ATR、NICT、夏普和其他11家機構正在利用太赫茲波開發超高容量無線區域網 ATR、NICT、夏普和其他11家機構正在利用太赫茲波開發超高容量無線區域網

ATR、NICT、夏普和其他11家機構正在利用太赫茲波開發超高容量無線區域網


包括國際先進電信研究所、東京理科大學、千葉工業大學、國立資訊通信技術研究所、THine Electronics、廣島大學、名古屋工業大學、東京理科大學、德山國立高等專門學校、東北大學和夏普在內的 11 個機構,利用 150 GHz 和 300 GHz 頻譜

本計畫的主題是“利用太赫茲波進行超高容量無線區域網路傳輸技術的研究與開發”,計畫實施時間為2022年9月至2026年3月。本研究與開發工作是在日本總務省「無線電波資源擴展研究與開發(JPJ000254)」計畫架構下進行的。

本研究採用體積小於1cm³、包含16個單元的150GHz頻段AiP相控陣模組,在3公尺通訊距離上實現了100Gbps的傳輸速率。同時,開發了一種收發器,旨在實現300GHz頻段±30度以上的二維波束控制,以及單路40Gbps以上的傳輸速率。在150GHz頻段,雙向無誤碼通訊速率已得到驗證,達到4Gbps。研究成果將在2025年11月26日至28日於橫濱太平洋展覽中心舉辦的MWE2025會議上展出,並於11月27日的研討會上進行講解。

從: 文献リンク開發實現「利用太赫茲波的超大容量無線區域網路」所需的基本和整合技術

【社論】

太赫茲頻段先前一直未被廣泛應用,如今終於進入了我們熟悉的「無線區域網路」應用場景。本專案獨特之處在於,它利用 150 GHz 和 300 GHz 頻段來驗證一套面向後 5G/後 Wi-Fi 時代的綜合技術棧,其中包括 100 Gbps 級傳輸、波束控制和接入點協調。

值得注意的是,這並非單一的設備技術,而是一個「系統+生態系統」的計劃,涵蓋多單元天線模組、300GHz頻段二維相控陣天線、亞太赫茲頻段無線資源控制、聯合傳輸,甚至包括IEEE 802.11和ITU的標準化。可以說,在資料中心、高密度辦公空間、未來的AR/VR空間等場所,無線傳輸媲美有線網路的吞吐量已成為現實。

儘管這次使用了「太赫茲波」這個術語,但重點在於150 GHz和300 GHz頻段,即毫米波和太赫茲波之間的亞太赫茲區域。與完整的太赫茲頻段相比,該頻段在一定程度上降低了設備和傳播方面的難度,並被視為更接近實際解決方案的區域,旨在實現現有Wi-Fi無法達到的數十至數百Gbps的傳輸速度。 MWE2025展會的展品資訊也表明,包括天線、射頻晶片甚至基帶在內的實際原型正在研發中。

隨著這項技術的應用,有望減少資料中心伺服器間連結所需的佈線量,並提升佈局靈活性。此外,在活動場地和工廠等高流量、頻繁變化的場所,無需全面部署光纖或有線網絡,即可建立100Gbps級鏈路作為補充解決方案。 300GHz頻段的二維波束控制和多流通訊技術也有望催生全新的體驗基礎設施,例如多用戶AR/VR、機器人叢集和室內行動應用。

另一方面,亞太赫茲頻段傳播損耗顯著,且易受障礙物幹擾,這增加了基礎設施設計的難度,包括波束成形、IRS(整合接收系統)以及高密度存取點部署。國際電信聯盟(ITU)和各國監管機構目前正在設計用於275 GHz以上頻段的系統,可用的頻段和用途將取決於未來的國際討論。無線電波防護和安全評估對於高頻段而言必不可少,也將是社會實施階段中不可迴避的主題。

從長遠來看,Wi-Fi 標準 IEEE 802.11 也在考慮針對毫米波和亞太赫茲頻段製定新的標準,而日本致力於實施和標準化相關技術,這項成就可被視為邁向「後 Wi-Fi」時代的一步。我們認為,該專案標誌著一個轉捩點,我們必須密切關注未來辦公室和資料中心的網路線數量是否會大幅減少,以及「空間本身聯網」的環境是否會成為常態。

[術語]

亞太赫茲頻段<br>這個名詞指的是接近太赫茲頻段的高頻範圍,包括150 GHz和300 GHz頻段。目前正在對這個介於毫米波和主流太赫茲頻段之間的頻段進行研究。

相控陣天線<br>這種天線結構透過控制發送到多個天線單元的訊號的相位和幅度,以電子方式切換無線電波束的方向。這項技術無需機械旋轉即可實現高速波束掃描。

MIMO(多重輸入多重輸出)
這是一種無線技術,它在發射端和接收端都使用多個天線,在同一頻段內同時發送和接收多個獨立的訊號。它被廣泛用作透過空間復用提高傳輸容量的方法。

封裝內天線 (AiP)
這是將天線元件與射頻電路等整合到同一封裝中的技術的總稱。其目標是在最大限度地減少損耗和佈線長度的同時,實現小型化、高密度的天線模組,而損耗和佈線長度是高頻應用中常見的難題。

智慧可重構表面(IRS)
它是一種由眾多反射元件組成的人工表面,透過控制每個元件的反射特性,可以動態改變無線電波的反射方向和相位。這項技術可以應用於牆壁等表面,以控制傳播路徑並提高通訊品質。

IEEE 802.11 工作小組
這是負責制定無線區域網路標準(即Wi-Fi)的IEEE標準化工作小組。除了6GHz和60GHz頻段外,它還在考慮未來使用更高頻段。

MWE 2025
這是橫濱國際微波展覽中心(Pacifico Yokohama)舉辦的微波、毫米波和太赫茲相關技術展覽及研討會的總稱。它是日本領先的微波盛會之一,匯集了來自產業界、學術界和政府的最新研究成果。

超越5G
這個術語指的是一種超越當前 5G 時代的無線通訊概念,旨在進一步擴展超高容量、多路並發連接和超低延遲等特性,為新興產業和服務奠定基礎。

[參考連結]

國際先進電信研究所(ATR) (外部)
該研究所總部位於京都府星菓市,致力於通訊、無線通訊、腦資訊等尖端領域的研究、開發和社會應用。

國家資訊與通訊技術研究所(NICT) (外部)
它是隸屬於總務省的資訊通訊領域國家研究機構,負責無線通訊、標準時間和無線電波利用技術的研究和開發。

MWE 2025(2025 年微波研討會及展覽會) (外部連結)
在微波、毫米波和太赫茲相關的研討會和展覽會上,企業和大學將介紹最新的無線技術和應用實例。

THine Electronics Inc. (外部)
他在一家開發類比/混合訊號半導體(例如高速介面積體電路)的公司負責基頻積體電路設計。

名古屋工業大學(外部)
他在名古屋的一所技術大學從事通訊工程領域的研究,包括開發整合相控陣天線和射頻電路的模組。

[參考文章]

使用太赫茲波的超高容量無線區域網路(外部)
本文以英文介紹了由 11 個組織開展的 150GHz 和 300GHz 頻段太赫茲無線區域網路項目,並概述了 100Gbps 級傳輸、4Gbps 雙向通訊和標準化活動。

開發實現「利用太赫茲波的超大容量無線區域網路」所需的基本和整合技術(PR TIMES) (外部連結)
本書以日文詳細解釋了研究背景、其在資料中心的潛在用途、150GHz 頻段 AiP 模組和 300GHz 頻段收發器以及多頻協作操作技術。

開發實現「利用太赫茲波的超大容量無線區域網路」所需的基本和整合技術(NICT) (外部)
本文總結並介紹了亞太赫茲無線區域網路的關鍵技術,如問題 A 至 C 的配置、MIMO 多單元天線、IRS 控制和聯合傳輸。

利用太赫茲波實現「超大容量無線區域網路」所需的基本和整合技術開發(名古屋工業大學) (外部)
從大學的角度解釋了研究內容和角色分工,包括實施時期和主題、無線電波傳播特性的評估以及相控陣天線的設計。

[編者註]

這次的太赫茲無線區域網路計畫真是令人驚嘆,它充分展現了通訊基礎設施的發展程度。

儘管在 50GHz 和 300GHz 頻段實現 100Gbps 級無線速度的嘗試目前仍處於實驗室階段,但我認為它有望成為資料中心、辦公室、未來 AR/VR、機器人以及行動通訊幕後技術的理想選擇。這項技術在您的日常生活中有哪些應用場景?我很樂意與您共同探討。