40年間のワイヤレス通信

1983年、Motorola DynaTAC 8000Xは市販可能な最初の携帯電話となり、重さ約2ポンドのデバイスで30分間の通話時間を提供しました。それが接続していたネットワークである1Gとして知られている最初の世代のセルラー基盤は米国の小さな部分を覆い、音声通話のみをサポートしていました。40年後、これらの最初のセルラーインストール環境から派生したワイヤレスネットワークは、ほぼ80億のデバイスを接続し、その作成者が想像できなかった技術を可能にし、ネットワークの性質を完全に変換する可能性のある6世代目の準備をしています。

IEEE Spectrumの40年間のワイヤレス進化の回顧的検証は、1G アナログ音声から5G ミリ波ブロードバンドへの技術的進歩だけでなく、ワイヤレス基盤の各世代が経済活動、文化行動、構築環境をどのように再形成したかについて追跡します。この話は、各世代がその前任者の制限を解決し、次のレベルのための条件を作り出す複合能力の話です。

4十年間に出現するパターンは、ほぼ10年間の世代周期の1つであり、それぞれ約10倍のデータスループット改善を提供し、基本的に新しいアプリケーションのカテゴリーを可能にします。2Gは音声をデジタル化してSMSを導入しました。3Gはモバイルインターネットアクセスとアプリエコシステムを可能にしました。4Gはモバイルビデオストリーミングを実行可能にし、プラットフォーム経済を生み出しました。5Gは大規模なIoT展開と超低遅延アプリケーションを可能にしています。6Gは定性的に異なるものを追加することを約束しています:物理世界を積極的に感知および推論するネットワーク。

1G〜3G時代:音声からデータへ

セルラーネットワークの最初の世代は、現在の標準では単純さの点で原始的でした。アナログ音声エンコーディングは、スキャナーで通話をインターセプトできることを意味していました。ネットワーク容量は限定されており、セルタワー間のハンドオフは信頼性がありませんでした。しかし1Gは、設計されていた基本的な問題を解決しました。ワイヤレス音声通信、および後続の世代が構築する商業的および規制上の基盤を作成しました。

1990年代初頭への2Gへの移行により、デジタル音声エンコーディングが導入され、通話品質、セキュリティ、スペクトル効率が大幅に向上しました。さらに重要なことに、最初に広く使用されたモバイルデータアプリケーションになったShort Message Serviceが導入されました。ネットワークエンジニアリング目的で最初に設計されたシステムであり、消費者が設計者が予想していたよりも速く対人通信のために採用しました。SMSは、各世代で繰り返されるパターンを予示していました。採用を促進したアプリケーションは、ネットワークデザイナーが予測したものではありませんでした。

2000年代初頭の3Gの導入により、モバイルインターネット時代が開かれました。ただし、初期の展開はしばしば、見出しの印象的な速度にもかかわらず、実際には失望するほど遅かった。3Gの重要な貢献は、ブロードバンドモバイルデータの技術的および規制上の先例を確立し、4Gが電力を供給するスマートフォン革命が考えられたエコシステム条件を作成することでした。iPhoneは2007年に2Gおよび初期の3Gネットワークで発売され、説得力のあるアプリケーションが、それらのネットワークが完全に展開される前でさえ、より良いネットワークの需要を生み出す可能性があることを実証しました。

4G革命とプラットフォーム経済

2010年代初期に大規模に展開された4G LTEは、3Gが約束したが提供しなかった方法で変革的でした。一貫したブロードバンド速度により、モバイルビデオストリーミングが実行可能になり、Netflix、YouTube、その後に続く短い形式ビデオプラットフォームが主流のメディア消費チャネルになることを可能にしました。モバイル電子商取引、ライドシェアリング、食べ物配達、およびプラットフォーム経済の全体的なインフラは、移動中の人間の手で保持されるデバイスに高速で信頼できるデータを提供する4Gの能力に依存していました。

経済的な結果は膨大でした。物理的配布に基づいて構築された業界 — 小売り、タクシー、ホテル予約、レストラン配達 — は、4G接続とスマートフォン拡散のみが動作する必要なプラットフォームビジネスからの混乱に直面しました。これらのプラットフォームを強力にした網効果は、接続された集団密度を作成した4Gカバレッジの遍在により有効になりました。これにより、オンデマンドサービスが大規模でeconomallyになりました。

2019年頃に5G展開が真剣に始まったという時までに、ワイヤレスインフラが、以前の世代が完全に予想していなかった方法で基本的な経済インフラになったことは明らかでした。5Gと6Gの問題は、単にパフォーマンスを向上させるだけでなく、完全に接続された世界が必要とするますます多様で要求の厳しいアプリケーションをサポートできるネットワークを設計する方法でした。

5Gの約束と6Gのフロンティア

5Gは約束の一部を配信していますが、他の方では不足しています。最大のマーケティング注意を引き付けた超高速ミリ波5Gは、その短い範囲と建物浸透の制限のために展開が限定されています。ミッドバンド5Gは都市地域で意味のある性能改善を提供し、大規模なIoT展開とプライベートネットワークアプリケーションを有効にしています。5Gの最強の商業的ユースケースを表します。

2020年頃に大学と国立研究所で真剣に始まった6G研究は、ワイヤレスネットワークが何であるかについて根本的に異なるビジョンへ向かっています。デバイス間のデータを単に送信するのではなく、6Gネットワークは積極的に環境を感知するように設計されています。高分解能環境マッピングのためのラジオ信号を使用し、それらが奉仕する空間の物理幾何学を知っているネットワークを可能にし、デバイスを接続するとともにローカルで計算できます。

この検知能力は、ネットワークスタックのすべての層でのAI統合と組み合わさって、研究者が知的ネットワークファブリックと呼ぶものを作成します。データのみを運ぶだけでなく、それが接続する分散計算環境に積極的に参加する基盤。自動運転車、産業用ロボット、遠隔手術、没入型拡張現実などのアプリケーションの意味は、プラットフォーム経済での4Gの影響と同じくらい深刻な可能性がありますが、商用6G展開は現在の予測で10年離れています。

40年間が私たちに教えること

40年間のワイヤレスインフラをふり返ると、最も一貫した教訓は、各世代の変革的なアプリケーションが前のものの視点から予測することが不可能であったということです。1Gネットワークの設計者はSMSを予想していませんでした。3Gの建築家はUberを予見していませんでした。4Gを指定したエンジニアはTikTokを予測しませんでした。この歴史が促すべき謙虚さは、6Gが有効にすることについての請求を評価する方法と、次の世代のアプリケーションがどれだけ急速かつ公平に到達できるかを決定する規制および投資の枠組みを構築する方法に関する事項です。それから利益を得る人々や産業。

この記事はIEEE Spectrumのレポートに基づいています。元の記事を読んでください.