見えない電磁波を操る

情報理工学部　情報コミュニケーション学科　前田忠彦教授

1969年，世界中の人々がアポロ11号による人類初の月面着陸を見守りました。しかし，人類が月面に降り立ったことよりも，はるか月の映像が電磁波によって田舎の学校にまで中継されることにおどろきと感動を覚えた中学生がいました。電磁波の魅力に心を奪われたその少年は，40年が経ち研究者となった今も，電磁波の可能性を追求し続けています。

地球の空は大混雑！？

電磁波とは，空間の電場と磁場の変化によって形成された波であり，波長の長さによって，電波や光，X線やガンマ線といった呼び名で親しまれています。携帯電話や無線LAN，テレビやラジオなど，私たちの身の回りにあふれる無線通信技術もこの電磁波を使っているのです。たとえば携帯電話の無線システムでは，900MHzはA社，950MHzはB社というふうにそれぞれ専用の周波数帯を割り当てて使用しています。しかしながら，この方法では近い将来，割り当てる周波数帯が足りなくなってしまうことが課題になっています。

電磁波を狙いうち

この問題を解決するために前田先生が研究しているのは，UWB（Ultra Wide-band）と呼ばれる技術。今までのように，ある帯域を決まった誰かに割り当てるのではなく，そのとき使われていない帯域を使いたい人がいつでも使えるというシステムです。この技術の特徴は毎秒数百Mbitの超高速通信ができること。しかし一方で，帯域を限定しないため，今まで比較的シンプルだった送受信に使用するアンテナを大きく変更しなければなりません。今までの端末用アンテナは，電磁波を受け取る相手がどこにいるかわからないため，電磁波をあらゆる方向に出し，どれかが受けとられればいいというシステムになっていました。しかし，使用する帯域が広いUWBでは，さまざまな帯域の電磁波をあらゆる方向に出してしまうことになり，伝送路はとたんに混雑してしまいうまくいきません。そこで前田先生が考えたのは，通信する相手の居場所や移動の特性を把握して，ピンポイントで電磁波を送受信する方法です。電磁波を放射する素子をひとつのアンテナに複数組み合わせることで，ピンポイントに向かう電磁波を合成することができるというものです。

さらに，アンテナは人が近くにいると，その特性に影響がでてしまうため，人が与える影響を軽減する手法の研究も続けています。

マクスウェルからのバトン

「マクスウェルの方程式は，私たちに電磁波を使うための方法論を与えてくれました。けれど，人類はまだ，電気信号から電磁場へ，電磁場から電気信号への変換過程の最適解を見つけていないのです。それを探索することが科学のひとつの目標。」と前田先生は言います。見えないネットワークを見つめるその目には，超高速無線通信が実現する未来が映っているのかもしれません。