お知らせ

Notice
2021年9月2日
ソフトバンク株式会社
HAPSモバイル株式会社

成層圏通信プラットフォーム(HAPS)の商用化に向け
て安定した通信エリアとネットワーク構築への取り組みについて
HAPSの研究成果が評価され、一般社団法人電子情報通信学会から奨励賞を受賞

ソフトバンク株式会社(以下「ソフトバンク」)および子会社であるHAPSモバイル株式会社(以下「HAPSモバイル」)は、成層圏から通信ネットワークを提供するプラットフォーム「HAPS(High Altitude Platform Station)」による安定した通信エリアと品質の高い通信ネットワークの実現に向けてさまざまな研究開発を進めています。このたび、その研究開発の一環として「シリンダーアンテナ」や「回転コネクター」などHAPSに関する最先端技術の取り組みについてお知らせします。

研究開発の概要

1. シリンダーアンテナを利用したデジタルビームフォーミングによる通信エリア(フットプリント)固定

HAPSモバイルが開発を進めるHAPS向け無人航空機「Sunglider(サングライダー)」は、成層圏で旋回飛行しながら地上に向けて通信サービスを提供しますが、機体の旋回により地上に形成される通信エリア(フットプリント)が移動し固定できないという課題があります。この課題に対して、シリンダー形状の多素子フェーズドアレイアンテナ「シリンダーアンテナ」を利用したフットプリント固定技術の研究開発を進めています。この技術は、デジタルビームフォーミング技術※1により、機体の旋回に合わせて電波の向きを変えることでフットプリントを固定させるものです。シリンダーアンテナは、円周方向および鉛直方向にアンテナ素子が配置されており、これらの素子を個々に制御することで、任意の方向に対して3次元的なビーム制御を行うことが可能です。また、無人航空機の機体の向きが変わるだけではなく、機首の上げ下げ、旋回時の主翼の傾き、上昇や下降など、あらゆる機体の動作に対応できます。これにより成層圏からの通信エリアの固定化が可能になります。

シリンダーアンテナ

シリンダーアンテナ

2. シリンダーアンテナを利用した通信エリアの自動最適化

HAPS用無人航空機1機で最大200kmの広域のエリアをカバーします。そのため、人口密集地や人が少ない山間部など、さまざまなエリアの通信ニーズが想定されます。シリンダーアンテナを利用してデジタルビームフォーミング技術による任意のビーム形状および方向制御技術を活用すると、人口密度や通信トラフィックが高いエリアにビームを集中させることができ、端末それぞれの通信速度を向上させ、ネットワークの効率を高めるといった通信エリアの自動最適化が可能になります。例えば、災害やイベントなどにより通信エリア内のユーザー分布が変化した際は、必要な場所に応じて通信エリアにビームを集中させることができます。この技術の研究成果が評価されて、2021年3月に一般社団法人電子情報通信学会から「学術奨励賞」※2を受賞しました。

シリンダーアンテナを利用した通信エリアの自動最適化

シリンダーアンテナを利用した通信エリアの自動最適化

3. シリンダーアンテナを利用したMassive MIMOによる通信の大容量化

HAPSの商用化に向けては、通信エリアの拡大と併せて、通信の大容量化が求められます。そこでシリンダーアンテナによるデジタルビームフォーミング技術を拡張して、5G(第5世代移動通信システム)で使用されるMassive MIMO※3を適用することで、さらなる通信容量の拡大に向けて研究開発を進めています。シリンダーアンテナは、Massive MIMOで一般的に利用される平面アンテナよりも広域のエリアをカバーできると同時に、均一な通信品質と大容量化を実現可能にします。この研究成果は、2021年5月に一般社団法人電子情報通信学会から「奨励賞」※4を受賞しました。

シリンダーアンテナを利用したMassive MIMO

シリンダーアンテナを利用したMassive MIMO

4. 回転コネクターによる通信エリアの位置安定化

成層圏から地上に安定した通信を提供するには、通信エリアの位置を固定させることが重要です。無人航空機は成層圏で旋回するため、機体の旋回とともにアンテナの向きも移動します。それにより、固定した通信エリアの確保ができず、安定した通信を提供することが難しくなる「ムービングセル問題」が起こります。この問題を解決するために、もう一つのフットプリント固定技術として回転コネクターを開発しました。回転コネクターは、機体の通信機器(ペイロード)内にある無線機と通信アンテナの間に配置されて、それらをつなぐケーブルの接点が無限に回転することで、機体が旋回しても通信アンテナの向きを固定できる装置です。この装置を活用することで、ケーブルのねじれを解消することができるとともに、複数の無線機とそれぞれ対になる複数のアンテナを搭載する場合にも通信アンテナの向きを固定することが可能です。通信アンテナの向きを固定することで、ムービングセル問題を解決して、安定した通信サービスを提供することが可能になります。

回転コネクター

回転コネクター

ソフトバンクとHAPSモバイルは、HAPSの商用化に向けて、通信エリアやネットワークの品質を向上するだけではなく、成層圏環境におけるSungliderの耐性の強化や長時間の飛行、通信機器(ペイロード)の軽量化など多角的な観点での研究開発を進めています。その一環として、ソフトバンクは、2021年6月に「ソフトバンク次世代電池Lab.」を設立し、質量エネルギー密度が高く軽量で安全な次世代電池の研究開発を進め、HAPSへの導入も見据えています。

グローバルレベルでの取り組みについては、ソフトバンクとHAPSモバイルは、通信業界、テクノロジー業界、航空業界、宇宙・航空業界など世界のさまざまな企業や組織、教育機関が加盟する業界団体「HAPSアライアンス」の設立メンバーとして、HAPSへの理解や利用促進に向けて、各国の規制当局に対する働きかけや、HAPSのエコシステムの構築、HAPS技術の標準化の推進などを行っています。

HAPSモバイルは、独自開発した無人航空機を成層圏で長時間飛行させて、成層圏からのLTE通信によるビデオ通話にも成功した実績を持ち、HAPSに関する最先端の技術と知見を保有しています。今後、ソフトバンクが提供する宇宙空間と成層圏から通信ネットワークを提供する非地上系ネットワークソリューションとの連携を通じて、グローバル通信ネットワークサービスを構築し、HAPSの商用化を目指していきます。

[注]
  • ※1
    デジタル制御により送信信号の振幅や位相を制御することで電波を特定の方向に集中させて送信する技術です。
  • ※2
    一般社団法人電子情報通信学会が主催する総合大会およびソサイエティ大会において、優れた研究成果を発表した32歳以下の若手研究者に授与される賞です。
  • ※3
    多数のアンテナ素子を用いることでアンテナの利得を向上するとともに、高度な空間分割多重伝送を実現する技術です。
  • ※4
    一般社団法人電子情報通信学会が主催する無線通信システム研究会において、優れた研究成果を発表した35歳以下の若手研究者に授与される賞です。
  • SoftBankおよびソフトバンクの名称、ロゴは、日本国およびその他の国におけるソフトバンクグループ株式会社の登録商標または商標です。
  • HAPSモバイルおよびSungliderの名称は、HAPSモバイル株式会社の登録商標または商標です。
  • その他、このお知らせに記載されている会社名および製品・サービス名は、各社の登録商標または商標です。
  • お知らせに掲載されている内容、サービス/製品の価格、仕様、お問い合わせ先、その他の情報は、発表時点の情報です。その後予告なしに変更となる場合があります。また、お知らせにおける計画、目標などはさまざまなリスクおよび不確実な事実により、実際の結果が予測と異なる場合もあります。あらかじめご了承ください。