行動通訊技術(shù)大約每10年就會進(jìn)化出一個新的世代，而Beyond 5G（6G）是否如預(yù)期地在2030年到來，或是會提早實(shí)現(xiàn)？ 6G終將建立一個新形態(tài)的社會生活體系。

全球終于即將開始全面的5G服務(wù)，但下一代的通訊技術(shù)討論也提前展開。全球先進(jìn)國家政府也先后的規(guī)劃關(guān)于次世代通訊技術(shù)的整體策略，例如日本在2020年6月即公布《超越5G推進(jìn)戰(zhàn)略—6G之路》，分析2030年代社會所需的技術(shù)和政策方向。

到目前為止，行動通訊技術(shù)大約每10年就會進(jìn)化出一個新的世代，那么接下來的6G，是否如預(yù)期地在2030年到來，還是會提早實(shí)現(xiàn)，并且在那時的社會中扮演什么角色？

COVID 19在全球引發(fā)前所未有的危機(jī)，也因?yàn)檫@樣的沖擊，對于人們的生活和工作的方式帶來一波新的革新潮流。因此，在未來還是會出現(xiàn)許多不可預(yù)測的風(fēng)險，包括新的傳染病大流行、自然災(zāi)害等，這可能使得在傳統(tǒng)方式下，如人員運(yùn)輸和面對面的拜訪式業(yè)務(wù)推動都難以繼續(xù)；因此無論喜歡與否，都會被迫改變?yōu)檫h(yuǎn)端工作，或其他遠(yuǎn)端工作的新常態(tài)，而且這樣的常態(tài)也變得越來越依賴數(shù)位技術(shù)。

在這種情況下，為了維持人們的生活和經(jīng)濟(jì)活動的順利進(jìn)行，創(chuàng)造一個徹底使用資訊通信技術(shù)（ICT）基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境。推廣Beyond 5G（6G），不僅是建立一個新形態(tài)的社會生活體系，也是面對With Corona/Post Corona時代的因應(yīng)策略。

未來無線通訊發(fā)展的指引

COVID 19的傳播危機(jī)或許是一個推動通訊技術(shù)進(jìn)步的助力，加快發(fā)展Beyond 5G準(zhǔn)備就緒，并提供強(qiáng)大且安全的ICT基礎(chǔ)設(shè)施。換個角度來看，Beyond 5G可以看作是一個指引，利用現(xiàn)有5G的同時，未來10年應(yīng)該可以發(fā)展出更多的通訊服務(wù)（圖1）。

在未來，融合物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間的CPS（Cyber Physical Systems）將取得巨大的進(jìn)展，從大量數(shù)據(jù)中創(chuàng)造新價值，在人們需要的時候，以最合適的方式提供他們想要的服務(wù)。

圖1 : 2030年6Ｇ的概想?6G將取得巨大的進(jìn)展，可以最合適的方式提供人們想要的服務(wù)。 （source：DIAMOND；智動化整理）

目前的5G具備了「超高速度和容量」、「超低延遲」、「超多可同時連接」的特色功能，這些特色將徹底改變使用物聯(lián)網(wǎng)和行動技術(shù)的工作方式。而6G將更進(jìn)一步加強(qiáng)這些特點(diǎn)（圖2），目標(biāo)是將5G性能的復(fù)雜度提高10倍。例如最大傳送速率為100Gbps，點(diǎn)對點(diǎn)的延遲小于1毫秒，每平方公里的設(shè)備數(shù)量，也將從5G的100萬增加到1000萬。并且還包括以下四個新特點(diǎn)，使通訊更加人性化和便利。

值得注意的是，6G不再被描繪成一種通信系統(tǒng)。 5G的主題是推動「工業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型」，而6G則定位為構(gòu)建新社會系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2 : 6G將更進(jìn)一步加強(qiáng)5G的特點(diǎn)，包括研發(fā)可被運(yùn)用的技術(shù)平臺，先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。（source：NEC；智動化整理）

6G在未來的四個新特點(diǎn)

首先是「自主性」。利用AI等技術(shù)，讓所有設(shè)備在沒有使用者的干預(yù)下，可以進(jìn)行自主合作連線（零接觸），創(chuàng)建一個立即滿足使用者需求的最佳網(wǎng)路，而不考慮是有線還是無線的環(huán)境。

第二是「可擴(kuò)充性」。終端和基地臺將可與不同的通信系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接，例如衛(wèi)星和高空平臺（high altitude platform stations；HAPS）。通過無處不在的基地臺，將終端等各種物體作為基地臺，各地的設(shè)備都能夠協(xié)同工作與相互連接，使通訊能夠在包括海洋、空中和太空等任何地方進(jìn)行。

第三是「超安全性和可靠性」。即使在用戶不知情的情況下，也始終確保安全和隱私，即使發(fā)生災(zāi)難或故障，服務(wù)也可以立即恢復(fù)而不會中斷。

第四是「超低功耗」。如果依照目前的數(shù)位化速度繼續(xù)下去，2030年IT相關(guān)產(chǎn)品的電力消耗，預(yù)計將是2016年的36倍。為了能夠應(yīng)對如此大的功耗增長，需要設(shè)法將6G的功耗降低到目前的1/100左右。

為了實(shí)現(xiàn)以上的新特點(diǎn)，需要大量的技術(shù)來支持，例如：

?THz（Tera Hz Frequency）：支持超高速、大容量通訊

?時空同步（Space-Time Synchronization）：支持超低延遲

?感測技術(shù)：支持大量同時連接

?全光纖網(wǎng)絡(luò)：支持超高速、大容量通訊、超低功耗

?低功耗半導(dǎo)體：支持超低功耗的技術(shù)

?量子密碼學(xué)：支持超高安全性和可靠性

?利用HAPS：支持可擴(kuò)充性、超安全性和可靠性

?完全虛擬化：支持自主運(yùn)作

?相容性介面：支持可擴(kuò)充性

HAPS打造平流層基地臺網(wǎng)絡(luò)

HAPS是一個無人駕駛飛機(jī)和飛艇系統(tǒng)，在平流層與空間的交接處飛行，向地面提供通信服務(wù)。平流層的高度為20公里，這個高度可以讓訊號很容易到達(dá)地面。

HAPS需要使用能長時間停留在平流層的無人機(jī)，并在飛機(jī)上配置一些重要設(shè)備。例如在機(jī)翼上安裝太陽能電池板提供動力，可以在自動控制下繼續(xù)轉(zhuǎn)動和飛行，以保持無人機(jī)持續(xù)進(jìn)行圓周飛行，并具有在空中停留6個月的能力。此外，也包括連接HAPS和智慧手機(jī)等終端的天線設(shè)備、連接地面固定站的無線通訊設(shè)備以及用于控制的Wi-Fi天線。

一個HAPS基地臺可以覆蓋直徑達(dá)200公里的區(qū)域，而傳統(tǒng)的地面基站僅能覆蓋直徑1公里的范圍（圖3）。即使在用戶很少的山區(qū)和海上，HAPS也能有效率地提供通訊服務(wù)。 HAPS在海拔20公里的平流層飛行，這是人類以前從未使用過的空域。由于這是一個難以使用現(xiàn)有設(shè)備操作的天氣環(huán)境，因此有必須要有特殊的設(shè)計來克服。

在較低的平流層，溫度大約是攝氏零下70度，雖然高度愈低，大氣壓力越低，溫度就會相對提高，但是卻不利于通訊。為了解決高度與低溫環(huán)境矛盾的問題，HAPS需要配備抗寒防護(hù)罩和小型加熱器，針對有必要的設(shè)備進(jìn)行加熱。

圖3 : 圖為HAPS所使用的2個頻率，而一個HAPS基地臺可以覆蓋200公里。（source：DIAMOND；智動化整理）

異質(zhì)網(wǎng)路技術(shù)之必要

在連接方面，非手機(jī)通信系統(tǒng)的融合和整合將加速。這是一個異質(zhì)網(wǎng)路（Heterogeneous network），利用各種固定和無線達(dá)到系統(tǒng)間無縫連線。就5G而言，目前正在發(fā)展將光纖和Wi-Fi等固網(wǎng)接入整合到5G核心網(wǎng)路中，但僅靠5G/6G是不可能覆蓋整個社會的。

在6G的規(guī)劃中，能夠根據(jù)各種應(yīng)用的要求，自動改變資源和性能的靈活性，以及處理大量數(shù)據(jù)的可擴(kuò)充性非常重要。從這個角度來看，可以想像成，與其把所有東西都放在行動網(wǎng)路上，不如透過在其他網(wǎng)路、邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施，甚至在云端的應(yīng)用等多元路徑來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

這在災(zāi)難發(fā)生時的恢復(fù)方面具有相當(dāng)大的助益，如果各種網(wǎng)路之間能相互補(bǔ)強(qiáng)，形成一個CPS神經(jīng)網(wǎng)路，那將是最理想的狀態(tài)。例如，在NTT的IOWN計畫中，正在研究開發(fā)出Cradio技術(shù)，使用戶能夠在無感的情況下使用適當(dāng)?shù)臒o線通訊環(huán)境，這項(xiàng)技術(shù)也將是6G的一個重要元素。

5G只是實(shí)體空間和網(wǎng)絡(luò)空間的連接器，而6G將基于再邁出一大步。隨時隨地可以連接兩個的相異通信網(wǎng)路，而AI和應(yīng)用的控制將被高度的整合，將通訊功能與計算處理緊密結(jié)合，為CPS中使用的各種應(yīng)用創(chuàng)造一個「推進(jìn)器」。實(shí)現(xiàn)跨越兩個空間的應(yīng)用的推進(jìn)器功能是6G的關(guān)鍵要素，但迄今6G的出現(xiàn)還只是一個概念。

6G制定進(jìn)度預(yù)估與即將實(shí)現(xiàn)的示例

2030年代6G究竟會為社會帶來什么？根據(jù)NTT DoCoMo于2020年7月發(fā)布的中提出一些應(yīng)用方向。

首先，超過100Gbps的超高速和大容量無線技術(shù)，將使新的體驗(yàn)服務(wù)等同于或超過真實(shí)體驗(yàn)的品質(zhì)。這種新的體驗(yàn)服務(wù)可在多個使用者之間即時共享，并發(fā)展出新的同步應(yīng)用，如網(wǎng)路空間的虛擬共同體驗(yàn)，或虛擬協(xié)同工作等。此外，在目前通訊服務(wù)未覆蓋的天空、海洋和太空等地方，可透過「超覆蓋擴(kuò)充」，進(jìn)一步擴(kuò)展人和物的活動環(huán)境，并因此創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)。

在網(wǎng)路-實(shí)體整合方面，6G的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)小于1ms或更短的超低延遲。這將大幅度推動即時、互動的人工智慧服務(wù)技術(shù)。例如可以在無人商店提供遠(yuǎn)程機(jī)器人客戶服務(wù)，在看到顧客臉上的表情后，以類似人類的方式做出反應(yīng)。 6G不僅會將大量的IoT設(shè)備連接到網(wǎng)路上，無線通訊網(wǎng)路可利用本身無線電波來感知現(xiàn)實(shí)世界，并實(shí)現(xiàn)小于幾厘米誤差的超精確定位。

預(yù)計ITU將在2022年左右最終確定6G的定義，而需求的審查和標(biāo)準(zhǔn)化很可能在2023年至2024年左右開始。目標(biāo)是2030年，但考慮到2019年5G商用，預(yù)計6G服務(wù)最早會在2028-2029年開始。

圖4 : ITU預(yù)計將在2022年左右最終確定6G的定義（source：Ericsson；智動化整理）

雖然6G或許需要到2030年代才會到達(dá)實(shí)際使用的階段，不過還有近10年的時間，或許技術(shù)的演進(jìn)可能會比預(yù)期的更快。另一方面，目前的商業(yè)環(huán)境正處于前所未有的不確定性環(huán)境，面臨新的冠狀病毒感染大流行，中美貿(mào)易摩擦導(dǎo)致地緣政治風(fēng)險增加，不可預(yù)測的天氣和自然災(zāi)害等情況。

在這種情況下，面對全球需求下降、供應(yīng)鏈分散、社會行為變化，和新競爭環(huán)境的出現(xiàn)，需要強(qiáng)化可因應(yīng)的能力，就像是透過使用5G來克服「2025年的懸崖」，同時推動數(shù)位轉(zhuǎn)型作為解決這些問題的基礎(chǔ)，為即將到來的6G時代作準(zhǔn)備。