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見えてきた“90GHz帯”5Gの可能性――鉄道向けで早期事業化を狙う動きも

文◎藤井宏治(IT通信ジャーナリスト) 2019.10.10

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90GHz帯は、5GのeMBBやIAB(基地局接続)に利用できる――。昨年から実証試験を行っているノキアの“結論”だ。鉄道無線として90GHz帯の早期事業化を狙う動きも出てきた。

 
未開拓のミリ波「90GHz帯」を移動通信で利用するための実証試験が、昨年から相次いで実施されている。ノキアがNT Tドコモと行っている90GHz帯を用いた5G のトライアルがその1つだ。

日本でも今年4月に割り当てられた28GHz帯、米国で利用される39GHz帯など、およそ30GHzより上の非常に高い周波数である「ミリ波」が5G では新たに用いられる。

従来用途が限られていたミリ波では、数GHz幅の帯域を移動通信用に確保できる。この広い帯域を活用することで、5Gは最大20Gbpsもの超高速通信を実現するのだ。

ノキアが実用化に取り組む90GHz帯(W-band、92-114.25GHz)は、3GPPで検討されている新たなミリ波の5G用候補帯域の1つで、次の理由から注目されている。

まずは、28GHz帯の7倍強にあたる22.25GHz 幅もの広い帯域の確保が見込まれていることだ。このため将来、100Gbpsを超える超高速通信を実現できる可能性がある。次は、ミリ波における大気による減衰のピークは60GHzと120GHzの近辺にあり、90GHz帯は減衰による影響が比較的少ないことだ。ある程度の長距離伝送が行えるのである。最後は、90GHz帯に対応した無線ICチップが実用段階に入ってきたことだ。
ノキアが2Gbpsの伝送試験に用いた64TX 32RXフェーズドアレイアンテナ搭載の90GHz帯試験伝送装置
ノキアが2Gbpsの伝送試験に用いた64TX 32RXフェーズドアレイアンテナ搭載の90GHz帯試験伝送装置。新開発のアンテナ素子一体型無線ICチップを用いて製作された

実用化は2023年以降ノキアのトライアルでは、平面上に配置した多数のアンテナ素子で指向性を動的に変化させられるフェーズドアレイアンテナを搭載した試験装置で、最大2Gbpsの伝送試験に成功している。搬送波幅は1GHz。伝送方式はノキアがミリ波向けに開発した16QAM Null Cyclic Prefix Single Carrierである。

この試験装置は、ノキア・ベル研究所が開発した世界初のアンテナ素子一体型無線I Cチップ(フェーズドアレイ無線チップ。以下、RFICと記述)を使って製作された。RFICには16TX 8RX(送信用16素子、受信用8素子の意。以下、同様に記述)のアンテナ素子が組み込まれており、このRFICを用いることで256TX 128RXまでのフェーズドアレイアンテナ一体型無線装置を容易に製作できるという。

90GHz帯を5Gで利用するための課題の1つが伝送ロス対策だ。大気による吸収減衰が大きいミリ波で伝送距離を伸ばすため、5Gではビームフォーミングで電波を絞り込む。トライアルでは、28GHz帯より減衰の大きい90GHz帯でも、多素子化(高次アレイの導入)により同様に運用できることを実証した。

2つめの課題は、円滑なビームトラッキングの実現だ。ビームフォーミングを移動通信に用いる場合、端末の移動を検知してビームの照射方向を変化させるビームトラッキングが不可欠となるが、「ビーム幅が細い90GHz帯では技術的なハードルが高くなる」とノキアソリューションズ&ネットワークス カスタマー・ソリューション・マネージャーの高岡晴生氏は語る。ノキアはビーム切り替え機能の一部をRFICに実装するなどの手法で円滑なビームトラッキングを実現しようとしており、「すでにスループットを低下させず、切り替えられることが確認できている」(高岡氏)という。

基地局と端末の間に人やモノが入り込むと速度低下や切断が起こるシャドーイング対策も課題だ。

「多数の基地局を密に配置し、端末が常に複数の基地局に接続できるようにするマルチコネクティビティが、シャドーイングの有力な解决策。基地局を小型化できる90GHz帯は、高密度置局にも有利だ」と高岡氏は語る。

ノキア・ベル研究所では、これまでの検証結果を踏まえて、「90GHz帯は5GのeMBB(超高速モバイルブロードバンド)で十分利用できる。5Gを基地局のバックホールに使うIAB(Integrated Access and Backhaul)も有力なユースケースになる」(高岡氏)と見ている。

今回のトライアルは、あくまで現時点で利用できる技術を使って、90GHz帯が5Gで使えるかを検証したもの。商用化段階では、ミリ波に最適化した新しい無線方式の採用、無線ICチップの処理性能の向上により、現状の5Gを上回る高速通信が実現されることになるはずだ。90GHz帯の実用化時期について高岡氏は、新しい5G用帯域が決まる次の世界無線通信会議(WRC-23)が開かれる「2023年以降の早いタイミング」と予想する。
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