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NEC、5G向けにC-RAN構成の超多素子アンテナ基地局システムを開発

~利用者がどこにいても安定した高品質通信を実現~

2017年10月30日
日本電気株式会社

NECは次世代無線通信規格5G向けに、集約基地局(Central Unit、以下CU)が複数のリモート局(Distributed Unit、以下DU)を制御するC-RAN(Centralized-Radio Access Network)構成の超多素子アンテナ基地局システムを開発しました。

本システムは低SHF帯(注1)に対応しており、CUは1台で配下の複数のDUを同時に制御し、各DUの送受信データ処理やDU間の協調制御を行います。DUは、スマートフォンやタブレットなどの端末に対して指向性をもった信号(ビーム)を形成するアンテナ部と、受信した上り信号から最適な下りビームをリアルタイムに形成するデジタル信号処理部で構成されます。
CUによりDU間で協調制御しながらビームを形成するため、互いのDUからの電波干渉による通信品質の低下を防ぐとともに、端末の移動に応じて協調制御を行うDUを適切に切り替えることにより、利用者は場所を問わずに安定した高品質通信を享受可能です。

また、本システムは、従来CUが備えていた無線の制御などを行う機能をDUに移すことで、CU-DU間(Mobile Fronthaul、以下 MFH)の伝送容量を従来の1/30以下に大幅に低減しました。これにより、現実的なMFH伝送容量でC-RAN構成の超多素子アンテナ基地局システムを実現しました。

NECは、社会ソリューション事業に注力しており、5Gの実現に向けた研究開発・実証実験を積極的に行っています。今後も通信の高速・大容量化や通信サービスの高度化を実現し、通信インフラの発展に貢献します。

集約基地局(CU)

リモート局(DU)のアンテナ部

本システムの特長

  1. 場所を問わずに安定した高品質通信を実現するDU間協調制御が可能
    通常、あるDUの通信可能範囲(カバーエリア/セル)と、隣接する別のDUの通信可能範囲の境界付近に位置する端末については、電波干渉のため通信品質が低下します。本システムでは、CUによりDU間で協調制御しながらビームを形成するため、互いのDUからの電波干渉による通信品質の低下を防ぎ、利用者ごとに快適な通信環境を実現します。また、端末の移動に応じて協調制御を行うDUを適切に切り替えることにより、利用者が意識することなく場所を問わずに安定した高品質通信を実現します。
  2. 現実的なMFH伝送容量でC-RAN構成の超多素子アンテナ基地局システムを実現
    現行の4G(LTE)で導入されているC-RAN構成のCU-DU間の通信は、CPRI規格(注2)により所要伝送容量などの条件が規定されています。一方5Gでは、4Gと比べてアンテナ素子数や帯域幅が増加するため、MFHの伝送容量が増大します。例えば、アンテナ素子数128個(64送受信機)、帯域幅100MHzの超多素子アンテナを備えたDUの場合、CPRI規格では約320Gbpsの伝送容量が必要です。これはLTE基地局(アンテナ素子数2個、40MHz帯域幅)の60倍以上に相当し、このようなMFHの通信を現在一般的に使用されている10Gbpsの光ファイバで行うことは経済的に困難です。
    本システムでは、従来CUが備えていた無線の制御などを行う機能をDUに移すことで、MFH伝送容量を従来の1/30以下の10Gbpsに低減し、現実的なMFH伝送容量でC-RAN構成の超多素子アンテナ基地局システムを実現しました。
  3. 高速大容量化を実現する高い周波数利用効率
    DUはフルデジタル制御による高精度ビームの形成により、例えばある端末に対して放射エネルギーを集中させ、他の端末には電波干渉を与えないようなビームを形成可能です。これにより、同時に同じ周波数資源(リソース)をより多くの利用者に割り当てることができ、周波数の利用効率や通信速度の向上、システムの大容量化を実現します。本システムでは、1DUあたりLTEの15倍以上の大容量化を達成可能です(注3)。
  4. 実用レベルの小型軽量アンテナ部
    DUのアンテナ部は、無線周波数(RF: Radio Frequency)回路およびデジタル回路の集積化や高密度プリント配線基板を採用し、アンテナ素子と無線処理部を一体化しています。これにより、低SHF帯の100MHz帯域幅に対応しつつ、実用レベルの小型軽量化(縦350×横287×高さ52~83mm、重量約7kg)を実現しました。また、NECの従来装置(注4)と比較し、RF回路およびデジタル回路の性能・安定度の向上を図っています。
  5. CUを仮想化プラットフォーム上に実装し、システムの柔軟性・拡張性を向上
    従来、専用ハードウェア上のソフトウェアにより実現していた基地局の機能を、今回のCUでは汎用サーバを用いた仮想化プラットフォーム上のソフトウェアにより実現しました。これにより、配下のDU数や、CUとして収容すべきトラフィックなどに応じて、演算・処理リソース割り当てを柔軟に変更可能です。また、仮想化プラットフォームの追加により、DU数や収容トラフィックの拡張、新たな機能追加にも対応可能です。

NECは今後5Gの実現に向け、NTTドコモと共同で本システムを活用した検証実験を行っていきます。
また、本システムをNTTドコモの「DOCOMO R&D Open House 2017」 (会期:11/9(木)~10(金)、日本科学未来館)にて展示・紹介します。

なお、本システムには、総務省の委託研究「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発~高周波数帯・広帯域超多素子アンテナによる高速・低消費電力無線アクセス技術の研究開発~」プロジェクトの成果の一部が含まれています。

NECグループは、安全・安心・効率・公平という社会価値を創造する「社会ソリューション事業」をグローバルに推進しています。当社は、先進ICTや知見を融合し、人々がより明るく豊かに生きる、効率的で洗練された社会を実現していきます。

以上

  • (注1)Super High Frequency Band:3GHz~30GHzの周波数帯。マイクロ波の一種で、波長は1cm~10cm。低SHF帯は、3GHz~6GHzの周波数帯。
  • (注2)Common Public Radio Interface:基地局内のインターフェースの標準規格。
  • (注3)40MHz帯域幅、2並列伝送の場合との比較。2017年10月30日、NEC調べ。
  • (注4)NEC、高速大容量通信を実現する5G向けに小型軽量の超多素子アンテナを開発容量
    http://jpn.nec.com/press/201702/20170227_01.html

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