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2024-10-29 19:15:00
- 中国の研究者が無線データ伝送で938 Gbpsの記録的な速度を達成
- この速度により、1 秒あたり約 20 本の映画をダウンロードできます
- さらに、現在の5Gネットワークの速度を9000倍以上上回ります。
ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの Zhixin Liu 氏が率いる研究チームは、938 ギガビット/秒 (Gbps) という驚異的なデータ転送速度を達成しました。この速度は、現在の平均 5G 速度を 9,000 倍以上上回ります。参考までに、この速度では 1 秒間に 20 本以上の映画をダウンロードできます。データを多重化するためのこの新しい標準、つまり複数の信号を 1 つのチャネルに結合することは、無線通信の将来に向けた大きな一歩となります。
このような高速転送はどのようにして可能になるのでしょうか?
この並外れた速度を達成する鍵は、これまでに使用されていたものよりも広いスペクトルの周波数を使用したことです。 Liu 氏と彼のチームは、電波と光信号を組み合わせて、5 ギガヘルツ (GHz) から 150 GHz の周波数帯域を使用しました。将来の6Gネットワークの潜在的な速度を決定することを目的としたこの実験では、未だに困難なサブ6GHz帯からDバンドミリ波帯(最大170GHz)までの全周波数範囲を利用することができました。従来のエレクトロニクス技術を駆使して対応します。
5G になったら 6G ネットワークはどのような用途になるでしょうか?
上の本文からすでに明らかになったように、新しい 6G ネットワークは 5G ネットワークよりも大幅に高速になりますが、それだけではありません。 5G では遅延が約 1ms に短縮されますが、6G では遅延をマイクロ秒レベルにまで削減することを目指しています。これは、自動運転車など、リアルタイム処理が重要なアプリケーションにとって非常に重要です。さらに、6G は単位面積あたり最大 1,000 万台/km2 という大幅に多くのデバイスをサポートしますが、5G は km2 あたり 100 万台のデバイスしかサポートできないことを忘れてはなりません。
データ転送（イメージ）
新世代の無線アクセス ネットワーク (RAN) では、アクセス ポイントとノードを接続するために 100 Gbps を超えるデータ転送速度が必要です。これにより、電子的アプローチと光電子的アプローチの両方を使用して、サブ 6 GHz からミリ波帯 (たとえば、最大 170 GHz の D バンド) を含む無線スペクトルを最大限に活用する研究が促進されます。しかし同時に、異なる搬送周波数上のブロードバンド信号の同期は依然として課題です。この点で、Liu氏のチームは高速電子技術とマイクロ波フォトニクスを組み合わせることに焦点を当て、これにより5～150 GHzの範囲の145 GHzの帯域幅でOFDM信号の無線伝送を達成できるようになった。
記録速度 938 Gbps、5G の 9000 倍
実験の一環として、高速デジタルアナログコンバータを使用して、5 ～ 75 GHz の範囲の信号が生成されました。これらのコンバータは、DAC (デジタル アナログ コンバータ) とも呼ばれ、デジタル データをワイヤレス送信に適したアナログ形式に変換するデバイスです。デジタル信号は通常バイナリ、つまり 0 と 1 のシーケンスで表されますが、アナログ信号は無限の数の値を持つことができます。この変換が必要なのは、送信信号が純粋なデジタル データとしてではなく、電波などの波の形で転送可能である必要があるためです。
75 GHz を超える範囲、つまりいわゆるミリメートル帯域で信号を生成するために、研究チームは W バンド (75 ～ 110 GHz) と D バンド (110 ～ 150 GHz) を使用する別の方法を使用しました。ミリ波帯 (mmWave) は、短い波長 (数ミリメートルから 1 ミリメートル未満) と高い周波数を特徴としており、短距離での非常に大量のデータの送信を可能にします。 W 帯域と D 帯域では、信号は低周波数よりもはるかに高速にデータを送信できますが、建物や空気中の湿気などの障害物の影響も受けやすくなります。
6G ネットワークはすべてのデバイスを完璧かつ迅速に接続できますか? (イメージ画像)
今回の実験では、光技術と電子技術を組み合わせてミリ波帯の高周波信号を生成しました。具体的には、光変調信号をフォトダイオード上の周波数同期レーザーと組み合わせるプロセスが使用されました。フォトダイオードは、光（光子）を電流に変換する半導体デバイスであり、十分な速度でテラヘルツスペクトルまでの周波数の信号を生成できます。このプロセス中、レーザービームは変調され、つまりデータによって運ばれる情報が強化され、この情報はその後フォトダイオードによって電磁信号に変換されます。この組み合わせの利点は、電子部品だけでは実現できない高周波信号を生成できることです。
この実験のもう 1 つの重要な点は、レーザーの周波数同期であり、これは 2 対の狭スペクトル レーザーと基準水晶発振器を使用することによって保証されました。研究者らは、データの送信に OFDM 形式を使用しました。 OFDM は、信号を周波数的に分離された複数のチャネルに分割することでデータ伝送を可能にするテクノロジーです。このようにして、データ送信はいくつかの小さな信号に分割され、同時に送信されます。まさにこの手順を使用して、科学者たちは 938 Gbps という記録的な転送速度を達成することに成功しました。
6Gテクノロジーのおかげで、わずか1秒で最大20本の映画をダウンロードできるようになります（イメージ画像）
この 938 Gbps という速度は、多重化データで達成された最高値を表していることに注意してください。これは、データが複数のストリーム (信号) に分割され、並行して送信されたことを意味します。しかし、研究によると、個々の信号ではさらに高速、つまり 1 テラビット/秒 (Tbps) を超える速度を達成できることがわかっています。 Liu 氏の言葉を借りれば、信号を広い周波数スペクトルに分散することは、5G ネットワークの「狭くて混雑した道路」を「10 車線の高速道路」に変えることに例えることができます。交通機関ではより多くの車を収容するためにより広い道路が必要であるのと同じように、無線通信でもより多くの信号を受信できるようにより広いスペクトルが必要です。
Liu氏のチームはすでにスマートフォンメーカーやネットワークプロバイダーと協議を行っており、彼らの研究が将来の6G技術の基礎を築くと信じているが、他の競合するアプローチも同時に開発されている。たとえば最近、日本の通信会社グループは、5G の最大 20 倍の速度でデータを送信できる高速無線 6G デバイスを開発しました。このデバイスは、最大 100 メートルの距離にわたって 100 Gbps の速度でのデータ伝送を可能にします。
記事の著者
ジョセフ・ノバク
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