第 3 回次世代ブロードバンド技術の利用環境整備に関する研究会 資料 3-3 光無線の実用性と課題 平成 19 年 2 月 23 日浜松ホトニクス株式会社 HAMAMATSU
発表概要 光無線の実用性 運用実績とそこから示される課題について 光無線の課題とその克服のため要求される技術 稼働率の改善期待される技術 1
家 家 家 光無線の利用分野 ラストマイル 無線インターネット 宇宙通信 コミュニティ ホームユース 加入者アクセス回線 移動体通信 (ITS, 交通管制等 ) HDTV 等超高速伝送 PSTN 集合住宅 MAN/WAN 屋内光無線 LAN CATV アクセス 地域防犯ネット 携帯電話基地局エントランス回線 IrDA 超高速 DL 電子決済 パーソナルユース Blind Area ホットスホ ット 地域ネットワーク 屋内ブロードバンド 企業ネットワーク LAN インターネット 臨時回線 FA 関連ユース 原典 : 光産業技術振興協会, 光技術応用システムのフィージビリティ調査報告書 XXⅡ --- 光ワイヤレス通信技術 --- 2
運用実績地域的規模のネットワークとして 光無線はどの程度使えているのか プライベートユース ( 企業ネット ) の実績 1km 以下の距離での利用ではトラブル報告はほとんど無い 携帯電話のエントランス回線 500m 程度までは問題ない 地域イントラネット : 地域性, 長距離運用も考慮する必要がある 地域的規模でのネットワークの運用実績 学校インターネット PJ の実績が参考になる 3
高知県における光無線ネットワーク 稼働率 :99.5% 稼働率 :99.9% 稼働率 :99.75% 稼働率 :99.74% 稼働率 :99.3% 稼働率 :99.97% 4
80 降雨の影響 July/18~19/2003 Kochi Kochi precipitation Aki precipitation Tosa-L5 1.6km Aki-L3 2.1km Aki-L2 800m T-L5 Trap A-L3 Trap A-L2 Trap 480 Precipitation [mm/h] 60 40 20 360 240 120 Received power level ( relative value ) 0 0 7/18 12:00 18:00 22:00 7/19 0:00 4:00 8:00 Aug./08/ 2003 11:00~24:00 the Typhoon pass over Kochi Time [hour] Kochi precipitation Aki precipitation Tosa-L5 1.6km Aki-L3 2.1km Aki-L2 800m T-L1 Trap T-L5 Trap A-L3 Trap A-L2 Trap 40 480 35 30 360 長時間連続して不稼動となることは少ない Precipitation [mm/h] 25 20 15 10 240 120 Received power level ( relative value ) 5 0 0 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 Time [hour] 5
浜松市 学校 IN 光無線ネットワーク School Facilities in the City Fast-Ethernet Environment Opt. wireless link (11 links about 12km) Fiber 遠隔授業 F G 稼働率 99.5% E A H D C B IC J I CO RC EC 稼働率 99.97% 浜松測候所 6
霧の影響 120 fog ~ 1:00 V=1km ~ 1:25 V=2km July/11/2003 Hamamatsu heavy fogy condition Link 400m Link 700m Link 1km Link 2km fog 3:45 V=1km 4:25 V=100m ~ 5:15 V=500m ~ 7:25 V=1km ~ 7:40 V=2km V: visibility Monitoring packet receive [%] 100 80 60 40 20 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 Time [hour] 7
太田市 学校 IN ネットワーク N 稼働率 :98% 3.4km 稼働率 :99% 1.7km 稼働率 :99.7% 1.3km 1.6km 伊勢崎 NWC 2.5km 2.2km 99.6% 0.5km 1.7km 1.8km 大田市役所 3.4km 1.7km 0.3km 0.9km 稼働率 :98.6% 稼働率 :99% FWA(22GHz) 光無線 2.4GHz 8
9 年間視程分布 ( 前橋 ) 年間視程分布 ( 前橋 ) 2001 2002 2003 2km 12/26 12/6 11/16 10/27 10/7 9/17 8/28 8/8 7/19 6/29 6/9 5/20 4/30 観測日 4/10 3/21 3/1 群馬県太田市 100 10 視程 [km] 1 0.1 2/10 1/21 1/1 雪の影響 太田市役所屋上の光無線装置と 2.4GHz アンテナ
光無線の稼働率 ICSA で実施した屋外光無線伝搬特性に関する調査研究 2001.10~02.09 港区 1.2km 区間稼働率 :99.97% 早稲田大学 :H16-17 年度委託研究 2005.04~06.03 新宿区 1.0km 区間伝搬減衰 20dB 以上 :0.1% 光無線の稼働率推定 視程の累積分布と光波減衰式 (σ=13/v) からマクロレベル ( 小数点 1 桁 %) までは精度良い推定可能 ( 過去の計測データもよく一致している ) 広域での多数リンク運用の稼働率 ( 多段接続 ) 最長区間での稼働率に依存 10
光無線の課題その克服のため要求される技術 11
光無線の稼働率における課題 10 東京札幌高知 視程の累積分布札幌 東京 1992~2006 横軸以下になる確率 [%] 1 0.1 0.01? 雪や霧の多い地域はここにフロアが生じる 0.001 0.1 1 10 視程 [km] 視程 : 観測密度荒いため精度が出ない ( 特に地方の測候所データの場合 ) 12
稼働率確保の手法 ネットワークの冗長構成 : メッシュ, ループ,2 重化 バックアップ回線 コストパフォーマンスは? 光無線 & ミリ波 : 高い能力, 適用距離とコストに課題 光無線 &FWA: 安定性に優れる能力的には中庸 光無線 & 無線 LAN: 低コスト, 導入が容易 2.4GHz 無線 LAN が多く使われている 確かに切れることはないが... 回線速度の差による AP 運用に注意 効果的な制御を行うためのパス制御, リンク断 / 復帰判断の検討要 13
稼働率確保の手法 -2 光無線装置のマージンを増加させる Power up 安全性から難 誤り訂正 :LDPC - 10dB 改善 高精度追尾 :- 10dB 近い改善余地 but. 非常に大きい減衰発生の確率は避けがたい システムマージンによる回線維持率の推移東京 : 気象観測データより 10dB 20dB 23dB 30dB 100 99 回線維持率 [%] 98 97 96 0.1 1 10 距離 [km] 14
運用手法の検討 確率的にゼロにはならない. コンマ数 % 以下の改善のためのコストをかける意義はあるのか? All or Nothing では条件不利地域の解消は難しい 可能性のある選択肢の提供 例えば ) 1. 年間数時間 - 数日は通信速度低下の確率があるが後は光ファイバーと同じサービスが提供される 2. リーチ DSL で 512k サービスの常時提供 3. コストを添えて比較検討 光無線 : 光ファイバに近い環境を提供するツール光無線と FWA ハイブリッドシステム どのレベルならば実用上問題ないか 構成手法と運用手法を具体的に検証する必要がある 基本は距離と稼働率 ( 確率 ) をどのように捉えるかの問題であるがユーザの選択が見えない 15
運用の改善 ファイバ ネットワーク 光無線 fine connectivity フル光接続の研究開発 (H16-17) Full compatibility 能力も飛躍的に向上 物理層レベルにおける能力は実証された 統合型光接続の研究開発 (H18-20) サービスの互換性検証 コスト, 要求されるサービスからどのような使い方が最適か検討要 16
P-MP 接続光無線できない? 光は拡散しない電波との検波方式の違い 基本は P-P マルチスタック構造で P-MP と謳うシステムもある 追尾の高速 高精度化 Fine pointing による光学系の小型化マルチスタック化の可能性 AirFiber 社 : OptiMesh 時分割多元接続の研究 非線形光学結晶, 高速制御ミラーによる通信方向制御 17
おわりに利用者のための BB 化とは FTTHをベースに利用者の要求レベルコスト, 開通時間等でメニューを提示 無線システムの組合せと運用手法を具体的なフィールドで試験することが重要なのでは? 気象条件と無線システム ( 全体, 個別 ) の稼働率実効的にユーザが利用できる速度提供可能なサービスの実効品質とユーザの満足度 コスト FTTH 無線 BB-2 無線 BB-1 サービス要求 無線 BB システム構築のパラメータを抽出 フィードバック 時間 無線 BB システム : 運用手法ないし適用に関する研究が重要 最初の 1 歩 --- 利用者が使えると思える BB ネットワークを把握するための試みが必要 18
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