ドコモとエアバス、成層圏のHAPSと地上でスマホ向け電波伝搬実験に成功　最大約140kmの長距離通信も

株式会社NTTドコモ(以下、ドコモ)とエアバスは、高度約20キロメートルの成層圏を飛ぶ高高度無人機(HAPS)「ゼファー(Zephyr) S」を用いて、成層圏から地上の受信アンテナへのUHF帯(450MHz および 2GHz 帯)の電波伝搬測定実験を2021年8月25日(水)から2021年9月13日(月)まで実施したことを発表した。

実証実験期間のうち、成層圏での滞空日数は18日間。HAPSから送信した電波の伝搬状況を測定・分析することにより、成層圏から地上にあるスマートフォンなどのデバイスへの通信サービスの提供の実現可能性を実証した。同実証実験で得られた結果をもとに、ドコモとエアバスは今後通信エリア化が難しい山間部や離島、海上などへの通信サービスの提供を可能にすることを目指す。なお、今回の伝搬試験は2021年11月16日から4日間一般公開(オンライン)する「NTT R&D FORUM Road to IOWN 2021」でも紹介予定。

成層圏からスマートフォンに通信サービスを提供可能に

5Gのさらなる高度化、および6Gに向けた取り組みとして、空・海などを含むあらゆる場所に通信網を拡大する「カバレッジ拡張」の検討が世界的に進められており、基地局設備などを搭載して成層圏を飛行する HAPS を用いてネットワークを構築する非地上ネットワーク(Non Terrestrial Network)技術が期待されている。成層圏を飛行するHAPSによるネットワーク構築は空・海へのカバレッジのほかにも、災害対策やイベント会場など人が密集する場所での通信容量確保、建設現場での重機の遠隔操作などに有効であると考えられている。

そこで、ドコモとエアバスはエアバスのHAPS「ゼファー(Zephyr) S」を飛行させ、スマートフォン向けの通信に利用されている2GHz帯の周波数を用いて、成層圏と地上間での電波の伝搬特性を測定した。成層圏を飛行するHAPSに搭載された無線機と地上のアンテナとの直接接続を行い、通信距離や気象条件などさまざまな条件下で、電波の減衰特性の分析を行った。加えて、低速ながら長距離の通信が可能となる低い周波数(450MHz)を使用した、約140kmに及ぶ長距離接続の伝搬測定にも成功した。

以上の試験内容により、UHF帯電波を用いるHAPSとスマートフォンの直接通信が最大約140kmの距離にわたり、十分な通信品質を実現可能であることを確認した。

さらに、今回の伝搬試験ではHAPSが最高到達高度76,100ft(約23.195km)を達成。これは国際航空連盟(FAI)公式の世界記録となる。18日に及ぶフライト実績も合わせ、成層圏の極低温な環境下でもHAPSによる持続的なネットワーク提供が可能であることを実証した。

実証実験についてのコメント

ドコモ 6G-IOWN 推進部長である中村 武宏氏は、今回の実証試験について次のようにコメントした。

エアバスのノースアジア地域代表およびエアバス・ジャパン株式会社代表取締役社長であるステファン・ジヌー氏は次のようにコメントした。

実証実験の詳細

今回の実証試験はアメリカのアリゾナ州ユマにて、2021年8月25日(水)〜2021年9月13日(月)の20日間実施した。成層圏を飛行するHAPSから地上のアンテナに向けてUHF帯の電波を送信し、HAPSと地上アンテナまでの距離や天候(晴天、曇り、雨)、さまざまなHAPSの飛行パターン、送信電波の帯域幅などの条件より、電波の受信状況にどのような影響が表れるかを評価した。

また、HAPSを介した通信では、ユースケースに応じて HAPS1台あたりに接続しているユーザー数が変化し、利用ユーザー数が多いほど1人あたりの帯域幅が狭くなり、享受できるスループットも低くなる。そこで今回の測定では、地上のユーザーがHAPSを介した通信で利用できるスループットを低・中・高の3段階に設定し、HAPSによる通信サービスの提供におけるさまざまなユースケースへの汎用性を検証した。加えて、低速ながら長距離の通信が可能となる低い周波数(450MHz)を使用した約140kmに及ぶ長距離接続の伝搬測定にも成功した。

以上の試験内容により、UHF帯電波を用いる HAPS とスマートフォンの直接通信が最大約140kmの距離にわたり、十分な通信品質を実現可能であることを確認した。


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