【鈴木淳也のPay Attention】見えてきたJR東日本「UWBウォークスルー改札」 1分間で60人通過の技術

CEATEC 2026のJR東日本ブースで展示されていたUWBウォークスルー改札

東日本旅客鉄道(JR東日本)は11月10日、次世代Suica構想「Suica Renaissance 第6弾」としてUWB(Ultra Wide Band)技術を使った“ウォークスルー改札”の本格サービスを2028年春に開始すると発表した。2027年春には当初予告していた広域品川圏5駅に加え、東京都心部の主要ターミナル駅を合わせた計14駅での体験導入を開始するが、この際にはモニターを募集して専用端末の貸し出しを行なう。

体験導入で貸し出されるのは専用アプリを導入した「AQUOS R10」となる見込みで、これは先日に高輪ゲートウェイで行なわれた体験会で使用された端末と同じものになるようだ。

なお、同日にはソニーからも報道発表があり、JR東日本が進めるUWBウォークスルー改札のモジュールやシステム提供を含めて開発に協力するほか、「AirAuth(エアオース)」と呼ばれる空間認証プラットフォームの提供開始も表明している。AirAuthについては後日取材予定なので、改めてカバーしたい。

このように「ウォークスルー改札」は、実験的な試行から本格導入に向けた具体的な形になりつつある。UWBウォークスルー改札としては、24年末に中国の深センで稼働する新交通システム「坪山雲巴1号線」で先行導入されており、処理手順としてはJR東日本が進める方式とほぼ共通しているものの、技術的に大きく異なる部分がある。

それは、JR東日本の仕組みがUWBの業界標準団体であるFiRa Consortiumの定める「FiRa Public Transport Profile」に完全準拠したものに対し、深センの仕組みはNXP Semiconductorsのチップを用いた独自実装になっている点だ。

この理由として、FiRaの交通機関向け共通プロファイルが固まった「Core 3.0/4.0」がリリースされる2024年末から2025年より先に深センでの実装が行なわれたことで仕様を取り込めなかったからだ。

そのため、交通機関側のベンダーの選択肢や改札に利用できるスマートフォンの機種が限定されることになり、2028年以降はAndroidやiPhoneの標準機能として広域サポートされるJR東日本のものと異なる道を歩むことになった。その意味で、JR東日本のUWBウォークスルー改札は標準仕様に則った世界初のサービスになるものと考えられる。

今回はこのUWBウォークスルー改札について技術面から見ていく。

FiRaが公開しているホワイトペーパー「The Ultra-Wideband Revolution for Transport Fare Collection」からの抜粋。日本での「1分間60人通過」のラッシュ利用を想定した仕様となっている

UWBウォークスルー改札を実現する仕組み

UWBウォークスルー改札の基本的な仕組みは、以前に本連載で解説した通りだ。

FiRaのホワイトペーパーの図にもある通り、ある一定エリアにUWBウォークスルー改札を利用できるスマートフォンを持った利用者が近付くと、設置されたBluetooth(BLE)のビーコンに反応してスマートフォン内のUWBが有効化され、改札機システム側の捕捉が始まる。FiRaの図版では追跡に利用される“アンカー”が天井に配置され、改札機に近付くまでに等間隔に配置されているようだが、JR東日本の事例が実際にこのような仕様になるかは分からない。

UWBウォークスルーで改札通過判断を行なうまでのステップ。FiRa Consortiumの「The Ultra-Wideband Revolution for Transport Fare Collection」より抜粋

高輪ゲートウェイで行なわれた体験会では、JR東日本が設置している標準的な改札機の“中央部”にアンカーを取り付けて“(2点間の)距離を測定するだけ”だったので単純化されていたが、実際にはもう少し複雑な構造になると見られる。

ただ、改札機の外にアンカーを取り付けようとした場合、実際の駅の様子を想定すると、天井が非常に高く面単位で細かく配置するのは非常に困難だと思われる。そのため、BLEビーコンを駅の入り口付近に設置しつつ、UWBのアンカーはほぼ改札機の中に取り込まれ、一部例外として混雑の激しい駅などで分散配置が行なわれる可能性があるのではないかと考えている。

なお技術協力を行なうソニーによれば、「UWB/NFCリーダーとして機能するための関連技術も含めて提供」とのことで、単純に改札機の読み取り部にとどまらない範囲での機器設置があるようだ。

高輪ゲートウェイでの体験デモンストレーションで使用されていたUWB計測用のアンカー

体験デモンストレーションでは“距離のみ”の計測で通過判定を行なっていた

さらに詳しくみていくと、前述のCore 3.0でサポートされた「Hybrid UWB Scheduling(HUS)」と「Dedicated Data Transfer」、Core 4.0でサポートされた「Suspend Ranging」がラッシュ時の改札通過において大きな役割を果たす。

まず「Dedicated Data Transfer」だが、交通利用におけるUWBのデータ通信を担う。UWBウォークスルー改札において“距離”の計測は重要な要素だが、同時に改札機とは認証や運賃などのデータを適時やり取りする必要がある。この測距とデータ通信を両立させ、確実なデータ通信を行なうのがDedicated Data Transferの役割となる。

UWBを使うサービスにおいて、距離測定後はBluetoothに制御を移してデータ通信用のセッションを開始するケースもあるが、多人数が特定エリアに集中するケースでは2.4GHz帯の通信は混信による障害が発生する可能性が高く、安定した通信のために広帯域を利用するUWBをそのままデータ通信に利用するというわけだ。

そして、この中でおそらく最も重要なのがHUSで、冒頭の図にあるように大量の人が改札機に殺到したとき、複数の端末(スマートフォン)から同時にDedicated Data Transferによるデータ通信要求が発生することになるため、それを制御するために“タイムスロットリング(時分割制御)”で交通整理を行なう役割を果たす。通常は測距で近付く端末群の距離を見極め、改札に進入した段階でDedicated Data Transferによるスロットを割り当てて運賃処理のためのデータ通信を行なう。このような仕組みがないとUWBとはいえデータの混信が激しくなるため、高速で通過する端末に対して安定した通信を実現するために必要な技術といえる。

次に出てくるのが「Suspend Ranging」で、これはHUSと組み合わせることで端末とのセッションを事前に確立しつつ、待機させる仕組みのことだ。HUSで改札機に進入してくる端末の順番は分かるため、交通整理をしつつ順番にセッションを再開してデータ通信を行なう。

なぜこのような仕組みが必要かだが、理由は主に2つある。

Dedicated Data Transferに必要なセッションを確立する場合、最初のやり取りに最大で数百ミリ秒から1秒程度の時間がかかるため、改札機の直前でセッションを確立しようとしても端末が通過するタイミングに間に合わないという問題がある。そこで接近前に事前にセッションを確立して待機させておくことで、レジューム(復帰)が必要なタイミングで簡単なコマンドを送り、すぐにセッションを再開できるわけだ。

理由の2つめとしては、このような仕組みがないと大量の端末の接近にともなってやり取りされるデータが増えるため、混信とUWB通信のリトライによる電池の浪費を防ぐという狙いがある。

“タッチ”する瞬間だけデータ通信が発生する既存のSuicaとは異なり、離れた距離でも通信を可能にするUWBウォークスルー改札の実現には複雑な手順や取り決めが必要なのだ。

シンプルに見えるUWBウォークスルー改札だが、その実現にはかなりの技術的バリアがある。なお、改札通過に際して両手を挙げる必要はない

マルチアンテナをどう改札機に取り付けるか

今回のUWBウォークスルー改札で個人的に気になっているのが「アンテナ」の話だ。前述の通り、高輪ゲートウェイなどで披露されていたUWBウォークスルー改札の体験デモンストレーションでは、改札機と端末の距離の計測しか行なわれていなかった。アンカーと思われる装置は改札機の片側に取り付けられたボックスの部分だけであり、それ以外のアンテナ要素は特に見られない。この仕組みでは、例えば2台以上のUWBウォークスルー改札が並行に並んだケースで、端末がどのレーンを通過したのか判断できなくなる可能性も想定される。

まず、端末がどのレーンを通過しているのかを判定するには、少なくとも2次元平面での位置を特定する必要がある。UWBの距離測定はToF(Time of Flight)によって行なわれるため2点間の正確な距離は測れても位置(向き)までは分からない、そこで実際にはアンテナを複数配置することで、その電波の到達位相差(PDoA：Phase Difference of Arrival)から端末の方向(AoA：Angle of Arrival)が分かる。

高輪ゲートウェイの体験会でソニーが披露していた決済デモンストレーション。端末のどの向きに決済端末(アンカー)があるか矢印で分かる

方向を知るには複数アンテナがあることが前提になるが、デモンストレーションで利用されていた「AQUOS R10」にはこの仕組みがない。

もし方向を知りたい場合、専用のモジュールを別途付与する必要がある。iPhoneのAirTag捜索ではUWBを使って方向を知る機能があるが、これはiPhoneがマルチアンテナの仕組みに対応しているからだ。一方のAndroidではメーカーによって実装が異なるため、特にコストを切り詰めるためにミッドレンジ以下の端末でこうした機能は省略されやすい。

つまり、UWBウォークスルー改札では、通過に利用される端末が“シングルアンテナ”であることを前提に設計されるため、改札機側で“マルチアンテナ”に対応して距離と方向を見定める必要がある。

デモンストレーションで利用されていたのはAQUOS R10だが、AoA測定のために専用のマルチアンテナモジュールが取り付けられている

問題は、改札機にどのようにアンテナを設置するかだ。少なくともマルチアンテナであることは前提として、2つ以上の改札レーンが並行に並ぶ場合、進入してくる端末が2〜3メートル先の位置にあると、PDoA/AoAの角度は数度しか差がなく判定誤差は大きくなる。

特にウォークスルー改札は“手ぶら”での通過をセールスポイントにうたっており、端末がカバンや(人体に密着した)ポケットなど遮蔽物に隠れているケースも多いため、必然的にその誤差はより大きくなるだろう。つまり直前までHUSによる順番判定や進入レーンの特定が行なえず、Dedicated Data Transferを開始するタイミングが難しくなる可能性がある。

そのため、現実的な解としては体験コーナーにあった改札機のように単一のアンカーを片側のみに設置するのではなく、コスト的には割高になるものの、左右両側に配置しつつ、混雑駅では可能であれば同じ改札機の複数箇所にアンテナを設置し、測位可能なポイントを増やす必要があるのではないかと考える。

加えて、複数の改札機同士が互いに連携することで感知範囲を広げ、改札機周辺の空間自体を端末追跡可能な状態にするのがベターだと予測する。

高輪ゲートウェイでの体験会では、アンカーは改札機の片側に設置されただけだった

JR東日本のプレスリリースの情報ではまだ分からないが、おそらくは改札機へのアンテナ設置は(特に混雑駅において)複数箇所に及ぶと考えている

東京メトロで行なわれていたBLEによるウォークスルー改札の場合、感知範囲を極端に絞ることで改札機が2台以上並んだ場合の干渉を防ぐ仕組みを採用していた。しかし、FiRaの定めるUWBウォークスルー改札では、前述のように1分間に60人通過のようなラッシュ時を想定した仕様となっており、複数のアンカーで事前に通過端末をハンドリングすることが前提になっており、考え方自体が異なっている。

そのため、今後スマートフォンのような端末を使ったウォークスルー改札は、UWBを用いるFiRa方式が世界的標準となるだろう。2027年度後半にはAndroidやiPhoneでも標準サポートされることになる仕様のため、深センのケースのように使える端末が限られるということもない。

外国人がモバイルSuicaを導入したiPhoneを日本に持ち込めば、すぐにUWBウォークスルー改札ができる……ということを想像してもらえばいい。

東京メトロが白金台駅で行っていたBLEウォークスルー改札の実証実験。手前の左右の黒い箱に挟まれた部分でのみ検知が可能で、例えばスマートフォンを胸より上の高さに抱えていた場合には反応しない

“初期段階”ではUWBウォークスルー改札はスマートフォン内のFeliCa SEを使うようになっており、NFCでもUWBでもいずれの手段でも改札を通過できる仕組みになっている