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關於5G的錯誤認知

Inno-Thought Team
Oct 21, 2020
7 min read

(轉載自 CIO Taiwan 網站)

或許電信公司聲稱的5G並非全都是謊言，但是他們告訴消費者的關於5G的一切大多不是事實。

假如你相信電信公司所言－－5G將帶來每秒GB等級的傳輸速度，且延遲時間不到10毫秒－我必須告訴你，很可惜地這一切在真實世界將不會發生。本文將揭露5G的事實。

5G的三種類型

原因有好幾個，首先，5G從來就不是、將來也不會是一項單獨技術，它是一個涵蓋許多不同技術的總稱。其實，5G有三種類型，唯獨第一種，所謂的「毫米波」 (millimeter wave, mmWave)有可能實現GB等級的傳輸速度。

24GHz 以上高頻段（毫米波）

Verizon電信公司透過標語「This is 5G built right.」大肆宣傳的毫米波(mmWave)5G網路，事實上現今只有佈建在極少數的場所。毫米波目前使用的頻段是24GHz與28GHz，短期內也不會擴展到其他頻段上，因為它的傳輸範圍跟Wi-Fi差不多。當然你可以用毫米波5G覆蓋一座體育館，但是要覆蓋一整座城市？不如去做夢吧。

除了傳輸距離短，毫米波的另一個問題是它沒有穿透力可言。辦公室的隔間牆會阻隔其訊號，即使只是窗戶跟樹葉都會嚴重降低其傳輸速度。當然，在戶外你或許有機會見到GB傳輸速度-- 如果你同行的朋友們沒有把頻寬用盡的話－－至於在企業大樓內部嘛，別妄想了。在大多數建築物裡，能夠實現5G速度的唯一之道就是跟架設Wi-Fi一樣的方法－－用無線基地台來傳輸訊號。

噢對了，毫米波不是會拿到新的頻段嗎？37GHz、39GHz跟47GHz？理論上這些頻段的傳輸速度更快，但是他們的穿透力更弱，傳輸距離也更短。

換個方式，想像你在一輛車子裡，打算使用毫米波5G，要能維持穩定的5G速度，大約每隔150公尺就得有一座行動通信基地台，而非相隔一到兩公里，而且基地台跟你的車子之間不能有明顯視線阻隔。T-Mobile電信公司的技術長 Neville Ray 表示：「在人口密集的都會區域，毫米波5G的佈建規模永遠難以顯著提升，用途只能侷限於5G熱點的小型裝置」。他的說詞或許懷有私心，但他說的沒錯。即使透過波束成型(beamforming)技術把訊號對準、發送到用戶裝置，基於各種實際因素，毫米波頂多只能在城市裡實現。在道路上、在郊區或是鄉下，都不可能實現毫米波5G網路。

別忘了，你要仔細觀察才能看出差別。多虧了「適應性波束切換」(adaptive beam switching)技術，你手上的5G裝置會持續監控它接收到的訊號品質，當它發現將要失去毫米波訊號時（這會經常發生）它會自動跳到一個較穩定的訊號連線，這個連線的速度肯定比5G慢上許多：就像回到4G或甚至更慢的網路。

結論，毫米波5G只能作為誇大不實的宣傳用途，在日常情況下，未來幾年我們只能使用較慢版本的5G或甚至繼續使用4G。

6GHz 以下中頻段(mid-band)5G

第二種5G是中頻段(mid-band)5G，使用1GHz到6GHz之間的頻段，具有比毫米波更廣的覆蓋範圍與更強的穿透能力。Sprint電信公司是最早推出中頻段5G的公司，他們用的頻段是2.5GHz，實測平均下載速度可達到每秒100MB以上。相比之下，4G LTE 的平均下載速度只有略超過20Mbps。中頻段5G的傳輸範圍取決於實際使用的傳輸頻率，不過絕對遠勝過毫米波5G，且大約是 4G LTE 的一半程度。

既然中頻段5G這麼好，為什麼你卻很少聽到關於它的消息？那是因為雖然中國與南韓已廣泛部署中頻段5G，但在美國，中頻段5G使用的大部分頻帶已經被其他網路佔用了。

其中最顯著的區塊是稱為「C-Band」的頻譜，頻率在3.7GHz到4.2GHz之間，目前是衛星影像供應商及衛星手機服務業者在使用，他們可不急著讓出這些頻譜。美國聯邦通訊委員會(FCC)計劃在2020年之內公開拍賣C-Band頻譜，看來在這之前，C-Band是不會被分配給其他用途的。於此同時，美國的中頻段5G發展只能緩慢前進。

1GHz 以下低頻段(low-band)5G

第三種是低頻段(low-band)5G，T-Mobile電信公司在2019年12月6日正式推出，使用600MHz頻譜。如果你是老派的傳統電視愛好者，低頻段5G使用的正是UHF電視頻道38-51的頻譜。不過這不會維持太久，在2020年夏天結束以前，這些電視頻道就會轉移到新的頻率，好讓出頻譜空間給5G使用。

低頻段5G的覆蓋範圍比起前兩種5G或 4G LTE 都要優異許多，一座行動通信基地台就能覆蓋幾百平方英里的面積。它的傳輸效能起伏很大，但是至少具有 4G LTE 20+ Mbps 的水準，最快可達250Mbps。

這聽起來很棒，如果你居住在美國鄉村地區，低頻段5G將會徹底改變你的生活。如果你住在大城市，由於低頻段5G的頻譜將被分配給四家行動業者（隨著T-Mobile與Sprint合併，很快就只有三家），屆時T-Mobile的5G將沒有足夠的頻譜來展現其最佳優勢。根據早期研究報告的分析，低頻段5G通常還是會比 4G LTE 快，但有些時候反而較慢。

在真實世界 5G速度將遠不如想像

看到這些高速傳輸數字，可別興奮過頭了，真實世界裡有很多因素可能導致你無法獲得如此傳輸速度。坦白說，在5G網路上若能達到40Mbps的傳輸速度－－大約是我在 4G LTE 實測速度的2.5倍，我就會很開心了。以下解釋為什麼。

首先是網路基礎概念，一個網路連線由許多連結區段組成，整個網路連線的最快速度，受限於其中最慢的連結區段。換言之，無論5G的理論數值有多快，如果5G的骨幹網路 (backbone) 速度還沒提升，你的 5G 連線網路也快不起來。

今天如果有許多人爭奪相同的資源，例如頻寬 (bandwidth)，勢必會出現僧多粥少、資源不足的情況。目前 5G 裝置相對算少，還不構成什麼問題。但我預料，消費者購買 5G 手機的速度，一定會比網路業者部署 5G 基地台的速度來的快，到時候這個問題就會浮上檯面。

為什麼我認為 5G 基地台的部署速度不會這麼快？理由很簡單，你無法將既有的 4G 基地台直接升級成 5G，所有的硬體與骨幹網路都必須升級更新才行，此過程將昂貴且費時。

此外，在論及毫米波 5G 那宛如科幻小說裡的驚人傳輸速度時，別忘了我們需要部署更多更多的基地台才能實現。T-Mobile 技術長 Neville Ray 在一篇部落格文章裡提到：「在人口密集的都會區域，毫米波 5G 的佈建規模永遠難以顯著提升，用途只能侷限於 5G 熱點的小型裝置」。5G 的最快傳輸速度似乎不可能在鄉村或甚至都市郊區實現。

因此，5G 網路的覆蓋範圍將非常地不穩定。很多用戶會發現自己的裝置在 5G 與其他網路之間頻繁地切換，這應該會非常擾人吧。

其他5G擾人議題

驚訝嗎？5G手機比起同款4G手機來得貴。舉個例子，我在2019年12月寫下這篇文章時，Verizon的 Samsung Galaxy S10 5G 售價是令人瞠目結舌的$1,299.99美金。而它的兄長 Samsung 4G Galaxy S10 售價則是$899.99美金。沒錯，5G與4G手機確實有差異，最顯著的是5G型號配備256GB儲存空間而非128GB，但是為了使用5G網路，消費者值得為這些差異多付$400美金嗎？我不這麼認為。

電信公司勢必需要更多錢，才能建造5G網路所需的基礎設施，對吧？他們從哪裡得到這些現金？當然是你，消費者。目前只有Verizon宣布，他們將針對5G用戶，每個月、每台裝置索取10美元的額外費用。但是其他電信公司遲早也會跟進。

關於5G的誇大宣傳

電信公司如此誇大宣傳5G網路，長遠來看對5G沒有幫助。最糟糕的例子是AT&T宣稱的 5G Evolution (5Ge)，問題在於，它根本不是5G，它只是最新、最優異的 4G LTE 版本，「LTE Advanced Pro」。它的速度很快，我曾經見到40Mbps的實測速度，但絕對不是5G等級的速度。

再來，許多公開宣傳號稱，5G網路可在4秒鐘內下載完一部2小時的電影，延遲時間低於10毫秒。除了毫米波(mmWave) 5G以外，這些數字完全不切實際。這類宣傳引發另一個問題：在市中心裡漫步時，究竟有什麼情境你會需要在一分鐘內下載完一整季Netflix影集？若是沒有真正有用的使用情境，有時候愈快不見得就是愈好。

電信公司也明白這個道理，這就是為什麼他們在宣傳5G時不只提到智慧型手機，還提到其他尚未存在的使用情境，包括讓自動駕駛汽車得以彼此溝通。理論上，利用C-V2X（蜂巢式車聯網通訊，Cellular vehicle-to-everything)技術，自駕車可在無人介入情況下，互相協調找出停車的最佳處理方式。

其他的應用情境，例如Cognizant公司的企業策略副總裁 Randal Kenworthy 提到，5G將徹底改變物聯網 (IoT)，躍進程度可比當年由打字機轉換到電腦一樣驚人，因為5G將能使單一用途裝置（例如輸油管裡的壓力感應器）也能執行數位自動化的服務工作(例如，偵測到管線外洩，傳送通知給調節閥裝置，同時觸發警報通知承包商進行維修)。

或許5G真能帶給我們智慧汽車及裝置，但是這一切都還是好幾年以後的事，在Wi-Fi協助下，我們已擁有類似的汽車與物聯網創新技術，這些創新確實帶來改變，但是5G能夠創造先前無線技術無法達成的變革嗎？我不相信。

最後一個應用，或許是毫米波5G最適合的應用情境－－協助打造GB等級網路。雖然部署毫米波5G無線基地台代價昂貴，其成本可能還是比直接拉光纖到住家與企業裡面來的便宜。AT&T與Verizon對這塊市場特別感興趣，與此同時，T-Mobile正在研究如何提供無線ISP服務給都會以外地區，一開始以4G為主，隨即就會是5G。

聽起來不錯，不過正如電子前哨基金會(Electronic Frontier Foundation, EFF)指出：「AT&T與Verizon中斷了他們在家庭部署光纖網路的計劃…目前為止，光纖網路仍是本世紀家庭及企業最優質的網路連線方案，如今卻遙遙無期」。

此外，美國聯邦通訊委員會也發現到了，電信公司在宣布其網路覆蓋範圍及傳輸速度時不夠誠實，例如，「Verizon、U.S. Cellular 和 T-Mobile 極可能誇大每家網路業者的實際覆蓋率，在許多案例中皆未反映出真實的效能表現。只有62.3%的實際測試至少有達到網路覆蓋地圖上預測的最低下載速度－－實際測試中 U.S. Cellular 只有達到45%，T-Mobile達到63.2%，Verizon則是64.3%」。