通訊技術急速發展，各大廠商在推行5G技術時，也已經開始展望6G未來，Samsung也不例外。除了發表白皮書描繪6G願景，Samsung更針對6G預期重點技術展開研究與測試。
2020年7月中旬三星(Samsung)正式發表〈全民下一代之超連結體驗〉白皮書，主要探討、擘畫下世代6G通訊技術未來願景。在2022年5月1日Samsung舉辦的首屆6G Summit中，Samsung研究部負責人Sebastian Seung在論壇開場依據2020年中發布的6G白皮書內容，重申Samsung的6G發展願景，提及其設想6G將透過更高水準、品質的超連接為人類和一切事物提供終極體驗。
6G發展三大面向 多項技術與頻譜密切相關
Samsung指出6G世代的全球大趨勢將有三發展面向，首先是「機器互聯」，網際網路的深度連結互動，逐漸從人擴展到機器，而機器將成為網路連結的要角；其次為「人工智慧與機器學習(AI/ML)」，此技術將成為無線網路創新發展的重要工具，故在6G技術開發的最初階段就應及早導入AI/ML技術；最後為「開放性」，6G世代的網路將更重視、聚焦開源軟體和開放介面的發展與深化。
隨著通訊、感測、成像、顯示和人工智慧等關鍵技術的進步與成熟，Samsung認為這些技術將衍生更多元創新的6G世代應用場景與服務，藉由人類和所有事物的「超連結」技術，給予人們終極的多媒體體驗。6G時代的關鍵應用服務則包含三大項：真實沉浸式延展實境(XR)、高逼真行動全息影像，以及數位複製。
Samsung白皮書中點出THz技術、新型天線技術、先進的雙工(Duplex)技術、網路拓撲發展、頻譜共享技術、AI全方位應用/原生AI、分流運算與高精度網路8項6G候選關鍵技術，作為日後研究開發方向。其中THz、頻譜共享、新型天線、先進雙工等技術的前瞻研究都與頻譜資源有著密切關係，尤其面對更高頻的頻譜使用，為克服頻段越高，訊號傳輸距離越短之限制，相關技術更是著眼主軸。
為更明確指出6G世代的頻譜資源重要性，Samsung在首屆6G Summit舉辦的前一天，正式發布〈6G頻譜：全頻段超前部署〉白皮書。此白皮書內容描寫對6G通訊技術的展望，以及獲取全球頻譜資源的可行方法。為了實現6G應用願景並滿足更大的覆蓋需求，6G所需的商用網路可用頻譜頻段應包含1GHz以下的低頻段、1~24GHz的中頻段及24~300GHz的高頻段。由於邁向6G網路布建商用的過程中，5G網路仍將持續運行，為取得6G必要頻譜資源，逐漸回收3G、4G頻段進行重整、重耕，或與5G網路的中低頻頻段共享使用等，都將是可行方法。
Samsung認為7~24GHz頻譜將成為6G世代的上部中頻段，6G技術在此頻段可以合理的傳輸距離、覆蓋範圍提供亮眼的傳輸容量，但也需要整體技術上的升級創新，例如研發更大規模的天線系統，將Massive MIMO從64×64升級為256×256。而92~300GHz的Sub-THz頻段則適合用於6G世代超高速的資料傳輸應用，如全息通訊。
Samsung也在此白皮書中特別提及，無論用低頻到THz的哪些頻段實現6G應用，除了進行頻譜運用的法規整備，也須開發能彈性靈活配置有限頻譜資源的前瞻關鍵技術，以實現最佳頻譜效率的方式提供6G和其他服務。
Samsung也在6G Summit中，基於其6G白皮書提及技術，同步發表THz、新型天線、先進雙工與AI全方位應用/原生AI相關的可行技術研究成果，包含Sub-THz通訊技術、可重構智慧表面(RIS)、跨項雙工技術(XDD)、全雙工(FD)、基於人工智慧的非線性補償(AI-NC)，以及基於人工智慧的節能技術(AI-ES)等技術，以下分述之。
白皮書中，Samsung將Sub-THz(90~300GHz)視為6G通訊的可用頻譜資源，藉此頻段讓6G資料傳輸速率較5G網路的20Gbps快上50倍，達1Tbps。因此，早在6G先期研究初期，就投注不少心力於Sub-THz通訊技術的研發。Samsung研發團隊積極開發THz概念驗證原型系統，以測試在Sub-THz/THz頻段內傳輸訊號的相關距離、資料傳輸速率、射頻及基頻系統容量等。
2021年6月17日，Samsung、Samsung研究院及Samsung美國研究中心聯合美國加州大學Santa Barbara分校，順利進行6G Sub-THz高頻段運作之驗證，利用具備16通道相位陣列收發器模組，並搭載CMOS與射頻晶片(RFIC)及一組基頻元件之端對端原型裝置，在140GHz頻段，透過可處理2GHz頻寬之全數位波束成形訊號解決方案，進行15公尺內端到端傳輸、速度達6.2Gbps，實現於THz頻率上具備可適性波束調控能力之6G技術試驗。雖然技術效能仍有待提升，但本次驗證成功以相位陣列波束成形技術完成長距離傳輸，是證明THz頻譜頻段確實可用於未來蜂巢式行動通訊網路的重要里程碑。
2022年初Samsung再次進行室內與室外場域的系統測試，測試系統的射頻晶片模組為8T8R CMOS收發器，發射端模組另含採第二代半導體磷化銦(InP)技術的功率放大器，天線陣列元件則達64個。
測試結果可發現，140GHz頻段下，在室內場景，Samsung的Sub-THz原型系統以16-QAM的調變技術實現30公尺距離、12Gbps傳輸速度，且透過波束成形完成移動狀態下的高速傳輸；在室外場景中，則採用相位偏移調變(QPSK)技術，實現在120公尺距離處傳輸速度達2.3Gbps之表現。
6G世代將採用更高頻段的頻譜資源，考慮高頻訊號傳播距離短且易受屏蔽、無法穿越障礙物的特定限縮覆蓋範圍，Samsung著眼於可重構智慧表面(RIS)領域之研究，利用以超材料構成的平面，有別於其他業者研發RIS反射板，Samsung主要專注於打造RIS透鏡技術。
RIS透鏡技術可讓訊號穿透RIS透鏡後提升波束銳利度，增加訊號增益與可轉向之範圍，將無線訊號精準地引導或反射指定方位，降低高頻訊號傳輸常面臨穿透損耗與受障礙物阻擋的狀況，提升無線訊號的覆蓋範圍。
傳統的雙工技術如分頻雙工(FDD)，主要用於4G，而分時雙工(TDD)多用於5G。FDD在分離的兩個對稱頻率通道上進行接收和發送；TDD則利用時間來分離接收和發送通道，如此雖能達成更高的頻譜利用率，卻存在各種干擾問題。
跨項雙工技術可利用TDD有效處理非對稱上下行鏈路(UL/DL)流量的能力結合FDD的覆蓋範圍優勢。因此，相同的TDD載波上，在不同的頻率資源同時操作UL和DL，將提升主要應用於高頻段的TDD系統之覆蓋範圍。Samsung利用其基地台的自干擾消除(SIC)技術展示跨項雙工技術，強化TDD系統載波上所進行的連續上行鏈路(UL)覆蓋範圍，使上行訊號的傳播距離增加兩倍。在無線通訊過程中，手機或其他終端產品的發射功率相較於基地台要低許多，因此傳輸通訊距離有限。Samsung在驗證中證實跨項雙工未來有機會促使手機或其他通訊終端產品的上行訊號傳輸距離提升至少兩倍。
全雙工技術指的是資料在傳輸與接收時，可以在同頻率上同時(瞬時)進行訊號的雙向同步傳輸，如此一來可以使傳輸速度達到原本的兩倍以上。Samsung同樣也藉由自家基地台SIC技術與終端，在100公尺的距離測試毫米波上的全雙工傳輸，測試結果顯示成功將自干擾消除114dB以上，並讓傳輸速率提升1.9倍。
Samsung認為6G世代的AI/ML應是全方位的發展，意指AI必須更全面性且原生地用於網路各層的所有元件組成當中，包含基地台與終端(UE)間Layer 1與Layer 2的無線空中介面。
換句話說，目前AI/ML多用於網路設施的系統管理與優化，而6G世代應將AI功能擴展、導入至網路基礎建設裡的每一層和節點之中，用於增強空中介面性能。
在Samsung 6G Summit中，Samsung也展示了其原生AI技術現階段的研究方向與成果，主要針對「節能」與「提升通訊品質」兩領域。
Samsung在實驗室中透過大量資料複製方式，模擬基地台實際運行狀況。試驗利用AI技術壓低基地台的耗能狀態，並維持整體網路性能正常。同時，根據流量/訊務負載狀態，透過全自動化的閉環資料採集與訓練管道，自動分析調整特定小型基地台的電源開關參數。
Samsung在試驗過程中發現，導入AI-ES後，在不影響網路效能且流量較低的狀態下可調節基地台運作狀態，讓基地台節省10%以上的能源。 AI-NC技術則為利用內建AI技術的訊號接收器，快速學習並分析因傳輸端非線性功率放大器造成的訊號失真與耗損並進行補償，進而提高高速傳輸訊號的品質與覆蓋範圍。
在Samsung的試驗中，接收端的設備(UE)透過提高傳輸功率進行256-QAM的傳輸，得到90%的覆蓋擴展結果；在傳輸流通量上，由於AI-NC技術可支援高階調變方式(如1K-QAM、4K-QAM)，因此與256QAM相比，若採用4K-QAM可提高50%的傳輸流通量。簡單來說，就是Samsung的測試結果使得上傳資料的覆蓋範圍提升了1.9倍，且特定區域範圍內的傳輸速度提高了1.5倍。
6G起跑線就位 台灣儲備技術搶參賽名額
面對國際6G發展腳步加速，台灣該如何在大幅提前的下世代通訊技術研發週期中自我定位？眼見他國企業如Samsung已經在6G領域掌握關鍵技術發展的話語權，台灣引領6G發展的領頭羊又會是誰？這些問題或許值得深思。
無論如何，2023年6月ITU-R正式頒布6G未來願景報告後，就等同於宣告6G技術標準制定作業的準備開始起跑，3GPP預估將在2025~2026年間啟動6G通訊標準制定工作，台灣應積極強化發展6G技術的儲備能量，方能於6G的競局中保有一席之地。
(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)