6G ネットワーク: 電話を超えて IoT と AI へ

ノキア・ベル研究所の中核研究責任者が5Gから得た「教訓」について語るとき、彼は通信業界では珍しいことをしている。それは主力技術が計画通りにうまくいかなかったことを認めることだ。

その率直さは今も重要だ。なぜなら、ベル研究所の中核研究責任者であるピーター・ヴェッター氏は、6Gの成功はインフラストラクチャを最初から適切に整備できるかどうかにかかっており、これは5Gでは十分に実現できなかったからだ、と述べているからだ。

同氏によると、2030年までに5Gの容量は使い果たされてしまうという。それは、明日、5G キラーアプリが登場し、突然、すべての人の携帯電話が現在必要とするデータ容量の 10 倍から 100 倍のデータ容量を要求するようになるからではありません。むしろ、20 年代の変わり目までに、無線通信はもはや携帯電話だけを中心としたものではなくなるでしょう。

AI エージェント、自動運転車、ドローン、IoT ノード、センサー、センサー、センサー: 6G 世界ではすべてが潜在的にネットワークへの接続を必要とします。これは、予想される 6G の展開までの残り数年間で、何よりも携帯電話基地局の背後にある大容量接続が勝利を収める鍵となることを意味します。このため、通信業界でバックホールと呼ばれるもの、つまり携帯電話の基地局からインターネット バックボーンにデータを渡す大容量のファイバーまたは無線リンクに対して業界の厳しい目が向けられています。これは、携帯電話から近くのタワーへの「ローカル」接続と、数百万の信号を同時に伝送する「トランク」接続との違いです。

しかし、今後のバックホール危機は容量の問題だけではありません。それは建築の話でもあります。 5G は、携帯電話が主流となり、ますます高解像度でビデオをダウンロードする世界を中心に設計されました。 6G は現在、まったく別のものになりつつあります。予想される 5G のダウンリンクの氾濫から 6G のアップリンクの復活に至るこの逆転には、コア レベルですべてを事実上ゼロから再考する必要があります。

ヴェッター氏のキャリアは、1990 年代のアルカテル (ファイバーツーホーム接続を開拓する研究センター) での光相互接続から、ベル研究所、その後のノキア ベル研究所での役職に至るまで、無線通信時代の全期間にわたり、2021 年に業界の先導機関での現在の役職で最高潮に達します。

11月にニューヨークのブルックリン6Gサミットで開催されたこの対談で、ヴェッター氏は、5Gの何が間違っていたのか、6Gは何を変えなければならないのか、通信ネットワークの空き容量が不足し始める前にこれらのイノベーションが実現できるかどうかについて説明する。

5G の高額な誤算

IEEE スペクトル: 現在、通信は 5G の展開と予想される 6G の展開の中間点にあるのでしょうか?

ピーター・ヴェッター: 現在、十分な周波数帯と容量があります。しかし、今後はそれだけでは不十分になります。 5G ネットワークは 10 年代の終わりまでに力尽きてしまいます。交通シミュレーションを行っております。そしてそれは、2G、3G、4G と世代ごとに一貫して続いてきたものです。 10 年ごとに、容量は約 10 倍に増加します。そのため、それに備える必要があります。

私たち研究者にとっての課題は、エネルギー効率の高い方法でそれをどのように行うかということです。なぜなら、消費電力が 10 倍に増加することはありません。コストが 10 倍に増加することはありません。そして、5G から学んだ教訓: このアイデアは、「ああ、それをより高い周波数帯で行うのです。より多くの帯域幅があります。ミリ波にしましょう。」というものでした。得られた教訓は、ミリ波は到達距離が短いということです。小型セルが必要です [tower] 300メートルごとくらい。それで済みません。これらの小型セルをすべて設置するには費用がかかりすぎました。

これはバックホールの質問に関連していますか?

ヴェッター: したがって、バックホールは、基地局とネットワークのコアと呼ばれるもの、つまりデータセンターやサーバーとの間の接続です。理想的には、基地局にファイバーを使用します。サービスプロバイダーとしてそのファイバーを持っている場合は、それを使用してください。最高の容量が得られます。しかし、多くの場合、新しいセル サイトにはファイバー バックホールがありません。その場合は、無線バックホールという代替手段があります。

Nokia Bell Labs は、通信塔と通信インフラの間で通信する通信のバックホール信号用のガラスベースのチップ アーキテクチャを開発しました。ノキア

ガラス上に構築された無線機はより高い周波数をプッシュします

ワイヤレス バックホールに今後の課題は何ですか?

ヴェッター: 毎秒 100 ギガビットのファイバーのような速度に達するには、より高い周波数帯域を使用する必要があります。

バックホール アンテナが使用する信号の周波数帯域は高くなりますか?

ヴェッター: はい。課題は、無線フロント エンドとその周波数での無線周波数集積回路 (RFIC) の設計です。本当に統合することはできない [present-day] RFIC を備えたアンテナを高速で使用できます。

そして、これらの信号周波数が高くなると何が起こるのでしょうか?

ヴェッター: したがって、ミリ波、たとえば 28 ギガヘルツでは、まだ実行できます。 [the electronics and waveguides] これには古典的なプリント基板を使用します。しかし、周波数が高くなると、減衰が大きくなりすぎます。

たとえば 100 GHz になると何が起こるでしょうか?

ヴェッター: [Conventional materials] もうダメだ。したがって、他のまだ低コストの材料に目を向ける必要があります。私たちはベル研究所でガラス上のラジオに関する先駆的な研究を行ってきました。そして、私たちがガラスを使用するのは、光学的な透明性のためではなく、テラヘルツ以下の無線範囲での透明性のためです。

Nokia Bell Labs は、100 GHz 通信用のこれらのラジオ・オン・グラス・バックホール・システムを製造しているのでしょうか?

ヴェッター: 桁違いに使いました。 100 GHz を超える場合は、別のマテリアルを検討する必要があります。しかし [the wavelength range] 実際には 140 ～ 170 GHz、いわゆる D バンドです。