6Gの展望 - 2025年、6Gはどうなるか？ | TECH+（テックプラス）

現在、6Gは研究段階ですが、今後2年間で研究から実際の開発へとシフトしていくでしょう。業界では、6Gで実装可能な最初の規格を2029年3月までに完成させることで足並みを揃えてはいるが、まだ道のりは長い。数年前に注目を集めたさまざまな技術は、ある程度進んできているが、2025年の“"最もポピュラーな”"技術リストは、さらなる研究、初期開発、トライアル試験によって、実現可能性が証明されるか、あるいは反証されるにつれて、間違いなく変化していくだろう。

2025年に向けて6Gを実現する技術リストの“トレンド”"とは？

まず、6G実現技術リストから「除外」されない可能性が高い技術を挙げてみよう。

7G～16GHzモバイル地上無線システム

無線技術は、まず第一に周波数帯の利用可能性に依存している。データ消費量と無線接続の増加は、周波数帯に対する需要をますます増大させており、今後もその傾向は続くだろう。モバイルオペレーターにとって、理想的な、場合によっては唯一受け入れられるシナリオは、運用地域内で独占的に周波数帯を使用し、大容量かつ高信頼性のネットワークを維持するのに十分な高い無線電力レベルを送信できることである。

容量需要の増大により、7G～24GHzの無線周波数帯の再利用が検討されているが、特に7G～16GHzの周波数帯が注目されている。この周波数は、無線ナビゲーション、無線位置情報、衛星アプリケーションで重要になる。この周波数帯は、世界中の連邦政府機関(特に国防総省)が独占的に使用しているため、複雑な状況で、さらに3G～5GHzよりも無線電波伝搬損失が増加する。後者は5Gで使用されているが、4Gで多用されている低周波数(ほとんどが2.5GHz以下)よりも損失が大きいため、技術的な課題を抱えている。

7G～16GHzでモバイルワイヤレスを機能させるためには、周波数帯の一部をどのように共有できるかを真剣に検討する必要がある。共有の仕組みには、複雑なポリシーと技術の両方が関わってくるため、その両方に注目が集まっている。この帯域の一部が商用無線専用に確保されたとしても、伝搬損失が増えるため、技術的な課題は大きい。受信機におけるS/N比(信号対雑音比)が低下する解決策はセルサイズを小さくすることだが、これは用地取得コストや、より多くのセルに非常に高密度なバックホール相互接続の追加が必要になるため、モバイルオペレーターにとっては財政的に実現不可能である。したがって、「次世代MIMO」(下記参照)などの先進的な統合無線やアンテナシステムでこうした課題を克服する研究が重要になる。

人工知能(AI)

機械学習(ML)として知られるAIの形態は、一般利用できる複数の優れた大規模言語モデル(LLM)の登場により、非常に人気がある。しかし、通信エンジニアは、全く異なるタイプのモデルを探求している。LLMがWeb上の膨大な量のやり取りを基に人間の言語応答を学習するのに対し、モバイルワイヤレス業界では、ネットワーク・パフォーマンスを最適化し、複雑な無線ビーム管理に対処し、回線設計を最適化し、よりトラフィック・フローを効率化し、全体的な消費電力を削減するためにAIを開発している。

これらはいずれもLLMではなく、ネットワークや回路、さらにはシミュレーションやエミュレーション・ツールから得られた技術データに基づいて学習されたMLモデルを使用する。主な技術的な課題は、従来の手段を凌駕し一貫性のある信頼性の高いモデルを作る必要性に起因している。具体的には、(1)モデルを開発、改良、訓練する方法(これには開発者が信頼できる多くのデータが必要)、(2)モデルが大半の状況下で機能することを検証する方法、に集約される。

次世代MIMO

複数入力/複数出力(MIMO)は、電波が送信機と受信機の間で複数の経路をたどること(例えば、直接経路、1つ以上の反射経路)ができる事実を利用し開発された。

MIMO以前は、複数の経路は無線通信にとって問題であり、「マルチパス干渉」を引き起こしていた(アンテナベースの放送システムしか利用できなかった時代に、テレビに映った「ゴースト」画像を覚えている人もいるだろう)。セルラーにおけるMIMOは現在、第4世代に突入し、5G用に割り当てられた3.5GHz帯の損失増加を克服するために、最新の技術が必要となった。基本的なアプローチは、(1)多数のアンテナ素子と複雑なデジタル信号処理(DSP)を使用し、アンテナ素子が連携して受信機での有効な信号対雑音比を改善すること、(2)送信機と受信機の間の無線チャネルの状態を常に測定し(モバイル・ワイヤレス・チャネルは常に変化している)、チャネルの絶え間ない変化を克服するために、複数のアンテナ素子をどのように使用するかについて、DSPが継続的に操作することである。セルサイズを同じに保ちながら(例えば、3.5GHzと同じ送受信間の最大距離を保ちながら)7G～16GHzに移行することは、MIMOシステムの技術的複雑さをさらに増すことを意味する。例えば、より多くの分散したアンテナ素子や、より強力なDSPなどである。これは、必要とされる複雑さを考えると、MLを活用する絶好の機会である。

オープンRAN

「無線アクセス・ネットワーク」(RAN)は、モバイル・ユーザー機器(スマートフォンなど)とのインタフェースに必要な無線基地局のネットワークを指す用語だ。5G以前は、RANは閉じたアーキテクチャであり、いくつかの大手ネットワーク機器メーカー(NEM)が独自のアプローチを持っていた。しかし、RANのデジタル部分(高性能汎用サーバー上で動作するソフトウェア・エンティティ)を仮想化するアイデアによって、業界は、結果として生じる分解(無線ユニット、デジタルユニット、集中ユニット)の標準化と、これらのアーキテクチャ・コンポーネント間のインタフェースの標準化に取り組むようになった。

このオープンRANアプローチは、RAN機能のインテリジェント・コントローラ(RANインテリジェント・コントローラ:RIC)を含む新しい概念につながった。オープンRAN(およびその他のオープン標準)は、多くの人が6Gに必要なステップと見なしているため、この分野ではコンセプトを次世代に移行するためのさらなる取り組みが行われている。

次に、今年注目されているが、6Gでの商業化リスクが高い技術をみてみよう。

ミリ波技術(5G時代の24G～71GHzまで)

3GPPがこの帯域を指す周波数範囲2(FR2)は、すでに5Gで使用しているが、業界はサービスを収益化するのに苦労している。この技術は依然として高価であり、利用を拡大させる明確な「キラーアプリ」がない(したがって、規模の経済性によるコスト削減もない)。また、無線リンクの信頼性を向上させるために、標準規格や実装にも作業が必要になる(特にスマートビーム管理は、MIMOに似ており、正確なリアルタイムのチャネル状態情報に依存し、MLからも恩恵を受けることができる)。しかし、容量と周波数に対する需要は甚大で、7G～17GHz帯で解放される量では不十分だ。したがって、FR2の多くが割り当てられているが、まだ十分に利用されていない。

地上波・非地上波ネットワークの統合

衛星や高高度プラットフォーム(HAPS-気球、サブオービタル成層圏航空機など)を活用し、地上と非地上の無線ネットワーク(NTN)を統合することが最近話題になっている。これは、特に自然災害や海上遭難の場合に、カバレッジと信頼性の向上を目指すものである。この技術課題は次の通りだ。

送受信距離は数百キロメートル(数百メートルではない)
複数の異なるネットワーク間のデータトラフィックの管理
送信方向に次元を追加し、干渉を管理(携帯電話の電波塔はほとんど真上や真下に信号を向けておらず、標準化された無線チャネルモデルはすべて2次元のみ)

非常に興味深い領域であり、衛星会社にとって明らかなビジネスモデル(同じインフラでより多くのユーザー)な一方で、地上波のモバイルオペレーターにとっては、それほど明確ではない。

統合センシングとコミュニケーション(ISAC)

通信信号を使っての環境センシングも、大きな注目を集めている分野だ。交通管理、ドローン管理、群衆管理、その他無数のアプリケーションが検討されている。課題は、

無線周波数、波長、信号帯域幅
容量管理、信号の周波数、波長、帯域幅

で、これらはセンシングの物理的・時間的精度と直接関係がある。容量も重要である。センシング専用に無線リソースを割り当てることは、通信に使用できないことを意味し、前述したように容量需要が問題になる。

しかし、通信に最適な信号がセンシングに最適とは限らない。また、センシングと通信が全く同じ信号で行える場合でも、センシングに必要な望ましい方向と、システムが必要な無線信号を送信する方向が同じである保証はない。そのため、技術的な作業とは、複数の基地局やモバイルデバイスからのセンシングにおける干渉の複雑さに対処することに加え、これらの複数の課題を調整することを意味する。ここでのビジネスモデルは明白ではないため、この技術の最終的な有用性はまだわからない。

最後に、これらのトピックは依然として研究の注目を集めているが、商業化の可能性はさらに明確になっていない。

反射型インテリジェント・サーフェス(RIS)

多くの無線システムで、屋内伝搬や屋外から屋内への伝搬が問題となる。例えば、駐車場、大型商業ビル、ショッピングモール、屋内スタジアムなどでは、分散アンテナシステムや無線中継器、時には独立した基地局を追加することで対応している。

理論的には、インテリジェントな反射を利用する大型の壁面設置型「サーフェス」を使った低コストのアプローチで、屋内受信に大きな違いをもたらすことができる。それは、状況の変化(人、家具の変更、室内機械の移動など)に適応できるほど賢いものだ。課題は、いかに安価で、信頼性が高く、フレキシブルなものにするか、性能を測定する方法である。まだ多くの課題が残っており、特に安価にするための課題は大きい。

SubTHzテクノロジー(>100GHz)

100GHzを超える周波数で利用可能な非常に広い帯域幅の魅力は、上述したFR2帯での商業的成功の欠如のせいで、その魅力は弱まっている。

これは、SubTHzが24G-71GHzよりもさらに高価で管理が難しいという事実があるからだ。SubTHzの研究は、産業界でも学界でも依然として重要だが、6G無線アクセス技術として主流になることはない。とはいえ、Dバンド技術(110G-170GHz)を使ったポイント・ツー・ポイントの「マイクロ波」リンクの実証実験は重要かつ成功している。バックホールのデータ容量に対する大きな需要は、これらのさらに高い周波数や他のニッチ・アプリケーションへのさらなる投資を促すかもしれない。予想されるように、調査中の技術には、半導体、アンテナ、ビーム管理、高速DSP、さらには帯域内全二重(TxとRxを同時に行うことでデータレートを倍増)などが含まれ、他と同様に、経済的制約の中にある。