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2018 IEKTopics|6G 行動通訊技術 成就智慧國家與產業發展

十年進化週期
2030年6G將滲透你我生活

行動通訊技術大約每十年演進一次,故預估2030年將進入6G時代,並以滿足5G未能達到的各種生活應用與商業需求邁進。6G將結合5G行動通訊系統和衛星網路(包括電信衛星網路、地球影像衛星網路、導航衛星網路),透過衛星網路達到全球覆蓋,並搭載高速光纖、大規模陣列天線(Massive MIMO)等,讓無線和行動終端的網路傳輸速度達到11Gbps。在頻譜使用上,將從毫米波頻段(30-300GHz)擴展到太赫茲波(100GHz- 30THz),後者在傳輸距離的挑戰會遠高於毫米波通訊。在未來的6G網路中,也將更廣泛的整合人工智慧(AI)技術,例如芬蘭奧盧大學的6G計畫以及IEEE未來發展方向委員會(IEEE Future Directions Committee),分別提出分散式智慧無線通訊(Distributed Intelligent Wireless Computing)以及自動化網路系統(Autonomous System)的6G 網路願景。

十年進化週期
 

為實現智慧化社會發展
成熟市場搶先佈局6G基礎建設

目前美國、英國、芬蘭、南韓、日本、中國等已有政府單位、業者、學校等陸續規劃投入6G研發,其中如美國的國家儀器公司(National Instruments)與國防高等研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA) 合作,透過頻譜協作挑戰賽的方式研究6G技術;英國政府預計在5G實現前搶先準備投入6G研發,並預期2025年後完成6G網路建置;芬蘭科學院與奧盧大學無線通訊中心等合作,取得2.5億歐元的國家資金,進行一項為期八年且名為「6Genesis」的旗艦研究計畫,以實現高度自動化、智慧化的社會為發展目標。

中國的工業和信息化部已開始著手6G技術研發,以實現萬物互聯為發展目標;韓國電子通信研究院(Electronics and Telecommunications Research Institute,ETRI)未來10年將研究6G技術與建立基礎建設;日本總務省則從頻譜的角度開始探討6G,如頻譜不足、頻譜共享、法規鬆綁等議題。整體來看,國際市場對於6G的研發投入仍處於規劃評估階段,主要從萬物聯網、頻譜的角度切入, 潛在6G技術包括衛星通訊、太赫茲通訊、大規模陣列天線、AI與深度學習、頻譜共享等,而6G網路的建置時間點可能落在2025年後。

 

邁向萬物互聯
6G網路的建設與挑戰

從各國對於6G網路的構想來看,6G將具備以下特徵,包含衛星和衛星之間直接通訊、超高速的網路連接、用戶實際體驗達到11Gbps,以及支援智慧工廠、自駕車、機器人、混合實境等新應用,達成人與環境互動的觸覺式網路(Tactile Internet)與萬物聯網(Internet of Everything,IoE)的境界。如何透過不同衛星系統的切換、漫遊,搭配高速光纖、奈米天線,以實現全球覆蓋的高速網路,將是6G網路欲解決的萬物聯網最大挑戰。

 

提升經濟規模改變社會現狀
亞洲各國積極發展6G技術

亞洲十大國家中有九個國家將6G列為Top 10 技術,其中印尼、印度認為6G為該國排名第一的技術,中國、南韓認為6G為該國排名第二的技術(皆僅次於AI),台灣將6G列為排名第五的技術,日本、馬來西亞將6G列為排名第六的技術,新加坡、泰國則列為排名第七的技術,僅有菲律賓沒有將6G 列為Top 10技術。

在影響性上,6G在成熟市場(台、中、日、韓、新)影響性為排名第三,在新興市場(雙印、泰、馬、菲)影響性排名第四,顯示6G在成熟市場、新興市場都非常有影響性,因為6G為各國通訊基礎建設,倘若基礎建設發展不健全,也會影響到其他新興應用服務、經濟、社會的發展,故對於亞洲各國家來說,6G將為2030年重點發展技術之一。在成熟市場和新興市場中,南韓、日本、中國、泰國認為6G的影響性最高,其次為台灣、印尼、印度、菲律賓。

在重要技術的理由中,對於6G來說,經濟發展是最主要的因素,發展6G除了可以提升國內通訊服務的品質、降低偏鄉區域的數位落差,另外也可以帶動國內資通訊相關產業的發展,例如6G將有助於提升各國的人均電信服務支出,對於6G相關設備的生產製造國家來說,也有助於帶動國內GDP。其次發展6G的另一個重要理由為社會因素,由於6G通訊所預設的情境為萬物互聯,6G將可以建構一個無縫連結的社會環境,讓所有民眾可以在萬物互聯的情境下,與各種設備、數據、應用服務、城市服務等相互連結,透過6G驅動的智慧化聯網服務,讓社會服務與發展更加健全。

 

積極提升6G滲透率
亞洲各國皆不落於人

在滲透度上,成熟市場和新興市場的滲透度相同,排名皆為第二,顯示成熟市場、新興市場都將於2025-2030年間積極投入6G技術研發、網路建置, 以避免2030年時6G行動通訊的滲透度落後其他國家。

 

鞏固行動通訊產業地位
南韓與中國搶先佈局

在投資優先度上,6G在成熟市場和新興市場間有明顯差異,成熟市場投資6G的優先度排名第1, 新興市場投資6G的優先度則排名第4,可能是因為成熟市場的5G環境和產業已發展成熟,為了搶先取得下一代行動通訊帶來的商機,故對於6G的投資優先度會較高。在成熟市場和新興市場中,尤其南韓和中國的投資優先度最高,推測是為了延續其在5G的投入以及維持其在通訊產業的領先地位,故對6G的投資優先度最高。

 

新興市場仰賴政府挹注資金
成熟市場則以民間企業主導

在投資額上,新興市場投入遠高於成熟市場,推測原因是成熟市場的通訊產業發展較久,已有許多廠商具備研發生產能量,故6G的投資額主要來自於民間資金,而非政府資金。而開發中國家在通訊產業的研發生產能力較為不足,政府會編列較多的資金預算發展6G,故新興市場的投資額相對較高。在成熟市場和新興市場中,投資額最高的前幾大多為新興市場,可能是為了因應許多廠商陸續將生產基地往東南亞移動,為了具備良好的通訊基礎設施環境,故東南亞國家政府對於6G的投資額較高。

 

提前佈局6G戰場
中、日、韓軟硬體發展較其他國家完備

在整備度上,6G在成熟市場獲得4分,新興市場僅有3.4分,顯示6G研發與競爭將來自成熟市場。而在成熟市場中,整備度最高的國家為南韓和日本, 其次為中國和新加坡,台灣的整備度則相對較低,其中可能是因為南韓、日本、中國在下世代通訊產業與技術的投入與基礎研究實力,原本就處於全球領先地位,而台灣目前尚在5G行動通訊環境的建設前期, 因此尚未有6G投入的規劃,故整備度較其他成熟市場低。

 

積極落實軟硬體整合發展
台灣將立足6G市場成為主要研發國家

台灣在行動網路技術投入上,從過去3G、4G的經驗累積下,已具備完整產業鏈,尤其是在硬體研發製造上較為領先,包括關鍵晶片、零組件(記憶體、PCB、天線、射頻元件等)、終端產品開發製造(手機、行動路由器、閘道器等)、基地台製造、服務提供商、設備模擬測試等;而在軟體、系統整合上,由於我國通訊廠商多以硬體研發與生產製造為主,在軟體、系統整合能力較為不足,但為了因應多樣化的智慧聯網服務需求,我國廠商近年已積極投入並累積了基礎的軟體、系統整合能力。

在6G相關技術佈局上,由於6G為5G加上衛星通訊、太赫茲波、大規模陣列天線的結合,其中台灣廠商在衛星通訊研發上,目前投入的技術研發和產品型態以衛星通訊晶片、終端、小型衛星地面站次系統為主,且為個人可攜式導航裝置為全球主要生產國家,近幾年更積極佈局航海、航空、運動休閒等衛星通訊產品,未來若運用衛星通訊提供網路存取服務, 我國廠商將有機會在終端裝置上取得領先位置。在太赫茲波和大規模陣列天線方面,有鑑於台灣已有許多廠商投入5G毫米波技術,包括毫米波通訊會用到的材料、晶片、射頻元件、天線、手機、接取終端、基地台等,在相關研發經驗下,將有機會快速切入太赫茲通訊技術。

未來6G將朝萬物聯網的情境發展,混合實境、工業自動化、自駕車、遠端醫療等應用,皆需要一個幾乎無死角的全覆蓋網路,終端和基礎建設都將保持隨時啟用、隨時保持連線(always-on,always-connected)的狀態,而台灣廠商在關鍵IC、模組、零組件、終端產品開發上,為全球主要生產製造國家之一,快速上市能力備受國際大廠肯定;另外, 與國際資通訊設備品牌業者、電信業者也已建立長久合作關係,近年來也逐漸將產品線延伸至局端設備開發、軟體、系統整合上。整體來看,台灣在未來6G 產業生態中,仍將扮演重要的研發與生產製造的角色。

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6G將結合5G行動通訊和衛星網路以達到全球覆蓋,讓行動終端傳輸速度達到11Gbps,且將在2030實現。目前國際對於6G的投入處於研發規劃階段,主要從萬物聯網的角度切入,透過太赫茲波和大規模陣列天線等技術實現混合實境、工業自動化、自駕車、遠端醫療等新應用。調查亞洲國家對於6G的投入, 6G對於成熟市場、新興市場都有非常大的影響性;在投入6G技術的理由中,經濟發展、社會是最主要的因素;在滲透度上,6G對於成熟市場、新興市場都一樣重要;在投資優先度上,成熟市場明顯較新興市場積極;在投資額上,新興市場較成熟市場多;整備度上則以成熟市場較為領先。台灣行動通訊產業在3G、4G的經驗累積下,未來也將在5G、6G生態鏈扮演重要的研發與生產製造的角色。