毎秒数十ギガビットの伝送速度を有する300GHz帯を用いたテラヘルツ無線用 小型送受信機を世界で初めて開発し、高速データ伝送実験に成功 ～DVD1枚分のデータを数秒で転送するサービス実現に道～

1背景

ブロードバンドネットワークの普及拡大に伴い、無線通信を利用した高速データ伝送の検討が世界各国で進んでいます。超高精細画像の非圧縮リアルタイム無線伝送や大容量データの瞬時転送を実現するための毎秒数十ギガビット級の伝送速度を実現するために、未利用周波数帯の活用が求められており、特に、高速データ伝送が可能な、かつ、小型の無線装置の開発が求められています。
　テラヘルツ無線は、上記ニーズに応えられる技術として有望であり、産業的に未利用である300GHz帯の適用は新たな周波数資源の開拓としても期待されています。

2実験の成果

（1）テラヘルツ無線用小型送受信機による高速データ伝送実験

今回、超高速デバイスとして知られているインジウム燐高電子移動度トランジスタ（InP-HEMT）^（*2） を用いて、送受信機向けに高周波回路を設計、および集積回路（IC）化し、300GHz帯を用いたテラヘルツ無線用小型送受信機を実現しました。
　送信機は、ICを実装した金属パッケージ間およびアンテナを導波管で接続する一体化構造で実現し、毎秒20ギガビットのデータ送信を可能にします（図1）。一方、受信機は、スマートフォンサイズの端末への組み込みを想定して、アンテナ一体型金属パッケージにICを実装することで1ccサイズを実現（既報^{（*3）（*4）}）し、無線区間を介して受信した毎秒20ギガビットの無線信号を復調し、データ信号として出力します（図2）。また、300GHz帯の電波伝搬・計測技術について、電波暗室内での実験で検証しました（図3）。

実証実験では、図4に示すように、NTTの担当した送信機、前方誤り訂正（FEC）^（*5）などの信号処理部、富士通が担当した受信機、NICTが担当した電波伝搬・計測技術を持ち寄り、開発した送信機と受信機を対向させ、毎秒20ギガビットのデータ伝送を実施し、その結果、1mを超える伝送距離において、エラーフリー伝送^（*6）が可能となることを確認しました（図5）。

3今後の展望

今後、更なる伝送速度の高速化、通信シーケンスの効率化を図るとともに、周波数の利用検討を見越した、コンテンツダウンロードをはじめとするユースケースの検討に取り組んでいきます。

4用語解説

^＊1テラヘルツ波
103を「キロ（k）」と呼ぶのと同様に、109を「ギガ（G）」、1012を「テラ（T）」と呼ぶ。「ヘルツ（Hz）」は交流電気信号や電磁波が、1秒間に何回極性（プラスとマイナス）を変えるかを示す、周波数と呼ばれる物理量の単位。つまり、1テラヘルツ（1THz＝1,000GHz）は、1秒間に1×1012回極性を変える電磁波の周波数である。一般に、テラヘルツ波は、0.1THzから10THzの電磁波を指し示すことが多い。

^＊2インジウム燐高電子移動度トランジスタ（InP-HEMT）
化合物半導体インジウム燐（InP）を用いた高電子移動度トランジスタ（HEMT：High Electron Mobility Transistor）。

^＊3「ミリ波（240GHz）帯大容量ギガビット無線通信機に向けた高感度受信IC技術を開発」2013年10月17日プレスリリース
（http://pr.fujitsu.com/jp/news/2013/10/17.html ）

^＊4「世界初、毎秒数十ギガビットの高速無線通信に向けた300GHz帯小型受信機を開発 ～容積を1立方センチメートル以下に抑え、携帯端末で4Kや8K高精細映像の瞬時転送が可能に～」2015年9月8日プレスリリース
（http://pr.fujitsu.com/jp/news/2015/09/8-1.html ）

^＊5前方誤り訂正（FEC）
データを伝送する際などに発生する誤りを訂正するために、送り手側で符号を付加して、受け手の側で誤りを検出し訂正すること。FEC：Forward Error Correction。

^＊6エラーフリー伝送 信号を誤りなしで受信する伝送。前方誤り訂正により誤りを訂正したり、誤り発生時に信号を再送したりすることにより実現される。

^＊7偏波
電磁波の振動方向が、一定の方向である電磁波。