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2020年揭開5G新紀元

2020年揭開5G新紀元

工業技術與資訊

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2020-03-16 14:51

近來科技圈最熱門的關鍵字,非「5G」莫屬,具「大頻寬」、「低延遲」和「廣連結」三大特性,不管在速度、傳輸量和裝置覆蓋率上,都是4G時代的10倍到百倍。隨著全球電信業者積極投入5G基礎建設,最快預計在2020下半年就能看到更多國家相關商用服務。在10倍速的狂飆時代,未來的5G生活將是什麼模樣?

大頻寬、低延遲、廣連結

5G狂飆 智慧未來

 

 

歡迎來到歷史的轉捩點!隨著臺灣第一波5G頻譜拍賣,以1,380億元結標,正式宣告臺灣在2020年邁入5G行動通訊時代。5G中令人驚豔的多種應用落實,不再是遙不可及的未來,而是正在上演的現在進行式。

 

每一次行動通訊技術的升級,都會帶來革命性的產業更迭。從1G的語音、2G的簡訊,到3G的網路服務、4G的智慧型手機,未來5G將出現更多超乎想像的應用與創新商機。「為什麼現在5G這麼熱?就是因為大家對5G有很大的期待,」工研院資訊與通訊研究所副所長丁邦安說。他口中說的期待,正是「智慧生活」的願景,「5G跟從前技術最大的不同,便是開啟虛跟實高度整合的大門。」

 

丁邦安表示,要將實體的物理空間和虛擬的信息空間結合在一起,需先經過5個環節,包含感知、傳輸、儲存、分析、操作,「5G就像是安裝一個發達的神經系統。」未來透過裝設大量感測器、監視器,傳輸信息,接收信息再加上大數據分析和AI人工智慧,最終機器也能像人類一樣下判斷、進行動作指令。要達到高度虛實整合,需要很多技術的積累,除了5G,還有大數據、物聯網、機器人和人工智慧,「五大技術的合流,將在下個10年迸發出更多火花。」

 

工研院與大型遊樂園設備商合作,開發具有GPU運算能力的5G行動邊緣雲,可支援輕薄短小的終端設備,即時提供高畫質遊戲體驗。

 

三大應用場景 顛覆未來生活

 

如今無論是哪個產業,都有機會將因5G技術的降臨,產生翻天覆地的變化,堪稱是新一代的典範轉移,丁邦安特別針對5G的三大特性描繪出應用場景。首先是「大寬頻」。雖然4G比起3G網速也快了不少,但在4G時代,高達7成流量都以視訊娛樂為主,「就信息量加值的面向而言,其實沒有產生新的『增量』。」但未來5G的大寬頻特性,則能在傳統存量上實現產業「加值」。比如4K、8K等超高畫質影像,能應用在醫師遠端醫療開刀,或是透過影像辨識做預防性維護、監控人流與物流等,也能運用AR或VR的技術,將拍下的老師傅的手工進行加值,傳承重要工藝。

 

第二是「廣連結」。5G革命不再侷限於手機或電腦螢幕,當未來萬物互連時,就能大規模採集數據、進行分析。例如:發展智慧農業,透過地面站、感應器,和衛星定位,架設監測網,時時蒐集作物生長、土壤、肥料或病蟲害資訊,接著就能預測產量、進行用藥規劃,甚至是做期貨、庫存和進出口管理,「最後就演變成『商業智能』(Business Intelligence;BI),意即具有商業方面的智慧;或做精準行銷,根據數據規劃產能、包裝、運輸。」

 

第三是「低延遲」。1秒或許聽起來不長,但對許多服務來說,卻是決定生死的關鍵,比如智慧交通或是無人車。5G的低延遲特性,不僅能遠端遙控車子駕駛,在車輛上安裝行車環境感測裝置避免行車事故發生,;此外感測週遭狀況,也能導引車流、控制紅綠燈,特定事故群播及避障建議等,提升交通安全與效率。

 

丁邦安點出,想要實現這些未來畫面,還需具備三大核心基礎建設。第一是強大的計算基礎,包含雲計算和邊緣計算的協作;第二是要有大數據的基礎設施,如數據中心與相應的智慧化支援;第三便是四通八達通訊的通訊網路基礎設施,包括現在布建中的5G網路。誰能率先整合這些關鍵技術,就能在未來5G時代中搶得先機。

 

軟硬整合 打入國際供應鏈

 

丁邦安進一步將臺灣5G的產業鏈分為六大區塊,包含元件/模組、基地台、網路設備、後端運營管理的軟體、系統整合和場域。近來受外界關注的半導體業者如台積電、聯發科等,以及與基地台及交換器相關的中磊、合勤、正文、明泰、啟碁、智邦等,還有伺服器廠如廣達、緯穎、英業達等,都在5G供應鏈裡。

 

除了這些設備商機,丁邦安認為能實踐5G網路的「場域」也很重要,因為許多領域知識都掌握在場域主手中。「未來5G可能不只有公共網路,在B2B2C新商業模式下,也會有企業網路,如遊樂園、購物中心、電玩場所,甚至是醫院、農場等,提供更多消費者體驗的場域。」

 

面對劃時代的網路革命,各國都在競逐5G商機,在全球舞台上,臺灣優勢又在哪裡?丁邦安認為,「臺灣反應能力很快,產業鏈也齊全,在全世界供應鏈裡,原本就有高CP值的優勢,我們是國際產業鏈的重要一環,提供硬體的速度也快。」但他也提醒,「臺灣應該要有更多人投入網路設備的軟體供應,與系統解決方案的服務,才能在5G大商機裡有更高的供應鏈能見度,並享有高黏著度帶來的好處。」

 

以基地台為例,布建時有2個關鍵,第一是體積越小越好,第二是節省電力,「要做到體積小、性能好又可以省電,除了硬體之外還須靠軟體控制,「讓布建網路的業者直接跟你買就好,不用軟硬體分開來買。這就是臺灣未來的努力方向,必須想辦法做到軟硬整合,」丁邦安說。

 

工研院自主研發5G小基站,以因應未來布建相關應用產業。

 

兩大策略 助臺廠搶攻5G商機

 

配合5G三階段的商用化進程,目前工研院也正朝兩大方向努力,協助臺灣業者搶攻全球5G商機。第一步即是掌握5G基礎建設上所需的設備和元件/模組,像是去年工研院和18家臺灣業者聯手打造「5G基地台生態系」,共同開發5G小基站。此外,工研院在射頻晶片、功率放大器、邊緣運算等技術端,也有相關研發成果。

 

第二步則是為了提前布局5G中期及中後期,由企業主導的應用場域商機,工研院也投入很多資源與業者合作建構企業專網,初步鎖定智慧醫療、智慧工廠、遊戲電競等領域,「除了要讓數據通過你,還要能加值,才會是笑到最後的人,否則就只能做水管,」丁邦安說。

 

除了對內整合外,工研院也向外連結,和歐盟及日本合作開發5G技術。早在2014年,臺灣5G主要產官學研單位,包含工研院在內,就跟歐盟合辦EU-Taiwan的5G研討會,目前工研院研發的邊緣運算技術,便是當年的研發計畫成果之一。今年工研院將鎖定工業4.0的智慧工廠領域,有機會與德國大廠BOSCH合作。過去工研院也跟日本電信運營商KDDI合作,協助管理數據中心的軟硬體服務,在這些基礎上希望協助臺廠打進更多零組件設備(如天線或射頻單元等)的供應鏈中。

 

「5G網路是很重要的戰略產業,臺灣一定不能缺席,」丁邦安斬釘截鐵的表示。隨著5G到來,許多過去從未實現的應用,現在都將化為可能,我們站在歷史的轉捩點上,嶄新的行動變革即將上演。

 

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當號角正式響起

5G新興技術激發千億商機

 

 

5G號角吹響,世界各國正加速推動相關發展。臺灣5G服務也力拼今年第三季開台,屆時不僅民眾可體驗更快、更真實的影音直播,產業也能受惠5G更可靠的網路連結,推動數位轉型。工研院從5G關鍵技術切入,逐步朝應用端延伸,期待5G應用更快滲入各行各業,引領產業翻轉躍升。

 

電信大廠愛立信(Ericsson)的《5G商業潛力報告》(5G for Business: A 2030 Market Compass)指出,5G可望加速產業數位轉型,全球5G服務提供者在垂直市場商機,從2020至2026年呈現強勁成長,年複合成長高達50%,預計2030年來到7,000億美元,其中又以健康照護、製造、能源、自駕車、公共安全、影音娛樂為主要應用領域。

 

除了串連網通業者,打造5G基地台生態系之外,工研院也從邊緣運算技術切入,研發「多接取邊緣運算技術」(Multi-access Edge Computing;MEC),大幅降低網路延遲,提升使用者體驗;影音娛樂應用方面,開發VR 360直播系統,提供高畫質全景直播;路上跑的車聯網、空中飛的無人機相關技術也都準備好了,萬事具備,就待5G上路。

 

 

邊緣運算 5G低延遲重要功臣

 

「所謂的邊緣運算,就是讓聽見砲聲的人做決策,」工研院資訊與通訊研究所副所長丁邦安比喻,這項概念即是把原本放在王國中心位置的資料中心,移轉到國境邊界,讓每個需要服務的人身旁都有一朵雲能夠就近照顧,以利存取資訊,由於不必再遠道至遙遠的資料中心處理資訊,可將延遲時間縮短到以毫秒(Millisecond)計,同時減少骨幹網路的資料負載。

 

邊緣運算是促成5G低延遲的重要功臣,所謂「天下武功,唯快不破」,低延遲讓過去不能做的,現在成為可行,像是24小時不停歇的無人生產線、需要超快反應的自駕車、攸關生命與健康的遠距手術;以前做得不好的,現在則更臻完美,像是AI即時運算、擴增實境(AR)等,都能透過5G與邊緣運算技術升級使用者體驗。

 

工研院投入「多接取邊緣運算技術」研發,讓邊緣運算不只支援5G,既有4G、WiFi等訊號也能接取,這套讓邊緣運算「向下相容」的技術,可善用既有的前代設備,大幅節省建置時間與成本。此外,搭配「多接取邊緣運算技術」,工研院也開發出一套客戶辨別技術,可管理用戶身份,僅有取得授權的使用者可以使用服務。

 

相關應用如「AI影像邊緣辨識解決方案」,支援各類即時影像串流與AI辨識引擎,在人潮擁擠、人流眾多之處,搭配智慧看板與音響,辨識可能的推擠意外並提出警示;又如,GPS無用武之地的室內AR導航,也可運用邊緣運算,快速傳送圖資與使用者位置,降低手機端負載,提供更即時的導航與商店導購。

 

邊緣運算之於5G非必須,但卻是相輔相成,能打開電信封建王國,縮短運算時間達到低延遲,提供更多元應用。

 

5G高畫質全景直播  全場都是搖滾區

 

5G對影音娛樂產業的提升最為明顯,全景直播畫質可從4K提升至8K、16K,更新率從每秒30張提升到120張。更高對比、更清晰、細節更豐富的畫面,讓使用者有最接近真實的沉浸體驗,甚至激發出更豐富的互動式應用,如現場即時多視角觀看;而低延遲的特性也能帶來更舒適的觀賞感,使用者不再容易感到暈眩。

 

市面上常見的全景直播產品,解析度最高為4K,工研院開發的「VR 360直播系統」,現已可支援8K畫質,其解析度是市面產品的4倍;市面現有直播系統延遲時間達數秒,「VR 360」延遲僅數百毫秒。2019年在臺北流行音樂中心舉辦的「北流來襲測試演唱會」,即以5G專頻專網提供5G 8K VR第一人稱視角的直播,觀眾即使坐在最後一排,也宛如置身搖滾區,可清楚欣賞到歌手面部細微表情。

 

丁邦安表示,「VR 360直播系統」現已與網路整合並完成服務驗證,預計2年內有機會實現商業化落地。除了大型展演活動轉播外,VR/AR直播提供的第一人稱視角沉浸式體驗,未來也可應用於遠端操控指揮救災、多人異地視訊會議,導入AI深度學習,有機會在運動賽事轉播中,取代真人導播,再現精準、無死角的精彩瞬間。

 

中華電信領航隊去年4月在臺北流行音樂中心展示多視角高清直播、及觀看4.8K VR全景視訊直播等應用。圖為工研院VR 360技術,透過頭戴式360度全景顯示器頭盔,觀看8K VR全景視訊直播,讓場內後方觀眾也能同步感受與最前排觀眾相同的臨場感。
 

5G穩定高速 實現智慧交通夢想

 

5G時代最令人期待的,莫過於自駕車的實現。愛立信預估,2020至2026年,由5G技術驅動的車輛相關商機,年複合成長率高達137%。自駕車因需要大量即時高精圖資作為AI識別路況的依據,過去在固定場域做測試時,均採取預載方案解決龐大資訊量問題,但要讓自駕車真正開上路,在開放不定場域行駛,則有賴高速穩定的5G網路。

 

除了車輛本身,自駕車能上路,車聯網的輔助尤其不可或缺,5G大頻寬、低延遲特性,能提供更即時的影像,賦予車聯網更多創新應用的空間。工研院資通所經理胡鈞祥舉例,5G即時高品質的影像串流,搭配號誌、車間與行人資訊,遠端遙控汽車也不是問題;此外,仰賴即時人工智慧判斷的即時道路安全警示系統,受限成本偏高難快速普及,透過5G環境與行動邊緣計算,僅需原本五分之一的成本。

 

車聯網技術的兩大陣營,包括發展較成熟的專用短距離通訊(Dedicated Short Range Communication;DSRC),及近年急起直追的蜂巢式車聯網(C-V2X),仍在爭奪主流地位,工研院以深耕多年的DSRC技術為基礎,研發DSRC/C-V2X雙模車聯網系統,提供路側安全警示、行人安全警示、車內安全警示與即時車路資訊監控與管理等功能,為5G車聯網做準備。

 

以路側警示「iRoadSafe智慧道路安全警示系統」為例,可提供DSRC與C-V2X雙模規格,現已建置在包括基隆、雙北在內的8個縣市,共26個危險易肇事路口,提供行車安全防護預警。根據回饋,約可降低50%的交通事故發生率,有效提高路口安全,是實現智慧交通的入場券。

 

工研院研發車聯網系統iRoadSafe已在臺灣部分路口應用,未來結合5G將加速影像與圖資等傳輸運算資料時間。

 

救災、巡檢應用多 5G無人機成萬能助手

 

跨年演唱會、燈會等大型活動舉辦期間,瞬間湧入的大量人潮,往往造成手機網路壅塞,過去電信公司的解決方案多半是派遣行動基地台前往支援,而工研院則是巧妙將基地台與無人機結合,讓高高在上、暢行無阻的無人機,更有效率、靈活的解決網路塞車問題。

 

工研院資訊與通訊研究所組長李國徵表示,與地面行動基地台相比,於高空定點飛行的無人機,通訊涵蓋範圍更大。一般架設於地面的基地台,通訊範圍半徑只有100公尺,無人機搭載基地台升至30公尺高度,通訊範圍可擴大至300公尺。2019年10月,新北市政府於大都會公園舉辦的寶可夢活動,工研院派出繫留供電無人機,搭載3.5GHz基地站並部署5G專網,專供警方維安使用,避免商用網路壅塞問題。

 

搭配無人機的高度移動性,可擴大臨時基地站的應用,一旦偏鄉面臨天然災害以致對外網路中斷時,也可透過多台無人機進行點對點串聯,快速建立臨時通訊網路,有效監控災區最新情況。

 

早在2017年的美國消費性電子展(CES),工研院的4G操控無人機已成功完成跨洲遙控飛行的驗證,並在2018年花卉博覽會開幕時協助警用維安任務,此外,由於無人機具備影像即時回傳功能,還能執行橋梁、水庫巡檢,近期也與臺灣高鐵合作無人機橋檢。跨入5G時代,5G的大頻寬可讓無人機回傳更高畫質影像,搭配邊緣運算,可輔助無人機影像做即時影像辨識,第一時間就能判斷出橋梁的鏽蝕、裂縫,為維護國家基礎建設做出貢獻。

 

為展現5G低延遲優勢,工研院的5G+無人機,也擬朝向競技無人機方向發展。參與競技的選手戴上VR眼鏡,以第一人稱視角、體感操控無人機,5G通訊可支援即時圖傳、高速定位,確保選手操控手眼同步,並準確地提供競速排位計分,搭配無人機視角的混合虛擬物件,虛實融合,宛如駕機凌虛御風,娛樂效果十足。

 

工研院研發無人機搭載5G專網基站,不僅協助新北市警察局打造行動專網影音指揮車,用科技增加巡檢效率,傳輸高解析影像,以邊緣運算在第一時間完成分析。

 

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