當全球正力拼2019年啟動5G商用服務,位於北歐斯堪地那維亞半島的芬蘭(Finland)已經展開超越5G網路技術的研究了。不久前,芬蘭奧盧市(Oulu, Finland)邀請大批媒體記者前來體驗其針對6G網路所啟動的研究與工作進展,我當時立刻想到的是,我們連5G都還沒商用,又怎麼能談論6G呢?

不過,當我一到達奧盧市,就開始意識到那只是一種象徵——如同世界上其他地區一樣,奧盧市目前所展開的大部份工作都在推動5G、進行試驗以及尋找商業模式和使用案例。正如諾基亞(Nokia)供應鏈負責人所說的,該公司已經在全球各個城市出貨了數百萬套Airscale無線接取平台,用於5G網路的安裝。

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芬蘭奧盧市(Oulu, Finland)鳥瞰圖(來源:EE Times)

然而,除了今天可能實現的行動網路之外,還必須要有一個關於下一步的方向與願景。這將意味著未來的一些出路,以及一個可望有助於獲得研究資助的象徵。

Ari Pouttu
Ari Pouttu

奧盧大學(University of Oulu)無線通訊中心(Center for Wireless Communications)可信賴無線技術教授Ari Pouttu說:「這應該稱為5G長程演進(LTE)還是6G?」他說他們很不得已地決定了6G這個名稱,而結果是為其旗艦級6Genesis計劃贏得了未來八年超過2.5億歐元(約2.91億美元)的資金。

這項計劃稱為「6Genesis—支援6G的無線智慧社會與生態系統」(6Genesis — the 6G-Enabled Wireless Smart Society & Ecosystem),專注於無線技術的發展、探索5G通訊技術的實施以及發展可能的6G標準。其主要目標是透過進行具有測試網路的大型試點,支持業界將5G標準導入商業化階段,並進一步探索6G可能需要的基本技術元件發展——無論是任何可能,瞄準無線連接等領域和分佈式智慧運算。除了人與人之間的溝通,該研究還將側重於裝置、流程和物件之間的通訊。 5GTN_uOFOULU

芬蘭奧盧大學(University of Oulu)

近乎即時的連接能力

這確實是有關學術界跳脫框架的想法,並思考2030年的願景。6Genesis計劃由奧盧大學與諾基亞、芬蘭VTT技術研究中心(VTT Technical Research Center of Finland)、阿爾托大學(Aalto University)、Business Oulu和奧盧應用科學大學(Oulu University of Applied Sciences)共同合作。

Pouttu教授描述該計劃未來八年的願景:掌握「近乎即時」(near-instant)且毫無限制的無線連接對於資料導向型(data-driven)社會的影響。這意味著必須考慮到無線連接、元件與電路以及分佈式運算的要求,從而在無線連接無處不在的社會各領域,滿足對於人工智慧(AI)相關應用的期待。

Pouttu說:「人與人之間已經互連了,因此,5G或6G的承諾將是連接更多物件。從延遲來看,5G的近乎即時連接仍未完全解決:對於某些[時間要求嚴格的]應用而言,毫秒(ms)級的延遲還不夠好,因此還有很大的潛力可以升級通訊能力。」

Pouttu補充說,當您開始需要處理大量資料時,一開始就能達到TB/s級的通訊速率。而當增加數據速率時,需要同樣提高頻率——其範圍從100GHz直到Terahertz (THz)頻率。

Pouttu說:「為此,由於無線訊號無處不在,距離將因此縮短。我們將需要開始尋找提供空中傳輸(OTA)通訊的全新方式。這可能意味著超寬頻無線還是OFDM的復興?」

Pouttu表示,已經有人認為未來10年每個人將有1,000個無線電。當您進入這個領域時,元件和電路技術將成為重要主題,也可能需要對於材料科學的新思考。

該計劃所關注的一個研究領域是滿足更多資料導向的近乎即時連接能力需求所需要的「行動邊緣智慧」。分佈式運算將變得更加重要,尤其是多接取行動邊緣運算。

Pouttu指出,許多運算都將在邊緣完成,目前的手持式裝置本身即已完成了大量建模。例如Apple最新推出的iPhone手機,即可看出這一趨勢已經發生在A12仿生晶片了。

奧盧大學無線電工程教授Aarno Parssinen表示,開始思考下一代技術非常重要,因為技術可能需要很長時間才能發展成熟。他說:「我們的開發時間表就不是以季來算——對我們來說,10年其實已經算是短的時間架構了。」

Aarno Parssinen
Aarno Parssinen

Parssinen說:「如果你觀察毫米波(mmWave),它最初的基本原理可能是在2000年左右的時間完成的,但是業界一直到10~15年後才算開發到成熟的程度。即便如此,5G mmWave在實施上還比它困難10倍。相同的基本原理可能適用,但其尺寸會越來越小。隨著天線變得越來越小,周圍的電子元件越來越多,到了THz級通訊時將變得更加困難。」

Parssinen還說目前我們還沒有充份的電晶體技術得以因應THz頻率挑戰。

針對未來的5G和6G開發,Parssinen表示感興趣的區域將從100GHz到1THz。其間將有如此多的頻率可用,因而可能包含龐大的資料量。資料的密集不僅出現在資訊技術中,同時也發生在無線傳輸。

Parssinen說:「我們必須提出一個有效的解決方案,讓這些頻率合理且實際可用。我們需要做一些尚未真正完成的事情。但那就是科學的目的。目標就是在可讓電波天文學(radio astronomy)和其他科學或一些非常嚴苛的應用取得重大進展的頻率上創造新事物。現在,重點是將其用於價格合理的小型裝置商用化,以及如何讓無線電訊號在此環境中傳播。」

因此,無線電、電子元件和材料,將成為未來8年該計劃面臨的巨大挑戰。

5G測試網路

但在6G實現之前,還得先著眼於即將推出的5G網路。這也是該計劃工作的重要部份,其中包括由奧盧大學和VTT營運的5G測試網路(5GTN),並由諾基亞及其核心網路產品提供支援。目前還有大約25家合作夥伴也參與這項計劃贊助。

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共同資助芬蘭奧盧5G測試網路的合作夥伴

5GTN理論上是5G研究的驗證平台,同時也是合作夥伴研發和試驗的測試台,合作夥伴可以使用其技術以及保健和公共服務。該測試網路位於大學的中心位置,企業可以使用其SIM卡連接至該網路。這讓產品開發人員可以存取網路上的所有功能和介面,以測試其技術原型,同時讓想要試用服務的其他企業也能從利用5G網路中受益。

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芬蘭奧盧市的5G測試網路

該網路架構使用3GPP指定的演進封包核心元素和LTE無線接取技術,並特別強調基於小型基地台(small cell)的解決方案。5GTN計劃團隊還可提供頻率授權。它目前有許多項目正積極進行中,包括照護、保健和健身、家庭數位醫療(e-health)、媒體製作和發行,以及使用5G的諾基亞自動化工廠。

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可用於存取奧盧大學5G測試網路的SIM卡

6G離我們還有多遠?

當我們知道5G還有很多工作尚待完善之際,有人已經開始在談論6G,這很容易讓人抱持懷疑態度。曾經在西班牙電信公司(Telefonica)任職長達17年、目前是英國政府國際貿易機構的首席科學顧問Mike Tele說:「我認為現在討論6G只是一種轉移注意力(red herring)的方式,至少在2020-2022年之前都不值得太過於投入。我們現在需要的是先看看5G客戶的真正需求然後推出5G。」

然而,世界各地已經在為下一代網路各方面展開工作了,科學家和研究人員也已經在思考這些挑戰,因為它是必須在某個時間點之間及時展開的任務。例如,據悉中國已經在去年底開始研究下一代行動通訊——即6G了。此外,國際電信聯盟(ITU)還有一個焦點小組,負責研究前進2030年的下一代網路之骨幹技術。半導體研究聯盟(SRC)則設有融合THz通訊和感測中心(Center for Converged Terahertz Communications and Sensing),致力於開發未來的蜂巢式基礎設施,為終端用戶提供1~100Gb/s的速率,以及具有100~1,000個同步獨立調變的波束和數十個Tb/s的中心容量。

Pouttu接著說,這只是人類對於一項技術任務的好奇心。「找到更好的辦法來完成任務。不要擔心應用或業務——因為還有其他人也這樣做。我們是工程師,總是有著好奇心。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:5G is Just Rolling Out. So What's 6G?,by Nitin Dahad)