世界首创！通过单面板天线实现多人同时5G通信
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2019年09月30日
世界首创！通过单面板天线实现多人同时5G通信
可在人群密集的车站或体育场馆等任意场所，设置小型基站
株式会社富士通研究所 (注1) （以下简称：富士通研究所）开发了一款装置，通过使用单个天线面板，可实现与4位用户的同时通信。该装置为28GHz频段的世界最小尺寸装置，可满足第5代移动通信技术（以下简称：5G）要求的每秒超过10千兆（以下简称：Gbps）的高速通信。
开发背景
随着智能手机、4K视频、VR等的普及，人们对于无线通信的需求日益增强。另一方面，在人口密集的市区、体育场馆、活动会场等地，无线通信能力不足导致通信延迟或连接不通畅等问题的发生。为解决这些问题，全球正在推进基于可确保宽频带的毫米波段的5G研发，目标于2020年左右实现其商业部署。
5G虽然可实现超过10Gbps的高速、大容量通信，但无线电波具有直线传播的特性，很容易被障碍物阻挡。因此，设想将采用一种叫做小小区的方法对基站进行部署，即每隔几十米就部署一个基站。这时，要想实现其商业部署，需要一种在任何地点都可轻松进行设置小型设备。
课题
5G基站利用一种称为波束成形的技术，可以控制天线面板上多个天线元件发出的信号相位，将无线电波集中至所需方向，并对光束进行分割复用，实现与多个用户的同时通信。
目前，当与多个用户同时进行通信时，为避免无线电波干扰，基站通常使用多个天线面板与并发用户数相对应，来进行基站部署。为了实现设备的小型化，使其可以部署在任何地点，最好的方法是让单个天线面板提供多方向传输。
开发的技术
富士通研究所开发了一种相控阵芯片，能够精确（不到1度的精度）调节从天线元件发出的信号相位（已注册专利），并按照每8个天线元件配置1枚相控阵芯片进行构建。此外，通过安装可检测相控阵芯片间相位差的电路，实现了对任何尺寸天线面板（由64~256个天线元件构成）的高精度相位控制。因此，通过把与某个设备通信的无线电波，和与另一个设备通信的无线电波间的无用信号差（干扰）控制在20dB以上，使得单个天线面板可以实现10Gbps或更多的大容量通信。
通过运用该技术，富士通研究所成功开发出一款小型设备，可检测出各天线元件发出信号的相位差，通过高精度控制相位将信号集中到所需方向，只需单个天线面板就能与4位用户同时进行通信。该设备体积小巧，且可以水平方向加垂直方向双轴发送无线电波，实现了与用户的广域通信。
图1. 开发的通过单个天线面板与4位用户同时进行通信的设备结构
图2. 基于高精度相位控制提升吞吐量
效果
利用此次开发的技术，富士通研究所试制了由128个天线元件和16个相控阵芯片构成的边长为13cm的方形天线面板，并验证了该单天线面板可实现每人2.5Gbps（总计10Gbps）的高速通信，同时可进行4个方向的波束复用。通过使用该天线面板，可实现小型低功耗的5G基站。
图3：开发的天线面板
今后
富士通研究所将继续提高该技术的性能及可靠性，目标于2021年左右实现其商业化。