一般人常會將光通訊與很多技術做混淆，如被動光網路、光纖通訊、光放大器、矽光子技術、光電融合、光無線通訊、全光網、雷射通訊等技術，前述雖然均與光的傳播有關，但若不先定義清楚將容易失焦。

基本上，最容易區分的方式為以「光在實體媒介種類」來進行區隔，可分為「光有線通訊」、「光無線通訊」、「光晶片通訊」。光有線通訊指光纖通訊，以光纖（玻璃管）做為媒介的通訊技術，其發射源為雷射光。而光晶片通訊指的是晶片內的通訊技術，目前有日本NTT推行的光電融合技術、結合矽積體電路和半導體雷射的矽光子（Silicon Photonics）技術，以及用來晶片封裝的共同封裝光模組（Co-packaged Optics, CPO）技術等。

本文將著重以「光無線通訊」的角度作6G方向探討。光無線通訊（Optical Wireless Communication, OWC）技術則可再區分為「可見光通訊（Visible Light Communications, VLC）」、自由空間光（Free Space Optical, FSO）通訊，以及光學相機通訊（Optical Camera Communication, OCC）等。其中OCC因與6G發展較無關聯，故本文暫不探討。

行動通訊大約每十年做一次世代演替，由1G的「類比語音」進化成2G的「數位語音與簡訊」、3G的「數據服務」、4G大量的「寬頻數據服務」需求，以及5G的「高速率、低可靠、大連結」（如下表一）。

表一、通訊世代傳輸速度

資料來源：3GPP，MIC整理，2022年12月

大多數研究機構預測未來6G將會透過大量的感測AI服務，來達成數位與現實環境的完美融合，其中無線傳輸速度將會達到1 Tbps，這約是5G的100倍左右。要得到如此高的傳輸速度，最有效的方式則是藉由調高頻寬而達成，因為波長越短、則頻率越高，其所涵蓋的頻寬範圍也將越為寬廣。再者，由夏農定律C= B x log（1+S/N）可知在「訊雜比（S/N）」固定下，頻寬（B）越大，則傳輸容量（C）也會越大，進而達到的傳輸速度也越大。

此外在頻譜上，行動通訊技術的演進正好與波長形成正相關聯性。無線技術的波長，從長波、短波、超短波、微波、毫米波演進，波長將越來越短，預估6G將會來到太赫茲波的波長（30um~3mm）、光纖通訊的雷射波長（800nm~1700nm）甚至到達無線可見光的波長（450nm~750nm）。因此，頻譜中頻率由低至高分別為長波、短波、超短波、微波、毫米波、太赫茲波、紅外光（光纖）、可見光、紫外光（Ultraviolet，UV）、X射線等（如圖一）。

圖一、電磁波頻譜：1G~6G(太赫茲波、光)波長示意圖

資料來源：IEEE，MIC整理，2022年12月

若光通訊技術由波長來區分，則可分成三種：

1. 第一種為「可見光通訊（Visible Light Communications, VLC）」，其波長450nm~750nm。

2. 第二種為「光纖通訊（Optical Fiber Communication, OFC）」，其波長800nm~1700nm。「光纖」的波長比「可見光」稍長，頻率大約在紅外光（Infrared）雷射波段，所以頻率相較「可見光」稍低一點。

3. 第三種為「自由空間光（Free Space Optical, FSO）通訊」，其波長10nm~100um。由於其頻譜涵蓋整個電磁波的所有光學、UV部分，亦可廣稱為OWC。

VLC利用400~800THz的超頻寬做為高速傳輸，採用發光二極體（Light Emitting Diode, LED）作為發射器，接收器用光電探測器（Photodetectors, PD），LED類似無線電（Radio Frequency, RF）通訊的發射天線，而PD類似於接收天線。VLC與無線電通訊相異處在於RF的天線既可以收訊號、又可以發送訊號，但VLC的收、發訊號機制則沒辦法用同一個天線來執行，它須透過LED與PD來替代天線做傳輸發送器與接收器。相較於天線，LED的優點在於具有照明功能，可一邊照明、又一邊發射訊號；LED安裝在天花板上，即為發射訊號的「燈泡天線」。

此外，LED技術最吸引人之處，在於它可以快速改變成不同級別的光強度。這使得在發射光中，以不同方式對數據進行編碼成為可能，進而可透過訊號處理傳送數據。可見光可以快速閃爍，使人眼感覺不出來。這類似電影原理以每秒24個斷續畫面，使人眼視覺上感覺影片連續播放，但實際上卻沒有連續，只是人眼的錯覺。

而在接收器則依據對光很敏感的PD來感應LED燈的閃爍，PD把「光的變化」轉變為「電流或者電壓訊號」，接收後做訊號放大，再進行後續基頻數位訊號處理，類似傳統通訊系統方式（下圖二）。

圖二、VLC傳輸示意圖

資料來源：MDPI，MIC整理，2022年12月

Li-Fi是利用VLC來實現 \o "網際網路" target="_blank" style="color:navy">網際網路的資訊傳輸，以各種可見光源作為訊號發射源，透過控制器控制燈光的明暗，從而控制光源和終端接收器之間的通訊。廣義來說，Li-Fi就是VLC，其歷史為2011年10月哈羅德·哈斯（ \o "哈拉爾德哈斯（工程師）" target="_blank" style="color:navy">Harald Haas）教授在 \o "" target="_blank" style="color:navy">愛丁堡舉行的全球科技娛樂設計大會（TED Global）上首次公開提出此Li-Fi這一概念，會如此命名的原因是想讓大眾快速認識Li-Fi，它是以類似於 \o "無線上網" target="_blank" style="color:navy">Wi-Fi形式提供人們上網。但是，本質上兩者是不同技術，Li-Fi是利用可見光當作媒介，每一盞燈都可用來做無線傳輸，其速度比Wi-Fi快100倍，而Wi-Fi則是由無線電當作媒介的技術。

FSO通訊為一種透過自由空間如大氣、真空等作為光訊號傳輸媒介的通訊方式，較通俗的說法是一種大氣無線雷射通訊技術，或可更廣泛稱為衛星光通訊（Satellites Optical Communication, SOC）技術。

FSO通訊使用的頻段包含光纖通訊、VLC、UV波段等（波長10nm~100um），具有頻寬大（數百倍GHz或甚至THz等級）、傳輸速率高、方向性好、保密性佳、免授權頻譜（unlicensed spectrum）等優點。因此，FSO通訊可開發高速傳輸系統、應用於各種6G應用，包括具有巨大連接性和無線網路的異構網路蜂窩系統的回傳（backhauls），如用於無人機（Unmanned Aerial Vehicles, UAV）的FSO通訊，可做為非地面無線回傳系統。在距離、終端用戶、資料傳輸率不斷提升下，藉由UAV的幫助可將兩種異構（不同）網路系統統合成回傳系統，如圖三，一種是5G毫米波（mmW）無線網路系統，而另一種則是6G的FSO無線網路系統。

圖三、UAV的FSO通訊於異構網路回傳系統示意圖

資料來源：arXiv，MIC整理，2022年12月

用於短距離通訊（約10公尺左右～數百公尺）的VLC、或中長距離的FSO，與無線電通訊相比具有許多優勢。以下採條列式、並以圖四進行無線電通訊與光無線通訊特性的比較說明：

1. 提供大頻寬（THz等級）。

2. 頻譜為免費的（無需許可，和Wi-Fi相同）。

3. 不能穿過不透明的遮蔽（opaque masks），表示其缺點在城市環境中傳輸受到限制，無法產生疊加訊號（superimposed signals），也因此造就訊息傳輸的安全性並顯著降低了干擾等優點。

4. 使用光源做為傳送，較不需傳統無線電基站，所以不需要網路設備（成本降低）。

5. 不產生電磁輻射，因此不受外部電磁輻射的影響。適用於對電磁輻射敏感的場景，例如醫院與飛機。

6. 低耗能，由於其傳送器為LED較為省電，而且不需要射頻放大器多耗能。

圖四、射頻（無線電）通訊與光無線通訊特性比較

資料來源：IEEE，MIC整理，2022年12月

光無線通訊可實現的最大數據速率很大程度上取決於照明技術。VLC的傳輸速度基於藍色磷光LED，最高可達GB/s，而實力最強的LED為Micro-LED，其容量超過10 Gb/s。隨著技術進步，VLC在未來6G時代應可達到數百Gb/s至Tb/s的速度，然而VLC的限制是傳輸距離過於短，不是適合長距離的傳送，只適用於短距離的高速應用，而適用於中長距離FSO可補足這方面所需。

英國的「工程和物理科學研究委員會（Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC）」是一個 \o "英國研究委員會" target="_blank" style="color:navy">研究與創新委員會組織，主要為英國的大學提供政府資助，用於開展 \o "工程" target="_blank" style="color:navy">工程和 \o "物理科學" target="_blank" style="color:navy">物理科學的研究。目前EPSRC資助由利茲大學（Leeds）、劍橋大學、愛丁堡大學（Edinburgh）、巴斯大學（Bath）與思克萊德大學（Strathclyde）所主導6G Li-Fi的「Terabit雙向多用戶光無線系統（TOWS）」計畫，該計畫時程由2019年4月到2024年3月，共5年補助6,604,394英鎊（約750萬美金）。

TOWS願景是開發和實驗演示多用戶Tbps光學無線系統，其容量至少比當前計畫的5G光學和RF無線系統高兩個數量級，並制定無線系統藍圖。TOWS提議的系統有三個特點：

1. 與VLC不同，將利用紅外光譜，這將解決VLC相關的光調暗問題，並消除了上行鏈路VLC強光，從而支持雙向通訊。

2. 為了實現更大的傳輸容量和多用戶操作，將引入一種新型的LED可控雷射二極體陣列，它不會受到傳統雷射二極體的散斑雜訊（speckle noise，無數隨機分布的亮斑與暗斑稱為散斑），並保證超高速表現。

3. 開發原生的光無線多用戶系統來共享資源，它們具有自適應方向性，可在減少用戶和小區間干擾的情況下實現全面覆蓋，並最終結合RF系統以實現無縫切換並促進整體網路控制。

此外，TOWS除了英國本地的學術單位加入外，全球已有超過20多個專案合作夥伴如中國清華大學與科學技術大學、日本Ushio、美國Cisco與微軟等（如圖五）。

圖五、TOWS專案合作夥伴

資料來源：EPSRC、TOWS，MIC整理，2022年12月

值得注意的是，因為2008年英國 \o "愛丁堡大學" target="_blank" style="color:navy">愛丁堡大學的教授Harald Hass就開始了可見光通訊研究，並且在2011年定義了Li-Fi這個名詞，帶動了可見光傳輸的商業趨勢，從而使英國成為目前全球光學發展重鎮之一。

為了使日本重返全球通訊領域舞台，日本電信商NTT提出了創新光學和無線網路（IOWN）概念，此為一種新的通訊基礎設施，包括光技術在內的創新無線技術以提供高速頻寬通訊和巨大的計算能力資源。為了實現此一計畫，2020年1月NTT、Intel與SONY共同成立IOWN論壇，成員包括通訊、製造、電信、金融、化工、印刷、建築等業者及學術單位，成立不到三年內已有超過100個會員里程碑，其中台灣的中華電信擔任論壇董事，而緯創、台達電、光電科技協進會、工研院等均為成員之一。

IOWN論壇的願景為希望透過創新光學和無線網路尖端技術如全光學網路（All Photonics Network, APN）、處理器的光子與電子融合、雷射光通訊網，以及衛星AI資料中心等，以提供低功耗（降低100倍）、高傳輸速度（提高125倍）與低延遲（改善200倍）的6G技術方向（如圖六）。

圖六、IOWN全球會員與創新光學與無線網路示意圖

資料來源：5G American、Keppel Offshore & Marine，MIC整理，2022年12月

NTT將在2025年的大阪世界博覽會公布6G網路技術，期待自主研發的光傳輸技術作為下一代6G通訊標準。此外，NTT亦集結日本相關企業推行其優勢光通訊技術並與國際大廠合作開發，如精通光學領域的富士通合作、矽光子技術耕耘多年的Intel合作、擁有大量雷射光與CD技術的SONY合作，並與NEC和Nokia等基站設備商合作發展6G光學實驗。值得注意的是，SONY為IOWN創始三大會員之一，藉由其累積的光學技術而發展成為FSO通訊的主要推手。

2012年成立的pureLiFi（又稱PureVLC）公司是英國愛丁堡大學的分支機構，由最早提出Li-Fi概念的 \o "哈拉爾德哈斯（工程師）" target="_blank" style="color:navy">Harald Haas教授所創立，主要研發設計光通訊相關元件，包括Li-Fi驅動器和接收器，並在Li-Fi技術上居於世界領導地位。在2013年開始Li-Fi商業化第一步，pureLiFi向一家 \o "美國" target="_blank" style="color:navy">美國醫療衛生供應商出售了第一台Li-Fi裝置。目前pureLiFi已經在全球20多個國家與地區部署Li-Fi，其中大部分位於公司和校園。此外，pureLiFi已開發透過插入式Li-Fi模組連接的智慧型手機進行Skype通話。在2021年時，pureLiFi與美國陸軍歐洲分部簽訂了價值數百萬美元的合約，以提供安全的無線通訊系統。另外，pureLiFi透過與美商Cisco、印商Wipro、英商O2 Telefonica等國際企業合作，進而使全球的Li-Fi用戶持續成長，並且pureLiFi在2022年7月從蘇格蘭國家投資銀行獲得了超過1000萬美元的資金。

pureLiFi的技術發展正由可見光LED轉往雷射光技術邁進，已成功將雷射紅外光的天線模組嵌入到手機、平板等消費設備，其速度相較LED可以提高約100倍，希望在2023年能達到100 Gbit/s。除此之外，pureLiFi正參與TOWS團隊研究，期待在2025年能將傳輸速度達到1 Tbit/s，以滿足6G所需的高速傳輸要求。

pureLiFi的創辦人 \o "哈拉爾德哈斯（工程師）" target="_blank" style="color:navy">Harald Haas目前也正在全球鼓吹Li-Fi對於6G的影響力，並發表一系列演講，如：分享光無線通訊數十年的光學器材開發經驗、有關於Li-Fi標準的IEEE 802.11bb現況，以及Li-Fi正努力實現6G的傳輸速度目標（Tbit/s）前進等。其中Harald Hass提出太赫茲與光無線通訊的關係之看法，指這兩者雖皆為頻寬緊縮的解決方案之一，但是Li-Fi已有發展優勢，並發展出各式各樣的通訊設備進入大眾市場，不用再額外花費數十年發展與建構產業鏈。而在另一方面，Li-Fi還對6G有項吸引力，那就是正在手機、筆電中發展的雷射光感知人臉辨識系統，這對於未來6G大量感知應用是有很大的發展潛力。

成立於1988年SONY旗下的SONY電腦科學實驗室（SONY Computer Science Laboratories, SONY CSL），透過SONY在多年累積的CD雷射光學技術（於1982年發布世界上第一台CD播放器），研發一種光通訊系統，能夠安裝在小型衛星上，以實現長距離高容量傳輸。

2020年，SONY CSL與日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA）共同完成國際太空站日本實驗艙「希望號」上的雙向光通訊連結，成功由地面站與太空站傳送高畫質影像資料。這SONY CSL與JAXA合作的國際太空站小型光學鏈路（Small Optical Link for International Space Station, SOLISS）通訊系統，目的在於建構地面站與太空站的遠程雷射通訊傳輸系統。

2021年，SONY CSL的實驗設備成功建立了從太空到希臘康士伯（Kongsberg）衛星服務商業地面站的光通訊傳輸。

2022年，SONY與JAXA再度合作，成功展示在容易出錯環境下，完成傳輸資料作業，這是平流層和太空網際網路服務的技術基礎。

因此，SONY在2022年6月時在美國成立SONY太空通訊公司（SONY Space Communications Corporation, SSC），開展太空光通訊業務。以往透過無線電通訊是很困難實現衛星間的高速資料傳輸，因為傳統無線電通訊需要大型天線和高功率輸出。SSC結合SONY CSL與JAXA合作開發的SOLISS系統，欲以雷射FSO技術（CD光學技術為基礎）取代無線電技術，建構實現高容量、即時的連接低軌道衛星（Low-Earth Orbit, LEO）間，以及地面站與太空站的光通訊網路系統，從而避免無線電技術的發展瓶頸（如：頻率許可的受限、微型衛星所需的低功耗要求、大型天線、高功率輸出等）。

此外，由於SONY為IOWN的創始會員，表示其所累積光無線通訊的能量，希望能藉由IOWN推向6G。另一方面，SONY在美國創設太空通訊公司，透過藉由美國的太空科技人才與太空產業優勢，以促進SONY太空光通訊事業的發展。

台北科大光電所呂海涵特聘教授研究團隊所開發的Li-Fi無線光通訊系統，透過改善感測元件的頻寬和接收速率，已實現400Gbps的傳輸速率，相當於下載一部1.5小時電影僅需0.03秒即可完成。其研究成果「一分波多工FSO傳輸系統」在105年榮獲「國家發明創作獎金牌」，利用紅光雷射來建構超高速率FSO通訊系統，為第一個利用空間光調變技術結合紅光雷射，以提升其自由空間傳輸距離。此外，紅光雷射光傳輸技術可用於原本禁止使用電磁波的特定場所，例如：醫院開刀房易受輻射干擾的精密儀器與飛機禁用電子通訊產品。

2021年，國立台灣大學光電所林恭如教授與國立陽明交通大學光電所郭浩中教授及日本東京大學特約研究員程志賢博士發表合作研究成果，以綠光2×2微型發光二極體（Micro LED）陣列元件，達成超過5Gbps可見光無線通訊傳輸的全球最快紀錄。相關研究被美國光學學會期刊《光學聚焦》（Spotlight on Optics）與頂尖光電期刊《Photonics Research》所接受。

這是繼高速藍光與紅光微型發光二極體元件的開發後，我國超高速綠光微型LED陣列的研究成果，可用於元宇宙、VR、AR、智慧醫療等相關應用。這表示未來手機、智慧穿戴裝置將能以「光」來進行資料傳輸，速度可達5Gbps，不到一秒鐘即能傳輸一片DVD高畫質電影。5Gbps速度以達滿足人類視覺感知，因為頭戴式裝置的影像經過不失真壓縮需要4Gpbs的要求。

台灣通訊器材商的「山衛科技」、量測儀器代理商的「從伸科技」以及上市櫃公司「上詮光纖」和「達運光電」看好Li-Fi未來發展潛力，先後向研究單位北科大光電工程系技術移轉。山衛科技先從燈具市場切入，而後聚焦消費性市場相關產品開發；從伸科技投入Li-Fi已有3年之久，目前已掌握一些歐美訂單，偏向客製化產品設計；上詮光纖和達運光電也看準北科大光電呂海涵教授的多項專利而合作進行商品化開發。另外，台大光電所與陽明交大光電所團隊所研發高速5Gbps光無線通訊，也受到Meta、鴻海、智崴資訊科技等公司關注，並洽談進一步合作機會。

英國的TOWS與日本為首的IOWN等推廣聯盟，皆積極投入光無線通訊的開發、研究，希望能帶動光無線通訊技術的研究熱潮並納入6G規範之中，以強化自身國家對於6G的影響力。雖然同以光學技術做為研究方向，但是其兩者所發展主軸方向卻是不太相同。TOWS是以發展6G Li-Fi可見光通訊技術為主軸，致力於高速Tbps多用戶無線系統的開發；IOWN則是以打造半導體、電腦、伺服器、傳輸系統等訊號的傳輸，全部都藉著「光」來實現。

TOWS與IOWN的會員數來相比，IOWN大約為TOWS的四倍之多，IOWN相較之下更為國際化，發展主軸更為全面性，不只包含其創始會員SONY的FSO太空光通訊領域，更涉及光通訊晶片的光電融合技術，以及建構全面光通訊網路。

目前產業界正在推動的Li-Fi只是VLC的一項分支，而由2011年的英國 \o "愛丁堡大學" target="_blank" style="color:navy">愛丁堡大學Harald Hass教授開始倡導Li-Fi以來，至今發展也將近11年的時間，亦在全球鼓吹Li-Fi技術對於未來6G發展的影響力。而Harald Hass所創立pureLiFi公司的Li-Fi技術從早期的LED朝向速度更快的雷射光技術發展，預計2023年能達到100 Gbit/s，並投入TOWS進行研究。TOWS的願景為開發演示多用戶的Tbps級光無線系統，它就是希望深化Li-Fi，使Li-Fi成為6G將來在室內或短距離的首要應用。

除了適用短距離的VLC外，FSO則是更進一步擴大中長距離光無線通訊技術的應用範圍。透過異構網路系統的無人機FSO回傳，可延伸5G毫米波通訊範圍，這可望成為未來6G通訊的混和應用選項，毫米波加上FSO通訊。除此之外，衛星若能利用FSO通訊則可享受到低功耗、大頻寬、高速傳輸等優點。目前SONY積極發展太空光通訊事業，在2020~2022年逐步展開衛星相關光無線通訊實驗，更與JAXA合作兩次計畫，其成果分別為「傳送高畫質影像資料」及「展示在容易出錯環境下，完成傳輸資料作業」。SONY已完成基本實驗成果，透過使用FSO通訊實現衛星間與地面站、太空站的高速傳輸。未來，無論在高空中、在太空中都將可望看到FSO發揮的空間。

行動通訊有越來越朝向高頻技術發展趨勢，目前已由5G的毫米波技術走向太赫茲技術或光無線通訊技術，相較於前者，光無線通訊技術更令人期待。目前光無線通訊技術深具潛力，除了有短距離的Li-Fi逐漸產業化發展之外，還有適合中長距離的FSO技術推波助瀾，再加上IOWN、TOWS等組織的大力推動。

此外，目前產業界已經逐漸利用光通訊來突破摩爾定律所受到的極限，如矽光子晶片與共同封裝光模組等新技術的崛起。整體而言，6G世代的通訊或將更為仰賴「光」學技術，無論是「無線」、「有線」，甚至「晶片」都會與「光」學技術更緊密結合。