6Gの電波は成層圏から? 「飛ぶ基地局」実現へ通信各社が注目の乗りものとは

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NTTドコモやソフトバンク、ノキアといった通信大手が、高高度滞空型無人航空機への関心を高めている。通信衛星の軌道よりも低い成層圏に、長期間滞空できるというその特徴から、通信衛星の代替としての役割が期待されているものだ。

軍事目的で生まれ「疑似衛星」として注目

NTTドコモとノキア、エアバスD&Sが5G/6G通信への活用の共同研究を行なうHAPS「ゼファー」(画像:エアバス・ディフェンス・アンド・スペース)。
NTTドコモとノキア、エアバスD&Sが5G/6G通信への活用の共同研究を行なうHAPS「ゼファー」(画像:エアバス・ディフェンス・アンド・スペース)。

 通信各社が、ある「空の乗りもの」に注目している。2021年2月1日、エアバスの防衛航空宇宙部門エアバス・ディフェンス・アンド・スペース(以下エアバスD&S)とNTTドコモ、フィンランドの通信大手企業のノキアの3社が、エアバスD&Sの高高度滞空型無人航空機「ゼファー」の、5G/6G携帯電話通信に活用するための技術研究を共同で行っていくことに合意した。

 高高度滞空型無人航空機(HALE:High Attitude Long Endurance)とは、高度1万m以上を飛行し、24時間以上滞空できる無人航空機のことを指す。高高度滞空型無人航空機の代表格で、自衛隊も導入するノースロップ・グラマンの「グローバルホーク」は、旅客機などに使用されているターボファン・エンジンを動力としているが、ゼファーは細長い主翼一面に敷き詰められた、太陽熱によって発電されるリチウムイオン電池と充電式バッテリーでプロペラを駆動して飛行する。

 ジェット機であるグローバルホークが1t以上(1360kg)の監視装置などを搭載できるのに対し、ゼファーは5kgまでしか機器を搭載できないが、連続滞空時間はグローバルホーク(36時間)を大幅に上回る26日間に達しており、バッテリーを併用すれば数か月間の滞空が可能とされている。通信各社は、この滞空性能に注目しているのだ。

 ゼファーはイギリスに本社を置く防衛技術研究開発のQinetiQが2003(平成15)年に開発した無人航空機で、用途は偵察衛星を補完する偵察と、軍事通信の中継を想定していたが、買い手がつかなかったことからエアバスD&Sに売却された。

 エアバスD&Sは軍事目的だけでなく、通信衛星や観測衛星を補完する高高度擬似衛星(HAPS:High Attitude Pseudo Satellite)としてのゼファーの活用を民間に提案しており、今回のNTTドコモ、ノキアとの共同研究の合意は、その提案が実を結んだものと言える。

HAPSで実現する「成層圏の基地局」

地上テストを行う「ゼファー」( 画像:エアバス・ディフェンス・アンド・スペース)。
地上テストを行う「ゼファー」( 画像:エアバス・ディフェンス・アンド・スペース)。

 HAPSは人工衛星に比べれば高度の低い成層圏を飛行するため、通信中継に用いた時のカバー範囲は通信衛星に比べれば狭い。その反面、電波の伝送距離が通信衛星に比べて短いため、通信の遅延時間も短く、動画の円滑な配信なども可能になる。

 通信衛星が大規模な発射施設からロケットによって打ち上げられるのに対し、HAPSは飛行場の滑走路から離陸が可能なため、運用開始までに要するコストは小さい。また、携帯端末がLTEで使用している2.1GHz帯の使用が国際的に認められているため、通信衛星を使用する携帯電話サービスとは異なり、既存の携帯端末が使用できる。このため近年では、通信衛星の代替手段としてのHAPSに注目が集まっており、各国の研究機関や企業が実用化に向けた取り組みを進めている。

 エアバスD&SとNTTドコモ、ノキアの共同研究がどのような形で事業化されるのかは、現時点では不明だが、この分野は実は、NTTドコモのライバルであるソフトバンクが先行している。同社は2017年12月に、HAPSを使用して通信ネットワークを提供する新会社のHAPSモバイルを、アメリカの無人航空機メーカーのエアロヴェイロンメントと合弁で設立した。

 HAPSモバイルが開発を進めているHAPS「サングライダー」(旧称「HAWK30」)はゼファーと同様、太陽電池とバッテリーを併用して飛行する高高度滞空型無人航空機で、1回あたり最長6か月の飛行が可能とされている。サングライダーは2020年9月に行われた5回目の飛行試験で成層圏に到達し、同時に搭載する成層圏対応型無線機を使用するインターネット通信試験にも成功している。

6GのインフラになるかHAPS そもそも6Gって…?

ソフトバンクが開発に携わったHAPS「サングライダー」。当初は「HAWK30」という名だった(画像:ソフトバンク)。
ソフトバンクが開発に携わったHAPS「サングライダー」。当初は「HAWK30」という名だった(画像:ソフトバンク)。

 サングライダーは40機程度で日本全土をカバーできる能力を備えているが、太陽電池から所要の電力を得るためには、赤道から緯度プラスマイナス30度のエリアを飛行する必要があり、日本では日照時間の長い8月の1か月前後のみしか飛行できないという制約がある。このためHAPSモバイルはまず、携帯電話のインフラの整備が進んでいない赤道付近でサービスを開始して、より発電能力の高い次世代HAPSを開発し、サービスエリアを拡大していく方針を示している。

 ソフトバンクは現在、大規模災害時に地上の携帯電話の基地局が損害を受けた際には、中継装置を搭載した気球を使用する「係留無線中継システム」を使用して、ソフトバンクとY!モバイルの通話やデータ通信を可能にしている。

 この係留無線中継システムは4~5人の要員で設置できるが、天候の影響を受けやすいという問題がある。成層圏を飛行するHAPSは気象の影響を受けにくく、ソフトバンクは当初、係留無線中継システムに代わる大規模災害時の携帯電話通信中継手段と、前述したインフラの整備が進んでいない地域での携帯電話事業の展開をHAPSの主用途と位置づけていた。

 そしていまは、HAPSモバイル、さらにはNTTドコモも6G移動通信システムへの活用を視野に入れている。

 6G移動通信システムは今後普及が進むであろう5G移動通信システムの持つ高速大容量通信と低遅延通信、多数同時接続通信という3つの特性をさらに深化させるとともに、これまでの移動通信システムではカバーできなかった空や海、宇宙空間などもカバーする「超カバレッジ拡張」と呼ばれる能力の獲得が期待されている。

 6G移動通信システムの超カバレッジ拡張には通信衛星の活用も検討されているが、前述したようにHAPSには既存の携帯端末がそのまま利用できるという特性があることから、この分野でもHAPSへの注目度が高まっているのだ。

 日本の携帯通信業界では、政府主導による通信料の引き下げ競争が注目されているが、既に次世代の携帯通信での競争が始まっており、HAPSはその競争で勝ち抜くための鍵になると言えるだろう。