万物联网带宽需求大增 产学携手迎向智能网络时代

在政府决定放弃清零政策与病毒共存后，2022年5月以来台湾疫情升温，所幸绝大多数确诊者为无症状和轻症。为避免员工染疫，许多产业及公司纷纷采取分流上班和居家工作(WFH)，至于会议则尽可能采取在线方式，避免实体接触的传播风险。展望未来无线网络将进入太赫兹(Tera Hertz)的时代，科幻电影才有的沉浸式3D立体影像视讯会议将会成真，现在台湾已有许多专家都正朝这个目标努力中。

科技部不久前发出「6G前瞻学术研发中心先期规划计划」的徵求公告指出，全球移动设备供应商协会(GSA)预测5G连接数占总连接数将由2021年的8%，提升至2025年的25%。国际标准组织如国际电信联盟(ITU)、3GPP已持续规划B5G(Beyond 5G) / 6G时代的通讯技术标准，台湾也应该发展6G技术及系统发展雏型，因此科技部祭出重金补助，号召学术界的菁英共同投入6G相关技术研发。

6G移动通讯有几个特性，包括超高速、低延迟、高可靠度、高移动性，更有智能。预期将来6G上路，将会产生对人类的社会、经济、学术发展影响深远的创新应用。因为6G移动通讯可以做到需要全自动化零接触、联网终端设备无所不在、极低耗能、极度安全与韧性的客户要求。至于延展实境(XR) 在医疗、工作、及娱乐等各领域的应用也将逐步浮现。

业界则认为，6G可能有4种应用。其一是结合类神经网络系统，实现物联网装置的智能化；其二是结合传感技术和机器学习；其三是在工业制造的大规模垂直应用，如工业4.0+，乃至于工业5.0；其四是更广泛的高速网络，可实现比AR更逼真的体验，让科幻电影的情节真实上演。

台大电机系教授廖婉君正在执行6G网络沉浸式XR创新应用网络资源管理的核心技术开发，就是利用6G和XR跨层设计技术来增进网络资源使用效率。

6G更强大　技术挑战亦不小

根据专家研究，由于无线通讯使用量大增，但可用的频谱并没有随之增加。以物联网(IoT)装置而言，2017年只有60亿台，到了2022年则超过160亿台。所以采用新技术、新天线、甚至是开放网络架构，都可以是解决的方法。

科技部工程司选出五大重点优势技术选题，包括中频高频段MIMO多天线系统、符合绿能目标之3D网络通讯、融入环境之新形态无线技术、高速光网络自主技术、开放网络架构雏型系统等。这些都是台湾学研界有经验，可持续突破的领域。

这五大重点优势技术选题中，放网络架构雏型系统指的就是台湾网通厂正在做的Open-RAN；至于MIMO多天线系统、新形态无线技术也都有学界、法人和业界的共同参与。较新奇的是结合低轨卫星(LEO)、无人机(UAV)和地面接收站连结的3D网络，和可见光通讯(如利用LED灯泡发出白光做高速传输数据)。

这些在可预见的未来都会愈来愈成熟，例如NTT、富士通(Fujitsu)、中华电信等移动通讯厂商，已组成创新光学和无线网络联盟(innovative optical and wireless network；IOWN)，要为市场需求预作准备。学界如台湾科技大学电子工程系讲座教授李三良，也投入高速雷射光源(High-SpeedOptical Networking)的研发。

众所周知SpaceX的Starlink在乌克兰对抗军侵略时发挥作用，而台湾也有不少厂商是Starlink供应商。像这种「非地面网络」(Non-terrestrialnetworks) 、高空平台电台(High Altitude Platform Station；HAPS)等新应用已经商业化，未来如何做到空中通讯酬载与地面通讯设备的完美系统整合(Space-Air-Ground Integrated)，而且还要满足低功耗，符合绿色环保的目标，就要考验工程专家的能力和智能。

国家通讯传播委员会(NCC)委外研究指出，B5G、6G以高涵盖、高密度、高带宽、高可靠、高精度与高智能等特色为愿景，卫星通讯与地面网络的整合亦是受瞩目焦点。该研究认为政府应注意相关频段释出规划、干扰协调情形，并且关注国际6G设备成熟度、产业生态系与商业模式发展情形作为台湾的政策参考。

技术布局　学研界多管齐下

要走到下时代无线网络的世界，并非满足科技部选出的五大重点优势技术选题就所向无敌了。毕竟许多电机、电信、通讯、信息领域的专家也有自己的创新构想，主动探寻可能的技术，说不定也有机会成为6G，乃至于7G的技术核心。

例如阳明交大网络工程研究所教授林靖茹，想要提升无线通讯与核心网络效率，利用新颖的微型神经计算棒(Neural Compute Stick；NCS)结合交换机封包转传能力，实现交换机内神经网络推论(Intra-Network Inference；INI)，创造出具有AI运算能力的软件定义网络平台(Software Defined Networks)。

此外，每个基站的天线数量不断增加使网络管理更具挑战性，林靖茹也投入云端无线接取网络(Cloud Radio Access Network；C-RAN)相关研究，可灵活分配前端无线电资源并减少无线电之间的干扰，从而提高整体系统容量，更有效地利用有限的频谱资源，以实现下一代网络的优势。

由于6G无线网络可大幅改善元宇宙、智联网、智能城市、全像影像传输等效能，清华大学电子工程研究所助理教授杨尚桦的太赫兹核心元件研发也在进行中。据其提出的研究方向，未来可用于非接触式传感并与其他传感模块结合，有助于半导体检测、工业检测、气体监测、化学探测、精准医疗、转译农学、生化机构等相关研究。

空中基站通讯及网络技术，是目前无人机产业所欠缺的。运营商所开发的无人机基站(Drone Base Stations)，仍然仅限于定点区域的紧急救难通讯应用，并没有以整体移动通讯网络之系统面之观点。因此逢甲大学信息工程学系助理教授赖传淇、王莅君等人，思考如何以AI技术将现行地面通讯系统结合多无人机基站，提供更弹性、自动化与智能化的B5G，甚至6G之移动通讯服务。

除通讯技术与系统设计外，台湾也没有忘记高频半导体元件、高电子迁移率晶体管(High electron mobility transistor；HEMT)未来在6G的庞大应用潜力。

台大电机系教授、工业技术研究院副总暨资深技术专家吴志毅带领团队在科技部「A时代半导体计划」的经费支持下已聚焦B5G / 6G 超高频元件领域，开发从元件、IC设计、封装、测试到系统应用的关键核心技术。将发展大尺寸晶圆超高频元件制程，以提升三五族与矽半导体产业制程之研发。

根据吴志毅提出目标，工研院光电所未来将会研发超高电导率磊晶技术，完成符合半导体制程标准之高导电度、高均匀8寸矽基氮化镓(GaN on Si)磊芯片，同时透过超高频晶体管与模型技术研发320GHz超高频元件及整合低热阻PA封装、天线阵列、低损耗与高效能EMI复合材料，发展超高频模块材料与封装散热技术。

而对于花大钱竞标执照、买昂贵核心网络设备的5G电信营运商而言，其共同的疑问是5G不够好吗？为什麽政府和学界要急于投入6G研发？

清华大学通讯工程研究所教授祁忠勇的研究发现，5G从基础通讯理论到工程实施仍有许多技术挑战，例如增强移动宽带场景之服务性能像细胞容量、频谱效率和涵盖范围等，都依赖于实际考量下的大规模MIMO基站之实现成本、回传链路容量限制、非完美通道信息。因此高计算复杂度将成为干扰和资源管理的瓶颈。

总之，人类对宽频的需求永无止尽，无线通讯技术的演进将让更多创新应用有机会诞生，创造更多的商业与工业应用的可能。台湾作为国际无线通讯零组件与开放平台设备供应链的一员，相信在产学研共同携手下，有机会在6G时代扮演更重要的角色。

责任编辑：朱原弘