1．は　じ　め　に

　第5世代移動通信システム（5G）の次世代技術，いわゆるBeyond 5G/6Gの実現を目指し，各国でユースケース検討や研究開発が進められている．国内では，総務省「Beyond 5G推進戦略」⁽¹⁾においてBeyond 5G時代の社会像がまとめられており，現実世界とサイバー空間の間で様々なデータを連環するサイバーフィジカルシステム（CPS: Cyber Physical System）を，Beyond 5Gを中心とした情報通信ネットワーク基盤が支える世界が描かれている．2020年に国内での商用化が開始された5Gでは「超高速・大容量」「超低遅延」「多数同時接続」という通信性能面での特徴がうたわれていたが，Beyond 5Gでは，このような性能面の更なる拡張に加えて，「超低消費電力」や「超安全・信頼性」，「自律性」など，Beyond 5G時代の世界観を実現するための付加価値的観点も求められてくる．「超高速・大容量」の観点では，無線システムの通信速度は5Gの10倍，すなわち100Gbit/sを超える通信速度の実現がターゲットとなっている．このような高速無線通信の実現に当たっては，無線通信側の技術革新に加え，これらの無線通信システムを収容する光回線側にも相応の進化が必要となる．また，「超低消費電力」化の観点では，世界的な取組みであるカーボンニュートラル達成に向け，通信設備の消費電力低減に向けた取組みが求められている．通信事業者の電力消費量のうち大部分はRAN（Radio Access Network）と呼ばれる無線アクセスネットワーク部分で消費されていると言われており⁽²⁾，Beyond 5G時代の超高速・大容量性と低消費電力化を両立する基地局収容網の確立が求められている．

　筆者らは，基地局収容回線であるモバイルフロントホール（MFH: Mobile Fronthaul）向けの光伝送技術として，大容量性に優れ，少ない光ファイバ数で効率的に多数の基地局を収容可能な光ファイバ無線技術，いわゆるRoF（Radio over Fiber）技術の研究開発を進めてきた．本稿では，RoF技術に基づくMFH伝送方式を紹介するとともに，Beyond 5G時代の無線ネットワーク構成としてユーザセントリックネットワークの概念を紹介し，RoF技術を適用する取組みについて紹介する．更に同技術の省電力化への期待など今後の展望を紹介する．

2．モバイルフロントホールと光伝送技術

　図1に，4G及び5Gのシステム構成概要図とRAN部分の無線信号処理機能の配置例，及び通信事業者ネットワークとの位置関係を示す⁽³⁾．移動通信システムは「コア」「RAN」「端末」の三つの要素で構成されている．このうちコアは端末の位置管理や認証，ポリシー制御，課金処理，通信経路確立等の処理を担っており，主に通信事業者の上位ネットワーク側に位置する機能である．コアと端末をつなぐネットワークがRANと呼ばれる区間であり，無線信号の変復調やリソース割当，誤り訂正処理など，基地局において送受信される無線信号の生成・受信に関する各種の低レイヤ処理を担っている．RANにおいてユーザの端末に最も近い装置である基地局は，このRAN機能の一部または全部を具備したものである．図1①に示す4G D-RAN（Distributed RAN）構成では，RANの全ての機能がBBU（Baseband Unit）及びRRH（Remote Radio Head）に含まれた形で基地局に配置されている．このときのコア～BBUまでの区間の回線をモバイルバックホール（MBH）と呼ぶ．また，4G以降，基地局機能のうちBBUを収容局側に配置して複数のRRHを集中的に制御・連携させ，隣接するセル（各基地局のカバーエリア）間の干渉影響を緩和することで信号品質を改善するC-RAN（Centralized RAN）構成が可能となっている（図1②）．このとき，BBU～RRH区間の回線のことをMFHと呼んでいる．5G C-RAN構成（図1③）の場合は，RAN機能を上位網側からCU（Central Unit），DU（Distribute Unit），RU（Radio Unit）に分割して配置する構成が取られ，コア～CU間回線をMBH，DU～RU間回線をMFHと定義している．（CU～DU間をモバイルミッドホールと呼ぶこともある．）

　以降，本稿では，アクセスネットワーク部分に位置する基地局収容回線に着目し，各構成で用いられる光伝送技術を紹介する．図1①の4G D-RAN構成の場合，アクセスネットワークはMBH区間として利用される．一般に，MBH区間には概ね無線通信速度と同等のデータ通信速度が要求される．4G LTEの場合，最大通信速度が約1Gbit/s程度であることから，例えば1Gbit/sのイーサネット回線などが用いられる．一方，図1②の4G C-RAN構成や③の5G C-RAN構成の場合，アクセスネットワーク区間はMFHに相当する．MFHを伝送される情報としては，無線波形の物理層（PHY）に関わるディジタル情報が転送されており，一般にMBHに比べて大容量な回線が要求される．4G C-RANでは，Low-PHY（L-PHY)～RF処理の間を機能分割点としてMFH区間のインタフェースが切られており（3GPPでOption8として定義），無線信号のベースバンド時間波形サンプリングデータがCPRI（Common Public Radio Interface）等のフレームを用いて伝送される．Option8のMFHには無線通信速度の10数倍の伝送帯域が必要とされており，4Gの通信速度ではCPRIによる収容が可能であった．一方，5Gの理論上のピーク通信速度は20Gbit/sとされ，CPRIをMFHに適用すると100Gbit/sを大きく超える伝送速度が求められることから，低コスト化が求められるアクセスネットワークへの適用が非常に困難であった．このため，5GのC-RAN構成では，帯域要件が無線通信速度の5倍程度に緩和される機能分割点としてHigh-PHY（H-PHY)～L-PHY間（3GPPでOption7として定義）を利用し，eCPRIと呼ばれるイーサネットフレームベースのデータ伝送方式が用いられている．

　ここまで，現行の5Gまでのアクセスネットワーク構成を紹介してきたが，100Gbit/s超の無線通信速度を目指すBeyond 5Gの場合，eCPRIであってもMFHへの要求伝送帯域が数百Gbit/s～サブTbit/s級に到達することが予想される．このため，Beyond 5G時代に向けて，技術的・経済的両面で実現が可能なMFH構成手法の確立が必要となっている．

3．RoF技術に基づくモバイルフロントホール

4．Beyond 5G時代に向けたRoF技術の展望

　これまで，大容量化，ユーザセントリックネットワークの観点でBeyond 5G時代の無線システムに対するIFoF方式の親和性を述べた．最後に省電力化への期待について述べる．

　通信事業者の消費する電力のうち，RAN設備が占める割合は大きく，全体の75%程度とも言われている⁽²⁾．このため，今後のカーボンニュートラル達成に向けては，RANに関わる通信設備の省電力化を図ることは大きな課題である．前述のとおり，RoF/IFoF方式は，RU側の装置構成を光送受信機とアンテナに簡略化することができる．（IFoF方式の場合はIF分離多重機能と周波数変換機能も必要．）現行の基地局装置であるRRHやRUの消費電力のうち，最終段でRF信号を電波として出力する際の増幅器などを含むRFFE部の占める割合は大きい．RFFEはアナログRoF/IFoF方式を用いた場合でも必要となるため，現行の構成のままでは大幅な電力削減を実現することは難しく，この点はRF回路側の更なる技術開発に期待するところである．一方，これまでアンテナ側で行っていた無線信号処理やA-D変換回路等に必要となる機能・回路点数を削減することは可能であり，筆者らの机上試算では，RU装置の消費電力を3割程度削減できる可能性があると考えている．最終的には装置化した上で装置・システム全体としての効果を確認する必要があるが，複数のチャネルを効率的に伝送することによる光トランシーバ数削減の効果と併せて，Beyond 5Gに求められる付加価値的要件の一つである「省電力化」の観点からもアナログRoF/IFoF方式のポテンシャルは高いと考えられ，このような観点からもBeyond 5G向けMFH技術としてRoF/IFoF適用の議論が今後進展することを期待したい．

　謝辞　本研究開発成果の一部は，国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）の委託研究「Beyond 5G通信インフラを高効率に構成するメトロアクセス光技術の研究開発（01401）」により得られたものです．ここに謝意を表します．

文　　　　　献

（2023年1月4日受付）