― 駆け抜けるワイヤレス通信 ―小特集の発行にあたって

超高速無線通信― 駆け抜けるワイヤレス通信 ―編集チームリーダ

高橋応明

ユビキタス社会の到来に伴い，いつでもどこでも簡単に情報を入手できる社会になってきました．携帯電話も当初の文字ベースのメールサービスから，第3 世代の携帯電話の普及に伴い動画の配信まで行われ，更に高画質化が図られています． 100 Mbit/s 以上を目指す第 3.9 世代も目の前に迫っており，更には 1 Gbit/s を目指す第 4 世代の携帯電話の研究も行われています．また，今年は
40 Mbit/s を可能とする WiMAX のサービスも開始されました．一方，無線 LAN
は当初 2 Mbit/s で開始されましたが，変調方式やマルチチャネル化など様々な技術開発により 300 Mbit/s を達成しています．
ワイヤレス通信の伝送速度が上がるたびに，どのようなサービスに使うのかという議論がいつも起きます．しかし，伝送速度が向上すると低価格化が進み，同時に新たなサービスが登場します．人々はすぐにその速度に慣れてしまい，更なる高速化を望むようになります．人はワイヤレス通信にも有線通信と同様な伝送速度を求め，数年後には，Gbit/s クラスの高速なワイヤレス通信が必要となってくるでしょう．このような高速なワイヤレス通信は実現できるのでしょうか？
本特集ではこの疑問に答えるべく，Gbit/s クラスの高速ワイヤレス通信を実現するために克服すべき技術課題と最新の技術動向について紹介します．高速化する技術として，高周波数化，広帯域化，マルチチャネル化など，様々なアプローチがあります．これらをそれぞれの視点から概説し，今後の取り組む方向について論述して頂きました．この特集を読んで，高速ワイヤレス通信の技術を理解して頂
くだけではなく，皆様を取り巻く新しいワイヤレス社会に思いをはせたりして頂くと面白く読んで頂けると思います．また，関連する新しい技術課題を見つける一助となれば幸いです．

通信ソサイエティマガジン［2009 SUMMER］

Contents

Cover Illustration by
Michio Takahashi

http://www.ieice.org/cs/jpn/pub/magazine/
b-plus@ieice.org

1 小特集の発行にあたって

超高速無線通信 ―駆け抜けるワイヤレス通信 ―編集チームリーダ

高橋応明

4 私の技術者歴

情報通信事業を担って下村尚久

50 子どもに教えたい通信のしくみ

もうすぐ出てくる立体テレビ

堀越

60 新企画力開発物語

東京オリンピックのテレビ映像を世界のお茶の間へ―世界初の衛星テレビ中継を回顧して―

村主行康／石澤禎弘
69 連載企画ある編集委員の留学記（第 6 回）

研究室の紹介 & 年末年始の様子

関屋大雄

小特集

超高速無線通信 ―駆け抜けるワイヤレス通信 ―解説論文
12 無線通信はどこまで高速化できるか？

庄木裕樹／田邉康彦

24 超広帯域無線システムの高速化展望

眞田幸俊

32 MIMOによる超高速化

小川恭孝／大鐘武雄／西村寿彦

40 高周波数帯無線による超高速化

上羽正純／東充宏／清水聡

国際会議報告2009 International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Kyoto（EMC ’09 / Kyoto）
概況報告……52

電波吸収体関連テーマ……56

数値解析とモデリング関連テーマ……53

プリント基板と回路設計関連テーマ……57

生体EMC関連テーマ……54

EMC計測技術関連テーマ……58

電磁現象に起因するセキュリティ関連テーマ……55

EMC試験評価関連テーマ……59

最近の研究開発成果の紹介

この本をお勧めします―若手の技術者と研究者へ―

60 GHz 帯無線伝送用小形開口面アンテナモジュール
日本電信電話株式会社 NTT 未来ねっと研究所……23

仕事に役立つインテリジェンス

インパルス無線方式による 10 Gbit/s 超の伝送
富士通株式会社，（株）富士通研究所……39

問題解決のための情報分析入門
元 著 ……73

北岡

天才！成功する人々の法則
マルコム・グラッドウェル 著／勝間和代 訳……74

通信ソサイエティからのお知らせ

世界連鎖恐慌の犯人

第 4 回 通信ソサイエティ論文賞 〜受賞論文と総評〜
通信ソサイエティ編集会議……66

堀

アメリカ発「金融資本主義」の罪と罰
紘一 著 ……74

75 巻末言うならせる研究と建築

通信ソサイエティ英文論文誌編集委員長 森川博之
正

誤……68

編集後記……76
B-plus に掲載された論文などの著作権は（社）電子情報通信学会に帰属します．

情報通信事業を担って元（株）東芝 総合研究所所長

下村尚久
Naohisa Simomura

はじめにいた．しかしそのころはデバイスではトランジスタが，システムではコンピュータがようやっと大学でも触れる

電子情報通信学会の通信ソサエティマガジンに「私のことができるようになり，その先にはそれまでの真空管，技術者歴」の執筆の依頼を受け，あまり振り返ることの手回し計算機とは全く違うすばらしい世界が展望される

ない，これまでを思い出す機会となった．

ように思えた．もう少し大学で勉強しようということに大学院に入学してから会社を退職するまでを技術者とした．

考えると，38 年間，40 年近くの期間になる．この間技電子計測がご専門の故田中末雄教授の研究室に入った術者として自分ではんだごてを握り，プログラムを書いが，自由にさせて頂いたのでトランジスタを使った電子ていたときから，管理者として，続いて経営者として，回路の勉強，研究をしていた．

多くの経験をしてきたが，この中で研究，開発に携わり，経験したことを抜き出して書き記すこととしよう．

このころの英文専門誌として我々が手にできたのは，Proceedings of the IEEE（1962 年ま で は IRE， 以下 ，
Proc. IEEE）と Bell System Technical Journal（ 以下，

学 生 の ころ

4

BSTJ）の 2 種類であった．BSTJ は当時隆盛を極めたベル研究所の機関紙で，Proc. IEEE は学会誌であり，当時

当時の早稲田大学理工学部電気通信学科には 1 学年 80

は現在のように学会組織も余り分化していなか っ たの

名強の学生がいた．現在とは全く違い，修士課程に進学しで，主だ っ た論文はこの Proc. IEEE に載っ ていて，毎たのはこのうち下村を含めわずか 3 名だった．大学院か号 10 編程度の論文が掲載されていた．日本人研究者のら入って来られた方を除くと，結局この 3 名が博士課程ま

論文も主として米国に留学されている方の論文が，年で進学した．

に 1，2 編載っていた．

下村は漠然と工学を専攻するからには企業で大きなシ

Proc. IEEE の論文は日本の学会誌の論文とは際立っ た

ステムや製品を開発，製造する仕事をやりたいと思って違いがあるように思われた．日本の学会誌の論文は精緻
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

My Frontier Lifeな計算，実験などをまとめられたものが普通なのに対し，なったときには，応用グループを作り，日本語，漢字処

Proc. IEEE の論文は新しい着想，考えを論文にしていた．

理，マンマシンシステムのテーマに取り組んだ．

例えば J. J. Ebers［1］や J. L. Moll の pnpn デバイスのこのころ計算機室に置かれる大型計算機のほかにオ

スイッチング特性，負性抵抗特性を pnp トランジスタとフィスコンピュータと呼ばれる小形のコンピュータも使

npn トランジスタの相互接続で簡潔にモデル化して解析

われるようになってきていた．しかし，ここで使われるした論文など，今でも思い出すすばらしい論文と思えた．

のは英数字，仮名文字だけで，我々日本人が通常使う漢幸い学生会員にな っ ていたので，この米国の学術誌

字混じり文を取り扱うすべはなかった．コンピュータにに自分達の論文を載せてみようと思うようになり，博士

よる情報処理が進んでくると，このままでは日本は大き課程のとき， 田中末雄教授と当時修士課程にいて一緒

く遅れてしまうなどの論評はあったが，漢字混じり日本に仕事をや っ てくれていた大竹孝平君と下村で Active

語のコンピュータでの取扱いの研究を実用レベルで考え

Circulators という論文を投稿し，幸いにも採録され，掲て行っている所は全くないように思えた．日本語情報を載されたのは楽しい思い出となった［2］．

扱えるようにする開発はほかのコンピュータの研究テー後から思い出すと，学生時代は研究室の仲間と楽しく

マのように米国の後追いでスタートすることもなかった．
逆にこのようなテーマでは，成果を発表する学会の場も過ごしたの一語に尽きるかもしれない．

ないのではないかと気にする研究者のいる状況であったが，こうした中で日本語情報を扱えるようにする研究は入社して日本にとって絶対必要なものと考え，研究を開始した．

1966 年に東京芝浦電気株式会社（現 株式会社東芝）に第一段階は新聞社など日本語を専門に扱うところで使入社し，当時の中央研究所（後に総合研究所，研究開発

われる方式，第二はコンピュータ室の専門家が使える方センター）に配属になった．

式，第三段階は一般の人が一般事務に使える方式とマイ会社では同年代の人達は既に会社の仕事に数年従事しルストンを作り，仲間と研究開発をスタートした．

ており，習熟し，仕事のやり方に関しベテランになっていた．しかし，どのような分野で，何を取り上げてやれ
ば良いかなど，研究，仕事の方向付けなどには必ず大学院での経験が生きると信じていた．

漢字混じり日本語処理の研究・開発
まずオフィスコンピュータなどを対象とした漢字混じ
り文の入出力手段を開発する必要に迫られた．漢字の出研究テーマ

力には漢字のフォントパターンのデータの作成，この記コンピュータの研究グループで会社での研究のやり方を勉強させてもらい，自分でテーマを立てられるように憶方法の開発，プリンタの開発などが必要で，手分けをして開発を進めた．

コネクタ

サブスタック

ガイド筒
ダイオード
ソレノイド対メモリスタック
プリント基板（a）サブスタック（b）巻線式駆動線メモリスタック
図1

私の技術者歴漢字パターンメモリ

5漢字のフォントパターンは常用されている漢字の中で字画の多い三鷹の鷹の字が省略せずに表現できるよう 24

タ，日本語ワードプロセッサなどこのプリンタなしには実用化できなかったわけで，貴重な技術であった．

× 24 ドットにディジタイズすることを決め，新聞社そこれらの技術を使い，事業部門と連携し，通信社，各のほかからお借りした原画をコンピュータでディジタイ

新聞社の記事入力，校正システム，校閲システム，編集ズしていった．

システムなどを製作し，広く活用して頂いた．

当初においてはまだ適当なハードディスクや半導体

また漢字の入力方式は当初ユーザが既に使っ ていた

メモリがなかったので，それまで先輩の蓄積してこられ鍵盤方式への適合性から，ペン入力のタブレット式をた記憶装置の知識を元に磁性線ソレノイド漢字メモリス

開発し，仮名・ 漢字変換方式としては 1970 年には読タックを開発した（図 1）．これは各漢字ごとに 24 × 24

みを仮名で入力し，ディスプレイ上に候補の漢字を表のフォントパターンを一筆書きループで描いたマイラ

示して，選択させる方式の開発からスタートした．仮

シートを作り，これを積層してスタックとし，該当する

名・ 漢字変換で最大の問題点は同音異義語が多いこと

漢字のシートを駆動すると，その漢字のパターンが出力で，この解決策として，単語の出現頻度に着目するのする方式である．後に漢字ごとのマイラシートではなく，が有効で，まずこの効果が顕著に出る人名，姓名などのNC マシンを使っ て，細い銅線を漢字パターンに沿っ て

仮名・ 漢字変換方式を生命保険会社にデータを提供し配線する方式を開発し，装置の安価化が図られた．このて頂いて開発した．これらの技術は新聞社など以外に漢字メモリは代替品がないため，自社システムだけでなも，法務省の登記所システムなど非常に広範囲の顧客

く，他社でも多く使って頂いた．

システムに展開していった［4］，［7］～［9］．

プリンタに関しては事務用に直接コピーがとれることそれまでは新聞社の印字でも，事務用の邦文タイプでの要求が強く，先端の直径が 0.2 mm のワイヤを 12 本

も鉛の活字が使われていたのが，電子式に代わっていっずつ千鳥に 2 列配置し，計 24 本のワイヤドット漢字プ

たわけで，この分野の大きな変革をもたらしたといえる．

リンタを開発した（図 2）．0.2 mmφの針先で叩いたら紙

この研究の初期のころはまだ漢字コードは決まっておらに孔があいてしまうだろうという声を聞きながら，担当

ず，新聞社の漢テレのコードを借用して使っていた．漢者が苦労して制御を最適化して，立派なプリンタを完成

字コードが JIS 化したのは 1978 年で，以後このコードさせた．これは一般用漢字プリンタとして広く使われるを使うようになった．

ようになった．東芝の製品でも漢字オフィスコンピュー

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またこのグループでは日本語文の構文解析の研究

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ヘッド移動方向（a）印字原理
図26（b）印字ヘッド外観
ワイヤドット漢字プリンタ（文献［3］より）

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

My Frontier Lifeを行い，特許請求範囲の文章を例にキーワード抽出を行った［5］，［6］．グループを挙げて仲間とともに，黎明期の日本語処理の研究開発に携わ っ たわけで充実した時期を過ごした．

事業部との架け橋，
情報通信システム技術研究所の設立
総合研究所は年を追うとともに充実し，人員も増えてきた．近年研究と事業化との間に死の谷があるなどとい研究所管理者として

電子機器研究所所長

情報システム研究所で短期間所長補佐をした後，1980
年 4 月に電子機器研究所所長を務めることになった．

われることもあるが，研究所の成果を速やかに事業に結び付けるようにという要請が強くなり，研究所の研究者と事業部の開発技術者を結集して，事業部側に事業化研究を担う技術研究所を設立することになった．

情報システム研究所がコンピュータとその周辺技術を総合研究所から参加した 59 名と各事業部門の開発部担当したのに対し，電子機器研究所は通信分野を中心と隊からの技術者合計 252 名で，情報通信システム技術研しており，ここでも各分野とも優秀な研究者が研究に従究所を設立し，所長を拝命してスタートした．

事していた．伝送ではゴーストキャンセラ，医用機器で先行商品開発と事業本部にまたがる基盤技術の確立を

は電子スキャン超音波診断装置，電子部品では弾性表面

ミッションとし，事業本部から研究費の 30％を支給して波フィルタなど成果を挙げていた．

もらった．大まかには 3 年間で事業化できるターゲット

各グループは忙しく担当の研究分野の仕事に没頭しを担当することとした．

ていたが，医用の超音波診断装置の開発にはアンテナの情報通信分野が発展している世の中の動向にも後押し

フェーズドアレー技術が生きているように，研究者の相され，同研究所は意気高く，開発に邁進した．現在も東互交流が研究に有効に生きると考えられた．

芝の製品として地位を築いている PC などに使われる小このような観点から電子機器研究所全体の研究報告会

形 HDD なども当初事業所とともにこの研究所が担当しを積極的にやり，また休日には重電部門とのテニスの対て立ち上げ，品質確保に努めたものである．中でも大き抗戦を開催したり，家族ぐるみでバス旅行に行っ たり，な仕事としては，分散配置形構内交換機の開発が挙げら

所内の交流に努めた（図 3）．企業では研究所でも大きなれる．下村はこれらの仕事も担当し，1989 年 3 月まで

仕事はむろん個人の着想が大切であるが，グループでの

4 年半このシステム技術研究所の所長を務めた．所員数

協力，協調が欠かせない．

は 416 人となっており，情報通信分野の開発がこの研究

結局，4 年半電子機器研究所長を務めた．

所にかなり集中した．

XS プロジェクト，
複合形構内交換システムの開発
当時企業向け情報通信システムの事業を展開していくには，ディジタル構内交換機の製品を持っていることが欠かせないと判断されていた．
東芝は中小形構内交換機に関して米国向けに開発した
240 回線程度の高機能機を持ち，米国市場で好評を博していたが，更に大企業向けの大形機を持つことへの期待が強かった．
そこで本社から多額の開発費を投入してもらい，1986
年 1 月，情報通信システム研究所が中核となり，所長が図 3 電子機器研究所バスハイク（箱根湯本フィールド・アスレチックにて）

私の技術者歴自らリーダとなって，プロジェクトを組んで複合形構内
交換システムの開発をスタートした．我々はこの開発プ
7

アナログ加入網，ISDN 加入網（回線・パケット），アナログ専用線，
高速ディジタル回線
ディジタル
電話機
ディジタル
電話機

データ端末

多機能電話機

ファクシミリ コンピュータ

標準電話機

分散交換ノードPBX

パソコン

分散交換ノードPBX

大容量ディジタル交換機

プリントサーバ

ファクシミリワークステーション

コンピュータコンピュータプリントサーバ（b）分散配置説明図（文献［13］図1より）（a）装置外観

図4

BX-3000 マルチノード（複合形構内交換システム）

ロジェクトを XS プロジェクトのコード名で呼んだ．
この仕事は NTT 電気通信研究所の担当部門から委託を受ける形で始めた．技術研究所に NTT 通信研究所の研究者数名が駐在され，スペックの作成，そのほかに協力された．
製品目標は大まかにいうと，光ループ LAN で接続し，16,000 内線まで拡張できる複合形構内交換システム

8

データ端末

総合研究所長
その後総合研究所に戻り，1990 年 6 月に所長に就任した．
総合研究所は基礎，材料，デバイスから重電まで全分
野を担当しているので，所長には当然すべての分野の研究に関し運営，経営上の判断が求められる．

BX-3000 マルチノード（以下，BX-3000 マルチノード）

材料の研究者が GMR（巨大磁気抵抗効果）で，組成，である（図 4）．企業のオフィスビルが数箇所に分散して製法を改良し，今まで以上に高い密度の磁気記録を狙っいるときなど，このシステムが有効である．ノードを分た研究をしたいと熱心に提案してきた．GMR はまだ物

散配置しても，例えばナンバリングも全く 1 台の PBX

理的な興味から研究され始めたところであり， うまくと同様に自由にでき，中継台サービス，そのほかの機能

いっても製品化まで持っていくには材料だけでなくデバも 1 箇所に集中できるなど，合理的なシステムとなってイス，システム，生産技術などを動員してかなり大掛か

おり，当時としては斬新なものであった．

りな体制を作る必要がある．しかしデバイス化するため

加入者系の耐圧の高い IC を米国 AT ＆ T の半導体部門の構成，プロセスの提案はしっかりしており，この研究に委託したらなかなか完成しないなど緊張することもあ

者の熱意をもって推進すれば，完成まで持っていけると

り，本体ハードウェアに，大形ソフトウェアの開発と苦判断し，実施計画については更に詰めてもらうこととし労も多かったが，実に貴重な経験が積めた．

て，この研究を進める裁決をした［17］．

このプロジェクトは 1986 年 1 月に発足し，1989 年

その後次に引き継いだが，うまく成功し，HDD 事業に

11 月には BX-3000 マルチノードの分散配置形を完成さ大いに貢献し，本人も紫綬褒章を授与された．この GMRせた［10］～［16］．

で一昨年仏，独の研究者もノーベル賞を受賞されている．
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

My Frontier Life

我々の情報通信の分野では動作原理が解明できていな

一方，国内の構内交換機の業界には既発メーカがあり，いものでシステムを作ったりはしないが，分野が変わる

米国の自由市場とは違い，大容量機に関しては新規参入と違う世界が開ける．このような意味でも総合研究所所の難しさも経験した．

長の舵取り，裁決は大きく成果に係わる．
1989 年にはベルリンの壁が崩壊し，1 年足らずで東光海底線ケーブルシステムの開発

西ドイツが統一した．このような背景の下で企業にもグローバル化の意識が強まった．1991 年にはそれまで

事業本部長の時代の開発を含む大きな仕事としては光関係者で進めてきた準備の下に英国ケンブリッジに東海底線ケーブルシステムの開発，設置が挙げられる．例

芝ケンブリッジリサーチセンター を設立している．目

えば日米間のような超長距離の回線にはそれまでは静止的基礎研究がミッションで，現在も我々 に刺激をくれ

衛星による衛星回線が使われていた．しかし，回線容量ている．

の制限，伝送遅延などがあるため，1990 年代に入って，総合研究所長は 2 年間務め，本社へ移ることとなった．

実用化が進んできた光ファイバの光海底線ケーブルが脚光を浴びるようになってきた．

本社勤務
全社の技術統括，続いて事業本部長

海底に光ケーブルと光中継器を敷設し，大陸間，地域間のバックボーンとなる光伝送システムである．
海底の光ケーブルに漁船の魚網が引っ掛かり，切られ1992 年 6 月に取締役技術企画部長として，本社勤務たりする事故が起こるので，ケーブルは冗長度を持たせ，を命ぜられた．この部署は軽電から重電までの事業分野

2 重に，かつリング状に敷設された．例えば日米間の回の技術を横串に刺して，技術行政を取り仕切る部門で，線では日本からグァム，ハワイを経由して米国陸揚げ局

これまでの自分の専門とする分野だけに力を集中する仕に至るルートと米国から大陸に沿って北上して日本に至事とは違った立場であり，新鮮な気持ちで新らしい職責るルートでループを構成している．また当時光の波長多に取り組んだ．

重技術の研究が進み大容量化が実現していった．これら

その後常務取締役電波・通信システム事業本部長に任命された．通信，移動通信，放送，電波，宇宙などの事のケーブルの敷設などは日本では KDD など専門の事業＊者が行った ．

業の担当で今度はまさに自分の専門分野の経営責任者に我々 が担当したのはネットワークを制御，管理する任命された訳である．ここでも技術開発，及びこれに関端局装置である．光ケーブルリングシステムはケーブル

連する 1，2 の事項を解説しよう．

の陸揚げ局に設置される諸装置でシステムの管理，運用が行われる．ここで使われる装置は各局間の伝送通信を

企業通信システム事業推進部

管理し，障害発生時には伝送路を自動的に最短迂回路に

電波・ 通信システム事業本部には主として先に開発切り換える機能を持つ網切換装置，網切換装置に付属しした BX-3000 マルチノードの事業を担当する企業通信

ネットワークの状況を常に監視し，各種情報（障害，設システム事業推進部が設立されていた．まさに自分で定変更）の収集を行い，パス（任意の 2 局間で設定され開発したものを自分で事業化するということである．

る伝送路）の設定などの操作を行う網管理装置，波長分

BX-3000 マルチノードは東芝社内，NTT 鈴鹿学園で慎割多重装置，海底に設置される中継増幅器へ海底ケーブ重にテストを繰り返した後，販売，設置を開始しており，ルを通して電気を供給する電源装置（例えば，太平洋の同業電子機器メーカを含め，メーカ，銀行，保険会社，

場合最長 9,000 km では 7,500 V，1 A の供給をする）な

地方自治体，官庁，大学，ホテルなど幅広い顧客に採用どがある．

して頂いた．むろん東芝では本社ビル，研究所，そのほ

当初はインターネットによる回線需要の増加が見込かほとんどの事業所で活用した．BX-3000 マルチノード

まれ，日本の KDD，米国の AT ＆ T，ブリティッシュテ

は小形構内交換機とともに企業通信システム事業推進部の事業を支えた．
私の技術者歴＊

参考：村谷拓郎，“衛星通信とともに，”信学通誌，No. 2 , p. 18, 2007．

9レコム，仏テレコム，独テレコムなどが幹事団となり，（APCN2，80 Gbit/s），（AJC，40 Gbit/s） が相次いで敷世界各国の国際通信業者がコンソジアムを組み，建設

設され，この分野で先行した我々 の工場は繁忙を極めを行った．その後更なる需要を見込み，投資会社が参入た（図 5）．しかしこれが一巡すると，景気の後退もあり，してきた．

回線需要が敷設容量ほど増えず，回線の敷設が止まって

我々の事業本部がこれを受注し，研究所なども参加し，しまい，残念ながら技術，生産体制を維持することが困

プロジェクトを組んで，これらの主要装置の開発を行っ難となった．

た．担当技術者には日夜を分かたぬ集中作業をお願いす

これらの仕事は多くの若手技術者に大きなシステムのることとな っ たが，短納期の要請に応え，装置の納入，経験を積ませることとなり，情報通信分野の技術力の蓄設置を行った．

積が急速に進んだ．

この時期に日米太平洋横断（TPC-5，10 Gbit/s），米国・予想されたところだが，最近になりまたインターネッ

中国（China-US，80Gbit/s）， 大西洋横断（TAT-12/13，

トの動画の伝送需要が高まり，新たな回線設置の声が聞

15 Gbit/s），東南アジアなどの回線（APCN，10 Gbit/s），

こえるようになっている．

SSE

NPE

NPE

NormalVT(NME)NPE

4 Fiber Ring
Network

SSE
NPE

SSE
Fiber Fail

NME

Cable Cut

SSE

NPE : Network Protection Equipment
SSE : System Supervisory Equipment
NME : Network Management Equipment
VT : Virtual Terminal（a）システムの基本構成（b）障害時のルート自動再構成

TAT-14640 Gbit/s

China-US
80 Gbit/s

APCN

APCN2

APCN2

80 Gbit/s（c）NPEの外観

TAT-12/13
15 Gbit/s

AJC

AJC

40 Gbit/s（d） 光海底線ケーブルシステム敷設図

図5

10

TPC-5
10 Gbit/s

APCN
10 Gbit/s

光海底線ケーブルシステム

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

My Frontier Life

おわりに振り返ってみて情報通信の技術や事業が大きく発展する時期に仕事ができたのは幸せなことだった．
それにしても，すばらしい仲間，同僚・ 後輩に恵まれたことを改めて感謝したい．ともに研究・開発にいそしんだこの仲間がいなければ，全く味気ない技術者生活になっていただろう．
事業本部長のときには人工衛星， 搭載機器を担当した宇宙開発事業部も担当した．ここでも宇宙技術に夢を持っ て参加した多くの技術者が頑張っ ていた．ほかの一般製品とは違い，単品生産で，しかも宇宙空間に打ち上げられた後は全く人手での修理なしに何年かのミッションを果たさなければならない，過酷なターゲットであったが，これに果敢に挑戦してくれた技術者達に改めて敬意を表した．
多くの開発製品の中には商品として市場に受け入れられなかったものもむろん幾つもあった．しかしこれらの経験は必ず次に生きていると確信している．
最後に，当時情報通信分野の事業の発展に力を入れて下さった小林恂専務取締役（当時），故青井舒一社長（当時）には改めて感謝致します．
これから技術者，研究者としてキャリアを進める若者には青井さんの言葉『若者はいい先輩につけ いい先輩
は可能性を語るが，元気のない先輩は限界ばかり語る』
を贈り，いい先輩に師事し，元気な技術者生活を送るよう大いに期待する．
文

献［1］ J. J. Ebers，“Four-terminal P-N-P-N transistors,”
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Small, Computer Revolution Proc., pp.437-446,
Arlington, VA, USA, 1984.
［10］ 小林 浩，“ISDN 対応大容量 PBX BX-3000 シリー
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1989.

［11］ 小林 浩，“BX-3000 複合形構内通信システム，”電気通信，vol. 52, no. 516, pp. 64-70, 1989.
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［14］ 綾目省吾，佐藤修一，柴田 勉，“ 広域分散配置形
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［15］ 斎藤 久，太田憲吾，“ インテリジェントビル向け
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［16］ 鈴木弘一，永瀬一博，榊原典子，“PBX- コンピュ ー
タインタフェ ース APCI，”東芝レビュ ー，vol. 46,
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for Gigabits density recording using CoFe spinvalves,”IEEE Trans. Magn., vol. 32, no. 5, pp.
3363-3367, 1996.

下 村 尚 久（名誉員）
昭 35 早大・理工・電気通信卒，昭 41 同大大学院博士課程
電子工学専攻修了．工学博士．同年東京芝浦電気株式会社（現株式会社東芝）入社，中央研究所に配属される．昭 55
総合研究所電子機器研究所所長，昭 59 事業セクターの情報
通信システム技術研究所所長，平 2 総合研究所所長，平 4
本社勤務，取締役技術企画部長，平 5 取締役 電波・通信シ
ステム事業本部長，平 6 常務取締役 同事業本部長，平 10
顧問，平 11 早稲田大学客員教授（非常勤）．学会では映像
情報メディア学会副会長，本学会総務理事，副会長．IEEE
Life Fellow．本学会業績賞，功績賞，科学技術庁長官賞など．

11

解説論文

小特集｜超高速無線通信―駆け抜けるワイヤレス通信―

無線通信はどこまで高速化できるか？
How Fast Will Be Required, How Fast Can Be Realized in Future
Wireless Communications?
庄木裕樹†

Hiroki Shoki

†

田邉康彦

†

Yasuhiko Tanabe†

無線通信システムは，通信速度の高速化への要求とその実現によって発展してきた．そして，現在も，更なる高速化を目指して，研究開発や標準化が進められている．では，今後，どこまで高速化されるのか？ 高速化できるのか？ 本論文では，無線通信の更なる高速化に対する要求とその可能性について探る．
無線通信，高速通信，MIMO，ミリ波，UWB

10 年で伝送速度が 300 倍になったことになる．更に，今後

1. ま え が き

は，IEEE 802.11ac や IEEE 802.11ad など 1 Gbit/s を超える
無線 LAN の規格も検討されている［2］．また，無線 LAN

携帯電話など加入者数は， 我が国で既に 1 億人を超よりも近距離領域で無線伝送を行う無線 PAN（Personal

え，世界では 40 億人を達成している．そのほとんどのArea Network）システムでは，既に WirelessHD［3］などでユーザが，インターネットアクセスや画像などのデータ

数 Gbit/s が達成され，高精細度テレビジョン放送（HDTV：

通信など高速通信サービスを普通に利用している．現在

High Deﬁnition Television，ハイビジョンとも呼ぶ）の非圧縮の形の携帯電話が普及した 1990 年代前半，例えば PDC

画像の無線伝送が実現されている．

®

（Personal Digital Cellular）方式の第 2 世代携帯電話では以上の例のように，無線通信システムは伝送速度の高

その伝送速度は高々 10 kbit/s 程度であった．しかし，そ速化とともに発展してきており，今後もその流れは続くの後，携帯電話の伝送速度はどんどん高速化され，現在と考えられている．図 1 には，各無線システムの今後の実用化が進められている 3.9 世代携帯電話の代表である

動向を示す．ここに示した無線システムは最終的に第 4LTE（3GPP Long Term Evolution）［1］では，下世代無線システムとして統合され，静止状態で 1 Gbit/s

り回線（基地局から端末への通信）で最大 100 Mbit/s を

以上，移動時に 100 Mbit/s 以上達成される見込みである．

達成している．つまり，この 20 年弱の間に携帯電話のその後，更に高速化が進み，10 Gbit/s を超える無線シス

通信速度は 1 万倍になったことになる．その結果，元々，テムが将来的に実現されていくと考えられる．

TM

3GPP

音声のみの通信しかできなかった携帯電話が，動画など

本論文では，この無線通信の高速化の流れがあることの大容量のデータも自由にアクセスできるようになった．

を前提に，「どこまで高速化が必要か」，「どこまで高速

一方，家庭やオフィスで普及が進んでいる無線 LAN化が可能か」という点をポイントに議論を行う．2 章では，

（Local Area Network）システムにおいても，1997 年に無線システムを利用するユーザ側からの視点を基に，世規格化された IEEE 802.11では伝送速度が 2 Mbit/s での中の無線システムがどこまで高速化を必要としている

あ ったが，2009 年中に正式に規格化される予定の次かについて説明する．次に，3 章では，その高速化を実世代無線 LAN システム IEEE 802.11n［2］では最大で現するための課題や技術について議論する．

TM

600 Mbit/s が達成される． 無線 LAN の世界では， ここ† （株）東芝，川崎市
Toshiba Corporation, Kawasaki-shi, 210-8582 Japan.

12

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

2015年

カバレッジエリアセルラ

第3世代（3 G: W -CDMA,
第3.5世代CDMA2000 1X（3.5 G: HSDPA,
A,など）
EV -DO）

MAN

10 Gbit/s を
超える無線
システムへ

2009年に実現

第3.9世代（3.9 G: LTE, UMB）

第 4世代
（IMT-Advanced）

次世代PHS

PHS

2020年

静止:1 Gbit/s以上（IEEE 802.20）
MBWA

移動:100 Mbit/s 以上（IEEE 802.16a 16e）
FWA
IEEE 802.11

LAN

802.11b

Bluetooth

PAN

802.11ac802.11ad（IEEE 802.15.3a，
UWB
WiMedia など）
ミリ波 PAN（IEEE 802.15.3c, Wireless HD など）

ZigBee（IEEE 802.15.4）

100 k

802.11a/g 802.11n

1M

10 M

MAN：Metropolitan Area Network
LAN：Local Area Network
PAN：Personal Area Network

1G

100 M

10 G

伝送速度（bit/s）

図1

無線システムの動向

れ，2010 年過ぎには 4 K × 2 K テレビ，2020 年までに

2. 更なる高速化への要求

はスーパハイビジョンが実用化されると考えられる［4］．
4 K × 2 K テレビでは現行のハイビジョンの約 4 倍の画

無線通信の更なる高速化（超高速化）には，その前提

素数，スーパハイビジョンでは約 16 倍になり，これをとして，無線通信を利用するユーザが本当に無線通信の非圧縮で無線伝送する場合，単純計算で各々約 6 Gbit/s，

超高速化を要求しているかどうかが重要になる．そこで，

約 24 Gbit/s の伝送速度が必要になる．

本章では， 今後無線通信が応用される具体的な利用

WirelessHD® では， テレビなどディジタル家電間でシーンを考え，超高速無線通信の必要性を議論する．

WirelessHD では，フルハイビジョン放送の非圧縮画

テレビ放送画像の高精細度化により画像データの無線接続されているる
伝送速度が大形ディスプレイ 10Gbit/s クラスに像のリアルタイム無線伝送を実現している．フルハイビ

HDMIの無線化
DMIの無線

2 .1

家庭で

画像データの無線伝送®

ジョンの画像では，1,920×1,080 ピクセルの解像度でテレビ受信機のほかにハード
信機のほかにディスクやDVDレコーダを内蔵したセットトップ
ボックス

ム（＝30 ﬂame/s）の画像データが伝送される．これは約1.5 Gbit/s に相当する．非圧縮画像をリアルタイムで無線伝送を行うことは，今後大画面の液晶テレビや DVD
機器，ゲーム機器を無線接続する上での利便性を高めることができる．例えば，図 2 に示すように，テレビ受信機を内蔵するセットトップボックスからディスプレイに向けてハイビジョン放送の非圧縮画像を無線伝送する

基地局，アクセス
ポイントなどと接続
高臨場感化のため
画像データの非圧縮・
リアルタイム伝送

オフィスで
どこにでも移動できるテレビ
会議用カメラとディスプレイなどの利用シーンが予想される．また，将来的には，臨場感を高めるため更にテレビ放送の高精細度化が進めら
解説論文：無線通信はどこまで高速化できるか？

図2

画像データの無線伝送の将来イメージ例

13

小特集｜超高速無線通信

RGB 各々 8 bit の色深度があり，1 秒当たり 30 フレー

のディジタルデータの接続を行うための HDMI（High-2.2 ディジタルデータの無線転送

Deﬁnition Multimedia Interface）規格［5］の無線化を目的

近年，TransferJet［9］など高速の近接無線システムのに検討されているが，これ以外にも HDMI の無線化が登場により，音楽用メモリなど携帯用のディジタル家電

検討されている［6］．表 1 に HDMI 規格の概要を示す

機器へのデータ転送を無線通信により行うことができが，この HDMI 規格をそのまま無線化する場合，将来るようにな った．将来的には，情報 KIOSK［10］など

的には HDMI 1.3 対応として 10.2 Gbit/s を達成する必要から，音楽，映画，電子雑誌や電子新聞といったディジがある．HDMI は，既に画像を扱うディジタル機器に広タルデータを瞬時に携帯家電機器に取り込むことができ

く普及していることから，HDMI の無線化への要求も高るようになると考えられる．このような利用シーンの場

くなっていくと考えられる．

合，ユーザの利便性は，「瞬時に無線でデータ転送でき

表1

る」ことがポイントになる．では，このようなデータ転HDMI 規格の概要

仕 様

伝送速度
規格化年月
（Gbit/s）

HDMI1.0

2002 年 12 月

HDMI1.1
HDMI1.2

送が現在の無線システムで，どの程度まで実現できるか追加機能などを考えてみる．例えば，DVD に記憶されている 2 時間

4.95

1080p への対応の映画が 9.4 GByte（=75.2 Gbit）のデータ量として，こ2004 年 5 月

4.95

DVD Audio への対応など

2005 年 8 月

4.95

SACD 対応など

ステムがあったとしても，最低 75 秒程度かかってしま

HDMI1.2a 2005 年 12 月

4.95

1.2 に機器間の制御機能の追加う．これだととても利便性が良いとはいえない．例えば，

2006 年 6 月

10.2

1440p への対応など

HDMI1.3a 2006 年 11 月

10.2

1.3 に機器間の制御機能の追加

HDMI1.3

れを次世代無線 LAN の IEEE802.11n（100 Mbit/s）で転送した場合，最低でも 752 秒かかる．1 Gbit/s の無線シ「瞬時」を 10 秒以内なら許容できるとした場合，逆算す
ると，10 Gbit/s クラスの超高速無線システムが必須となる．以上のようなディジタルデータの無線転送に関する具体的な利用シーンのイメージ例を図 3 に示す．

このほか，画像データの無線化が加速する分野として，
医療診断装置が挙げられる．例えば，X 線診断装置や超情報 KIOSK などから

音波診断装置における画像データの無線伝送，MRI 診断

電子新聞，電子雑誌などを携帯形端末に瞬時にダウンロード

装置の磁気センサのデータ伝送の無線化［7］などである．
医療用画像データの場合，高精度の色のデータが要求され，色深度が通常の 8 bit よりも高くなる．また，最近
では，診断画像の三次元化も行われ，医療用画像データは大きくなってきている．例えば，ハイビジョンクラス
の解像度 1,920 × 1,080 ピクセルでW_Bp_KY1_S RGB 各々 12 bit の
色深度があり，三次元化のため 150 スライスデータを
1 秒当たりに伝送する場合，約 11 Gbit/s となる．医療用診断装置では，被検診者への負担低減やセンサ部のワイDVD（2 時間番組）を瞬時にデータ転送

ヤレス化のため，画像データなどの無線伝送の要求は高まっていくと考えられる．
以上の応用例以外にも，テレビスタジオ内でのリアル

図3

ディジタルデータの無線転送の将来イメージ例

タイムの画像伝送［8］なども要求されている．これまでの議論から，画像伝送を無線化する利用シーンにおいて，ここ数年以内に最低でも 10 Gbit/s 以上を達成する
超高速無線への需要があるといえる．

2.3 オフィス環境をどこでも実現するための無線
近年では，無線 LAN が広く普及し，家庭やオフィスで利用している人も多い． 現在は，IEEE 802.11a や gが多く利用されているので，通信ネットワークに接続

14

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

するための実効的な伝送速度として，一人当たり 10 〜

2.4 10 Gbit/s を超える無線システムへの期待

20 Mbit/s のスループットで利用していると考えられる．

以上のユーザ視点からの議論により，今後，最低でもこの場合，オフィスなどでは，複数のユーザが同時に無10 Gbit/s を超える無線システムは必須であるといえる．

線 LAN を用いるわけであるから，インフラ側では同時

これまで，無線通信の伝送速度が 10 年で 100 倍になっ利用するユーザ数の分だけの伝送速度を確保できる通ている事実を考慮すると，2015 年ごろまでには 10 Gbit/s

信システムが必要である．インフラ側が必ずしも無線を超える無線システムが実現することが期待される．

である必要はないが，列車など移動体の内部など，無線が必要になる利用例は多い．この例として，東海道新幹線での無線 LAN サービスがある［11］．東海道新幹線
での無線 LAN サービスは 2009 年春から開始されているが，線路沿いに設けられた漏えい同軸ケーブルにより列車との無線通信を行うため，全体で最大 2 Mbit/s（下3. 超高速の実現のための技術
2 章を受けて，本章では，10 Gbit/s 以上を実現するための技術及び課題について論ずる．

り回線）しか達成できていない．一編成の新幹線に例えば 100 人のユーザが無線 LAN に同時接続するとした場

3.1 超高速化へのアプローチ合，一人当たり 20 kbit/s しか達成できない．オフィスな

無線通信に限らず，通信の最高速度は通信路によってどで 20 Mbit/s クラスの無線 LAN を利用しているユーザ

一意に制限されることが 1948 年にシャノン（Shannon）

にとっては 1/1,000 以下の伝送速度になるので，これはによ って導かれている［12］，［13］．シャノンは，図 5

とても快適な環境とはいえない．この場合，列車との無に示すように，送信された情報に通信路で雑音が加わる

線接続を最低でも現在の 1,000 倍，つまり 2 Gbit/s にす

モデルにおいて，式（1）で示す C（bit/s）以下の速度で送る必要がある．図 4 に示すように，今後のマルチメディ

信するのであれば誤りがなく伝送できる符号化方式が存ア化に伴い，ユーザ一人当たりが利用したい伝送速度は在することを示した．

更に増すとは容易に想像できるので，実際には 10 Gbit/sクラスの伝送速度が要求されると考えられる．前述の画像データやディジタルデータの無線を行う応用例と違い，高速移動体への無線通信になる難しさは当然あるが，世の中の需要として，高速移動体に対して 10 Gbit/s クラスの無線接続への要求があるといえる．

雑音
情報

送信機

図5
2 G〜10 Gbit/s
新幹線

無線インフラ（ネットワーク）
との接続

復号
通信路

情報

受信機

シャノンが想定した通信路モデル

C ＝ W log（1＋
）
2

（1）

ここで，W は通信に用いる信号の周波数帯域幅（Hz），
は SN 比を表している．C は通信路容量と呼ばれ，与えられた通信路に許容される通信速度の最高値となる．
なお，一般に無線通信の通信路は送信機と受信機間に存在するさまざまな障害物で反射・散乱・回折が生じるた

一人当たり 20 M 〜 100 Mbit/s
×
一列車編成で 100 人
トータル 2 G 〜 10 Gbit/s で列車と無線接続

め，フェージングと呼ばれる通信路の瞬時変動が発生す
る．この結果，通信路の SN 比も時変動し，図 5 に示すような雑音が付加されるだけの簡易なモデルでは表せない．しかしながら，通信路の変動が無視できる時間内においては図 5 のモデルとほぼ等価とみなすことができ，

図4

オフィス環境をどこでも実現（新幹線での例）

解説論文：無線通信はどこまで高速化できるか？

無線通信においても式（1）に示した通信路容量から通信
15

小特集｜超高速無線通信

無線LAN
アクセスポイント符号化

の最高速度を評価することができる．式（1）に示した通路容量は次式のように表すことができる．

信路容量は非常にシンプルな表記ではあるが，通信の本
質をすべて表しており，高速伝送を実現するためには以下の二つのアプローチが存在することを示唆している．
①

信号の周波数帯域幅を広帯域化する．

②

信号の SN 比を高くする．

（2）
ここで，各チャネルの帯域幅と SN 比は等しいと仮定

また，SN 比が十分に大きい場合，通信路容量は SN

した．以上のような並列伝送を行った場合の通信路容量比の対数に近似することができる．よって，SN 比の増を図 7 に示す．並列伝送数を増加することにより，同じ加に対する通信路容量の増加は SN 比に反比例するた

総送信電力で通信速度を高速化できることが分かる．

め，SN 比がある一定以上になると，SN 比が増加して

35

図 6 に SN 比に対する式（1）で示した通信路容量を示し，具体的な数値例を用いて説明する．図 6 のような通信路で SN 比が 20 dB のときの通信路容量は約6.7 bit/（s・Hz）となっている．このとき，送信電力を半分にすると，SN 比が 3 dB 低下するが， 通信路容量は
約 1 bit/（s・Hz）しか減少しない．一方，品質が同一の異なる通信路に削減した送信電力を用いて信号を伝送すると，一つ目の通信路の容量と同一の容量を持つ通信路が生成される．この結果，約 5.7 bit/（s・Hz）通信路容量が増加し，合計で 11.4 bit/（s・Hz）の通信路容量が得られる．

Capacity（bit/（s・Hz））

も増加する伝送速度は小さくなっていく．

30

並列数 10

25
20

並列数 5

15

並列数 2

10
5
0

並列数 1
0

5

図7

10
γ（SN比）
（dB）

15

20

並列伝送による高速化の概念

つまり，送信電力を二つの通信路に半分に分けて通信を

このように，式（1），（2）に示した通信路容量の式から，行うことにより，一つの通信路の場合に比較して通信路

通信速度を高速化するには，①信号帯域幅を広帯域化す

容量が 4.7 bit/（s・Hz）上回り，二つの通信路を用いて並ること，② SN 比を高めること，③並列伝送を適用する

列伝送を行うことによって通信路容量が増加することにことによって実現できることが分かる．以下に，それぞなる．

れの高速化手法がどのように適用され，どのような課題

このように，送信電力を L 個のチャネルに等しく分配があるか説明する．

し，各チャネル間で干渉が生じない場合，式（1）の通信

Capacity（bit/（s・Hz））

送信電力を 1/2 にしても通信路容量は 1 bit/（s・Hz）しか減らない

ディジタル変調を施して通信を行うことを前提にする

7と，情報ビットを基にマッピングした変調シンボルを伝6送する際，変調シンボルに含まれるビット数が等しけれ5ば，異なる変調シンボルを次々と高速に送信できれば通4信速度を高速化できることは容易に理解できる．
T 秒間隔で変調シンボルを伝送する際，前後のシンボ

3

ルと干渉せずに伝送するために必要な信号の周波数帯2

域幅は 1/T（Hz）となる．よって，信号帯域幅 W に反比減らした分を別のチャネルに（s・Hz）増加
割り当てると 5.7 bit/

1
0

0

5
図6

16

3.2 広帯域化及び高周波数化

1015

例した間隔で変調シンボルを送信することができ，通20

信速度は信号帯域幅 W に比例する．この関係は式（1）γ（SN比）（dB）に示した通信路容量に示されており，通信速度を高速並列伝送による高速化の概念化する際は一般に信号の周波数帯域幅が広く割り当て
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

られている．

Band）方式や，ミリ波帯を用いた 1 GHz 以上の帯域幅のしかし，前述したように無線通信では送受信間の様々利用も検討されている．

な障害物で反射・ 散乱・ 回折が生じるため，受信機でOFDM 伝送技術などの適用により波形ひずみの補償

受信する電波は，送受信間を直接伝搬した波だけでなが実現できるのであれば，低速通信の場合と同様の通信

く，様々な経路をたどった波を受信することになる．こ方式で信号帯域幅を広帯域化するだけで通信速度を高のとき各到来波間に生じる伝搬遅延時間は変調シンボル

速化できるため，広帯域化による高速化は原理的には容の送信間隔が長ければ無視できるが，高速化のために変易に実現可能である．一方，無線通信は空間を利用者全調シンボルの送信間隔を短くすると伝搬遅延時間差が無員で共有しているため，無尽蔵に帯域幅を広帯域化でき視できなくなり，シンボル間干渉による波形ひずみが生るわけではなく，利用できる帯域幅は電波法で制限されじる．この波形ひずみは等化器を適用することによ っる．また，広帯域を確保するためには利用する周波数帯て補償することができるが［14］，変調シンボル間隔でを一般的に高める必要があり，高周波回路の設計が困難

規格化した遅延時間差に応じて処理が複雑になり，かつになる課題もある．

ては信号の帯域幅を十分に広く設定することが困難で3.3 高 SN 比化

あった．
なお，複雑な等化器を適用せずに波形ひずみを補償す

SN 比が高くなっても，同一の通信方式を用いていてることが可能な伝送方式として，図 8 に示すように複は通信速度を高めることはできないが，SN 比が高くな

数の直交する周波数チャネルを用いて伝送する OFDM

るにつれて，変調シンボルに含まれる情報ビットの量（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送方式

を増やすことや符号化率（符号化ビットに含まれる情報も検討されていたが，送信機と受信機のそれぞれで FFT

ビットの割合）を高めることが可能になり，SN 比に応（Fast Fourier Transform）を適用する必要があり，かつて

じて通信方式を変更することによって通信速度を高めるのハードウェアでは実時間処理が困難であり，実用化にことができる．

至っていなかった［15］，［16］．しかし，近年の半導体

SN 比を高める方式としては主に以下の 4 点が挙げら

技術の目覚ましい進歩により等化器や OFDM 伝送を実れる．

時間処理することが可能になり，周波数帯域幅の広帯域①

送信電力を高くする．

化も可能にな ってきた．現在は PDC 方式に比べ約 200②受信電力を高くする．

倍の帯域幅となる 3.84 MHz が W-CDMA（Wide Band-③

アンテナ利得を上げる．

Code Division Multiple Access）方式では適用されており，④

雑音電力を低下させる．

無線 LAN（IEEE 802.11n）では約 2,000 倍の 40 MHz が送信電力を高めることによって一般に SN 比を高くす適用されている．また，信号の広帯域化はこれに留まらることはできるが，送信電力の最大値も電波法で制限さず，500 MHz 以上の帯域幅を用いる UWB（Ultra Wide

れており，規定の電力以上の大きさで信号を送信することはできない．また，携帯端末などの場合には，電池サう．以上のような点から，送信電力増加による SN 比の00 10

s2 01 11

増加には限界がある．

00 10

s3 01 11

アナログ
回路

00 10

…

sN 01 11

また， 同一の送信電力で信号の受信強度を高める手段として，アンテナの利得を高める手法が考えられる．
アンテナ利得を高めると指向性が生じ，特定の方向への信号系列 s1 s2 s3 … sN を
逆離散フーリエ変換する
ことと等価

00 10

放射や特定の方向からの受信のみを強く受信することができる．よって，移動通信のように，電波が到来する方
向が時と場合によって異なるようなシステムでは，アン

図8

OFDM の概念図

解説論文：無線通信はどこまで高速化できるか？

テナ利得が高い方向と電波の到来方向が一致せず，必ず
17

小特集｜超高速無線通信

イズや使用時間の制限により出力電力が抑えられてしま

s1 01 11

しも受信電力を高めることはできないが，静止衛星との① 増幅器の非線形ひずみ：増幅器への入力が大きく通信など，特定の位置に設置された装置間の固定通信のなると飽和が生じ，入出力特性が非線形になること

場合はあらかじめアンテナの向きを設定することができによって生じるひずみ．一般に，信号の大電力化・る．実際に各家庭に設置されている衛星通信用のパラボ

広帯域化，増幅器の高効率化によって顕著になる．

ラアンテナは指向性アンテナとなっており，衛星からの② 発振器の位相誤差：所定の無線周波数帯にディジ受信電力を高めるために利用されている．

タルで生成したベースバンド信号を変換する際に乗そのほか，固定通信においても送受信間を人が遮る可算する正弦波に生じている位相の揺らぎ．発振器が能性がある無線 PAN などの場合も同様の問題が発生す生成するクロックのジッタや周波数を一定に保つたる．このような環境下でアンテナ利得を高くするためにめの phase lock loop で生じる雑音によって生じ，一は電波の到来方向に対して適応的にアンテナの指向性を般に，周波数が高くなるほど顕著になる．

制御することが必要になる．このような機能を実現する③ 直交変復調器の振幅誤差：sin 波と cos 波に異な方式としてミリ波帯の通信ではフェーズドアレーを用いる情報を乗せることにより，複素平面状で変調信号た指向性制御が検討されており，PHS（Personal Handy-

点を生成する際に，sin 波と cos 波に振幅の差が生phone System）の基地局や車載用の地上波ディジタル放じてしまったり，二つの搬送波の位相差が 90 度か送の受信機ではアダプティブアレーアンテナが適用されらずれてしまうことにより，複素平面がゆがんでしている［17］〜［19］．フェーズドアレーが移相器を用いまう現象．直交変復調と周波数の変換を同時に行うて特定の方向への指向性を強めるだけであるのに対し，ダイレクトコンバージョン方式で顕著に生じる．

アダプティブアレーアンテナでは，ディジタル信号処理④ ローカルリーク：発振器が出力する正弦波が高周により各アンテナで受信される信号に異なる振幅と位相波の変調信号にもれこむことによ って生じるひずを乗算することにより，より細かい制御が可能である．

み．ベースバンド信号に変換したときに直流信号の一方，ディジタルで制御する数だけ無線器を実装する必

ひずみとなって現れる．

要があり，装置の肥大化，コストや消費電力の増加が課⑤ 量子化誤差：実数を固定のビット数の演算器で処題となる．そのほか，アンテナの指向性の制御は，移相理する際に生じる誤差．ビット数を増加させれば誤器を用いずに変えることでも可能であり［20］，制御の差は小さくなるが，回路規模や消費電力が増加する

自由度は制限されるものの，ほかの方式に比べてコスト

ため，両者のトレードオフとなる．

や消費電力の増加を抑えることができる．

これらの不完全性は回路の原理上発生するものもあ

なお，信号の受信電力は一般に送受信間の通信距離にり，完全に抑圧することは困難である．また，一般に，依存することが知られており，自由空間では距離の 2 乗

小形化や消費電流の削減，高周波化によってこれらの不［21］，屋外の伝搬ではおおよそ距離の 3.5 乗程度に反比完全性は大きくなるため，これらの要求とのトレードオ

例するといわれている．よって，通信速度の高速化は通フとなり，マイクロ波帯の CMOS-IC における SN 比は

信距離が短ければ短いほど実現が容易になり，通信距離

おおむね 30 dB 前後で頭打ちとなる．また，3.2 節「広が長くなると困難になる．

帯域化」で述べたミリ波伝送は，マイクロ波帯の伝送に最後に雑音電力を低下させる手法としては，回路の雑比べこれらのひずみが顕著になり，広帯域化は実現で音指数の低下や不完全性を削減することによ って実現きるものの SN 比が制限されることが課題となる．よっ可能である．逆に，送信機の回路が不完全で，ひずみをて，このような回路の不完全性の抑圧が高 SN 比を実現

含んだ信号を送信していたり，受信機の回路が不完全でするためのポイントとなる．

受信信号の大きさに応じたひずみを付加してしまう場

そのほか，これらの回路内部で発生する雑音のほかに，合，どんなに受信電力が強くても SN 比が一定の値に収同一周波数を利用した他者からの干渉や，地磁気によっ

束してしまうことが課題として挙げられる．具体的にて発生する雑音などの外来雑音も存在するため，雑音電は，次のような課題がある．

力の低減は環境にも依存する．

18

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

3.4 並列伝送の適用
マルチパス電波伝搬環境する必要がある．ここで，並列伝送に適用可能なチャネルとして主に以下の 3 点が挙げられる．
① 周波数多重② 符号多重

送信
信号

受信信号処理あるが，並列伝送を行うためには異なるチャネルを用意

送信信号処理並列伝送による高速化の効果は図 7 に示したとおりで

受信
ナ
アンテナ

送信
アンテナ

③ 空間多重受信信号互いに干渉しない独立な伝送路

周波数チャネルを用いた多重は，フィルタを用いて各チャネルで送信された信号をそれぞれ抽出することに

図9

MIMO の概念

よ って実現可能であり，例えば PHS などで実際に用いられている．また，OFDM 伝送も直交した複数のサブ表すことができる．

キャリヤで多重を行っているので，原理的には周波数多（3）重の一つと考えることができる．
符号多重方式は，並列伝送する信号ごとに異なる拡
散符号を適用して送信する方式であり，類似の伝送方

ただし，H は i 行 j 列が i 番目の送信アンテナと j 番式として CDMA（Code Division Multiple Access）方式

目の受信アンテナ間の伝搬路の複素振幅を表し， 送信が挙げられる．CDMA 方式との違いは，CDMA 方式

アンテナ数を N，受信アンテナ数を M とし，det（・）はが利用者ごとに異なる符号を割り当てるのに対し，符行列の行列式，IM は M 次の単位行列，H は複素共役転号多重方式では 1 人の利用者の並列伝送する信号に対置を表している．

して異なる符号を割り当てることだけであり，技術的MIMO 伝送は無線 LAN（IEEE 802.11n）， モバイルに本質的な差異は無い．CDMA 方式と同様に並列伝送

WiMAX（IEEE 802.16e），3GPP LTE で採用されることする信号を増やすためには拡散符号長を長くする必要が決定しており，様々な無線システムで適用されている．

があり，拡散率が高くなるため拡散率に応じて広帯域

MIMO 伝送は並列伝送数に応じた数の無線器を実装するな回路が必要になる．なお，符号多重方式を適用する必要があり，回路規模の肥大化，コストや消費電力の増場合，広帯域化の際に述べたマルチパス伝搬路の遅延加が欠点として挙げられるが，周波数帯域幅を拡張せず

時間差が無視できなくなると符号間の直交性が欠如し，に高速化を実現できる利点がある．この結果，周波数利信号間の干渉が発生してしまう．このような環境でも用効率が高く，この点が評価され，様々なシステムで採並列伝送された信号を同時に判定する Joint Detection

用されている．

［22］を適用することによって干渉による劣化を最小限に抑えることができるが，演算負荷が増加することが以上，通信速度を向上させるために現在検討されてい空間多重方式は一般に MIMO（Multiple Input Multiple

る技術の概要を紹介した．なお，今回紹介した技術はそOutput）伝送方式と呼ばれる方式で，図 9 に示すようにれぞれ個別に適用しなければならない方式ではなく，そ

並列伝送する信号をそれぞれ異なる位置に配置された複

れぞれ併用することが可能である．例えば，無線 LAN

数のアンテナを用いて送受信する方式である．MIMO 伝の規格である IEEE 802.11n では広帯域化の技術で紹介

送では各送信アンテナから送信した電波がマルチパス伝

した OFDM 伝送と並列伝送で紹介した MIMO 伝送を併

搬路を介すことによって混信するため，各受信アンテナ

用した MIMO-OFDM 伝送が適用されている．同様に，

ではすべての送信アンテナから送信された電波を受信す

UWB やミリ波帯の通信に MIMO 伝送やアダプティブア

ることになる．よって，式（2）に示したような直交関係

レーを適用することも可能であり，要求される通信速度は一般に成り立たず，MIMO 伝送の通信路容量は次式でのハードルが高いほど，複数の技術を併用する必要が生

解説論文：無線通信はどこまで高速化できるか？

19

小特集｜超高速無線通信

課題となる．

3.5 その他の技術

表2

超高速化のための手段と技術課題

超高速化の方法① 広帯域化・高周波数化

具体的な手段・無線信号の広帯域化
・ミリ波など高周波帯の利用② 高 SN 比化③ 並列伝送・送信電力を高電力化
・受信電力の向上
・アンテナの高利得化
・雑音や干渉量の低減

・周波数多重化
・符号多重化
・空間多重化（MIMO）

・SN 比の増加に比較して通信容量
・FFT の大規模・複雑化の向上の度合いは小さい・広帯域な回路デバイス
・フェージングによる波形ひずみ ・電波法による送信電力の制限の必要性
・アンテナの狭ビーム化による指向
主な技術的な課題 ・デバイス特性の広帯域化性制御の必要性，遮へいの問題 ・信号処理の複雑化，演・高周波デバイスのコスト
算負荷，消費電力
・回路デバイスの雑音，非線形性や
不完全性

表3

10 Gbit/s を実現するための具体的方法

A 方式

C 方式

B 方式

方針 広帯域化だけで 10 Gbit/s を実現

並列化だけで 10 Gbit/s を実現

広 帯 域 化，並 列 伝 送 を 併 用 し て
10 Gbit/s を実現（多値変調も適用）

10.5 Gbit/s
帯域幅：14 GHz
変調方式：BPSK
内訳
符号化率：3/4
並列伝送：なし

10.05 Gbit/s
帯域幅：100 MHz
変調方式：BPSK
符号化率：3/4
並列伝送：134×134 MIMO

10.2 Gbit/s
帯域幅：425 MHz
変調方式：16QAM
符号化率：3/4
並列伝送：8×8 MIMO

じる．

伝送の中で，先に述べたように②高 SN 化は SN 比のまた，無線通信ではフェージングによる伝搬路の変動向上の割に通信路容量は増えないため，①広帯域化とや SN 比の観点から誤り訂正符号の適用が現状では必須③並列伝送をポイントに超高速化を考えていく方が良である．シャノンの情報理論では式（1）以下の通信速度

いと思われる．この点を念頭に，具体的に，10 Gbit/sであれば誤りなしで伝送できる符号化方式が存在するこを超える無線システムがどのように実現できるかを以とは示唆されているが，具体的な符号化方式までは示さ下に考えてみる．

れていなかった．また，当時はハードウェアの制限など

極端な方式として，表 3 に示すように，広帯域化のみ

から，訂正能力の高い誤り訂正符号を適用することがでにより実現する方式（A 方式），並列伝送を主体に実現す

きず，電話回線などの有線通信においても，シャノンがる方式（B 方式）
，広帯域化と並列伝送を併用する方式（C示した通信路容量の 300 分の 1 程度の通信速度しか実現

方式）の 3 方式を考えてみる．なお，ここで，変調方式

することができなかった．しかし，最近 15 年の研究で，や符号化率については，現在の無線システムの仕様など

ターボ符号［23］や LDPC（Low Density Parity Check）符を考えて適当なものを設定した．

号［24］がシャノンの通信路容量に 0.5 bit/（s・Hz）程度まA 方式のように広帯域化だけで 10 Gbit/s を実現しよで迫る特性を現実的な処理量で実現できることが示されうとすると，10 GHz 以上の周波数帯域幅を確保しなけており，シャノンが示した通信路容量に極めて近い速度ればならない．現在の電波法では，60 GHz 帯のミリ波で通信を実現できるようになっている．

を用いてもこのような帯域を確保することはできないので，法令改正なども含めた検討が必要になる．ここで，

3.6 10 Gbit/s を実現するために広い周波数帯域が確保しやすい 100 GHz 以上の周波数帯

ここまでに議論した超高速化を実現するための手段やテラヘルツ帯の利用の検討も重要になるだろう．どち

W_Bp_KY6_Sと技術課題を表 2 にまとめた．通信速度を高速化する

らにしても，ミリ波帯以上の高い周波数帯の利用が不可

ための三つの方法，①広帯域化，②高 SN 比，③並列

欠であり，一般ユーザ向けにリーズナブルなコストで提20

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

供するための低コストなデバイスやシステムの研究開発

域の無線システムにおいても 2020 年ごろに達成されるが必要である．

だろうと考えられる．2009 年 7 月にまとめられた総務

また，B 方式のように MIMO 伝送のみで 10 Gbit/s を省電波政策懇談会の報告書［25］でも，2020 年までに実現しようとすると，並列伝送数が 100 以上になる．つ10 Gbit/s を超えるスーパーブロードバンドシステムが実

まり，100 個以上の無線回路部を装置に実装する必要

現されると予想している．

があり，装置の肥大化が課題となる．ディジタル処理

次に，「 どこまで高速化が可能か」という点について

デバイスはこれからも進展していくと思われるが，こは，ターゲットとなる 10 Gbit/s の実現可能性について技

れだけの無線回路部を効率良く実装するためには，こ術的な検討を行った．高速化のため利用されている広帯

れまでにまだ発案されていないような工夫も必要にな域化技術や並列伝送技術などについて検討を行い，概念ると思われる．

設計レベルではあるが，広帯域化技術と MIMO による

一方，C 方式のように広帯域化と並列伝送，更に高並列伝送技術を組み合わせることにより 10 Gbit/s を達

SN 化も併用し多値変調を利用することによ って，A成できる可能性があることを示唆した．しかし，一方で，方式や C 方式に比較して，現状のデバイスや回路技術

これを実現するために必要な無線システム設計や信号処でも現実味のある数値で 10 Gbit/s を実現できると考え

理技術，回路技術など技術課題はまだまだ多いことにつられる．それでも 400 MHz 以上の帯域が必要であり，いても述べた．これらの課題解決については，無線通信

広帯域化のみで実現する場合に比べ要求は緩和されるに関わる研究者・技術者の今後の研究に大きく期待する

ものの高周波帯の利用が要求される可能性があり，伝ところである．

搬損による信号電力の低下，回路の不完全性による雑なお，本論文では，ここ 10 年間くらいの期間におい音レベルの上昇から生じる SN 比の低下は依然問題とては 10 Gbit/s が超高速化のターゲットであると位置付なる．C 方式は多値変調を用いた場合であるが，もし，けた．しかし，高速化への要望・ 期待には限界がなく，A，B 方式と同じ変調方式である BPSK を用いた場合将来的には，10 Gbit/s を超えて 100 Gbit/s クラスを必要には，1.7 GHz 程度の帯域が必要になり，ミリ波などとする無線システムへの要求も出てくると考えられる．

の高周波数帯の利用が必須になると考えられる．このハードルは高くなると考えられるが，無線通信に関わる

ほか，C 方式の場合には，8 × 8 の MIMO を実現する

研究者・技術者の超高速化に対する研究課題は尽きるこために 8 系統の無線回路部を実装するコストや回路規とがないだろう．

模，消費電力など，利用者のニーズに応える無線機を提供するための実装技術も重要になる．
文 献

4. む す び速化が必要か」，「どこまで高速化が可能か」という点について議論を行った．
「どこまで高速化が必要か」という点に関しては，ユー
ザ側の視点からの検討を行い，画像データやディジタ
ルデータの伝送のために無線通信の更なる高速化の需要が高いことと，10 Gbit/s が次のターゲットになることを示した．図 1 の無線システムの動向に示すように，
10 Gbit/s の実現は，無線 PAN など比較的近距離の無線
通信システムにおいては 2015 年ごろ，セルラーなど広解説論文：無線通信はどこまで高速化できるか？

21

小特集｜超高速無線通信

本論文では，今後の無線通信において，「 どこまで高［1］ 3GPP LTE, http://www.3gpp.org/article/lte［2］ IEEE 802.11, http://www.ieee802.org/11/［3］ Wireless HD, http://www.wirelesshd.org/［4］ 特集 美に挑む，規格外テレビ 第 1 部〈総論〉画像
処理技術の進化が，テレビを放送から解き放つ， 日経エレクトロニクス，2009/02/09 号，pp. 38-45，Feb.
2009．
［5］ あらゆる機器へ搭載狙う USB，HDMI は携帯機器に再挑戦―第 1 部〈勝負の行方〉， 日経エレクトロニク
ス，2009/02/23 号，pp. 38-43，Feb. 2009.
［6］ 壁張りテレビをケーブルレスに，HDTV を無線で飛ばす ― 第 3 部〈 無線伝送〉，日経エレクトロニクス，
2007/11/19 号，pp. 64-73，Nov. 2007．
［7］ T. Sekiguchi, K. Akita, T. Nakanishi, S. Kato, K. Adachi,
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ISMRM 17th Scientiﬁc Meeting, 3068, April 2009.
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22

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［23］ C. Berrou and A. Glavieux, Near Shannon limit errorcorrecting coding and decoding: Turbo-codes, Proc.
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http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/ 02kiban09_
090713_1.html，2009．
（平成 21 年 5 月 19 日受付，7 月 29 日再受付）

庄 木 裕 樹（正員：フェロー）
昭 57 北大・工・電子卒，昭 59 同大大学院修士課程了．同年（株）東芝入社，以来，アンテナ及び無線システムの研究開発に従事．現在，同社研究開発セン
ター・ワイヤレスシステムラボラトリー・研究主幹．工博（平 4）．IEEE シニア会員．
将来の夢はハワイに住むこと．

田 邉 康 彦（正員）
平 8 北大・工・電子卒，平 10 同大大学院工学研究科修士課程了，平 13 同
博士後期課程了．平 14（株）東芝入社，以来，無線通信システムの研究開発に従事．IEEE 会員．現在，大きな雪の結晶がゆっくりと舞う景色を懐かしむ今
日このごろです．

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009最近の研究開発成果の紹介

60 GHz 帯無線伝送用小形開口面アンテナモジュール
日本電信電話株式会社 NTT 未来ねっと研究所
ブロードバンドの普及に伴い，現のための技術である．以下，技術のポ化したミリ波システムインパッケー

在，超高速データ伝送が可能なミリ波

イントについて述べる．

ジ（ 図 1） で あ り，12 mm 角 に 57 〜帯と呼ばれる高い周波数帯の使用が注■ 広帯域・高利得・小形化を実現し66 GHz（60 GHz 帯）で動作するアン

目されている．特に 60 GHz 帯を用いた小形平面形開口面アンテナを開発

テナ，高周波部を集積化した IC を多た無線システムは IEEE において標準

多層低温焼成セラミック（LTCC）基層基板の表裏に搭載している．本モ化活動が終了し，各機関で研究開発が板を用いて多層基板内に擬似開口面

ジュール（図 2）は小形・高集積のみ

活発に行われている．60 GHz 帯は自アンテナ（ショートバックファイアアン

ならず，ミリ波信号の処理をモジュー

由空間波長が 5 mm であり，無線装置テナ） を 形 成 す る こ と で，12 mm ×ル内で完結するため，損失増加を危惧の小形化に有利であるとともに使用

12 mm × 1 mm サイズで 12 dBi 以上のせずにモジュール実装を行うことが可可 能 帯 域 が 9 GHz（57 〜 66 GHz 帯 ）アンテナ利得を実現した（図 1）．原

能となり，実装そのものを簡易にすると，広い帯域を利用できるなど高速通理としては給電素子としてマイクロス

ことが可能である．

信に極めて有効と考えられる．しかトリップアンテナを用い，その上部の■ 60 GHz 帯での複数チャネル並列伝送

し，光ファイバと整合性の良い伝送速

多層基板の最上層にスロット付きの一技術を用いた 10 Gbit/s 無線伝送シス

度 10 Gbit/s を実現した 60 GHz 帯無線次反射板を配置し，かつ多層基板内にテムを可能とする基本技術を開発

伝送技術及びそれを実現する小形無線

ドーナツ状の金属を上層にいくにつIEEE 802.15.3c で の 標 準 化 に 準 拠モジュールはまだ実現されていない．

れ，大きくなるように配置することにした方式として，ベースバンド信号

NTT では小形携帯端末での 10 Gbit/s

より，擬似的な反射鏡面を構成する．

を高周波帯で周波数軸上複数並列配

無線伝送システムを実現するため，今これにより二次反射鏡面を構成するこ

置し，同時に並列して無線伝送する

回 60 GHz 帯 無 線 伝 送 用 小 形 開 口 面とで擬似的な開口面アンテナを構成し技術であり，今回のミリ波システム

アンテナモジュールを実現したので紹ている．これによって，平面基板であインパッケージでは 1 チャネル当た介する．なお，本モジュールはワイヤ

りながら，開口面アンテナを構築する

り 2.5 Gbit/s の伝送速度を実現するこ

レスパーソナルエリアネットワーク

ことが可能であり，高利得アンテナをとで，4 チャネルを並列伝送すること（WPAN）などの端末・機器間での超実現できる．

により 10 Gbit/s の伝送速度が実現可

高速データダウンロードや超高精細映■ア ン テ ナ 集 積 化 ミ リ 波 シ ス テ ム

能である．並列 4 チャネル伝送は上像伝送や高速ホームネットワークなど

インパッケージ技術を用いた小形無

記広帯域無線モジュールによって初を実現に向けた，小形携帯端末・機器

線モジュールを開発めて実現された．

への搭載が可能な無線モジュール実現

小形平面形開口面アンテナを集積
高集積 MMIC

LTCC 多層基板

アンテナ

スロット
広帯域アンテナ・高周波数技術
アンテナ

接地導体

主基板
接続用パット 高集積 MMIC

一次反射器
フィルタなどの
受動素子

給電素子

図 1 ミリ波システムインパッケージと小形平面形開口面アンテナ

最近の研究開発成果の紹介

高集積
MMIC

擬似反射
鏡面

ミリ波システムインパッケージ部

図2

小形無線モジュール

23

解説論文

小特集｜超高速無線通信 ―駆け抜けるワイヤレス通信―

超広帯域無線システムの高速化展望
Perspective of Giga Bit Transmission with Ultra Wideband
眞田幸俊†

Yukitoshi Sanada†

超広帯域無線システム（Ultra Wideband： UWB）は USB の無線化や薄形 HDTV
パネルとチューナ間の接続に実用化されている．現状の規格では伝送レートは約 500 Mbit/s であるが，業界団体は今後伝送レートを Gbit/s クラスに引き上げることを表明している．本論文ではUWB の伝送レートの高速化手法を，特許情報，Web に公開された白書及び報道資料，論文誌論文，国際会議論文などを手掛かりに整理する．またその際の課題についても検討する．
超広帯域無線システム，Ultra Wideband，MB-OFDM，HDTV 伝送

信電力と帯域幅の関係を示す．UWB はマイクロ波帯の

1. UWB の概要

周波数が割り当てられており，CMOS デバイスで送受信機が構成できるため，低コストかつ低消費電力であ

1.1 UWB の応用

る．またその広帯域性を利用して数百 Mbit/s 以上の高超広帯域無線システム（UWB）はその名のとおり非常

いデータレートを必要とする無線アプリケーションに実に広い帯域を利用して高データレートの無線通信を行う用化されてきた．特に USB の無線化や薄形 HDTV パ

システムである．ただし，既存の無線システムが割り当

ネルとチューナ間の無線伝送に用いられてきている．まてられている周波数を利用するため，ほかの無線システ

た次世代の Bluetooth は物理層に UWB の採用を表明しムとの共用条件が定められ，特に送信電力については電ている［2］．

子機器の不要放射雑音程度に抑えられている．したがって主な用途としては，10 m 以下の短距離の無線通信への応用に限られている［1］．

1.2

UWB の定義及び強制規格

2002 年 2 月に米国連邦通信委員会（Federal Communi-

図 1 に UWB 及びほかの屋内無線通信システムの送

cations Commission： FCC） は UWB の商用利用を認可

送信電力密度（W/MHz）

した［3］．米国では図 2（a）に示すように 3.1 〜 10.6 GHzの帯域が UWB に割り当てられた．日本では 2006 年 8月に省令改正が行われ，図 2（b）に示す 3.4 〜 4.8 GHz

1

及び 7.25 〜 10.25 GHz の帯域が認可された［4］． 送信IEEE 802.11a/n−2

10

出力は−41.3 dBm/MHz である． ただし 3.4 〜 4.8 GHz−410IEEE 802.15.3c

−6

10
10

は干渉軽減機能がない場合には−70.0 dBm/MHz に送信

UWB

−8

0

5

図1

10 55
60
周波数
（GHz）

65

UWB の送信電力密度と帯域幅

電力を落とさなければならない（4.2 〜 4.8 GHz については 2010 年末まで干渉軽減機能に関して経過措置がある）．また欧州のスペクトルマスクを図 2（c）に示す［5］．
電波法施行規則によれば，UWB は 450 MHz（米国の500 MHz，欧州の 50 MHz と異なる）以上の帯域幅でデー† 慶應義塾大学理工学部電子工学科，横浜市
Dept. of Electronics and Electrical Engineering, Keio University,
Yokohama-shi, 223-8522 Japan24

タ通信を行う無線システムである．また使用条件として屋内が明記されている．
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

上り
リンク

−40
屋内

dBm/MHz−50−60

Zone 3:
Zone 2:
上りリンク信号
Zone 1:
上りリンク信号 上りリンク信号 ＞−61 dBm＞−61 dBm＞−38 dBm

屋外

−70

被干渉
システム

−80
−90

−100

1

2

3

4

5
6
7
8
周波数
（GHz）

9

10 11

dBm/MHz周りをゾーン分割し，ゾーンごとに UWB の送信電力を規定している［6］．実際には UWB 端末が被干渉システ

時限措置（2010 年末まで）

ム（主に WiMax やレーダを想定）の上りリンクの信号を−50

受信し，その電力をもって UWB 端末自身がどの領域に−60存在するかを判断する．図 3 に 3.4 〜 4.8 GHz 帯におけ−70

3.4 4.2 4.8

−80

−100

7.25

10.25

干渉軽減機能
が必要

−90
1

2

3

4

5
6
7
8
周波数
（GHz）

9

10 11

3.1

−80

6

3.4 3.8 干渉軽減機能
が必要

−90
−100

4.2 4.8

1

2

3

4

干渉軽減機能
が必要

5
6
7
8
周波数
（GHz）

電源投入時
検出時間
電源投入時
検出確率
検出電力
レベル
UWB の
最大送信電力Zone2
14 秒以上99％−38 dBm 以上−38 dBm 未満−70 dBm/MHz−41.3 dBm/MHz（b）3.4 〜 4.8 GHz 帯における領域分割
9

10 11

（c）欧州のスペクトルマスク

UWB のスペクトルマスク

Zone1
電源投入時
検出時間
電源投入時
検出確率
検出電力
レベル

Zone2

Zone3

5.1 秒以上
99％−38 dBm
以上−61 dBm
以上−61 dBm
未満−65−80 dBm/MHz
UWB の
最大送信電力 3.8 〜 4.8 GHz： dBm/MHz−41.3
dBm/MHz

3.4 〜 3.8 GHz：

1.3 UWB の干渉軽減機能
日本及び欧州の強制規格ではローバンドの UWB に対して干渉軽減機能を要求している．欧州では干渉軽減機能として被干渉側の信号を検出して送信電力制御を行う
DAA（Detection and Avoidance）と送信信号のデューティ比を制限した LDC（Low Duty Cycle）が検討されている．
日本においては 2009 年 3 月現在，総務省において干渉軽減機能の検討が行われている．
解説論文：超広帯域無線システムの高速化展望−70 dBm/MHz

小特集｜超高速無線通信

図2

欧州 DAA の領域分割のパラメータ
Zone1

8.5 9.0−70

末は電源投入時に被干渉システムの上りリンク信号を検（a）3.1 〜 3.4 GHz 帯における領域分割

−50
−60

数帯及び領域における最大送信電力を示す．例えば表 1

表1

時限措置
（2010 年末まで）−40

る欧州 DAA の領域分割の概念，表 1（a）〜（c）に各周波（b）のように 3.4 〜 4.8 GHz 帯では，すべての UWB 端（b）日本のスペクトルマスク

dBm/MHz

3.4 ～ 3.8 GHz 帯における領域分割

欧州の DAA においては被干渉システムの移動端末の（a）米国のスペクトルマスク

−40

図3

（c）8.5 〜 9 GHz 帯における領域分割
Zone1
電源投入時
検出時間
電源投入時
検出確率
検出電力
レベル
UWB の
最大送信電力Zone2
14 秒以上99％−61 dBm 以上−61 dBm 未満−65 dBm/MHz−41.3 dBm/MHz

25

出し，検出電力レベルに応じて UWB の最大送信電力を（DFT）を用いて時間軸上の信号に変換した部分（DFT 出決定する．信号検出時間は 5.1 秒以上，検出確率は 99％

力）242 ns と 70 ns の無信号部分（Zero-padded sufﬁx）で以上と規定されている．

構成される．無信号部分は送信信号の周波数スペクトルを平滑化する．また同一バンドで送信されるシンボルの1.4 UWB の標準規格

間隔を広げて，遅延して受信機に届くマルチパスによる

UWB の標準化は IEEE 802.15.3a グループにおいて干渉を避けるために用いられる．また各バンドグループ

2004 年 3 月から行われた．しかし直接拡散を用いた DS-

内では図 5 のように OFDM シンボルごとの周波数ホッUWB 方式と OFDM 変調と周波数ホッピングを用いた

ピングが用いられる．この周波数ホッピングを行うこと

MB-OFDM 方式の二つの提案をまとめることができず，によって平均電力密度を−41.3 dBm/MHz に保つ．つま15.3a グループは 2006 年 1 月に解散した．

り各バンドにおいては瞬間的に＋5 dB の送信電力で送信

MB-OFDM 方式を策定した規格団体 WiMedia Allianceすることになる．周波数ホッピングはマルチパスによるは情報・通信分野の国際標準化団体 ECMA International

シンボル間干渉を防ぐ効果もある．また同一ピコネット

においても標準化活動を行い，2005 年 12 月に PHY 層に属する UWB 端末は同じ TFC（Time Frequency Code）と MAC 層 を 定 め た ECMA-368 と PHY/MAC 層 間 のと呼ばれるホッピングパターンを用いて情報を伝送す

インタフェースを定めた ECMA-369 を規格化した［7］，る．したがって TFC によってピコネットを区別し，ほ［8］．ここでは MB-OFDM 方式について説明する．

かのピコネットからの干渉を緩和する．

MB-OFDM は図 4 のように UWB に割り当てられた

表 2 に MB-OFDM のデータレートと各パラメータを

帯域を約 500 MHz ごとに 14 バンドに分割する． そし

示す．一次変調，符号化率及び時間周波数方向の拡散率て 3 バンドごと（第 13，14 バンドは 2 バンド）にバンを変更することによ って 55 〜 480 Mbit/s の範囲のデー

ドグループを構成する．ただし，灰色のチャネルは各地

タレートをカバーする［7］．例えば，53.3 Mbit/s の伝送域の規制により利用できないことを示す．各バンド内

レートでは QPSK 変調を用い， 符号化率 1/3 の畳込み

ではサブキャリヤ数 122 本の OFDM 変調方式によって符号で符号化して伝送する．符号化されたシンボルは異符号化した信号を送信する．1 シンボルは各サブキャリ

なるサブキャリヤ及び連続するシンボルで 4 回送信されヤ（周波数軸）上の情報信号を Discrete Fourier Transformる（ 拡散率 4）．他方 480 Mbit/s の伝送レートにおいて拡散率は 1 となるが，その代わりに DCM（Dual CarrierBand Group #1

Band Group #2

Band Group #3

Band Group #4

Band
Group #5

Band Band Band Band Band Band Band Band Band Band Band Band Band Band
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
#11
#12
#13
#14

米国

符号化ビット（b
［g
（k）
］
，
［g
b （k）
＋1］
，
［g
b （k）
＋50］
，
［g
b （k）
＋51］
）を二つの 16QAM 信号点に配置し（ただし，配置

DAA

DAA
after
2010

日本

DAA

中心 3.432
周波数 GHz

DAA
after
2010

3.960 4.480 5.016 5.544 6.072 6.600 7.128 7.656
GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz

欧州

Modulation） という変調方式が用いられる．DCM は 4

DAAの仕方は異なる），図 6 に示すように 50 サブキャリヤ離DAAして送信する変調方式である．DCM の信号点配置を図

図48.184 8.712 9.240 9.768 10.296
GHz GHz GHz GHz GHz

MB-OFDM のバンド分割

7（a），（b）に示す．UWB が用いられる屋内伝搬路は壁などの反射により多数のマルチパスが発生する．このマ
表2

1OFDM シンボル Zero-padded Suﬃx
（DFT 出力）
242 ns 70 ns

53.3
80
106.7
160
200
320
480
データレート Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s

3.432

変調 /
OFDM/ OFDM/ OFDM/ OFDM/ OFDM/ OFDM/ OFDM/
信号点配置 QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK DCM DCM

3.960

DFT サイズ

4.488

符号化率（K＝7）R＝1/3 R＝1/2 R＝1/3 R＝1/2 R＝5/8 R＝1/2 R＝3/4

周波数
（GHz）

図5

26

MB-OFDM のデータレートと各パラメータ

1 シンボル
312.5 ns

MB-OFDM の周波数ホッピング

時間

128

4

128

128

128

128

128

128

4

2

2

2

1

1

シンボル長（ns） 312.5

312.5

312.5

312.5

312.5

312.5

312.5

チャネルビット
640
レート（Mbit/s）

640

640

640

640

640

640

拡散率

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

ルチパスにより伝搬路は周波数選択性を示す．つまり周波数上で離れたサブキャリヤは，異なる通信路応答の影
響を受ける．このことから，図 6 に示すように DCM に

1.5 UWB の実用化例
UWB は 2007 年度辺りから実用化されている．その応用先としては

より周波数ダイバーシチ効果を利用することができ伝送① ワイヤレス USB

特性を改善する．

②

HDMI の無線伝送③

UWB over Coaxなどが主である．
ワイヤレス USB は表 3 に示すように Laptop PC 及びその周辺機器への搭載が進んでいる．また図 8 のように
薄形 HDTV パネルとチューナ間の HDMI 無線伝送も実

…
+ jd［
d［
I k］
Q k］

f

d［
+ jdQ［k+50］
I k+50］［g（k）］［g（k）+1］b,b,［g（k）+50］［g（k）+51］b,b
図6

用化されている．
表3
製

品

USB Hub

周波数選択制フェージング路の応答と DCM による
周波数ダイバーシチのイメージ

USB Adapter

主な MB-OFDM 搭載製品
メーカ

型番 / 仕様BELKIN

F5U302/4 ポート HUB

ラトック
システム

REX-WUSB1/
4 ポート HUB

CABLES
Wireless USB Kit
UNLIMITEDOLIDATAd［
Q k］

Docking Station Kinsington

Wireless USB
Adapter
Wireless USB
Docking Station

0011

0111

1011

1111

DELL

Inspiron Series
XPS Notebooks

0010

0110

1010

1110

Fujitsu

LifeBook
A6220

LENOVO

Thinkpad
T61/T61P

NEC

LaVie G タイプ J

Toshiba

Portege R400 &Wireless

External HDD

lmationApollo Pro WX

Projector

lmationWireless
Projection Link

Wireless HDMI

HitachiTP-WL700H

d［
I k］
0001

0101

1001

1101

0000

0100

1000

1100

（b
）
［g
（k）］
［g
（k）+1］［g（k）+50］［g（k）+51］,b,b,b（a）サブキャリヤ k

dQ［k +50］
1110

0010

1010

0100

1100

0000

1000

受信機

d［
I k +50］
0111

1111

0011

1011

0101

1101

0001

1001

小特集｜超高速無線通信

0110

Laptop PCs

受信機
送信機

（b
）
［g
（k）］
［g
（k）+1］［g（k）+50］［g（k）+51］,b,b,bW̲Bp̲KM3̲S（b）サブキャリヤ k +50
送信機

図7

DCM の信号点配置

解説論文：超広帯域無線システムの高速化展望

図 8 （株）日立製作所の HDMI の UWB ワイヤレスユニット

27

更に同軸ケーブル上に UWB 信号を流し家庭内の高速

ず，また次世代 MB-OFDM 規格も公表されていない．そこネットワークを構築する UWB over Coax も検討されてで WiMedia Alliance が Web で公開している白書及び主要

いる［9］
．

メンバが申請している特許申請情報などから，次世代 MBOFDM 規格の検討内容を推察する．また IEEE 802.15.3aに提出された資料及び国際会議論文から，MB-OFDM 規

2. UWB 高速化の検討と課題＊

格の高速化に対する課題を検討する ．
（1）バンド結合

2.1 広帯域性と高速化
広く知られているように，通信路容量は以下の式に与えられる［10］．
C ＝ B log（1＋SNR）
2ECMA-368 では約 500 MHz ごとに 13 バンドの割当てが規定されている．これに対して文献［14］は複数のバンドを結合して利用することを検討している．例えば
文献［15］では，図 9 のようにトリプレクサを用いて三

ここで，C は通信路容量，B は通信路の帯域，SNR

つのバンド（1.584 MHz）を同時に利用すれば，1.44 Gbit/s

は受信信号の信号対雑音電力比である． 通信路容量は（MB-OFDM 規格の最大伝送レート 480 Mbit/s×3）の伝送

信号対雑音電力比が改善すれば増加するが，UWB は単

レートが達成可能であるとしている．

位帯域当たりの送信電力が制限されており，信号対雑音
電力比を改善することが難しい．これに対して通信路容量は帯域に比例して増加するため，広帯域が利用可能な
UWB は比較的容易にデータレートを増加できるように考えられる．例えば現行の MB-OFDM システムの帯域幅を米国で割り当てられている 3.1 〜 10.6 GHz の帯域に広げたとすると，非常に単純に考えれば500 Mbit/s × 7/0.5 ＝ 7,000 Mbit/s ＝ 7 Gbit/s
以上のデータレートが実現できる．また，広帯域化する

WiMedia TxRx
Band 1
WiMedia TxRx
Band 2

Triplexer

WiMedia TxRx
Band 3

図9

トリプレクサによる複数バンドの利用（2）高次変調

ことにより分解できるマルチパスが増加し，フェージン

表 2 のように，ECMA-368 で規格化された PHY 層でグによる受信信号レベルの落込みを防ぐ効果もあり，無は一次変調方式として QPSK 若しくは DCM が用いられ

線リンクの信頼性改善につながる［11］
，
［12］
．しかし

ている．これを 16QAM に変更すれば，PHY 層の伝送

実際には広帯域化及びデータレートの高速化は，後述のレートは 2 倍になる．

ように特に伝送距離や受信機の消費電力などとのトレー

しかし一次変調を 16QAM に変更した場合，一シンボ

ドオフとなる．そこで広帯域化と同時に MIMO など等

ルを一つのサブキャリヤで伝送することになり，周波数

価的に SNR を改善する手法や，周波数をより効率良くダイバーシチ利得は得られなくなる．そこで 256QAM

利用するほかの高速化手法も検討されている．

を利用した DCM 方式が検討されている［16］．この方式では，4 符号化ビットを用いて 16QAM 信号を生成し，2.2 MB-OFDM の高速化検討
前章で述べたように，MB-OFDM はワイヤレス USB

二つの 16QAM 信号［Sk Sk ＋ p］を組み合わせて次式より
二つの 256QAM 信号［Dk Dk ＋p］を生成する．

として USB2.0 のデータレートである 480 Mbit/s をサポートする．しかし，このデータレートで薄形 HDTV パ
ネルにチューナから画像情報を伝送するには情報源符号化による情報量の圧縮が必要になる．
他方，WiMedia Alliance では MB-OFDM 規格を Gbit/s
単位の伝送レートへ拡張することを明言している［13］．ただし，WiMedia Alliance の検討内容は一般に公開されておら28＊：な お，2009 年 3 月現在 WiMedia Alliance は活動を停止し，Bluetooth
SIG 及び USB Implementers Forum（USB-IF）が引き続き技術的検討を行うことがアナウンスされている．

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging TechnologiesT

ここで，p は正の整数，T ＝ T である．例えばプリアンブルの比率が下がる．ただし復調誤りによる再送の影響などを考慮する必要がある［15］
，
［18］
．

を選択すると，16QAM 信号［1＋ j，3−3j］ は二つの2.3 高速化における課題

256QAM 信号（1）RF 及びアナログ部
UWB の 送信信号 を 広帯域化 す る 際 に 原状 の MBOFDM の規格との互換性を保つことを考えると，サブキャリヤ間隔を維持したままサブキャリヤ数を増加する方法がある．この場合 OFDM 信号のピーク対平均電に変換される．この 256QAM 信号を異なるサブキャリ

力比（Peak-to-Average Power Ratio： PAPR）が増加する

ヤで送信することにより，周波数ダイバーシチを達成しため送信機側のパワーアンプに高い線形性が求められるかつ伝送レートを増加する．

［19］．高い線形性は効率を犠牲にするため，送信機の消（3）MIMO 伝送

費電力が増加する．

複数の送受信アンテナ素子を利用した MIMO による

また高次変調や MIMO 伝送を用いた場合，受信信号

伝送レートの高速化も検討されている［17］．MIMO にの信号点が等価的に増加し雑音の影響を受けやすくな

よる伝送は，DCM による周波数ダイバーシチだけでなる．したが って，受信機のアナログ部のダイナミック

く，受信側で複数のアンテナを用いることによるアンレンジを広げる必要がある．標準的なトランスコンダク

テナダイバーシチ効果も同時に実現することができる．

タンスアンプ（電圧 - 電流変換アンプ）のダイナミック

文献［18］
では 5 bit の A-D 変換器を受信側で用いた（b）その変調スペクトルの測定結果

レンジはMIMO-DCM 方式，6 bit の A-D 変換器を用いた MIMOQPSK 方式及び 6 bit の A-D 変換器を用い Alamouti 符号を用いた 16QAM 変調方式の 3 方式を比較している．比で与えられる［19］． ここで，g m はトランスコンダク

較の結果，MIMO を用いた 2 方式は受信側のアンテナダ

タンス，k はボルツマン定数（1.38 × 10

イバーシチにより，Alamouti 符号を用いた 16QAM 変調

対温度，∆ f は周波数帯域幅，I方式よりも 1 〜 2 dB 特性を改善している．また MIMO-

したがって，ダイナミックレンジを広げることにより消DCM 方式は MIMO-QPSK 方式よりも 1 dB 程度良い特費電力が増加する．

性を示している．

−23

2
bias

J/K）
，T は絶

はバイアス電流である．

更にバンド結合のように信号の帯域幅を増加すれば，（4）MAC レイヤの改良

図 11 に示すような LC 同調回路の Q 値を下げる必要がPHY 層のデータレートを改善するわけではないが，ある．LC 同調回路は RF 回路の負荷として用いられる．

MAC 層におけるスループット改善にはペイロードを増LC 同調回路の Q 値を下げると，負荷に流れる電流が増加する方法も考えられる． 図 10 は MB-OFDM の送信

加し，これも消費電力を増加する．
そして図 9 のようにトリプレクサを用いて複数の号，ヘッダ信号及びデータ信号で構成されている．デー

UWB モジュールを用いれば，当然ながら消費電力はモ

タ信号は 53.3 〜 480 Mbit/s で伝送され，その長さは 0 〜

ジュール数に比例して増加する．

4,096 octet である．ペイロードを増加すると，相対的にR

PLCP Preamble
e PLCP Header
39.4 Mbit/s

PSDU
53.3 〜480 Mbit/s

PLCP：Physical Layer Convergence Protocol
PSDU：PLCP Service Data Units
図 10

L

パケット構成解説論文：超広帯域無線システムの高速化展望

C

図 11

LC 同調回路29

小特集｜超高速無線通信

パケットの構成である．各パケットはプリアンブル信る．バンド結合により広帯域化し DFT サイズを増加す（2）A-D 変換
高次変調及び MIMO 伝送を利用した場合 A-D 変換器のダイナミックレンジも広くとる必要がある．またバン

ると，DFT 処理のためにゲート数を増加する必要がある．
したがって消費電力及び製造コストが増加する．

ド結合によ って信号帯域幅を広げた場合，当然ながらビタビ復号処理も同様にスループットを確保するた

A-D 変換器のサンプリング速度を増加する必要がある．

めに並列化する必要がある．480 Mbit/s を実現するには

A-D 変換器のダイナミックレンジとサンプリング速0.13 mTSMC プロセスを用いて 4 並列で処理する必要度，そして消費電力の関係として一般に次のような式ががあると見積もられている．960 Mbit/s を実現するには与えられている［20］．

8 並列で処理する必要があると予想される．これに従い必要なゲート数と消費電力が増加する．また複数の誤り（6N ＋ 1.76）/10

Pmin ＝kTfs 10

訂正符号器及び復号器を並列に用いる方式も検討されてここで，fs はサンプリング周波数，N はビット数，Pmin
は最小消費電力である．したがって，高次変調・MIMO

いる［22］．
MIMO 伝送を用いた場合には異なるアンテナからの信も広帯域化も A-D 変換器の消費電力を増加させる．

号を分離する処理が必要になる．この処理においても高（3）ディジタル信号処理

いスループットが求められる．高スループットかつ低計

伝送レートを高速化した場合にディジタル信号処理部

算量で最ゆう（Maximum Likelihood）復号に近い特性をで課題となるのは DFT 処理とビタビ（Viterbi）復号処理得る方式も［23］などで検討されている．

である．これらの信号処理については IEEE 802.15.3a グ（4）消費電力及び伝送距離以上のように UWB の伝送レートを増加するには回路

ループにおいて議論されている［21］．
DFT 処理のスループットを増加するためには並列に処

規模及び消費電力が増加することが予想される．しかし，理する必要がある．表 4 は DFT サイズ，並列数，スルー

これらの課題は CMOS プロセスの微細化によ って解決

プットとゲート数の関係を示している．ここでは 16 bit

し得ると予想される．

の DFT 及び TSMC 社の 0.13 m プロセスを想定してい一方で現在の ECMA 規格との互換性を重視し，同一

表 4 N ポイント 16 bit P 並列 DFT のゲート数のバンド幅で MIMO などにより伝送レートを高速化し

ポイント数
並列数 P
N

64

128
256
512

1,024

4,096

30

た場合，最高データレートにおける通信距離は減少する．

スループット（ µ s）

ゲート数

1

0.512

37 k

2

0.256

62 k

4

0.128

104 k

8

0.064

173 k

16

0.032

341 k

1

1.024

48 k

2

0.512

85 k

1

2.048

67 k

2

1.024

111 k

1

4.096

89 k

2

2.048

145 k

1

8.192

124 k

2

4.096

193 k

本解説論文ではまず UWB の位置付け，強制規格を概

4

2.048

311 k

1

16.384313 k

観した．そして WiMedia Alliance が推進する MB-OFDM

2

8.192

408 k

4

4.096

550 k

また伝搬減衰は周波数の約 2 乗に比例する［24］．したが って，伝送距離は 3 〜 10 GHz の UWB 用の帯域のう
ちどのバンドを利用するかにも依存する．広帯域化のために高い周波数のバンドを利用すると，伝送距離は短くなってしまう．
したがって，伝送レートの高速化は UWB デバイスの用途に応じてコスト及び消費電力を鑑みながら適切に実現する必要がある．

3. む す びの概要を説明した．次世代 MB-OFDM については情報が限られているが，特許情報などから MB-OFDM の高速化について推察した．一般的には高速化は信号帯域幅
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologiesを増加することによって達成し得るが，消費電力及びコストの増加につながる．ほかの高速化手法も同様である．
しかし，将来的には CMOS プロセスの微細化によ って解決する問題であると予想される．プロセスの進化に伴い，Gbit/s の伝送レートを実現する UWB デバイスが市場に現れるであろう．また低コスト化のためには日米欧の強制規格を適切に調和し，同一デバイスが世界中に流通するようにすることが望まれる．
謝 辞
本解説論文はマルチメディア移動アクセスフォ ーラ
ム UWB ワーキンググループメンバーの協力により作成しました．記してここに謝意を示します．
文 献

解説論文：超広帯域無線システムの高速化展望（平成 21 年 5 月 12 日受付，7 月 30 日再受付）

眞 田 幸 俊（正員）
平 4 慶大・理工・電気卒．平 9 同大
大学院理工学研究科博士課程了．同
年東工大・工・助手．平 12（株）ソニー
コンピュータサイエンス研究所入社．
平 13 慶大・理工・講 師．平 16 同大・理工・助教授．平 19 同大・理工・准教授，現在に至る．MMAC フ ォーラ
ム UWB-WG リーダ．

31

小特集｜超高速無線通信［1］ 野田正樹， 高速 UWB（Ultra wideband）通信の最新動
向， 情報処理，vol .49，no. 12，pp. 1445-1453，Dec.
2008．
［2］ Bluetooth SIG Press Release, BLUETOOTH SIG
SELECTS WIMEDIA ALLIANCE ULTRA-WIDEBANDTECHNOLOGY FOR HIGH SPEED, http：// bluetooth.
com/, March 2006.
［3］ FCC First Report ＆ Order, ET Docket 98-153, FCC 0248; Adopted Feb. 2002.
［4］ ARIB 標準規格，UWB（超広帯域）無線システム標準
規格，STD-T91 1.1 版，2008.
［5］ ECC Decision of 24 March 2006 amended 6 July 2007
at Constanta on the harmonised conditions for devices
using Ultra-Wideband（UWB）technology in bands
below 10.6 GHz, ECC Decision, ECC/DEC/（06）04,
July 2007.
［6］ Electromagnetic compatibility and Radio spectrum
Matters（ERM）；Short Range Devices（SRD）；Technicalcharacteristics of Detect-And-Avoid（DAA）mitigation
techniques for SRD equipment using Ultra Wideband（UWB）technology, ETSI TS 102 754, June 2008.
［7］ ECMA International, High Rate Ultra Wideband PHY
and MAC Standard, ECMA-368, 3rd Ed., Dec. 2008.
［8］ ECMA International, MAC-PHY Interface for ECMA368, ECMA-369, 3rd Ed., Dec. 2008.
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解説論文

小特集｜超高速無線通信 ―駆け抜けるワイヤレス通信―

MIMO による超高速化
MIMO Technologies for Ultra High-speed Wireless Transmission
小川恭孝†

Yasutaka Ogawa

†

大鐘武雄

†

Takeo Ohgane

†

西村寿彦

†

Toshihiko Nishimura†

数十 Gbit/s 以上の超高速通信が必要になった場合，
MIMO 伝送が必須技術となることは容易に想像できる．しかし，実際に超高速伝送を実現できるかどうかは，
アンテナ本数のみならず，周波数帯，伝搬環境，実装技術に大きく依存する．特に超高速伝送が使用されると考えられる見通しのある解放空間では，空間相関が高くなるため，MIMO 伝送の効果が減少する．したがって，アンテナ配置や伝搬構造の能動的最適化など，改善手法について述べる．
無線通信，超高速，アンテナ，MIMO

1. ま え が き

（
x t）

（
y t）
（
z t）

家庭内ネットワークや KIOSK 端末との無線通信アプ
リケーションなど高速な無線伝送への要求が現実的な

図1

単一アンテナ対の伝送路モデル

ものとなっている．例えば，1 層 Blu-ray Disc の容量はパルス応答が単一インパルスで与えられるとき，シャ約 25 GByte である． この 1 枚のデータを無線 LAN 規

ノンのチャネル容量は以下の式で表される．

格 IEEE 802.11a を用いて 54 Mbit/s で伝送した場合，1c ＝ log（1＋ ）（1）

時間以上の時間を必要とする．しかし，50 Gbit/s の伝送

ただし， は受信信号 W̲Bp̲KO1̲S（y t）の SN 比，c は 1 秒 1 Hz 当が可能となれば，4 秒で伝送できてしまう．このように，たりのチャネル容量である．この単純な式は，単一アン

近い将来には数十 Gbit/s 以上の超高速伝送が必要となる

テナ対の伝送システムでは，超高速伝送が非常に困難かもしれない．現在では非常識といえるこのような超高であることを示している．例えば，SN 比が 10 dB（ 真

速伝送を実現する上で，MIMO（Multiple-Input Multiple-

値 10）であるとき，チャネル容量は約 3.5 bit/（s・Hz）でOutput）伝送は最も重要な技術の一つである．ここでは，ある． これを 10 倍にするためには，SN 比を dB 値で

MIMO 伝送による超高速化を想定し，その実現性につい約 10 倍にしなければならない．実際， ＝100 dB（真値て検討を行う．

10,000,000,000）としても，得られるチャネル容量は約33.2 bit/（s・Hz）にすぎない．
以上の問題を解決する最も簡単な手法は，もう一つ伝

2. シャノン（Shannon）のチャネル容量

送路を増やすことである．図 2 に二つの並列化を行った
例を示す．このとき，全体のチャネル容量は各チャネル容

図 1 に送受信機に単一のアンテナのみを有する場合の量の和で与えられる．仮に，図 1 の場合と全体の送信電システムモデルを示す．ここで （x t）は送信信号，z（t）は力が同一になるよう制限を加えると，各チャネルの SN 比白色ガウス雑音，y（t）は受信信号である．伝送路のインは，図 1 の場合の 1/2 になる．前述の SN 比 10 dB の例
では，図 2 の場合，各チャネルの SN 比が 7 dB となる．

† 北海道大学大学院情報科学研究科，札幌市
G raduate School of Information Science and Technology, Hokkaido
University, Sapporo-shi, 060-0814 Japan32

このとき，それぞれのチャネル容量は約 2.6 bit/（s・Hz）となり，全体で 5.2 bit/（s・Hz）が達成できる．このように
通信ソサイエティマガジンNo.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

x（
1 t）

y（
1 t）
z（
1 t）
y（
2 t）

x（
2 t）

z（
2 t）
図2

とで，次式のように定式化する．
（t）y ＝ Hx（t）＋（t）
z
ここで，H は Nrx × Ntx 次元のチャネル行列と呼ばれる．
このとき，Telatar［1］によって導出された MIMO のチャ
ネル容量は
（2）

単一アンテナ対伝送システムの並列化

単純に二つの並列化を行うことで，約 1.5 倍の改善が得で与えられる．ここで，I は単位行列， は Ntx 個の送信られるのである．

信号の全送信電力を一つの送信信号に集中し送信アンテ

このような並列化は，有線伝送では想像しやすい．しかし，無線伝送では，送信された信号が空間に広く放射W̲Bp̲KO2̲S

ナ 1 本で送信したときの受信 SN 比である．また，detは括弧内の行列の行列式を表す．

されるため，図 2 のような単純な並列伝送では表すことができない．次に，このような複数の送受信アンテナ対

x（
1 t）

y（
1 t）

1

を持つ無線伝送システムについて考えよう．
1

図4

有するシステムを MIMO システムと呼ぶ．図 3 は送信アンテナ本数 Ntx，受信アンテナ数 Nrx としたときのシス1
伝送距離

図 1 と異なり，送受信機がともに複数のアンテナを

z（
1 t）

y（
2 t）

x（
2 t）

3. MIMO 伝送システム

1

z（
2 t）

チャネル容量が低い例

このままでは，MIMO システムのチャネル容量が具体的に想像できないので，簡単な例を考えてみよう．図 4

テムモデルである．

は，送信アンテナの間隔，及び受信アンテナの間隔と比
x（
1 t）

y（
1 t）
z（
1 t）

x（
2 t）

較して，伝送距離が極めて大きい，自由空間伝搬の例である．このとき，各チャネルの伝送距離はどれもほぼ同一となるため，チャネル行列 H は

y（
2 t）
z（
2 t）

…

…

（t）
yNrx

と表すことができる．これに，例として SN 比 10 dB（真値 10）と送信アンテナ数 2 を代入すると，式（2）の括弧
内の行列は

zN（
tx t）
図3

MIMO システムモデル

今，i 番目の送信アンテナから j 番目の受信アンテナへの伝送路応答を hji とするととなり， 行列式として 21 が， チャネル容量として4.4 bit/（s・Hz）が得られる．これは，図 1 の場合より 0.9
bit/（s・Hz）しか増加していない．
一方，図 5 に送信アンテナを離し，受信アンテナの配置方向と平行な方向に設置した場合を示す．このとき，
受信アンテナの間隔を中心周波数の半波長程度として，W̲Bp̲KO3̲Sと書くことができる．これをベクトル / 行列表示するこ
解説論文：MIMO による超高速化

h11 と h21 との位相差が /2 となるようにし，それ以外の伝送距離をほぼ同一とすると，チャネル行列 H は
33

小特集｜超高速無線通信

xN（
tx t）

W̲Bp̲KO4̲Sフェージングを発生させて平均化した）結果を図 6 に示
す．ここで，送受信アンテナ数は等しいものとし， が

x（
1 t）

10 dB と 20 dB の二つの場合について調べた． 図から，
平均チャネル容量は送受信アンテナ数に「比例して」増加していることが分かる．MIMO 伝送が超高速伝送の鍵−1 1となるのは，このような性質があるからである．

y（
1 t）
1
x（
2 t）

具体的な数値で表してみよう．レイリーフェージング

z（
1 t）

1

環境では，前述の SN 比 10 dB の場合にアンテナ 1 本で約 2.9 bit/（s・Hz）となる．これをアンテナ本数 10 本にす

y（
2 t）

ると，約 30 bit/（s・Hz），すなわち，ほぼ 10 倍のチャネ

z（
2 t）
図5

ル容量が達成できる．これは SN 比を 100 dB にするよりは，現実的であるといえる．

チャネル容量が高い例

では，実際に多素子数の MIMO 環境を実現する場合，
このような特性が得られるのだろうか．次に，実伝搬環
境も考慮した特性について議論する．

と表すことができる．これに，前と同じパラメータを代入すると，式（2）の括弧内の行列は4. 実伝搬環境での MIMO 伝送特性W̲Bp̲KO5̲Sとなり， 行列式として 121 が， チャネル容量として超高速伝送の一つのアプリケーションに家庭内ネット

6.9 bit/（s・Hz）が得られ，図 1 の約 2 倍の容量が達成でワークが考えられる．そこで，図 7 のような送受信アン

きる．このように，MIMO 伝送の性能は，チャネル行列

テナ間が見通せる解放空間での MIMO 伝搬特性を取得の性質に大きく依存する．

した結果
［3］
について見てみよう．ここでは，送受信アン

理論的には，チャネル行列の特異値分解を用いること
でより詳細な議論ができる［1］，［2］．ここでは，数値結果のみを確認してみよう．一例として，チャネル行列の各要素が独立な平均値 0 の複素ガウス過程に従う（レイリーフェージングする）ものとし，平均的なチャネル
容量を求めた（モンテカルロ法により 10,000 回の異なる

Average Capacity（bit/（s・Hz））

120

Average SNR＝20 dB
Average SNR＝10 dB

10080

解放空間の一例

図7

60
40

#3
#4

20
0
0

5

10

15

TX
#1
#2

y
#2
#1
x

20

RX
#4
#3

y

x

Number of TX/RX Antenna Elements（Ntx＝Nrx）

図6

34

送受信アンテナ数対平均チャネル容量

図8

送受信アレー配置

通信ソサイエティマガジンNo.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

テナがそれぞれ図 8 に示すように，4 素子線形アレーが波長とした場合（図 9（a））と 1 波長とした場合（図 9（b））

対向している場合を考える．なお，送受信機の間隔はの結果である．ただし，Rrx の各要素の絶対値を三次元

4 m とした．

的に表示した．

このような伝搬環境において，送信アンテナ及び受信

図 9 の結果から，0.75 波長程度では，空間相関が非常

アンテナ間のフェージング相関（空間相関）を取得した．

に大きいことが分かる．この影響を探るため，空間相関

それを行列形式で表したものをフェージングの空間相関を以下の指数減衰モデル

行列と呼び，次式のように定義する．
で表し，チャネル行列をクロネッカー（Kronecker）モ
ここで，Rtx の第（i, j）要素は i 番目と j 番目の送信アンデル［4］で表した場合の平均チャネル容量を評価する．

テナ間のフェ ージング相関を表す．Rrx も同様である．

ただし，［ ］ij は括弧内の行列の第（i, j）要素，また，

例えば，どの送受信アンテナでも同一のフェージング変は［0, 1］の実数である．なお，本稿で想定する超高速伝動をしているとき，Rtx，Rrx ともに要素がすべて 1 の行

送は，本来見通し環境で実用化されると考えられる．こ列となる．このとき，図 4 の特性が悪いチャネルである

こでは，簡単のため，指数相関モデルを用いたレイリー

ことが分かる．一方，素子間でフェージングが独立な場

フェージング環境を考えることにする．

合であれば，単位行列となる．すなわち，平均的には，

図 10 はこのモデルにおける，平均チャネル容量であ

図 5 のような特性の良いチャネルであることが分かる．

る． ただし， は 20 dB とした． 実線は ＝ 0 の場合

このように，空間相関行列は，MIMO 伝送品質を定性的（チャネル行列の各要素が独立な場合）であり，図 6 の実に調べる上で，重要な指標となる．

線と等しい．これに対し，図 9（a）の結果から ＝ 0.9 とここでは送受信配置が同一であるため，受信空間相関した場合が点線である．アンテナ素子数の増加とともにのみ図 9 に示す．周波数は 5 GHz 帯で，素子間隔を 0.75

劣化が顕著になり，10 素子以上では，独立の場合の半分以下のチャネル容量しか得られないことが分かる．

（a）0.75 波長

Average Capacity（bit/（s・Hz））

120100

ρ ＝0.0ρ ＝0.9Average SNR＝20 dB

80
60
40
20
5
10
15
20
Number of TX/RX Antenna Elements（Ntx＝Nrx）

図 10

平均チャネル容量と空間相関

このように空間相関が MIMO チャネル容量に与える影響は非常に大きい．したがって，実伝搬環境では，空間相関を低減することが重要である．図 9 の例は，アン（b）1 波長図9

解放空間における空間相関の一例

解説論文：MIMO による超高速化

テナ間隔を 1 波長に増加させることで相関を大きく低減
W̲Bp̲KO10̲S

できることを示している．そこで，図 10 と同一条件で，送受信アンテナ数をそれぞれ 10 と固定し， をパラメー
35

小特集｜超高速無線通信

00Average Capacity（bit/（s・Hz））

60

Average SNR＝20 dB
Ntx＝Nrx＝1050

張出しアンテナ

40

30

20
0

通信機器

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Correlation ρ

図 11

図 12

アンテナ分散配置の例

空間相関とチャネル容量

クなどの場合には不向きである．そのため，分散されたタとして平均チャネル容量を求めた結果を図 11 に示す．
＝ 0 では約 54.9bit/（s・Hz）が達成できるのに対し，アンテナと通信機器とのリンクを無線光通信に置き換えることなどが考えられる．
W̲Bp̲KO12̲S＝ 0.9 では半分以下の約 26.4bit/（s・Hz）しか得られない．

一方，より積極的に MIMO 伝搬路を制御するには図

しかし，図 9（b）の例と同等のρ＝ 0.5 で得られる平均13 のような通信機器が必要かもしれない．相関が高い場

W̲Bp̲KO11̲S
チャネル容量は約 48.9bit/（s・Hz）であり， ＝ 0 からの合には，左右の金属製反射板をモータで移動させること

劣化量は 10％程度に抑えられている．このように，空間で反射パスの経路を変化させたり，上部の噴出口から小相関を少しでも低減できれば，チャネル容量の劣化は十さな金属片を吹き出すことで乱反射を増加させることが分避けられると期待される．

可能である．

金属片噴出口5. 空間相関の低減手法
ここでは，具体的な空間相関低減手法について，幾つか検討してみよう．
原理上最も簡易な手法は，図 9（b）のように素子間隔可変反射板を増加させることである．例えば，周波数が 5 GHz の場
合，波長は約 6 cm であり，1 波長間隔の 10 素子線形アレーの大きさは約 54 cm となる．大形の液晶テレビには

図 13

伝搬路を制御可能な MIMO 送受信テレビ？

取付け可能なサイズかもしれないが，ノートパソコンよりは大きくなってしまう．この問題は後述するように周

反射物体

波数を上げることで解消される．
素子間隔を更に拡大する手法には，図 12 に示すようなアンテナ分散配置が考えられる．送受信アンテナのみ

x（
1 t）

z（
1 t）

（ あるいは周波数変換も含めて）を通信機器から遠くに分散させて配置すれば，空間相関の低減とともに，カバ
レッジの拡大も図ることができる．

x（
2 t）

36

W̲Bp̲KO13̲S

y（
2 t）
z（
2 t）

ただし，実際にアンテナを分散させるためには長いケーブルを使用しなければならず，家庭内ネットワー

y（
1 t）

図 14

反射物体による空間相関の低減

通信ソサイエティマガジンNo.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

図 13 のように乱反射を増加させれば，図 14 のように最大チャネル容量からの劣化を十分抑えることができ送受信機間のパスが増加する．種々の伝送距離を持つパる．したがって，理論上はどこまでも伝送速度を増加さスが存在すれば，図 4 のような特性の悪いチャネルを改せることが可能である．

善できると期待できる．

例えば，周波数を 5 GHz とし，割り当てる帯域幅をしかし，このような機器は，あくまでも架空のもので，100 MHz（比帯域 2％）とする．このとき，SN 比 20 dB，

実際には極めて受け入れ難い．より現実的な解としては，

空間相関 0.5 の場合では，図 11（ 送受信アンテナ数 10

図 15 に示すように，寄生素子などを用いて各素子の指の場合）より帯域 1 Hz 当たりの平均チャネル容量が約向性を可変にし，最もチャネル容量が増加する指向性の48.9 bit/（s・Hz）であることから，全帯域でのチャネル容組を用いるなどすることが必要であろう［5］．

量は約 5 Gbit/s が達成可能である．この更に 10 倍，す例えば図 16 の例では，図 14 のパスのうち，灰色の指

なわち 50 Gbit/s を達成するためには，送受信アンテナ素

向性アンテナを用いることで図 5 のような性質の良いも子数を 100 としなければならない．1 波長間隔の線形アのだけを選択し，チャネル容量を増加させると考えられる．

レーでは，サイズが 5 m 以上となってしまう．
仮に大開口のアレーが設置できたとしても，百次元のリアクタンスを変化させ指向性を切り換える
実効単体素子実効単体素子

行列処理を取り扱い，50 Gbit/s の速度で処理可能な信号処理回路が必要である．これは，MAP 検出はもちろん，
空間フィルタなどの逆行列演算を考えても非常に困難で
ある．

………

一方，周波数を 50 GHz とすると，同じ比帯域 2％の条件で 1 GHz の帯域幅を確保することができる．この場

可変リアクタンス
寄生素子

合，同一 SN 比 / 空間相関の条件では，送受信アンテナ
を 10 素子とすることで 50 Gbit/s が実現可能である．こMIMO 送信機 / 受信機のとき，信号処理の次元は十次元に低減されるとともに，
図 15

素子指向性を可変とする MIMO 送受信機

1 波長間隔の線形アレーの大きさも約 5 cm になり，コン
パクトに実装できる利点も得られる．
ただし， 自由空間伝搬損が周波数の 2 乗に比例する反射物体

ことに注意しなければならない．周波数が 5 GHz から
50 GHz に増加すると，減衰量も 20 dB 増加する．一方，

x（
1 t）

y（
1 t）

W̲Bp̲KO15̲Sx（2 t）

受信増幅器を使用すると仮定すると，雑音電力も 10 dB増加する．したが って，同一の送信電力（5 GHz で SN

y（
2 t）

比 20 dB となる送信電力）とすると，SN 比は−10 dB と

z（
2 t）

なってしまう．このとき，空間相関 0.5 の条件では帯域指向性制御によるパスの選択

1 Hz 当たりの平均チャネル容量が約 1.3 bit/（s・Hz）とな
り，帯域全体でも約 1.3 Gbit/s にしかならない．
周波数と伝搬損の結果も考慮し，5 GHz 帯での受信SN 比を基準として，同一送信電力，同一距離，同一雑6. 実装上の問題

音指数（すなわち SN 比が周波数の 3 乗に反比例）とい
う条件と，空間相関 0.5，比帯域 2 ％ を仮定した場合にこれまで述べたように，MIMO 伝送は送受信アンテナ

おいて，全帯域での平均チャネル容量を求めたものを図数と比例してチャネル容量を増加させることが可能であW̲Bp̲KO14̲S

16 に示す．5 GHz と 50 GHz で同一伝送距離という仮定

り，伝搬路の状況が劣悪でなければ，理想的に得られるには無理があるものの，高周波数化 MIMO が「超高速伝解説論文：MIMO による超高速化

37

小特集｜超高速無線通信

図 16

z（
1 t）

雑音の帯域が 10 倍となるため，同一の雑音指数を持つ

文 献

Average Total Capacity（Gbit/（s・Hz））

25

20

Average SNR @ 5GHz = 40 dB
Average SNR @ 5GHz = 30 dB
Average SNR @ 5GHz = 20 dB
Bandwidth Ratio = 2%

15

10
5
0
5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Frequency（GHz）

図 17

SN 比が周波数の 3 乗に反比例すると仮定したときの全帯域での平均チャネル容量（比帯域 2％，送受信アンテナ数 10 × 10，空間相関 0.5）

送」の単純な解とはならないことだけは理解してほしい．
以上から，超高速化を図るためには，多素子 MIMOを実装する上で［1］ E. Telatar, Capacity of multi-antenna Gaussianchannels, European Trans. Telecommun., vol. 10, no. 6,
pp. 585-595, Nov./Dec. 1999.
（URL：http：//mars.bell-labs.com/papers/proof/）［2］ 大鐘武雄，小川恭孝，わかりやすい MIMO システム技術，
オーム社，東京，2009.
［3］ H. Nishimoto, Y. Ogawa, T. Nishimura, and T. Ohgane,
Measurement-based performance evaluation of
MIMO spatial multiplexing in a Multipath-Rich indoor
environment, IEEE Trans. Antennas and Propag., vol.
55, no. 12, pp. 3677-3689, Dec. 2007.
［4］ D. Shiu, G. Foschini, M. Gans, and J. Kahn, Fading
correlation and its effect on the capacity of multi-element
antenna systems, IEEE Trans. Commun., vol. 48, no. 3,
pp.502-513, March 2000.
［5］ D. Piazza, N. J. Kirsch, A. Forenza, R. W. Heath,Jr., and K. R. Dandekar, Design and evaluation of areconﬁgurable antenna array for MIMO systems, IEEE
Trans. Antennas and Propag., vol. 56, no. 3, pp. 869-881,
March 2008.
（平成 21 年 5 月 8 日受付，8 月 3 日再受付）① 多素子 MIMO 信号処理
② 多素子アンテナ配置（＋低相関化）③ 高周波数化による SN 比劣化の補償の問題を同時に解決しなければならないといえる．
ただし，これは技術者にとって決して悲観的なことではない．単に送受信素子数を増加させるだけでなく，幾つかの技術課題が待ち受けていることこそ，まさにこれからの技術革新を期待させるのである．

小 川 恭 孝（フェロー）
昭 53 北大大学院博士課程了．昭 54
同大工学部講師，現在，同大大学院情報科学研究科教授．この間，
アダプティ
ブアレーアンテナ，ディジタル通信シ
ステムに関する研究に従事．平 4 ～5 米国オハイオ州立大客員研究員．平18 年度本会論文賞など受賞．工博．

大 鐘 武 雄 （正員）

7. む す び
以上，超高速伝送時の MIMO 伝送技術について，発生すると思われる問題点や，改善手法について簡単に述
べた．MIMO 伝送の理論は，チャネル容量がアンテナ構造を含んだ伝搬環境に大きく依存していることを如実に

昭 61 北大大学院修士課程了．同年郵政省電波研究所入所．
（株）ATR 光電波通信研究所を経て，現在北大大学院
情報科学研究科准教授．この間，移動通信の研究に従事．平 17 ～ 18 英国
ブリストル大客員研究員．平 18 年度
本会論文賞など受賞．博士（工学）．

示している．したがって，超高速伝送がどのような環境

西 村 寿 彦（正員）

で必要になるかをイメージすることが重要である．また，

平 10 北大大学院工学研究科博士後期課用いられる信号処理量と回路規模も当然考慮しなければならない．超高速伝送の MIMO 伝送による実現は，理論上は簡単でも，実装には努力が必要であろう．

程了．同年同大大学院工学研究科助手，
現在，同大大学院情報科学研究科助教．
この間 MIMO システムによる高速通信に関する研究に従事．平 11 年度本会学術奨励賞，平 18 年度本会論文賞など受
賞．博士（工学）．

38

通信ソサイエティマガジンNo.11［冬号］2009最近の研究開発成果の紹介

インパルス無線方式による 10 Gbit/s 超の伝送
富士通株式会社，（株）富士通研究所
まえ がき
山間，離島など光ファイバによる基開口を持つ良好な検波出力を得ることとで生成する．波束の幅は BPF の通過に成功した．

−1

帯域幅の逆数（B ）に比例する．

無線伝送特性

幹回線整備が困難な地域では，ファイ

RF 送信部には，70 〜 100 GHz 帯でバ並みの伝送速度を有する固定無線シ

平たんなエネルギーを取り出すため，半ホーンアンテナを取り付けた送受信

ステムの導入が待たれている．毎秒 10

値幅 10 ps 以下の極短パルスを出力する装置を対向させ，OC-192 準拠の伝送速

ギガビット（10 Gbit/s）を超える無線通PG が必要となる．そこで，高速特性及度（9.95328 Gbit/s）において無線伝送特

信には，周波数帯域の確保が容易で，大び低雑音特性に優れたゲート長 0.1 m性を評価した（図 2）．その結果，ミリ気減衰が極小とな って比較的長距離のインジウムリン系 HEMT（InP HEMT）

波帯 IR 方式では世界で初めて，ビット通信に適した 70 〜 100 GHz 帯ミリ波のを 用 い て PG を 開発 し た．InP HEMT

誤り率 10−12 以下で 10 Gbit/s データの利用が有効である．しかし，そのようの遮断周波数 fT は 270 GHz である．評

伝送を確認した．

な高周波で動作する電子部品は単機能価の結果，半値幅 6.5 ps，ピークジッタ

品が多く，装置の小形・ 低コスト化が1.3 ps の世界最高性能を確認した．このむすび

進んでいない．そこで，従来方式より極短パルスは 100 GHz まで平たんなス

ミリ波 IR 通信装置を開発し 10 Git/s

小形・ 低コスト化が可能なインパルス

ペクトルを有する．一方 BPF は，アル無線伝送を実証した．これにより，小無線（IR）方式の適用を提案し，それにミナ基板上マイクロストリップ結合線

形・ 低コストな大容量無線基幹回線を基づく通信装置を開発した［1］．本稿で路の 5 段接続構成とし，通過帯域 78 〜

構築するための基盤技術を確立するこは，開発した無線通信装置とその伝送

93 GHz， 通過損 1.5±0.1 dB， 群遅延とができた．

特性について報告する．

100±10 ps と低損失かつ平たんな特性〈謝辞〉
本研究は総務省委託研究「電波資源拡大のための研究開発」の一環として実施した．

を示す．

開発したミリ波 IR 通信装置

RF 受信部には，高利得・広帯域に加開発した IR 通信装置（図 1）は，従え，波形ひずみを抑制するため群遅延来の通信装置で不可欠だ った発振器や平たん性も要求される．InP HEMT を■ 参考文献その周辺回路が不要となり部品点数が用いて試作した低雑音増幅器（LNA）

減少するため，より小形・ 低コスト化の群遅延偏差は＋10 ps と正の値を有が可能となる．送信ミリ波パルス（波束）し，アンテナとの結合導波部の群遅延

は，短パルス発生器（PG）で出力する超偏差（−20 ps）を補償する．その結果，

広帯域短パルスから，フィルタ（BPF）

10 Gbit/s において非常にクリアなアイ

ミリ波パルス
（波束）

フィルタ
（BPF）

短パルス
発生機
（PG）

送信
増幅器
（PA）

RF 送信部

光ファイバ
通信網（10 Gbit/s）
光信号

光信号

送信信号処理部

図1

アンテナ

低雑音
後置増幅機
増幅機
（LAN） （LA）

RF 受信部

受信信号処理部

インパルス無線（IR）通信装置

最近の研究開発成果の紹介

ビット誤り率検波器（DET）［1］Y. Nakasha, M. Sato, T. Tajima, Y. Kawano,
T. Suzuki, T. Takahashi, K. Makiyama,
T. Ohki, and N. Hara, IEEE MTT-S Int.
Microwave Symposium 2009, pp. 553-556.

10 Gbit/s 光信 号
（入力）
（出 力）

10

−2

10

−4

10

−6

10

−8

10

−10

10

−12

受信機

電気信号

送信機

電気信号

により所要帯域成分のみを抽出するこ

送信 信号処理 部

RF 送信部

受 信信号処 理部

RF 受信部

OC-192, FEC On
PN31

0

10
20
送受信機間の距離（cm）

図230

無線伝送試験結果

39

解説論文

小特集｜超高速無線通信 ―駆け抜けるワイヤレス通信―

高周波数帯無線による超高速化
Ultra High-speed by High-frequency Wireless Communication
上羽正純

†1

Masazumi Ueba

†1

東

充宏

†2

Mitsuhiro Azuma

清水

†2

聡

†3

Satoru Shimizu†3

近年移動通信システムにおいては，さまざまな高速伝送サービスが提供されつつあり，今後更なる高速伝送が期待されている．このような状況において，高周波数帯無線を用いた高速伝送も一つの候補であり，最近では米国を中心にギガビットクラスの伝送速度の製品が提供されつつある．本稿では，このような状況において我が国でのミリ波を用いた高速伝送に関する研究開発の一つである超高速ギガビット無線 LAN の取組みを紹介する．
ミリ波帯，ギガビット伝送，セクタ切換アンテナ，変復調 , メディアアクセス制御

達情報量の増大により世界的に通信速度の高速化が求

1. ま え が き

められている．無線 LAN の物理層での伝送速度の動向
を図 1 に示す．現在マイクロ波で一般的に利用されて多くの人やモノがネットワークを通してつながるユ

いる無線 LAN は IEEE802.11a/g であり，物理層での伝ビキタスネットワーク社会に向け，無線通信の役割，重送速度 54 Mbit/s，スループットが約 20 Mbit/s 程度であ要性は今後ますます増大していく．現在の無線 LAN のる．このスループットは普及段階では十分であったもの

通信速度は数 M 〜数十 Mbit/s である．今後ディジタルの，動画配信をはじめ広帯域なアプリケーションの増大

コンテンツの容量が増大し，多人数が同時に利用するこには不十分となってきている．次世代の無線 LAN につとを想定すると，将来的には更なる高速化が必要である．

いては，LAN の標準化委員会である IEEE802 委員会傘

このため，ホットスポットサービスやオフィス・住宅

下の Working Group 11 にて数百 Mbit/s の伝送速度を実における LAN の高速化を目的として，ミリ波と呼ばれ現する IEEE802.11n の標準化完了が間近である．更に高る高周波数帯を用いた 超高速ギガビット無線 LAN の研速化を目指し 5 GHz 帯，60 GHz 帯の二つの Task Group究開発 を推進している．本論文では，その研究開発のTGac，TGad において MAC 層で 1 Gbit/s 以上を目標と成果並びに更なる超高速化に向けての課題を紹介する．

する標準化が進められ，2013 年ごろの標準化完了を目

2. ミリ波を用いた無線通信の技術・製品動向
2.1

無線 LAN 通信速度のトレンド

近年， 無線 LAN モジュ ールのパソコン内蔵化が進
み，家庭，オフィスでの利用が急増している．また，伝†1 （株）国際電気通信基礎技術研究所 波動工学研究所，京都府
	ATR Wave Engineering Laboratories, Kyoto-fu, 619-0288 Japan†2 富士通株式会社，川崎市
	Fujitsu Limited, Kawasaki-shi, 211-8588 Japan†340

沖電気工業株式会社，東京都
Oki Electric Industry Co., Ltd, Tokyo, 105-8460 Japan

物理層伝送速度（Mbit/s）

指している．
10,000802.11ac

1,000

802.11n100

802.11a/g
802.11b10
1
1995

802.11
2000

2005

2010

2015 年

Source:IEEE 802.11, The working group setting the standards
for wireless LANs, http://www.ieee802.org/11/
図1

無線 LAN 速度の動向

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

2.2

ミリ波 WPAN の技術及び標準化動向

ミリ波を用いた高速伝送無線通信システムの WPANに近年ミリ波帯性能が著しく向上し，ギガビット伝送実
現レベルに到達しつつある．

（Wireless Personal Area Network）は，2003 年ごろから
情報通信研究機構（NICT），沖電気工業を中心に IEEE
802 の Working Group15 に て TG3c が 立 ち 上 げ ら れた． その後， 国内企業中心のミリ波 WPAN 実用化推

表260 GHz-CMOS デバイスの技術動向

電力増幅器
低雑音増幅器 変復調器 発振器
テクノロジー
飽和出力
位相雑音
ノード
利得 雑音指数 変換利得
電力 P1dB（ / ）（nm）（dBm）（dB） （dB） （dB） dBc Hz（dBm）
＠1 MHz

進組織である CoMPA（Consortium for Millimeter Wave

90

11.31） 10.51）

154）

4.44）

―

−957）

Practical Applications）が主導的に進めている［1］．

6511.52） 2.52）

22.35）

6.15）

―

―

6）

6）

一方，家電メーカを中心とする団体 WirelessHD では，
AV 機器，例えば DVD プレーヤや STB（セットトップボックス）から HDTV への無線接続をねらってデファク
トスタンダード化が進められており，2009 年 4 月から
製品が市場に出回っている．これら二つの規格は，干渉回避技術導入で共存を図り，2009 年内には日本主導の技術として標準化の予定である．
2.3

45

3）

13.8

3）

11

26

6

6）

25

−758）

1）NEC（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.558-559，Feb. 2008）
2）Deft 大学，IBM（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.380-381，Feb. 2009）3）IMEC，KU Leuven，Vrije 大 学（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.382383，Feb. 2009）4）Intel，Electrical Engineering Technion（2008 IEEE RFIC
Symposium，pp.61-64，Jun.2008）
5）Ruhr 大学（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.192-193，Feb. 2008）
6）IMEC，KU Leuven，Vrije 大 学（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.492493，Feb. 2009）7）Georgia 工科大学（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.130-131，Feb. 2008）8）IMEC，Vrije 大学（ISSCC Dig. Tech. Papers，pp.494-495，Feb. 2009）

ミリ波関連の技術開発・製品動向

ミリ波の広帯域性を利用して，国内外では古くからミ

3. 超高速ギガビット無線 LAN システム

リ波を用いた高速伝送システムの研究開発が推進されている．これらの結果，試作並びに製品として，表 1 に示すような物理層での伝送速度を達成している．
表1
年

ミリ波による高速伝送の達成成果（研究開発レベル，製品）
機

関

伝送速度

内

容

1997 NICT

52 Mbit/s ATM ベース 1）

1998 NICT64 Mbit/s IP ベース 2）

1999 NICT156 Mbit/s 38 GHz 帯無線 LAN3）

2005 NEC

1.5 Gbit/s ASK による Ether・画像 4）

利用環境と目標

3.1

本無線 LAN の研究開発では， 図 2 に示すようにオ
フィスを代表的な例とした利用環境を想定している．天井に設置したアクセスポイント（以下，AP）と，デスク上にある複数のユーザ端末（ 以下，UT）であるノート
PC との間でのギガビット伝送を行う．
アクセスポイント（AP）
5m

2007 エムメックス 1.5 Gbit/s ASK による画像伝送 5）2007 Georgia 工科大

5 Gbit/s ASK によるデータ・画像伝送 6）2008 WirelessHD

3.8 Gbit/s OFDM を用いた画像伝送 7）

r

θ

h

ユーザ端末
（UP）
10 m
図2

3.2

利用環境

ミリ波帯による超高速無線 LAN の課題

また，ミリ波高速伝送実現のためのミリ波デバイス特高速化という点では，ミリ波帯はほとんど利用されて性は，
OFDM 変復調方式の場合，電力増幅器の P（dB）＞
1

いない周波数帯のため数 GHz という広い帯域幅の確保

16 dBm， 低雑音増幅器の NF ＜ 6 dB， 発振器の位相雑が容易なことが大きなメリットである．このため，変復音＜−100 dBc/Hz@1MHz などが挙げられる．商用回路

調によっては簡単な回路構成が採用でき，かつ，アンテ

実現のキーデバイスである CMOS は，表 2 に示すよう

ナは，小口径で所望の利得が達成できる．しかしながら，

解説論文：高周波数帯無線による超高速化

41

小特集｜超高速無線通信

1）http://www.soumu.go.jp/main̲sosiki/joho̲tsusin/pressrelease/japanese/sonota/980210j901.html2）http://nag.nict.go.jp/inoue/mmlan/version2/version2-news3）http://nag.nict.go.jp/inoue/mmlan/version3/version3-news4）K. Ohata, et al., NEC J. Advanced Technol., vol.2, no.3, 2005.
5）T.Yoneyama, et al., IEICE Trans. Electron，vol.E90-C, no.12,
pp.2170-2177, 2007.
6）Georgia 工科大学，IEEE IMS2007 Exhibition7）http://www.wirelesshd.org/

3m

W̲Bp̲KU2̲S

コンポーネントへの要求特性

表4

本周波数帯において広帯域で表 3 に示す性能を有する超高速の無線 LAN を実現するには，下記の課題を克服する必要がある．
① 大きな伝搬損と遅延分散（スプレッド）の把握と補償② 変復調回路での広帯域特性及び高速動作特性，高速 A-D，D-A 変換③ ビーム走査・切換えのためのスイッチなどの受動回

アンテナ

高利得

狭ビーム

変復調

N/A

遅延耐性

パワーアンプ

高効率

N/A

受信機

低雑音

N/A

に対して表 4 に示すような性能が必要となる．

④ システム全体として低遅延なリソース制御

項

遅延分散

損が極めて大きいことが特徴である．これら二つの要因

路における広帯域で低損失な特性．高速スイッチング

表3

伝搬損

狭ビームのマルチパス軽減の効果を把握するため，想定利用環境でのミリ波帯での遅延分散を二次元レイト

目標性能

レース法により計算した．その結果，アクセスポイント，

目

内

容

使用周波数帯60 GHz 帯

ユーザ端末の両方にビーム利得半値幅 22.5 〜 90°の指向

最大伝送速度3 Gbit/s性アンテナを用いることにより，主波に対する遅延波の最大スループット

1.5 Gbit/s

所望品質

BER＝10−5（誤り訂正後）電力をおおむね 30 dB 以下に抑制可能という結果が得ら

送受信間最大距離5m

カバー角度範囲

仰 角：0 〜 66°
方位角：0 〜 180°

れた［2］．これより，狭ビームアンテナにて高利得化し，遅延分散の影響を軽減させるとともに，所望のエリアをカバーするために可変指向性機能を持たせることとした．
一方，マルチパスに対しては時間・周波数領域による

3.3

超高速無線通信方式

信号処理として OFDM によるマルチキャリヤ伝送が依然有効である．遅延分散が正確に把握できない設計段階

高速伝送を実現する変復調として実績と更なる高速においては，本伝送方式も検討対象とした．

化の可能性を重視して，OFDM（Orthogonal Frequency
Division Multiplexing） 伝送及び FSK（Frequency Shift

また，本 OFDM 変復調により 3 Gbit/s という高速伝

Keying）伝送の両方を検討・試作・評価を行った．前者

送を実現することとし，その局部発振器に表 5 に示す要は，現在の無線 LAN で実績があり，後者は電力効率が

表5高く，簡易な回路構成で実現可能という特徴を有する．

位相雑音

まず，無線通信システムとしてはマルチパスによる遅延を考慮することが重要である．また，ミリ波は，伝搬W̲Bp̲KU4̲S
局部発振器への要求性能@10 kHz オフセット−50 dBc/Hz@1 MHz オフセット−108 dBc/Hz

周波数安定度

100 ppm

無線機きょう体

mod

DAC

LPF

dem

ADC

LPF

dem

FFT

dem

dem

−π/4

GI 付加
GI 付加

mod

IFFT

mod

8 セクタ切換形
アンテナ

LPF

パラレル／シリアル

DAC

mod

シリアル／パラレル

インタリーバデインタリーバ

秘密鍵
生成

ﾀｲﾐﾝｸﾞ 3G
管理
bit/s
誤り
制御
端末
管理
セクタ
管理
3G
ANT
RSSI
制御
W̲Bp̲KU3̲S
bit/s
制御

Ether
パケット
伝送

OFDM 変復調部
ＦＥＣデコーディング

大容量
ファイル

MAC部

ＦＥＣデコーディング

端末 PC（アプリ部）

OSC

放射器（最大 8 本）

+

＃1 ＃2

PA

＃8

＋π/4

TR
SW
−π/4

OSC
＋π/4
ADC

LPF

LNA

ANT 制御部ANTไᚚ

セクタ切換指令SW 部

スイッチ切換信号

無線機の構成並びに要素技術
図3

42

無線機構成

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009W̲Bp̲KU5̲STopics of Emerging Technologies

上記の要求利得を達成するにはビーム走査機能を有す

求性能を設定した．
遅延耐性を有する点を重視して，OFDM 変復調を基るアンテナが必要である．その一つにフェーズドアレー

本的な変復調方式として，図 3 に示すように，高利得でがあるが，移相器制御が複雑である．また，従来のアンビーム走査可能なセクタ切換アンテナに，無線リンクのテナ素子は比帯域幅が数％程度と狭帯域である．

時間・空間を MAC（Media Access Control）により制御

そこで本システムでは，制御方法が簡易であり，低損失・高速切換えできる多ポートスイッチを用いたセクタ

する無線機構成とした．
最大伝送速度 3 Gbit/s を達成するための所要 C/N 約

切換方式［3］〜［5］を採用した．各セクタのアンテナには，

13.5 〜 16 dB，及びシステムマージン約 3 dB 確保を条件

新たに提案した，広帯域・高利得アンテナ［6］を用いる．

に回線設計を行い，目標性能を達成するために必要な各（2）セクタ切換アンテナの構成と動作原理

コンポーネントへの要求性能を表 6 のように設定した．
表6

最大 13 dBi

セクタ数8アンテナ スイッチ損失部

7.0 dB 以下（Single Pole Eight Throw：SP8T）スイッチ及びその制御回路で構成される．1 セクタの角度範囲は，垂直面内で0°θ 66°，水平面内で−11.25°φ 11.25°である．

スイッチ速度

100 ns

各セクタのアンテナは，4 × 4 素子の導波管スロット

帯域幅

3 GHz

アレーを採用している．導波管は，PTFE 基板内のポス

リターンロス

10 dB 以上

占有帯域幅 /（ch）1.2 GHz

送信出力

10 dBm

変復調部 PAPR（ピーク対平均電力比）
NF

6 dB
6 dB

ト壁導波路で構成される．広帯域な反射特性を得るた
め，複数のスロット素子を 4 分の 1 管内波長以下の間隔で配置した．また，本アレー構成でビームチルトを実現
し，66°の広角範囲をカバーする．

4 Gbit/s

データ伝送速度MAC 部に配置した 8 個のアンテナ，セクタ切換用の単極八投各コンポーネントへの要求性能

アンテナ利得図 4 に 8 セクタ切換アンテナの構成を示す．放射状

複信方式

TDD

多元接続方式

TDMA

帯域・アンテナセクタ管理

集中形制御

スループット

1.5 Gbit/s

Eight-sector antenna
#4

#5

#3
#2

#7

SP8T
SW

#1

#8
Bias voltage

4. 要 素 技 術
4.1#6

Control unit
60 GHzin/outセクタ切換アンテナ部（1）問題の所在と提案構成

Control codefrom MAC（a）提案アンテナ構成

小特集｜超高速無線通信

送受両方で同じ利得パターンを持つアンテナを使用する．表 6 の要求性能の利得については，垂直面の角度範
囲 0° θ 66°
で，角度θ（伝搬距離 r）によらず一定電力で送受信するためには一般に sec θパターンが必要で

#8

#1

2

あるが，本システムではAP と UT は同じアンテナなのW̲Bp̲KU6̲S
で，それぞれは secθに比例する．また，θ＝ 66°で最大

#7

#2
#6

#3
#5

利得 13dBi となり，要求利得 G は
G ＝ 13 ＋ 10 × log10（cos 66°/cosθ）（dBi）と表される．この要求利得を方位角φによらず，0°φ180°の範囲で達成する．
解説論文：高周波数帯無線による超高速化#4（b）試作アンテナ
図4

セクタ切換アンテナ

43

SP8T スイッチは，7 個の PIN ダイオード形単極双投

このように，提案アンテナ方式にてミリ波での所望の（Single Pole Double Throw：SPDT）スイッチ IC の 3 段

ビーム走査機能，広帯域性かつ高利得特性を確認した．

トーナメントで構成した．制御回路は，MAC からの指カバー率の向上を図るためには，本アンテナを用いた指示で任意のポートをオンし，ビーム方向を切り換える．

向性合成の設計が今後の課題である．

（3）試作による性能確認
図 5（a）に，試作アンテナ（1 セクタ分）の反射特性の4.2 PHY（変復調）部

測定結果とシミュレーション結果の比較を示す．給電に（1）FSK 変復調

は，背面に実装された V バンド同軸コネクタを用いた．

（a）問題の所在と提案方式

57〜66 GHz（ 比帯域約 14.6 ％）でリターンロス 10 dB

3.3 節で述べたように，狭ビームアンテナの使用によの広帯域を実現している．また，ポート間アイソレー

り，マルチパスの影響が軽減される．このため遅延補償

ションも測定し，40 dB 以上が得られている．

が不要となり，シングルキャリヤ方式で n の多値化により伝送速度を上げる手法も有効となる．そこで，その方式の一つである FSK による高速伝送を確認する．FSK

0−10

S 11（dB）

は定包絡線変調であるため， 電力増幅器の PAPR が

Tar getfrequencyband

0 dB，簡単な回路で構成可能など OFDM と比べて利点がある．
FSK で 3 Gbit/s のミリ波帯高速通信を実現するために−20

は，占有帯域幅を 3 GHz，シンボルレートを 1.33 Gbit/s，−30

符号化率を 3/4 とすると，4 値 FSK（2.66 Gbit/s），8 値

Measured
Simulated−40
55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67（GHz）
Frequency（a）反射特性

.3
No

0.4

0

（バラクタ）を使用し，その容量変化により発振周波数を−1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
sinθ cos φ

変化させる手法がある．しかし，ミリ波帯ではバラクタ

1

−5.0
5.0
0.0
Gain diﬀerence（dB）（b）61 GHz における要求利得達成率（利得差 0 dB 以上の領域がエリアとして通信可能な範囲）
図5

られる発振器が必要である．この切換えには，一般的に用いられる．VCO の一つとして，可変容量ダイオード

No
.6

No.8

0.2

れる［7］．これには，発振周波数を 1 ns 以下で切り換え
VCO（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）が

No.1
.1

0.6

No..5
5

No
.2

0.8

4
No..4

.7
No

sinθ sin φ

1

FSK（4.00 Gbit/s）が可能なミリ波変復調回路が要求さ

試作アンテナの特性の容量変化が高速な周波数切換えに追従できないという問題がある．そのため，本変復調回路に，スイッチにより高速で容量値を切り換えて発振周波数を変化させる，
スイッチ切換形発振器を採用した．
（b）ミリ波 2 周波数切換発振器の構成と評価結果
2 周波数切換発振器 MMIC を 0.15μm GaAs p-HEMTプロセスを用いて開発し，本変復調回路の基本動作を確認した．図 6（a）に等価回路を示す．30 GHz が基本発振に，その 2 倍波を出力し，2 周波数の発振周波数はλ/2利得については，カバーエリア全体の利得を測定し，波長共振器の両端に設けたコンデンサを高速に切り換え

カバー率（要求利得達成率）で評価した．図 5（b）に，て実現した．図 6（b）はこの発振器を 1.48 Gbit/s の擬似

61 GHz での実測値と要求値との利得差を示す．図中のランダム符号で変調した場合のスペクトルである．

扇形の頂点がθ＝ 0°，弧がθ＝ 66°に対応する．セクタ

上記 2 周波数切換発振器を変調器として用いてミリ波

境界付近以外の広範囲で要求値以上の利得が得られていFSK 送信機を製作し，受信側は開発した遅延検波方式のる．59.5 〜 62.5 GHz のカバー率は 78 〜 88％である．

復調 MMIC を用い伝送実験を行った（ 図 7（a））．送信

44

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

出力は 10 mW，送受信アンテナ間の距離は 5.1 m に設

出力定し，誤り率は，2 値の擬似ランダム符号を送信し，受信した符号と比較して算出した．擬似ランダム符号で伝λ/2 波長共振器
C1

送速度を 0.74 〜 1.95 Gbit/s の範囲で受信部でのアイパ

発振回路

C1

ターンを観測できた．図 7（b）に 1.95 Gbit/s のときのアSW

イパターンを示す．本速度範囲ではビット誤り率は 10

−12

SW

以下であることを確認した［8］．
本実験は，基礎評価として送受信間のクロックはカン（a）試作した 2 周波数切換発振器 MMIC チップと等価回路

るギガビット伝送が簡易な回路で実現できることを確認

10

した．

0
Power (dBm)

ニング，帯域制限なしにて実施し，60 GHz 帯 FSK によ（2）OFDM 変復調−10（a）問題の所在と提案構成

−20
−30

PHY 高速化の実現には，広い占有帯域幅の確保が必−40要である．マイクロ波帯無線 LAN の占有帯域幅は 10 〜

−50

20 MHz であり， 伝送速度は 54 〜 150 Mbit/s 程度であ

−60
50

52

54

56

58 60 62 64
Frequency (GHz)

66

68

70

が，本開発では現状のデバイス性能，A-D，D-A の動（b）その変調スペクトルの測定結果
図6

る．ミリ波帯では 7 GHz もの帯域幅が利用可能である作速度より実現可能な帯域幅を算定し，帯域幅 1.2 GHzのチャネルを 2 本用いる構成とした．

FSK 変調器の構成と特性

一方， マイクロ波帯無線 LAN では， 変復調方式に
OFDM が使用され，室内 LAN 運用で実績がある．また，地上波デジタルテレビジョン，無線 MAN（Wireless

FSK Tx66䁸䁸

Metropolitan Area Network）への採用もあり，遅延耐性5.1mに優れ，他規格との相互接続可能性を高められる．これにより，変復調方式を OFDM に決定した．

66䁸䁸
BER measurement（b）設計法とシミュレーション検討

FSK Rx①

伝送速度の設計：OFDM 変復調方式において，帯域 1.2 GHz 間に有効サブキャリヤを 480 本配置（a）電波暗室内での伝送実験系の写真する．OFDM シンボル長を 480 ns， 一次変調を
16 QAM， 符号化率を 3/4 としたとき， 伝送速度②

OFDM ガードインタバル（GI）の決定：室内無線 LAN 実現のため，オフィス環境におけるインパ

500mV

ルス応答のシミュレーションを行った［9］．その結果を図 8 に示す．53 ns の GI を挿入することにより，遅延波電力を直接波電力に対し−25 dB 以下にできるため，16 QAM でも十分な SN 比が確保され0.6 ns（b）1.95 Gbit/s のアイパターン
図7

FSK 変復調伝送実験

解説論文：高周波数帯無線による超高速化

ると判断した．
（c）試作による伝送特性確認
試作 PHY の構成を図 9 に示す．ベースバンド（BB）
45

小特集｜超高速無線通信

3 Gbit/s が可能となる．

2

2

−30

1

1

−35

0

−1

−40

−50
10

53 ns 100

1,000

時 間
（ns）

4.3

誤り訂正
符号化

一次変調

IFFT

16QAM（R ＝ 3/4）コンスタレーション

MACて効率的に割当てを行う部分で，「集中制御形」と「分

SW

＋45°

散制御形」 に大別される． 前者は AP 側で帯域を管理
し，UT は AP の指示に従って通信を行うもので，ARIB
STD-T74 として標準化された RS-ISMA［10］などが該

ADC

ベースバンド（BB）部

図9

2

＋45°

ー 45°

FFT

ガードインタバル
除去0I ch（b）空間伝送MAC 部は，周波数帯域というリソースを必要に応じ

ADC
一次復調

−2
−2

ー 45°

DAC

誤り訂正
復号

2

（1）問題の所在と提案構成

DAC

アンテナ部

ガードインタバル
付加0I ch（a）有線伝送図 10

インパルス応答シミュレーション結果

図8

0

−1

−2
−2

−45

MAC 部

Q ch

−25

Q ch

レスポンス（dB）−20

ミリ波 RF 部

当する．前述の IEEE 802.15.3c［11］は UT 間で直接通信するが，その制御は UT が属する無線ネットワークを管理する機能を有するピコネットコーディネータが一

試作 PHY の構成

括して行う集中制御形となる．後者は UT が個々に通信部とミリ波 RF 部で構成される．BB 部は Gbit/s クラ制御するもので，IEEE 802.11 の無線 LAN などが属す

スの高速伝送対応の設計を容易にするため，複数個のる．今回のミリ波通信の場合，ゲインを稼ぐために指向

FPGA により構築した．ミリ波 RF 部は，部品点数が少性アンテナを用いるのでほかの端末の送信状態を容易なく，小形化に適したダイレクトコンバージョン方式をには確認することができないこと，帯域を一括管理しス採用し，安定かつ短納期で部品入手を行える市販 IC 部

ループットを高くしたいなどの理由から集中制御形とし品により構築した．

た．このため，各部での処理・遅延時間を正確に把握し（b）その変調スペクトルの測定結果

有線伝送試験及び空間伝送試験： 有線伝送試験は，つつ，時間に加え空間（指向性）の管理を含む複雑な処送受信部をミリ波帯のアッテネータを介して結合し，理を行うとともに，伝送品質に応じたスループット確保

アッテネータ減衰量に対してコンスタレーションを観のため，再送制御に加え，PHY と連携した適応変調も測するとともに BER 特性を測定した．同様に，空間伝実装した．これらを実装したメディアアクセス制御方式

送試験は，送受信部にホーンアンテナを用い距離 2 m（Gbit/sb）その変調スペクトルの測定のもと，伝送速度 3 Gbit/s に対して 1.5のスルーで試験を行った．

プットを目標とした．

図 10 に有線伝送と空間伝送の両試験で得た 16QAMのコンスタレーション図を示す．有線伝送試験におけ−5る BER は， 最小で 1.7×10
BER＝ 10−5（2）メディアアクセス制御方式
AP で管理する帯域（時間）は，図 11 に示すように通であ った． これにより，

常タームと検索タームに分けられる．ここでのターム程度での 3 Gbit/s の伝送速度を確認した．

は，一種の時間割当てを意味する．検索タームは一定周

−5

であり，有

期ごとに AP が UT，データ発生有無を確認する時間で線伝送と比較し，空間伝送での劣化は少ない．これによ（b）その変調スペクトルの測定結果あり，通常タームは，AP が UT のデータ発生状況に応

また，空間伝送試験での BER は，5 ×10
り，遅延分散耐性が確認できた．
46

じてスロットを割り当て，データを送受信する時間で通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies䞉䞉䞉t

セクタ 1 セクタ 3 セクタ 4 セクタ 1 セクタ 3 セクタ 4 セクタ 1

検索ターム

通常ターム
図 11

検索ターム

帯域割当て例

スループット（Gbit/s）

2.9
2.7
2.5
2.3
2.1
1.9
1.7
1.5

単発

2

3

4

5

6

7

連続送信回数
図 13

スループット測定結果（Gbit/s）

表7

図 12

テストモードの測定結果

セクタ

テスト
モード

緊急
モード

基本
アップ

基本
ダウン

基本
端末間

同一

2.7

2.2

0.95

0.7

0.4

異

−

−

0.85

0.7

0.35

MAC 部

ある．両タームとも，ビーコンパケット，下りデータパ

あるか異なるセクタにあるかを示している．二つの UT

ケット，上りデータパケットからなるミニスロットに分が同一セクタにある場合，アップリンクは 0.95 Gbit/s，

かれている．

ダウンリンクは 0.7 Gbit/s，AP を介した端末間のトータ

また，AP は各 UT を管理下にある状態と，通信帯域が割り当てられたコネクション状態に分けることで，不要な帯域割当てを行うことを回避している．開発した

ルスループットは 0.4 Gbit/s となった．このように，テ（b）その変調スペクトルの測スト・緊急モードでは 1.5 Gbit/s を大幅に達成するとともに，P-MP の動作も確認することができた．

MAC 部を図 12 に示す．
（3）試作による特性確認
本装置は，以下の三つのモードをサポートしている．

5. 実 証 実 験① テストモード：片リンクでデータを送受信するだけの動作モード② 緊急モード： 双方向で IP 通信は可能であるが無線 LAN システムとして動作することを確認するた
め，開発した要素技術を用いて AP，UT を模擬した実1 対 1 通信を行う動作モード③ 基本モード：双方向，P-MP（Point to MultiPoint）

実証機

でプロトコルが完全にシステム制御する動作モード
擬 PHY，模擬伝送路に MAC 部を接続して実施した．ま小特集｜超高速無線通信

各モードでの測定を PHY 部や空間伝搬を模擬する模PAPず，テストモードでの測定結果を図 13 に示す．横軸のW̲Bp̲KU7̲S

連続送信回数とは，PHY 部との一度の制御信号で送信する MAC パケット数，縦軸がスループットである．連2ｍ

続送信を行わない場合でも 1.8 Gbit/s，連続送信回数を 7回とした場合，スループットは 2.7 Gbit/s となり目標でUT

ある 1.5 Gbit/s を大幅に超えることができた．
結果を表 7 にまとめた． 基本モードは二つの UT を
AP に接続して行った．セクタはその UT が同一セクタに
解説論文：高周波数帯無線による超高速化

図 14実証試験の環境47

最大 2.2 Gbit/s のスループットを達成した．

証機を製作し，各種機能・性能を確認した（図 14）．

スループットは PER（Packet Error Rate）特性，すな

無線 LAN 機能

5.1

わち BER 特性に大きく依存する．このため，図 15 に示
すように，実証機での設定を反映して，各変調方式での無線 LAN として，3 Gbit/s の無線伝送路が確立されBER とスループットの関係を明確にした．

た状態で，表 8 に示す機能を有することが必要である．
表8機

本実証機で調整の完了している変調方式及び符号化率

無線 LAN 機能

能についてスループットを測定し，表 9 に示すように設計確認方法どおりのスループットが得られることを確認した．

TCP/IP 送受信

ファイル転送ができること

複数端末の収容AP を介して，UT-A から UT-B へのファ
イル転送ができること

複数チャネルでの同時運用2 系統の AP-UT が，それぞれ異なるチャネルを用いた運用状態で，単一チャネルでの運用時と比べて，スルー
プットが低下しないこと

表9

無線 LAN のリンクレベルでの基本機能は， 複数のスループット測定結果（R ＝ 3/4）

変調方式

スループットBER

BPSK

440 Mbit/s

Quasi Error Free

QPSK

586 Mbit/s

6.0×1016QAM

648 Mbit/s

2.4×10−6−5

UT が収容できることである．そのため，1 台の AP に，2 台の UT が収容できることを確認した．更に，①

1 台の UT が通信中に新たな UT が加入②

2 台の UT が通信中に 1 台の UT が離脱

6. むすび ― 更なる超高速化に向けての課題

とい った状況においても，問題なく通信を確立することができ，柔軟なリンクを実現した．また，隣接した 2

今回の研究開発においては，当初想定した広帯域特チャネル（2ch）での同時運用においても，干渉によるス性，高速動作特性と低遅延の課題が引き続き重要である

ループットの低下がないことを示した．

ことが明確になっている．アンテナについては，今回採用の構造では限界に近い比帯域十数 ％ 以上を達成してスループット

5.2

いるため，新たな構造による更なる広帯域化が必要であ

MAC 装置と模擬 PHY 装置を用いてスループット

る．OFDM については，BB 部での残留エイリアシングを測定した．2 台の UT が同時に接続した状況下では，信号除去用フィルタの開発による BB 信号品質向上，ミ

1 UT 当たり上り ／ 下り合わせて最大 800 Mbit/s，2 UT

リ波 RF 部では，利用帯域の高周波化・広帯域化に対し合計では最大 1.5 Gbit/s のスループットが得られた．まてデバイスの余裕度が小さいため，CMOS 化をはじめ

た，1 UT のみ接続している P-P（Point to Point）では，とした高性能デバイス開発によって，広帯域化を図るとともに A-D，D-A の更なる高速動作が必要である．FSKW̲Bp̲KU8̲S

2,000については，制御線の均一実装などによるスイッチのよ

スループット（Mbit/s）

BPSK
16QAM

フェースにおける制御ラインとデータラインのパラレル
W̲Bp̲KU9̲S
処理，あるいは PHY 部との一体化による低遅延化など，

1,000

各コンポーネントの着実な改良により，高性能化が達成されるべきものと考えている．

500
0
10−9

謝 辞
−8

10

−7

10

−6

10

−5

10

Bit Error Rate（4,096 Byte/Packet）
図 15

48

り高速動作，MAC 部については，PHY 部とのインタ

QPSK

1,500

BER とスループットの関係（R ＝ 3/4）

−4

10

本研究は情報通信研究機構の研究委託「 超高速ギガ
ビット無線 LAN の研究開発」により実施されたものである．
通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Topics of Emerging Technologies

文 献［1］ 荘司洋三，原田博司，加藤修三，豊田一彦，高橋和晃，川崎研一，池田秀人，大石泰之，丸橋建一，中瀬博之，安藤 真，
パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動， 信学通誌，no. 2，pp. 92-102，2007.
［2］ M. Ueba, A. Miura, S. Kitazawa, S. Saito, and T. Ohira,
Feasibility study on millimeter wave multi-gigabit
wi reless LA N system, 37th Eu ropean Microwave
Conference, pp.688-691, Munich, Germany, Oct. 2007.
［3］ 本間尚樹，関 智弘，常川光一，吉良文夫，長 敬三， 導波素子共有パッチ八木・ 宇田アレーアンテナを用いた小形
マルチセクタアンテナ， 信学論（B），vol. J87-B，no. 9, pp.
1363-1371, Sept. 2004.
［4］ 大野健， 小川晃一， 60GHz 帯屋内高速無線 LAN 用

誘電体装荷セクタアレー， 信学論（B），vol. J88-B, no. 9,
pp.1738-1751, Sept. 2005.
［5］ Y. Murakami，T. Kijima，H. Iwasaki，T. Ihara，T.
Manabe，and K. Iigusa， A switchable multi-sector
antenna for indoor wireless LAN systems in the 60-GHz
band, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 46, no. 6,
pp. 841-843, June 1998.
［6］ 大平昌敬，三浦 周，上羽正純， 超高速ギガビット無線
LAN の研究開発（24）―素子近接配置による 60 GHz 帯
スロットアレーアンテナの広帯域化―， 信学ソ大，B-588, p.401, Sept. 2008.
［7］ 太郎丸真，フンツカー・トーマス， 超高速ギガビット

上 羽 正 純 （正員）
昭和 57 東大・工・航空卒．昭 59 同大大学院修士課程了．同年，日本電信電話公社入社．以来，衛星搭載アンテナの高精度指向方向制御系，ブロードバンド移動衛星通信システムの研究に従事．平 19-04 より，（株）国際
電気通信基礎技術研究所波動工学研
究所長，無線通信における周波数有効利用及び未利用周波数帯開拓技術の研究に従事．博士（工学，平 8），日本航空宇宙学会，米国航空宇宙学会会員．

東充 宏 （正員）

昭 56 筑波大大学院理工学研究科電子・情報工学分野修士課程了．同年（株）富士通研究所入社．以来，通信ネットワーク管理と制御技術，次世代移動通信技術の研究開発並びに国際標準化活動に従事．米国ベル通信研究所客員研究員（平 3 ～ 5）
，平 13
～ 14 年度本会 TM（現 ICM）研究専
門委員会副委員長，平 13 年度本会通信ソサイエティ活動功
労賞，平 20 年度電気通信普及財団賞（第 24 回テレコムシス
テム技術賞奨励賞）受賞．博士（工学，平 19）．IEEE 会員．

無線 LAN の研究開発（4）―シングルキャリヤ多値 FSK

清水による変調方式の検討 ―， 信学総大，B-5-199, p.552,

昭 62 京大・工・電子卒．同年沖電気工業（株）入社．平 7 千葉大大学院博士課程了．ディジタル信号処理，音響分析，無線通信，ITS の研究開発に従事．
平 7 海洋音響学会論文賞．工博（平 7）．

March 2006.
［8］ 北沢祥一，阿野 進，太郎丸真，上羽正純， 超高速ギガ
ビット無線 LAN の研究開発（26）―FSK 変調方式の伝送に関する実験的評価―， 信学ソ大，B-5-90，p.403, Sept.
2008.

聡（正員）

［9］ S.-K. Yong, TG3c Channel Modeling Sub-committee
Final Report, IEEE802.15.07-0584-01-003c, March 2007.
［10］ M. Inoue, G. Wu, Y. Hase, A. Sugitani, E. Kawakami, S.
Shimizu, and K. Tokuda, An IP-Over-Ethernet-Based
Ultrahigh-Speed wireless LAN prototype operating in the
60 GHz band, IEICE Trans. Commun., vol. E83-B, no. 8,
pp. 1720-1730, Aug. 2000.

小特集｜超高速無線通信［11］ 表 昌佑， MAC protocol design for 802.15.3c millimeterwave WPAN， 信学総大，BP-3-3, pp.SS-35-36，March
2009.
（平成 21 年 5 月 11 日受付，7 月 30 日再受付）

解説論文：高周波数帯無線による超高速化

49もうすぐ出てくる

立体テレビ（株）NTTドコモ

堀越

力

まえがき

ふくそう，
（ピント）調節，運動視差という主に四つの手掛

映画館や遊園地などで立体映像を見る機会が増えてきます（図 1）．

かりを利用して，脳は奥行きを知覚することができるのでした．立体映像を映しているスクリーンには，2 重にぼけた

これらすべての機能を再現することが理想的な立体表示方

ような映像が映っているだけですが，特別な眼鏡を掛ける法なのですが，同時に再現できる装置は製造が難しく，一般だけで立体的な空間が目の前に広がります．眼鏡を掛ける

的には，両眼視差を主に利用した手法が主流になっています．

と，映像が飛び出してくる．この感覚を不思議に思ったことはないでしょうか？ 最近は，ディスプレイ技術が進歩し，小形ディスプレイでもこのような立体映像を表示すること

立体テレビのしくみが可能となり，立体テレビが身近なものとなってきました．

立体テレビは，基本的には左右の眼に，両眼視差に対応

本稿では，立体的に見える原理の説明と，立体テレビのする別々の映像を提示するしくみ（眼鏡）を使っています．

実現方式及び立体映像の作り方を簡単に紹介します．

主に眼鏡方式と裸眼方式の 2 種類があります（図 2）．眼鏡方式は，観察者が装着する眼鏡を使って，左右の目で見なぜ立体に見える？

える映像を振り分ける方式．裸眼方式は，テレビ画面側に左右の映像を振り分けるしくみ（フィルタやレンズ）をつ

右目と左目をそれぞれ隠すと，見え方が変わりますね．

けて，観察者の目の位置に左右別々の映像が見えるように

この見え方の違いから，人の脳は奥行きを知覚しているのしているため，観察者は眼鏡をかけなくても立体映像を観です．これを両眼視差といいます．ほかにも，
ふくそう，
ピン

察できるようになっています．

ト調節，運動視差といった手掛かりがあります．近くにあ眼鏡式で有名な方式が，左目に赤色フィルタ，右目に青る物をじっと見ると目が寄り目になりますね．目が回転し色フィルタを貼り付けた赤青眼鏡を利用するアナグリフ方て物体を見ようとするわけで，この回転角（ふくそう角）の式です．テレビ画面は，右目・左目用の映像が赤色・青色

違いが一つの手掛かりになります．また，目のピント調節は，をベースとした二つの映像を同時に表示し，左右の赤青眼

目の水晶体の厚みを変化させて焦点距離を変えているため，鏡を通して，左右の映像を別々に見るようになっています．

このピント調節も距離を把握する一つの手掛かりです．ま

構成は簡単ですが，フルカラー表示ができないのが欠点でた，遠い物と近い物を見ているときに頭を左右に動かすと，す．また，赤青フィルタの代わりに，2 種類の直交する偏遠い物より近くにある物体の方が，動き量が大きく見えま

光フィルタを用いて，左右の映像の光の偏光状態を変えてす．この見え方の違いから奥行きを把握することができま

表示し，偏光フィルタを付けた眼鏡で見る方式があります．

す．この手掛かりを運動視差といいます．これら両眼視差，

この方式は機器構成が非常に簡単で，色もフルカラーで表
示可能である反面，一つの画面を半分にして，右目用・左ふくそう角（θ ）両眼視差

目用の 2 種類の映像を同時に表示しなければなりません．
そのため，画像の解像度（画素数）が半分になってしまうという課題があります．最近は，テレビ画面が高精細になっ眼鏡方式 3D ディスプレイ

裸眼方式 3D ディスプレイ

移動
ピント調節
図1
50

運動視差
立体知覚の手掛かり

図2

立体テレビの二つの方式

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

てきたため，この方式でも十分高品質の立体映像を見ることができるようになってきました．
最近では，表示するタイミングをずらして左右の目の映像を表示する液晶シャッタ方式が増えています．今のテレ

左目

ディスプレイディスプレイ

左目

左目

右目

右目

右目
（a）

ビは，1 秒間に 30 フレームの映像ですが，1 秒間に 60 フレー

（b）

図4

ム以上を表示して，左右の映像を交互に高速に切り換える．

ディスプレイ（c）

奥行きを再現するコンテンツの作り方

すると片目にそれぞれ，30 フレーム／秒以上の映像が見えわると，同じ映像素材でも飛出し量が変わってしまうのでることになり，ちらつきのない従来のテレビと同じ品質のす．そのため，最終的に表示するテレビのサイズを考えて映像が観察できるようになります．この方式は，右目左目

映像を作らないと，正確な奥行き表現ができない点が立体

ともに画面全体で映像を表示できるため，高品質の立体映映像を作るときの難しさなのです．

像を提示できる特長があります．

立体映像は疲れるという人もこれまで多くいました．疲

そして，特殊な眼鏡を用いない裸眼方式も提案されていれの要因は，この飛出し量が大きく影響しています．飛出

ます．図 3 に示すように，ディスプレイの前に，バリヤ（スしが多いと，ふくそう機能により飛び出した位置を見よう

リット）やレンズなどを貼り付けて，左右の目に別々の映と目が内側に回転しますが，目のピントはディスプレイ上像が見えるように，テレビから出てくる光の方向を制御すに合っています．つまり，物が見えている位置（距離）とる方式です．

違う距離にピントを合わせている状態となっていて，日常

バリヤ方式は，テレビ画面の前にスリットを置いて，片生活ではあり得ない状態なのです．この状態が，脳を混乱

眼から見える映像を隠す方式です．レンズ方式は，一般的させ，長い時間立体映像を見ていると疲れてしまうのです．

には，かまぼこ状の細長いレンズを並べたレンチキュラー

ほかにも，左右の目の映像の位置ずれ，色ずれなど，立体レンズを用いて，左右の目に集光するように光を曲げる方

映像観察時の疲労の要因は複数明らかになっています［2］．

式です［1］．この方式は，眼鏡がいらないため，モバイル
環境など手軽に立体映像が楽しめる特徴があります．

最近は，立体コンテンツ作成のノウハウが蓄積され，飛出し量を押さえ，飛出しを効果的に与えるような映像編集の工夫がされていて，長時間見ていても疲れない立体映像が増えています．このコンテンツ制作のノウハウの蓄積が ,

右目

左目
バリヤ

図3

右目

ディスプレイディスプレイ

右眼用画像
左眼用画像

立体テレビ実現に大きく寄与しているのです．

む

す

び

左目
レンチキュラーレンズ

裸眼立体テレビのしくみ

これまで，何度となく流行っては消えていった立体テレ
ビ・映画ブーム．この立体ブームが再び始まっていますが，今回は様子が違います．ハリウッドも 3D 映画に本気で取立体映像の作り方

り掛かり，立体映画の公開が今後も多数予定されています．
また，BS 放送では立体映像の番組が既に始まっていて，各

立体映像は，水平方向に少しずらした映像を左右の目に提示することで飛び出させることができます．図 4（a）は，社メーカも一般家庭向けの立体テレビの発売を目指して積極的に開発を進めています．

右目用に赤い立方体を映した画像，左目用に青い立方体を立体テレビの普及には，テレビ装置の普及とともに，品映した画像をそれぞれの目に提示したとします．すると人質の高い立体映像コンテンツも同様に普及する必要がありは，二つの映像の交差したところ（黄色い立方体の位置）ます．現在は，双方が出そろってきている時期であり，立に立方体が飛び出しているように見ることができます．そ体テレビが家庭に入ってくる時期ももうすぐそこまで来てして，図 4（b），（c）のように，左右目の映像のずらし方をいるのです．

変えるだけで，ディスプレイの前後に自由に映像を飛び出したり引っ込めたりすることができるのです．
立体テレビの場合，このずれ量が重要なのですが，テレ
ビサイズにより変化してしまうことが課題です．
大きな画面ではずれ量が大きく表示され，小さな画面ではずれ量は小さく表示されますから，テレビのサイズが変

子どもに教えたい通信のしくみ

文 献［1］立体視テクノロジー ―次世代表示技術の最前線―，
NTS 出版，2008．
［2］安 全 ガ イ ド ラ イ ン，3D コ ン ソ ー シ ア ム，http://
www.3dc.gr.jp/jp/scmt_wg_rep/3dc_guidelineJ_200812.pdf

51

国際会議報告
B-plus では会員の方々に関係する国際会議について，会議の一般的な概要報告ではなく，会議に見る研究・技術開発のトレンド，諸外国・諸機関の動向，今後の展望などを，執筆者の個人的な見解を含めて提供します．会員の方々にとって，新しい分野・異分野へのチャレンジあるいは学際領域との交流などの参考にして頂ければ幸いです．
     （編集委員会）2009 International Symposium on Electromagnetic
Compatibility, Kyoto（EMC ’
09/Kyoto）
概況

概況報告

報告
NTT 環境エネルギー研究所

馬杉正男

電子情報通信学会・通信ソサイエティが主催する環境
電磁工学国際シンポジウムは，1984 年に開始し，5 年ご■ 会議基本情報
・参加人数：約 400 人
・参加者地域：アジア（日本，韓国，中国，ほか），北米（アメリカ合州国，カナダ），欧州（フランス，ドイツ，ほか），その他（オーストラリア，ロシア，ほか）（図 1
参照，全 22 か国）とのペースで開催されている．近年，情報通信機器の障北米（3％） その他（3％）

害要因となる電磁妨害源が増加すると同時に，各種デバ
イスの低電力化・高速処理化に伴って，情報通信機器の

欧州
（13％）

電磁障害耐力が低下する方向にあることから，電磁環境両立性（EMC：ElectroMagnetic Compatibility）の重要性
はますます高まっている．また，情報通信機器の電磁障害問題だけではなく，電磁界と生体システムの関係，電

アジア
（13％）
（日本除く）

磁波に関わる情報セキュリティの問題など，新たなテー

日本
（69％）

マが注目されている状況にある．
今回で 6 回目となる本会議（ 以下，EMC 09/Kyoto）
は，2009 年 7 月 20 〜 24 日の間に，国立京都国際会館にて開催された．会議では，重点テーマを扱うオーガナ
イズドセッション（17 テーマ／18 セッション），一般の論
文発表を行うレギュラーセッション（18 テーマ／30 セッ

図1

EMC ’
09/Kyoto への参加者の地域分類

・論文数：オーガナイズドセッション＝ 90
レギュラーセッション（一般セッション）＝ 121ション）に加えて，ワークショップ（1 セッション）や・セッション分類

チュートリアル（1 セッション）なども同時に開催された．

（a）オーガナイズドセッション

今回，日本を含む 22 か国から約 400 名の参加者が集
まり，EMC 分野について熱心な発表質疑が行われた．

− Advanced & Alternative Measuring Techniques at
System Level

一部発表者（特に若手日本人）の中には，質問への回答− ESD Phenomena Viewpoint from EMC

が必ずしもうまくできないケースも見られたが，技術英− Exposure Assessment for RF Safety of Wireless

語の重要性を認識する上でも良い経験になったはずであBase Stations

る．また，初日と 2 日目には，ウェルカムレセプション− IC-Level EMI/EMCとバンケットが盛大に開催された．京都ならではの催し− Installations of Wireless Communication inがあり，海外参加者からも非常に好評であ った．研究

Hospitals and Their EMC

成果のアピール，研究動向把握の場という側面だけでな− Information System Security on EMC

く，EMC 関連研究者の交流という点から非常に有意義− Intentional Electromagnetic Interference（IEMI）

な会議となった．

− Joint Time-Frequency Analysis

52

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

International Conference Reports− Lightning Performance in Electric Power andCommunication Systems− Measurement Uncertainty by EMC Testing

数値解析とモデリング
関連テーマ
九州工業大学− Recent Topics on EM Immunity Standards− Metamaterials in EMC Applications

桑原伸夫（1）概 要− Recent Progress in Electromagnetic Dosimetry I, II

数値解析とモデリング（Numerical Modeling）のテー− Signal/Power Integrity for Advanced Package andマについては三つのレギュラーセッションが開催され，10 編の論文が発表された．ただ，この分野は EMC 技

PCB− Solar Power Satellite, Microwave Power Transmission, and EMC術の根幹をなす基礎分野の一つであり，PCB，回路設計，機器設計，電磁環境，ESD，雷などで数値解析とモデ− Statistical Methods in EMC

リングに関係のある多くの論文が発表された．これらに− Towards to Next EMI Regularization

ついては，個々の分野の動向で報告されると思われるの（b）レギュラーセッション（一般セッション）

で，ここでは，三つのレギュラーセッションで報告され− Automotive EMC

た内容について報告する．なお，国別内訳は，日本 8 件，

− Biological Effects and Safety I, II, III, IV

フランス 1 件，英国 1 件であ った．技術分野について− Communication System EMC I, II, III

は，FDTD 法に関するもの 3 件，モーメント法に関す− Chip and Package Level EMC I, II

るもの 2 件，有限要素法に関するもの 1 件，有限積分− EM Absorber

法に関するもの 1 件，伝送線路（TLM）モデルに関する− EMC Test Facilities

もの 1 件，伝送線路の基礎的な解析に関するもの 1 件，

− Immunity / Susceptibility

電子機器のモデル化に関するもの 1 件であ った．以下− EM Environment Measurement

詳細を述べる．

− EM Wave Propagation and Scattering I, II（2）着目したトピック− ESD and Transients

・FDTD 手法を用いた解析技術− Measurement Techniques I, II, III

FDTD 法に関するものでは，FDTD 法の問題点である− Lightning and Overvoltage Protection

多くのメモリと長い計算時間に対する検討結果が 2 件と− Numerical Modeling I, II, III

FDTD 法を大規模な計算に適用した事例が報告された．

− PCB and Circuit Design for EMI Control I, II, III

メモリ量と計算時間を減少させる試みとしては，改良− Signal and Power Integrity

FDTD-MAS 法の報告があった．FDTD-MAS 法は波源の− Power System EMC

部分のみ細かいセルでモデル化を行い，周囲の空間につ− Shielding and Grounding

いてはセルサイズを大きくすることによりセル数を減少− Transmission Lines and Cables I, IIさせる技術であるが，これは周囲の空間には反射物が存在

図2

国際会議報告会議場外観（国立京都国際会館様御提供）

図3

講演会議の様子53

してはならない制約があったためこれの解決法が提案さ10 m， 最小 48 mm の 2,612,688 個のセルを用いてモデれた．著者らはマイクロストリップ線路近傍に金属物体ル化を行い，電流分布の解析を行っている．解析に要しがある場合に対してこの方法を適用している．もう一つた時間は最大周波数が 1 kHz に対して 38 時間であった．

の報告は，セルサイズを変更する方法で，直方体のセルを・伝送線路解析ほか使用することにより，対象から離れた部分では，長手方向

伝送線路の基礎的な解析法として，帰路のない 1 導体

のみ大きなセルを使用してセル数を減少させている．著の反射と伝送特性の解析が報告された．地上にある導体

者らはこの解析法をスリットのある金属体の二次元解析を伝搬する波は，周波数が高くなると導体表面を伝搬すに適用している．最後の FDTD 解析に関する報告はエレる 1 導体の伝送モードとなる．従来の解析は反射のない

ベータ内の電磁環境解析に関する報告である．著者らは，

無限長線路の場合であったが，著者らは，反射のある場

2.16 × 1.62 × 2.2（m）のエレベータを対象として，その合について時間領域で解析を行っている．

中に，欧州人に基づいて開発された人体ファントムと携帯

最後に，電子機器のモデル化に関するものは，電子機

電話機を模擬したダイポールアンテナを配置して電界強器が放射する近傍の電界分布より機器をモデル化して度分布を解析している．使用したセル数は 324 × 440 ×

10 m 距離の電界強度最大値を推定しようとするもので432 で必要としたメモリは 32 GByte であった．

ある．著者らは，電流源と磁流源を用いることにより推・モーメント手法を用いた解析技術

定時間を 2/3 にできることを報告している．

モーメント法についてはケーブルのモデル化とセラ
ミックコンデンサのモデル化に対する報告があった．
ケーブルのモデル化については，絶縁体の影響を模擬す

生体 EMC 関連テーマ

るため，ワイヤ間にコンデンサを挿入する方法を多対の名古屋工業大学

ケーブルに適用した例が報告された．2 対に同時に信号を印加したときの解析結果は測定結果の傾向を良く捉

平田晃正（1）概 要

えていることが報告されている．また，セラミックコン

本年，国際非電離放射線防護委員会（ICNIRP： Inter-

デンサの解析では，多層セラミックコンデンサの二次

national Commission on Non-Ionizing Radiation Protection）

元モデルを用いて，インピーダンスや電流分布の解析をにより，電波の健康影響に関するレビューが発刊された．

行った結果が報告された．

また，無線通信機器に対する比吸収率（SAR, 単位質量当

・有限要素法・積分法・TLM 法を用いた解析技術

たりの体内吸収電力）の適合性評価法の国際標準化が活有限要素法に関する報告は，照明器具の試験系を有限発に行われている．生体 EMC 関連セッションでは，極要素法でモデル化して伝導妨害波レベルの解析を行っ

低周波からミリ波に及ぶ周波数帯での体内に誘導されるている．2,807,128 個のエレメントを用いた詳細モデル

電磁界の評価技術が取り扱われた．上述のような情勢のと 229,795 個のエレメントを用いた基本モデルで解析を中，本関連セッションにおいて，熱心な発表・討論がな行っており，詳細モデルを用いることにより測定結果にされたのは言うまでもないだろう．

より近い結果が得られることを報告している．

EMC 09/Kyoto では，Recent Progress in Electromagnetic

有限積分法に関するものは，この方法をビル近傍にあDosimetry（11 件）及び Exposure Assessment for RF safety

る 225 kV の三相送電線により発生する電磁界解析に適

of Wireless Base Stations（4 件）の二つのオーガナイズド用した事例の報告である．周波数は 50 Hz で，通常このセッションに加えて，一般セッション 17 件，合計 32 件

周波数帯域であると帰路電流の中心は数百 m となるが，の発表があった．これらのうち，11 件が英国，韓国，フ

表皮効果は地上の電磁界に影響を与えないことが分かっ

ランス，フィンランドなど，海外の研究者による講演でたので，計算領域を小さくできることが報告されている．

あり，国際色豊かなセッションとなった．これらのセッ

伝送線路（TLM）モデルに関するものでは，交流電気

ションでは，終始 30 〜 50 名の聴講者が見られ，大変盛鉄道から放射される電磁界の解析を行っていた．著者ら況であった．以下，本関連セッションの代表的なトピッ

は高さ 5.4 m，長さ 10 km の簡単な線路モデルを，最大クに言及する．

54

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

International Conference Reports（2）着目したトピック
・遠方界ばく露による全身平均 SAR の数値解析

Exposure Assessment for RF Safety of Wireless Base
Stations のセッションでは，講演に先立ちオーガナイザ

総務省電波防護指針では，10 〜 300 GHz までの周波より，携帯電話基地局の種別・ 変遷に関する解説があ数を対象として，基礎指針と管理指針を設けている．基り，聴講者の以降の講演内容の理解の一助となった．会

礎指針は，動物実験に基づく熱作用のしきい値である全議録に論文として掲載されていないことが惜しまれる．

身平均 SAR1 〜 4 W/kg に基づき，2.5 〜 10 の安全率を本セッションでは，ばく露評価を念頭に入れた電磁界の考慮し，0.4 W/kg と定めている．また，これを超えな

数値的あるいは実験的簡易推定手法の提案，あるいは実い電波レベル（電力密度など）を管理指針として規定し環境下における実測例などの講演があった．なお，一般ている．この指針値は，ICNIRP における国際ガイドラ

セッションでは，東工大及び NICT のグループにより，インと合致した値である．しかしながら，基礎指針と管ミリ波帯における精緻なばく露システムが提案された．

理指針の定量関係は，人体を簡易形状かつ均質と仮定しミリ波帯におけるばく露システムの報告例は少なく，今たモデルで導出したものである．近年では，その有効性

後の更なる研究が期待される．

の更なる確認のために，人体の組織構造を考慮した詳細な人体モデルにおいて両者の関係を評価する試みが活発になされている．このため，国際プロジェクト MUST
（Management of Uncertainty in Simulation Techniques）が発足している．MUST とは，高周波電磁界に対する人体の電磁ドシメトリーにおける数値不確定性に対して，国電磁現象に起因する
セキュリティ関連テーマ
独立行政法人情報通信研究機構

関口秀紀，瀬戸信二（1）概 要際共同研究により一定の知見を与えようとするものであ

情報セキュリティの国際的運用制度である情報セキュる．オーガナイズドセッションである Recent Progress in

リティマネジメントシステムの制定に伴い，近年，EMC

Electromagnetic Dosimetry のうち 4 件，一般セッション

分野において「電磁現象に起因するセキュリティ問題」

1 件は，この MUST に関連する発表であった．特に，英が注目されつつある．この問題は，主に機器のエミッ

国健康防護局と日本の複数の研究機関による比較研究をションの受信・解析に起因する情報漏えい問題と機器の通して，数値解析による全身平均 SAR 評価の有効性とイミュニティレベルを超える意図的電磁妨害に起因する

数値不確定性に一定の知見が得られたことが報告され，誤動作・故障問題に大別される．

今後更なる比較研究の必要性と更なる解明の必要性につEMC 09/Kyoto では，これらの問題に関連した二つのいて言及された．一般セッションでは，全身平均 SAR

オーガナイズドセッション「Information System Security

計算推定結果の妥当性評価を目的とした精緻な測定技術

on EMC」 及び「Intentional Electromagnetic Interferenceに関する発表が北大のグループによりなされ，高い関心（IEMI）」が組まれ，多数の聴講者により活発な質疑応答が寄せられていた．

が取り交わされていた . 発表者を国別に見ると，日本 7・SAR の測定技術

件，ロシア 2 件，米国 1 件，スウェーデン 1 件であった．

SAR の測定技術に関しては， 上述の二つのオーガ

以下，これらのセッションの中から着目したトピック

ナ イ ズ ド セ ッ シ ョ ン で 扱 わ れ た．Recent Progress inを紹介する．

Electromagnetic Dosimetry では，主に，無線通信機器近（2）着目したトピック

傍でのばく露状況を想定したものであった．無線通信機

・機器のエミッションに起因する情報漏えい対策技術

器の適合性評価において課題とされる SAR 測定の高速化

PC のモニタ表示画像がそのエミッションの受信・解方法についての発表があり，関心を集めていた．また，自析から再現される情報漏えい問題に対して，二つの対策

由空間あるいは人体ファントム中における磁界の空間分技術の提案発表が行われた．一つ目は，モニタ画像表示

布測定技術に関する報告もあった．更に，SAR プローブのドットクロック周波数に依存した機器固有の受信妨

校正結果の国際比較についても報告され，各機関の校正害波を発生する PC 装着形のジャミング装置である．ま

結果の差異は不確かさの範囲内であることが報告された．

た，二つ目は，モニタ画像表示のドットクロック周波数

国際会議報告55

自身を変動させるドットクロック変調回路（FPGA（Field

器が誤動作・ 故障を生じる EMI の詳細なデータの提供

Programmable Gate Array）ボード）を PC とモニタ間にが求められている．

装着する装置である．ともに，実証実験結果によりその電磁現象に起因するセキュリティに関する上記二つの効果を示しており，今後，モニタ表示画像の情報漏えい

セッションでは，規格・ 標準化の動向についての報告対策製品として普及が期待される．

が印象的であった．本テーマは，日本では余り研究や議また，暗号処理機器動作時の電磁的変化の観測から暗論が行われていないが，国際的には EMC 分野の新しい号処理アルゴリズム内の秘匿情報（秘密鍵情報）を取得

トピックになりつつあり，学術会議や標準化機関内でもする技術は，暗号分野において「サイドチャネル攻撃」

活発に議論されるテーマである．近年の情報化社会の発として知られており，暗号処理時の機器のコモンモード

展に伴い，情報の価値や常時通信の必要性が高まる中，電流変化の観測からその秘匿情報が漏えいするメカニズ

今後本テーマはますます重要となるだろう．引き続き，

ムが発表された．
「サイドチャネル攻撃」は主に暗号分

EMC 分野では電磁現象に起因するセキュリティに対処

野で研究が行われているが，暗号処理機器動作時の電磁し，安心・安全な社会を形成するための様々な研究が活的変化の観測はコモンモード電流や近傍電磁界であるこ発に行われることが期待される．

とから，今後，EMC 分野においても研究が活性化されることを期待したい．
・電磁現象に起因するセキュリティ規格・標準化動向

電波吸収体関連テーマ

機器のエミッションの受信・解析に起因する情報漏え

兵庫県立大学

いに関する規格について，米国規格や防衛省規格，日本
国内民間任意団体である新情報セキュリティ技術研究会

畠山賢一（1）概 要のガイドラインが紹介された．米国規格や防衛省規格は

電波吸収体の分野は，導電材，磁性材，複合材など吸防衛関連の規格であり，情報漏えいの測定・評価方法に

収素材の設計・製造に関する材料技術，及び平板形，ピおける数値的細部は非公開である．しかし，その防護対

ラミッド形など構成法と整合手法に関する研究，吸収体

策概念として，管理可能区域による規制（Zoning）を用の評価技術や応用に関する研究などがある．

いていることが紹介された．また，新情報セキュリティ

EMC 09/Kyoto で は，24P1：Metamaterials in EMC

技術研究会では，測定方法や防護レベルを算出する方法

Applications で 6 件，24P3：EM Absorber で 4 件（1 件を示しているが，測定対象となる信号の定義が曖昧なた

は 発 表 者 の 都 合 に よ り 前 日 の 23P3：Shielding and

め，現状で機器からの情報漏えいを測定・評価すること

Grounding/Transmission Lines and Cables I に お い て 発は難しい．防衛関連規格の詳細資料が公開になることは表）の発表があった．この二つのセッションを合わせてないと考えると，民間において機器からの情報漏えいを日本が 6 件，米国，ポーランド，英国，中国が各 1 件ず評価する測定技術を確立することが重要となる．

つの発表であった．Metamaterials in EMC Applications

意図的電磁妨害に起因する機器の誤動作・故障問題のセッションは小塚洋司東海大学名誉教授のオーガナイに関連する標準化は，現在，IEC（International Electro-

ズによるセッションである．電波吸収体には特定していtechnical Commission）TC（Technical Committee）77

なか ったが，6 件のうち 4 件が吸収体に関する発表でSC（Sub-Committee）77C 及 び ITU-T（International

あ った．大きい会場であるにもかかわらずほぼ満席に

Telecommunication Union - Telecommunication standardi-

なり，メタマテリアルに関する関心の高さをうかがわせzation sector）SG（Study Group）5 で進められており，そた．両セッションとも各発表の後に活発な質疑応答が交の概要及び規格・勧告化の途中経過が報告された．IECわされた．

及び ITU では，現在，様々な機器に対して脅威となる発表された論文をテーマ別に整理すると，メタマテリ

IEMI の波形や電界強度のデータを収集し，互いに情報

アルを利用する吸収体関連が 4 件，磁性複合材料関連が交換・提供を行いながら IEMI の脅威に対処すべく議論

2 件，吸収体構成法に関する発表が 1 件，評価法が 1 件，を進めている．このため，EMC 分野の研究者には，機EBG 構造解析に関する発表が 2 件であ った．電波吸収

56

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

International Conference Reports

体は不要電磁波対策として基本的なデバイスである．メ
タマテリアルなどの最新技術を取り入れ，新しい情報通

プリント基板と回路設計関連テーマ

信時代に適応する材料，構成法，利用法などの研究開発

京都大学が今後加速されることが期待される．
（2）着目したトピック
・メタマテリアルの電波吸収材としての応用

和田修己（1）概 要
プリント基板と回路設計関連テーマでは，「EMI 低本シンポジウムでは，人工的に反射，透過，吸収特性減のためのプリント回路基板（Printed Circuit Board）とを制御する技術，すなわちメタマテリアルの特徴を取り回路設計（PCB and Circuit Design for EMI Control）」に入れた吸収体設計に関する発表があった．具体的には，関する 3 セッション（13 件）と，「IC/LSI とパッケージ

誘電率，透磁率の値が正から負にわたって得られるときに関する EMC（Chip and Package Level EMC）」2 セッの整合条件，及び導電ストリップ材の周期配列構造を用ション（8 件）の一般講演に加え，二つのオーガナイズ

いた吸収・遮へい特性に関する発表，誘電体表面に格子ドセッション「 先端パッケージと PCB のシグナルイン

状導体を設け，格子中央点に可変容量ダイオードを設け

テグリティ・パワーインテグリティ」（7 件），「IC レベて整合周波数を可変形にしたアクティブ制御形電波吸収

ルの EMI/EMC」（8 件）が企画され，合計 36 件の講演，体の発表，損失材表面に Z 字金属パターンを設け，斜更に「PCB の EMI 問題」に関するチュートリアルセッ

め入射時の TE，TM 両偏波において整合が得られるよション（3 講演）が行われた．どのセッションも多くの聴うにした吸収体の発表，導体ストリップを誘電体フィル

講者が参加し，大盛況であった．

ムに周期配列するときの導電電流，変位電流の計算と反射・透過特性に関する発表などがあった．

回路動作の高速化に伴い，従来は PCB レベルで問題にな っていた EMI 低減設計が， 現実問題としてチッ

メタマテリアルはここ 10 年ほどの間に急速に論文件

プ・ パッケージレベルの設計にまで降りてきた様子が数は増えた．しかし，実用化されているものは非常に限発表件数からもうかがえる．特に IC の EMC に関してられている．メタマテリアルを更に発展させるために，は従来先導してきた欧州陣に加えて韓国・ 台湾からレ

反射・透過・吸収の制御材料として実用化に向けた発表

ベルの高い発表があり，注目される．以下，本関連セッが今後増えることを期待したい．また，メタマテリアル

ションの技術的なトピックについて言及する．

の特徴である負の誘電率・透磁率は均一物質として実現（2）着目したトピックできることが実用上からも望ましい．この点から，金属・PCB と回路の EMI 制御

体周期配列構造とともに複合材の技術を導入したメタマ

プリント回路設計に関しては， 第 1 のキーワード

テリアル研究が進むことを期待する．

は「 高周波化対応」であろう．従来からの電源供給系

・電波吸収材としての磁性複合材（Power-Bus）やパスコン配置 ･ グラウンド設計の話題に

磁性複合材に関連する発表として磁性複合材とメタマ

加え，多層回路基板の層間ビア（Via）と PCB・パッケー

テリアルの関連に言及した発表，磁性材料粉末の表面処

ジ周辺の寄生結合のモデル化に関する発表が目立った．

理により大きい減衰定数を達成した複合材の発表，扁平ビア容量としては，これまでは無視されていた数十 fF

磁性材粉末を用いる混合材の等価透磁率に関する発表がの影響が問題とされており，パスコン配置問題であるがあった．近年，磁性材複合材については磁性粉の形状を

近傍電磁結合を考慮した内容などが発表された．

工夫し，高透磁率の複合材を得る試みが盛んである．こまた， 近傍界結合を考慮して EMI 低減を図る研究

れらはマイクロ波，ミリ波帯での電波吸収体素材としてや，パッケージ・PCB 間結合のモデル化，PCB 内の周重要であり，今後の発展が期待される．

期構造（EBG）で電源系ノイズ伝搬を制御するものなど，
GHz 帯のアプリケーションを見据えた新しい試みが注目された．
信号系ではフレキシブル PCB を扱ったものや差動信号系の解析が注目された．

国際会議報告57

くは代替法に関するものが，それぞれ 3 件という内訳

・IC/LSI レベルの EMI/EMC
今回の注目点として，オーガナイズドセッションで，であった．このほかに，ワインの品質を複素比誘電率のIC/LSI の測定法に関する発表が 4 件あ ったことが挙げ

値と関連付けた報告もあったが，基礎的な研究開発と比られる．これは，まずノイズ源となるデバイスの SI, PI,較して，応用研究開発が大勢を占めていた．国別には中EMC をコントロールすることが重要，との認識が徐々国からの投稿が 1 件で，そのほかはすべて日本であ っに高まっていることを示している．具体的には，高速信た．中国からの投稿は，著者が欠席のため代理発表者が号系のオンチップのシグナルインテグリティ（SI）測定，

概要を説明するにとどまった，またそのほか計測分野とPLL のエミッション測定，モジュ ールレベルの CISPR

して，環境計測技術 6 件，時間−周波数解析 6 件のセッ

25 に対応する新たな伝導性のコモンモード測定法，デションが開催された．各セッションともに 40 〜 50 名のバイスの放射性イミュニティ 測定法のテーマを扱って聴講者があり，おおむね盛況であったといえる．以下，いる．現在，IEC の SC47A/WG9 では IC/LSI のエミッ

本テーマの技術的なトピックに言及する．

ション測定法（IEC 61967）及びイミュニティ測定法（IEC（2）着目したトピック

62132）の規格化がほぼ落ち着き，1 GHz 以上の高周波・近傍電磁界測定技術化への対応とトランジェントイミュニティ（IEC 62215）

プリント基板などの近傍磁界を測定する方法として，へと重点が移っている．回路の低電圧高密度実装化に

光−磁界プローブとガルバノスキャナを組み合わせた測伴い IC/LSI の EMC の重要性はますます増大しており，定システムの発表があった，このシステムを用いること注目すべき分野といえる．

で，磁界強度のみならず，磁界の伝搬方向を測定するこ

また，IC/LSI から始める EMC 設計に関して，今回のとが可能であり，プリント基板上の妨害波源特定などに会議では IC/LSI のモデル化に関する発表が 6 件あった．

効果が期待できる．また，FDTD シミュレーションを用

これらは，LSI 電源系の高周波結合を扱うもの，LSI エ

いて，近傍磁界測定用プローブの特性評価を行った結果

ミッションモデルのプログラム依存性，ヒートシンクのについて発表があった．FDTD シミュレーションを用い効果，ブラックボックスモデル化，IBIS ＋電源系モデた電磁界解析は，近年，常套手段となりつつある，しかルなど，実用的シミュレーションを目指すものとなってし，一部シミュレーションと実測値が合っていない場合

おり，近い将来の実設計への反映が期待できる．また，に，その要因を理論的に解明しておくことが重要である

オペアンプのイミュニティ改善のための新回路が提案さと考えるが，今回の発表ではその点が不足していた．

れ，優秀論文賞となった．

・国際規格などで定められている測定技術の改善
本トピックに関しては，FAR（Full Anechoic Room）
を用いた，周波数 1 GHz 以上の放射妨害波測定の，測EMC 計測技術関連テーマ
NTT 環境エネルギー研究所

定時間を短縮する方法が提案されていた．これは EUT

秋山佳春（1）概 要（Equipment Under Test）内の妨害波源をダイポールアン
テナのアレーでモデル化し，測定アンテナの高さ方向の移動を最小化することで， 測定時間を 22% 短縮でき，

EMC 計測技術の分野は，装置や伝送線路から放射さかつ従来の方法と比較して±3 dB 以内の誤差で測定きるれる遠方電磁界の計測技術，プリント基板などの直近に方法である．垂直偏波の場合の効果が示されていたが，おける近傍電磁界の計測技術，伝送線路や建物に誘導し水平偏波に対する検証も実施し，より実用性の高い技術

た電流・電圧の計測技術，そして法律や規格に基づく妨となることを期待したい．

害波の計測技術など多岐にわたる．

そのほかに，従来の接地抵抗測定（電位降下法）におけ

EMC 09/Kyoto の EMC 計測技術セッションでは 11

る補助電極の代わりに，帰路線を 2 本用いる方法が提案件の発表があったが，近傍電磁界測定法あるいは解析モされた．本技術は従来の方法が適用困難な，アスファルデルに関するものが 4 件と最も多く，国際規格などにトで覆われた地面の測定が可能であると同時に，誤差要定められている測定技術の評価と，測定技術の改善若し因であったインピーダンス測定値の虚部の影響をなくす

58

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

International Conference Reports

ことができ，接地抵抗が 50Ω以下の場合でも，従来法とアンプ，一つのアンテナで実現するのではなく，16 個

比較して 5％以下の誤差で測定を行うことができる．

や 64 個の小出力アンプと同数のアンテナアレーで発生

EMC 計測技術に関するさまざまな研究開発についてさせる方法の提案である．アンプが小形・低出力でよい

発表があり，どの発表においても聴講者と発表者の間でこと，またアレーの位相をコントロールすることで，規熱心な質疑が取り交わされていた．ただ，全般的に発表

格で要求される空間的に均一な電界を容易に発生できる者の回答が不十分なため，セッション終了後に個別に対こと，また高価な高出力アンプの予備機を用意する必要応しているケースが多く見られた．その主要因が言葉のがないため故障に対する信頼性も高い．ただし現時点で問題であると考えられることから，国際会議発表に向けは，複数の小出力アンプを使用せず，64 個のアンテナ

た発表者側の準備を強化する必要があると感じた．

アレーのみの検討となっており，実際にアンプを使用した場合にクリアしなければならないアンプ間の特性のばらつきなどの問題が未解決である．

EMC 試験評価関連テーマ
独立行政法人情報通信研究機構

・航空機の EMC 試験のための反射箱の代用としての金

石上

忍（1）概 要属壁面ホールの評価
本トピックでは，航空機のような大きな EUT を試験できるような大きな反射箱のコストは高いので，格納庫EMC 試験評価関連の分野は，イミュニティ・サセプタのような金属壁面の大きなホール，ただし反射箱のようビリティのモデル化や電子機器のイミュニティレベルのに遮へい構造を持たず，幾つかの開口部を持つものを反測定，放射妨害波測定技術，EMC 試験装置，イミュニ

射箱として代用したときの，このような代用反射箱の電ティ 試験及び放射妨害波測定の国際規格化，また EMC

界均一性などの諸特性を解析的及び数値解析法で計算試験の測定不確かさなど，多岐にわたっている．

している．本提案が実用化されれば，実用性の高い研究

EMC 09/Kyoto の EMC 試験評価関連のセッションでといえるが，本検討は現時点ではプレリミナリーなもの

は，該当セッション数 6，計 29 件の発表があ った．内で，実測値との比較もなされていないため，それが今後

訳は，EMC 国際規格関係が 15 件（ただしワークショッの課題である．

プ 4 件を含む），EMC 測定の不確かさ関係が 4 件，EMI・イミュニティ・放射妨害波の国際規格

測定関係が 5 件，イミュニティ 試験関係が 5 件であ っワークショップやオーガナイズドセッションにて，イた．ほとんどの研究が EMC 国際規格に関連した測定，ミュニティ・放射妨害波国際規格の各エキスパートを講評価，測定技術の提案であった．

演者として，主要な国際規格の概説が行われた．EMC

国別には日本より 14 件，ドイツ 5 件，英国 3 件，フ規格の概要を知る上で，有用な企画であったといえる．

ランス 2 件，ほかに台湾，米国，スイス，ポーランド，
韓国がそれぞれ 1 件である．6 回のセッションのいずれ

EMC 試験評価関連に関する様々な研究開発についても 30 〜 50 名の聴講者があり，おおむね盛況であったと発表があり，どの発表においても聴講者と発表者の間でいえる．以下，本セッションの技術的なトピックに言及

熱心な質疑が取り交わされていた．ただし，日本からのする．

発表者の約半数が英語による会話に十分慣れているとは（2）着目したトピック

いえず，質問者の意図をつかみ切れていない場面が多々・アンテナアレーを用いた放射イミュニティ試験方法の提案見られた．英語による総合的なプレゼン能力の向上が課IEC や SAE 規格の放射イミュニティ 試験規格で要求題である．

される 100 V/m 以上の強電界を，従来の一つの高出力

国際会議報告59

東京オリンピックのテレビ映像を世界のお茶の間へ― 世界初の衛星テレビ中継を回顧して ―村主行康，石澤禎弘

まえがき

ればならなか った．図 1 に構成された回線のブロック
図を示す．オリンピック競技場から送られた映像と音東京に再度オリンピックを招聘しようという動きを声は代々木の NHK 放送センターを経て，映像は SN 比目にすると，日本で初めてのオリンピックが行われて改善のための処理＊ 3 がなされ，7 GHz の臨時回線にからはや 45 年が過ぎたことに感慨深いものがある．通より小金井の電波研究所に送られた．ここから鹿島の信の技術，特に遠距離間の通信はオリンピックのときに衛星送信局に，伝搬試験用に既に設置されていた，筑大きな刺激を受けて発展してきたことは，短波による実波山経由，茨城県の鹿島地上局間の 7 GHz 回線を用い

況中継，写真電送による競技結果の伝送などの例を見てて送られた．この小金井，鹿島局の間にはバックアッもうなずける．東京オリンピックも，アジアで初めて開プ回線として， 研究に用いられていた 2 GHz の見通

催されたこととともに，競技のテレビ映像が人工衛星

し外通信＊ 4 の直接回線も設けられた． 鹿島地上局＊ 5を用いて世界中に送られ注目を浴び，その後の衛星通信からは新設の送信設備，打ち上げたばかりのシンコムの発展を促した．この衛星中継には技術的に種々の問題

Ⅲ号衛星＊ 6 を経て米国ロスアンゼルス近郊のポイント

を解決しなければならなか ったと同時に，経費，短いマグー（Point Mugu）内の受信局で受信され，その映準備期間など，いろいろの制約を抱えていた．この中継像信号は AT&T ＊ 7 のロスアンゼルス中継所で， 海底に必要な技術開発，装置開発は，映像関係は日本放送協

ケーブルを通して送られた音声信号と一緒にまとめられ会（NHK）を主体に，衛星中継関係は郵政省電波研究所

た．米国内放送局向けには，ここより，NBC，CBS 及

＊1
（RRL）
を中心とし，関連機関，民間企業が参画する形

び ABC の各局へ配信された．またカナダ向けには，カで進められた．本稿は，中継の実施までの話題のうち，ナダ放送局 CBC によりテープ録画され，そのテープを衛星中継関係を中心にまとめてみる．この計画を推進しトロント，モントリオールに空輸しカナダ国内に放送さた先輩の多くの方々は既に亡くなられており，直接当時れた．欧州向けは，米国内回線を用いモントリオールののお話を伺うことはできないが，その御苦労をしのぶと飛行場に伝送され，欧州放送連合（EBU）の手によりテー

ともに，宇宙中継の中心であった郵政省電波研究所鹿島プに収録，このテープをハンブルグに空輸し，ここより

支所＊2での経験を思い出してみたい．なお，資料も散逸しており，不正確な所があればお許しを願いたい．

欧州の 21 か国の放送に用いられた．この回線網を通じて競技の模様は遅くとも一日以内で世界の各地で放送された．シンコムⅢ号から送信された信号は，鹿島地上中継回線の概要
1964 年 10 月 10 日より開始される東京オリンピッ
ク競技の映像をテレビで世界に配信しようと計画した
ときには，海を越えての電波による映像の伝送回線はまだ存在せず，したが って回線網の設定から始めなけ
60

局で再度受信され，代々木の NHK 放送センターに逆送
＊1
＊2
＊3
＊4
＊5
＊6
＊7

Radio Research Laboratories，現 独立行政法人 情報通信研究機構（NICT）
現 独立行政法人 情報通信研究機構 鹿島宇宙技術センター
正極同期へ変換，詳細は図 4 を参照．
散乱波通信ともいう．
現在は地球局の呼称．
表 1，図 3 参照．
米国電信電話会社

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

筑波山
7 GHz

NHK
RRL
放送 11 GHz
センター
小金井
（代々木）

RRL
鹿島
地上局

上り回
線 7.4

RRL
筑波中継所

回線
下り Hz
G
1.8

GHz

シンコムⅢ

COMSAT ポイントマグー地上局
AT＆T ロスアンゼルス中継所

映像信号

音声信号

EBU
モントリオール

2 GHz 見通し外通信
回線
（非常用）
海底
ケーブル
AT＆T
KDD
オークランド
二宮中継所
中継局

KDD
国際電話交換局

テープ空輸

図1

EBU
欧州向け
NBC,CBS,ABC
米国国内放送CBC
カナダ国内放送

東京オリンピックの信号中継回線の構成

後，画質のモニタに使用された．このようにこの中継の当時の衛星の状況

実現には，国内では，郵政省＊ 8，日本放送協会（NHK），
電波監理局（RRB）， 国際電信電話（株）
（KDD）
， 日本

1957 年 10 月ソ連がスプートニック 1 号を打上げ，

電信電話公社（NTT），日本電気（株）（NEC），国外で1958 年には米国がエクスプローラ 1 号を打ち上げて以は，米国務省，NASA＊9，NBC，CBS，後，宇宙開発は，有人部門，観測部門，通信部門などでなど多くの機関の協力の急速に開発が進んだ．当時の通信分野の状況を図 2 に示

，COMSAT

ABC，CBC，EBU，HAC

＊ 11

＊ 10

W̲Bp̲OR1̲Sすが，テルスター衛星，リレー衛星の打上げによってテ
下，実現されたものであった．しかし現業の外国放送局

が，まだ打ち上げられていない，幻の静止衛星によるテレビの中継機能を有する衛星が 1962 年には実験に供さ

レビ中継に参加するための決定には多くの困難があった

れるまでになった．しかし長時間の中継が可能な静止衛のであろうか，最終決定は昭和 39 年 7 月 23 日であっ星はシンコム I 号＊ 12 がアポジモータ＊ 13 の点火直後にた．またこの中継回線の成否の鍵は，日米間の中継を行通信不能となり，その後 1963 年 7 月にシンコム II 号

う衛星回線が技術的に成立するのか，及び使用する地上が同期軌道＊ 14 に打ち上げられたがこの衛星は電話の中局整備が間に合うかにかかっており，関係機関の合意は継を主体としており，映像の中継にはテルスター，リもとより克服すべき問題は，技術，スケジュール，経費

レー衛星を用いた実験が主体であった．特にリレー衛星

面と多岐にわたっていた．この時間の流れを図 2 に示すによる初の日－米間のテレビ伝送では，ケネディ大統領のが，いかに計画から実行までの時間の余裕が少なかった

暗殺のニュースが送られてきて，衛星中継の威力がクローかが分かる．

ズアップされ，オリンピックの中継計画を推し進める下地

リレー衛星打上げ

7/26

11/23 3/25 4/17 8/19 10/10~10/25
米日

日

オリンピックテレビ中継実施

テルスター衛星打上げ

図2

2/14

シンコムⅢ打上げ︵静止軌道︶

12/13

欧テレビ初中継︵テルスター衛星使用︶
米テレビ初中継︵リレー衛星使用︶

7/10

1964

日テレビ初中継︵リレー衛星使用︶

月/日となった．しかし使用する衛星はテルスター，リレー衛1963
シンコムⅡ打上げ︵同期軌道︶

1962
シンコムⅠ打上げ年

東京オリンピック前の衛星の状況

開発物語：東京オリンピックのテレビ映像を世界のお茶の間へ

星では軌道条件から生じる中継可能時間帯に制約が多す
ぎ，シンコム衛星では衛星の送信機出力が 2 W，片道の衛
＊8
＊9
＊10
＊11
＊12

現 総務省
National Aeronautics and Space Administration，米国航空宇宙局
Communication Satellite Corporation，通信衛星運用会社
Hughes Aircraft Company，米国航空宇宙関連製造会社
シンコム計画は，1961 年に NASA が正式に採用した，Hughes 社提案のスピン安定形静止通信衛星の計画．
＊13 静止衛星をほぼ静止高度の円軌道にするための小形ロケット．
＊14 軌道高度は静止衛星と同じで（周期 24 時間）あるが，軌道傾斜角が
ある衛星．

61

星・地球局間の伝送距離が約 40,000 km と長く，また衛は至らなかった．この実験にはオブザーバとして当時の星中継器の通過帯域も狭いところをテレビの数 MHz の信電波研究所長が招待され，衛星中継実現のために米機関号を送るという難題を解決しなければならなかった．このの説得に努力をされた．実験結果より，シンコムⅢ号衛三衛星の諸元の比較を表 1 に示す．シンコム衛星を用い星を予定し，シンコムⅡ号は緊急時の予備機とし計画をる計画は，通信衛星の実験を目的として結ばれた NASA

進めることとなり，NHK を主体として帯域圧縮の開発＊ 15と電波研究所のルート

を通じて調整が進められ，静止衛星を用いた中継の可能性を探るため，1964 年 4 月に，が急ピッチでなされるとともに，種々の折衝がなされた
後 1964 年 7 月，計画の最終決定がなされた．

NASA，COMSAT，NBC と共同で，同期衛星とな っていたシンコムⅡ号を用いてテレビの中継実験が行われた．
画像の評価の結果，画質に対する一応の目安がついたが，更なる改善が必要と判定され，直ちに計画実施の決定に

準備

1．衛星回線の準備
計画を進めるためにぜひ解決しなければならなかった

表1

テルスター，リレー，シンコム衛星の比較

衛星名
打上げ年月日

リレー

テルスター

シンコムⅢ

1962.7.10 1962.12.13 1964.8.19

軌道
形状

近地点
（km）

954

遠地点
（km）

5,638

直径 × 高さ（cm）
形状

86.5
（球）

問題は，先に述べたとおり衛星の SN 比改善であり，この手段としての帯域圧縮法の開発は NHK において，鋭意進められ，

2,089

42,159・正極同期を用いる方法

7,413

42,176・ノンリニア・エンファシスを用いる方法

75.9×83 71×39.4（八角柱） （円筒）・飛越しフィールドの方法の三種とその組合せが検討された＊ 16．第一の方法は図 4

重量
（kg）

77

78

39
（打上げ時 68）

中継器周波数（GHz）上り／個数
下り

6.4 ／ 1

1.7 ／ 3

7.4 ／ 2

反対の負極性であるが，この極性を絵の白信号と同じ極4.2 ／ 14.2 ／ 3

1.8 ／ 3

性とし，映像信号の相対振幅比を大きくして SN 比の改

双方向電話 双方向電話 狭帯域
1250 kHz 1
12

善を行うものであり，同期を取りやすいように同期信号

通信容量
（ch）

単方向電話 単方向電話 広帯域
600
5.4 MHz 1
300
テレビ信号 テレビ信号 広帯域
1
13.5 MHz 1
1

送信電力
（W）

2

10

2

に示すように標準テレビ信号の同期パルスは絵信号とはに 2 MHz のサブキャリヤを挿入してある．
第二の方法は，高い周波数領域のレベル段階を圧縮した，ノンリニア・プリエンファシスを掛ける方法である．
第三の方法はビデオ信号の帯域を標準の 1/2 とするものであり，画像の飛越し走査による二つのフィールドの一つを選択して 2 倍の時間で伝送し，受信側では画像を（a）負極同期（標準信号）
2 MHz 副搬送波（b）正極同期
図4W̲Bp̲OR5̲S

図3

シンコムⅢ号衛星（文献［1］掲載写真）

正極同期信号＊15 衛
 星通信実験の日米間取決めは，1962 年 11 月に米側 NASA，日本
側郵政省の間に覚え書の署名がなされ，リレー衛星，シンコム衛星，
その後の ATS（Applications Technology Satellites）などの実験に参加が可能となった．
＊16 詳細は文献［3］を参照．

W̲Bp̲OR4̲S
62

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

録画し 2 倍の速さで再生し，抜けたフィールドは前後のシンコムⅢ号衛星

フィールドから内挿する複雑な手法であった．これらの30 mφ 受信アンテナ

方法は，広帯域を必要とするカラー映像では無理なので，モノクローム映像に対し，単独，二つの組合せ，あるいは
全手法の同時使用が検討され，画質のみならず，機器運用

10 m φ 送信アンテナの確実性，信頼性を含めて検討され，最終的にはシンコム

7.4 GHz送信機

衛星が打ち上がった後に，実際に使用される対米回線を用いたテストにより，正極同期方式とノンリニア・エン
ファシス方式の組合せが使用されることに決定した．
この最終決定はオリンピック開幕直前であり，関係者一同良好な伝送が行われる目安がつき胸をなでおろ1.8 GHz
受信機

映像用端局装置
アンテナ駆動制御装置
VHF追尾装置

7 GHz映像
信号回線
新設設備

既設の設備

図5

オリンピック用鹿島局の設備した．この帯域圧縮装置の受信側の機器は，米国のロスアンゼルス近郊のポイントマグー 海軍ミサイルテスト
センター基地内のアンテナサイトに設置されて受信信号の標準方式への変換に用いられた．

W̲Bp̲OR3̲S

2．地上局の準備
衛星中継のためのシンコム III 号に対応した地上局は，衛星が NASA の計画のものであり，表 1 の使用周波数からも明らかなように，テルスター，リレー 衛星用に準備された我が国地上局では，これに対応できる局はな

図6

クライストロン大電力送信機の例（文献［13］掲載写真）

く，改造が必要であった．またロケットの打上げ能力が製造に時間がかかるものは民間の自己リスクで準備がまだ十分でないため，衛星の姿勢制御もスピン安定法を進んでいた．図 6 にクライストロン大電力送信機の例を＊ 17用いておりデスパンアンテナのような高利得アンテ

示す．アンテナとして，鹿島局の 30 mφアンテナ（ 図ナも搭載されておらず，衛星に搭載されたものは，受信

8）はメッシュを用いた鏡面のため 7 GHz では効率の低用約 2 dB 送信用には約 6 dB の小利得アンテナであり，下が大きいので，送信専用の 10 mφのアンテナ（図 7）

現在の 30 dB 前後の利得を有する衛星用アンテナとはも日本電気（株）が新たに準備した．このアンテナは製能力に大きな差があった．この能力差は地上設備が補っ造期間の短縮，経費の節減の目的と，静止衛星対応といていたので，衛星を用いたテレビ画像中継は今日のよううことで，アンテナの方位角及び仰角を回転するためのに車載の装置で行うなどは夢の話であり，大形アンテナ，

油圧駆動装置，または電力駆動装置を省いて，ハンドル

大電力送信機，冷却装置付き低雑音受信機が衛星通信のを人力で回しアンテナを目的方向に回転させる方式と三種の神器であった．このような状況の中で地上局としした．また自動追尾装置も省き指向方向は 30 mφアンて選定された電波研究所の鹿島地上局では，オリンピッ

テナから送られてくる角度表示に手動で合わせる方法がクが行われた年の 5 月までリレー 衛星を用いた実験をとられた．このため天頂から水平方向に向けるためには行っていたので，準備期間は数か月しかなかった．

約 1 時間もかかり，夏から秋にかけた設置，調整，そ図 5 に鹿島局がオリンピック用にどのように設備を変の後の運用では，狭い室内に送信機の熱と外壁の鉄板

更したかを示す．送信設備は新設するための準備期間がの熱がこもり，駆動を担当する人は上半身裸で作業を最も長く，間に合うのかどうか心配されたが，シンコム

していたので，だれ言うとなく送信設備を「奴隷船」と衛星の製造会社である米ヒューズ社と日本電気（株）の呼ぶようになった．下り回線モニタ用の 1.8 GHz の受間で前年度よりオリンピック中継の技術的可能性の話し合いがあり，送信機の高出力クライストロンの発注など
開発物語：東京オリンピックのテレビ映像を世界のお茶の間へ＊17 衛
 星本体のスピン回転方向と反回転方向に，指向性のあるアンテナ
を回転させ指向方向を固定するアンテナ指向制御法．

63

た．この間に 1.7 GHz の衛星より送られたビーコン信号の受信強度が測定されたが，静止位置到達前は衛星の姿勢の関係から予想値よりかなり低い値を示し，時間変化も大きかったので，少々心細かった．衛星の姿勢が正規になれば予定の受信ができるとは思っていたが，9 月
10 日に衛星がほぼ目標の静止位置の日付変更線上に到達し，スピン軸が軌道面垂直に設定されると，信号強度も上昇し時間変化もなくなり，この心配も杞憂に帰した．
13 日から鹿島局を用いた折返し試験が始められ，24 日
からは対米伝送予備テストも開始され，10 月 1 日に米側のポイントマグー局の準備が完了し，早速伝送試験が行われ，先に述べた帯域圧縮の方式の選定が行われた．
図7

送信用 10 mφアンテナ（NICT 提供）

このときの画像評価は放送関係者を含め実用上申し分なし（Excellent）とのことであり，10 月 10 日の開会式
直前の期限ぎりぎりに中継準備が整った．

中継の実施
中継を始めるに当たり心配なことがあった．それは衛星中継の心臓部である 7 GHz 送信機の高出力クライス
トロンは予備を含めて 2 本用意されていたが，そのうちの 1 本のヒータが断線し，本番は予備の球なしとな ってしまった．心細い運用を強いられたが，幸いにもその後は特に問題を生じることなく運用を終了することができた．もう一つの問題は，このクライストロンの高出力
図8

受信用 30 mφアンテナ（NICT 提供）（10 kW）をアンテナに送る導波管が発熱し，このため布を巻いてやかんの水を掛けるという原始的な方法で何と信機は 30 mφの水平旋回部に設けられた受信機室に置か切り抜けることができた．また中継が始まって 5 日ぐ

くと，仰角用のロータリージョイントが必要となるのらい後の夜中，送信機用冷却水の配管パイプが破裂し，で，これも製造，設置の時間節約のため，アンテナの構「奴隷船」が浸水する事態が生じた．中継時間を過ぎてい造体内の背面個室と呼ばれた部屋に，液体窒素冷却のパたことと，この日に音声を中継していた海底ケーブルが

ラメトリック増幅器と受信機ヘッド部が，アンテナが静故障を起こし音声が切れ，短波へ急拠切換えを行うこと

止衛星を指向したとき最適となる角度に設置された．こなどの騒ぎのため，パイプの破裂は影に隠れてしまったのパラメトリック増幅器の冷却に用いる液体窒素を毎日が，現場では近くの町の水道屋に夜中修理を依頼して事補給するのも人力であった．このように設備の準備が急なきを得た．そのときに「頭の良い人達が何で，こんなピッチで進められる中で，待望の衛星は 8 月 19 日 12工事をするのですかね」と揶揄されてしまうほど，時間時 14 分（U.T.）に打ち上げられた．衛星の軌道決定にの切迫した準備であった．図 9，図 10 に競技期間中に＊ 18

は，まだ測距用の新装置（略称 R & RR 装置）もなく衛星から送られた映像の一こまを示す．この衛星中継に

136 MHz テレメトリー用信号のドップラー周波数測定用いられた送信用の 10 mφアンテナはその後，日中国と受信の方位，仰角データを用いて行われていたので，鹿島局は連日追尾作業に携わりながらの局整備に追われ64＊18 range and range rate［7］．

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

料を準備し参照させていただいた方々に，感謝を申し上げるとともに，古い記億と少ない資料から筆をとったので，記載すべきことの抜け，あるいは間違いなどあればお許し願いたい．
文 献

図9

衛星折返しモニタ映像（文献［1］掲載写真）

図 10

衛星折返しモニタ映像（文献［2］掲載写真）

交回復の交渉時に中国に渡り平和条約締結のニュースを送るのに活躍したと聞いている．

む す び［1］ 尾上通雄，平井正一，“シンコムⅢ号衛星によるオリンピック東京大会のテレビジョン国際中継，”電波研季報，vol. 11, no. 52, pp. 1-15, Jan. 1965.
［2］ 下世古幸雄，村主行康，“シンコムⅢによる TV 各種伝送方式の SN 比，” 電波研季報，vol. 11, no. 56, pp.
221-229, Sept. 1965.
［3］ 林 宏三，“ 宇宙中継に用いられた正極同期非直線エン
フ ァ シ ス 装 置 ，”NHK 技 報 ，vol. 8, no. 7, pp. 60,
1965.
［4］ テレビジョン技術史 東京オリンピックの宇宙中継が実施されるまでの思い出，テレビジョン学会，東京，1971．
［5］ 電波研究所二十年史，郵政省電波研究所，東京，1975.
［6］ 我が国の宇宙開発のあゆみ，宇宙開発委員会，1978．
［7］ 鹿島 25 年回想録 パラボラと共に，郵政省通信総合研究所関東支所鹿島宇宙通信センター 回想録編集委員会，
1991．
［8］ K. W. Gatland, Telecommunication Satellites,
Prentice-Hall, Inc., Liffe Books Ltd., 1964.
［9］ 遠藤敬二，泉 武博，放送衛星の基礎知識，兼六館，東京，
1973.
［10］ 黒田隆二 編著， 宇宙と人工衛星， 日本電気文化セン
ター，1985．
［11］ 宮川岸雄，東京ッ 子半生記，電波編（下巻），アクセス
ニッポン社，東京，2000．
［12］ 森田正典，私の技術者人生，NEC クリエイティブ，東京，
1997．
［13］ 川橋 猛，衛星通信，コロナ社，東京，1976．

多数の関係機関が自発的に参画したこの歴史的な衛星中継は予想以上の成功を収めた．当時はプロジェクトと村主行康

いう言葉はまだ用いられていなかったが，時間的，経費

昭 21 早大・理工・電通卒．昭 22 逓信省
電波局入局，組織替で郵政省電波研究所．
周波数標準，通信方式，宇宙通信，情報通信の研究に従事．東京オリンピックの衛星中継時には NHK 放送センターからのテレビ映像を小金井で受け鹿島に中継する部門を担当．現在 IEEE-SSIT（技術の社会との関わり）日本チャプター Chair．

的に大きな制約のある中で技術的にも難しいことを，多数の関係機関が協力して実施したこの計画はまさに，一大協同プロジェクトであり，多くの困難を克服できたのは，技術と社会の相互信頼の下，技術日本の再興を期し，関係者の並々ならぬ努力，熱意と素早い決断力，実行力であり，衛星通信史上に残る大きな意義を持つものと石澤禎弘なったといえよう．このように技術と社会の好循環が偉昭 32 早大・理工・電気通信卒，同年郵政省入省，電波研究所勤務，マイク
ロ波伝搬，宇宙通信などの研究に従事．
昭 44 宇宙開発事業団勤務，人工衛星の開発，宇宙ステーション開発などに従事．平成 3 年同理事．平成 8 年（株）
エイ・イー・エス社長．平成 18 年退社．
現在に至る．

大な成果を上げた時代のことを顧み，現在の実情に一抹の寂しさを感じる．
短時間に多数のシステムを混在させざるを得ない応急的大プロジェクトでは , 本人自身の記憶でさえ定かでな
く，記録の必要性が痛感された．終わりに，いろいろ資開発物語：東京オリンピックのテレビ映像を世界のお茶の間へ

65

Reports and Comments

通信ソサイエティからのお知らせ

第 4 回 通信ソサイエティ論文賞～ 受賞論文と総評 ～1. 通信ソサイエティ論文賞について
通信ソサイエティ（以下，通ソ）論文賞は 2006 年度

通信ソサイエティ編集会議
補論文選定（投票），6）受賞論文決定（編集委員会）の6 段階を経て，通ソ論文賞を選定している．
結果として，本年度は以下の 4 編を受賞論文としてに創設され，今年度で第 4 回を迎えた．本部論文賞とは選定した（掲載順）．

異なった観点と選定方法，及び特色ある賞のカテゴリー

・優秀論文賞を設け，選定を行っている．先行した和英論文誌に，本「形状の異なる直線偏波素子を組み合わせた円偏波

年度は和文マガジンの論文賞が加わり，通ソ論文賞としパッチアンテナ」てはようやく完成された形となった．そこで，通ソ論文

野呂崇徳，風間保裕，高橋応明，伊藤公一

賞を通ソ会員の皆様に十分に知って頂く良い機会である
ため，今年度（2008 年 4 月〜 2009 年 3 月）の受賞論文と総評を，和文論文誌，英文論文誌，和文マガジンそれぞれで述べながら通ソ論文賞について紹介する．

Vol. J91-B, No. 5, pp. 595-604「相関のある細矢の M 分布に従う 2 変量の結合確率分布」
真鍋武嗣，中條 渉

Vol. J91-B, No.11, pp. 1469-1476

・チュートリアル論文賞「波面と鏡面」

2. 和文論文誌

牧野 滋，片木孝至

Vol. J91-B, No.9, pp.916-925「多様なサービスを支える SINET3 の詳細ネットワーク設計」
2.1 通ソ論文賞カテゴリー
和文論文誌編集委員会では，通ソ論文賞として次の二

漆谷重雄，松方 純，阿部俊二，計 宇生，福田健介，
鯉渕道紘，中村素典，山田茂樹

つのカテゴリーを設けている．

Vol. J91-B, No.10, pp. 1136-1146

・優秀論文賞（対象：理論実験論文，システム開発・ソ
フトウェア開発論文）

2.3 本年度の受賞論文の傾向や特徴研究の新規性，研究の有効性，貢献度（例えば，実用化・

表 1 に選考過程における専門分野の傾向を示す．ここ

標準化の観点から優れているかどうかなど），論文の構成，で，招待・解説論文については分野を特定せずに示して読みやすさの観点から総合的に評価し，特に優秀なもの．
表1・チュートリアル論文賞（対象：招待論文，解説論文，

選考過程における専門分野の傾向

専門分野

推薦論文

審査査読
対象論文

受賞論文

招待・解説論文（専門分野は特定しない）

7

4

2

ネットワーク

4

2

考文献の適切さ（ 例えば，学生や若手技術者に推薦できる

計測・探査

3

1

論文かどうかなど），読みやすさ（例えば，お手本となる論文かワイヤレス・モバイル・
センサネットワーク

3

どうかなど）などの観点から総合的に評価し，特に優秀なもの．

アンテナ・伝搬2

無線通信技術1

電磁環境・EMC

1

電子通信エネルギー

1

システム

1

総

23

サーベイ論文）
トピックスの有効性（例えば，先端技術のタイムリーな紹介としての観点など），扱う範囲の広さ，論文の分かりやすさと参2.2 選考手続き及び受賞論文
和文論文誌編集委員会では，1）候補論文推薦，2）予備投票，3）審査査読，4）候補論文絞込み（審議），5）候
66

計

2

2

1

10

4

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Reports and Commentsある．この表から分かるように，ネットワーク，ワイヤレ

論文選定（選定委員会），6）受賞論文決定（編集委員会）

ス・モバイル・センサネットワークなどのネットワークの 6 段階を経て通ソ論文賞を選定している．

系，及びアンテナ・伝搬などを含む無線要素技術の評価

結果として，本年度は以下の 6 編を受賞論文として選が高い傾向がうかがえる．候補論文として 10 編に絞り込定した（掲載順）．

まれた論文については，いずれも新規性，有効性の評価が・Best Paper Award：4 編

高く差が見られなかった．しかしながら，論文の読みや

1） Kazuya TSUKAMOTO, Shigeru KASHIHARA, and

すさを表す了解性については，僅差であるが評価に差が生Yuji OIE, A Unified Handover Management Scheme

じ，結果として，了解性の優れた論文が受賞した．

Based on Frame Retransmissions for TCP over WLANs,

さて，了解性に優れている論文，すなわち読みやすい

Vol.E91-B, No. 4, pp. 1034-1046, Apr. 2008.

論文とは，論旨の展開が分かりやすく，順序立てて構成

2） Hideki KIRINO, Koichi OGAWA, and Takeshi OHNO,されている論文である．これは，いずれの受賞論文にもA Variable Phase Shifter Using a Movable Waffle

共通することであり，論文の要である新規性，有効性，Iron Metal Plate and Its Applications to Phased Array

信頼性が明瞭に書かれている．了解性の優れた論文は自Antennas, Vol.E91-B, No. 6, pp. 1773-1782, Jun. 2008.

ずと学術的貢献の主張も受け入れやすく，よって評価も3） Yasushi MATSUMOTO, Kaoru GOTOH, and Takashi

高い，ということになろう．

SHINOZUKA, A Method for Converting Amplitude
Probability Distribution of Disturbance from One

3. 英文論文誌

Measurement Frequency to Another, Vol. E91-B, No. 6,
pp. 2010-2019, Jun. 2008.

3.1 通ソ論文賞カテゴリー
英文論文誌編集委員会では，通ソ論文賞として次の三4） B o o n s a r n P I TA K D U M R O N G K I J A , K a z u h i k o
FUKAWA, Hiroshi SUZUKI, and Takashi HAGIWARA,

つのカテゴリーを設けている．

MIMO-OFDM Precoding Technique for Minimizing

・Best Paper Award（対象：論文）

BER Upper Bound of MLD, Vol. E91-B, No.7, pp.

研究の独創性，研究の有効性，貢献度（例えば，実用化・標準化の観点から優れているかどうかなど），論文

2287-2298, Jul. 2008.

・Best Letter Award：2 編の構成，読みやすさ（例えば，お手本となる論文かどう

1） Miao ZHANG, Jiro HIROKAWA, and Makoto ANDO,

かなど）の観点から総合的に評価し，特に優秀なもの．

Fabrication of Alternating-Phase Fed Single-Layer

・Best Letter Award（対象：レター）

Slotted Waveguide Arrays Using Plastic Materials with

研究の先進性・先見性（例えば，既存概念を覆す可能性を指摘したなど），研究の有効性（例えば，速報性によMetal-Plating, Vol. E91-B, No. 8, pp. 2761-2763,
Aug. 2008.

る価値が高いものなど），簡潔性（例えば，読みやすさな

2） Nadege VARSIER, Kanako WAKE, Masao TAKI, andど）などの観点から総合的に評価し，特に優秀なもの．

Soichi WATANABE, Effect of Heterogeneity of Tissues

・ Best Tutorial Paper Award（対象：サーベイ論文，招待論文）

on RF Energy Absorption in the Brain for Exposure

トピックスの有効性（例えば，先端技術のタイムリー

Assessment in Epidemiological Studies on Mobile

な紹介としての観点など），扱う範囲の広さ，論文の分

Phone Use and Brain Tumors, Vol. E91-B, No. 11, pp.

かりやすさと参考文献の適切さ（例えば，学生や若手技

3792-3795, Nov. 2008.

術者に推薦できる論文かどうかなど）などの観点から総・Best Tutorial Paper Award：0 編

合的に評価し，特に優秀なもの．
3.3 選定過程における専門分野からの分析
3.2 選考手続き及び受賞論文

今回の選考対象とな った論文の専門分野の度数を表 2

英文論文誌では，1）候補論文推薦，2）予備審査，に示す．なお，論文，レター，チュートリアルを区別せず

3）審査査読，4）候補論文順位決定（投票），5）候補

これらの合計数を記載している．専門分野は，著者が投第 4 回 通信ソサイエティ論文賞 〜受賞論文と総評〜

67Reports and Comments

表2

4. 和文マガジン

選考過程における専門分野の傾向

専門分野

審査査読
推薦論文
受賞論文
対象論文

基礎理論

3

2

通信デバイス・回路

11

光ファイバ伝送1

ネットワーク831

無線通信技術951

地上無線通信1

1

アンテナ・伝搬222

電磁環境・EMC

3

2

2

計測・探査

1

電子通信エネルギー

1

端

1

1

マルチメディアシステム

2

1

放送システム

1

総

34

末

計

4.1 和文マガジン通ソ論文賞の概要及び選定基準
和文マガジン編集委員会は，和文マガジンに掲載された論文（論評・サーベイ論文，解説論文）を対象に選定を行った．
4.2

選定手続き及び受賞論文

和文マガジン編集委員会では，1）対象期間に掲載された全論文に対する第一次審査査読，2）候補論文選定，3）全候補文に対する第二次審査査読，4） 候補論文順位決定

18

（投票）
，5）候補論文選定（選定委員会），6）受賞論文決定（編集委員会）の 6 段階を経て通ソ論文賞を選定した．
結果として，2007 年度分より論文 1 編及び 2008 年度
6分より論文 1 編を次のように選定した．
・マガジン論文賞

稿時に選んだもので，「The Information for Authors」の・2007 年度

「Appendix D. Editorial Subject Indexes」による．なお，「技術試験衛星Ⅷ型「きく 8 号」の開発と運用」

複数の専門分野を選択している場合は，最初に選ばれて高畑博樹

いるものを，専門分野を選択せず著者自由記述によるも・2008 年度のは幹事団が独断で判断した．

「RFID タグ用アンテナ技術」

推薦時点での候補論文の専門分野は，最近の論文投稿

2007 年冬号（No.3），pp. 64-78

高橋応明

2008 年冬号（No.7），pp.51-58の傾向を反映して無線通信技術が多くを占めている．放送システムとして分類されているものも，その内容は4.3

受賞論文の特徴

アドホックネットワーク技術関連である．また，ネット

有効性もさることながら，マガジンで重視されるのワークと分類されているものもほとんどがアドホック

は，マガジン読者が理解しやすいことである．その点で，ネットワーク，センサネットワーク，ユビキタス技術，

今回の受賞対象となった 2 編の論文は，いずれも，本マ

無線 LAN 関連であり，そのほか，トラヒック推定に関W̲Bp̲KK2̲S

ガジンの趣旨が適切に反映された論文であり，高度な内する論文が 1 編含まれているのみである．専門分野とし容が極めて平易に記述されている．一方，これら受賞論て，交換，インターネットなど，比較的投稿件数のある文以外にも，技術内容は非常に優れた論文が存在したも分野から推薦が挙がっていない．なお，マルチメディアのの，受賞論文に比べて若干記述が難しく，残念ながらとして分類されているものの一つに P2P 技術に関連す選外となった．

るものが 1 編含まれている．

今回の受賞論文は， マガジン論文賞の受賞水準を示

審査査読結果に基づく編集委員の投票では，審査査読

す論文と位置付けられる．今後は，これらの受賞論文をにより，独創性，先進性，有効性の観点から高い評価を御参照頂き，皆様からのマガジンへの積極的な投稿を期得たアンテナ・伝搬，電磁環境・EMC に関するものが待する次第である．

多くの票を得た．受賞論文のほとんどが，通ソ論文賞選
定基準の一つである，読みやすさ，分かりやすさの観点で高い評価を得ている．技術的な価値はもちろんのこと，内容を整理し，分かりやすく書くことについて参考になると思われるので，是非御一読頂きたい．

68

正

誤

訂正箇所

p.34 右下

B-plus No.5［夏号］2008 の p.34 内海正仁氏の著者紹介に誤りがございました．ここにおわびして訂正致します．
誤
平 17 通信ソサイエティ功労顕彰状，平 19 ITU 協会功績賞各受賞．

正削

除通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

連載
企画

Report

第6 回

研究室の紹介 & 年末年始の様子
千葉大学

関屋大雄
Hiroo Sekiya

1. ま え が き

外に会社を持つことなく，大学での研究，教育に力を入

今年の夏は異常気象で涼しい毎日が続いています．ア

は，学生間では有名な話のようです．あと数年で定年をメリカを南北に分ける強い風の帯が通っていて，その北迎えるのですが，ず っと働き詰めだ ったのです っぱり

は冷夏，南は酷暑になっているようです．私のいるデイ

仕事をやめフロリダに移住してゆっくり過ごしたい，とトンはちょうどその境目辺りに位置しています．ここは盛んに言っています．

れており，休日も関係なくほとんど毎日大学にいること

涼しいのですが，車で 1 時間も南に移動すると酷暑地帯に入るような状態です．

定年が近いこともあ ってか，今までの研究成果を後世に残すべく，パワーエレクトロニクス分野の書籍をこそのような夏の 7 月末にこの記事を書いていますが，こ数年立て続けに執筆 , 出版しており，現在も新たな本掲載されるのは 12 月号．もう師走です．そこで，今回の執筆を行っています．その中から，教授の研究スタイ

は昨年の経験を元に，こちらの年末の雰囲気を紹介した

ルが見えてきます．本の執筆は大学院での講義が元にな

いと思います．併せて私のお世話になっている研究室にるのですが，2 年続けて同じ内容を講義することはない

ついても紹介します．

そうです．既知のことのみを講義するのではなく，あくまでも最新の研究成果を含めながら講義を進めていきま2. 研究室の紹介

す．つまり，研究室学生の研究成果を元に，土日を使って講義資料を作り，それに関連する例題，解答を準備し，よく考えると，ここまでの留学記の中で私の大学での講義を行います．そして，受講した学生からのフィード

研究生活について全く触れていませんでした．このままバックを元に，本を執筆していきます．逆に言うと，本では，私が研究を全くせずただ遊んでいるだけのようなの執筆題材となるべきところで，従来の研究成果を見渡誤解（?）を受けかねませんので，今回は，留学先の研究しても不足している部分を研究テーマとし，講義内容と室について少し紹介させて頂きます．

しています．このようなサイクルで教育，研究が一体とMarian K. Kazimierczuk 教授
私 は Wright State University の Marian K.
Kazimierczuk 教授の研究室に 2 年間お世話にな っています．教授はポーランド出身で，1985 年から WrightState University で教鞭を取っています．専門はパワー
エレクトロニクスなのですが，工学博士に加えて理学博士も持っており，数学的解析，物理的視点によるアプ
ローチを大切にする研究姿勢はとても勉強になります．
ある編集委員の留学記

第6回

69

味がない，という感覚のようです．
研究は主に Matlab，回路シミュレータ Spice，回路実験を行いながら進めていきます．そして，何より一番の比重を占めるのが手計算による数式展開です．回路実
験には経験が必要なので，10 年ほど前にここで博士を取り，今は自分で会社を興している卒業生がたびたび応援に駆け付けて実験を手伝っています．このような光景を見ると，とても温かい人のつながりを感じ，自分もこのような研究室を作りたい，と感じずにはいられません．
このメンバに加わり私も研究を進めています．こちら
なって進んでいきます．このような講義内容は学生にもに来て，新たに始めたテーマとして「マグネティクス」の受け入れられ，昨年度は学内の最優秀教育賞，Midwest

研究があります．これは，高周波回路における磁性素子

地区での工学教育賞も受賞しています．

の特性解析，設計に関する研究なのですが，前述したよ

ところで，パワーエレクトロニクスは経験がものをいうな，とても基本的でありながら，経験がものをいう分う研究分野の一つです．教授と話をしていると，最新の野の一つです．学生のころ習った電磁気学を基本に，磁応用的研究より，基本的だが実は多くの人が経験として性素子の設計理論を構築すべく日々奮闘中です．まさか処理しているところを丁寧に解析し，多くの人が使える

こちらに来て物理を勉強するとは思っていませんでした．

基本式を提供したい，という一貫した姿勢が伝わってきます．そうすれば，その分野に新しく挑戦しようとする
人の助けにもなるし（私も助けて頂きました），結果，数多く参照してくれる価値の高い論文が書ける，という信

3. 年末年始の雰囲気念を持っています．一方で，最新の応用研究は空軍とのThanksgiving から年末へ

共同研究，そこから学位を取りにくる学生と関わること

アメリカでは 11 月末に Thanksgiving Day があり，でしっかりと把握しています．その意味では大学教員とそれを過ぎると，街はクリスマスモードに突入します．

して，とてもバランスが取れた環境であり，うらやまし

Wright State University は Quarter 制であり， 冬はく思います．そして，「空軍の最新の研究開発でも結局

とても寒いこともあり，Thanksgiving から 12 月は冬

は昔からある基本的な問題がボトルネックとな ってい休みになります．そのため，年末の大学内は閑散としる」という話は，基礎研究の重要性を端的に示しており，ています．研究のない学部学生は冬の間は実家に帰り，

とても印象に残っています．私の今後の研究生活においゆっくり過ごす人が多いそうです．また，南の暖かいとても，常に忘れずに持ち続けたい考えです．

ころへ長期の旅行に出かける学生も多いと聞きます．
Thanksgiving からクリスマスに向けて 12 月はみん

研究室の仲間達な仕事が手に付かなくなるようです．国中が年末に向けそのような教授の下に，現在 5 名の博士課程の学生がてお祭り気分になっているような感じがあります．もっ研究室メンバとして所属し，研究を進めています．更に

とも，留学している私にとっては，寒くて外に出る気が9 月からは新たに１名の学生が加わるとのことで，いつせず，かつ大学内はとても静かなので，研究に最も集中の間にか学生数が増えてきた，とうれしそうな顔をしてできる時期になります．

います．なお，この中の 2 名は既に博士課程 4 年目に突入しています．二人とも既に結婚していますが，特にあクリスマスわてている様子もありません．既に博士取得への見通し

Thanksgiving から一月経つとクリスマスがや ってがついており，更に博士取得後は明るい未来が待ってい

来ます．昨年は二つのクリスマスパーティに参加させてると確信しており，ここの１〜２年でじたばたしても意もらいました．一つは研究室メンバの実家で開かれる親70

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

Report戚，その友人が一同に会しての賑やかなパーティ．もう一つは教授宅で開かれた，家族だけ集まっての厳かな雰囲気の漂うパーティです．
どちらも簡単なクリスマスプレゼントを用意しました．価格的にどのくらいのものを準備すればよいのか見当も付きませんでしたので，当たり外れのないものとして，およその参加人数を聞いて，チョコレートとギフトカードを準備しました．そして，教授はいつも古い電卓を一生懸命たたいていたので，関数電卓をプレゼントに用意しました．チョ
コレートは 1 箱 10 ドルくらいのもの，ギフトカードは50 ドル，100 ドルのものです．下の写真はギフトカー
ドをクリスマス用ケースに入れ（右），それをラッピン

だけ書いておきます．開けたときに「これは誰から？」グしたもの（左）です．どんなプレゼントもクリスマスと会話をする楽しみがあるからでしょうか，差出人は書らしくラッピングするのがマナーです．ほかの人のプレ

かないことが多いようです．当日パーティに参加できな

ゼントもすべて何らかのラッピングがされていました．

い人も，プレゼントだけ先渡ししておき，当日プレゼン

ラッピングは専門の業者にまとめてお願いするか，自分トを開くまでクリスマスツリーの下に置いておきます．

で包むかのどちらかになりますが，私は直前に準備した

食事ですが，私の行った二つのパーティは真逆の雰

ため時間がなかったこともあり，自分でやることにしま囲気でした．友人の方は，親戚，そしてその友達がどんした．インターネットで包み方を調べてまねをしてやっ

どんやって来ては，どんどん帰っていく，そして机の上たのですが，なかなかきれいなラッピングはできず，写にクリスマスの料理がバイキング形式で並び，それを適真のようななんとも中途半端な状態のものを準備し，い当に取って，別の部屋でわいわい話しながら食べるとてざパーティに参加しました．

も砕けた雰囲気でした．部屋ではテレビゲームをやった

さて，パーティの当日，そのお宅に伺ったら，まずは持参したプレゼントをクリスマスツリーの下に置きます．包みの上には誰宛のプレゼントか分かるように宛名

り，大きな音で音楽が流れたりと，「アメリカン」な感じのするパーティでした．
一方，教授の方はみんなでテーブルを囲んで，今年一年の近況を報告し合いながら，静かな会話とともに食べる少し厳かな雰囲気でした．詳しいことは理解できま
せんが，宗教的意味合いも含まれていたと思います．教
授宅では，ポーランドの伝統的家庭料理が食卓に並びましたが，魚の酢漬けなど，日本の料理に近いものが多く，どれもおいしく頂きました．
そして，パーティの途中で，家長がサンタにな って家族のみんなにプレゼントを渡していきます．ツリーの下に置いてあるプレゼントを手に取って，一言声をかけながら一人ひとりにプレゼントを渡していきます．そしある編集委員の留学記

第6回

71

軍の木」です．春に行ってきたのですが，夕日に当たる
その木はなんだか神々しく見えました．なお，この木は「セコイア」と呼ばれる松の仲間で，モミの木とは違うよ
うです．

4. む

す

び

クリスマスが終わるとお祭り騒ぎも一段落．NY のよ
うな都会では年越しにもお祭り騒ぎがありますが，ここデイトンでは特に盛り上がりもなく年が明けます．日本の三が日のような休みはなく，普通に年始が始まります．
特別に騒ぐものといえば，カレッジフットボールの「ボウルゲーム」が立て続けに開催されることくらいでしょうか．大学も１月２日から普通に講義が始まります．
さて，来年の干支は寅．こちらで撮った Tiger の写真を集めてみました．隣街，コロンバス動物園のアムー
ルタイガー，これまた隣街，シンシナティ動物園のホワ
イトタイガー，隣の州，ミシガン州の MLB デトロイト「タイガース」，そして，NFL シンシナティベンガルズのベンガルタイガーです．
今年一年，拙文にお付き合い頂きありがとうございました．師走の寒い中，お体には十分御注意頂き，何とぞ良い年をお迎えください．

て，その場で包装紙を取ってプレゼントを見せ合います．
そのときの包装紙の取り方は「ビリビリ」と千切っていく感じです．これを見たら，前準備の包装は自分で包んでも業者に頼んでも大差はなく，手作り感のある自分での包装で十分だな，と思いました．私もサンタの帽子をかぶって，みんなにプレゼントを配りました．二つの違う雰囲気のクリスマスパーティに参加し，とても良い思い出になりました．
ところで，アメリカには「 政府公認のクリスマスツ
リー」があるのをご存じでしょうか？ 上の写真がそれで， サンフランシスコとラスベガスの間に位置する，「キングスキャニオン国立公園」の中にある「グラント将
72

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

本を

この

お勧めします―若手の技術者と研究者へ―
Review

01

仕事に役立つインテリジェンス

問題解決のための情報分析入門

北岡元著

PHP 新書，2008 年 3 月発行
224 ページ，756 円
ISBN：978-4-569-69859-5

として，ヒューリスティック（直観や経験的当てはめ）な考え方を特に指摘している．その形態として，都合の良い情報の重用，確率の誤認，因果関係の誤認，暫定的結論へのこだわり（アンカリング），後知恵などを挙げている．そして，大量の情報に対する処理能力の限界も誤りの要因に指摘している．
著者が本書で特に力を入れているのは，これらの誤りを避けるための具体的手法の解説である．基本的には，暫定的な仮説とその正誤の確率を設定し，新たな情報が仮説の正誤の確率に与える変化をベイズの定理

最近，「インテリジェンス」関係組織をリタイアされを用いて算出している．もちろん，新たな情報の的確た方々の本が目につくようになった．
「日本のインテリな「評価」が大切である．心理学者テトロックが情報

ジェンス機関」（大森義夫，文春新書，2005 年），「日分析の専門家とともに実施した将来予測の実験結果も米同盟の正体」（孫崎 享，講談社現代新書，2009 年）

紹介されており，自信満々の分析の専門家が情報評価などである．本書の著者もその一人で，外務省で国際に失敗する例でも，ベイズの定理を用いる手法は予測

情報課長を務め，世界平和研究所主任研究員，内閣情に成功する事例が記載されている．更に，暫定的仮説

報調査室などにも在籍されたそうである．冷戦時代のへのアンカリングを回避する方法として競合仮説分析，「外交インテリジェンス」の実態については，現場にい仮説そのものの誤りを避ける手法としてリンチピン分

たジョン・ル・カレやウォルフガング・ロッツらの本析による前提の精査などを挙げている．面倒だが役立を参照して頂くとして，本題に移ろう．

ちそうだ．うまく使えば，信用できない情報源の判定

本書の著者は，「インテリジェンスは単なる知識ではも可能であろう．ベイズの定理は，パターン認識や自なく利益を実現するための知識」と明記している．こ動機械のための判断手法として応用された事例がある

こで「利益」と記載された何らかの目的を実現するたので，本学会には専門とされる方々がいらっしゃるとめに戦略や戦術を考えるとき，その根拠となる情報が思う．いつか，コメントをお伺いしたい．

必要である．特に，情報の質や量が不十分な状況で，この本と前述の「日米同盟の正体」を読み比べながら，いかに的確な判断基準となる情報を精選蓄積するかが「報道，広告，解説本などに謀略情報が含まれていない問題である．外交問題のみならず，研究計画やプロジェ

か（官僚たたきなど）」，「あの営業さんの話からどんなクトなどの立案における将来予測などにも共通する事

情報が得られるか」，「自分の仕事の将来はどうなるの項であろう．

か」などと，いつになく深く考え始めてしまった．

本書では，最初に問題解決と情報の関係や情報分析(S.O.)の落とし穴が解説されている．人間が陥りやすい誤り

この本をお勧めします―若手の技術者と研究者へ―

73Review

02

天才！ 成功する
人々の法則
マルコム・グラッドウェル 著
勝間和代 訳
講談社 ，2009 年 5 月発行
351 ページ，1,785 円
ISBN-10：4062153920
ISBN-13：978-4-062-15392-8

る．また，1960 年代に音楽界に革命をもたらしたビー
トルズの例を元に，一万時間の練習が“本物”の道を切り開く「一万時間の法則」というユニークな考え方が提示されている点が興味深い．ビートルズがメジャーデビューを果たす前，ドイツ・ハンブルクのクラブで，過酷な演奏活動を行っていた話は有名であるが，その環境こそが，その後の彼らの成功の礎になったと著者
は語る．実際，連日の長時間の演奏活動が，彼らに大きな自信を与えたことはジョン・レノンも語っている
とおりで，才能や環境だけでなく，前向きな意識のあ

本書では，“生まれた時期”や“周囲の環境”など多り方が幸運を引き寄せるための重要な要素となるので面的な視点を取り入れながら，世界の一流スポーツ選

あろう（以前，ハンブルクの“聖地”を訪問する機会

手，学者，経営者など，天から運や才能を与えられたに恵まれたが，その際には，その地の重要性の認知度

人々（あるいは，世間の標準から外れた人々）を分析

が不足していたかもしれない！）．一方，有名人の分析する．大きな成功を手に入れるための要因として，一だけではなく，大韓航空機事件はなぜ起きたのか，あ

般的には，個人の“資質”，“努力”，“運・環境”など

るいはアジア人はなぜ数字に強いのか，など文化的要が思い浮かぶが，全米一の天才が大成できなかった事

因も考察され，読む者に新たな示唆を与えてくれる．

例，マイクロソフト社の創業者の一人であるビル・ゲ

本書は，ビジネス書の位置付けにあるが，自らの今後

イツ氏の成功例などの分析を通して，規格外の人々がの方向性を見つめ直す際にも，良い発想を与えてくれ

いかに良い流れに乗っていくことができたかが説かれるように思われる．

Review

03

世界連鎖恐慌の犯人

アメリカ発「金融資本主義」の罪と罰

堀（M.M.）

紘一 著

PHP 研究所 ，2009 年 1 月発行
190 ページ，1,000 円
ISBN-13：978-4-569-70545-3

テレビで報道されていた米国住宅購入に関わるサブプ
ライムローン問題は，実は，山積みされた課題の一部にしか過ぎない．実業からかけ離れた利益追求型の金融資本主義により，多数の金融派生商品（デリバティブ）が開発され，想像を絶する規模の時限爆弾が世界中にばらまかれた状況にある．残念ながら，この問題を簡単に解決できる“おまじない”はなく，我々は，今後，この困難を乗り越えていかざるを得ない．
一方で，この危機を将来に向けた一つの機会と捉ええることはできないだろうか？ 著者の堀氏は，“産業米国を発端とする金融危機が，出口が見えない世界

資本主義”の復興こそが，我々が生き残る道だと説く．

的な経済不況の主要因であることは明白である．金融

産業に基づく知恵で新たな付加価値を作り出す社会に

市場の混乱は，金融機関の貸し渋りや企業倒産といっ転換する方策こそが重要であり，日本が世界に新しいた問題だけでなく，年金運用などの我々の将来などに生き方を提示する転換期にきていると主張する．新た

も打撃を与える可能性がある．そして，輸出産業主導な付加価値を創造するというテーマは，本〈B-plus〉誌の日本にとって，この経済不況に伴う企業活動の低下の読者が目指す方向性とも一致するはずである．このは，国に納める法人税の減少を意味し，ただでさえ危

危機が新たな契機となるよう，我々は，自身の知恵に機的な国家財政に対する影響は，測り知れない．

より，新たな付加価値を生み出すテーマを開拓してい経済人である著者の堀氏は，行き過ぎた“金融資本

かなければならない．

（M.M.）

主義”こそが，問題の元凶であると説く．当初，新聞・74

通信ソサイエティマガジン No.11［冬号］2009

うならせる研究と建築
通信ソサイエティ英文論文誌編集委員長

森川博之

本来人間の多様な営みに密接に関係するものであり，使
いやすく，安全で快適な，かつ感動を与える空間や環境の創造にも重点が置かれるようになってきた．意匠設計と呼ばれる分野である．
すなわち，人間による使われ方（機能），技術，美を総合的に勘案することが求められ，構造や材料といった工学的な側面のみならず，デザインや建築史などといった芸術的・文化的・社会的な側面も重要になる．コルビュ
ジェの言葉を借りると，「住むための機械」といった側面と，「人間にとって欠くことのできない静逸を心にもたらす美の場」といった側面の二つである．
そのためか，建築家の方々の文章力はものすごい．建研究開発の流れが大きく変わってきている．

てた建築物を，社会や技術の大きな流れを踏まえ，これ長年の研究開発は，性能の向上を目指すものがほとん

でもかというくらいに意味付けする．言説と建築物とをどであった．できるだけ情報量の少ない映像符号化方式

一致させる作業だ．こじつけに見えなくはないが，滔々

の開発，より高速な通信技術の開発，より高速かつ低消と哲学を述べられると納得してしまう．

費電力の半導体素子の開発など，定量的な性能指標が軸となる研究開発が多かった．

電気工学，電子工学，電子情報学も同じかもしれない．
どのように（how）するのかではなく，何を（what）すしかしながら，諸先輩方のたゆまぬ努力により， あるのかが重要である．そして， ほかの人々 を納得させる程度の性能は手に入れられるようになってきた．もちる／うならせる／驚かせるためには哲学が必要となる．

ろん，現在の性能を飛躍的に向上させる技術開発は引き情報通信分野では，最近，「実装論文」という区分がで続き必要であるものの，従来の延長線上の性能軸だけできつつあるが，これを進化させると建築の世界の中での成果を「売る」ことは従来に比べて難しくなりつつある．

「作品＋哲学」になるのかもしれない．世の中に影響を与「やればできるよね」と言われてしまっては，せっかくえる可能性のあるソフトウェアやハードウェアは，大きの研究が台なしである．

な社会の流れの中で新しい軸を示した作品であるためで性能や効率などとい っ た従来の定量的な評価軸のみある．

ならず， うならせることができるか，驚かせることが電気工学，電子工学，電子情報学は世の中を一変させできるか，魅力的か否かなどとい っ た定性的な軸へのることのできる分野である．インターネットや携帯電話転換を図っ ていくことが必要だろう．例えば，今までは既に広く普及したものの， まだまだ過渡的なものだ．

の軸上での開発が求められるボーイング 747/777/787

農業，医療，介護，バリアフリー，都市，教育，交通，と，新しい発想が求められるステルスの違いのような労働などのそれぞれの産業に ICT 技術が適用されてこものである．

そ，ドラッカーが蒸気機関を例に出して喝破したようにモノが性能だけでは売れなくなってきている時代の流れとも同じである．
このような新しい時代に対処するために，もしかしたら建築学が参考になるかもしれない．
建築学では構造設計が基盤分野となる．構造上必要な耐力を備えるように建築物を設計する分野であり，構造力学などが基盤技術となる．しかしながら，建築物とは

産業構造，経済構造，社会構造の大きな変革につながる．
社会の大きな流れの中で沈思黙考して， 素晴らしい「作品」を創り出し，新しい産業と社会制度の確立に寄与する人材を生み出すためには，新しい軸を追い求めていかなければならない．センスといった感覚的な能力も必要となるが，このような能力は磨くことができる．

from EDITORS
子供のころ，ウルトラセブンをテレビで見ていて，腕時計型のテレビ電話のような無線 通信機器をウルトラ警備隊の隊員が使っているのを見て，
こんなものは空想の世界のものだと思っていました．が，今や，これは携帯電話でできてしまっていることです．今月号の超高速無線の小特集記

2009 年 11 月 25 日 印刷 2009 年 12 月 1 日 発行

事を読んで頂くと，将来はもっともっと面白いことができるのではと期待させられてしまいます．皆さん，夢や希望をもって研究や技術開発をしてく
ださいね．

（H.S.）

Editorial Board
編 集 委 員 長 山尾 泰
編集副委員長 上林真司

編 集 委 員 阿久津明人 朝香卓也
井原雅行
小野文枝
清水 聡
高橋応明
中村 元
松田崇弘

論文賞選考のときや，査読を依頼されたときには，自分の専門から少しずれた論文を，気合いを入れて精読します．普通なら読まない論文や，斜め読みですましてしまう論文を真剣に読むと，新しい観点が新鮮に感じられ，得をした気分になることがありますね．

（S.U.）

本号の国際会議報告取りまとめに際して，若手研究者や学生さんの発表状況を思い返すと 後継者問題 というキーワードが改めて頭をよぎること

菊間信良
大槻知明
笠原正治
庄木裕樹
田島公博
濱辺孝二郎
山崎克之

山岡克式
安部田貞行 稲葉敬之
大橋正良
小瀬木滋
神尾享秀
佐波孝彦
関屋大雄
平 明徳
辻 宏之
戸出英樹
広川二郎
馬杉正男

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2010 年春号（第 12 号） 2010 年 3 月 1 日 発行
私の研究者歴安達三郎

子どもに教えたい
通信のしくみETC のしくみ

小特集
国際会議報告伝えたいこと，聞いておきたいことー 学生による名誉員インタビュ－ー

SIIT 2009になりました．ご存知のように，理工系学生の人数は減少傾向にあり，大学や企業などの研究開
発部門では，大きな問題となりつつあります．
（日
本の財政問題のように先送りすることなく！）テー
マ，組織形態，教育論を含めた対策については，
前向きに戦略を立てていき，見直すべきところは，
順次，大胆に見直す発想が求められています．
（M.M.）
先人に学ぶことは，多々あります．時代時代の
知恵と技術の粋と魂を集めたプロジェクトは，どの分野でも感動します．今回のオリンピックの衛
星中継の話はいかがでしたでしょうか．次の世代に何が残せるのか考えさせられます．振り返ると何が？

（Y.K.）

高速無線通信によって，ビーチにいてもオフィスのファイルがアッという間に開けるようになり，テレビ会議ができるようになるのだろうか？ それとも，オフィスにいても立体テレビでビーチの臨場感

本誌の愛称は「B-plus」，正式名称は「通信ソサイエティマガジン」，「IEICE Communications Society Magazine」です．
本誌掲載論文を文献引用する際は，邦文略称「信学通誌」，英文略称「IEICE Commun. Mag.」を用いてください．

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著作権利用許諾については
http://www.ieice.org/jpn/service/tensaitokkyo/を味わえるようになるのだろうか？ セカンドチョイ
スはどちらでもよいが，やはり，電波も届かない
青い海白い砂浜でゆっくり過ごすことが至上の喜びとなるだろう．水平線に沈む夕日を眺めながら．
（M.T.）

発行者／ 木暮賢司
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