羅宗惠/工研院產科國際所
前言
隨著5G的到來，預計整體傳輸速度將提高，產生的延遲亦將大幅減少，進而直接帶動各行各業物聯網產品的發展。不過，當各個應用領域網路連接的複雜度與數據的需求提升後，整體網路的負擔又將迅速增加，良性的循環進而成為新一代通訊技術發展的主要動能來源。有鑑於此，雖然5G的部署才剛開始，Beyond 5G最終的樣貌尚未明朗，但在技術持續發展以及各國競爭激烈的情況下，Beyond 5G的卡位戰早已稍稍展開，而國際電信聯盟(ITU)亦已經開始建立技術研究小組(FG NET-2030：2030年網絡技術焦點小組)，討論在2030年實現Beyond 5G網絡。
Beyond 5G 帶來潛在的技術變革
雖然各界對於Beyond 5G的技術細節尚未明確且仍在兄弟爬山各自努力的階段，但從大方向來看仍有一定程度的共通性。若以DOCOMO、Samsung與6G Flagship進行歸納，大致上可區分成：網路架構、頻譜使用與通訊技術三大項，而其它技術則依此進行延伸。
1. 網路設備從架構徹底翻新
通訊網路至目前為止皆以蜂巢式的固定基站為主，為了因應未來大量設備上網的需求，新的網路架構發展重點將會以：①.支援大量的接入設備、②.多個通訊路徑與分散式的網絡拓樸、③.自動添加，配置和優化的通訊節點、④.移動載體通訊服務的連續性，四個方面進行強化。由於網路配置的複雜度遠遠超過現階段所使用的架構，為了以最有效率的方式管理，人工智慧將於下世代通訊網路扮演關鍵的角色。根據 MIT Technology Review 的報導，由德國雅各布大學的Stoica 與Abreu兩位研究人員對5G研究得到的結論報告“6G: the Wireless Communications Network for Collaborative and AI Applications”，人工智慧將會成為下一代通信技術的主要推動力；另一篇IEEE論文“Artificial Intelligence-Enabled Intelligent 6G Networks”亦提到，人工智慧於6G網路所扮演的角色可區分成：Intelligent Sensing Layer、Data Mining and Analytics Layer、Intelligent Control Layer and Smart Application Layer。另一方面，為了達到更好的覆蓋率，非地面網路，例如：低軌衛星系統，亦讓整體網路架構有別於以往。
2. 使用頻率大幅展開
現行5G系統所使用的頻段分成sub-6G以及mmWave，通常若以覆蓋率為考量，多數採用sub-6G，反之若著重於傳輸速率則應優先考慮mmWave，可見頻段的使用對於傳輸速度有關鍵性的影響。因此，6G系統為了達到10倍的傳輸速度，勢必得朝向更高的頻率發展，其中THz(兆赫茲波)則是Beyond 5G所討論的熱門頻段。THz是指頻率在100 GHz到10,000 GHz範圍的電磁波，波長大概在0.03~3 mm範圍，介於微波與紅外線之間，是從上個世紀80年代中後期才被正式命名，在此以前，科學家們將之統稱為遠紅外射線。由於技術仍在持續發展當中，確切的頻段還無法有定論，但可以確定的是，不論在範圍或者種類上都將較現行的5G更多元。
3. Massive MIMO 天線持續進化
典型的Massive MIMO架構是指單一的基地台上同時配置數百個具有方向性的Beamforming天線，為5G的關鍵技術之一。為了打破集中式的蜂巢架構並朝向分散式發展，將典型的Massive MIMO進行改良亦是下世代系統的重點。雖然各界所提出的想法不盡相同，但基本上都是朝此方向努力。舉例來說：一篇來自於IEEE 的論文”6G and Beyond: The Future of Wireless Communications Systems”所提出的 Cell-Free Massive MIMO概念：在相同的服務區中，將數百個天線分散在不同的小型AP(Access Point)，每個AP的天線數量小於10個，而各別 AP 則是透過協調的方式來為用戶提供服務。
總結來說，3GPP 5G的第一個更新版標準R16已於2020年6月凍結，下一個更新版 R17 預計將在2021年底凍結，短期內產業仍以5G的進化為主要發展重點。雖然至2022年之前，6G的發展仍僅止於研究，預估至2022-2026年產業界才會開始投入關鍵組件的研發，但廠商仍可透過...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。