文字通り無線通信の最後のフロンティアであるテラヘルツ伝送は、今週、日本の研究者グループが IEEE カンファレンスで 100 Gbps システムを実演したことで、一歩前進しました。
広島大学、日本の国立情報通信研究機構、パナソニックの研究者らは、300GHzのベースバンド周波数を実現するキットを披露している。
「でも、それってテラヘルツの3分の1にも満たないじゃないか！」という声が聞こえてきそうです。確かにその通りですが、その点については、デモでは100Gbpsを達成するために290GHzから315GHzという広大なチャネルが使用されたことを説明した後で改めて説明します。これは25GHzのチャネルで、一般的な4Gの割り当てである20MHzのチャネル幅の1,000倍以上です。
研究グループは昨年、既に100GbpsのQAM（直交振幅変調）ベースのリンクを実証している。今週サンフランシスコで開催されるIEEE国際固体回路会議で披露されるのは、これまでの成果を集積回路に組み込んだもので、チャネルあたりのデータレートは2016年よりもはるかに高いと主張している。
今後さらに多くの研究が行われる予定ですが、研究者たちは、地方でのブロードバンド配信と衛星通信という 2 つの視線方向の使用事例をターゲットにしています。
どちらも、実験室での実証（一般的には数メートルから数キロメートル）よりも広い範囲が必要ですが、300GHzは大気中の水によって吸収されるスペクトルをはるかに超えています（7GHzから55GHzはITUが指定した「降雨減衰」帯域です）。
テラヘルツ通信とは
さて、300GHzの伝送を「テラヘルツ」と呼ぶ理由に戻りましょう。これは国際電気通信連合（ITU）の名称です。この権威ある機関は、300GHz（今回のデモ）から3THzまでの周波数をカバーするためにこの用語を使用しています。この定義は、300GHzから20THzまでの遠赤外線帯域とも重なっています。
なぜこれほど多くの研究が必要なのでしょうか？それは、無線周波数帯への需要が既に非常に高まっているからです。携帯電話の20MHz帯チャネル（通信事業者が周波数オークションで通常入札する大きなチャネル）を考えてみましょう。100MHzの周波数帯あたり5つのチャネルが確保されます。
300GHzのベアラの場合、1GHzごとに（例えば300GHzから301GHzまで）50個のチャネルを収容できます。これは非常に大きなリソースです。
課題は何でしょうか？ – 難しいのは電子工学です。300GHzを超える搬送波を生成し、その上で信号を変調させる必要があり、そのために半導体の研究が盛んになっています。ジョージア工科大学は2014年にシリコンゲルマニウムトランジスタを約800GHzでスイッチングする取り組みを主導しましたが、そのチップは極低温で動作しました。
光トランジスタははるかに高速に切り替えることができますが、電波を作成するには電気を使用する必要があります。
アンテナも、多くの人が認識しているものとは異なります。300GHz帯を八木・宇田アンテナに押し込んで、ただ向けて撃つだけではだめです。日本の発表では、国立情報通信研究機構（NIICT）、広島大学、パナソニックの研究で使用されたアンテナの種類については言及されていませんでしたが、参考までに、2015年に米国と日本で行われた実験で実証された「漏洩波」アンテナをご紹介します。
普通の八木アンテナとは違います。ライス大学と東京大学は2015年にこの漏洩波アンテナを開発しました。
研究者たちは、プレート間の間隔を利用して送信周波数帯域を調整しました。アンテナのスケールはミリメートル単位の間隔とサブミリメートル単位の調整であるため、安定性が重要になります。
これはすべて人類の利益のためでしょうか？いいえ、確かにある程度の立場争いは続いています。国際電気通信連合（ITU）はまだテラヘルツ帯の規則を定めていません。これは2019年の世界無線通信会議で議論される予定です。®
