ミリ波帯による高速移動用 加島 謙一 原本 亮喜 バッ …...in high-speed trains...

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22 日立国際電気技報 2019 年度版 No.20 技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発 ミリ波帯による高速移動用 バックホール技術の研究開発 R&D on Millimeter-wave backhaul technology for high-speed vehicles 柴垣 信彦 Nobuhiko Shibagaki 加島 謙一 Kenichi Kashima 原本 亮喜 Ryoki Haramoto 佐藤 洋介 Yosuke Sato 藤井 誠人 Masato Fujii 要    旨 新幹線に代表される高速鉄道車内では、200km/h を 超える移動速度と、1 列車あたり約 1,000 人の高密度 ユーザ環境のため、インターネット高速伝送が困難に なっている。漏 ろうえい 洩同軸ケーブル(以下、LCX)を用いた サービスは新幹線の一部区間では実用化されているもの の、1 列車あたりのスループットは数 Mb/s にとどまる ため、乗客が一斉に使用すると極端にスループットが低 下するという問題が生じる。また、モバイル通信網と個々 のユーザが直接通信することを想定し、通信品質をあげ るために新幹線沿線の基地局の増強も進んでいる。しか し、移動速度の大きい新幹線ではセル間切り替えのハン ドオーバが多発しており、必ずしも効率的とはいえない。 さらに、新幹線沿線の地上エリアへの影響も懸念される。 LCX は、新幹線の走行エリア周辺のごく限られた空間の みに局在化させた電波を利用するため、ほかのシステム との共用という観点からは、理想的なシステムであるも のの、伝送媒体の根本的性質から、伝送速度には限界が ある。このように、LCX と同様の局在化された電波で高 速伝送可能なシステムが望まれている中、我々は高速鉄 道が特定の軌道上を予測された速度で規則正しく走行す ることに着目し、LCX を光ファイバに置き換えるととも に、RoF(Radio over Fiber)技術と 90GHz 帯のミリ 波を利用することで、路線局の構成を簡易化できる新し い高速鉄道用無線システムを提案し、実証した。 In high-speed trains represented by the Shinkansen, a high-speed Internet connection is difficult due to the moving speed exceeding 200 km / h and the high-density user environment of about 1000 persons per train. Although the service using Leaky Coaxial (LCX) has been put into practical use in several sections of the Shinkansen, the throughput per train is only a few Mb / s. A means for connecting to a mobile communication network outside the train through a window is also conceivable. The number of base stations along the Shinkansen is being increased to improve communication quality. Still, it is not always efficient because of the frequent handover between cells of the mobile network. Furthermore, there are serious concerns about the impact on the ground residential area along the Shinkansen. The LCX system uses radio waves localized only in a limited space around the Shinkansen travel area. From the viewpoint of sharing with other systems, the LCX is ideal. Due to its fundamental nature, there is a limit to the transmission speed. A system capable of high- speed transmission with localized radio waves similar to the LCX is strongly desired. We focus on the fact that high-speed railways regularly travel on a specific track at the predicted speed and replace the LCX with optical fiber and use Radio over Fiber technology to simplify the configuration of ground stations that require a large number. We proposed and demonstrated a new high-speed railway radio system.

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22 日立国際電気技報 2019 年度版 No.20

技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

ミリ波帯による高速移動用 バックホール技術の研究開発R&D on Millimeter-wave backhaul technology for high-speed vehicles

柴垣 信彦 NobuhikoShibagaki

加島 謙一 KenichiKashima

原本 亮喜 RyokiHaramoto

佐藤 洋介 YosukeSato

藤井 誠人 MasatoFujii

要    旨

新幹線に代表される高速鉄道車内では、200km/h を超える移動速度と、1 列車あたり約 1,000 人の高密度ユーザ環境のため、インターネット高速伝送が困難になっている。漏

ろうえい洩同軸ケーブル(以下、LCX)を用いた

サービスは新幹線の一部区間では実用化されているものの、1 列車あたりのスループットは数 Mb/s にとどまるため、乗客が一斉に使用すると極端にスループットが低下するという問題が生じる。また、モバイル通信網と個々のユーザが直接通信することを想定し、通信品質をあげるために新幹線沿線の基地局の増強も進んでいる。しかし、移動速度の大きい新幹線ではセル間切り替えのハンドオーバが多発しており、必ずしも効率的とはいえない。さらに、新幹線沿線の地上エリアへの影響も懸念される。LCX は、新幹線の走行エリア周辺のごく限られた空間のみに局在化させた電波を利用するため、ほかのシステムとの共用という観点からは、理想的なシステムであるものの、伝送媒体の根本的性質から、伝送速度には限界がある。このように、LCX と同様の局在化された電波で高速伝送可能なシステムが望まれている中、我々は高速鉄道が特定の軌道上を予測された速度で規則正しく走行することに着目し、LCX を光ファイバに置き換えるとともに、RoF(Radio over Fiber)技術と 90GHz 帯のミリ波を利用することで、路線局の構成を簡易化できる新しい高速鉄道用無線システムを提案し、実証した。

In high-speed trains represented by the Shinkansen, a high-speed Internet connection is difficult due to the moving speed exceeding 200 km / h and the high-density user environment of about 1000 persons per train. Although the service using Leaky Coaxial (LCX) has been put into practical use in several sections of the Shinkansen, the throughput per train is only a few Mb / s. A means for connecting to a mobile communication network outside the train through a window is also conceivable. The number of base stations along the Shinkansen is being increased to improve communication quality. Still, it is not always efficient because of the frequent handover between cells of the mobile network.Furthermore, there are serious concerns about the impact on the ground residential area along the Shinkansen. The LCX system uses radio waves localized only in a limited space around the Shinkansen travel area. From the viewpoint of sharing with other systems, the LCX is ideal. Due to its fundamental nature, there is a limit to the transmission speed. A system capable of high-speed transmission with localized radio waves similar to the LCX is strongly desired. We focus on the fact that high-speed railways regularly travel on a specific track at the predicted speed and replace the LCX with optical fiber and use Radio over Fiber technology to simplify the configuration of ground stations that require a large number. We proposed and demonstrated a new high-speed railway radio system.

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23日立国際電気技報 2019 年度版 No.20

ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

1 まえがき毎秒ギガビット級の高速無線通信を実現するためには、従

来のモバイル通信で用いられるマイクロ波帯と比較して、広帯域な周波数が利用可能なミリ波帯の適用が必要である。一方で周波数が高い分、伝搬減衰が極めて大きいというデメリットもある。また、大気中の酸素分子、水分などによる大気減衰も大きく、ミリ波帯のみで中、長距離の通信システムを構成するのは現実性に欠ける。

これらの状況を受け、高速鉄道が一定の軌道上を移動するという点を利用し、軌道に沿って敷設した光ファイバネットワークと、高利得アンテナおよび広帯域幅が利用可能なミリ波帯の電波資源を組み合わせたシステムを提案した。提案する高速移動体に向けたブロードバンド接続手段を実現するための基盤技術を開発し、新幹線を用いた実証実験を行った。

2 開発方針高速鉄道向けの無線システムの要求条件として、次の 4 点

をあげる。① Mobility:300~500km/h 程度② 伝送速度:1Gbps 以上③ ユーザ密度:1,000 人 / 列車 以上④  用途:乗客用のインターネット接続、列車の安全シス

テム用の無線接続上記条件を踏まえ、本研究開発では高速鉄道のような移動

体に対しリニアセル構成を採用した。また、超広帯域通信を実現するために、ミリ波を採用したアプリケーションに適した広帯域・超高速無線システムの実現を検討した。

3 ミリ波帯の特性と国内の90GHz帯周辺の周波数割り当て状況30GHz 帯以上のミリ波帯域で比較的割り当て帯域が広

く、 移 動 業 務 に 割 り 当 て ら れ て い る 帯 域 と し て は、40/60/90/120GHz 帯などがある。

40GHz 帯は、酸素分子(O2) の吸収減衰も少なく、半導体についても高性能のデバイスが使えるものの、割り当て帯域は 3.5GHz 幅にとどまる。

60GHz 帯は 7GHz 幅の周波数を利用できる反面、酸素の吸収減衰が大きいため、送受信間距離が数百 m 以上の応用には向かない。

90GHz 帯は 60GHz 帯よりも周波数が高く、自由空間減衰の面では不利だが、図1 に示すように、大気中に吸収ピークを生じる成分がない。たとえば、1km あたりの酸素分子

(O2)の吸収減衰は 0.3dB 程度で、数 km の無線回線設計を検討する場合であってもほぼ無視できるレベルであり、1km程度の伝送距離を想定した場合の無線回線構築は 60GHz 帯よりも容易になる。

また、120GHz 帯、300GHz 帯は増大する伝搬減衰が無線回線設計の自由度を狭める。しかも数年以内の実用化を前提に考えると、100GHz 超の領域では化合物半導体デバイスをもってしても実用システムに搭載できるレベルからは遠くなる。

図1 大気中の吸収減衰特性 (ITU-R P.676-11 など)

図2 に ITU-R※1 で定められた 90GHz 帯の周波数割り当て状況を示す。

高速鉄道への応用が該当する移動業務には、92~94GHz、94.1~100GHz、102~109.5GHz の周波数が割り当てられており、帯域全体では 15.4GHz(2+5.9+7.5GHz)幅が割り当て済みである。これらの電波資源を有効利用できれば、高速鉄道をはじめとする社会的に重要なインフラ用の通信システムが構築できるものと考え、実証システムを 90GHz 帯で構築することとした。

なお当該帯域には、固定業務、無線標定、および電波天文などが重複して割り当てられており、周波数の共用検討が必要となる点には注意が必要であり、ITU-R における周波数共用検討の議論も並行して進められている。

図2 90GHz 帯の周波数割り当て

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技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

4 実証システムの概要本研究開発では、移動速度 200km/h 以上の列車内で

1Gbps 伝送環境を実現することを目的とし、90GHz ミリ波無線機を機器から新規開発した。また、ファイバ無線技術を基盤とした光ファイバネットワークによる無線機の最適制御と配送経路の切り替え、ならびにそれらを統合した実環境対応システムを開発した。これをもって、新幹線環境にて検証試験を実施した。

図3 に実証システムの構成を示す。このシステムは、中央制御装置でベースバンド(以下、BB)処理された信号をファイバ無線ネットワークを介して地上無線局へ配信し、鉄道車両内の車上無線局とミリ波無線により通信を行う。地上無線局の置局は、軌道上に沿うような線形的配置(リニアセル方式)とする。また、走行する鉄道車両位置を中央制御装置で把握することで、ファイバ無線ネットワーク上に配置した光スイッチを制御し、最適な地上無線局へ信号を適時配信する。このような制御により、仮想的な無線基地局があたかも列車を追尾しながら移動するように見えるため、車上無線局は基地局の切り替わりを考慮することなく、継続的な通信が可能になる。

特に高速鉄道では、カーブの曲率や最大勾こうばい

配はシステムごとに決まった値があり、高速になればなるほど地上無線局と車上無線局の関係は直線上に見通せる配置に近づいていく。このため、比較的鋭い指向性を持つ高利得アンテナによる対向通信が可能になるため、ミリ波帯伝送の課題である大きな伝搬減衰をカバーする無線システム構成が現実的になる。

車上無線局 進行方向

リニアセル構成

中央制御装置光スイッチ

ファイバ無線ネットワーク

地上無線局

図3 実証システムの構成

5 BB・RF技術の開発90GHz 帯において、双方向通信を行うための BB 処理部

および RF(Radio Frequency)フロントエンドの開発を行った。

図4 に BB 部の構成、図5 に RF 部の構成を示す。中央制御装置内および車上無線局に設置する BB 処理部では、シンボル速度 250Mbaud とし、FPGA(Field Programmable Gate Array)にて IQ 信号を生成する。さらに、IQ ミキサにて中心周波数 1.8GHz、2.2GHz、2.6GHz、3.0GHz のIF(Intermediate Frequency:中間周波数)信号を生成後、電力合成部にて 4 波多重化し、その後 10GHz の局部発振器にて周波数アップコンバートを行い、光部へ入力する信号を生成する。受信はその逆プロセスであり、送受信信号の帯域幅は 1.45GHz である。

BB 変復調部

ベースバンド制御基板 IQ変調器

IQ復調器

BB_I

LPFLPF

DIV

FPGA

GbESFP

GbERJ45

D→A

D←A

BB_LO(TX)

BB_LO(RX)

BB_Q

BB_I

RSSI

Ref. IN100MHz

BB_Q

BB 変復調部(2h)

BB変復調部(3h)

BB変復調部(4h)

電力合成部

電力分配部

図4 BB 部の構成

AntennaDiplexer

W bandCassegrain antenna

×6 BPF

BPF

BPF

×6 BPF

図5 RF 部の構成

RF 部は、中心周波数 12.5GHz の 4 波マルチキャリア信号(RF)と、およそ 14GHz の信号を 6 逓倍したものとを局部発振信号 (LO:Local Oscillator) としてアップコンバートし、90GHz 帯ミリ波信号とした。送受多重化は周波数分割多重化方式とし、地上無線局から車上無線局は中心周波数95.7GHz、車上無線局から地上無線局へは 98.5GHz とする構成とした。アンテナと送受信部は分波器で接続し、送受同時通信を実現している。受信は送信の逆プロセスで IF 帯へ変換される構成である。観測した RF 帯信号のスペクトルを図6 に示す。

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ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

図6 RF 帯信号のスペクトル

図6 に示すように、各サブキャリアの明瞭な分離が観測され、S/N 比(Signal-noise ratio)50dB 程度を確保できる構成を実現できた。ミリ波帯の計測用評価機器(ミリ波帯ハーモニックミキサとスペクトラムアナライザ)の特性上、2チャネル目と 3 チャネル目の分離がスペクトラムアナライザでは不可能だが、単チャネル計測では分離できている。この問題はハーモニックミキサを使用せざるを得ない測定器側の問題である。無線システムとしては S/N 比の劣化を抑えつつ、ミリ波信号の生成が実現できた。また、車上無線局から地上無線局リンクでは地上無線局で受信する電力の変動が特に大きく、光リンクへそのまま導入することは、ダイナミックレンジの観点から難しい。そのため、S/N 比の 14GHz 帯可変利得増幅器を開発し、各地上無線局内の RF 部直後に実装 した。

これらの BB 部および RF 部を集積して中央制御装置およびトランシーバを構築した(図7、図8)。

伝送距離 1km を実現するため、地上無線局側にアンテナ利得 42dBi、車上無線局側にアンテナ利得 35dBi のカセグレンアンテナ(主反射器、副反射器から構成される反射型アンテナ)を適用した。

図7  BB 処理部、IF 変換部、光変調部からなる 中央制御装置

図8 地上無線局 RF 部

6 実証実験に向けた伝送品質評価技術フィールド試験中の信号品質評価では、新幹線運転席の限

られたスペースと利用可能な消費電力の制限を考慮する必要がある。そこで、本研究では、必要最低限の機材(ノートPC)により、RSSI(Received Signal Strength Indicator:受信信号強度)と BB 信号処理部で復調された信号の EVM

(Error Vector Magnitude:エラー・ベクトル振幅)を評価するシステムを開発した。伝送品質評価システム表示例を図9 に示す。

図9 伝送品質評価システムの表示例

本評価システムは BB 処理部の FPGA 内に受信 IQ 信号をモニタして EVM と RSSI を測定する機能を実装し、ギガビットイーサネット※2 端子を介して制御 PC 上に表示させる構成とした。また、RSSI は車上無線局側の受信電力をデジタイズし、光デジタルリンクにて中央制御装置へ伝送している。ファイバ無線による通信信号送受信と、光デジタルリ

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技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

ンクにて送受信される地上無線局制御信号とで光ネットワークを構成することにより、通信と制御を両立させる方式とした。

また、FPGA 内に IP 信号をカプセル化して IQ 変復調信号とする回路を組み込むことで、制御 PC で容易に評価ができるシステムを構築した。これにより、ミリ波帯においてもEVM、RSSI およびスループットをリアルタイムに評価する技術を確立した。

7 実証実験システム構成の検討表1 に回線設計例を示す。8 行目の最大伝搬距離に示すと

おり、最大伝搬距離はおよそ 1,000m と推定される。この計算結果と工事設計条件を勘案し、フィールド試験における地上無線局の配置設計を行った。

次に、図10 にネットワーク構成図を示すとともに、図11に JR 西日本新高岡駅周辺の地上無線局設置状況を示す。

東京方面

進行方面

新幹線車上局

新高岡駅 軌道

金沢方面

路線局① 路線局② 路線局③ 路線局④ 路線局⑤

光ファイバ各種光信号

各種光信号各種光信号

各種光信号各種光信号

光ファイバ光ファイバ

光ファイバ光ファイバ

光ファイバ

LANPC端末

地上局光スイッチ(中央局)

地上局(中央局)

図10 実証実験のネットワーク構成図

表1 回線設計の一例送 / 受信、伝搬 項 目 数 値 備 考送 信車上局

周波数(GHz) 96.0 −送信電力(dBm) 10.0 1 キャリアあたりの平均電力送信アンテナゲイン(dBi) 35.0 アンテナ角 0°、96.0GHzアンテナレドーム損失(dB) 0.0 今回は未使用のため 0dB送信アンテナ高(m) 2.9 レール面からの高さ車両窓ガラス損失(dB) 18.5 垂直偏波時(実測値)実効電力(dBm) 26.5 送信電力 + 送信アンテナゲイン−アンテナレドーム損失−車両窓ガラス損失

伝 搬 最大伝搬距離(m) 1,020.0 自由空間における電波伝搬距離自由空間損失(dB) 132.3 No.8 に示す距離の自由空間損失大気水蒸気損失(dB) 0.51 ITU-R P.676-10 より 0.5dB/km at 100GHz

受 信路線局

アンテナレドーム損失(dB) 1.0 −受信アンテナゲイン(dBi) 42.0 アンテナ角 0°、96.0GHz受信アンテナ高(m) 2.9 レール面からの高さ受信電力(dBm) −65.3 実効電力−自由空間損失−大気水蒸気損失−アンテナレドーム損失+受信アン

テナゲイン所要受信電力(dBm) −65.3 受信機熱雑音+所要 C/N※3+ 所要 C/N マージン受信帯域幅(MHz) 312.5 250MHz シンボル×ロールオフ率(1+0.25)受信機 NF※4(dB) 10.0 マージンは未考慮受信機熱雑音(dBm) −79.1 受信帯域幅と受信機 NF所要 C/N(dB) 13.8 ・変調方式 DQPSK※5

・BER=1×10−7

・同期検波、誤り訂正なし所要 C/N マージン(dB) 0.0 −

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ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

中央制御局と複数の地上無線局を 1:N スイッチで接続し、中央制御局からは送信信号、受信信号、地上から車上用光局発信号、車上から地上用光局発信号の 4 系統があり、それぞれがスイッチ群に接続されている。鉄道車両の位置検出は、鉄道司令所からの情報取得が将来的に期待されるが、本研究開発におけるフィールド試験では、各地上無線局に設置した光位置センサを用いて鉄道の通過を検出する。そして、その情報をもとにして次の地上側無線局へ切り替えることで、列車を追尾する「自動切り替え、追尾型ネットワーク」を実現した。

8 新幹線環境での実証実験前節までで説明した開発成果を統合し、実際の新幹線環境

において実証実験を行った。図12 に走行する新幹線上の車上無線局と線路脇の電架柱に設置した地上無線局の位置関係および車上局の配置図を示す。

図12  地上無線局、車上無線局の位置関係 および車上局の配置図

車上無線局、地上無線局には、計測用端末(ノート PC)が接続され、図13 のような通信状態を確認できる。各チャネルの QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)コンスタレーションから計算される EVM と、RSSI(4 波合成値)および各チャネルの伝送速度を 100ms 毎に計測した。

光位置センサ

EVMとRSSI 地上局#2のカメラ映像

図13  地上無線局側の測定状況 (EVM、RSSI および地上局カメラ情報を表示)

図14 は新幹線が地上無線局 1 ⇒ 2 ⇒ 3 ⇒ 4 と 240km/hで移動した際の地上と車上間の伝送速度の変化を示している。距離基準点で新幹線の後方運転席の車上無線局が無線エリアに入ると同時に、伝送速度は 1.5Gbps となっている。しかし、その後 200~400m 区間で伝送速度が低下している。この現象は、当該通信範囲が新高岡駅のホームに相当しており、緩いカーブとなっていることで、受信電力低下による受信エラーが発生しているものである。カーブ区間では地上無線局の設置間隔を短くするか、電子制御式の指向性可変アンテナを使用して、受信電力の低下による伝送速度の低下を抑

路線側アンテナ局 4

路線側アンテナ局 3

路線側アンテナ局 2

路線側アンテナ局 1 新高岡駅

中央制御局(新高岡駅付随施設内)

衛星地図写真:Google Maps

図11 地上無線局配置状況

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技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

えることが可能であるが、今回の実験ではカーブ区間の影響を評価するために、あえて図11 のような配置とした。

図14 新幹線通過時の伝送速度変化

400m 地点以降から 1.4km の範囲では、地上局切り替えによるデータ途絶はあるものの、最大 1.5Gbps の継続的な通信が可能になっていることがわかる。

以上説明したとおり、約 1.4km の区間において、時速約240km で走行する北陸新幹線「かがやき」と新高岡駅周辺に設置した地上無線局間にて、ミリ波(90GHz 帯)無線通信システムによる毎秒 1.5Gbps のデータ伝送実験に成功した。

この実証は、モバイル通信網のように別の地上無線局に移行する際に必要となるハンドオーバが発生することがないリニアセル方式のコンセプト実証である。新幹線や次世代高速鉄道のように、移動速度が速くなればなるほど、ハンドオーバに伴う実効的な伝送速度の低下は深刻化すると予想される。しかし、今回、実証に成功したリニアセル方式を適用することで、たとえば東京と新横浜間程度の距離で 1 回程度のハンドオーバを行えば、通信速度が維持できる可能性があり、大幅な伝送効率の改善が期待できる。

なお、さらなる通信品質の安定化に向けては、アンテナダイバーシティの採用や、新幹線の前方運転席・後方運転席の両方に車上無線局を配置して、システム全体の伝送速度および接続維持時間を向上させるなどの改良が想定される。

9 国際標準化の推進国際競争力の強化を実現するためには、本研究開発の成果

を研究期間中および終了後すみやかに、関連する国際標準化規格・機関・団体への提案を実施することが重要である。

2015 年の世界無線通信会議(WRC)の議題 1.1 において、鉄道用路車間通信に用いる周波数調和の世界的または地

域における検討がはじまった。移動業務に割り当てられている周波数帯において、調和候補周波数帯が議論されている。本研究開発では WRC での議論も踏まえ、高速鉄道の安全運用管理のための広帯域大容量無線伝送を目的として、90GHz帯の利用を検討している。

当社では、現在 ITU-R、APT/AWG※6、APT/ASTAP※7 において複数の標準化提案を行っているが、今後も引き続き国際標準への提案活動を行っていく予定である。

また、実用化に向けた国際標準化を視野にいれ、ITU-R WP5A(移動通信)において ITU-R WP5B(無線測位)、WP7C(電波天文)および WP7D(地球探査)との周波数共用検討を推進していく。

10 まとめと今後の展開90GHz 帯を利用した高速移動用バックホール技術とし

て、営業中の新幹線環境を使用した基本技術の実証を行った[1]-[13]。今後は、今回確立した基本技術を発展させ、ミリ波通信と RoF 技術を活用した、高速鉄道システム用の新しい無線通信システムを実用化するため、さらなる技術検討を進めていく。また、技術開発と並行し、ITU-R において、92.0~109.5GHz の周波数における鉄道無線応用の国際標準化活動も推進していく。さらに、鉄道、航空などインフラ向け電波システムの海外展開の一環として、国内外の共同研究機関と協力し、実証実験や実用化に関しても積極的に推進していく予定である。

※1  ITU-R : International Telecommunication Union – Radio-communication sector(国際電気通信連合の無線通信部門)

※2 イーサネットは富士ゼロックス株式会社の登録商標です。※3 C/N:Carrier to Noise ratio( 搬送波対雑音比 )※4 NF:Noise Figure( 雑音指数 )※5  DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying(差動

4 相位相偏移変調)※6 APT/AWG : Asia Pacific Telecommunity Wireless Group※7  APT/ASTAP : Asia Pacific Telecommunity Standardization

Program

謝辞本研究の一部は、総務省の委託研究開発「ミリ波帯による

高速移動用バックホール技術の研究開発」および情報通信研究機構の委託研究「高い臨時設営性を持つ有無線両用通信技術に関する研究開発」の一環として実施した。委託研究を共同で受託した共同研究機関の関係各位に感謝する。

また、本研究開発期間中、助言、ご協力いただいた運営委員会の皆様、西日本旅客鉄道株式会社(JR 西日本)、JR 西日本の白山総合車両所および東日本旅客鉄道株式会社(JR 東

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29日立国際電気技報 2019 年度版 No.20

ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

日本)の関係各位に感謝する。

11 参考文献国内外の学会などで行った学術講演の主なものを下記に

示す。これら以外にも共同研究機関から単独で報告されたものも多数あるが割愛する。

[ 1 ] Atsushi Kanno, Pham Tien Dat, Toshimasa Umezawa, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi, Nagateru Iwasawa, Nariya Iwaki, Kazuki Nakamura, Kunihiro Kawasaki, Naoki Kanada, Naruto Yonemoto, Yosuke Sato, Masato Fujii, Katsuya Yanatori, Nobuhiko Shibagaki, Kenichi Kashima, “Field Trial of 1.5-Gbps 97-GHz Train Communication System Based on Linear Cell Radio over Fiber Network for 240-km/h High-Speed Train”, Opt. Network Commun. Conf (OFC) 2019, paper Th4C.2 post-deadline paper

[ 2 ] N.Shibagaki, Y.Sato, K.Kashima, “Railway Radio Communication System for High Speed Train using Millimeter Wave and RoF Technology”, PIERS 2018 Toyama

[ 3 ] N.Shibagaki, Y.Sato, K.Kashima, “W-band Radio Communication System for High Speed Train using RoF Technologies”, 2019 IEEE CAMA

[ 4 ] K.Nakamura, N.Shibagaki, “90-GHz Band Propagat ion Character ist ics in Viaduct Environment for Railway Radiocommunication System Between Train and Trackside”, WPMC 2017

[ 5 ] N . S h i b a g a k i , “ 9 0 - G H z B a n d R a d i o -communication System for High Speed Train”, AREAMA 2018

[ 6 ] Atsushi Kanno, Pham Tien Dat, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi , Naruto Yonemoto,Vo Nguyen Quoc Bao, Tanh Hanh, Le Quoc Cuong, Kenichi Kashima, Nobuhiko Shibagaki “Radio over fiber signal generation and distribution and its application to train communication network”, CLEOPR 2018

[ 7 ] Atsushi Kanno, Pham Tien Dat, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi, Nagateru

Iwasawa, Nariya Iwaki, Kazuki Nakamura, Kunihiro Kawasaki, Naoki Kanada, Naruto Yonemoto,Yosuke Sato, Masato Fujii, Katsuya Yanatori, Nobuhiko Shibagaki, Kenichi Kashima

“High-Speed Railway Communication System Using Cell-Based-Radio-Over-Fiber Network and Its Field Trial Test in 90-GHz Bands”, OFC 2019

[ 8 ] 柴垣信彦、「ミリ波無線技術とその応用(10)」鉄道と電気技術 2018 APRIL Vol.29 No.4

[ 9 ] 柴垣信彦、佐藤洋介、石川恭輔、加島謙一、「W 帯を利用した次世代列車無線システムの検討」SRW 研究会、2017 年 3 月

[10] 柴垣信彦、「W 帯を利用した次世代列車無線システムの検討と国際標準化動向」RCS 研究会、2017 年 4 月

[11] 沢田浩和、石津健太郎、児島史秀、小川博世、中村一城、岩澤永照、岩本功貴、川崎邦弘、柴垣信彦「90GHz帯の高架橋及びトンネル環境における伝搬特性」、RCS研究会、2017 年 10 月

[12] 柴垣信彦、佐藤洋介、梁取勝也、原本亮喜、加島謙一「RoF と 90GHz 帯を利用した電波システムの検討」、RCS 研究会、2017 年 10 月

[13] 柴垣信彦、「90GHz/100GHz 帯を利用したインフラ用レーダー及び通信システムの検討と国際標準化の動向」、MW 研究会 2019 年 1 月

研究開発期間中に行った報道発表と国際標準化活動に関しても、それぞれ主な成果リストを下記に列挙する。

【報道発表リスト】[1] “世界初、90GHz 帯を用いて時速 240km で走行する列

車と地上間で毎秒 1.5 ギガビットのデータ伝送に成功”、日立国際電気・鉄道総合技術研究所・NICT 共同プレスリリース(日経ほか掲載)、2019 年 1 月 29 日

[2] “時速 500km でも接続が切れないネットワークの実現に目処~高速鉄道移動中のシームレス大容量通信に期待~”、NICT プレスリリース(産業経済新聞ほか掲載)、2018 年 4 月 26 日

【国際標準提案リスト】[1] Asia Pacific Telecommunity (APT) ASTAP-30,

ASTAP-30/INP-26 , “Proposed Work ing Document of a Draft New APT Report on Train Communication Networks Using Radio Over

Page 9: ミリ波帯による高速移動用 加島 謙一 原本 亮喜 バッ …...In high-speed trains represented by the Shinkansen, a high-speed Internet connection is difficult due

30 日立国際電気技報 2019 年度版 No.20

技術論文 ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発

執筆者紹介

柴垣 信彦 (しばがき のぶひこ)1987 年 (株)日立製作所 入社現 在 (株)日立国際電気

モノづくり統括本部 ソリューション本部 エンタープライズソリューション部 主任技師 主にミリ波システムの開発に従事

加島 謙一 (かしま けんいち)1993 年 日立電子(株) 入社現 在 (株)日立国際電気

モノづくり統括本部 ソリューション本部 エンタープライズソリューション部 担当部長 主にミリ波システムの開発に従事

原本 亮喜 (はらもと りょうき)1999 年 国際電気(株) 入社現 在 (株)日立国際電気

モノづくり統括本部 ソリューション本部 エンタープライズソリューション部 技師 主に無線通信システムの開発に従事

佐藤 洋介 (さとう ようすけ)2005 年 (株)日立国際電気 入社現 在 (株)日立国際電気

モノづくり統括本部 ソリューション本部 エンタープライズソリューション部 技師 主にミリ波システムの開発に従事

藤井 誠人 (ふじい まさと)1996 年 国際電気(株) 入社現 在 (株)日立国際電気

特機事業部 設計本部 第二設計部 技師 主に無線通信システムの開発に従事

Fiber Technologies”[2] ITU Radiocommunication Sector・ITU-R WP5A,

5A/625, Proposed revision to working document towards a PRELIMINARY DRAFT NEW REPORT ITU-R M.[100-ghz.RSTT.COEXIST]

[3] ITU Radiocommunication Sector・ITU-R WP5A, 5A/250, WORKING DOCUMENT TOWARD A PRELIMINARY DRAFT NEW REPORT ITU-R M.[RSTT.USAGE]

※執筆者の所属部署名は、2020 年 3 月現在のものです。