<p>5G 網路已帶來高速率、低延遲的革命性改變，6G 將如何在這樣的基礎上實現更進一步的「沉浸世界」？無線電訊號的死角問題、更精細的成像和區辨功能，又面臨著什麼樣的挑戰？一起來探索除了「很快」之外，6G 背後藏著什麼樣的祕密武器！</p>
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<p><span style="font-size: 20px;"><strong>6 個關鍵，快速拼起你對 6G 的想像</strong></span></p>
<p>據國際電信聯盟（International Telecommunications Union, ITU）官方新聞稿，6G（6ᵗʰ generation wireless systems，第六代行動通訊系統）將包含 15 項核心功能，其中9項直接繼承自現有的 5G 技術，因此可視為 5G 技術的延伸。它的發展方向，主要體現在一些應用場景中：</p>
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<li><strong>沉浸式體驗：</strong>提供高品質的互動影音多媒體，消弭實體與虛擬的界線。</li>
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<li><strong>低延遲且可靠的通訊：</strong>支援像是遠端醫療、智慧工業、能源和電網管理等需求，確保數據傳輸的可靠性和即時性。</li>
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<li><strong>將連接能力做到普及：</strong>尤其是在農村和偏遠地區，旨在減少數位鴻溝，提供更廣泛的網路覆蓋。</li>
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<li><strong>大規模的通訊與應用：</strong>擴大物聯網（IoT）在智慧城市、交通系統、健康、農業、能源及環境監測等領域的應用。</li>
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<li><strong>結合人工智慧：</strong>支援 AI 驅動的應用程式，促進自動化並提升決策效率。</li>
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<li><strong>整合多維感測技術：</strong>改善輔助導航和高精度定位，提高物體探測、定位、成像和繪圖的能力。</li>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2024/06/6-1_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">6G 發展的一大看點，便是做到更大範圍的覆蓋，縮短網路的城鄉差距。</div>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>站在 5G 的肩膀上，6G 兩大重點發展方向</strong></span></h2>
<p>上述這些，都會在現有 5G 系統的基礎上，往兩個方向擴展開來。首先是增加使用頻段，也就是在 5G 系統原有的 <span data-component="tippy" data-content="即初階的5G技術（Sub-6），僅增加頻寬（也就是通道寬度）來提升傳輸速度，但頻率並未提升，被電信商視為5G商轉成功以前降低成本的方案">FR1（頻段在 6GHz 以下）</span>與 FR2（介於 24~52 GHz之間，俗稱毫米波）下，再增加 FR3（介於 7~24 GHz之間，又稱上中頻）以及太赫茲頻段（大於 100 GHz）。國立中山大學電機工程學系教授洪子聖接著向我們解釋第二個方向，即整合人工智慧、低軌道衛星、可重構智慧表面（reconfigurable intelligent surface, RIS）和通訊感知一體化（joint communication and sensing, JCAS）等最新科技。</p>
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<p>原本 5G 的到來已囊括高速率、低延遲、多連結三大特點，而未來 6G 又增加許多可用頻段，讓 5G 系統能在這些特點上實現更真實的虛擬體驗。加入非地面網路（Non-Terrestrial Networks: NTNs）涵蓋高山與海洋等偏遠地區之餘，洪子聖教授也特別強調 RIS 和 JCAS 的好處。「有了 RIS，6G 得以有效減少通訊死角，而 JCAS 也可協助我們更好地感知周圍環境、人體動作，進而實現隔空操控。」</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>訊號不再為視線死角所苦：可重構智慧表面的莫大助力</strong></span></h2>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2024/06/6-2_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">透過 6G 系統與 RIS 整合，未來訊號不再受視線死角所苦。</div>
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<p>「想像一下，傳播環境往往受到地形、地貌的限制，而現在我們可以對傳播環境做出『定製』了！」國立中山大學通訊工程研究所教授溫朝凱如此形容 RIS（可重構智慧表面）的絕妙之處。</p>
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<p>面對環境中遮蔽物所形成通訊死角，解決方法之一便是藉由反射將電磁波引導到「非視線區域」（non-line of sight, NLOS）。然而，「根據物理反射定律，入射角必須等於反射角，因此無法自由調整反射角以將訊號準確引導到特定的、需要改善通訊品質的 NLOS 區域。」洪子聖教授解釋。反觀採用超穎表面（metasurface）設計的 RIS，由於具有調整反射角度的能力，而成為受到青睞的解決方案。「透過調整智慧表面上的單元，可以使智慧表面猶如鏡子反射光線一般，把電磁波反射到訊號比較差的地方……在提高覆蓋率和通訊品質的同時，還能省下不少經費、降低基地台的密度。」國立中正大學電機工程學系特聘教授張盛富進一步解釋 RIS 在實務上的種種好處。</p>
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<p>將 6G 系統與 RIS 整合的最大優勢，可不只是調整反射訊號的角度、改善特定非視線區域的通訊品質。洪子聖教授補充，它還能「控制反射訊號的幅度和相位，藉以增強或抵消視線區域內的特定訊號，達到增強訊號或抑制干擾的目的，從而提高網路效能。」溫朝凱教授與洪子聖教授皆認為，這種低成本、低能耗的裝置相當利於普及，且其「通常採用平面式造型，適合安裝在各種牆面上」的有利部署特性，也讓未來建築物或路燈柱等皆能作為改變傳播的裝置，讓訊號不再受視線死角所苦。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>虛實合一的關鍵盟友：通訊感知一體化</strong></span></h2>
<p>另一個 6G 技術在未來道路上不可或缺的一環，就是 JCAS（通訊感知一體化）。洪子聖教授介紹，這是透過共享頻譜和硬體資源，把通訊和感測功能整合起來，以相輔相成的方式支援新型應用的服務。</p>
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<p>我們可以從兩個角度去看待這種相輔相成的效果。首先是以通訊輔助感測，例如利用高覆蓋率的通訊訊號進行感測，以實現對環境、交通和健康等項目的監測服務。另一方面則是以感測輔助通訊，也就是通訊系統利用感測數據了解周圍環境，及時做出調整，以適應不同的環境條件，從而提高通訊效能。</p>
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<p>鑑於 6G「消除實體與虛擬界線」的目標，可以想見將通訊與感知合而為一的概念，對於實現 6G 系統有多重要。傳統上這兩者都是獨立運作，但在JCAS的整合下，6G 系統將能發揮遠超當前水準的環境感知與服務支援能力。「有了 JCAS 的 6G 系統，就能支持更多新型的應用場景，像是 AR、VR、智慧家庭和健康照護等。」洪子聖教授如此描述。</p>
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<p>張盛富教授進一步以智慧交通為例：「車輛需要與各種基礎設施和其他車輛溝通、共享交通狀態和路況，而 JCAS 可以將感知得到的雷達、鏡頭、定位等資訊與通訊功能整合，實現車輛間的快速通訊，提高交通系統的效率與安全性。」種種可能性，都讓人不禁期待這個智聯萬物、更加便利的世界趕緊到來。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>太赫茲頻段：更高的解析度，更精準速度感測都靠它</strong></span></h2>
<p>說回 6G 本身，無論 RIS 還是 JCAS，何以要等到 6G 才開始進行？難道 5G 不能嗎？事實上，6G 採用「太赫茲頻段」的電磁波訊號是個關鍵，讓這些技術的結合可以實現得更順暢、更理想。</p>
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<p>洪子聖教授拆解其中奧祕。「無線感測的解析度與波長成正比，而使用頻率更高、波長更短的電磁波，感測效果也會大大提升。」他進一步解釋：「當 6G 系統採用太赫茲頻段的訊號時，諸如定位或成像等感測應用，都能實現公分甚至毫米級的解析度，比 5G 系統的室內定位功能來得更精準。」除了高解析度的優勢，洪子聖教授也提及 6G 技術在感測物體移動方面的獨特潛力。「物體移動引起的<span data-component="tippy" data-content="此為當物體相對於觀察者移動時，其所發射的波在頻率或波長上會發生改變。救護車或警車的警笛音頻變化、恆星與地球因距離變動使顏色看來不同，都是都卜勒頻移的典型範例">都卜勒頻移（Doppler shift）</span>與電磁波頻率呈正比。也就是說，使用高頻率的電磁波，將有助於準確感測物體的移動速度，慢速移動者尤為如此。」</p>
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<p>無論是「毫米到公分等級」的高解析度成像，還是偵測「每秒毫米至每秒公分等級」的慢速移動物體，這些需求經常出現在醫療照護、無人機、AR／VR、手勢識別等領域。由此可見，6G 所用的太赫茲頻段不單只是物理上的高頻意義，其背後蘊藏的巨大潛能，也為我們開啟嶄新的生活場景。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>6G 進程，目前到哪了？</strong></span></h2>
<p>隨著行動通訊技術不斷演進，6G 的概念和發展方向也日漸明朗。本來，「各代行動通訊發展初期，有關新一代技術的想法和定義，就往往是自由發揮的。」溫朝凱教授向我們帶出這樣的前提。不過，目前ITU也已將6G的框架和技術規範詳細記載在「IMT-2030 框架」（IMT-2030 Framework）建議書 ITU-R M.2160 當中，顯然有了明確的進程。</p>
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<p>他繼續向我們透露，「各大公司和行業協會，預計將於 2027 年向 ITU 提交新的無線電介面技術提案，而 ITU 無線電通信部門的工作小組也會在 2030 年，對這些提案進行最終審議和批准。」</p>
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<p>6G 標準化和研發的工作，近年已如火如荼展開，可望改變人們的社群互動方式與生態。除了 AI、衛星、邊緣運算等的整合，RIS 與 JCAS 技術的引入，也將帶來無死角覆蓋和高精度環境感知的好處，讓擴增實境、虛擬實境等應用更加貼近現實。期待 6G 商轉進程一切順利，相信定能帶來「觸手可及、身歷其境」的全新未來體驗！</p>
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<p>（客座總編輯｜中興大學電機資訊學院 楊谷章院長；研究顧問團隊｜ 國立中正大學電信研究中心張盛富教授、國立中山大學電機工程學系洪子聖教授、國立中山大學通訊工程研究所溫朝凱教授；責任編輯｜曹盛威、趙筱文）</p>
