时事分析 | 创新及科技发展 | 2017-02-27 | 《星岛日报》

5G经济蓄势待发 香港准备好未?



早前有消息传出,流动电话制造商HMD计划重新将功能手机Nokia 3310推出市面[1],引起一片热话。这款电池耐用、传说中「跌极唔烂」的神机,生于手机尚未用作上网的年代,在如今智能手机当道的世界,已属「史前生物」。其重临人间的消息,令人察觉在短短十数年间,用手机上网已经从无到有,成为我们日常生活一部分。

自2000年代中,流动数据传送技术迅速发展,一直带动着其他经济活动。在手机上玩游戏、看电视剧集已是现今常态。香港电话服务用家对流动数据的需求,过去几年日见殷切,每月平均使用量由2011年12月至去年11月期间共增加了2.17倍。 [2]

第五代流动通讯技术(5G)预计在数年后面世,届时手机功能再度提升,肯定又会创造新的商机,孕育下一代的科网巨企。创业者到时能否把握时机,关键之一是他们选择大展拳脚的地方,是否已经预备好迎接5G时代,例如当地的无线电谱频,是否已经能够支援有关技术。这些方面,香港准备好未?

传送速度和潜在用途大增

所谓1G、2G、3G、4G、5G,分别代表流动电话技术演变的不同世代(G代表Generation)。随着世代不同,资料传送速度更快,用途更广,由最初只能通话,变成能够发送短讯,再演变成用手机上网、看电影,甚至进行云端计算。 [3]

国际电信联盟(International Telecommunication Union,下简称「ITU」)已于2015年提及对5G技术的要求,并预计会在2020年前后确立其规格标准[4] 。有关技术要求包括要连接没有延迟,因为这对于云端服务、虚拟实境、扩增实境,以至无人驾驶技术、智能电网、电子医疗等牵涉「机器对机器」的通讯,均十分重要。 [5]

由此可见,5G技术降临,有望促进多个范畴的经济活动,反过来说,这些经济活动能否持续发展,也视乎当地能否提供充足的配套。 ITU认为,未来流动通讯需要在人多拥挤的环境提供具质素的服务,例如在商场、体育馆、露天庆典等场地提供视听资讯。而在物联网环境下,流动通讯也要具备处理区域内遍布密密麻麻装置的能力。 [6]

因应这些需要,ITU已提出数据的最高速度,要由4G的1 Gbps提升到5G的20 Gbps,用户体验的数据速度则要由10 Mbps升至100 Mbps,区域的通讯容量亦较4G时提升100倍。 [7]

不同频率各有特性 各司其职

要实现5G,还需在无线电频谱内找到合适的频率,而当中或牵涉到不同无线电用途的取舍。无论是广播、卫星通讯服务、以及刚谈及的流动通讯服务,皆会应用上无线电。 [8]无线电波会俨如波浪般移动[9],而「频率」就是指电波在指定时间内通过某点的波浪数目,其量度单位一般以赫兹(Hertz)表达,即一秒钟内的波浪数目。 [10]将无线电波的频率从低到高排列,便成为一段无线电频谱。 [11]以香港的频谱为例,无线电波频率下至3千赫,上至3,000吉赫。

不同频率的无线电波具有不同的传播特性。 [12]当无线电波在空气传送时,无线电讯号会逐渐减弱,以至弱得无法有效地传递内含的数据。 [13]相比低频率电波,高频率电波在传播时,讯号会更易衰减[14],而其穿透或者绕过障碍物的能力,也不及低频率电波。 [15]这意味低频率较高频率电波的覆盖范围较大,较高频率电波所需的发射或接收站为少。 [16]但另一方面,高频率能提供较阔的频宽[17],而频宽较阔,可以更快地传送大量数据。 [18]

以无线电作资讯交流,使用者会占据不同的频率范围,这时候其他人便不能使用。例如甲乙两人用了某一段频率范围通讯,丙和丁就要用另一段频率通讯。 [19]这意味频率是有限资源,频谱上的不同频率应用作广播、卫星通讯,或是流动通讯,需要取舍。

在国际层面,ITU会协调全球的无线电频谱,以避免互相干扰。虽然如此,ITU还是会尊重各会员国为其管辖地区指配频率的权利。 [20]在香港,无线电频谱由通讯事务管理局(通讯局)负责编配,而根据本地的《无线电频谱政策纲要》,如相关频谱有竞争性需求,除非有凌驾性的公共政策考虑因素,否则当局要采用市场主导模式指配频谱。 [21]

参考香港现时的频率划分表,不同频率的无线电波,其规划及用途也各有差异,其中930至960兆赫频段被规划作流动电话服务[22],而1,920.3至1,979.7兆赫,以及2,110.3至2,169.7兆赫的两段频段,则被规划作3G流动电话服务。 [23]频率的其他用途还包括航空无线电导航[24]、广播[25]、电视广播等。 [26]同一时间,也有些频段如31.5至33吉赫般,仍然还未被规划用途,当局指有兴趣的使用者可以提出申请。 [27]

5G用途广 对频谱需求亦大

跟其他无线电波用途一样,未来的5G流动电话服务,同样需用上频谱资源。现时香港用于公共流动电话服务的各条频段,合计频宽为552兆赫。 [28]通讯事务管理局办公室(通讯办)曾指,不同国际研究提出流动通讯服务在2020年所需的总频宽,由1,200兆赫至大约1,800兆赫不等。 [29]换言之,香港未来或需编配更多的频谱资源予流动通讯服务。

另外,根据不同应用情景和其对应的所需能力,未来5G流动电话的合适频段,会因服务性质而异。例如在手机上观看超高清或立体电影,或使用虚拟实境以及扩增实境技术,数据传输速率要高,即频宽要较寛阔。有估算要达到上述应用情景所需的超高数据传输速率,频宽需达到500兆赫;至于无人驾驶技术,所需数据传输速率虽然相对较少,频宽需求仍达到100兆赫。 [30]而香港用于流动电话服务的各条频段,即使是频宽最阔的一条,其频宽仍远少于500兆赫。 [31]ITU指出,为应付未来的使用情景以及流量增多,获编配予流动通讯用的频段要相连且较现时宽阔。 [32]

适合未来流动通讯服务使用的频谱资源,应从何处寻?现时香港频谱内千赫及兆赫等低频率部分,大多已被规划了用途,而未被规划的,其频段互不相连而能提供的空置频宽不多。但在高频率部分,现时尚有大量频段未被规划用途且频宽较宽。 [33]

ITU曾指,要回应流动通讯服务在2020年或以后的需要,应考虑一些较高频率的频谱资源,包括由6至100吉赫内的频率[34] ,而2015年的世界无线电通信大会议决就24.25至86吉赫内11组频段展开研究[35],以供2019年的世界无线电通信大会考虑要否将这些频段编配予流动通讯服务之用。 [36]在这11组频段中,香港已规划了24.25至27.5吉赫,以及37至40.5吉赫这两组频段的用途。其余未被规划的九组频段。通讯办表示已预备好供5G使用,只待2019年的世界无线电通信大会同意。 [37]

除了高频率频段,在某些情景下,5G服务还需用上一些频率较低的频段,特别是涉及公共安全,对稳定性和覆盖率极为重视的时候,就需用上一些讯号较不易衰减的低频率频段。 [38]

此外,现时有一些电讯商,已尝试开发透过较低的频率传送资料的5G技术,其中通讯网络公司华为便在2015年公开其在6吉赫以下频率进行的5G测试平台。 [39]英国第一条向市场批出的5G频谱,亦属较低频率的3.4吉赫频段。 [40]

频谱「大洗​​牌」 创科新贵「大执位」

由此可见,未来的流动通讯服务仍有可能要使用更多6吉赫以下、较低频率的频段。然而,若相关频谱资源并非闲置,就需在流动电话服务以及无线电波的现有用途中作取舍。在香港,近月便有电讯商要求政府拨出700兆赫和3,500兆赫两条频段,作流动通讯之用。 [41]

不过703至748兆赫频段以及758至803兆赫频段,现时仍被用于电视模拟信号广播服务,而根据政府现有的工作目标,有关服务要待2020年才会终止,并在今明两年检讨这个目标时间。 [42]至于3,500兆赫频段,目前亦已编配作卫星业务,广泛用于公共卫星电视接收。若用于流动服务而不先解决流动服务和卫星业务的技术兼容问题,或会影响到现时连接到卫星电视共用天线系统的约90万个家居住所。 [43]

故此,5G的面世,频谱资源的分配无可避免要进行「大洗牌」。去年12月欧洲执行委员会、欧洲议会以及欧洲委员会便达成共识,将用于电视广播的470至790兆赫频段中的694至790兆赫频段,改作流动通讯服务之用,并要求欧盟成员国在2020年7月前完成改划工作。 [44]

在香港,根据通讯办发出的2016至2018年频谱供应表,这三年间将没有新频谱供应。 [45]但当局表示,当2019年落实最终5G的标准,有信心在短时间内批出频谱。 [46]由此看来,香港能否赶在2020年时推出5G服务,似乎将取决于服务商能否在由获得频谱的一年内做好准备,推出服务。在这方面,通讯局在2016年曾发出许可证予电讯设备供应商,在本地利用15吉赫频谱测试5G技术。 [47]然而,近月有电讯商指出根据过往发展3G和4G的经验,由获得频谱至推出服务,需时二至三年。 [48]

无论如何,2020年都会是数据传输技术发展的重要里程碑,未来几年与时间竞赛的,不只是政府与电讯商,也包括一众有望受惠于5G衍生商机的创科企业。过去几乎每一代的流动通讯技术推出,都造就了早着先机的一群。几年后谁能乘势而起,竞赛经已开始。

1 “HMD Global will launch the Nokia 3, 5, and 6 at MWC, plus a 3310 homage,” VentureBeat, http://venturebeat.com/2017/02/13/hmd-global-will-launch-the-nokia-3-5-and-6-at-mwc-plus-a-3310-homage/, last modified February 13, 2017.
2 「香港无线通信服务的主要统计数字」,通讯事务管理局办公室,2017年1月31日。
3 "IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond," International Telecommunication Union, September 2015, pp. 12 and 14; Vivek Sanghvi Jain et al., "Overview on Generations of Network: 1G,2G,3G,4G,5G," International Journal of Computer Technology And Applications 5(5) (2014), pp. 1790-1792; Laria Revaeendran Greene, "Wireless Broadband Deployment & Other Latest Technology Trends," International Telecommunication Union, October 4, 2006, p. 2.
4 "Workplan, timeline, process and deliverables for the future development of IMT," International Telecommunication Union, http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Documents/Anticipated-Time-Schedule.pdf, accessed January 20, 2017; "ITU towards 'IMT for 2020 and beyond'," International Telecommunication Union, http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx, accessed January 20, 2017.
5 "IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond," International Telecommunication Union, September 2015, pp. 4 and 5.
6 同5。
7 同5,第13、14页。
8 「香港如何管理无线电频谱」,通讯事务管理局办公室,2016年8月6日,第6页。
9 Dr. J,「解析通讯技术:3G、4G、5G 背后的科学意义(上)」。取自科技新报网站:http://technews.tw/2015/10/06/3g%E3%80%814g%E3%80%815g-meaning,最后更新日期2015年10月5日6日。
10 "Electromagnetic Radiation," University of Wisconsin-Madison, Department of Physics, http://cmb.physics.wisc.edu/pub/tutorial/light.html, accessed January 24, 2017.
11 同8,第7页。
12 同8,第7页。
13 Johnny Dixon, Christos Politis, Carl Wijting, "Considerations in the Choice of Suitable Spectrum for Mobile Communications," Wireless World Research Forum Outlook, November 2008, No. 2, p. 2.
14 "Technical feasibility of IMT in bands above 6 GHz," International Telecommunication Union, July 2015, p. 4.
15 同13,第3页。
16 同13,第2至4页。
17 例如2至3吉赫频段的带宽有一吉赫,而2至3兆赫频段的带宽只有一兆赫,少前者一千倍,
18 同13,第8页。
19 同9。
20 同8,第16页。
21 「立法会二十二题:无线电频谱使用效率」。取自政府新闻公报网站:http://www.info.gov.hk/gia/general/201606/29/P201606290582.htm,最后更新日期2016年6月29日。
22 「香港频率划分表」,通讯事务管理局办公室,2017年1月,第58页。
23 同22,第66、67页。
24 同22,第3页。
25 同22,第5页。
26 同22,第54页。
27 同22,第90页、备注说明第2页。
28 根据通讯事务管理局办公室对智经查询的回复。
29 "Opening Speech by Acting Director-General of Communications at the Asia Pacific Radio Spectrum Conference 2016 in Hong Kong," Office of the Communications Authority, http://www.ofca.gov.hk/filemanager/ofca/listarticle/en/upload/1199/APRSC_2016_opening_speech_for_Ag_DG.pdf, last modified March 9 2016, p. 2.
30 "5G Spectrum Recommendations," 4G Americas, August 2015, pp. 4 and 5.
31 "SSAC Paper 9/2016 for Information: Spectrum Supply for IMT Services," Radio Spectrum and Technical Standards Advisory Committee, Office of the Communications Authority, November 10, 2016, p. 5.
32 同5,第8页。
33 同22。
34 同5,第8页。
35 分别为24.25至27.5吉赫、31.8至33.4吉赫、37至40.5吉赫、40.5至42.5吉赫、42.5至43.5吉赫、45.5至47吉赫、47至47.2吉赫、47.2至50.2吉赫、50.4至52.6吉赫、66至76吉赫及81至86吉赫。
36 "Resolution 238 (WRC-15): Studies on frequency-related matters for International Mobile Telecommunications identification including possible additional allocations to the mobile services on a primary basis in portion(s) of the frequency range between 24.25 and 86 GHz for the future development of International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond," International Telecommunication Union, April 8, 2016.
37 同31,第13页。
38 同30,第5页。
39 "World's First Sub-6GHz 5G Test Bed," Huawei, http://www.huawei.com/minisite/5g/en/fist-sub-6ghz-5g.html, accessed January 26, 2017.
40 "Connected Future," National Infrastructure Commission, December 14, 2016, p. 89.
41 欧阳伟昉,〈香港电讯:无新频谱势阻推5G〉,《文汇报》,2017年1月11日,B03页。
42 同31,第9页。
43 同41。
44 "Commission welcomes political agreement to boost mobile internet services with high-quality radio frequencies," European Commission, http://europa.eu/rapid/press-release_IP-16-4405_en.htm, last modified December 14, 2016; "Commission proposes to boost mobile internet services with high-quality radio frequencies," European Commission, http://europa.eu/rapid/press-release_IP-16-207_en.htm, last modified February 2, 2016.
45 「二零一六至二零一八年的频谱供应表」,通讯事务管理局办公室,2016年3月24日,第1页。
46〈通讯局:仓卒释5G频段 恐损消费者〉,《香港经济日报》,2017年2月10日,A11页。
47 「通讯办就香港电讯有关频谱管理、指配及供应的公开批评所作出的响应」。取自信息事务管理局办公室网站:http://www.ofca.gov.hk/tc/media_focus/press_releases/index_id_1381.html,2017年1月10日。
48 同41。