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臺灣|國際:6G通訊發展趨勢
分類:國科會工程處產學計畫成果專文
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發佈日期:2021-08-27
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臺灣|國際:6G通訊發展趨勢

 

2020年我國通訊產值達新台幣1兆元,通訊產業之重要性不言可喻。無線通訊技術每10年演進一個世代,每次無線通訊技術的世代交替都可能造成競爭者的重新洗牌,世代技術的演進同時是機會也是挑戰,也因此成為各國競逐角力的重要戰場。

 

值此5G無線通訊系統已經開始商業運轉之際,各國領導廠商以及美國、歐盟、韓國、日本等政府科研機構亦開始投入下世代無線通訊研發。芬蘭2018年起投入2.5億歐元進行8年期之6G旗艦計畫,並於2019年發表6G白皮書及舉辦 6G高峰會(6G Summit)來凝聚各方對於6G技術發展方向之共識。美國NSF於2019年啟動Platforms for Advanced Wireless Research計畫,藉由實際的實驗平台以及場域測試來深入了解無線網通訊網路的關鍵問題。美國ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions)於2020年啟動次世代聯盟(Next G Alliance),以提高北美在6G世代的領導地位。日本總務省於2020年發佈6G主要技術的戰略目標。NTT DoCoMo於2020年發佈6G白皮書提出對下世代6G應用以及技術發展方向。韓國科技資通訊部(MSIT)轄下國家研究基金會(NRF)提出6G關鍵技術與挑戰。在5G時代頗有斬獲的三星也積極於2020年發佈6G白皮書提出6G的技術研發方向,並與各國公司交流以尋求共識。ITU-R於2020年完成IMT-2020全球5G標準技術任務之後,啟動以2030 為目標之6G相關工作任務,規劃「未來技術趨勢」及「未來技術願景」;以電信營運商為主要成員,居全球寬頻行動聯盟龍頭的NGMN於2020宣告開始啟動 Vision and Drivers for 6G計畫;而3GPP預計於2025年開始進行6G標準制定。

 

在6G世代,無線通訊將全方面的覆蓋人類以及機器的聯網需求。形形色色的各種應用也藉由高速、低延遲、以及多樣性的通訊能力支援而有了發展的可能性。根據財團法人資訊工業策進會產業情報研究所(MIC)所提出6G發展先期研究探討可能的發展方向以及應用情境,重要6G關鍵應用包括完全自主無人載具應用、智慧化醫療應用、新物聯網應用、智慧化機器人應用、泛用型人工智慧應用、精準多元即時地圖應用、超精度定位感測應用、沉浸式應用、行動式全息影像應用、公共安全應用、全覆蓋網路應用、數位雙生應用、五感通訊應用、植入式設備應用、自動無線充電應用等。從5G世代的增強型行動寬頻通訊 (Enhanced Mobile Broadband, eMBB)、超可靠度和低延遲通訊(Ultra rel iable and Low Latency Communications,URLLC)、大規模機器型通訊 (Massive Machine Type Communications, mMTC)延伸,6G通訊將會以一彈性之架構來支援形形色色的多樣性應用型態。當應用所需時,6G彈性將能夠提供極致的通訊能力。未來6G將提供無所不在的智慧連網並促進數位轉型,6G研發將以達成高速傳輸、廣域覆蓋、智慧及多功能通信為目標。

 

高速傳輸

為達成極致的高速傳輸,而THz因為具有非常寬頻的優勢,6G規劃將THz列為高速無線傳輸的重要技術。比對5G的毫米波頻寬,THz的通訊系統可達到超過 20 GHz的通訊頻寬,因此要達成100 Gbps以上甚至達到1 Tbps的極速無線傳輸成為可行的方案。然而因為電磁波頻率越高,通訊衰減越嚴重,THz的高頻、寬頻通訊系統,將會面臨數種技術的挑戰。在高增益波束成形天線、關鍵主被動元件、MIMO收發機系統、通道分析及量測、超高增益多波束寬頻射頻前端系統等皆需投入研發。

 

廣域覆蓋

隨著各種人類以及機器的應用情境與佈建環境一直演變,無線通信的服務也將從都市、郊區、拓展到荒野、海洋與天空,多樣性的廣域通信覆蓋服務將是6G 系統所必須提供的。在陸地、海洋、天空甚至太空的應用皆需要6G無線網路覆蓋上網,因此6G系統設計的重大挑戰之一將是在廣域的覆蓋環境之中能彈性提供多樣性的通信服務。6G衛星通信技術特別是低軌道衛星通信已經逐漸與地面無線通信有結合的趨勢。異質通信系統中,無線傳輸將藉由多種佈建方式提供多樣性的3維服務。為了達成系統的多樣性服務樣態以及彈性能力的動態設定,6G通信必須考慮軟體化對於電信網路的未來影響,以及藉由結合運算及通信的系統設計架構來提供更好應用服務,而與運算結合之6G通信將是達成無縫服務目標的關鍵議題之一。

 

智慧及多功能通信

6G將會更有智慧並支援多功能通信。隨著行動通訊系統的演進,無線系統架構變得更加多層且異質,頻譜的分佈更為寬廣,其通道特性也各有不同,許多新興的通訊技術如:裝置間通訊、全雙工通訊、多維的高空和衛星通訊等,更是增加干擾環境的複雜度。除此之外,各式新型應用的興起也對於傳輸速率、可靠度、延遲等系統規格產生更多元且嚴格的需求。因此,以資料為導向的人工智慧技術在未來6G系統中將會扮演重要的角色。人工智慧將廣泛運用於6G通訊系統的各個層面,包含傳收機設計、通道編碼、多天線處理、資源分配、傳輸排程等。在接收端的訊號處理方面,深度學習可用於提升訊號偵測、通道估計、同步、等化、干擾消除等的效能,並降低系統的運算複雜度。

 

科技部工程司110年「下世代通訊系統關鍵技術研發專案計畫」

我國資通訊產業強項在晶片與終端,國內領導廠商技術已可與國際同步。科技部工程司110年「下世代通訊系統關鍵技術研發專案計畫」依據國際B5G/6G研發時程,以我國通訊產業未來技術需求為目標,進行B5G/6G先進技術前瞻研發。除了與產業接軌密切合作進行近期B5G技術演進,另一方面對於具革命性之關鍵6G技術已必須提前布局,發展2025年6G標準戰開打時所需之先進技術。本計畫將深耕下世代無線通訊技術研發,並藉由與國際6G先進研發團隊合作及持續參與3GPP通訊標準制定活動,以提升國際影響力,培育下世代通訊科技研發人才。

 

 

資料來源:

110年「下世代通訊系統關鍵技術研發專案計畫」徵求公告