創立100周年記念公開講座 －超スマート社会の実現を目指す最先端の科学・技術研究－（第4回）

ラジコン飛行機がきっかけだった

ワイヤレス通信システムの温故知新

1864年にイギリスの理論物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルが電磁波（電波）の存在を予言しました。これは、マクスウェルの方程式から導かれたものです。
そして、1888年にドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツが、電波の存在を証明します。
電波による通信の実験は、ロシアの物理学者のアレクサンドル・ポポフによって、1895年になされています。当時の通信距離は250メートルほどだったようです。
しかし、その翌年の1896年にはイタリアの発明家グリエルモ・マルコーニが12キロメートル以上の無線通信に成功して、1897年にはマルコーニ無線電信会社を設立しています。現代のベンチャー企業のようなものですね。そして1901年には大西洋横断通信にも成功したのは有名な話です。

ワイヤレス通信の基本課題

現在、衛星通信から無線LANまでさまざまなワイヤレス通信技術が利用されています。ここでは個別の技術の課題ではなく、ワイヤレス通信全体の課題を紹介して、幾つかの具体例をお話します。
まず、電波は見えません。掴みどころがないんですね。そして、エネルギーを消費する。バッテリーが必要になります。さらに、電波は「干渉」します。電波干渉が起こると、電波は届いているのに繋がらないということが生じます。そして、電波を利用する人は移動します。電波の届かない場所に移動すれば、通信はできなくなります。これらの要因によって、さまざまな問題が起こります。
ワイヤレス通信の基盤は、マクスウェルの電磁界理論にしたがう電波伝搬と、クロード・シャノン（アメリカの電気工学者・数学者）の情報理論によるシステムとネットワークの技術です。これらを基盤にして、さまざまな問題に取り組んでいくことになります。
ここで私が作ったワイヤレス川柳をひとつご紹介します。

「ワイヤレス　やってみないと　わからない」

これは、実際に実験してみて、はじめて明らかになる問題があるという意味です。
具体的な例をご紹介します。航空電話を開発したときのお話です。地上局から送られた電波を高度1万メートルの上空を飛行する航空機で受信するのですが、地上局の上空を飛行するときだけ、ノイズで通話ができなくなるという現象が起こりました。このように無線局の移動などによって電波の受信レベルが変動する現象を一般に「フェージング」と呼びます。調査の結果、地上局から発射された電波が周囲の山々に反射して、ちょうど地上局の上空でマルチパス干渉となっていることが分かりました。これはアンテナの指向性を調整することで解決することができました。
もう一つ川柳をご紹介します。

「ワイヤレス　やってみても　わからない」

これは電波伝搬現象をいろいろと理論的に解析する技術はあるのですが、電波伝搬は周囲の環境に左右されるので、環境が時事刻々と変化する現実空間では、あらゆる条件を考慮した解析は困難であり、最後の最後のところがよく分からないことがあるということです。
私は自動車と自動車の間で行う車車間通信の研究を行っていますが、車車間通信では通信する自動車だけでなく道路や建物、街路樹の影響など周囲の状況も考慮する必要があります。電波伝搬の研究は100年も続いているテーマですが、ある地点の電波の状態をリアルタイムに予想することは未だに難しい課題なのです。

これからの社会での無線技術の展開

ワイヤレス通信技術は、今後、どのように発展していくのでしょうか。現在利用されている情報通信の手段としてだけでなく、電気や水道のような社会インフラの一つになっていくと予想されます。
また、これまでは利用されていなかった場所でも、どんどんワイヤレス通信技術が使われるようになっていきます。最近の例では、ATMの筐体の中での通信をワイヤレスで行いたいといった新しいニーズがあります。

AWCCの研究と今後の展望

最後に私が所属するAWCC（先端ワイヤレス・コミュニケーション研究センター）で行われている研究テーマをいくつかご紹介します。