5G 商業化瓶頸何在?專訪諾基亞 5G 領導主管 Volker Ziegler

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 05 日 12:00 | 分類 晶片 , 網路 , 網通設備 follow us in feedly

目前許多人所看的 5G 議題往往談到的是其性能如何卓越,速度又多麼快,經濟規模多大,尤其又加進了許多新興科技的詞彙,如 AI、雲端及大數據等,往往被部分人認為是誇大其詞,但實務上,5G 到底是如何實現的呢?其真正帶來的改變在哪裡?




若談到 5G 相關技術,通常想到的是,如大規模天線、先進通道編碼、超密集組網、波形設計及新型多址技術等,而最常出現關於 5G 系統的探討,往往也是指增強行動寬頻(eMBB)、超可靠低延遲通訊(URLLC)及大規模機器通訊(mMTC)這三大標準。

但全球 5G 領導廠商諾基亞認為,實現 5G 最大的困難可能與一般人想像的並不太一樣,許多人可能會有一些誤解。從 4G 進步到 5G 並非只是今天研發出了一個新設備,然後讓廠商淘汰掉舊有的設備而已,最困難之處,也不在於如何提高資料下載的速度。 5G 技術的確是一種改變網路及產業結構的飛躍性進步。

5G 網路架構的五大領域

科技新報這次訪問了 Volker Ziegler 博士,他是 Nokia 5G 網路架構師及領導部門的主管,負責 Nokia E2E 5G 計畫。他不僅是個工程師,還必須與業務部門協作推動 5G 差異化及發展藍圖,確保貝爾創新實驗室技術的著陸,以及與合作夥伴們最大化 5G 的影響力。他指出,若要談實現 5G 的關鍵技術可以分為五大領域。

當然首先是無線電(Radio)這是最常被談及的,其中有許多耳熟能詳的名詞,但他認為其中最關鍵的部分其實是晶片,這就與比較常見的看法不同。所以諾基亞針對 5G 設備的需求研發設計了專用的晶片組 Reefshark,能更好的驅動各部件的運作並發揮出效能。

其次是機器學習,這通常不會直接與 5G 聯想在一起,但這是必不可少的,因為機器學習是能從根本上促進 5G 效率的重要工具。不僅是在軟體應用上,也能在硬體上促進無線電的效能,例如波束賦形技術(Beamforming),所以諾基亞利用過去 RFIC 的經驗來研發自己的 5G 晶片組。

▲ Nokia ReefShark 晶片組。

第三,是雲原生(Cloud Native),Ziegler 指出,對諾基亞而言,硬體上的障礙並不是什麼最大的挑戰,而是設計出能夠適應產業需求的架構,包含硬體及軟體都是如此。而在他們的構想中,5G 必然是一個雲原生的概念,有著環境適應、自動化及效率提升等特性,將可以大幅降低廠商的成本,其中包含了共享數據層(Shared Data Layer)等技術。其晶片也同樣在邊緣運算上也很好的表現,並能更好的管理雲端系統。

所以第四也就是網路切片技術(Network Slicing),不僅是網路功能虛擬化(NFV)的解決方案,更進一步的發展出零接觸(Zero touch)及自動化(Automation)等性能,以帶給客戶更好的商業體驗。網路功能的高度客製化,將能塑造新的價值典範。當然這些技術也並非只有諾基亞關注,其他業者也有類似的解決方案。

不過最後,Ziegler 提到了一個較為少見的議題,也就是開放度(Openess),他認為這是 5G 網路非常重要的特性,將能打造一個充滿創新的生態環境。而這原本也算是諾基亞的傳統,早在開發手機時期,就投入開源軟體的倡議。所以如今諾基亞與產業夥伴,共同創設 Open Ecosystem Network,以進一步延伸諾基亞的數位方案。而主要用意也是要讓軟體開發能跟上更快的需求節奏,並補充現有 5G 標準之不足。

▲ Nokia 5G Future X 架構。

5G 並非只是誇誇其談

諾基亞表示,5G 所帶來的變革並不誇大,電信商轉型「CSP to DSP」也不僅是口號而已,而是現實中的趨勢。5G 商業化首重的還是產業需求而不是技術理想,網路建置及維護成本的降低,才更有說服力。所以 5G 的飛躍性是來自於整個操作模式以及網路架構的轉變。如何結合軟硬體及新興科技,設計出最適合現今產業需求的網路架構,才是實現 5G 最困難的挑戰。

當然最終要完成這樣的網路架構,還是需要克服種種的技術任務。Ziegler 表示,諾基亞會構想並嘗試數十種設計以符合標準,並把最好的方案最終轉換成產品,但這對工程師而言,其實早就習以為常,越是艱難的挑戰,就越是享受。尤其從商業角度來看,若能克服越難的技術障礙,也代表著獲得更大的機會。他強調,諾基亞很有自信的認為,他們正走在正確的道路上。

且在 Release 16 之後 5G 進入了新的階段,包含關鍵任務服務(MCS)必須普及至更廣泛的商業部門,尤其是垂直應用場景。此前的討論多半聚焦於 eMBB 等議題,也就是因為很難去概括這些垂直應用的問題。如諾基亞選擇在德國的漢堡港,這個廣達 8 千公頃猶如小型城市的地區,來開展諸如交通、物流及工業管理等各個領域的 5G 大範圍應用實驗。

諾基亞指出,5G 要實現必須應付各種繁雜的問題,簡單地舉個例,早期的 5G 設備相當龐大沉重,光部署設備就會是個障礙,這也是諾基亞一直去積極解決的。不同於 4G 時代,64×64 Massive MIMO 系統很多都重達數十公斤,而若要在如台北市的智慧路燈上掛載這麼大型的設備就有相當的困難。

但若是傳統的 4×4 天線就可能做不到波束賦形,性能也很難達到 5G 的標準,而這個問題就算從硬體材料下手,如陶瓷,能縮小的體積還是很有限。所以諾基亞當初在設計 Reefshark 晶片時,目標就是希望能有效減少設備體積及功耗。

▲ Nokia 5G AirScale 天線。

諾基亞基於射頻積體電路(RFIC)技術所推出的解決方案,能打破原本天線矩陣排列的限制。RFIC 基本上超越了傳統天線只能用物理跟電氣相位來改變波束,增加天線增益並進一步降低總輻射功率(TRP)以及傳導發射功率,也更易於線性化,如數位預失真技術(Digital Pre-Distortion),以應對 256QAM 等高階調變技術所帶來的挑戰。縮小物理尺寸及更好的散熱控制奠定了諾基亞通訊模組的優勢。

不僅改變產業,也改變自己

而在軟體方面,5G 網路的架構也是為了應付各種各樣的想到或沒想到的應用,所以要創造一個能快速開發的環境,讓操作工程師能很快能導入新的應用來解決問題,所以這也是 5G Future X 為什麼要強調,雲原生跟開放度的原因。而最終都是為了實現 5G,並促進電信服務提供商(CSP)轉型為數位服務提供商(DSP)。

Ziegler 強調,5G 真正的突破其實是在於引領產業的轉型,包括諾基亞自己本身,從一家注重在硬體製造的公司轉向提供效能服務的企業。這在諾基亞的 5G 策略上多有顯現,包括發展各種技術,如自動化,來降低廠商的網路總體擁有成本(TCO),且幅度高達 30%。當然其他業者也有不同的方案,但同樣都是為了降低成本,增進效率並使 5G 能真正的商業化。

還有更重要的資訊安全問題,雖然目前有許多客戶願意採用 5G  系統,但仍然會有顧慮,例如新的資安隱患。而對此諾基亞也早有預見,並推出了 NetGuard 虛擬防火牆及憑證管理等技術,以解決 NFV/SDN 等情境下的資安問題,不僅能偵測設備錯誤,甚至能預測未見的攻擊,並透過與第三方的合作,由下而上的涵蓋各種層面的問題。

諾基亞強調,他們對維護資訊安全相當的自信,包含歐盟推出的 GDPR 等有關隱私保護等規定,也都一直是關注的領域。

Nokia 不只是 Nokia

許多廠商對 5G 的發展仍抱有疑惑。Ziegler 指出,雖然很多人認為雲原生將會造成很大的資安風險,但事實上它也擁有更大的潛力來面對層出不窮的資安問題。所以諾基亞非常重視 DevOps,意即軟體開發人員和 IT 技術人員之間溝通合作的文化,例如自動化的軟體交付及架構變更等流程,使構建、測試、發布軟體能夠更加地快捷、頻繁和可靠。雖然 Nokia 不可能去接管客戶的系統,但透過這樣的方式將能更迅速地面對未知的問題。

「在客戶之前問對的問題,就是諾基亞自信的來源。」Ziegler 強調,諾基亞的優勢就在於擁有貝爾實驗室,早一步發掘問題,並提出解決方案,不僅是製造通訊硬體,諾基亞其實已經是一家很優秀的軟體公司,透過彈性的組織結構來研究 5G 應用在各個層面上的問題,並為客戶提出最好的解決方案。

(圖片及首圖來源:Nokia)

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