談 6G

談 6G

一、從 5G 到 6G！一次搞懂通訊技術的演進

要談 6G，要先從最原始的 3G（第三代）技術開始講起，3G 階段主要包括手機的基本數據傳輸功能，如傳送聲音（通話）及資訊（電子郵件、即時通訊等）和基本的網頁瀏覽。接著是 4G（第四代）技術，這一階段則帶來了更高的數據傳輸速度與更多技術、行業、應用的融合，讓用戶可以觀看高畫質影片、體驗網路直播，並享受流暢的網路遊戲。

接著則是 5G（第五代）技術，5G 普遍被認為是一個革命性的技術，提供了更快的傳輸速度、更低的延遲和更大的網路容量，讓物聯網和智慧城市、AR / VR、無人駕駛、智慧工廠、沈浸式通信等應用有了更多可能性。

而 6G 是對 5G 的進一步升級和拓展。6G 相較於 5G，將提供更快的傳輸速度、更低的延遲、更大的容量，並可能引入更多新的應用場景，如覆蓋全球的高畫質虛擬現實、8K 影片串流等，並且實現萬物聯網的願景。

二、為什麼要發展 6G？哪些產業正在佈局 6G 時代？

6G 的發展有著無限的潛力和吸引力。此外，隨著全球數據流量的不斷增加，6G 的問世也將大大提升網路的容量，有助於滿足未來數據傳輸的需求。

國際電信聯盟無線電通訊部門（ITU-R）已經在 2023 年提出了全球 6G 的願景框架建議，說明未來 6G 系統將實現包容性、連接、可永續性、創新、安全性、隱私性與韌性、標準化與可互通性等目標。說明如下：

ITU-R 6G 願景框架

ITU-R 6G 願景框架
ITU-R 6G 願景框架
  • AI 與通信融合：利用分散式運算與 AI 驅動以支持應用程式的新服務；國際行動電信（International Mobile Telecommunications，IMT）系統中各個智慧節點的數據採集，卸載本地或分散式運算，AI 透過分散式學習與推理的模型，可超越通信服務並提供專業的應用案例，例如自動駕駛、數位孿生（Digital Twin）、醫療支援、機器人等。

  • 感測與通信融合：需要檢測能力的新應用與服務；可提供廣域多維感測，以及環境空間訊息之通信，其應用案例主要以 6G 為基礎的導航、環境監測、人工智慧（AI）/延展實境（Extended Reality，XR）／數位孿生等，為相關應用提供感測功能。
  • 廣泛連接：以擴大連接、弭平數位落差為目的的服務場景，旨在改善郊區、人口密度低的地區連接，其應用案例多為物聯網及基本寬頻服務。

可以這樣想像：我們現在在 4G / 5G 時代，可以在數位空間中見面、開會，例如和家人視訊會面或者使用 Zoom 這樣的開會軟體開會。在未來這樣的場景將變得更加 3D，你可以進行細膩的眼神交流而不會有任何延遲。而如果你想要試用產品或參觀工廠，可以簡單地戴上頭戴式裝置，並且一秒飛到工廠或百貨的數位孿生空間中體驗它。

各大通訊業者和科技巨頭也紛紛投入到 6G 的研發中。包括：

搶攻 6G 的廠商名單

搶攻 6G 的廠商名單一次看！
搶攻 6G 的廠商名單一次看！
  • 電信設備商：愛立信、諾基亞、三星、華為等廠商
  • 晶片製造商：高通、聯發科、英特爾、三星等廠商
  • 手機製造商：蘋果、三星、小米、OPPO、vivo 等廠商

從國際觀點來看，6G 已成為全球關注的焦點，各國都在加快佈局，力求在這一領域取得領先地位，其中美國、中國、歐盟、日本等地為主要發展陣營。

在美中科技戰的背景下，6G 技術也被視為兩國競爭的重要戰場。美國希望在 6G 領域保持領先地位，而中國則希望在 6G 領域趕上美國，雙方都投入了大量資金開始 6G 的先行研究，例如美國的 Next G Alliance，拉攏歐日韓台廠商共同結盟，去中化立場越發明顯，中國則有由中國信息通信研究院成立的 IMT-2030（6G）推進組。

此外，綠色（永續）6G 也是全球 6G 發展的重要趨勢之一。例如，國內科技大廠聯發科技在 2023 年 6 月就發表了衛星網路和地面網路整合為題的 6G NTN（Non-Terrestrial Networks）技術白皮書，其中就闡述了 6G 可以縮小城鄉數位落差，為全球沒有地面網路覆蓋的區域提供基礎的衛星簡訊、通話及上網等通訊服務，並可能催生更多創新的應用，例如進行緊急救災、無人區監控、野火防治、海上浮標資訊收集等服務，對全球永續發展做出積極的貢獻。

三、台灣積極投注資源培育 6G 下一代工程人才

面對 6G 時代的來臨，台灣積極投注資源培育 6G 下一代工程人才。台灣的高等教育機構和科研機構正在加強對 6G 相關技術的研究和教育培訓，以培養具備 6G 專業知識和技能的工程師和科學家。

例如，2023 年教育部就宣布「下世代（後 5G 和 6G）行動通訊人才培育計畫」將在 4 年內投入 1.6 億元新台幣，培育 4000 人次 6G 專業人才，其中鎖定超高速通訊、非地面網路、智慧節能網路3 個前瞻教學主題。

此外，台灣的企業界也積極參與到 6G 的研發和應用中，為培養 6G 人才提供了更多的機會和平台。未來，台灣將透過多方合作，共同推動 6G 技術的發展，為台灣的科技創新和經濟發展注入新的動力。

6G(第六代移動通信技術)

第六代移動通信系統（6th generation mobile networks，或6th generation wireless systems），簡稱6G，是指第六代移動通信技術，是5G系統後的延伸。仍在開發階段。6G的傳輸能力可能比5G提升100倍，網路延遲也可能從毫秒降到微秒級。2018年芬蘭開始研究6G相關技術，年底邀請媒體聆聽其針對6G網路所引導的研究與工作進展，2019年3月24日至26日在芬蘭拉普蘭舉行關於6G的的國際會議。

基本介紹

  • 中文名：第六代移動通信技術
  • 外文名：6-Generation
  • 外語縮寫：6G
  • 理論網速：1TB/s
  • 技術：空間復用
  • 頻段：太赫茲頻段

基本概念

6G，即第六代移動通信標準，一個概念性無線網路移動通信技術，也被稱為第六代移動通信技術。主要促進的就是網際網路的發展。
6G網路將是一個地面無線與衛星通信集成的全連線世界。通過將衛星通信整合到6G移動通信，實現全球無縫覆蓋，網路信號能夠抵達任何一個偏遠的鄉村，讓深處山區的病人能接受遠程醫療，讓孩子們能接受遠程教育。此外，在全球衛星定位系統、電信衛星系統、地球圖像衛星系統和6G地面網路的聯動支持下，地空全覆蓋網路還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。這就是6G未來。6G通信技術不再是簡單的網路容量和傳輸速率的突破，它更是為了縮小數字鴻溝，實現萬物互聯這個“終極目標”，這便是6G的意義。

有關技術

太赫茲頻段
6G將使用太赫茲（THz）頻段，且6G網路的“緻密化”程度也將達到前所未有的水平，屆時，我們的周圍將充滿小基站。太赫茲頻段是指100GHz-10THz，是一個頻率比5G高出許多的頻段。從通信1G（0.9GHz）到4G（1.8GHZ以上），我們使用的無線電磁波的頻率在不斷升高。因為頻率越高，允許分配的頻寬範圍越大，單位時間內所能傳遞的數據量就越大，也就是我們通常說的“網速變快了”。不過，頻段向高處發展的另一個主要原因在於，低頻段的資源有限。就像一條公路，即便再寬闊，所容納車量也是有限的。當路不夠用時，車輛就會阻塞無法暢行，此時就需要考慮開發另一條路。頻譜資源也是如此，隨著用戶數和智慧型設備數量的增加，有限的頻譜頻寬就需要服務更多的終端，這會導致每個終端的服務質量嚴重下降。而解決這一問題的可行的方法便是開發新的通信頻段，拓展通信頻寬。我國三大運營商的4G主力頻段位於1.8GHz-2.7GHz之間的一部分頻段，而國際電信標準組織定義的5G的主流頻段是3GHz-6GHz，屬於毫米波頻段。到了6G，將邁入頻率更高的太赫茲頻段，這個時候也將進入亞毫米波的頻段。中國科學院國家天文台研究員苟利軍告訴《網際網路周刊》說：“太赫茲在天文中被稱為亞毫米，這類天文台的站點一般很高而且很乾燥 ，比如南極，還有智利的acatama沙漠。”那么，為什麼說到了6G時代網路“緻密化”，我們的周圍會充滿小基站？這就涉及到了基站的覆蓋範圍問題，也就是基站信號的傳輸距離問題。一般而言，影響基站覆蓋範圍的因素比較多，比如信號的頻率、基站的發射功率、基站的高度、移動端的高度等。就信號的頻率而言，頻率越高則波長越短，所以信號的繞射能力（也稱衍射，在電磁波傳播過程中遇到障礙物，這個障礙物的尺寸與電磁波的波長接近時，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。繞射可以幫助進行陰繞射可以幫助進行陰影區域的覆蓋）就越差，損耗也就越大。並且這種損耗會隨著傳輸距離的增加而增加，基站所能覆蓋到的範圍會隨之降低。6G信號的頻率已經在太赫茲級別，而這個頻率已經接近分子轉動能級的光譜了，很容易被空氣中的被水分子吸收掉，所以在空間中傳播的距離不像5G信號那么遠，因此6G需要更多的基站“接力”。5G使用的頻段要高於4G，在不考慮其他因素的情況下，5G基站的覆蓋範圍自然要比4G的小。到了頻段更高的6G，基站的覆蓋範圍會更小。因此，5G的基站密度要比4G高很多，而在6G時代，基站密集度將無以復加。
空間復用技術
6G將使用“空間復用技術”，6G基站將可同時接入數百個甚至數千個無線連線，其容量將可達到5G基站的1000倍。前面說到6G將要使用的是太赫茲頻段，雖然這種高頻段頻率資源豐富，系統容量大。但是使用高頻率載波的移動通信系統要面臨改善覆蓋和減少干擾的嚴峻挑戰。
當信號的頻率超過10GHz時，其主要的傳播方式就不再是衍射。對於非視距傳播鏈路來說，反射和散射才是主要的信號傳播方式。同時，頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。這些因素都會大大增加信號覆蓋的難度。不止是6G，處於毫米波段的5G也是如此。而5G則是通過Massive MIMO和波束賦形這兩個關鍵技術來解決此類問題的。我們的手機信號連線的是運營商基站，更準確一點，是基站上的天線。Massive MIMO技術說起來挺簡單，它其實就是通過增加發射天線和接收天線的數量，即設計一個多天線陣列，來補償高頻路徑上的損耗。在MIMO多副天線的配置下可以提高傳輸數據數量，而這用到的便是空間復用技術。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不同的子數據流在不同的發射天線上在相同頻段上發射出去。由於發射端與接收端的天線陣列之間的空域子信道足夠不同，接收機能夠區分出這些並行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源。這種技術的好處就是，它能夠在不占用額外頻寬、消耗額外發射功率的情況下增加信道容量，提高頻譜利用率。不過，MIMO的多天線陣列會使大部分發射能量聚集在一個非常窄的區域。也就是說，天線數量越多，波束寬度越窄。這一點的好處在於，不同的波束之間、不同的用戶之間的干擾會比較少，因為不同的波束都有各自的聚焦區域，這些區域都非常小，彼此之間不怎么有交集。但是它也帶來了另外一個問題：基站發出的窄波束不是360度全方向的，該如何保證波束能覆蓋到基站周圍任意一個方向上的用戶？這時候，便是波束賦形技術大顯神通的時候了。簡單來說，波束賦形技術就是通過複雜的算法對波束進行管理和控制，使之變得像“聚光燈”一樣。這些“聚光燈”可以找到手機都聚集在哪裡，然後更為聚焦地對其進行信號覆蓋。5G採用的是MIMO技術提高頻譜利用率。而6G所處的頻段更高，MIMO未來的進一步發展很有可能為6G提供關鍵的技術支持。

發展狀況

2018年3月9日，工信部部長苗圩表示中國已經著手研究6G。

2019年3月15日，美國聯邦通訊委員會（FCC）一致投票通過開放“太赫茲波”頻譜的決定，以期其有朝一日被用於6G服務。
除中美兩國外，歐盟、俄羅斯等也正在緊鑼密鼓地開展相關工作。
中國通信業觀察家、飛象網執行長項立剛則進一步提出，除陸地通信覆蓋外，水下通信覆蓋也有望在6G時代啟動，成為整個網路覆蓋體系中的一部分。

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