四. 5G如何達到比4G快10到100倍傳輸速率 ?

          要同時達到METIS所定義，相較於2010年高10到100倍的最高峰值傳輸速率，與大1000倍的最大傳輸容量，通訊上有如圖1所示的主要幾種方法: 更大的可用頻寬(Available spectrum)、更高的頻譜使用效率(Frequency Efficiency)、與更高的網路密度(Network Density)。

         圖1. 提升峰值傳輸速率與通訊容量的方法

更大的可用頻寬的可用頻寬，低頻段部分，傳統使用的是載波聚合(Carrier Aggregation)技術；或是直接往迄今較少應用，較多頻寬可用的毫米波頻段。

更高的頻譜使用效率，指的是在有限時間、有限頻寬中能夠傳更多的位元，單位是bit/Hz/sec。要提升頻譜使用效率(Frequency Efficiency)可透過圖2所示的幾種技術來達成: 更先進的調變/解調(Modulation/De-modulation)技術或編解碼(Coding/Decoding)技術、更先進的多工接取技術(Multiplexing Access)、或是實現巨量多天線、多重輸入與多重輸出(MIMO)的
技術來達成。

                      圖2　提升頻譜使用效率的方法

(Source: Samsung“5G Mobile Communications for 2020 and Beyond” presentation slides)

       更先進的調變/解調(Modulation/ Demodulation)技術是指藉由數位信號處理，設計每個符元(Symbol)能夠包含更多位元(bit)的高階調變/解調技術，或是，藉由濾波器(Filter)的設計，在頻域(Frequency Domain)塞入更多、更密集的通道(Chan-nel)；或是，在時域(Time Domain)以更高速的時鐘(Clock)運作(Operation)，在單位時間內塞入更多符元(Symbol)；或是，設計更高階的調變技術可以在每個符元中塞入更多位元(Bit)。這些方法在5G標準制定提案過程中，許多通訊大廠都有不少新技術的提案，例如: NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)、GFDM (Genera-lized Frequency Division Multiplexing)、FBMC(Filter Band Multi-Carrier) UFMC( Universal Filtered Multi-Carrier)、SCMA(Sparse Code Multiple Access)、…等。但代價就是需要在頻域或時域的接收端(Receiver)解決載波間干擾(Inter-carrier Interfe-rence，ICI)或是符間干擾(Inter-Symbol Interference，ISI)的問題。

以3GPP最後所公布的5G Release-15標準，仍是採用與4G LTE相同的正交频分多重接取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA) 調變/解調技術與多工接取(Multiplexing Access)技術，主要是因為在5G標準制定過程中，各家通訊廠商有關新調變/解調技術的提案，雖然有不少新新調變/解調技術的提案，且這些新調變/解調技術提案在頻譜使用效率方面有最多30%~40%的提升，但複雜度也大都比現有正交频分多重接取(OFDMA)技術高兩倍以上。更高的複雜度也意謂著更高的成本，因此未能達到手機所能接受性價比的要求，畢竟手機有大小與成本方面的限制與要求。

至於新的編解碼(Coding/Decoding)技術，也因為低密度奇偶檢查碼（Low-Density Parity-Check code，LDPC code）的錯誤修正能力可以更接近通訊理論中夏農定理(Shannon Theory)理論上的界限；達到在目前既存錯誤修正碼當中最高編碼增益(Coding gain)的優異性能，而獲採用於數據(Data)部分，控制部分則改採極化碼（Polar code），也是基於類似的理由。

        採用巨量多天線技術，是希望透過波束成形技術作空間的多工接取，可以在空間多一個維度作多工接取，以獲取在空間中更多路訊號的平行傳輸。