行動通訊 Gartner 軟體無線電 6G 動態頻譜

勾勒第六代行動通訊樣貌 三大關鍵預示6G研發重點

2019-05-07
第六代行動通訊(6G)大約還要約10年才會問世,但可預期相關標準將在未來幾年內展開。而市調機構Gartner指出,動態頻譜、軟體無線電以及30~300GHz的至高頻段,將會是驅動6G網路產品發展的關鍵技術。

到了2022年,6G電話技術的定義將涵蓋頻譜敏捷性(Spectrum Agility)、調變敏捷性(Modulation Agility)和至高頻(EHF)頻段。雖然6G還要約10年才會問世,相關標準設定卻在未來幾年內就會開始進行,其中,軟體無線電(SDR)、動態頻譜(Dynamic Spectrum)和至高頻這三項關鍵技術將使6G標準與過去有所不同,若能了解這三種技術,就能調整產品組合,為新一代廣域無線網路做好準備(圖1)。

圖1 三大技術如何合力驅動6G網路
資料來源:Gartner(2/2019)

動態頻譜

在無線電頻率間轉換而不致斷線的能力,對6G網路的可靠度及效能表現至關重要。既有的網路可以利用各種不同的頻段在基地台之間移轉切換,6G則是可更進一步跳接到最不擁擠的頻段,甚至包括共享和未授權頻譜。

雖然專用頻譜有助於保障服務品質和網路的互通能力(漫遊),但隨著行動電話技術持續改朝換代,無線電頻段的分割程度已變得越來越高(除3G明顯例外)。由於缺少相連區塊,目前利用頻段聚合來增加吞吐量(Throughput),授權輔助接取( LAA)也越來越受歡迎。雖然許多國家的監管單位已增加分配給工業、科學與醫學機構的ISM頻段,但若要進一步擴大頻寬,就必須更徹底地進行改變。

資料庫系統可短暫分配利用率低的無線電頻譜,而這種作法也已在英國、美國和南非等國證實可行。舉例而言,分配給電視廣播但未於當地使用的頻道可暫時分配給端點使用,即所謂的「閒置頻譜無線電」(White Space Radio),這種概念也可應用在比較大的頻譜區塊。另外,過去主要無線電頻譜多為軍事單位所掌控,難以開放給民間使用,但如果幾分鐘就能收回這些頻譜,開放共用的可能性就會提高,目前軍事單位也已對這種分享頻譜的方式展現出開放態度。

動態頻譜的下一個重大里程碑是市民寬頻無線電服務( CBRS),近期已經在美國推出。CBRS釋出的是位於3.5GHz、頻寬為150MHz的無線電頻譜,這個頻段之前一直保留給美國海軍使用,目前則提供授權輔助接取,有好幾家行動業者已表示有意將CBRS搭配其他頻段使用。CBRS將成為機會式利用共享頻譜的研究案例,提供一套未來能融入6G通話技術標準的最佳應用概念。

軟體無線電

6G網路將提供各式各樣的無線電標準,供手機搭配網路使用。若要維持低頻寬的提醒通知服務,可以在軟體裡規定並執行一個輕型協定(Lightweight Protocol),只在必要時才會執行專用的(高速)硬體協議。

無線電解調(Demodulation)的作業流程轉移至普通硬體中的軟體執行,將提供更大的彈性,但還是必須考量成本及耗電量的增加,並在兩者之間找到平衡。對於最複雜的標準(LTE和5G)來說,軟體解碼其實效率很低而且太過昂貴;不過對2G、NB-IoT等較簡單且鮮少使用的標準而言,軟體能提供更高相容性且不致增加成本。軟體無線電常被用於監測或測試設備,並逐漸為業餘無線電採用。

6G手機將使用專用硬體來支援新的高速無線電層,而且可能會保留LTE和5G專用硬體;不過這些手機也會有軟體無線電元件,在須要與舊型無線電標準相容時才會開啟,或鮮少使用。

必要時可下載P25或802.15.4等專業無線電支援,但大部分使用者可能永遠用不到這類功能。隨著2G(和3G)網路逐漸式微,利用專用硬體支援這些網路的必要性已然降低,不過還是建議維持軟體不同版本的相容性,以防使用者有需求。

所有無線電系統都將以軟體形式呈現並非遙不可及,只是考量到效率的成本和規模經濟效益,硬體仍將會是主流無線電的最佳選擇。但6G仍會需要部分程度支援軟體無線電,以確保能同時支援舊型及不斷演進的無線電波形。

至高頻段

至高頻段(從30GHz到300GHz)範圍有限且需高功率的特性限制了它的實用性,因此目前大部分的至高頻段仍無人使用。在美國,5G已經開始部署28GHz頻段,部分地區甚至達到39GHz。這個頻段最適合短距離連結,最好是視線可及的範圍內。就這個使用情境來說,利用至高頻可提供點對點連線功能,包括資料中心或其他電腦密度較高的室內場所;無線通訊於此區域的優勢並非行動力,而是可提供配置自由度。

有一個位於60GHz的ISM頻段,目前用在802.11ad(以及802.11ay)Wi-Fi,能在有限範圍內提供高速連結。投入相關技術的業者將取得先機,待更高頻段開放後即可加以利用。

6G發展建議

而針對欲發展6G的廠商,Gartner提出以下建議:

1. 將研發工作導向上述關鍵技術,為供應電信業做好準備。找出軟體無線電、動態頻譜和至高頻中最適合企業既有發展路徑和研發計畫的技術,同時擬定產品發展路徑,其中需包含2021年6G標準定義開始之前能對外展示的產品。

2. 從既有的智慧財產中挖掘6G關鍵技術,同時確保這些智慧財產涵蓋在持續演進的標準中。建議檢視既有專利組合,判定是否有專利或可申請專利之技術能應用在本文分析之技術中,也可以與標準制定單位及其會員合作,將專利技術整合到持續演進的6G標準內。

3. 找尋未來合作夥伴,聯繫具備互補技術組合的企業組織,以便進行收購或合作。這包含找出對上述三種關鍵技術具有經驗的企業,或打造技術缺口模型,以全面支援6G尚缺乏的資源。

(本文作者為Gartner資深研究總監)

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