5G 其實只是雛形?通訊專家眼中的 6G 網路到底是什麼

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 16 日 8:00 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 網路 Telegram share ! follow us in feedly


IEEE 全球通訊大會今年在台北召開,雖然由於疫情影響,國外學者無法到場,但仍透過遠距視訊來共同探討未來通訊的趨勢,甚至對於 6G 網路的概念也已然逐漸成形。

雖然 5G 才剛要普及,但與論已對 6G 有不少憧憬,尤其對性能的想像,速度更快、頻率更高、更穩定,甚至喜歡以雷達圖來表現 6G 的強大。不過這其實僅流於表面,身在研發前線的專家學者們關心的重點不在於單一的硬體技術是否能實現。

▲ 在三星的 6G 白皮書中,描述了其對未來通訊技術的想像,但也有專家對此持不同的意見。(Source:Samsung

建立於 1963 年電機電子工程師學會 IEEE 在國際間相當具有影響力,一直以來承擔著多個科學期刊和會議組織者的角色,當然在此發表的論文及研究都頗具有代表性,值得關注。而此次全球通訊大會中,更特別舉辦了 6G 高峰會,邀請重要的專家學者來探討未來 6G 的發展,今年已是第 2 屆。

雖然現在談 6G 聽起來還太早,但事實上,6G 概念的研究早在 2017 年左右就已經開始。像 5G 概念也是在 2010 年就已成形,而過了 10 年才準備要來商業化,雖然以此推演,6G 至少要 2028 年以後才有望實踐,但對於概念的探討仍然很重要,這決定了未來有哪些技術難關需要去克服。

5G 的延伸?

許多致力於此的專家學者當然都有不同的看法,但經過數年的交流碰撞,可以說如今 6G 的概念其實已逐漸成形。推動 6G 的研究也並非只靠想像力,而是為了因應未來社會可見的需求而預作準備。如日本電信商 NTT DOCOMO 5G 實驗室總經理中村武宏就從 5G 應用的延伸來探討 6G 技術的發展。

(Source:NTT DOCOMO)

他認為,就現有的應用仍有許多 5G 性能涵蓋不完全的領域,在這些地方需要更加特化的通訊性能,才有更好的表現。在真正迎接 6G 之前,要做的就是先超越 5G(Beyond 5G),而眼前還有幾項技術需要克服,如毫米波的廣泛應用、上行鏈路的強化以及對工業通訊需求的穩定保證,這也是目前 5G 積極發展的方向。

不僅是低軌道衛星

不過就算把 5G 通訊性能在各方向上發展到極致,就可稱之為 6G 嗎?顯然也不是的,雖然還有許多技術問題待研究,但至少學者們已具有共識認為 6G 將會是建立於人工智慧基礎之上,擁有全領域覆蓋、新的網路拓樸結構,甚至是新波形的通訊技術。雖然這些想法仍充斥許多推論與期待,但以目前的概念,仍可演繹出下一步應該發展的方向。

如近期討論得沸沸揚揚的低軌道衛星,其實也僅是為實現全領域網路概念的一部份技術而已。未來的 6G 將不僅是連結人與人,而是涵蓋地球所有空間,甚至包括太空,這奠定了 6G 將會是一種複合型的網路,囊括從低軌道通訊衛星、5G 基站、智慧手機甚至是室內 WiFi 的網路結構,且是由人工智慧所驅動,固網與行動網路將會有更深入的整合。

▲ 許多人認為低軌道衛星網路會是 6G 通訊的新型態,但其實僅是擴展覆蓋率的部份而已。(Source:Starlink)

為何強調人工智慧?這當然不僅是一個噱頭,而是為構成自適應複合型通訊網路的解決方案。如同自駕車的協同自適應巡航控制(CACC),就是一個更為進階的概念,除了以自身感測器來測量並反應路況外,更強調與鄰近自駕系統的溝通及合作。就如電子測試商是德科技 6G 負責人 Roger Nichols 所言,不必要盲目追求超低延遲性(Ultra low latency),精確的通訊才是本質。

全領域雙向觸覺網路

當然若沒有足夠低延遲性就很難達成如自駕車編隊(Self-driving car platooning)等應用,自駕車若透過組隊行駛將可有效降低能耗,且提高安全,會是未來相當有效率的智慧交通型態。但這並不是僅仰賴通訊的低延遲性而已,而是如何建立觸覺網路(Tactile Internet )的問題,車輛與車輛之間透過即時的互動,才能維持車隊的穩定行駛,並更有效地進行交通。

這不只是一種進階的物聯網,而是能即時提供觸覺反饋,實現高度動態過程的自動化或遠程控制技術。就如工研院資通研究所所長闕志克所言,從無人機技術的發展,也可以看出 6G 將會是一種涵蓋率非常高的觸覺網路,能夠精準定位,且不僅止於單方通訊,多播(multicast)以及 P2P 通訊也會是要點。所有原本無關聯的物,都可以關聯。

▲ 從現今無人機發展的脈絡可窺見 6G 的端倪,覆蓋率的擴展、AI 與複合通訊的應用及觸覺網路都是特徵。 (Source:工研院)

若這些例子還不夠貼近生活,那麼虛實結合應能更好的表達 6G 的概念,隨時隨地都能通過擴增實境裝備與數據資料直接觸碰及回饋,並完成各項工作及娛樂活動,且不限於特定空間,未來的生活型態將因此發生改變,超現實(Hyper reality)也將實現,資訊能更好的附著在物上,這也是現今 VR / AR / MR / XR 技術的願景。

▲ 2016 年的超現實概念影片就已經道出對未來社會的想像,但 6G 的性能可能還不僅如此,AI 普及之後,物與人及物與物的互動將更加頻繁。 (Source:Keiichi Matsuda

為實現這些,需要更全面的進步,無論是軟硬體技術,大至思科的人工智慧系統,小至耀登科技的毫米波高頻天線,都需要業者們不斷努力研發,才有辦法達到門檻,並滿足如遠端手術醫療等極端通訊要求,同時具備並整合這些技術的通訊網路,也才足以稱為 6G 。也因此,在實務上衍伸出了更多問題。

能耗成限制

德國 Vodafone Chair Mobile Communications Systems 計畫主持人 Gerhard Fettweis 教授表示,為了能夠更有效的分配通訊資源及實現更多功能,6G 網路上將會運行非常繁重的軟體結構。他並不擔心如,太赫茲超高頻通訊等被認為是 6G 象徵的技術無法在將來實現,包括製造更先進的通訊晶片等半導體工藝都不會是問題。更困難的挑戰其實是能耗,未來光要維持通訊網路的運作,就將消耗龐大的能源。

▲ Gerhard Fettweis 教授認為,能耗才是 6G 網路能否成形的關鍵 。(Source:科技新報再製)

5G 的能耗問題已不小,但依目前 6G 技術的前瞻方向,若要建構所謂的空天地一體的全領域網路,只會更耗能。如今 5G 網路重點就已不僅在於智慧手機,而是物聯網。想像一下,若有朝一日由自駕車組成的智慧交通系統成為主流,那麼所需的通訊量,就將大於一般用戶上網通話。更遑論,像 6G 這樣以 AI 驅動的大數據通訊網路。

6G 是社會變革

所以如何更有效率地進行聯合通訊(Joint communication)及感知(Sensing)將會是必須攻克的技術關卡,這將會牽扯到全雙工傳輸、OFDM 波形優化甚至是發展新波形,還有如頻譜、頻道共享等議題,且更加重要的是如何建立一個可信的網路。除了技術的發展外,可能造成的社會議題也必須去討論。未來的 6G 網路將會是更加統一及強大的,並深入到生活的任何角落。若真的成形,如何使其不會反過來成為民眾的威脅,也非常值得深思。

簡單來講,6G 將不僅是通訊技術而是新的網路型態,甚至是生活型態。真正的挑戰並非高頻天線,也不是通訊晶片的先進封裝,而是如何創造出一個足以承載人工智慧,但結構又不會太過複雜的網路拓樸;能整合各項裝置,比 IPv4、IPv6 更有效率的新通訊協定,以及如何進一步保障民眾的隱私及生活,不受到惡意的威脅,這些基礎的變革才是真正的 6G 問題。

(首圖來源:shutterstock)

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