智權報總覽 > 產業與經濟           
 
中日韓搶訂 5G規格 台廠難為 專利落後
唐鴻╱北美智權報 編輯部
2014.06.17
網際網路的未來發展,焦點之一在物聯網(Internet of Things, IoT)的興起與發展,需要足夠的行動網路頻寬與速度支援,但目前商轉的3G甚至4G技術,無法滿足物聯網未來發展的巨大頻寬與速度需求,顯然將成為瓶頸所在!因此各國幾乎都以國家的力量推導5G技術,顯非只為了通訊需求,更為搶佔物聯網應用的核心制高點。以目前的專利布局觀察,台灣已經遠遠落後,可能拖累IT大廠與政府高喊的物聯網戰略之執行,必須另闢蹊徑加速追趕!

國際研究暨顧問機構Gartner預測,不遠的未來,5年多後2020年,物聯網相關裝置將遠遠超過PC、平板、智慧手機等以人為主的網路終端,將達到260億台,後者僅73億台,而物聯網產品與服務將創造1.9兆億美元的商機。網路大廠CISCO、電信設備製造商Ericsson甚至都認為,到2020年將有500億個裝置聯網!看到這些預測,雖感受到物聯網的光明未來,也反思:「這麼多的裝置需要聯上網路,且大部分都是行動裝置,目前的行動通訊頻寬足夠嗎?」


5G是打造物聯網的基礎建設  資料來源:網路蒐集,標示為非商業用途重複使用

行動通訊的頻寬不夠速度緩慢,或是訊號不足無法通訊的狀況,目前隨處可見,例如跨年晚會時,行動通訊的訊號塞爆,連文字簡訊(2G)訊號都傳不出去,或是在高速移動的高鐵…甚至僅80公里時速移動捷運列車上,3G訊號就斷訊了,很明顯這樣隨時會「塞車」或是「消失」的行動網路,絕對無法成為物聯網的基礎。

雖然有人會認為,不是每一個聯網的裝置,都依賴行動通訊網路,固網、Wifi、藍牙、RFID等技術,都能協助一部分的通訊,但行動通訊網路的需求巨大,且預計將是最重要的部分,例如以GSMA最近公布的資料顯示,2010-2013年,亞洲增加了5500萬個M2M(Machine to Machine)連接數,而中國大陸地區增加3900萬居冠,主要來源是能源與運輸業的成長。以這兩類運輸需求分析,行動網路都比其他的網路連接方式,更符合需求。這也由汽車大廠寶馬(BMW)加入5G的研發,並發表「5G是自動駕駛汽車的關鍵要素」等論文,亦可探知相同結論。

物聯網需要高頻寬、高速率、高穩定性的
行動網路為基礎建設 3/4G難堪大任

既然3G行動網路成為物聯網的基礎非常勉強,那4G網路又如何呢?根據ITU-R(International Telecommunications Union-Radio communications sector)對4G(IMT-Advanced)的定義,定點或是慢速移動有1Gbps下行速率,高速移動中有100Mbps下行速率。但…台灣公佈的4G表定速率,目前定點速率幾乎都只有100Mbps以下,根據媒體實測公佈,剛開台的4G網路,使用者不多的情況下,最高速率僅66Mbps,而如香港等4G開設較久,使用者很多的情況下,更僅有20Mbps的速率,甚至不及3.5G的理論值56Mbps。且就算密集的佈建4G基地台,4G技術面對物聯網,仍將出現許多瓶頸:

1、無法應付聯接裝置數量激增:根據Gartner資料,物聯網裝置由2009年到2020年將成長30倍。一個行動通訊網路節點的裝置聯接數爆量增加,根據中國大陸5G推進組公佈的資料,在裝置密集處需達到100萬個裝置/平方公里之連接能力,遠超過目前4G基地台的負荷。

2、尖峰吞吐流量不足:物聯網裝置再加上其它聯網裝置的數量激增,以及高畫質串流、影音監控等應用的頻寬需求,中國大陸通訊商大唐科技估計2020年移動通訊數據流量將達到2010年的1000倍,特別是尖峰時間的需求,將達到100Gbps/平方公里以上。

3、更高的頻譜效率:行動通訊所使用的頻譜並不是無限制的資源,4G目前已經比3G的頻譜效率提升約3.3-5倍,但仍遠遠不及物聯網大量裝置聯接的需求,尤其是高速移動時(超過120Km)連接能力依然不足,5G估計需較4G再提升約10倍的頻譜效率。

4、更低的尖峰遲延:物聯網包含工業控制,醫療照護等應用,特別是遠距醫療與居家照護等應用,都需要降低傳輸的遲延(latency),5G要求比4G縮短10倍,達到5ms以下。

5、更有效的保證速率:無論是3G還是剛剛開台的4G,覆蓋率與傳輸速率都很難達到理論上的傳輸速率,更遑論多人使用的狀況,而基地台架設遭抗爭,甚至被拆除,造成覆蓋率不佳或單一基地台負載連接裝置過多,都更讓這個問題雪上加霜,以4G為例,目前定點連接速度,連理論速率的10%都無法達到。5G則需達到更佳的保證速率,特別是高速移動時,能夠達到穩定10Mbps,定點達到100Mbps(基地台訊號的邊緣地區亦然),才能滿足應用需求。

以目前已經有的「智慧型救護車」概念為例,架構是在救護車上安裝各種醫療監測儀器,以及視訊監測系統,將病患(特別是偏鄉距離較遠的路途上)的生理與傷病狀況即時傳回醫院,甚至醫師遠距先行診斷…但是目前3G或4G的訊號上傳速率不足,遲延又大,造成比較大與複雜的資訊(如高畫質的病患傷口影像)難以傳輸,自然也嚴重限制了運用範圍。


5G技術概念,資料來源:IMT Vision towards 2020 and Beyond

各國佈局5G非只要取得電信領域規格 更為佈局未來的物聯網

5G並非要取代4G的技術,而會與4G甚至3G並存,如前述,5G世代行動通訊網路主要的發展方向,已經由人的聯接轉向物的聯結,可說是物聯網世代的「戰略高地」,為了搶佔這塊戰略要點的領先,雖然大部分國家的4G網路都還未商轉多久,甚至剛剛起步,各國就已經開始大力佈局5G網路,並幾乎都不約而同的希望最慢能在2020年前商轉,距今僅餘5年多,而5G初期標準甚至預計在2016年即將公布,距今僅1年多!

目前已經在檯面上的5G發展組織,包含歐盟部分國家組成的METIS(Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)、韓國的5G Forum、日本的2020 and Beyond AdHoc,以及中國大陸的IMT-2020(5G)推進組,除了相關廠商,幾乎都有國家的力量在內協助發展。美國目前為止雖然未有全國性的計畫,但各別廠商如美國國家儀器(NI)、諾基亞(Nokia)等等,皆已投入5G相關技術的研究。

這些組織內的相關成員與國家,除了各個預計投入大量研究經費外,如韓國預計投入6年15億美元,歐盟一開始就投入5千萬歐元,大陸廠商華為一家業者就預計投入5年6億美元…等,更重要的是,各家廠商並非獨自關起門來閉門造車,而是積極的互相聯結,參與對方的計畫,例如主導日本研究計畫的廠商NTT Docomo,今年5月宣布將展開5G網路測試計劃,除了日商NEC、Fujitsu以外,尚包含外國廠商Ericsson、Nokia、Alcatel-Lucent、Samsung,分工研究5G規格內的相關技術。

而南韓與歐盟在今年6月,更簽署協議,將聯手開發5G相關技術,希望提前在2015年,就能夠推出5G相關的技術規範,讓強強聯手徹底壓倒其他競爭者,搶奪規範制訂權。

5G專利佈局 韓國深耕已久Samsung與LG皆領先群雄

5G在不久的未來就要公佈初期規範,實際上韓國與歐美等廠商早在7-8年前就已經開始佈局相關專利,以本報報導過的US20110182174 A1專利為例,可以觀察出Samsung是以毫米波(millimeter wave)為5G訊號的載波,透過28GHz的頻率傳送資料,但因為毫米波訊號衰竭與穿透力,隨著距離與障礙物的增加,都衰竭的很快,所以Samsung設計出64根天線的增益技術,來克服這樣的問題。

根據USPTO的資料檢索,Samsung毫米波的專利有223篇,佈局頗為嚴密,最多技術領域在Class 370 “MULTIPLEX COMMUNICATIONS”(多工通訊),其次是Class 455 “TELECOMMUNICATIONS”(電信),再其次是Class 375” PULSE OR DIGITAL COMMUNICATIONS”(波或數位通訊),而在Class342 “COMMUNICATIONS: DIRECTIVE RADIO WAVE SYSTEMS AND DEVICES (E.G., RADAR, RADIO NAVIGATION”(電信:指向性無線系統與裝置,例如雷達與無線電導航)也有專利佈局其中。

而整體觀察,Samsung的5G相關專利都算進去,約700件,連LG都有300件,兩家韓廠加起來已經有約1000件專利,連起步不久的華為都有約183件專利,另外美國專利授權公司InterDigital也有超過800件專利。而台灣廠商包含聯發科、宏碁、宏達電和工研院所擁有的專利合計,尚不及華為一家公司。

規格制定台廠專利追趕已不及 需從5G技術特性切入尋找利基

直言之,多年前的4G規格由WIMAX與LTE競奪時,台灣產官學界「押錯寶」全面投向WIMAX,讓LTE成為主流後,根本無力追趕領導廠商的智財佈局,而因為4G的技術基礎不夠紮實,有不少關聯性的5G的智財佈局更無法展開,目前要切入5G技術規格的標準制訂,恐怕已經有很高的難度。

不過,在5G智財的競逐上,台廠也不是沒有機會,如前述5G可能採用毫米波通訊技術,致使訊號衰竭的技術限制下,目前大基地台的概念,應會轉為大量的小細胞基地台(Small Cell),當然4G已經有小細胞基地台,但5G結合物聯網概念,可以是獨立式(Stand alone)規格,更可整合數據機、數位機上盒、系統整合服務的樣貌,當然終端裝置如手機,支援5G規格,也是研發重點。

5G相關廠商

基礎建設

中華電

晶片設計

聯發科

終端裝置

宏達電

小型基地台

中磊、正文、合勤、亞旭、智易、明泰、台揚、先豐

韓商Samsung、LG台灣供應鏈

Samsung

大立光、晶技、凌耀、閎暉

LG

晶技、大立光

全球產業分工,會因為5G的出現而重組,更隨著物聯網在5G加持下的深化,商機也不侷限於傳統電信產業,例如車用電子,遠距醫療都有相當利基,建議相關廠商應儘早展開智財佈局。

 


Facebook 按讚馬上加入北美智權報粉絲團