多様なアクセスを実現するワイヤレス技術

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ためひとたかはし
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1 IoT/5G 時代で求められる多様な無線アクセス近年の通信インフラの進展と拡充に伴い, モバイル環境下でさまざまな通信サービスを享受できる生活スタイルが浸透してきました.2020 年代以降に向かっては, モバイル通信の高速化の進展による多様な品質のICTサービスが得られる生活の実現と,IoT (Internet of Things) インフラの拡充による新たな付加価値サービスの普及が見込まれます. そのため無線システムにおいては, 高速化だけでなく, エンドエンドの最適な品質提供, 多様性を実現する柔軟性が求められます. さらに, 超ルーラルエリア向けサービスや災害対策などのなくすことのできないサービス維持のための通信手段をお客さまに提供することは, これまで以上に大きな役割を担っていると考えます. 5G/5G+ 時代の無線アクセス技術移動通信のデータトラフィックは, 年率約 1.4 倍のペースで増加しています (1).2020 年以降は, 現在よりさらにコンテンツのリッチ化, 通信インフラ利用の多様化が進展するため, 無線アクセスの総トラフィック量はさらなる増加が見込まれます. 現在無線アクセスは, キャリアが提供するモバイル回線による通信と無線 LANを用いた通信がおおよそ同量のトラフィック量となっていますが, 今後は今以上に, 無線 LANなどのこれまでユーザが個々に管理して利用していた無線局免許を必要としないアンライセンス帯無線が, 増え続けるトラフィックをカバーする役割を担う時代が来ると考えます ( 図 1). その際, ユーザがストレスなく高品質なサービスを享受できる環境を実現するには, モバイル回線とアンライセンス帯無線をまたいでシームレスに制御する技術と, 膨大な量となる基地局アクセスポイント (AP) の展開を促進する技術が重要となり, 特にユーザが自身で設置するアンライセンス帯の基地局 APをいかにコントロールするかが鍵となると考え, 次のような技術の開発を進めています. アンライセンス帯システム連携技術アンライセンス帯の無線アクセス 2017 ワークショップアンライセンス帯無線第 5 世代モバイル電気通信事業用無線集つくばフォーラム多様なアクセスを実現するワイヤレス技術なかむら中ひろゆき村宏之 NTTアクセスサービスシステム研究所プロジェクトマネージャ NTT アクセスサービスシステム研究所では, 2 つのプロジェクトにおいて多様なアクセスを実現するワイヤレス技術の研究開発に取り組んでいます. 本稿では,NTT グループによるネットワークサービスの将来を見据えた 202X 時代のモバイルサービスの高度化, および超ルーラルエリア向けサービスや災害対策などのなくすことのできないサービス維持への貢献に向けたワイヤレス技術の取り組みについて紹介します. 特は, 利用方法によってさまざまな無線規格が登場するため, 利用者は用途に応じて自在にAPを設置していくことが想定されます. これらのAPをネットワーク越しに最適に制御するために, アンライセンス帯プラットフォームによる無線リソースの管理と, ソフトウェア化されたホワイトボックス無線基地局の実現をめざしています. なお, これらの技術の一部は,2017 年より総務省主導で開始した5G 総合実証の中で, 高密度無線 LANの展開と, モバイルと連携した無線 LANの制御検証を始めています (2). 大容量無線エントランス技術 NTT 研究所ではスモールセル化して膨大な量となる基地局 APの展開を促進する技術として, 基地局 AP のエントランス回線の光ファイバの敷設が困難な場所等において, 回線の一部を無線化して収容するための大容量無線エントランス技術について検討しています ( 図 2). 本技術では, 比較的大容量伝送が可能なミリ波などの高周波数帯を用いて通信することを検討していますが, 設置条件の簡易化, 回線の効率化大容量化の課題を解決す NTT 技術ジャーナル

2 つくばフォーラム 2017 ワークショップ図 1 アンライセンス帯無線を用いた 5G/5G+ アクセスの進展図 ₂ る技術が求められます. これらの課題を解決するために,NTT 研究所では, 大容量通信を可能にするミリ波帯での空間多重伝送技術, 伝搬損失を補うための大規模アレイによるアンテナ高利得化技術, 複数局を同時収容する大容量無線エントランス技術 P-MP(Point to MultiPoint) 通信技術について取り組んでいます. 次世代無線 LAN 高度化技術アンライセンス帯無線自体をさらに高機能化するための技術として, 次世代無線 LANの技術開発に取り組んでいます. これまでの無線 LAN 規格では, 1 対 1 の通信区間のスループット向上とエリアカバー率向上を目標に進展してきましたが, 近年は混雑した駅構内でのスループット低下など稠密環境下での通信品質向上の問題が顕在化してきました. 解決の手段として, NTT 研究所では無線 LAN のAPでパケット単位に複数のアンテナを高速に切り替える分散スマートアンテナ技術と, アンテナをネットワークから最適にリソース制御 ( 周波数チャネルや送信出力 ) するアルゴリズムを開発しました ( 図 ₃). 本技術の効果をスタジアムで実証し,APを高密度に設置してもAP 間の電波干渉を低減して通信速度が向上することを確認しました (3). また同時に標準規格の策定を推進しており,IEEE802.11において稠密環境に対応する高効率を規格化した IEEE802.11axについては,2014 年 5 月のタスクグループ立ち上げから参画してきました (4)

3 無線の電波伝搬特性を把握しモデル化する技術は,5G/5G+ をはじめ, すべての無線通信システムにおいて必要不可欠となる技術です.NTT 研究所では継続的に, 既存の無線システムとの共用検討を通した新規周波数割当, 伝送特性評価を通したシステム設計新規通信方式の確立, 場所ごとの伝搬状況に応じたセル設計エリア設計への反映について取り組んでいます. 最新の取り組みでは,5G/5G+ の実利用環境として重要とされる都市部環境混雑環境などさまざまな環境において800 MHz~66 GHzまでの多周波数帯を用いた伝搬測定モデル化を実施しています ( 図 ₄). これらの結果は, 新規周波数割当仕様策定を進めるためにITU-R(International Telecommunication Union - Radio communication Sector) 3GPP(3rd Generation 図 3 Partnership Project) での標準化活動において規格化を推進しています. なくすことのできないサービス提供へ無線システムの活用と取り組み NTT 研究所では, 電気通信事業用の無線システムとして, 主に, 山間部や離島などの光ケーブルの敷設が困難な超ルーラルエリアへ通信サービスを提供する無線システムと, 災害発生時において通信手段をお客さまに提供する無線システムを研究開発しています. それぞれの無線システムには, 地上系無線システムと衛星通信システムがあります. これらの電気通信事業用の無線システムは, 安心安全な通信インフラを確保するために今後も期待されているため, さらなるコストの削減が求められているだけでなく, 高度なスキルを有する無線技術者が少なくなっていることから, 保守運用性の向分散スマートアンテナ型協調無線 LAN 周波数横断電波伝搬モデル化技術上が求められています.NTT 研究所では, 研究所技術を活用して保守運用の向上, 装置コスト削減に対し取り組んでいます. 個別のシステムごとに, 取り組みについて説明します. 山間部や離島向け地上系無線システム山間部や離島向けの地上系無線システムとしては, 主に, 固定マイクロ通信システムと加入者系無線システムがあります ( 図 ₅). 固定マイクロ通信システム (5) は, 地理的条件や経済的な理由により, 光伝送路の構築が困難なエリアへ中継系伝送路を提供する無線システムです. 加入者系無線システムは, 山小屋などのメタル光ケーブル敷設が困難な超ルーラルエリアへ電話回線等を提供する無線システムです. NTT 研究所では, 伝送容量を増加しつつ長距離においても高品質な伝送

つくばフォーラム 2017 ワークショップ図 4 5G+ に向けた電波伝搬特性の検討を実現する技術により,

災害対策向け地上系無線システム災害対策向け地上系無線システムとしては, 4 つの研究所プロダクト業務用無線システム中継用無線システム

業務用無線システム (6) は, 現地作業者へ, 被災状況の伝達や復旧作業指示などを行うための社内連絡用の無線システムです.

4 つくばフォーラム 2017 ワークショップ図 4 5G+ に向けた電波伝搬特性の検討を実現する技術により, 無線システムの適用領域を拡大することで, 複数の地上系無線システムの統一化共通化を実現し, 装置コストを削減すべく取り組んでいます. 災害対策向け地上系無線システム災害対策向け地上系無線システムとしては, 4 つの研究所プロダクト業務用無線システム中継用無線システム加入者系無線システム置局設計ツールがあります. 業務用無線システム (6) は, 現地作業者へ, 被災状況の伝達や復旧作業指示などを行うための社内連絡用の無線システムです. 中継用無線システム (7) は, 中継伝送路が被災した場合に, 迅速にサービス復旧させる手段として大容量無線通信が可能な可搬型の無線システムです. 加入者系無線システム (8) は, 災害発生時に避難所等でお客さまへ特設公衆電話やインターネット回線を提供する無線図 5 主要な地上系無線システム

5 集システムです図 6 主要な衛星通信無線システム. 置局設計ツール (9) は, 災害対策向け地上系無線システムの基地局を設置する際に最適なビルを選定する置局設計ツールです. これらの 4 つの研究所プロダクトは, 旧システムよりも小型軽量化や機能の高度化を実現しています. さらに, NTT 研究所では, 業務用無線システムと加入者系無線システムのアンテナの小型化をめざしており, 可搬性の向上に貢献すべく取り組んでいます. 衛星通信システム NTT 研究所で研究開発している衛星通信システムは, 主に, 災害対策向け衛星通信システムと離島向け衛星通信システムの 2 つがあります ( 図 6). 災害対策向け衛星通信システムは, 災害発生時に避難所等でお客さまに特設公衆電話およびインターネット回線を提供することが可能です. 離島向け衛星通信システムは, 海底光ケーブルの敷設が困難なエリアへ通信インフラを提供することが可能です. NTT 研究所では, 両方の衛星通信システムの基地局へ適用可能な衛星通信用のモデム装置類 (COM-U: COMmon Unit) (10) を開発しました. COM-Uは, 使用する周波数の配置を自由に設定できるため, 現行の衛星通信モデム装置類と比較して周波数の利用効率が向上しています. また, 現行の衛星通信システムは, 複数の装置を組み合わせて使用していますが, パッケージ化して 1 台の筐体に集約搭載しているため配線などが不要となり, 保守運用性を向上しています. 今後の展開 5Gの本格展開時代のトラフィックの加速度的な増加への対応に向けて, 無線 LANを活用した多様なモバイルサービスの展開に貢献していきます. また, 電気通信事業用無線システムにおいては, 無線技術者の減少の状況を勘案し, 運用性の向上に取り組んできましたが, 複数無線方式のマイグレーション等により, さらなる運用者への負担軽減, 無線装置のコストダウンに貢献していきます. 参考文献 (1) 特pdf s-news/01kiban14_ html html 規格 IEEE ax の標準化動向, NTT 技術ジャーナル,Vol.28,No.11,pp.52-55,2016. デジタル無線方式の開発, NTT 技術ジャーナル,Vol.22,No.4,pp.63-66,2010. ない安定した連絡手段を提供する業務用無線システムの開発, NTT 技術ジャーナル, Vol.29,No.11,pp.47-49,2017. を両立した災害対策用可搬形デジタル無線システムの開発, NTT 技術ジャーナル, Vol.29,No.11,pp.44-46,2017. に安心安全を届ける災害対策用加入者系無線システムの開発, NTT 技術ジャーナル, NTT 技術ジャーナル (2) (3) (4) 篠原岩谷井上 : 次世代高効率無線 LAN (5) 宮城安井根本中村 : 11 GHz 帯大容量 (6) 立川永瀬岩谷中村 : 他社網に依存し (7) 立川徳安中村 : 長距離化と小形軽量化 (8) 徳安立川上野立田中村 : お客さま Vol.29,No.11,pp.50-53,2017. (9) 徳安立田中村 : 災害対策用無線システムの運用をサポートする置局設計ツールの開発, NTT 技術ジャーナル,Vol.29,No.11, pp.54-57,2017. (10) 山下山中小林 : 次期衛星通信システムを支える高効率グループモデムモジュールおよび高効率ターボ符復号化モジュールの開発, NTT 技術ジャーナル,Vol.27,No.12, pp.58-62,2015. 問い合わせ先 NTT アクセスサービスシステム研究所無線アクセスプロジェクト無線エントランスプロジェクト TEL FAX nakamura.hiro lab.ntt.co.jp

地局装置を介して位置情報管理サーバに伝えられ位置情報として地図上に表示することができます利用イメージを図 2 に示します図 2 業務用無線システムの利用イメージ 3. 中継無線システムの開発 (1) 開発の背景中継伝送路を救済する既存の災害対策用無線システムでは 156 Mbit/s または

地局装置を介して位置情報管理サーバに伝えられ位置情報として地図上に表示することができます利用イメージを図 2 に示します図 2 業務用無線システムの利用イメージ 3. 中継無線システムの開発 (1) 開発の背景中継伝送路を救済する既存の災害対策用無線システムでは 156 Mbit/s または 2017 年 ( 平成 29 年 ) 地上系災害対策用無線システム 1. 全体概要 NTT では東日本大震災発生以降新たな災害対策用無線システムの研究開発に取り組んでいますこれまで開発された無線システムを事業会社が活用することによって通信サービスの早期復旧と通信孤立の早期解消を強化することが可能となりましたこれまで開発したシステムの全体概要を示します ( 図 1) 以下それぞれのシステムについてご紹介いたします