應用」的需求。「專網有很多種布建形式，從邊緣運算器、基站、核心網路、甚至主網與頻譜等不同層級，都可以是企業自己的，因此5G服務的連線品質與機敏資料的安全需求都能得到保障。」廖婉君教授點出發展企業專網的重要性。目前政府也規劃了專有頻段（4.8-4.9 GHz ）來做企業專網，預計於2022年啟用。
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<h2>5G與AI的產業應用 AIoT中的核心課題</h2>
人工智慧（AI）特別是其中的機器學習，是從大數據中，萃取出有用的資料特徵和資訊，透過深度學習等技術，可用來協助人類做各種決策。「從通訊產業的立場來看，IoT是個局部應用，而AI是個技術，但當5G進來之後，智慧物聯網 （AIoT）就是一個規模不得了的產業大餅。」廖婉君教授認為需要將不同技術進行整合，導入5G技術後，才能將科技價值擴大。國立清華大學電機工程學系洪樂文教授表示，5G和後5G的技術演進仍有許多可以期待的空間，「目前各國初期布建的5G系統仍以增強型行動寬頻應用為主，5G原訂的另外兩大應用情境，亦即超低延遲和巨量連結，至今還未獲得很好的實現，但會是未來AIoT應用發展的重要推手」。5G不只是在資料傳輸的速度勝過4G，另一個重要的特性是巨量連結：單位面積中可以服務的用戶變得更多。更多5G 所互聯的終端裝置，則會產生更大量的資料。
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邊緣運算（edge computing）正是5G在AIoT之下的核心課題。比如說智慧工廠中的影像監控。倘若終端攝影機所拍攝的高畫質影像，全部透過5G即時傳輸至雲端的大型電腦進行影像辨識，運算之後再送回終端，這會造成資料傳輸量龐大，不僅消耗的頻寬驚人，雲端主機運算資源不足，費用也昂貴。比較好的方式是讓終端的邊緣裝置（edge device）自行運用AI將辨識工作完成，再把結果分享至雲端整合，可見邊緣運算的重要性。聯發科技計算與人工智能技術群本部總經理陳志成精準比喻：「4G升級至5G就像是擴建高速公路，用路人感受到行車順暢之後，容易誘發更多的車輛加入使用高速公路。因此，邊臨市區的道路如果不升級，塞車的狀況會更加嚴重。」5G和Edge AI是啟動智能未來的關鍵技術。
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陳志成總經理表示，5G升級和AI能力形成了一個通信和計算的良性循環，5G 的頻寬增加，增加了更多用戶，更多的用戶則提供了更多的數據，更多的數據需要更大的運算力來訓練出更好的AI性能，更好的AI性能體驗進一步吸引了更多的用戶，如此又提高了對5G的需求。然而，5G 的頻寬是有其物理限制的，隨著人工智慧與晶片技術不斷的提升，使得許多人工智慧的應用得以在終端裝置上實現，其優勢包括即時性、不受網路連線品質影響的隨處可用性、資料隱私更具保護性、以及更好的能源效率等。透過5G可以讓雲到端、端到端更有效地進行分工和偕同運作，讓我們未來的世界永遠在線、永遠互聯 （always on &amp; always connected），這些數位資料將可以在雲端和終端之間不斷的被學習而進化，使AIoT裝置具備更高的智能，實現更多更好的創新應用。
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從應用的角度來看，當資訊的收集、傳輸、與運算處理若都變得即時，AIoT的應用層面就能夠更廣泛，使用者的體驗也能變得更好。也因此，在不同的應用情境下，應該開發出多樣化的5G晶片，以順應各種邊緣裝置的需求。除了利用5G來支援AI應用之外，以AI為輔助的行動通訊技術也將會是未來技術發展的重點之一。洪樂文教授認為，「從系統面來看，各種新興應用，如：智慧工廠、自駕車、AR/VR等，所帶來的多元化需求，包括延遲、傳輸率、可靠度等，將需AI技術來提供即時且具彈性的網路資源管理。此外，從訊號傳輸的角度而言，5G系統中所存在的異質性傳輸介面、頻段和技術，以及所產生的複雜干擾環境，將降低傳統通訊系統效能。此時，AI技術的使用將有機會突破傳統以理論模型為基礎的設計，開發更有能力適應複雜環境的傳輸技術。
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<h2>淨零碳排的目標 電信業不應該是例外</h2>
「除了拓展各種產業應用外，5G技術本身的研究也十分重要。「你知道基地臺、後端的光纖傳輸，以及連結到的資料中心（data center）耗掉多少電？」國立臺灣大學電機工程學系蔡志宏教授認為，低功耗本身是一個可以研究的議題，研發的方向可從基礎材料著手，或從網路智慧化開始做。由於5G為求高流量、大頻寬，因此頻率移到比較高的頻段。從早期2G使用的 MHz，到4G的 1.8 GHz頻道，再到5G的3.5 GHz與毫米波，當波長愈來愈接近可見光，產生了像可見光那樣的陰影死角問題，使得基地台有效半徑愈來愈小，訊號全面涵蓋所需要的基地臺數量就變得愈多。「先進國家已開始要求2050淨零碳排，但基地臺卻越蓋越多，這不是相互矛盾嗎？」
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若5G系統能藉助AI聰明地進行通訊量分析（traffic analysis），在有使用者的時候才提供功率服務，沒有使用者的時候降低功率輸出，如此才能一點一滴的把能量省下來。蔡志宏教授呼籲：「電信研發界在淨零碳排的目標下，不應該變成罪人。」洪樂文教授補充說明，近期已有許多研究朝向提高每單位能量所能傳輸的有效位元數為目標，來進行傳輸波束設計、功率控制、用戶排程等機制的設計。
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5G產業中應重視更長遠的需求，例如後5G的6G、低軌道衛星等議題，都是值得臺灣著力之處。
國立臺灣大學電機工程學系蔡志宏教授
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<h2>陣列天線與開放式架構 擴大5G應用研究</h2>
「就實作面，5G領域中有一個很重要的領域叫做陣列天線。」蔡志宏教授點出深化5G技術的關鍵。5G採用「多輸入多輸出系統」（multi-input multi-output, MIMO）的傳輸技術，而陣列天線是其中必要的一環。新一代的陣列天線，由於頻率高，天線就能縮小。而未來的陣列天線基本上像一個板子，天線排列其中，材料的選擇及使用、設計，以及上面的波束成形 （beamforming）技術上，並涉及物理學、材料科學等領域的基礎研究，可以是一個長期研究的學術問題。「我認為這樣的問題會從5G一直延伸到6G、衛星。」蔡志宏教授提出5G未來的發展。5G熱度尚未退去，6G也開始被討論。蔡志宏教授提醒，6G的想像並非一套網路系統，而是有著因應不同需求、情境下，所產生的多套網路。廖婉君教授也表示，不論是5G、6G或是低軌道衛星的發展，未來將成為3D網路，與不同網路進行串聯，是未來通訊界的發展方向。
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此外，過去的核心網路（core network, CN）是由電信業者完全掌控，規格、設備皆被大廠所壟斷。然而，自5G時代來臨，基礎設施的建置變得更具彈性。早在2018年初，各國電信商成立了「國際開放網路架構組織」（Open Radio Access Network Alliance, O-RAN）聯盟，其目的就是為了降低電信商對於國際網通設備大廠的依賴。電信商布建基礎設施時，不需要再採購「傳統、規格一致的全套電信設備」，只需購買「符合規範的設備」，例如以各類的伺服器串接，透過雲端的虛擬化及軟體運行，便可建置「虛擬基地台」。這樣的組合，更拓寬應用的層面，從封閉式架構走向開放式架構，並帶來白牌化的機會。不論在學界或是產業界，開放式架構提供更大的可協作空間，讓研發的可能性更廣。
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臺灣發展5G的方向</h2>
蔡志宏教授表示，5G並非憑空出現，而是歷經了通訊學術界及產業界多年的努力，臺灣則在3G時代才開始進入研發；經濟部技術處處長邱求慧也提到，臺灣發展是跟隨著國際市場，在佈局時間上落後他國3、4年的時間。蔡志宏教授提出了建言，在COVID-19疫情中凸顯臺灣在全球晶片供應鏈中占了重要角色。在5G產業中更應重視長遠的需求，如5G晶片、RF元件、伺服器、PCP版、天線模組等，都需要仰賴臺灣供應商完成。此外，也需要注意國際市場動向，如後5G的6G、低軌道衛星等議題，都是值得臺灣儘早著力之處。
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廖婉君教授也分析，5G變革帶來利基，強調開放式、白牌化、虛擬化的開放式架構就是臺灣的一個重要機會。臺灣的強項在硬體，而乘載各種網路功能虛擬化功能的伺服製造開發更是臺灣優勢；但臺灣的弱項是軟體，特別是通訊軟體、軟硬體整合、及垂直應用所需的客製化服務方面，因此如何補強我們的弱點、提升我們的優勢，將是5G時代我們要面對的重要機會與挑戰。
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洪樂文教授指出，「在5G產業化的同時，臺灣也應對6G的研發提前佈局。當行動通訊系統對於連結人、物以及環境所扮演的角色愈來愈重要時，相關技術將不再只是企業間的競爭，而將成為各國間的競賽。」因此，先進國家在5G開始商轉之際，即進行6G技術的盤點和先期規劃。臺灣也不落人後，科技部2021年已啟動「下世代通訊系統關鍵技術研發專案計畫」，促進產學合作，針對B5G/6G具潛力的議題，展開先期研究。 若說透過IoT所連結的全球用戶是一個大型的有機體，5G在其中便扮演著末梢神經的系統性角色。5G的到來揭示無線通訊產業抵達重要的里程碑，同時也為各行各業的數位轉型拉開序幕。對於產業界而言，5G才正要步入實用階段，而學術研究方面，已經在6G與低軌道衛星等領域悄悄起步。5G將引領人類以智慧型手機為起點，全面邁向智慧化的工作、學習、娛樂等全新數位生活。
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（客座總編輯 <a href="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/">| 國立清華大學工業工程學系講座教授 簡禎富</a>；研究顧問團隊 | 國家實驗研究院副院長 林博文、國立清華大學電子工程研究所特聘教授 徐碩鴻、中央研究院資訊科學研究所所長 廖弘源、國立清華大學電機資訊學院院長 黃能富、國立臺灣大學電機工程學系教授 廖婉君；責任編輯 | 段芊卉、葉于甄、林怡君）

5G的應用範圍廣，在不同面向都能使用，讓智慧化的生活提前到來。

通訊的演進從2G到5G，服務的對象也從「人」，轉向「物」，讓應用更多元。