【世界初】5Gの電波が追いかけてくる時代へ NTTとドコモ、ユーザーの動きを追従して基地局の電波方向を変える実験に成功

日本電信電話株式会社(NTT)と株式会社NTTドコモは、「電波反射方向を制御するメタサーフェス反射板(RIS反射板)」と28GHz帯5G基地局を用いて、ユーザーの動きに合わせて基地局からの電波の反射方向を動的に変更させる実験に世界で初めて成功した。(※ 冒頭の画像:ユーザー追従型メタサーフェス制御実証システム)

これにより、遮蔽物により基地局のアンテナが見通せない場所でも、移動するユーザーに電波を届けることが可能となり、工場やオフィスなどの遮蔽物が多い場所での高周波数帯の電波の利用シーンが拡大するといえる。

両社は、今後は6G時代を見据え、より高い周波数帯でも超高速無線通信を安定して提供するためのエリア化ツールとして実用化をめざし検証を進めていくと述べている。

なお、メタサーフェスとは、波長に対して小さい構造体を周期配置して任意の誘電率・透磁率を実現する人工媒質(メタマテリアル)の一種であり、RIS(Reconfigurable Intelligent Surface)とは、反射板表面に電気的に位相を切り替える素子を配列し、反射方向を適応的に変えることができるメタサーフェスデバイスのことだ。



同実証実験について

5Gサービスで利用している28GHz帯(ミリ波帯)や、6Gに向けて開拓を進めているさらに高い周波数帯の電波は直進性が強いため、遮蔽物により基地局のアンテナが見通せない場所での通信エリア化が課題となっており、その解決に電波の反射の活用が期待されている。RIS反射板は適切な方向に基地局からの電波を反射させる技術だが、特定の方向のみに反射するため、エリア改善も特定の方向に限られたものだった。そこで、実証実験にて、窓を介して室内に浸透してきた基地局からの電波を、RIS反射板が適切に電波の反射方向を制御することで、移動する受信機での受信電力を広範囲に改善できることを確認した。NTTで研究開発した反射制御技術を適用したRIS反射板を用い、ドコモが屋内エリア設計と基地局運用を行い、RIS反射板の屋内での有用性を確認。なお、同実験において用いたRIS反射板は、開発元であるAGCの実験協力のもと運用した。


▼ 実証実験概要

実験内容 NTT横須賀研究開発センタ内において、28GHz帯5G実験試験局を用いて実験を実施。同実験では、基地局を室外(屋内)に設置し、入り口に設けた窓を通って室内に浸透してきた電波をRIS反射板により反射させたときの受信電力の改善具合を測定した。NTTが試作した反射制御システムをAGC株式会社の開発品である28GHz帯RIS反射板に接続して検証。反射制御システムは屋内走行ロボットに搭載した移動する受信機から環境情報を取得し、それらの情報を用いてRIS反射板を動的に制御した。
実験成果 今回の実験環境下において、反射制御システムによるRIS反射板の制御により、RISがない場合に比べて28GHz帯の受信電力が最大で20dB程度改善することを確認し、RIS反射板を用いたユーザー追従制御の有用性を確認した。
実験期間 2021年10月8日(金)~10月22日(金)
使用周波数帯 28GHz帯(帯域幅:300MHz)
各社の役割 【NTT】ユーザーを追従し無線エリアを面的に拡大する反射制御技術
【ドコモ】28GHz帯のRIS反射板を用いたエリア設計・評価

【実験環境】

【実験設備】

【受信電力の測定結果】上:RIS なし:下:RIS 制御あり




同実験の結果と今後の取り組み

今回、NTTが研究開発を行ってきた「ユーザーの移動に合わせて動的に反射方向を制御する反射制御技術」をAGC株式会社の開発品であるミリ波帯のRIS反射板に適用することで、5G以降の世代で利用される高周波数帯にて、ユーザーの移動に合わせた効率的なエリア構築が可能になった。同取り組みは、5Gおよび5G evolution&6Gに向けた高周波数帯エリア構築技術の有力な1つの候補として検討を進めており、引き続き両社は、高周波数帯における効率的かつ柔軟なエリア構築手法の確立をめざして研究開発に取り組んでいく予定だ。なお、同実験で用いたRIS反射板は2021年11月16日~19日に開催予定の「NTT R&Dフォーラム ― Road to IOWN 2021」にて展示予定となっている。

NTT R&Dフォーラム:http://www.rd.ntt/forum/

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ロボスタ編集部
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