用Beyond5G/6G与进一步进化的IoT设备，构建DX·GX基础的IIoT系统（前篇）

2022/12/16

以实现可持续的富裕社会为目标，通过数字化转型（DX）和绿色转型（GX），推进社会系统和商业的改革。为将此目标付诸实践，作为数字信息活用基础的IIoT（工业IoT）系统的活用必不可少。东京大学中尾教授的研究范围覆盖从关键技术到具体应用的IIoT系统各个方面，而村田制作所的下前则负责下一代信息通信相关业务的策划工作。两位就符合时代需求的IIoT系统的现状以及目前和今后的所需技术进行了讨论。作为对话的前篇，在本期中我们将聚焦IIoT系统的高度数据传输中必不可少的通信基础设施，介绍两位分别从研究者和实际开展业务的企业方的不同视点的讨论内容。

当今，我们正试图从一味追求增长的社会蜕变为一个能够实现可持续富裕的社会。并且，为了基于两大趋势的发展，适应近未来社会及商业环境的需要，全世界的政府、地方自治体和企业都正在努力构建新的体制并致力于业务改革。

两大趋势之一，便是数字化转型（DX）。其目的在于通过充分运用业务中产生的数字信息，构建能够实现业务的大幅度效率化、创造全新价值的事业体制。另一大趋势便是绿色转型（GX），其目的在于推进维持并加强富裕及商务竞争力，同时努力构建有助于实现脱碳化等地球环境保护的事业体制。

为了高效地实践DX和GX，需要一个有效的机制，从而能够通过定量数据，实时、正确地把握社会活动和商务活动的动向，并根据精准的解析实施合理的优化处理，实践高效且有重点的相关措施。IIoT（工业IoT）系统便是能够满足这一需求，支撑近未来社会和商业的信息基础。

智能手机的5G使用范围稳步扩大

2020年3月，日本国内开始了第五代移动通信系统（5G）的商用服务。至今，很多人应该已经使用5G对应的智能手机了吧。

中尾教授认为，“智能手机可以使用5G的领域正在稳步扩大”。在日本，共4家通信运营商拥有5G频带。截至2022年2月，其中第1家公司已在东京山手线和大阪环状线的车站间及所有车站站台、关东4条路线的共47个车站，以及札幌大通和新宿等全国80个商业地区实现了5G区域化。第2家公司则于2022年3月宣布将提前扩大5G区域的日程，至2024年3月在全国1741个市区町村展开5G区域，从而使人口覆盖率达到90%以上。第3家公司宣布，已于2022年4月实现了5G人口覆盖率突破90%的目标。最后第4家则宣称，目前4G的人口覆盖率已达到96%，如利用虚拟化技术，便可以最低限度的设备迅速实现向5G的转移。

东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业教授、东京大学校长特任辅佐中尾彰宏教授

1993年毕业于东京大学研究生院工学系研究科信息工学专业硕士课程。在美国IBM Texas Austin研究所和IBM东京基础研究所等任职后，进入美国普林斯顿大学研究生院信息科学系取得硕士学位及Ph.D。2005年起在东京大学执教，2021年4月起任现职。

拭目以待，看IIoT发挥5G的真正价值

手机的一般用户可能不太了解，在5G的功能和性能制定过程中，其所设想的利用场景是与4G及其以前的手机服务完全不同的。

在4G以前，主要以个人用户所携带的终端为对象的无线通信为重点，进行技术规格制定和基站等通信基础设施整备的推进。随着技术的进步，使通信速度得以提高，大容量化获得发展，以往主要用以进行音频及文本信息交换的2G技术进化为可在网上阅览和交换照片的3G，进而发展为可在智能手机上浏览视频或利用高端网络服务的4G技术。但是，纵观这一系列的发展进程，有一点始终未变，即构建通信基础设施的主要目的是为了推进个人使用终端之间的交换信息。

与此不同的是，5G“作为一种通信基础设施，其主要开发目的是为了在街市、工厂、办公场所、家庭等场所，在各类机器、设备、设施之间进行信息。换而言之，5G可以说是旨在实现IIoT系统的通信基础设施”（中尾教授）。

当然，可帮助实现智能手机高性能化的功能也是必不可少的，但在技术规格方面进一步加入了很多有助于构建高端IIoT系统的功能，从而能够精准把握物品和环境的状态和变化。例如，峰值速率达到20Gbps的高速、大容量通信对于信息设备之间进行密集的数据交换至为重要。除此以外，低于1m秒的低延迟也保证了能够将多个机器组合起来作为一个完整的系统来发挥性能。并且，还能够与位于1km²区域内的最多100万台终端进行同时连接，这也是同时访问多个分散配置的IoT设备不可缺少的功能。

中尾教授说：“关于目前已经完成建设的5G基础设施，从其服务区地图来看，在人口覆盖率上已经突破了90%。但是，在面积覆盖率上仍然是远远不够的状态。为了增加以物品为对象进行通信的IIoT系统的利用场景，而不是个人用户的数量，需要进一步扩大面积覆盖率。同时，目前为止所构建的5G基础设施中，大多数是通过应对4G频率的的现有设备进行转用而实现的，并不能实现5G本身的高速及大容量化要求。也就是说，要达到能够真正发挥5G价值的状态，现在还处于刚刚起步的阶段。今后，随着5G基础设施的整备得以进一步推进，IIoT系统的构建和运用步伐也继续加大，我们的生活和商务、社会活动的方式也会发生巨大的变化吧”。

如果5G本身的高速及大容量通信得以实现，则有可能迅速带动部分新技术的发展，例如可处理大容量内容的媒体，以及可利用虚拟现实（VR）/增强现实（AR）的元宇宙相关商业模式和服务等。此外，如能够利用低延迟或同时多连接，则可通过IIoT系统将多台机器彼此连接，对各自搭载的传感器的数据进行共享。通过对大数据进行分析，可以预测未来即将发生的现象和故障，构建能够自主应对社会和商务环境变化的社会基础设施和业务系统，并由此进一步迅速推进DX和GX相关的举措，扩大适用领域。

Beyond5G/6G开发已经起步

面向5G的基础设施的完善今后必将获得更迅速的发展，而为了实现2030年的实用化，世界各国已开始着手开展下一代Beyond5G/6G的全新研究开发。着眼于近未来，进一步推进IIoT系统发展的准备工作已经开始了。而在日本，也由总务省制定了一份“Beyond5G推进战略——走向6G的进程图”。这一进程分为两个阶段，即“先行推进阶段”和“加速推进阶段”。我们将基于这一进程计划，以切实、稳当的方式提高DX和GX的信息基础。

在日本的推进举措中，在“先行推进阶段”将划分不同的开发期限并进行有的放矢的推进，争取最迟在5年以内，为实现“Beyond5G Ready”的环境构建创造众多成功的模式案例。在2025年即将召开的大阪·关西世博会上，我们将设置“Beyond5G Ready专题展区”，向世界表示先行阶段的成果，同时也为能够在此后的“加速推进阶段”中实现全球迅速展开创造契机。

到2025年，6G标准化相关活动将正式拉开帷幕。2020年12月，“Beyond5G推进联盟”正式成立。这一组织的宗旨在于，基于Beyond5G推进战略，在全日本产学官合作的体制下，积极有力地致力于技术开发和标准化的进程。为了以白皮书形式制定愿景并进行全球验证，目前我们正在开展相关讨论。除此以外，为了战略推进已开发技术的知识产权取得和标准化制定，还设立了“Beyond5G新经营战略中心”。世界各国均已启动Beyond5G相关的巨额投资。在日本，总务省已表明将面向Beyond5G注入超过1000亿日元的投资，在这一领域的技术开发竞争今后必将进一步白热化。

描绘富有价值的应用，构想下一代通信基础设施

与4G以前相比，5G之后的通信基础设施将适用于IIoT系统，支持社会课题的解决和商务价值的创造，其公共性势必进一步提高。进而发展到6G时，超过100Gbps的超高速大容量、1m秒以下的持续稳定的超低延迟、在每1km²内可连接1000万台终端的超多连接，其性能将远远超过5G的水准。不仅如此，其可通信领域将突破陆面，扩展到天空、大海和宇宙范围，提供进一步广泛的品质保证，从而实现通信过程中的超低耗能和低成本化的目标。在6G实用化的时代，您将能够在比5G更广泛的场所，实践更高端的DX和GX活动。

能够满足6G的各类要求的技术，其水准将远远超过5G。同时，我们将无法用某一项决定性的技术来满足所有的需求。在5G中，Sub6的频带和毫米波的频带的使用方便程度和用途有所不同。在6G中，根据具体用途区分所使用的通信技术的倾向将更加显著。因此，中尾教授表示：“从规格制定的阶段开始，就考虑具体的使用情况，推进以需求为起点的技术开发，这一点今后将愈发重要。不是在削完铅笔后考虑画的东西，而是一边构思想画的东西，一边把铅笔削成需要的形状，这就是对今后基础设施构建的要求。”

村田制作所（以下简称村田）一直以来通过开发和提供搭载于终端等上的前端模块，助力推动手机的发展。今天，为了迎接Beyond5G时代的到来，我们也正积极推进各类关键技术的开发，其中包括天线和功率放大器、低噪声放大器等元件、电路及可同时改善导体损失的基板等。

在6G中，将使用比5G更高的电波频率，即太赫兹波。为了满足其要求可能需要从材料层面对零件进行理想的设计。为了开发具有优异性能的材料，需要投入相应的时间，并且目前也难以制定这一技术领域的开发方针。为此，我们将不仅充分发挥公司内部的知识经验，也积极地与外部机构进行意见交换和相互合作。

此外，下前还谈到：“Beyond5G/6G在基础设施方面会发生巨大的变化。我们进行技术开发，不仅是为了应对新的频带这样单纯的目的，还需要考虑需要哪些新的技术。这就需要我们在推进技术开发的同时，不断开拓视野，进行观察判断。”

呼唤世界睿智，开展双向技术开发

面向6G的技术开发，各国家和地区之间已开始展开激烈的竞争。但是，中尾教授强调说：“无论开发出多么优秀的技术，如果只能在日本市场通用而无法扩展到世界市场，就毫无意义。不是单方面地向世界发布我们所开发的技术，而是要汇集了解世界市场需求和全新构思技术的世界各国的睿智，开展共创，基于全球战略进行双向开发。”

对村田而言，在未来开发搭载于6G对应通信设备的模块产品的过程中，这一观点也同样重要。“到目前为止，通信模块的开发都是根据客户定义的要求，进行技术开发的。但是，今后我们需要把客户作为合作伙伴，一起反复进行实证实验等，在此过程中对必要的技术进行定义和开发，共同生产出更为有用的产品。首先，未来让客户信赖村田，我们将积极进行信息推送，与各方面相关人员建立合作，努力提供更好的技术和产品。”（下前）

在DX和GX实践中，IIoT系统的活用必不可少，并且随着5G基础设施的进一步完善，今后必将继续得以加速。并且，随着2030年以后Beyond5G/6G对应的基础设施开始整备，这一进程必将进一步深化。如何利用此类信息基础的优势，在创造有价值的业务时会成为重要的视点。在后篇中，我们将聚焦于IIoT系统的边缘侧，从研究者和实际开展业务的企业方的不同视点，对所需的技术及进一步发展的方向性开展讨论。