2022年6月13日 星期一

6G研究



[20231114] Open RAN與6G 衝突、還是和諧
美國、英國、澳洲、加拿大和日本於2023年10月宣布成立新的全球電信聯盟(Global Coalition on Telecommunications, GCOT),重點在於「電信供應鏈多元化和開放網路架構」等主題。新 GCOT 的目標與各個成員國(包括美國和英國)內部推廣「安全」電信設備和「開放」介面的努力相吻合。此類條款通常反映出立法者希望阻止使用中國供應商的設備,並鼓勵部署開放 RAN 規範。

例如,GCOT 的意向聲明特別指出希望「支持開放分解、基於標準的合規性、展示的互通性和實施中立性的原則,例如英國、澳洲、加拿大和美國對《關於對電信供應商多元化的布拉格提案》(「2021年布拉格提案」)中概述的這些原則的承諾,這些原則包括支持開放和可互操作的網路、公私對話和全球夥伴關係。在「2021年布拉格提案」發布一年後,澳洲、加拿大和美國政府進一步宣布,認可英國政府於2022年4月發布的Open RAN原則(Open RAN Principles)。 」

2021 年布拉格提案重點關注來自中國的安全威脅以及開放 RAN 技術如何提高 5G 安全性。英國推動開放 RAN 的部分原因是投入 1.1 億美元給涉及 O-RAN 聯盟規範的研發項目。美國也正在進行類似的努力,耗資 15 億美元。

  因此在布拉格提案中強調各國建構通訊網路基礎建設,應採用國際資安標準評估其資安風險,特別是受第三國影響之供應商背後所潛藏之風險,並應重視5G技術變革例如邊緣運算所產生的新風險態樣;此外對於接受國家補貼之5G供應商,其補貼應符合公平競爭原則等。布拉格提案對於各國並無法律上拘束力,但甫提出即獲得美國的大力肯定與支持。GCOT 也表示有意「加強與國際合作夥伴的合作,支持發展中國家和新興經濟體建設安全、有彈性的數位基礎設施」。這肯定會與美國、英國、澳洲和其他國家參與的國際努力相吻合,以阻止華為設備在全球舞台上的銷售。這項工作是在川普政府的「清潔網路」計畫期間在美國啟動的,拜登政府似乎非常願意繼續這項工作。

但此舉也可能增加未來 6G 標準在國際超級大國之間破裂的可能性,這可能嗎?若是發生這種碎片化將對大型無線網路營運商和設備供應商造成重大打擊。源自單一全球標準(如 5G)的規模經濟將在未來國際市場被多種不同風格的 6G 技術所瓜分的情況下消失。供應商將被迫在這些口味中進行挑選,其銷售量將因此受到限制。這可能會迫使他們提高無線網路營運商客戶的設備價格。

全球蜂窩產業有過這種碎片化的先例,如 CDMA、GSM 和 WiMAX 縮寫的人都知道這一點。但大約 20 年前發布的 4G LTE 標準幫助全球蜂窩網路營運商和設備供應商圍繞單一技術進行統一,業界在 5G 方面加大了這一力度。

因此,分散化的 6G 未來顯然是全球電信市場大多數參與者所關心的問題。「我認為我們所有人都有責任看看我們能做些什麼來將這一訊息傳遞到工程層之上,並努力讓經濟學家真正意識到如果我們看到一個支離破碎的標準可能造成的損害」[16]。

然而這實際上是不可能發生的,Open RAN與6G應是和諧而互相合作,這種衝突破碎的標準論基點在於Open RAN的多元供應優勢,這與6G精神並不互相違背。再者,以人類進步的角度來看,也沒有任何理由說明我們是在走回頭路,除了戰爭、情緒激烈之外。

[20230522]台灣廠商光寶投入發展RIS
在通訊環境中,如何降低傳輸功率的損耗是重要的議題。其中,可重構智能表面 (RIS) 方法主要利用其表面元件來改變入射波的相位,使得多條路徑能夠於接收端產生建設性干涉,以有效降低傳輸功率的損耗。

目前台灣已有廠商發展RIS計畫,光寶在2023年MWC展出多情境的5G專網垂直應用解決方案,如輕量化戶外一體型5G小基站、毫米波O-RU與雲端智慧基站管理系統等5G O-RAN系統產品,同時與遠傳電信發表台灣首發5G毫米波整合部署建置方案「5G mmWave Deployment Total Solution」,全面符合5G專網多元應用需求。其展示O-RAN中的毫米波O-RU,並透過可重構智慧表面(RIS)傳遞毫米波,推出5G毫米波室內布建解決方案。除了台灣光寶外,目前南韓電信商KT與SK Telecom,中國大陸ZTE、日本NEC、法國初創公司Greenerwave、Rohde & Schwarz、清華大學和Actenna Technology等公司皆有發展RIS產品計畫展開。


台灣6G目前共耗費將近5.6億台幣,發展需要三大支柱:IC設計、通訊基站、手機大廠
台灣發展6G在2022年以投入約2.6億台幣,接下來2023年將在投資超過3億台幣發展,其研發主軸在於NTN、THz、JCAS、RIS及AI-Native智慧網路等先進技術,其金額投資方向:國科會、經濟部、數位部啟動6G自主技術研發,共投入約2.6億元,探索先期科研項目及未來與產業之連結。2023年將再投入逾3億元執行「6G產業發展先期研發計畫」,成立產研諮詢工作小組及公部門連結小組,推動「下世代關鍵技術聯合研發」、「產研參與國際組織」、「6G頻譜驗測與基礎環境建置」,以及「探索6G創新應用」等項目[15]。期待,現在的耕耘為了未來的收穫,台灣有前進慢慢走,總比完全不動好。但是,重點是方向要對。 [20221217]

台灣廠商要不落於人後,積極發展6G!這是工研院顧問大力疾呼要產業界注意的事情[12]。這句話說的是完全沒有錯,但是台灣產業界畢竟不是世界通訊系統大廠的生態。雖然台灣有IC設計領頭羊的聯發科,但是缺乏了基地台通訊設備、手機、終端的一流世界大廠如:NTT、Nokia、Ericsson、NEC、華為等。真正通訊系統的大廠才能有產業號召的能力,目前台灣多在零組件及代工上琢磨。這使台灣想進一步發展卻是困難重重。但究竟要怎麼做呢? 培養重點廠商是很大的一個關鍵,有賴政府扶持台積電的政策般,支持國內培養基地台技術廠商。可由IC設計、通訊基站、手機系統開始做起,有這三大支柱才能真正的在行動通訊界取得地位,否則真的可能在某個世代就被人迎頭趕上。[20220829]

5G做好,才有6G,而6G的希望在AI
6G有很多人們的想像,其中有很多對6G的期待,但是有很多是不切實際的,唯有先把5G做好,這一切才會有可能[10]。[20220808]

由於AI目前是最新的潮流,而目前6G的未來會走向AI也無庸置疑的,畢竟AI仍有許多發展值得深入研究,且6G也有很多新議題可以發想,所以聯發科的6G白皮書[9]會強調這一點,其實也不令人意外,不只聯發科,許多研究機構也紛紛指向於此。此外,IEEE更為6G的發展,廣招集研究人員投入研究,而AI也是一個很重要的發展課題![20220712]

鴻海、芳興 2023年發射衛星
台灣的B5G/6G計畫,正緩緩展開[7],產學界一起合作。相關業者如鴻海不能等政府發展6G,決定自己要在2023年發射B5G低軌衛星。由內而外的主動積極才是能成為大事者,先恭喜鴻海有這樣的企圖心。此外台灣國內少數具有太空飛行資深履歷的芳興科技表示,臺灣擁有遠洋漁業優勢,海事通訊非常重要,芳興現已開發海事衛星終端設備,2023年將規劃發射一顆商用立方衛星。 台灣目前有鴻海、芳興科技發射衛星的打算,真是令人感到鼓舞為我國通訊又更網前邁向一步![20220711]

台灣的6G發展,目前毫無章法、亂槍打鳥
台灣並非不想做6G,只是目前仍屬亂槍打鳥的感覺,對於重點技術太赫茲THz仍舊看不到台灣又任何突破,可以看看其他國家如:中國、美國、韓國,他們的業界都進展到什麼程度?只是台灣這邊還缺少?立院還嫌6G預算太貴[4],其實做研究這些錢根本不夠,若是台灣錢不要亂花,這絕對是足夠的。此外,對於科技部的統整號召,計畫丟出去就想要大家投入[5],未免太像姜太公釣魚願者上鉤,看看日本總務省推動事情才有積極,總務省與NTT docomo和東京大學等產官學組織「Beyond 5G推進聯盟」,其明確目標就是要向2022年6月ITU提案他們的技術規格,台灣科技部不應該還是官方思維,應該以服務的角度去做事情,去規劃統整,這樣才會成功![20220617]

日本的6G積極態度,對照台灣的鴕鳥心態
日本很積極除了6G外,在太空非地面網路與5G系統的整合也突破[3],日本在通訊技術與務實上,都反映了日本人做事情的態度上,相信繼續下去,日本將會成為通訊強國,但是反觀台灣呢?
台灣號稱ICT的大國,但是事實上其實只是零組件供應國罷了,台灣需再度提升產業的維度。
台灣能怎麼做呢? 第一:培養系統大廠競逐世界,第二:台灣政府需要找出積極廠商,使其成為世界大廠![20220616]

6G發展重要關鍵:太赫茲THz技術
太赫茲是B5G/6G技術毫無疑問[1],台灣在這一塊發展慢太多,目前主要就只有清大太赫茲源研究及台大的電路研究,而台灣業界目前的發展,完全看不到,聯發科也沒有任何實質成果發表,相對於高通、三星、中國學界在太赫茲通訊都有具體成果,台灣的政府、學界、業界需要再急起直追,否則6G可能很難有具體發展![20220613]

台灣的第二曲線:6G彎道領先
6G主要會在2030正式商業化導入,如今2022對此8年後的6G,台灣做好準備了嗎?新技術新布局,大家現在都說5G都還沒坐熱呢!哪管的了6G的事情啊!

這不禁讓我想起韓第教授(著名書籍作者: 你拿什麼定義你自己),所倡導的第二曲線!如何能在"不被眼前榮錦蒙蔽,才能看到通往未來的蹊徑",這等大的挑戰呢? 除了覺醒的思維,絕無它法! 目前6G前景未定,但是相信很多企業必定默默划水,台灣如何能夠再度超前,超脫半導體思維,維度直接再提高一個層次, 否則被中國邊緣化是很有可能的! 因為中國在5G上已經在穩腳步,雖然全世界以安全為由封鎖,但是基礎已經打好,就等再次突擊的機會![20220428]

Key Item:
  • 美國、英國、澳洲、加拿大和日本於2023年10月宣布成立新的全球電信聯盟(Global Coalition on Telecommunications, GCOT):重點在於「電信供應鏈多元化和開放網路架構」等主題。新 GCOT 的目標與各個成員國(包括美國和英國)內部推廣「安全」電信設備和「開放」介面的努力相吻合。此類條款通常反映出立法者希望阻止使用中國供應商的設備,並鼓勵部署Open RAN 規範。
  • 發展RIS:台灣光寶外,目前南韓電信商KT與SK Telecom,中國大陸ZTE、日本NEC、法國初創公司Greenerwave、Rohde & Schwarz、清華大學和Actenna Technology等公司
  • 台灣6G技術主軸:NTN、THz、JCAS、RIS及AI-Native智慧網路等先進技術
  • 2023年台灣業者發射低軌衛星:鴻海芳興
  • 稜研科技:衛星展主流仍是傳統碟型天線,但平板陣列天線卻受到全場矚目[8]
    • 在衛星展首度公開全球最大的商用/國防用低溫共燒陶瓷Ka頻段陣列天線
  • 3GPP 5G-advanced R18:要求所有產業參與者建立一個協作AI/ML的標準化框架,以確定ML的關鍵目標領域,定義相關框架和架構,以促進ML的成功應用。這種預備性的研究在已經開始!
Reference

[16][20231006]6G碎片化可能已經接近尾聲
https://www.lightreading.com/6g/6g-fragmentation-may-have-just-gotten-a-little-closer

[15][20221215]國科會啟動6G次世代通訊佈局
https://www.eettaiwan.com/20221215nt22-nstc-6g-plan/

國科會規劃在現有6G的先期研發以外,113年再擴大6G科研投入,涵蓋三大面向工作:
1.包容永續的社會應用:
2.智慧高效的技術創新:將發展如全域連網(含非地面通訊網路NTN)、遠紅外線頻段太赫茲(THz)通訊、聯合通訊與感測(JCAS)、提高訊號覆蓋率的智慧表面反射(RIS)及AI-Native智慧網路等先進技術,並重視資安防護
3.全球鏈結的人才發展:

[14][20221013]上海打造未來產業 產值5千億人民幣
https://udn.com/news/story/7333/6682130
據上海市經濟和信息化委員會11日晚間發布的消息,上海計畫在腦機接口(腦機介面)、6G技術等未來產業上發力,到2030年實現未來產業產值達5000億元人民幣左右的發展目標。

根據《方案》,上海將在一些前沿領域布局。比如在腦機接口領域,上海計畫加速在非侵入式腦機接口技術、腦機融合技術等領域的突破;探索腦機接口技術在肢體運動障礙、慢性意識障礙、精神疾病等醫療康復領域的應用。

在6G技術上,上海計畫聚焦6G智能終端、系統設備、通感算一體化網絡以及融合應用等領域,推動產業做大、做強,並強化6G標準引領。

在量子科技上,上海計畫圍繞量子計算、量子通信、量子測量,積極培育量子科技產業;推動量子技術在金融、大數據計算、醫療健康、資源環境等領域的應用。
經濟部明年度科專預算,揭露最新規劃「6G產業發展先期研發計畫」,期程預計3年、規模達4億3,733萬元,從2023年啟動,目標是在2025年完成6G型系統,盼2028年啟用6G可通訊的商用試驗網路目標。

經部官員表示,明年5G科專重點將放在Open RAN小基站,希望技術自主率達8成,淬鍊5G垂直應用及專網商業化,預期促投42.65億元,帶動5G產業衍生產值達205億元,全程帶動5G產值邁向500億元。

為提早布局6G系統,提升我國6G自主技術,經濟部依據行政院「智慧國家方案(2021-2025)」的數位基盤發展策略,規劃6G產業發展先期研發計畫,首年編列1億933萬元,希望透過計畫布局6G自主技術能量,使台灣成為全球主流系統重要策略夥件。

技術處表示,這是一項跨部會計畫,經濟部重點工作將放在為6G雛型系統先期研發優勢技術選題國際合作布局,計畫包含跨部會合作之國際組織參與、頻譜整備及跨領域應用與資安等,目標是在2025年完成6G雛型系統、2028年啟用6G通訊商用試驗網路。

官員說,6G使用多大頻寬或位在什麼頻段,尚未出爐,各國均在搶材料做出6G元件試驗功能,爭取在國際上參與製訂標準,如有好的機會,台灣業者可去國際市場上參與標準提案,例如聯發科已在第三代合作夥伴計畫(3GPP)工作組參與,有足夠發言權。

另技術處希望完成6G型系統規格訂定與細部設計,布局選定符合我國產業優勢發展之6G技術;進行6G優勢技術選題及技術規劃與發展,例如中高頻段MIMO多天線系統、融入環境新型態技術等,也要支持廠商參與6G國際組織,完成國際廠商6G技術布局盤點等工作。

[12][2022-08-29]5G世代恐提前終結? 專家呼籲台廠及早卡位6G
5G世代恐提前終結? 專家呼籲台廠及早卡位6G (digitimes.com.tw)

經濟部工業局出資新台幣1.5億元,委託法人機構工研院、資策會執行「5G+產業生態鏈推動計畫」,補助電電公會成立「5G產業創新發展聯盟」,包括和碩資深副總徐衍珍、聯發科副總林美惠、仁寶執行副總彭聖華等人均擔任分組召集人,共商5G產業發展對策。

近期工研院顧問曾逸群在為該聯盟演講時提到,美國希望在6G拿回無線通訊主導權,相關的技術論壇討論熱絡,其呼籲台廠應及早卡位6G。曾逸群透過視訊表示,雖然2030年才會進到6G,但工研院已在開發6G應用。雖然新技術看起來像5G加強版,其實已是在6G旗幟下在做開發。到底什麼地方是6G最好的切入點?一般認為應該就是沈浸式數位世界體驗,各式研發都可以找到出路。

只不過6G提早到來,對5G的營運商、供應商而言似乎不是好事,因為營運商為5G付出高昂的執照標金,理論上應該至少還要有7~8年的營運時間,再進入下個世代較妥。曾逸群表示,所以就算業界在做6G的技術,但還是會以5G、5G Advanced的名義往前走,以免造成營運商困擾。

台灣面對全球競爭,不要再等別人技術標準開發完再想怎麼接單,因為未來的市場是應用導向,端到端需要很多定置化的設備,台廠應透過Next G聯盟(Next GAlliance)的論壇,提早知道客戶的需求,開創6G機會。

曾逸群指出,為Next G聯盟可以有許多值得台廠合作的對象,例如在無人機(UAV)系統開發方面有公共網路安全的業者First Net電信商T-Mobile;在協作型機器人(Coordinated Robotics)則有LGEFirst Net;非地面網路(Non-Terrestrial Networks;NTN)則有First NetOfinno。這些都是台灣端到端到以合作的夥伴。

Next G聯盟還有普渡大學、麻省理工學院(MIT)、東北大學、北卡羅來納州立大學(NC State) 等學術會員,工研院正與這些大學密切接觸中。Next G聯盟的目標是確立及定義早期步驟與策略,促進和引導Next G技術在新市場及商業部門中快速商用化,並在北美及全球獲得大規模採用。

根據國家通訊傳播委員會(NCC)整理資料,為提高北美6G與下一代行動通訊技術領導地位,美國電信產業解決方案聯盟(ATIS)於2020年10月13日宣布成立Next G聯盟,其業務涵蓋研發、製造、標準化與市場整備。

ATIS創始成員包含AT&T、Bell Canada、Ciena、Ericsson、Facebook、InterDigital、JMA Wireless、Microsoft、Nokia、Qualcomm、Samsung、TELUS、Telnyx、T-Mobile、UScellular及Verizon等企業,且持續增加。

工業局官員表示,台灣的「5G產業創新發展聯盟」創立於2020年5月,略早於美國Next G聯盟。該聯盟設立開放網路架構、系統供應鏈、垂直應用、智慧財產權、開源系統軟體5個SIG。

其,中開源系統軟體SIG由和碩資深副總經理徐衍珍擔任業界召集人、工研院資通所所長丁邦安擔任法人召集人,共同推動軟硬體系統整合,並聚焦Linux Foundation O-RAN Software Community(OSC)開源軟體社群計劃,系統整合驗測符合O-RAN Alliance介面標準規範之設備與軟體。

[10][2022-06-28]智慧工廠需要高穩定性 學界對6G寄予厚望
智慧工廠需要高穩定性 學界對6G寄予厚望 (digitimes.com.tw)

繼頻率使用費後,5G專網專頻的使用管理辦法草案已於2022年7月中旬預告,預定9月中旬正式實施。國家通訊傳播委員會(NCC)期待企業踴躍申請5G企業專網,投入垂直應用場域之創新應用發展。不過學界研究認為,5G專網最大的應用是智慧工廠,但目前5G的穩定度並非完美,6G或許才能滿足企業的嚴苛要求

根據國科會報告,雖然5G已具備低延遲的特性,但智慧工廠、智慧醫療等服務要求更高的穩定性,邊緣雲(EdgeCloud)則是解決此項挑戰的技術解方,此階段投入技術研發也協助台灣廠商在元宇宙(Metaverse)創新服務搶佔位置。

為因應美、日、澳等印太地區跨國基礎建設合作契機,使台灣成為印太數位通訊樞紐,目前政府正加碼擴建光纜通道支線延伸至其他海纜站與資料中心。投入一項名為「連結亞太強韌陸海空網路」的計畫。

目前6G自主產業技術先期規劃,由經濟部技術處、國科會工程處分別投入6G產業關鍵技術研發、6G前瞻學術研發中心設立。以及經濟部工業局接續的6G產業研析觀測與NCC的頻譜及應用整備等四大先期規劃工作。目標是完成3至5個6G雛型系統發展,做6G產業關鍵技術國際布局。

學界目前希望透過執行相關研發計畫,提升台灣在sub-THz電子科學領域國際領先地位。為避免產學落差,學界跑太前以致業界無法承接,學界也設法要把sub-THz頻段的技術應用於60 GHzWiGig及5G行動通訊。

一般認為,6G行動通訊會有超高速、低延遲、高可靠性、高移動度、高智慧性的特性,科幻電影裡的沉浸式高解析度的三維立體影像將成為可能。更重要的是6G連結邊緣計算,可讓無人載具的連結及運行更順暢和安全。

由於5G的高額建置成本、基地台耗電量過高,已讓電信業者吃不消。未來6G技術勢必要有所改善。除了增加通訊涵蓋率、提高系統的數據傳輸率外,如何減少網路的功率消耗、節省電信業者佈建基地台的成本,也是新材料(如GaN、SiC)和6G通訊技術研發的重點方向。

[9][2022-06-28]全面解放異質化資源頻譜AI/ML聚合6G生態系統
聯發科技,新通訊
https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/market/3D163D90BF864EEDA851CD782DE15A2A/?utm_source=2cm_newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=weekly20220705

6G時代來臨,除了地面網路和非地面網路裝置提升寬頻體驗之外,營運商接下來須關注如何整合不同頻譜授權制度,並且透過異構無線接入體系架構AI和ML,以及專為應用設計的跨層結構,達到更全面、高效的網路覆蓋率。


人工智慧(AI)和機器學習(ML) 正迅速滲透到所有產業領域,無論專業級用途還是消費級用途。AI和ML均支援自動執行複雜任務,同時迭代地從其操作中學習,藉由實際的系統運作過程持續不斷地提高其性能。因此,AI/ML不僅是6G時代大有裨益的工具,它還將在6G系統的建立、優化、管理、協調和運行中發揮關鍵作用。

AI/ML優化6G系統

引入AI不需要通過人工干預就可以自動、迭代地提高行動網路性能,這樣的設計目標和能力在業界已經存在相當長時間。舉例來說,現有的4G和5G系統中,自優化網路和維修度驗證測試(Maintainability Demonstration Test, MDT)功能允許以最小的人為干預自主優化網路和裝置運行。ML為網路和裝置帶來了新的機會,它們可以使用大數據識別和學習如何優化系統性能,而毋須定義一組預先設定的結果。

AI/ML不僅將單獨用於優化6G裝置和6G網路的性能,同時也將在網路和裝置之間協同使用,以優化整個6G系統的性能。AI/ML將實現即時、近即時或非即時的性能優化,具體取決於當前的需求。
.即時:物理層操作、鏈路自適應、調度、裝置功耗
.近即時:負載均衡、QoS優化、干擾管理
.非即時:網路規畫、配置
ML為網路性能最大化帶來了前所未有的優勢,衡量網路性能的重要KPI包括:區域頻譜效率、服務吞吐量/延遲/可靠性/可用性、裝置電池壽命、網路/裝置能耗、連接建立延遲/可靠性、裝置位置準確性。當將它們分解為影響各個KPI的不同功能時,ML可在無數層面上發揮支援這些目標實現的可能性,端看對ML運用的創意及技術,例如優化細胞搜尋(Cell Search)、MIMO無線鏈路適應、行動、干擾抑制、流量路由等(圖1)。
圖1 6G時代AI整合的機遇
然後,當點到點應用的資料載入到無線接入域時,就可以進一步優化服務供應,但這樣的機會同時也帶來了以下四點挑戰。
1.如何在「決策」不集中、支援決策的資料來自不同節點的網路中進行最優學習。
2.如何保證多廠商環境下的協同算法,其中來自不同廠商的節點間相互連接。
3.如何在不降低KPI的情況下,高效、安全地管理資料集,並將資料集傳輸到系統的適當部分,以做出此類決策。
4.如何驗證ML技術在網路和裝置中的性能,以確保在考慮所有KPI的情況下做出最佳決策。
上述挑戰要求所有產業參與者建立一個協作的標準化框架,以確定ML的關鍵目標領域,定義相關框架和架構,以促進ML的成功應用。這種預備性的研究在3GPP 5G-advanced已經開始。此外,在O-RAN聯盟內部,已經開展了為資料收集確定網路架構和接口的工作,並定義了O-RAN RAN智慧控制器(RIC)。6G系統將成為第一代從初始便與ML形式的AI渾然一體的行動通訊系統,這將簡化整體系統設計,同時最大限度地提高性能。

提高頻譜資源 擴展6G發展性
越來越多的無線裝置正服務於不同的社會需求,該趨勢推動越來越高的容量要求,進而需要更多的頻譜來滿足裝置的流量需求。接下來將關注潛在相關的6G新型頻譜,更加智慧化的頻譜接入技術,以及對如何優化頻譜共享機制來為6G平台創造更多新機會進行探討。

7~24GHz
對於3GPP目前定義的頻段,FR1最大到7.125GHz,FR2是從24.25GHz開始,二者之間的7~24GHz範圍內存在大量可利用的潛在頻譜資源。該頻段的頻譜特性兼具FR1和FR2的優點,可使6G操作具有以下優點:高階MIMO(8×8或更多)可以將更多的天線整合到更小的物理尺寸單元。而這正是FR1範圍內現有頻段的局限所在,因為它們的波長更大;相較於FR2範圍的頻譜,傳播特性得到了改善。因此,7~24GHz頻段作為6G運行的候選頻段應予以強烈考慮。

Sub-THz
在Sub-THz頻段範圍內,有機會為6G通訊提供大量的新型頻譜資源。表1羅列了不同國家/地區在Sub-THz範圍內潛在的頻譜資源。

然而,在這個頻率範圍內的無線通道會經歷較大的傳播和反射損耗,遮擋也會導致LOS(Line of Sight)路徑的可用性降低。這些現象導致鏈路性能具有更短的範圍和間歇性的開/關行為等特點。Sub-THz頻段天線的小尺寸使得收發機可以配備大量的天線單元,進而實現具有高波束增益的窄波束,有助於克服衰減損失和分子吸收。然而,這也導致系統對於波束失準更加敏感,使得對行動用戶的波束追蹤更具挑戰性。

從應用的角度而言,上述特性使Sub-THz頻譜極其適合以下應用:固定回程或行動裝置,透過LOS點對點/多點連接,與一個網路樞紐連接,或作為網路的一部分,並通過狹窄的固定波束最大限度地擴大連接範圍;短距樞紐,在環境如室內、大型場館等中,為潛在的大量用戶提供高資料速率/容量。

為最大化Sub-THz的使用機會,需要設計先進的無線接入協定來克服典型的挑戰,並滿足目標使用場景的需求,同時需要融合性設計以便在不同頻譜授權制度下工作,包括授權頻譜、非授權頻譜或者混合性頻譜。

異構MIMO網路實現高頻譜
現有的0.4~3GHz頻段對6G生態系統仍然很重要,這是由於它們天然的覆蓋優勢,特別是對於室外到室內的通訊,並且頻譜資源的稀缺性使得6G最大化頻譜利用效率變得非常重要。受限於物理天線尺寸以及它們進一步給網路和裝置帶來的限制,在這個頻段範圍內透過更高階的MIMO實現高頻譜利用率將非常困難,因此仍需對新型方法進行探索。相較於前幾代通訊(包括4G到5G)之間的演進,已經減少始終在線(Always-On)的網路傳輸方式,這使得營運商從6G無線接入的演進變得更為便捷。

以更好的效率和品質利用現有的3GHz~71GHz的5G高頻段也很重要,聯發科技也期望「異構MIMO」在此發揮重要的作用:其中裝置可作為網路節點進行協作,以最大限度地提高地區的整體頻譜利用效率。

鑒於現有頻譜在很大程度上被靜態地定義為「FDD」或「TDD」的雙工模式,預計6G將是革命性技術:透過網路和裝置上的全雙工或部分雙工,在所有頻譜上驅動無約束的智慧雙工接入,以最大限度地利用頻譜。6G還允許以更具創新性的方式組合單獨的頻譜資源,例如高頻段+低頻段以實現更好的性能與複雜度的權衡。

為了滿足某一地區的峰值和平均流量需求,對頻譜需求的日益增加將進一步導致需要更優的頻譜接入方式,進而助網路供應商以最低的成本來滿足這些需求。為此,6G系統需要支援最佳的頻譜共享方式,不僅要支援同一網路的營運商和用戶之間的頻譜共享,還要支援不同部署拓撲下的最佳共存。

其中例子是,當終端裝置/混合節點被用作Mesh網路的一部分,它們的傳輸和接收能夠與同類型的其他節點、以及傳統網路節點的傳輸和接收進行協調,進而避免干擾且最大限度地提升區域內所有用戶的體驗。此外,地面節點和非地面節點間的頻譜多工也將帶來一些新的挑戰需要克服,進而支援最佳的多工方式以實現完全無縫覆蓋。

最後,使6G與現有的非行動技術共存也將是確保垂直產業能夠採用6G,並最大限度地重用任何現有特定頻譜資源的關鍵。

跨雲端、網路和裝置點到點安全架構

6G生態系統蓄勢待發,為快速實現社會的數位化轉型(無論是對人、企業還是政府),它必須天生具備強大的韌性,進而能夠應對任何意外或惡意的侵害,並具備足夠的靈活性以應對新的未知威脅。只有如此,6G才能得到人民、企業和政府的充分信任,並兌現承諾。

作為6G成功的條件,必然是由終端用戶和發布營運6G的營運商賦予對6G的信任,而信任無疑來自於滿足用戶體驗,甚至超過預期性能的能力,但從根本上說,信任根植於6G能夠提供全面安全性和彈性的能力。

因此,建立6G的信任為以下幾個方面:首先確保6G系統和裝置是完全安全;還有該系統任何時候都能充分保護其傳輸或儲存所有用戶資料、身分;還有,6G針對所有用戶資料、身份的保護須可經得起驗證。該系統具有高度的內部彈性,即在出現故障時,擁有迅速自動恢復的能力,以及未有故障情況能夠選擇性具備更高可用性。提升通訊安全不僅包括對用戶資料、身分保護,也包括任何裝置之間(雲端、網路和裝置相互通訊、進行身分驗證的過程,當通訊裝置進行授權時,不僅可以防止系統被未經授權的用戶使用,還能防止被惡意使用。

三大安全挑戰

6G安全面臨三大方面的挑戰:結合了雲端、網路和裝置的架構模型;AI/ML在6G中的核心作用;運算技術的進步。

6G生態系統將結合多種技術,包括雲端、網路基礎設施、裝置及之間的接口,另外還具備去中心式網路架構模型的特點,例如邊緣運算的廣泛使用、Mesh行動通訊網路的出現。

但技術的演進卻也潛藏新型安全漏洞,例如原本極為安全的核心網被推到網路邊緣;再比如,裝置在網路架構不僅扮演非源頭,相當於末端的角色,也更積極地為其附近的裝置提供網路連接,因此承擔過去是在核心網進行的工作,如測量和記錄訊息。

分布式網路也可能對處理本地資料有自己的要求,例如部署在安全位置的網路邊緣節點可能需要將一些資料限制在本地,而非與邊緣之外的其他網路節點共享資料。所以,無論體系架構的模型是什麼,6G系統所有的組成都必須獨立且協同提供高水準的安全和彈性,更重要的是,始終確保沒有QoS的降低(例如延遲方面)。

強化安全系統 首重物理層安全

AI/ML將在6G系統的運行中發揮核心作用,特別是可減少或避免人為干預,預計協助6G系統在產生、傳輸、儲存和利用前所未有的大量資料。這些資料不僅包括用戶相關的資料,還能保護資料機密性、完整性和來源。這不僅關係到6G信任的建立,還嚴重影響到實際運作,例如任何惡意資料損壞都可能對6G的營運產生不利影響。然而,重要的不僅是對資料的保護,還包括檢測和識別任何潛在的資料損壞,影響6G運行之前就將資料丟棄。

對此,AI/ML必須是安全且可被信任,進而可廣泛應用於6G系統的運行中;但它也將是一個關鍵工具,必然使系統複雜而安全。AI/ML將能夠快速檢測和回應可能出現在6G系統中的安全威脅和漏洞,重要的是,從這些事件中學習,以迭代地提高系統的安全級別。

運算技術的進步,尤其是量子運算,可能會對密碼學和社會的數位化構成重大威脅。對於6G,不僅要從安全的角度,而且要從實際實現的角度出發,考慮非對稱密碼和對稱密碼算法,來研究能夠抵御量子運算機密碼分析攻擊的方法。

最後,需要從安全性以及在6G系統中實現的複雜度兩方面研究一種有前景的方法,即物理層安全性,它是對更傳統的密碼解決方案的補充。物理層安全可對付無線電媒介上的漏洞和威脅,無論是在竊聽還是干擾方面容易受到攻擊,都可透過利用無線通道或無線裝置的物理層屬性、隨機性,比高層協定更有效實現物理層身分驗證。因此,物理層安全可以防止通訊系統中使用MIMO或中繼通訊的竊聽攻擊,兩者都是6G系統的核心要素。MIMO波束成形技術則可以用來干擾潛在的竊聽者,而受信任的混合節點也可以相互合作,以干擾潛在的竊聽者。

6G三大願景

6G是一種面向IMT2030和未來技術,其全球標準將於2024年左右由3GPP啟動,而相應的正式商用預期在2030年左右。下一代無線通訊標準的制定將會擴大社會的數位化轉型,影響範圍不限於消費者,或是專業市場的企業和政府。如此宏大的目標要求總體系統設計能夠滿足這些市場的極致性能需求,同時能夠以安全和可持續的方式適應其各種資料消費模型和部署場景。

6G標準的制定看上去非常複雜,但若遵循關鍵的系統設計原則,願景就能夠成為現實。這個原則就是繁簡得宜、臻善致美和融合暢達。繁簡得宜是複雜度與簡潔性的結合,可以在實現性能飛躍的同時顯著降低交付每位元資料的處理需求,以將成本和能耗保持在實際可控範圍內。臻善致美指的是優化以用戶體驗為導向,無論該用戶是6G服務的提供者還是消費者。

聯發科技期望沿著三個新的關鍵方向進行優化:異構無線接入體系架構、AI和ML以及專為應用設計的跨層結構。

至於融合暢達指的是對等域之間的融合,這對於解決承受能力和能源效率方面的挑戰是一個重要的機會。該融合包括裝置和網路節點之間、頻譜制度之間、接入/上傳和回傳之間、裝置到裝置和基地台到裝置接入之間、地面和非地面接入之間,通訊和運算的融合等。

突破5G挑戰

與5G相比,6G系統在流量與裝置類型、頻譜範圍與制度、網路拓撲等方面的複雜度將相對增加。AI和ML可以整合到網路和裝置操作的各個領域,進而簡化6G的部署和操作。同時,迭代學習機制可以整體提高6G系統性能,無論是即時方面(如鏈路自適應、調度)、近即時方面(如負載平衡、干擾管理),還是非即時方面(如網路規畫),因而能夠支援總體目標,如最大化用戶體驗、優化成本效率和最小化能耗。

能源效率

能源效率對6G來說既是一個挑戰,也是一個機遇,可以讓6G變得與之前截然不同。社會可持續性目標將推動整體網路能源足跡的減少,同時實現性能進步。在裝置方面,須克服散熱和電池容量的挑戰,以實現更高的資料速率和新的裝置外型尺寸,進而實現沈浸式應用。為了滿足這些需求,無論是在無線研究領域還是在半導體技術領域,都需要轉變研究思路將能源效率作為基本KPI。

頻譜資源

頻譜將是6G系統設計另一個驅動力,為了應付在服務需求和使用案例中更為多樣化的需求,以及地理上的廣域覆蓋和按需接入服務的需求,系統將需要同時支援現有的頻率和新的頻率範圍,並實現最佳的頻譜共享。用於地面和非地面部署的5G以及傳統通訊系統將會提高現有頻譜的利用率,將一些頻譜進行再分配,同時將頻譜擴展到7~24GHz以及Sub-THz範圍,讓6G能夠滿足不同的頻譜共享機制,進而促進系統部署頻譜,同時又能促進垂直產業市場的傳統頻譜重用。

MIMO

MIMO將在6G時代發揮更為重要的作用,在Sub-THz頻段,得益於更小的天線陣列尺寸,天線陣列的數量得以大幅提升,進而有望解決Sub-THz頻段傳播特性帶來的挑戰。此外,mmWave和Sub-THz頻段的密集式組網將進一步推動對去小區分布式MIMO的需求,進而保障用戶在不同無線電節點下的無縫式體驗。

無線接入融合

無線接入的融合對於實現6G目標架構至關重要,因為它可以避免技術碎片化,有助於最大限度地實現技術規模化經濟,進而提高網路和裝置的性價比。為此,建議採用統一的無線波形準則,可基於一組簡單的波形和可選參數進行擴展。此外,裝置和網路節點之間的融合,即網路節點的「裝置化」或「混合節點」的部署變得尤為重要,該方法可利用更高頻段的頻譜資源(從C頻段到mmWave或者Sub-THz頻段),以一種經濟且有效的方式來擴展地面6G的覆蓋。

6G彈性架構打造新展望6G架構將具有充分的適應能力,能夠為通訊終端間的任意資料業務模型提供最佳的網路拓撲,這些通訊終端既可以透過傳統地面網路架構,在一個本地Mesh網路中進行直連,也可以通過機載或衛星裝置進行中繼連接。為此,從無線架構的角度來看,混合節點將發揮主要作用,並提供必要的網路功能以協作式地確定最佳的無線網路拓撲。

此外,6G架構也將由原生應用所驅動,並具備可配置性以支援:
.網路邊緣和裝置之間的運算資源優化分配、分布和共享
.多節點間側和多節點間服務器功能的本地化和分布化
.裝置到裝置間的直接操作
傳統的用戶平面協定堆疊被按順序來傳遞無損資料,但這不適用於延遲受限的高交互沈浸式應用,因此需要新的方法來解決用戶體驗干擾因素(抖動、丟包和資料速率波動)所帶來的挑戰。一個精簡的用戶平面協定堆疊將依賴於應用程序和無線層之間更強的相互感知,進而實現目標性能,並減少對封包級別干預的需求。這些干預會導致不可接受的延遲和流量間接費用,同時也能避免由於資料緩衝導致的嚴重的記憶體占用負擔。
地面和非地面接入的融合是一項極具潛力的發展方向,其能夠以經濟有效的方式填補人口稀少地區現有的行動通訊覆蓋缺口,借助於現有裝置和地面行動通訊生態系統的規模和市場,以避免給用戶帶來任何額外的負擔。對消費級裝置進行低影響的硬體改造是非常重要的,用戶即可通過單一、可負擔的主流裝置、行動通訊和應用來接入衛星服務。如此便可透過地面/非地面無線接口和網路的原生化整合,以及地面和非地面接入間的頻譜多工等關鍵,實現目標。

6G需要在本質上是安全且有彈性的,進而能夠在出現新的威脅時仍可信賴。物理層安全作為傳統加密措施的補充,6G系統不僅相對於5G系統可以提高安全性,還能解決傳統安全措施,如更高層身分驗證的延遲問題,進而充分支援對延遲敏感的應用。最後,AI/ML技術將在快速檢測與響應威脅和漏洞方面發揮重要作用,同時能夠從這些漏洞中學習,以防止出現新的安全漏洞。
(本文節錄自聯發科技6G願景白皮書)
[8][2022-05-26]衛星展 臺廠露鋒芒 積極爭取全球大廠商機
[7][2022-07-06]B5G建灘頭堡 產學需放手一搏
莊衍松/評析


中國大陸雖然尚未掌握半導體先進製造的能力,但在5G、B5G乃至於6G通訊技術方面,華為等中國科技大廠正加緊投入研發,不但要與世界抗衡,甚至有機會引領世界標準走向。台灣要如何在如此激烈的技術競爭中佔有一席之地,聚焦優勢領域,擴大產學研合作,將攸關未來台灣通訊產業的版圖變化。

美國衛星產業協會(Satellite Industry Association)調查發現,衛星產值佔整體太空總產值的77%;其中衛星服務和地面設備合計佔衛星產值的90%。B5G之所以受到關注,就是因為這是台灣通訊產業可進入太空市場的入場券。

雖然衛星地面天線、設備的訂單量龐大,然而隨著技術進步,火箭發射成本快速降低,商業化的立方衛星(CubeSat,1至10公斤)、微衛星(10至100公斤)等低軌衛星已有大規模生產與市場需求的特性。至於星鏈(Starlink)重達300公斤的大功率低軌衛星,在國家太空中心和工研院的合作下,未來台灣也有機會獨立研製,並技轉給廠商。而且5G行動通訊系統與衛星網路結合,更可把廣域涵蓋、低干擾、傳輸低延遲的通訊服務做到全球涵蓋。這有助於在未來的自駕車、工業與交通(如海運、空運)實現創新應用。

中國華為、南韓三星電子(Samsung Electronics) 在5G標準關鍵專利(SEP)上已位居世界領先群。和碩董事長童子賢曾表示,衛星通訊是台灣產業新機會,未來5年產值不輸半導體;鴻海董事長劉揚偉也指出,除了電動車、半導體之外,鴻海在新世代通訊領域上要布局B5G衛星通訊。除了地面衛星接收站,還要自製B5G低軌衛星,目標是2023年就打上太空軌道,做電動車的即時聯網實驗。此外,在通訊晶片具有競爭優勢的聯發科,也必然會推出B5G和6G的晶片解決方案。

有鑑於國際衛星業者布建低軌衛星通訊網路,帶動整體衛星通訊產業蓬勃發展是確定的趨勢,就連台灣的政府部門也開始修正無線電頻率供應計畫,以因應低軌衛星數量激增而快速增加的頻寬需求。

根據行政院2022年3月核定通過的無線電頻率供應計畫,政府將釋出10.7~12.7GHz、13.75~14.5GHz、17.7~20.2GHz 及 27.5~30.0GHz等頻率,開放電信事業申請設置作為同步與非同步衛星固定通訊之衛星通訊網路設備接取使用;其中27.9~29.5GHz屬於5G行動寬頻業者的毫米波(mmWave)頻段,只要衛星通訊服務與既有行動寬頻業者完成協議,或向國家通訊傳播委員會(NCC)申請核配也能使用。

為了掌握自主技術,避免受制於人,經濟部過去幾年曾經執行「B5G/6G無線通訊網路技術研發專案計畫」,要投入B5G/6G超高頻元件開發,涵蓋從元件、IC設計、封裝、測試到系統應用之關鍵核心技術,以建立完整超高頻功率放大器與系統驗證技術,達成取代進口的完全自主化目標。

事實上,B5G的晶片技術、實體層技術、多型態網路技術都會比4G、5G困難而且複雜得多。當時經濟部邀請學者專家討論後提出幾項重點研發項目,要法人和學界共同挑戰。例如低耗能與低熱散逸的用戶端晶片;實現於100GHz~30THz頻段之巨量天線陣列、空間多工、射頻、天線技術及相關信號、演算法設計等。

此外在網路切片、分拆與切割(Slicing,Splitting, and Disaggregation)技術也相當重要,如網路虛擬化/軟體定義網路技術(NFV/SDN)及編排(Orchestration)等相關議題,經濟部均訂定有專案挑戰目標。當然,任何技術最重要的就是應用,有應用才會有人買單。B5G垂直應用也是台灣要布局的重點,例如:工業物聯網應用、AR/VR技術、車聯網V2X技術、可接收衛星網路的無人機應用、智慧醫療之垂直應用等。

目前台灣已有許多廠商投入相位陣列天線模組、使設備薄型化之射頻或基頻電路系統、收發訊號調變及解調變、波束成型指向性自動操控、低軌衛星星系軌跡追蹤控制等技術產品的開發。除了鴻海2023年要發射衛星芳興也預定2023年要發射1顆商用立方衛星。或許可以這麼說,2023年開始,在太空軌道部署衛星再也不是政府和國家太空中心專屬的任務,而是百家爭鳴的競技場。由於民間的太空產業實力已建立起來,受到政府長期補助的國家太空中心未來的退場問題,也應該坦然面對與討論。

工研院電子與光電系統研究所在行政院核定的「A世代半導體」綱要計畫項下,2022年正投入大量經費鎖定B5G/6G 超高頻元件領域,開發從元件、IC設計、封裝、測試到系統應用之關鍵核心技術,將發展大尺寸晶圓超高頻元件製程,希望能同時提升三五族與矽半導體產業製程之研發。相信在法人、學界、廠商的共同努力下,台灣在B5G、6G產業價值鏈中,應該可以淬練出台灣獨特的能力。



[5][2022-6-17](Daily Issue)萬物聯網頻寬需求大增 產學攜手迎向智慧網路時代
莊衍松/台北



在政府決定放棄清零政策與病毒共存後,2022年5月以來台灣疫情升溫,所幸絕大多數確診者為無症狀和輕症。為避免員工染疫,許多產業及公司紛紛採取分流上班和居家工作(WFH),至於會議則儘可能採取線上方式,避免實體接觸的傳播風險。展望未來無線網路將進入太赫茲(Tera Hertz)的時代,科幻電影才有的沉浸式3D立體影像視訊會議將會成真,現在台灣已有許多專家都正朝這個目標努力中。

科技部不久前發出「6G前瞻學術研發中心先期規劃計畫」的徵求公告指出,全球行動設備供應商協會(GSA)預測5G連接數佔總連接數將由2021年的8%,提升至2025年的25%。國際標準組織如國際電信聯盟(ITU)、3GPP已持續規劃B5G(Beyond 5G) / 6G世代的通訊技術標準,台灣也應該發展6G技術及系統發展雛型,因此科技部祭出重金補助,號召學術界的菁英共同投入6G相關技術研發。


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無線寬頻技術演進表


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台灣6G優勢技術選題方向



6G行動通訊有幾個特性,包括超高速、低延遲、高可靠度、高移動性,更有智慧。預期將來6G上路,將會產生對人類的社會、經濟、學術發展影響深遠的創新應用。因為6G行動通訊可以做到需要全自動化零接觸、連網終端設備無所不在、極低耗能、極度安全與韌性的客戶要求。至於延展實境(XR) 在醫療、工作、及娛樂等各領域的應用也將逐步浮現。

業界則認為,6G可能有4種應用。其一是結合類神經網路系統,實現物聯網裝置的智慧化;其二是結合感測技術和機器學習;其三是在工業製造的大規模垂直應用,如工業4.0+,乃至於工業5.0;其四是更廣泛的高速網路,可實現比AR更逼真的體驗,讓科幻電影的情節真實上演。

台大電機系教授廖婉君正在執行6G網路沉浸式XR創新應用網路資源管理的核心技術開發,就是利用6G和XR跨層設計技術來增進網路資源使用效率。

6G更強大 技術挑戰亦不小

根據專家研究,由於無線通訊使用量大增,但可用的頻譜並沒有隨之增加。以物聯網(IoT)裝置而言,2017年只有60億台,到了2022年則超過160億台。所以採用新技術、新天線、甚至是開放網路架構,都可以是解決的方法。

科技部工程司選出五大重點優勢技術選題,包括中頻高頻段MIMO多天線系統、符合綠能目標之3D網路通訊、融入環境之新形態無線技術、高速光網路自主技術、開放網路架構雛型系統等。這些都是台灣學研界有經驗,可持續突破的領域。

這五大重點優勢技術選題中,放網路架構雛型系統指的就是台灣網通廠正在做的Open-RAN;至於MIMO多天線系統、新形態無線技術也都有學界、法人和業界的共同參與。較新奇的是結合低軌衛星(LEO)、無人機(UAV)和地面接收站連結的3D網路,和可見光通訊(如利用LED燈泡發出白光做高速傳輸資料)。

這些在可預見的未來都會愈來愈成熟,例如NTT、富士通(Fujitsu)、中華電信等行動通訊廠商,已組成創新光學和無線網路聯盟(innovative optical and wireless network;IOWN),要為市場需求預作準備。學界如台灣科技大學電子工程系講座教授李三良,也投入高速雷射光源(High-SpeedOptical Networking)的研發。

眾所周知SpaceX的Starlink在烏克蘭對抗軍侵略時發揮作用,而台灣也有不少廠商是Starlink供應商。像這種「非地面網路」(Non-terrestrialnetworks) 、高空平台電台(High Altitude Platform Station;HAPS)等新應用已經商業化,未來如何做到空中通訊酬載與地面通訊設備的完美系統整合(Space-Air-Ground Integrated),而且還要滿足低功耗,符合綠色環保的目標,就要考驗工程專家的能力和智慧。

國家通訊傳播委員會(NCC)委外研究指出,B5G、6G以高涵蓋、高密度、高頻寬、高可靠、高精度與高智慧等特色為願景,衛星通訊與地面網路的整合亦是受矚目焦點。該研究認為政府應注意相關頻段釋出規劃、干擾協調情形,並且關注國際6G設備成熟度、產業生態系與商業模式發展情形作為台灣的政策參考。

技術布局 學研界多管齊下

要走到下世代無線網路的世界,並非滿足科技部選出的五大重點優勢技術選題就所向無敵了。畢竟許多電機、電信、通訊、資訊領域的專家也有自己的創新構想,主動探尋可能的技術,說不定也有機會成為6G,乃至於7G的技術核心。

例如陽明交大網路工程研究所教授林靖茹,想要提升無線通訊與核心網路效率,利用新穎的微型神經計算棒(Neural Compute Stick;NCS)結合交換機封包轉傳能力,實現交換機內神經網路推論(Intra-Network Inference;INI),創造出具有AI運算能力的軟體定義網路平台(Software Defined Networks)。

此外,每個基地台的天線數量不斷增加使網路管理更具挑戰性,林靖茹也投入雲端無線接取網路(Cloud Radio Access Network;C-RAN)相關研究,可靈活分配前端無線電資源並減少無線電之間的干擾,從而提高整體系統容量,更有效地利用有限的頻譜資源,以實現下一代網路的優勢。

由於6G無線網路可大幅改善元宇宙、智聯網、智慧城市、全像影像傳輸等效能,清華大學電子工程研究所助理教授楊尚樺的太赫茲核心元件研發也在進行中。據其提出的研究方向,未來可用於非接觸式感測並與其他感測模組結合,有助於半導體檢測、工業檢測、氣體監測、化學探測、精準醫療、轉譯農學、生化機構等相關研究。

空中基地台通訊及網路技術,是目前無人機產業所欠缺的。電信商所開發的無人機基地台(Drone Base Stations),仍然僅限於定點區域的緊急救難通訊應用,並沒有以整體行動通訊網路之系統面之觀點。因此逢甲大學資訊工程學系助理教授賴傳淇、王蒞君等人,思考如何以AI技術將現行地面通訊系統結合多無人機基地台,提供更彈性、自動化與智慧化的B5G,甚至6G之行動通訊服務。

除通訊技術與系統設計外,台灣也沒有忘記高頻半導體元件、高電子遷移率電晶體(High electron mobility transistor;HEMT)未來在6G的龐大應用潛力

台大電機系教授、工業技術研究院副總暨資深技術專家吳志毅帶領團隊在科技部「A世代半導體計畫」的經費支持下已聚焦B5G / 6G 超高頻元件領域,開發從元件、IC設計、封裝、測試到系統應用的關鍵核心技術。將發展大尺寸晶圓超高頻元件製程,以提升三五族與矽半導體產業製程之研發。

根據吳志毅提出目標,工研院光電所未來將會研發超高電導率磊晶技術,完成符合半導體製程標準之高導電度、高均勻8吋矽基氮化鎵(GaN on Si)磊晶片,同時透過超高頻電晶體與模型技術研發320GHz超高頻元件及整合低熱阻PA封裝、天線陣列、低損耗與高效能EMI複合材料,發展超高頻模組材料與封裝散熱技術。

而對於花大錢競標執照、買昂貴核心網路設備的5G電信營運商而言,其共同的疑問是5G不夠好嗎?為什麼政府和學界要急於投入6G研發?

清華大學通訊工程研究所教授祁忠勇的研究發現,5G從基礎通訊理論到工程實施仍有許多技術挑戰,例如增強移動寬帶場景之服務性能像細胞容量、頻譜效率和涵蓋範圍等,都依賴於實際考量下的大規模MIMO基地台之實現成本、回傳鏈路容量限制、非完美通道信息。因此高計算複雜度將成為干擾和資源管理的瓶頸。

總之,人類對寬頻的需求永無止盡,無線通訊技術的演進將讓更多創新應用有機會誕生,創造更多的商業與工業應用的可能。台灣作為國際無線通訊零組件與開放平台設備供應鏈的一員,相信在產學研共同攜手下,有機會在6G時代扮演更重要的角色

[4][2022-6-17]B5G預算大增立院有疑慮 科技部盼加速衛星研發進度
莊衍松/台北


相對於民間廠商研製Beyond 5G(B5G)低軌衛星成本低廉,政府提出發展B5G低軌衛星技術卻要新台幣40億元的預算。立法院近期在審查科技部下世代太空科技發展延續推動計畫與下世代通訊系統關鍵技術研發計畫時,曾認為預算增加幅度大,應凍結相關預算,待該部補充說明具體計畫內容、合作單位、人才培育等計畫後再解凍。

由於台灣太空科技發展需要政府經費支持,尤其是國家太空中心和工研院,大部份經費均來自政府,法人機構能夠拿到的民間收入有限,甚至有傳言法人在和廠商接洽時經常碰壁。

立法院審查相關預算後指出,上述相關研發計畫未列人事費,也未見相關建置太空產業完善檢測平台,以及培育衛星通訊產業人才等計畫之規畫期程與目標立法院更要求科技部應積極研議低軌衛星之應用方式及加速研發期程,並主動向國際研發團隊交流互相汲取經驗,以落實數位平權,為台灣低軌衛星技術注入關鍵力量。

科技部在解除經費凍結的書面說明中指出,建構B5G衛星本體關鍵元件開發流程,可作為台灣產業界開發衛星元件的參考依據,進而縮短元件開發時程與降低成本,促使台灣零組件/元件更具市場競爭力,有助於台灣成為國際衛星本體與通訊酬載零組件產業重要供應國。

至於人事費方面,B5G低軌衛星與下世代通訊系統關鍵技術研發計畫2022年預算編列新台幣4.76億元,計畫總人力為42人,既有人力投入人年數為12,另編列聘用研究人員30人之業務用人費用5700萬元。

B5G低軌衛星與下世代通訊系統計畫由國家太空中心與工研院合作共同執行,另有其他單位參與衛星天線及結構體研製等工作。科技部表示,目前該計畫已完成衛星本體關鍵元件工程驗證體設計製作及第二版通訊酬載雛型體研製。2022年可完成Beyond 5G低軌衛星操控系統關鍵設計審查。科技部希望加速研發進度,縮短研製時程並增加可靠度與成熟度。

B5G低軌衛星計畫預計於2025年及2026年各發射一顆通訊實驗衛星,目標是完成自主高效能低軌通訊實驗衛星相關通訊技術開發與系統建置,驗證通訊酬載與地面通訊設備。經濟部則提供「低軌衛星地面通訊設備開發補助計畫」,引導廠商聚焦發展自主化低軌道高通量通信衛星地面通訊設備。

[3][2022-06-16]歐、日團隊合作完成太空5G連線測試涂翠珊/綜合外電
歐洲太空總署(ESA)宣布與日本情報通訊研究機構(NICT)成功合作完成了首次橫跨歐、日太空5G連線測試。這項技術能確保地面與衛星5G網路的順暢切換,滿足用戶隨時隨地連網的需求。

據RCR Wireless報導,3GPP自Release 15便開始進行非地面網路與5G系統的整合。為使地面與太空的網路能達到無縫接軌,ESA與NICT在2022年1、2月時,合作針對多項商業情境進行了太空5G連線的測試。這些測試也是雙方5G衛星通訊合作計畫的一部分。

跨越歐、日兩地的長距離所造成的時間延遲,是連線上的一大挑戰。不過即使受到延遲影響,工程團隊仍成功將高解析度的4K畫質影像,從日本透過衛星傳送到歐洲的資料中心。在另一項測試中,工程團隊也成功將物聯網生成的資料,透過衛星從日本傳送到歐洲。

最後,工程團隊測量了每一段傳輸的網路品質,證實了地面5G與衛星網路整合的可行性。在團隊展示了這套系統如何支援各項服務需求後,這項實驗也為校園網路與及高度分布式網路部署開啟了新的選項。



[1][20220613]台灣聚焦IoT與網路切片 B5G各顯神通 
莊衍松/台北

國際電信聯盟(ITU)預計於2027年WRC-27決議,6G無線通訊技術標準及其使用頻率台灣並非ITU會員國,衛星通訊頻譜之全球及區域間協調作業必須藉由計畫執行團隊進行國際合作,以達成接軌目的。

行政院科技會報辦公室推動 B5G「衛星通訊綱要計畫」,請交通部辦理相關頻率供應及電信服務研析前置作業。根據交通部郵電司的報告,網路切片(network slicing)和物聯網(IoT)將會是台灣B5G的發展重點。

政府幕僚機構研究預測,行動通訊不斷演進,其實國際上對B5G範圍並沒有清楚的界定。業界認為,B5G應該是3GPP的5G Rel- 17之後到6G正式版本前的技術都算。而5GPPP聯盟則是將5G phase 2視為B5G範圍, 5G phase 2到底包括哪些,則要等到2025年才能確認。

行政院要求經濟部、科技部提出B5G通訊計畫,主要就是要接軌未來的6G,同時扶植台灣產業打進太空產業鏈。不過被廠商嫌動作太慢,未來由科技部改制的新國科會是否會與經濟部共同檢討並調整計畫內容和時程,則備受外界關注。

但不論如何,B5G一定會涉及太赫茲(Tera Hertz)與衛星通訊,Tera Hz的頻段在100GHz~3THz,是下一代通訊的重要資源。政府幕僚機構分析認為Tera Hz的高頻在通訊上的難度很高,需要有相對應的技術與規格來配合,如軟硬體限制、毫米波與波束成形技術,才能因應更廣泛的應用情境。

B5G低軌衛星技術之所以受到重視,就是它可以與5G網路整合,提供更完善的5G覆蓋範圍,可克服偏鄉缺乏5G基地台的聯網限制。這種被稱為5G非地面網路(NTN)技術未來會愈來愈普遍。可以做到提高網路服務覆蓋率,使網路不間斷,是地面網路高負載情境下的最佳替代方案。

交通部郵電司的一份報告提到,IoT產業與網路切片很可能是台灣B5G發展重心,政府將投入經費與研發人力,積極參與ICANN與國際針對5G IoT設備與網路切片之電信編碼計畫,以協助台廠及早因應及進行市場布局,及確保台灣在資通訊領域的國際空間及影響力。

報告指出,B5G的高效率與廣覆蓋是重要技術發展方向,同時頻譜需求面將擴展到FR4以上之頻段,及國際上各重要組織、政府以及業者已開始針對B5G、6G議題開始進行討論。其中,低軌衛星通訊被視為未來B5G、6G無所不在網路服務之重要關鍵。

根據國外研究,5G phase1在2018年已定案,頻譜在6 GHz以下如3.5GHz、4.8GHz都算;5G phase 2雖然要等到2025年才能確認,但其頻譜會在6GHz以上。之後就進入Post 5G phase 2,大約是2030年開始的6G領域。B5G指的就是5G phase 2,技術重點就是Tera Hertz技術、頻譜管理與系統設計。

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