空から届ける通信サービスの実用化へ一歩前進。係留気球基地局による実証実験に成功

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空に浮かぶこの物体、何か分かりますか? 実はこれ、携帯電話の基地局を搭載した係留気球なんです。
現在ソフトバンクでは、成層圏通信プラットフォーム「HAPS」の実用化に向けて、上空から安定した通信を届けるための技術開発に取り組んでいます。5月にこの係留気球を使って行われた「フットプリント固定技術」の実証実験もその一つ。なぜHAPSに「フットプリント固定技術」が必要なのか、今回の実験についてソフトバンクの技術担当者に解説してもらいました。

話を聞いた人

星野兼次(ほしの・けんじ)

ソフトバンク株式会社テクノロジーユニット基盤技術研究室無線技術研究開発部無線伝送研究開発課
星野兼次(ほしの・けんじ)
フットプリント固定対応アンテナの設計、ペイロード装置開発、ペイロード試験を担当

西巻卓哉(にしまき・たくや)

ソフトバンク株式会社テクノロジーユニット基盤技術研究室無線技術研究開発部無線制御研究開発課
西巻卓哉(にしまき・たくや)
高高度係留気球(ST-Flex)の調達、実証実験の環境構築や整備、実証実験の進行管理を担当

基地局が大空を移動し続けることで通信エリアが切り替わる? 上空からの安定した通信を実現する「フットプリント固定技術」

普段皆さんは、電車や車に乗っている時でも携帯電話は使えますよね。
これは、移動に合わせて距離が遠くなり電波が弱くなった基地局から、より強い電波を受信できる基地局へ自動的に接続先を切り替える「ハンドオーバー」という仕組みによるものです。

HAPSでは、受信側ではなくHAPS自身が上空を移動し続けることで、このハンドオーバーが発生します。HAPSは、上空で旋回しながら通信ネットワークを届けます。しかし、その動きに伴い電波の向きが変わることで地上の通信エリア(フットプリント)も移動し、端末が接続するセルが切り替わったり(ハンドオーバー)、受信レベルが大きく変動したりして、通信品質が不安定になるという課題がありました。

基地局が大空を移動し続けることで通信エリアが切り替わる? 上空からの安定した通信を実現する「フットプリント固定技術」

この問題を解消するためには、HAPSが移動しても電波の向きを一定方向に保ち地上の通信エリアが切り替わるのを防ぐ「フットプリントの固定」が必要になります。
そこで「フットプリント固定技術」を実現するため、ソフトバンクとHAPSモバイルが世界に先駆けて開発してきたのがシリンダー型のアンテナ。円筒形のアンテナに複数のアンテナ素子を配置した特長的な形状になっています。

基地局が大空を移動し続けることで通信エリアが切り替わる? 上空からの安定した通信を実現する「フットプリント固定技術」

アンテナ素子一つ一つを個別に制御することで、任意の方向にビーム(セル)を向けることができるようになっています。機体の旋回に合わせて常に同じ地上の特定のエリアに対してビームを発信することで、通信エリア(フットプリント)を固定することが可能となりました。

シリンダアンテナ

このように、フットプリント固定技術は上空から安定的に通信サービスを提供する上で必要不可欠な技術です。

今回の実証実験では、HAPSと同様に、回転したり揺れたりする係留気球にこのシリンダーアンテナを搭載し、通信状態を検証しました。

広範囲にわたり安定した電波レベルを確認。フットプリント固定の検証に成功

実験は、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」向けに開発中の通信機器を、ソフトバンクグループ株式会社が出資する米国Altaeros Energies, Inc.(アルタエロスエナジーズ、以下「Altaeros」)の高高度係留気球「ST-Flex」に搭載し、上空約249mからの通信実験に挑むというもの。2022年5月、北海道の大樹町多目的航空公園で行われました。

Altaeros 高高度係留気球「ST-Flex」

Altaerosの高高度係留気球「ST-Flex」