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エドホルムの法則は、フィル・エドホルムによって提唱され、その名にちなんで名付けられたもので、 3つの電気通信カテゴリ[1] 、すなわち無線（モバイル）、ノマディック（移動性のない無線）、有線ネットワーク（固定）が足並みを揃えて徐々に収束しているという観察を指します。[2]エドホルムの法則では、これらの電気通信カテゴリのデータレートも同様の指数曲線で増加し、低速のレートは高速のレートより予測可能な時間差で遅れをとるともされています。[3]エドホルムの法則では、帯域幅とデータレートは18か月ごとに2倍になると予測されており、1970年代以降、これが真実であることが証明されています。[1] [4]この傾向は、インターネット[1] 、セルラー（モバイル）、無線 LAN、無線パーソナルエリアネットワークのケースで明らかです。[4]
コンセプト
エドホルムの法則は、ノーテルネットワークスのフィル・エドホルムによって提唱された。彼は、1970年代後半から2000年代初頭にかけて、通信帯域幅（インターネットアクセス帯域幅を含む）が18か月ごとに倍増していることを観察した。これは、トランジスタ数の指数関数的な成長率を予測するムーアの法則に似ている。彼はまた、有線（イーサネットなど）、ノマディック（モデムやWi-Fiなど）、無線ネットワーク（携帯電話ネットワークなど）の間には徐々に収束があることを発見した。「エドホルムの法則」という名前は、同僚のジョン・H・ヨーカムによって造られ、2004年のインターネット電話記者会見で発表された。[1]
携帯電話や無線モデムなどの低速通信チャネルは、アンテナの使用率を最大化することで帯域幅を拡大したUMTSやMIMOと呼ばれる標準の発展により、初期のイーサネットの容量を上回ると予測されていました。 [1]将来を推測すると、2030年頃にはノマディック技術と無線技術の速度が収束することが示されています。さらに、有線通信のインフラストラクチャのコストが高止まりすると、無線技術によって有線通信が終了してしまう可能性があります。[2]
根本的な要因
2009年、レヌカ・P・ジンダルは、オンライン通信ネットワークの帯域幅が1秒あたりビットから1秒あたりテラビットに増加し、エドホルムの法則で予測されたように18か月ごとに倍増しているのを観察しました。ジンダルは、通信帯域幅の急激な増加を可能にした次の3つの主要な根本的要因を特定しました。[5]
- MOSFETは、フロッシュとデリックが二酸化シリコンによる表面パッシベーションを発見し、それを利用して、ドレインとソースが同じ表面で隣接した最初のプレーナ型トランジスタを作った後、1955年から1960年の間にベル研究所で発明されました。[6] [7] [8] [9] [10] MOSFET技術（MOS技術）の進歩は、通信ネットワークの帯域幅の急速な増加に最も重要な貢献要因となっています。MOSFETの継続的なスケーリングは、MOS技術のさまざまな進歩とともに、ムーアの法則（集積回路チップ内のトランジスタ数が2年ごとに倍増する）とエドホルムの法則（通信帯域幅が18か月ごとに倍増する）の両方を可能にしました。[5]
- レーザー光波システム – レーザーは1960年にベル研究所のチャールズ・H・タウンズとアーサー・レナード・ショーローによって実証されました。レーザー技術は後にMOS技術を使用した集積電子機器の設計に採用され、1980年頃に光波システムが開発されました。これにより、1980年代初頭から帯域幅が飛躍的に増加しました。[5]
- 情報理論– 1948年にベル研究所のクロード・シャノンが提唱した情報理論は、通信技術において、信号対雑音比、帯域幅、雑音が存在する場合のエラーのない伝送の間のトレードオフを理解するための理論的基礎を提供しました。1980年代初頭、ベル研究所のレヌカ・ジンダルは情報理論を使用してMOSデバイスの雑音挙動を研究し、雑音性能を改善し、受信機の感度とデータレートを制限する問題を解決しました。これによりMOS技術の雑音性能が大幅に改善され、光波、そして無線端末アプリケーションでMOS技術が広く採用されるようになりました。[5]
無線ネットワークの帯域幅は、有線ネットワークに比べて速いペースで増加しています。[1]これは、デジタル無線ネットワークの開発と成長を可能にした MOSFET 無線技術の進歩によるものです。RF CMOS (無線周波数 CMOS )、パワー MOSFET、およびLDMOS (横方向拡散 MOS) デバイスの広範な採用により、1990 年代までにデジタル無線ネットワークが開発および普及し、2000 年代以降はMOSFET 技術のさらなる進歩により帯域幅が急速に増加しました。 [11] [12] [13]無線ネットワークの重要な要素のほとんどは、 MOSFET で構築されており、これには2G、3G 、 [11 ] 4G 、5Gなどのネットワークのモバイルトランシーバー、基地局モジュール、ルーター、RF パワー アンプ、[12] 通信回路、[14] RF回路、無線トランシーバー[ 13 ]が含まれます。[12 ]
近年、無線 通信ネットワークの成長を促したもう 1 つの要因は、カリフォルニア大学アーバイン校のSyed Ali Jafarによって発見された干渉調整です。[15]彼は、2008 年に Viveck R. Cadambe とともにこれを一般原則として確立しました。彼らは「任意の数の干渉源を調整するメカニズム」を導入し、ワイヤレス ネットワークは本質的に干渉に制限されないという驚くべき結論に至りました。これにより、ワイヤレス ネットワークの設計に干渉調整が採用されました。[16]ニューヨーク大学の上級研究員であるPaul Horn 博士によると、これは「ワイヤレス ネットワークの容量制限に関する理解に革命をもたらし」、「ワイヤレス ネットワーク内の各ユーザーは、スペクトルを共有しているユーザーの数に関係なく、他のユーザーからの干渉を受けることなくスペクトルの半分にアクセスできるという驚くべき結果を実証しました」。[15]
参照
参考文献
- ^ abcdef Cherry, Steven (2004). 「Edholm の帯域幅の法則」. IEEE Spectrum . 41 (7): 58–60. doi :10.1109/MSPEC.2004.1309810. S2CID 27580722.
- ^ ab Esmailzadeh, Riaz (2007).ブロードバンドワイヤレス通信ビジネス: 新技術のコストとメリットの紹介ウェストサセックス: John Wiley & Sons, Ltd. pp. 10. ISBN 9780470013113。
- ^ Webb, William (2007).ワイヤレス通信: 未来. ホーボーケン、ニュージャージー: John Wiley & Sons, Ltd. p. 67. ISBN 9780470033128。
- ^ ab Deng, Wei; Mahmoudi, Reza; van Roermund, Arthur (2012).空間周波数変換による時間多重ビームフォーミング。ニューヨーク: Springer。p. 1. ISBN 9781461450450。
- ^ abcd Jindal, Renuka P. (2009). 「ミリビットからテラビット/秒まで、そしてそれ以上 - 60 年を超えるイノベーション」。2009第 2 回電子デバイスおよび半導体技術に関する国際ワークショップ。pp. 1–6。doi : 10.1109 / EDST.2009.5166093。ISBN 978-1-4244-3831-0. S2CID 25112828。
- ^ US2802760A、リンカーン、デリック、フロッシュ、カール J.、「制御拡散のための半導体表面の酸化」、1957-08-13 発行
- ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). 「シリコンの拡散時の表面保護と選択的マスキング」.電気化学協会誌. 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
- ^ Lojek, Bo (2007).半導体工学の歴史. ベルリン、ハイデルベルク: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. p. 321. ISBN 978-3-540-34258-8。
- ^ Ligenza, JR; Spitzer, WG (1960). 「蒸気と酸素中でのシリコン酸化のメカニズム」. Journal of Physics and Chemistry of Solids . 14 : 131–136. Bibcode :1960JPCS...14..131L. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5.
- ^ Lojek, Bo (2007).半導体工学の歴史. Springer Science & Business Media . p. 120. ISBN 9783540342588。
- ^ ab Baliga, B. Jayant ( 2005). シリコンRFパワー MOSFET。World Scientific。ISBN 9789812561213。
- ^ abc Asif, Saad (2018). 5Gモバイル通信 ：概念と技術。CRC Press。pp . 128–134。ISBN 9780429881343。
- ^ ab O'Neill, A. (2008). 「Asad Abidi が RF-CMOS の研究で評価される」. IEEE Solid-State Circuits Society Newsletter . 13 (1): 57–58. doi :10.1109/N-SSC.2008.4785694. ISSN 1098-4232.
- ^ ジャン＝ピエール・コリンジュ、ジェームズ・C・グリア（2016年）。ナノワイヤトランジスタ：1次元のデバイスと材料の物理学。ケンブリッジ大学出版局。p.2。ISBN 9781107052406。
- ^ ab 「2015 National Laureates」。ブラバトニック若手科学者賞。2015年6月30日。 2019年9月22日閲覧。
- ^ Jafar, Syed A. (2010). 「干渉アライメント — 通信ネットワークにおける信号次元の新たな見方」.通信情報理論の基礎と動向. 7 (1): 1–134. CiteSeerX 10.1.1.707.6314 . doi :10.1561/0100000047.