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加值自动化/虚实融合应用 6G实现元宇宙愿景

2023/03/28
1810
阅读需 11 分钟
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无线通讯技术的发展,决定了新兴科技应用普及的机会,因此即便5G应用尚在部署,产业内针对6G的愿景规画与标准制定讨论也如火如荼展开。6G採用THz频段,可用于超高速无线系统,实现传输与同步速度极快的通讯应用。超高频宽的技术,除了能进一步深化现有的5G覆盖度、定位功能等应用,更能藉由人工智慧原生(AI-native)设计,实现高度虚实整合的应用。

6G可望在2030年商用化,目前市场上针对6G的技术需求还未收敛,受到市场关注的6G联盟包含欧洲的Hexa-X、北美的NEXT G,以及美国的NSF等。可见各国政府与业界厂商已经摩拳擦掌,期望在2030年之前抢得6G先机。
新世代技术十年接力

一般而言,通讯系统的转变是每10年更新一代,工研院资讯与通讯研究所所长丁邦安(图1)指出,但根据经验,新的通讯技术应用大概以20年为一个週期。也就是说,两代通讯技术的应用会有大约10年的重叠,当新的通讯协定制定完成,相关的应用需要经过一段时间的铺陈,才会走向普及。例如市场从3G技术推出后,开始关注影音传输的应用,但影音传输直到4G时代才普及。

图1 中国台湾工研院资讯与通讯研究所所长丁邦安说明,通讯技术应用以20年为一週期,两代技术间有10年重叠

而谈及5G及6G时代的现况,丁邦安说明,5G基础建设正陆续建立,但市场上还没找到5G的杀手级应用。受到市场瞩目的自驾车、AR/VR也正在发展,待未来终端产品成熟并在市场中高度普及,在5G技术发展的第二个10年,或者6G技术发酵的阶段,搭配完整的周边建设,便有机会成为新世代通讯的重要应用。

元宇宙驱动技术革新

市场上预期6G将在2030年商用,而2023~2030年的七年时间中,新技术的通讯需求持续变动,从多元层面形塑未来产业对6G的需求。中国台湾诺基亚通信技术总监陈铭邦(图2)解释,评估这七年间的通讯技术趋势,需要考虑整体的环境因素,以及市场对通讯的需求。目前的地缘政治、全球化与永续发展议题,都是影响产业发展的变动因素。观察市场需求,元宇宙是驱动新兴网路发展的概念。Nokia认为元宇宙分为自动化(Human Automation)及虚实融合(Digital Physical Fusion)两大主轴,自动化在工业领域能从系统灵活控制机械手臂,虚实融合则能应用在线上观赏球赛等娱乐场景。

图2 中国台湾诺基亚通信技术总监陈铭邦认为,6G可落实自动化与虚实融合两大元宇宙应用

6G带动多元应用

6G的应用可能性繁多,也将带动其他的技术发展。中国台湾爱立信副总经理暨技术长姚旦(图3)表示,首先是5G已经逐步铺路的网路连线无所不在(Ubiquity Connectivity),将实现物联网(IoT)领域提及的万物联网愿景,网路将能蒐集大量的装置数据,也因此让网路传输量与算力需求大增。数据增加的同时,智慧装置将更为普及,因此边缘运算与云端运算的应用都将大幅提高。而高度普及的无线网路与资料传输,也强化市场对于资安的重视。

图3 中国台湾爱立信副总经理暨技术长姚旦表示,6G将接棒5G实现网路连线无所不在的目标

上述的感测数据、由数据延伸的应用都在数位世界,在6G时代,现实与虚拟世界的互动将更加紧密。多元产业都可能由虚拟的数位工具提供智慧与模拟功能,例如开发人员可以在数位环境中重複试错并修改产品。实体世界则进行数据感测,并且控制装置,例如工厂系统控制机械手臂来实现自动化生产。数位世界的功能也能够透过混合实境(XR),提供使用者沉浸式体验。

此外,面对环境永续议题,未来6G得益于AI原生的设计,可建立更加智慧化的基地台。安立知业务既技术支援部协理薛伊良(图4)提及,未来6G的基地台将能动态分配分时多工(TDD)与分频多工(FDD)的快闪储存,在传输过程中,有助于TDD更有效地分配频谱,然而TDD的传输过程会有延迟问题。而FDD虽然能确保资料即时传输,却会产生閒置能源浪费的风险,因为当该基地台没有讯号传输时,FDD仍持续消耗能源。为此,6G可以透过AI与机器学习(ML)技术直接分配频率,确保基地台採用最有效率的方式传输讯号,减少能源浪费。

图4 安立知业务既技术支援部协理薛伊良提及,未来6G得益于AI原生的设计,可建立更加智慧化的基地台

6G高频讯号损失/晶片技术瓶颈挑战

技术方面,6G可能採用比5G高出许多的Sub-THz等频率,安立知业务既技术支援部副理程昭团(图5)指出,6G技术往高频发展是时势所趋,因为5G已经使用73GHz的频段,90~95GHz中有部分是无法使用的军用频道,因此6G为取得完整的频段,便需要採用95GHz以上的频段。同时产业已经预期资料传输从5G时代开始将大幅增加,并且期望达到每秒1TB的传输率,因此6G採用大约140~170GHz的D-band范围。6G採用的高频率除了导致更高的传输耗损,目前半导体技术也难以支援。因为硅製程的晶片,最多只能支援150GHz的传输应用,无法满足6G更高频的应用,导致6G相关的元件尚未齐全。为了满足未来的6G晶片需求,半导体产业需要开发碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽能隙半导体,或者透过Chiplet整合,才有机会突破6G现有的硬体技术瓶颈。

 

图5 安立知业务既技术支援部副理程昭团说明,6G技术往高频发展是时势所趋,因为可择的完整频段有限

ITU现正蒐集6G需求

现阶段6G在3GPP的时程中,处于ITU蒐集需求(Requirement)的时间点。陈铭邦说明,在制订新的通讯标准前,制定标准的组织蒐集目前通讯应用遇到的问题,并考虑透过新的技术解决,以及技术上如何实现。6G需要考虑无线通讯的技术,包含架构等,为后续的规格奠定基础,避免未来制定的规格出现漏洞。待需求蒐集完成,预计3GPP会在2025年进入大约为期两年的6G的研究(Study)阶段,推动6G标准的制定。预估6G技术将在2027年进入标准化时程,届时标准化制定的内容便会成为产业主要参考的技术规范。若上述6G的推动时程顺利,预期3GPP将在2028年9月推出第一版的6G规范。然而当第一版的规范释出后,6G仍需要一段时间来商用化。

中国台湾工研院两阶段布局6G

6G的技术仍在初期发展的阶段,然而通讯产业需要提前做足准备。中国台湾工研院针对6G的布局分为两个阶段。第一阶段是2023~2026年,第二阶段则是2027~2030年。第一阶段将会推论6G的核心技术,得知6G可以执行的范围,来定义6G的应用场景与案例。定义明确的6G应用之后,便会组成研究团队。研究团队将会与中国台湾的产、学、研单位合作,中国台湾已经有不少单位在5G Open RAN的研究中崭露头角,想必也能助力6G技术相关的研究。2027年则进入6G布局的第二阶段,丁邦安认为这是6G标准化短兵相接的时间点,不同组织与厂商都将积极参与6G的标准化工作。而中国台湾工研院将在此时将与中国台湾厂商合作,共同建立6G的雏形系统,并进行系统的场域验证,确保6G技术能够顺利落地。

2027将见6G标准化

行动通讯在2023年迎来5G迈向普及,且6G标准开始蒐集需求的阶段。6G预计在2027年标准化,以及2030年商用化。研究单位、量测与营运商都已经加紧布局6G技术,期望在6G标准化的过程中取得话语权。从现有的6G资讯中,可观察到该技术一方面受到资料传输需求大增,与元宇宙等应用驱动,同时仍需克服传输耗损与现有的硅基晶片无法支援的挑战。接下来6G随著应用需求收敛以及技术突破,新世代通讯技术助攻产业创新突破的方向将越来越清晰。

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