時事分析 | 創新及科技發展 | 2017-02-27 | 《星島日報》

5G經濟蓄勢待發 香港準備好未?



早前有消息傳出,流動電話製造商HMD計劃重新將功能手機Nokia 3310推出市面[1],引起一片熱話。這款電池耐用、傳說中「跌極唔爛」的神機,生於手機尚未用作上網的年代,在如今智能手機當道的世界,已屬「史前生物」。其重臨人間的消息,令人察覺在短短十數年間,用手機上網已經從無到有,成為我們日常生活一部分。

自2000年代中,流動數據傳送技術迅速發展,一直帶動着其他經濟活動。在手機上玩遊戲、看電視劇集已是現今常態。香港電話服務用家對流動數據的需求,過去幾年日見殷切,每月平均使用量由2011年12月至去年11月期間共增加了2.17倍。[2]

第五代流動通訊技術(5G)預計在數年後面世,屆時手機功能再度提升,肯定又會創造新的商機,孕育下一代的科網巨企。創業者到時能否把握時機,關鍵之一是他們選擇大展拳腳的地方,是否已經預備好迎接5G時代,例如當地的無線電譜頻,是否已經能夠支援有關技術。這些方面,香港準備好未?

傳送速度和潛在用途大增

所謂1G、2G、3G、4G、5G,分別代表流動電話技術演變的不同世代(G代表Generation)。隨着世代不同,資料傳送速度更快,用途更廣,由最初只能通話,變成能夠發送短訊,再演變成用手機上網、看電影,甚至進行雲端計算。[3]

國際電信聯盟(International Telecommunication Union,下簡稱「ITU」)已於2015年提及對5G技術的要求,並預計會在2020年前後確立其規格標準[4]。有關技術要求包括要連接沒有延遲,因為這對於雲端服務、虛擬實境、擴增實境,以至無人駕駛技術、智能電網、電子醫療等牽涉「機器對機器」的通訊,均十分重要。[5]

由此可見,5G技術降臨,有望促進多個範疇的經濟活動,反過來說,這些經濟活動能否持續發展,也視乎當地能否提供充足的配套。ITU認為,未來流動通訊需要在人多擁擠的環境提供具質素的服務,例如在商場、體育館、露天慶典等場地提供視聽資訊。而在物聯網環境下,流動通訊也要具備處理區域內遍布密密麻麻裝置的能力。[6]

因應這些需要,ITU已提出數據的最高速度,要由4G的1 Gbps提升到5G的20 Gbps,用戶體驗的數據速度則要由10 Mbps升至100 Mbps,區域的通訊容量亦較4G時提升100倍。[7]

不同頻率各有特性 各司其職

要實現5G,還需在無線電頻譜內找到合適的頻率,而當中或牽涉到不同無線電用途的取捨。無論是廣播、衛星通訊服務、以及剛談及的流動通訊服務,皆會應用上無線電。[8]無線電波會儼如波浪般移動[9],而「頻率」就是指電波在指定時間內通過某點的波浪數目,其量度單位一般以赫茲(Hertz)表達,即一秒鐘內的波浪數目。[10]將無線電波的頻率從低到高排列,便成為一段無線電頻譜。[11]以香港的頻譜為例,無線電波頻率下至3千赫,上至3,000吉赫。

不同頻率的無線電波具有不同的傳播特性。[12]當無線電波在空氣傳送時,無線電訊號會逐漸減弱,以至弱得無法有效地傳遞內含的數據。[13]相比低頻率電波,高頻率電波在傳播時,訊號會更易衰減[14],而其穿透或者繞過障礙物的能力,也不及低頻率電波。[15]這意味低頻率較高頻率電波的覆蓋範圍較大,較高頻率電波所需的發射或接收站為少。[16]但另一方面,高頻率能提供較闊的頻寬[17],而頻寬較闊,可以更快地傳送大量數據。[18]

以無線電作資訊交流,使用者會佔據不同的頻率範圍,這時候其他人便不能使用。例如甲乙兩人用了某一段頻率範圍通訊,丙和丁就要用另一段頻率通訊。[19]這意味頻率是有限資源,頻譜上的不同頻率應用作廣播、衛星通訊,或是流動通訊,需要取捨。

在國際層面,ITU會協調全球的無線電頻譜,以避免互相干擾。雖然如此,ITU還是會尊重各會員國為其管轄地區指配頻率的權利。[20]在香港,無線電頻譜由通訊事務管理局(通訊局)負責編配,而根據本地的《無線電頻譜政策綱要》,如相關頻譜有競爭性需求,除非有凌駕性的公共政策考慮因素,否則當局要採用市場主導模式指配頻譜。[21]

參考香港現時的頻率劃分表,不同頻率的無線電波,其規劃及用途也各有差異,其中930至960兆赫頻段被規劃作流動電話服務[22],而1,920.3至1,979.7兆赫,以及2,110.3至2,169.7兆赫的兩段頻段,則被規劃作3G流動電話服務。[23]頻率的其他用途還包括航空無線電導航[24]、廣播[25]、電視廣播等。[26]同一時間,也有些頻段如31.5至33吉赫般,仍然還未被規劃用途,當局指有興趣的使用者可以提出申請。[27]

5G用途廣 對頻譜需求亦大

跟其他無線電波用途一樣,未來的5G流動電話服務,同樣需用上頻譜資源。現時香港用於公共流動電話服務的各條頻段,合計頻寬為552兆赫。[28]通訊事務管理局辦公室(通訊辦)曾指,不同國際研究提出流動通訊服務在2020年所需的總頻寬,由1,200兆赫至大約1,800兆赫不等。[29]換言之,香港未來或需編配更多的頻譜資源予流動通訊服務。

另外,根據不同應用情景和其對應的所需能力,未來5G流動電話的合適頻段,會因服務性質而異。例如在手機上觀看超高清或立體電影,或使用虛擬實境以及擴增實境技術,數據傳輸速率要高,即頻寬要較寛闊。有估算要達到上述應用情景所需的超高數據傳輸速率,頻寬需達到500兆赫;至於無人駕駛技術,所需數據傳輸速率雖然相對較少,頻寬需求仍達到100兆赫。[30]而香港用於流動電話服務的各條頻段,即使是頻寬最闊的一條,其頻寬仍遠少於500兆赫。[31]ITU指出,為應付未來的使用情景以及流量增多,獲編配予流動通訊用的頻段要相連且較現時寬闊。[32]

適合未來流動通訊服務使用的頻譜資源,應從何處尋?現時香港頻譜內千赫及兆赫等低頻率部分,大多已被規劃了用途,而未被規劃的,其頻段互不相連而能提供的空置頻寬不多。但在高頻率部分,現時尚有大量頻段未被規劃用途且頻寬較寬。[33]

ITU曾指,要回應流動通訊服務在2020年或以後的需要,應考慮一些較高頻率的頻譜資源,包括由6至100吉赫內的頻率[34],而2015年的世界無線電通信大會議決就24.25至86吉赫內11組頻段展開研究[35],以供2019年的世界無線電通信大會考慮要否將這些頻段編配予流動通訊服務之用。[36]在這11組頻段中,香港已規劃了24.25至27.5吉赫,以及37至40.5吉赫這兩組頻段的用途。其餘未被規劃的九組頻段。通訊辦表示已預備好供5G使用,只待2019年的世界無線電通信大會同意。[37]

除了高頻率頻段,在某些情景下,5G服務還需用上一些頻率較低的頻段,特別是涉及公共安全,對穩定性和覆蓋率極為重視的時候,就需用上一些訊號較不易衰減的低頻率頻段。[38]

此外,現時有一些電訊商,已嘗試開發透過較低的頻率傳送資料的5G技術,其中通訊網絡公司華為便在2015年公開其在6吉赫以下頻率進行的5G測試平台。[39]英國第一條向市場批出的5G頻譜,亦屬較低頻率的3.4吉赫頻段。[40]

頻譜「大洗牌」 創科新貴「大執位」

由此可見,未來的流動通訊服務仍有可能要使用更多6吉赫以下、較低頻率的頻段。然而,若相關頻譜資源並非閒置,就需在流動電話服務以及無線電波的現有用途中作取捨。在香港,近月便有電訊商要求政府撥出700兆赫和3,500兆赫兩條頻段,作流動通訊之用。[41]

不過703至748兆赫頻段以及758至803兆赫頻段,現時仍被用於電視模擬信號廣播服務,而根據政府現有的工作目標,有關服務要待2020年才會終止,並在今明兩年檢討這個目標時間。[42]至於3,500兆赫頻段,目前亦已編配作衞星業務,廣泛用於公共衞星電視接收。若用於流動服務而不先解決流動服務和衞星業務的技術兼容問題,或會影響到現時連接到衞星電視共用天線系統的約90萬個家居住所。[43]

故此,5G的面世,頻譜資源的分配無可避免要進行「大洗牌」。去年12月歐洲執行委員會、歐洲議會以及歐洲委員會便達成共識,將用於電視廣播的470至790兆赫頻段中的694至790兆赫頻段,改作流動通訊服務之用,並要求歐盟成員國在2020年7月前完成改劃工作。[44]

在香港,根據通訊辦發出的2016至2018年頻譜供應表,這三年間將沒有新頻譜供應。[45]但當局表示,當2019年落實最終5G的標準,有信心在短時間內批出頻譜。[46]由此看來,香港能否趕在2020年時推出5G服務,似乎將取決於服務商能否在由獲得頻譜的一年內做好準備,推出服務。在這方面,通訊局在2016年曾發出許可證予電訊設備供應商,在本地利用15吉赫頻譜測試5G技術。[47]然而,近月有電訊商指出根據過往發展3G和4G的經驗,由獲得頻譜至推出服務,需時二至三年。[48]

無論如何,2020年都會是數據傳輸技術發展的重要里程碑,未來幾年與時間競賽的,不只是政府與電訊商,也包括一眾有望受惠於5G衍生商機的創科企業。過去幾乎每一代的流動通訊技術推出,都造就了早着先機的一群。幾年後誰能乘勢而起,競賽經已開始。

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 「香港無線通訊服務的主要統計數字」,通訊事務管理局辦公室,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頁。
8 「香港如何管理無線電頻譜」,通訊事務管理局辦公室,2016年8月6日,第6頁。
9 Dr. J,「解析通訊技術:3G、4G、5G 背後的科學意義(上)」。取自科技新報網站:http://technews.tw/2015/10/06/3g%E3%80%814g%E3%80%815g-meaning,最後更新日期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頁。
12 同8,第7頁。
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頁。
16 同13,第2至4頁。
17 例如2至3吉赫頻段的頻寬有一吉赫,而2至3兆赫頻段的頻寬只有一兆赫,少前者一千倍,
18 同13,第8頁。
19 同9。
20 同8,第16頁。
21 「立法會二十二題:無線電頻譜使用效率」。取自政府新聞公報網站:http://www.info.gov.hk/gia/general/201606/29/P201606290582.htm,最後更新日期2016年6月29日。
22 「香港頻率劃分表」,通訊事務管理局辦公室,2017年1月,第58頁。
23 同22,第66、67頁。
24 同22,第3頁。
25 同22,第5頁。
26 同22,第54頁。
27 同22,第90頁、備註說明第2頁。
28 根據通訊事務管理局辦公室對智經查詢的回覆。
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頁。
33 同22。
34 同5,第8頁。
35 分別為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頁。
38 同30,第5頁。
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 歐陽偉昉,〈香港電訊:無新頻譜勢阻推5G〉,《文匯報》,2017年1月11日,B03頁。
42 同31,第9頁。
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頻譜供應表」,通訊事務管理局辦公室,2016年3月24日,第1頁。
46〈通訊局:倉卒釋5G頻段 恐損消費者〉,《香港經濟日報》,2017年2月10日,A11頁。
47 「通訊辦就香港電訊有關頻譜管理、指配及供應的公開批評所作出的回應」。取自資訊事務管理局辦公室網站:http://www.ofca.gov.hk/tc/media_focus/press_releases/index_id_1381.html,2017年1月10日。
48 同41。