情報通信研究機構(NICT)は、人工衛星やHAPSなどに搭載可能な小型光通信端末を用いて、空間中をレーザー光で伝送する方式で高速通信することに世界で初めて成功したと12月16日に発表。7.4km離れた2種類の端末間で、大気ゆらぎのある都市部でもテラビット超えで安定した光通信が行え、今後の非地上系ネットワーク構築の実用化へ大きく前進したとしている。

  • 今回の実験の構成

    今回の実験の構成

今回の実験では、NICTが開発した持ち運び可能な2種類の小型光通信端末を用いて、水平空間光通信を実施。東京・小金井市のNICT本部に高機能型のFX(Full Transceiver)を置き、そこから7.4km離れた調布市の実験地点に簡易型のST(Simple Transponder)を設置して実証した。

都市部に特有の大気ゆらぎは、光のビームの乱れを生じさせる。そうした困難な条件下にも関わらず、今回の実証では5チャネル(各400Gbit/s)の波長分割多重(WDM：Wavelength Division Multiplexing)伝送により、計2Tbit/sの通信を安定して維持したとのこと。WDMは複数の波長の光を同時に使い、1本の光路で多くのデータを伝送する技術で、通信容量の拡張に有効とされる。

NICTでは、衛星や成層圏通信プラットフォーム(HAPS：High Altitude Platform Station)に搭載できるほどの小型端末でテラビット超え通信を実現したのはこれが世界初だとしている。

今後は端末をさらに小型化し、6Uキューブサット衛星に実装する予定。2026年には高度約600kmの低軌道衛星と地上の間で、また2027年には衛星とHAPSの間で、空間光通信実証実験(10Gbit/s)を行う計画だ。こうした実験を通じてコンパクトで超高速なデータ通信能力を実証し、Beyond 5G/6Gの非地上系ネットワーク(NTN：Non-Terrestrial Network)の実現への道を切り拓くとしている。

実証内容と今後の展望

空間光通信(FSO：Free Space Optics)は、光ファイバではなくレーザー光で空間中を伝送する次世代通信で、地上・上空・宇宙間の大容量通信を支える基盤技術として注目を集めている。

これまで欧州を中心に、テラビット超えの空間光通信通の実証が進められてきたが、いずれも大型の据置型装置を用いた実験室レベルの構成で、衛星やHAPSなどの移動体に載せるにはサイズや重量の制約を満たせず、動揺する環境下でも安定した通信を継続しなければならないという課題があった。アジアでは、テラビット超えの空間光通信実証は報告がなく、最大でも100Gbit/s程度に留まっていたとのこと。

NICTが今回の実証で使用した小型光通信端末は、キューブサットを含む超小型衛星への搭載を前提に設計しており、サイズや重量の制約をクリア。「従来の大型の据置型装置を用いた実験室レベルの構成とは一線を画すもの」としている。

  • NICTが開発したST・FX光通信端末

    NICTが開発したST・FX光通信端末

小型化の実現にあたり、端末をキューブサットの厳しいサイズ・質量・消費電力(SWaP：Size, Weight and Power)の制約内に収める設計方針を徹底。これにより、必要な機能を維持しつつプラットフォームへの負担を最小限に抑え、装置全体のサイズ、質量、消費電力を大幅に抑えることができたとする。

具体的には、宇宙環境下での光学品質要件を満たす口径9cm級望遠鏡などの部品は新規設計・開発しつつ、真空中の高出力光に耐えるよう改良した小型精密追尾用ステアリングミラーなどは商用部品からの再設計・改修とし、モデムにはデータセンター向け高速光トランシーバを転用し組み込むなど、既存部品の積極活用も行うといった3つのアプローチを行った。

  • NICTが開発した2Tbit/s小型モデム

    NICTが開発した2Tbit/s小型モデム

ほかにも、移動体での運用を想定した動的環境へ対応するため、粗捕捉と精追尾による高精度アラインメントや、レーザー光の広がり角度(ビームダイバージェンス)をリンクの状況に応じて動的に調整できる、NICT独自のビームダイバージェンス制御技術を実装。

さまざまなプラットフォームや運用シナリオに柔軟に対応できるよう、ST端末とFX端末の選択による柔軟な構成選択や、通信要件に応じた10Gbit/s型または100Gbit/s型のモデムの選択、さらに内部の調整機能によるリンク状況に応じた適応動作など、移動体環境でも安定した通信が行えるようにする設計を採用している。

次の段階としてNICTでは、2026年に衛星やHAPSによる現実的なリンクを模擬するため、小型光通信端末(ST端末、FX端末)を移動体に搭載するという新たな実験の準備を進めている。この実験では、通信を行う両端末が移動する状態での粗捕捉追尾と精追尾システムの性能を検証。非地上系6Gネットワークのための、ダイナミックな条件でのマルチテラビット光バックボーンの実現性を実証する計画だ。

同時に、2026年打ち上げ予定のキューブサット衛星ミッションにも取り組んでおり、ジンバルなしのFX端末(CubeSOTA)と10Gbit/s モデムを組み合わせて衛星に搭載し、実験検証することをめざしている。キューブサット衛星のフォームファクタ(規格)では、2Tbit/sモデムの電力と体積は収容できないが、NICTは将来の軌道上実証に向けてマルチテラビットモデムの小型化・耐環境性向上を進めており、今後10年以内に衛星、HAPS、地上局間でテラビット超えの光通信リンクの実現をめざして研究開発を進めていく。