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離島や山間部でスマホ使える成層圏通信 専用機器不要

日経ビジネス電子版
宇宙の少し手前、成層圏と呼ぶ空間に通信基地局を飛ばすHAPS(高高度疑似衛星)技術の開発が進んでいる。離島や山間部などで、専用機器を使わずに現在のスマートフォンで会話やデータのやり取りができる。ソフトバンクやNTTが世界で存在感を示す。ネットが使えない人口は30億人ともいわれ、実用化に期待がかかる。

5月、北海道大樹町。ソフトバンクの気球がゆらゆらと浮かび上がった。同社は成層圏に飛ばすHAPSからの通信サービスを2027年から提供する計画で、実験はその一環で実施した。

地上20キロメートルに基地局を飛ばす

地上から100キロメートルを超えたらその先を宇宙と呼ぶ。HAPSのフィールドはそれより下、地上から約20キロメートルほどの高さの領域だ。アンテナを載せた航空機や気球を基地局とし、地上と電波をやり取りする。地上に基地局を張り巡らせる通常の通信ネットワークとは、空を使う点で大きな違いがある。関心を集め始めている「宇宙通信」の一つと位置づけられる。

宇宙通信としては、米スペースXが構築を進めている通信衛星網(コンステレーション)の「スターリンク」が知られている。これは地表から550キロメートルの周回軌道をぐるぐる回る低軌道衛星だ。

もっと高い場所から、電波を地上に飛ばして通信する静止衛星もある。テレビ番組などを流す衛星通信サービスに利用されている。

離島や山間部をはじめ、通信ができない場所は世界中にまだまだある。静止衛星や低軌道衛星、HAPSは例えばそうした地域をカバーすることに意義を持つ。

HAPSが低軌道衛星や静止衛星と違うのは、後者の2つの場合、専用の受信端末が必要だが、HAPSはスマホさえ持っていれば通信できるということだ。例えば災害時や遭難したときに、端末がなくて話せないということがない。

成層圏は地上から近いため、通信の遅れはコンステレーションの10分の1から数十分の1で、地上の通信網と同程度になる。

ソフトバンクはいち早くHAPSの開発に取り組んできた。グローバル通信事業統括部の木村潔統括部長は「東日本大震災で地上設備が壊滅し、衛星の重要性を痛感した」と話す。通信規格「LTE」や「5G」の通信ができるサービスを目指し、17年にHAPSモバイル(東京・港)を設立した。

同社は無人航空機を飛ばす構想を持つ。機体は幅78メートルで、時速110キロで巡行。滞空期間は数カ月と想定する。リチウムイオン電池で動き、成層圏を旋回して直径200キロの広域でサービスを提供する。

基地局として肝となるのが、航空機に搭載される円筒形のシリンダーアンテナだ。円筒形にすることで、広く高さのある通信エリアの確保が可能になるという。

航空機の機首が旋回したときに、アンテナ素子を逆回転させることで常に一定の方向に通信エリアを固定させる。ジャイロセンサーや位置情報に基づいて数十ミリ秒ごとにそれぞれの素子を制御し、3次元的に通信エリアをコントロールする。「デジタルビームフォーミング制御」と呼ぶ機能だ。

自動でビームの当て先判断

サービスを提供する直径200キロのエリアでは、人口密集地もそうでない場所も出てくる。方向制御の技術により、自動的に人口密度や通信量が多いエリアにビームを集中させ、ネットワーク効率を高める。基盤技術研究室の長手厚史室長は「災害やイベントなどでエリア内のユーザー分布が変化したときに、必要なところにビームを集中させられる」と説明する。

場所によっては、地上の通信網よりもコスト面で競争優位に立てると考えられている。

20年に米国で基本の飛行試験を実施し、22年4月にはオーストラリア企業と同国でHAPSの事業化を模索する合弁会社を立ち上げている。まずは海外のうち、赤道に近くて日照時間を確保でき、風の影響が少ない地域での商用サービス化を検討している。

一方、まず国内での商用化を目指すのがNTTだ。スカパーJSATと折半出資の企業を180億円で設立、25年度をめどにサービスを始める。

NTTは5G、さらに次世代通信規格「6G」といった通信の世代交代に伴って、空や海、宇宙を含むあらゆる場所で通信を使えるようにする構想を練っている。ドローンや空飛ぶ車、船舶、宇宙ステーションなどこれまでの通信ではカバーできなかったエリアへ範囲を広げる。その一翼をHAPSが担う。

研究企画部門の堀茂弘担当部長は、先行して「緯度の低い地域」で実用化させると話す。しっかりした日光があるか、風は強すぎないかといったことが条件となる。

年間を通して飛ばしやすいのは南西諸島や小笠原諸島で、九州や四国、東名阪も視野に入っている。産業や国防の用途も含めターゲットを検討中だ。

21年11月、NTTドコモが欧州エアバスのHAPS向けの機体「ゼファーS」を使い、18日間の飛行と通信の実証試験によって実現可能性を確認した。

23年度までに38.0~39.5ギガヘルツの周波数を使い、雨が降った場合の電波の減衰量を確認したり5G網を活用したりとHAPSシステムの構築を目的とした実証実験を行う。24年度までには地上の基地局から送信した信号をそのまま折り返す「ベントパイプ方式」と呼ぶ通信衛星技術や光通信技術を使って、HAPS同士やHAPSと衛星、航空機、船などをつなぐ統合的な実験を予定している。

「25年の大阪・関西万博でHAPSを飛ばすなど、何らかの形でお披露目したい」とドコモ6G-IOWN推進部の岸山祥久担当課長は話す。国内で展開した後、東南アジアなどでニーズを探る。

技術標準化の行方焦点

技術開発が進む一方で、普及に向けてこれから焦点になることの一つが制度の整備だ。4年に1度の世界無線通信会議が23年に開かれ、HAPSの商用化に向けた標準化が検討される見通しだ。

ソフトバンクはこうした動きにも世界でいち早く対応してきた。上空を飛ぶHAPSの電波が、隣国や異なる無線通信システムと干渉するのを避けるため、森林や建物内などでどの程度電波が減衰するかといった推定モデルを開発・提案し、国連の通信部門の文書に掲載された。

HAPSを携帯電話基地局として利用する場合、2ギガヘルツ帯の周波数の使用が国際的に認められているが、その他の周波数帯は認められていない。米国やロシア、欧州各国や中国など世界の国々が23年に周波数帯を追加する議論をするためには「推定モデルの積み上げが重要」と、同社新技術研究開発部の表英毅部長は考えている。

傘下のHAPSモバイルは、業界を超えた協業の体制づくりや安全性の確保、関連制度の確立を目指して「HAPSアライアンス」を創設した。エアバスやフィンランドのノキア、米インテルサット、ドコモなど50社あまりが参画している。世界では独ドイツテレコムなどもHAPSに取り組んでいる。

国内でも電波法や航空法の整備が求められる。全く新たな通信市場で日本勢が活躍していくためには、技術と制度整備の両輪で世界をリードすることが欠かせない。

(日経ビジネス 西岡杏)

[日経ビジネス 2022年7月25日号の記事を再構成]

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