ソフトバンク株式会社 先端技術開発本部 先端技術研究部
担当部長 博士（工学）
吉野 仁
無線技術にはまだ大きな可能性がある。第５世代移動通信システムの時代に向け、社会貢献できる研究に少数精鋭で挑む
通信インフラと携帯端末の機能を根本から更新し、通信速度の大幅な向上を実現する転換点とその進捗を「世代」と呼ぶ。現在の日本では第４世代（４Ｇ）が主流であるが、２０２０年の東京オリンピック・パラリンピックの開催を目途に、次世代通信規格「５Ｇ」の運用がスタートする予定だ。５Ｇでは、通信速度の向上が図られると同時に、これまで実現できなかった様々なメリットが盛り込まれるという。５Ｇは、いったい何を変えるのか――。ソフトバンク先端技術研究部で、移動通信システムの研究開発に取り組む吉野仁担当部長に話を聞いた。
携帯用インフラでなくＩоＴ社会に不可欠な社会インフラに
自動車用の移動通信サービスのためにスタートした１Ｇ（１９７９年～）から現在の４Ｇ（２０１２年～）に至るまで、移動通信の世界で一貫して追求されてきたのは、高速・大容量化である。特に、２Ｇ時代とは桁違いの高速データ通信を可能にした３Ｇの運用以降、携帯電話でのインターネット利用が急増、４Ｇではさらにその上をいく超高速通信が実現したおかげで、現在では、誰もがほぼストレスなく動画の視聴やゲームコンテンツなどを楽しめるようになった。
スマートフォンなどで音楽や映像コンテンツを楽しんだり、メールを送受信したりするだけなら現行の４Ｇで十分事足りるようにも思えるが、吉野氏は次のように指摘する。
「５Ｇは、ＩоＴの普及に不可欠な社会インフラ技術と捉えるべきものです。５Ｇを携帯電話の進化の延長線上で考えると、その価値を見誤ります」
これからの時代、ＩоＴ化の進展によって周囲のあらゆるモノがインターネットに接続していくことで、通信量の急増は不可避だろう。家電や自動車、産業用ドローンはもちろんのこと、遠隔医療や交通インフラの異常検知センサーなど、例を挙げればきりがなく、近い将来、これらがすべて無線を介した通信で相互につながるようになる。その時に本命視されている通信サービス網が５Ｇなのである。
「４Ｇとは違って、さらに多様な社会インフラに利用できることが５Ｇの最大の特徴です。５Ｇは通信の遅延が少なく、信頼性もすこぶる高いことから、車の自動運転や産業機械の協調制御のための通信など、ひとたびトラブルが発生すると困ってしまうようなアプリケーションの活用に適しています」
５Ｇの醍醐味はユースケースも含めて検討できるところ
社会インフラとしての利用を見込んだ５Ｇの３大技術要件は、「高速大容量」「超高信頼・低遅延」「多端末同時接続」である。この３要件のうち、吉野氏とそのチームは、主に「超高信頼・低遅延」を実現する無線技術の応用研究に取り組んでいる。
「要件の一つ、〝高速大容量〞はエンドユーザにもイメージしやすいと思います。例えば、動画が今以上に高画質になるなど、効果がはっきりしていますから。一方、私たちのチームが取り組んでいる〝超高信頼・低遅延〞については、それをどのように活用するかという〝ユースケース〞から考えていかなければなりません。たとえば、各種ロボットの遠隔制御や自動車の自動運転に使われる可能性がある通信です」
４Ｇまでは、総務省の実証実験で「これだけ速度が出せます」「大容量を送受信できます」といった性能の高さをデモンストレーションするだけで充分だったが、５Ｇの場合、「どういうことができるのか」「それをどこと組んでやっていくか」を実証しなければならない。技術の応用先まで含めての提案は、技術畑一筋で歩いてきた吉野氏にとっては馴染みの薄い経験だが、「応用も含めて検討できるということは、新鮮でやりがいがある」と前向きに捉えている。そして現在、ソフトバンクは総務省の「５Ｇ総合実証試験」に、車の自動運転の分野で参画。吉野氏はそのチームを率いて奮闘を続ける毎日だ。
枯れた技術でも切り口を変えれば新たな価値が生まれる
5G技術によるトラック隊列走行に取り組むメンバー。
後列右は三上学氏（工学博士）、
前列左は先端技術研究部長の岡廻隆生氏（工学博士）、
後列左は山口良氏（工学博士）
18年３月、吉野氏のチームは、５Ｇの基地局と大型トラックを使用した「隊列走行」の実証実験を行い、成功を収めた。
隊列走行とは、複数の車両が一定の車間距離を保ちながら縦に並んで走ることを指す。自動運転による隊列走行では、先頭車両のみドライバー（人間）が運転し、後ろに続く車両はすべて自動運転で先頭車を追随するかたちになり、先頭車両を操るドライバーの加減速やハンドル操作などの情報が、後続車両へ迅速に伝えられる仕組みになっている。さらに、後続車の周りの状況を先頭車両のドライバーに映像で伝送することで、安全な隊列走行の実現を目指す。この時のデータ伝送に、５Ｇが活用されている。
「車の高度な自動運転は、通信に遅延が発生すると使い物になりません。機器間で数ミリ秒以内の遅延にとどめる必要があります。現在の４Ｇでは、無線区間の遅延は最大で１００ミリ秒（０・１秒）程度ですが、５Ｇでは１００分の１、つまり１ミリ秒（０・００１秒）まで短縮することが要求されるのです」
４ｍの車間距離でトラックが縦に隊列を組んで高速道路を時速80kmで走行し、先頭車両がブレーキを踏んだ場合、１００ミリ秒の遅延が発生すると、後続のトラックは信号が伝わるまでに２・２ｍの距離を空走し、それだけ車間距離が詰まることになる。
この遅延を５Ｇの１ミリ秒に抑えることができれば、後続トラックの空走距離はたった２・２cmで済み、極めて安全な隊列走行が実現できるのだ。そして試験用道路で、吉野氏らのチームはこの実験に成功。技術が確立し商用化されることになれば、物流業界やエネルギー業界に大きなインパクトをもたらすという。
「Ｅコマースの発展で、物流業界ではドライバー不足と高齢化が深刻化しています。その解決策の一つになりうるのが隊列走行。ドライバー１人で複数のトラックを運行できるため人手不足の解消につながるなど、物流企業の収益構造を抜本的に改善できる可能性があります」
隊列走行では車間距離を詰めて走行できることから、吉野氏は「道路の利用効率が向上し、渋滞緩和にもつながりますし、車間距離が縮まれば後続車の空気抵抗削減による燃費改善も期待でき、ＣＯ２削減にも貢献できる」と胸を張る。実際、新エネルギー・産業技術総合開発機構の試算によれば、３台のトラックが時速80kmで隊列走行した場合、車間距離４ｍで15％、車間距離２ｍで25％程度の燃費改善効果が見込まれるという。
もっとも、低遅延の実現には成功したものの、それとトレードオフの関係にある〝高信頼〞を証明できなければ、公道で隊列走行の実験を行うことはできない。
高信頼な通信の確保に向けて、吉野氏は現在、信号伝送の部分を担当する三上学氏、アンテナ装置の設計開発を担う山口良氏らのチームメンバーとさらなる改善を重ねている。
「自動車の隊列走行ともなると、当然ながら私たちの独断で話を先に進めることはできません。アンテナの車載などで協力していただいている自動車分野のエンジニアに対して信頼性を証明する必要があります。年内には残ったいくつかの問題をクリアして、19年の早いタイミングで公道実験に踏み切りたいと計画しています」
吉野氏が言うように、５Ｇによる隊列走行では、自動運転技術開発の専門エンジニアの知見が不可欠だ。両者が協働しなければ、車載アンテナの最適な設置場所や形状を決めることはできない。そのためソフトバンクは、グループ企業のＳＢドライブ社のほか、自動運転技術ベンチャーの先進モビリティ社などと連携して隊列走行の実験に取り組んでいる。吉野氏にとっては、初めての経験ばかりだ。
「１Ｇから４Ｇに至る高速大容量化のプロセスのなかで、無線技術にはこれ以上の進歩は期待できないと言われていました。隊列走行への取り組みを機に、枯れた技術だと思っていた無線を〝低遅延〞という切り口で見てみた時に、工夫できる余地や可能性がたくさん残されていることに気づくことができました。私にとっては非常に有意義な経験でしたね」
食わず嫌いをせず多くの可能性にトライしてほしい
吉野氏は東京理科大学大学院を修了後、88年に日本電信電話に入社。そして92年に、ＮＴＴ移動通信網（現ＮＴＴドコモ）に転籍。主に無線技術の研究に携わった後、「もっと面白いことがやれそうだから」と、ソフトバンクに転職した。
「無線を手がけたのは社会人になってからで、自分から希望して通信の仕事に従事したわけではありません。もともと画像処理を研究したくて電気を専攻しましたが、大学では、突如として自動車に目覚めました（笑）。周囲から『機械系に進んだほうがよかったんじゃないの』とからかわれたことをよく覚えています。その時に培った知識は、現在の隊列走行の実験で、自動車エンジニアの方々と意思疎通を図るうえで大きく役立っていますね」
社会人になって以降は、主に無線信号処理や無線システムを手がけてきた。なかでも、大学で学んだ音声信号処理の技術を無線に応用し、混信した信号を分離して通信の安定を確保する「干渉キャンセル」という技術の研究は、現在の４Ｇでも一部使われている「ＭＩＭＯ」と呼ばれる超多素子アンテナ技術の先駆けとなった画期的なもの。そして現在、公道での隊列走行の実験に向けて、詰めの作業に入っている。
「振り返ってみて思うのは、自分の本意ではない業務や研究を担当する立場になっても、そこで腐らずに目の前のことを一生懸命にやっていれば、予想しなかった面白い仕事につながる可能性があるということです。私自身、音声信号処理の経験が無線の世界でも大いに生きましたし、隊列走行では好きだった自動車とかかわることができた。この経験から、蓄えてきた知識を信じて応用することが、ほかのエンジニアとの差別化になり、新たな展開を導いてくれるカギになると感じています。若い研究者には、食わず嫌いをせず、ターゲットを狭めることもせず、貪欲に様々な仕事を経験するべきだと伝えたいですね」
ソフトバンク株式会社
設立／1981年9月
従業員数／1万7200名（2018年3月末現在）
所在地／東京都港区東新橋1-9-1
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