NICT電磁波研究所シンポジウム

電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”で持続社会へ貢献する
電磁波研究の役割と拡がり

国立高等専門学校機構 顧問
東京工業大学 名誉教授
安藤 真
1

目次

１．科学技術をとりまく
世界の動向と日本の課題

２．電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”における電磁波の役割
３．NICTと電磁波研究所の役割
Society5.0の実現へ向けて

４．最後に
講演には、内閣府、総務省、JSTなどの資料、報道記事も引用させていただいた。2

科学技術をとりまく世界の動向と日本の課題

3

4

ICSU＋ ISSC →Natural Sci. Social Sci.

ISC

いつでもどこでも、必要なだれとでも何とでもつながる「コミュニケーション基盤」を構築し、こ れ に よ り、 環 境 を 守 り 、 災 害 に 備 え 、 IT セ
キュリティを高めた「持続可能な社会」を実現し、「少子高齢化社会」に備え、あらゆる人に
健康と自立、豊かな人生を提供し、情報処理技術を核として新たな働き方や人間の気づきを促進する「知識社会」へと導くと予想した。

11

ドローン、GPS-8の字衛星、ＬＰＷＡ、８K/4K

５G 次世代移動通信
低速/多数、人と人→物と物

ロボット、マニピュレータ、自動運転
８K/4K、8の字衛星みちびき、G空間

量子コンピューティング;最適化問題
Big Data解析（半精度、演算速度）、異分野データ、人工知能（ＡＩ）「経済産業省のSociety 5.0 への取り組み」平成30年9月13日 2018年電子情報通信学会ソサエティ大会に加筆

15

16

目次

１．科学技術をとりまく
世界の動向と日本の課題

２．電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”における電磁波の役割
３．NICTと電磁波研究所の役割
Society5.0の実現へ向けて

４．最後に
17

Introduction to URSI（国際電波科学連合）• Union Radio-Scientifique Internationale. （URSI)• International Union of Radio Science.
– a non-governmental and not-for-profit organisation,– Operates under the auspices of the International
Science Council (ISC).
• URSI stimulates and co-ordinates international radio
science,– pure research,– applied research (applications).
URSI-JRSM2019 講演より抜粋と加筆

URSI Members

URSI has 44 Member countries• Flagship Meetings• Year 1: General Assembly and Scientific Symposium (GASS);• Year 2: Atlantic Radio Science Meeting (AT-RASC);• Year 3: Asia Pacific Radio Science Meeting (AP-RASC);• Commission led meetings.
• Member Committee national meetings.
• Supported international meetings.

10 URSI Commissions
URSI provides a unique link between science and eng.
over the full range of radio science disciplines• Commission A： 電磁波計測 (小山Chair)• Commission B： 電磁波• Commission C： 無線通信システム信号処理• Commission D： エレクトロニクス・フォトニクス
• Commission E： 電磁波の雑音・障害• Commission F：非電離媒質伝搬リモートセンシング• Commission G：電離圏電波伝搬• Commission H：プラズマ波動• Commission J： 電波天文学• Commission K： 医用生体電磁気学（佐々木ECR)(古濱元Chair、多氣元Chair、小口氏、杉浦氏、細川氏、小川氏
丸山氏、榎並氏、福地氏、手代木氏、井原氏、福永氏・・・ from NICT）

GASS-2020 2021- Rome

28 August – 4 September 2021
Submissions 11 Nov. 2020 to 31 January 2021
You will be invited to become an URSI member when you submit apaper to a flagship meetingIn the Beginning...
• 1864：Maxwell eqs.
• The history of URSI is intimately tied tothe history of wireless radio• 1894-95: Marconi (1874-1937)
demonstrated radio telegraphy• 1899: First transmissions overEnglish channel• 1901: First transatlantic
G. Marconi
transmission• 1902: Transmission at night > in daytime:
discovery of ionosphereInternational Radio Science Research
Robert Goldschmidt: Organizer and Secretary of Solvay conferences (1911 – 1913)

Seated (L-R): Walther Nernst, Marcel Brillouin, Ernest Solvay (not present, but portrait pasted), Hendrik Lorentz, Emil
Warburg, Jean Baptiste Perrin, Wilhelm Wien, Marie Skłodowska-Curie, and Henri Poincaré. Standing (L-R): RobertGoldschmidt, Max Planck, Heinrich Rubens, Arnold Sommerfeld, Frederick Lindemann, Maurice de Broglie, Martin
Knudsen, Friedrich Hasenöhrl, Georges Hostelet, Edouard Herzen, James Hopwood Jeans, Ernest Rutherford, Heike
Kamerlingh Onnes, Albert Einstein, and Paul Langevin.

1919 IRC founded →1931 ICSU
16 national committees
7 International Unions
Astoronomy
Biology
Chemistry
Geodesy & Geophysics
Mathematics
Physics
Radio science→

2018 ISC( ICSU+ISSC ）140 national &regional orgs incl. a
40 International unions
Intl. Geophysical Year
World climate research
Disaster Risk Management

Fig.1 URSI KEYDATES http://www.ursi.org/ursi_keydates.php

The Start of URSI

• Commissions in 1922:
I.
II.

Measurement Methods and Standardization
Radio Propagation
▪
▪

III.
IV.

Electromagnetic Field
Radio Goniometry

Atmospheric Disturbances
Liaison with Operators, Practitioners, andAmateurs

From the minutes:“In view of the moral and technical importance of theCommission on Measurement Methods and Standardisation,
as well as of the usefulness of its work for the public at large,
the Commission should be numbered ONE since it might draw
governmental subsidies”

Koga,
Yagi
1952「電波研究所」（郵政省電波研究所）

GTD

URSI remain
Independent Union
B?
B? C?
A
F?

G

B?
E?

J

H?

D

Fig.1 URSI KEYDATES http://www.ursi.org/ursi_keydates.php

1952「電波研究所」（郵政省電波研究所）

GTD

1988 通信総合研究所

2004 情報通信研究機

URSI remain
Independent Union
B?

B? C?

J

H?

www.ursi.org/ursi_keydates.php

K

URSI General Assemblies
1922
1927
1928
1931
1934
1938
1946
1948
1950
1952
1954
1957
1960
1963
1966
1969
1972

Brussels (Belgium)
Washington, DC (USA)Brussels (Belgium)
Copenhagen (Denmark)London (UK)
Venice (Italy)
Paris (France)
Stockholm (Sweden)
Zurich (Switzerland)
Sydney (Australia)
The Hague (Netherlands)
Boulder, CO (USA)London (UK)Tokyo (Japan)
Munich (Germany)
Ottawa (Canada)
Warsaw (Poland)

1975
Lima (Peru)*
1978
Helsinki (Finland)
1981
Washington, DC (USA)1984
Florence (Italy)
1987
Tel Aviv (Israel)
1990
Prague (Czechoslovakia)
1993
Kyoto (Japan)
1996
Lille (France)
1999
Toronto (Canada)
2002
Maastricht (Netherlands)
2005
New Delhi (India)
2008
Chicago, IL (USA)2011
Istanbul (Turkey)
2014
Beijing (China, CIE)
2017
Montreal (Canada)
20202021Rome (Italy)
2023
Sapporo (Japan)

PERIODPERSON

COUNTRY

2017-

Ando, M.

Japan

2014-17

Cannon, P.

U.K.

2011-14

Wilkinson, P.H.

Australia

2009-11

Lefeuvre, F

France2008-09

Brussaard, Gert

Netherlands

2005-08

Lefeuvre, F.

France2002-05

Schlegel, K.

Germany

1999-02

Matsumoto, H.

Japan

1996-99

Senior, T.B.A.

USA

1993-96

Bauer, P.

France1990-93

Jull, E.V.

Canada1987-90

Cullen, A.L.

UK

1984-87

Mitra, A.P.

India

1981-84

Gordon, W.E.

USA

1978-81

Christiansen, W.N.

Australia

1975-78

Voge, J.

France1972-75

Beynon, W.J.G.

UK

1969-72

Dieminger, W.

Germany

1966-69

Silver, S.

USA

1963-66

Koga, I.

Japan

1960-63

Smith-Rose, R.L.

UK

1957-60

Berkner, L.V.

USA

1952-57

Lejay, P.

France1934-52

Appleton, Sir E.V.

UK

1932-34

Kennelly, A.E.

USA

1932-32

Austin, L.W.

USA

1919-32

Ferrier, General G.

France

The Genesis of EMTS

• G. Woonton, G. Sinclair, R. C. Spencer,
and S. Silver were the organizing
committee• Sponsored by CNC and USNC
Commissions VI• First presentation of Keller’s Geometrical
Theory of Diffraction• 67 papers
Joseph Keller

EMTS
1953 Montreal, Canada,
S. Microwave Optics
1955 Michigan, USA, EWTS
1959 Toronto, Canada, EMTS
1962 Copenhagen, Denmark,
EMTS & Antennas
1965 Delft, Netherlands, EWTS
1968 Stresa, Italy, EMWS
1971 Tbilisi, USSR, EWTS
1974 London, UK, EWTS
1977 Stanford, USA, EWTS**
1980 Munich, Germany, EMWS
1983 Santiago de Compostela,
Spain, EMTS

1986 Budapest, Hungary, EMTS
1989 Stockholm, Sweden, EMTS
1992 Sydney, Australia, EMTS
1995 St. Petersburg, Russia, EMTS
1998 Thessaloniki, Greece, EMTS
2001 Victoria, Canada, EMTS
2004 Pisa, Italy, EMTS
2007 Ottawa, Canada, EMTS
2010 Berlin, Germany, EMTS
2013 Hiroshima, Japan, EMTS
2016 Espoo, Finland, EMTS
2019 San Diego, USA, EMTS

Commission B Chairs
1948-51 B. van der Pol
1952-53 L. C. Van Atta
1953-59 S. Silver
1960-62 J. Loeb
1963-68 F. L. H. M.
Stumpers
1969-71 H. M. Barlow
1972-74 K. M. Siegel
1975-77 J. Van Bladel
1978-80 L. B. Felsen
1981-83 H. G. Unger
1984-86 J. B. Andersen

1987-89 T. B. A. Senior
1990-92 F. Gardiol
1993-95 A. D. Olver
1996-99 C. M. Butler
1999-02 S. E. G. Ström
2002-05 M. Ando
2005-08 L. Shafai
2008-11 K. J. Langenberg
2011-14 G. Manara
2014-17 A. Sihvola
2017-20 K. Kobayashi

1952研究専門委員
会 信学会

Koga,
Yagi

1952「電波研究所」（郵政省電波研究所）
1958電磁界理論研究
専門委員会 電気学会 伊藤→岩片G 1963電磁界理論専門委
TD員会（常置）電気学会

2004
情報通信研究機構

岩片 →細野→安浦

1973電磁界理論研究専門委員会
電気学会 岩片
1981電磁界理論→細野→安浦研究専門委員会
信学会 安達Hiroshima
EMTS

URSI remain
Independent Union

C?

A
F?

G

E?

B
?
D

J

H?

Fig.1 URSI KEYDATES
http://www.ursi.org/ursi_keydates.php

KThe 1970s:
Commission B (Fields and waves) and URSI

• By early 1970s, URSI faced major
questions:– Should it remain an independent union?
– Should it focus on telecommunications or
geophysical problems? 通信とセンシング– What role would EM theory have?

• 1972 (Warsaw): URSI would remain an
independent Union of ICSU

Summary• Grew out of need for international radio
communication studies• Founded in 1919 as International Union of
Scientific Radio Telegraphy• Grew from 4 national Members to 44• Grew from 4 Commissions to 10• Major reorganization in 1975
• Now has three flagship meetings, Lettersand individual members

目次

１．科学技術をとりまく
世界の動向と日本の課題

２．電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”における電磁波の役割
３．NICTと電磁波研究所の役割
Society5.0の実現へ向けて

４．最後に
36

GTD 1952 Keller

Total Field Distribution

Processor: Intel® Xeon® CPU E3-1225 V2 @3.2 GHz 3.20 GHz
Memory (RAM): 16.0 GB
System: 64-bit LinuxTime Requirement: 5 minute1974 学士論文

Processor: Intel® Core(TN)i7-4930K CPU@
3.40 GHz 3.40 GHz
Memory (RAM): 64.0 GB
System: 64-bit Windows
Time Requirement: 18 hours

高周波回折現象のレーザーによるシミュレーション

現在に至るMethod of Equivalent
Edge Currents

Modified Edge
Representation(MER) 1992(rˆi +rˆo )  τˆ = 0nˆ  τˆ = 0

Fresnel Zone
Fresnel zone interpretationQ
n=3 n=2
n=1

L1

L2
Rx

Tx

L

Fresnel zone
( L1 + L2 ) − L   = n2

39
n:Fresnel zone number (FZN)

Fresnel Zonej

 4 LSQ LQP 1
4 LS Q LQP 1 
Ds ,h = −




L
+
L
FZN

L
+
L
FZN
2 2k 

SQ
QP
S Q
QP
e

4

Total Field at Z=-200 cm (in Shadow Region)
Frequency=10 GHz, ΔY=-5cm, cm ΔZ=+30 cm

Plate-2

Plate-1

“Tokyo Tech Wireless-Fiber Project”
2007.4-2012.3-2016.3
MM-wave Gigabit network for mobile Cloud
40GHz P-P

40G
Hz

40G
Hz
40GHz Active Mesh

44GHz Track Approach

GATE
GATE

６０GH帯通信用モジュール搭
載型情報端末（次世代iPad?)

60GHz

60GHz

GATE

60GHz GATE

６０GH帯通信用モジュール

GATE

60GHz GATE

Mobile GATE

-Smart phone

RF-CMOS chip image
東工大 松澤・岡田研 提供

Antenna PKG image

データ閲覧端末

アムシス 提供

contents viewer with 60GHz chip-Camera

“Tokyo Tech Wireless-Fiber Project”
2007.4-2012.3-2016.3

Milligate Operation Technology
Technical Issues :1.Position of pre-fetched chunks with movement prediction model
2.Protocol to aggregate wide-area and milliwave access networks

2. Server predicts user’s
mobility and pushes chunks
to Milligates

Sever

Wide Area Natwork (Wi-Fi/LTE/3G)
Milligate
Milligate

1. A user starts
file download
via wide area
network

3. When the user
enter the milligate
coverage area, theuser pre-fetches
chunks

4. Since the user uses
pre-fetched chunks, theuser does not need
download via wide area
network

5. When the user reach thenext milligate, the user prefetches more chunks.

44Frequency (GHz)Distance

(m)

10
10
10
10

50

4

100

1Gbpsx2=2Gbps

3

WIPAS

Backhaul
エントランス
B-WIPAS
B-WIPAS
6.0Gbps2

101

OutdoorDigital Electrical USB2.0
デジタル家電Equipment

Digital Electrical
Equipment（Movie）

デジタル家電
動 画

無線
Radio

0.1

1.0
Data Rate( Gbps )Indoor10“Tokyo Tech Wireless-Fiber Project 2”
2007.4-2012.3-2016.3

z

WiLAN
GH
Gigabit Access Trans. Equip. （GATE）
40（先行接続⇒大容量データ授受準備）

45dBi

1000

Hz
60G

Antenna

900

38 dB
34
800dB
30 dB
700

26 dB

distance [mm]

Hz
60G

5dBi

Antenna

600
22
dB

18
500dB
14 dB
400

60GHz

10 dB
6300
dB
2200
dB

60GHz

-2 dB

接続が持続しやすい

100

-6 dB
-200

-100

0

100

200

horizontal position [mm]Highly Intelligent CMOS 60GHz RF Frontend and BB Chip
○ 高度インテリジェンス性を備えた60GHz帯RFフロントエンド／ベーズバンドCMOS集積回路
雑音信号
重畳

RF フロントエンド
RF FE chip
60GHz in

自律性能補償機能、セルフテスト
機能等による無線特性の向上

A out

RX

LO
60GHz out

TX

ベースバンドB/B chip
ABB

CTL

A in

D out

DBB

制御部

環境温度・印加
電圧変化

制御部

プロセス
変動

ABB

DBB

CTL

D in

実装
搭載
携帯端末

無線アクセスゲート

6Gbps, 0.5W, GATEHigh efficiency modulation/demodulation 16QAM –CMOS Phase noise, IQ-imb., Propagation

Compact-Range Communication
Low-gain antenna
for access point??

Large array antenna
for the access point

MMW
carpet !!

Multi-Gb/s

Reception Zone

GATE

and Get(^o^)
Touch !

Electric Field Intensity [dBV/m]

Compact-Range Wireless Access System
60
R=

40

2D 2



20
(0.5 )(1.6 )2(5.0 )2( 16 )2
2( 50 )
2

0

-20
-40
100

101
102
103
104
Propagation Distance [mm]105Compact range

D=30cm @60GHz R1=1.5m R2=36m (64x64 45dBi)
D=15cm @60GHz R1=0.5m R2=12m (32x32 39dBi)

－ 200 －100

伝搬距離[mm]

250

500

750

1000

38 dB

0

34 dB
30 dB

100

26 dB

200 －200 －100
[mm]

22 dB
250

500

750

1000

0
100 200[mm]

2015/8/28[1]張 他 “大開口アンテナを用いたミリ波近距離通信受信領域拡大の基礎検討，”信学総大，B-1-89，2012-3．

18 dB
14 dB
10 dB
6 dB
2 dB
-2 dB
-6 dB

E-Field Distribution: w/ images

distancereflector
reflectorzyuniform
magnetic
current

5dBi

15dBi

1000

Antenna

15dBi

1000

Antenna

45dBi

1000

Antenna

45dBi

1000

Antenna

900

900

900
38
dB

900

800

800

800

700

700

34
800dB
30 dB
700

Antenna

700

500

600
500

600
22
dB

18
500dB
14 dB

400

400

300

300

10 dB
6300
dB

200

200

2200
dB

100

100

-200

-100

0

100

600
500

400

400
300
200

-2 dB
100

200 -200

horizontal position [mm]distance [mm]600

distance [mm]distance [mm]26 dB
distance [mm]

x

-100

0

100

200

horizontal position [mm]

100

-6 dB
-200

-100

0

100

200 -200

horizontal position [mm]

-100

0

100

200

horizontal position [mm]

51

1000
900
800

distance [mm]

700
600

and Get(^o^)

500

Touch !

400
300
200
100
-200 -100
http://www.narasaki.co.jp/product/building_utility/000/bu02_7.html
51/14

0

100

200

horizontal position [mm]251 mm (50) □IC Card
Lane

GATE
Lane

http://www.jr_odekake.net/railroa
d/callsystem/kaisatsu.html

Multi-Gbps Wireless Communication
ChannelNumberLow Freq.
(GHz)

Center Freq.
(GHz)

High Freq.
(GHz)

Nyquist BW(GHz)

Roll-Off
Factor

A1
A2
A3
A4

57.24
59.40
61.56
63.72

58.32
60.48
62.64
64.80

59.40
61.56
63.72
65.88

1.76
1.76
1.76
1.76

0.25
0.25
0.25
0.25

2.16 GHz
1.76 GHz

240
MHz

1

57

58

120
MHz

2

59

60

3

61

62

4

63

64

52/22 Common SPEC: IEEE802.15.3c, 802.11ad, WiGig, etc.

65

66

fGHz

RF and BB Chips

2012/03/05

MAC 内蔵 6.6 Gbps 世界最高速* Baseband SoC 2014/12 TO* 1 channel (2.16 GHz band width) 当たり無線機として

3 mm

DBB & Chip: Sony 設計・評価， ABB: 東工大設計・評価 & Sony評価

40nm CMOS Baseband SoC: RIMINI
Feb. 20, 2015

Confidential

54First 64QAM 28Gb/s

Data rate [Gb/s]

30
25First 64QAM
16QAM(4ch bonding)

20

Tokyo Tech

15
UCB

10

Univ. of Toronto

IMEC

UCB

5

Broadcom

SiBeam, CEA-LETI

Panasonic
ToshibaNEC02007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 20142014/02/14

YearDemonstration of 60 GHz Wireless FileTransfer System

Tokyo Tech
RF LSI/Antenna

Sony/Tokyo Tech
Baseband LSI
file data

Photographs of a 60 GHz 6.1 Gbps wireless module (left) and of experimental
setup for wireless transfer of files to a smartphone (right)
M. Noda, Mar. 1, 201656

System Evaluation of GATEx

32x32 arrayyz
Tx:various ANTs
Image ofreception zone

Rx:
open-ended WG

System Evaluation of GATEx

32x32 arrayyz
Tx:various ANTs
Image ofreception zone

Rx:
open-ended WG

Compact range

D=15cm @60GHz R1=0.5m R2=12m (32x32 39dBi)

Multi-path free environment realized byCompact range by Large arrays

x
y
z
Tx:
various ANTs
Image ofreception zone

Rx:
open-ended WG

2020/11/272007.12.20

61

40GHz TDD-1Gbps, DDD-2Gbps

able to change thepolarization
by revolving the mainunit
verticalpolarization

horizontal
polarization

Ultimate Frequency re-use

cancelcancel
ＤDD方式 ： 周波数利用効率 2Samefrequency,
Same pol.
1Gbps x 2
同一偏波 Simultaneous,
同一周波数
同時双方向通信(上り下り
それぞれ1Gbps)

Tx to Rx isolation
80dB by Array spacialy+
36dB Singal proceeesing cancelation by circuit

Rain rate (mm/h)

Network
operation, Proactive routing against Rain
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
19:00

Estimation by Rx Level by 4 paths

40GHz 64QAM DDD System
1Gbps x 2

September 12, 2009

Tipping-bucket Rain Gauge at W8
Tipping-bucket Rain Gauge at I6

Different Rain Rates for Strong rain
Similar Rain Rates for Weak rain

19:30

20:00
Time

20:30

21:00

Throughput reduction < 10%
Network operation, Gate data handling in the network
基幹通信網

6Gbps, Network Data < 1.5 times
複数のゲートを通過することで、すべてのチャンクを受信し, ファ
イルを合成可能

1Gbps x2, 260MHz
System on Chip for 38G-1Gbps System

要求
ード
ンロ
ダウ

どのチャンクをどこのゲートで受信すべきかをネット
ワーク側で制御

ファイルを断片(チャンク)に分割し, チャンク単位でユーザ端末に送信

低速
網

高速
網

無線アクセスゲート

1

Dual 10bit ADC (Improved version)
Low Jitter PLL

実績
1０bit
ADC

AD Cov. 12bit 800Msps for DDD
System 1.6w→0.15w

38GHz 1Gbps屋外無線機の外観と設置状況 65（上り回線の伝送速度の表示(907Mbps)）

1Gbps x2, 260MHz
System on Chip for 38G-1Gbps System

Dual 10bit ADC (Improved version)
Low Jitter PLL

実績
1０bit
ADC

AD Cov. 12bit 800Msps for DDD
System 1.6w→0.15w

40GHz帯無線装置 最終試作（ＥＳ３ ＳｏＣ搭載） キャンセラ性能評価
40GHz帯無線装置用ＳｏＣの特性改善に成功

４ｋｍのＤＤＤ通信実験にチャレンジ

2016/2/17（水）NEC玉川事業所-石川台6号館の回線で通信実験を実施

受信レベル vs. BER特性 干渉波3波 装置3試(SoC-ES3)
1.0E+0理論BER(QPSK)
理論BER(16QAM)理論BER(64QAM)

1.0E-1
1.0E-2QPSK BER
16QAM BER
64QAM BER

1.0E-3

BER

着信レベル=-53dBm

1.0E-4
1.0E-5
1.0E-6
1.0E-7
1.0E-8

NF = 5.52 [dB]1.0E-9
-80

-75

-70

-65 -60 -55 -50
希望波の着信電力

-45

-40

-35

-30

64QAM（DDD Mode）
1Gbps Full Duplex 貫通

2016-0517 SmartCom2016, Oulu

デモのコンテンツ先読み配置について

 クライアントがコンテンツの要求を行うと、コンテンツ配信サーバがコンテンツを分割し、クライアントがゲートを通過する前に、それぞれのゲー
トに配置
コンテンツ配信
サーバ

Wi-Fi
アクセスポイント

40GHz
ゲート用
PC
ミリ波
デバイス
60GHz

3

コンテンツ全体を決められたサイズで分割

40GHz
Wi-Fi

2

１

１

40GHz
2

3
280 mm

60GHz

60GHz

• Millimeter wave network demonstration

60GHz Handy terminal (6Gbps)

Back
Front

60GHz GATE System

40GHz Fronthaul(DDD:1Gbps x 2)

Millimeter wave project –off load Demonstration(Tokyo Tech., SONY, JRC, KDDI)No.70

東工大大岡山キャンパス内ミリ波モデルネットワーク
7拠点 (基地局)
10経路
V-pol.

Midorigaoka Area

M1
West Gate

H-pol.
N

W

Water-repellent

538m

S
E

S3: South Bldg. 3
W8: West Bldg. 8 W
I1: Ishikawadai Bldg. 1
M1: Midorigaoka Bldg. 1
I6: Ishikawadai Bldg. 6
100: The Centennial Hall
H: Main Bldg.

Ookayama North Area
Ookayama Area

1020m
595m

W8
493m
238m

Ishikawadai Area

I6

S3
223m
South Gate

77m

I1

134m
H

331m

Main Gate
617m100

Ookayama St.

1/

研究背景：局地的集中豪雨とその被害

局地的集中豪雨の例
2006年8月 埼玉

2008年8月 名古屋
2008年7月 兵庫

豪雨開始10分間で水位が1.3.m上昇

40GHz band wireless mesh network and proactive
re-routing against localized strong rain
無線リンクの品質劣化兆候

局地的に発生する集中豪雨線路切替の判断は無線局間のネゴシエーション
により自律的に実施

別のリンク
に経路変
更

降雨量：中

トラヒッ
ク大

周囲の無線局から提供された無線リンク品質情報を元に、次に降雨の影響を受ける無線リンク
を予測

降雨の
移動方向

別のリンクに
経路変更

各無線局間で制御信号のやり取りを定期的に実施

バックボー
ン
ネットワー
ク

有線ネットワークによる接続稠密配置された大容量無線アクセスゲートのサービス
エリア

Network throughput degradation <10%

13

Diversity for Small NetworkA

P1

3 (1020m)
20

P2

40
0.067
0.138
0.221
DistanP3

ce Between Cen 0.431
ter Points

4 2
8 6 km]
10
/
[dB
14 12
18 16 Attenuation
20
0.750
of Link0.672
s [km] 0.807
ic RainSpecif(10 events)
P1 (Variogram: 0.5[dB2])

2

10Link 6
Link 7
Diversity

010Peak Rain Rate:
Link 6: 4 mm/h
Link 7: 5 mm/h

-2

10

Heavy Rainfall Events

0

5

10

Rain Attenuation [dB]

15

Cumulative Probability [%]Cumulative Probability [%]Weak Rainfall Events

2 (538m)

1 (595m)
C
7 (493m)
4 (331m)
6 (238m)
BF
8 (223m)D
5 (617m)
9 (77m) E(10 events)
P2(Variogram: 15[dB2])

2

10Link 1
Link 5
Diversity

010Peak Rain Rate:
Link 1: 83 mm/h
-2 Link 5: 53 mm/h

10

0

5

10

Rain Attenuation [dB]

15

Cumulative Probability [%]Variogram [( dB)2]0(11 events)
P3(Variogram: 22[dB2])

2

10Link 1
Link 7
Diversity

010Peak Rain Rate:
Link 1: 83 mm/h
-2 Link 7: 102 mm/h

10

0

5

10

Rain Attenuation [dB]15電波減衰型雨量計
受信レベル

時間
雨が降ると減衰する
降雨強度
データ取得簡単だ！
ネットも使える！

ネット機能でデー
タログも簡単！

電波減衰型雨量計
安価
データ取得も容易
高速通信機能搭載

受信レベル

Rain rate (mm/h)

降雨の予測例 （W8-Bldg.）
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
19:00

September 12, 2009

Estimation by Rx Level by 4 paths

M1

Tipping-bucket Rain Gauge at W8
Tipping-bucket Rain Gauge at I6

538m

1020m

1/ 
R = ((d ) /( kd))

595m

W8
493m
S3

I6

223m

238m
134m

331m

H

77m
I1

617m

100

Different Rain Rates for Strong rain
Similar Rain Rates for Weak rain

19:30

20:00
Time

20:30

21:00

Estimated rain rate value agrees very well with the measured rain rate using tipping-bucket
rain gauge at W8既存の気象庁の雨量観測システム
10km

3/

← AMeDAS（地域気象観測システム）
・約10km～20kmおきに設置（降水量
計測所は約1,310か所）．点状観測．
→局地的集中豪雨を捉えきれない．
・転倒桝型雨量計（分解能0.5mm）を用いて計測．

東京都のAMeDAS観測所の位置

転倒桝型
雨量計

レーダ雨量計（マイクロ波レーダ）→・周波数5.28GHz（波長5.68cm）
・降水粒子からの散乱による受信電力強度を観測
・1.5kmメッシュで解析雨量を算出（面状観測）
・全国に26か所

問題点・山岳などによる遮蔽
・上空雨量の観測（地上雨量と2～5倍の差）→ AMeDASデータに基づき要校正

レーダ雨量計ミリ波による実降雨量線状分布測定技術
Ｐ－Ｐ型の無線システムを利用した実降雨量測定システム
応用イメージ③ 貯水湖や貯水池に流れ込む雨水量予測

ウィルコムのマイクロセル

10k
m

2ｋｍ

東京都のAMeDAS観測
所の位置
５ｋｍ

ミリ波による実降雨量線状分布測定技術
Ｐ－Ｐ型の無線システムを利用した実降雨量測定システム
応用イメージ② 山間部や河川周辺における道路への土砂災害事故予測

危険予測が出来ている地域に対して離散設置された転倒枡式雨量計では、精密な分布は得られない

Space-use Radial Line Slot Antenna with Honeycomb Structure
Radial Line Slot Antenna on“Akatsuki”(exploration Venus)

Tx antenna

Slot Plate
0.03mmSkin 0.362mm
er=3.1
Honeycomb Core
5mm, er=1.03
Bottom Plate
0.03mmRx antenna
Copyright Japan Aerospace Exploration Agency

Hayabusa 2 for Mars

Copyright Japan Aerospace Exploration Agency

82

Satellite on-board RLSA
Planet C (Akatsuki) - 2010

© Japan Aerospace Exploration Agency

Hayabusa 2 Plan - 2014

©Japan Aerospace Exploration Agency

Frequency

8.4GHzFrequency

32.0GHzGain>35.0dBi

Gain>44.1dBi

Bandwidth

5.0MHzBandwidth

5.0MHz

Diameter

90cm

Diameter

90cm

Weight1.16kgWeight1.16kg☺ Weight Reduction☺ Mechanical Strength Enhancement

Background - RLSA
Normally designed to have uniform
aperture distribution!

Imagine the shower!

Honeycomb anisotropy

150

180

100

Cell size

160
140
120
100

50

80
60
40
20

0

0

T
-50

L

-100

Honeycomb
core

W

-20

Measured
Field at
25GHz for4/16 inch
cell

-150

-150

4/16 inch cell

-100

-50

0

50

-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
-180

100

1/8 inch cell

15cm model150

θ=180度（セル：-L方向）

Measurement
Setup @東工大

アルミプレート：5.2mm
ハニカムコア：3.25mm
θ=225度

θ=90度（セル：+W方向）

θ=270度（セル：-W方向）
アルミプレート：5.3mm
ハニカムコア：4.6mm

アルミプレート：5.3mm
ハニカムコア：3.5mm

θ=45度

θ=0度（セル：+L方向）
アルミプレート：5.2mm
ハニカムコア：2.9mm

目次

１．科学技術をとりまく
世界の動向と日本の課題

２．電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”における電磁波の役割
３．NICTと電磁波研究所の役割
Society5.0の実現へ向けて

４．最後に
87

Koga,
Yagi

1952研究専門委員
会 信学会
1952「電波研究所」（郵政省電波研究所）

1958電磁界理論研究
専門委員会 電気学会 伊藤→岩片G 1963電磁界理論専門委
TD員会（常置）電気学会

2004
情報通信研究機構

岩片 →細野→安浦

1973電磁界理論研究専門委員会
電気学会 岩片
1981電磁界理論→細野→安浦研究専門委員会
信学会 安達Hiroshima
EMTS
URSI remain
Independent Union

A

C?

J
B
H?
G
?
Fig.1 URSI KEYDATES
E? http://www.ursi.org/ursi_keydates.php
DF?

K平成13年 通信総合研究所（CRL) 情報通信分野の唯一の公的研究開発機関。
平成16年 通信・放送機構と統合し、情報通信研究機構（NICT）

総務大臣が指示した中期目標（平成13年度～17年度）を達成するため中期計画を策定
し、日本の情報通信産業の競争力の強化、ITの先端的技術の活用による豊かな国民生活の実現のため、民間ではリスクが高く実施が困
難な先端的研究開発を実施している。

89

90

91

92

93

94

95

96

リモートセンシング技術
平常時・非常時を問わず効果的に機能するセンシング
技術・気象予測技術を開発し社会での活用を促進させるために、C帯フェーズドアレー気象レーダの開発や、気象予測に寄与する大気現象の新たな観測手法（ライダーによる水蒸気と風の同時観測や気温の観測など）の開発などを実施する。

時空標準技術秒の再定義を実現させる光周波数標準やその遠距離周波数比較技術の開発や、任意の場所どうしで極めて正確な時刻・周波数を簡単に共有して時刻同期を実現させるための超小型原子時計の開発や同期手法の開発、B5G以降で利用が見込まれる
テラヘルツ帯の周波数標準技術の開発などを実施する。

宇宙環境計測技術
通信・放送・測位・航空・人工衛星などの安全・安定な運用に資するために、AIおよび数値モデルを活用した様々な宇宙天気現象の発生予測や、VHFレーダによる電離圏擾乱のリア
ルタイム監視など、宇宙環境を正確に把握し予測するための技術開発を実施し、利用者にとってより使いやすい情報の発信を行う。

電磁環境計測技術
B5G/6Gで用いられる超広帯域の通信方式に対しても、電磁干渉を効果的に回避させるための技
術や較正に関する技術、テラヘ
ルツ帯までの電波の人体ばく露を評価する技術など、B5G/6G時
代において安心・安全に電波を利用できる環境を構築するための技術開発を実施する。
デジタル光学基盤技術
光の回折を利用した革新的な光学素子の作製など、デジタル光学基盤技術を開発し、VR/AR技術に役立つ次世代ディスプレイへの応用など社会での活用を促進させる。
97

98

2030年代に期待される社会像

100

サイバー空間と現実世界（フィジカル空間）が一体化する

サイバー・フィジカル・システム（CPS）

2030年代の社会像
強靭で活力のある社会

Inclusive
包摂性

時
空
間
同
期

あらゆる場所で、都市と地方、国境、年齢、障碍の有無といった様々な壁・差違を取り除き、誰もが活躍できる社会

Sustainable
持続可能性
社会的なロスがない、便利で持続的に成長する社会

Dependable
高信頼性
不測の事態が発生しても、安心・安全が確保され、信頼の絆が揺るがない人間中心の社会Beyond 5Gに求められる機能等
時空間同期（サイバー空間を含む。）

テラヘルツ波Beyond 5G

超高速・大容量超低遅延• アクセス通信速度は5Gの10倍• コア通信速度は現在の100倍101※ 緑字は、我が国が強みを持つ又は積極的に取り組んでいるものが含まれる分野の例

センシング

超多数同時接続• 5Gの1/10の低遅延• CPSの高精度な同期の実現• 補完ネットワークとの高度同期• 多数同時接続数は5Gの10倍

オール光ネットワーク

超低消費電力• 現在の1/100の低消費電力• 対策を講じなければ現在のIT関連消費電力が約36倍に（現在の総消費電力の1.5倍）

低消費電力半導体

5Gの特徴的機能の更なる高度化
高速・大容量

低遅延

5G

持続可能で新たな価値の創造に資する機能の付加

自律性• ゼロタッチで機器が自律的に連携• 有線・無線を超えた最適なネットワークの構築
完全仮想化

多数同時接
続

拡張性
•
•
•

超安全・信頼性

量子暗号• セキュリティの常時確保• 災害や障害からの瞬時復旧

HAPS活用
インクルーシブインターフェース

衛星やHAPSとのシームレスな接続（宇宙・海洋を含む）
端末や窓など様々なものを基地局化
機器の相互連携によるあらゆる場所での通信目次

１．科学技術をとりまく
世界の動向と日本の課題

２．電波科学の100年と”観る”と”繋ぐ”における電磁波の役割
３．NICTと電磁波研究所の役割
Society5.0の実現へ向けて

４．最後に
103

なしに

104