千呼万唤始出来！就在 7月中旬，美国联邦通讯委员会 (FCC) 全数通过将 28GHz、37GHz 和 39GHz 三个频段分配给 5G 网络使用，成为第一个落实 5G 标准化的国家。究竟，在设备商磨刀霍霍、号称数据传输速率最高可达 4G 百倍的下世代通讯，有哪些应用值得期待？我们真的需要在 2020 年就转而拥抱 5G？芯片商、营运商及系统整合商对于 5G 前景的看法又是如何？
犹记十多年前，「三网融合」(Triple- play) ——将电信网、广播电视网和互联网做数字汇流，开始成为热议焦点。随着时间过去，广播电视网几乎已被成功同化，如今，余下两端近身对垒、短兵相接的时刻俨然已至；而高通 (Qualcomm) 与英特尔 (Intel)，无疑是电信与互联网领域最具代表性的芯片大厂。
高通：5G连网应建立在统一架构上
●行动宽带须以使用情境为依归
在电信本业方面，高通主张应用处理器 (AP) 的效能指标应视其性质有所差异，一如不同车种有它最适合行驶的环境，而不同路况的交通流量亦有别。高通去年 9 月舍 ARM 公板、重新回归 Kryo 自主架构所开发的 Snapdragon 820 旗舰级单芯片 (SoC)，内建 X12 LTE 调制解调器的传输速率也会随着使用情境有所调整。辅以 TruSignal 多天线讯号增强技术，可减少断讯、改善通讯质量并延长电力。今年初新发表 256-QAM、4x20 MHz 载波聚合 (CA) 的 X16 LTE 调制解调器，可支持辅助授权接入 (LAA)、有效使用未授权频段，下载速度可十倍速提升、达 1Gbps。
●行动宽带须以使用情境为依归
在电信本业方面，高通主张应用处理器 (AP) 的效能指标应视其性质有所差异，一如不同车种有它最适合行驶的环境，而不同路况的交通流量亦有别。高通去年 9 月舍 ARM 公板、重新回归 Kryo 自主架构所开发的 Snapdragon 820 旗舰级单芯片 (SoC)，内建 X12 LTE 调制解调器的传输速率也会随着使用情境有所调整。辅以 TruSignal 多天线讯号增强技术，可减少断讯、改善通讯质量并延长电力。今年初新发表 256-QAM、4x20 MHz 载波聚合 (CA) 的 X16 LTE 调制解调器，可支持辅助授权接入 (LAA)、有效使用未授权频段，下载速度可十倍速提升、达 1Gbps。
图1：Snapdragon 820 在不同情境下的传输表现
数据源：高通网站
有鉴于用户对手机图像质量要求越来越高，高通对于周边 GPU (图像处理单元)、DSP (数字信号处理器) 和 ISP (影像讯号处理器) 亦下足工夫。采用 14nm FinFET LPP 制程和 64 位的四核心设计的 Snapdragon 820，同时搭载 Adreno 530 GPU、Hexagon 680 DSP 与 14 位 Spectra ISP，支持 4K 和 VR 显示、分工处理视觉运算和感测辅助定位，且可补强低光源摄影弱点，有效减轻手机镜头模块的厚重感，已顺利入驻 HTC、HP、小米、乐视、LG、Vivo、Sony 和 Samsung 等一线手机大厂，华硕最新 ZenFone 3 亦在列。
●收购 Atheros，倡导 Wi-Fi SON 架构
高通 2011 年收购创锐讯 (Atheros) 后，对串联电信与局域网络、优化异质连网具互补加乘效果，今年更提出「Wi-Fi SON」(自组网络) 概念，旨在简化家用与办公室 Wi-Fi 网络、让端到端连网效能优化。采用「Wi-Fi SON」解决方案的智能网关或无线路由器，可即插即用、自行配置组态、自主优化管理、自行修复、主动侦测及排除连网障碍、自我防御并阻挡未授权网络存取。资深副总裁兼连接业务总经理 Rahul Patel 宣示，高通的策略是就容量、内容与体验，以及覆盖率做整体布局，以更多频段、天线和效率提高寻址容量以改善用户体验。
高通 2011 年收购创锐讯 (Atheros) 后，对串联电信与局域网络、优化异质连网具互补加乘效果，今年更提出「Wi-Fi SON」(自组网络) 概念，旨在简化家用与办公室 Wi-Fi 网络、让端到端连网效能优化。采用「Wi-Fi SON」解决方案的智能网关或无线路由器，可即插即用、自行配置组态、自主优化管理、自行修复、主动侦测及排除连网障碍、自我防御并阻挡未授权网络存取。资深副总裁兼连接业务总经理 Rahul Patel 宣示，高通的策略是就容量、内容与体验，以及覆盖率做整体布局，以更多频段、天线和效率提高寻址容量以改善用户体验。
照片人物：高通资深副总裁兼连接业务总经理 Rahul Patel
Patel 从「感知情境」(Context Awareness) 来解构使用者所关注的面向：
1.自主行动：提供最好的使用者经验 (个人化) 与效能 (优化)；
2.情境推断：以智能算法辨别所处位置、目前活动状况、附近有多少用户，以及通讯环境质量；
3.资料收集：为维持连网状态，关键在于 LTE / Wi-Fi / 蓝芽的互补连接、运动／区域／趋近性的感测，以及使用习惯／行为的应用，而低功耗无疑是首要考虑。
1.自主行动：提供最好的使用者经验 (个人化) 与效能 (优化)；
2.情境推断：以智能算法辨别所处位置、目前活动状况、附近有多少用户，以及通讯环境质量；
3.资料收集：为维持连网状态，关键在于 LTE / Wi-Fi / 蓝芽的互补连接、运动／区域／趋近性的感测，以及使用习惯／行为的应用，而低功耗无疑是首要考虑。
高通认为，更大的容量有助催生新服务；采用多用户之多输入多输出 (MU- MIMO) 的 802.11ac (Wave2) 由于数据吞吐量和容量约是单用户 MIMO (SU- MIMO) 的3倍，可解决流量壅塞问题。Patel 指出，2X2 天线是目前 11ac 路由器主流规格，但高阶产品已直攻 4X4 接取；而支持 MU- MIMO 的 Wi-Fi SON 三频平台，可简化无缝连网并深化中阶无线通信市场渗透率。该平台包括 QCA9984 (4X4)、QCA9886 (2X2) 两款路由芯片以及网络处理器 IPQ40x9 SoC。
●Wi-Fi 多频齐发，60GHz 802.11ad 展新局
开发商可运用 MU-MIMO 扩大网络容量，并透过两个 5GHz 与单个 2.4GHz 频段组合，灵活分配网状网络 (mesh networks) 的传输效率。高通资深销售总监Terry Yen表示，SoC 在物料整合及端到端设计拥有多项好处：将 CPU、DSP、GPU、ISP、内存、感测／显示／多媒体处理，以及 LTE 调制解调器与蓝芽、Wi-Fi、GNSS 和 USB PCI 通讯协议整合，可一举拥有快速充电、电源管理接口、喇叭放大器、触控、感测、指纹辨识、编码功能，并实现滤波、功率放大、封包追踪 (Envelope Tracking)、RF 接收器、天线开关、天线调变设计。
开发商可运用 MU-MIMO 扩大网络容量，并透过两个 5GHz 与单个 2.4GHz 频段组合，灵活分配网状网络 (mesh networks) 的传输效率。高通资深销售总监Terry Yen表示，SoC 在物料整合及端到端设计拥有多项好处：将 CPU、DSP、GPU、ISP、内存、感测／显示／多媒体处理，以及 LTE 调制解调器与蓝芽、Wi-Fi、GNSS 和 USB PCI 通讯协议整合，可一举拥有快速充电、电源管理接口、喇叭放大器、触控、感测、指纹辨识、编码功能，并实现滤波、功率放大、封包追踪 (Envelope Tracking)、RF 接收器、天线开关、天线调变设计。
图2：高通支援 MU- MIMO 和 Wi-Fi SON 的三频平台
数据源：高通网站
此外，802.11ad (WiGig) 60GHz 新频段的另辟蹊径，便于无线备援及多任务处理。高通透露，乐视超级手机 LeTV Max Pro 是首款具备 802.11ad 技术的智慧手机，Elecom、NEC、TP-Link、宏碁与华硕亦将采用高通 802.11ad 端对端解决方案—— Snapdragon 820 处理器结合 QCA9500 802.11ad 芯片组与 IPQ 8064 参考设计的平台组合，目前最大数据传输率可达 4.6Gbps，在线观看 4K 影片毫无延迟感；搭配室内电力线通讯 (PLC)，可望带动 4K、8K 等超高分辨率的数字显示商机。
●物联网须有保全及跨平台能力
看好嵌入式系统及物联网 (IoT) 应用，同时间发布的还有整合 1X1 802.11n 及 5GHz 的双频芯片—— QCA4012，避开家用与智能手机常规 2.4GHz 频段以减少干扰，是去年 QCA401x 和 QCA4531 两款 Wi-Fi 芯片的衍生版本。QCA401x 整合微控制器 (MCU)，用于连接电灯、家用监视器等装置，提供 800KB 片上内存和多组扩展接口，可与传感器、显示器和致动器彼此互联，包含整套 Wi-Fi、IPv6、HTTP 通讯协议；QCA4531 支持 Linux / OpenWRT 环境下的程序开发，集成多个无线通信协议，最多可同时链接 16 个装置。
看好嵌入式系统及物联网 (IoT) 应用，同时间发布的还有整合 1X1 802.11n 及 5GHz 的双频芯片—— QCA4012，避开家用与智能手机常规 2.4GHz 频段以减少干扰，是去年 QCA401x 和 QCA4531 两款 Wi-Fi 芯片的衍生版本。QCA401x 整合微控制器 (MCU)，用于连接电灯、家用监视器等装置，提供 800KB 片上内存和多组扩展接口，可与传感器、显示器和致动器彼此互联，包含整套 Wi-Fi、IPv6、HTTP 通讯协议；QCA4531 支持 Linux / OpenWRT 环境下的程序开发，集成多个无线通信协议，最多可同时链接 16 个装置。
今年 COMPUTEX，高通再发布另一款强打低功耗、专为「单一功能」穿戴连网装置开发的 Snapdragon Wear 1100 SoC，内建应用处理器可支持各种 Linux 程序应用、语音、Wi-Fi 和蓝芽功能，并集成高通 iZat 定位引擎，供 multi-GNSS 多卫星和来电定位，适用于儿童／老人／宠物防走失手环、健身记录器、智能耳机等须长时间配戴的装置；尺寸更小、电池续航力更长、感测更智能，以及安全定位和随时连网是共通要求。运用虚拟栅栏 (geo-fencing) 技术进行安全监控——整合硬件加密引擎、硬件随机码产生器及 TrustZone，为消费者建构高标准安全。
有趣的是，「IoT」一词似乎不能满足高通对于物联网的期许，而改以「IoE」(Internet of Everything) 来指称；而终端装置也不再只被动接收讯息，将成为多重跳接式 (Multi-hop) 通讯的一环。如此一来，势必需建置有能力跨越极端变化应用的可扩展网络，以便在不同网络系统维持高效率数据传输，有效连接大规模物联网；让无法忍受严重延迟的新型态管控服务得以更安全、可靠；因此，高通格外重视「跨平台」生态系统，除了本身主导的 AllJoyn 平台，亦全面支持苹果 HomeKit 和 Google Weave 云端服务。
图3：高通 IoE 蓝图规划
数据源：高通网站
英特尔：5G 是「第三次数位革命」
●由互联网挺进电信网络
英雄所见略同，英特尔副总裁 Aicha Evans 剖析，如果 2G 是因应语音而生、3G 起源于数据传输、4G 志在视讯串流……那么 5G 就是为了串联数以几十亿计的人与物。她表示，现今的行动装置是基于语音和数据而生，但明天过后，所谓的「可移动性」已不再有明确定义，因为万物连网时代将正式来临！2020 年，全球将有 500 亿个「人、装置和机器」经由网络串联，成为驱动 5G 无线网络的主要动力。Evans 将 5G 称为「第三次数字革命」，是众多技术与广泛生态系的集合；运算与通讯融合是重点，而汽车、工厂、无人机只是诸多应用的冰山一角。
●由互联网挺进电信网络
英雄所见略同，英特尔副总裁 Aicha Evans 剖析，如果 2G 是因应语音而生、3G 起源于数据传输、4G 志在视讯串流……那么 5G 就是为了串联数以几十亿计的人与物。她表示，现今的行动装置是基于语音和数据而生，但明天过后，所谓的「可移动性」已不再有明确定义，因为万物连网时代将正式来临！2020 年，全球将有 500 亿个「人、装置和机器」经由网络串联，成为驱动 5G 无线网络的主要动力。Evans 将 5G 称为「第三次数字革命」，是众多技术与广泛生态系的集合；运算与通讯融合是重点，而汽车、工厂、无人机只是诸多应用的冰山一角。
继与美国 AT&T 联合测试 LTE 商用无人机，以扩展至物流、农业、建设与保险为宗旨，并与 Orange 电信、爱立信 (Ericsson)、诺基亚 (Nokia) 展示「延伸覆盖版 GSM 物联网技术」(EC-GSM-IoT) 后；今年英特尔再与鸿海集团结盟布局 5G—— 与旗下鸿通韬略研究院技术合作，并在鸿海投资的亚太电信网络测试与验证，冀达成下列目标：
1. 确保客户端设备可行：由英特尔提供 5G 芯片、参考设计与相关技术工具，协助鸿海集团进行 5G 客户端设备的先期验证机制；
2. 强化「行动边缘运算」(Mobile Edge Controller, MEC)：运用终端网络虚拟化 (Network Edge Virtualization, NEV) 软件和数据层开发工具包 (Data Plane Development Kit, DPDK)，实现高带宽、低延迟的实时存取；
3. 扩充城域网容量：共同开发微型「云端无线存取网络」(CRAN) 硬件平台与远程射频转发器 (Remote Radio Head, RRH) 技术，追求最佳成本效益。
1. 确保客户端设备可行：由英特尔提供 5G 芯片、参考设计与相关技术工具，协助鸿海集团进行 5G 客户端设备的先期验证机制；
2. 强化「行动边缘运算」(Mobile Edge Controller, MEC)：运用终端网络虚拟化 (Network Edge Virtualization, NEV) 软件和数据层开发工具包 (Data Plane Development Kit, DPDK)，实现高带宽、低延迟的实时存取；
3. 扩充城域网容量：共同开发微型「云端无线存取网络」(CRAN) 硬件平台与远程射频转发器 (Remote Radio Head, RRH) 技术，追求最佳成本效益。
图4：英特尔「行动边缘运算」及 NEV SDK 示意图
数据源：Intel网站
牵涉到网络基础建设，资金、时间、人力所费不赀，产业结盟有助资源共享与整合，是最有效率的方式之一。除了以软件定义网络 (SDN)、虚拟化建构 5G 通讯环境，英特尔也积极参与应用端开发，宣布与中华电信、胜捷光电携手打造车联网 (IoV) 平台，让车载资通讯 (telematics) 服务再升级，拟推出 UBI (User-based Insurance) 弹性计费车险系统方案。保险业者可经由「Driving Insight」手机 APP 或 OBD-II (On-Board Diagnostics-II) 车载设备收集驾驶行为等大数据，客制化保险服务，让素行优良的驾驶人受惠于良好开车行为及用车习惯，获得保险优惠。
●效能挂帅的连网应用，IT架构具优势
中华电信研究院智慧联网研究所所长罗坤荣表示，车联网解决方案有三大区块：云端平台、异质整合和终端设备，中华电信在前两者有很好的发挥；与英特尔、胜捷的搭档，刚好能在原有行动通讯基础上，补强设备端一角。他进一步说明，中华电信过去曾发展过商用车队、公共运输、交通号志等管理工程，4G 用户数也已达 500 多万，希望在既有语音服务之外，持续开发更多加值应用，为产险公司、汽车保养厂或驾驶人提供所需的服务，例如，产险公司可借助 UBI 降低理赔风险，未来还可扩及车辆安全等其他领域。
中华电信研究院智慧联网研究所所长罗坤荣表示，车联网解决方案有三大区块：云端平台、异质整合和终端设备，中华电信在前两者有很好的发挥；与英特尔、胜捷的搭档，刚好能在原有行动通讯基础上，补强设备端一角。他进一步说明，中华电信过去曾发展过商用车队、公共运输、交通号志等管理工程，4G 用户数也已达 500 多万，希望在既有语音服务之外，持续开发更多加值应用，为产险公司、汽车保养厂或驾驶人提供所需的服务，例如，产险公司可借助 UBI 降低理赔风险，未来还可扩及车辆安全等其他领域。
照片人物：中华电信研究院智慧联网研究所所长罗坤荣(左)、胜捷光电董事长暨执行长廖筠松(右)
胜捷光电董事长暨执行长廖筠松补充，不管物联网或车联网，「服务」都是关键词与核心价值；而终端信息是否足够？能否确实传送到平台处理？至关重要。之所以选择中华电信，是看中其除了 OBD-II 行车监控设备外，还支持 GoPro 等主动式行车记录器，可将车载信息完整送到云端平台深入分析；因为 UBI 应用只有简单数据不够，还需搭配影像数据才能精准判读。这些收集到的数据全交由中华电信云端系统管理，运用大数据分析功能以建构不同产业需求的参考模型。早期试行计划将以车险保户在六个月期间、300 万公里的里程测试结果为依据。
英特尔亚太日本区通路销售事业群嵌入式产品总监 Lonnie McAlister 介绍，新款解决方案结合胜捷光电内含英特尔 Atom (凌动) x3 处理器的车载设备 (dongle)，以及中华电信提供的巨量数据分析服务，让业界能利用现有 IT 架构开发新服务。英特尔 Atom x3 处理器将先进功能整合到省电的微型化组件封装，并提供车载资通讯软件开发工具包，方便用户开发云端及终端 APP，无须再为设计中间件 (middleware) 或设计客制化框架 (framework) 大费周章；同时致力培植产业体系，盼跨足零售、制造与医疗等产业，如：销售点管理系统 (POS)、医疗用平板等。
照片人物：英特尔亚太日本区通路销售事业群嵌入式产品总监 Lonnie McAlister
结语
综观上述，高通的 5G 蓝图规划是从三方面着手建立统一连网：1.加强行动寛频，将速率和容量 (Capacity) 极大化；2.确保关键任务服务的保全、可靠性和回应；3.提高密度、降低功耗和成本以推动大规模物联网；而英特尔则藉拉拢服务供货商与设备商为起点，不失为明智之举。遥想当年英特尔在 WiMAX、行动处理器乃至无线充电的错失良机，归根究底只有一个源头：这些皆是以手机等便携设备为应用大宗，对于低功耗的向往甚于运算效能，且当时过于轻忽电信营运商的逆袭力量所致。然时至今日，5G 气候一旦成形，或将另有一番景象。
综观上述，高通的 5G 蓝图规划是从三方面着手建立统一连网：1.加强行动寛频，将速率和容量 (Capacity) 极大化；2.确保关键任务服务的保全、可靠性和回应；3.提高密度、降低功耗和成本以推动大规模物联网；而英特尔则藉拉拢服务供货商与设备商为起点，不失为明智之举。遥想当年英特尔在 WiMAX、行动处理器乃至无线充电的错失良机，归根究底只有一个源头：这些皆是以手机等便携设备为应用大宗，对于低功耗的向往甚于运算效能，且当时过于轻忽电信营运商的逆袭力量所致。然时至今日，5G 气候一旦成形，或将另有一番景象。
待万物连网水到渠成，英特尔在一些工控领域或对运算能力需求高于功耗／散然的应用，显然又有了尽情挥洒的舞台，例如：工厂机器、汽车、服务器或基地台等基础设施。毕竟，这些应用的处理效能多少攸关人身、财产安全，非同小可。此次与中华电信、胜捷光电的指标性合作，使 OBD-II 车载设备可从车辆传感器撷取串流数据，及时向驾驶人、车队管理者、保险公司、甚至私有车辆业主发送警讯；不仅是英特尔在运输业 IoT 端至端应用平台投资成果的初步展现，亦可望让 Atom 芯片销售扳回一城，一扫过去在行动装置出师不利的阴霾。
