NTTドコモ（以下、ドコモ）とスカパーJSATは3月10日、5Gの高度化（5G evolution）および6Gにおける上空からの通信エリア化の実現に向けて、2月15日～26 日の日程で、小型飛行機を活用して、市街地・山林・離島での電波伝搬測定の実証実験を行ったことを発表した。

実験の概要

　ドコモとスカパーJSATは、上空20kmの成層圏に通信装置を搭載した高高度無人機 HAPS（High Altitude Platform Station）を飛ばし、 広いエリアでの通信サービス提供をめざす取り組みを進めている。今回の実験は、その取り組みの一環だ。今後も実証実験を重ね、2023年度までに、成層圏で実証実験を行うことを予定している。同実験は、これまでの移動通信方式では1Gbpsを超えるような高速通信の提供が難しかったへき地、空、海上などへの通信エリアの拡大を目的としている。実験は、市街地（小田原）、山林（丹沢）、離島（伊豆大島）で実施した。小型飛行機を用い、上空約3km先の受信装置に向けて、5Gでの高速通信に適したミリ波（39GHz帯）、および比較のためミリ波よりも電波が飛びやすい低い周波数（2GHz帯）を利用した電波伝搬を測定した。市街地では建物などの障害物や反射波の影響、山林では地形や樹木の影響、離島では海上からの低い仰角や雲の影響などを測定した。その結果、「さまざまな環境による39GHz帯と2GHz帯の電波の飛びやすさ」や「飛行機の旋回が電波の飛びやすさへ与える影響」などが分かったという。

　また、同実験は総務省による電波資源拡大のための研究開発「HAPSを利用した無線通信システムに係る周波数有効利用技術に関する研究開発」における固定通信システムの研究開発の一環として実施したもの。2020年10月に、スカパーJSATを代表研究機関として、ドコモ、NICTおよびパナソニックが同研究開発の実施者として採択され、研究開発活動を開始している。同研究開発では 2023年度までに、以下の各課題解決をめざすとともに、成層圏での実証実験を行うことを予定している。

上空伝搬測定実験の詳細

　5G evolution および 6G における上空からの通信エリア化の実現に向けて、上空を旋回する小型飛行機への電波伝搬測定を行った。市街地（小田原）、山林（丹沢）、離島（伊豆大島）を電波の送信地点とし、半径1kmから2kmで旋回する小型飛行機を受信地点とした。送信地点から見た小型飛 行機（受信地点）への仰角は、高度 20kmで旋回するHAPSのユースケースと同等になるように決定した。周波数帯としては、5Gでの高速通信に適したミリ波（39GHz 帯）、および比較のためミリ波よりも電波が飛びやすい低い周波数（2GHz帯）を利用して測定を行った。また、測定は見通しの環境に加えて、各ユースケースにおける建物や樹木などの遮蔽物を挟み、受信電力の測定を行った。

　実験の結果、遮蔽物のない見通し環境の場合はほぼ机上計算と同じ受信電力が得られる一方で、 建物や樹木を挟んだ場合は39GHz 帯の受信電力の損失は比較的大きいことが分かった。また、降雨がない場合においては雲の影響は比較的小さいことが確認できた。このような遮蔽物の影響は、複数の地上局を切り替える技術（サイトダイバーシチ）などを用いて軽減することを検討していく。さらに、今回の実験では小型飛行機の位置や飛行姿勢によらず、同じ指向性パターンのアンテナを用いて送受信を行ったため、飛行機の旋回の影響でアンテナの角度が変化することにより、受信電力が大きく変化することも分かった。この実験結果により、将来のHAPS実用化に向けては、このような旋回による影響を抑えて一定の受信電力を保持する制御技術が重要であると確認できた。

実験場所
神奈川県小田原市 ドコモショップ小田原東店
神奈川県足柄上郡山北町 「ひだまりの里」オートキャンプ場
東京都大島町野増 伊豆大島 三原山 山頂口展望台

使用周波数帯
39.75GHz帯（無変調波）
2.2001GHz帯（無変調波）

研究開発の概要

目的
　HAPSを用いたミリ波帯（Q/V帯）の広帯域な周波数（38.0-39.5GHzを中心とした 36.0-42.5GHz 帯）を利用して、5G evolutionおよび 6Gの時代に期待される多様なユースケースや災害対策における基地局へのバックホール回線の需要に対して、タイムリーかつ高速・大容量な通信回線を提供できるHAPSシステムの開発をめざす。また、ミリ波帯を用いるHAPS通信の周波数利用効率を改善し、HAPSシステムの実用化に向けた要素技術を確立する。

研究開発内容
　同研究開発では、HAPS に搭載するミリ波帯の通信装置、および対向する地上局を開発し、HAPSの位置や飛行姿勢が変化した場合においても、他の地上システムからの電波による干渉を軽減させつつ電波 の送信方向を制御し、無線通信を成立させることをめざす。また、複数の地上局を切り替える技術（サイトダイバーシチ）などを用いて、降雨減衰の影響が大きいミリ波帯においても、従来の国内における静止衛星システムを利用した携帯電話のバックホール回線と同等の接続性を確保する。周波数利用効率については、静止衛星システムでは､3bit/symbol 前後であったスループットを1.1倍以上の3bit/symbol後半から4bit/symbol台に改善することを目標とする。

研究開発予定
　同研究開発は、2020年度に全体のシステム設計を行い、2021 年度は各要素技術の開発、2022 年度に各要素技術の単体試験、2023 年度に統合実証試験を行う予定だという。