從6G發展看人類科技趨勢

一、6G劃時代的意義 

    從歷史上看，科技決定一個國家甚至民族的興衰，清朝飽受列強欺凌，除了政治腐敗外，科技落後是一個很重要的原因。以台灣和韓國做比較，韓國的科技遠勝過台灣，除了發展核電科技賺得盆滿缽滿外，不像台灣只能花鉅款向美求軍購，韓國已是武器出口大國。台灣唯一拿得出手的就是台積電的半導體產業，而在美國虎視眈眈下，台灣很難保住此項科技。而對岸的中國大陸不知不覺已走入世界高科技前列，科技進步即是國力強大，無怪乎老美處處以中共為敵，因為歷史的感覺讓人對中美爭霸的最終結果已了然於胸。中國大陸的“十四五”規劃充分展示了中國發展高科技的雄心，該規畫闡述了中國將在未來五年投入資源的多個“前沿”科技領域。包括新一代的人工智能、量子信息、集成電路、腦科學與類腦研究、基因與生物技術、臨床醫學與健康、太空、深海與極地探測等。中國希望在高端芯片、操作系統、處理器和雲計算等領域取得突破，併計劃把5G網絡的用戶普及率提高到56%。中國已經在積極研究6G技術。為了實現目標，中國未來五年全社會研發經費投入年均增長要達到7%以上，目標顯而易見，中國想要在下一代科技取得領先地位。這些科技將決定未來幾十年乃至更長時期的經濟和地緣政治領導地位。如北斗導航組網成功，標誌著中國作為世界大國的地位及能力進入一個新階段。另一個劃時代的科技進步就是6G通訊的發展。 

從1G到5G的移動通信發展，已巨大的改變了人類的生活。1G解決了偏遠地區的通信問題，2G進入數位通信時代，除可傳輸語音還可傳輸短信；3G進入資料通信時代，手機更加智慧化；4G帶來移動互聯網包括衛星定位、社交網站、移動電子商務及移動支付等；5G則是大頻寬、低時延、廣聯接；而6G將實現更好的應用，達到超高頻寬，極低時延，網絡密集度和覆蓋範圍大大提高，整個有線、無線網絡結構都將發生巨大變化。6G將可與保密通訊的量子計算相結合，形成量子聯網網路。如果量子計算技術得到大規模應用，將串聯整個物聯網，利用6G超快的網絡連接速度配合超快的雲端數據中心進行超高速計算。中國由政府主導高調的宣佈6G的研發，背後含有6G對國家戰略的重要高度，中國大陸在1、2G時代無法生產通訊裝置，只能完全靠使用歐美產品；到3G時代，慢慢將華為等國產裝置商培養起來，到4G時代則和歐美廠家並駕齊驅，並且產品的高性價比逐漸佔有全球市場份額。而5G時代的競爭已非企業和企業間的自由競爭，而是國家與國家間的競爭。面對未來6G時代的到來，中國大陸早已蓄勢待發，成功發射了全球首顆6G試驗衛星電子科技大學號。6G時代將影響全人類生活， 無人駕駛科技將大行其道是其中一個例子。 

二、6G的內容及發展 

    人類行動通訊已經歷了5個技術迭代，但本質上離不開地面光纖+無線基站兩部分。由於從1G到5G，無線頻率越來越高，速率越來越快，使用者越來越多，地面光纖+無線基站的模式變得越來越臃腫，因此6G技術才應時產生。6G改變了5G之前的地面光纖+無線基站，而是採用衛星和地面使用者通訊的革命性變革。採用衛星通訊的優點是訊號難被遮擋，衛星覆蓋範圍比地面站大很多，但6G缺點是成本高。6G網路是太空衛星網路、電信業者、區域專網、甚至聯網裝置間的連結，其快速且穩定的連線品質可支持巨量數據運算的服務。美國軍方支助了特斯拉CEO馬斯克的“星鏈計劃”研發，星鏈計劃的技術可以升級到6G衛星中使用。台灣太空中心也在今年初宣布啟動低軌衛星發展計畫，希望藉由衛星通訊計畫帶動台灣的衛星供應鏈的發展。6G是以5G網路為基礎再加上衛星的新連結技術，開放民營後隨著網路需求爆發讓低軌衛星服務越加普及，讓未來的6G網路將從過去多半僅是電信業者之間的網路頻段相連，升級為電信業者、區域專網、再加上衛星業者的網路服務，讓多樣性的電波頻段之間彼此互連，讓人們有快速且更加穩定的網路品質。 

 6G網路有包含衛星網路，從而擴大了訊號的覆蓋範圍，對於偏遠、難以到達、或搭建基地台費用高昂的地區，都將同樣享有快速穩定的網路品質。目前的通信技術標準只能提供連接和數字化能力，而6G則是將兩者加強，與智能化發展相結合，能夠同時提供計算、存儲、通信一體化服務。中國以國家的名義高調宣佈6G的研發，因為中國具備火箭、衛星和通訊的技術能力，中國已經啟動了物聯網星座的組網應用工作，6G在5G的基礎上，將實現由萬物互聯到萬物智聯的躍遷，將持續提升人們的生活品質。科技界指出，5G技術雖然將網絡時延降至毫秒級，仍未足以應付無人駕駛及虛擬實境的應用，預計要到6G年代，才可實現人與立體影像即時互動。此外，人工智能科企須即時上傳高成像影片進行分析，而5G上傳速度難以應付，只有通過6G才能實現智慧城市的構想。採用6G技術，訊息時延將進一進降至微秒級，令人有如親臨現場的感覺。人工智能企業在收集數據時，如只是傳送單一鏡頭拍攝的影像，5G勉強可以應付，若鏡頭多於一個，則難以負擔。由於6G的頻寬及速度將較5G大幅提升，可以實時傳送影像至中央系統進行分析，更有利於實時監察。5G的毫米波波段若達30GHz，已較現時普及的4G 傳輸速度快數十倍，若6G再推進至100GHz，將快一百倍。6G可助醫護人員傳送病歷速度大增，醫生手術期間亦可輔以儀器觀看三維圖像，令手術更精準。政府近年推動以物聯網結合AI等技術建構智慧城市，6G出現後可促進智能車聯網的發展。6G將進一步縮短通訊的時延可提升安全度，因為如果所有車均無人駕駛，必須在短時間內知道周邊物件是否正接近。由於6G是首個將無網絡由地面覆蓋至天空的概念，日後乘坐飛機時亦可使用網絡，有了6G的衞星網絡，無人機、無人駕駛的空中計程車均可實現。 

三、中國的6G發展 

    當5G商用還在發展時，中國已率先部署6G科技以佔據領先地位。中國工信部部長肖亞慶表示，6G通訊技術的演進方向與技術路線已提前規劃部署，會在5G茁壯的成果下延續6G發展。肖亞慶稱中國5G部署已領先全球，基地台總量還超過142.5萬座，實際連接用戶數超過5億，並應用到北京冬季奧運中。目前中國已取得6G相關專利申請上的領先，日經亞洲評論與日本調研機構在2021年9月的報告指出，全球約2萬項的6G專利申請中，中國占40.3％領先全球，美國以35.2％居次。中國專利申請多與基礎設施有關，華為等企業是主力，三大電信商2022年初同樣發展6G技術，中國電信著眼衛星網路、中國聯通發展算力研究，目前中國衛星網路還在發展初期，但未來有望成為6G移動通訊的重要發展方向，而中國衛星網絡集團有望成為該領域的主力軍。中國移動也聚焦人類通訊、機器通訊等多項6G應用場景。開源證券報告表示，未來6G可能主要應用於沉浸式雲端XR、普惠智慧、通訊感知、智慧交互等領域。近些年來中國在信息技術領域的發展速度快速增長，中國加速6G發展讓西方科技封鎖失敗，目前6G仍處於開發階段，其傳輸能力可比5G提升100倍，延遲也可以從毫秒降低到微秒級。華為公司在這一領域投入了大量的資源，該企業擁有超過700名數學家、八百多名物理學家以及120名化學家，工程師數量更是超過6萬名，有這些資源才能突破美國對其進行的技術封鎖。 

   2020年11月6日，中國大陸成功發射了全球首顆6G試驗衛星電子科技大學號，該衛星搭載了太赫茲衛星通信載荷，將在衛星平台上建立收發鏈路並開展太赫茲載荷試驗，這也將成為太赫茲通信在全球的首次技術驗證。太赫茲（THz）波比收音機無線電波及微波的頻率要高、所以脈衝短、穿透性強，但比X光、紫外線的頻率低，所以其能量不會傷害人體。太赫茲通信具有頻譜資源豐富、傳輸速率高、易實現通信感知一體化等優勢，是6G的關鍵技術之一。電子科技大學號衛星將應用於智慧城市建設、防災減災、國土規劃、環境保護、重大基礎設施建設監測。中國在研發6G技術時，能夠循序漸進按照以往的經驗進行研發，而美國為了實現對中國的快速超越，決定跳過這一階段，直接進行6G技術的研發，關鍵技術和研發經驗的缺失，將會導緻美國在這一領域遇到非常多的困難，並且難以將其解決。位於江蘇南京的紫金山實驗室日前發布了一項最新實時無線傳輸通信系統，創造出目前世界太赫茲無線通信最高實時傳輸紀錄。紫金山實驗室此次集聚優勢力量搭建了國內領先的光子太赫茲實驗環境，經過3年多的攻堅克難，首創了光子太赫茲光纖一體融合的實時傳輸架構，實現了單波長淨速率為103.125Gbps、雙波長淨速率為206.25Gbps的太赫茲實時無線傳輸，通信速率較5G提升10到20倍。 

四、大國競爭及其他國家發展 

    不少國家已經開始了6G網絡的研發，美國等西方國家更是希望通過6G網絡的研發來實現比中國5G技術更加強大的技術水平，進而讓自己在技術上對中國擁有代差，然而事實的發展卻出乎美國意料之外，除了5G技術領先歐美之外，中國在6G技術的研發之上同樣位於世界前列，中國擁有6G專利申請超過美國的優勢。由於美國政府對華為實施制裁，預計中國 6G 發展的步伐將放緩，但中國通過動員國有企業和學術機構仍保持了其競爭力。關於 6G 標準化的討論預計將於 2024 年開始，由於擁有大量專利，預計中國將有重要話語權。《全球政治中的俄羅斯》雜誌刊文稱，“中國製造2025”計劃表明中國不僅要全面掌握現代先進技術，而且要主導未來工業的決心，以及為實現目標投入巨資的意願。中國企業掌握了最現代的技術，包括可再生能源、電動汽車、高速鐵路等技術。今天中國是一個巨大的市場，有越來越多的快速發展的公司。龐大的生產基地可以讓許多員工接受複雜技術的培訓。得益於華為在移動網絡設備方面的優勢，中國在 5G 部署方面處於領先地位。 

 學者指出，現時中、美及歐洲似進行一場強國的科技比併。韓國三星上月亦與美國加州大學合作，展示6G太赫茲的無線通訊原型系統。歐洲方面，芬蘭的諾基亞和瑞典的愛立信兩大歐洲企業也選擇合作，推進無線網路專案「Hexa-X」。日本電信電話（NTT）在日本總務省的支持下，成立「超越5G推廣聯盟」，發揮天線控制優勢，以光纖技術發展6G，得到英特爾和索尼等企業青睞。中美6G角力日趨激烈，引發業界人士擔憂。日本情報通信研究機構警告，美國不斷拉攏其他國家將中國排除在外，對立的激化最終對任何一方都沒好處。愛立信日本的首席技術官（CTO）藤岡雅宣也認為，中美對立背景下，規格和標準制定形成兩套標準，將對世界不利。各國積極競爭的原因是6G與虛擬空間、量子、人工智能（AI）和自動駕駛等下一代核心技術密切相關，據日本經濟新聞報道說，中美已展開6G攻防。美國拜登政府提出，美日兩國將向6G開發投入總額45億美元。相關專利調查也顯示，在天線控制等無線技術領域掌握23％的高通的存在感突出，在美國，半導體企業被認為肩負6G戰略的核心作用。此外，韓國也顯示出存在感。三星與華為並駕齊驅，同時涉足終端和基站兩項業務，還控制半導體等裝置。三星和LG電子已建立6G研究中心。韓國政府提供投入開發費等支持。從1G到5G，每當新一代移動通訊開始商用時，更新一代移動通訊的研究就開始啟動。隨着5G的大規模商用，中國、美國、德國、日本、韓國等多個國家已啟動了6G通訊技術的研究和探索，台灣也應加速6G研發腳步。