工業技術研究院 資訊與通訊研究所 林咨銘

自ITU-R正式啟動6G標準發展後，全球各界關注下階段頻譜與6G潛在技術應用之發展需求與重點趨勢。

前言

6G系統技術與頻譜之發展，在ITU-R公布IMT-2030系統架構後，已正式展開¹。世界各國家與產業組織也陸續發表6G白皮書，以彰顯並推廣其國家願景與發展技術²，而我國亦不落人後，在數位發展部之規劃下，已啟動6G產業發展的先期規劃和研發計畫，並著眼於6G網路先期潛在頻段6 GHz以上之頻率資源整備與干擾研析等相關研究³。從近年之發展態勢看來，已足顯示6G系統於未來之發展潛力，以及其如何推動並影響未來行動通訊系統之發展。本文依據國際產業與標準組織之進程，整理自ITU-R正式啟動6G標準發展後，全球各界所關注下階段頻譜與6G潛在技術應用之發展需求與重點趨勢。

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¹ ITU-R Recommendation M.2160, “Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond,” November, 2023. Source : https://www.itu.int/rec/R-REC-M.2160/en.
² 許多世界先進國家，如美國, 歐盟, 加拿大等，已發佈有多份之政策白皮書, 而亦有多家公司與產業組織, 包含GSMA, 三星, Nokia, Ericsson與聯發科等, 公開其對6G系統之發展願景.
³ 數位部為因應未來商機發展, 藉由完善頻譜整備以作為奠定 6G 產業發展之根基, 並透過公私部門與產官學之橫向協調結合, 據以掌握 6G 通訊標準發展方向與所對應使用之頻譜資源, 並建立產業共識與協作機制,因應未來商機發展. 來源參考: https://moda.gov.tw/digital-affairs/resource-management/programs/3787.

6G應用發展趨勢

科技的進展將衍生新興服務，引發使用者對便利生活的渴望，而進一步滿足實現新興服務的各式需求，又將成為新技術發展的引信。因此，6G應用的發展將可導因於使用者的需求、技術的發展、以及服務的創新以及彼此間的互動影響。本文參酌IMT 2030標準系統之技術發展研究，研析全球發展潛力之6G應用，並依據相關情境的應用服務，分析可能相對應之技術與頻譜發展趨勢。

1. 隨處人工智慧 (AI Everywhere) : 伴隨著AI人工智慧（Artificial Intelligence）與ML機器學習(Machine Learning)技術的進階發展與普及，AI人工智慧的使用將逐步成為未來各式應用的發展基礎，甚至成為簡化生活與促進社會發展的推進力，意即AI人工智慧將隨時隨地充斥在生活周遭而無所不在。

2. 智慧工廠(Smart Industry) : 機器與機器的協同合作通訊已經在5G成為智慧工廠的趨勢發展基礎，而隨著AI人工智慧與數位分身的技術整合，智慧裝置與機器人已經具備有可取代人類進行各式工廠作業的潛力，甚至實現可完全替代作業人員的數位人類(Digital Human)。

3. 沉浸多媒體 (Immersive Multimedia) : 在數位世界中，提供使用者沉浸式的感官與虛擬互動體驗之混合式實境(Mixed Reality)與全息遙控(Holographic Telepresence)已逐漸成為應用趨勢，若再加上沉浸式3D體驗，以及虛擬與實境的深度整合，將可進一步使沉浸多媒體成為未來工作與一般社交的重要日常規範(Norm)。

4. 數位分身 (Digital Twin) : 未來的6G已經被預期將透過即時通訊與數位分身來促進實體與數位世界之整合，而數位分身之實現，將藉由隨處可存取之感知、智慧、以及通訊裝置平台之整合，結合網際、實體與使用者空間，以提供真正完美之使用者體驗情境。

5. 全無隙涵蓋(Seamless and Ubiquitous Coverage) : 廣域且無縫隙的無線電訊號涵蓋，除了可以滿足基本的使用者通訊需求之外，亦可透過實現有效率且可負擔之連線，將全球所有未連結(unconnected)區域的設備或裝置提供服務涵蓋，以全無隙涵蓋來具體實現數位包容(Digital Inclusion)。

6. 電子健康醫療 (E-health) : 在5G系統的發展下，現行網路已經可以透過精準、可靠、低延遲、與高傳輸效能提供基本之電子醫療服務，6G更能進一步透過實體與虛擬實境技術的整合，提供沉浸式體驗，利用數位分身完成更精準且艱難的醫療任務。聯合國組織也呼籲未來民眾的心理健康(Mental Health)與營養等議題，也有必要透過6G系統所提供全面覆蓋且低廉之通訊來應對。

7. 智慧感測 (Sensing) : 感應偵測與通訊的整合是現今無線通訊的重要發展趨勢，若再配合高解析與精準之成像、定位與對應之系統能力，將可進一步促進物體偵測、移動感知、以及其他需要對距離、角度與移動速度有需求之超高精準服務之實現。未來相關此類的應用服務，包含有即時3D顯像、遠距自駕車或運輸、機器偕同合作，環境與產品製造監測等。

8. 無所不在物聯網 (Pervasive IoT) : 為使實體世界之情境完整呈現於數位世界之中，6G系統除了必須提供可相互連結之網路外，亦須為任一資訊之交換，提供高可靠、低延遲、以及隨處可得之通訊連線，以巨量且無所不在之物聯網路來實現諸如智慧工廠、智慧交通、智慧建築、智慧城市、智慧醫療等新興應用。

9. 通訊計算融合 (Communication and Computing Coverage) : 未來通訊勢必將有大量之通訊運算散佈於各個網路或裝置，唯有直接對每一用戶端實現低延遲且可靠之通訊傳輸與計算服務，並透過協調與平衡邊緣運算的網路與運算資源，形成通訊與計算適度融合之服務覆蓋，才可有效運用整體網路運用資源，以增加網路系統效能，提升使用者體驗。

10. 原生可信度(Native Trustworthiness) : 除一般認知的可信度，6G服務應用則是著重在於系統可以為社群提供可靠資訊服務的通訊能力，包含安全(Security)、隱私(Privacy)、可用(Availability)，以及韌性(Resilience)等，並特別關注其在使用者隱私安全以及資訊可信度之保護能力。

11. 永續發展 (Sustainability) : 行動通訊一直以來維持著全球經濟之穩定發展，並在聯合國設下永續發展目標下，以環境保護、弭平數位落差、碳排中和、減緩氣候變遷等有助於維持永續發展目標的新興應用，作為6G系統的發展契機，朝向節能減碳之方向戮力進行，並以穩固的電信架構來協助各種可能自然災害之防範與救難，協助策進永續發展目標的實現。

6G應用需求整理

參酌前文段之彙整研析，5G產業在不斷推動行動通訊市場前進之趨勢下，6G應用無疑將繼續延續5G之應用場景，往下個世代推進。在此過程中，ITU-R、3GPP與其他國際標準組織，將依據世界各國與各區域產業之需求，持續開展一個兼具彈性、韌性、多樣性、以及安全性之全域通訊環境，以促進全人類永續發展終極目標之實現。

6G應用發展趨勢在結合人與人(Human-to-Human)、人與物(Human-to-Machine)、與物與物(Machine-to-Machine)，且可包含各類環境，如城市、工廠、交通、醫療、感測、媒體、與環境等，具備獨特發展特性與服務需求之新興應用。依據本文之整理，6G將包含要求使用者體驗之「沉浸行動寬頻」，強調可用性之「極致關鍵通訊」，強化全向可現性之「普及物聯通信」，著重財務性，實體性與地域性之「全域行動連線」，關注可信度之「人工智慧通訊」，以及著重在整合性之「感測整合通訊」等六大應用情境。考量到各式應用情境將可能受到不同之使用與環境影響，因此6G行動通訊系統在實際應用上將會衍生不同之技術需求。

本文將6G可能之應用以及其所對應之特徵、範例、與可能需求分析後，將成果整理如下表。

表1 6G應用需求分析整理

6G潛力技術分析

在ITU-R關於IMT-2030之系統架構與發展趨勢⁴之揭示下，6G技術之發展趨勢將朝向以下幾個方面發展:頻譜擴展：6G將使用更廣泛的頻譜範圍，包括低、中、高頻譜，並可能延伸至太赫茲頻段，且將支援更高資料傳輸速率和更大規模的設備存取。

1. 智慧原生與AI整合：下一代通訊技術將深度融合人工智慧，以提升網路智慧化和服務品質
2. 覆蓋完善：6G將戮力突破地形與地物之障礙，透過可重構智慧表面等技術，實現更全面的網路覆蓋。
3. 永續發展：6G將強調節能減碳，以滿足未來社會對於環境保護和永續發展的要求。
4. 數位韌性：隨著網路安全的重要性日益增加，6G將朝向強化網路安全和數位韌性發展。
5. 元宇宙與虛實融合：6G將用以建構虛實整合之新世界，如超高精細的擴增實境等應用。
6. 地緣政治影響：東西方國家科技戰等地緣政治因素也可能影響6G的國際競合和發展方向。

在此願景與發展趨勢之下，依據ITU-R對於未來IMT行動通訊之發展規畫⁵，預計於2030年面世的IMT-2030標準將用以下之系統能力，來因應世界各個面向的變化，並進一步了滿足不斷增長的6G行動通訊需求。以下概要整理之 :

1. 峰值資料傳輸速率（Peak Data Rate）：指在理想條件下每個通訊設備可達到的最大資料傳輸速率。6G峰值資料傳輸速率在目標設定上將高於IMT-2020，且在特定情境下可達到50 Gbit/s、100 Gbit/s、甚至200 Gbit/s。

2. 用戶體驗資料傳輸速率（User Experienced Data Rate）：指在覆蓋區域內可隨時隨地獲得之可實現資料傳輸速率。6G之用戶體驗資料傳輸速率亦將高於IMT-2020，且以300 Mbit/s與500 Mbit/s為需求設定目標。

3. 頻譜使用效率（Spectrum Efficiency）：指每單位無線電頻率在每個基地台的平均資料傳輸量。6G系統之頻譜效率亦須高於IMT-2020，甚至可達到1.5至3倍之頻譜使用效率。

4. 區域流量容量（Area Traffic Capacity）：指每單位地理區域內所提供的總資料傳輸量。6G必須為每一平面空間提供高於IMT-2020之區域流量容量，設定目標在每平方公尺約30至50 Mbit/s。

5. 連線密度（Connection Density）：指系統內每單位面積內可供連線或存取之無線電設備數量總數。6G系統之可連線密度目標將高達每平方公里10⁶至10⁸個無線電設備。

6. 移動性（Mobility）：指在滿足特定服務品質保證並可實現無縫換手之情境下，行動裝置可能到達之最大移動速度。在特定設定條件下，6G系統將在時速500至1000公里之移動速度下，並可提供適度相當之行動通訊服務。

7. 傳送延遲（Latency）：指傳送一個特定大小之資料封包從一無線網路傳送至另一接收網路之延遲時間。6G系統之封包傳送延遲應介於0.1 ms至1 ms之間。

8. 可靠性（Reliability）：指在預定時間內以一定成功率將資料傳成功傳送出去之能力。6G系統資料傳送之可靠性必須高達99.999%與99.99999%之間。

9. 覆蓋範圍（Coverage）：指在所屬服務區域內為使用者提供行動通信服務之能力，通常以鏈路預算（Link Budget）來分析一個基地台之通訊極限距離。6G涵蓋範圍應至少不遜於IMT-2020。

10. 定位能力（Positioning）：是指評估預測無線電設備約略實體位置之能力，並用以計算該設備之實際垂直與水平之位置，以及其相對性差異。6G系統所預計提供之定位精準度將達1至10cm之細緻等級。

11. 感知相關（Sensing-related）：指由無線電傳輸介面所提供之能力，包括範圍（Range）、速度（Velocity）與角度（Angle）之估算，以及物體之偵測（Detection）、定位（Localization）、成像（Imaging）與映射（Mapping）等。6G系統之此類能力可以通過精度（Accuracy）、分辨率（Resolution）、檢測率（Detection Rate）或誤報率（False Alarm）等來進行衡量。

12. 適用人工智慧（Applicable AI-related）：指在6G系統中將實現啟用人工智慧應用程序之能力，包括分散式資料處理和學習、以及計算、執行與推理人工智慧模型等。

13. 安全與韌性（Safety and Resilience）：安全性指的是6G系統保護資料之機密性、完整性與可用性，並同時須保護網路與設備免受，如駭客、阻斷服務與跳板等，網路攻擊之能力。韌性乃是指6G網路系統在受到自然災害或人為干擾阻斷後，恢復運作與繼續維持正常運行之能力。

14. 永續性（Sustainability）：即地球環境之永續性，指網路與設備在其生命週期內盡量減少溫室氣體之排放與對其他環境之影響。6G系統將藉由提高能源使用效率、最小化能源消耗和重複資源使用，並透過延長設備使用年限、提供維修便利性、促進再利用和加強回收等方式來實現此一目標。

15. 互通性（Interoperability）：指無線電介面之包容性（Inclusivity）與透明性（Transparency）。6G系統將可在不同之實體系統間運行，以實現全球化服務。

表2 6G系統能力與技術需求

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⁴ ITU-R Report M.2516, “Future technology trends of terrestrial International Mobile Telecommunications systems towards 2030 and beyond,” November, 2022. Source: https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2516.
⁵ 資訊整理自ITU-R發展IMT-2030之官方網頁. Source : https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2030/Pages/default.aspx.

6G頻譜議題與相關進展

因應前述6G應用與技術需求之發展趨勢，關於6G頻譜之發展議題，產業組織皆已有研究規劃與白皮書產出⁶，而WRC-23亦已相關決議之作成⁷。現今雖有些許不同之頻率範圍與討論議題，但主流之共識多包涵透過低、中、高頻等多個頻段，提供數MHz到數GHz頻譜資源，實現多樣且超高速傳輸，並用以處理物聯網與巨量資料的新興服務為其依歸。因此，6G系統之可能頻率範圍涵蓋低、中、高與超高等頻段。以下參考圖式簡要說明各頻段之特性與支援之服務種類。

1. 1 GHz以下頻段，適用於需要較大覆蓋範圍和穿透能力的應用。
2. 1-24 GHz頻段，提供了覆蓋範圍和傳輸速度之平衡，適合多樣需求之商務應用。
3. 24-300 GHz頻段，包括次太赫茲（Sub-THz）頻段，如92-300GHz，適合有著超高速資料傳輸之短距通訊服務。
4. 0.3-10 THz頻段，此頻段介於微波和可見光之間，能夠實現極高速之資料傳輸。

圖1 6G行動通訊系統之頻譜發展概觀⁸

由於6G系統已確定為下一代無線通訊技術之發展核心，其發展目的在提供比 5G 系統更高速度、更低延遲以及更大之容量，然而由於其多樣的頻率配置以及範圍不一之使用頻寬，使得6G頻譜議題出現相當挑戰之議題。美國電信產業解決方案聯盟 ⁹ ，亦認為6G頻譜必須考量區域頻譜配置、國家無線電法規、跨國境干擾以及ITU-R之研究進程¹⁰，進而提出了發表一份頻譜需求白皮書¹¹，並在同時考量資料傳輸速率與網路佈建情境下，估算出了6G系統之可能頻段與頻譜需求。依據該份報告，6G系統頻譜可從3.1-3.45 GHz、7.125-8.5 GHz、與12.7-13.25 GHz等三個頻段來考慮，而頻譜需求依據應用場景與服務的不同，也將出現些許差異，依頻段概估大約各需1070 MHz、1019 MHz、以及2135 MHz不等之無線電頻率資源。

此外，綜整產業白皮書所提及之頻譜發展¹²，可用以實現且適用於前述6G潛在頻段，並滿足所對應行動通訊應用之重點無線電技術可包含以下數項 :

1. 毫米波技術：毫米波（Millimeter Wave, mmWAVE）技術在5G中已經被實現並普遍使用，而在6G中可能會進一步擴展到更高的頻段，如W頻段（92-115 GHz）和D頻段（130-175 GHz）。
2. 可重構智慧表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）：此技術可以改變無線電信號之傳遞方式，從而提高信號之覆蓋範圍和傳輸品質。
3. 全雙工通訊技術（Full-Duplex Communication）：允許設備與設備之間，在無線電通訊傳輸之過程中，雙方可以同時發送和接收訊號，不至於造成相互干擾。
4. 非地面網路（Non-Terrestrial Network, NTN）：包括衛星通訊和高空平台站（High-Altitude Platform Station, HAPS）等，此類技術可用以提供全球廣域之服務覆蓋，尤其是在偏遠或陸上訊號無法到達之區域。

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⁶ 以3GPP為例, 已通過TR 38.820討論7-24 GHz頻段發展NR系統之技術研究, 而其他亦有多份研究報告討論從0.5 GHz至100 GHz之通道模型與相關無線電技術研究. 資料來源: 3GPP Technical Report, “Study on the 7 to 24 GHz frequency range for NR,” April, 2021.
⁷ 依據WRC-23之決議, 未來WRC-27相關於6G系統之頻譜議題包含地面行動通訊之4400-4800 MHz, 7125-8400 MHz, 14.8-15.35 GHz, 以及衛星行動通訊之700-2700 MHz頻段, 而未來亦有可能進一步於WRC-31討論102-275 GHz之次太赫茲(Sub-THz)頻段. 來源參考 : https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rcpm/Pages/wrc-27-studies.aspx.
⁸ Zhuangzhuang Cui, Peize Zhang, and Sofie Pollin, “6G Wireless Communications in 7-24 GHz Band: Opportunities, Techniques, and Challenges,” October, 2023. Source : https://paperswithcode.com/paper/6g-wireless-communications-in-7-24-ghz-band.
⁹ 全名為Alliance for Telecommunications Industry Solutions(簡稱ATIS), 設置目的在提高北美於行動通訊技術之領導地位, 其業務範圍涵蓋研發, 製造, 標準化與市場整備, 而其亦設置三大行動目標, 任務在制定國家藍圖以因應持續變化的競爭態勢, 促使技術產業之核心與優先事項維持一致, 並促進與引導北美技術的快速商用化和大規模採用.
¹⁰ ATIS Next G Alliance Report, ”6G Spectrum Consideration,” August, 2023. Source : https://nextgalliance.org/white_papers/6g-spectrum-considerations/.
¹¹ ATIS Next G Alliance Report, ”Spectrum Needs for 6G,” June, 2024. Source : https://nextgalliance.org/white_papers/spectrum-needs-for-6g/.
¹² 本文整理來自產業組織與相關公司之研究報告, 並進行綜整歸納. 參考之資料包含來自ATIS, Samsung, MediaTek, Ericsson, Nokia等多份產業報告.

6G發展趨勢概況總結

隨著全球國家對於6G應用之討論，以及世界各地產業組織之研究與開發，我們應可期待在不久的將來，將有更多新興應用與先進技術之突破與面世。參考自ITU-R之討論，6G除 「 沉浸行動寬頻」、「極致關鍵通訊」與「普及物聯通信」之外，也將繼續朝向「全域行動連線」，「人工智慧通訊」和「感測整合通訊」等額外三個應用情境發展。此外，無論是短、中、高或超高頻段之頻譜發展，亦或是可適用於各個無線電頻段，並用以實現更快速、更可靠和更廣泛覆蓋的無線技術，都將在未來通訊系統中扮演著更加重要的角色，特別是在增進全球覆蓋範圍、強化彈性傳輸效能、以及支持各類服務應用。此外，透過可適用於不同無線電頻譜之技術結合，將更可促成6G行動通訊系統，支援更高的資料傳輸速率、更低的延遲、更大的網路容量、更全域的服務範圍，以及透過安全性之提升、人工智慧之支援，與其他新興應用技術之結合等方式，來實現更全面的系統與環境照護能力，以實現未來各式新興行動通訊服務。

參考文獻

[1] ITU-R Recommendation M.2160, “Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond,” November, 2023.
[2] 3GPP Technical Report, “Study on the 7 to 24 GHz frequency range for NR,” April, 2021.
[3] Zhuangzhuang Cui, Peize Zhang, and Sofie Pollin, “6G Wireless Communications in 7-24 GHz Band: Opportunities, Techniques, and Challenges,” October, 2023.
[4] ATIS Next G Alliance Report, ”6G Spectrum Consideration,” August, 2023.
[5] ATIS Next G Alliance Report, ” Spectrum Needs for 6G,” June, 2024.
[6] ITU-R Report M.2516, “Future technology trends of terrestrial International Mobile Telecommunications systems towards 2030 and beyond,” November, 2022.
[7] ITU-R IMT-2030 of official website: https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2030/Pages/default.aspx