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從EuCNC & 6G Summit看全球6G發展關鍵議題
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  • 出版日期
    07月25日, 2023
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導論

2023年度EuCNC & 6G Summit的主題演講中,關鍵系統設備大廠與電信商各自針對6G應用情境、關鍵技術與未來趨勢等面向進行表述;不僅對於6G將連接數位、人類與實體世界之概念有共識,也都認為包含THz、頻譜共享、AI與感測通訊整合相關技術是未來之關鍵。EuCNC & 6G Summit的座談會與工作坊中,也將實現永續視為6G 發展的重要議題。

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關於EuCNC/6G Summit
2023年6月6日至9日移師至瑞典哥德堡(Gothenburg)舉行的第32屆EuCNC / 6G Summit,以「6G打造綠色和數位未來(6G for a Green and Digital future)」為主題,恢復全實體會議。在面對邁向6G的道路中,針對行動通訊技術之演進革新以及包含從關鍵零組件、設備到人工智慧、雲端和安全等議題的整個價值鏈之發展,國際主要國家/區域接續啟動6G計畫,產學研亦開始展示其6G願景與早期技術;且歐盟執委會透過「智慧網路與服務聯合倡議(Smart Networks and Services Joint Undertaking, SNS JU)」於2023年初啟動並資助多項6G技術研發項目,以推動歐洲產學研界開發6G系統技術、實驗性基礎設施、進行大規模試驗和各產業試點。也因此,本屆EuCNC/6G Summit期望藉此場合鏈結國際產學研,一同倡導針對下世代行動通訊標準的全球對話與協作。
本屆EuCNC/6G Summit大會聯合主席Pearse O'Donohue 和 Magnus Frodigh指出,行動通訊技術迭代發展已不再只是提升連接性,而是超越通訊連結此一目的,更優先地思考建立必要的基礎設施、提升能源效率,並且對社會有更積極的影響。
6G的目標是設計優先考慮人類和地球福祉的行動通信技術和系統,並將由四個重要因素驅動發展:可信賴的系統(Trustworthy systems)、永續(Sustainability)、加速的自動化和數位化(Accelerated automation and digitalisation),以及無限連接(Limitless connectivity)。
在應用面,則需要衡量數位世界與實體世界該如何同步發展、融合並行,且當混合實境型態應用將逐漸展示於民眾眼前,人類活動又該如何在兩個世界中取得平衡。而這些都需要投入更多研究以確保相關應用場景的實現。也因此,從此屆研討會主題演講中,可以觀察到現階段國際對6G技術應用發展之展望與期許。
EuCNC/6G Summit主題演講關鍵議題
本屆EuCNC/6G Summit邀請來自Ericsson、Nokia、NTT DoCoMo、華為、美國紐約大學以及義大利費拉拉大學等專家學者,針對6G應用情境、關鍵技術與未來趨勢等面向進行主題演講。
6G將連接數位、人類與實體世界,推動工業、企業與消費者三領域元宇宙之實現
EuCNC/6G Summit第一場主題演講由Ericsson研究院網路架構和協議研究領域主任Magnus Frodigh,分享“6G-網宇實體連結世界(6G-Connecting a cyber-physical world)”。演說中提出,現階段的網路已形成了智慧化數位基礎設施,為全球無論是個人、企業和政府皆提供無限可能性。5G的推出為應對廣泛的社會、環境和經濟挑戰一定程度地提供解決方案。然而,即便5G方興未艾,產業已經邁向討論由新興技術趨勢組合形成的下一個通訊迭代場景之轉變。此一轉變,就是多數業者初期擘劃6G世界樣貌所提出的虛實融合世界。
Ericsson表示,2030年後的6G世代是數位世界和實體世界的融合,兩世界間會存在著一個網宇實體連續體(cyber-physical continuum)作為橋接融合關鍵。在數位世界端,將需要嵌入於實體世界的感測器時時刻刻發送數據,透過追蹤回溯與分析,以隨時更新數位世界狀況;而串連在實體世界端,則需要可持續執行數位表象/呈現(digital representation)的程式化功能的驅動器(actuators),進行對未來的模擬、預測與程式化。基於6G的網路平台將在網宇實體連續體中提供智能、自始至終連結/接取且完全同步之服務。
圖一、2030年基於6G的網宇實體世界
圖一、2030年基於6G的網宇實體世界
資料來源:EuCNC/6G Summit、Ericsson,MIC整理,2023年7月
而針對虛擬數位世界和實體世界融合之進一步論述,在第三場由Nokia與NTT DoCoMo聯合主講、以” 6G進入新階段(6G getting into next gear)”為題的主題演說內容中提出了其見解。Nokia與NTT DoCoMo在此處用數位和實體的融合(Digital-physical fusion)一詞對應Ericsson的網宇實體世界概念,認為數位和實體的融合將增強人類的可能性,將在元宇宙(Metaverse)中實現,並展現於需要由營運科技(Operational Technology, OT)為中心驅動的工業元宇宙(Industrial Metaverse)、資訊科技(Information Technology, IT)為中心驅動的企業元宇宙(Enterprise Metaverse)、消費者元宇宙(Consumer Metaverse)三個領域中。
而從下圖二Nokia與NTT DoCoMo引用ABI research數據呈現這三個不同領域的元宇宙各自有不同的發展需求和市場發展動能,也可觀察到工業元宇宙的成長力度不容小覷,數位雙生相關技術的成熟與利用更將是催動其早期發展的關鍵,而基於XR解決方案之演進也可望加速其發展。
圖二、工業元宇宙的市場發展態勢相對強勁
圖二、工業元宇宙的市場發展態勢相對強勁
資料來源:EuCNC/6G Summit、Nokia、NTT DoCoMo,MIC整理,2023年7月
由Ericsson、Nokia與NTT DoCoMo的論述中可觀察到,這些業者6G世代應用場景之擘劃、想像,都以能夠實現數位、虛擬宇實體世界之融合為關鍵,在此前提下,進一步衍生出面向消費端與各個垂直產業所需的創新應用,例如更先進的協同機器人應用、更智慧的無人載具運輸場景、更沉浸同步的遠距控制、更具智慧自主認知識別能力的環境監測等;期望能夠建構並實現5G世代作不到或有別於5G世代的所提出的各類應用案例與場景。當然,這也勢必需要仍在發展、研議中的6G新興、關鍵技術的加持。
JCAS和AI為實現6G世代數位、人類與實體世界相互連結的關鍵技術
在Nokia與NTT DoCoMo在主題演講中,指出實現數位和實體的融合將需要新的基礎建設,並且需滿足六大特性,包含超高數據傳輸速度與能力、超廣覆蓋、超低能耗與成本、超低延遲、超高可靠度以及超大規模連接與感測。因此,可作為感測用途且無所不在的6G無線技術將是關鍵,而這就是目前產業提出的聯合通訊與感測(Joint Communication and Sensing, JCAS)技術或是整合感測與通訊(integrated sensing and communications, ISAC)技術。
透過JCAS技術,可以藉由大規模感測器融合實現即時元宇宙的生成。如下圖所示,結合數位雙生技術,透過JCAS收發訊號與數據,透過數位化建模,在虛擬世界中生成實體世界映射出來的樣貌;或是透過感測器蒐集之各種數據,利用6G通訊技術近乎同步傳輸,在元宇宙空間進行遠距監測或控制等,或成為6G世代的關鍵應用樣貌。
圖三、無所不在6G無線電成為新的大規模感測方案
圖三、無所不在6G無線電成為新的大規模感測方案
資料來源:EuCNC/6G Summit、Nokia、NTT DoCoMo,MIC整理,2023年7月
在第五場華為的主題演講中,也提出6G ISAC技術可望實現虛實世界鏈結容的概念應用場景,針對商業/工業的2B應用,描繪出利用6G ISAC技術遠距操控機器手臂之場景;針對消費端2C應用,則擘劃出結合6G ISAC和放在雲端的AI Brain之消費型機器人應用情境,消費者可置入任何應用程式至機器人端進行各種不同任務。而此消費型機器人將會是通用機器人硬體終端並且嵌入具備6G ISAC技術的晶片元件或模組,藉由蒐集到的感測數據再透過AI運算,將可推斷機器人行為,並且在消費者端也可透過機器人上的感測裝置,經由AI、雲端與6G傳輸之分析,藉由穿戴式裝置除了視覺聽覺外,甚至觸覺等其他感官知覺都能因而同步。
圖四、華為6G ISAC應用於虛實融合世界
圖四、華為6G ISAC應用於虛實融合世界
資料來源:EuCNC/6G Summit、華為,MIC整理,2023年7月
頻譜是影響6G發展要素,新的中高頻段成關鍵,而Sub-THz傳輸挑戰是各方待解議題
各代的行動通訊發展絕對無法忽視的關鍵議題,就是頻譜資源的取得。5G世代,頻譜需求從低頻朝中頻與毫米波邁進,期望藉著更大的頻寬提供更多樣化且創新的服務。展望6G,各方對於頻譜議題,不僅僅關注於發展Sub-THz/THz頻段,或可用於結合感測與通訊,挖掘新應用可能性;也更實事求是地思考6G世代的”新中高頻頻段”,也就是7 GHz至24 GHz的適用性。
也因此,在本屆EuCNC/6G Summit的主題演講中,Ericsson將7GHz-15 GHz稱為厘米波,將是6G世代必要頻段,主要提供更良好的覆蓋與傳輸頻寬容量;而Sub-THz一定程度可以提供極大的頻寬,在特定區域範圍可以有極佳表現,或作為通訊卸載用,但除此之外仍須面對傳輸上的物理性挑戰(如,容易被屏蔽、傳輸距離及短)。而Nokia也與Ericsson持相同意見,同樣在主題演講中表示7GHz-15 GHz將是6G的新黃金頻段,在Nokia的試驗模擬中,此頻段可以提供與現階段5G中頻相近的覆蓋率,並有好的機會在既有基站大小狀態提供高傳輸容量表現;亦表示應持續探索使用Sub-THz頻段可行性,譬如用於感測通通訊融合相關應用。
而值得注意的是,兩業者都提出,在6G世代的頻譜資源運用應該是彈性的,應能透過共享方式或載波聚合技術使用4G/5G等既有已授權的頻譜資源,讓6G得以在任一頻譜頻段中作用,進而形成完全協調的多層網路。
圖五、面向6G的行動通訊頻譜頻段特色
圖五、面向6G的行動通訊頻譜頻段特色
資料來源:EuCNC/6G Summit、Ericsson,MIC整理,2023年7月
針對7GHz-15 GHz,各業者已經開始思考如何用既有5G基站實現6G世代所需傳輸表現。Nokia指出,5G-Advanced的發展過程中,已逐步藉由分散式大規模天線(Massive MIMO)基站的部署試驗,驗證其可提升在3.5GHz頻段的傳輸效能,由在上傳表現方面。這將成為發展6G基站的墊腳石,在Nokia的模擬中,若要同一站點與基地台,以7GHz頻段實現與3.5GHz的覆蓋率,則需要在同一尺寸基站的天線陣列中加裝至少四倍的天線元件,以形成更好的數位波束。
另由紐約大學無線研究中心創始人Ted Rappaport教授也首次在本屆EuCNC/6G Summit進行的主題演講,其內容關鍵也環繞著毫米波、中高頻段、Sub-THz等頻譜,以及為何需要探索THz的可能性?這些頻段的安全與否?以及後續關於能耗、KPI等議題。演講過程中,特別提及,美國FCC在2022年的MWC就曾提及,針對6G應盡快規劃相關頻譜資源,尤其能為6G提供更快傳輸速度、廣覆蓋範圍、大頻寬的7GHz-15GHz頻段。FCC當時也呼籲全球應該使進行頻譜資源的協調討論。
而如前述,Sub-THz既有限制讓該頻段可支援的應用與場景,可能集中在特定場域與應用。業者要面對的不僅僅是傳輸距離與遮蔽物等限制,能否實現超高頻段傳輸的前提,更包含是否有更具經濟效益且能支持超高頻的射頻元件、以及相關的製程封裝技術、超高頻的PCB等,因此Nokia特別提出新材料的重要性,如該公司所開發之玻璃無線電(Radio-on-Glass, RoG),也就是將射頻集成電路(Radio Frequency Integrated Circuit, RFIC)裝載於玻璃基板上。在Nokia的試驗中,RoG展現出在Sub-THz頻段傳輸過程有較低的衰減與介電特性。同時間,新的波形(Waveform)與頻道模型(Channels modelling)也是業者們思考如何打破Sub-THz挑戰的關鍵研究方向。
紐約大學Ted Rappaport教授也指出,Sub-THz/THz對6G仍有極為重要之地位,在技術可行態勢下,可有非常多樣化的應用得以實現。也因此,Ted Rappaport教授帶領其研究團隊,持續針對室內/外的毫米波、Sub-THz/THz之傳輸進行各種驗證可行性研究,利用通道建模、大型基地台、小型基站與協調多點(Coordinated Multi-Point, CoMP)等技術,在各種複雜環境進行傳輸驗證,如工廠場域等。
且由於ITU-R於RR.5.3440文件中提出,在THz頻譜範圍中有部分禁止使用的頻段(多半為氣候偵測應用),以保護敏感的被動服務;在不影響氣候偵測的應用上,過去THz頻段作為IMT應用面臨很多困難。故通訊與感測間的共享將因而受到限制。Ted Rappaport教授在演講中也展示其團隊進行140 GHz替代衛星量測之實驗,期望未來可解決地面通訊干擾衛星的THz禁用頻段問題。
EuCNC/6G Summit座談會之關鍵議題
實現永續是6G發展關鍵
隨著6G議題發酵,相關先期研究、技術探索持續進展,針對新世代的通訊技術之期盼,加上2030年是聯合國永續發展目標之里程碑,使得「永續」成為各界發展6G的關鍵字,並且是未來網路需要解決的關鍵挑戰。
EuCNC/6G Summit的「6G永續挑戰與機遇」座談會的主持人、任職於Microsoft,同時也是Next G Alliance 副主席的Micaela Giuhat開場提及,ICT社群必須考慮網路的直接影響(如致力於減少碳足跡),以及使用網路可帶來的影響,進而致力於發展、支持能實現社會永續轉型的用例。因此,應探究的關鍵領域是不同型態永續間的權衡,以及效能利益(performance benefits)和社會利益(societal benefits)之間可能的取捨關係。
ICT社群在6G議題白熱化之際需要自問自答五大問題面向:首先便是,當前網路最大的永續發展挑戰為何?其次,6G發展過程中,要減少ICT對環境的影響最重要的步驟為何?第三問,6G有可能實現聯合國永續發展目標嗎?使用6G是否會帶來任何永續性風險?最後,如何最佳地確保6G朝著應對永續挑戰的方向發展?
毫無疑問地,現階段最受國際關注且迫切需亦要解決的就是氣候環境所面臨的各項問題,所以實現「環境永續」成為刺激6G發展的關鍵驅動力之一。據此,Ericsson研究中心 ICT 永續發展影響首席研究員Pernilla Bergmark提及在技術社寄出其就應該將「永續性」之概念融入6G(如下圖)。發展6G需要考慮的層面,不只是網路對環境的直接影響,例如要實現6G本體在未來建置部署下降低能耗、提升能效、減少環境足跡等,讓「永續的6G(Sustainable 6G)」實實在在地幫助電信通訊產業實現其生態體系的淨零排放之目標;除此之外,還要思索在使用6G過程中,「以6G推動永續(6G for sustainability)」為環境帶來正向影響,促進全球社會經濟與產業整體環境發展的永續性。
圖五、藉由技術設計將永續性融入6G
圖五、藉由技術設計將永續性融入6G
資料來源:EuCNC/6G Summit、Ericsson,MIC整理,2023年7月
6G在概念階段、研議初期,就思索著如何將「永續性」概念融入於6G的先期研究、標準化、系統設計、未來生產與營運各層面,以建構永續的綠色下世代通訊網路生態體系。然而,若沒有設立明確的發展目標與可衡量之指標,將難以確保6G的發展是否能滿足「實現環境永續」之需求。「實現環境永續」只是永續發展的一環。聯合國的永續發展目標不僅僅如此。
實際上,本次座談所討論面向雖然大部分內容都探究6G對環境永續之影響;但也涉及其他永續面向。法國電信Orange實驗室的Azeddine Gati教授指出,目前仍未知6G將會是如何樣貌,但6G將是永續無庸置疑,且希望6G能促進永續。也因此,現階段探討6G正是時機,目前是最佳時刻讓6G從研發初期就朝永續發展,而非事後才去思考6G是否該永續。這也是為何,歐盟Hexa-X計畫中特別思考由「價值」驅動6G發展並界此時現永續,也就是關鍵價值指標(Key Value Index, KVI)之概念。Azeddine Gati教授提出,6G世代從原本只談速度、延遲、連接數等關鍵性能指標(Key Performance Indicators, KPI),將切實地把KVI納入衡量範圍,內容包含能源效率、電磁波暴露量、端到端的環境影響力、網路安全與韌性、數位包容等甚至難以量化之項目。但這些項目卻也與永續相關議題難以分割。
從座談會的討論中可發現,需要6G為永續發展所做的事情太多,以至於與會者甚至提出就「永續」角度來看,6G商用推出時間若是在2033年可能更好,主要因素是從技術成熟度來看,6G第一版標準若無意外可能2030年才發布,所以6G商用藍圖實在沒理由加速,尤其步入5G為搶第一而提前商用的後塵。
MIC觀點
6G將為實體與虛擬世界的橋樑,數位雙生無所不在
EuCNC/6G Summit研討會期間,無論主題演講或工作坊,不管是關鍵系統大廠、電信商或與會發表其研究成果的學研機構,對6G新型態應用及潛在市場發展機會之共識,多聚焦在實體、虛擬與數位世界間的無縫融合。元宇宙的概念或許在5G世代因帶著過於豐滿的理想致使現時程現骨感,但在6G世代或許在新興技術如AI、JCAS、Sub-THz通術以及數位雙生技術逐步成熟的加持下,將不再是特定市場的應用,更能朝消費市場擴散。
例如,高度原生的AI和JCAS技術的整合,藉由通訊感測技術深度融合,未來不僅有助於為對實體世界的建模,蒐集龐大數據成為AI/ML分析基礎,形成數位雙生,更可望提供定位、成像、監測、行為模式識別等應用,成就包含人機協作、智慧城市環境重建、氣候感測、醫療保健和安全檢測等眾多5G不盡完美但6G可望創新的用例場景,進而實現結合實體、虛擬、人類世界之目的。
永續6G的打造永續未來
2021年聯合國政府間氣候變化專門委員會報告一再聲明人類全體必須在 2030年將全球溫室氣體排放量減半,並於2050年實現淨零碳排目標。
因此,ICT社群、產學研界也期望能仰賴科技、創新和跨產業合作應對氣候變遷。而「實現環境永續」也成為發展6G當下的重要任務,期望從源頭、初始開始,就將6G設計成不僅自身永續更能促進永續之模樣。MWC 2023期間,ITU秘書長更表示,「6G願景論述將首次把能源效率和環境永續性等內容納入新技術規範的一部分。」簡而言之,便是讓6G原生永續,為全球淨零發展做出貢獻,降低對環境之直接、間接影響,助力全球達到抑制氣候變遷之目標。
除此之外,6G不僅僅只為環境帶來正向影響,也將為社經帶來價值,產學研更期盼能以永續6G打造永續的未來社經環境、增進人類民生福祉之發展。
  • 以上研究報告資料係經由MIC內部整理分析所得,並對外公告之研究成果, 由於產業倍速變動、資訊的不完整,及其他不確定之因素,並不保證上述報告於未來仍維持正確與完整, 引用時請注意發佈日期,及立論之假設或當時情境,如有修正、調整之必要,MIC將於日後研究報告中說明。 敬請參考MIC網站公告之最新結果。
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