【林之晨談 5G】3.5 GHz 頻譜,電信業者真的需要搶到 100 MHz 嗎?

【為什麼我們要挑選這篇文章】2020 年初,台灣 5G 頻譜第一階段競標落幕,3.5 GHz 頻段標金衝到 1380.81 億的天價,因為業者的目標是搶到 100 MHz 頻寬,但政府總共只釋出 270 MHz。問題是,搶 100 MHz 的意義是什麼?網速會比較快嗎?台灣大哥大總經理林之晨帶我們破解頻寬、網速與 5G 基地台建設的迷思。(責任編輯:郭家宏)

#你不知道的 5G – 2:40 MHz、60 MHz、80 MHz,5G 頻譜到底多少才夠用?

2020 年,台灣正式跨入 5G 元年。但對大多數人而言,這字可說是最熟悉的陌生人 — 經常在媒體看到,卻講不出它確切會帶來什麼。為了幫助大家更認識 5G,我決定開闢這個專欄,從各個面向,把 5G 講給各位聽。

台灣第一次 5G 釋照落幕,5 家電信拿到的頻譜,除了上次聊到的位置不同,數量也不同。第一集,我們破解了 魚頭、魚尾的迷思 ,這次,我們就來探討數量的價值。

到底 40 MHz、60 MHz、80 MHz 分別代表什麼意思?多少頻譜才夠用?第二集你不知道的 5G,就讓我們來展開頻譜數量的奧義。

5G = 速度?

目前為止大家對 5G 的討論,主要停留在速度,因為那是比較容易理解的價值訴求。問題速度只是比較容易理解,但不是 5G 最大的價值。

最容易的檢查方式,是想想你此刻對於 4G 上網的速度,有沒有不滿意?絕大多數人會說其實沒有。即使有的人,往往也只是在少數時間、特定地點的不滿意,並不是像當年對 3G 的全面不滿意。

所以,4G 的速度並不是人們主要痛苦所在,也因此,5G 的速度並不是人們渴望已久的解藥。事實上,5G 的其他三個主要價值訴求:低延遲、大量終端、網路邊緣運算,比較難理解,但重要許多,我們在未來的文章再為大家一一展開。

100 MHz 的 3.5 GHz 才能提供 5G 速度?

另一方面,真要講多少頻寬、什麼速度才是 5G,目前為止的論述也都偏離焦點。

規格上,5G 承諾最高 10 Gbps 的尖峰下載流量,要比 4G 的最高 1 Gbps 多一個數量級,這才夠格稱為一個新世代。

但如果你用 100 MHz 的 3.5 GHz 頻譜,加上目前最尖端的基地台技術,能達到的最大下載速度也不過是 500 Mbps,也就是 0.5 Gbps,換言之,只做到 4G 極速的一半。也就是說,100 MHz 的 3.5 GHz 頻譜,能產生的速度上根本稱不上 5G,還停留在 4G 的範圍。

如果真要用 3.5 GHz 頻率突破 1 Gbps 的速度,進入 5G 的領域,那你需要 200 MHz 以上的頻寬。但目前不管是頻譜供給或是設備支援,都還是問題重重。

所以,真要說,在這個時間點,國內業者拿到的 90 MHz 以下 3.5 GHz 頻譜,在速度上,都做不出 5G,其實沒什麼好辯論的。要用拿到的頻譜來比大小,那更是門外漢才會有的觀點。

10 Gbps 是什麼?能吃嗎?

更重要的,對於大多數用戶而言,所謂 5G 的 10 Gbps 極速是個虛無飄渺的東西,到底有什麼價值?

很多人會用幾秒可以下載一個 HD 電影來形容,但那其實沒有太大意義。一部電影 2 小時,下載再快,看的速度還是 2 小時。所以下載是一個「過時」的網路應用 — 當年網路只有定點有,所以需要把電影下載下來帶著看。但現在網路到處都有,所以絕大多數人追劇看電影,是用串流的方式。

事實上,影音串流,正是最目前最普遍、也最耗費頻寬的網路應用。全球 Internet 的總頻寬,有超過一半在支援影音串流,在台灣, 這個佔比更是高達七成以上

一個用戶在手機上用 HD 畫質欣賞愛的迫降,大約會使用 5 Mbps 的流量。換言之,5G 的極速 10 Gbps = 10,000 Mbps 可供 2,000 位用戶同時用 HD 畫質串流影片。

全台灣蓋好蓋滿約可建設 1.5 萬個基地台,每個基地台可有 3 個射向(也就是有三組天線分別覆蓋 120 度的角度),而基地台覆蓋效率約是 30%:

2,000 用戶 x 1.5 萬基地台 x 3 個射向 x 30% 覆蓋效率 = 2,700 萬用戶

換言之,如果把 5G 極速 10 Gbps 的網路覆蓋全台,那麼即使所有人都同時 HD 追劇,也用不完這樣的頻寬,只是造成資源的浪費。

但如果明天睡醒,大家都換成 4K 螢幕的手機,改用 4K 解析度追劇,那麼每個人就需要 25 Mbps 的頻寬來串流,比 HD 成長了 5 倍。這時,上面那張網路就只能支持 540 萬人同時使用了。

頻寬 = 尖峰容量(Peak Capacity)

換言之,每個用戶需要的最大頻寬,主要跟著他即時觀賞的畫素量成長。當人們的螢幕解析度越來越高,那麼電信商也必須亦步亦趨的擴充網路的尖峰容量來支持,太早擴充浪費社會資源,太晚擴充傷害用戶的體驗,這才是電信業的真諦。

3.5 GHz 主要功能是室外通訊

另一方面,由於頻率的物理特性,3.5 GHz 訊號的室內穿透非常差,實務上大約窗內 5 公尺就會失去收訊,所以,其主要功能其實是室外涵蓋。(物理上,頻率越低穿透越好,所以你在家中深處收到的 4G 訊號,是以 700 MHz 與 900 MHz 為主。)

同一時間,網路流量的尖峰時間是晚上 9 到 12 點,也就是絕大多數用戶在家中休息的時間,他們會在此時上網追劇、打電動。換言之,目前網路尖峰時間的使用情景,絕大多數不是 3.5 GHz 頻段可以服務的。

比起速度,收訊在早期更為重要

3.5 GHz 的穿透性差,除了造成室內無法收訊,也會造成室外訊號容易被各種不同的物體干擾。所以,業者必須佈建綿密的基地台,才能提供優質不中斷的上網體驗,否則測速再高,收不到訊號也是白搭。

在理想的狀態下,頻譜當然是越多越好,基地台也是蓋好蓋滿。但業者的資金畢竟不是無限,所以必須在兩者之間做抉擇。而尤其在網路的早期,對用戶而言,收訊品質的重要性遠遠大過定點極速。

關鍵:頻譜兩、三年就會釋出一次,沒有所謂拿好拿滿

所以面對 5G 的開端,電信業者都要在多拿頻譜與多建基地台之間抉擇。好在政府非常體貼,早就明確溝通這只是第一次頻譜競標,2 到 3 年後還有下一批釋出。

於是,作為一個理性的業者,面對第一次競標,當然是拿目前夠用的頻譜就好,畢竟短期內用戶對 3.5 GHz 尖峰容量的需求不大,保留資本投在基地台建設與應用服務的發展上,才能提升對用戶的整體價值。

2 到 3 年後,隨著 4K 手機、自駕車內娛樂系統、AR 等高畫素應用開始成長,帶來 3.5 GHz 室外涵蓋需求的增加,第二次競標時,再添購頻譜來擴充尖峰容量即可。

當然,如果此刻頻譜相對便宜,尤其是比預期中第二次釋照的價格便宜,那麼當然該趁便宜多囤些放著,準備支應未來的需求。但如果它已經標到失速列車那麼離譜,一個理性負責的電信經營者,應該拿夠用就好。

所以,頻譜競標並不是拿越多越好,而是要視價格、網路的生命週期,以及基地台建設、服務發展成本之間的 Trade Off 來衡量。或者説得更明白一些,花錢很容易,花在刀口才是藝術。

(回頭觀察 4G 三次頻譜釋照與後續業者間經營的結果,你也可以理解這個道理。)

5G 頻譜至少有七種

而就像第一集所說,5G 頻譜不只 3.5 GHz 一種。在尖峰容量需求最大的超熱點,未來會用 28 GHz 的超高速微波站來服務。而隨著用戶從 4G 升級到 5G,原來作為 4G 使用的 700 MHz、1800 MHz、2100 MHz 等頻譜,也會陸續轉發射 5G 訊號(所謂 Refarming)。因為 5G 技術較 4G 有效率,這些頻譜轉用後,還會有 30% 以上的尖峰容量的提升。

換言之,接下來所有頻譜都是 5G 頻譜,而 3.5 GHz 頻段只是其中一個角色,主要負責提供室外的尖峰容量。而要建構一個優質的全方位涵蓋,那麼所有頻段必須綜合使用,無法單靠一個 3.5 GHz 打天下。

基礎層立於不敗,才能專注發展應用服務,加速轉型

讀到這裡,你也就能明白,排行老二的台灣大用戶數 713 萬,比老大哥 C 社 1,060 萬少三分之一,為何選擇在第一次的 3.5 GHz 競標中,拿下比 C 社的 90 MHz 少三分之一,共 60 MHz 的頻譜數量,因為平均下來,兩家的每戶 3.5 GHz 頻譜是相當的。

當我們與老大的成本結構相近,在基礎層上已立於不敗之地。那之上,可以各自發展獨門的應用與服務,掌握 5G 帶來的新 B2B2C 商業模式。相反的,如果競標結果造成我們成本結構比老大高上許多,那就得想辦法在基礎電信服務上收取更高費率,或是大幅提升用戶數,才能生存,反而傷害轉型的速度。

結論:應該拿適量頻譜,保留實力做好基地台建設

無論如何,希望讀完今天的文章,有幫助你理解,3.5 GHz 即使拿到 100 MHz,都做不出 5G 的速度,因此第一次競標,沒有所謂拿滿拿好的問題。

而頻譜的多寡,主要影響一個網路的尖峰容量。3.5 GHz 主功能是室外涵蓋,短期內尖峰需求有限,且這次 5G 競標失速,讓 3.5 GHz 價格非常昂貴,因此不是拿越多就越好,而該拿適量頻譜,保留實力做好基地台建設,發展服務與應用,加速轉型,才是王道。

此外,3.5 GHz 不是 5G 頻譜的唯一,而只是 7 種 5G 頻譜之一。一個高效率、高品質、高涵蓋的全方位 5G 網路,需要綜合使用低、中、高頻頻譜,才能完成佈建,無法單靠 3.5 GHz 頻譜打天下。

最後,以電信業而言,所有頻譜持有的差距,都是短期狀態,政府每 2 到 3 年就會釋照,業者視用戶需求成長狀態,添購適量頻譜來擴充尖峰容量,如此而已。

以上,就是第二集你不知道的 5G,希望對你有幫助。喜歡的話,歡迎分享給朋友。如果有問題建議,也歡迎你提出討論。我們下次見!

**Many thanks to DT, Tom and Prof. Chung for helping to review the essay, and to TWM Social Media Team for contributing art works.

#URLLC #mMTC #MEC #eMBB

(本文經 林之晨 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈#你不知道的 5G – 2 – 40MHz、60MHz、80MHz,5G 頻譜到底多少才夠用?〉。首圖來源:林之晨

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