時速500kmでも接続が切れないネットワークの実現に目途 ～高速鉄道でのシームレス大容量通信に期待～

2018年4月26日

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT） (リンク »)

時速500kmでも接続が切れないネットワークの実現に目途
～高速鉄道移動中のシームレス大容量通信に期待～

【ポイント】
■　高速鉄道の走行に合わせ、通信が途切れないように無線局を適時切り替える通信方式
■　光ファイバを介してミリ波信号を伝送できるファイバ無線技術により毎秒20Gビットの大容量通信
■　時速500kmで移動する超高速移動体においても信号の途切れない通信への展開に期待

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 徳田 英幸）ネットワークシステム研究所は、高速鉄道移動中でもストレスのない通信を可能とする研究開発において、線路に沿って無線局を設置するリニアセル方式と無線信号を光ファイバへ重畳するファイバ無線技術を駆使し、高速移動中に通信を途切れさせないよう無線局を適時切り替える方式を開発し、現在の携帯電話回線の約20倍以上となる毎秒20ギガビットの無線信号の送信に成功しました。
　今回の実験成功により、将来の時速500kmを上回る超高速鉄道など、無線局の切替えが頻発する移動体においても円滑な高速通信が可能となることを示しました。
　なお、本論文は、光ファイバ通信国際会議（OFC2018）にて非常に高い評価を得て最優秀ホットトピック論文（Post Deadline Paper）として採択されました。

【背景】
　スマートフォンの爆発的普及により、高速鉄道等での移動中にもストレスなく通信できることが望まれていますが、高速移動中では、接続している無線局が頻繁に切り替わるときに、しばしば接続が途切れます。NICTは、共同で総務省・電波資源拡大のための研究開発「ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発」（研究代表者: 株式会社日立国際電気）を受託し、高速鉄道においても信号の途切れないネットワーク技術の研究開発を進めてきました。また、これまでNICTは、光ファイバ通信と大容量無線伝送が可能なミリ波帯の電波の特長を組み合わせたネットワークの研究開発を進めてきました。

【今回の成果】
　今回NICTは、ファイバ無線ネットワークにおいて、高速鉄道向け通信システム（図1）に必要な要素技術を開発し、無線局から毎秒20ギガビットの無線信号の送信に成功しました。
　開発した技術は以下のとおりです。
・シームレスに無線局を切り替える技術として、無線局ごとに異なる波長の光信号を割り当て、列車の位置に合わせて、配信する光波長を高速に切り替える方式と、隣り合った2つの無線局へ送信する光信号を制御し、2つの無線局からの無線信号の干渉を低減する方式
・ミリ波信号を利用した大容量無線通信技術
　一般的に高速鉄道では、運転指令所に列車位置情報が集約されることから、その位置情報を基にして信号配信する無線局を決めることが可能になります。移動している列車に近い無線局へ信号を適時配信することにより、あたかも無線局が列車に付随して移動しているように、移動中も信号途絶のない通信システムの構築が可能になります。
　今回の要素技術により、仮に1000m間隔にミリ波無線局が配置され、時速500km（無線局間をおよそ7秒で通過）で走行しても、無線局を切り替えながら毎秒20ギガビットの信号が送信可能になります。
【画像： (リンク ») 】
図1 高速鉄道向け通信システムのイメージ図

【今後の展望】
　今後、ファイバ無線ネットワーク技術の実装を、総務省・電波資源拡大のための研究開発「ミリ波帯による高速移動用バックホール技術の研究開発」を通じて、株式会社日立国際電気、公益財団法人鉄道総合技術研究所、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所電子航法研究所ほかと共同で、実際の鉄道路線において実証試験を行い、産学官連携の共同研究開発及び社会実装を加速していきます。