本研究のポイント
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障害物による電波の遮蔽に強いテラヘルツ無線伝送を自己修復ビームにより世界で初めて実証
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障害物がビーム中心を横切っても切れにくいテラヘルツ無線通信の実現に期待
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Beyond 5G/6G時代の超高速無線通信の実用化への重要な一歩
研究概要
岐阜大学工学部 久武 信太郎教授、ソフトバンク株式会社、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）諸橋 功研究マネージャー、名古屋工業大学大学院工学研究科 菅野 敦史教授らの研究グループは、Beyond 5G/6G時代を見据え、障害物による電波の遮蔽に強い300GHz帯テラヘルツ無線伝送（以下「テラヘルツ無線」）を自己修復ビームにより実証しました。
近年、無線通信の高速化・大容量化の要求によって、100Gbps以上の伝送速度を実現するBeyond 5G/6G技術に関する研究開発が世界的に盛んに進められています。300GHz帯は、5Gで利用が進む28GHz帯（マイクロ波帯）と比べて、より広い周波数帯域が利用可能なため、超高速無線システムの候補として期待されており、現在の光ファイバーによる通信を補完する通信としての利用が検討されています。一方で、300GHz帯は28GHz帯と比べて波長が1桁以上短いため、ビームの広がり角は1桁以上小さく、ビーム径が細くなります。例えば、28GHz帯で第1フレネルゾーンのおよそ5%を遮蔽する大きさの障害物は、300GHz帯の第1フレネルゾーンのおよそ50%を遮蔽することになり、この遮蔽によって受信パワーは6dB程度減少することになります。フロントホール/バックホール用途の見通し固定無線通信では、近傍のシステムとの周波数共用が図りやすい一方、狭いビーム断面を鳥などの障害物が横切ると通信エラーが発生し、場合によっては通信が切断されてしまうことが懸念されます（図参照）。
このたび本研究グループは、300GHz帯においてベッセルビームを生成し、ベッセルビーム断面内に設置された障害物により乱されたビーム形状が、伝搬とともに自己修復することと、通常のガウスビームと比べて障害物による通信エラーの発生が少なくなることを実験的に確認しました。自己修復ビームにより、障害物による電波の遮蔽に強いテラヘルツ無線通信路が形成可能であることを示した本研究成果は、これまでテラヘルツ無線の大きな弱点であるとされてきた、障害物によるビーム遮蔽に脆弱であるという問題を解決し、Beyond 5G/6G時代の超高速無線通信の実用化への重要な一歩と位置付けられます。
本研究成果は、日本時間2023年12月18日にApplied Physics Letters誌のオンライン版で発表されました。
今後は、今回の研究成果を拡張し、屋外でのデータ通信のユースケースを目指した長距離化や、さらに大きな障害物でも対応を可能にする自己修復ビームの発生に関する研究を進めていきます。
今回の研究成果の詳細は、<別紙>をご覧ください。
各機関の役割分担
岐阜大学：研究総括、コンセプト発案、実験
ソフトバンク：テラヘルツ通信システム応用検討
NICT：テラヘルツ通信システム応用検討
名古屋工業大学：テラヘルツ通信システム応用検討
論文情報
雑誌名：Applied Physics Letters
論文タイトル：Obstacle-tolerant terahertz wireless link using self-healing Bessel beams
著者：Yu Katsuue,1 Ayumu Yabuki,2 Isao Morohashi,3 Atsushi Kanno,4 Norihiko Sekine,3 Junichi Nakajima,2 and Shintaro Hisatake1
1)Gifu University, Gifu, Japan
2)SoftBank Corp., Tokyo, Japan
3)National Institute of Information and Communications Technology, Koganei, Japan
4)Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
DOI: 10.1063/5.0171317
f.gifu-u.ac.jp