95GHz帯を用いた大容量通信において世界有数の通信距離を実証した。
- Advertisement -
次世代移動通信システムBeyond5G/6Gシステムにおいては、非地上系ネットワーク（NTN）の大容量通信を行うフィーダーリンクの一部を、テラヘルツ帯を用いた高速通信が担うことが期待されている。これまで、上空との通信にはXバンド（8GHz帯）やKaバンド（26GHz～40GHz）が利用されてきたが、利用可能な周波数の帯域幅が限定されているため、伝送速度は数百Mbpsから数Gbpsが限界となっている。
研究グループは、下図に示すような高度20km程度以下の高高度プラットフォームシステム（HAPS：High Altitude Platform Station）や航空機に対するフィーダーリンクにおいて、テラヘルツ波を含む高い周波数帯の利用による伝送速度の向上を検討している。具体的には、92GHz～94GHz、95GHz～100GHz、および102GHz～104GHzの周波数帯に対して、広帯域の複数チャンネルを活用することで、20Gbps以上の大容量通信を実現できる。
同研究においては、92GHzから104GHzのテラヘルツ領域までに対応するアンテナ、送信機および受信機を試作した。長距離通信を担う高利得アンテナサブシステムとしては、上空の飛行体に搭載可能な小型軽量の0.3m径カセグレンアンテナと、地上局用の1.2m径カセグレンアンテナを開発し、最大出力を1Wとして設計した送信機と組み合わせた。今回は、周波数帯を95.375GHz～96.625GHz（中心周波数96GHz）に限定し、送信機の空中線電力は15mW（特定実験試験局で許可される範囲内の等価等方放射電力（EIRP）に対応）に設定して伝送実験を実施した。
- Advertisement -
実験では、6階建ビルの屋上（東京都小金井市）からスカイタワー西東京（東京都西東京市）までの4.4kmの距離に対して、帯域幅1.25GHzを使用したシンボルレート1Gシンボル/秒の条件で、変調方式QPSK（伝送速度2Gbps） および16QAM(4Gbps)を用いた伝送を確認した。
アンテナサブシステムの外観
写真右（a）送信アンテナ（0.3m径：飛行体搭載用）と写真左（b）受信アンテナ（1.2m径）©早稲田大学/JAXA
今後は、空中線電力1Wの送信機の試作などにより、伝送距離20kmおよび伝送速度20Gbpsの通信機能を実現するとともに、HAPSや航空機向けのフィーダーリンクに必要な飛行体へのアンテナ追尾技術の試作と改良を行う。
将来的には、通信の大容量化により、地上で使用されているネットワーク回線（LAN）レベルの高速通信を上空まで延伸させることが可能になり、大規模災害時の広域通信基地局、山間部や離島への高解像度の映像の伝送など、上空の通信網を使った多様なサービスの創出が期待されるという。
研究プロジェクトについて
同研究成果の一部は、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）の革新的情報通信技術研究開発委託研究（JPJ012368C00302およびJPJ012368C04901）、および科学技術振興機構の先端国際共同研究推進事業ASPIRE（JPMJAP2324）により実施したもの。
- Advertisement -
各機関の主な役割
- 早稲田大学：テラヘルツ帯に対応した送受信機の開発
- JAXA：テラヘルツ帯高利得アンテナサブシステムの開発
