5G対応機器開発を2020年に間に合わせたい！ CSTがかなえる効率的な設計開発：SIMULIAファミリーの3D電磁界解析システム

2020年の実用化を目指す次世代モバイル通信技術「5G」。今後、高度な通信を伴うあらゆるシステムに5Gが関わっていくが、製品開発側は今まで以上に複雑かつ高度な技術課題が突きつけられる。5G対応機器を開発する上での課題とその解決策とは？

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　世界各国のメーカーがいま、次世代モバイル通信技術「5G」（第5世代移動通信システム）への対応に動きはじめ、2020年の実用化を目指している。最大10Gbpsの高速通信が行え、無線区間の遅延を1ms以下に抑えられ、最大20Gb/s以上の大容量通信、1km²当たり100万台の多数同時接続が可能な5Gは、高度な通信を伴うあらゆるシステムに関わっていく。スマートフォンであれば、高画質な4K動画の再生が短時間でダウンロードでき、ストレスなくストリーミング配信が視聴できるようになる。またIoTシステムであれは、低遅延であることを生かしてリアルタイム性の高い仕組みが実現できることから、交通機関や金融機関などミッションクリティカルといわれる分野での応用に期待されている。

　しかしながら、製品開発側は今まで以上に複雑かつ高度な技術課題が突きつけられることになる。製品自身の複雑さに対応するため、設計開発の在り方自体も従来と大きく変えていかなければならない。

5G対応機器の技術課題とは

　5G対応機器開発の難しさを技術面から確認してみよう。5Gは高速かつ大容量な通信であり、通信機器は従来の通信システムが扱う帯域より高周波である方がよいことから、5Gに取り組む各社では、周波数が6GHz未満である「サブ6GHz」（sub-6）を活用していこうという動きが見られる。さらにその先はミリ波通信にシフトしていくとされている。sub-6についてはLTEやWi-Fiに近い周波数帯であるため過去の技術が比較的生かしやすい。しかし既に世の中で使われている帯域であることから、通信の帯域幅をなるべく広く確保する設計が課題となる。またミリ波は、帯域が24G〜44GHzの間で1波長が1〜10mmの周波数帯と光に近い存在だ。このミリ波を扱うとなると、これまでの低周波対応の機器では気にしなくてはよかったような課題が多く出てくる。例えばミリ波は従来のように金属だけではなく、樹脂などでも遮蔽できてしまう。電波を減衰させる要因もよりセンシティブなものになる。通信用のケーブルや導体の選定基準も大きく異なってくる。

　さらに5Gでは高度なアレイアンテナ技術や、複数のアンテナから異なるデータを同時に伝送して通信速度を向上させる「MIMO」（multiple-input and multiple-output、マイモ）のようなスマートアンテナ技術を用いる。電波の指向性を高めるためのビームフォーミング技術も肝となる。

　このように5Gでは、従来と大きく異なり、かつ非常に高度な通信システムの設計になる。さらに商用化の目標とされる2020年は間近に迫っている。複雑だからと時間をかけて開発していられない状況でもあるのだ。従来の製品開発においては、機械、電気、ソフトウェアと各分野で縦割りにした技術部門がそれぞれの担当を深堀りしながら連携してきた。しかし5G関連の製品開発において、そのような体制では無理を来すことは必至である。

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