「ミリ波帯高精細映像伝送技術の研究開発」
日本電信電話株式会社 NTTﾏｲｸﾛｼｽﾃﾑｲﾝﾃｸﾞﾚｰｼｮﾝ研究所
日本放送協会 放送技術研究所
株式会社 フジテレビジョン
「ミリ波帯高精細映像伝送技術の研究開発」
・ デバイス開発 ・ 伝搬特性評価 1.5Gbps 光ﾌｧｲﾊﾞ伝送 (10 Gbps) 多重装置 無線受信器 地上デジタル放送の開始に伴いハイビジョン (HD) 規格の番組制作が急増 非圧縮HD信号 (1.5 Gbps) の多重無線伝送システムに対する需要が増加 未開拓である 120 GHz 帯ミリ波の利用により非圧縮 HD 多重無線伝送を実現 ・ 高指向性ｱﾝﾃﾅ 軸調整技術 ・誤り訂正技術 ・HD 信号多重化技術 多重装置 無線送信器「ミリ波帯高精細映像伝送技術の研究開発」
目標 （１） 120 GHz 帯ミリ波無線伝送距離の長尺化 （目標：10 Gbps, 晴天時 5 km） （２） 非圧縮ＨＤＴＶ信号多重伝送システムの高信頼化 技術課題 2120 GHz 帯無線システム開発の意義
（１）急増するギガビット級無線データ伝送のニーズに対応 （２）未利用の周波数帯（100 GHz超) の開拓による有限な周波数資源の拡大 に対する貢献 放送用途：高精細度映像素材非圧縮伝送 ・非圧縮 HDTV 信号伝送（1.5 Gbps) ・非圧縮 HDTV 信号多重伝送(10 Gbps) ・３D TV 伝送 （>3 Gbps） ・スーパーハイビジョン伝送（>24 Gbps) 3 無線伝送のメリット 非圧縮伝送のメリット ⇒ 中継場所の拡大、中継設備設置時間の短縮 ⇒ 画質の劣化無、遅延無、映像間の同期が容易 ・ 100 GHz 超デバイス、回路、モジュールの開発 ⇒ 実用的な 100 GHz 超ミリ波システムの利用を可能に ・ 100 GHz超ミリ波の電波物性（降雨減衰等)、伝搬特性（干渉、回折等)の解明 ⇒ 100 GHz 超ミリ波システムの設計が可能、標準化・規格化に貢献 通信用途：10G, 40G イーサネット無線LAN、NGN 用災害対策無線等 ・ラストワンマイル回線 ・バックホール回線 ・ホットスポット、キオスクモデル秘境からの3D映像生中継 4
120 GHz 帯無線システムの利用シーン
HDTV 信号 TV 局 中継点 大規模生中継（ゴルフ中継等） 大容量、高精細度、無遅延、可搬性を活かして、様々なシーンでの利用を想定 スーパーハイビジョン パブリックビュー 10Gイーサネットラストワンマイル回線 ラストワンマイル無線 災害対策無線5
本研究開発の目標とするシステム
120 GHz 帯ミリ波 (10.3 Gbps) 誤り訂正符号化装置（符号化） HD-SDI 信号 (1.5 Gbps) HD-SDI 多重信号 (10.3 Gbps) 無線送信機 無線受信機 誤り訂正符号化装置（復号） HD-SDI 信号 (1.5 Gbps) HD-SDI 多重信号 (10.3 Gbps) 伝送距離：> 5 km ・６chの非圧縮ハイビジョン信号(HD-SDI 信号）を誤り訂正符号化装置で符号化及び多 重を行い、10.3 Gbps のHD-SDI 多重信号を生成 ・生成した 10.3 Gbps のHD-SDI 多重信号を晴天時 5 km の伝送が可能な無線機を用 いてミリ波無線信号として空間伝送 ・受信機で復調したHD-SDI 多重信号を誤り訂正符号化装置で復号及びHD-SDI信号の 分離を行い、６chの非圧縮ハイビジョン信号を復元6
研究開発項目
晴天時 10 Gbps 5 km 伝送最終目標
非圧縮ＨＤ信号多重伝送 システムの高信頼化 40 mW 出力 無線機 InP HEMT 高耐圧化 通信用InP HEMT MMIC ミリ波 モジュール 誤り訂正 符号化装置 小型 IP 多重システム 伝搬特性 評価 高出力 増幅器 10 Gbps 級 誤り訂正回路 設計 PCベース IP 多重システム 誤り訂正 方式検討 スタジオでの 接続試験 NTT NHK フジテレビジョン
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研究開発体制
NTT
無線通信用デバイス、無線装置の開発フジテレビジョン
<実証実験> HD多重、分離性能 長距離伝搬、伝送特性 ハイビジョン信号多重伝送システムの開発NHK技研
<実証実験> 回線高信頼化性能評価 無線通信用誤り訂正技術の開発 ・平成１８年度より４年間、ＮＴＴ、ＮＨＫ、フジテレビジョンの３社が研究開発を共 同で実施 ・NTTが主にデバイス、無線機の開発、NHKが誤り訂正技術の開発、フジテレ ビジョンがハイビジョン信号多重伝送システムの設計及び放送現場での検証 実験を担当 ・研究計画や進捗を審議するため、年２回運営委員会を開催、外部委員として 4名の専門家を招聘デバイス・回路技術
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・120 GHz 帯で 10 Gbps 伝送(ASK 変調) を可能にする InP HEMT MMIC を開発 ・上記 MMIC を実装するコンパクトなミリ波導波管モジュールを開発 ・120 GHz 帯ミリ波信号の高出力化に向けて、耐圧を向上した HEMT デバイスを開発 ・本 HEMT を使用した 40 mW 出力ミリ波増幅器を開発 ・120 GHz 帯QPSK変復調MMICを試作、モジュールでの実験で 10 Gbps 伝送に成功 ミリ波増幅器 逓倍器 ASK変調器 フィルター out in 送信 MMIC 導波管モジュール 10 Gbps QPSK MMIC 化合物デバイスの出力比較 出力パワ ー / 素子 (W)
GaAs
InP
0.10 1.00 30 50 100 200 300 周波数 [GHz] 0.0１NTT
無線装置技術
9 無線 LAN 受信機 送信機 PC 制御 雲台 出力 最大 40 mW 中心周波数 125 GHz 伝送速度 9.953～ 11.1 Gbit/s アンテナ カセグレインアンテナ ヘッド大きさ 190×380×130 mm 重量 7.3 Kg 利得 37.1～52 dBi 消費電力 < 100 W ( Tx ) ・高耐圧 HEMT を使用した 40 mW 出力 無線機を開発。放送現場での利用 を可能にするため、小型・軽量かつ組み立てが容易な構成。2009年10 月 に実験試験局免許を取得 ・最大受信電力が得られるアンテナ方位を自動的に検出するアンテナ軸自 動方向調整システムを構築、雲台の制御信号は無線LANで伝送。伝送距 離 1 km において、アンテナ軸を自動的に調整可能であることを実証 無線装置 120 GHz 帯無線の仕様 アンテナ軸自動調整 機構の実証実験誤り訂正符号化技術
10 誤り訂正符号化装置 ・ 10Gbps級の信号に対応し、HD‐SDI信号（1.5Gbps）を6本多重して誤り訂正 を行う誤り訂正符号化装置（RS符号連接方式：RS(986,966)+RS（252,236）） を新規開発 ・BERが10-10以下となるCN比での改善量は、伝送距離の約2倍延伸に相当す る約7.5 dB。誤り訂正による回線信頼性の向上に成功 10bit →8bit RS(8bit) ENC バイトインタ リーブ HD-SDI M U X ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 6並列 HD-SDI HD-SDI HD-SDI HD-SDI HD-SDI RS(10bit) ENC RS(10bit) ENC E/O 10Gbps I/F 誤り訂正符号化装置の構成 （誤り訂正符号化） 10bit →8bit RS(8bit) ENC バイトインタ リーブ11
伝送実験
フジテレビ湾岸スタジオ 東京ヘリポート 5.8 km 5.8 km 伝送実験の地図 SHV 伝送実験 11 ・ 40 mW 出力 120 GHz 帯無線装置と誤り訂正符号化装置から構成される 無線システムで伝送距離 5.8 kmでの 10 Gbps 信号（データ及びHD-SDI多 重信号）のエラーフリー伝送に成功 ・120 GHz帯無線装置と誤り訂正符号化装置を各3対向使用して、非圧縮 スーパーハイビジョン (SHV) 信号（デュアルグリーン方式：伝送速度 24 Gbps）の伝送実験（最大 1.3 km) を実施し、非圧縮SHV信号を安定して伝 送できることを確認12
放送現場での検証
HD信号＋制御信号 多重伝送システムの検証 特設中継スタジオ (BMC) 国際放送セン ター (IBC) 北京：オリンピック公園 120 GHz 帯無線 （伝送距離 1 km） JC フジテレビブース フジテレビ ＠日本 北京五輪での映像伝送トライアル 12 ・非圧縮 HD 映像信号に加えて、各種信号(VTR制御信号、タリー信号、連絡用音 声)を IP ネットワーク上で多重伝送するシステムを構成し、フジテレビ湾岸スタジ オーフジテレビ本社間の120GHz無線並行回線と組み合わせ、本多重伝送システム がIP技術を活用した、最新の放送局基幹システムとの親和性を有することを実証 ・北京五輪の番組制作現場で運用トライアルを実施し、伝送距離 1 km で40 度の炎 天下や降雨時も含め累積で 140 時間、回線エラー等が発生することなく伝送するこ とに成功学術・知的財産権への貢献
・知的財産や報道発表、学会発表、展示会出展、国際標準化活動への参加等 を積極的に実施、複数団体からの表彰（BIRTV Award、EuMIC Young
Engineers Prize、ARIB功績賞、映像情報メディア学会優秀研究発表賞、放送文 化基金賞）を受賞
標準化への貢献
・2009年１2月の ITU-R SG5 会合 120 GHz 帯無線の技術を記載した テクニカ ルレポート “Characteristics and applications of fixed wireless systems
operating in the 57GHz to 130 GHz bands” が成立
・2009 年7 月の電波政策懇談会において、将来のブロードブロンドバンド無線 を実現する周波数帯として120 GHz 帯無線技術が報告書（案）に掲載 ・2010 年2 月発表の「周波数再編アクションプラン」に非圧縮ハイビジョン多重 伝送用無線として120 GHz 帯無線の研究開発を推進することを記載
学術・知的財産権・標準化への貢献
13 特許取得数 特許出願数 論文掲載数 研究発表数 報道発表数 2 19 8 44 514
