由3GPP發布的5G技術發展使用情境，可區分為提供更高頻寬的eMBB，專為大規模物聯網應用而發展的mMTC，以及能滿足各種即時通訊需求，且可靠度更高的URLLC。由於三種應用場景鎖定的情境皆不相同，未來電信商的營運模式與發展的產業生態鏈，勢必也將有所不同。
構築5G藍圖 eMBB/mMTC/URLLC各司其職
資策會智通所主任馬進國(圖1)表示，目前5G New Radio大部分訂的標準，著重在eMBB，URLLC今年將會訂得更為完整，而mMTC則會逐步靠NB-IoT、LTE對接過來，因此標準會訂得比較慢一些。
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圖1 資策會智通所主任馬進國表示，小型基地台將會是發展eMBB的重要設備。 |
馬進國進一步表示，eMBB除了在6GHz以下的頻譜發展相關技術，也會發展在6GHz以上的頻譜。而小型基地台(Small Cell)將會是發展eMBB的重要設備，由於目前6GHz以下的頻譜，大多是以大型基地台發展的傳統網路模式為主，而較以6GHz以上頻譜的毫米波技術，便須要小型基地台來把速度衝得更快。而eMBB主要的應用會是在大流量的行動寬頻業務。
除了eMBB，URLLC則將會著重發展在6GHz以下的頻段上，主要應用會是無人車，因其反應必須很快，才能有效避免意外事故的發生。此外，另一項重要應用場域則是在智慧工廠，由於大量的機器都內建感測器，從感測器、後端網路、下指令，再傳送回機器本身的這些過程，若以現有的網路傳輸，將出現很明顯的延遲，可能引發工安事故。有鑑於此，URLLC將網路延遲的目標壓低到1毫秒以下。
而mMTC也將會發展在6GHz以下的頻段，其將會應用在大規模物聯網上，目前較可見的發展是NB-IoT。
以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、藍牙等，較屬於家庭用的小範圍技術，回傳線路(Backhaul)主要都是靠LTE，最近隨著大範圍覆蓋的NB-IoT、LoRa等技術標準的出爐，可望讓物聯網的發展更為廣泛。
高頻5G訊號跑不遠 小基站角色更吃重
在4G網路環境中，小型基地台主要扮演的是補強網路涵蓋死角的角色，主要的網路涵蓋還是由大型基地台負責。但由於5G通訊所使用的頻段更高，穿透力與涵蓋範圍將比4G更差，因此小型基地台勢必將在5G網路建置中扮演更重要的角色。
台灣資通產業標準協會(TAICS)秘書長暨工研院資通所副所長周勝鄰指出，無論是大型基地台還是小型基地台，一個區域裡基地台越多，該行動網路的系統容量也就越大。一個大基站涵蓋的半徑，可以從500公尺∼2公里，但容量卻是固定的，因此範圍布得越廣，單一用戶可以分享到的容量就越小，容易造成擁塞。如果能透過小型基地台組網，便可把不同用戶分散到這些基站去，進而讓容量增加。
未來5G小基站的觀念，會是在大型基地台底下，再布建好幾個小型基地台(圖2)。周勝鄰舉例，以台北市東區的面積來說，一座大型基地台的訊號涵蓋範圍已經足夠，但考慮到當地人潮擁擠、行動網路的流量也高，因此網路容量必須更大，才能滿足用戶需求。在SOGO等人潮聚集的地區再布建幾個小基地台，便可有效提高網路容量。
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| 圖2 超高密度異質網路 資料來源：TAICS, 台灣5G白皮書 |
周勝鄰進一步分析，但如此一來，大小基地台必須能彼此協調，否則反而會互相干擾。這對基地台規畫(Cell Planning)來說，是新的挑戰。目前大小基地台共存，仍存在訊號干擾的問題。除此之外，小基站彼此如果布得太密，也會有干擾的問題。因此，增加小型基地台所能擴增的網路容量，還是有其極限。以目前的技術來看，利用小型基地台，最多可把網路容量增加2∼5倍。
以中國移動為例，目前該公司是採用大小基地台異頻運作的方式來降低干擾問題。因為頻率不同的關係，該方式能成功避免大小基地台相互干擾。不過，此作法可能難以應用在台灣，因台灣電信商的數量較多，每家廠商的頻譜資源都很有限，單一電信業者很難有如此多的頻率可以使用。
徹底解決基地台干擾 UDN還得加把勁
工研院新世代通訊技術與應用推廣部經理劉家隆表示，5G UDN的研發目標，便是要在UDN環境下，解決基地台間干擾增加的問題，使小型基地台布建密度增加十倍時，頻寬流量可同時接近時被增長。
UDN提出把破壞性干擾，轉成建設性合成波的MIMO技術。從單一小型基地台導入整個UDN網路，透過MIMO與跨基地台之間的緊密協調，來消除干擾，此過程稱為Network MIMO。Network MIMO這種跨基地台合作技術，現已被視為是5G的重要技術之一。
Nokia解決方案營銷部台港澳業務銷售總監鄭志中進一步指出，由於目前部分電信營運商是用比較傳統的方式在運行小型基地台，沒有仔細規畫，而無法掌握干擾狀況。當大量部署小型基地台時，所有的基地台都必須有自我組織網路(Self Organization Network, SON)的能力，才能有效調整、控制訊號的大小，以大幅避免干擾的狀況發生。
鄭志中分析，如今干擾狀況的產生，有可能是電信營運商沒有考量到整體狀況，就直接進行部署，以致於無法順利擴充訊號涵蓋量。同頻雖然在先天上有不少缺陷，但現已有許多技術可以在後天進行改善。
5G帶來多重考驗 RF元件整合勢在必行
然而，無論大小基地台，為因應5G高頻、高容量特性，RF元件在整合度、系統功耗上的要求，相較4G LTE來得更高，因此元件供應商如何在這些更嚴格的要求下，保持成本競爭力，將進一步影響到5G商用化的進程。對元件供應商而言，如何進一步提高RF元件的整合度，使其在效能不打折的情況下降低功耗，將是一大挑戰。
ADI通訊基礎設施業務部中國區戰略市場經理解勇(圖3)表示，美國營運商Verizon和AT&T，計畫在2017年把5G毫米波技術，應用在固定無線寬頻接入網路上，從而提供家庭使用者高速的網路連接方案。ADI作為主要的射頻微波晶片供應商，多年來一致積極致力於微波和5G相關技術產品的研發和演進，提供整體訊號鏈解決方案。
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| 圖3 ADI通訊基礎設施業務部中國區戰略市場經理解勇表示，小型基地台在中國大陸的發展十分火熱，應用場景日廣 |
由於5G基地台採用大規模天線陣列(Massive MIMO)技術，每個天線的發射功率並不大。相對於傳統大型基地台來說，5G基地台對系統功耗、尺寸和成本更加敏感，所以對於RF收發器元件，要求其整合度更高，功耗更低以及成本更具競爭力。
解勇進一步表示，小型基地台是解決網路容量和室內覆蓋難題的重要方式之一，和大型基地台一起組成分層網路，已是業界的共識和趨勢。目前小型基地台在很多國家都有規模部署，在中國大陸的發展也十分火熱，應用場景日廣，主要產品形態以分散式射頻頭端(Radio Head)或光纖延遠小型基地台，以及一體化的小型基地台為主。
解勇指出，目前產業面臨的主要挑戰是，在如何取得更高整合度和更低功耗的目標下，保持成本競爭力。因為新的製程及及新技術的研發持續投入是巨大的，5G的成熟和大規模商用還須要很長一段時間。在元件指標上，由於5G標準還在制定之中，現在還不是很明確，但是由於5G的頻段包含微波和毫米波頻段，在元件的指標設計難度上會更大。
此外，伴隨各國陸續釋出6GHz以下頻譜，給行動寬頻使用，同時在2016年7月份，美國FCC也開放了近11GHz可靈活運用於行動和固定無線寬頻服務的高頻段頻譜，其中包括28GHz、37GHz、39GHz和一個新的64∼71GHz未授權頻段。
對此，解勇表示，ADI在6GHz以下，與6GHz以上頻譜的RF元件之發展策略是齊頭並進，6GHz以下頻段重點開發CMOS製程的基於軟體定義無線電(SDR)架構的射頻完全整合型收發器(Transceiver)方案，以及射頻取樣架構資料轉換器；6GHz以上頻段目前重點開發矽鍺製程的高性能微波整合元件。
NCC改採免審驗制度 小基站部署添動能
此外，近期美國與台灣政府，也各自發布對小型基地台發展有利的政策。合勤行動寬頻事業中心資深經理廖清波(圖4)表示，美國FCC釋出的CBRS頻段，將會是5G小型基地台發展的重要頻段。目前行動通訊所使用的頻譜多半是競標而來，授權費用相當昂貴，因此整個電信產業基本上是以大型營運商為主體，但CBRS頻段採用註冊制，任何註冊的業者皆可使用，因此將給中小型電信業者較大的發揮空間。而對這些規模較小的電信業者來說，相較於大型基地台，小型基地台自然是更經濟實惠的選擇。
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| 圖4 合勤行動寬頻事業中心資深經理廖清波表示，CBRS頻段將是5G小型基地台發展的重要頻段。 |
除了美國之外，在2016年底，台灣NCC亦放寬了小型基地台的設置審驗，改採免審驗制度。未來在台灣建設小型基地台將不必再逐一申請建置許可。廖清波認為，過去NCC把小型基地台當成大型基地台來管理，申請的過程十分繁瑣，管制放寬後，將對台灣的小型基地台發展有相當大助益。
周勝鄰則表示，此項放寬對電信營運商來講是好事，因為這意味著，小型基地台的布建將會更加容易。
在4G時代，小型基地台被視為用戶端設備(CPE)，在整體布建的基站規畫時，僅用來彌補大型基地台的不足，且衍生的干擾問題更讓業者對其印象大打折扣。在未來的5G時代，產業若能克服這些問題，開創出異質網路的全新商業模式，將是小型基地台蓬勃發展的一大利基。
