对我国而言，内需市场规模相对较小，在频谱资源的规画上，政府必须以国际接轨为原则，考虑国情的需要，以民众便利与福祉，进行相关的频谱资源分配。 但就经济发展而言，仍需朝向以创新的思维，透过频谱的规画与弹性运用，鼓励在地的实际应用验证，发展多样性的服务，以争取国际的商机。
ITU-R 5G频谱发展趋势
本文先扼要说明ITU-R下世代频谱发展趋势，及各国重要频段规画的分析，作为国内相关发展的对照。 国内的部分，将以台湾频谱使用现况与政策使用的规画说明，进一步探讨台湾频谱运用发展的观察与建议，期能促成国内频谱的活化运用，并积极与下世代行动通讯与物联网应用接轨。
为寻找未来新的频谱资源，ITU-R根据WRC-12大会第233号决议，在2015年11月WRC-15大会召开前，进行WRC-15的频谱需求及候选频段研究。 依据2013年ITU-R报告，预估到2020年信息传输量需求将会增加44∼80倍[13]。 WRC-15大会首要议题(1.1议题)定为「审议作为主要业务的行动服务做出附加频谱划分，并确定IMT的附加频段及相关规则条款，以进一步促进地面行动宽带应用的发展」。 而在WRC-15决定频谱需求及审视当前提出的19个候选频段后，在WRC-19前先进行技术上的需求及提出满足5G需求的解决方法及技术，最后在2020年进行5G商转，同时3GPP版本(LTE-APro)也会从R13升级至R16。
为支持未来大带宽需求(500MHz∼1GHz的频谱区块)及热点服务(至高密度网络)，未来将会考虑6GHz到100GHz附近的高频区域，尤其是EHF至高频段中26.5GHz∼100GHz频段的毫米波段(mmW)，由于此类频段的带宽相较宽阔许多，可有效提升数据传输容量与系统效能。 6GHz以上的频谱资源尚有些完整的频段，可为IMT业务的长期发展预留。 WRC-15决定在WRC-19议程中包括为6GHz确定频段的研究，允许技术满足更大容量的需求。 各主管部门及行业可以根据IMT-2020的实施时间表，致力开发必要技术[14]。
但目前有部分高频已提供应用服务(如77GHz目前使用于车辆防撞雷达)，在使用上需注意避免对既有应用的干扰。 日前WRC-15将79GHz分配给汽车雷达，提供了全球统一规范。 而在环境监控方面，WRC-15同意新分配7GHz∼8GHz用于卫星地球观测业务的任务飞行器规画及动态飞行器软件修改上传大量数据，9GHz∼10GHz的分配将促进开发卫星地球观测业务上的现代宽带感测技术和飞行基地雷达。 同时，WRC-15亦同意在19.7GHz∼20.2GHz和29.5GHz∼30GHz促进卫星固定业务(Fixed Satellite Service)、地面移动高速卫星系统地球站的全球部署，使得交通运输业将可以卫星系统连接全球宽带。 交通运输工具上的地球站将可与高功率多点波束卫星以10∼50Mbit/s左右的传输速率进行通讯[14]。
而在6GHz以下的5G候选频段中，对于已经分配给业者使用的IMT频段，建议应统筹规画，通过频谱重整(Refarming)，包含既有的2G与3G行动通讯，为5G的发展释放出更多的频谱资源；国内也将参考IMT相关频段规画结果，纳入到未来频率的政策当中。
代表全球行动运营商共同权益的GSM协会，于2014年建议重新指配给全球行动通讯使用的新频段，其中包括Sub-700MHz[11]UHF(470MHz∼694MHz)、L-Band(1.3GHz∼1.518GHz)[10]、2.7GHz∼2.9GHz频段[8]、C-Band(3.4GHz∼4.2GHz频段)[9]。 而在WRC-15已确定L-Band之1.427∼1.518GHz频段及C-Band之3.4GHz∼3.6GHz频段分配给行动宽带业务。
此外，在5GHz附近与1GHz以下仍有不少免授权频带，可用以扩充行动网络容量，3GPP标准所制定之LWA(LTE-WLanRadioLevelAggregation)/LAA(Licensed-AssistedAccess)技术便是利用免授权频带，结合现有LTE授权频带，藉此提高可用带宽。
WRC-15做出一项重要决定，为国际电联1区694MHz∼790MHz频段内的行动宽带增加容量，并为数字红利的实施提供全球统一的解决方案，为在该频段的电视广播及航空导航系统提供全面的保护[14]。 目前较被讨论包含5GHz免执照国际无线(UNII)信息传输频段，与其他整合广电专用电信频段，希望达成和谐、公平且有效的运用。
WRC-15新分配5.3515GHz∼5.3665GHz给业余无线电业务，将维持各种距离的稳定通讯，尤其是为灾害情况及救灾工作提供通讯。 为了强化公共保护及救灾时稳定的紧急通讯业务，WRC-15确定了694MHz∼894MHz频段用于该业务，同时加强406MHz∼406.1MHz搜救讯号上传的保护。 为了提高安全性，WRC-15亦将1.0877GHz∼1.0923GHz分配给卫星航空移动业务(地对空)，以使全球民航航班追踪分配的频谱达成一致。
导航安全亦因为WRC-15新分配161.9375MHz∼161.9625MHz及161.9875MHz∼162.0125MHz给卫星水上移动业务而获得改善，并将继续研究161.7875MHz∼161.9375MHz与同一频段及相邻频段内现有业务之间的兼容性问题[14]。
现存的4G服务位于6GHz以下，将透过重新整理并提供IMT规画5G使用。 对于6GHz以上的频谱，必须先通过理论分析和实际测量，对其在行动通讯的可行性进行验证，故当前WRC-15重点考虑6GHz以下潜在候选频段，而在WRC-19时将考虑6GHz以上高频段。
总言之，频段利用可分为三个范围：低频段(<1GHz)，中高频段(1GHz～6GHz)和高频段(>6GHz)。 低频段具电波高穿透性特点，行动基地台涵盖区域大，整体网络建设成本低，但可用带宽较小，传输速度较不适合需要大量带宽之应用服务，或许适合应用于物联网发展，但物联网通讯需求与行动宽带通讯需求有互动互补关连，而各自的专属通讯频谱需求则有竞合，两者应平衡发展。 中高频段，行动基地台一般而言涵盖范围相对低频段小，但传输容量提升，或可以地理性区隔方式提升频谱使用效率。 高频段具有高带宽及短波长的特性，可达到高速、宽带、短距离传输高容量数据的成效，较适用于需要极大带宽的应用服务。 新的频谱架构的思考，可用高中低频段协作，形成一个无缝网络覆盖。
各国重要频段规画
虽然目前5G技术规格、标准与发展时程及频谱规画等尚未明确，然而世界各国普遍有共识朝2020年作为5G商转年，来进行频谱规画及需求预测[12]。 图1[2]列出近年来各区域组织所召开的会议历程，密集的会议可见各区域组织对5G的关注。 其中APT(Asia-PacificTelecommunity)为了WRC-15召开的第六次APG会议(Asia-PacificTelecommunity’sConferencePreparatoryGroup)于104年7月27日举行，该次会议重要决议为提供51MHz带宽给行动宽带使用[7]。
图1 全球各区域主要组织为2020年5G商转的会议历程
数据源：AnnetteM.Purves,“Preservingaccesstosatelliteservicesinc-band”
本节归纳各国现况，以厘清国际B4G/5G行动宽带频谱政策。 重要频段包括现有行动宽带频谱的配置规画(例如：700MHz、800MHz、900MHz、1.8GHz、2.1GHz等频段)，及国际组织或各国规画释出用于行动宽带的候补频段(例如：450MHz、600MHz、2.3GHz、3GHz-5GHz)等。 探讨国家包括美国、欧盟、亚洲太平洋地区等[16][19]。
由于各国现存2G频谱执照陆续到期，频谱主管机关无不积极评估700MHz、900MHz、1.8GHz等频段的未来发展，对于届期执照的处理方式主要包括延照、换照或重新拍卖。
对于现有行动宽带频谱的配置规画，在700MHz的规画方面，目前将700MHz释出做为行动宽带服务的国家，除了美国之外，主要为亚太地区国家，例如：日本、韩国已清空该频段，但韩国2016年4月未顺利拍卖出去，澳洲、纽西兰、印度及台湾亦释出部分带宽进行拍卖，新加坡、印度尼西亚、泰国、越南则是持续追踪，亚太电信组织对于行动宽带释出的发展状况。 欧洲国家仍主要使用700MHz来提供数字无线电视服务，但近期欧洲CEPTCPG开始探讨使用700MHz做为无线宽带服务的可能性，欧盟国家中以德国最先释出700MHz频段，已于2015年6月拍卖释出，英国也具体提出移频策略。
行动宽带候补频段讨论热烈
在800MHz各国的频段配置规画差异颇大，德国、法国、英国三国已完成800MHz频谱拍卖，且德国和法国已开始商转4G服务；新加坡因800MHz上有多种应用故暂缓释出。 在900MHz的部分，目前台湾、韩国、日本与新加坡在该频段部署LTE技术。 在1.8GHz的规画方面，该频段为各国LTE技术主要部署频段之一，行动通讯业者将技术升级为4G服务者比例高且成长速度较快。 在2.1GHz的规画方面，原为欧盟国家3G服务的重要频段，欧盟已通过可重整提供4G服务。 美国、日本、韩国、澳洲等国已有业者于此频段提供4G商转服务。
目前国际上讨论较为热烈的行动宽带候补频段，包含1.5GHz、2.3GHz∼2.4GHz、2.7GHz∼2.9GHz与3.4GHz∼4.2GHz，其中2.3GHz有TDD(Band40)及FDD(Band30)的规画方式。 TDD以亚洲国家的规画与使用最为积极，如中国大陆、澳洲、新加坡与香港等，FDD则配置于北美等。 美国并非将2.3GHz视为主要的行动宽带用频段，仅规画其中20MHz供行动宽带业务使用。
中国大陆也提出1.427GHzMHz∼1.525GHz、3.3GHz∼3.4GHz、4.4GHz∼4.5GHz和4.8GHz∼4.99GHz，同时辅以2G/3G的零散频段以及非授权频段等。 根据2015年的调查报告[16]指出，在2.3GHz∼2.4GHz频段，目前全球已有多个商业网络以LTE-TDD方式规画，欧盟亦考虑将此频段以授权共享存取(LSA)/认证分享接取(ASA)频谱共享授权方式，在不干扰既有官方雷达及户外节目制作(PMSE)使用的前提下，准许行动通讯业者以次要用户的身分共享频段。
另外被积极规画于下一代行动通讯用途的3.4GHz∼4.2GHz频段，包括中国大陆、日本、澳洲、英国、德国、法国、美国等国。 目前在亚太地区多为卫星用途，但因频谱资源的紧缩，中国大陆与日本已深入探讨如何与卫星服务共存、克服干扰等议题，中国大陆亦计划于3.4GHz∼3.6GHz导入SmallCell系统。 在3.5GHz的部分，属欧洲国家最为积极，原因于在此频段没有卫星服务，如德国与法国已进行规画，英国Ofcom则以技术中立配合频谱共享避免影响既有用户机制的原则释出拍卖。
在北美地区，美国预计开放原供海军雷达专用之3.55GHz∼3.7GHz频段，允许行动通讯业者透过频谱接取系统(SAS)授权方式进行公民无线宽带服务(Citizen Broadband Radio Service)，Google亦获准于堪萨斯以3.5GHz进行SAS共享网络系统测试。 加拿大亦预计在3.5GHz规画150MHz左右带宽供行动宽带用途。
关于候补频段中450MHz∼470MHz的规画方面，多为亚太国家使用此频段，规画为行动通讯服务用途，如中国大陆、澳洲、印度尼西亚、马来西亚、蒙古、菲律宾、越南等。 而在600MHz频段属美国将释出约120MHz带宽做为行动宽带使用。 欧盟国家中唯有英国预计释出550MHz∼606MHz中的部分带宽。
此外，6GHz以上频谱的规画方面，韩国已有行动电信业者将28GHz规画做为5G服务使用。 38GHz及70GHz∼90GHz目前则是IEEE802.15.3c所使用的Wi-Fi频段。 目前尚未被过度开发的毫米波频段，美国与加拿大开放之毫米波频段为57GHz∼64GHz，欧洲为57GHz∼66GHz，日本为59GHz∼66GHz，澳洲则为59.4GHz∼62.9GHz。 WRC-15决议出8个候选频段，以24.25∼27.5、45.5∼47、47.2∼50.2、66∼76GHz频段有较高共识。
探讨各国行动宽带频段的运用政策规画，可描绘5G频谱未来运用趋势的脉络。 其共同方向为积极将频段开发为5G频谱之用。 由于能取得国际一致频段的难度增高，将有待ITU-R于WRC等国际协商场合，进行探讨与协调，以取得一定程度的全球频段使用和谐。
台湾频谱使用现况与规画
随着行动通讯技术之发展，我国于2014年正式商转LTE技术，迈入4G的时代。 根据ITU-R报告的频谱需求预估模型，至2020年台湾行动通讯带宽需求预计约1.05GHz，而相对应ITU-R2020年规范之行动通讯带宽则为985MHz[15]。
台湾提供电信服务的频谱包括第二代移动电话业务(900MHz及1.8GHz频段)、第三代行动通讯业务(800MHz及2.1GHz频段)、无线宽带接取业务(2.5GHz及2.6GHz频段)及第四代行动宽带业务(700MHz、900MHz及1.8GHz频段)。 台湾目前4G频段分配如表5，带宽总计270MHz。
为及早因应4G快速发展的频谱需求，交通部已于2015年就无线宽带接取业务使用频段及其相邻频段(2.5GHz∼2.69GHz)进行整体释出作业。 我国2.6GHz频段将采国际间FDD(Band7)加TDD(Band38)频谱规画，带宽总计190MHz。
基于交通部于2016年中华民国调频分配表公告的频率供应计划，就1.71GHz∼1.785GHz、1.805GHz∼1.88GHz，现行供行动宽带业务使用，以及第三代行动通讯业务所使用频谱(825MHz∼845MHz、870MHz∼890MHz、1.92GHz∼1.98GHz、2.11GHz∼2.165GHz) 现行供第三代行动通信业务使用，期限至107年12月。
关于1.71GHz∼1.785GHz、1.805GHz∼1.88GHz，我国释出作为提供行动宽带网络业务LTE-FDD(3GPPBand3)使用。 而825MHz∼845MHz及870MHz∼890MHz，现行供第三代行动通信业务使用，期限至107年12月。
1.885GHz∼1.98GHz、2.01GHz∼2.025GHzWRC-2000决议可供IMT-2000通信业务高空平台(HAPS)使用，HAPS(High Altitude Platform Station)一般咸认为与卫星通信相比，HAPS通信具有成本较低，传输延迟小，易配置等特点，可广泛应用于反恐、救灾和敏感区域监测等领域。 2017年以后可能规画释出频率为608MHz∼698MHz、2.3GHz∼2.4GHz、3.4GHz∼3.8GHz等3个频段。 将持续观察全球频谱共享机制(如LSA/SAS等)、SDL机制及LAA等新技术或开放频段作为免执照频谱使用之发展情况，并评估导入我国之可行性。
关于608MHz∼698MHz，目前美国FCC利用奖励拍卖政策，鼓励无线电视频道业者自主重整手中位于600MHz频段的频谱，透过Reverse&ForwardAuction制度，将各业者手中闲置频谱释出，并获得财务上或制度上的补偿，该释出频谱未来将由FCC重新规画供行动通讯网络业务使用。 我国现纳入候选频段，并视美国之释出结果及ITU-R后续决议，进行频率腾清及后续使用规画作业。
而2.3GHz∼2.4GHz频段目前全球已有多个商业网络以LTE-TDD(3GPPBand40)方式规画，但亦有规画为LSA用户，我国目前此频段为提供既设电台使用，故确实可用频率范围、预计释出时间及预计启用时间将视协调结果决定。
其中2.3GHz∼2.35GHz于既有电台移频之后规画作为实验网络使用，3.4GHz∼3.8GHz亦规画作为实验网络使用。
交通部于104年9月发布之「我国3G执照届期之后续规画」咨询文件中，咨询频段包含以美规800MHz、欧规2.1GHz与TDD频段、1.77GHz∼1.785GHz、1.865GHz∼1.88GHz、C频段中Band3频段、1.88GHz∼1.92GHz等可做为增加我国布局TDD技术使用频段。 为求慎重与周全，交通部开放征求公众意见，以在后续规画过程中将各界建议纳入考虑[17]。
随着科技的发展，行动装置与物联网使用剧增，创新服务推陈出新，使得无线通信需求呈现几何级数速度增长，凸显未来频谱供应的重要性。 频谱系稀有而珍贵的无形资源，会随着社会的进步而增值，而各段的频谱因频段而价值差异极大，目前以行动通讯用的频谱价值最高。 但目前频谱闲置，平均使用率低，甚至在精华区亦然，却又是国际共同现象。 故频谱运用成为重要议题，接下来本文将遵循ITU-R(WRC)决议且与全球产业趋势接轨，基于平衡发展行动及机器间通讯，并方便电信运营商的4G与5G网络运作的前提下，从政策、社会及研发等三个面向，重点探讨我国频谱运用的发展[18][20][21]。
台湾频谱运用发展探讨
从政策面来看，频谱和土地一样都是有限珍贵的资源，频谱也需要都市更新，意即频谱的重整。 频谱重整，乃由规画、释出、运用、管理至回收等流程，就像是都更之于土地，必须要与时俱进而又高瞻远瞩。 然而，如同土地都更会产生种种问题及意见，频谱要规画配置为新目的或弹性运用亦是牵涉广泛而且复杂，而频谱配置后的管理更是要精密准确，有效避免干扰。
进一步而言，如以美国商务部国家电信暨信息管理局(NTIA)以某政府机关所使用频段来评估为例，清空95MHz另作新用途的话，约需180亿美元经费及10年时间，但清空后拍卖所得可能远不及上述成本，可说是既昂贵又旷日费时。 故若想提升宽带上网速度，同时需考虑另辟蹊径，以满足未来无线接取所需的大量带宽[20]，如评估实行新使用机制之频谱(如共享式频谱)[16]。
近期一波提升频谱活化使用的规画，可说是从无线电视数字转换开始，让世界各国也开始产生不同的做法，希望在频谱的使用上可以更有效率。 美国FCC于2008年首开频谱分享使用的先河；欧盟计划COGEU在2010∼2012年期间，于德国慕尼黑附近区域，将下午四点到午夜时段的电视空白频段公开标租给行动通讯业者等，每年重新拍卖一次；新加坡于2014年11月、英国与加拿大于2015年2月，分别经多年技术评估、先导测试、政策研析与公听，建置频谱地理数据库( Geo-locationDatabase)供查询可用频率、时段、及区域，推出类似的规管做法，让大众分享运用，相关产业及生态链也因而隐然成形。
其中新加坡经10年研议，共释出186MHz，并设置两个优先频道，透过高优先权弹性运用，由该国电信业者StarHub建置频谱地理数据库，作为「创意频段」(InnovationBand)，其是该国「智能国家」(SmartNation)计划推动的重要环节之一，也已推广至菲律宾、印度等地，开创新的商机[20]。 以上的示范应用除了用于上网、船舶近岸通讯外，有许多物联网的应用案例，如智能电网、视讯监控、环境感测等，须满足低功耗大连接和低时延高可靠等特性需求，也凸显频段应用在机器与机器间通讯新需求的兴起，以及所造成分配上的竞合。
频谱的规画管理与奖励方面需要跨领域、跨政府部会、跨产业来共同进行。 理想情况下，频谱政策应该全面性的规画，才能发挥频谱使用的最大效益。 频谱治理政策的重点，是要让频谱有效利用，珍贵稀有的频谱资源，应该优先给最有效利用的对象，以避免频谱公共财无法有效利用造成产业发展停滞。 交通部的频率供应计划中，亦将国际频段分享使用的观念纳入[21]。
从社会面来看，频谱有着公共财的性质，除了商业应用外，应该包含急难救助及城乡平衡等社会服务。 而急难救助有最高的优先性，并基于坦佩雷公约的精神，解决跨单位间救灾频段互通问题[3]，例如美国FirstNet作法，平时以提供LTE上网服务，急难时转为救灾应急[6]，确保联机稳定运作及覆盖率以符合急难救助的需求，而商业运作可在平时使用该频段，使频段使用更有效率。
就城乡平衡解决数字落差的问题，台湾有许多原住民部落在深山中，线路布置不易、成本高且营收低而让电信商缺乏商业动机去布建光纤网络，若是使用改以无线方式来让原住民部落有网络可以使用，不但成本较为低廉，更有助偏乡信息流通，另一方面。 也可以无线宽带网络提升偏乡医疗之质量与扩大服务的地理范围[18]。
在国际上，许多国家结合ICT资通讯大厂，在乡间以闲置的电视空白频段同样发展无线上网以及远距医疗等工作。 对于此一趋势，我国目前则以投入频谱地理数据库、动态频谱分派等技术投入，以争取国际商机与在地服务。
从研发面而言，由于频谱合约必须到期释出或是提前解约才能重整，因此短期发展频谱共享机制技术，配合长期频谱重整，可以使频谱使用更有效率。 像美国总统科技顾问的频谱政策小组(PCAST-Spectrum)，乃于2012年向欧巴马总统提出以频谱分享取代频谱重整，从盘点联邦政府各机关低度使用或可分享使用的频段着手，其分享的方式如图2[5]。
图2 FCC提出的频谱分享架构
数据源：FCC(4/2014)
空白频段不只存在于规画给无线电视用途的频段，为了让空白频段更加有效的利用，发展动态频谱分享技术是全球趋势。 相较于要申请执照才能接取的频段，电信业者对于免执照授权即能接取的频段，有着高度兴趣用于LAA新兴分享技术，与Wi-Fi等异质性网络在免授权的频段和谐共存，来扩大所使用的频段及频谱使用效率，提升服务涵盖与容量。
因应免执照频段全球的高共通性，应促进行动宽带5G技术公平且和谐地运用于有相当带宽的免执照频段[20]。 在国内的技术与产业的对策，基于在3GPP、IEEE802、Wi-Fi、ZigBee、蓝芽等方面的资通讯产业基础上，就上述新世代动态频谱分享(DynamicSpectrumSharing)、感知无线电(CognitiveRadio)、软件无线电(SoftwareDefinedRadio)等方面，也应该持续相当投入与规画， 以掌握国际脉动。
展望未来，频谱运用仍有许多值得探索之处，例如欧盟投入CORE++、ADEL等前瞻计划[1][4]。 如前章所述，国际标准化组织正进行MTC、LSA、LAA等标准制定活动。 产业界基于这些标准的发展，将在相关授权、共享或无授权频段，产生新的竞合关系，以及在同质与异质网络的频谱共享，国内须密切关注并鼓励投入具备潜力的研发。 整体目标应以创新多元服务模式，打造速率、效率、可控制质量、适应各种不同的网络服务特性，来支持新兴需求与设备发展，让频谱的使用更具公平、和谐、效率，并营造国内通讯领域下一波的国际产业链定位。
台湾资通产业标准协会网址： www.taics.org.tw
(本文转载自《台湾5G白皮书》，由台湾资通产业标准协会(TAICS)提供)
