第五代行動通訊(5G)經過約五年的發展，進入後5G時代，並開始探索ITU所提出的6G願景。其中，AI/ML應用和非地面網路(NTN)為重點研究項目，而自2018年由O-RAN聯盟開始推動的開放式基地台標準，也將繼續在未來行動網路中扮演要角。
繼Release 15、16、17奠定5G基礎性能，3GPP於2023年底凍結Release 18標準，5G經過約五年的發展，正式在2024年進入5G-Advanced(5G-A)商用階段。行動通訊邁入後5G時代(Beyond 5G, B5G)，開始探索銜接6G行動通訊的重點技術。
隨著ITU於2023年6月完成第六代行動通訊(6G)願景定義，目前已經可以看出幾項未來行動通訊的關鍵趨勢，包括運用人工智慧(AI)打造智慧化網路、加入非地面網路(NTN)以實現全域覆蓋等。此外，由O-RAN聯盟主導的開放式無線存取網路(O-RAN)也將在5G邁向6G的過程中持續推進。
行動通訊換代中 B5G/6G標準演進有藍圖
全球行動設備供應商協會(Global Mobile Suppliers Association, GSA)於近期報告中指出，截至2024年6月，GSA觀察到有192家營運商(Operator)已完成、計畫中或正在關閉2G/3G網路，相較2023年12月報告所統計的177持續成長，並預期2025年將迎來另一波轉換至4G/5G的熱潮。面對行動通訊換代趨勢，工研院資通所基頻設計部副經理方士豪(圖1)以工研院的布局為例，描繪5G/B5G，以及未來6G的技術發展方向。
圖1 工研院資通所基頻設計部副經理方士豪表示，大功率(High Power)、Massive MIMO將是未來幾年基地台關注的重點技術
方士豪表示，工研院大概在八年前5G標準尚未完工時，就已經開始進行5G技術相關研究。初期借力4G時代的經驗，著重開發5G小基站自主軟體技術，後期開始延伸發展多種技術面向，包括FR1/FR2 MDRC、初階微基站，以及非地面網路(NTN)傳輸技術。進入5G-A階段，方士豪觀察，大功率(High Power)、Massive MIMO將是未來幾年基地台關注的重點技術。同時，業界也期待O-RAN基地台能夠朝公網邁進，使其應用不再局限於企業專網。
正如5G從正式標準推出前便先開發Pre-5G標準，方士豪表示，工研院可能也將先完成Pre-6G標準，後續再根據具體規範流程進行調整，如此便可在6G標準正式底定時，推出符合6G標準的解決方案。目前，產學研單位正合作研發6G潛力技術，預計將於3GPP規畫在2025年3月舉行的6G Workshop中進行提案與展示(圖2)，例如工研院便針對可重構智慧表面(RIS)、NTN和通訊感知融合(Joint Communications and Sensing, JCaS)等技術展開研究。
圖2 6G時程規畫 (圖片來源：3GPP)
眺望6G演進方向 行動網路步入AI時代
根據3GPP時程規畫，是德科技技術專案經理吳建樺(圖3)說明，目前3GPP R18標準已經凍結，並於2024年Q1開始制定R19。待R19標準於2025年完成，R20將啟動6G的Study Item，並於R21進入Work Item階段。因此，在6G標準正式推出的前幾年，6G卡位戰就會提前開打。6G除了完善5G大三角「eMBB、URLLC、mMTC」，更進一步提出三個新方向：整合通訊及感測、AI及通訊、無所不在的覆蓋(圖4)。
圖3 是德科技技術專案經理吳建樺表示，在6G標準正式推出的前幾年，6G卡位戰就會提前開打
圖4 6G六大關鍵性能 (圖片來源：Keysight)
為了最終實現6G願景，3GPP從5G階段便展開一系列研究。近期火熱的AI是其中十分關鍵的探索方向。吳建樺深入分析3GPP所提出的AI相關研究項目，分別說明行動網路在AI時代扮演的角色，以及AI/ML技術可能為行動網路帶來的效能提升。吳建樺表示，在AI應用中，5G仍偏向充當「笨水管(Dumb Pipe)」的角色，例如，當AI應用基於隱私安全和延遲要求，分別在終端裝置和雲端進行不同運算工作時，5G便需要提供符合要求的資料傳輸量和延遲表現。
不過，行動網路自然不甘於只做笨水管。除了支援蓬勃發展的AI應用，3GPP也分別從使用者設備(UE)和網路端(NW)探索AI/ML技術能夠對行動網路帶來的加值作用，例如，讓網路自動感知，在沒有使用者時關閉基地台，並於預測使用者行為提前沿路開啟基地台，以達成節能效果；或是在裝置端利用AI，根據先前的通道狀況資訊(CSI)量測結果預測未來的通道品質(例如，隨著距離增加，預測CSI數值將持續下降)，進而優化傳輸效率。其他使用案例還包括負載平衡、移動性優化、波束管理(BM)，以及定位(Positioning)。
3GPP NTN漸起步 標準協定助攻新太空時代
展望6G時代，「無所不在的覆蓋」也是另一項發展重點。海洋占了地球約七成的面積，加上不易架設基地台的偏遠地區，使得地面網路(TN)能夠提供的覆蓋率十分有限。包含衛星在內的非地面通訊(NTN)因此成為實現全域覆蓋的關鍵。
圖5 ALifecom知識長陳達慶表示，相較Starlink等採用專有協定打造的衛星服務，統一的標準協定可確保各營運商服務的相容性
ALifecom知識長陳達慶(圖5)表示，相較於Starlink等採用專有協定打造的衛星服務，統一的標準協定可確保各營運商服務的相容性。3GPP具有數十年打造地面行動網路的經驗，能夠降低從頭開始建構通訊系統的風險，並且有助於地面網路和非地面網路之間的協調。在5G NTN中，衛星轉發訊號的方式分為兩種(圖6)：在透明式架構(Transparent Architecture)中，衛星僅進行轉發(Relay)；在再生式架構(Regenerative Architecture)中，衛星具備封包處理能力，可視為太空中的基地台。
圖6 5G NTN架構 (圖片來源：ALifecom)
由於衛星距離遙遠，就算是離地最近的低軌衛星(LEO)也通常隔了至少300公里，同時移動速度快，並且波束最大直徑可達1,000公里，因此面臨諸多挑戰，包括傳播延遲問題、訊號衰減嚴重、都卜勒效應等。有鑑於衛星通訊的高度複雜性，陳達慶表示，在進行通訊系統設計時，需要將真實的通道效應列入考量，以改善系統的穩健性，而ALifecom的IoT-NTN測試方案內建通道模擬器，可協助業者驗證產品在模擬真實環境的實際表現。
O-RAN持續扎根 互通測試確保穩定運行
行動通訊持續向下個世代邁進，在3GPP討論新世代標準的同時，O-RAN聯盟也繼續推動基地台開放式架構，並成立工作小組，和3GPP針對6G議題進行討論，是不可輕忽的重要趨勢。耀睿科技ORAN檢測技術部經理吳長益(圖7)認為，O-RAN初期將主要先以專用網路(Private Network)進行練兵，再逐步進軍公網。目前已經可以看到營運商陸續開始布建1,000~2,000座基地台的小規模測試案例，預期大約2029、2030進入6G時代，O-RAN設備在公網市場將獲得顯著成長。
圖7 耀睿科技ORAN檢測技術部經理吳長益表示，O-RAN初期將主要先以專用網路進行練兵，再逐步進軍公網
吳長益說明，O-RAN聯盟旨在打破由傳統設備供應商壟斷的基地台市場，透過開源的標準讓更多設備商進入市場，為營運商提供更多元的選項，並期待能藉此降低基地台建置成本。自2018年成立至今，O-RAN聯盟已有超過300個會員。O-RAN願景十分美好，不過，吳長益也指出，相較於傳統設備商具有2G、3G到現在5G的豐富經驗，O-RAN設備的成熟度仍需要時間發展。
此外，開放式架構也使得測試驗證的重要性提高。吳長益表示，打造O-RAN基地台需要確保不同廠商O-RAN設備之間的互通性，而耀睿身為O-RAN聯盟認可的開放測試與整合中心(Open Testing & Integration Centres, OTIC)，能夠幫助O-RAN設備業者取得O-RAN認證(Certificate)和標章(Badge)，同時也針對RAN智慧控制器(RAN Intelligent Controller, RIC)提供驗證服務。
行動通訊邁向新世代 智慧化無縫連接為重
第五代行動通訊走到一半，進入B5G時代，開始為下世代6G行動網路奠定基礎。6G除了繼續加強5G既有的大頻寬、低延遲、大連結，更著重運用AI/ML優化網路性能，並致力加入非地面網路以打造無縫連接的3D網路，將行動通訊帶進全新境界。
回顧行動通訊發展史，O-RAN開放式標準的出現，無疑為整個行動通訊產業投下一顆震撼彈，打開傳統封閉的基地台產業，讓過往不得其門而入的業者獲得全新機會。展望未來，行動通訊朝6G願景邁進，同時O-RAN標準讓整個市場更加開放，預期將可看到多元豐富的應用及產品問世，整體產業蓬勃發展。