地域課題解決型ローカル５Ｇ等の実現に向けた開発実証に係る工場分野におけるローカル５Ｇ等の技術的条件等に関する調査検討の請負（MR技術を活用した遠隔作業支援の実現）
報告書
概要版
2021年3月
トヨタ自動車株式会社（ローカル５G×MR実証実験コンソーシアム）

実証概要

2

地域課題の解決
MRシステムの活用を推進し、地域製造業が抱える課題の解決に資する。

地域製造業においては、人手不足解消（生産効率化・省人化）及び多様なニーズ（多品種少量生産）へ対応することの競争力強化が求められている。地域製造業の課題を以下に示す。

①

ものづくりの現場においては、熟練技工者等のスキルを活用する等、属人的な力に頼っていた現状がある。現在、技工者の高齢化や後進育成がなかなか進まない状況により、後継者不在問題や人手不足が深刻化している。

②

一般に、平日日中帯等の工場稼働中には、現場の改善活動を行うことはできない。そのため、稼働していない休日に出勤して対応する等、生産現場における制約により、工場における働き方改革が進んでいない。

③

消費者ニーズの多様化により、異分野を複合した商品開発や、多品種少量生産に対応していく必要があり、ICTを活用し生産準備工程や開発工程を効率化する必要に迫られている。

④

新型コロナウイルスの流行に伴い、製造工場等への出張に制限が発生し、関係者が集合した形式で各種検討・実作業を進めることが困難となった。そのため、検討・実作業の品質が低下し、業務のやり直しが増加している。

このような状況を踏まえ、トヨタ自動車株式会社（以下、当社という）は、製造現場におけるICT、特にMRシステムの利活用を推進し、工場現場における業務の改善活動を行っている。
3

当社におけるMRシステムの活用
工場現場でのMRシステム活用における問題を解決するために、ローカル５Gと組み合わせた実証を行う。
MRシステムを工場現場で活用することで、安全な作業の確立以外に、従来、設備等の現物を製作した後にしか評価確認できなかった作業性・視認性、保全性等の検証を、作業者自らが現物製作前の早いタイミングで実施できるようになった（いつでも、どこでも、だれでも、短時間で） 。これにより、設計や製作のやり直しの抑止とともに、作業期間・工数・コスト等の削減を図ることができていている。
一方で、MRシステムの工場現場における活用を推進するために、依然として以下の問題を認識している。

工場現場におけるMRシステムの活用

工場活用時の問題

問題解決のための検討項目

HMD装着者の安全確保のために、HMDとサーバを接続する光ファイ
バーケーブルを複数人で取り回す必要がある。

MRシステムの無線化

HMDの光ファイバーケーブル長に限界があり、移動可能範囲や検証可
能範囲が制限されている。
MRシステムを都度移設して利用しなければならず、準備・撤収に時間がかかる。

工場現場には高精細・大容量の映像データをやり取りするための十分な無線ネットワーク環境（範囲とスピード）が整備されていない。

MRシステム導入及び活用に係る運用プロセスの見直し

工場で高精細・大容量の映像データを遅延なくやり取りするネットワークの検討

当社では、これらの問題を総合的に解決するため、MRシステムと超高速・超低遅延・多数同時接続という特徴を持つローカル
５Ｇを組み合わせた実証が必要になると考えている。
4

本調査検討の実施内容
本調査検討では、工場現場へ課題解決システムを導入するにあたっての技術課題の解決に資するための検討と、課題解決システムを導入した際の気づき及び直面した問題を踏まえた課題の抽出、今後のローカル５Gの在り方を見据えた検討を行う。
前頁までの内容を踏まえ、本実証において検討すべき課題を以下に示す。

工場現場へのMRシステム及びローカル５Ｇ導入を実現するための技術課題

 ローカル５Ｇを用いてMRシステムとHMD間における高精細・大容量の映像データ及びMR合成映像デー
タをネットワーク上でやり取りする仕組みの構築。
 上記を遅延なくやり取りするための映像圧縮・伸長技術等の実現。
 HMD装着者の移動範囲並びに検証可能範囲を拡大するための、HMD装着者が単独で作業可能なハードウェア構成等の実現。
 屋内・工場現場においてMRシステムを活用するに当たり求められる、ローカル５Ｇの電波伝搬特性や性能の実現。
また課題解決システムを実際に工場内に構築した際の気づき及び直面した問題を踏まえた課題の抽出や、今後のローカ
ル５Gの在り方を見据え、以下の観点でも検討を実施する。

課題解決システム（ローカル５Ｇ＋MRシステム）を構築した際の制度面・運用面の検討

 課題解決システムの工場現場導入に必要となる、制度や運用プロセスの課題解決に関する検討。
 今後のMRシステム及びローカル５Ｇ普及展開に関する検討。
5

ユースケース
実証にあたり、ユースケース候補の中から、「生産設備（初号機）製作途中の不具合確認」、「生産設備製作時の配線作業遠隔支援」という2つのユースケースを選定した。
製造業が抱える地域課題の解決に資することを目指し、本実証においては、複数のMRシステムユースケース候補の中から2つのユースケースを選定し、実証にあたった。
ユースケース１

ユースケース２

名称

生産設備（初号機）製作途中の不具合確認

生産設備製作時の配線作業遠隔支援

説明

製作設備横にMRシステムで設備を再現し、作業者自らが現実と比較しながら確認する。

製作設備の組立作業時にMRシステムで組付部品を再現し、他者が作業姿勢・配線方法等を遠隔から指導する。

期待効果

ローカル５Gで無線化されたMRシステムを用いることで、従来よりも現場作
業者の移動範囲や動作自由度が広がり、実際の設備製作前に、不具合確
認作業の効率化や安全性の向上とともに実機製作後のやり直し削減が期待できる。

ローカル５Gで無線化されたMRシステムを用いることで、熟練技術者が遠隔から、現場作業者に作業姿勢・組立方法等を指導可能となり、工場現場に足を運ぶ手間や時間、移動費用の削減が期待できる。

イメージ

作業性の確認（作業姿勢指示）

設備の結合部
カバーに隙

該当する
地域課題

① 工場における後継者不在問題・人手不足の解消② 工場現場における働き方改革（現場の改善活動）の実施③ 多品種少量生産に対応するための、生産準備工程や開発工程の効率化④ 遠隔地からの各種検討・実作業支援
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MRシステムの目指す姿と本実証における構成
目指す姿（ToBe）の実現を見据え、課題抽出及び解決策を検討するための課題解決システムを構築し、AsIs（現状）とCanBe（本実証における課題解決システム）の比較検証を実施した。
現状（AsIs）は、専用ルームあるいは工場現場でMRシステムを利用する際、HMDとPCサーバが有線で接続されている状態である。当社としては、目指す姿（ToBe）のように、HMDに５Gユニットを搭載し、完全無線化したシステムの実現を期待しているが、本実証実施時点では技術的な不確定要素があり、短期的にシステム開発することが難しく、目指す姿を用いた実証は困難であった。そのため、実証環境として、PCサーバとCADデータのやり取り部分を無線化したバックパック方式による課題解決システム（CanBe）を構築し、実証にあたった。またあわせて、MRシステムが実現すべき機能・性能を検証するための疑似HMD方式のシステムも構築し、実証にあたっている。
現在（AsIs）
専用ルーム

2021年時点（CanBe）

現場目指す姿（ToBe）

HMD

現場

現場

小型一体型HMD
5Gユニット

HMD

HMD

有線

有線

PC

・CPU
・GPU
・バッテリー

5G基地局

5G基地局

(

有線
バックパック（総重量13kg）

本
実
証
に
バお
ッ
クけ
パる
ッ課
ク題
方解
式決
シ
ス
テ
ム

)

同期データ 5Gユニット

PC

同期データ

PC

非同期データ
コピー

PC

マスタ
データ

同期データ

有線

コピー

マスタ
データ

有線

有線

社内LAN
7

有線

システム全体
トヨタ自動車貞宝第1工場内に課題解決システムを構築した。
また、ローカル５G周波数帯として4.7GHz帯と28GHz帯を採用している。
他事業所
ノキア製
LTE eNB(2.5GHz帯)

トヨタ自動車 貞宝第1工場
ユースケース2:遠隔作業支援
HMDの主観映像を遠隔から確認作業支援を実現

LTE
AiO
オムニ
アンテナ

ノキア製
gNB(RRH)(28GHz帯)

NDAC
Regional
Cloud

28GHz帯5G

Filter

2.5GHz帯LTE
28GHz帯
5G

5G
RRH

5G
RRH

インターネット回線
エイビット製
5Gコア(4.7GHz帯)

キヤノン製 MREAL
シーンサーバー

4.7GHz帯
5G

スイッチ
Sync

NDAC
Secure Gateway

キヤノン製
MREAL
HMD

4m

GPS
アンテナ

5Gコア
キヤノン製
MREAL
プレーヤー

NDAC
Edge Cloud(S)社内LAN（有線）
ノキア製
gNB(BBU)(28GHz帯)

4m

インターネット
VPN

AirScale AMIA
ABIL
ABIL
ASIK

ABIL
ABIL
ABIL
ASIK

ユースケース1:生産設備事前検証等:
ローカル5GによるMRシステムの効果、機能、運用検証を実施
工場内の稼働範囲の拡大
240m

8

実証環境:
4.7GHz帯ローカル5G基地局
28GHz帯ローカル5G基地局
2.5GHz帯アンカーバンド基地局
MREAL HMD, プレーヤー, シーンサーバ

9.5～13m

エイビット製
gNB(4.7GHz帯)

工場内レイアウト
工場内二箇所のアンテナ支柱（高さ4m）に対し、アンテナ支柱Aには4.7GHz帯基地局及び28GHz帯基地局、アンテナ支柱Bには28GHz帯基地局を設置した。

アンテナ高さ4メートル

アンテナ支柱A

NSAアンカー

アンテナ支柱B（4.7GHz帯、28GHz帯）（2.5GHz帯）（28GHz帯）

工場内環境

トヨタ自動車貞宝第1工場
レイアウト図9

使用機器について
4.7GHz帯にエイビット社、28GHz帯にノキア社製のローカル５Gシステムを採用した。
また、MRシステムとしてキヤノン社製MREALを採用した。
項目
概要

4.7GHz帯ローカル5Gシステム
28GHz帯ローカル5Gシステム
エイビ ッ ト社 製 4.7GHz 帯 ロ ー カル ５Ｇ ノキア社製 Nokia Digital Automation
PoCシステムを利用する。SA方式・非同 Cloudサービス（以下「NDAC」という。）に期運用の５Ｇシステムとなる。
て28GHz帯ローカル５Ｇシステムを利用する。NSA方式・同期運用のシステムとなり、アンカーとして自営BWA基地局を設置する。
基地局 エイビット社製AU-500gNBを使用。ロー ノキア社製AWEUAを使用。ローカル５Ｇ
カル５Ｇの4.7GHz帯の無線通信が可能。 の28GHz帯の無線通信が可能。帯域幅
帯域幅が100MHzのため、高速通信が可 が400MHzと広いため、超高速通信が可能。
能。
【数量】 1局（独自実証時は2局設置）【設置形態】 固定
端末

コア
ネット
ワーク

【数量】 2局【設置形態】 固定

エイビット社製AU-500gNBを使用。ロー シャープ社製ローカル５Ｇ対応無線ルー
カル５Ｇの4.7GHz帯の無線通信が可能。 タを使用。ローカル５Ｇの28GHz帯及びEthernetポートを有し課題解決検証に向 自営BWAの2.5GHz帯の無線通信が可能。
けたアプリケーションとの接続が容易。
Wi-Fi 接 続 、 USB 接 続 機 能 並 び に
Ethernetポートを有し課題解決検証に向【数量】 4台
けたアプリケーションとの接続が容易。
【設置形態】 可搬【数量】 4台【設置形態】 可搬
エイビット社製 AU-500 5GCを使用。SA ノキア社製 NDACを使用。NSA方式に対方式の5GC機能を提供。
応したEPC機能を提供。クラウドとの通信断に備えエッジサーバにて機能代用【数量】 1台可能な構成を取る。
【設置形態】固定【数量】 1サービス（NDAC）、1台（エッジ
サーバ）【設置形態】 固定

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項目
概要

MRシステムキヤノン社製MRシステム、MREALを使用。
ビデオシースルータイプのHMDにより現実空間と仮想空間を融合するMR映像を体験することが可能。仮想の設備を現実の設備と理解して実際と同じような作業検証ができる。
【数量】1セット【設置形態】可搬

ヘッドマウ
ントディスプレイ（HMD）

プレー
ヤー・シー
ンサーバ－
推奨環境
タブレットプレーヤー推
奨環境

製品名： MREAL S1
表示解像度： 約3200 × 1200
(左右のディスプレイそれぞれに1600×1200映像を表示)
リフレッシュレート： 約120Hz
表示パネルの駆動周波数。撮像カメラとCGのフレーム
レートは60fps
撮像解像度： 約 4800 × 1984
重量： 約338g(MREAL Display本体、およびヘッドマウントユニット)
動作範囲： 約10m
(インターフェースケーブルの長さ)
CPU： ベースクロック 3.9GHz以上、8コア以上
グラフィックカード： NVIDIA Quadro RTX5000相当
メモリ： 32Gbyte以上
製品名： Microsoft Surface Pro 4

課題解決システムの実証

11ユースケースに基づくローカル５Gの性能目標
効果・運用検証は検討品質の向上や運用の効率化、機能検証はローカル５G性能把握を目標に実証を行った。
無線化への
期待

いつでも
どこでも
誰でも
最短時間で

①バックパック方式を用いた実務
ユースケースに基づく実証（CanBe）

性能評価項目（目標）・連続使用可能時間(30分以上）・検討品質（やり直しゼロ）
・運用人員（1名）
運用・現地準備の片付け時間
検証
（10分）
効果
検証

制御信号
UL
DL

4.7GHz帯
28GHz帯機能検証②目指す姿(ToBe）の実現に向けた疑似HMD方式による事前技術検証

HMDでの
表示性能の
低下を最小に

Packet：

制御信号
Packet
+映像

制御信号
+映像

ローカル5G
端末

UL

伝送帯域
xxMbpsPacketローカル5G
基地局

送信開始
時間
t0

1フレーム

伝送遅延
(t1-t0)=xxmsec

UL 数十Mbps
DL 数十Mbps

伝送遅延

数十msec程度②制御＋映像伝送の性能目標(注:データ圧縮時）

UL 約550Mbps
DL 約350Mbps
受信開始
時間
t1

効果検証
MRシステム利用する「設計者」「現場作業者」「設備製作者」を対象に実証実施
運用検証
MRシステム利用を支える「MR技術担当者」「MR補助者」を対象に実証実施
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伝送帯域

伝送帯域

UL
DL

DL

4.7GHz帯
28GHz帯①制御信号伝送
の性能目標

伝送遅延

17msec以下（注:60fps時）

課題解決システムの実証：効果検証
課題解決システムが、生産設備の製作における効率化や安全性の向上に寄与することを確認できた。
一方で、新たな課題も確認した。
ユースケース（１）
生産設備（初号機）製作途
中の不具合
確認

検証項目

検証結果

安全

安全性

向上

品質

検討品質

作業性、視認性、 向上
保全性やり直しゼロ
制限なし
向上（10ｍ⇒制
限なし）
／低下
30分
低下（30分⇒20分）
3名
変化なし（3名
⇒3名）
向上
向上

移動可能
範囲
コスト

（２）
生産設備製
作時の配線
作業遠隔支
援

最終目標

連続使用
可能時間
人数

向上
／低下

品質

検討品質

有線並

未達

コスト

映像品質
（遠隔）
移動時間・
出張費用
作業時間

不要

不要

8H

人数

2名＋遠隔1名減少（12H⇒想
定8H）
減少（3名⇒2名＋遠隔1名）

補記※

光ケーブル躓きの危険が解消され、足元の床を気にせずに確認作業が実施できるようになった。
△ 一方、バックパックが重い（約13kg）ため屈伸が必要な下部の確認でバランスを崩す等のリスクを感じた。また、MRシステムを装着するとヘルメットをしっかりと被ることができず、安全性は確保されていない。
無線化によって現場で簡単に生産設備の3Dデータ入れ替えが可能になり、様々な検○ 討が実施でき漏れがなくなった
ケーブル取り回しの制約がなくなり、足元の床を気にせずに作業を実施できるように△ なった。一方、大きなバックパックで背中が固定、作業姿勢が制限されることがあった。
△
○
○
×
○
○
○

バックパックが重い（約13kg）ため連続作業が困難になり、1回当たりの作業時間に20分の上限を設けた。
－
熟練技術者による的確な遠隔支援により、検討漏れがなくなり品質が向上した。
遠隔支援者が客観視の映像を見ることができれば、更なる品質の向上に期待できる。
無線通信の不安定さにより遅延・コマ落ち等、映像品質が落ちることがあった。
遠隔支援により、熟練技術者が現地に移動する時間・交通費を削減することができる。
図面から3Dデータでの確認作業に置き換わり、現物が無くてもMRで重ねて/並べて確認できると作業イメージが湧く等、作業効率が向上した。
課題解決システムの活用によって遠隔から支援できる目途が立った。

※実証の検証結果を抜粋

本実証（CanBe）を通じて、課題解決システムは生産設備の製作における現場作業者の安全性向上や作業効率化（コスト削減）を確認できた。また、熟練技術者による遠隔指導を実施できたことから、遠隔地にある工場への移動時間や出張費用の削減効果も期待できる。
バックパック方式からさらに小型一体型ゴーグルのみでMR活用ができるようになれば、本実証で確認できた課題解決につながり、安全性や品質の向上、作業効率化及びコスト削減に一層の効果が期待できる。
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課題解決システムの実証：運用検証
課題解決システムが、運用に係る業務効率化やコスト削減、安全性の向上に寄与することを確認できた。
一方で、新たな課題も確認した。
準備・片付けに係る運用業務が効率化され、55％の人工削減効果があることが明らかになった

55％ 削減[図2] 現地準備の片付け時間と人数•[図1] 準備・片付け人工（作業時間×人数）※準備・片付け作業工程のうち、AｓIs/CanBe/ToBe共通の業務（３Dデータの準備時間 240分）は除く•

無線化により光ケーブル躓きの危険が解消され、光ケーブル捌きを行うMR補助者が不要となった。しかし、バックパックの重さや大きさによる影響から現場作業者の補助者が必要となり、運用人員は目標値の1名を達成できず2名必要となった。
現地準備の片付け時間は1人当たり13分となり、目標値の10分以内を超えていた。

 本実証（CanBe）を通じて、課題解決システムは運用業務の効率化やコスト削減、安全性の向上に寄与することを確認できた。
 将来、ローカル５Gによる完全無線化（ToBe）が実現し、小型一体型ゴーグルのみでMR活用ができるようになれば、搬送等に係る運用業務が不要となり、安全性・コスト面において一層の効果が期待できる。
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課題解決システムの実証：機能検証
完全無線化の実現性を明らかにするため疑似HMD方式により測定を実施し、現システムの実力及び課題を明確にした。
測定結果

ローカル
5G回線
（１）
28GHz帯（２）
4.7GHz帯

実効速度： 28GHz帯の下りのみ目標達成
平均遅延： 28GHz帯、4.7GHz帯どちらも伝送が安定している時は概ね目標達成（実効速度以上の速度で伝送する等伝送が不安定な状態になると目標値に届かないこともあった）
必要な
圧縮率

補記

×

1/980～1/172

端末を移動、あるいは端末と基地局間に障害物を置くと速度が低下する。

472～509Mbps〇

1/12～1/10

端末を移動、あるいは端末と基地局間に障害物を置いても安定している。

17ms以下安定時 18.63ms
不安定時 954.7ms△×-

実効速度（上り）

550Mbps11～70Mbps

×1/1518～1/239

端末を移動、あるいは端末と基地局間に障害物を置くと速度が低下する。

実効速度（下り）

350Mbps13～61Mbps

×1/423～1/90

端末を移動、あるいは端末と基地局間に障害物を置くと速度が低下する。

平均遅延（往復）

17ms以下安定時 7.51ms
不安定時 100.5ms

〇
×

-

検証項目

最終目標

検証結果 ※

実効速度（上り）

550Mbps

17～97Mbps

実効速度（下り）

350Mbps

平均遅延（往復）

実効速度の上限に達する等通信が不安定になると遅延が大きくなる。

実効速度の上限に達する等通信が不安定になると遅延が大きくなる。

※ 検証結果には疑似HMD方式で使用するPCソフトウェア、ネットワーク機器の影響（遅延等）を含む

MRシステムの課題 HMD使用時の快適性を向上させるためには遅延を少なくすることや遅延の値を一定にすることが必要。
 映像伝送時、往復で圧縮・伸長を2回行う事が必要であり、低遅延の圧縮・伸長方式が望ましい。 （例えばフレーム内圧縮であるMJPEGやH.265のIフレーム等）

ローカル５Gの課題

 MRシステムの完全無線化を実現するためには、上り速度の向上と安定化、遅延の縮小と安定化が必要。
 端末及び基地局のアンテナの場所は、特に上りの伝送速度の確保に配慮した配置が必要。 （基地局が見通せるよう端末のアンテナを頭部に配置する、反射波による通信が可能となる基地局配置とする等）
15

課題解決システムの実証：まとめ製造現場において課題解決システムの有効性を確認。将来的に技術課題の解決によって更なる利活用促進が期待できる。
MRシステムの利用者・運用者
安全、品質、コスト面において効果を確認できたが、本実証のシステム構成や環境の影響を受けた。
 事前検証の効率化
 遠隔支援 バックパック方式にすることで、安全、検討品質が向上した。
 熟練技術者が出張せずに遠隔支援が行え バックパックの小型化を狙ったが、バックパック（周辺機器、バッテるようになり検討品質が向上した。
リー）のサイズが大きく重く(13kg) 当社安全基準値を超えた。
 無線通信の不安定さにより遅延・コマ落ち等、
 運用面でみると、今回のバックパック方式では、一人作業ができな
映像品質が落ちることがあった。
い。（バックパックの補助者が必要）
MRシステムのアプリケーション
完全無線化に向けた機能要件を明確化できた。一方で、技術課題も明らかになった。
 バックパック方式
 完全無線化
 無線通信で必要となる処理の確立（パケットロス、遅延変動の対応）を
 高性能PCの小型化、低消費電力化が行う必要がある。
求められる。
 高圧縮の圧縮伸長技術と高速処理技術の確立が求められる。
 HMDと5Gユニットの一体化やHMDの低消費電力化が求められる。
ローカル５Gの性能工場現場でのMRシステムの利活用促進に向けて、ローカル５Gの更なる性能向上に期待する。
 機能検証の測定結果から今後MRシステムを活用するためには、上り速度の向上が必要となる。
 遠隔支援者がストレスなく業務を指導するためには、更なるローカル５G低遅延化及び通信の安定化が求められる。
 工場現場でMRシステムの利活用を促進するためには、ローカル5G端末の小型化及び低消費電力化が求められる。
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ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証

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ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証：概要
ローカル5GによるMRシステムの無線化を実現するためのローカル5G性能を明らかにし、技術的な課題な明確にした上で、解決方策を検討する。
■技術実証の実施概要
その他ローカル5Gに関する技術検証 （仕様書ウ）①アプリケーション特性へのハンドオーバー動作の影響
工場内でローカル５ＧによるMRシステムを利用するに当たり、場所の制約等がないことが望ましい。自由に移動しながらMRシステムを利用するため、異なるセル間の移動時にハンドオーバーが正しく機能し、MRシステムの利用にどのような影響があるのか28GHz帯の基地局間でのハンドオーバーの検証を行った。

ユースケースに基づくローカル５Gの性能評価等 （仕様書ア）
工場内に設置した基地局（4.7GHz帯：1か所、28GHz帯：2か所）から半径50メートル以内にある20か所程度の測定地点におけるローカル５Gの受信電力、伝送スループットや伝送遅延時間を測定し、ローカル5Gの性能評価を行った。また、工場内でのローカル５Gの電波の回折や反射等による影響、屋外への電波の漏洩にについても同様に評価を行った。
ローカル5Gのエリア構築やシステム構成の検証等 (仕様書イ）
総務省提供によるエリア算出法に基づき、複数の基地局について基地
局ごとにカバーエリア及び調整対象区域の図を作成し、それぞれのエリ
ア端における実際の受信レベルを測定した。これらのデータに基づき、工場内における最適なローカル５Gのエリア構築やシステム構成について、考察を行った。

②柔軟なシステムの構築検討
同一工場内で用途の異なる多数のアプリケーションの利用が想定される一方で、工場内で使用するアプリケーションごとに無線システムに要求されるスループット、遅延等が異なるため、ローカル5Gの幅広いパラ
メータを柔軟に活用した最適なシステムの構築について考察を行った。

■技術実証の目標（詳細は次頁に記載）• MRシステムのローカル５G化（現状の有線接続からローカル５Gによる無線化）を実現するためのローカル5G性能を明らかにすること。
• 技術基準等の見直しに資する新たな知見を得ること。

■技術実証での測定項目・方法
測定項目
受信電力
伝送スループット
伝送遅延時間その他

測定方法
基地局から送信されている同期信号の受信電力SS-RSRP(dBm)を測定器を用いて測定する。アンリツ社製
エリアテスタ（ML8780A）を使用
iPerfを用いて上りと下りの伝送スループット（Mbit/s）を測定する。
Pingを用いて往復遅延時間(msec)を測定する。
UEのログ取得（BLER、RSSI/RSRP、スループット等）を取得
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技術実証の実証目標
MRシステムのローカル５G化（現状の有線接続からローカル５Gによる無線化）を実現するためのローカル5G性能を明らかにし、技術基準等の見直しに資する新たな知見を得ることを目標とする。
（検討①）
ローカル５Ｇを用いてMRシステムとHMD間における高精細・大容量の映像データ及びMR合成映像データをネットワーク上でやり取りする仕組みの構築。

実
証
目
標

（課題①）
工場環境下において、ローカル５Gの伝送スループット、伝送遅延等の性能が、ローカル５GによるMRシステムの無線化を実現するための性能に達しているかどうか、また制約や前提条件等があるかどうかを明確にする。

背
景
と
な
る
技
術
的
課
題

技
術
基
準
等
の
見
直
し
に
資
す
る
新
た
な
知
見

（検討②）
工場屋内の現場においてMRシステムを活用するにあたり求められる、ローカル５Ｇの性能の実現。
（課題②）
工場現場におけるローカル５Gの電波伝搬特性や性能を明確にする。
また、工場屋内の現場での反射波の影響や、ハンドオーバー時のア
プリケーションへの影響有無等を確認する。あわせて、工場屋外への電波漏えいがどの程度となるかを明らかにする。
（検討③）
工場内のインフラ高度化の手段として今後ローカル５Gを捉える場合、
MRシステム以外の様々なアプリケーション通信を混在し運用できることが期待され、これらを実現する仕組みの検討が必要となる。
（課題③）
様々なアプリケーション通信を混在して運用できることが期待されるが、アプリケーションにより、ローカル５Gへの要求性能や機能が異なるため、実現方法が今後の課題となる。

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実証目標①（課題①、②に対応）
ローカル５ＧによるMRシステムを稼働させるために必要とされる通信インフラに求める伝送スループットや伝送遅延といったユー
スケースに基づく工場環境下におけるローカル５Ｇの性能を評価する。
また、測定データ（受信電力、伝送スループット、伝送遅延）を取りまとめ、測定データから工場環境の電波伝搬損失特性を明らかにする。
実証目標②（課題①に対応）
工場環境における電波伝搬測定結果（SS-RSRP受信電力）、カ
バーエリア及び調整対象区域の調査より、総務省エリア算出式との差異を明らかにする。また、前提としている条件面も含めて、どの程度の差異があるのかを検証し、新たな知見を得る。
実証目標③（課題②に対応）
ハンドオーバー動作は、隣り合うセルの受信強度によって、振舞が変わると想定される。実際のハンドオーバー動作の結果より、
MRシステムのアプリケーションに対する技術要件を考察し、多様な条件下において有用となる知見を得ることを目指す。
実証目標④（課題③に対応）
同一工場内で使用用途に応じた無線パラメータを設定し、システムを構築することが可能であるかを確認する。また、使用するア
プリケーションにより無線システムに要求されるスループット、遅延等が異なるため、ローカル5Gで実装可能な幅広いパラメータを柔軟に活用し、最適なシステムを構築する際の知見を得ることを目指す。

ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証：
ユースケースに基づくローカル５Gの性能評価等
本実証で使用した機器において、工場屋内のローカル5Gの電波伝搬特性・性能測定を実施し、MRシステムのローカル5Gによる無線化を実現するための性能評価を実施した。
■測定機器構成

電波伝搬特性・性能測定の様子■MRシステムのローカル5Gによる完全無線化を実現するための性能評価■工場内の電波伝搬特性（受信電力ヒートマップ）

性能目標• 見通しありの測定ポイントでは、受信電力は強い

伝送帯域(データ圧縮目標）

UL 約550Mbps
DL 約350Mbps• 柱やダクト、生産
設備の反射の影
響（カバーエリア
よりも離れていても電波が届く）技術実証結果UL 約20～80Mbps/ DL 約300Mbps～1Gbps（28GHz帯 ノキア・シャープ UL 100MHz幅, DL 100MHz幅 x 4、適応変調）

UL 約40～70Mbps / DL 約50～62Mbps（4.7GHz帯 Abit UL/DL 100MHz幅, MCS25固定）

10msec～50msecのRTT（平均 31.59msec）
伝送遅延十数msec程度※60fpsで17msec（28GHz帯 ノキア・シャープ UL 100MHz幅, DL 100MHz幅 x 4、適応変調）

10msec程度のRTT（平均 6.09msec）（4.7GHz帯 Abit UL/DL 100MHz幅, MCS25固定）

•

性能評価
UL ×
DL 〇
UL ×
DL ×
△

〇

伝送遅延については、Pingによる往復遅延時間の測定結果から、28GHz帯では性能要件を満たしておらずパラメータ設定
等による遅延の短縮と安定化が必要。

例） 評価エリアA（28GHz帯）

MRシステムのローカル5Gによる完全無線化を実現するための性能評価の結果
 4.7GHz帯（Abit社製基地局・端末）、 28GHz帯（Nokia社製基地局・シャープ社製端末）にて、受信電力、伝送スループット、伝送遅延を測定し、電波伝搬特性・ローカ
ル５Gの性能を明らかにした。
 工場内の電波伝搬特性としては、柱やダクトといった構造物による反射の影響が明らかになり、カバーエリア外においても通信が可能なポイントがあった ユースケースに基づくローカル５Gの性能評価としては、アップリンクの伝送スループットの性能向上が必須ということが明らかになった。

20

ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証：
ローカル５Gのエリア構築やシステム構成の検証等
総務省算出式と本実証環境における実測データの差分を比較し、エリア構築の検討・考え方を明らかにした。
■総務省エリア算出法との比較
基地局からの距離の地点（算出式）での実測

4.7GHz帯（カバーエリア-84.6dBm）

4.7GHz帯（調整対象区域-91dBm）

28GHz帯（カバーエリア-81.2dBm）

カバーエリア41.87m地点での受信電力■工場内の通信特性
差異あり（調整対象区域-90dBm）-63.672dBm

あり※シミュレーション 調整対象区域（94.34m地点） -77.07dBm

ダクト

ダクト
柱

※-119.82dBm（SSRSRP換算値）を観測した地点

47.65m （東4扉）

算出法 カバーエリア（1,057.6m地点）
測定未実施 ※貞宝工場敷地外のため調整対象区域（2,912.9m地点）
測定未実施 ※貞宝工場敷地外のため※-119.82dBm（SSRSRP換算値）を観測した地点

100.0mあり※シミュレーション カバーエリア（85.83m地点） -74.25dBm

28GHz帯ホイストクレーン82.2m-59.472dBm

調整対象区域 47.29m地点での
受信電力

実際の距離

※-129dBm（SS-RSRP換
算値）を観測した地点、
屋内・見通しなし・遮蔽
物あり

生産
設備

65.42m（東4扉18m）あり※-137.1dBm（SS-RSRP
換算値）を観測した地点、
屋外・見通しなし・遮蔽物あり• 総務省エリア算出法と実環境での実測データとの比較は、差異ありの結果となった。
• シミュレーションの結果と実環境の比較について、ほぼ合致していことが確認できた。
• 建物侵入損の減衰値の値をどの程度にするか考慮が必要。

• 鉄製の柱やホイストクレーン等の構造物・設備があり、生産設備も多数設置されている環境• 柱や工作機械などの遮蔽物によって見通しがない地点では、受信電力は弱くなる。
見通しがないため、周囲の反射波を受けているためと考えられる。

■エリア構築の検討・考え方
本実証を通じて得られた電波伝搬特性（伝搬損失の特性）を元に、業務区域と基地局を設置する位置関係を検討することが重要となる。特に見通しありの場所が確保できることがポイントと考える。その上で反射特性を活用することも可能ではあるが、工場環境内の業務影響が最小となる工夫も必要。
なお、総務省算出式を用いて範囲を想定すると、実際との差異が確認された。この点については、本開発実証19案件の実測データ等から屋
内・屋外等の条件に合わせた新たな算出式が導き出されることを期待する。
21

ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証：
その他ローカル５Gに関する技術検証
独自実証として、ハンドオーバー動作の影響と柔軟なシステム構築検討を実施。
工場内でローカル５G利用を促進するための知見を得ることができた。
アプリケーション特性へのハンドオーバー動作の影響

柔軟なシステムの構築検討

結果• 2つの28GHz帯の基地局間でのハンドオーバーの検証を実施し、基地局間で5G⇔5Gのハンドオーバーが成功することを確認した。
•

結果• MRやIoT（監視カメラ）等用途の違うIoTシステムを想定した異なる無線パラメータで運用されるセル間の干渉影響を調査した。
• その結果、お互いの干渉を受けることにより通信可能なエリアが小さくなることを確認した。また変調方式により、通信エリアの縮小幅に違いがあることが確認できた。

通信状況については、ハンドオーバー地点に向かう時点でスループットが低下、ハンドオーバー（セルチェンジ）地点経過後、スループットが回復した。

考察• 本実証の結果より、スループット影響については、セル間の重なり（基地局の位置関係）を調整することで業務区域に合わせた設計を行うことが可能であるという知見を得られた。
• 異なるセル間の移動時にハンドオーバーが正しく機能する事が確認できた。
MRシステムを利用するにあたり、場所の制約等がないことが望ましいため、技術的な前提として機能確認ができた。

考察• 本実証より、異なるパラメータの基地局を設置検討する際は、UE間の干渉を確認して干渉区域を調整することが重要であると確認できた。
• 一定の条件はあるものの、同一工場内での用途の違うアプリケーションを動作させるシステム構築は可能と考える。今後は実際のユースケースにあわせた実験を通じてローカル5Gの利活用、工場内の課題解決に寄与できるよ
う継続して検証を行う。

22

ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証：まとめMRシステムのローカル5Gによる無線化を実現するためのローカル5Gの性能を明らかにした。
また、本技術実証を通じて判明した技術的な課題を明らかにした。
 屋内・工場現場においてMRシステムを活用するにあたり求められる、ローカル5Gの電波伝搬特性や性能を把握することができた。
 目指す姿（ToBe）の完全無線化の実現には、28GHz帯ではDL性能は満たせたが、UL性能は満たすことができなかった。
 総務省算出式と本実証環境における実測データの差分を比較し、エリア構築の検討・考え方を明らかにした。
 独自実証として、ハンドオーバー動作の影響と柔軟なシステム構築検討を実施。工場内でローカル５G利用を促進するための知見を得ることができた。
また、本実証を通じて判明した技術的な課題と解決方策（案）を以下に示す。
本実証を通じて判明した技術的な課題
技術的な課題の解決方策（案）28GHz帯においては、基地局と端末メーカーが違い、相互接続性確保が懸念であった。なお、本実証においては事前のPoC等を通じて動作確認を行うことで問題を回避した。

今後の5Gの3GPP releaseに合わせ、ローカル5Gに必要となる機能の機器メーカーによる機能実装、品質向上、相互接続性の確保等が期待される。

MRシステムの完全無線化を実現するためには、UL伝送ス
ループットの増速が必要となる。

”準同期の拡張” / 非同期運用において無線フレームのULス
ロットアサインを確保することで帯域を確保し、キャリアアグリ
ゲーションによる統合、MIMOによる多重化技術などの実装により帯域を確保する方策が考えられる。※特に非同期運用については、干渉調整等が重要となるため、屋内利用限定で運用可能とする等条件を整理してガイドライン化できると良いと考える。

MRシステムの完全無線化を実現するためには、均一で安定した回線品質が必要となる。MRシステムにとって回線品質によるパケットロス等は位置情報のズレ、MR映像の表示、体感
品質に影響を与えてしまう。

業務区域をカバーエリアとし見通しを確保するような置局設計が重要。また、無線を前提とした上位層でのFEC処理の実装
やトランスポート層での実装等も今後の解決方策と考えられる。
23

実装及び横展開に関する検討24

実装及び横展開に関する検討：前提条件等
課題解決システムの実装及び横展開を検討するうえでの前提条件と、工場において課題解決システムを導入する際の要件を整理した。
実装及び横展開に関する検討に取り組むにあたり、課題解決システムの実証及び技術実証の結果を踏まえて検討を行った。
また、その他の前提条件を以下の通り整理した。
 用語定義：
 本検討における課題解決システムは、ローカル５Gシステム ＋ MRシステムを組み合わせた地域課題を解決するためのシステムとする。
 事業モデルは、課題解決システムの自社導入を実現するモデルとする。
 普及モデルは、課題解決システムの横展開を達成するためのモデルとする。
 コンソーシアム・関係各社の考え・意向： 自社工場における事業モデルを構築するとともに、自社のグループ企業に対して横展開を図ることにより、企業グループとして
地域課題の解決に取り組む。
 制約条件等：
 企業として、自立的に運用維持が可能となる費用対効果が実現できること。

課題解決システムの実証及び技術実証の結果を踏まえ、工場において課題解決システムを導入する際の要件は以下の通り
となる。
•

•
•
•

MRシステムが有する以下の機能を無線接続により実現する こと
 HMDに製品および生産設備のCADデータを表示すること
 HMDに現実映像とCADデータを重ねて表示すること
 現実映像とCADデータで奥行を識別して表示すること
 HMDに表示される画像を遠隔地と共有すること作業に支障が出ない程度の遅延時間内で映像表示すること
作業に支障が出ない程度の解像度で映像表示すること
無給電で必要時間使用可能なこと

今回の実証（バックパック方式）において、実現可能であることを確認

今回の実証において、技術的な課題を解決すれば実現可能であることを確認

今後、事業モデルの確立に向け、引き続き技術的課題の解決に向けた検討を行っていく。
25

実装及び横展開に関する検討：持続可能な事業モデル等の構築・計画
事業モデルの制約条件を検討するにあたり、ビジネスモデルキャンバスを用いて、現行のMRシステムをローカル5G化するにあたってのコストと効果を試算し、費用対効果を評価した。
事業モデルを普及モデルへと導くために、費用対効果の観点で検討を進めた。例として、ローカル５G(28GHz帯）を用いてＭＲシ
ステムが完全無線化した場合の検討結果を示す。
ビジネスモデルキャンバス

コストの試算（28GHz帯設備の場合）

収益の試算• 一時費用：（基地局単価＋ケーブル類＋設置作業）×基地局数＋コア装置＋工事・設計費＋デバイス・移動局＋設計・接続試験
・免許申請経費等• 工数削減：機器準備、片付け、作業実施におけるサポート要員の削減等• 逸失利益の獲得：ライン停止時間の低減• 安全管理、既設インフラのコスト削減• 継続費用：基地局数に応じたサブスクリプ
ション/電波利用料＋デバイス/移動局数に応じた電波利用料＋自営等BWA等基地
局電波利用料＋コア装置/LTE基地局サブスクリプション

• 出張費削減：遠隔地支援の実施による旅費、宿泊費等• 移動時間などによる機会損失の削減

課題解決システムの費用対効果は、効果（収益）に対して費用（コスト）が15倍程度となった。工場内に複数基地局を検討結果 設置して共通設備を按分した場合でも、9倍程度までの改善に止まった。この結果を踏まえると、課題解決システム（ローカル５G＋MRシステム）単体では費用対効果を成立させることが困難である。

対応策

 ＭＲシステム以外の複数IoTシステムでもローカル５Gを利用することで、ローカル５G導入コストを按分する。
 ローカル５Gを工場内の無線通信のインフラとして位置付け、工場内におけるさらなる利活用ユースケースを検討するために、今後リリース予定の多接続・低遅延などの機能の実証を行う。
 また、工場内の無線通信インフラを運用するという観点から、無線局免許取得や、安定稼働のための機器の保守・運用等のサポート面での検討を行う。
26

実装及び横展開に関する検討：横展開に資する普及モデルに関する検討
ローカル５Gを工場の無線接続インフラとしてとらえ、
大規模企業型の工場に対して課題解決システムを展開するための普及モデルの検討を行った。
前頁の検討の結果、本実証における課題解決システムは費用対効果が見合わないことが判明した。また、この結果を踏まえ、課題解決システムの普及モデルを検討するにあたり、課題解決システムの構成要素のうち、ローカル５G部分を他のIoTシス
テムを収容可能な工場内の無線接続インフラとしてとらえる必要があると結論付けた。
工場内無線接続インフラとしてのローカル５Gシステムを、横展開可能な普及モデルとして確立するには、あわせて以下の要件が求められる。
•
•
•
•
•
•

障害時において速やかに対応すること
電波利用に関する種々の支援を提供すること
免許やライセンス等、更新が伴う手続きに関する支援を提供すること
バックアップ等、障害対策や事業継続対策を講じること
機密情報の漏えい防止等、各種のセキュリティ対策を講じること
工場における使用に耐えうる施策が講じられていること

大規模企業型の工場に課題解決システムを展開するには、これらの整備が不可欠となる。また、これが実現できれば、地域への横展開にもつながると考える。
これまでの内容を踏まえ、今後実施すべき項目を以下に示す。
ローカル５G機能評価イメージ(多接続機能）

普及モデルの確立に向けた実施項目• 事業モデル実現のための課題解決システムにおける技術的課題の解決。
• 工場内無線接続インフラとしてのローカル5G機能・性能評価の実施。
• 普及モデルの確立にあたり求められる各要件を実装するための検討。

27

実装及び横展開に関する検討：今後の計画
工場の無線接続インフラとしてとらえた場合の今後の展開計画を検討した。
令和2年度
ローカル５G
リリース計画
総務省・総合通信局

ローカル５G設
備開発計画
各機器メーカMRシステム開発計画
キヤノン

自社への導入計画
トヨタ自動車
トヨタシステムズ

地域への展開

モデル構築

令和3年度

令和4年度

令和5年度

令和6年度

令和7年度

Rel16
(超低遅延・多接続)
Rel17（機能改善・スライス等)
Rel15機器開発

MRシステムに適用可能なローカル５G性能(スループット、遅延、安定性等)が確保でき、かつ商品化に向けた技術的な課
題が解決する見通しが立ち、採算が見込めると判断された場
合に、商品化に向けた検討に着手

実用化

Rel16機器開発
完全無線化PoC
バックパック方式
HMD軽量化
Rel15PoC

実用化
完全無線化PoC
フェーズ3

完全無線化PoC
フェーズ2

完全無線化環境整備（上り高速化
基地局対応、端末機材導入、等）(高速・大容量）

Rel16PoC

商品化検討

PoC完了

企画・計画・準備

導入・自社内展開(超低遅延・多接続）
 工場内の無線接続インフラとして検証を実施
 費用対効果の確認、基地局の維持・運用体制の確立等の
準備期間

事業モデル
普及モデル
28

地域展開

実装及び横展開に関する検討：共同利用型プラットフォームに関する検討
共同利用型プラットフォームシステムの要件は、5GCコア設備（ハードウエア、ソフトウエア）と
アプリケーションの処理プラットフォームが収容できることとする。
前述したように、ローカル５Ｇの基地局とMRシステムとを１対1に対応付けたシステム構成では、採算性の確保が困難となる。
このため、当コンソーシアムでは、共同利用型プラットフォームを、ローカル５Ｇ、MRシステム、その他のサービスを収容するシ
ステムを包含するプラットフォームとして位置付け、在り方を検討した。
①‐1 アプリケーションシステムやデータ処理システム等を実装するための処理プラットフォームを共同利用
型プラットフォーム内に配置する。

①①‐2 5GCコア設備及び処理プラットフォームは、必要に応じて複数実装する場合がある。（グループ会社の工場における利用を想定した場合等）②②共同利用型プラットフォームは、LAN/WAN/Internet
を介して外部システムと接続する。このため、各ノード間を接続する機能に加えて、サイバーセキュリティに対応するための各種機能を実装する必要がある。

③③‐1 エッジデバイスに近い設置個所において処理が必要となるシステムは、MEC（Mobile Edge Computing）
プラットフォーム上に構築される。
③‐2 処理プラットフォームとMECプラットフォーム間の通信は、5GCコア設備と5GCエッジ設備を介して行われ、プレーヤーとIoTデバイス間の通信は、5GCエッジ
設備を介して行われる。
29

まとめ

30

まとめ




地域製造業における課題である製造現場の人材不足や、熟練技術の承継、及び労働環境の改善等に対して、課題解決システム（ローカル
5GによるMRシステムの無線化）を導入することで、作業者が現場で早く手軽にシステムを利用し、また、必要に応じて遠隔からの支援も受けられるようになり、地域課題解決につながることが確認できた。
一方で、課題解決システムの実装及び横展開に向けては、技術面・運用面の課題が残っており、対応が必須であることを認識した。特に工場内での利用に際しては、ローカル５ＧのUL/DLの比率の最適化、機器・アプリケーションの多数同時接続等の機能追加が必要となるため、今後リリースされるローカル５Ｇ機能である多接続、低遅延等の早期の製品化についても期待を寄せている。
また、ローカル５Ｇの実装・展開を図るには、機器・導入諸掛・運用など、各種コスト低減の検討も必要であることが判明した。

MRシステム利用・ 工場における熟練作業者の知見やノウハウの継承、効率化、検討レベルアップに貢献。
・MRシステムの無線化による効果を確認できた。 ローカル５Gに対しては、更なる低遅延と速度の安定化が必要となる。
運用者の観点 ・完全無線化前段階であるバックパック方式においても一定の効果を確認したが、更なる小型化と安全装備の充実が必要となる。

ローカル５Gシステ 設備費や維持費が大きく、MRシステムのみでの利用を目的としたローカル５G導入は困難。
・複数の端末・アプリケーションによるローカル５G利用を確立できないと、費用対効果が見合わないことが判明した。
ム導入・運用者の ・今後は、多接続の確立、機器の低価格化、制度の簡素化等が必要。また、基地局の移設についても柔軟に対応できるとよい。
観点・ローカル５G設備の共同利用による導入コストの低減も可能と考える。
MRシステム開発 完全無線化に向けた情報収集はできたが、技術課題も残る。
・ローカル５GにはULの速度向上（必須）、速度の安定化、低遅延化を求める。
者の観点
・完全無線化に向けた技術開発として、通信情報の圧縮伸長や機器の小型化、安全対策が必要となる。

ローカル５Gシステ 工場の通信接続インフラとして、さらなる技術開発・利活用の検証が必要。
・UL/DL比率の最適設定、エリア設計の為のヒートマップシミュレータ等の改善が必要となる。
ム提供者の観点 ・統一規格の制定、市場への製品投入の加速、他事業体による実績情報の積極的な共有、機器開発会社の多様化に期待する。

本開発実証の結果を踏まえて、引き続き、ローカル５Ｇに係る検討を進める。
31

コンソーシアム体制
MRシステム・ローカル５Gの利用者、提供者、導入・運用者一体となるコンソーシアムを形成し、多角的な視点から調査検討を行った。

総務省
トヨタ自動車株式会社
本コンソーシアムの代表者して総務省との折衝を行う。また、本実証事業における実証場所の提供、ならびにローカル5GとMR技術を活用したシステムによる課題実証を行う。

キヤノン株式会社

株式会社トヨタシステムズ

ローカル5G対応版のMRシステムの開発・提供、ならびにローカル5GとMRシステム
による課題実証を共同で行う。

本実証事業におけるネットワーク全般の取りまとめ、ならびに電波伝搬の技術検証
及び電波測定支援を行う。

ネットワンシステムズ株式会社

ローカル５G×MR実証実験
コンソーシアム

本実証事業におけるプロジェクト推進、ならびに電波伝搬の技術実証及び電波測定、開発実証における報告書の取りまとめを行う。

シャープ株式会社

株式会社エイビット

株式会社日立国際電気

ノキアソリューションズ&ネットワークス合同会社

通信デバイス（5G端末）を提供、ならびに
MRデバイス開発の支援、電波伝搬の技術
検証及び電波測定支援を行う。

通信インフラ（4.7GHz帯）、通信デバイスの提供、ならびにMRデバイス開発の支援、電波伝搬の技術検証及び電波測定支援を行う。

通信インフラ（28GHz帯）の構築、ならびに電波伝搬の技術検証及び電波測定支援を行う。

通信インフラ（28GHz帯）の提供、ならびに電波伝搬の技術検証及び電波測定支援を
行う。

32

END