超高速ビームフォーミングが可能なミリ波帯フェーズドアレイ無線機を開発 Beyond 5Gに向けてミリ波のさらなる有効活用へ大きな一歩

用語説明

[用語1] Beyond 5G : 第5世代移動通信システム（5G）の次の世代の移動通信システム。

[用語2] ミリ波 : 波長が1～10 mm、周波数が30～300 GHzの電波。

[用語3] フェーズドアレイ : 複数のアンテナをアレイ状に配置（アレイアンテナ）し、各アンテナへ位相差・振幅差をつけた信号を給電する技術。ビームフォーミングの実現に利用される。

[用語4] 第5世代移動通信システム（5G） : 2019年に展開を開始した、国際的な移動通信ネットワークの第5世代技術標準。現在ほとんどの携帯電話に用いられている第4世代移動通信システム（4G）ネットワークの後継の規格である。4Gまでは、6 GHz以下の周波数帯が用いられてきたが、5Gではその6 GHz以下の周波数帯にあわせて、ミリ波も利用することで大幅な通信速度の向上を可能としている。

[用語5] 大規模MIMO : MIMO（multiple input multiple output）とは、複数の送受信アンテナを使用することで、複数の無線通信経路を確立し、利用する技術であり、帯域あたりの伝送速度の向上が可能である。大規模MIMOは、より多数のアンテナを用いるMIMO技術の総称である。Massive MIMO（マッシブマイモ）と呼ばれることが多い。

[用語6] ビームパターン : アンテナから放射される電波のパターンのことで、方向によって放射される電波が強くなるところや、弱くなるところがあり、その指向性のパターンを表す。ビームパターン切り替えとは、ビームフォーミング技術を用いて、ビームパターンを切り替えること。

[用語7] 移相器 : 入力信号に対して位相が一定量増減した信号を出力する回路のことで、位相の変化量はデジタル信号や電圧により制御可能なものもあり、ビームフォーミングの実現に利用される。スイッチ型の移相器とは、移相器の方式の一種であり、スイッチの切り替えにより位相差を変化させることができるが、分解能が荒い。パイ型の移相器とは、移相器の方式の一種であり、パイ型の回路構成を持ち、抵抗等の変化により位相差を変化させることができるが、変化範囲が狭い。

[用語8] 256QAM : デジタルデータと電波や電気信号の間で相互に変換を行うためのデジタル変調方式の1つ。AMラジオ等で用いられるAM（Amplitude Modulation）変調は搬送波の振幅を利用した変調方式であるが、QAM（Quadrature Amplitude Modulation）は搬送波の位相と振幅の両方を利用した変調方式である。データを示す位相と振幅の組み合わせの数が256通りであるものを256QAMと呼ぶ。256QAMでは、位相が直交する2つの波を合成して搬送波とし、それぞれに16段階の振幅を与えることで、合計での256値（16×16）のシンボルを利用して1度に8ビットの情報を伝送することができる。

[用語9] 偏波MIMO : 偏波とは、電波が空間を伝わるときに波が振動する方向のことで、振動方向が一定で、電界が地面に対して垂直な偏波を垂直偏波、電界が水平な偏波を水平偏波と呼ぶ。偏波MIMOとはMIMO技術の一種であり、適切なアンテナを用いることで、特定の偏波の電波を取り出すことが可能であり、水平偏波と垂直偏波の2つの偏波を用いて複数の通信経路を作り出すMIMO技術を、特に偏波MIMOという。

[用語10] 到来方向推定 : 電波がどちらの方向から到来しているかを推定する技術。

[用語11] デジタルトランスフォーメーション（DX） : 5G、IoT、AI等の通信・デジタル技術を活用・浸透させることで、人々の生活や社会の構造などをより望ましい方向に変化させていく概念をいう。

[用語12] ビームフォーミング : アンテナからのビームパターンを制御すること。一般的にはアレイアンテナを用いて、各アンテナから送受信される信号の位相と振幅を制御することにより実現する。電波の放射パターンを特定の方向に向けて細く絞り、遠くまで届けることができる。位相と振幅の制御の方法による分類として、アナログ回路部分で位相と振幅を変化させるアナログビームフォーミングと、デジタル回路部分で変化させるデジタルビームフォーミング、両者を組み合わせたハイブリッドビームフォーミングがある。ミリ波帯では多数のアンテナを用いるため、デジタル方式では回路規模と消費電力が莫大になるため使用されておらず、アナログ方式が用いられている。

[用語13] WLCSP（Wafer Level Chip Size Package）技術 : 半導体ICチップのパッケージ技術の一種。ICチップと同じ面積で実現できる非常に小型かつ安価なパッケージ技術。

[用語14] ビームトラッキング : ビームフォーミングにより、通信相手の移動にあわせてビーム方向を向ける技術。