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日本後5G/6G白皮書(英文版2.0) Beyond 5G/6G White Paper (English version 2.0)
2022/06
National Institute of Information and Communications Technology (NICT)
https://beyond5g.nict.go.jp/images/download/NICT_B5G6G_WhitePaperEN_v2_0.pdf
摘要
後5G/6G等下世代資通訊基礎設施透過物理與網路空間的連結,利用開放性平台將虛實融合且適時適地整合物理系統的先進通訊與網路系統的運算能力,以提供各式各樣功能並創造新服務與滿足人民的不同需求。因此,發展一個能確保社會基礎設施能不斷更新B5G/6G的功能架構,以實現日本永續發展與社會5.0目標是有必要的。(圖一)

在此B5G/6G的物理空間架構裡,傳統地面通訊網路與衛星網路、多核光通訊網路 (multicore optical networks) 結合;在網路空間中,利用應用程式與基於過去資料以預測未來的資訊處理可讓不同的網路空間同時共存。透過物理與網路空間的高度融合,可以將現在無法實現的事情變成可能,並有望解決各種社會問題。

一、下世代行動通訊系統研發競賽
通訊網路的基礎設施在社會上具有極高的價值,從商業遊戲模式的改變到未來安全的發展都離不開它。因此,爭取下世代行動通訊系統霸權的競賽也在加速進展。在此背景之下,B5G/6G通訊技術將扮演關鍵的角色,其研發方向成了相關組織的關注焦點,紛紛發布了白皮書並建立論壇,開始投入研發,希望能在這場競賽之中先馳得點。

二、B5G/6G時代的日常-網路分身社會 (Cybernetic Avatar Society)
假想我們身為一位技術開發經理,生活在2035年的時代,一天可能會怎麼過呢? 早上與總部的主管舉行混合實境XR遠距會議,我們的3D虛擬分身將與主管身處於同一個虛擬空間,主管可佩戴觸覺手套實際感受到產品質感,利用VR技術提供產品原型並討論新產品規劃。早上會議結束後,我們緊接著參與全球災害應變活動,利用全球核心網路技術,各國的專家齊聚於一XR網路空間,模擬在自然災害的狀況下,討論我們公司產品如何利用時空同步技術,深入探討相關應用並驗證其有效性。

午時,突然接到泰國一家製造廠通知某生產線已停機並請求協助,因此我們利用遠端遙控機器人,利用機器人分身檢修設備,當下立刻發現一個零件已損壞,在同步無延遲的工作環境之下,輕鬆地將問題解決了。到了午餐時間,我們利用虛擬分身與獨自生活在鄉下且身體狀況每況愈下的父親吃飯,並利用遙控輔助設備協助父親吃飯。歸功於父親每日使用的AI互動式照護系統,父親的腦電圖EEG分析顯示,他的理解力並沒有惡化,真是鬆了一口氣。

工作之餘,我們還可以利用MR系統到富士山健行以醒腦,受益於多台360度攝影機與觸覺感測器,並靈活地避開無線電干擾,讓我們在欣賞美麗海景同時,享受了爬山的遠距體驗,使身心煥然一新。在網路分身的社會中,一個人可以輕鬆扮演好許多角色,即使在少子化與人口高齡化的社會中,勞動力也能有所提升。若要發展網路分身的社會,目前仍需要發展許多創新技術,其中包括:腦資訊讀取、視覺化與腦機介面技術、真實3D分身、多重感官溝通與XR技術、AI分析與診斷技術、多語言同步翻譯、改寫與摘要技術、整合通訊系統與周圍環境技術,以及以人為本的社會科技。根據對未來的想像,以下綜整B5G/6G時代將使用到的應用技術。

三、B5G/6G時代的應用技術
T1 超高速與大容量無線通訊
T1.1 太赫茲 (Terahertz)波
T1.2 全光纖網路 (大容量光纖通訊)
T1.3 全光纖網路 (光纖與電波整合技術)

T2 超低延遲與超多源連結
T2.1 邊緣運算技術
T2.2 適應性無線網路結構技術
T2.3 適應性無線網路應用技術
T2.4 自主定位、追蹤與預留電波輻射空間技術
T2.5 自主機器對機器 (M2M) 多點連結網絡結構技術

T3 有線與無線通訊與網路控制技術
T3.1 網路控制技術 (零接觸自動化)
T3.2 頻率分配與共享管理
T3.3 私有無線系統管理 (本地B5G)
T3.4 先進無線模擬器

T4 多層無線系統- 非地面通訊 (Non-Terrestrial Network, NTN)
T4.1 衛星與非地面通訊平台
T4.2 光學衛星通訊
T4.3 海上通訊
T4.4 水下與海底通訊
T4.5 多層網路的協作控制

T5 時空同步
T5.1 無線時空同步
T5.2 晶片等級原子鐘
T5.3 參考時間的產生與共享技術

T6 超高安全性與可靠性
T6.1 融合安全技術
T6.2 基於真實網路攻擊資料的網路安全技術
T6.3 量子加密
T6.4 電磁還降技術
T6.5 韌性資通訊技術
T6.6 感測技術

T7 超現實與創新科技
T7.1 腦訊息讀取、視覺化、與腦機系統
T7.2 直覺測量、傳輸與確認技術
T7.3 真實3D分身、多重感官溝通與XR技術
T7.4 AI分析與診斷技術用於語言與語意資訊
T7.5 於邊緣端利用AI輔助人類行為能力
T7.6 同步多語言詮釋、改寫與摘要
T7.7 自動駕駛技術
T7.8 無人機技術

四、超現實與創新科技
(一) 、腦訊息讀取、視覺化、與腦機系統:
透過非侵入性或低侵入性的方式讀取與分析來自大腦的資訊以控制各種設備並提供非語言的交流,除可協助不同文化與價值觀的人之間互相理解外,也能促進老年人與身心障礙人士參與各種社會活動。目前,不論是非侵入式或侵入式的腦機介面正在發展中,且特別著重於醫療方面的應用,然而這兩種方式所使用的感測器設計、微型化、解碼與無線通訊技術都存在缺陷,若要達到超高速寬頻通訊、超低延遲、同時大量連接、超低功耗、超安全與高擴展性的要求仍需要更進一步的基礎研究以克服目前所面臨的挑戰。

(二)、直覺測量、傳輸與確認技術:
透過測量包括大腦資訊在內的生物訊號以在網路空間中展現出與真實感受相同的情緒,並應用於線上會議與遠端遙控等情境,讓使用者能在虛擬世界中表現直覺,實現以人為本的價值創造,降低大腦工作負擔。為了能保持包含無意識層面的直覺,需要建立一個能利用大腦資訊等生物訊號估測直覺的模型, 並在有線與無線整合網路中進行動態的生物回授控制。

(三)、真實3D分身、多重感官溝通與XR技術:
此類技術提供了一種超現實的通訊方式,透過即時建立身體與周邊環境的3D模型,並融合多感官資訊以實現真實與自然的遠端XR互動。超現實通訊技術將突破時間與空間等物理性限制,使遠端通訊與互動成為可能,該技術除提高生產力與豐富人們的思想外,並可應用於遠端醫療、照護、教育與協作。

(四)、AI分析與診斷技術用於語言與語意資訊:
利用AI分析網路上的大量資訊與知識,根據分析結果利用各種形式協助使用者拓展其世界觀與理解能力。在社會高齡化與少子化的因素下導致人力資源嚴重不足的情況下,此類技術可協助人們充分發揮與精進個人的能力,以補足人力短缺的窘境。

(五)、於邊緣端利用AI輔助人類行為能力:
將邊緣運算與人工智慧結合,邊緣環境物聯網設備所產生的大容量、低延遲與超多樣化資料對資料傳輸產生相當大的負擔,使得雲端運算變得困難,從邊緣端進行運算可以免除這個問題。邊緣機器學習與推理將成為趨勢,把物聯網推升成智慧物聯網。其應用案例包含協作自動駕駛、結合各種感測器進行環境監測、真實與虛擬世界間的互動與人機協作等。

(六)、同步多語言詮釋、改寫與摘要:
利用同步多語言詮釋、改寫與摘要可在不同語言之間進行適當的語意轉換,協助不同母語國家的人彼此溝通交流,以進行日常對話與商業應用並提高溝通效率。利用低延遲並具備邊緣人工智慧設備,搭配雲端機器學習與網路連結,將為使用者提供精確的語言詮釋。

(七)、自動駕駛技術:
自動駕駛除可用於載客與貨物/農產品運輸外,也可以用於協助身障人士活動與輔助老年人移動的輪椅控制。應用自動駕駛可以創造一個沒有事故、安全可靠的交通環境,並消除由於人口高齡化與低出生率所導致的勞動人口短缺與生廠力下降。此外,使用自動駕駛也可鼓勵身障與老年人士獨立生活並參與社會活動,進而實現一個充滿活力與光明的社會。

(八)、無人機技術:
無人機利用內建的自動控制程式,可在室內外自由飛行,使三維空間聯網變得可能,因此無人機技術的發展也被稱為「天空中的工業革命」(Industrial Revolution in the Sky),未來也將發展成飛行車。無人機的使用可顯著地提升基礎設施的管理、空拍、物流、觀測、災害時通訊的效率。此外,無人機也能透過降低人員的參與而減少能源損耗,實現節能與零接觸的新社會模式。
吳佩蓉
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