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趨勢觀點

B5G邁向6G發展,技術與應用場景探索

工業技術研究院 產業科技國際策略發展所 楊欣倫

 


6G技術雖仍在探索階段,但各國政府、研究機構、企業近幾年已紛紛提出白皮書勾勒未來通訊情境與技術需求。

 

超前部署Beyond 5G 插旗6G發展

5G通訊正在推廣之際,各國通訊技術的較勁已瞄準6G戰場。目前中國大陸在6G相關專利占有超過四成比例,可見中國大陸在通訊領域的積極布局。美國積極發起與盟友合作的策略,除科技競爭與乾淨網路政策延續,也投入相關資源布局6G發展,藉此與中國大陸在6G主導權上競爭。歐盟、日本、韓國同樣發起產官學研在6G的先期探索與注資研究計畫,並逐步透過發表6G白皮書來形塑未來的通訊情境。

世界行動通訊大會(Mobile World Congress, MWC)連續在2021年與2022年特別設立6G論壇,邀請各國官方代表、專家針對6G發展願景、技術範疇、頻譜規劃、商用化時程進行討論,較為樂觀的看法如3GPP預估是在2028年即可實現初步6G商用,但也有持較保守的看法,ITU認為通訊一個世代十年的發展歷程較為可行,因此預估在2030年將迎來全球的6G商轉。

 

6G白皮書紛紛出爐 積極布局6G技術版圖

 

儘管6G技術仍在探索階段,各國政府、研究機構、企業近幾年紛紛提出白皮書勾勒未來通訊情境與技術需求,也同時向各界宣示超前部署6G發展的決心。6G技術的發展,除了核心的資料傳輸技術外,未來因應應用端的元宇宙情境、萬物聯網下需要整合邊緣運算、精準定位、感測、安全性和隱私等技術,以及對於環境永續與2050淨零碳排的承諾,將需對所有新服務所需的技術規劃推出一套全面性的服務架構。現階段行動通訊技術領先企業均陸續投入6G技術研發,其他領域業者也爭相投入強化自身智慧財產權,提高技術自主的需求因地緣政治因素影響下更受重視,為了避免受制於他人,各國不管是在生產面的供應鏈或專利上的競爭也將更加明顯。

 

1.歐盟:

歐盟執委會(European Commission, EC)發起6G旗艦計畫(Flagship Initiative)「Hexa-X」,該計畫目標為創造6G獨特應用案例與情境、開發6G基礎技術,及定義整合關鍵6G技術開發者的智慧結構新架構,並將於2030年商業化。Hexa-X計畫獲得EC「Horizon 2020」資助,成員包含NOKIA、Ericsson、Atos、Intel、Orange、Siemens、TIM及Telefonica。Hexa-X所提出的願景,是通過6G關鍵推動因素,包含智慧連接、網路中的網路、可持續性、全球服務覆蓋、極致體驗以及資料可信度,將人類世界實體世界和數位世界連接起來。


圖1 歐盟Hexa-X 以5G為基礎向外擴張探索6G技術與應用場景

 

2.美國:

美國電信產業解決方案聯盟(the Alliance for Telecommunications Industry Solutions, ATIS)成立Next G聯盟(Next G Alliance)。2022年2月發表首份6G發展白皮書(Next G Alliance Report: Roadmap to 6G),Next G Alliance提六大目標,包含「信任、安全、彈性」、「數位世界體驗」、「具有成本效益的解決方案」、「分布式雲和通信系統」、「AI原生無線網路」、「可持續性」。聯盟將持續扮演領導與推動未來全球標準、部署、產品、運營和服務方面的發展。「以國家責任」、「應用與市場」、「科技發展」三個層次,確認未來6G所形塑的社會發展與達成6G通訊環境所需的新科技領域,列舉各領域優先發展重點與技術展望。


圖2 Next G Alliance 6G白皮書列出六大目標與三層次界定技術發展需求

 

3.中國:

2021年在中國「十四五規劃」下明列「聚焦新一代信息技術」,將6G發展視為國家整體發展策略的一環,並推動後續的研究計畫與匡列財源支持相關推動。中國「IMT-2030(6G)推進組」於2021年6月6日發布「6G總體願景與潛在關鍵技術白皮書」,表示下一代行動通訊將是一個高度智慧化的網路,將整合行動通訊和衛星以涵蓋全球範圍,並預計於2030年前實現6G商用。6G總體願景與潛在關鍵技術白皮書列出八大應用場景:「沉浸式雲端XR」、「全息通信」、「感官互聯」、「智慧交互」、「通信感知」、「普惠智能」、「數位孿生、「全域覆蓋。這些應用場景勾勒未來在萬物連網的實體世界與虛擬世界相互融合的使用情境。另外,針對6G通訊技術探索可能的潛在技術範疇,則列出十大關鍵技術方向作為初步指引。


圖3中國大陸 6G白皮書列出之十大潛在技術

 

4.日本:

日本總務省於2020年4月發表「6G技術研發綜合戰略草案」及目標,將6G發展提升到國家戰略等級,同年6月公布綜合戰略「Beyond 5G推動戰略-6G發展藍圖」,以「Global First(以全球為市場)」、「建立創新的生態系統(eco system)」、「集中資源投入」為基本方針,並依研發、智慧財產權/標準化、普及三大策略進行規畫。日本國家研究開發法人情報通訊研究機構(NICT)主導6G研發,日本認為實現6G的關鍵技術包括太赫茲、傳送媒介轉換、多裝置連接、量子密碼學、全光子網路(all photonics network)、低耗電半導體、HAPS等,2021年10月NICT已公布首波招募結果,包括富士通等主導的「使用太赫茲波的光束控制通訊系統的研發」、KDDI等主導的「具經濟性與傳送性的分區多工光網路基礎技術的研發」等共5項入選。

 

5.韓國:

韓國政府預計將在2026年啟動6G行動服務試點專案,而6G服務商業化的時程,韓國科學和資訊通信技術部部長MWC 2022論壇上表示,目標是將在2028年至2030年之間推出6G服務。6G核心技術開發計畫以韓國電子通信研究院為主導機構,包括三大電信商SK電信、韓國電信、LG U+,及三星、韓國科學技術院(KAIST)等37家企業或機構參與共同研究。
為達成6G行動通訊最大1Tbps級傳輸速率,ETRI將主導開發採100~300GHz頻段的無線通訊、光通訊、射頻零組件及安全性評估技術,以提供能更快速傳輸更大量數據的服務。衛星通訊方面,韓國科學技術情報通信部為因應汽車自動駕駛、飛天車(Flying Car)等通訊基礎建設需求,正研擬建構韓國版衛星導航系統「KPS」(Korean Positioning System)。

 

B5G邁向6G近期進程 

 

1.非地面網路(Non-Terrestrial Networks, NTN)

為了達成地球表面甚至擴及太空的全覆蓋立體通訊環境,透過利用太空載體(如衛星)或高空載體(如飛機、無人機、熱氣球等),透過該載體配置通訊傳輸設備之方式,藉以實現通訊網路覆蓋。3GPP最新5G演進版本R17在2022年6月公布新版本,可支援非地面網路(NTN)存取,包含衛星(Satellite)和高空平台(High Altitude Platform Station),並將對物聯網進行初步研究,為NB-IoT和增強物聯網(eMTC)引入衛星支援做好準備,後續將持續發布進階版的5G標準R18。

目前最受矚目的當屬低軌衛星通訊,2022年SpaceX所屬的Starlink進入商業營運、OneWeb緊接在後,成為B5G時代全覆蓋通訊情境的重要觀察技術。面向用戶端,衛星通訊營運商也攜手雲端服務商,透過結合雲端資料中心、雲端服務及應用,以及衛星寬頻連網服務,為企業用戶或消費者提供無縫整合的雲端服務和網路連線,例如Google Cloud與Starlink合作;微軟Azure與Starlink、SES、Viasat合作,以及即將自建星鏈寬頻網路的Amazon,旗下AWS現階段也有與Viasat合作。


 
圖4雲端廠商布局衛星通訊,提供全方位的資料加值與通訊服務

2.新頻譜通訊技術

(1)毫米波(mmWave):5G時代及推廣高頻段的毫米波,作為高速與大量傳輸使用,但受限於覆蓋範圍、傳輸距離、穿透性等技術限制,現階段尚未出現突破性發展與終端裝置數量上的爆發性成長,但可視為是B5G時代跨入6G的重要使用頻段與發展歷程,另一方面,毫米波頻段也是衛星通訊爭奪頻譜資源的重要戰場。
(2)太赫茲(Terahertz):為頻率範圍0.1到10 THz的電磁波,頻段位於毫米波和紅外線之間,許多6G相關組織將太赫茲列為6G發展的關鍵頻段。由於太赫茲波端仍屬較少使用的頻段,可開發性較高,且大幅提升網路容量及速度,重點滿足Tbps等級大容量、超高傳輸速度的系統需求。
(3)無線光通訊(Optical Wireless Communication, OWC):包含可見光與近紅外光,兼具光纖通訊和行動通訊的優勢,可實現高寬頻傳輸,且具有抗電磁干擾、無需頻率授權等優點。此外,也有探索水下光通訊技術與太空中衛星間雷射光鏈通訊技術。

台灣6G布局展望

台灣在資通訊產業供應鏈扮演重要角色,於學研端已開始針對B5G/6G 世代的可能潛在技術逐步進行先期研究,可從台灣產業具競爭優勢的半導體、材料與通訊端相關技術領域切入與深化。在國際局勢分切兩大陣營的趨勢下,除持續參與ITU、3GPP的標準制訂外,也可規劃參與歐美領導的6G相關產業聯盟,如美國Next G聯盟、歐盟6G旗艦計畫(Flagship Initiative)「Hexa-X」,以快速接軌產業端的研究進程。

原有5G技術演進相關的6G的技術,各國亦提出一些過去較被少關注的新興技術,例如太赫茲、無線光通訊、可重構智慧表面、軌道角動量、非地面網絡通訊、觸覺互聯網、水下無線通訊等。目前這些新興技術發展路徑以及應用場景尚不明確,但企業透過國際參與,評估全球市場需求與自身技術能量,在6G尚未被定義的技術領域中探索出技術應用的發展機會,掌握6G可能影響國家競爭力的關鍵領域。