2022/03/31

一般的に電波の取り扱いとして、周波数が高くなればなるほど遮蔽物における電波の回り込みが減り、遮蔽物における反射や吸収現象がより強く発生します。電波の回り込みが少ないと、遮蔽物近くにあるアンテナ（電波源）から輻射された電波が遮蔽物より先へ飛ばなくなるため、通信に影響を及ぼします。
これは電波を受信する時にも同様と考えますので、遮蔽物より先から飛んでくる電波が受信しにくくなることを意味します。

②通信距離

一般的に自由空間における電波伝搬に関する損失は、下式によって示されます。

この式を見ても分かる通り、周波数が高くなればなるほど伝搬損失が大きくなることが分かります。
これは、同じアンテナ利得/出力パワー/受信感度の場合、Sub-6帯よりミリ波帯の電波を用いる方が電波伝搬距離が短くなることを意味します。結果として、ミリ波帯は通信距離が短くなってしまうというデメリットが生じます。

③通信速度

一般的に携帯電話におけるデータ通信は、使用する周波数の帯域が広いほど通信速度が速くなります。ミリ波帯はまだあまり使われていない周波数帯であることから、使用する帯域を広く取ることができます。
日本国内のミリ波帯5Gについても広い帯域で割り当てられていますので、Sub-6帯より通信速度が速くなる可能性を秘めていることになります。

2．ミリ波帯通信の技術

Sub-6帯とミリ波帯の大きな違いは使用する周波数です。周波数が異なることによる影響は例として前項で述べましたが、ここではアンテナを中心とした技術について紹介します。

①アンテナの小型化

一般的にアンテナの大きさは使用する周波数によって決まります。例えば、λ/2タイプアンテナの場合、

Sub-6帯 (@4GHz)　⇒　λ/2＝37.5mm

ミリ波帯 (@28GHz)　⇒　λ/2≒5.4mm

となり、ミリ波帯に対してSub-6帯は7倍近い大きさになることが分かります。
これは、ミリ波帯を使用することでアンテナの小型化が図れることを意味します。

②ビームフォーミング技術

前項では、Sub-6帯よりミリ波帯の方が通信距離が短くなることを説明しました。
一方、周波数が高くなるほどアンテナの小型化が図れることから、上記のデメリットを補う手法の１つとしてミリ波帯ではビームフォーミング技術を用いることがあります。
小型化されたアンテナを複数並べることで、それぞれのアンテナから得られる振幅と位相信号を組み合わせ、ビームフォーミングすることで、通信したい端末に対するアンテナ利得を上げることができます。アンテナ利得が上がれば、その分通信距離が増すことになります。
また、複数の端末から電波が到来してくる場合でも、電子的にビームフォーミング制御ができるので、効率良い通信が可能となります。