特集 3-2 ミリ波×ヘテロジニアスネットワーク=5G

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Vol.101 No.11 (2018/11) 目次へ

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3. 5G を支えるテクノロジー

特集3-2

ミリ波×ヘテロジニアスネットワーク=5G

Millimeter-wave×Heterogeneous Network=5G

阪口 啓

阪口 啓 正員:シニア会員 東京工業大学工学院電気電子系

Kei SAKAGUCHI, Senior Member (School of Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8552 Japan).

電子情報通信学会誌 Vol.101 No.11 pp.1111-1116 2018年11月

©電子情報通信学会2018

abstract

 第5世代セルラネットワーク(5G)の目玉技術はミリ波の活用であろう.しかしながら2000年頃から始まったミリ波帯を用いたアクセス技術の研究が5Gへたどり着くまでの道のりはそう簡単なものではなかった.その扉は2012年頃に発表されたミリ波とヘテロジニアスネットワークの出会いによって開かれたのである.低周波(Sub 6GHz)と高周波(ミリ波),及びマクロセルと小セルを組み合わせるというヘテロジニアスネットワークのアイデアがミリ波5Gを開花させたのである.本稿では,ミリ波帯開拓の歴史から,ヘテロジニアスネットワークとの出会い,そして5Gで展開される最新のミリ波技術まで,ミリ波5Gの生い立ちをひも解く.

キーワード:ミリ波,5G,ヘテロジニアスネットワーク,制御/データ分離通信,ユーザ指向

1.ミリ波帯開拓の歴史

 ミリ波帯を用いた無線アクセスに関する研究の歴史は長く,例えば2000年にCRL(Communications Research Laboratory)(現NICT)は60GHz帯を用いた無線アクセスの試作を行っており,当時最速の128Mbit/sを達成していた(1).しかしながらミリ波帯は伝搬損が大きいためにカバレージが小さく,接続性が悪いという大きな課題を抱えていた.またRF回路特性(特に位相雑音特性)も悪く,価格の面でも商用にはほど遠い状況であった.一方通信方式という観点では,2009年に標準化が完了した無線LAN規格であるIEEE802.15.3c(2)の役割は大きかった.60GHz帯に2.16GHzという超広帯域な通信チャネルを制定し,ミリ波超高速アクセスという道を開いた.その思想は2012年に標準化が完了したIEEE802.11ad(WiGig)規格(3)に継承され,例えば2017年にはWiGigを搭載したスマートフォンの販売が開始されている.WiGigチップセットの開発においてRF回路特性は大きく改善し,ミリ波無線アクセスが商用レベルに至ったと言える.

 一方,ミリ波をセルラネットワークに用いる研究が始まったのは2011年頃である.その背景には2007年頃から販売が始まったスマートフォンの普及に伴うモバイルトラヒックの指数関数的増加があり,その問題の解決にミリ波帯の未使用周波数を活用したいというものであった.図1は300MHz~300GHzにおける日本の周波数割当の現状を示している.300MHz~3GHzは非常に混み合っているのに対して,30GHz以上のミリ波周波数には多くの未使用帯域(白塗り)があり,これらの周波数を有効利用することが第5世代セルラネットワーク(5G)に対する研究開発の命題であった.

図1 日本の周波数割当(2016 年12 月現在)


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