第 4 章テラヘルツ無線の実現に向けて 4-1 テラヘルツ無線の考え方とその利用シーン 利用シーンの分類とイメージテラヘルツ帯電磁波の特徴を活かしたテラヘルツ帯無線の応用シーンを表 4-1-1にまとめる 応用シーンは伝送距離にして 1cm 程度から数万 km にも及び 今後デバイス開発が

第４章 テラヘルツ無線の実現に向けて ４－１ テラヘルツ無線の考え方とその利用シーン ４－１－１ 利用シーンの分類とイメージ テラヘルツ帯電磁波の特徴を活かしたテラヘルツ帯無線の応用シーンを表４－１－１に まとめる。応用シーンは伝送距離にして 1cm 程度から数万 km にも及び、今後デバイス開発 が進展することによって幅広い応用可能性があると言える。特に身近な距離の伝送におい て、テラヘルツ帯無線の特徴（ミリ波帯より大容量、小型、かつ光波帯より位置合わせが 容易）を活かした格段に利便性の高いシステムを構築できると考えられる。 距離 アプリ 特徴 利用シーン 数万km ～100km 宇宙-成層圏 基幹超高速 無線ネット ワーク ・衛星-衛星間リンクでは真空 中のため大気減衰なし。 ・ミリ波帯より大容量、かつ小 さなアンテナ。 ・光帯より位置合わせが容易 （簡易なポインティングデ バイス） ・宇宙-成層圏リンクにおいて は大部分は真空中、高度10km 程度と衛星軌道間は大気窓 がかなりある。減衰～3dB程 度。 ・地上～衛星間リンク(フィー ダーリンク)は多値変調ミリ 波帯無線による。 ・複数の周回衛星により、地上の光ファイバ 網とは独立した低遅延基幹網を構成。 ・成層圏航空機からのリンク（ＴＨｚ帯） ・ミリ波帯フィーダーリンクにより、地球上 のあらゆる地点から利用可能（災害現場等 からの非常時大容量リンクによる被災状 況の把握。海上船舶からのリンク（ミリ波 帯）、未開発地帯からのリンク（ミリ波帯） 等。）。 数km 基幹光ファイバ通信の 補完 ・300GHz帯程度以下、多値変調 を用いた100Gbps級-1km級伝 送 ・ミリ波帯より大容量、かつ小 さなアンテナ。 ・光帯より位置合わせが容易 （簡易なポインティングデ バイス）、かつシンチレーシ ョンの影響が少ない。 ・川越え、谷越え、等 ・ルーラルエリアにおける光ネットワークの 補完（無線メッシュネットワーク） 1km 超高速固定無線アクセ ス ・ビル-ビル間、スポーツ中継現場の臨時回 線 数百m 第5世代携帯_電話 ・フェイズドアレイアンテナが ミリ波帯より小型（面積で数 十分の1）にできる。 ・ミリ波帯より大容量、かつ小 さなアンテナ。 ・光帯より位置合わせが容易 （簡易なポインティングデ バイス） ・ヘテロジーニアス無線アクセス 数十m 超高速無線L_AN ・シンクライアント、超高速ファイル転送 10m以下 超高速無線インターフ ェース ・バーチャル会議、バーチャル講義 ・航空機内エンターテインメント ・高精細画像のストリーミング伝送 [遠隔医 療・手術、超高精細ディスプレーとセット ボックス間のストリーミング伝送（超高解 像度ディスプレーのロケーションフリー 化） 、スタジオ内の超高精細カメラ映像 のストリーミング伝送、航空機操縦シミュ レーション、オンラインゲーム、電脳メガ ネ（実映像と3D映像の重ね合わせ：超高精 細ヘッドマウントディスプレーへのスト リーミング3D映像伝送によるAR技術）な ど] 数m以下 高速鉄道・高 速道路への 超高速リン ク ・鉄道、高速道路に沿ったエリアに限定され た無線（リニアセル）により、路車間を超 高速にリンクし、車内での超高速ネットワ ーク環境を構成する。 ・車内のデジタルデバイド状況を解決。 ・映像を含めた運転時ログをクラウドへ→交 通事故ゼロへ 61

10cm以 下 超高速無線 データバス （インター コネクト：ボ ード間/チッ プ間） ・データバスの無線化。1m四方 ～10cm四方中に多数の数十G b/s級の無線局（携帯電話（1 GHz）の1/1000のダウンスケ ーリング） ・配線不要の超高速無線データバス 1cm以下 近接瞬時転送（KIOSKダ ウンロード） 大容量コンテンツの瞬時転送、 10秒以下の転送時間（タッチ通 信） ・携帯機器間、携帯機器とネットーワーク端 末間での高精細写真、ムービーファイル（H D,SHD,3D）等のシェアリング 表４－１－１ テラヘルツ帯無線一覧表 今後 10 年以内程度で、電子デバイス・回路技術が扱える周波数帯が超高周波であるテラ ヘルツ帯にまで及ぶ。例えば、60GHz 帯でフェイズドアレイアンテナを用い伝送レートが数 Gbps、伝送距離が 10m 程度のシステムが実現されている。これが 10 年以内に、300GHz 帯で フェイズドアレイアンテナを用い伝送レートが数十 Gbps、伝送距離が 10m 程度のシステム が実現できると予測される。フェイズドアレイアンテナは 60GHz 帯では 20mm 四方程度の面 積を必要としているが、300GHz 帯では波長の比である長さで 1/5、面積で 1/25 だけ小さく でき、4mm 四方程度の面積で実現できるため、携帯機器に搭載できると考えられる。 このような大容量小型の無線は、様々な利用シーンでの応用が期待できる。次頁以降に 応用シーンの具体例を示す。

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Opening the Terahertz Spectrum “Window”

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So Why Terahertz?

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Airplane Data Link

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Cabin Broadband Links

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Short-distance high-data rate transfer for communications, entertainment,

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Digital Download Kiosk’

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for high speed video and data downloads,

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Education, Business

Information And Telepresenc

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Initial THz Communication Applications

㪎 A fter D. Britz (AT&T) doc.: IEEE 802.15-15-10-0150-00-0thz Wi-Fi 3/4G Mic r ocell Out d oor THz Nanocel l Cluster Omni and direct ed I n door THz Stand alon e Nanocel l Indoor THz Nanocells tr ansmissions can be contained

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Longer distance “directed beam” applications

Low frequency RF goes Everywhere requiring rigid frequency control to avoid interferenc e 㪏 A fter D. Britz (AT&T) doc.: IEEE 802.15-15-10-0150-00-0thz

Microcell

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４－１－２ 大容量・近接無線通信の実現に向けて（ケーススタディ） 講演概要 ○本調査検討会におけるヒアリングやデモ実験に対するアンケート結果を通して、大容量 データの瞬時転送ニーズが明らかになった。 ○携帯端末間や携帯端末と映像データ蓄積装置間での大容量映像データ転送ニーズに焦点 を絞り、将来必要になる無線伝送速度を明らかにした。 ○マイクロ波帯を用いた至近距離無線「TransferJet」のヒアリングで、テラヘルツ波帯の 情報通信利用について多くのヒントを得た。コンセプトは「Touch & Get」であり、タッ チすると接続・離すと切断というシンプルで分かり易い操作性とし、ネットリテラシー の低いユーザでも直感的に使える無線を目指している。また、モバイル機器がメインタ ーゲットであり、1 対 1 通信に限定したシンプルな構成とすることで、小型化・低コスト 化を狙っている。通信距離を非常に短くすることで通信相手を限定可能とし、盗聴可能 性が低く、最高 560Mbps という快適な転送を実現している。転送時間は利用シーンを想 定すると 10 秒程度が限界だろう。 ○日本が強みとしている高精細映像規格が進展すると扱う映像データ量は非常に大きくな る。10M ピクセルのデジタルカメラで撮影した画像が 150 枚程度であれば CD に保存でき る 700MB 程度で済むが、映像になると２時間の SD 規格の映像データで 11GB、これが SHD 規格になると 63GB になり、10Gbps 以上の伝送速度でないと 10 秒以下の瞬時転送は難し くなる。更に、２時間の SHD 規格の映画のダウンロードでは 100Gbps 以上の伝送速度が 必要になると考えられる、さらに、インテグレル方式の３次元映像データはもっとデー タ容量が大きくなる。 ○上記の大容量・近接無線モジュールを世界に広く普及している携帯端末等に搭載するた め、300GHz を超える周波数帯で広帯域を占有する ASK 変調方式で単純な構成のアンテナ 一体型無線モジュールを開発するアプローチは有力な開発指針の一つと考えられる。 ○想定している利用シーンを実現するためには、要素技術としての「処理」、「転送」、 「蓄積」、「表示」の技術を有する産業界と連携して開発を推進すべきである。ビジネ スモデル構築に向けた関連業界として通信・放送業界、広告業界、ゲーム機メーカー、 コンテンツ・クリエータ、及びコンテンツ流通業界と連携すべきと考えられる。日本が 強みとしている上記産業の復権に向けて、産官学の連携が必要である。 （テーマ） 大容量・近接無線通信ニーズと実現技術 （講 師） 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 スマートデバイス研究部 門 勇一 部長

質疑応答（委員会での議論） ○ＳＳＤ（コンピュータの外部記憶装置として用いる半導体メモリ）の進化の表を見ると、 現状は FushionIO 80GB の読み出し速度は 800MB/s となっており、80GB を読み出すのに 100 秒かかる。これを 10 秒で転送させようとするとその 10 倍の転送速度が必要となる。 これに対してはメモリの並列化しかないのか。 →次の世代になると、5倍程度の速度改善が可能と聞いている。現状の能力では、メモリ を並列化したボードと組み合わせて対応することになるだろう。 ○帯域を広くとって変調方式はＡＳＫでシンプルにするというアプローチは、魅力的な考 え方と思うが、普及のために課題等はあるか。 →スタンダードをどうするのかということが一番のポイント。例えばＵＷＢ（超広帯域 無線）はインパルス波という非常にシンプルな方式だが広帯域を必要とする。しかし 電力が小さいから周波数共用ができるということで世界的に使われるようになり、電 波監理上問題がないとして認められるようになった。テラヘルツ波についても、シン プルな変調で広帯域使用が世界的なトレンドで、電波天文等他の用途との調整がとれ るようであれば可能ではないかと思う。そのためには、IEEEでの仕掛け作りなどが重 要だろう。 →ビットレートを上げるために、キャリアの高周波化を進めるのは意味があるのかどう か、最近それが正しいことが分かった。未発表だが300GHzまで周波数を上げて実験を した結果、わずか10μＷで計測器の限界を超えた。おそらく15～20Gbpsは可能ではな いか。つまりキャリアの周波数を上げることでビットレートを高速化するのは非常に 有効であることが分かった。120GHzの場合、１mＷで10Gbpsという結果を出すのにかな り苦労したが、近距離であれば非常に小さいパワーで10Gbpsを超えることができる。 あとは干渉の問題。電波天文との干渉がなければ光に近い扱いができる。アプリケー ションを近接にしてローパワーで高周波化するという考えは、間違っていないと実感 している。 →光に近いけれども位置合わせが容易で、アンテナ等の工夫により、誰でも使えるとい う点が普及のポイントになるだろう。アンテナ等が非常に小さくなるので、実装して しまってモジュール化を進めることによって、普及が加速すると思う。 ○国策として開発を支援すべきとの提案があるが、実装する場合のボトルネックはどこに あり、何を解決すべきなのかというのは想定されているか。 →発振のためのキーデバイスをどうするのかがポイント。超高速電子デバイスについて は日本の化合物半導体メーカーが力を発揮してきたが、無線モジュールの低コスト化 に向けてＣＭＯＳ等安定したデバイスの供給については懸念している。 →フォトニクスではこの周波数帯は使えると思っているが、やはりその次は電子デバイ スの出番。化合物の電子デバイスからCMOSの順番だろう。最新のテラヘルツ帯の計測 器の例では、電波天文用などで開発してきた技術を持った会社のデバイスを組み込む ことで汎用的な測定器を作り出している。これは化合物電子デバイスの役目であり日 本の化合物半導体メーカーが行うのが望ましい。これによってマーケットが広がった ところに、安価な製品を可能にするＣＭＯＳ技術を投入し競争が生まれるのではない 67

かと思う。まずは、化合物半導体を牽引する体制構築が重要ではないか。そうした体 制があると、ずいぶんテラヘルツ波の応用研究が進み、応用も開拓されると思う。 →最終的にはシリコンというのは、外せないだろう。海外の最新の成果はＷ帯（75～ 110GHz）でアンプが480ｍＷでFECCが10%というのがでている。逓倍していけば10μＷ というのは簡単にクリアできる。さらに複雑でない変調方式であればこれ以上なにも 要らない。ガリウムナイトライトが出てくると、全て逓倍器で対応できるのでそうい った海外の動きも注視が必要だろう。 →アジア圏を念頭に置いてもよいのではないかと感じる。台湾などアジアのCMOSのファ ウンドリー（受託生産会社）を企業や大学が使えるという連携シナリオも検討に値す ると思う。

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