さらに高速なデータレート､低遅延､信頼性の向上などを実現すると期待されている新しい6G規格で､クルマもさらに便利に!?

ネットワーク事業者は現在、5Gネットワークをフルスピードで展開しており、ポルシェ・エンジニアリングのナルド・テクニカル・センターにおけるインテリジェントなコネクテッドカーの開発で実証されているように、少なくとも自動車分野では、その過程で多数の新しいアプリケーションを導入することが可能になっている。

しかし研究機関や企業はさらに先を見据え、次世代の移動体通信の開発競争をすでに始めている。10年後の終わりに向けて、新しい6G規格はさらに高速なデータレート、低遅延、信頼性の向上などを実現すると期待されている。「ボッシュの6Gプロジェクト責任者であるアンドレアス・ミュラー氏は「アメリカ、中国、ヨーロッパでは、この分野で活発な活動が行われています。次世代移動通信が戦略的に重要な課題であることは、いまや世界のすべての地域で共通して理解されています」と話す。

将来の6Gネットワークは、技術的に実現可能なことの境界を大きく変える必要がある。たとえば、開発者たちは、世界中で途切れることのないデータ交換を保証するための第3の次元を発見した。フラウンホーファーIIS集積回路研究所のブロードバンド・放送部門長であるベルンハルト・ニーマン氏は「これまで、モバイル通信は主に地表に限られていました。しかし6Gでは、衛星が初めて最初からネットワークに統合されます」と語っている。

「6Gでは、衛星が初めて最初からネットワークに統合される」
フラウンホーファーIIS ブロードバンド・放送部門長 ベルンハルト・ニーマン氏
AIアルゴリズムは、たとえば、モバイルネットワークに現在の状況に適応する柔軟性を与え、それによって運用を最適化することができる。フラウンホーファーのニーマン研究員は、「機械学習は、1日の典型的な利用状況を特定するために使用できます。「この情報は、最小限のエネルギー投入で6Gネットワークを運用するために利用できます」と言う。

ボッシュの専門家ミュラー氏は、モバイル・ネットワークがユーザーに提供する基本的なAI支援サービスも想像できるという。 「6Gネットワークが、ビデオ録画の対象物の分類などのサービスを提供することも考えられるのです」。

ミュラー氏は、信号の生成方法を正確に指定することによってデータ伝送が従来の方法で標準化されることはなくなり、代わりに送信側と受信側のニューラルネットワークが、現在の状況下でそれぞれの場合に最適な方法を選択するようになる可能性さえあると考えている。

ドイツのエレクトロニクス企業「ローデ・シュワルツ」とチップメーカー「エヌビディア」は、すでにAIをサポートするハードウェアへの第一歩を踏み出している。2023年2月には、AIモデルが強力な標準アルゴリズムよりも大幅に優れた性能を発揮するニューラル・レシーバーを発表した。

ローデ・シュワルツのワイヤレス通信・フォトニクス担当テクノロジー・マネージャーであるタロ・アイヒラー氏は「この方式は、将来の6Gスマートフォンにも組み込むことができます」と説明する。

テラヘルツ帯への進出
計画されている高速データレートを達成するためには、多くの技術革新も必要だという。「将来的には毎秒1テラビットまで可能になるはずです」と、ニーマン氏は続ける。「そのためには、より高い周波数帯域を利用する必要があります。なぜなら、高速データ伝送に必要な帯域幅が利用できるのは、その周波数帯域だけだからです。

そのため、90ギガヘルツから300ギガヘルツのサブテラヘルツ帯の周波数と、300ギガヘルツを超えるテラヘルツ帯の周波数を使用する予定です。それに比べて 4Gは6ギガヘルツ以下で運用され、5Gは理論的には71ギガヘルツまでのデータ伝送が可能ですが、現在モバイル・ブロードバンド・サービスに使われることはほとんどありません。3桁ギガヘルツ帯の周波数は多くの帯域幅を提供しますが、6G開発者にとっては物理学的に難しいのです」

電波は空気中で急速にエネルギーを失うため、数mしか飛ばないのだ。通信距離を伸ばすために、研究者たちは「Massive MIMO (大規模多入力多出力)」に頼っている。何百もの小さなアンテナが相互に接続され、送信機と受信機の間でワイヤレスビームの位置合わせをするためにソフトウェアが使用される。

フラウンホーファーのRF・スマートセンサーシステム部門を率いるイワン・ンディップ教授は「たとえば512本や1,024本のアンテナを使ったこのビームフォーミングプロセスにより、このような高周波数でも電波の到達距離を大幅に伸ばすことが可能になります」と説明する。

「たとえば車両は、電波の到達距離を大幅に伸ばしたこの6Gを使って互いにデータを交換し、同時にその反射を拾って周囲の状況を把握することができます」とBOSCHのエキスパート、ミュラー氏は説明する。「通信とレーダーは現在でも完全に分離していますが、数年後には同じ周波数、チップ、アンテナを両方に使えるようになるでしょう。

6G-ICAS4Mobility研究プロジェクトでは、BOSCHはパートナーと協力し、現在は別々になっている通信とレーダーのシステムを、より密接に統合して単一の6Gシステムにしようとしています。この目的のため、さまざまな移動体からのリアルタイムのセンサーデータが6G技術によって調整・統合され、車両周辺のより正確な画像が提供されるのです」

目標は、交通の安全性と効率を高めることだ。また、専門家は自律走行など自動車分野での6G応用の可能性も大きいのではないかと見ている。自律走行車は、リアルタイムでほかの道路利用者に自分の位置を伝え、距離を正確に測定し、同時に周囲360°を把握できる必要があるからだ。また、高解像度の市街地図、ほかの車両からのビデオ画像、運転中の娯楽用の高解像度映画など、大量のデータのダウンロードも必要になるという。

6Gの高いデータ転送速度のおかげで、たとえば4Kビデオや広範な地図の更新も、交差点やガソリンスタンドの基地局を経由して短時間で車両にダウンロードできるだろう。フラウンホーファーの研究者・ニーマン氏は、このプロセスをデータシャワーと呼んでいる。

自動車分野だけでなく、6Gは産業製造、遠隔医療、ロボット工学などの分野でも新たなアプリケーションを可能にすると期待されている。ドイツだけでも、研究省は未来のモバイル通信技術に2025年まで約7億ユーロの資金を提供している。「この国では5Gは少し軽視されていました」とアイヒラー氏は言う。

開発の終わりは見えない
6Gネットワークの最初の反復は、10年後までには運用が開始される可能性があるが、おそらくまだ機能範囲は縮小されたままだろう。2030年以降は、すべての新機能が徐々に導入されるはずだ。しかし、フラウンホーファーの専門家であるニーマン氏は、それでも6Gがモバイル技術の終焉になるわけではないと言う。

「将来、また何か新しいものが登場するでしょう。AIがモバイル通信に初めて導入されたように、量子ベースのプロセスやアルゴリズムは、たとえば暗号化など、次世代において重要な役割を果たす可能性があります」

また、ブロックチェーンの利用は、取引の安全性を確保し、信頼を生み出すために可能だと考えている。たとえば車両間のメッセージを改ざんできない方法で記録するために使用できる。

「車車間通信におけるあらゆるデータ交換、例えば道路上の障害物の通知などは、ブロックチェーンに保存されるでしょう」とニーマン氏は言う。「このようないくつかの例でもわかるります。7Gは新たなトレンドを取り入れ、現在ではまだ想像もつかないような革新的なサービスを可能にするでしょう」

まとめ
研究者や企業は、すでに次の無線規格である6Gに取り組んでいる。2030年頃には利用可能になると予想されており、性能の向上に加え、新たなアプリケーションが可能になる。たとえば、同じ周波数を通信とレーダーに使用することで、データ交換と環境検知を同時に行うことが可能になる。新しい6Gアプリケーションの基礎となるのは、先進的な半導体とビームフォーミング用のスマートアンテナアレイである。

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