40年間のワイヤレス進化がネットワークをセンシングプラットフォームに変えた

通話から認識へ

MotorolaエンジニアのMartin Cooperが1973年4月に初めて公開での携帯電話通話を行った際、彼が実証していた技術は単なる通信ツールでした。それから50年のワイヤレス進化を経て、通話、テキスト、データを運ぶネットワークは、動きの検出、環境のマッピング、健康監視、世界中の物理資産の追跡が可能な、より複雑な分散センシングプラットフォームに変わりました。

IEEE Spectrumが実施した40年間のワイヤレス標準化に関する回顧展は、1980年代の第1世代アナログネットワークから現在の5Gインフラストラクチャのロールアウト、そして新たな6G仕様まで、この変化を追跡しています。各世代は単に帯域幅を増やすだけでなく、ワイヤレスネットワークが何であるか、そして何ができるかを根本的に再定義する新しい機能を追加しています。

世代別の推移

第1世代アナログネットワーク(1G)は音声のみで、デジタル暗号化とデータ機能がありませんでした。第2世代(2G)デジタルネットワークはSMSメッセージングと初歩的なデータを追加しました。第3世代(3G)ネットワークは2001年から展開され、ブラウジングと初期のスマートフォンアプリケーションを実用的にする速度でモバイルインターネットアクセスを実現しました。第4世代(4G)LTEは現代のスマートフォン経済を可能にした革新です。ストリーミングビデオ、ライドシェアアプリ、食品配送プラットフォーム、モバイル決済はすべて4Gが実現する帯域幅とレイテンシ特性に依存しています。

第5世代(5G)ネットワークは2019年以来世界的に展開されており、より複雑な技術的飛躍を表しています。単なる帯域幅の向上を超えて、5Gは産業および安全関連アプリケーション向けの超高信頼低遅延通信、1平方キロメートルあたり数百万のデバイスを接続するIoT展開向けの大規模マシン型通信、および同時に異なるパフォーマンス特性を持つ複数の仮想ネットワークをサポートするネットワークスライシングを導入しています。

センシング革命

より少なく見えますが、ますます大きな影響を与えているのは、ワイヤレスネットワークを情報を運ぶだけでなく、情報を生成するために使用することです。Integrated Sensing and Communication(ISAC)として知られている技術は、通信目的で送信されたラジオ波を使用して同時に物理環境をセンシングします。波の経路にある物体の存在、位置、速度、特性を検出します。これはレーダーに似ていますが、すでに接続性のために放送されている同じ信号を使用します。

5Gネットワークは、ISACを規模で技術的に実現可能にするシグナル特性(広い帯域幅、ミリメートル波周波数、密集したアンテナアレイ)を備えています。研究デモンストレーションでは、5Gベーステーションが人間の存在と動きを検出し、部屋の人数を推定し、隣接する道路の車両を追跡し、通常のセルラー信号で環境が作り出すラジオ反射から呼吸パターンとジェスチャーさえ監視できることが示されています。

検討されているアプリケーションの範囲は、無害なものから潜在的に懸念されるものにまで及びます。スマートビルディングエネルギー管理がカメラなしで占有率を検出し、支援生活監視がプライバシー侵害的なビデオなしで転倒を検出する場合と、知識や同意なしに公開スペースで個人を受動的に追跡する場合があります。ネットワークをより有用にする同じ機能は、適切なガバナンスがなければ、誰も明示的に構築することを選択していなかった監視インフラストラクチャになる可能性があります。

6Gへの道

現在、世界中の研究機関と標準化団体によって定義されている第6世代ワイヤレス標準は、2030年代初期の商用展開を対象としており、センシング統合を最初のクラスの機能として設計されています。ヨーロッパ、米国、日本、韓国、中国で開発中の6G仕様にはすべて明示的なISAC要件が含まれており、将来のネットワークは接続性とともにコア機能として物理世界をセンシングするために構築されることを意味しています。

通信とセンシングインフラストラクチャのこの収束は、新しい規制フレームワークを必要とします。1934年のRadio Actとその後継者は、スペクトラム配分が通信を可能にすることについてのであった世界のために設計されました。同じスペクトラムが同時に通信を可能にし、物理環境についてのセンサーデータを生成する世界では、そのデータを所有する者、誰がそれにアクセスできるのか、どのような目的で使用できるのかについての質問は、既存の通信法によって答えられていません。

ワイヤレス業界の次の40年は、基盤となる技術と同じくらいこれらのガバナンスの質問によって形作られるでしょう。Cooperの1973年の電話通話から出現したネットワークは、常にその可能性において単なる通信ツール以上でした。その可能性は現在、規制がまだ追いついていない速度と規模で操作上の現実になっています。

この記事はIEEE Spectrumのレポートに基づいています。 元の記事を読む。