無線通信の新たな波: National Radio Dynamic Zone

Jun 13, 2023

ISI は、全米科学財団 (NSF)、アイダホ国立研究所 (INL)、ユタ大学 (UoU) と提携して、スペクトル アクセスを全米に拡大する取り組みを主導しています。

写真提供: EleonImages

世界が前例のない技術革新の波に見舞われている中、コミュニケーションのニーズは増大しています。 スマートフォン、タブレット、コンピューター、さらにはスマートウォッチの間でさえ、無線通信サービスが増え続ける需要を満たすことが難しくなってきています。

新しい開発が行われるたびに、電磁スペクトルとして知られる、気道を介した通信を可能にする限られたリソースがさらに必要になります。 革新が進めば進むほど、より多くのスペクトル アクセス、つまり帯域幅が必要になります。

科学者たちは、仮想現実やアバターを通じてコミュニケーションを行う未来を構想していますが、ご想像のとおり、機能するにはさらに多くの帯域幅が必要になります。

ここがキッカーです。これらの無線通信サービスは、スペクトル アクセスをめぐって、電波天文学や気候研究などの科学活動とも競合しています。 今のところ、周回するには十分なものがありません。

利用可能な周波数帯が限られているため、文字通り科学の進歩と社会全体のより高速な通信の発展が妨げられています。

私たちは解決策を必要としています、そしてそれを早急に必要としています。

USC ビタビ情報科学研究所 (ISI) の Alefiya Hussain 氏、アイダホ国立研究所 (INL) の Arupjyoti Bhuyan 氏、およびユタ大学 (UoU) の Robert Ricci 氏は、Advanced Spectrum Initiative for Research and Experimentation として知られる提案に協力しています。 （志す）。

ASPIRE は、スペクトル イノベーション イニシアチブ: National Radio Dynamic Zones (SII-NRDZ) として知られる米国科学財団 (NSF) が後援するプロジェクトを通じて、この帯域幅の利用可能性を実現しようとしています。 SII-NRDZ の目標は、動的なスペクトル共有を通じてこれらの問題に対処することです。

SII-NRDZ プログラムは、周波数共有研究者からの有望なプロジェクト提案を資金提供によってサポートします。 ASPIRE は NSF から Engineering and Execution Lead 賞を受賞し、その後、わずか数カ月前の 1 月に発売されました。

このプロジェクトは、無線ダイナミックゾーン、つまりパラメーターに出入りする電磁エネルギーを自律的に規制および制御できる地理的に境界のあるエリアを中心にしています。

ISIの主任研究員であるアレフィヤ・フセイン氏は、計画では、指定された無線ダイナミックゾーンを試験場として使用し、実地試験を通じて動的スペクトル共有を実験し、「複数のエンティティが調和して共存できる」方法を模索することだと述べた。 言い換えれば、チームは商業団体と科学団体のニーズを同時に満たすことができる新しい方法を見つけているということです。

「無線ダイナミックゾーンは本質的に、スペクトル空間内で周波数多重または時間ベースの多重を効果的に使用できる適切な組み合わせは何かを調査できるテストベッド用の実験スペースを作成しています」と彼女は述べた。

米国は、各サービスにどの周波数が属するかを色分けした割り当て表の作成を通じて、スペクトルアクセスの管理に取り組んできました。 それは何十年も機能していましたが、スペクトルをすべて使い果たしている現在、より多くのアクセスを開くには、チャート内の非効率を平滑化することが重要です。

たとえば、このチャートでは、個々のサービスは指定されたスポットでのみ動作できますが、利用可能なスペクトル アクセスが使用されないことが多いため、これは無駄になる可能性があるとフセイン氏は述べました。

「従来、そのスペクトルは 1 つのエンティティに与えられ、そのエンティティだけがそれを使用していました。彼らがそれを使用しないことも多々ありましたが、他の誰もそのスペクトルを使用することを許可されなかったため、この種の固定割り当てメカニズムでは無駄になります。」彼女は説明した。

同氏によると、目標はより「動的で柔軟な割り当て」を実現し、いつかこのチャートを、より効率的にスペクトルアクセスを割り当て、差し迫ったニーズに合わせて再分配する自己調整型の無線ダイナミックゾーンに置き換えることができるようにすることだという。

米国は現在、バージニア州に電波天文学が行われる国立電波静か地帯（NRQZ）を設けています。これにより、微小な天文信号を受信する必要がある実験活動が干渉から保護されています。 フセイン氏は、NRQZは基本的に「電波真空」であり、そこでは電話、Bluetooth、WiFi、その他の手段を通じたあらゆる種類の無線デバイスの使用が禁止されていると述べた。

NRQZ は受動的実験のためのスペースを作成しますが、NRDZ は能動的実験を可能にします。

このように考えてみてください。あなたは大勢の人が大声で話している部屋にいます。 NRQZ シナリオでは、近くにいる全員を沈黙させて、遠くの会話が聞こえるようにします。 あるいは、2 番目のシナリオ (NRDZ) は、スペースを効果的に共有することで、行われているすべての会話を聞くことができ、全員が適切なタイミングで話すことができる場合です。

地域の実地試験を試して、何がうまくいき、何がうまくいかないのかを明らかにした後、大局的な目的は、厳格な試験から収集した情報を利用して、米国のどこかに恒久的な国立実験施設を設立することです。

NRDZ は、動的なスペクトル共有を通じて共存に取り組み、効用を最大化すると同時に、積極的な実験を通じて次世代のスペクトル科学をサポートする新たな道を切り開くことになるでしょう。

一般の人はデバイスの速度と通信能力の向上を実感するでしょうが、科学界は最先端のプロジェクトのための帯域幅を獲得できるでしょう。 それは双方にとって有利です。

このスペクトルによって可能になる新しい科学には、電波天文学やリモートセンシングが含まれており、フセイン氏は、科学者が「これまで観察したことのない現象を観察する」のに役立つ都市部の気候監視など、環境科学の進歩が含まれるだろうと述べた。

フセイン氏は、NRDZは現在建設中で将来配備される予定の「次世代望遠鏡に対するより大規模な保護」を提供することを目的としていると述べた。 これらの望遠鏡は非常に感度が高いため、このスペクトルの革新が必要です。

このプロジェクトはまだ初期段階にあります。 実際、チームは現在、フィールド試験の設計であるフェーズ I を行っています。 フェーズ II では、地域の無線ダイナミック ゾーンで実際に試験を実施します。

スペクトル割り当てチャートは、過去 20 年間うまく機能していましたが、もはや社会の無線通信需要を満たすことができません。 私たちはスペクトル管理のより効果的な新しい方法を緊急に必要としており、全国的な無線ダイナミック ゾーンはまさに医師の指示通りになる可能性があります。

今後の課題は容易ではありませんが、その影響により、スペクトル ソリューションがより良い方向に変革される可能性があります。 フセイン氏は、このプロジェクトには「技術的支援だけでなく、経済、社会、行動科学における画期的な進歩を含む法的支援も必要だ」と述べた。

この場合、プラトンは正しかったように思えます。実際、必要は発明の母です。 社会はより優れたスペクトル共有能力を必要としています。ASPIRE はその実現に向けて取り組んでいます。

2023 年 5 月 30 日発行

最終更新日: 2023 年 5 月 30 日