ガラスアンテナで窓を5G基地局に変換
(spectrum.ieee.org)- 日本企業は、建物の窓の内側に貼り付ける透明ガラスアンテナを開発・配備し、都市景観や建物の外観を損なわずに5Gサービスエリアを広げようとしている
- 5Gは4Gより高い周波数帯まで使用するため、1つの基地局のサービス範囲が小さくなり、日本の通信事業者は設置場所不足と構築コストのためインフラ共有を拡大している
- 東京を拠点とする通信事業者 JTower は、AGCとNTT Docomoが開発に参加したガラスアンテナを先月配備し、最初の設置場所は東京・新宿の窓だった
- AGCの WAVEANTENNA は、透明導電材料と透明樹脂を2枚のガラスの間に挟む構造で、5G Sub6帯のうち3.7〜4.5GHzに最適化されている
- 窓型アンテナは基地局の設置位置と高さの選択肢を増やし、AGCは自動車向け5Gガラスアンテナにも応用して、Las VegasのオンデマンドEVレンタルサービス Halo.Car のようなユースケースを獲得している
窓を5Gサービスエリアに変える透明アンテナ
- 5Gは2018年または2019年から配備が始まった後、世界中の数億人のユーザーに広がった
- 前世代のネットワークより低い遅延時間を提供するが、同じ地域をカバーするにはより多くの基地局が必要になる
- 日本企業は、共有可能な空間に目立つ機器を増やさないために、窓が複数の通信事業者で共有できる基地局として機能するようにする透明ガラスアンテナを開発している
5G配備が建物の窓を必要とする理由
- 5Gネットワークは4Gより高い周波数帯を含む
- 高い周波数を使う基地局は担当するカバレッジ範囲が小さいため、4Gよりも高密度な設置が必要になる
- 日本の通信事業者は、設置場所不足と5G構築コストのため、モバイルインフラ共有を進めてきた
JTower、AGC、NTT Docomoによる初の配備
- 東京を拠点とする通信事業者 JTower は先月、新しいガラスアンテナの配備を発表した
- ガラスメーカー AGC と移動通信事業者 NTT Docomo がこのアンテナの一部開発に参加した
- 最初のアンテナは東京・新宿地域の窓に設置された
- AGCのマーケティングマネージャー Shota Ochiai は、この製品について、建物の窓の内側に取り付けて外部をサービスエリアにしながら都市景観と建物外観を損なわない、窓を基地局に変える世界初のアンテナだと紹介した
透明アンテナの構造と動作
- このアンテナは透明導電材料を基盤としている
- 透明導電材料と、合わせ自動車フロントガラスに使われる種類の透明樹脂を2枚のガラスの間に挟む構造になっている
- AGCの Kentaro Oka は、透明導電材料をアンテナとして使う発想は以前にはなく、導電材料をガラスの間に入れることでアンテナの耐久性が大幅に高まったと見ている
- ガラスの厚みに合わせて設計できるため、窓サイズの装置が吸収・放出する無線信号の減衰と反射を抑えられる
- AGCの独自技術は、電波が窓を通過するときに生じる電波方向の乱れを緩和する
WAVEANTENNAの特徴と周波数
- AGCの製品名は WAVEANTENNA で、窓の内側表面に設置される
- ケーブルを除けば目立ちにくく、通常は窓の上部や端のように視界から外れた位置に配置される
- WAVEANTENNAは5G Sub6帯に対応しており、これは6GHz未満の信号を意味する
- Sub6アンテナは、壁や建物のような障壁をよりよく通過する低い周波数範囲を使うため、5G配備で重要な部分となる
- この帯域は、より高い帯域幅を提供する5Gミリ波領域とは区別される
製品の履歴と共有型バージョン
- AGCによると、この製品の初期バージョンは2020年に発売された
- 複数の移動通信網が共有できるバージョンは昨年導入された
- AGCは、このアンテナが3.7〜4.5GHz帯に最適化されていると明らかにしている
- この帯域はかなりの帯域幅を提供するが、理想的なミリ波5G配備が到達できる水準と同じではない
- ミリ波は一般的に10〜50GHzの帯域幅を提供できる
設置場所の拡大と自動車への応用
- インフラ共有が通信事業者にとってより重要になるほど、ガラスアンテナは5Gカバレッジ拡大に活用できる
- この装置は基地局の設置可能場所を増やすだけでなく、適切な設置高さを選びやすくする
- AGCは5Gガラスアンテナを自動車にも応用しており、信号の途切れを減らすのに役立つ可能性があると見ている
- ユースケースとしては、Las VegasのオンデマンドEVレンタルサービス Halo.Car があり、このサービスは遠隔ドライバーが顧客に車両を届けるために高速ネットワークに依存している
1件のコメント
Hacker News のコメント
より目立たないセルラーアンテナには賛成だが、この事例は写真だけを見ると透明でも無害そうにも見えない
むき出しの同軸ケーブルなしで接続部を目立たなくし、窓の上に追加の窓を重ねなくてもよく、導電性領域をもっと透明にすることはできるだろうが、現時点では概念実証程度にしか有用に見えない
商用製品がどう出てくるかを見ないといけないし、通常は1つのタワーにアンテナが何十本もあるので、全部がこういう見た目にはならないと思う
放射エミッションのために人を3m以内に入れないようにしなければならないなら、その窓の外を普通に眺めるのはやめたほうがよさそう
ガラスファサードでは、建物が巨大な温室になるのを防ぐためにほぼ必ず Low-E ガラスを使うが、このガラスは5G周波数を非常によく遮る[1]
5Gの短い電波到達距離と相まって、5Gアンテナを設置できる場所を見つけるのはかなり難しくなる
この製品は、通信事業者が建物ファサードの内側にアンテナを取り付けながら外側のカバレッジを提供できるようにし、5Gマスト設置のコストと難易度を大きく下げる
敏感な機器は一般的な建物内の空きスペースに置けるし、大きくて見栄えの悪い防水ハウジングも不要で、外部アンテナへケーブルを出すために建物の防水シールを貫通する必要も減る
これを可能にするには、アンテナが取り付けられた Low-E 窓そのものを無線周波数設計に組み込むよう、かなりの調整が必要だったはず
物理的なアンテナがガラスで部分的に透明である点は、実はそれほど面白いところではなく、ガラスは非常に硬いため導電性部品と窓の距離を一定に保ち、正しい無線結合を起こしやすいので選ばれた可能性が高い
[1] https://www.ranplanwireless.com/gb/resources/low-e-glass/
だがすべてのサイトがそういう見た目である必要はなく、ここでは建物内部や近隣の数ブロックのカバレッジを改善するスモールセルに近い
出力もずっと低く、WiFi基地局と大差ないので、近づいたからといって人が焼けるわけではない
innocuous は無害という意味で、inconspicuous は見えにくい、または目立たないという意味
背後が平坦な背景で、線も1、2本見える状況なので、この程度ならまったく過度に目立つようには見えない
給電線の配置まで含めても、超高級な隠蔽空間向けではないかもしれないが、ほとんどの場所には十分よさそうに見える
都市や商業空間で取り得る代替案を考えると、かなり大きな改善だ
一番気になるのは出力レベル
経理部の Joe が8フィート離れているときにどれだけ送信できるのか、一般的な建物取り付け型や柱取り付け型アンテナとどう違うのかが気になる
また、このアンテナがどの周波数向けなのかも重要
5Gは複数の帯域で動作できるので、ミリ波機器なのか、もっと低い帯域なのかを知りたい
可能性とポテンシャルを見る人々が世界を動かすのだと信じている
建物内には少し暗いガラスパネルがそれほど不自然ではない場所が多く、大きくて醜い不透明なプラスチック箱よりはずっと良い
特に建築家がきちんと統合して設計すれば、100%透明でなくても非常に目立ちにくくできる
多くの建物には歩行動線から離れたガラスパネルもある。高窓、天井、設備エリアのような場所だ
ボランティアが自前の接続を提供するメッシュ5Gネットワークを作って、携帯通信事業者をなくすことは可能だろうか？
長年にわたり多くの試みがあったが、Merakiのように方向転換したり、Common Networksのように廃業後に既存のインターネット事業者へ資産を売却したりした。
最大の障害は、高性能な送信機を安定運用することがアマチュアには簡単ではなく、送信機1台あたりの報酬も大きくない点だ。
住宅向けインターネット事業者を例に挙げられるが、セルラーネットワークにもまったく同じことが当てはまる。
ネットワークがより「メッシュ」になるほど、収益をより多くの人と分け合う必要があり、問題は悪化する。
また、インターネット接続では信頼性が極めて重要だ。
アマチュアが高い稼働率を維持するのは難しいため、分散型メッシュネットワークが実際にインターネットサービスを提供するには、特定の地域に多くの冗長性が必要になり、そうなるとノード1台あたりの収入はさらに減る。
結局、問題が起きたらすぐにノードを修理し、最適化しに回る技術者チームが必要になり、これは実質的にインターネット事業者や携帯通信事業者がやっていることだ。
メッシュネットワークでは通常、不動産所有者がノードを所有するという発想だが、既存のインターネット事業者モデルでは、不動産所有者はノードを所有する事業者に場所を貸す。
貸し手の立場では、慣れた後者のモデルを好む場合が多い。
WiFiが密集したマンションを見ると、帯域を中央で割り当てたり管理したりしないため非常に混雑している。
法的な制限内で各自が望むチャンネルと出力で送信する無法地帯になり、中央管理がなければ良い体験を得られる人は多くない。
5GHz/6GHz WiFiがより実用的なのは、隣人の信号を自然にあまり拾わないようにしてくれるからだ。
多くの5G展開で使われる700MHz/900MHz/1.2GHzまで下げると、WiFiがこの問題を解決しようとして進んできた方向とは逆に進むことになる。
周波数が低くなるほど、うるさい隣人問題はさらに大きくなるだろう。
そこに、人々がそれぞれ帯域を飽和させる状況でメッシュルーティングにまで依存するなら、データ転送の信頼性と効率は大きく低下する。
携帯電話を中継ノードとして使うのはバッテリーを猛烈に消耗するため、最初から難しく、結局はボランティアが自分で有線接続された基地局を設置する方式に頼るしかない。
ボランティアベースのLoRaWAN Helium[0]メッシュネットワークがあり、約2年前に5Gも追加した。
しかし暗号資産ベースで、無線機器とアンテナに投資するボランティアにとって採算が合うようには見えない。少なくとも私の住む場所ではそうだ。
隣人は今もバルコニーにHeliumのアンテナと無線機を取り付けているが、費用対効果が合わずオフライン状態だ。
ただしそれは5G以前のLoRaWANハードウェアで、5G版を実際に運用している人は知らない。
技術的にはアイデアは気に入っていたが、プロジェクトが暗号資産トークン中心で、全体的にweb3臭がして敬遠した。
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Helium_Network
第一に、どの周波数を使うかが問題だ。
2.4GHzや5GHzを使えば、WiFiを使っている近隣住民は嫌がるだろう。
6GHz帯もあるが長距離には問題があり、3.5GHz CBRSがおそらく最善だが、帯域割り当てと運営組織が必要になる。
良い低周波・長距離帯域は携帯通信事業者が持っている。
第二に、家庭用ルーターの範囲はかなり短く、おそらく1マイル程度だろう。
都市をカバーするには非常に多くのノードが必要で、5Gルーターも安くない。
都市を出れば受信できないという意味でもある。
ほとんどのルーターは屋内用で、まともなカバレッジを得るには屋外の柱に設置しなければならない。
第三に、5Gに端末間の直接通信が実際にあるのかはっきりしない。
LTE-Directはあったが実装されず、5G仕様にもD2Dはあるが、実装例は見つけられなかった。
2000〜2020年代の少し古い多くの車にも、ガラス内蔵アンテナがあった。
アイデア自体は堅実だ。
ガラス内のアンテナは保護されるため、非常に薄く、ほとんど見えないように作ることができ、屋根上のシャークフィンやロッドより見た目がよい。
これは工学的な選択というより、美観上の選択に近いと思う。
屋根の上に小さなアンテナを1本立てるだけでも、工学上の問題は十分に解決できる。
車には通常、リアガラスなどに複数のアンテナが内蔵されている。
FMラジオのようなものでも複数箇所に3本以上のアンテナがあり、受信機がその中で最も良い信号に切り替える。
シャークフィン1つでは十分ではない。
非常口標識の役割も兼ねるバージョンを見てみたい。
https://www.exitsignwarehouse.com/products/esw-el-r
私たちの国の新しい高速鉄道列車も、移動中の携帯電話の受信を改善するために似た技術を使っている。
https://press.siemens.com/global/en/pressrelease/obb-puts-fi...
この記事は窓をアクティブアンテナとして使う内容だ。
一方で最近の列車は、外部の電波カバレッジが通過できる透過性のある窓を使い始めたということだ。
列車の窓は日差しを遮るために金属コーティングされており、残念ながら電波も一緒に遮ってしまう。
タイトルの windows が小文字なのに、OS ではなく窓の話だと気づくまで少し時間がかかった
イタリア語で file は「列」という意味だけど、どこかで file という単語を見ると英語の IT 用語の「ファイル」と読んでしまう
そのたびにちょっと笑ってしまう
ガラスをコンコン叩いたり、風や強い雨が当たったりすると信号が乱れないのだろうか？
ただし記事によると、このアンテナは 5GHz 以下の帯域でしか動作せず、そのほうがずっと筋が通る
現代的な窓の多くは紫外線反射のためにアルミニウムコーティングを使っており、一般に Low-E ガラスと呼ばれる
このコーティングはミリ波周波数を減衰させるのに非常に優れているため、窓は建物内でアンテナを置く場所としてほぼ最悪になる
ただ、ほとんどの人は携帯電話やほかの機器にギガビット WiFi を必要としていないので、本物のミリ波 5G は今のところ主に固定無線の家庭向けインターネットに使われているようだ
これはペプチドガラスでも機能するのだろうか？
“A self-healing multispectral transparent adhesive peptide glass”
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07408-x :
Transducer:
https://en.wikipedia.org/wiki/Transducer
https://news.ycombinator.com/item?id=41442489 :
写真キャプションには「建物の窓に取り付けられた長方形のガラス装置の室内写真。装置と天井の間にケーブルが接続されている」とある
しかしこれは明らかにAI 生成画像だ
窓に映ったランプの反射を見ると、窓枠と重なっている
もはや AI 生成画像を本物のように出すのが標準になったのかと思ってしまう
Alcan Systems も5G ガラスアンテナを作っている
ただし同社は LCD ディスプレイ技術を使ってフェーズドアレイを作り、信号の方向を動的に調整する
https://www.alcansystems.com/