東京工業大学(東工大)大学院理工学研究科の安藤真教授と松澤昭教授は日本無線、NEC、アムシスなどと共同で、光ファイバネットワークと無線ネットワークのシームレスな接続を可能とする1Gbpsの「38GHzミリ波帯固定無線アクセス(FWA)システム」を開発したことを発表した。

スマートフォンなどの無線携帯機器などの増加によりネットワークの大容量化が求められているが、これは、光ファイバ網だけでなく、設備の敷設が容易で災害時に復旧の早い無線ネットワークについても同様である。一方、携帯電話をはじめとする移動体通信や無線LANなどの公衆サービスが普及したため10GHz以下の無線周波数が逼迫しており、既存の周波数帯を使用する限り、これ以上の広帯域化、大容量化は困難な状況にあることも事実だ。

そこで、今回研究グループでは、より広い帯域が確保できるミリ波帯に注目、ミリ波帯で使えるさまざまな機器やデバイスの開発を行った。

主な開発技術は以下のとおり。

  1. ミリ波帯の特質を生かした高空間アイソレーション送受信別体小型アンテナ
  2. 超高速かつ高分解能なA/DおよびD/A変換器や多値QAM変復調回路を搭載したベースバンド信号処理システムLSI
  3. 高能率送信電力増幅GaNモノリシックマイクロ波集積回路(GaN-MMIC)
  4. 低雑音増幅InP-MMIC
  5. 広帯域周波数変換GaAs-MMIC
  6. I/Q直交変復調用SiGe-MMIC

高アイソレーション送受信別体型アンテナ

開発されたシステムLSIの外観(左)と内部チップ(右)

I/Q直交変復調SiGe-MMIC

周波数変換GaAs-MMIC

高能率電力増幅GaN-MMIC

低雑音増幅InP-MMIC

これらのデバイスを統合することで、シンボル伝送速度が毎秒200メガシンボル(200Msps)、シングルキャリアTDD(時分割複信)方式、かつ最大変調方式64QAM(そのほかはQPSK、16QAM)で動作する、(日本ではFWAシステム用に割り当てられた帯域である)38GHzミリ波帯固定無線アクセスシステムが開発された。同システムは64QAM運用時に最大実効伝送速度は1Gbps(上下回線を合わせた伝送速度)で、TDD方式と適応的に帯域を制御することで、実効的に周波数利用効率を向上するとともに、降雨減衰などにより受信搬送波と雑音の比(CNR)が得られ難くなった場合でも、変調多値数を64QAMから16QAMあるいはQPSKへ適応的にシフトすることで、雨天時にも数kmまでの通信を維持することが可能となっている。

試作装置の外観写真

実際に東工大の大岡山キャンパスに12回線を設置して無線ネットワークを構築し、屋外伝送実験を行い、性能を確認したところ、100mから最大4000m程度の通信距離で無線回線を配置した無線ネットワークで、ミリ波帯での降雨の影響や長期的な安定性を確認したという。同システムは現在もミリ波帯無線システムの有効性の実証のために継続して実験が行われており、研究グループでは今後は同システムの実用化を目指すとともに、ミリ波帯通信の普及を目指した研究を進めていくとしている。