張宏鉦／交通大學資訊工程學系博士，現為交大通訊服務與軟體研究中心研究員，專長為快閃記憶體、嵌入式系統及 5G 核心網路。
陳志成／美國紐約州立大學水牛城分校博士，現為交通大學資訊工程學系講座教授及通訊服務與軟體研究中心主任，專長為通訊網路、5G 核心網路、5G 人工智慧及車載系統。
什麼是 5G？
無線連網的方式有許多種，除了常聽到的 WiFi、藍芽另外就是行動通訊（mobile communications）了。行動通訊即是使用電信業者的「行動網路」，設有基地台與核心網路以供用戶無線上網。這種網路有分世代，5G 表示為第五代行動通訊技術（5th generation mobile networks）。現今的商業系統到第四代，第五代仍於商業化初期，臺灣目前行動通訊的使用以第四代為主，第二代之前則已經消失。
為求一致與規範，全球在行動通訊上也整合出第三代合作夥伴計畫（3rd Generation Partnership Project, 3GPP），此組織於 1998 年成立，專職於制定通訊網路的各項標準。成員包含各國的電信業者及通訊設備製造商，舉凡現在所用的手機、基地台和核心網路等設備或裝置，都是遵循著 3GPP 所制定的標準去設計製造。而之所以會有「第三代」這個名稱，是因為組織最初目的就是致力於推動第三代通訊網路的產生，即使後續的通訊網路標準仍然是由該組織所制定，但「第三代」這個名稱依舊保留了下來。
3GPP 每發布一個涵蓋完整議題的標準稱為一個「釋出（release）」，而一個世代（generation）會由連續幾個釋出組成。以 4G 來說，其標準就涵蓋 release 8（R8）到 R14 等多個版本。而現在的第五代行動通訊技術則是從 R15 開始定義且持續更新中。
5G 與 4G 的差異所帶來的變革
行動通訊網路每一世代的變動都會帶來傳輸速率的提升及網路延遲的降低。以 5G 來說，10 Gbit∕s 的速率是 4G 理論值上限 80～90 Mbit∕s 的約 100 倍；低於 1 毫秒的網路延遲也優於 4G 的 30～70 毫秒。換句話說，使用者將能享受更快的網路速度，需要大量傳送資料的服務，如高畫質網路影音播放及視訊會議等將會蓬勃發展。
然而， 5G 所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延遲降低，其最大的特色在於 5G 的應用將不再只是連結「人」，還提供給許多「機器」使用。舉例來說，更多的物聯網、車載通訊和穿戴式裝置將被加入到 5G 網路：想像一個街道上，一個交通號誌可以透過 5G 網路告知同樣連至 5G 網路的車輛或行人身上的裝置如項鍊、手錶等，這個區域的路況或所發生的交通事故；而車輛或行人之間也能透過 5G 瞭解彼此的位置及距離，在事故發生之前發出警告。甚至，家裡的電燈、電冰箱、烤箱、智慧電表、虛擬實境（virtual reality, VR）和擴增實境（augmented reality, AR）裝置等，或現在非常熱門的自動駕駛車等都能運用到 5G。
由於這些新應用的興起，以往接在基地台後方並負責資料傳輸、安全認證、行動漫遊等服務的「核心網路」將有著巨大的變化。除了更多的應用支援必須加入「核心網路」外，有著高彈性、高靈活性能夠隨時增加核心網路功能的「軟體化」及「虛擬化」技術將成為 5G 核心網路的發展主流，取代傳統不易變更功能、需要專屬硬體的 4G 核心網路。臺灣自行研發的「開放原始碼 5G 核心網路（free5GC）」，便是在這「軟體化」及「虛擬化」的變革下產生的，完全遵循國際標準 3GPP R15 所開發，且任何人皆可免費下載使用，使得核心網路不再掌握於少數國際大廠手中。
5G 世代與變革
一般來說，一個世代的商業化大約十年，像是 3G 到 4G 的商業化大概花了十年的時間。 2020 年，看得到的 5G 應用仍在初期，產品特點主要還是傳輸變快，但服務還是以「人」為主，「機器」還不會大量連上 5G。往後，相關應用則會慢慢出現，像是路上所有車輛及號誌要連上 5G 行動網路可能還要十年的時間。
過往 4G 的出現已經造成許多影響，像是如果沒有 4G，線上外送平台如 Uber Eats 和 Foodpanda 等服務都不會出現。因為 3G 的相關技術層次還沒達到，一直要等到 4G 的出現，並結合手機的定位功能，外送平台才能運作。有了這些平台後，餐飲業者便可以不需要在精華地帶開業，省下許多房租成本。換個角度來看，這可能會使熱門地點的房租下跌，連帶使周圍房價下跌，進而對社會造成非常大的影響。
從過往經驗來看，4G 造成社會極大的改變，而 5G 的變革將會比 4G 大。5G 和任何產業都可以結合，而這個結合將使得許多工作發生改變。在教育方面，遠端教學能取代面對面授課空間的限制，學生可自由選擇喜歡的授課教師課程。交通方面，自動駕駛車將使司機不再被需要，深入偏遠地區的探索將變得容易且頻繁。另外，因為安全考量而一直未能實際應用的遠端外科手術操作，也能因 5G 超低延遲的影像呈現而變得可能。而透過 AR/VR 裝置，與遠方親人朋友的交流也將變得如同當面互動般真實。
5G 帶來的挑戰
不過，也由於所有東西都可能連上 5G，使得公共網路安全的挑戰性將會更高，如連上網路的自動駕駛車可能因為被駭客入侵而相撞，電影中駭客修改紅綠燈號誌、使癱瘓交通情節將變得真實。另外，家裡連上 5G 電器設備資料有可能被竄改，而使家人陷於危險之中。由於對公共網路的依賴性增強，5G 的安全性就顯得比 4G 更為重要。
另一方面，還有一項巨大的挑戰，由於受物理限制，5G 無線訊號的傳輸距離會大幅小於 4G；也就是說，要服務同樣範圍裡的裝置，5G 需要設置比 4G 還多的基地台。無論是布建的時間或增加的成本所造成的影響，對於 5G 的普及無疑是一種障礙。
未來，5G 將很不一樣
4G 至 5G 的變換有太多新的應用出現，其變化比起 1G 至 4G 之間每代的變化大得多，且以前任何世代的轉換都沒有像現在 4G 邁向 5G 這麼熱門，常常成為媒體版面。5G 除了擁有快於前一代 4G 約 100 倍的網路傳輸 速度，並有著低於 1 毫秒的網路延遲外，能夠帶來快速且可靠的網路服務。與歷代行動通訊技術只專注「人」與「人」之間的通訊不同，5G 將能夠讓更多「機器」連接，如物聯網、車載系統及穿戴式等裝置，更多元的網路服務將會如雨後春筍而出。各多元的服務將被 5G 所提供，也因此核心網路的重要性將更勝以往，「軟體化」及「虛擬化」的技術也將大量使用於核心網路。然而，更多的裝置連接也意味著資訊安全將面臨更大的挑戰，且布建成本將大幅增加。
本文轉載自《科學月刊》第607期〈除了＋1，5G 比 4G 多了些什麼？〉。
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