４－２ テラヘルツ無線を可能にする要素技術の動向と課題
ここでは、テラヘルツ無線を実現する上で、重要な要素技術として、デバイス及びアン
テナ技術についての現状と今後の可能性について、各分野の第1人者にヒアリングを実施す
るとともに、テラヘルツ無線の利用シーンを実現するための技術課題と研究開発戦略をと
りまとめた。
４－２－１ デバイス・アンテナ技術の動向
講演概要
○テラヘルツ波を用いた超高速無線通信の実現に向けて必要とされるであろうデバイスと
アンテナ目標とするパラメータを試算した。試算した結果を基にSi CMOS, SiGeデバイス、
化合物半導体デバイスなど多岐にわたるデバイス技術について最新の動向を述べられた。
これらデバイスを用いた回路での増幅、発振についても動向が報告された。
アンテナ技術に関しては主にオンチップアンテナ、オフチップアンテナという観点で比
較した動向が報告され、メタマテリアルの可能性についても触れられている。
○テラヘルツ無線通信の実現に向けて、ASK変調方式で通信距離を5mと仮定した場合に、転
送速度100Gbpsを達成するためには出力1mW、アンテナ利得は25dBiが必要であると試算。
この結果を基本に、現状のデバイス、アンテナ技術の動向と照らし合わせて、テラヘル
ツ無線の実現性を検討した。今回いくつかパラメータを仮定したが、NF(Noise Figure)
が15dB等の目標値の妥当性と実現可能性については今後の精査が必要である。
○Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体でのHBTではTeledyneにより商業ベースで遮断周波数(fT)660GHz、最
大発振周波数(fmax)392GHzという特性を示している（エミッター－ベース接合幅500nm)。
研究段階のものでは接合幅を256nmにすることでfT, fmaxはそれぞれ660GHz、780GHzにまで
高速化が実現されており、さらに接合幅を64nmまで狭くすることでfT=1THz, fmax=1.5THz
という1THzを超える動作周波数を目指している。
○Ⅲ-Ⅴ族HEMTでは、InP系材料を中心にfT, fmaxともに300GHzを超えるものが出ており、研
究ベースではfmaxが1THzを超えており、300GHzのLNAとしての動作確認もなされている。こ
れらの進展はゲート長を小さくすることによるが、寄生抵抗・寄生容量の影響を除去す
ることがより重要となってくる。
○SiCMOSはコスト、信頼性、他機能との集積化に対しては有利ではあるが、NF、利得、出
力の点では不利な材料と言える。とは言え400GHzに迫る特性が出されており、近い将来
には600GHzのものが出てくると思われる。
○上記の高周波デバイスを活用した回路による増幅器、発振器、ミキサーなどの報告も数
多く出されている。増幅器では300GHzを超えるものが出ており、発振器では700GHzに迫
るものも報告されている。また、CMOSを用いた300GHz MMICも数年のうちには登場するも
のと期待されるが、いずれも利得と出力の向上のために高効率化を図ることが重要な課
（テーマ）デバイス・アンテナ技術の動向
（講 師）日本電信電話株式会社
マイクロシステムインテグレーション研究所 ソン・ホジン研究員
75
題である。
○アンテナについてはオンチップアンテナとオフチップアンテナの比較が述べられた。そ
れぞれ一長一短があるが、いずれも利得は15dB以下であり300GHz通信に必要とする25dB
には遠く及ばない。オフチップアンテナの中ではメタマテリアルの可能性も指摘された。
周波数が高くなるにつれて表皮抵抗が無視できなくなる中でメタルを用いない導波路形
成という点でフォトニック結晶のような構造による導波にも期待される。テラヘルツ帯
デバイスの開発において、アンテナ特性の改善がかなり重要なものとなっている。
質疑応答
○テラヘルツ無線の実現に向けて、シリコン系デバイスと化合物半導体デバイスは、どの
ような位置付けとなるか。
→現時点での高周波デバイスとしては特性に優れた化合物半導体デバイスとコスト面で
有利と思われるシリコン系デバイスと言った構図になっているが、ミリ波の開発の流
れと同様に化合物デバイスが開発の先導をしていきながら、やがてシリコン系デバイ
スに置き換わるという流れが想定される。ただし、特性の面で優位性のある化合物半
導体デバイスの将来性がないわけではない。
○コストの観点から、テラヘルツ波無線を実現するために重要な要素は何か。
→60GHz無線の動向と同じように、材料価格、生産設備能力の点で言えばやはりシリコン
系デバイスが有利である。しかし、ミリ波やテラヘルツ波の分野ではアンテナなどの
コンポーネントの集積化、実装技術が大きなコスト要因であると思われる。特にアン
テナに関してはミリ波においてもシリコンの上に集積化できていない。そういった点
からもシリコンか化合物かと言う基板の比較だけでなく、同じ基板上に実装・集積化
できるかどうかを検討することが重要である。生産技術の点からは、コストを下げよ
うとすると実装技術へのウェイトが高くなり、コストと特性の両面からのアンテナ特
性の改善がテラヘルツ波無線通信の実現に向けて非常に重要な要素である。
○座長より、今回の講演で紹介されたデバイス技術のほとんどが欧米のグループによる成
果であることは、日本としては憂慮すべきとのコメントがあった。
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４－２－２ ミリ波帯のアダプティブアレイアンテナシステムの動向
講演概要
○ミリ波帯やテラヘルツ波帯では、アンテナと送受信半導体素子との間での導波損が大き
くなるため、アンテナ、送受信半導体素子、パッケージは一体として考える必要がある。
また、波長が短く直進性が強いため見通し（LOS: Line of Sight）での通信となること
や、大きな大気吸収があることから、アンテナからのビームはほとんどの場合、絞るこ
ととなる。このような状況に適したアンテナは、アダプティブ・アレイ・アンテナ（AAA：
Adaptive Array Antenna）である。AAAの主な機能は、ビームフォーミング、ビームスキ
ャン、干渉回避である。ビームフォーミングでは、目標を発見し目標にビームを集中さ
せ空間伝搬ロスを軽減し、また空間分解能を上げて多重干渉を防ぐ機能がある。ビーム
スキャンでは、目標を発見し遮蔽問題に対応する機能がある。
○ミリ波帯やテラヘルツ波帯では、電波の直進性が強く空間伝搬ロスが大きいため遮蔽に
弱いが、アンテナのアダプティブ化・アレイ化によって問題を解決できる可能性がある。
さらに弱点として、デバイスの出力が小さく雑音も大きい点や回路・実装上の問題とし
て回路上の伝搬ロスも大きい点が挙げられるが、これらもアンテナと回路の一体化・集
積化、ベースバンドとの一体化によって解決できる可能性が大きい。
○AAAの基本構成にはRF phase shifter array、IF phase shifter array、Digital beamforming
等がある。それぞれに特徴があり、どれを選択するかはデバイス技術や応用目的次第で
ある。
○高利得のAAAを構成するには、アレイ数を大きくする必要がある。ミリ波帯（60GHz）に
おいては、SiBeam社のWirelessHDの装置に52素子アレイが使われている例があるが、AAA
チップは2cm×2cm程度の大きさがあり、携帯機器に実装するには大き過ぎる。もし300GHz
帯で同じ機能を実現できるとしたら、AAAチップは周波数比分（波長比分）だけ小さくで
きるため、約4mm×4mm程度の大きさにできるであろう。このような小型化が可能な点は、
ミリ波帯に対してテラヘルツ波帯が有利な点と言ってよい。
○ミリ波帯やテラヘルツ波帯を用いた超高速無線通信システムは大きな可能性を秘めてお
り今後期待できるものであると考えられているが、超高速無線通信システムを実現する
上でAAAは必須のデバイスである。SiCMOSの超高速化が新たなAAA技術に可能性をもたら
してくれると考えられるが、多くの課題（構成、プロセス、デバイス作成、モジュール
化、パッケージング、ベースバンドとの一体化など）がまだ残っている。
質疑応答
○アンテナロスの問題は、そのままテラヘルツにもっていくのはまだしばらく距離がある
ように感じた。SiBEAMのアンテナは基本構成の中で最もシンプルなものだと思うが、こ
れはあまり公表されていないのではないか。
（テーマ）ミリ波帯のアダプティブアレイアンテナシステムの動向
（講 師）独立行政法人 情報通信研究機構
新世代ワイヤレス研究センター 李 可人 主任研究員
93
→写真を見たことがあるが、確かにオーソドックスな構成だと思う。実際の中身を見た
ことがないので断言はできないがオーソドックスなもので、逆にそれでもできたのは
すばらしいと思う。
○それがシリコンテクノロジーでできているということか。
→そのとおり。ベースバンドの方も、実際にはまだインテグレーションしてないが、ボ
ードにさして使えるようになっていて、手をかざしても映像が遮断されない。
○テラヘルツになるとミリ波よりアンテナロスが大きくなると思う。360度有効なフェーズ
シフターを作ろうとすると、今のミリ波でも10dbのロスがあるのが問題だとおっしゃっ
たが、もう少し詳しく説明してほしい。
→60GHzに対してフェイズシフトすると、ロスは大きい。ただし、アダプティブアンテナ
の基本的構成の段階ですべて60GHzで構成する必要はない。例えばＩFやローカルで構
成すれば、必ずしも難しくはないだろう。
→フェーズシフターの話でいうと、導波路をどのような構成にするかというのが重要な
ポイント。誘電体導波路やフォトニックバンドギャップの導波路等の可能性が見えて
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ミリ波アダプティブアレイアンテナの動向
李 可人 (Keren LI)
（独） 情報通信研究機構 (NiCT)
新世代ワイヤレス研究センター
[email protected]
テラヘルツ波帯の情報通信利用に関する調査検討会
近畿総合通信局 2010年2月
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例：１次元アレイ（Linear Phased Array）
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アダプティブアンテナの機能
アダプティブアンテナの主要機能
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目標発見、目標に集中、空間分解能を増加
２．ビームスキャン（Beam-steering）機能
目標発見、機械回転、位相制御の両方で可能
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ミリ波アダプティブアンテナ
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１．ビームフォーミング（Beam-forming）機能
２．ビームスキャン（Beam-steering）機能
ミリ波無線通信システムにおける
ミリ波アダプティブアンテナの役割
１．ビームフォーミング（Beam-forming）機能
空間伝搬ロスを軽減、多重干渉を防ぐ
２．ビームスキャン（Beam-steering）機能
ミリ波遮蔽問題への対応、ユーザ探知
6
本日の講演テーマ：
ミリ波アダプティブアンテナ
-- ミリ波無線通信への応用をメインに --
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ミリ波＝ Millimeter Wave (MMW)
波 長＝ 10mmから1mm (0.1mm)
（ミリ波の名前の由来, 0.1mm以下の波はサブ
ミリ波と呼ぶ）
周波数＝ 30GHzから3000GHz
比較に、普通の携帯電話に使用されている電波は：
周波数＝ 0.7GHzから2GHz
ミリ波・サブミリ波の定義�
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MMW Wireless System ＝ ミリ波
を使った近距離の無線通信システム。
小型、高速・大容量が可能な無線シス
テムとして、近年注目を浴びています。
ミリ波は、高い周波数を持つ電波として、特に
Remote Sensingや大容量中継通信によく用いら
れ、更に電波天文学から軍事利用まで、広く利用
されています。ミリ波についての研究は、100年
も前から既になされています。�
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ミリ波の特徴（60GHz帯
を例に）
周波数が高い (30GHz~300GHz, 3000GHz)
周波数が高い分、高速通信の潜在能力あり。
波長が短い (10mm~1mm, 0.1mm)
通信機器、特にアンテナの小型・軽量化が可能。
例：衝突防止ミリ波車載レーダ
利用可能な帯域が広い
ミリ波では、周波数資源が豊富にあります。
例：日本での免許不要の60GHz帯ミリ波は59 ～
66GHzの7GHz帯域が利用可能。一方、普及されてい
る無線ランなどは数MHzから数十MHz程度。
直進性が強く、空間伝搬ロスが大きい
無線通信としては、不利。しかし、相互干渉が少
ない、秘密性がよいなどの利点もあります。
例：近距離通信、室内高速無線
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周波数資源の逼迫 ＝ 低いマイクロ波周波数は、
近年携帯電話や無線LANの普及に伴い、その
周波数資源が年々足りなくなっています。
超高速無線通信への要求 ＝ 無線や移動通信
においても、光ファイバを使った有線通信に匹
敵する高速通信の必要性が高まっています。
例：Wireless HDTV=2~4Gbps(非圧縮伝送)
小型、秘密性などの要望 ＝ ミリ波の特徴に由
来します。
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ミリ波アダプティブアンテナ
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ミリ波の特徴 再び
直進性が強く、空間伝搬ロスが大きい
遮蔽に弱い。アンテナ利得なしで、
空間伝搬ロス：68dB@1m(60GHz)
デバイス性能の制限
出力パワーが低い。雑音が多い。
回路・実装技術の制限
回路による伝搬ロスも大きく、
また、実装による影響を強く受ける。
17
ミリ波の弱点をメインに
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近年のミリ波アダプティブアンテナ
近年のミリ波 Si CMOSのめざましい進展により
Si CMOSがミリ波帯域での動作が可能に
べースバンドとの一体化も視野に
システムと一体化した
ミリ波アダプティブアンテナのモジュール化・チップ化
が可能に
１．ビームフォーミング（Beam-forming）機能
２．ビームスキャン（Beam-steering）機能
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ミリ波を使った高速無線通信システムは、高速・大容量
の可能性をひめている。
ミリ波アダプティブアレイアンテナは、ミリ波高速無線
システムを実現する上での重要なデバイスである。
ミリ波Siデバイス及びその集積化技術がミリ波アダプ
ティブアレイアンテナに新たな可能性をもたらしている。
新しいミリ波アダプティブアレイアンテナ（構成・プロ
セス・デバイス作成・モジュール化・パッケージング・
ベースバンドとの一体化など）の課題がまだ沢山残って
いる。
。
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ご静聴、ありがとうございました。
独立行政法人 情報通信研究機構
新世代ワイヤレス研究センター
主任研究員 李 可人 [email protected]
41
105
４－２－３ 要素技術の課題
講演概要
テラヘルツ無線の利用シーンを実現するためには、今後、要素技術ごとにどのような技
術課題を克服していく必要があるのか、表４－２－３に示すような整理を行った。
表４－２－３ 要素技術ごとの克服すべき技術課題
（テーマ）テラヘルツ無線の利用シーンを実現するための技術課題と研究開発戦略
（講 師）大阪大学
レーザーエネルギー学研究センター 斗内 政吉 教授
発生器
1) フォトミキサー： UTC - PD の最適化。光導波路一体型 2) 波長 可変 LD との融合・ 集積 一体型。 3) 全電気回路： InP 系発信器 Si CMOS への展開。 4) その他： RTD の高出力化、 THz - QCL の低周波数 /
室温 / 低閾値動作
短距離通信では、 フォトミキシング技術 による先行が重要
検出器
現状では、 GaAs ショットキー ダイ オード のみ が 利 用可能。 海外の 製品が先行
1) ショットキーダイオードの高性能化（エアブリッジ、ナノコン タクト、材料探索など）。 国産 技術の育成。
2) 新規検出器の開発： RTD 、 QCL 、 UTC - PD の利用検討。 検波手法の最適化。室温単電子デバイスなど。
3) 新検出手法の探索。光の利用 など 。
アンテナ・ ビーム 制御
技術
1) アンテナのスケーリングと表面インピーダンス等の非線形 の検討。
2) MEMS の 利用 。 超小型立体アンテナ 3) メタマテリアルとの融合：増幅効果 など 。 4) アンテナ の アレー化 5) 超小型立体アンテナ 他
フィルタ・ 変調器
1) フィルター開発：メタルメッシュフィルター。誘電体フィル ター。 SPP を利用したフィルター・パス制御。
2) 変調器：誘電体変調器。材料開発。メタマテリアル 利用。 3) 反射板等：材料開発。メタマテリアル の応用 。
周辺回路技術
1) 高速光変調器 の開発。 2) 超高速・大容量メモリ の開発（バスの高速化）。 3) アンテナ一体型 集積 回路 の開発。 4) 低損失 TH ｚ 波 伝送ファイバ の開発
方式検討 ( 周波数有効利用 )
1) OFDM 技術の利用。 20G × 10 バンド（２００ Gbps ）など
2) 多値変調技術の導入。
要素技術 技術課題 備考
周波数割当に 影響
計測・ 標準 1) 研究開発のための測定機器開発。 2) 光コムの利用 。 ( 例） テラヘルツシンセサイザ 3) EMC ・データベース整備 。
公的機関の研究 強化 が必要
その他 1) 新規 テラヘルツ電子材料 / デバイスの 開発 。
（ブレークスルー技術の継続的な開発） 2) 非接触電力供給技術 の開発。
1) は大学の役割と して重要
電力供給もアンテ ナで行うと用途が
拡大
106
意見等
○今日紹介いただいた中には、新しいデバイス技術が含まれている（MEMSやメタマテリア
ル等）。これまでテラヘルツとは関係なく出てきた技術が、テラヘルツと相性のよいモ
ノになってきているという印象を受ける。テラヘルツを開拓するに当たって、それを支
える新技術が出ているというのが、テラヘルツの応用を支えるだろうと予感させる。そ
うは言っても、どれくらいの性能が必要なのかということを、さらに深掘りしていきた
い。そこまで検討すれば、その技術がより意義あるものになる。
○このような研究開発は産官学が進めていくべきものだと感じる。特にアロケーションを
とっていない周波数（275GHz以上）を狙っていくときに、どのような役割分担で提案し
ていくのか考える必要があると感じた。
○今、ミリ波帯等の研究者の中で大きな課題となっているものに、標準器の問題がある。
実は60GHzでも標準になっているモノはないと聞いている。それではトレーサビリティが
とれないので、このあたりの高い周波数を使うためには計測器とともに標準器も検討し
ていかないといけないと感じている。
107
４－３ テラヘルツ無線の研究開発事例
100GHz～500GHz帯の電波を無線通信に利用しようとする試みは、海外を眺めてもまだ多
くの事例はなく、本格的な検討が始まったのは平成12年ごろからである。理論的な議論と
しては、Mannによる図4－3－1に示すような、60GHz無線と400GHz無線の伝送距離の比較が
興味深い[1]（注釈を後述。以下同じ。）。両者の大気減衰は、25mm/hの降雨を想定した場
合、26-27dB/kmと大差がなくなる。この条件において、60GHzの送信電力を100mW、400GHz
の電力を4mWとし、両者のアンテナ開口を10cmx10cmとして、受信電力が1pWとなる伝送距離
を計算してみると、電力が1/25であっても400GHzの方が遠くまで伝送できるという結果に
なる。これは、周波数とともにアンテナ利得が増加する、すなわち電波の指向性が増すた
めに、単位断面積当たりの電力密度が高くなるため少ない送信電力でも実現可能だからで
ある。電波ビームが「ペンシル」のように鋭いと位置決めを含めて使いにくくなる議論（実
際は光波ほどの使いにくさはない）は別として、周波数とともに出力が減少するという宿
命を持つ電子デバイスにとって重要な結果とも言える。
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27dB大気・降雨(25mm/h)・霧による損失
送信電力
60GHz 400GHz
26dB
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400GHz
60GHz
アンテナ開口: 10cmx10cm
通信距離（ｋｍ）
受信電力（W
）
図4－3－1 60GHz無線と400GHz無線の伝送距離の比較（理論計算）[1]
100GHzを超える電波を高速無線通信に利用しようとする試みは、後述するNTTの研究事例
が最初である[2～6]。300GHzを超える発振器やそれを検出するための電子デバイスは、そ
れぞれGunn diodeやSchottky barrier diodeを用いれば、実はミリ波導波管を用いた有線
通信の研究開発が興隆を極めた1970年代でも可能であった。高周波トランジスタ技術が未
熟であった当時でも、ダイオードを用いれば、発振、増幅、検出を行うことができた。NTT
の手法は、図4－3－2に示すように、送信機にフォトニクス技術を用いている点が特徴であ
る。現在の光ファイバ通信に象徴されるように、光波の領域では、ギガはもちろんテラビ
ットもの伝送容量をハンドリングすることが可能となっている。すなわち、同図に示すよ
うに、光の領域でテラヘルツ帯の信号（テラヘルツ周波数で強度変調された光信号）の発
生と変調を行い、最後にフォトダイオードで光電変換して、電気（電波）信号として空間
に放射するという考え方である。この手法によれば、テラヘルツ波を、きわめて広帯域で
108
安定に発生させることが可能であるばかりでなく、光領域で信号変調を行うため、100Gbps
を超える変調が可能となる。光電変換デバイスのみがボトルネックであり、そのほかの技
術は、すでに光通信分野において開発済のものが利用できる。
電気的キャリア発生器
「電気」技術による送信機
THz波
データ信号
変調器(Mixer)
増幅器 増幅器200～300GHz
光学的キャリア発生器
光変調器
光信号 電気信号データ信号
「フォトニクス」技術による送信機
>1THz >100GHz >1THz
光増幅器 光電変換器
>300GHz
<1THzBW<20GHz
THz波
図4－3－2 電気技術による送信機とフォトニクス技術を用いた送信機の比較
NTTは、図4－3－3に示すようなフォトニクス技術を利用した送信機により、電波の窓（大
気減衰が低い領域）であり、また電波天文の観測業務との干渉が避けられる125GHzを中心
周波数とした120GHz帯の無線システムの開発を行い平成14年には無線としては当時最高の
10Gbpsの伝送速度を達成した[4]。その後、フォトダイオードの後段にInP HEMTによる増幅
器を付加するとともに受信機にも低雑音の前置増幅器を導入することで、出力10mWで1kmを
超える伝送が可能な無線システムを開発した[5]。さらに平成16年には、送信機全部を電子
デバイスで構成すること（図4－3－4）にも成功し、送受信機ともにInP HEMTによるMMICで
構成できるようになった[6,7]。また、送信機の電力増幅器の出力性能を上げるとともに、
誤り訂正技術(FEC: Forward Error Correction)の開発によって、3kmを超える長距離通信
にも成功している[8]。平成20年には、現場でのアンテナの取付け法や取扱いの容易性を考
慮したシステムを開発し、同年8月の北京オリンピックにおいてフジテレビジョンと共同で
放送中継に利用した[9]。そのほか、平成21年7月の大阪での皆既日食の中継や平成22年2月
の札幌雪祭りなどでのフィールドトライアルで実績を積んでいる。
フォトニクス技術を送信機に利用したシステムは、米国Battele研究所においても採用さ
れ、94GHz帯での実験が進められている。同じフォトニクス技術を駆使し、BPSKやQPSKによ
る周波数利用効率の改善の検討も報告されている。また、韓国ETRIにおいても、同様にフ
ォトニクス技術を用いた送信機の研究が行われている。
109
データ変調器
送信機本体
CDR
E/O
光変調器 LPF
HEMT増幅器
UTC-PD CDRレシーバ
MMIC
E/O
受信機本体
データ入力データ出力
120GHz/94GHz帯無線
EDFA
O/E制御器
LNA
光信号
電気信号
光サブTHz信号発生源125 GHz94 GHz
図4－3－3 フォトニクス技術を用いた送信機による無線システムの構成
XFP モジュール(O/E)
データ
IN
送信機モジュール
アンテナへ
光信号(10-Gbit/s)
LO:15.625 GHz
パワーアンプ
送信機 MMICてい倍器(x4) MMICLO:62.5GHz
パワーアンプMMIC
(InP-HEMT)
LO 信号 IN
データ IN
図4－3－4 全電気技術を用いた120GHz帯無線送信機
欧州でのテラヘルツ無線技術の研究は、ドイツのテラヘルツ通信研究所（Technical Uni
versity of Braunschweig）が先導している[10,11]。主として、屋内での無線LANへの応用
を目指して、300GHz帯での屋内伝搬特性や、テラヘルツ波を効率的に反射する壁紙の開発
を行っている。実験的には、図4－3－5に示すように、市販の電子部品モジュールを組み合
わせて300GHz帯送受信機を構成し、伝送帯域などの基本特性を評価している。実際には300
GHz帯でアナログビデオ信号(数Mbps)の伝送をデモンストレーションするに留まっている。
110
Oscillator
Oscillator
x3
x3
x3
x3
150 GHz
0~10 GHz<0.5 mW
290~310 GHz
5~15 GHz
Multiplier
Multiplier
Data
16.66 GHz
16.38 GHz 147.5 GHz
50 µW
290~310 GHz送信
受信
DRO
REF
図4－3－5 テラヘルツ通信研究所（独）による送受信機の構成
オシロスコープ
光アンプ
ダイオード
光変調器
UTC-PD
テラヘルツ波
パルスパターン発生器
波長可変光源
波長可変光源
ホーンアンテナプリアンプ
リミットアンプ
誤り検出器
誘電体レンズ
送信機 受信機
Optical frequency
Optical frequency
1 0 1 1 0 0 1
f
fRadio frequency
λ2
λ1
IF frequency
IF frequency
図4－3－6 フォトニクス技術を用いた送信機による300GHz帯無線システムの構成
大阪大学とNTTは、120GHz帯無線の開発当初と同様にフォトニクス技術を用いた送信機
（図4－3－6）により300-400GHz帯でのギガビット無線伝送に成功している[12,13]。
他にテラヘルツ無線に関する様々な議論が、IEEE802委員会（無線LAN/MANに関するIEEE
の標準化組織）内に設置されたIEEE 802.15 WPAN Terahertz Interest Group (IGthz)で繰
り広げられている。詳しくは、ホームページ[14]からドキュメントがダウンロードできる。
111
[1] C. M. Mann: “Towards terahertz communications systems,” Terahertz Sources and Systems, ed. R. E.
Miles et al. (Kluwer Academic, Dordrecht, 2001) pp. 261-267.
[2] T. Nagatsuma, A. Hirata, Y. Royter, M. Shinagawa. T.Furuta, T. Ishibashi, and H. Ito, “A 120-GHz
integrated photonic transmitter”, Tech. Dig. Interm. Topical Meeting on Microwave Photonics 2000,
pp. 70-73, 2000.
[3] A. Hirata, M. Harada and T. Nagatsuma, “Multi-Gigabit/s wireless links using millimeter-wave
photonic techniques,” Tech. Dig. Interm. Topical Meeting on Microwave Photonics 2001, Tu-2.8, pp.
77-80, 2001.
[4] T. Minotani, A. Hirata, and T. Nagatsuma, “A broadband 120-GHz. Schottky-diode receiver for
10-Gbit/s wireless links,” IEICE Trans. Electron., vol.E86-C, no.8, pp.1501–1505, Aug. 2003.
[5] A. Hirata, T. Kosugi, H. Takahashi, R. Yamaguchi, F. Nakajima, T. Furuta, H. Ito, H. Sugahara, Y.
Sato, and T. Nagatsuma, “120-GHz-band millimeter-wave photonic wireless link for 10-Gb/s data
transmission,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 54, no. 5, pp.1937-1944, May 2006.
[6] A. Hirata, H. Takahashi, R. Yamaguchi, T. Kosugi, K. Murata, T. Nagatsuma, N. Kukutsu, and Y.
Kado, “Transmission characteristics of 120-GHz-band wireless link using radio-on-fiber
technologies,” J. Lightwwave Technol., vol. 26, no. 15, pp. 2338–2344, Aug. 2008.
[7] T. Kosugi, M. Tokumitsu, K. Murata, T. Enoki, H. Takahashi, A. Hirata, and T. Nagatsuma,
“120-GHz Tx/Rx waveguide modules for 10-Gbit/s wireless link system,” in IEEE Compound
Semiconduct. IC Symp. Dig., pp. 25–28, Nov. 2006.
[8] A. Hirata, R. Yamaguchi, T. Kosugi, H. Takahashi, K. Murata, T. Nagatsuma, N. Kukutsu, Y. Kado,
N. Iai, S. Okabe, S. Kimura, H. Ikegawa, H. Nishikawa, T. Nakayama, and T. Inada, “10-Gbit/s
wireless link using InP HEMT MMICs for generating 120-GHz-band millimeter-wave signal,” IEEE
Trans. Microwave Theory Tech., vol. 57, no. 5, pp.1102-1109, 2009.
[9] Y. Kado and T. Nagatsuma, “Exploring sub-THz waves for communications, imaging, and gas
sensing”, PIERS Proceedings, Beijing, 42, pp. 42 – 47, 2009.
[10] R. Piesiewicz, M. Jacob, M. Koch, J. Schoebel, and T. Kürner, “Performance analysis of future
multigigabit wireless communication systems at THz frequencies with highly directive antennas in
realistic indoor environments,” IEEE Journal Selecterd Topics in Quantum Electronics, vol. 14, no. 2,
pp. 421-430, March/April 2008.
[11] C. Jastrow, K. Münter, R. Piesiewicz , T. Kürner, M. Koch
and T. Kleine-Ostmann,
“300 GHz
Channel Measurement and Transmission System”, Tech. Dig. 2008 Infrared, Millimeter and
Terahertz Waves (IRMMW-THz 2008), M3A3.1342, September 2008.
[12] T. Nagatsuma, H.-J. Song, Y. Fujimoto, K. Miyake, A. Hirata, K. Ajito, A. Wakatsuki, T. Furuta, N.
Kukutsu, and Y. Kado, “Giga-bit wireless link using 300-400 GHz bands,” Tech. Dig. IEEE
International Topical Meeting on Microwave Photonics, Th.2.3, October 2009.
[13] H.-J. Song, K. Ajito, A. Hirata, A. Wakatsuki, Y. Muramoto, T. Furuta, N. Kukutsu, T. Nagatsuma
and Y. Kado, “8 Gbit/s wireless data transmission at 250 GHz,” IEE Electron. Lett., vol. 45, no. 22,
October 2009.
[14] http://www.ieee802.org/15/pub/IGthz.html.
112
４－４ 電波行政上の諸課題
国際的な電波周波数の分配・割当ならびに標準化はITU-R（国際電気通信連合・無線通信
部門）において行われている。ここで定められる無線通信規則は、有限な資源である無線
周波数・静止衛星軌道の合理的・効率的かつ経済的な利用、遭難や安全通信の保護、有害
な混信の防止を目的としている。周波数有効利用のための必要最低限の利用、他国との混
信回避のための分配割当て、既に使用している人たちに有害な混信を与えない（早い者勝
ちルール：ただし、後から使用する人たちを排除するのではなく、共用の精神。）、等が
一般的な規則である。
3～4年に一度開催される世界無線通信会議（次回はWRC-12：World Radio Conference 2012、
2012年（平成24年）1月23日～2月17日）では、周波数利用に関して様々な取決めがなされ
る。テラヘルツ帯周波数に関連するものでは、WRC-12の議題1.6（決議950）がある。以下
に議題1.6（AI1.6）を引用する。
AI 1.6："to review No. 5.565 of the Radio Regulations in order to update the
spectrum use by the passive services between 275 GHz and 3 000 GHz, in accordance
with Resolution 950 (Rev。 WRC 07),and to consider possible procedures for
free-space optical-links, taking into account the results of ITU R studies, in
accordance with Resolution 955 [COM6/9] (WRC 07)"
現在の周波数分配の上限は275GHzである。電波法上、電波として定められている最大周
波数は3,000GHzである。275GHz以上、3,000GHz以下の周波数帯の利用については、脚注5.565
によって、受動業務（電波天文、地球観測衛星等）が利用する帯域が定められている。ま
た能動業務の実験的利用が認められている。
275GHz～3,000GHzでの受動業務（天文観測、地球観測）に関しては、周波数分配は行わ
れていないが、実際に観測等が進められていることを踏まえ、脚注5.565の内容を改定する
議題1.6（決議950）の下、研究が行われている。ITU-RのSG7は科学業務を取扱う研究委員
会であり、標準時（WP7A）、宇宙研究・宇宙運用・気象衛星等の宇宙無線システム（WP7B）、
地球探査衛星業務（WP7C）、電波天文（WP7D）に関する研究を行っている。WP7Dでは電波
天文上重要なスペクトル線リスト（1,000～3,000GHz）を含む新勧告草案が策定されつつあ
った。このリストは国際天文学連合総会（2009.8、リオデジャネイロ）において審議され、
幾つかのスペクトル線を追加した後に承認された。これを受けたWP7D（2009.9）では新勧
告草案の承認が行われ、引き続いて開催されたSG7会合では、新勧告案（Rec. ITU-R
RA.[1-3THz]）が採択され、承認手続きが進んでいる。この勧告の成立は国際的な協力によ
り進められているALMA（Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array）プロジェクト
と関連性が深い。
一方、能動業務に関しては、2009年（平成21年）2月25日～3月4日にソウルにて開催され
たITU-R WP1A会合（スペクトラム管理技術、共用に関する作業部会）において、日本より
入力文書1A/118（275～3 000GHzにおける能動業務の技術動向（パルス光源による分光分析
装置、短距離レーダー、無線）について、情報提供するもの）が入力された。この文書1A/118
は我が国からの受動業務以外での使用可能性に関する情報提供文書であるが、更なる技術
113
情報が盛り込まれる予定であるため、WP5C, 7C, 7D等へのリエゾン文書の発出は見送った。
本入力文書に関し、議長から具体的にどの周波数帯が使われるのかとの質問があり、我が
国より用途により連続した周波数帯(100GHz-10THz)で使う場合と、特定周波数帯を使う場
合があるとの応答を行っている。この先、更なる技術情報の入力を行い、次々回のWRC-16
の議題として、WRC-12へ提案する等の活動を積極的に行っていく必要がある。
デファクトスタンダードのIEEEにおいては、WPANの802.15にTerahertz Interest Group
（IGTHz）があり活動を行っている。第1回会合は2008年（平成20年）1月に台北にて開催さ
れた。2010年（平成22年）3月のOrlandoの会合から、ドイツのTHz Communication LabのDr.
Thomas Kuernerが議長となった（副議長：AT&T Dr. David Britz）。現状の活動は、802.15
が定める5つのクライテリアに関するテラヘルツ帯無線の可能性を示すドキュメント作り
のため、多数のテラヘルツ技術関連情報を集めること（IGTHz会合での発表、他）を目標と
している。ドキュメントが十分に揃えば、スタディーグループ（SG）へ昇格させることも
考えられるが、現状ではまだその時期ではないというのが、IGTHzでの共通認識である。SG
になる際には、テラヘルツ無線全体としてではなく、個別の応用毎にSGを構成して行くこ
とになると考えられる。本調査検討会の活動を取りまとめた本報告書は、技術情報として
も貴重であり、IGTHzへ当該情報を提供できれば、今後、IGTHzの活動にも貢献できるだろ
う。
IGTHzにおいてはITU-Rでの受動業務の周波数に関する議論に対しての関心が高い。能動
業務と受動業務の共用を図るために、802.16（ITU-Rへのリエゾン）を通して、ITU-Rへ文
書の入力を行い、ITU-Rにおいて共用に関する議論を行っていく必要がある。このためには
各国の能動業務の関係者が協議し能動業務側の統一見解をまとめ、これにより受動側との
共用に関する議論を行うことが肝要であると認識されている。この点に関しては、同じ組
織内に受動側と能動側を持つ(独)情報通信研究機構(NICT)への期待が高い。NICT内での合
意が、ITU-Rにおける受動側と能動側の合意形成のベースとなる可能性が大きく、IGTHzと
NICTの連携が望まれている。
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