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B5G:引領下一代智慧城市和工業自動化的技術革命

  • 資料發布日期:112-06-21
  • 最後更新日期:112-08-28
圖/ unsplash

文/張紀倫
工研院產服中心

自2018年推動5G商轉以來,各國積極推進其技術的發展。它的誕生促進了一系列新技術的應用,如智慧製造、城市建設、醫療及各領域的成長。儘管5G通訊對於產業的影響深具革命性,其有限的網絡覆蓋面、頻譜資源、能耗及安全問題仍影響其大規模應用潛力。

隨著推動工業自動化及基礎建設現代化的進程,B5G (Beyond 5G)技術被視為下一個產業革命的引領者,B5G指的是在5G之上的增強型技術,其高速、低延遲及大容量的特性,提供更多設備和應用需求、更高的速度和更低的延遲率,它的問世將對經濟、社會及產業轉型升級等多個層面帶來正面衝擊。

本文將探討B5G技術重要性,分析其技術對當前發展智慧城市及工業自動化領域等應用現況及美、歐、日、韓、中、臺等科技強國導入B5G的進程。

主要國家研發及部署B5G技術進度

目前已知5G應用廣泛用於人工智慧、機器人、自駕車、低軌衛星、無人機等領域,但其頻段(600MHz~24GHz)及傳輸速度已無法完全滿足觸覺網路(Tactile Internet)[1] 、全像攝影(Holography)[2]等超大頻寬應用,導致無法發揮上述系統及設備的效能。B5G則是採用更高頻段的次太赫茲(100~300 GHz),可擴大頻寬,降低延遲與縮短傳輸時間,並增加對聯網機器人、無人機控制。因此B5G技術將為未來的諸多應用及產業帶來更高的可靠性及效能。

通訊技術在現代社會扮演至關重要的角色,對國家發展戰略有重要的影響,主要國家就研發及部署B5G(包含6G)技術進度如下:

  1. 美國:美國國防部於2022年8月2日宣布啟動「超越5G創新計畫」(Innovative Beyond 5G Program),旨在持續推進美國國防部與產業及學術界在5G到NextG無線技術上合作夥伴關係。國防部計劃投入數百萬美金與Zylinium Research及諾基亞貝爾實驗室合作,就頻譜交換安全性、可擴充性及大規模頻率輸出入技術進行研究,為確保美軍在未來戰場環境裡可安全無虞的使用先進5G通訊技術。
  2. 歐盟:歐盟Horizon 2020[3]計畫資助數億歐元,目標打造未來5G網絡架構、與產業分享研究成果技術,協助各產業建立完整生態系。為了確保該區域持續在先進通訊技術持續發展,正積極推動B5G研發及應用。其資助 B5G-Open計畫正在開發多頻光學傳輸架構,把不同的頻段整合至同一光纖電纜中,將比現有頻寬擴增至少10倍,並具有低延遲特性。該計畫目前由8個歐盟國家組成,並與數家電信商、企業、研究中心及學術機構負責技術研發推動。
  3. 日本:2022年6月,日本內閣宣布「數位田園都市國家構想基本方針」[4],計劃於2025年5G覆蓋率達97%,各都道府縣覆蓋率達90%以上,並設置30萬座基地台。不過新冠疫情蔓延改變原有生活型態,導致網路流量和電力消耗急速增加。因此日本政府希望藉由政策引導推動國內B5G進程,日本總務省於2020-22財政年度編列800億日幣予情報通信研究機構[5](NICT),爭取2024年前驗證技術,並透過2025年推廣技術成果,最終在2026年推廣至全日本及海外市場。
  4. 韓國:做為全球第一個推動5G服務商轉的國家,韓國在發展新一代通訊技術的雄心展露無遺。早在2018年2月的平昌冬奧期間建立5G應用場景,並支持國內電信業者測試展示5G應用技術。根據GSMA協會的資料,截至2022年12月,韓國的5G滲透率高居全球第二名,僅次香港[6]。相較B5G領域,韓國在6G技術研發於2019年就已開始。2020年8月,韓國公布「引領6G時代的未來移動通訊研發促進戰略」規劃兩大階段推動研發計畫,分別為第一階段(2021~25年)克服5G技術極限性、取得具潛力專利及新技術研發進行先期準備。第二階段(2026~28年)完備6G標準專利,開展6G試點並爭取2028-30年達到正式商轉。
  5. 中國大陸:於2019年10月正式商轉5G服務。截至2022年7月底累積完成5G基地台達196.8萬個,境內5G用戶達4.75億戶,佔全世界用戶的70%[7]。現階段5G服務已涵蓋至副省級城市,縣級城市覆蓋率達98%、鄉級城市約80%,預計2025年用戶將高達8.9億戶。在耕耘B5G/6G技術領域,中國政府在「十四五規劃綱要」及「十四五數字經濟發展規劃」設立目標布局6G網絡,投入資源進行技術研發及推動國際化標準工作。
  6. 臺灣:儘管在5G商轉較上述國家較晚,不過根據GSMA統計,2022年第4季臺灣5G用戶滲透率為全球第7[8]。不過目前臺灣5G滲透率不高,主因為上網費用較高,缺少殺手級應用,短期較難說服對於資費敏感度高的小資族群。話雖如此,隨著5G手機大眾化及市場接受度增加,預估未來臺灣5G市占率將進一步提高。儘管在5G滲透率還有很大的進步空間,臺灣在5G/B5G的研發技術持續精進。例如中華電信旗下中華電信研究院(Chunghwa Telecom Laboratories)積極透過參與3GPP (3rd Generation Partnership Project)通信標準制定、設置陣列天線、載波聚合及導入毫米波及5G SA/NSA等技術與合作夥伴共同測試相關技術,以其尋求未來商機。

圖一:日本總務省B5G技術研發經費撥款流程及推動進度
資料來源:日本總務省,本研究整理

B5G技術在智慧城市發展中的關鍵角色:高效資料處理與城市資訊共享

做為下一代通訊技術,B5G在未來智慧城市發展中扮演重要角色,包括透過高效及穩定的特性實現更有效率的資料收集、傳輸和處理,並促進城市內資訊共享。透過智慧分析提供決策單位更多參考資料,優化政府的公共服務及管理品質。

以韓國電信(KT Corp.)為例,該公司與韓國交通安全主管機關合作,測試自動駕駛周邊輔助系統,在國內的14條測試路段以5G通訊技術為基礎佈建監控攝影機、監控中心及交通號誌。公共安全方面,KT則是測試以5G技術監控諸如火災、交通及建物倒塌等意外。並由韓國電子通信研究院(ETRI)執行評估利用無線化監視器、無人機改善市內交通的可行性。

另外我國新創團隊久鴻國際研發模擬分析技術及衛星影像解決方案,提供高精度地形資訊,以利政府部門開發交通基礎設施、管理自然資源及協調大規模救災任務,監測救災人員位置並製作地理空間情資報告[9]。未來在導入B5G等先進通訊技術,可在更短時間提供精確資訊,提高決策品質。

圖二:久鴻國際地理空間情報分析解決方案
資料來源:久鴻國際官網,本研究整理

未來智慧製造市場的蓬勃發展與B5G技術的關聯性

近年來,工業自動化的需求越來越大,B5G高速、低延遲、大容量及高可靠的特性,促使B5G在工業自動化領域中具有更多的應用潛力。B5G適用於多個工業自動化應用,包含工業機器人、工業物聯網及工業自動化控制等。除上述應用,B5G還可用於遠程操作、虛擬現實、人機交互等新型態應用領域。尤其在新冠疫情影響下,全球各製造產業面臨營運停擺的挑戰,加上近年ESG當道,可鼓勵有意轉型的企業透過工業4.0結合先進通訊技術增加產能及生產效率,工作人員更可透過數位孿生(Digital Twin)技術達到遠程異地協作的效果。

根據研究機構Trend Force統計數據,2022年全球智慧製造市場規模為3,470億美元,預計到2026年規模更可達到6,200億美元[10]。我國知名廠商如東培工業、岳揚智控、台智雲(華碩旗下公司)皆提供如機台健康診斷、智慧型機器視覺及5G AI平台[11]等解決方案,未來待5G及B5G基礎建設陸續到位,則可進一步加速國內企業數位轉型的速度。

圖三:成衣布料AI智慧驗布機
資料來源:岳揚智控官網,本研究整理

儘管未來數年B5G有望成為下一代無線通信的主流,如何做好頻譜管理、資訊安全,並改善能源消耗及整合現有系統則是政府、研究單位及產業界必須面對的挑戰。

綜上所述,B5G時代的來臨將為我們的社會及產業界帶來巨大的變革。隨著美、歐、日、韓、中、臺等科技強國導入B5G技術優化城市治理、工業自動化等諸多領域。隨著B5G技術的應用和發展逐漸成熟,我們將可以期待一個快速、智能及效率的數位化生態圈。

 


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