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 日本国内では2020年3月に第5世代移動通信システム(5G)の商用サービスが開始された。2021年現在、その次の世代となる「第6世代移動通信システム(6G)」への関心が世界中で高まっている。そこでこの特集では、6Gに至るまでの移動通信システムの進化、6Gの標準化スケジュール、要求条件やユースケース、要素技術を詳しく解説する。

 ここからは、6Gを支える要素技術について見ていこう。

 まずは移動通信システムの過去の世代から6Gまでの技術進化を示す。3Gまでは各世代を象徴する無線アクセス技術(RAT)として、代表的な技術が1つ存在した。

1Gから6Gまでの移動通信システムの技術進化
1Gから6Gまでの移動通信システムの技術進化
NTTドコモの資料に基づき作成
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 これに対し4G以降は、OFDM方式をベースとした複数の無線技術の組み合わせでRATを構成している。これは、OFDM方式をベースとした無線技術により、すでに「シャノン限界」に近い周波数利用効率が実現できているためだ。そこで移動通信システムに求められる要求条件や、周波数帯、ユースケースを継続的に拡張することで進化を続けている。

 従って、6Gでは5Gの発展仕様である「5G evolution」を経て、さらに多くの無線技術の「組み合わせ」が必要になる。また5GがLTEの高度化とNR(New Radio)の組み合わせによって定義されたように、6GのRATの定義についても今後議論が必要である。

6G向けのネットワークの新形態

 6Gでは、超高速大容量化(特に上りリンク)や無線通信の信頼性向上を実現するため、近距離や見通し環境での通信、経路(パス)の選択肢が多く冗長性の高い通信が望まれる。

 これらの条件を満たすには、従来と異なる分散したネットワークの形態が必要となる。旧世代のセルラーネットワークは、セル同士が干渉しないように6角形のセルで構成することが理想とされた。4Gからはある程度セルを重複させることで、見通し環境を増やしパス選択の余地を増やす「ヘテロジニアスネットワーク」が導入された。

6Gに向けたモバイルネットワークの進化
6Gに向けたモバイルネットワークの進化
NTTドコモの資料に基づき作成
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 6Gではこれをさらに拡張し、周囲の移動端末や非陸上ネットワーク(NTN)も含めて通信経路を大幅に増やす新しいネットワーク形態が求められる。NTTドコモではこれを「分散ネットワーク高度化(New Radio Network Topology)」と呼んでいる。

セルフリー構成の分散アンテナ

 5Gでは、特にミリ波を有効利用するため、100個を超えるような多数のアンテナ素子を用いて鋭いビームを形成する「Massive MIMO」という技術が用いられている。

 6Gに向けて、今後ミリ波やテラヘルツ波など高周波数帯を開拓していく場合、例えば1カ所に1万個を超える膨大な数のアンテナ素子を用いるアプローチも考えられる。ただし、アンテナごとにゾーンを形成する従来のセルラー構成では干渉が増えてしまう。

 そこで6Gでは、多数のアンテナで1つのゾーンを構成する「セルフリー構成」という新たな概念を採用する。

6Gで検討されているアンテナのシステム構成
6Gで検討されているアンテナのシステム構成
NTTドコモの資料に基づき作成
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 セルフリー構成では、ゾーン内で超高速大容量化を実現する「分散MIMO技術」が求められる。この技術はMIMO空間多重やビーム制御の高度化などで構成される。