報告書番号

GD24017

タイトル（和文）

高信頼通信ネットワーク TOWER LINK構想 －未来のインフラを支える送電鉄塔を活用した光ファイバ通信と無線通信の融合－

タイトル（英文）

Highly reliable communication network TOWER LINK concept - Convergence of optical fiber and wireless communications using existing transmission towers to support future infrastructures -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
人口減少が進む我が国では、電気、鉄道、道路、水道などのインフラを適切に維持することが社会課題となる。情報社会に続くSociety 5.0においては、サイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させ、業界を超えた連携が進む社会が目指されており、デジタルツイン、AI、点検や工事でのロボット利用、遠隔監視制御、データ流通取引などの進展が見込まれている。インフラ産業においては、それらを活用し、安全性、健全性に加え、業務の効率化や自動化による省力化、低コスト化を進めることが求められ、そのためには通信の利用が増大すると考えられる。インフラ用の通信には高い信頼性1)が求められるが、その要求レベルや遅延時間、帯域などの品質は、利用用途2)ごとに異なるため、多様な通信品質の回線を効率よく統合できる通信ネットワークが必要とされている。

目　　的
将来の各種インフラを支える高信頼な通信ネットワークの構想を立て、使用場面を想定した基礎的な評価を実施する。

主な成果
1. 送電鉄塔を活用した高信頼通信ネットワークTOWER LINK構想
高信頼通信ネットワークTOWER LINK (Transmission tower based Optical and Wireless Extremely Reliable Link)構想を立案した（図1）。本構想は、送電鉄塔などに敷設されている電力会社の既設の光ファイバネットワークに、全光ネットワーク（APN）、ミリ波テラヘルツ波通信、非地上系ネットワークの新技術（表1）を適用することで、信頼性、遅延特性、災害時の強靭性・運用性などに優れた通信ネットワークを実現する。TOWER LINKの特徴を以下に示す。
① APNを適用することで、能動的な光回線の経路設定を可能とし、多様な通信品質の回線を効率よく統合する。さらに、遅延、遅延揺らぎを減少させる。
② ミリ波テラヘルツ波などの10 Gbps級の無線機を送電鉄塔に取り付け、既に送電鉄塔に敷設されている光ファイバに接続する。無線回線と光ファイバ回線の相互の変換を可能とすることで、光と無線で通信ネットワークをメッシュ化し高信頼化を図る。
③ 上空の無線基地局を用いる非地上系ネットワークを、山間地等における通信の冗長化や災害対応に活用する。
④ 通信設備のインフラ業界間のシェアリングによりコストを抑えた高信頼化を実現する。高信頼通信を活用したデジタルツイン群やAI群の協調による業界間の連携を支える。

2. 送電線による100 GHz帯の無線信号への影響の基礎評価
電線が電波を遮蔽する配置になる状況を想定し、100 GHzの電波伝搬試験を行い、屋外で数kmの長距離伝送時の損失を推定できる計算手法3)とその計算条件を明らかにした。この手法を用いることで、安定した無線通信のための回線設計が行える見通しを得た。

今後の展開
表1に示す各通信技術の現場適用を想定した各種通信品質の評価および実証試験に取り組み、TOWER LINKの早期の社会実装を目指す。


注1) 通信ネットワークが故障などを起こさずに機能を果たすことができる性質。冗長化や短時間復旧などで向上可能。
注2) 一例として、送電線の事故時には設備保護のために5 ms程度の低遅延の通信が求められるなど、システム固有の要求がある。
注3) 送電線を厚みのない電波吸収体とし、ホイヘンス=フレネルの原理で計算することで、送電線により生じる追加損失を精度よく算出できる。

概要 （英文）

Infrastructures such as electricity, railroads, roads, and water are the foundation of society and require a large number of facilities. Keeping the infrastructure running in a population decline is an important social issue in Japan. While many numbers of infrastructures exist dispersed throughout the physical world, "Society 5.0" aims to create a world of mutual cooperation across industry boundaries through the use of cyberspace.
This report introduces the TOWER LINK (Transmission tower based Optical and Wireless Extremely Reliable Link) concept, a seamless optical-wireless convergence network utilizing transmission towers, which has the potential to provide a network with high reliability, wide bandwidth, high resilience, and improved operational efficiency. In the TOWER LINK concept new technologies such as all photonics network (APN), millimeter and terahertz wave wireless communication, and non-terrestrial network (NTN)will be added to the existing optical fiber network over transmission towers.
The results of a radio propagation test using 100 GHz radio signals in an anechoic chamber, assuming the existence of a power line in the propagation path of radio communications, are also reported.

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