5G MIMO close-up with blue sky and clouds at the background
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Tony Montalvo, Fellow and VP of Technology, Automotive, Communications, and Aerospace
Tony Montalvo,

フェロー、技術/車載/通信/航空宇宙担当バイス・プレジデント

Analog Devices

Tony Montalvoは、2000年にアナログ・デバイセズ(ノースカロライナ州ローリー)に入社しました。2020年から車載/通信/航空宇宙部門の技術担当バイス・プレジデントを務めています。2012年にフェローに就任。2017年からは通信事業部門の技術担当ディレクタを務めていました。アナログ・デバイセズに入社する前は、EricssonでRF ICグループを率いたほか、AMD(Advanced Micro Devices)でフラッシュ・メモリの設計に携わっていました。1985年にロヨラ大学(ニューオーリンズ)で物理学の学士号、1987年にコロンビア大学で電気工学の修士号、1995年にノースカロライナ州立大学で博士号を取得。ノースカロライナ州立大学では非常勤の教授を務めています。また、同校では電子工学部/コンピュータ工学部同窓生の殿堂入りを果たしています。

5GとO-RAN――私たちが直面する3つの課題


周知のとおり、5Gはより高速で信頼性の高いネットワークを提供してくれます。それに加え、新たな形態のビジネス・チャンスをもたらします。技術者としては、それに関連する課題を明らかにし、想定されるチャンスを具現化するためのソリューションを開発しなければなりません。ここでは、5Gのビジョンを具現化する上で鍵になると見られる3つの課題を指摘します。

【その1】RUは仮想化されない

5Gの展開は、ネットワークのアーキテクチャを仮想化することによって行われました。仮想化には、ネットワークのアップグレードやメンテナンスが容易になるというメリットがあります。ただ、そのメリットは無線ユニット(RU:Radio Unit)にまでもたらされるわけではありません。仮想化された世界と現実の世界は、どこか交わる必要があります。携帯電話ネットワークの場合、RUがその交点になります。

5Gにおける高速化とエネルギー効率の向上は、Massive MIMOを採用したRUに大きく依存しています。旧来の無線システムで使われるアンテナの数は2本または4本でした。それに対し、Massive MIMOでは64本ものアンテナが使われることがあります。それらを利用することで、ネットワークのスペクトル効率を大幅に高めるビームフォーミングやマルチユーザMIMOなどの技術を実現することが可能になります。

Massive MIMOは、無線技術の劇的な進化がなければ実現できなかったはずです。アナログ・デバイセズは、2Gの時代からRUに深く関わってきました。そして、5Gについても中核的な技術をいくつも生み出してきました。無線チャンネルの密度はここ10年の間に一桁高まりました。一方、チャンネル当たりの電力は同じ期間で一桁減少しています。

しかし、そうした改善はICだけによって実現されたわけではありません。アナログ・デバイセズは、RUのシステム全体を対象としてコスト、サイズ、重量を最小化するために専門知識を活用しています。例えば、Massive MIMOに対応するRUでは、アンテナで使用するフィルタが装置の全体積の30~40%を占めることがあります。そこで当社は、競合するソリューションと比較して、フィルタの複雑さが最大50%軽減されるようにシステムを設計しています。

5G MIMO at the countryside crossroads

【その2】いくつものバンドが存在する

以前は、どの地域においても、使用されるバンド(周波数帯)は1つか2つでした。それに対し、現在では数十ものバンドが使われることがあります。ネットワークの複雑さが増していることは、筆者のようにドライブ中、長時間にわたって電波塔を見つめて過ごす人間にとっては明らかなことです。その数の多さに感嘆し、子供たちに向かって「あれを見てごらん。少なくとも8バンドはある!」などと説明してしまうほどです。このようにバンド数を増加させるためには、同時に複数の周波数帯に対応できるRUが必要でした。

問題なのはバンドの数だけではありません。以前は、大規模な電波塔に設置されていたのはマクロ・セル用の基地局だけでした。しかし、現在は何種類ものマクロ・セルに加え、非常に高い密度で実装された屋内外用のスモール・セル、最大64本のアンテナを使用するMassive MIMO用の機器が設置されるようになっています。それらは、従来のセルの周波数(6GHz以下)やミリ波帯の周波数を使用します。

このような課題に対応するために、アナログ・デバイセズの製品は特に柔軟性を考慮して設計されています。例えば、あるRFトランシーバーの製品ファミリは、スモール・セル、マクロ・セル、Massive MIMOを含むサブ6GHz帯のネットワークに適用できます。そのため、これを採用すれば柔軟な設計開発が行えます。

5G MIMO with the waves of bands

【その3】エコシステムの複雑化

5Gの展開と同時に、新たなエコシステムが生み出されました。それがO-RANです。O-RANは、ネットワークの構成要素を細分化し、より多くのメーカーが参入できるようにすることを目指しています。それにより、事業者にとっては、ネットワークを柔軟に構築できるようになるというメリットが得られます。但し、柔軟性を得られるようにすると、複雑さが増すことになります。

RUがより複雑なものになることに加え、RFと信号処理に精通した技術者の人数は限られるという問題もあります。つまり、O-RANのエコシステムの展開にはリスクが伴います。アナログ・デバイセズの役割はRUを簡素化することです。それに向けて、各メーカーが即座に製造を開始できるように、高度に最適化された完全なシグナル・チェーンやパワー・ソリューションを提供します。

上述したような技術的な課題に取り組むことにより、このオープンなエコシステムに参入する企業は、自社の製品を構築するために間違いなく拡張可能なプラットフォームを利用するようになります。O-RANを世界中で展開するには、通信に関するエコシステム全体がイノベーションに取り組まなければなりません。そうした進展の基盤には無線技術があります。RUの統合と簡素化、そして民主化を組み合わせることにより、このエコシステムに新規参入する企業にとっては、新たな価値を生み出すための取り組みをより実施しやすくなるでしょう。

O-RAN enabling network operators to have flexibility
O-RANによって、ネットワーク事業者はネットワークをより柔軟に構築できるようになります。アナログ・デバイセズの役割は、完全なシグナル・チェーンとパワー・ソリューションを提供することにより、RUを簡素化することです。