光技術応用システムの

2005FY － 009 － 2

光技術応用システムの

フィージビリティ調査報告書 －マイクロ波フォトニクス－

2006 ( 平成 18) 年 3 月

光産業技術振興協会

財団 法人

この事業は，競輪の補助金を受けて実施したものです。

この事業は，競輪の補助金を受けて実施したものです。

この事業は，競輪の補助金を受けて実施したものです。

序 文

2001年のITバブル崩壊によるマイナス成長から始まった２１世紀の光産業の国内生産額が、その後の大 きな成長によって2005年度には約8兆円となり（光産業動向調査委員会の調査結果見込み）、財団法人光産 業技術振興協会創設時の1980年の国内生産額規模800億円に比較して、約１００倍という飛躍的な拡大を 達成しようとしている。

最近の光産業の安定した成長を支えているのは、主としてディジタル情報家電関連であるが、世界的な競 争の激化に伴い、急激な価格低下に見舞われており、新技術開発によって他の分野においてもさらなる光産 業の成長が望まれている。それと同時に、新たな事業や市場を創造することも、日本が今後も持続的に発展 していくためには欠かせない戦略である。

当協会は、光技術の普及促進と光産業の発展並びに光技術分野における新規事業創造に寄与するために、

1996年度に「新規事業創造プロジェクト推進委員会」を設置し、「技術指導事業」、「フィージビリティ調 査事業」、「委託開発事業」の３つの事業カテゴリーにおいて、それぞれ委員会等を設置し、継続的に活動 を行っている。

本報告書は、このような背景のもとに上記「フィージビリティ調査事業」の一環として、2005（平成17）

年度に設置した「マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会」の調査研究活動について取りまと めたものである。当委員会は、電波と光の融合領域の技術を対象として、この分野での新システム・新デバ イスについて、実用システムや実用化中の技術、並びに今後の展開を紹介すると共に、ビジネスインキュベ ーションの視点で技術シーズを発掘し、その可能性を提示することを狙いとした。本年度はシステムの調査 を中心とし、来年度はそれらのシステムを実現し、実用的なものとするためのデバイス技術の調査を中心に 行う予定である。本調査結果が、この分野における新たな市場の創造に貢献することを期待したい。

本報告書は、小牧省三委員長と６名のワーキンググループ主査をはじめ、総勢１８名の委員各位の熱心な 調査、討議を基に、「新規事業創造プロジェクト推進委員会」の矢嶋委員長はじめ委員各位、関係官庁、国 内外の諸機関、関連企業の方々から頂いた多大なご支援の下に完成したものである。ここに深く感謝の意を 表する次第である。

２００６（平成１８）年３月

財団法人 光産業技術振興協会 会 長 金 杉 明 信

平成 17 年度

マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会名簿

（順不同、敬称略）

委員長 小牧 省三 国立大学法人 大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 情報通信工学部門 教授

「通信」ワーキンググループ

主 査 塚本 勝俊 国立大学法人 大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 情報通信工学部門 助教授

委 員 久利 敏明 独立行政法人 情報通信研究機構基礎先端部門 光情報技術グループ 笹井 裕之 松下電器産業株式会社ネットワーク開発センター 伝送方式グループ 主任技師

堀内 幸夫 株式会社 ＫＤＤＩ研究所 光アクセスネットワークグループ 主任研究員

「放送」ワーキンググループ

主 査 前田 幹夫 日本放送協会 放送技術研究所 ネットワークシステム 主任研究員

委 員 久保 歳弘 日本放送協会 視聴者総局 営業局 視聴者技術センター（視聴者技術計画）

専任エンジニア

篠田 誠也 古河電気工業株式会社 情報通信カンパニー ブロードバンド製品部 トランスポートプロダクツユニット 部長

鳥羽 良和 ＮＥＣトーキン株式会社 ネットワークデバイス事業本部 ソリューション技術部 エキスパート

橋本 義浩 住友大阪セメント株式会社 光電子事業部 営業グループ ＬＮ営業チーム 営業担当

「計測」ワーキンググループ

主 査 永妻 忠夫 日本電信電話株式会社 マイクロシステムインテグレーション研究所 光マイクロ波応用システム研究グループ グループリーダー

委 員 太田 博康 独立行政法人 情報通信研究機構 拠点研究推進部門

仙台高感度電磁波測定技術リサーチセンター 主席拠点研究員 谷 正彦 国立大学法人 大阪大学 レーザーエネルギー学研究センター レーザーテラヘルツ研究部門 助教授

「信号処理」ワーキンググループ

主 査 永妻 忠夫（兼任）

委 員 北山 研一 国立大学法人 大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授 小林 洋平 独立行政法人 産業技術総合研究所 光技術研究部門

超短パルスレーザーグループ 研究員

デバイスワーキンググループ

主 査 稲垣 惠三 株式会社 国際電気通信基礎技術研究所 波動工学研究所 非線形科学研究室 主 査 川西 哲也 独立行政法人 情報通信研究機構基礎先端部門 光情報技術グループ

主任研究員

主 査 土屋 昌弘 独立行政法人 情報通信研究機構基礎先端部門 光情報技術グループ グループリーダー

事務局 内海 邦昭 財団法人 光産業技術振興協会 開発部 主査 （主担当）

事務局 岡部 正博 財団法人 光産業技術振興協会 開発部 主幹 （副担当）

マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会開催経緯

平成１７年

７月 １日 幹事会 ８月 ５日 第１回委員会

９月１２日 新規事業創造プロジェクト推進委員会 １１月 ４日 第２回委員会

１１月２２日 第３回委員会 １２月１９日 第４回委員会 平成１８年

２月 ９日 第５回委員会

３月 ９日 新規事業創造プロジェクト推進委員会

目次

序文

マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会名簿 マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会開催経緯

1 はじめに

2 通信

2.1 まえがき 2.2 携帯電話基地局、無線 LAN 応用から今後の期待 2.3 携帯電話無線基地局への応用と技術動向 2.4 ミリ波帯光ファイバ無線システム 2.5 ソフトウェア無線ネットワーク 2.6 あとがき

3 放送

3.1 まえがき 3.2 送信分野への応用 3.3 地上デジタル放送再送信への応用 3.4 FTTH ケーブルテレビへの応用 3.5 地上デジタル放送の RoF 伝送技術 3.6 あとがき

4 計測

4.1 まえがき 4.2 高周波電子部品のテスト技術への応用 4.3 電子回路電磁界のイメージモニタ技術への応用 4.4 電子機器の EMC 計測への応用 4.5 テラヘルツイメージング・センシングへの応用 4.6 あとがき

5 信号処理

5.1 まえがき 5.2 光変調によるマイクロ波・ミリ波信号発生技術 5.3 AD コンバータへの応用

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 1

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 3

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 7

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 20

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 29

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 39

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 41

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 42

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 48

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 58

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 68

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 78

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 87

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 88

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 90

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 97

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 108

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 115

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 122

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 123

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 124

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 131

5.4 周波数標準への応用 5.5 あとがき

6 まとめ 6.1 システム技術視点からのデバイス技術への期待・要望

6.2 まとめ 索引

図表目次

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 140

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 146

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 147

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 153

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 155

∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 161

1 はじめに

日本においては、世界に先駆けてFTTHが急速に普及し、本年度は400万加入を越え、ケーブルテレビに よるブロードバンドサービスを上回った。近い将来アクセス系の主流となるのは間違いがなく、一般家庭で のブロードバンド環境がさらに高度化するであろう。情報家電の象徴であるフラットパネルディスプレイ、

DVDレコーダーと共に、FTTHが光産業の牽引役となる可能性が高い。

一方、無線の世界においても、昨今の携帯電話の急速な普及・進展、無線LANおよび無線ブロードバンド サービスの普及、「地上デジタル放送」を初めとする放送のディジタル化等の無線技術の進展が顕著であり、

一般生活にも必須のものとなっている。今後は、光を中心とする有線システムと無線システムがそれぞれ独 自にその特徴を活かすだけでなく、相互に補完しあう融合システムがさらなるブロードバンドのユビキタス ネットワーク社会を支えることになるであろう。

携帯電話システムにおける不感地対策技術のように無線システムのインフラにおいても、光技術が既に実 用化されているが、ベースバンドディジタル伝送に比べて、まだ市場規模は小さく、その認知度は低い。そ の他にも、放送分野でのシステム導入、電磁界計測、イメージング、信号発生、各種信号処理等の分野での 電波と光の融合技術は幅広く研究開発が進められており、世界的に見ても「マイクロ波フォトニクス」は一 つの独立した技術分野として、認められ、学会の一地位を占めている。近い将来いろいろな形で実用化され るであろうマイクロ波フォトニクス技術を対象として、新デバイス・新システム実用化の可能性を調査し、

先行的にビジネスインキュベーションの視点で技術シーズを発掘し、実用化の方向性を提示することは意義 あることと考えている。

このような状況を鑑み、マイクロ波フォトニクスフィージビリティ調査委員会は、2005年度に発足し、調 査活動を開始した。2年間の委員会活動でＶＨＦからテラヘルツにわたる電波と光の融合領域の技術である マイクロ波フォトニクス技術の調査を行い、将来の実用化につながる報告をすることが目的である。2005年 度は、システム面での調査を中心に行い、来年度はそれらのシステムを実現し、実用的なものとするための デバイス技術の調査を中心に行う予定である。

本報告書は、今年度の調査結果をまとめたものである。

第２章「通信」では、携帯電話システム、無線LANシステム、ミリ波高速無線アクセスシステムを中心と した無線アクセスシステムにおけるRoF 技術の研究開発例、適用例を紹介し、その位置付けについて概観し た。将来に向けたRoF 技術適用上の課題、使用するデバイスへの要求条件、RoF技術への期待についても記 述した。

第３章「放送」では、対象とする周波数領域を広げ、放送分野における光ファイバを利用したSCM伝送の 実施例や研究開発事例について紹介した。地上デジタル放送を中心に、放送局から家庭までの信号の流れを 送信、再送信、FTTH、RoFの４つに大別して記述し、この分野における課題やデバイスへの要望等につい てまとめた。

第４章「計測」では、超高速性、低擾乱性、高空間分解能、高絶縁性、低クロストークという特徴を有す る光技術を用いた高周波電気（電波）信号計測を扱った。高周波電子部品のテスト技術、電子デバイス・集 積回路の電磁界可視化技術、電子機器のEMC計測、イメージング技術等に関して、それぞれの応用システム における現状と課題、さらにデバイス技術への要求や期待などをまとめた。

第５章「信号処理」では、デバイス技術の発展により、信号発生をはじめ、遅延、フィルタリング、変復 調などに光技術を積極的に利用しようとする動きの代表として３つのトピックスを取り上げた。光変調デバ イスを駆使した信号発生器、ADコンバータ、周波数標準への光技術の応用である。それぞれの技術から今 後の信号処理応用の進むべき針路を議論することができるよう紹介した。

第６章「まとめ」では、システム側からのデバイスへの要望をまとめ、来年度のデバイス技術調査の調査 方針および検討課題について述べた。

本報告書は、関係者への配付だけでなく、インターネットを介した報告書の一般公開、学会活動との連携 などを心がけており、その内容は各分野の専門家である委員の方々の努力により、他の公的出版物にない幅 の広さと深さを兼ね揃えた調査・分析となっている。是非、ご活用頂きたい。

本年度の委員会活動としては、５回の委員会を開催した。

委員会の概要を以下に示す。

幹事会において、活動方針、2 年間の活動計画を決定し、各ワーキンググループに分けた調査計画につい て検討した。

第１回委員会では、委員長および各主査によって、年間の活動計画を立て、調査内容の詳細検討を行うと 同時に、委員の人選を行った。

第２回委員会では、「通信」ワーキンググループ各委員が報告を行い、調査内容の審議を行い、報告書へ 反映することとした。

第３回委員会では、「放送」ワーキンググループ各委員が報告を行い、調査内容の審議を行い、報告書へ 反映することとした。

第４回委員会では、「計測」・「信号処理」ワーキンググループ各委員が報告を行い、調査内容の審議を 行い、報告書へ反映することとした。

第５回委員会では、報告書案についての審議を行い、スケジュール、来年度計画について検討した。

最後に、各分野の特に専門的なテーマについては、各ワーキンググループ以外の委員の方々にもご執筆頂 いた。また、本報告書作成に当たっては多くの関係者のご指導ご助言をいただいた。ここに深く感謝の意を 表したい。

平成１８年３月

マイクロフォトニクスフィージビリティ調査委員会 委員長 小牧 省三

2 通信

2.1 まえがき

2.1.1 はじめに

電波と光を融合したマイクロ波フォトニクス（MWP）技術の歴史は、比較的古く、1980年代から衛 星通信の分野で光ファイバ利用が検討されてきた。MWP 技術は、無線通信、計測、アレイアンテナ、

電波天文、CATV等の広い応用範囲があり、国内外において活発に研究開発、実用化が行われてきてい る⁽¹⁾。その中でRadio on Fiber（RoF）技術は、電波をそのままの形態でファイバ中に閉じこめて遠く まで伝送することが可能であるため、電波形式の変更に柔軟に対応できる汎用的な無線基地局を実現で き、方式に対する柔軟性が高いという特徴がある。本章では、無線アクセスシステム、特に携帯電話シ ステム、無線LANシステム、ミリ波高速無線アクセスシステムを中心にRoF技術の研究開発例、適用 例を紹介し、その位置付けについて概観すると共に、将来に向けて、RoF技術適用上の課題、使用する デバイスへの要求条件、RoF技術への期待について報告する。

2.1.2 無線アクセスシステムの動向とユビキタスネットワーク

図 2.1.2.1 に現在規格標準化が進んでいる無線アクセス方式を示す。無線 PAN（Personal Area

Network）は、人一人が活動する範囲を目安に数十ｍを、無線LAN（Local Area Network）は有線の

構内網の範囲を、無線MAN（Metropolitan Area Network）は数十～100 kmをカバーする。そして移 動体通信のようにコアネットワークも含めて広域なサービスエリアを展開する無線アクセスは、WAN

（Wide Area Network）に分類できる。

図2.1.2.1 現在標準化が進んでいる無線アクセス方式

2.4/5.2GHz 5.8GHz

2-11GHz

2-6GHz 3.5GHz以下

800MHz,1.5GHz 2GHz 2GHz

UHF, 2.4GHz 2.4GHz 3-10GHz

2.3GHz

0.8/1.5μm 22,26,38GHz 32, 60, 120GHz DSRC

WAN

802.16 -2004

802.20

通信速度(Mbps)

通信距離

100m 10km 100km

1 10 100

11n 802.11b 11a,g

WiBro

1km

10m

0.1

ZigBee

Bluetooth

IrDA UWB

1G

FSO MMW BWA

FSO

セルラー 2G 3G 3.5G

MMW FWA WIPAS 802.16e

MAN

LAN

PAN 2.4/5.2GHz

5.8GHz

2-11GHz

2-6GHz 3.5GHz以下

800MHz,1.5GHz 2GHz 2GHz

UHF, 2.4GHz 2.4GHz 3-10GHz

2.3GHz

0.8/1.5μm 22,26,38GHz 32, 60, 120GHz DSRC

WAN

802.16 -2004

802.20

通信速度(Mbps)

通信距離

100m 10km 100km

1 10 100

11n 802.11b 11a,g

WiBro

1km

10m

0.1

ZigBee

Bluetooth

IrDA UWB

1G

FSO MMW BWA

FSO

セルラー 2G 3G 3.5G

MMW FWA WIPAS 802.16e

MAN

LAN

PAN

近 年 の ブ ロ ー ド バ ン ド 化 は 無 線 ア ク セ ス に も 現 れ て お り 、 例 え ば 移 動 通 信 で は 、3GPP（3rd Generation Partnership Project）⁽²⁾、3GPP2⁽³⁾では、高 速パケット通信の HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access）やEV-DO（Evolution-Data and Voice）といった規格が標準化されている。

また、無線LANでは、802.11a/gの実効スループット改善のため、MIMO（Multi-Input Multi-Output）

技術を採用した802.11nの標準化が進んでおり、100 Mbpsから数百Mbpsの伝送速度の実現が目標と なっている⁽⁴⁾。 FWA（Fixed Wireless Access）をブロードバンド化したBWA（Broadband Wireless

Access）として検討された標準規格802.16⁽⁵⁾は、数十Mbpsの高速伝送と数十kmの伝送距離が特徴で

あり、インターネットアクセスのラスト１マイルであるADSL、FTTHを無線化する固定ブロードバン ドアクセス網として利用されることを想定し、802.16-2004として規格が標準化されたが、高速移動体 に対応可能な規格16eも標準化がなされている。BWAでは、ミリ波帯を用いた 1 Gbpsを超えるメッ シュ形無線ネットワークの研究開発も行われており、無線アクセスや無線エントランスネットワークと しても利用が想定されている⁽⁶⁾。この分野では、光波を用いた無線システムである FSO（Free Space

Optics）の研究開発例もある⁽⁷⁾。無線 PAN は、アドホックネットワークやマルチホップネットワーク

を含むと距離だけで短距離と分類しにくいが、UHF や2.4GHz を用いるセンサーネットワークへの利 用が期待されているZigBeeが802.15.4⁽⁸⁾で、 100 Mbpsから数百Mbpsという高速・広帯域で低消費 電力・秘匿性・耐妨害性に優れる短距離通信を目指したUWB（Ultra Wide Band）の標準化が802.15.3⁽⁹⁾ で検討されている。以上のように無線通信アクセスは、使用する周波数の伝搬特性、伝搬距離、適用先 に応じて多彩なシステムが登場してきている。

さて、 IPネットワークは、通信基盤として一層低コストで広域に利用できるようになってきている。

この IPネットワークは、電子メールや web アクセスなどのインターネットアクセスを通じて、娯楽、

商取引、教育、医療、行政などの様々な社会活動のほとんどに利用されることが予想され、それを可能 とする環境を、どこにいても得られるネットワークは、ユビキタスネットワークと呼ばれている。この ネットワークは、利用者が移動しても、またどのような状況にあっても全てのサービスを同じ条件で提 供することが必要である。これを実現するには、ワイヤレスでアクセスすることが必須であると考えら れ、上記に述べたような多彩な無線アクセス形式が、コアとなる IP ネットワークに接続されるネット ワーク形態が予想される。図2.1.2.2にそのようなユビキタスネットワークの概念図を示す。

無線通信技術の進展は著しく、また、図2.1.2.1 で見てきたようにブロードバンド化に伴う高周波化 が大きな流れとなっている。従って、電波の直進性が高まることで、無線アクセスのサービスエリアの 減少の原因となり、また屋内への電波の侵入が困難になることが予想される。従って、これらは場所に 依らないサービス提供が必須となるユビキタスネットワークの実現の大きな障害となってくる。屋内な どの電波の届きにくい閉域空間に、ユビキタスネットワークサービスを安価にかつ速やかに浸透させて いくには、低コストな基地局を多数増設していく必要が出てくるが、上記のような多彩な電波形式をも つ無線アクセス毎に基地局を増設するには、多大な時間とコストがかかることが予想される。更に、急 速な無線通信技術開発の進展に呼応して次々と登場する新しい電波形式に対応させるべく、新しい基地 局を増設することは、ユビキタスネットワークの進展速度の大きな障害となってくるものと考えられる。

従って、種々の電波形式に汎用的に使用可能な安価な基地局、ネットワーク基盤を構築していくことが 大変重要な課題になると考えられる。

2.1.3 調査のねらい

RoF 技術は、電波をそのままの形態でファイバ中に閉じこめて遠くまで伝送することが可能であり、

また、光ファイバ、光デバイスの広帯域性を活かして種々の周波数の電波を一括して、それらの形式を 保存したまま転送することができる。また、基地局は光信号－電波信号間の変換機能のみという基本構 成ですむので、小形で簡易な汎用基地局を実現できる。したがって、ユビキタスネットワークにおいて 種々の電波形式の無線アクセスが共通して使用可能な汎用基地局ならびにコアまでの汎用ネットワー クの基盤技術としての適用が期待される。 総務省が2004年12月に発表したu-Japan 政策⁽¹⁰⁾におい ても“「ユビキタスネットワーク」の関連技術のトレンド (1)ネットワーク関連技術”⁽¹¹⁾の中で、 無線 通信分野の重要技術としてRoF（光ファイバ無線）が取り上げられている。

このようにマイクロ波フォトニクス技術、RoF技術は、電波無線通信技術の分配容易性、移動性と光 ファイバ通信技術の広帯域・低損失・長距離伝送能力を兼ね備え、来るユビキタスネットワーク社会に おける基盤技術として期待されている。本章では、電波不感地帯への実導入が進んでいる移動通信の分 野、無線によるインターネットアクセスとして普及が著しい無線LANの分野、そして将来の超高速伝 送を可能とするミリ波無線アクセス分野のそれぞれにおいて、将来に向けて、RoF 技術適用上の課題、

使用するデバイスへの要求条件、RoF技術への期待について調査した結果を報告する。

（塚本 勝俊）

参考文献

(1) 中嶋編,”新世代ワイヤレス技術“、第1章光ファイバ無線、丸善(2004,3) (2) http://www.3gpp.org/

(3) http://www.3gpp2.org/

(4) http://grouper.ieee.org/groups/802/11/

(5) http://grouper.ieee.org/groups/802/16/

(6) 中嶋編,”新世代ワイヤレス技術“、第５章ミリ波通信、丸善(2004,3)

図2.1.2.2 ユビキタスネットワークの概念図

IP Phone

PHS

Beyond 3G 2G Cellular

Home Network

FWA

MBWA

3G Cellular ITS

DSRC

BWA

IP Network (Internet)

WiMAX

WiFi

Analog/Digital Broadcasting

Wireless IP Phone

(7) 中嶋編,”新世代ワイヤレス技術“、第６章光無線通信システム、丸善(2004,3) (8) http://www.ieee802.org/15/pub/TG4.html

(9) http://www.ieee802.org/15/pub/TG3.html

(10) http://www.soumu.go.jp/s-news/2004/041217_7.html

(11) u-Japan 政 策 （ ユ ビ キ タ ス ネ ッ ト 社 会 の 実 現 に 向 け た 政 策 懇 談 会 最 終 報 告 書 ）、2.2.2 節 、 p.13(2004,12)

2.2 携帯電話基地局、無線 LAN 応用から今後の期待

2.2.1 RoF技術の研究開発動向

(1) 概要

Radio-on-Fiber（RoF）技術は、マイクロ波帯、ミリ波帯の無線信号を光ファイバに閉じ込めて長距 離伝送することにより、無線通信における電波不感地を解消して、無線アクセスシステムのユビキタス 化を実現する魅力的な技術^(1-3)である。

本技術は、すでに、第２、３世代の携帯電話基地局向け光伝送システムとして研究開発⁽⁴⁾、実用化⁽⁵⁾ されており、地下街等での携帯電話の使用を可能としている。さらに、次世代無線ネットワークに対し ても、その活用が期待されており、無線LANシステム、高度道路情報システム（ITS）、第４世代移動 体システム等の5 GHz帯無線サービスへの適用が検討^(6,7)されている。

RoF 技術は、アナログ電気信号を光信号に変換して光ファイバ中を伝送する副搬送波分割多重

（SubCarrier Multiplexing: SCM）光伝送方式に基づく技術である。ディジタルデータ（１／０）を 光のON／OFFに変換して伝送するディジタルベースバンド光伝送方式に対し、SCM光伝送方式では、

周波数分割多重（Frequency Division Multiplexing: FDM）された無線周波数（Radio Frequency: RF）

信号を、光強度のアナログ変化に変換して、光ファイバ伝送する。通常、半導体レーザを光源として、

そのFDM信号に直流バイアスを加えた駆動電流により出力光強度を変化させる。この光強度変調信号 は、光ファイバ伝送後、フォトダイオードなどの受光素子により、２乗検波され、電気信号に再変換さ れる。

SCM光伝送方式は、当初CATV等の映像伝送技術として、研究が進められてきた。CATVシステム の伝送性能は、搬送波電力対雑音電力比（CNR）、複合２次歪（CSO）、複合３次歪（CTB）等で規定 される。SCM 光伝送方式においては、半導体レーザの非線形性や、光ファイバ中の多重反射等が主な 品質劣化要因となる。これらの劣化要因を低減することにより、大幅な低雑音・低歪化が図られ⁽⁸⁾、100 ch 以上の伝送容量が実現されるとともに、光信号を光のまま直接増幅する光増幅器の多段接続構成が

検討され^(9,10)、最近では長距離（～100 km）、多分配（～10万分配）の可能性^(11,12)も示されている。

これに対し、携帯電話等の無線信号をSCM光伝送する場合、使用周波数が高周波化する一方で、割 り当てられている周波数帯が限定されているため、通常２次歪は信号帯域外に発生し、主として3次歪 のみを考慮すればよい。一方、移動端末から送信される無線信号を伝送する場合（上り系）、移動端末 とアンテナ間距離が変動するため、いわゆる遠近問題が発生する。このため、光伝送性能として、極め て大きなダイナミックレンジが要求される⁽¹³⁾。

RoF技術は、1980年代から研究開発が行われ、システム設計技術⁽¹⁴⁾、光多重反射^(15,16)・レイリー散 乱⁽¹⁷⁾等の伝送劣化解析・対策、ファブリペロー型半導体レーザ（FP-LD）の適用⁽¹⁸⁾・マルチポイント 構成⁽¹⁹⁾等の低コスト化をはじめ、さまざまな検討が進められてきた。

(2) 携帯電話システムへの適用

これらの検討を元に、PDC用の800 MHz帯、1.5 GHz帯とW-CDMA用2 GHz帯の３帯域の信号 を周波数分割多重し、一括して光伝送するシステム⁽²⁰⁾が開発されている（図2.2.1.1）。このシステムで は、センターからアクセスユニットへの光伝送において、多重された３帯域の信号を、まず電気段で３ 分岐し、それぞれLDで変換された光信号を６分岐する構成とすることで、センター１台に対し、最大

１８台のアクセスユニットを収容できる。また、アンテナユニットからセンターへの光伝送は、ビート 雑音の発生を抑えるため３台につき１芯の光ファイバを使用する構成である。この構成により、光分 岐・多重を行わない場合と比較して、光ファイバ芯数の削減効果１／４（３６芯→９芯）が得られるこ とに加え、周波数分割多重を行わない場合と比較して、光ファイバ芯数の削減効果１／３が得られる。

図2.2.1.1 ３帯域一括光伝送システムの構成

(3) 光源技術

デバイスの観点からは、光源の低コスト化が重要なポイントである。その理由は、RoF伝送方式にお けるデバイスコストとして、光源の占める割合が最も大きいからである。長距離伝送・光分岐等を行う ような高性能が必要な場合は、分布帰還型 LD（DFB-LD）の使用が一般的であるが、短距離伝送や光 分岐を行わないような、それほどの高性能が要求されない場合は、経済性に優れたFP-LD の使用が検 討されている。

一方、近年短距離ディジタル用途の低コスト光源として、面発光レーザ（VCSEL）の開発が目覚し い。VCSEL は従来の端面発光型光源とは異なり、ウェハ上面から発光を確認できるため、量産性の大 幅な改善が期待されている。しかしながら、長波長（1.3 µm、1.5 µm）帯VCSELは研究レベルであ り、実用化されているのは、短波長（850 nm）帯VCSELである。短波長帯VCSELをRoFに適用し、

検討している報告^(21-23)があるが、そのうちの一つとして、図 2.2.1.2 に、短波長帯VCSEL と 1.3 µm シングルモードファイバ（SMF）とを組み合わせた検討例⁽²¹⁾を示す。

ここでは、伝送すべき2.4 GHz帯の伝送信号に、伝送信号と比較して低周波（0.1～1.2 GHz）の信 号（LF signal）を周波数分割多重し、シングルモードVCSELを用いて光信号に変換し、1.3 µm SMF を1 km伝送する構成である。1.3 µm SMFに短波長光（850 nm）を入力すると、マルチモード伝送と なり、伝送中でのモード分散の影響が生じる。このため、モードによって受光素子への伝搬時間が異な り、遅延波による干渉が、雑音（RIN）及び3次相互変調歪（IM3）の劣化を招くことになる。

LF signalを多重しない場合、IM3特性は約-33 dBc、RIN特性は約-124 dB/Hzであるが、LF signal を多重した場合、IM3で最大22 dB、RINで最大9.5 dB改善することが確認できる。これは、LF signal を多重することで、光源の波長チャープ特性により、出力される光信号のコヒーレンシーが低減され、

干渉時に生じるRIN、IM3の劣化が抑圧されるためである。

(4) 最近の研究開発例

RoF技術に関する重要な国際学会の一つに、Microwave Photonics（MWP）国際会議がある。本会 議は、マイクロ波・ミリ波の高周波技術と光技術の融合領域を対象とした唯一のTopical meetingであ り、最新のRoF技術が発表されている。以下、MWP2005における注目発表について紹介する。

MWP2005においても、マルチモードファイバ（MMF）を利用した広帯域RoFリンクに関する検討

が２件ある^(23,24)。そのうちの一つでは、信号源に無線LAN信号を周波数変換し、搬送波周波数として 25GHzの帯域信号（54 Mbps OFDM／11 Mbps QPSK）を生成し、DFB-LDとMMFとの組み合わせ により、その伝送性能を調べている⁽²⁵⁾。MMFは2種類使用し、それぞれの距離と帯域は、距離575 m、

帯域595 MHz・kmのMMFと距離1000 m、帯域2000 MHz・kmのMMFである。図2.2.1.3には、

54 Mbps OFDM信号を光伝送した場合のEVM性能を示す。短尺のSMF使用時の性能と比較して、い

ずれのMMFを使用した場合も20 GHzまでほとんど劣化が見られないことが分かる。これは、従来の ベースバンド伝送と比較し、伝送信号が帯域信号の場合には、ファイバの伝送可能帯域が高周波帯まで 延びるからであることを示している。

また、RoF リンクの歪特性を改善する歪補償技術の検討が２件ある^(26,27)。いずれも基本的には光学 的なフィードフォワードを行うものであり、無線信号伝送用の半導体レーザから出力される光信号を一 部分岐し、一旦電気信号に変換して歪成分を抽出し、別の半導体レーザにより歪成分のみを光信号に変 換、遅延時間を調整して元の光信号と合波して伝送する。１件は、伝送信号として 2.1 GHz 帯の W-CDMA信号に対して評価を行い、Adjacent Channel Power Ratio（ACLR）として、１キャリアの 場合に20 dB、３キャリアの場合に16 dBの改善を実現している⁽²⁶⁾（図2.2.1.4）。別の1件は、伝送信 号として、5.8 GHz帯の無線LAN信号に対して評価を行い、spectral re-growthとして、20 dBの改 善を実現している⁽²⁷⁾（図2.2.1.5）。図から分かるように、レベルの異なる無線LAN信号を光伝送する 場合、spectral re-growthによる隣接チャネルへの妨害が生じるが（図2.2.1.5(a)）、歪補償技術の導入

図2.2.1.2 短波長帯VCSELの1.3µmSMF伝送（評価系と伝送特性）

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30

0 500 1000 1500

Frequency of LF signal fLO (MHz)

IM3(dBc)

-140 -135 -130 -125 -120 -115 -110

RIN (dB/Hz1/2 ) RIN

IM3 w/o LF signal

w/o LF signal 22dB

9.5dB

mC=0.15, mLO=0.32 L=1000m

Signal Generator

Single-mode

VCSEL 1.3um SMF PIN-PD Signal

Analyzer Lens Lens

Signal Generator 2.4GHz

2tone/OFDM-64QAM

0.1~1.2GHz Low-Frequency signal

+ +

850nm

Spectrum Constellation EVM 1km

により、ほとんど影響が無くなっていることが分かる（図2.2.1.5(b)）。

図2.2.1.3 MMFを用いた無線LAN信号伝送時のEVM特性

図2.2.1.4 ３キャリアのW-CDMA信号伝送時の歪補償効果

(a)歪補償なし (b)歪補償あり 図2.2.1.5 無線LAN信号伝送時の歪補償効果

その他としては、Workshop（Photonics in Broadband Wireless Communications）において、携帯 電話向けRoF技術の発表が３件（KDDI、France Telecom、Andrew）^(28-30)、Plenary Sessionにおい ても２件（Samsung、電気通信大学）^(31,32)あり、2G/3G向けの実用レベル及びBeyond 3G向けの将来 的な期待としてもRoF技術が重要な役割を果たす可能性の高いことが伺える。

2.2.2 無線基地局の無電源化

RoF技術を用いて配置するリモート基地局を、一層簡易化、低コスト化する上で、

無線基地局において

（１）集中制御局向けのレーザ光源を無くすこと。

（２）空間に送出するための高周波増幅器を無くすこと。

（３）使用する各種素子が無バイアスで動作すること。

が技術課題となってくる。これらを解決することにより、無線基地局の無電源化、さらには無給電化が 可能となる。このような取り組みは、比較的早くから行われており、ここではいくつか研究開発例を示 す。

ブリティシュテレコムでは、無線LANへのRoFの応用例としてパッシブピコセル無線LAN⁽³³⁾を検 討していた。ディジタルコードレス電話と2.4 GHz帯の無線LANの信号を対象にしたこのシステムで は、無線基地局電源を無給電化しており、設置に際して電源の供給が不要となる。この例では、(1)につ いては、集中制御局にある上り回線用の光源（出力+17 dBm）から光搬送波を伝送し、無バイアスの電 界吸収形ダイオード（EAM）を使用して受信した無線波で変調を加えている。また、(2)については、

光検波器出力をそのまま空間に放射している。電波の送信強度は-11 dBm 程度となり見通し内で 10m 程度のエリアでの動作を想定している。

最近の例として、ハイパワーレーザー光を基地局に光給電し、PD（Photo-Diode）で電気エネルギー に変換することによって基地局を無電源化する検討が行われている⁽³⁴⁾。 WDM（波長分割多重）方式 を用いて上り／下り信号波長1.55 µm／1.56 µmに加え、1.47 µmで高強度の給電光を基地局に供給し ており、基地局における光電力として 300 mWを得ている。給電光の一部は上り信号の増幅用EDFA の励起光に用いられ、残りはPDで23 mWの電力に変換されており、基地局におけるEAM、UTC-PD

（単一走行キャリア光検波器Uni-Traveling-Carrier PD）のバイアス電圧に用いられている。また、上 り信号の増幅に用いるLNA（Low Noise Amplifier）への電力供給の検討も行われている⁽³⁵⁾。このよう な光給電による基地局の無電源化は、放送波中継用光伝送装置でも開発が行われており、本報告書3.2.3 節で詳細が述べられている。

次に、ミリ波信号発生系での無バイアス化を目的とした無バイアス光ミリ波発生技術について述べる。

光検波器にバイアス電圧を駆けることなく、光学的にミリ波信号を発生させる技術がいくつか提案さ れている。提案技術の1つに、無バイアス時の光検波器が有する光学非線形性を積極的に用いたものが あり、別々に送信された光ローカル信号と光ディジタル信号を光検波器に入力すると、非線形作用によ り、光検波器出力としてディジタル信号で変調されたミリ波帯信号を発生される⁽³⁶⁾。また、通常のPD ではバイアスが必要であるのに対し、高飽和入力特性を活かした UTC-PD では、無バイアスでも高い ミリ波信号出力が得られるという報告もあり、システムの簡易化につながるものとして注目を集めてい る⁽³⁷⁾。

2.2.3 応用事例

(1) 携帯電話システムへの応用事例

RoF技術による携帯電話基地局向け光伝送装置は、すでに商用化されており、トラフィックの集中回 避や電波不感地対策等の目的で導入されることが多い。国内外での導入事例について、紹介された主な 例として、海外の例では、シドニーオリンピックにおけるGSM 対応 RoF 装置の導入⁽³⁸⁾や、国内の例 では、ビル内等の通信エリアの拡大として第３世代対応のRoF装置の導入⁽³⁹⁾がある。

また、NTTドコモは、経済的かつ柔軟に屋内エリアを実現するため、前述の技術[20]をベースとした RF光伝送装置（Multi-drop Optical Feeder: MOF）を開発し、さらに高性能化の開発を行っている⁽⁴⁰⁾。 MOF は、無線基地局（BTS）と同軸ケーブルで接続される親局装置、ならびに親局装置と光ファイバ 伝送路で接続される複数の子局装置およびアンテナにより構成される。高性能化としては、W-CDMA 無線信号の送信出力増大、光ファイバ伝送路の長距離化に対応し、導入エリアに応じて高出力、長距離、

拡張型の３種類のMOF装置を用意している（図2.2.3.1）。主に、高出力MOFは屋内大規模エリア、

長距離MOFは屋内のスポットエリア、小規模エリア、拡張型MOFは屋内大規模エリアに適用され、

高出力 MOF と光拡張ユニットとの組み合わせ構成である。MOF の主要諸元をとしては、PDC（800 MHz帯）16波、PDC（1.5 GHz帯）８波、W-CDMA（2 GHz帯）４波を周波数多重して伝送でき、

光ファイバ伝送距離としては、1.3 µm ゼロ分散シングルモードファイバを使用し、高出力 MOF が最

大2 km、長距離MOF及び拡張型MOFの光拡張ユニット間が最大20 kmである。

図2.2.3.1 携帯電話無線基地局用RoF光伝送装置の導入エリア

同様の装置は、パナソニックモバイルコミュニケーションズ（PMC）でも開発されている。図2.2.3.2 は、RoF光伝送装置の適用例である。光ファイバ伝送路として20 kmに相当する15 dBの光損失を許 容するExtension（-B／-M）装置と、2 kmに相当する2 dBの光損失を許容するMain Unit及びRemote Unit装置がある。PMCでは、シングルバンドタイプ（2 GHz帯対応）とマルチバンドタイプ（800 MHz 帯／1.5 GHz帯／2 GHz帯対応）がある。前者はMain Unit装置1台に対してRemote Unit装置９６ 台を収容し、後者は１８台収容する構成となっている。また、Main Unit及びRemote Unit装置につ

高出力MOF 拡張型MOF

長距離MOF 1キャリア

1セクタBTS

（低出力）

複数基地局の設備 集約が可能

大規模ビル・地下街等etc.

小規模ビル・店舗etc.

複数基地局の設備 集約が不可能 施設規模

大

小

高出力MOF 拡張型MOF

長距離MOF 1キャリア

1セクタBTS

（低出力）

複数基地局の設備 集約が可能

大規模ビル・地下街等etc.

小規模ビル・店舗etc.

複数基地局の設備 集約が不可能 施設規模

大

小

いては、複数の携帯電話オペレータの無線信号伝送に対応したマルチオペレータタイプもある。Main Unit装置は複数のBTSと接続可能であり、１６台のRemote Unit装置を収容、Main Unit-Remote Unit 間の光ファイバ伝送距離は最大10 km（光損失6 dB）である。なお、実際の設置例を、図2.2.3.3に示 す。

Extension-B

Main Unit (MU) Remote Unit (RU)

BTS

・ ・・

max. 20km(Loss 15dB max.)

max. 2km(2dB)

Extension-M Extension-B

Main Unit (MU) Remote Unit (RU)

BTS

・ ・・

max. 20km(Loss 15dB max.)

max. 2km(2dB)

Extension-M

図2.2.3.2 RoF光伝送装置の使用構成例

(a)ショッピングモール (b)地下街通路 図2.2.3.3 RoF光伝送装置の設置例

(2) 無線LAN等への応用例

RoF 技術の無線 LAN システムへの応用検討も、いくつかの研究機関で検討が進められている^(41,42)。 ここでは、その一例として、マルチバンド対応無線LANシステム⁽⁴¹⁾について紹介する。図2.2.3.4に、

マルチバンド無線LANシステムの構成を示す。センターに設置されるBase Station装置（BS）と、

複数のエリアに設置されるRemote Antenna Unit装置（RAU）が、光ファイバにより接続される。無 線LANのモデム機能は全てBSに内蔵され、RFマトリクススイッチにより所望のエリアへの経路を選 択された後、RoF伝送により各エリアに光伝送される構成である。本構成とすることにより、センター 側でシステムの一括管理が可能となり、モデム機能の更新（例えばIEEE802.11b から 11a／11g への 変更など）やシステムのメンテナンス、さらには、チャネル使用状況により各エリアへ割り当てる無線 LANチャネルの増減をコントロールすることも可能となる。

図2.2.3.4 マルチバンド無線LANシステムの構成

開発されたシステムは、IEEE802.11b／11aをそれぞれ2 ch有し、BSとRAUは、WDM技術の適 用により双方向伝送を実現している。本装置は、11b／11a計4 chの無線LAN信号に、映像ストリー ミング、インターネット接続、IP電話、監視カメラ映像伝送を割り当てた形で、ITU Telecom2003に 参考出展された（図2.2.3.5）。RoF技術を適用することにより、様々なサービス提供をセンター集約型 の無線LANシステムで実現できることが実証された。一方、本システムにおいては、屋内用途を想定 し、伝送距離は700 mに設定されている。無線LAN規格としては所定時間内での応答が必要であり、

これにより伝送距離が制限されている。

図2.2.3.5 展示されたマルチバンド無線LANシステム

2.2.4 課題と今後の期待

以上、説明したように、第２、３世代携帯電話用の RoF 伝送装置は、国内外ですでに実用化されて いる。また、トランスペアレンシーな RoF 技術は無線システムとの整合性が高く、無線LAN、ITS、

Beyond 3G 等への適用開発も進められている。しかしながら、その一方で、高品質にアナログ無線信

号を光伝送するために、低雑音、低歪特性が光・電気デバイスに必要とされる。また、伝送品質への影 響が大きい光反射に対する耐性が高い伝送方式が望ましい。また、無線システム規格自身は、RoF伝送 を想定せずに制定されているため、無線LANシステム適用時の伝送距離制限といったシステム的な課 題も存在する。以下、これらの課題に対する今後の期待を整理する。

(1) 低雑音・低歪光デバイスの実現

光源に望まれる特性としては、低雑音・低歪に加え、高変換効率がある。変換効率が高いと、レーザ ドライバの出力を低減でき、電気段での低歪化が可能となる。また、実用面では低コスト化は重要であ る。VCSELは、高変換効率、低コスト性をともに実現できる可能性を有しており、今後はRoF用に低 歪化の開発が望まれる。また、温度制御フリーでの使用を考えると、発光時の熱等の問題から最大光出 力が比較的小さい点や、発光パワーの温度依存性が大きい点などは、改善の余地があると思われる。

加えて、VCSELの発振波長は短波長が主流であるが、SMF伝送用として、1.3／1.55µm帯への長波 長化、WDM用の波長選別化も望まれる。

外部変調に関してはLN変調器やEA変調器等があるが、一般的に外部変調は直接変調より高価であ る点が課題である。ただし、広帯域性・低チャープ特性を有しており、低コスト化、光源との集積化等 が進展すれば、RoF伝送への積極的な利用の可能性も考えられる。変調器そのものの性能向上に関して は、分極反転構造を導入したSSB変調器（単側波帯；Single Side Band）⁽⁴³⁾による分散耐力の向上や、

特定周波数で共振する RF 電極を適用した共振型変調器⁽⁴⁴⁾による変調効率の向上の検討等が報告され ている。

受光素子としては、PIN-PD が一般に使用されている。この理由は、APD と比較し低電圧で使用で き、高い光電力で受光できることが挙げられる。APD が有する増倍効果を低電圧駆動・低コストで利 用できれば、受光電力の低減が可能となるため、送受信レベル差が拡大し、分岐数拡大や長距離伝送に 有利である。

(2) 光反射耐性を有する新規光伝送方式の実現

RoF用の光伝送路としては、反射光による特性劣化を抑圧するため、コネクタ接続部等での低反射特 性が要求される。現状では、反射耐性を有する伝送方式として、無線信号をA/D変換によりディジタル 化して伝送する方式⁽⁴⁵⁾や、無線信号を一旦、FM変調によりFM信号に変換した後、光伝送する方式が ある。FM変調を活用する方式については、1）電気的にFM信号を生成する方法⁽⁴⁶⁾や、2）半導体レー ザの波長チャープ特性を利用し、光ヘテロダインによりFM信号を生成する方法⁽⁴⁷⁾が検討されてきた。

1）は周波数偏移量の制限、2）は光源の線幅による雑音発生という課題を有していたが、両者の課題を 解決する光ホモダイン検波を用いた広帯域FM変調方式⁽⁴⁸⁾の提案がなされている。図2.2.4.1に、その 構成を示す。

LD から出力された光信号(a)は２分岐され、一方の光信号は、光 SSB 変調器において、搬送波信号 により搬送波周波数だけ光周波数がシフトされ(b)、残りの光信号は光位相変調器において、伝送すべき 信号（ここではAM/QAMのFDM信号(c)）により光位相変調が施される(d)。この2つの光信号を合波、

光ホモダイン検波することにより、広帯域変調信号が得られる(e)。本方式により、光ヘテロダイン方式 と比較し、約10 dBのCNR改善が実現されている。

なお、本検討は映像伝送用（AM/QAM信号）であり、RoF 応用を考えると、FM 搬送波周波数と無 線周波数（IF 変換含む）との適切な設定手法やシステム設計手法の構築が望まれる。加えて、本方式 を実現する専用の変調デバイスや、RoF用のFM復調デバイスの開発も望まれる。

図2.2.4.1 光ホモダイン検波による広帯域FM変調方式の構成図

(3) RoF伝送を想定した無線システム規格の制定

RoF 伝送では光ファイバによる長距離伝送を行うため、携帯電話システムのように、ある程度の無 線伝送距離を想定したシステムへの適用は比較的容易である。一方、IEEE802 系の無線 LAN のよう に、無線伝送距離が比較的短く、端末からの受信確認を行うシステムへ適用する場合、RoF 伝送によ る遅延時間がタイムアウトを招く恐れがあり、RoF 伝送距離が制限されてしまう。これは、許容され る遅延時間を変更することで回避できるものであり、RoF 使用に適した無線システム規格が制定され ることが望ましい。規格の制定により、RoF システム、及び使用される光デバイスの標準的な所要性 能も統一化されるため、光デバイスの低コスト化も期待できる。

主として、携帯電話の不感地対策として実用化されているRoF 技術は、今後、携帯電話向け 1セグ 放送の提供、携帯電話事業者の新たな参入による使用周波数の拡大や、新たに策定が進められている 様々な無線アクセス方式の開始等により、ますますその役割が大きくなるものと考えられる。デバイス コストの低減、高品質伝送を実現する新たな伝送方式、RoF技術を想定した規格の制定等により、その 進展が加速されることを期待する。

（笹井 裕之）

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