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三件事让你一次搞懂5G CPE
5G杀手应用的最後一哩利器

【作者: 吳雅婷】2021年05月31日 星期一

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时下最囹的网路技术就是5G行动通讯技术。而在台湾,行动网路应用相当热门,而且主要的连线装置是手机。除了户外与移动连网应用,在居家上网时,大多数台湾民众也会选用行动宽频,而且比例逐年增加。台湾国家通讯传播委员会(NCC)最新的通讯市场调查就显示,2020年有高达66.3%的受访者在家最常使用的上网方式为行动宽频,排名第二和第三的ADSL和光纤网路使用占比,分别仅有10.6%和8.2%。


不过,在物联网时代,需要连网的装置绝不止於手机,从灯具、音响、笔电、PC、超大型8K/16K电视,到XR装置、无人机、服务型机器人等新兴科技产品,全都需要高频高速的网路传输来维持运作与激发创新。而这些装置,有些可以支援手机热点等网路共用功能,但也有很多不能,因此如何让更多装置连上5G网路,成为物联网布局中的重要一步棋。


一方面,包含sub-6 GHz和毫米波频段的5G网路具备高频优势,能够宽频网路应用的有力支援,因而成为全球通讯大厂在拓展服务范围时的未来发展重点。尤其是2020年新冠肺炎疫情爆发後,远距办公与学习、影音通讯与串流、电竞等大量资料传输应用的需求激增,在家使用行动宽频的可能性也随之增长。


另一方面,5G还能无线运作,对於有线网路布建成本太高,或是受限於地理条件的地区,例如网路用户落点较为松散的乡村,或是农工业等占地广阔的垂直产业据点,5G还能展现极吸引人的应用潜力,提供宽频与无线的双全优势。而世界各国仍有不少地区并未支援宽频网路服务。美国NCC最新公布的宽频网路报告就预估,目前仍有多达1900万美国人无法使用宽频网路服务。


5G与远距应用的趋势就反映了全球市场对行动宽频的需求增长,而新一波的开发热潮已经展开,不论是电信商或网通设备供应商,都在积极扩大5G通讯服务与产品的布局,拓展除了5G手机以外的庞大市场。


1. 5G强势进场 CPE秒打脸光纤

CPE装置与FWA服务,正是5G的新兴开发焦点,两者不仅呼应了全球对行动宽频应用需求的快速成长,更被视为借助5G高频与无线优势的杀手应用,能在距离5G基地台5公里以上的地区维持稳定的Gbps等级高速传输性能,成功延伸行动网路的高频讯号覆盖范围。


所谓CPE,就是「用户前置设备(customer premises equipment)」,这些装置可以把通讯商提供的网路服务连接至有线的路由器或无线区域网路(WLAN)控制器,支援多个终端装置连线;由於建置在网路用户端,包含居家、企业办公室或工业厂房等室内外场景,因此通常被称作用户终端设备(customer terminal equipment)。广义来说就包含了手机、路由器、桥接器、数据机或接取器/分享器等网通装置。


而FWA,则是「固定无线存取网路(fixed wireless access network)」,能以固网形式提供宽频连线服务,属於相对於行动宽频的固定宽频。因此,FWA装置通常会排除手机、工业路由器以及NB-IoT、Cat-M1/2、Cat-1等窄频装置。


而5G CPE就是支援5G FWA的CPE,利用5G高频且无线的传输特性,扩展宽频网路的支援范围。行动晶片龙头高通就??注了大把心力开拓5G应用的多样性,除了行动平台,也持续开发FWA平台,这就包含了5G毫米波天线模组QTM527、QTM547,还有2019年与2021年推出的第一代和第二代5G FWA平台叁考设计。


就宽频网路而言,5G FWA甚至可说是完胜其他现有的技术,不仅传输速度上看10Gbps,大幅超越4G FWA时代的性能,与光纤技术角逐市占,更在网路布建上展现时间、成本与可行性的显性优势。


5G FWA能善用5G既有的基础设施,不需额外建置就能立即实现,布局更快,而且成本更低,还能突破光纤这类有线网路的地理限制,在偏远或人囗较不密集的乡村地区都能拓展应用。


2. FWA、Wi-Fi、热点:都是无线连接 但却大不相同

无线上网是目前台湾民众普遍的使用习惯。台湾网路资讯中心(TWNIC)最新的2020年研究报告就显示,台湾民众的无线上网使用率为83%,其中高达79%使用行动上网,仅约28%使用公共场合的无线区域网路(WLAN),例如Wi-Fi。


显见行动网路在市场普及度相当高,用户甚至可以透过手机开启网路共用功能(mobile tethering),这也是连接5G的现有方式之一。尽管对网路使用者来说,都是以无线终端装置连接,但其实Wi-Fi和FWA并不相同,而同样使用行动网路的热点又和FWA差在哪里?答案可以从网路讯号来源、频宽、讯号覆盖范围、连接装置数量和运作功耗来着手。



图一 : FWA、Wi-Fi和行动网路热点的技术异同。(CTIMES制图)
图一 : FWA、Wi-Fi和行动网路热点的技术异同。(CTIMES制图)

长远来看,行动热点的运作不仅很吃电,还会因此折损电池性能,而Wi-Fi在使用2.4GHz频段时,容易受到其他同样使用无线电波的装置干扰,例如微波炉,这也是为何利用CPE装置将5G行动网路讯号转换成Wi-Fi或是有线网路讯号,可以作为更理想的替代方案。


运用CPE装置,更多终端设备可以连接至5G网路,一般来说手机热点可以连接的装置数量落在5~8台,而单个CPE却可以连到多达32~64台,而且在功率和功耗的拉锯上,CPE可以找到最隹的平衡支点,还能结合Wi-Fi功能满足特定场景对无线连接的不同需求。


3. 5G与远距应用囹 欧美掀起FWA订阅热潮

5G CPE的全球市场规模正在快速成长,也就说FWA正在快速扩展,尤其是欧美地区。通讯设备大厂爱立信最新版《行动趋势报告》点出,2020年2月以来,除了亚太地区,全球各区的FWA采用率皆有成长,其中,西欧采用率第一,高达93%,其次是北美,仍有80%。


该报告更预测,到2026年底,FWA连结数量将会成长3倍,在全球行动数据总流量的25%,而企业与消费市场的数位服务需求、政府补贴,以及替代有线网路来延伸网路服务覆盖范围,是带动这波成长的三大原因。


目前在全球30个国家和地区,已有超过50家5G通讯服务商推出符合3GPP标准的5G FWA或家用宽频服务,共计132款户外与室内FWA CPE宣布或已经推出,上市的也已经有50款。全球行动通讯供应商协会(GSA)截至2021年4月的最新统计更显示,5G FWA或家用宽频市场将在5G行动网路越来越重要,目前12%的5G通讯服务商已经投入,而CPE在5G装置的市占也达到18%以上。


频段使用方面,目前已推出的5G FWA服务运行以3.4GHz~3.8GHz的sub-6 GHz频段为主,仅有义大利和美国支援26GHz以上的毫米波,峰值传输速率更创下2Gbps以上的纪录,最远可将5G商用网路的毫米波讯号延伸至7km之外。



图二 : 目前全球5G FWA服务以sub-6 GHz频段为主,仅美国与义大利支援毫米波频段。(CTIMES制图)
图二 : 目前全球5G FWA服务以sub-6 GHz频段为主,仅美国与义大利支援毫米波频段。(CTIMES制图)

结语

5G除了透过手机在行动网路市场站稳独霸地位,现在还有机会透过CPE,让无线固网在家用和5G垂直产业中崛起。科技产业研究公司Counterpoint Research在2020年时就预测,未来十年用於FWA的5G CPE累积产值可高达100亿,在2030年前以47%的CAGR高速成长。


尤其是面对毫米波的衰减问题,除了透过例如TDD/FDD传输技术等软体升级,以时间或频率分隔来实现资料频宽的动态调配,还可以搭配室内或户外CPE等硬体来延伸讯号范围,尤其是高功率CPE,对实现超通量的资料传输将大有可为。


在疫情趋动的远距应用带动下,5G将会在无线宽频网路的普及化发挥关键作用,不论是连线需求密集的市区,或是用户位置松散的乡村,未来都极有可能借助5G高频的宽频优势,进一步扩展高速连网的新兴应用。


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