實現次世代移動通訊「6G」的技術

第五代通訊系統(5G)是以高速化及大容量化等過去的技術研發主體外，再增加了「低延遲」與「多連結」等兩個新的特徵；而第六代移動通訊系統(6G)是把5G特長的「高速、大容量」、「低延遲」、「多連結」再加以強化，目標是達到10倍的高速、大容量，10分之1的低延遲以及10倍數量的多數同時連接，還要再追加「低消費電力」、「自律性」、「擴張性」及「安全性、信賴性」。

圖1：第6代（6G）移動通訊系統的概要

資料來源：JEITA　Jisso技術ROADMAP専門委員會

6G關鍵技術

如果以2030年當作6G商轉的目標年，大概在2025年就要開始關鍵技術的研發。亟待開發的關鍵技術不只是無線通訊技術，還包含了社會基礎設施的進化技術。

圖2：第6代（6G）移動通訊系統，或是思考構成超越第5代（5G）移動通訊系統的各種關鍵技術。

資料來源：総務省「Beyond 5G推進戦略―往6G的ROADMAP」

本篇將簡要說明幾個特別重要的關鍵技術，具體有(a)「兆赫波」技術、(b)「假想化終端」技術、(c)「使用者中心架構」、(d)「超穎介面反射板」、(e)「通訊衛星」、(f)「類比RoF（Radio-over-Fiber）」等。

從「5G」的毫米波到「6G」的次兆赫波

要分配給「6G」的頻率要比「5G」還要高，也因擴大了可使用的波段，使得10倍的「高速、大容量」得以實現。並且跟「5G」相同，「6G」也需要2個種類的波段，一個是確保涵蓋範圍的低頻率波段，另一個是以高速、大容量為優先的高頻率波段，具體上以7.125GHz到24GHz的微波、毫米波波段與92GHz到300GHz的次兆赫波波段為候補波段。

圖3：用於「6G」新的候補波段

資料來源：NTTDOCOMO白皮書「5G的高度化與6G」

比較擴大電波波段的「5G」與「6G」，「5G」是被分配到稱作「Sub6」的3.7GHz/4.5GHz的波段與稱作「毫米波(mmW)」的2.8GHz的波段。而「6G」預定所使用的波段有與5G重疊稱作「中低頻(Low/Mid-band)」的波段與比5G還要高很多稱作「高頻(High-band)」的波段，其中高頻的波段最高頻率會超過1000GHz。

另外現今支持5G毫米波通訊的最高頻率已擴大到52.6GHz，未來將會有可能提高到90GHz。

圖4：用於「6G」波段的開拓

資料來源：NTTDOCOMO白皮書「5G的高度化與6G」

從蜂巢式到使用者中心

根據KDDI的白皮書「Beyond 5G/6G」的說明，「使用者中心架構」就是提供各個使用者所必需品質的服務的架構。迄今(包含5G)的移動通訊系統都是將多數的基地台按規則建置，採取將每個基地台所能提供服務的範圍(稱為「蜂巢」)彼此鄰接的「蜂巢式架構」。在蜂巢式架構下，智慧型手機或是行動電話等無線設備透過蜂巢式基地台接收跟傳送聲音或資料檔案的訊號，無線設備移動到鄰接的蜂巢式基地台時，就轉換鄰接的基地台接收跟傳送訊號。

與蜂巢式不相同的「使用者中心架構」中並不存在「蜂巢」，亦即無線設備同時接收跟傳送訊號的基地台不只一個，而是由多數的基地台，依照客戶所需求的服務規格彼此合作，提供無線設備的通訊服務。

圖5：「蜂巢架構」（左）與「使用者中心架構」（右）的不同

資料來源：KDDI、「Beyond 5G/6G白皮書」

在蜂巢式架構中，會出現在基地台涵蓋區域邊界附近會因為鄰接的基地台的無線電波干擾而出現雜訊，或是離基地台的距離愈遠訊號會愈來愈差的缺點。而使用者中心架構是透過多數基地台合作與無線設備傳接送訊號，就不容易發生互相干擾的雜訊以及離基地台愈遠的訊號衰減的問題；但是因為必須高密度地建置基地台，就產生了各個基地台必須即時高速進行合作處理的課題。

Find觀點

上述(a)「兆赫波」技術、(b)「假想化終端」技術、(c)「使用者中心架構」、(d)「超穎介面反射板」、(e)「通訊衛星」、(f)「類比RoF（Radio-over-Fiber）」等關鍵技術中，兆赫波科技，比目前使用的傳輸頻寬更廣，與光纖通訊網路結合，將能突破傳遞的距離限制，提供更快的網路服務，甚至比Wi-Fi標準快上數百倍速度。目前有關兆赫波相關的研究，在國際間及國內都已展開，可以預期未來將兆赫波超高頻寬且與物質作用強的特色廣泛應用於如無人車、精準醫療、物聯網、和AI科技等生活及產業上。

另外，為解決目前5G通訊系統基地台涵蓋範圍的問題，從目前的蜂巢式架構的設置轉化為使用者中心架構的設置也無法避免，但使用者中心架構的設置基地台將會使通訊業者面臨如何取得基地台用地及基地台架設成本的問題，為解決這些問題將會另文介紹「假想化終端」及「類比RoF（Radio-over-Fiber）」等關鍵技術。

封面圖片來源：6G示意圖 at  https://www.ctee.com.tw/news/20230610700268-430502

參考資料來源：

1.圖1，第6代（6G）移動通訊系統的概要 出處：JEITA　Jisso技術ROADMAP専門委員會（2022年7月7日舉行的完成報告會簡報） at https://image.itmedia.co.jp/l/im/ee/articles/2306/15/l_mm230615_device02.jpg#_ga=2.142016242.1194576299.1710386850-835928254.1708401500

2.圖2第6代（6G）移動通訊系統，或是思考構成超越第5代（5G）移動通訊系統的各種關鍵技術 出處：総務省「Beyond 5G推進戦略―往6G的ROADMAP」、2020年6月公布 at https://image.itmedia.co.jp/l/im/ee/articles/2306/15/l_mm230615_device03.jpg#_ga=2.179745124.1194576299.1710386850-835928254.1708401500

3.圖3用於「6G」新的候補波段 出處：NTTDOCOMO白皮書「5G的高度化與6G」（2022年11月（5.0版））at  https://image.itmedia.co.jp/l/im/ee/articles/2306/15/l_mm230615_device04.jpg

4.圖4用於「6G」波段的開拓 出處：NTTDOCOMO白皮書「5G的高度化與6G」（2022年11月（5.0版））at https://image.itmedia.co.jp/l/im/ee/articles/2306/15/l_mm230615_device05.jpg

5.圖5「蜂巢架構」（左）與「使用者中心架構」（右）的不同 出處：KDDI、「Beyond 5G/6G白皮書」（2021年10月（2.0.1版）at https://image.itmedia.co.jp/l/im/ee/articles/2306/21/l_mm230621_device06.jpg#_ga=2.108903874.1194576299.1710386850-835928254.1708401500