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NEC、Beyond5G/6G向けミリ波DUの小型化・低消費電力化を実現するシステムを開発
2024年6月18日 06:30
日本電気株式会社（以下、NEC）は17日、Beyond 5G/6Gに向けて、安定したミリ波通信ネットワークを安価に構築することが可能な、1-bitファイバー伝送方式の光ファイバー無線システムを開発し、その実証に成功したと発表した。同方式を用いることで、安価な汎用デジタル通信向け電気-光変換器を用いて、高周波アナログ信号の伝送が可能になり、小型な分散アンテナユニットを低コストに実現できるとしている。
ミリ波技術を活用した高速ワイヤレス通信は、Beyond 5G/6Gのキーテクノロジーとして期待されており、特にモバイル通信トラフィックの約80％は屋内で発生するため、屋内対策としてミリ波の検討が進んでいる。
しかし、ミリ波帯は大きな伝搬損失と高い直進性を有するため、十分なQoSを実現するために基地局と端末間の見通しを確保することが必要となる。端末と直接データの送受信を行う分散アンテナユニット（以下、DA）を高密度に設置し、遮蔽（しゃへい）物を回避することは課題解決に効果的であるものの、DAのサイズ、消費電力、必要量を設置するためのコストが大きな課題となっている。
そこでNECは、DAの小型化、低消費電力化、低コスト化を実現できる、光ファイバー無線システム（以下、RoF）とその伝送方式を開発した。
従来のRoFは、デジタルRoFシステム（以下、デジタルRoF）とアナログRoFシステム（以下、アナログRoF）に分類される。デジタルRoFは、無線ユニット（以下、RU）で生成されるデジタル信号をDAにファイバー伝送する。デジタルRoFで用いられるDAには、デジタル信号を処理するデバイス（DSP）やデジタル-アナログコンバーター（DAC）を装備する必要があるため、消費電力が大きくコストも高くなる。
アナログRoFは、RUで高周波アナログ信号を生成し、DAにファイバー伝送する方式を用いている。アナログRoFにおいては、DAにはDSPやDACが不要となり構成が簡素化される一方で、電気-光変換器には、アナログ信号向けの高い線形性が求められる専用の変換器が必要となり、デバイスコストを押し上げる要因となる。
そこでNECは、1-bitファイバー伝送方式と、それを用いた1-bit RoFシステム（以下、1-bit RoF）を開発した。1-bitファイバー伝送方式は、高周波アナログ信号を1-bitパルス信号に変換してファイバー伝送する方式で、フィルターを介すことで、所望のアナログ信号を再生できる。同方式を用いた1-bit RoFでは、デジタルRoFと同様、デジタル通信向けの安価な汎用電気-光変換器を用いることが可能となり、同時にアナログRoFのように、DAにDSPやDACを必要としない。このため、1-bit RoFは、デジタルRoFとアナログRoFの長所を兼ね備えるシステムとなる。
1-bit RoFの実用化には、1-bitパルス信号に変換する1-bit変調器の、信号対雑音・ひずみ特性が低いという課題があることから、ダウンリンク向けの1-bitファイバー伝送方式として、雑音・ひずみ特性に優れたベクトル分解方式を開発した。また、アップリンクにおいては、1-bitファイバー伝送で発生する信号ひずみをキャンセルし、元の信号を再生する、デジタル再生方式を開発した。これにより、ダウンリンク・アップリンクの双方向において、1-bitファイバー伝送時の信号対雑音・ひずみ特性の劣化を抑制することに成功した。
また、開発した1-bit RoFシステムが、モバイル通信規格へ適合することを確認するため、新たに無線ユニットと小型DAで構成される40GHz帯向け光ファイバー無線試作機を開発し、実証の結果、適合が確認された。
これにより、小型・低コストなDAを高密度に設置することが可能となるとともに、DA-端末間の見通しが確保できるようになり、ミリ波通信環境の改善が期待できるとしている。
NECでは、ミリ波分散アンテナの小型化、低消費電力化、低コスト化を実現する、1-bitファイバー伝送方式を適用した光ファイバー無線システムは、高層ビル、地下街、工場、鉄道、また屋内など、遮蔽物の多い環境でも、安定したミリ波通信ネットワークを安価に構築することが可能となり、beyond 5G/6Gに向けて、ミリ波を用いた高速・大容量通信の普及を促進できるとしている。