日本京都大學的研究小組與日立國際電氣公司在為公共寬頻行動通信系統開發的廣域Wi-RAN（Wireless Regional Area Network）系統中新追加了長距離傳輸功能，並在筑波山（茨城縣筑波市）與城山湖 （神奈川縣相模原市）之間成功實現了102km的寬頻無線數據的傳輸（圖1）。該試驗使用輸出功率分別為5W（中心頻率:195MHz，公共寬頻頻帶）和40W（中心頻率：214MHz，VHF-High頻帶）的兩種無線通信設備，經驗證，兩種設備均能穩定實施上下行鏈路合計為9Mbps的數據傳輸，另外，還利用網路攝像頭驗證了雙向影像傳輸。這是全球首次實現可進行100km以上雙向影像傳輸的IoT（物聯網）用無線通信系統。
圖1：長距離傳輸試驗的地圖
目前世界各地正逐漸導入的公共寬頻行動通信系統主要用作IoT用無線骨幹網，平時用來從各地廣泛收集來自各種感測器、儀表和監視器的大數據，發生災害時則通過高品質的影像向中央和地方政府等傳送大範圍現場的資訊。該系統在電波產業會（ARIB）已經作為ARIBSTD-T103和STD-T119實現標準化。通信方式採用OFDMA（正交分頻多重進接）和TDD（時分雙工），可以進行長距離傳輸，但由於受上下行鏈路的間隙時間規格方面的限制，此前最大傳輸距離只有30km左右。
此次，研發小組針對長距離傳輸用途最適化了上述間隙時間，並改良了實體層。由此，原理上最大可實現120km的傳輸。硬體方面，也面向長距離傳輸用途開發了輸出功率為40W的無線通信設備。
筑波山與城山湖之間的能見度環境為直線距離102km。天線採用5單元八木天線（增益為10dBi），在195MHz和214MHz的中心頻率下進行了實驗。天線的設置環境見圖2。
圖2：在筑波山和城山湖設置的天線。兩條天線之間的能見度環境為直線距離102km。
試驗結果顯示，輸出功率為5W和40W的無線通信設備均獲得非常優異的CINR（載波干擾噪音比），可以在調變編碼方式支持該系統最高碼率的64QAM-編碼率3/4下進行通信。研發小組實施了數據傳輸試驗，證實可以進行上下行鏈路合計約為9Mbps的穩定通信，另外還實施了雙向影像傳輸試驗，成功進行了穩定的即時雙向影片傳輸（圖3）。
圖3：雙向影像傳輸試驗的屏幕截圖
左圖：城山湖←筑波山影像，右圖：城山湖→筑波山影像
此次試驗在理想的傳輸環境中進行，可以忽略樹木等造成的遮蔽損失以及進行長距離傳輸時擔心的長延遲波的影響，使用輸出功率為5W的無線通信設備也能以64QAM-編碼率3/4進行通信。不過在通常的長距離傳輸環境中，還需要考慮10～20dB的餘量，因此，從確保可靠性的角度來看，使用輸出功率為10W～40W級的無線通信設備更為保險。（日文發布全文）
文：JST客觀日本編輯部
