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據ITU-T的文獻[1]指出，在未來十年內有3個與人們生活方式和社會變化相關的重要驅動因素，會直接影響 6G 網路的設計和架構，分別是：(1) 高擬真全像社會、(2) 萬物互聯，以及(3) 對時間敏感的工程應用。

6G關鍵驅動因素
單看字面可能還不太清楚這3個關鍵性的驅動因素為何，以下一一說明：

(1) 高擬真全像社會 (High-Fidelity Holographic Society) : 現在視訊已逐漸取代單純的語音通訊，成為人們訊息交流時的首選方式；另一方面，也朝著AR（擴增實境）、VR（虛擬實境）和MR（混合實境）發展。在這種情況下，影像解析度也在快速提升中。像是支持4k的用戶端設備，其數據傳輸率即要達到 15.4 Mb / s。

另一方面，新冠病毒從2019年開始肆虐全球，直到現在2021年底仍未有任何停歇的跡象。在病毒流行期間，不管是居家辦公、遠距教學、線上診療…...，視頻通訊讓人們、企業、政府、學校、醫療專業人員及患者在兼顧防疫的原則下保持虛擬聯繫。從一開始設備不完善、線路不順暢、使用上不習慣，到現在已經漸漸成為一種日常。今天即使居家上班，大部分的企業仍可照常辦公、處理公務；主要會議和研討會在世界各地已習慣使用實時（real-time）視訊以虛擬方式舉行；學校即使停課，仍可透過線上視訊方式授課、考試。縱使已進入後疫情時代，由於「與病毒共存」已成為大多數人的共識，因此相應的視訊及虛擬通訊的需求在未來確定會有增無減，且對品質的要求也會不斷提升。

除了單純的視訊通訊，高擬真全像和多感通訊將會是下一個虛擬通訊模式的主流。早在2017年時，著名物理學家史蒂芬霍金 (Stephen William Hawking) 便曾以高擬真全像為香港聽眾發表演說。高擬真全像不僅是一個技術噱頭或僅限於娛樂應用，而是透過視訊通訊的邏輯演變，提供用戶更豐富的使用者體驗。像是工程師在遠端排除故障和維修、醫生進行遠端手術，以及老師線上授課時，高擬真全像的效果確定會比傳統視訊來得好。

然而，除了標準的視訊屬性，像是顏色、深度、解析度及幀速率外，高擬真全像還需要從多個角度傳輸，以更全面詮釋在傾斜時、以及角度上的變化，所需要的傳輸速率遠遠超過目前5G 的能力。此外，要不間斷的提供如此高的數據傳輸速率，需要額外的同步來協調，從多個角度來確保傳輸內容可以無縫連接。

2017 年 3 月 24 日，史蒂芬霍金透過全像技術（hologram）對香港聽眾發表演說（左），
他當時人在英國劍橋的辦公室現場直播。照片來源： ANTHONY WALLACE / AFP

(2) 萬物互聯：以5G為平台，數量級 (order-of-magnitude) 和越來越多計劃中的互連網路，以及其廣泛的使用將成為未來社會的一個主流現象；像是供水、農業、不間斷電力、運輸和物流網路。這些網路對民生社會以及百工業百業的運轉都相當重要，其發展已超越當今的標準地面網路。透過地面網路及和許多計劃中的衛星網路之整合（特別是用於低地球軌道LEO衛星），全球性的寬頻進接網路已開始實現。

(3) 對時間敏感或是重視時間的工程應用：儘管程度不同，但不管是人類或是機器設備，其實對傳輸過程中的訊息延遲都是很敏感的。尤其是在高度互聯的網路中，信息的實時傳遞最為重要。可預見的是在未來的社會中，新的應用程式與智慧型網路的交互運作，必須保證通訊網路的高容量及即時性。傳統的互聯網能夠提供音訊和視訊傳播，為非觸覺控制溝通。然而，觸覺互聯網還能提供一個用於觸摸和驅動的即時平台，由於基本的系統設計和架構限制，現今的5G系統無法在人類反應1 毫秒延遲限制下，完全虛擬化並傳輸到一個定點，這將會是6G 系統才能解決的難題。

圖1. 6G 系統的願景及其底層應用

圖片來源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities,
PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

以上簡述了一些6G市場的主要驅動因素，以下介紹一下具體的應用場景及6G網路的需求。

◆ 高擬真全像通訊： 如前所述，全像顯示器是下一個提供3D影像的多媒體體驗，分別從一個或多個來源傳輸到一個或多個目的地，為最終用戶提供身臨其境的3D體驗。在傳輸的過程中，網路中的交互式全像能力需要藉由非常高的數據傳輸速率和極低的時間延遲來達成；這是因為全像圖是由多個3D圖像組成，如果時間延遲即會產生視差，延遲情況越嚴重則視差問題也越嚴重，會大大影響使用者的體驗。　

(1) 數據傳輸速率：全像通訊所需的數據傳輸速率取決於全像圖的構建方式，以及顯示的類型和需要同步的圖像數量。利用數據壓縮技術可能有助於降低全像圖所需的數據傳輸速率，但即使有壓縮，傳輸全像圖仍需要大量頻寬；如果要傳輸一個成人大小的全像圖，需要的數據傳輸速率需求從每秒數十Mb到每秒4.3 Tb 不等。

(2) 超低延遲：真正的沉浸式場景必須要超低延遲；否則，用戶會感到模擬器病 (simulator sickness)。如果還添加了觸覺功能，則需要達到亞毫秒級 (submillisecond) 的延遲標準。

(3) 同步：在執行全像通訊時，有很多場景必須要同步進行。不同的感官將會藉不同的傳感器經由不同的路徑或數據流傳送，到最後會融合，因此需要同步及協調的傳輸過程。當數據流涉及來自多個來源的數據時（像是視訊、音訊和觸覺）、必須要確保有精準及嚴格的串流同步，以確保數據包能實時到達。

(4) 安全性：對於安全性的需求，視乎應用場景而定。像是要進行遠距醫療手術時，完整性和安全性絕對是首要考量，因為任何微小的失誤都可能危及生命。在這種情況下，協調多個協流（coflows）的安全性是一個挑戰，因為只要出現對單一數據流的攻擊，即可能會危及傳輸流程中所有的數據。

(5) 彈性：在系統層面，彈性與數據包最少丟失、信號干擾和延遲相關。在服務層面，相關的體驗質量指標是可取得和可靠性。在全像通訊服務中，無法修復的故障事件可能會導致廠商重大損失。因此，網路系統的彈性至關重要，用以維持對這些服務的高品質（Quality of Service，QoS）需求。

(6) 計算：全像傳播的生成及接收過程中，每一步都充滿挑戰。雖然利用壓縮可以減少頻寬的需求，但會嚴重影響延遲的產生。因此，在更高層級的壓縮、計算能力、頻寬和延遲之間，必須要權衡輕重。

(1) 機器人和工業自動化：遠端工業管理基於實時管理和控制機器人的需求，技術上需要確保能實時控制，以避免振盪移位。在配備高級機器人的自動化生產場景中，其通訊鏈路的最大延遲目標要控制在100 μs（微秒）和往返反應時間 1 ms（毫秒）。人類操作員可以透過 VR 或全像類型的通訊模式來監控遠端機器，並且在觸覺傳感器的幫助下，透過動力反饋進行驅動和控制。

(2) 自動駕駛：透過車對車(V2V) 或車輛到基礎設施 (V2I) 實現互通及協同運作，自動駕駛理論上可以大大減輕道路交通事故和交通堵塞。然而，過程中只要有幾毫秒的延遲便可能會發生意外。因此，6G技術是支持高級駕駛輔助系統、車隊管理及全自動駕駛的最佳選擇。然而，由於目前尚未出現功能完整的自動駕駛汽車，此一領域在未來十年內肯定會出現更多需求及應用市場。

(3) 醫療保健：遠端診斷、遠端手術及遠端復健是醫療保健中眾多潛力應用的一部分，像是COVID-19 肆虐早期，即有大量醫療諮詢是通過視訊進行的；隨著借助先進的遠端診斷工具和醫療專業知識，諮詢已可隨時隨地進行，不管患者及醫生身在何處。更進一步的，外科醫生可以藉由獲得實時訊息，然後使用實時視覺反饋和觸覺進行操作，向機器人傳輸的信息，為偏遠地區的病人進行遠端及機器人手術[2]。在此應用場景中，觸覺互聯網能力是技術的核心，必須靠6G網路來支持，以減低網路延遲時間。

表1整合了6G系統的技術性能要求及其關鍵績效指標 (Key Performance Indicators，KPI)，並與5G及4G系統作一比較。而表2則呈現了與 6G 基礎設施顛覆性設計相關的挑戰和機遇。

表1. 6G系統技術性能要求及6G KPI與5G、4G系統KPI對比

資料來源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities,
PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

表2. 與 6G 基礎設施顛覆性設計相關的挑戰和機遇總結

資料來源：6G Wireless Systems: Vision, Requirements, Challenges, Insights, and Opportunities,
PROCEEDINGS OF THE IEEE | Vol. 109, No. 7, July 2021

中國國家知識產權局 (CNIPA) 於4月26日發佈了《6G通訊技術專利發展狀況報告》。報告分別從全球和中國兩個層，對6G通訊技術領域的專利總體狀況進行了分析。

研究指出在6G通訊技術的領域，全球專利申請量超過3.8萬項，其中中國的占比超過三成。資料顯示，特別是2011年之後，6G通訊技術相關專利年申請量大幅增加，增速明顯提升；其中中國是6G通訊技術專利申請的主要來源國，專利申請占比35%（1.3萬多項），位居全球首位（圖2）。

從全球各主要國家和地區的申請趨勢來看，美國、歐洲、日本的專利申請保持平穩，趨勢相對較為平緩，反觀中國自2009年之後，專利申請量開始迅速增加，明顯超越美國、歐洲、日本和韓國等國家和地區，在全球專利申請中貢獻度最大。

圖2. 6G關鍵技術全球和中國專利申請概況

資料來源：《6G通訊技術專利發展狀況報告》

相對於國外在6G通訊技術創新是由企業走在前列，中國在6G創新的主要力量主要來自高校及科研機構。全球專利申請量排名前十位的申請人中，日本、美國和韓國均有3家，依次是日本NEC公司、韓國大宇通訊公司、日本三菱電子公司、韓國電信研究院、韓國三星電子、美國修斯網路系統公司、日本NTT公司、美國高通公司和美國衛訊公司，而中國電子科技大學位列全球專利申請第八位。從中國專利申請來看，中國高校和科研機構是6G通訊技術創新的主要力量(圖3)。

圖3. 全球6G專利申請排名

資料來源：《6G通訊技術專利發展狀況報告》

報告進一步針對太赫茲技術（terahertz technology）、空天海一體化技術（air-space-sea-ground integration technology）、確定性網路技術 (deterministic network technology)、基於AI的空口技術 (AI-based air interface technology) 等6G通訊的四大關鍵技術專利發展狀況進行了分析。

太赫茲技術：涉及太赫茲技術的全球專利申請總量共7737項，總體呈現增長趨勢。來自中國的太赫茲技術專利申請最多（3118項，約合3634件），占全球專利申請總量的40%，美國以1585件位居第二。中國專利申請中以國內申請為主體，申請量為3088件，占比近85%，遠超國外來華申請量（546件）。全球排名前十位的申請人中，中國申請人佔據6家，均為高校和科研機構，其中電子科技大學和中國計量大學位列前兩位。

空天海地一體化技術：6G通信的重要發展方向是建構地面通信網路、衛星通信網路及深海遠洋網路融合的實現空天海地一體化的全球連接。其中衛星通訊技術領域的全球專利申請總量為25509項，來自中國的專利申請量最多，達到9159件，占比31%。但是全球前十位申請人中僅有1家中國企業，美日韓三國企業類型的申請人位列前茅，其中日本NEC公司、韓國大宇通訊公司、日本三菱電子公司名列前三。另一方面，在衛星通訊技術領域，中國專利申請超過86%的為國內申請，主要來自北京、廣東和江蘇等省市。

確定性網路技術：高可靠、低時延的確定性網路技術將在6G時代成熟並廣泛應用。確定性網路領域全球專利申請總量為1034項，美國在確定性網路技術方面優勢明顯，專利申請量最多（573項），占全球專利申請總量55%。中國的確定性網路技術專利申請僅為232項（約合387件），占全球專利申請總量的23%。全球專利申請人中，企業申請人佔據主導地位，美國的思科和通用電氣位居前列。

確定性網路技術的發展重點包括時間敏感型網路技術（TSN）和大規模確定性網路架構技術（DIP）。在時間敏感性網路技術方面，專利申請人排名前三位是美國思科公司、德國西門子公司和美國英特爾公司。在大規模確定性網路架構技術方面，美國思科公司、美國通用電氣公司、諾基亞、愛立信等公司申請量排名前列。

基於AI的空口技術：在通訊實體層通過無線傳輸與AI深度學習相結合是6G的未來趨勢。當前全球專利申請總量為566項，來自中國的專利申請最多，占比達到75%，並且近五年來中國專利申請量持續保持增長，年申請量一直保持在全球第一。中國申請人仍以高校和科研院所為主，其中東南大學、中國電子科技大學、南京郵電大學排列前三位。基於未來6G網路的空口技術與AI的結合發展，實現在所有層上對參數的進行快速且細細微性的優化，在自我調整波形、編解碼以及多址技術等AI的使用上，中國相關機構也已展開研究，並進行了專利佈局。

Network 2030: A Blueprint of Technology,　Applications, and Market Drivers Toward the Year 2030, document ITU-T, Focus Group 2030, Nov. 2019.
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