【世界初】KDDIと京セラがミリ波エリアを飛躍的に拡大する無線中継技術の開発に成功　道路のカバー率を33％から99％に飛躍的に拡大

2024年12月16日 By ロボスタ編集部

KDDIと京セラは2024年12月16日、5Gの高度化/6G時代における高周波数帯活用に有効な、ミリ波（28GHz帯）通信エリアを効率的に拡張する無線中継技術の開発に世界で初めて成功したことを明らかにした。

開発された技術を実装した中継器を東京都の西新宿ビル街に展開した結果、既存のミリ波のカバー率と比較し、道路のカバー率を33％から99％に飛躍的に拡大できることを確認した。両社は2025年3月31日まで本試験を継続し、今後トラフィックの増加を見込む繁華街や駅、競技場などでのさらなる高速で安定した通信サービスの提供に向け、本技術の2025年度の実用化を目指す。

今回開発された技術は従来の無線中継技術で構成される受信機能(ドナー)と送信機能（サービス）の独立概念を一新し、送受信機能を備え、無線環境に適応して動的にその役割の切り替えを可能とする。これにより、ミリ波の基地局と連携しながら自律的かつ連続的なエリア形成が可能となる。本技術は、高周波数化が進む6Gにおいても適用可能であり、高周波数帯の利用促進に大きく貢献する。

両社は、今後も5Gの高度化技術の拡大・普及に取り組み、高品質な通信サービスの提供とお客さまの利便性向上に取り組むとしている。

中継器自体が自律的に形成し、ミリ波エリアを効率的に拡張する特長を備る

ミリ波帯は高速通信が可能なため、駅のホームや競技場、待ち合わせ場所など人が集中する場所への設置を多く行っている。反面、直進性が強く、ビルや樹木などの影響を受けやすい性質を持つため、他の周波数帯と同様にビルの屋上などにアンテナを設置する場合は、ミリ波帯の通信エリアが狭いエリアに点在して形成され、連続・緻密な展開には多くの基地局投資が必要である。あわせて、基地局の設置場所の確保に加え、バックホールとなる光ファイバー回線の敷設およびその運用コストも課題となっている。

一方で5Gの普及、6Gに向けてトラフィックの継続的な増加が見込まれるため、ミリ波を含む高周波数帯の活用は必要不可欠であり、これらの課題解決が世界的に求められている。

本技術は、受信したミリ波基地局の電波の中継網を、中継器自体が自律的に形成し、ミリ波エリアを効率的に拡張する特長を備えている。本技術を搭載した中継器は、相互に連携してメッシュ状につながり、ミリ波エリアの拡張が可能になる。

開発された中継器装置は電源供給だけで動作し、バックホール回線も必要がないため、設置が容易であるだけでなく、オペレーションコストの大幅な削減も実現できる。あわせて、中継器の徹底した小型化と軽量化を行い、街路灯などへの設置を可能とした。

本技術のフィールドでの性能確認を目的に、東京都が推進する「つながる東京」展開方針の下、東京都と新宿区が保有する街路灯および地下出入口などに、合計22台の中継器を設置。本試験は2024年10月から実施し、西新宿地区の約600メートル四方の範囲において、既存のミリ波のカバー率と比較し、道路のカバー率を33％から99％に拡大したことを確認した。

開発された中継器の特長

本中継器は以下3つの特長を備えている。

1：自律的なエリア形成

従来技術と本技術の比較

従来の中継技術では、基地局から受信するアンテナをドナー面、増幅して送信するアンテナをサービス面と役割を決める中継方法が一般的であり、エリアを構築する上では、基地局に対して各アンテナの役割と指向方向を調整する必要があった。

これに対し、本中継器では、各アンテナでドナー面とサービス面の両機能を具備し、ミリ波基地局から受信したアンテナ面をドナー面として、その他アンテナをサービス面として動的に切り替えることで、ミリ波エリアの自律的なエリア形成と効率的なエリア拡張を実現する。これにより、本中継器同士が網目のようにつながり、メッシュ状にエリア構築を可能とする。

この特長により、従来の中継器で必要とされたアンテナの役割・送受信方向の調整を不要とし、中継器の設置場所の自由度を高めるとともに、工事設計の簡略化を実現した。

2：中継ルートの最適化

中継ルートの最適化

開発された中継器は、複数の方向から受信するミリ波電波のうち、最も無線品質の良い中継ルートを選択し、メッシュ状のエリアを形成する。ミリ波基地局または隣接の中継器から受信する信号の劣化を検知した場合、最適な中継ルートを計算し、瞬時に切り替えを行う。建物建設や樹木などの環境変化により中継ルートが遮蔽された場合も、常に最適な中継ルートを自律的に選択し、最適化を行う。

3：小型軽量

本中継器は小型（縦216mm、横216mm、高さ246mm）で、重さ4.9kgであり、一般的なミリ波用の基地局に比べて大きさと重さを約7割削減。これにより、設置性が向上しただけでなく、景観や環境への負荷も低減され、街路灯などへの設置が可能になった。

試験について

1：概要

・本中継器によるミリ波エリアの拡大効果を確認するため、東京都と新宿区が保有する街路灯などに中継器を設置し、フィールドでの性能確認を実施。西新宿ビル街に合計22台の中継器を設置し、ミリ波エリアを測定した結果、既存のミリ波のカバー率と比較し、道路のカバー率を33%から99%まで拡張したことを確認した。

・本中継器で送信した電波は、同一基地局から送信される電波とは干渉しないため、電波干渉の設計を省略した上で、ミリ波エリアを拡大できることを確認した。

2：試験期間

2024年10月29日から2025年3月31日

3：試験場所

試験場所 ※出典：地理院地図をもとにKDDIが作成

4：各社の役割

KDDI	ミリ波中継技術開発、本試験の企画・実行
京セラ	ミリ波中継器（装置）開発

5：協力

東京都	西新宿地区の東京都保有の街路灯などを設置場所として提供
新宿区	西新宿地区の新宿区保有の街路灯を設置場所として提供