為展示5G行動通訊網路大頻寬、超高速傳輸、及超低延遲特性的校園應用，在前期計畫中本團隊已完成三個場域的建置：子場域一「遠端合唱系統」以APP接收陽明交通大學不同校區的畫面及聲音，送到伺服器端進行運算，再將三個現場的影音投到大螢幕，利用5G超高速傳輸及超低延遲的特性，使得各校區的合唱團能無時差進行不同聲部合唱，觀眾也能聆聽完整的合唱天籟，充分突顯4G因為高延遲性及沒有足夠的傳輸速度，不同端的合唱影音無法進行無時差的傳輸而無法達成的應用。在子場域二「運動賽事遠距即時直播與講評」中，各校區的梅竹賽相關的畫面和聲音，包括賽事、主播講評、及觀眾，會送到伺服器端整合後放送，使得即時賽事直播與講評及觀眾互動能無時差進行。子場域三「羽球賽場即時AI智慧教練」則在賽事中即時傳輸多個角度攝影機所拍攝的高解析度畫面，作為蒐集多視角情資傳至雲端伺服器，雲端伺服器會執行利用「CoachAI」雲端程式，以AI進行即時智慧戰況分析。三個場域充分利用5G大頻寬、超高速傳輸、及超低延遲特性，展示了5G eMBB、mMTC及URLLC等透過4G無法達成之應用。
前期計畫中，5G行動通訊網路的硬體設施是採用中華電信的5G NSA基地台及5G MEC，相對於4G僅有傳輸速率的提升，無法充分利用5G SA所帶來的新應用。例如本計畫中的「遠端合唱系統」因裝置之間無法進行高精準的時間同步校正，使得展示上或有合唱不同步的情形。而5G SA核心網路則提供了本場域所需的時間同步功能，本計畫在精進「遠端合唱系統」的規劃上，除了最佳化相關應用程式及伺服器外，更會將整個5G行動通訊網路改採5G SA的規格，其中所用的5G SA核心網路即本團隊所開發的free5GC。
free5GC (https://www.free5gc.org/)為本團隊開發之世界第一套符合3GPP R15標準的開放式5G核心網路平台，free5GC在多項教育部、科技部及經濟部計畫支持下已有極佳成果，任何符合3GPP R15的5G SA基地台或手機皆可與之連接。free5GC目前已與明泰科技、工研院、Amarisoft等多家廠商所開發的5G SA商用基地台，以及HTC U20手機、Samsung S20手機、仁寶科技的MiFi 5G SA裝置等對接成功，其功能完整性、穩定度及可靠度可見一斑，加以市面上其它5G SA核心網路不但價格昂貴，且並無本計畫所需的時間校正功能，更無法提供原始碼讓本計畫針對不同場域進行最佳化參數的調整和修正，故free5GC為本計畫中精進場域佈建並展示5G專網特性的首選。
主要達成之目標與預期達成之具體成果
本計畫預計將達成以下成果
- 提供至少3所學校200人次，透過本場域體驗5G行動通訊網路所帶來的超高速傳輸及超低延遲服務應用。
- 子場域一「遠端合唱系統」增加時頻校正功能，使得合唱的誤差更小。
- 子場場域二「運動賽事遠距即時直播與講評」會在進一步增加「即時賽事回放討論」功能。
- 子場域三「羽球賽場即時AI智慧教練」則會進而以AI即時分析對手比賽的畫面，使得對賽事戰況的建議更加精準多元。
- 透過相關課程，教授學生如何實作並修改5G核心網路系統，自行打造創建一套完整5G行動通訊網路。
- 透過場域及完整5G通訊系統環境體驗，推廣free5GC作為國內資通產業開發產品之測試標準平台，協助國內5G行動通訊網路普及相關產業/教育發展。
設施介紹及子場域整合與精進或維護規劃
設施介紹
本計畫設施主要用於精進原5G NSA行動通訊系統成為SA規格，配合國家政策，所有設施皆為100%國產，包括明泰科技的5G SA基地台、HTC U20 手機等，即使在業界也甚少廠商能達到，其項目如下：
- 5G SA商用小型基地台
free5GC目前已與明泰科技、工研院、Amarisoft等多家廠商所開發的5G SA商用基地台互連測試成功，其中明泰科技因對本團隊深具信心，透過合作將5G SA 基地台贈與本團隊使用，該基地台也將使用於本計畫中。
圖 1. 明泰科技5G SA小型基地(含CU、DU及RU)
- 5G SA商用手機
目前本團隊已將free5GC與多家商用5G SA商用手機/裝置進行對接測試成功，在本計畫執行期間5G SA商用手機勢必會如雨後春筍問世，計畫將會安排經費進行購買，如HTC U20手機、廣達/仁寶5G dongle及HTC AR/VR眼鏡等。
圖 2. 5G SA商用手機HTC U20
- 5G核心網路
在過去的計畫中，本團隊開發了世界第一套符合3GPP R15標準的5G SA開放原始碼核心網路free5GC (https://www.free5gc.org/)，能夠以軟體的方式安裝在個人電腦、工作站或伺服器上。目前本團隊已將free5GC安裝在Dell PowerEdge R740xd伺服器上並測試功能正常；另外Intel也對本團隊深具信心，提供了搭載Intel Xeon Platinum 8260M高效能處理器及Intel C620 10Gbps 高速網路卡的客製化伺服器贈與本團隊作研發使用。這些伺服器將會在本計畫中使用。
圖 3. Dell PowerEdge R740xd伺服器
圖 4. Intel 客製化伺服器
- 時頻校正伺服器
LANTIME IMS M1000為Meinburg公司所開發的時間伺服器，能夠透過搭配不同的模組實現如IEEE 1588等時間同步功能。本團隊已備有LANTIME IMS M1000，將用作精進「校慶遠端合唱」場域系統中終端裝置(手機、AR/VR眼鏡)的時間校準，以修正合唱不同步的誤差。
圖 5. LANTIME IMS M1000 伺服器
圖 6. LANTIME IMS M1000
圖 5及圖 6為我們採購的LANTIME IMS M1000，透過搭配不同的模組實現如IEEE 1588等時間同步功能，總共包含了下列幾個模組：
- CPU模組：負責進行時頻相關演算法運算的模組，為整台伺服器的中樞。
- 電源模組：接收外部電源以提供伺服器電力。
- GPS模組：時頻相關的伺服器都需要有一個作為基準的時間源，如原子鐘等。而GPS本身就有所謂基準時鐘(Primary Reference Time Clock, PRTC)的校時功能，透過此模組外接GPS天線，使能有效將GPS訊號作為系統的基準的時間源。
- PTP模組：能將校時訊號透過乙太網路傳至其上所有裝置進行時間同步的模組。
- 信號輸出模組：能夠外接示波器等設備觀看傳送及接收訊號的波形。
- 可燒錄資料的5G SIM卡及SIM卡燒錄器
在過去本團隊已購有4G的SIM卡千餘片及燒錄器數台，且有豐富的SIM卡資料寫入經驗，預計在本計畫中會以同樣的形式再採購5G SA的SIM卡及燒錄器進行5G SIM燒錄。
圖 7. 可燒錄SIM卡
圖 8. SIM卡燒錄器