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[東華大學專欄] 5G與物聯網時代即將來臨 列印
作者是 user   
週四, 14 十二月 2017 08:27

資料提供/東華大學電機工程學系 副教授陳震宇

資料整理/記者江思婷

國際電信聯盟(ITU)在2015年6月公布了第五代行動網路(5G)標準發展的時間表,其後5G系統也正式命名為IMT-2020。不僅僅只有在語音、影像和互聯網瀏覽方面,IMT-2020還需要支援多種無線應用。

5G發展主要有三個面向:(1)增強型行動寬頻(eMBB)。其適用於高資料量頻寬的無線應用,像是高清(HD)影像、虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)等;(2) 高可靠低延遲式通訊(URLLC)。其應用於需要低延遲和高可靠性的無線傳輸如無人機,無人駕駛車輛/機器人,無人工廠等;(3) 巨量型機械式通訊(mMTC)。其用於大量連接、覆蓋面積大、低速率、低功耗、低成本的無線網路應用,如感測器、智慧儀錶以及物聯網等。

第三代合作夥伴計畫(3GPP)是目前最有能力制定5G最後標準的組織,其根據國際電信聯盟無線通訊部門(ITU-R)定義的標準內容,進而制定滿足ITU-R標準之技術規範。

自2015年9月開始,3GPP就已經開始了5G標準化的研究,在3GPP中,5G被命名為NR (New Radio),在過程中3GPP也預計透過兩期來完成5G標準規格制定工作。第一期為第15版(Rel-15),預計在2018年完成,第二期為第16版16(Rel-16) ,預計在2020年完成。Rel-15的範圍包括了系統為獨立(Standalone)和非獨立(Non-standalone)操作。獨立:NR提供全面的控制面(control plane)和數據面(data plane)功能;非獨立:NR只提供數據面,而控制面由LTE / LTE-A提供。

窄頻物聯網(NB-IoT)為3GPP中mMTC的應用之一,這種網路的目的是希望透過通信技術來滿足萬物互聯的需求,其未來可應用於智慧城市、智慧農業、智慧儀表等。NB-IoT的標準化的工作於3GPP Rel-13開始。

在Rel-13中,主要達成了NB-IoT一些較簡單的功能與需求,如增強室內覆蓋率、支援大量低吞吐量的裝置、可容忍較大延遲、超低的裝置成本以及低裝置功耗。由於在Rel-13只制定了初步的功能,為了能夠滿足更多的應用場景進一步增加市場影響,3GPP在2016年6月的RAN#72會議上提出Rel-14的工作項目(work item)對Rel-13技術進行了改進並擴展到支援原有LTE的一些其他功能,這些技術改進將使得NB-IoT資源能夠更有效地利用。

在Rel-14中主要的增強技術為以下六種:(1)定位功能(Positioning):在Rel-14中NB-IoT引入OTDOA定位技術,並且在有條件的情況下支援UTDOA定位技術。有了定位的功能之後就能大幅滿足物聯網眾多的服務需求。(2)多播功能(Multicast):為了支援NB-IOT的多播下行鏈路傳輸,如群組消息傳遞、軟體升級等功能,NB-IOT在Rel-14導入了LTE的SC-PTM多播技術。(3)非錨點載波增強(Non-Anchor PRB enhancements):在原本系統中,尋呼(paging)和隨機接取(random access)的功能只允許在錨點載波(anchor carriers)上執行。為了使整體網路的負載平衡,Rel-14中增加了在非錨點載波(non-anchor carriers)上執行的尋呼和隨機接取的功能。(4)移動性和服務連續性增強(Mobility and service continuity enhancements):為了增強連接模式的移動性以提高服務的連續性,Rel-14 NB-IoT在CP模式(Control Plane CIoT EPS optimization)下支援RRC連線重建(re-establishment)用來回復資源傳輸。(5)新的功率等級(New Power Class):由於某些地方適合較小容量電池的應用,因此在Rel-14中引入了14dBm的用戶設備功率等級。(6)功耗和延遲降低(Power consumption and latency reduction):為了減少傳輸更大的訊息所需的時間和功率,在Rel-14中NB-IoT支援2 HARQ和更大的TBS,並將一個非錨點載波的上下行峰值速率提高到140/125 kbps。

目前,世界各地都在積極布建NB-IoT網路,由於其低功耗、低成本、可連結大量裝置以及較遠傳輸距離的優勢能夠應用於各種不同的智慧系統中(智慧城市、智慧儀錶、智慧農業),可以預期的是這種產業變革未來將會帶領我們進入智慧生活萬物聯網的時代。