NEC、150GHz帯/伝送距離100mのリアルタイムデジタルOAMモード多重無線伝送に成功

150GHz帯OAMモード多重無線伝送用アレーアンテナ

　NECは、ネットワークの5GおよびBeyond5G時代の無線通信需要の拡大に向け、大容量固定無線伝送用途として期待されている150GHz帯において、「OAM(Orbital Angular Momentum:軌道角運動量)モード多重技術」と、同じ周波数の垂直/水平方向の2つの独立した偏波を多重伝送する「偏波多重技術」を組み合わせた、リアルタイムデジタルOAMモード多重無線伝送技術による100mの伝送に世界ではじめて成功したと発表した。

　ネットワークの5G化による通信データの大容量化に伴い、端末からのデータを集約する基地局間の通信量は数10Gbps～100Gbpsほどになる。混雑した街中などの高トラフィックエリアでは、カバーエリアの狭い基地局を多数設置するスモールセル化などの進展が見込まれるが、高密度に設置した基地局のすべてを光ファイバーで接続することは困難なため、光ファイバーの敷設工事が不要な無線での接続が期待されている。

　その一方、100Gbpsクラスの大容量伝送を実現するには、既存技術の無線帯域幅の拡大や変調多値数の増加だけでは実現が困難と考えられており、大きな多重度による大容量化が可能なOAMモード多重無線伝送技術が注目されている。

OAMモード多重と偏波多重

　OAMは、電磁波の特性の1つであり、同一位相の電波の軌跡が進行方向に対してらせん状になる特徴を持つもの。電波が1波長進む間のらせんの回転数をOAMモードと呼び、回転の方向を示す符号(+/-)とあわせて、無限のモードが存在する。各モードは互いに干渉することがないため、同一の周波数と時間に重ね合わせて伝送し、分離することが可能であり、その性質を利用し、同一経路上で電波の空間多重化を行なう技術が「OAMモード多重無線伝送技術」となる。また、OAMモード多重と偏波多重は、互いに独立しているため、両方を組み合わせることで、さらに多重度を上げることが可能としている。

　同社は2018年12月にも、世界で初めてリアルタイムデジタル信号処理回路を用い、E帯(71～76/81～86GHz)という周波数帯で、8本のOAMモード多重化した256QAM変調信号を40m伝送する実験の成功を発表しているが、このさいは1つの偏波のみを利用したものだった。

　今回の実験では、OAMモード多重無線伝送技術に偏波多重技術を加えることで、前回の2倍である16本の256QAM変調信号を多重化し、変調速度(注4)115Mbaud で、14.8Gbps(8モード×2偏波x8ビット×115 Mbaud)の伝送容量を実現。さらに、D帯(130～174.8GHz)という、より高い周波数帯を利用することで、伝搬によるOAMモード信号の拡散を抑え、ほぼ同一のアンテナ径で伝送距離を2.5倍の100mに拡大することにも成功。今回の実験は、自社開発したD帯RFデバイスを実装した無線機(参照)によって、RF周波数157GHzで送受信を行なった。

　偏波多重と組み合わせたOAMモード多重無線伝送を行うには、受信側で適応的なOAMモード分離と偏波分離の両方を行ない、SINR(信号対干渉・雑音電力比)の高い情報を取り出す必要があるが、今回開発したデジタル信号処理回路により、機器の不完全性や伝搬環境の変動によるOAMモード間干渉・偏波間干渉が存在する環境下でも高精度な信号分離が可能となり、1Hzあたり128bpsというきわめて高い周波数利用効率を実現した。

　今後の展開として、さらに伝送距離を拡大するとともに、デジタル信号処理部のLSI化と帯域幅の1GHzへの拡大により100Gbps以上の伝送容量を実現し、5G基地局のバックホール回線や、CU(集約基地局)-DU(リモート局)間のフロントホール回線への適用を目指すとしている。