面向通信速度是高速通信標準「5G」10倍以上的「Beyond 5G/6G」及之後的「7G」時代，日本掀起了開發用低功耗實現大容量通信網技術的熱潮。日本資訊通信研究機構（NICT）等共同開發了讓無線基地台簡易化，可以大幅節能和降低成本的技術。這有可能成為各類終端以超高速網路互聯的2050年的社會基礎設施。

     

NICT在研究中使用的相當於基地台的無線接收器（由NICT提供）

   

      6G以後的通信標準的目標是實現每秒10GB級的高速通信，這一速度將相當於5G的10～100倍。預計將使用被稱作毫米波的30～300GHz（吉赫）頻段以及THz（太赫茲）頻段等，比現行5G更高的頻段。

 

      與此同時，耗電量增大成為有待解決的問題。毫米波及太赫茲頻段的電波難以彎曲，傳輸距離短。NICT網路研究所光學ICT研究中心的菅野敦史光接入研究室長表示，要想確保與現有標準相同水準的通信覆蓋範圍「需要每隔100米設置一處基地台」。簡單計算，基地台數量將增至原來的100倍。

 

      處理每秒100GB以上的無線信號的負擔也很重，處理信號用的電子部件的耗電量將增大。如果跟4G和5G一樣，採用由基地台處理的系統結構，將變成耗電量巨大的無線通信網。

   

      為此，NICT、日本住友大阪水泥和早稻田大學正在研究新的處理系統。該系統利用將信號處理功能集中到由光纖線路連接各地基地台的收容站，然後將基地台接收的無線信號直接載入到光纖線路上並由收容站進行處理。目的是簡化基地台的功能，降低整體的耗電量。

 

      在模擬基地台和收容站的試驗環境下，成功實現將毫米波無線信號通過光纖直接傳輸。通信速度相當於每秒71GB。

  

      NICT等新開發的有兩項技術。一是將基地台接收的無線信號轉換成光信號的部件。該部件與支援50GHz以下頻段的市售品使用同一材料，通過精密加工將基板的結晶厚度降至100微米以下，只有原來的五分之一。這可以將電波中途洩漏的現象降到最小限度，還高速支援100GHz以上的頻段。

 

      第2項技術是將無線信號直接從基地台傳輸到光纖的「光纖無線」技術。通過採用從收容站端發送信號的方法，經由光纖向各基地台發送作為基準（可確定收發無線信號的頻段）的信號。

         

      不過，相關技術要推向實用化，還存在需要解決的課題。比如進一步提高轉換用零部件的效率，以及在無法正確發送光纖信號時的備用方案等。即便如此，在2020年代中期～2030年前後，估計面向移動運營商的部分系統的相關開發也會取得進展。

 

      在預計6G將成為主流的2030年中期，系統可能會不斷普及。簡易基地台在成本上具有優勢，將易於擴大通信覆蓋區域。預計在2040年以後的7G時代，太赫茲頻段的通信也將得到應用。菅野室長預測説「2050年代，各種終端在用戶意識不到通信網路的情況下超高速連接的社會將會實現」。

   

      5G也能輕鬆傳輸電波

  

      日本以外的國家等也在推進利用光纖直接傳輸超高速通信無線信號的研究。比如，瑞士蘇黎世聯邦理工學院2018年利用電子振動物理現象「等離激元（Plasmon）」，通過超過300GHz的頻段成功傳輸了無線信號。

 

      從技術層面來説，也可應用於太赫茲頻段，其前景十分廣闊。NICT使用的材料與市售品相同，而蘇黎世聯邦理工學院的技術則不同，僅處於在試驗環境中驗證原理的階段。適合商用網路的轉換用零部件的安裝可能還需要很長時間。

  

      利用光纖直接傳輸無線信號的技術，還作為覆蓋大樓等室內通信範圍外的方法而備受關注。原因是，電波的傳輸頻段越高，越不容易傳輸到室內的各個角落。

  

      2020年12月，日本KDDI綜合研究所、矢崎總業、早稻田大學與NICT合作，成功進行了利用光纖將無線信號傳輸到大樓內基地台的試驗。實現了每秒27Gbit的信號傳輸，超過5G的每秒10Gbit。據説這在全世界也屬罕見。

 

     作為無需等待6G普及、將5G擴大到室內各個角落的方法，普通用戶有望在不知不覺中享受到直接傳輸技術帶來的恩惠。

 

     日本經濟新聞（中文版：日經中文網） 島津忠承

 

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