ケーブルコンベンション2024 FTTHを代替する60GHz無線によるFWA 2024年7月19日日本ケーブルラボ1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ2 1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ3
●日本ケーブルラボ技術委員会では、コスト等の理由で光ケーブルの敷設が困難なケースでの代替手段として固定無線アクセス(FWA : Fixed Wireless Access)の利用を検討● 代表的なFWAとしてローカル5Gがあるが、基地局設備はいまだに高額であり、一定の加入者が見込まれない地域ではコスト回収が困難と見込まれる● 5GではMBS(Multicast-Broadcast Services)の規格が策定され、IP放送に利用できる可能性もあるが、製品化の動向は見通せない●  □ーカル5Gより安価なFWAソリューションとして、60GHz帯無線システム(802.11ad/ay)の評価を実施●想定されるユースケース▷ 光化が困難な集合住宅における高速インターネット通信の提供、IP放送の提供➤ 地理的・地形的にケーブルサービス提供が困難な地域へのサービス延伸（川越え等）
●光化が困難な集合住宅における高速インターネット通信の提供、IP放送の提供●ケーブルテレビ局と60GHz親局との通信は、PONまたは5G/ローカル5Gによる接続●  □－カル5Gとは異なり、無線局免許は不要FWA送信形態（光回線） 1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ

60GHz無熱線
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802.11ad
● 2012年に標準化●  WiGiq(Wireless Gigabit)とも称され、60GHz前後のミリ波帯の電波を利用して、最高7Gbpsの高速データ伝送を可能とする。 ●当初は、同じ室内で見通しの効く10m程度までの距離を接続する用途を想定● その後、ビームフォーミングアンテナにより特定の方向との間で最大1kmを超える距離の伝送を可能とした
802.11ay
● 802.11ayは、IEEE 802.11adの後継規格として2021年に標準化●  802.11adの無線通信方式にチャネルボンディングとSU-MIMO（Single User-Multiple Input Multiple Output）を加えることで、11adから大幅な高速化を実現▷　日本の周波数割り当てでは、チャネルボンディングは最大4チャネル>> MIMO（空間ストリーム数）は1～8 ●  MCSに64QAMを追加。チャネル・1ストリームあたりの最高速度はMCS21 (n/2 64QM Rate 7/8)のShort GIの時で、8662.5Mbps。これに、チャネルボンディング数4、MIMO数8（8ストリーム）を適用すると、802.11avのSCモードでの規格上の最高速度277.2Gbpsとなる
出典：https://businessnetwork.jp/article/8712/等

●接続形態は1:1と1:Nがあり、伝送距離や接続形態により利用する機材を選択する必要がある● 1:N構成装置の場合の伝送距離は数百メートル●長距離型(1:1接続)では伝送距離1km超●上り下りTDD（時分割Duplex) ●最大実効スループット:上り下り合計3800Mbps/セクター(MCS12) ●無線局免許は不要
● Terragraphは、旧Facebook（現Meta社）が2016年に立ち上げたプロジェクト●  IEEE 802.11ay規格をベースとした技術仕様を策定● 1Gbps超のマルチホップ通信が可能な無線機をビルの屋上や街灯等に設置し、光ファイバーを使わずにギガビットネットワークの構築が可能●主な特徴は、 ▷ 高速インターネット接続を可能にする60GHzマルチノードワイヤレスソフトウェアデファインドネットワーク(SDN) ▷ 光ファイバーネットワークを増強および拡張するように設計された分散レベルネットワーク▷各ノードはL3ルータであり、ノードは、Open/Rプロトコルによって提供されるルーティング情報を使用して、 Terragraphネットワーク内および接続されたアクセネットワークとの間のトラヒックをルーティング>  MACレイヤーはIEEE標準から大幅にスリム化▷無線機は、水平面と垂直面で電子的に操作可能なアンテナを使用(Beamforming) >>街灯などの設備に、200～250m間隔でDistribution Node (DN)を設置し、加入者宅内のClient Node (CN)と接続111
●子機毎にアンテナビームを切替ながらTDD(時分割Duplex)、 TDMA(時分割多重アクセス)方式で送受信する● 親機はLL2スイッチとして動作するため、マルチキャストパケットは個別のTDMAスロットを用いて全子機にフラッディングされる。子機毎にビーム方向を切換えるため、一斉同報はできない10G ONU #手続経4K映映像ィロWr IP粒关受信1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ
● 60GHz無線システムをFWAとして利用する場合、ビーム指向性を考慮した親機と子局の配置が重要となる。 ●親機から見た子機の角度による無線性能の変動を評価するために、無線性能測定試験を実施●無線機のアンテナ指向性の範囲は機種により– 水平方向: 90°(±45°)～140°(±70°) – 垂直方向：±15°、±20°(-10dB)等●試験では、立体駐車場を集合住宅と見立て、子機を1～3階に、親機を建物正面に配置した
●測定項目
– 親機・子機が取得するRSSI、MCS、PER、Beam Index – iperfによるスループットと遅延時間●自動送信電力制御があるため、今回の親機-子機距離および角度範囲ではいずれの点でもFWAとして利用可能と判断> 距離15m点でのスループット中間値は800Mbps程度、ビーム端等の条件が悪い子機位置で300Mbps ●親機・子機の設置場所毎の子機RSSIと親機送信出力の関係（スライド13） ▷セル色は、RSSI/送信出力が高い程赤、低い程緑。 ➤ビームの中心付近のRSSIが高く(赤)、周辺部で低くなる(緑)傾向●障害物がある場合でも送信パワーが自動調整され、400Mbps以上のスループットを確認▷ 位置[1]目前に盆栽、位置[1']障害物なし▷ RSSI [1] = -55dBm > RSSI [1’] = -59dBm ▷ [1]より[1’]のRSSIが高いのは送信電力自動調整の結果([1]の親機送信出力は非常に高値) ● 子機/親機のMCSは子機移動後、時間が経過するにつれて変化> 一定時間経過後、MCS=7で安定▷その後、iperf試験を開始するとMCS=12 (仕様上の最高MCS)に変化し、TX Powerが増加Terragraph仕様では、トラフィック有無及びBLERによりMCS(⇒スループット)と送信電力を最適化
親機位置3F 2F 3m高高1F @15m 3m高@26m 3m高93.55 48.39 58.06赤:高RSSI/TX Power緑:低RSSI/TX Power
16 1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ
TDD ▷親機にL3機能はなく、L2スイッチとして動作するため、マルチキヤスト(MC)パケットはMCにjoinしていない子機を含む全子機に配信(フラッディング) >この時、子機毎にビーム方向を切換えながら子機数分のTDMAスロットを占有するため、帯域利用効率が低下➤親機にL3機能(snooping)を付加し、 MCにjoinしている子機にのみマルチキャストパケットを配信することにより帯域利用効率の改善が可能UC：ユニキヤストL3 snoopingにより当配信停止
●親機前段にMC⇒UC変換機能を有するWi-Fiルータを配置し、UC変換の効果を検証した- 親機入力点で、MCパケットが子機配下のPCのMACアドレスを宛先とするUCに変換されたことを確認- 子機出力点の宛先MACアドレスは、それぞれの配下のPCのMACアドレスであることを確認CN-2 - 子機に接続したPCの入力点における宛先MACアドレスはMC MACのまま-なお、本装置では子機がL3 snooping機能を有しているため、MCにjoinしたPCにのみパケットが配信
1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ

必須要件(MUST)
◾トラヒック・セグメンテーション（右図）
•異なる子機配下の端末間の通信を遮断する•汎用的なLANスイッチではPrivate VLAN等の呼び方で実装。 ACL(Access Control List)で実装する場合もあり。 ■ IPアドレスからのユーザ・トレース警察や裁判所から照会が届いた場合の対応に必要• • DHCPサーバでは棟単位(ONU-MACアドレス、CPE-MACアドレスが判明)、集合住宅親機でMacTable監視（60GHz子機MACアドレス、 CPE-MACアドレス、が判明）など
推奨要件(Should)
◾ OoS(DSCP) •プライマリ電話を提供する場合は必須• IP放送の優先度確保■ VLAN(IEEE802.1g) • QoSの前提として必須•　子機間通信の遮断(トラヒックセグメンテーション)にも利用可能■ IGMP/MLD snooping • IP放送提供時には必要な機能1.日本ケーブルラボ技術委員会における検討の背景2. IEEE 802.11無線規格と802.11ad/ayの概要3.無線伝送性能評価結果4. IPマルチキャストへの対応5. ISP要求仕様への対応6.まとめ●  60GHz帯無線システム(802.11ad/ay)は数10m程度の距離では、数百Mbpsのスループットが得られ、 FWAとして十分利用可能である。 ●一方、日本で購入可能な60GHz無線親機は、いずれもL3機能を有さないL2スイッチとなっているため、親機もしくはその前段装置においてL3 snoopingを行い、MCフレームを、joinしている子機の固有MACアドレスを有するUCフレームに変換することが帯域確保上安全である。 ● ISP要求仕様への対応では、特にトラヒックセグメンテーションによる子機間通信の遮断が重要。60GHz親機の設定またはVLANでの対応が必要。 ●日本ケーブルラボにおける今後の作業として、以下を予定>より長距離や降雨時等における無線測定を行って60GHz無線システムの実用性を検証▷ IP放送を提供可能な装置機能や構成について検討以下、参考資料
60 GHz参考
66.0 (GHz) (b)チャンネル配置主要国における60GHz帯の周波数割当とIEEE802.ad/WiGigのチャンネル配置
STF CE TRN ●●● GI DATA
● 11ad (Single Carrier mode)のフレームは3392シンボルのpreamble/header部と可変長のDataフィールド、TRN (ビームおよびフォーミングのためのトレーニング信号）より構成● Dataフィールドのシンボルレートは1,760[Msym/s] ● GIを考慮するとデータ部分シンボルレートは1,760×(448/512) = 1,760 ×0.875 = 1,540[Gsym/s] ●スライド9のData Rateは上記シンボルレート(1,540Msym/s)にシンボル当たりのビット数とCode Rate(誤り訂正用符号化率)をかけた値(MCS12の場合：1,540*4*(3/4)=4,620 Mbps)。 ●一方、カタログ上のデータ伝送速度はスライド10の80％ (MCS12で3.8～3.6Gbps)となっている。 Preamble/heade分を除いたDataフィールドの実効的な伝送レートとなっていると思われる
Figure 3-9: SC PHY data blocks: A data block is made up of 512 symbols (64 GI + 448 data).

変調シンボル当たりのビット数[bit/symbol]フレーム内のDataフィールドの送信時間通信路符号化率(R)に対応する瞬間的なビットレートを示す
データ伝送のシンボルレート=1540 [Msym/s] Data Rate [Mbps] = NCBPS × R × 1540[Msym/s]実効的なデータレートは3800Mbps程度
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