面向通信速度是高速通信标准“5G”10倍以上的“Beyond 5G/6G”及之后的“7G”时代，日本掀起了开发用低功耗实现大容量通信网技术的热潮。日本信息通信研究机构（NICT）等共同开发了让无线基站简易化，可以大幅节能和降低成本的技术。这有可能成为各类终端以超高速网络互联的2050年的社会基础设施。

     

NICT在研究中使用的相当于基站的无线接收器（由NICT提供）

   

      6G以后的通信标准的目标是实现每秒10GB级的高速通信，这一速度将相当于5G的10～100倍。预计将使用被称作毫米波的30～300GHz（吉赫）频段以及THz（太赫兹）频段等，比现行5G更高的频段。

 

      与此同时，耗电量增大成为有待解决的问题。毫米波及太赫兹频段的电波难以弯曲，传输距离短。NICT网络研究所光学ICT研究中心的菅野敦史光接入研究室长表示，要想确保与现有标准相同水平的通信覆盖范围“需要每隔100米设置一处基站”。简单计算，基站数量将增至原来的100倍。

 

      处理每秒100GB以上的无线信号的负担也很重，处理信号用的电子部件的耗电量将增大。如果跟4G和5G一样，采用由基站处理的系统结构，将变成耗电量巨大的无线通信网。

   

      为此，NICT、日本住友大阪水泥和早稻田大学正在研究新的处理系统。该系统利用将信号处理功能集中到由光纤线路连接各地基站的收容站，然后将基站接收的无线信号直接加载到光纤线路上并由收容站进行处理。目的是简化基站的功能，降低整体的耗电量。

 

      在模拟基站和收容站的试验环境下，成功实现将毫米波无线信号通过光纤直接传输。通信速度相当于每秒71GB。

  

      NICT等新开发的有两项技术。一是将基站接收的无线信号转换成光信号的部件。该部件与支持50GHz以下频段的市售品使用同一材料，通过精密加工将基板的结晶厚度降至100微米以下，只有原来的五分之一。这可以将电波中途泄漏的现象降到最小限度，还高速支持100GHz以上的频段。

 

      第2项技术是将无线信号直接从基站传输到光纤的“光纤无线”技术。通过采用从收容站端发送信号的方法，经由光纤向各基站发送作为基准（可确定收发无线信号的频段）的信号。

         

      不过，相关技术要推向实用化，还存在需要解决的课题。比如进一步提高转换用零部件的效率，以及在无法正确发送光纤信号时的备用方案等。即便如此，在2020年代中期～2030年前后，估计面向移动运营商的部分系统的相关开发也会取得进展。

 

      在预计6G将成为主流的2030年中期，系统可能会不断普及。简易基站在成本上具有优势，将易于扩大通信覆盖区域。预计在2040年以后的7G时代，太赫兹频段的通信也将得到应用。菅野室长预测说“2050年代，各种终端在用户意识不到通信网络的情况下超高速连接的社会将会实现”。

   

      5G也能轻松传输电波

  

      日本以外的国家等也在推进利用光纤直接传输超高速通信无线信号的研究。比如，瑞士苏黎世联邦理工学院2018年利用电子振动物理现象“等离激元（Plasmon）”，通过超过300GHz的频段成功传输了无线信号。

 

      从技术层面来说，也可应用于太赫兹频段，其前景十分广阔。NICT使用的材料与市售品相同，而苏黎世联邦理工学院的技术则不同，仅处于在试验环境中验证原理的阶段。适合商用网络的转换用零部件的安装可能还需要很长时间。

  

      利用光纤直接传输无线信号的技术，还作为覆盖大楼等室内通信范围外的方法而备受关注。原因是，电波的传输频段越高，越不容易传输到室内的各个角落。

  

      2020年12月，日本KDDI综合研究所、矢崎总业、早稻田大学与NICT合作，成功进行了利用光纤将无线信号传输到大楼内基站的试验。实现了每秒27Gbit的信号传输，超过5G的每秒10Gbit。据说这在全世界也属罕见。

 

     作为无需等待6G普及、将5G扩大到室内各个角落的方法，普通用户有望在不知不觉中享受到直接传输技术带来的恩惠。

 

     日本经济新闻（中文版：日经中文网） 岛津忠承

 

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