本計畫係就2015計畫研究成果中之政府優先推動的14個重點科技群組之一－無線技術進行首次技術前瞻與展開研究，以提供台灣未來在科專研發方向、議題研擬與計畫提案的參考，並期藉以能有機會使台灣在無線技術未來長期的發展上，能從?追隨者?轉型成為?先驅者?的角色，並逐步在國際市場激烈的競爭環境中累積相當的關鍵智財(Essential IP)。
在2015計畫對無線技術(Wireless Technologies)之界定，係指以無線方式為基礎，提供網路連接功能之通訊技術開發與應用，最終以達到無所不在網路化社會為目標。為使能完整呈現無線技術的樣貌並涵蓋各類不同特性、不同功能應用的無線技術群組，因此針對無線技術在本研究計畫的定義及範疇則是以通訊為主要目的之無線接取(Wireless Access)技術為探討重點，包括實體層(Physical Layer)以及資料連結層(Data-Link Layer)諸如MAC(Media Access Control)、RLC、RRC(Radio Resource Control)等技術；同時，從短距離到寬頻廣域無線通訊、以及車用通訊等都納入了本計畫的研究領域；此外，本研究計畫並戮力於將前瞻的時間落點嘗試從自今拉長規劃到2020年，以期使本計畫更具前瞻性與參考價值。
而在研究方法與執行流程部分，為能完整掌握無線技術的長期發展趨勢並充分將本計畫的前瞻特性納入，故研究係採次級資料蒐集，以對未來無線通訊服務與應用情境及技術發展方向，做深度掌握以及國內外產學研專家訪談與座談會舉辦等的初級資料蒐集兩者並進，同時將前述之研究發現進一步輔以對全球無線通訊領域領導企業或廠商以及國外學研單位進行相關前瞻技術的專利及文獻探勘，以期對研究結果做進一步佐證。
在全球許多單位均對無線通訊進行了前瞻的相關研究與預測，其中較具代表性的當屬WWRF(Wireless World Research Forum)所勾勒的發展願景，也就是到2017年全球將有7兆的無線終端連結點來服務當時的總70億人口；這個前瞻想法基本上與IBM的智慧地球(Smarter Planet)以及大陸近來所廣為流傳的口號「感知中國」具有相類似的思維，進一步地說，美國國家情報委員會(NIC)所訂定的影響美國未來15年國家戰略利益的六大技術之一－「物聯網」(Internet-of-Things)技術與應用亦表達了同樣的概念，也就是說，未來無線通訊技術的應用情境與服務走向，將逐步自人與人之間的溝通與資訊傳輸擴大到物體間的資料流通與傳輸，換言之，未來長期在無線通訊的演變將從「以手機為中心」(People-to-People/ People-to-Machine)的應用情境擴大到「週遭無所不在」並「無所察覺」的Machine-to-Machine無線通訊使用環境。
在上述的全新應用環境中，無疑將有多種異質通訊網路及具備不同功能特性的短中長距及寬窄頻無線接取技術共存並彼此互補，尤有甚者，未來也將由過去傳統的無線技術提供者驅動市場的現象，逐漸轉為由各類型的創新應用整合服務業者，各自擇取適合的無線技術進行組合與搭配，來服務不同需求的企業或一般大眾用戶，以帶動新一波的市場成長，車用通訊服務即是一例；換句話說，無線技術其愈來愈明顯的enabler角色，也將促使未來任何新興開發的無線技術與其提供者，必須主動地在各適合的潛在垂直應用市場找尋其價值訴求(Value Proposition)並進行成功案例的驗證(Showcase)，才能真正地讓該技術落實並實現商業化的目標，這也是國內相關業者必須認清的走向與趨勢。
就無線寬頻市場來說，全球行動運營商無不絞盡腦汁以提供更好更優質的服務予客戶，包括增加頻寬容量、提高資料傳輸速率、降低遲延(Latency)、更好更廣的通訊覆蓋、服務品質(QoS)以及高速行動性等；為能滿足行動運營商的需求，許多新興無線通訊技術則應運而生，包括多輸入多輸出(MIMO)即可大幅提升資料傳輸速率與容量，而WiMAX以及LTE(Long Term Evolution)所採網路層扁平化的全IP架構，則降低了資料存取的時間延遲，相對地該等系統簡化架構也提供了更具經濟效益的通訊網路而使運營商的投資成本因而得以降低；另外，Femtocell以及Relay等技術則適時地為運營商解決了以較具經濟效益的方式進行網路覆蓋的問題。
而為協助運營商能更有效益且更具彈性地使用寶貴的頻寬資源，歐美各地對頻譜的使用也已開始著手進行所謂的“Digital dividend”頻段標售以及“Spectrum refarming”，以期自現有2G通訊網路原所分配的頻譜中騰出未充分利用的資源以做為未來新興行動服務之用。
然而，MIMO與OFDM(正交分頻多工/Orthogonal Frequency Division Multiplexing)兩大關鍵技術乃全球各業者的兵家必爭之地，在專利的競賽中也都早已進行深度佈局，如Qualcomm、Samsung、Matsushita、以及Nokia等在過去數年均不遺餘力，並已在MIMO技術領域的競賽中取得一席之地；另觀察OFDM部分，因該技術實際上係延伸自電視廣播之應用，使得在相關重要專利的佈局上已有許多日商的影子，包括Matsushita、Mitsubishi以及Sony等企業，而Samsung、Nokia Siemens Networks、Qualcomm、Motorola與Ericsson等通訊大廠亦在過去數年大舉加入專利的戰局；甚至於原本係延伸自聲納以及超音波領域且各國軍方與學界早已擁有不少專利的Beamforming技術，也在過去數年由Ericsson、Motorola、Intel、Samsung、InterDigital、Qualcomm、Alcatel-Lucent、Nokia Siemens Networks等將其帶入了通訊領域並進行相當深度的專利佈局。
綜觀前述，若從「技術專利化、專利標準化、標準產業化」的角度來說，台灣產學研各界於上述關鍵技術領域中能進一步在專利與標準制定上著墨的區間已相當有限，國內業者較能發揮之處仍只會像過去在產業化過程中扮演技術商業化與在產品設計製造上予以將技術落實的角色，包括3GPP的HSPA+(Evolved High-Speed Packet Access)以及LTE，惟將仍難擺脫支付技術權利金的宿命；不過，LTE核心技術中之MIMO以及OFDM其技術理論在真實環境的實現上仍存在許多瓶頸有待進一步克服，且預期未來LTE ecosystem將較現有的通訊產業鏈之複雜度高，在相關業者數眾多且多元、以及專利的彼此競合而有機會拉低技術授權金的長期趨勢下，LTE基頻IC以及Multimode/Multi-band終端產品與Femtocell等都可能成為國內通訊相關業者未來的商機所在，然而，全球LTE實質大幅商業化的時間表以及可行的創新商業模式等議題在未來2-3年仍有待關注；但不論如何，LTE局端設備市場在未來中短期或許不足以提供各競逐的國際系統整合大廠分食，惟多模與多樣化form factor之趨勢將使LTE終端及晶片市場更值得業者期待。
而WiMAX在非洲以及中東等固網普及率低的地區，當地新進運營商(Greenfield Operator)以代替有線寬頻做為「最後一哩」以提供服務予企業、政府單位、與家戶為主的市場定位也已確立，國內廠家掌握到此商機者為數不少，雖在行動市場遭致3GPP陣營HSPA與LTE技術的兩面夾擊，但WiMAX挾著通訊網路佈建快速、全IP以及較具成本優勢等之條件，加上技術成熟度仍優於LTE的現況下，許多WiMAX設備系統業者開始轉進企業用垂直市場以提供新價值訴求的動向已逐漸發酵；前述走向雖為WiMAX相關廠商在未來另闢了一新興市場區塊，然誠如前文所提及的，在企業用垂直市場之可能存在的多種異質通訊網路以及具備不同功能特性的無線技術共存並彼此互補的應用環境中，創新應用整合服務才是致勝的關鍵，也就是說，WiMAX設備系統相關業者必須與下游各類型的創新應用整合服務業者密切地合作才是根本之道。
承上述，國外WiMAX廠商諸如Alvarion以及Airspan等都已從今(2009)年開始在各企業用市場進行攻防與佈局，甚至進軍如油電廠、石化製藥工廠、廢水處理以及國土維安(Homeland Security)等工業用backhaul市場；這些企業應用基本上都屬私有專屬網路，也可算是一般所謂的M2M (Machine-to-Machine)市場的一環。
其中自2009年開始在M2M最引人注目的工業市場無線技術(Wireless Industrial Automation)的應用則要算是智慧電網(Smart Grid)了，也因前文分析的現有WiMAX技術及其ecosystem相對於其他競爭對手如LTE仍較為成熟的情況下，美國已有部分為爭取能源部(DOE)建置智慧電網之業者選擇WiMAX做為其網路的核心骨幹，如San Diego Gas & Electric即是一例，相當值得國內相關業者關注此一應用市場的長期發展。
目前主要推動並制訂Wireless Industrial Automation相關標準的組織係美國ISA 100 (International Society of Automation)，迄今參與該標準組織的成員已達400多家公司，包括Honeywell、BP、Shell、ExxonMobil、Fuji Electric、GE、Emerson、以及Chevron等大廠；ISA 100在今(2009)年9月發表其第一個標準- ISA 100.11a；雖然該標準主要係規範短距無線通訊中的WPAN部分，但在其他ISA 100工作小組中，值得觀察其後續動態的當屬Wireless Backhaul Working Group(ISA 100.15)，而Smart Grid Working Group以及Interoperability/Coexistence Working Group標準制訂動向也是無線寬頻供應商應關注的焦點。
目前市場上在backhaul的主要競爭對手除了WiMAX之外，還有傳統的2G蜂巢式無線通訊系統，而相對於WiMAX，雖然蜂巢式無線通訊系統擁有著已幾乎是無處不在且不需要再額外佈建、以及其ecosystem已相當完整並齊備、與終端相關設備之售價也已相當低廉等的市場優勢，但無論如何，蜂巢式無線通訊系統仍屬公眾網路，即使在頻譜的運用上可切割出固定頻寬以轉租售(Reseller)方式提供企業專屬使用，但對潛在的訊號干擾問題仍持續存在；但WiMAX基本上可設計成專屬私有網路則可避開蜂巢式無線通訊系統在實際操作上所面臨的許多技術困擾，加上WiMAX係屬全IP網路，可相當彈性地結合後端的IP專屬應用而真正達到企業或工業用戶在資料傳輸與管理或控制上的需求。
綜合上述，以期為台灣無線寬頻通訊相關業者尋找未來新的市場商機，發掘各企業或工業用新應用服務市場以及相關技術研發議題將是帶動國內通訊產業成長的重要做法；而觀察並借鏡歐美重要領導廠商的市場策略佈局與動向，則對國內通訊產業發展的角度來說，如何透過政策的協助與推動以進一步地使台灣與中國大陸在相關標準規範的制訂上以及應用服務平台的建立上促成雙方長期性的合作則是值得努力的方向。
然而不可諱言的，台灣無線寬頻及WiMAX產業也同時需特別留意的是，雖然前文提到現階段LTE技術發展的成熟度以及ecosystem的長成仍需部分時日，但同是WiMAX設備系統大廠的中國華為已開始大力鼓吹TD-LTE未來將是M2M應用市場中無線寬頻的最佳解決方案；除此之外，相較於TD-SCDMA迄今僅獲得極少數國際大廠的支持，且大多參與者目前仍是以中國本地廠商為主，使TD-SCDMA預期在未來頂多只能在中國大陸本土市場取得一些市場份額的現實窘境，但反觀TD-LTE已陸續獲得許多國際大廠的支持，使其在未來有相當機會進一步地擴大進入國際市場，而此走向與後續發展勢必將使TD-LTE與WiMAX系統在許多國家的同一TDD頻段上做直接面對面的競爭，換言之，未來在全球的許多國家、甚至包括目前正推動WiMAX的部分新興國家，尤其是在該國的頻譜資源規劃與政策制定上，最終琵琶別抱而導向TD-LTE將是全球WiMAX產業長期發展的潛在隱憂；但從另一個角度來看，這趨勢或也代表著國內通訊業者未來在TD-LTE基頻晶片與終端產品市場所不應錯過的新興潛在商機。
在CDMA Development Group過去所大力推廣3GPP2的UMB(Ultra Mobile Broadband)標準最後在市場上不敵而敗下陣之後，行動寬頻市場目前僅剩下兩大陣營GSMA/NGMN以及WiMAX Forum彼此相互較勁，而在今(2009)年10月國際電信聯盟(ITU)所完成的4G候選技術提案徵集工作中，也是由前述兩大陣營之相關業者扮演要角，而預計將於2010年10月所確定的4G國際標準，各方預期LTE-Advanced以及IEEE 802.16m(Mobile WiMAX 2.0)兩大技術將可能同時獲選。
進一步分析上述兩大4G候選技術後可以發現，兩者間在核心技術上有不少雷同之處，LTE-A所提的Collaborative Spatial Multiplexing/MIMO以及CoMP(Coordinated Multiple Point Transmission and Reception)與Mobile WiMAX 2.0的Cooperative MIMO/Networked MIMO (Multi-cell Coordinated Relay)概念相當近似，因此，即使從外表來看，兩大陣營雖在市場上的競爭相當激烈，但深入分析兩大4G候選者的核心技術及其在未來所衍生的相關技術挑戰與可能演進之方向，將可約略得出未來在4G標準訂定之後，其後續之無線寬頻通訊標準的演進所可能新增並涵蓋的重要技術概念；根據本計畫對國內外產官學研專家親訪與共同座談所討論彙整出來的看法與建議，輔以對全球通訊相關領導企業之獲證專利與技術文獻加以進行探勘，本研究認為從未來十年(迄2020年)全球在無線寬頻領域的關鍵技術發展方向中，再從我國「技術專利化」以及「專利標準化」並長期累積Essential IP的角度來說，可大幅實現MIMO技術優勢的合作式無線通訊(Cooperative Wireless Communications)以及具綠色通訊(Green Communications)特質的感知無線電(Cognitive Radio)是台灣產學研各界應予以重視的技術區塊。
承上述，合作式無線通訊系統構築之眾多中繼點(Relay)所集合成的分散式/虛擬陣列天線(Virtual MIMO)將可補強MIMO系統於實際通訊環境中所可能遭遇到的各種問題，並可實現過去許多針對MIMO系統所提出的數位訊號處理技術；合作式無線通訊系統不僅可降低通訊傳輸的錯誤率，並可進一步提升系統整體資源的使用效率，前文也提到LTE-A以及IEEE 802.16m標準制定均已將CoMP及Multi-hop Relay等屬於合作式無線通訊概念之技術議題納入。
合作式系統架構最早是由Ericsson所提出的分散式波束(Distributed Beamforming)形成機制，主要係用來增加空間多樣(Spatial Diversity)，其後(2006)Ericsson又提出了MIMO中繼系統以服務多使用者之應用情境；從國際通訊領導業者在合作式無線通訊領域的專利佈局現況分析，Ericsson、Samsung、Alcatel-Lucent、Nokia Siemens Networks、Motorola、Philips、AT&T、NTT DoCoMo等均已積極進行佈局，使得合作式無線通訊技術成為各家領導廠商繼MIMO與OFDM之後新興的兵家必爭之地；進一步分析得知，各家業者之專利申請範圍多集中在MAC層，主要的合作式架構則多在多躍進中繼系統(Multi-hop Relay System)做探討，故合作式無線通訊在PHY層的相關技術或許可以是台灣未來可多予以著墨並技術研發與專利佈局的區塊；此外，跨層設計(Cross-layer Design)也是相當重要的研究主題，不僅包括PHY層與MAC層間的cross-layer設計，同時也可進一步將Link層一併納入，另在節點間的同步(Synchronization)以及干擾消除(Interference Mitigation/ Cancellation)議題也是合作式無線通訊未來重要的技術研究方向與挑戰，值得國內學研單位參考。
除了在無線寬頻領域的應用之外，合作式無線通訊系統的概念也可進一步延伸應用到WSN(Wireless Sensor Network)上，而WSN同時也是前文所提及之Wireless Industrial Automation的重要技術選項之一。
在前文已提到，為要協助行動運營商能更有效益且更具彈性地使用寶貴的頻譜資源，除了如歐美各國開始對頻譜的使用進行重新規劃之外，感知無線通訊系統(Cognitive Radio Communications)則是解決頻譜利用率的技術開發主流方向之一，而其核心概念即在於感知無線電可從眾多候選網路中偵測到閒置且可用的頻譜來提供給使用者，進而提升頻譜的使用效率。
有關感知無線電相關標準的制定，IEEE 802.22係針對如何利用VHF/UHF閒置頻譜(White Space)進行討論，而IEEE SCC41 (Standards Coordinating Committee 41- Dynamic Spectrum Access Networks)則以討論制訂Inter-networks相關議題為主，此外，ETSI亦已針對可重構無線電系統(Reconfigurable Radio Systems)成立特別的技術委員會；目前SCC41的標準制訂工作仍屬初期之技術方法文件蒐集階段。
深入觀察全球參與感知無線電技術研究之廠商以及其專注發展的議題上，在頻譜偵測以及資源管理方面投入的有Qualcomm、Ericsson、Samsung、NTT DoCoMo、KDDI、以及Nokia，且Ericsson與Samsung又分別在功率控制(Power Control)與換手(Handover)相關技術上著墨甚深，而Motorola則在TV White Space方面投入不少研發資源；另Alcatel-Lucent、Deutsche Telekom、Ericsson、NEC、Nokia、Motorola以及北京郵電大學等亦都積極參與了歐盟的FP6 (Sixth Framework Programme) End-to-End Efficiency Project(E3)並在感知無線電的研發投入了相當的人力。
而在TV White Space方面，則有Google、Microsoft、Dell、Philips、Samsung以及Intel等成立了White Spaces Coalition組織，並向FCC提出容許WiFi/Bluetooth/WiMAX等終端在不干擾主用戶的情況下可使用電視頻段內的閒置頻譜來提升頻譜使用效率不佳的問題。
進一步分析前述各國際大廠在感知無線電領域的專利佈局概況得知，Qualcomm、Ericsson、與Nokia在Energy detector以及Self-organization均有重要專利；而Intel不僅在Energy detector有所著墨，在Waveform detector以及Software radio部分也握有重要專利；此外，TI與Microsoft在干擾消除(Interference Cancellation)、Samsung在智慧軟體無線電(Intelligence Software Radio)、Cisco在頻譜分配(Spectrum Sharing)等技術上也都急起直追並握有重要專利。
除了干擾避免與消除議題同時存在於感知無線電以及前面所提到的合作式無線通訊系統、足見其在無線通訊技術發展的關鍵地位之外，在感知無線電技術領域中的另一熱門發展項目則是可自我重構(Self-configuring)，該領域尚可細分為終端RF參數重構、終端變模、基地台變模甚至大到整個網路系統的重構，將是未來長期在無線寬頻通訊領域的發展重點，值得台灣學研單位未來在技術研發方向設定的參考。
感知無線電近來之所以吸引眾多國際大廠以及學研單位投入的另一主要原因，則在於其順勢搭上了綠色節能(Green Communications)的熱潮，諸如頻譜效益(Spectrum Efficiency)的提升、藉由Efficient Channel Assignment來達到節能的目的以及頻譜分享(Spectrum Sharing)等具綠色概念的技術研發重點議題。
感知無線電雖然擁有眾多的好處，但相關技術的具體實現所可能一併帶來的對通道狀況訊息的需求增加以及訊號處理與演算法的複雜度增加，將可能間接對系統整體的軟硬體成本拉高，而使感知無線電未來在產業化與應用的推動上面臨相當的阻礙，但這相關的技術挑戰也將成為感知無線電未來研發的重要突破議題與熱門項目。
車用通訊是典型的以整合應用服務來驅動相關通訊技術與標準發展的案例；全球發展車載通訊(Telematics)的主要三個地區包括日本、歐洲以及美國，且都有相關的推動組織及政府的大力資源投入來促進其發展；在相關的規範與標準制定上，目前多以5.8 GHz DSRC (Dedicated Short-range Communications)為主要的PHY層發展技術，而OFDM則為現階段調變方式的共同發展方向。
日本在車載通訊除了推行與國際接軌的標準之外，2009年日本總務省對外發佈並保留了700MHz頻段中的10MHz做為提供Telematics應用服務，以期更增加駕駛環境的安全性，此舉為日本市場日後的發展帶來許多可能的變化，值得相關業者的關注。
短距離無線通訊通常是使用ISM公用頻段，因此造成該等頻段相當的壅塞，而且每項技術規格都有各自的特色，在各家廠商與聯盟的激烈競爭情況下，造成規格林立，但只要規格具特色且找到適當的應用價值訴求，針對某個應用市場區隔，並集合數家大廠的支持，該技術就可以在市場上取得一席之地，所以對台灣廠商而言，是相當值得持續關注的區塊與商機。
未來在短距離無線通訊重要技術的發展上，呼應前文所提之WWRF對未來無線通訊發展所做的願景描述以及物聯網的潛在市場爆發力，較值得國內學研單位關注的議題，包括60GHz Gigabit WLAN/WPAN、MIMO-OFDM在WLAN(TDD)的技術應用、合作式通訊在短距無線系統的應用以及WSN在工業市場的應用等；而上述各類不同區隔市場對短距無線通訊終端都有著共同的需求，就是低功耗以拉長電池供應的壽命、合理的產品售價以及限縮的體積與重量，而這正是台灣相關業者可特別予以掌握並發揮所長的潛在商機。