2014年03月04日09:03
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把电波封闭在中空管内的“电波软管”
日本东北大学电气通信研究所教授加藤修三的研究小组，开发出了“电波软管系统”：在金属包覆的树脂管（软管）两端设置毫米波无线设备，能在软管间以数Gbit/秒的速度通信。
一般而言，毫米波的距离衰减严重，所以收发器的使用以可视距离内为前提。并且，为了确保通信距离，需要采用多天线波束成形等技术。
而在加藤的研究小组开发的电波软管中，发送器发出的电波可被软管外侧的金属膜反复反射，最后到达接收器。因此，不需要多天线那样的结构，并且当发送器与接收器之间存在障碍物时，可以让软管弯曲避开障碍物继续传输毫米波信号。
在金属包覆软管的两端连接喇叭天线进行了实验（图：东北大学）
重量轻是一大魅力
作为电波软管的用途，首先会想到的用途是车载网络。现在，因每辆车的车载网络布线重达数十kg，所以对其轻量化有很高的期待。如果使用电波软管，就能去掉构建有线网络不可缺少的金属线，而变成中空结构，从而可使布线轻量化。
加藤的研究小组用外径与汽车采用的线束同为6.5mm（内径6.0mm）的软管进行了实验，证实了信号能以约3Gbit/秒的速度传输4m以上。加藤指出“4m的距离，足可从车辆中央附近的总控台向车辆前方和后方发送信号”。
耐弯折性和抗断性也很好
为了了解电波软管是否适用于车载网络，研究小组还通过实验确认了软管的耐弯折性、抗断性以及耐压缩性。
耐弯折性方面，已确认弯曲30度左右基本没有损失。弯曲90度时，在该处会有4dB左右的损失。不过，加藤表示“设在汽车内部时，90度弯曲最多有两次左右。这样也只损失约8dB。系统有大约30dB的接收余量，非常宽裕”。
实验证实：利用金属包覆的软管传输毫米波时，与未包覆的软管相比，传输损失减少（图：东北大学）
抗断性方面，软管被切断后，如果切断部分相距50mm，损失大约为16dB。而当破碎到中空部分彻底没有时，损失增加至18.8dB。
也就是说，在经过90度弯曲两次、完全断裂乃至破碎到软管无孔的状况下，损失最多也小于接收余量30dB。加藤介绍说：“有线网络的连线断了就无法使用，而电波软管对断线有一定的承受能力。可以说比有线的容错性要高”。
另外，研究小组还确认了在同一电波软管内使用不同频率进行多信道通信的情况。可以在A信道传输控制类信号，在B信道传输信息类信号等。
现在是将收发器配置在了软管两端，今后还将探讨将收发器配置在软管途中的情况。加藤表示：“我们在考虑一种类似将图钉尖端作为天线的工具，将其从电波软管的一侧插入来使用的方法”，这样可以实现车内的多个收发器都在电波软管内拥有天线，由这些天线收发不同信号的形态。
使用11ad就可降低成本
成本方面的课题也找到了解决途径。加藤表示毫米波无线设备可以利用60GHz频带的IEEE802.11ad芯片组，“估计2014年大型半导体厂商都将推出支持11ad的芯片组。若使用这种芯片组，就可以制造出成本与无线LAN收发器不相上下的收发器”。
电波软管为点对点（P2P）通信，因此不需要像无线LAN那样进行复杂控制以实现多终端通信。所以，加藤设想只使用11ad的物理层，而上层的控制协议则准备用适合P2P通信的简易控制协议。
研究小组今后将与汽车厂商和车载装置厂商等合作推进研究，以将其应用于车载网络。（日经技术在线！供稿）
