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【專題】科技新趨勢 5G的無限可能性

【專題】科技新趨勢 5G的無限可能性

責任編輯:副刊 2020-08-14 16:35:05 來源:香港商報副刊

科技的進步使人類對未來充滿無限幻想,而這種幻想正在社會中一步步實現。有人說:「4G改變生活,5G改變社會」,除了傳輸速率的提升外,5G的「低時延、大連結」能帶給人類社會怎樣的改變?記者請來香港應用科技研究院(「應科院」)總裁周憲本及通訊技術副總裁莊哲義,透過解釋5G的應用場景,展示5G如何與物聯網、人工智能、虛擬實境與雲端等科技結合,提升人們的生活質素。

記者:洪嘉禧 攝影:馮瀚文

應科院總裁周憲本表示希望透過獨有的5G技術方案,提高香港的競爭力,並以高性能、創新、低成本的優勢協助本土企業及創業者。

5G是指第5代行動通訊網路(5th Generation Mobile Networks),大眾對5G的認知是速度上的提升,轉眼間就可下載一部電影。5G相對4G在速率、時延上實際快了多少?應科院通訊技術副總裁莊哲義表示:「4G網路提供平均10至20 Mb/s的連線速度,而5G可提供數百Mb/s的連線速度,速度提升了100倍以上,例如下載一部兩小時的電影,4G要花約6分鐘,5G僅需幾秒。5G也令到時間延遲現象(資料傳送所需的緩衝時間)大幅減少,時延比4G降低了98%,低於1毫秒(千分之一秒)。」普通的消費者能透過5G手機感受高速的數據傳輸,5G未來能進一步改變社會,他續說:「5G的特點是高速率(Speed)、低時延(Latency)、廣連結(Connections),對於城市基建、商業模式的發展益處更大。它的高速率可以帶來4K/8K影音,至於廣連結可使物聯網進一步應用在生活上。它最大的意義在於其極低延遲性(Ultra-low Latency),可把過去因網絡延遲問題而難以落地的新科技,由不可能變成可能,例如車聯網、智慧製造、遠距醫療、遠距操控等產業與工業應用。」應科院總裁周憲本亦指出:「本院正在與企業合作,研究如何把5G應用到生活之中,解決大眾的生活『痛點』,從而建立新的商業模式。」

應科院副總裁莊哲義表示,5G的超低延遲更多是集中在有特定需求的行業應用,如物聯網、車聯網等。

促使車聯網落地

除了一般市民的手機外,5G在商業市場上的應用相對較少,很多人對5G的技術優勢及應用場景仍是一知半解。其實5G正在逐步融入生活中,周憲本舉例:「本院與運輸署合作,用5G技術為沙田一段14公里的公路裝置車聯網,現在屬於建設初期,項目由裝置到數據收集需要一年多。」車聯網(Vehicle-to-everything)是物聯網(Internet of things)的一種,透過在道路設施和車輛安裝感應器,令車輛之間可互相感應距離,從而調控車距,以及提升定位和導航功能,提高交通安全性。周憲本解釋,5G的高網速可提升物件之間的互聯效率,令車聯網能落地應用:「本院在室內用Wi-Fi,室外用數據,使用5G時網絡能統一,令車聯網讓所有的汽車、行人、交通設施、通訊基站串連在一起,它們能互相溝通,建設一個可靠、安全的信息網絡,例如前方路口有車輛正衝出來,一般人看不到便會被撞倒,透過車聯網便可給路人警示,有機會避開危險。目前大概有十多個交通意外場景導入了車聯網之中,可讓駕駛者得到預先警示,推算有九成的交通意外能因此避免。」交通意外往往在剎那之間發生,車聯網配合5G低時延可令汽車在極短時間內作出反應,幫助駕駛者在遇到危險時及時應變,減少交通事故。周憲本認為:「若沙田區效果理想,車聯網將擴展至全香港。車聯網是一個雪球效應,透過收集更多數據令整個智能化系統更完善。本院亦正在與港鐵商討,在輕鐵路段試行這套系統,因輕鐵不像地鐵般有專屬的路軌,時常可以見到路面車輛、行人與輕鐵『打架』(人車爭路),因此本院正研究如何智能地避免交通意外。」

讓自駕車更聰明

5G帶領人類進入萬物互聯的新時代,其中亦推動人工智能(Artificial intelligence)的發展,人工智能是指以「人工」編寫的電腦程式,去模擬出人類的「智慧」行為,人工智能的身影已經充斥於我們的生活,例如手機的語音辨識功能、Google Map的最佳路線規劃等。讓電腦透過自我學習的方式,去解析數據或做出問題判斷,不斷優化改進自身,上述的車聯網也是人工智能結合5G的未來應用例子之一。車聯網使車輛與環境互動,更能推動無人駕駛汽車的發展,使其安全行車。想像在未來用電召車軟件召來一輛無人車,在GPS(全球定位系統)中輸入地址,並點擊自動駕駛,車子即會自動送乘客回家,而乘客即可閉上眼睛安享旅程。雖然自動駕駛技術越來越成熟,但因駕駛座上沒有真人司機,難免會令人擔心。為避免自駕車車禍,車輛與車輛之間的即時通訊就更顯重要,而5G和車聯網的應用,則可讓自駕車之間相互溝通,以確保行車安全。

應科院研發的自動駕駛汽車已獲運輸署發出牌照,可於科學園內自動行駛。

上車後只須在平板顯示器上選擇終點,便毋須再控制軚盤或油門,即可到達目的地。

記者親身體驗,可見行車時軚盤自行轉動,轉彎也沒有問題。

提到虛擬實境(Virtual Reality),一般人會聯想到戴起VR頭罩,從眼罩內看見的虛擬影像。現有的4G網絡時延很高,不能使人們使用超高畫質及穩定流暢的 VR,而5G流動網絡有着高網速、低時延的好處,解決了VR和擴增實境(Augmented Reality)技術上的限制。周憲本亦提出目前在工作上實際應用的例子:「本院與電訊商合作,他們定期派員外出檢查發射站並進行維修,利用5G和虛擬實境,工程人員可進行遙距檢查,通常專家在總部,看外出員工檢查系統的情況,並指導他如何維修。本院也與內地鐵路公司合作,為他們設置虛擬實境和人工智能,為車輛作定期檢查,細緻如一粒螺絲也能查看清楚。由人手操作的檢查工作,或因工序重複,或因人的疲累因素等,有機會出錯,但人工智能則會越來越聰明,它們透過導入不同的場景,甚至能預計短期內會出現的耗損。當中的數據傳輸和實時影像,都需要5G配合。」

身臨其境 切身體驗

試想像未來戴上虛擬實境頭盔後,就能如置身球場內一樣,並在場內最佳位置、以最佳視野欣賞球賽,感受身臨其境的狂野氣氛。又或在進行遙距會議時,員工只需要進入VR會議室就能開會,VR還能延伸到教育訓練、智慧醫療等應用領域。應科院亦推出4K2K AR/VR頭戴式顯示器,顯示器的水平解析度達到4000像素、而垂直解析度達到2000像素的微小輕巧AR/VR眼鏡。眼鏡使用智能光學技術,將傳感與顯示融合為一,具有感應功能,以賽車為例,以用家在不同賽道的反應和軌迹,分析那是初哥還是老手,並給予訓練建議。周憲本表示:「目前眼鏡可以透過掃描瞳孔進行身份認證,希望未來配合5G的數據傳輸和實時影像,能夠在擴增實境中用眼來控制,眼睛一瞥就可以像滑鼠一樣點擊畫面,例如去旅行看路牌用AR眼鏡翻譯、在工廠中看到貨物即能顯示貨存情況,又或踏入餐廳時戴上AR眼鏡看菜單會即時呈現餐點影像等,相信未來還能革新更多應用場景。」

應科院研發的4K2K AR/VR頭戴式顯示器(Head-mounted display, HMD),可以掃描瞳孔認主,能讓使用者體驗70度廣闊視野。


4K2K AR/VR頭戴式顯示器使用智能光學技術,將傳感與顯示融合為一。

周憲本表示4K2K AR/VR頭戴式顯示器在未來可被各行業採用,例如:模擬飛行、駕駛和演習,還可幫助培訓STEM教育、電子體育項目等。

任意設備 高質遊戲

網上連線遊戲玩家,往往追求高畫質,組隊打怪獸反應一定要夠快,5G的低時延可幫助玩遊戲時的流暢度,將不會存在Lag(延遲)、斷線或閃退的問題,提升整體網絡遊戲的環境質素。真實的場景需要高流量去建設,數據傳輸更高,5G更能帶來切身的感受。周憲本表示:「如果想玩複雜的遊戲,手機必須是高階版,中端處理系統要求很高,但5G把所有的數據傳輸放在雲端,手機只給予畫面,不用依靠近端硬件運算,要做到這樣的效果,中端與雲端之間的溝通要很快,並需要使用很大的數據量。本院與內地遊戲開發商合作,將手機難以運行的高規格遊戲,透過5G網絡於雲端上運行,這樣日後手機即使沒有高規格的圖形處理器(GPU),也可以連上對硬件需求極高的遊戲,提高用家的體驗,也有助減少遊戲的耗電量。」隨着網絡可承載量更大,以後還有更多的娛樂活動可望在玩遊戲時同時進行,例如可容許數百人同時玩遊戲和視訊聊天,或在遊戲內看電影、演唱會,提升虛擬社交功能。

5G是智慧城市中不可或缺的技術,它促進了物聯網、人工智能、虛擬實境等各項重要技術的發展,不但改變人類生活,更為社會帶來新的業務、商機。目前各界已積極發展5G的商用落地機會,讓5G不再只是限於提高手機的網速,而是能真正改變社會的重要技術。

室內基站是挑戰

5G擁有超高速度,原因是什麼?莊博士解釋:「在無線技術上,5G利用更多天線作傳輸(Massive MIMO),可傳輸更多數據,它也使用高頻信號,提供極快的檔案傳輸速度。」當使用更高頻段的通訊技術時,傳輸距離及覆蓋範圍也會相對縮小,莊博士續說:「頻段較低的4G採用一個大型基地台(Macro Cell)即可覆蓋幾公里,因此數據傳輸距離很遠,而5G能縮短數據傳輸距離,但這也表示必須在每座路燈、建築物、家庭甚至每個房間裏,放置數十甚至數百個微型基站(Small Cell),才能覆蓋同樣的區域。」

應科院自創的5G微基站及核心網。

基站需求大增

現時電訊商5G網絡覆蓋率達全港70%,包括繁盛區域如中上環、銅鑼灣、尖沙咀、旺角等,室內包括大型商場如海港城、K11 MUSEA、灣仔會議及展覽中心,以及香港國際機場等均能接收5G網絡,電訊商亦指出,到了今年年底覆蓋率能達全港90%。

香港樓宇密集,在5G網絡覆蓋上有什麼技術限制?莊博士解釋:「5G網絡建設,由於頻段較高,覆蓋相對較4G更小,穿牆能力更弱,這就導致基站建設的投入會更大,香港地少、山多、樓高,對於覆蓋也是很大的挑戰,初期5G的信號覆蓋在香港不會特別理想,但營運商的商業策略會逐步提升覆蓋範圍。未來5G覆蓋的重要建設是室內場所,因大部分5G室外基站的信號無法很好的滲透到室內。如果室內5G覆蓋不足,會導致信號較弱,但目前的架構仍然可以利用4G網絡填補,並不會出現斷網的情況。因此室內5G的信號覆蓋將是營運商競爭網路品質的關鍵。這也相對地增加了營運商的建網成本,也因此未來針對室內覆蓋的低成本方案,服務室內市場的網絡方案會更加受追捧,特別是一些對5G有需求的行業,如物流業和製造業。」

微基站十分輕巧,可為室內地方提供專網。

目前應科院亦正研發室內微基站,周憲本指出:「內地在建設大規模的5G基站上有很好的成果,應科院則集中研究低成本的5G專網,如可在室內、倉庫、工廠、企業、商場內使用的專網。在硬件微形化方面,本院也有很大的研發,令基站輕巧細小,方便設置,也較為省電、美觀。」5G要進一步普及使用,信號必須夠穩定,範圍必須夠廣,要解決這個問題,便要廣鋪網絡,特別是在室內安裝足夠的發射站。

必須更換晶片

想享用5G網絡,就必須升級手機、電腦的配件,莊博士解釋:「初期要使用5G網絡,就要更換新的手機,因為需要5G通訊晶片。現時成本較高,手機售價自然也高。香港目前仍未有直接可以使用5G的電腦,但外地已經推出。隨着需求增加、產量增加,5G晶片的成本將來會降低,未來將出現更多內置5G晶片的終端,如電腦或汽車的小型終端等。另外,亦會有更快的方式使電腦能接收5G網絡,如購買支持接收5G頻率的USB無線網卡,插入電腦後便可接受5G Wi-Fi,這些配件有機會在年底推出。」
 

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