遠傳電信5G 實驗室大揭密

遠傳電信9與19日首度對外展示斥資三億元與愛立信合作在板橋成立全台第一座、愛立信全球第 9 個的 5G 實驗室,正式宣告遠傳電信的「5G On The Road」!

版主因長期關注台灣電信資費與技術發展,有幸與3C達人悠小愷一同獲邀前往遠傳電信的5G實驗室一窺電信業者神秘的軍火研發庫。「內行看門道、外行看熱鬧」。遠傳利用現有的4G技術為何有辦法展示1Gbps的網速呢? 遠傳電信為何要斥資 3億元來成立技術規格尚未確認的5G實驗室呢? 以下提供版主這次參訪的觀察並提出個人觀點:

fet 5G實驗室    

 

1. 遠傳電信5G實驗室:

遠傳電信的5G實驗室位於板橋四川路上的遠東通訊園區(T-Park)附近。該通訊園區除了將規劃發展為「電信與軟體研發中心」的科技研發軟體園區之外,因與合作夥伴愛立信總公司有地利之便遠傳電信歷代的行動通訊實驗室皆設立在此園區內十多年來成績卓越,包含2014年就展現了TDD/FDD 雙網融合的領先技術。

fet 5g園區  

 

 

遠傳電信與愛立信合作成立5G 實驗室,主要是利用愛立信提供的5G PLUG-INS技術,包括:大規模陣列天線、多用戶多天線、虛擬化RAN、降低時延技術及智慧連結等Plug-Ins作為5G前導技術。

台灣各電信業者目前預計導入的5G前導技術有5G Plug-Ins、Lora、NB-IoT、MEC..。其中,愛立信與遠傳合作的5G Plug-Ins是版主相當看好可以成為主流的5G技術之一(各5G前導技術介紹詳見這裡)。

 台灣5g進度   

 

5G服務最慢將在2020年正式商轉遠傳電信預計在5G的相關標準與研究技術純熟後將逐步套用在現有的網路設備上,讓遠傳用戶就可以最先感受到網速的提升體驗及不同影音感受,進而研發各項創新應用、雲端技術、優化網路效能、建立物聯網(IoT)核心平台以及先進無線技術等,讓遠傳電信能夠領先其他電信業者率先帶領著台灣用戶從4.5G進入5G時代。

fet 5g成立  

 

 2.      現有的4G技術為何有辦法展示1Gbps的網速呢?

由於目前主流的基地站與行動裝置都是配置兩組天線(2X2 MIMO)每5 Mhz頻寬以達到的理論最大峰值(Peak speed)為37.5 Mbps。在3GPP標準定義中,最大可以支援到連續三個20MHz頻寬的載波進行載波聚合,達到60MHz的總傳輸頻寬。 換言之,現行已商化的4G技術(R12版本Cat. 10)最大的網速就是利用【20+20+20Mhz頻寬】 + 【3CA載波聚合技術】+【2X2 MIMO技術】達到下載450Mbps的理論最大峰值剛上市的iPhone7/7+就是標榜最大可支援450Mbps的4G LTE網速。

iphone7 450網速  

 

現行已商化的4G技術最大峰值只有450Mbps遠傳電信5G實驗室所展示的最大峰值1Gbps到底使用了哪些法寶而華麗變身的呢? 版主認為至少有4大法寶:

 

A.     法寶一: 4X4 MIMO多天線技術(150Mbps à 300Mbps):

現形4G基地台與裝置主流是採用雙天線(2X2 MIMO)來負責數據傳輸,遠傳5G實驗室則採用四根天線(4X4 MIMO技術)來負責傳輸。天線數量加倍,負責傳輸的幫手加倍了,原本 2X2 MIMO 技術下的20Mhz頻寬的最大峰值就可由150Mbps加倍變成為300Mbps。

不過,受限於手機內部空間有限,天線數量不能因要提升傳輸速度而無限制的增加。4X4 MIMO技術目前無法成為主流的原因就是現行手機要保持輕薄機構又要同時塞進四根天線,在技術上與成本上都有待克服才有辦法成為商化的主流產品∘

mimo  

 

B.   法寶二: 256-QAM 下行鏈路:

QAM (Quadrature Amplitude Modulation正交振幅調變)是數位訊號的一種調製方式。在調變過程中同時以載波信號的幅度和相位來代表不同的數字比特編碼把多進位與正交載波技術結合起來進一步提高頻帶利用率。(QAM介紹詳見這裡)

QAM訊號星座點數越多,每個符號能傳輸的數據量就越大。將目前下行鏈路主流的64-QAM提升到256-QAM 就像將原本6人座的車(2的6次方)升級成8人座的車(2的8次方)可以搭載的容量變大了,下行的峰值速度就可以提升33%。換言之原本20Mhz頻寬+ 4X4 MIMO的峰值傳輸速率為300Mbps若再加上256-QAM】,下行的峰值傳輸速率最可以變成400Mbps。

 

不過,如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點,會使星座點之間的距離變小,會使誤碼率上升,將導致【256-QAM】的可靠性會比【64-QAM】要差是目前5G實驗室必須克服的課題之一。

 

256qam  

 

C.  法寶三: CA載波聚合:

遠傳5G實驗室所展示的1Gpbs乃是利用2個20MHz頻寬的2600MHz基地台+4X4 MIMO+256QAM及1個20MHz頻寬的1800MHz基地台+2X2 MIMO+256QAM,然後透過目前相當成熟的3CA載波聚合技術將下行峰值提高到1 Gbps。

3ca  

fet 3ca測速  

 

【20Mhz頻寬】+ 【4X4 MIMO】+【256-QAM】的下行峰值傳輸速率為400Mbps,為何遠傳電信不利用3 CA技術讓下行峰值傳輸速率為1,200Mbps (3X400Mbps)呢?  目前全世界最快的數據機~Qualcomm Snapdragon SDX16 LTE Modem只能支援1Gbps的網速所以4G/5G網速要再更上一層樓,提供數據機廠商也得扮演重要關鍵的角色。

高通數據機  

  

D.    法寶四: 基地台Triple Band天線

目前的主流4G基地台都是分散式基地台(DBS)採用天線塔、BBU和RRU分離式的設計。這次遠傳5G實驗室所展示的1Gbps網速是在密閉的空間內並沒有透過行動基地台的無線天線來傳播而是直接拉線並將訊號衰減後接上電腦來展示。

 

4g基地台  

 

1Gbps的網速只是實驗室裝裝樣子還是可以真正在實務上使用呢 ? 在遠傳5G實驗室公開展示的空間裡,有座AARC澳訊公司所研發的大型基地台天線上面有十個天線接頭來為配合2個4×4 MIMO及1個2×2 MIMO的設計需求。由此可見,遠傳5G實驗室所展示的1Gbps網速不是裝裝樣子表演給現場的媒體記者看看而已遠傳5G實驗室看來已經備齊所有該有的基地台裝置設備了。

10天線    

 

另外,版主也在通往5G實驗室的走道的天花板發現Indoor Dome Antenna ( 室內圓頂天線),這種微型化的天線已經普遍使用在補救室內環境4G訊號不佳的措施,對於未來預計使用3.5Ghz~60Ghz超高頻段的5G服務應該是不可或缺的裝置

室內天線1   

PS:  為避免被電磁波魔人鎖定造成遠傳困擾,所以圖片加以馬賽克處理

 

這次遠傳電信邀約台灣媒體可以公開參訪的地方只是其5G實驗室的一小隅真正攸關遠傳的5H技術的Knowhow與商業機密其實都還是深鎖在大門深鎖的牆壁裡面。遠傳5G實驗室還有哪些未曝光的法寶呢? 只能仰賴遠傳與愛立信日後一一展示其實驗成果了!

神秘機房  

 

3.遠傳電信為何斥鉅資成立5G實驗室呢?

5G技術規格目前仍在各大國角力下尚未定案,國內4G用戶爭奪如火如荼,為何遠傳電信要斥資初期3億元率先在臺灣第一個5G實驗室呢? 把這些錢省下來降價、當行銷費用或是多蓋基地台,對用戶不是更有感嗎?

這次版主實際去參訪遠傳電信的5G實驗室後,有了很大的改觀,深深覺得成立5G實驗室是想要長期深根電信領域業者必要的投資。

 

A. 大多數5G關鍵技術是基於4G網絡技術延伸而來:

雖然5G技術規格尚未定案但大規模天線陣列、毫米波技術、新型網絡架構等許多5G關鍵技術絕大多數基於4G網絡技術延伸而來∘提早布局5G關鍵技術,不但可以為邁向5G提前布局,更可以升級目前的4G服務,可以說是「一兼二顧,摸蜆仔兼洗褲」∘

 

 B.  技術升級並非捶手可得:

5G是什麼呢? 簡單講就是,【10Gbps的最高速度】+【1000x的容量提升】+【1000億+的連接支持】+【1ms以下的延遲】+【10年以上電池續航力】。相較過去3G/4G技術演化的重點在於如何提升網速,5G不但要將過去從Mbps的網速單位一口氣拉升到Gbps,更要考量物聯網(可連接終端的容量大幅提升..)、車聯網(低延遲..)的運用。

 5g是什麼  

 

光是將網速提升到符合5G服務最入門的網速門檻1Gbps遠傳電信與其合作夥伴們至少要克服雜訊干擾(interference)、降低QAM訊號的誤碼率、四根天線如何塞入手機中…等等棘手問題。

遠傳5G實驗室向在場記者們展示幾近完美的1Gbps網速,然而光是打開實驗室大門,讓室外各式無線電波、雜訊干擾源得以進入實驗室後,馬上就把1Gbps完美網速大破功∘該如何讓干擾的影響降到最低,就得靠遠傳實驗室工程師們窮盡辦法Trial and error 去找出可以對這些雜訊與干擾更堅實(robust)的調變技術來一一克服難度超乎想像∘

雖然離5G服務正式商轉還有四年時間,但要突破目前面臨的技術藩籬,一定得與時間賽跑∘遠傳5G實驗室的成立目的就是盡早將5G前導技術可以在商化前將技術障礙排除,才能日後盡速提供給用戶良好的服務體驗∘  

干擾

 

C.  5G商機無限,現在不開始,以後會後悔:

5G服務不再只是侷限在行動通訊領域將在不同產業中扮演關鍵轉型的角色,包括汽車、公用事業、公共安全、高科技製造、網路數位、醫療、金融、媒體和遊戲..等,可謂之為2020年最重要的破壞性創新的怪獸」。科技進步驚人,現代社會目前使用的食衣住行育樂科技大都是這半個世紀所發展出來的。過去2G花了10年取代類比,3G花了5年取代2G,4G花了2年多用戶數就超車3G。雖然5G服務預計2020年商轉但商機無窮,現在不開始,以後一定後悔。

fet 5g plug ins

 

根據資策會的最新調查發現,台灣民眾平均每天花205分鐘滑手機,幾乎是看電視時間的兩倍,可見行動數據已經深入國人的生活之中,成為不可或缺的一項服務。然而對於多數人而言,行動通訊與技術卻是有種遙不可及的距離且因陌生而產生恐懼,伴隨而來的是無窮盡的基地台抗爭。

遠傳電信近期除了積極在全台擴建2600Mhz基地台讓其他業者看不到車後燈並費了九年二虎之力終於向台灣大哥大取回5Mhz的1800Mhz頻寬,這次廣邀媒體記者與部落客參訪過去被列為商業機密的電信實驗室可以看出遠傳電信對於未來投入5G服務展現捨我其誰的企圖心。版主除了必須給予遠傳電信掌聲外 ,也企盼政府與其他台灣科技/電信廠商能見賢思齊,應加快腳步做技術提升與轉型,一起攜手為台灣邁向5G時代打拼。

fet 5g商轉

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