大容量データの同時通信においても快適な環境を。「5G」向けミリ波ビーム多重化が世界最高レベル12Gbps通信速度を実現

タブレットの普及により、無線データのトラフィック量は年200%増

スマートフォンやタブレットの普及により、無線データの通信トラフィック量は1年で約200%のペースで増えています。そこで、現在の約1,000倍である10Gbpsの通信速度を実現する、次世代移動通信システム「5G」の無線通信技術の研究が、2020年頃実現に向けて世界各国で進められています。

富士通はこの課題に対し、広い帯域幅を利用できる周波数帯「ミリ波ビーム」を多重化するマルチアクセスを実現しました。この技術により、複数の人が同時に大容量の通信を行っても、速度の低下を最小限に抑えることが可能になります。

5G向けミリ波ビーム多重化が世界最高レベル12Gbpsの通信速度を実現

従来、多数が同時に通信するとお互いの電波が干渉し、時間や周波数を分割して使う必要があり、通信速度が低下するという課題がありました。今回、60ギガヘルツ(GHz)のミリ波帯において、複数のアンテナ素子を並べたアレーアンテナを試作。ビーム形成時に発生する目的方向外の電波を従来の5分の1に低減する技術を開発しました。

この開発技術により、細い電波ビームを多重化することで多数のユーザーが同時に通信を行っても互いに干渉せず通信ができ、大容量通信時にも速度低下を最小限に抑えることが可能になります。富士通社内の実験では、4本のミリ波ビームを形成することで、世界最高レベルである12Gbpsの通信速度を実現することを確認できました。

互いの干渉を回避した「アレーアンテナ」開発。複数配置で同時通信も快適に

(左)試作したアンテナのビームパターン (右)試作した64パッチのアレーアンテナ(1本のミリ波ビームを形成)

従来のアンテナでは、複数設置するとビーム間で干渉が起き、多数のアンテナを並べることは困難でした。
そこで、60GHz帯のミリ波を用いて、低サイドローブ*の細い電波ビームで64パッチのアレーアンテナを試作(上図)。通常の電力密度が一定のアレーアンテナでは、メインローブ*とサイドローブの電力比は13dB程度になりますが、アンテナ給電回路を工夫し、中心付近のアンテナ素子は電力を大きくして、周辺に行くに従い電力を小さくする配分としたことで、従来から7dB(従来比約5分の1)改善した電力比約20dBの低サイドローブを実現しました。

この開発技術により、少しずつ異なる方向を向けた複数のアレーアンテナを配置することで、複数人が同時に通信しても互いに干渉しなくなりました。
*メインローブ:目的方向の電波
*サイドローブ:別の方向の電波

互いに干渉せず、世界最高レベルである12Gbpsの通信容量を利用することで、多数の人が密集した場所で同時に通信しても、一人あたりの通信速度低下を最小限に抑えることができます。そして、高画質の動画視聴や、撮影動画をクラウドにアップロードする場合などでも、快適な通信を行うことができるようになります。

富士通研究所は、ミリ波無線機のさらなる高速化とビットレートあたりの低消費電力化を進め、2020年頃の実用化を目指します。