編集部
6Gの登場は、通信技術における変革の時代を告げています。これまでの5Gの能力から一歩進んで、6Gは前例のないデータレートとマイクロ秒レベルの遅延を約束しています。6Gは、単なる接続を超えたアプリケーションへの扉を開く、テラヘルツ（THz）スペクトルでの運用という独自の提案を持っています。この記事では、6Gを推進する半導体技術に焦点を当て、THz通信における革命的な進歩を探求します。
6Gとその革命的な可能性の紹介
6G通信技術の登場は、データ通信の新時代を切り開くことになります。5Gがもたらした高速データレート、低遅延、高信頼性の基盤の上に、6Gはさらに進化を遂げ、テラビット毎秒（Tbps）のデータレートとマイクロ秒レベルの遅延を実現することを目指しています。
特に注目されるのは、6GがTHz（テラヘルツ）スペクトルを活用することで、従来の通信だけでなく、エネルギー収穫やセンシングなど、新たなアプリケーション領域への拡大が期待されています。この革新的な技術は、ビジネスや社会におけるコミュニケーションのあり方を根本から変える可能性を秘めており、今後の発展が大いに注目されています。
6G通信におけるTHzスペクトルの役割
6G通信の核心となるのが、THzスペクトルの活用です。5Gがサブ6GHz帯とミリ波帯を使用していたのに対し、6Gでは7GHzから20GHzの帯域、さらには75GHzから110GHzのWバンド、110GHzから175GHzのDバンド、そして275GHzから300GHzの範囲を含むTHz帯域が候補とされています。
これらの高周波数帯域の利用により、6Gは従来のモバイルアプリケーションに加えて、より広範なカバレッジと多様な用途への対応が可能になります。しかし、THz帯域の信号は空気中での吸収が大きく、伝播距離が短いという課題があります。この課題を克服するためには、アンテナの利得やパワーアンプリファイアの性能向上が鍵となり、これらの技術開発が6Gの成功に不可欠です。
THz信号伝播の課題と解決策
6GにおけるTHz信号の伝播は、その高周波数特性により大きな課題を抱えています。特に100GHzを超える周波数帯では、信号の伝播範囲が非常に短く、直線視界（Line-of-Sight）の障害物による影響が顕著です。これらの信号は、空気中の吸収により距離が伸びるにつれて急速に減衰するため、効果的な通信距離を確保することが重要な課題となります。
この問題に対処するためには、通信機器のリンクバジェットを改善し、より高い電力を必要とするアンテナ利得とパワーアンプリファイア（PA）の利得の向上が求められます。これらの技術的進歩は、都市部などの障害物が多い環境での一貫した接続性を確保するために不可欠です。
6Gのための半導体イノベーション：5Gの限界を超えて
6G通信の実現には、半導体技術の進化が不可欠です。6Gでは、特にTHz帯域での高性能なトランジスタが必要とされ、これには最低でもキャリア周波数の3倍、理想的には5倍以上の性能が求められます。現在、SiGe（シリコンゲルマニウム）やInP（インジウムリン）がこの性能を実現しており、1THzを超える性能向上のロードマップを持っています。
また、150GHzまでの操作にはCMOSが適していますが、それ以上の周波数ではSiGeやIII-V族半導体の利用が必要になります。200GHzを超える周波数帯では、CMOSとIII-V族トランジスタを組み合わせた異種統合技術が重要となり、これにより、性能、コスト、統合のバランスを取ることが可能です。このような半導体技術の進化は、6Gの成功に向けて不可欠な要素となります。
新興半導体材料でTHz周波数を制御
6G通信の実現には、THz周波数帯での高性能な半導体材料の開発が鍵となります。特に、500GHzから1THzの範囲で動作するトランジスタが必要で、現在はSiGe（シリコンゲルマニウム）とInP（インジウムリン）がこの性能を示しています。これらの材料は、高周波数帯での優れた電子移動度と高い周波数応答を提供し、6Gの要求する超高速通信を実現するための基盤を形成します。
また、150GHzまでの操作にはCMOSが適していますが、それ以上の周波数ではSiGeやIII-V族半導体の利用が必要になります。これらの新しい半導体材料の開発と応用は、6G通信の効率と性能を大幅に向上させることが期待されています。
6Gシステムにおけるアンテナ設計と統合
6G通信システムにおけるアンテナ設計は、5Gと比較して大きく異なる課題を抱えています。特に、THz帯域ではアンテナ要素間の最小間隔が大幅に縮小し、トランシーバー内の利用可能なスペースが限られるため、アンテナと関連電子部品のサイズのバランスが重要になります。
また、パワーアンプリファイア（PA）の出力が低下するため、アンテナ利得を高める必要があります。これらの課題に対処するためには、複雑なメカニズム、熱管理、およびアンテナ要素とRF回路のチップ上での統合が重要となります。これらの技術的進歩は、6G通信システムの形状、電力要件、およびアンテナ統合における課題を効果的に克服するために不可欠です。
効果的なTHz通信の鍵：パワーアンプリフィケーション
6G通信における最大の技術的挑戦の一つは、THz帯域での信号の効果的な伝播です。これを実現するためには、パワーアンプリフィケーション（PA）の性能向上が不可欠です。高周波数帯域での信号伝播には、大きなアンテナ利得と高出力のPAが必要とされます。
特に、THz帯域では空気中の吸収が大きいため、強力な信号を生成し、遠距離まで届けることが求められます。このため、6Gデバイスの設計においては、PAの効率と出力を最大化することが重要となり、これにはSiGeやInPなどの先進半導体材料の活用が鍵となります。これらの技術革新により、6G通信の実現に向けた大きな一歩を踏み出すことができます。
世界の6Gイニシアティブ：未来へのロードマップ
6G技術の開発は、世界中で進行中です。早くも2017年には、Huaweiが6G研究を開始し、その後、米国、中国、日本、欧州連合などが6G研究に注力しています。これらの国々では、6Gに関する研究プロジェクトやコンソーシアムが設立され、技術革新と標準化に向けた取り組みが進められています。例えば、米国のNext G Allianceや日本のB5Gコンソーシアム、EUのHexa-Xプロジェクトなどがその一例です。
これらのイニシアティブは、6G技術の研究開発を加速し、将来の通信技術の標準を形成するための基盤を築いています。これらの取り組みは、6Gがもたらす革新的な通信体験を実現するための重要なステップとなっています。
6Gがモバイルおよび衛星通信に与える影響
6Gの導入は、モバイルおよび衛星通信に革命的な変化をもたらすことが期待されています。6Gによるテラビット級のデータレートとマイクロ秒レベルの低遅延は、モバイルネットワークの性能を大幅に向上させ、新たなアプリケーションやサービスの開発を促進します。
また、衛星通信においても、6Gは地上と宇宙の間のデータ伝送を高速化し、より広範囲なカバレッジを実現することができます。これにより、遠隔地や災害時の通信、高度な位置情報サービスなど、さまざまな分野での利用が期待されています。6Gの進展は、通信技術の限界を押し広げ、ビジネスや社会に新たな可能性をもたらすことになるでしょう。
先を見据えて：6Gの商業化と標準化
6Gの商業化と標準化は、今後数年間で重要な進展を遂げると予想されています。IDTechExによると、6G技術の段階的な導入は2028年頃から始まり、2030年頃には正式な商業化が見込まれています。標準化プロセスは、3GPPによって2026年に開始される予定で、これにより6G技術の互換性と採用が確保されます。
6Gの標準化は、グローバルな通信ネットワークの整合性を保ち、さまざまなデバイスやサービス間での連携を促進するために不可欠です。このプロセスを通じて、6Gは通信業界における次世代の技術革新としての地位を確立し、ビジネスと社会に広範な影響を与えることになるでしょう。
まとめ
6Gは、通信技術の新たな地平を切り開く革命的な進歩をもたらします。THz帯域の活用によるテラビット級のデータレートとマイクロ秒レベルの低遅延は、モバイルおよび衛星通信の性能を根本から変える可能性を秘めています。
この技術革新を実現するためには、先進的な半導体材料、効率的なアンテナ設計、強力なパワーアンプリフィケーションが不可欠です。世界各国の6Gイニシアティブと標準化の進展は、この新しい時代の通信技術を形作る重要な要素です。6Gの商業化と普及に向けた取り組みは、ビジネスや社会に新たな可能性をもたらし、私たちの生活を豊かにすることでしょう。