隨著下一代無線連接技術5G的出現，全球數位連接即將轉型。這項顛覆性技術將人工智慧（AI）、物聯網（IoT）、擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）等下一代技術的連接障礙推向新的機會，帶來新的效益。此外，根據IHS Markit (2019) 關於5G將如何貢獻全球經濟的報告，5G技術在2035年的經濟潛力將實現13.2兆美元的全球經濟產出。因此，在本部落格中，我們將深入探討5G技術的重要性及其在新數據處理和連接時代的關鍵效益。
什麼是5G？
5G是第五代無線連接技術，將使數位化更容易為企業、公共服務和個人家庭所用，以從物聯網、工業4.0和智慧設備的爆炸性成長中獲益。下一代無線連接技術，即5G，是促進智慧連接進步的催化劑。5G網路的速度比4G LTE快100倍，提供無限的行動寬頻、低延遲、超高可靠性和大規模機器對機器通訊。這些重大進展將影響各行各業，並將連接和無線性能提升到前所未有的水準。
5G 的背景
自1980年代第一代行動寬頻 (1G) 問世以來，行動蜂巢式網路已發展許久。如今，無線蜂巢式技術在連接互聯架構背後各種設備方面扮演的角色比以往任何時候都更加突出，而且連接得天衣無縫。
行動寬頻無線連接的演進：
- 1980 年代 1G：第一代提供類比語音，速度 <30 kHz，2.4 Kbps，延遲 1 秒。
- 1990 年代 2G：第二代引入數位語音和簡單數據傳輸，頻譜 <200 KHz，速度 64 Kbps，延遲 300 – 1000 毫秒（例如 CDMA）。
- 2000 年代 3G：第三代帶來行動寬頻，頻譜 <20 MHz，速度 2 Mbps，延遲 100 – 500 毫秒（例如 CDMA2000）。
- 2010 年代 4G LTE：第四代長期演進 (Long Term Evolution) 是比 3G 更快更好的行動寬頻，頻譜 <100 MHz，速度 100 Mbps，延遲 50 毫秒。
- 2020 年代 5G：第五代蜂巢式網路技術，增強型行動寬頻，頻譜 400 MHz 至 50 GHz，速度 ≥ 1Gbps，延遲 1 毫秒。
5G 技術如何運作？
5G 和其他行動通訊網路，例如 4G LTE，都使用無線電波或射頻 (RF) 電磁場 (EMF) 與基地台通訊。然而，5G 使用頻率更高的 EMF 頻譜。此外，5G 採用一種新的數位技術，可讓裝置同時連接多個基地台和天線，並透過多個定向波束，為 5G 使用者在廣闊的覆蓋範圍內提供更高的速度和頻寬。這項技術稱為 Massive MIMO，意指多輸入多輸出。
三種 5G 網路類型：
5G 網路有不同的類型。5G 網路具有廣泛的 EMF 頻譜，根據其無線電波頻譜將 5G 連接性分為三種主要類型。
低頻段 5G：
低頻段頻譜或稱為「覆蓋層」是指 1 GHz 以下的較低無線電頻率。5G 低頻段基地台訊號可覆蓋數百平方英里，下載速度約為 30-250 Mbps。大多數美國電信業者安裝的低頻段基地台頻率範圍為 600 至 800 MHz。低頻段 5G 略優於 4G LTE，資料傳輸速率快 20%。然而，憑藉低頻段 5G 的廣域覆蓋，電信業者可以為物聯網 (IoT) 和工業物聯網 (IIoT) 建立全國覆蓋的基礎。
中頻段 5G：
中頻段 5G，又稱「sub-6 GHz」，頻率範圍從 1 GHz 到 6 GHz，比 4G LTE 快約六倍。此外，儘管中頻段無線電波提供的服務區域比低頻段 5G 小，但中頻段網路在容量和覆蓋範圍之間取得了良好的平衡。目前中頻段的速度介於 125 – 200 Mbps 之間。然而，波束成形等更先進的技術將使中頻段頻譜達到 600 – 900 MBps。波束成形是一種特定的 5G 技術，它以相同的波長瞄準多個 5G 波束，以避免在高頻率下訊號干擾和流量損失。這項新的 5G 特定技術是 5G 網路結構的關鍵優勢，因為它將能夠在任務關鍵型應用中利用高頻頻譜帶進行有針對性的頻寬使用。中頻段基地台覆蓋範圍主要集中在大都市地區，訊號半徑可達數公里，不如低頻段遠，但仍比高頻段 5G 遠。與主要專注於低頻段和高頻段 5G 的美國電信業者相比，世界其他地區正專注於開發中頻段 5G 行動網路。中頻段 5G 網路非常適合中階行動應用，例如高速上傳和下載、擴增實境和用於數位工作空間的虛擬桌面。
高頻段 5G (mmWave)：
高頻段 5G 毫米波 (mmWave) 頻段比 4G LTE 網路快十倍。5G mmWave 頻譜範圍從 24-50 GHz，提供每秒千兆位元 (Gbps) 的速率，潛在可達 10 Gbps 的數據速率。mmWave 的特點是超快的性能和低延遲，但它的覆蓋範圍也很短，僅超過一公里。此外，較高頻率的無線電波無法穿透建築物、玻璃和樹葉等固體物體，這既可能是缺點也可能是優點。在某些情況下，這對於在智慧工廠中維持受限制、私密且安全的 5G 網路可能是一個優勢。大多數高頻段 5G 基地台將在體育場、會議中心和購物中心等人口稠密的城市地區提供。在當今的實際應用中，當您靠近 mmWave 基地台時，mmWave 5G 網路的實際速度介於 1-3 Gbps 之間。三星和高通等一些公司將標準提高得更高，高頻段 5G mmWave 的峰值速度超過 7 Gbps。
來源：T-Mobile
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低頻段 5G |
中頻段 5G (sub-6 Ghz) |
高頻段 5G (mmWave) |
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EMF 頻譜 |
<1 GHz |
1-6 GHz |
25-50 GHz |
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延遲速度 |
~250 Mbps |
125-900 Mbps |
高達 10 Gbps |
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覆蓋範圍 |
全國性，數百英里 |
都會區，數英里 |
人口稠密城區，不到一英里 |
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與 4G LTE 比較 |
快 20% |
快 6 倍 |
快 10 倍 |
5G 和 4G 有何不同？
過去，4G 或 4G LTE 網路憑藉其相較於第三代行動網路 (3G) 更快的速度和頻寬，已能在無線行動裝置上實現高品質的視訊串流和通話。然而，對於日益複雜且數據驅動的應用，4G 網路已成為需要即時、低延遲連接的瓶頸。但隨著 5G 高頻毫米波的出現，大規模可擴展連接的能力將成為可能，並具備 5G 性能的基準。此外，憑藉其使用的新介面技術、頻率和頻譜，5G 相對於之前的 4G 具有多重優勢：更高的寬頻、低延遲、大規模機器對機器通訊、更高的安全性以及更高的能源效率。
5G 推動互聯智慧應用的五大關鍵功能驅動因素：
1. 增強型行動寬頻 (eMBB)，超高速寬頻
5G 增強型行動寬頻指的是更快的數據速率（高達 10 Gbps）、更高的吞吐量、更大的容量和更廣闊的覆蓋範圍。此外，5G 網路 eMBB 將有助於改進各種功能，包括超高畫質和 360 度視訊串流、AR 和 VR。
2. 超高可靠度和低延遲通訊 (uRLLC)
超高可靠度和低延遲通訊 (uRLLC) 指的是網路對於關鍵任務應用程式的速度和品質提升，這些應用程式需要不中斷的即時數據交換，且不影響連線可靠性。例如，相較於 4G，5G 網路的 uRLLC 將延遲時間從 20 毫秒縮短至 <1 毫秒，可靠性達 99.999%。這為自動駕駛、機器人輔助遠端手術和工廠自動化等應用程式提供了關鍵的即時體驗。
3. 大規模機器類型通訊 (mMTC)
5G 也支援大規模機器對機器類型通訊，可實現廣闊區域內大量機器和設備的連接，涉及數據的生成、傳輸和處理，且無需人工干預。憑藉大規模多輸入多輸出 (MIMO) 和波束成形技術，中頻段到高頻段 5G 網路將受益於同時連接數量增加 100 倍的大幅提升。這項關鍵的 5G 優勢為工業物聯網應用提供了巨大的潛力，在這些應用中，感測器、設備和機器人可以相互通信以實現自主動作。因此，一些最受 5G 網路青睞的應用將從製造業和工廠自動化開始，其中感測器和設備在封閉的私人網路環境中即時通信。
4. 隱私與安全
企業對5G日益增長的興趣，另一個關鍵驅動因素是5G網路更高的隱私和安全性。企業可以為自己的應用程式建立私人5G網路。例如，透過在智慧工廠中建立私人網路，企業可以充分利用5G網路的eMBB、uRLLC和mMTC。同時，對其連接資產和應用程式進行更精確的網路控制，有助於提高針對公共網路漏洞的外部攻擊的安全性。此外，由於5G毫米波頻譜無法穿透固體物體，攻擊者需要進入設施才能存取公司的私人網路。
5. 能源效率、高可靠性/可用性及高效能能源使用
儘管5G網路性能強勁，但相較於前幾代蜂巢網路，它將提供更好的能源消耗和更低的成本。連接的5G設備將智慧地偵測如何在活動或閒置狀態下控制其能源使用。5G能夠透過高效地分配能源使用，將核心網路消耗降低90%。
5G 讓工業 4.0 技術發揮最大潛力
5G的潛力將以史無前例的連接水準徹底改變工業4.0經濟中的眾多應用。5G網路將有助於充分發揮工業4.0的全部潛力。它將增強各種智慧技術，如人工智慧、物聯網、進階數據分析、雲端運算、無人機、3D列印、機器人流程自動化等；所有應用都需要低延遲才能進行即時處理和即時決策。
將受惠於 5G 的部分市場領域：
在以下產業中，5G 將在許多方面做出重大貢獻：從加速處理、提高工作場所安全、提升營運效率，到降低工廠的碳足跡。
- 智慧城市 – 智慧建築和基礎設施
- 智慧製造 – 工業自動化
- 醫療保健 – IoMT (大規模醫療物聯網)
- Kiosk 和零售 – 增強型 AR、VR 和穿戴式裝置
- 能源和公用事業 – 智慧電網控制和預測智慧
- 汽車產業 – 智慧交通和自動駕駛
- 安全 – 公共安全與監控
下一代蜂窩網路或 5G 最終將取代行動連接領域，類似於 4G LTE 及其前身 3G。然而，5G 的影響將比任何其他無線技術都更為顯著，根據 IHS Markit (2019) 的預測，到 2035 年其價值將達到 13.2 兆美元。因此，資料和服務行業的數位化將經歷一場巨大的催化劑，其中大多數應用程式都將受益。因此，企業必須不斷利用最新的技術趨勢開發解決方案，以便在日益競爭激烈的資料數位化行業中保持領先地位和競爭力，這一點至關重要。如需了解更多關於 5G 工業運算解決方案的資訊，請造訪 Premioinc.com，以獲得最堅固、耐用的運算技術，用於您的極端工業部署。 。
參考文獻：
IHS Markit。(2019 年 11 月)。5G 經濟 | 5G 將如何促進全球經濟。