情報通信研究機構（NICT）は2023年6月1日、深紫外LED（発光ダイオード）を活用し、太陽光による背景ノイズの多い日中・屋外で、かつ送信機と受信機の間にビルなどの障害物がある“見通し外（NLOS: Non-Line-Of-Sight）”環境下において、光無線通信伝送を実証したと発表した。NICTの未来ICT研究所 井上振一郎室長らの研究グループが行った。
伝送媒体に光を使う「光無線通信」は、電磁波ノイズに強く、高速・広帯域なデータ通信が可能であることから、次世代の超高速ワイヤレス通信システムの候補として期待されているが、その難易度は高い。
光は電波よりも波長が短く、直進性が高いため物体を透過しない。そのため、光無線通信は、途中に光を遮る障害物がなく、送信機と受信機が見通し良く向き合った、“見通し内”環境下に利用範囲が限定されていた。また、従来の可視光や赤外光を用いる光無線通信においては、太陽光による背景ノイズの影響を極めて強く受けるため、日中・屋外かつ“見通し外”環境下における光無線通信は、これまで一般的に困難であるとされてきた。
今回開発した深紫外光送受信システムと実験配置
この課題を解決するため、同研究グループは、発光波長265nm帯、光出力500mW超の高強度シングルチップ深紫外LEDを搭載した送信機と、太陽光背景ノイズを高効率に除去可能な深紫外光受信機を開発。日中・屋外かつ“見通し外”環境下において、最大80mの距離で1Mbps以上の光無線通信伝送に世界で初めて成功した。
本成果により、ビルが高密度に建ち並ぶ都市部や樹木が生い茂る森林地帯など、障害物が多く存在する厳しい見通し外環境下においても、高速光無線通信が実現可能であることが示された。
将来の“見通し外”（NLOS）深紫外LED光無線通信の実利用シーンにおいては、送信側では、建物の屋根等から周囲の安全に配慮して上空に向けて深紫外光を出射する配置等が想定される。受信側に戻ってくる光は、大気中のエアロゾルや分子からのレイリー（Rayleigh）及びミ－（Mie）散乱を介した極めて微弱な散乱光となるため、人体に対して影響のないレベルの光強度となり、安全面に対してしっかりと配慮された運用となることが想定されるという。
将来的には、ビルや樹木等で見通せない状態のドローンや無人ロボットとの通信、見通しの悪い交差点等での車車間通信（V2V）や路車間通信（V2I）、電波の届きにくい山岳地域における無線通信など、幅広い分野の産業、生活・社会インフラにおいて、光無線通信の利用シーンを飛躍的に広げる新しい技術として期待されるとしている。
将来の深紫外LED“見通し外”（NLOS）光無線通信システムのイメージ図
なお、本成果は、IEEE（米国電気電子工学会）発行の学術論文誌IEEE Photonics Journal（電子版: 米国東部時間2023年5月31日（水） 最終版）に掲載された。
