各国关于 6G 的愿景规划及6G技术

February17,2022通讯先进国积极发布6G愿景，开启次世代通讯化之前哨战CommunicationAdvancedCountriesIssue6GVisionsAggressivelytoOpentheWaroftheNextGenerationCommunicationStandardization未来6G发展将涉及超高速(ExtremeHighDataRate)、超覆盖讯共通性技术、新型特定通讯技术、融合应用技术等四大类。February17,20221从1980年到2010年，观察1G到4G发展的30年间，行动通讯技术偏重在「人与人的沟通」，让民众可恣意地通话、发布照片与上传视讯内容，形塑一个超国度的全球大型社群网络。然而从5G时代开始，行动通讯技术的发展重点转向「人与物的沟通」，偏重在垂直行业的商业应用，如智慧工厂、远距医疗、自动驾驶等实现模拟人类真实反应的关键任务，藉由5G带动产业应用升级。第六代行动通讯系统(The6thGenerationWirelessSystems)，简称6G，为现今5G的延伸，预期6G技术会有很大的程度优化并改善5G技术，按照过往行动通讯技术约每十年的演进历程，预估2030年6G将可实现商用化。跨国电信标准组织3GPP(第三代合作伙伴计划)，预计于2023年开启对于6G的相关规格研制工作，最快将于2025年开始起草6G技术标准化草案，预计2028年后推动6G技术商品化。虽然目前5G的商转尚未完全普及，3GPP也尚未启动6G的研究工作，然而通讯发展先进国，包含美国、欧盟、中国、日本、韩国等国，其6G发展相关的产官学研等单位，近年来纷纷发表布6G发展愿景。lNextG联盟美国电信产业标准联盟(AllianceforTelecommunicationsIndustrySolutions,ATIS)于2020年10月，集结北美主要电信业者、国际系统设备大厂成立NextG联盟。其成立之目的，是在6G发展过程中，确保北美在塑造下一代无线通讯技术研发与标准化、网络架构、系统设备及其最终部署等，重取全球领导地位。NextG联盟汇集了来自北美产业界、学术界和政府等重要利益相关者，共同制定6G愿景和蓝图，提到以下基本目标：提高未来网络信任、安全性和弹性，得到民众、企业和政府的完全信任；改善网络架构各个方面的成本效率；由多感官体验组成的增强型数位世界(EnhancedDigitalWorld)创造新的经济价值；人工智能原生(AI-native)未来网络因应更多样化的流量类型、超密集部署拓扑和更具挑战性的频谱情况；分散式云和通讯系统为混合实境(MixedReality,MR)等应用带来更高的灵活性、性能和弹性；通讯的能源效率和环境保护应用需达到IMT2040年碳中和目标。l美国5G产业联盟美国5G产业联盟(5GAmerica)于2020年12月发布《MobileCommunicationsbeyond2020:TheEvolutionof5GtowardstheNEXTG》，提及6G是虚实世界的Communications)、触觉通讯(Tactile/HapticCommunications)、无所不在的服务(UbiquitousServices)等。February17,20222l芬兰奥卢大学芬兰奥卢大学(UniversityofOulu)创办6GFlagship，并于2019年9月发布《KeyDriversandResearchChallengesfor6GUbiquitousWirelessIntelligence》，强调6G的发展将会比5G更全盘的考量到环境永续性，并由各个社群的参与共同形塑出将来6G发展的需求。未来6G的用途将以数据应用传输为核心，藉由更广泛的物联网与人工智能技术，创造出新的智慧服务与应用。lHexa-X欧盟于2021年1月正式启动6G旗舰计划Hexa-X，以Nokia担任计划主持者，Ericsson负责技术经理，与欧盟境内多家电信领域相关大厂合作发展6G技术。Hexa-X所提出的愿景，是通过6G关键推动因素，包含智慧连接(ConnectingIntelligence)、网络中的网络(NetworkofNetworks)、可持续性(Sustainability)、全球服务覆盖(GlobalServiceCoverage)、极致体验(ExtremeExperience)以及资料可信度(Trustworthiness)，将人类世界(HumanWorld)、实体世界(PhysicalWorld)和数位世界(DigitalWorld)连接起来。l中国移动研究院中国移动研究院于2019年11月发表《2030+愿景与需求报告》，强调6G应在5G基础上全面支持整个世界的数字化，并结合人工智能等技术的发展，实现智慧的泛在可取、全面赋能万事万物。透过数位双生(DigitalTwin)精确地反应和预测实体世界的真实状态，提升社会生产和治理的效率，实现『数创世界新，智通万物灵』的美好愿景。l赛迪智库无线电管理研究所赛迪智库无线电管理研究所于2020年3月发表《6G概念及愿景白皮书》，认为6G总体愿景是基于5G愿景的进一步扩展和升级，6G的服务对象将从实体世界的人、机、物拓展至虚拟世界的『境』，通过实体世界和虚拟世界的连接，实现『人-机-物-境』的协作，满足人类精神和物质的全方位需求。lIMT-2030(6G)推进组IMT-2030(6G)推进组于2021年6月发表《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，论及面向2030年及未来，人类社会将进入智慧化时代，社会服务均衡化、高端化，社会治理科学化、精准化，社会发展绿色化、节能化将成为未来社会的发展February17,20223趋势。6G将实现实体世界人与人、人与物、物与物的高效智慧互联，打造泛在精细、实时可信、有机整合的数位世界，实时精确地反应和预测实体世界的真实状态，助力人类走进人机物智慧互联、虚拟与现实深度融合的全新时代，最终实现『万物智联、数位孪生』的美好愿景。lNTTDoCoMoNTTDoCoMo于2020年1月发表《WhitePaper5GEvolutionand6G》，总体目标是持续提升5G的传输容量、高速传输、低延迟与多连接特性，同时发展更高频的传输技术。NTTDoCoMo所勾勒的6G愿景，包含：能够提供高达100Gbps以上的传输速度，且延迟低于1毫秒，以及达到更大规模的装置连接能力。日本总务省于2020年6月发表《Beyond5G推进战略：迈向6G的蓝图》，期望透过虚拟空间实体系统(Cyber-Physical-System,CPS)实现具备包容、永续、高可靠性的Society5.0。lSamsungSamsung于2020年7月发布《TheVisionof6G》，对6G抱持的未来愿景，是将下一个超连结体验带入生活的每个角落。Samsung预估6G网络最快将于2028年完成标准制定与商业化，并于2030年起实现大规模商转，届时人类和机器都将成为6G的主要使用者，进而实现一系列的领先服务，例如延展实境(ExtendedReality,XR)、高度逼真的行动全像投影(Hologram)以及数位复制(DigitalReplica)等。l韩国科学技术情报通信部韩国科学技术情报通信部(TheMinistryofScienceandICT,MSIT)于2020年8月发布《引领6G时代的未来行动通讯R&D推动策略》，以『带领想象实现的6G时代』为愿景，针对6G技术发展重点领域，包含超性能、超宽带、超精密、超空间、超智慧和超可信赖，提出掌握6G核心技术、主导6G全球市场奠定基础、实现世界最早6G商用化等策略目标。February17,20224根据通讯发展先进国6G相关的产官学研等单位所发表布的6G愿景，可以预期未来6G关键技术发展将涉及超高速(ExtremeHighDataRate)、超覆盖(ExtremeCoverage)、超节能(ExtremeLowEnergy)、超低延迟(ExtremeLowLatency)、超信赖(ExtremeHighReliability)、超连结(ExtremeMassiveConnectivity)等未来需求。l超高速(ExtremeHighDataRate)在未来新的感知服务(SensoryService)，例如全息投影(Hologram)，6G将具备超过100Gbps的通讯速度，预期可以使用户感受到身临其境的极致沉浸感体验。l超覆盖(ExtremeCoverage)以目前的行动通讯网络覆盖范围，约有80%以上的陆地区域、95%以上的海洋区域、地表10公里以上的高度尚无讯号，在基地台所未覆盖的沙漠、无人区、海洋等区域内仍是通讯盲区。6G将实现全覆盖，为偏远地区、飞机、无人机、汽车、轮船等提供宽带接入服务。l超节能(ExtremeLowEnergy)资通讯产业目前约消耗全球电力5-9%，随着数字化的快速增长，全球对于装置连接和高速资料传输的需求，预期物联网装置于2030年将超过1250亿个，资通讯产业在全球电力的消耗可能会上升至20%。从6G商业和环境的角度，网络和终端设备在低功耗的要求将更加重要。l超低延迟(ExtremeLowLatency)6G能将端对端时延缩减至毫秒级(<1ms)，对于智慧工厂而言，从而能够逐步取代工厂内机器间的有线传输，以实现制造业更高层级的无线化和弹性化。l超信赖(ExtremeHighReliability)无线通讯高度可靠的控制信息是远程控制和工厂自动化等许多工业应用案例的重要要求，6G有望实现比5G更高级别的可靠性和安全性。随着机器人和无人机的普及，以及无线电覆盖范围向天空的扩大，将来不仅需要在工厂等有限特定的区域，而在更广泛的区域中，进行高度可靠和安全的通讯。l超连结(ExtremeMassiveConnectivity)随着传感器技术和物联网应用的发展，物联网装置预计6G时代将达到每平方公里1千万个，必须仰6G发挥网络超连结的性能。6G也有可能发展感知现实世界的功能，例如利用无线电波进行定位和物体检测。February17,20225美国、欧盟、中国、日本、韩国等通讯发展先进国在发布6G愿景的同时，根据愿景下之未来需求，提出6G相关的潜在关键技术，主要可分为新频谱通讯技术、通讯共通性技术、新型特定通讯技术、融合应用技术此四大类。l毫米波(mmWave)目前5G已规划使用低于50GHz的毫米波(mmWave)，与中低频段相比，毫米波可用频宽要大的多，对于6G来说是非常宝贵的频谱资源，故预计6G将会需要使用更多的毫米波频段(例如高于100GHz)。因为毫米波技术为回传(Backhaul)、前传(Fronthaul)和接入网路提供解决方案，可支持高速资料传输，适用于自动驾驶、智慧工厂等场景。l太赫兹(Terahertz)太赫兹(Terahertz或称为兆赫波)为频率范围0.1到10THz的电磁波，频段位于毫米波和红外线之间，许多6G相关组织将太赫兹列为6G发展的关键频段。虽然为太赫兹频段早在1974年就被发表，已有近50年历史，然而因不易透过传统电子或光学方式产生发射源，使得为太赫兹相关应用难以普及，被称为太赫兹缺口(TerahertzGap)。但也正因为如此，太赫兹频段较少被人使用，故其频谱资源极为丰富。太赫兹可大幅提升网络容量及速度，重点满足Tbps等级大容量、超高传输速度的系统需求。l光无线通讯(OpticalWirelessCommunication,OWC)光无线通讯(OpticalWirelessCommunication,OWC)，包含可见光与近红外光，兼具光纤通讯和行动通讯的优势，可实现高宽带传输，且具有抗电磁干扰、无需频率授权等优点。光无线通讯的主要缺点，就是光源一旦被遮蔽就无法通讯，但同时也造就其具备保密性的特点。光无线通讯潜在应用市场广泛，除可做为室内无线AP用于居家，办公室，机场，会议厅等室内场合，也可应用于视讯会议系统和潜水通讯等。光无线通讯如何与行动通讯网络的进行接合，将会6G发展之重要课l超大规模MIMO(Ultra-MassiveMultiple-Input-Multiple-Output,UM-MIMO)超大规模多输入多输出(Ultra-MassiveMultiple-Input-Multiple-Output,UM-MIMO)简称为超大规模MIMO。超大规模MIMO技术是大规模MIMO(MassiveFebruary17,20226MIMO)技术的进一步演进升级，透过天线和芯片系统整合度的不断提升，将推动天线阵列(AntennaArray)规模持续增大，通过应用新材料，引入人工智能等新技术，超大规模MIMO具备在三维空间进行波束调整的能力，可实现更广更灵活的网络覆盖、更佳的频谱与能源效率。l可重构智慧表面(ReconfigurableIntelligentSurface,RIS)6G所采用的太赫兹因绕射性差，导致基地台讯号容易被墙壁等障碍物所阻挡。可重构智慧表面技术(ReconfigurableIntelligentSurface,RIS)是由许多波长反射元件所组成的阵列模块，每个反射元件皆可独立控制，透过主动智慧调控，让讯号波束在特定方向上增强并反射，甚至可以抑制或消除干扰讯号。RIS可以应用于高频覆盖增强、绿色通讯(GreenCommunications)、辅助电磁波环境感知和高精度定位等场景。l电磁波轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)是电磁波固有的物理量，作为无线通讯传输的一种新物理维度，利用OAM模态之间的正交性，能够有效提升无线通讯系统的频谱效率、传输容量和抗干扰能力。具有OAM的电磁波又称为漩涡电磁波(VortexElectromagneticWave,VEMW)，其相位面呈现螺旋状，非传统平面相位电磁波，是由天线发射经典电磁波波束，然后经由回旋电子直接激发的电磁波量子态。OAM可视为一种新型MIMO波束成形方式，在点对点直接传输时，与传统MIMO波束相比可大幅降低波束成形和数位讯号处理复杂度。l高精度网络(High-PrecisionNetwork,HPN)高精度网络(High-PrecisionNetwork,HPN)整合各种支持大规模连接的无线电连接协议(RadioLinkProtocol)以及其它协议，例如IETF确定性网络(DeterministicNetworking,DetNet)、IEEE时间敏感网络(Time-SensitiveNetworking,TSN)等，达到最大限度地减少端对端(E2E)的延迟，降低抖动(Jitter)至微秒等级，以确保互动式服务的高体验质量(QualityofExperience,QoE)。l非地面网络通讯(Non-TerrestrialNetwork,NTN)3GPP将在2022年冻结的5G标准Release17版本中，会把非地面网络(Non-TerrestrialNetwork,NTN)通讯纳入，对行动通讯产业跟卫星通讯产业而言，都是非常重要的发展里程碑。NTN通讯技术亦列为6G的关键技术，提到非地面通讯与地面通讯的紧密配合，运用太赫兹、光通讯等新频谱；智慧非地面网络(SmartFebruary17,20227Nodes)，实现在空中的运算和存储等研究方向。l触觉互联网(TactileInternet,TI)触觉互联网(TactileInternet,TI)是指通过对触觉控制信息的传输和反馈，来进行精密的动作控制，可与实际或虚拟的物体进行远程实时的交互作用，包括人对机器、机器对机器的互动，以实现社会和工商业等领域实时协作系统与创新应用。触觉互联网作为6G的关键技术，已引起学术界和产业界的关注，国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)和电机电子工程师学会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)等国际标准组织已经开始触觉互联网相关领域的标准制定。l水下无线通讯(UnderwaterWirelessCommunication,UWC)海洋面积约占地球表面的70%，而世界贸易约有90%是由国际海运产业承运。虽然5G在深海养殖有创新的应用案例，但海洋机器类型通讯(MachineTypeCommunication,MTC)在5G网络尚未得到足够的重视，仍处于发展的早期阶段。随着水下物联网(InternetofunderwaterThings,IoUT)开始受到重视，除了商业上的应用，国家安全议题亦有所讨论，例如水下环境监测、海洋灾害预测等，故有专家提及水下无线通讯(UnderwaterWirelessCommunication,UWC)可能成为6G通讯网络的关键技术之一。l人工智能原生(AI-Native)未来6G不只是将人工智能视为外加的优化工具，而是在6G网络设计之初就深度融合人工智能技术。人工智能将原生于6G通讯系统，称之为人工智能原生(AI-Native)，使6G网络具备充分利用网络节点的通讯、计算和感知能力，通过人工智慧处理虚拟化网络功能(VirtualizedNetworkFunction)部署、服务质量(QualityofService,QoS)、频谱共享(SpectrumSharing)等任务，实现自治和自动化的6G网络。l区块链无线接取网络(BlockchainRadioAccessNetwork,B-RAN)区块链(Blockchain)可将归属权各异的分散式数据库按照时间顺序进行组织，并以密码学算法保证数据纪录的公开、安全、可追溯且不可篡改。而区块链无线接取网络(BlockchainRadioAccessNetwork,B-RAN)在无任何第三方或中心代理的情况下，可建构多个网络中及网络间的协作信任，以进行管理网络接取、身份验证、授权和记帐等操作。B-RAN作为区块链即服务(BlockchainasaService,BaaS)平February17,20228台，具有增强安全属性，可为未来6G网络用户提供数据交换、隐私保护、跟踪即监管等多项资安关键功能。l无所不在的运算(UbiquitousComputing)5G网络边缘的在线设备数量迅速增加，例如智慧工厂和智慧城市的IoT设备，产生大量数据资料并消耗大量资料频宽，难以单单透过中央资料中心，这种传统的云端运算架构来处理。边缘运算(EdgeComputing)能将计算和储存能力带到网络边缘，在实体或地理位置上尽可能接近终端设备，减少网络频宽使用和延迟，缩短回应时间，故近年来边缘运算获得相当大的发展动能。未来6G电信架构会朝向分散式微服务架构(DistributedMicroService-BasedArchitecture)发展，加上超低延迟的需求，边缘运算将会更加重要，甚至扩展至无所不在的运算(UbiquitousComputing)。目前国际通信联盟无线通信部门(ITU-R)邀请各个6G相关组织提供『2030年及以后的IMT愿景』(ThevisionforIMTtoward2030andbeyond)，计划于2023年年中正式推出6G愿景，作为后续3GPP开始6G初步标准化工作的重要基础。6G愿景的发布可视为次世代通讯标准化前