超短光パルスで励起される超高速過渡現象の解明と制御
半導体表面にフェムト秒レーザーを照射すると、サブピコ秒領域において電子や原子の様々な超高速過渡現象が励起されます。超高速過渡現象はテラヘルツ波放射や誘電率変調など多彩な応答をもたらすことから、光機能デバイスへの応用の観点から注目を集めています。本研究室では、結晶の表面状態に基づいた独自のアプローチから、超高速過渡現象のダイナミクスとテラヘルツ波放射特性を探究しています。
Beyond 5Gなどの将来のワイヤレスアクセスネットワークにおけるフロントホールの課題に、無線アクセス区間の広帯域化に伴うMIMOアンテナ数の増加やIoT基盤への応用に起因したフロントホール伝送容量の増大、 一層のスモールセル化に伴って発生する膨大な数のDU(分散無線ユニット)を有する基地局設備の設置、それらへのフロントホールリンク数の増大がある。これらに対する一つの解決策となるのが光ファイバの中に様々な電波に対して透明な自由空間を提供するRoF (Radio over Fiber) ネットワークである。RoFを用いることによってヘテロジニアスワイヤレスに汎用的に使用できるフロントホールと基地局が実現できる。また分散アンテナシステムの構築も容易となる。本シーズでは、RoFによる分散アンテナシステムを紹介し、それを用いた位置検出システムへの取り組みについて述べる。
光ファイバの中に様々な電波に対して透明な自由空間を提供するRoF (Radio over Fiber) ネットワーク
RoFは、光通信技術と無線通信技術の融合システムであり、光ファイバの低損失・広帯域によって様々な電波形式に対して汎用性をもつ無線基地局と汎用フロントホールリンクを構成できる。伝送される電波がディジタル化されたDRoFもあり、4Gモバイルで採用されている。
Beyond 5Gなどの将来のワイヤレスアクセスネットワークにおけるフロントホールの課題
無線アクセス区間の広帯域化に伴うMIMOアンテナ数の増加やIoT基盤への応用が今後進んでいくと、フロントホール容量を一層増大する必要が生じ、また一層のスモールセル化が進むと、それに伴って膨大な数のDUと基地局を設置しなければならず、また、それらへのフロントホールリンク数が増大することが予想される。
また、フロントホールネットワークとバックホールネットワークの境界に置かれるユースケース毎のCU (Central Unit)とDUの機能分離の位置、ならびにネットワークスライスの方法次第では、フロントホールにバックホールと同等なコアネットワーク伝送方式が必要になってしまう。
ヘテロジニアスワイヤレスサービスを効率よく提供するRoFフロントホールネットワークとワイヤレスエージェント
このようなCU−DU間のフロントホールネットワークのDUに近い部分をRoFネットワーク化すれば、様々なネットワークスライスから用途に応じて、ヘテロジニアス無線波の中から所要の電波形式の無線信号を汎用アンテナユニットまでそのまま転送することが可能となり、経済的なフロントホールネットワークの構築が期待できる。それと共に、既存ファイバや既存装置の容易な活用も期待される。これにはMIMO伝送などに伴う多数のヘテロジニアス無線波の多重が必要であるが、TDM／WDM-PON技術の適用が考えられる。
また、CUにユーザセントリックスペクトルデリバリ機能を持たせれば、ユーザの要求・意思に応じたNWスライスの選択制御を行うことによって、所要の ユーザQoEの達成と電波周波数の有効利用を両立したヘテロジニアスワイヤレスの運用を実現しやすくなる。その機能を果たすワイヤレスリソースマネジメントエージェントの開発とそのネットワークへの実装方法が今後の課題である。
ヘテロジニアス電波空間を利用した位置検出システム
WiFiやLPWAのような自営波を使用した利便性が高い無線システムの利用がますます進む中、モバイルシステムでもローカル5Gのように、閉空間において自営波と同様に比較的容易に電波周波数を利用できるシステムが登場している。したがって、今後ますます周波数や変調方式が異なる様々な形式のヘテロジニアスワイヤレスを利用したシステムが、今後のIoTの進展と共に広がることが予想され、それらを利用したスマートシティなどの社会サービスへのニーズが高まっていくものと考えられる。そのようなヘテロジニアスワイヤレスシステムの共通基盤には、先述した電波形式に透明なRoF分散アンテナネットワークが適している。
このネットワークの制御局(CU)には、分散された基地局アンテナ(DU)でのヘテロジニアス無線波の送受信を時間的／空間的に切替える機能（スペクトルデリバリスイッチ機能）を容易に装備することできる。
このデリバリスイッチを用いれば、送受信する分散アンテナを選択することが可能となり、その結果、閉空間において様々な電波形式の無線波が形成する電力分布（ヒートマップ）を時間的に切り替えたり、周波数ごとに異なる電力分布を形成することができる。これらの（周波数，空間，アンテナ位置，時間）が変化することによって得られる多次元ヘテロジニアスワイヤレスヒートマップが、互いに空間的に無相関であれば、これらを用いて、未知の場所に位置する端末の受信電力値から、多次元統計処理を行うことによってその端末の位置を推定することが原理的に可能となる。現在、そのような位置検出方式の原理的、実験的確認とシステム開発を行っている。
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