FTTA (Fiber-To-The-Antenna)

FTTA とは?

FTTA (Fiber-To-The-Antenna) はワイヤレスサイトアーキテクチャの 1 つです。従来の重い同軸ケーブルの大半に代えて、光ファイバーが鉄塔まで敷設されます。また、リモート無線装置 (RRH) などの重要コンポーネントは、鉄塔のベース位置ではなく先端に置かれます。

FTTA 構成では、鉄塔の底部付近に置かれているベースバンドユニット (BBU) ) は光ファイバーフィーダーを経由して、鉄塔のアンテナ近くにある RRH (Remote Radio Head) に接続されます。この RRH はデジタル信号をアナログに変換し、RRH からアンテナまでの短い区間は依然、従来の同軸ケーブルが使用されています。

FTTA の必要性

スマートフォンやタブレットの使用の急増により、移動通信用にますます大きな帯域幅が必要となっているにもかかわらず、移動通信インフラの需要の増大は過小評価されがちです。

「セルラー (移動通信)」という用語は、周波数ゾーン、すなわち、「セル」方式を利用することでアンテナの鉄塔から構成されるネットワークによってシームレスな通信を実現する画期的な方法に由来します。各セルは中央アンテナから電波の供給を受け、関連伝送レンジにより定義されます。利用できる帯域幅を大きくするには、セル、つまりはアンテナ数を増やす必要があります。

こうしたアンテナには、当然、鉄塔までケーブルを敷設して高周波数と電力を供給する必要があり、そうした接続に効率の良い光ファイバーを利用することはブロードバンドアンテナアーキテクチャのパラダイムシフトになっています。

FTTA: その長短と各種要素

FTTA へのシフトが消費者や通信事業者、技術者に等しく多大の恩恵をもたらしていることは明らかです。しかし、技術の大きな進歩のときがそうであるように、解決すべき複雑さや課題がいくつかあります。

FTTA (Fiber-To-The-Antenna) の利点

FTTA の最も明らかな利点はケーブルそのものの物理的な性質にあります。径が小さく、軽量であることにより、1 本の同軸ケーブルが占めるのと同じスペースに多数の光ファイバーケーブルを敷設できます。移動通信の鉄塔は当然、各種要素の制約を受けますが、光ファイバーケーブルは突風による被害を非常に受けにくいという物理的なサイズと特性を有しています。

Fiber-To-The-Antenna 技術のその他の利点は、アナログからデジタルへの移行に関係しています。同軸ケーブルの場合は、信号損失により、アンテナと基地局間の距離は 100m ほどに制限されていました。光ファイバーケーブルでは、最小損失で最大 20km まで延長できます。これにより、基地局の保護などのアーキテクチャ面の効率化ができます。

FTTA はまた、エネルギー消費量や信号のインテグリティも改善できます。もはや、同軸ケーブル延長時にあったときのようなノイズフロアに対処するための鉄塔アンプは必要ありません。 従来のベースユニットにあった空調によるパワーアンプの冷却は RRH の外気冷却に置き換わり、このため、システムの消費電力は大幅に削減されます。

FTTA (Fiber-To-The-Antenna) の欠点

FTTA に多数の大きな利点があることは明らかです。しかし、媒体の変更に関係する 2、3 の 欠点と光ファイバーにつきものの課題もあります。光ファイバーは繊細であり、取り扱いに注意が必要です。汚れや塵埃は光ファイバーの敵であり、各種要素に晒されているケーブルは特に脆弱です。一般に特製の光ファイバーは交換不可能であり、傷がついた光ファイバーは修理ではなく交換する必要があります。

フィールドでの終端は困難なことがあり、このため費用がかかる工場での終端になります。RRH に独立して電力を供給する必要があるため、事前に処理されたこうしたケーブルにはハイブリッド (ファイバーと電力) ケーブルが含まれていることがあります。事前処理のケーブルの敷設中に調整が必要になった場合は、計画の遅れにつながる可能性があります。

FTTA アーキテクチャでは、あらゆる RF 機能は RRH に置かれ、RF 情報は、CPRI (Common Public Radio Interface) を使用してデジタルドメインでファイバー送信されます。干渉解析などの RF のメンテナンスやトラブルシューティングでは、鉄塔の先端まで行って RRH にアクセスする必要があります。これは、運用経費と安全面で問題があることを意味します。

エンジニアのための FTTA ベストプラクティス

垂直方向の光ファイバー敷設には独特の課題があります。アンテナの鉄塔への同軸ケーブル敷設に経験を積んだエンジニアばかりでなく、地上での光ファイバー利用技術を修得しているエンジニアも、FTTA テストとメンテナンスの業界推奨ベストプラクティスを理解する必要があります。.

光ファイバーケーブルは同軸ケーブルよりずっと軽量ですが、垂直方向の敷設が推奨する長さを超える場合は光ファイバーの引張強度を超える可能性があります。

= (1/2 x 最大長期負荷) / ケーブル重量

こうした制約が守られているとしても、ケーブルは 1.0~1.5 メートル (3~5 フィート) 間隔で鉄塔に固定し、引張強度や曲げ応力をさらに増や可能性がある環境要員から保護する必要があります。鉄塔のクランプは、ケーブルを振動から守るのと同時に、クランプによって生じる機械的応力が発生しないよう優しくグリップできるものを選ぶ必要があります。保護を強化するための袖と覆いが付いていることが普通ですから、ハイブリッドケーブルを使用する場合は、従来の同軸ケーブル用ハンガーを使用できます。

曲げ径に関する控えめな経験則は最低でもケーブル径の5倍です。この限度を超えると、終端ポイントやその近くでも、ケーブルの光コアが損傷し、使い物にならなくなることがあります。このベストプラクティスは、ケーブルのたるみに対処するときには重要となる可能性があります。これは、何らかのブラケットまた筐体に巻き付けて安全に収納する必要が生じるためです。

光ファイバーは、そのデリケートな性質上、鉄塔先端での過酷で危険な環境での使用に不向きなことがあります。このことは、可能な限り、効率的で革新的な FTTA テストツールを使用する必要があることを意味します。例えば、RRH に接続する前に光ファイバーケーブルのフェルールはクリーニングする必要があります。この用途専用のクリーニングデバイスを使用することで、エンジニアは時間を節約し、必要な作業をする必要がなくなります。終端部分に素手で触れてはいけません。皮膚から出る油分によって、繊細なコンポーネントが簡単に汚れる可能性があります。

FTTA ネットワークのテストが重要である理由

帯域幅に対する需要が増大し続けています。FTTA 敷設先の最高の状態での連続運用がかってないほど一層重要性を増しています。敷設、アクティベーション、およびメンテナンス時のテストは不可欠です。これらフェーズの各段階で適切にテストを行うことによって、将来のトラブルシューティングやダウンタイムを最小にできます。

FTTA の敷設は危険で複雑な作業であることがあります。鉄塔に登って高所で作業することに伴う危険に加え、アンテナからの RF エネルギーに長時間身を置くことは危険です。

トラブルシューティングや修理、補正は、鉄塔に登ることを意味します。ネットワーク構築時および構築後に徹底した FTTA テストを実施することによって、危険な環境に身を置く時間を大幅に短縮できます。FTTA に特化したテストプロセスおよびツールに関する認証試験や研修は、エンジニアにはきわめて有益です。

FTTA ネットワークのテスト方法

FTTA 敷設を正しくテストするには、各要素を個々にテストしてから、システムまたはサブシステムとしてテストをやり直すことで、システムの重要個所がすべて最適動作していることを確認できます。敷設は、フェーズごとに行われることがあるため、テストプロセスを綿密に計画することが非常に重要です。

光ケーブルの性能に必要な基本要件は清潔さであり、清潔さの確認は点検によって達成できます。コネクターのフェルールは、光ファイバー用マイクロスコープでひっかき傷がないか点検する必要があります。同様に、ファイバーのコアゾーンとクラッドも拡大して点検し、清潔で傷がないことを確認する必要があります。ほこりあるいは汚れが見つかったら、使用可能と認められる状態になるまで接続面の洗浄と点検を繰り返します。

各接続部について、清潔であることが確認できたら、敷設を開始する前に各ケーブルの連続性と挿入損失をテストする必要があります。ビジュアルフォルトロケーター(VFL)は、ファイバーの連続性とインテグリティを確認するために優れたツールです。

ケーブルと同様、RRH と BBU もシステムをテストする前に個々にテストします。鉄塔にこの機器を設置する前に能動型機器のパワーレベルをチェックすることは賢明な慣行です。

Optical Time Domain Reflectometerは、敷設された光ファイバーケーブルの仮想「図」の作成に使用する計測器です。OTDR は、ファイバーのインテグリティやあらゆる接続部、ケーブルの長さ方向のスプライスに関する重要な情報を提供します。OTDR はケーブルのインテグリティ検証や FTTA ケーブルのトラブルシューティングに利用できるシングルエンドのツールであり、必要以上に鉄塔に登らなくてすみます。

かつて OTDR の主用途は長距離アプリケーションでしたが、現在は FTTA 関連のずっと短距離の診断に利用できます。またネットワーク構築時は、10~20mのローンチケーブルを使って、RRH と BBU それぞれの損失と反射率の測定にも利用できます。OTDR はまた、メンテナンス作業用の非常に貴重なツールにもなります。コネクターごとの総損失と総反射率がずっと安定していて許容範囲内であるかを確認できます。

FTTA の移動通信基地局では、同軸とファイバーケーブルが両方使用されています。同軸ケーブルは RRH とアンテナ間の短距離ジャンパーとしての利用にまで減っていますが、包括的な移動通信基地局の検証には、依然、リターンロスや電圧定在波比 (VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)、障害までの距離、RF 伝送パワーテストが必要です。ファイバーを使用したフィーダーの場合は、光伝送パワーやファイバー点検テストなどの光およびファイバーメトリックスが重要です。こうしたテストに加え、サービス品質 (QoS) を確保するには、RF 特性や干渉解析、変調品質などの信号のインテグリティに関係する適合性テストも必要です。

今や RF 情報はすべて RRH と BBU 間のファイバー上を伝送されるようになっているため、RF over CPRI (RFoCPRI) 技術に対応しているテストソリューションは CPRI に対する RF コンポーネントのマッピングを解除できます。 RFoCPRIRFoCPRI 技術は CPRI 制御信号を検証し、BBU と RRH 間を送信されるユーザープレーントラフィック、すなわち RF(IQ)データを抽出します。これにより、モバイル機器(アップリンク)上の干渉信号ばかりでなく、無線信号(ダウンリンク)の監視と解析も可能になっています。

RFoCPRI にはユーザープレーンデータをマッピング解除して解析する機能があり、このため、BBU でのファイバーカップリングにより地上レベルで RF メンテナンスとトラブルシューティング作業を行うことができます。これには以下の重要なメリットがあります。

  • 基地局の鉄塔を登ることが不要になることによる安全性の向上
  • 必要とされるテスト機器の削減
  • メンテナンス時間の大幅な短縮と運用経費の大幅な削減

FTTA (Fiber-To-The-Antenna) の将来

消費者の需要と技術の進化は衰えを知らず、広帯域インフラに対する挑戦が続いて、より大きな技術革新が必要になると考えられます。全同軸や小型基地局技術、鉄塔建設の必要をなくすための能動型アンテナと RRH の統合などの漸進的な技術改良が続いているため、FTTA の将来にはもう少しサプライズがあると考えて間違いありません。

4G の 100 倍の接続速度の5G ワイヤレスの登場により、小型の移動通信基地局/DAS がさらに必要になるばかりでなく、従来式のアンテナ鉄塔の帯域幅改良も必要になるでしょう。光ファイバーは、たえず進化し続けるこのネットワークの死活線であり続けるでしょう。なぜなら、ラフィックの激増で必要となったそれら小規模移動通信基地局のバックホールに対応できるのは、光ファイバーをおいて他にないためです。

FTTA (Fiber-To-The-Antenna) は、広帯域アーキテクチャにおけるきわめて大きな進歩であり、飽くことのない需要に対応し続けることを可能にする技術です。光ファイバーの敷設テストにおけるベストプラクティスを一貫して採用することで、私たちの「移動通信」社会で増大する要求に対応し続けることができます。

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