令和３年度

課題解決型ローカル５Ｇ等の実現に向けた開発実証

ローカル 5G を活用した高速道路トンネル内メンテナンス
作業の効率・安全性向上に関する開発実証

成果報告書

令和 4 年 3 月 25 日

エクシオグループ株式会社

目次
1. 実証概要 ............................................................................................................................ 1
1.1 背景・目的 ................................................................................................................... 1
1.1.1 道路構造物の老朽化及び生産年齢人口の減少 ............................................................. 1
1.1.2 最先端の技術の導入による高速道路マネジメント...................................................... 3

1.2 実証の概要 ................................................................................................................... 4
2. 実証環境の構築 ................................................................................................................. 6
2.1 実施環境 ....................................................................................................................... 6
2.1.1 実証地域の概要 ............................................................................................................ 6
2.1.2 所在地 .......................................................................................................................... 7

2.2 ネットワーク・システム構成 ...................................................................................... 8
2.2.1 設置場所 ....................................................................................................................... 8
2.2.2 ネットワーク構成 ...................................................................................................... 14
2.2.3 ローカル５Ｇシステムの外観と特長 ......................................................................... 19
2.2.4 ローカル５Ｇ 28GHz 帯端末の特徴 .......................................................................... 23
2.2.5 アプリケーションの概要 ........................................................................................... 25

2.3 システム機能・性能・要件........................................................................................ 26
2.3.1 アプリケーションの要求スループットについて ....................................................... 26

2.4 免許及び各種許認可................................................................................................... 29
2.4.1 免許申請 ..................................................................................................................... 29
2.4.2 道路占用許可 ............................................................................................................. 33
2.4.3 道路使用許可 ............................................................................................................. 34

2.5 その他要件 ................................................................................................................. 34
2.5.1 開発供給計画認定/サプライチェーンリスク対応を含むサイバーセキュリティ対策について .................................................................................................................... 34
2.5.2 サイバーセキュリティ対策について ......................................................................... 34
2.5.3 実証に用いる機材の実証前の品質担保、事前の動作検証 ......................................... 35

2.6 実証環境の運用 .......................................................................................................... 35
3. ローカル５Ｇの電波伝搬特性等に関する技術的検討（技術実証） ............................... 36
3.1 実証概要 ..................................................................................................................... 36
3.2 実証環境 ..................................................................................................................... 39
3.3 実証内容 ..................................................................................................................... 41
3.3.1 ローカル５G の電波伝搬特性等の測定...................................................................... 41
3.3.2 電波伝搬モデルの精緻化 ........................................................................................... 81
3.3.3 電波反射板によるエリア構築の柔軟化 ...................................................................... 89
3.3.4 準同期 TDD の追加パターンの開発 ......................................................................... 155
3.3.5 その他のテーマ ........................................................................................................ 155

3.3.6 技術実証における追加提案 ...................................................................................... 155

4. ローカル５Ｇ活用モデルの創出・実装に関する調査検討（課題実証） ...................... 156
4.1 実証概要 ................................................................................................................... 156
4.2 背景となる課題を踏まえた実装シナリオ・実証目標.............................................. 157
4.2.1 課題事項 ................................................................................................................... 160
4.2.2 課題解決策と実証との関係性 .................................................................................. 163
4.2.3 実装シナリオ ........................................................................................................... 165
4.2.4 実証目標 ................................................................................................................... 166

4.3 実証環境 ................................................................................................................... 166
4.3.1 4K カメラを活用した現場作業員の安全確保 ........................................................... 166
4.3.2 スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援 .......................................... 168
4.3.3 実証環境 ................................................................................................................... 169

4.4 実証内容 ................................................................................................................... 170
4.4.1 ローカル５Ｇを用いたソリューションの有効性等に関する検証 ............................ 170
4.4.2 ローカル５Ｇを用いたソリューションの実装性に関する検証 ............................... 212
4.4.3 ローカル５Ｇの実装に向けた課題の抽出及び解決策の検討 ................................... 216
4.4.4 継続利用の見通し・実装計画 .................................................................................. 221

5. 普及啓発活動の実施 ...................................................................................................... 226
5.1 映像制作への協力 .................................................................................................... 226
5.2 実証視察会の実施 .................................................................................................... 226
5.3 その他普及啓発活動................................................................................................. 226
6. 実施体制 ........................................................................................................................ 228
6.1 コンソーシアム ........................................................................................................ 228
6.2 高速道路ローカル５G 実証部会 .............................................................................. 229
6.3 総務省及び調整事業者 ............................................................................................. 229
6.3.1 総務省及び調整事業者 ............................................................................................. 229
6.3.2 その他の調整事業者等 ............................................................................................. 229

6.4 情報保全体制............................................................................................................ 230
7. スケジュール ................................................................................................................. 231

1. 実証概要
1.1 背景・目的「令和 3 年度 課題解決型ローカル 5G 等の実現に向けた開発実証」に係るローカル 5Gを活用した高速道路トンネル内メンテナンス作業の効率・安全性向上に関する開発実証（以下「本開発実証」という。
）の背景及び目的を以下に示す。

1.1.1 道路構造物の老朽化及び生産年齢人口の減少
中日本高速道路株式会社（以下、中日本高速道路） 管内の道路構造物は約 6 割が供用後30 年以上を経過しており、インフラ長寿命化計画（行動計画）を策定し、高速道路リニュ
ーアルプロジェクトに取り組んでいる。（図 1-1 中日本高速道路管内の総延長と経年数）
しかしながら、将来は、今以上に構造物の劣化が進行し、道路構造物管理をより合理的、効果的に革新した生産性の向上が求められてくる。
また、道路構造物の老朽化だけではなく、耐震補強などの激甚化する自然災害への対策
強化、4 車線化・6 車線化の推進、「高速道路における安全・安心基本計画」に基づく今後の事業展開など、事業の量は増大し続けている。

出典：https://www.kensetsu-plaza.com/kiji/post/30224

図 1-1

中日本高速道路管内の総延長と経年数
1さらに、生産年齢人口、すなわち働き手が減少すればそれだけメンテナンスを担う技術者の確保は困難となっていく。国内の建設需要の増加や技術者不足により、高速道路の事
業運営への影響も看過できない状況にある。（図 1-2 わが国の生産年齢人口の推移）

出典：https://www.kensetsu-plaza.com/kiji/post/30224

図 1-2

わが国の生産年齢人口の推移

一方で「働き方改革」の進展、ICT 技術の目覚ましい進歩など、社会環境の劇的な変化に対応するため、技術の進歩が著しいビッグデータ、AI、IoT などの ICT 技術を積極的に取り入れた作業の迅速化・省力化や、機械化による高度化・効率化を実現するなど、生産性を飛躍的に向上させ、高速道路の事業運営のあり方を変革していく必要がある。（図 1-3
中日本高速道路 保全マネジメント改革プロジェクト イメージ図）

2

図 1-3

中日本高速道路 保全マネジメント改革プロジェクト イメージ図

1.1.2 最先端の技術の導入による高速道路マネジメント
中日本高速道路では，高速道路オペレーションの迅速化・省力化、機械化による現場点
検作業や日常的な維持作業の高度化・合理化などを実現するとともに、既存の業務プロセ
スやマニュアルを見直すなど、10 年先を見据えた次世代技術を活用した高速道路の保全マ
ネジメントの革新的な改革プロジェクトに取り組んでいる。（図 1-4 次世代の新たなリア
ルタイム業務 イメージ図）
デジタルテクノロジーを始めとする最先端の技術の導入により、人口減少や少子高齢化に伴う労働力不足、脱酸素社会への転換といった社会環境の変化、お客さまニーズの多様化に伴う業務量増大などの、高速道路マネジメントに取り組んでいる。
高速道路の現場で行われている点検から補修のサイクル、交通巡回、料金収受、敷地管理といった日常業務、大規模更新・大規模修繕事業に代表されるプロジェクト型の業務、そして業務や災害等の有事対応といった様々なオペレーションを、デジタル化、遠隔化、自動化、機械化して、安全かつ効率的、効果的に行いたいと考えている。例えば、日常業
務は道路管制センターからの指示・運営を基本として、高速道路運営のオペレーションに関わる全ての人々の仕事の質と量、働き方を変えたいと考えている。
併せて、道路構造物の健全性を確保し、自動運転や隊列走行といった新たな道路交通を支え、交通事故や渋滞を減らし、CO2 排出量を削減するとともに、お客様や沿線地域への対応を充実させ、より安全で快適、適時性の高い、環境負荷の少ない次世代の高速道路空間・サービスを提供したいと考えている。

3

図 1-4

次世代の新たなリアルタイム業務 イメージ図

1.2 実証の概要
本調査研究では、高速道路事業者特有の環境である「トンネル」に焦点をあてることとする。トンネルは山間部に多く、キャリア５Ｇの活用が見込めないため、ローカル５Ｇ活用モデルとしての期待があり、スマートグラス、監視カメラ、AI を組み合わせることで高速道路の保守保全業務を高度化するポテンシャルがある。
高速道路の「トンネル」でローカル５Ｇを活用することを想定し、その環境下でのローカ
ル５Ｇ特性調査、及び課題解決手段の有効性を調査する。
上記の調査を行うとともに、「トンネル内」でローカル５Ｇを活用する具体的な社会実装
内容を検討し、普及拡大につなげる。
上述に記載したように、労働人口減少で作業員確保が困難な課題に対して、以下の二点について課題実証を行う。（図 1-5 高速道路トンネル内メンテナンス作業 イメージ図）① 作業員の安全確保
・ 規制中車線に突入しそうな車を監視カメラの映像をローカル５Ｇで伝送し、
AI 画
像解析サーバでリアルタイム AI 画像解析することで危険を検知し、作業員にアラート通知して危険を回避するシステムを検証する。
・ また、監視カメラで作業員を監視し、危険な作業エリアへの侵入があった場合も作業員に危険アラート通知を行う。
② 作業員の遠隔作業支援
・ スマートグラスやスマートフォンを活用して、4K の解像度の映像伝送と音声を組み合わせて、遠隔にある事務所の熟練者による遠隔作業支援を実施する。複数
4

の現場を一人の熟練者が対応することで、作業効率の向上が期待できる。

図 1-5

高速道路トンネル内メンテナンス作業 イメージ図

また、技術実証として、トンネル内の電波伝搬に関して受信電力・伝送スループット・伝送遅延時間の静特性を取得し、上記の課題実証のアプリケーション要件を満たすことができるエリアを明らかにする。
また、免許の審査基準式となるエリア算出法において、「トンネル」に対する伝搬モデルの定義がなされていない状況を鑑み、「電波伝搬モデルの精緻化」でトンネルにおける伝搬損のモデルを構築して、エリア算出方法に寄与する。
また、「電波反射板によるエリア構築の柔軟化」においては、入射角度に対する反射角度を制御可能な反射板を用いることによって、従来はエリアカバーが困難であった「トンネル内の避難連絡坑」までエリア拡張することが可能であることを検証する。

5

2. 実証環境の構築
ローカル５Ｇでは、4.7GHz 帯と 28GHz 帯を利用できる。4.7GHz 帯は、4G LTE と同
じ 6GHz 帯以下の周波数帯であり、28GHz 帯と比べて遮蔽物の影響を受けにくく広いエリアをカバーすることができると言われている。28GHz 帯は、直進性が高く遮蔽物を回り込
むことができないが、4.7GHz は 100MHz の帯域であるのに対して、28GHz では 400MHzの帯域を活用することができるため、大容量通信に向いている。
本開発実証に活用することができる装置の候補として、4.7GHz SA(Stand Alone)の装置
では、上りのスループットの理論上限が 80Mbps であるのに対して、28GHz NSA(NonStand Alone)方式の装置では、スループットの理論限界値が 140Mbps である。100MHzの周波数を 2 つアグリゲーションすることで 280Mbps までスループットを拡張することが可能である。
本開発実証では、監視カメラやスマートフォンで 4Ｋ映像を扱うため、アップリンクのスループットを重視して、実証期間において高いスループットを提供することができる
28GHz NSA 方式の装置を採用することとする。
2.1 実施環境
本開発実証環境は、高速道路のトンネルを選定している。山間部にあるトンネルには、
キャリア５Ｇが敷設される見込みが薄いため、ローカル５Ｇを活用することを考えている。
トンネルでは反射が多く、導波管のように電波が遠くまで届くことを期待でき、どの程度までエリアを構築することができるのか検証する。また、ローカル５Ｇにおけるトンネ
ル内での 28GHz の電波伝搬特性のデータが少ないことから、エリア算出法に向けた電波伝搬モデルの構築にも貢献することができる。
なお、トンネル内に基地局を設置するため、電波伝搬の特性としては屋内で、平地としての地形に分類できる。
2.1.1 実証地域の概要
本開発実証では、実証地域として、中日本高速道路管内の古城山トンネル（下り）を選定した。
古城山トンネルは東海北陸自動車道にあるトンネルである。東海北陸自動車道は、愛知
県一宮市から岐阜県を経由して富山県砺波市へ至る、東海地方と北陸地方を結ぶ高速道路（高速自動車国道）である。古城山トンネルは、起点からすると美濃 IC と古城山 PA（上り方面のみ）との間にあり、古城山という山にある。古城山トンネル（下り）のデータを以下に示す。
・ トンネル名：古城山トンネル（下り）・ よみがな：こじょうざん
・ 会社名：中日本高速道路株式会社
・ 道路名：東海北陸自動車道
・ 供用年：1994 年
・ 延長：1.508m
・ 車線数：2 車線
6

・ 車線幅：3.5m×２車線
・ 照明間の幅：約 8m
・ 照明設置高さ：4.8m

2.1.2 所在地
古城山トンネル（下り）の所在地を以下に示す。
・ 岐阜県美濃市口野々
実験場所を図 2-1 及び図 2-2 に示す。

実験場所 古城山トンネル(岐阜県美濃市口野々)

出典：国土地理院ウェ
ブサイトの地図を加
工して作成
図 2-1

実験場所 古城山トンネル(岐阜県美濃市口野々)
実験メイン場所（500ｍ程度）

図 2-2

実験場所 古城山トンネル(岐阜県美濃市口野々) 平面図

7

2.2 ネットワーク・システム構成
2.2.1 設置場所
各種機器設置場所を下記に示す。ローカル５Ｇ基地局(28GHz 帯)の具体的な設置場所については古城山トンネル内に設置する。（表 2-1 事業実施場所と５Ｇ利用設備）
表 2-1 事業実施場所と５Ｇ利用設備
事業実施場所
５Ｇ利用設備項

設置場所

住所

古城山トンネル1

岐阜県美濃市口野々

（下り線）

基地局

移動局

ローカル５Ｇ基

モバイルルータ

地局(28GHz 帯)

スマートフォン

監視員通路
2

古城山トンネル

岐阜県美濃市口野々

電気室

サーバ関連

トンネル内 イメージ

古城山トンネル 坑口
図 2-3

コア装置、

設置場所 古城山トンネル(岐阜県美濃市口野々) 外観図

機器設置について、図 2-4 を用いて説明する。電気室に、５Ｇコア、基地局 CU/DU、
AI 画像解析サーバ等の設備を設置する。電気室から、トンネル入り口付近に設置する基地
局までの間を光ファイバーで接続する。GPS アンテナを電気室に引き込み、基地局
CU/DU に接続する。基地局設置場所から、ほぼ直線となる間で 20 箇所以上の受信電力を測定する。なお、反射板を活用することで、避難連絡坑のエリア化をすることができるか実証を行う。

8電気室（5Gコア装置
基地局CU/DU）

反射板
（ビーム角
調整機能）

基地局
（5G：28GHz）（4G：2.5GHz）
壁面設置

避難連絡坑
（反射板活用エリア化）

光ファイバ
敷設

図 2-4

実験メイン場所（500ｍ程度）

機器配置図（東海北陸自動車道：古城山トンネル）

図 2-5 に、電気室内における５Ｇコア、５Ｇ基地局 CU/DU 等、ラックに搭載する設備の設置場所を示す。

図 2-5

電気室におけるラック設備設置場所（５Ｇコア、５Ｇ基地局 CU/DU 等）

図 2-6 に、トンネル内への基地局設置イメージを示す。ローカル５Ｇ基地局（28GHz）と、Private LTE の 4G 基地局（2.5GHz）を、トンネル内に設置する。基地局の指向性を考慮して、車が進行する方向に合わせて電波が届くように設置角度を調整する。

9

ローカル５G
基地局
28GHzRU

車の進行方向

４G基地局
2.5GHz

図 2-6

トンネル内への基地局設置イメージ

2.2.1.1 エリア算出法によるカバーエリア、調整対象区域
電波法関係審査基準(平成 13 年 1 月 6 日総務省訓令第 67 号)に定められているエリア算
出法では、トンネルを想定したモデルが定められていない。
トンネル内に基地局を設置するため屋内モデルが近いと考えられる。ただし、建物がな
いため、建物侵入損 R を 0dB と仮定した。
伝搬等に関する計算式を下記に記載する。
Pr＝Pt＋Gt－Lf＋Gr－L－4（式１）

Pr［dBm］：受信レベル(受信電力)
Pt［dB］：送信電力(基地局の空中線電力)
Gt［dBi］：送信アンテナ利得
Lf［dB］：基地局の給電線損失
Gr［dBi］：受信アンテナ利得
L［dB］：伝搬損失(注)③ 屋内の場合(基地局を屋内に設置する場合)
L＝20log10(4πd／λ)＋Rd(m)：基地局から陸上移動局までの距離λ(m)：指定周波数の波長R(dB)：建物侵入損(20.1)
トンネル内での伝搬モデル精緻化については、後述するが、建物侵入損の代わりとなるトンネル固有の補正パラメータを、本技術実証にて検証する。
10

表 2-2 に、エリア算出のために用いたパラメータを示す。
また、このパラメータによって、５Ｇ基地局 RU のアンテナ放射パターンとチルト角度を考慮してカバーエリアと調整対象区域を算出した結果を、図 2-7 に示す。
カバーエリア端は、５Ｇ基地局 RU から 0.78km の地点、調整対象区域は、2.1km の地点と求めることができる。
表 2-2

エリア算出のためのパラメータ項目

設定値
アンテナ利得23[dBi]

送信電力

22[dBm] (158[mW])

給電線損失

0[dB]

周波数

28.2499[GHz]高度地上高 5[m]

チルト角

20°

アンテナ利得20[dBi]高度

地上高 1.5m

人体吸収損失

4[dB]

伝搬モデル

ITU-R P.1411

建物侵入損失

0[dB]

基地局

移動局

その他

調整対象区域カバーエリア

2.1km
0.78km５G基地局RU
チルト角：20°トンネル

図 2-7 エリア算出式をベースとしたカバーエリア、調整対象区域
11

ローカル５G のカバーエリア、調整区域に関して図 2-8 に示す。メッシュの荒さから、
トンネル区間でトンネルの外に電波が出ているように表示されているが、トンネル区間では隣接する部分には電波が放射されない。トンネルの出口方向と入口方向に電波が放射される。

：カバーエリア ( -81.2 dBm）
：調整対象区域 （ -90.0 dBm）

28GHzRU

RSSI:カバーエリア ( -8:干渉調整区域( -9

出典：国土地理院ウェブサイトの地図を加工して作成：シミュレーション結果は実際の値と異なる場合がございます。本結果は参考値としてご参照いただけますようお
図 2-8

ローカル５G のカバーエリア、調整対象区域

また、Private LTE（2.5GHz）のカバーエリア、調整区域に関して図 2-9 に示す。

12

：カバーエリア ( -85 dBm）
：調整対象区域 （ -98.8 dBm）

2.5GHz基地局

出典：国土地理院ウェブサイトの地図を加工して作成
図 2-9

PrivateLTE（2.5GHz）のカバーエリア、調整対象区域

13

2.2.2 ネットワーク構成
本開発実証のネットワークシステムは、28GHz 帯に対応するノキア社製 NSA 方式のローカル５Ｇシステムを設置する。
令和 2 年度の総務省ローカル５Ｇ開発実証において、同システムを活用した実績があり、100MHz の帯域幅を下りで 4 つ（4×100MHz）と、上りで 2 つ（2×100MHz）アグリゲ
ーションすることができることから、4K 画像でアップリンク伝送の性能を出すためにはノキア社製のものが性能要件を満たすと判断したため選定した。同社が提供する 4.7GHz SA（Stand Alone）構成のシステムでは、アップリンクの伝送スループットの理論上限値が80Mbps のため、理論上限値が 140Mbps (2CC: Component Carrier: 280Mbps)である
28GHz NSA 構成を選定した。また、Nokia Digital Automation Cloud（NDAC）サービス
で、クラウドを経由してローカル５Ｇシステムの遠隔保守・運用が可能であり、トンネルごとに保守員を配置しないで済むメリットがあるため、ノキア社製 NDAC を採用することとした。（図 2-11 NDAC システム 概略図）
また、本開発実証のネットワークシステムにおけるローカル５Ｇモバイルルーターは、
28GHz 帯に対応するシャープ社製端末を 5 台用意し、スマートグラス×2 台、4K 監視カ
メラ×2 台、警告灯×1 台と接続する。（図 2-10 ローカル５Ｇ実験システム 構成図）
GPSアンテナ【トンネル内】①スマートグラススマートグラス
警告灯【電気室】

４Gアンテナフィルタ

ローカル5G
モバイル
ルーター

自営等
BWA
2.5GHzスマートフォン

ローカル5G
RU
28GHz

光ファイバー

4Kカメラ

(公衆網)

ルーター

Iperf3
サーバ

５Gコア
L3-SW

②4K監視カメラ
ローカル5G
モバイル
ルーター

【事務所】
サービスセンタ

ラック（電気室）

光ファイバー

ルー
ター

モニタリングPC

AI画像解析
サーバ

ローカル５G
CU/DU

インターネット

AC/DC
Converter

LINE
サーバ

電源部

：無線通信
：有線通信

CU: Central Unit、DU: Distributed Unit、RU: Remote Unit、BWA： Broadband Wireless Access

図 2-10

ローカル５Ｇ実験システム 構成図

2.2.2.1 ネットワークシステム使用機器
本開発実証におけるローカル５Ｇのネットワークシステムとして使用する機器の概要を以下に示す。

14

表 2-3

項目
概要

コア装置

ネットワークシステム使用機器内容
ノ キ ア 社 製 Nokia Digital Automation Cloud サ ー ビ ス （ 以 下「NDAC」という。）にて 28GHz 帯ローカル５Ｇシステムを活用す
る。NSA 方式となり、アンカーとして自営等 BWA 基地局を設置する。
【機能と役割】
ノキア社製 NDAC サービスを使用。NSA 方式に対応したコア装置（EPC 機能）を提供。NDAC サービスでは、遠隔地のデータセンタ
からコア装置や基地局を遠隔監視・制御することが可能。
【数量】
1 サービス（NDAC）
1 台（エッジサーバ）

ローカル５Ｇ
基地局システム【設置形態（固定・可搬等）】
固定【機能と役割】
ノキア社製基地局 CU/DU と RU（AWEUA）を使用。ローカル５Ｇの 28GHz の無線通信が可能。100MHz の帯域幅をダウンリンクでは
4 つ（4×100MHz）、アップリンクでは 2 つ(2×100MHz)までアグリ
ゲーション可能なため、超高速通信が可能。
【数量】
1局

自営等 BWA 基地
局【設置形態（固定・可搬等）】
固定【機能と役割】
ノキア社製自営等 BWA 基地局(2.5GHz)を使用。ローカル５Ｇのアンカーバンドとして活用。また、ローカル５Ｇとのデュアルコネクティ
ビティ通信も行う。ローカル５Ｇの電波が届かない場所では、端末と自営等 BWA にて通信を継続することが可能。
【数量】
1局

端末

【設置形態（固定・可搬等）】
固定【機能と役割】
シャープ社製および京セラ社製ローカル５Ｇ対応無線ルーターなら
びに FCNT 社製ローカル５Ｇ対応スマートフォンを使用。ローカル
５Ｇの 28GHz 帯及び自営等 BWA の 2.5GHz 帯の無線通信が可能。
Wi-Fi 接続、USB 接続機能並びに Ethernet ポートを有し課題解決検15

証に向けたアプリケーションとの接続が容易。
【数量】
8台【設置形態（固定・可搬等）】
可搬2.2.2.2 同環境が効率的である説明（1）スマートグラス＋スマートフォン双方向通信について
課題実証項目「①トンネル内スマートグラス～事務所間双方向通信」の実現にあたり、ス
マートグラス＋スマートフォン×2 式を用いる。このとき、4K 映像伝送を行うため、トンネル内で LTE 回線では十分な通信速度が確保できず、ローカル５Ｇのエリア化が必要となる。4.7GHz SA 方式のシステムに比べて、現状では 28GHz NSA 方式の方がアップリンク
速度の理論値上限が大きいため、28GHz NSA システムの実験環境が効率的であると考える。
（2）トンネル内 4K 監視カメラを用いた作業員の安全確保について
課題実証項目「②トンネル内 4K 監視カメラを用いた作業員の安全確保」の実現にあたり、
4K 監視カメラ×2 式を用いる。このとき、トンネル内には仮設カメラ映像伝送用専用ケー
ブルを敷設することは一般的ではない。また、トンネル内で 4K 監視カメラ映像を LTE 回
線でアップリンク伝送するには十分な通信速度が確保できないためローカル５Ｇのエリア化が必要となる。上述のように、4.7GHz SA 方式に比べて、28GHz NSA の方がアップリ
ンク速度の理論値上限が大きいため、28GHz NSA システムの実験環境が効率的であると考える。

図 2-11 NDAC システム 概略図
16

2.2.2.3 ネットワークシステム構成図 物理構成(詳細)ネットワークシステム構成図 物理構成(詳細)を以下に示す。

図 2-12

ネットワークシステム構成図

物理構成(詳細)

2.2.2.4 ネットワーク構成図（論理構成）
ネットワーク構成図（論理構成）を以下に示す。
192.168.241.60/24

ノートPC(遠隔作業支援)192.168.100.100/24

192.168.241.70/24

スマート
フォン1

インター
ネット

モバイルルータ

スマート
フォン2

NTPサーバ216.239.35.12216.239.35.4

DNSサーバ8.8.8.8-8.8.4.4

192.168.100.1/24

Teamsサーバ

LINEサーバ

192.168.0.2/24
192.168.241.80/24

192.168.241.10/24

ローカル５G
モバイル
ルータ

ローカル５G
モバイル
ルータ

モバイル
ルータ
公衆LTE

NDAC
ルータ

192.168.241.30/24

192.168.0.1/24

192.168.128.1/24
PC(iperf3 client)192.168.128.1/24

スマートグラス1

192.168.241.50/24

192.168.241.20/24

ローカル５G
モバイル
ルータ

ローカル５G
モバイル
ルータ

192.168.128.1/24

警告灯

192.168.128.1/24
スマートグラス2

ローカル５G
モバイル
ルータ

コア装置

192.168.254.2/24
192.168.254.1/24

192.168.128.1/24
４Kカメラ1

192.168.241.40/24
ローカル５G
モバイル
ルータ

L3SW
基地局
（2.5GHz）

192.168.250.1/24
SFP型
タイムサーバ
192.168.250.250

192.168.250.140/24
192.168.250.150/24

192.168.128.1/24

基地局(28GHz)RU

４Kカメラ217

SW HUB

基地局(28GHz)
CU/DU

デスクトップPC(iperf3 server)
192.168.254.111/24

ノートPC(AI画像解析サーバ)
192.168.254.101/24

図 2-13

ネットワーク構成図（論理構成）

2.2.2.5 ローカル 5G システム（基地局）の概要
ローカル 5G システム（基地局）の概要を以下に示す。
表 2-4

ローカル 5G システム（基地局）の概要
基地局 A(DAAWEUA-1.6-N20)

製造ベンダ

ノキア社

台数

1台

設置場所（屋内/屋外）

屋内

同期/準同期

同期

UL：DL 比率

1:4
28GHz 帯

周波数帯
SA/NSAUL 周波数NSA
28.2～28.6GHz

DL 周波数UL 帯域幅100MHz×4 チャネル

DL 帯域幅UL 中心周波数

F1=28.24992 GHz
F2=28.34928 GHz
F3=28.44864 GHz
F4=28.54800 GHz※UL は上記から 2 つ

DL 中心周波数

UL 変調方式

64QAM

DL 変調方式

2×2MIMO

MIMO

18

2.2.3 ローカル５Ｇシステムの外観と特長
ローカル５Ｇ（28GHz NSA 構成）のシステムの装置外観を以下に示す。

ローカル5G基地局RU(28GHz)
図 2-14

ローカル5G基地局CU/DU

ローカル５Ｇシステム（28GHz NSA 構成）装置外観

以下に各装置の外観と仕様を示す。
2.2.3.1 コア装置(edge)
コア装置の外観と仕様を以下に示す。

図 2-15 ノキア製ローカル５Ｇ コア装置

19

外観

表 2-5

ノキア製ローカル５Ｇ

コア装置 主な仕様

項目

説明

型名

HP EL 1000 m510 10GE

同時端末接続数

10,000 台

最大スループット(理論値)

10Gbps外形

W232×D352×H87.5 mm

最大重量

8.36kg

最大消費電力225W

2.2.3.2 ローカル５Ｇ (28GHz NSA)基地局 CU/DU の装置外観と仕様
ローカル５Ｇ (28GHz 帯)基地局 CU/DU の外観と仕様を以下に示す。

図 2-16
表 2-6

ノキア製ローカル５Ｇ 基地局 CU/DU 外観

ノキア製ローカル５Ｇ基地局 CU/DU

主な仕様

項目

説明

型名

NDAC Airscale 5G Indoor Base Band Kit

外形

W447×D400×H129 mm

最大重量

11kg（今回構成）

最大消費電力420W（今回構成）

2.2.3.3 ローカル５Ｇ (28GHz NSA)基地局 RU の装置外観と仕様
ローカル５Ｇ (28GHz 帯)基地局 RU の外観と仕様を以下に示す。

図 2-17
表 2-7

ノキア製ローカル５Ｇ 基地局 RU 外観

ノキア製ローカル５Ｇ基地局 RU 主な仕様

項目

説明

型名

AWEUA

20

外形

W270×D115×H325

最大重量

10kg

最大消費電力250W

送信出力22[dBm] (158[mW])

アンテナ利得23[dBi]

指向性

水平方向：
垂直方向：

正面から±45°

水平面から下方 20°

2.2.3.4 自営等 BWA 基地局 (2.5GHz)基地局の装置外観と仕様
自営等 BWA 基地局 (2.5GHz)の外観と仕様を以下に示す。

図 2-18
表 2-8

ノキア製自営等 BWA 基地局 外観

ノキア製自営等 BWA 基地局 主な仕様

項目

説明

型名

FWHT

外形

W327×D120×H247

最大重量

7.8kg

最大消費電力135W

ローカル５Ｇシステムの各装置の特徴を表 2-9 に示す。
表 2-9

項目
NDAC

コア装置

自 営 等 BWA

ローカル５Ｇシステムの各装置の特徴
機能説明
各装置の特徴システムの運用状態や障害状況 各現場でメンテナンスをする必要
を遠隔のデータセンターから監視 がなく、運用管理コストを低減すする。また、遠隔によるシステム る。
修復作業も可能である。
また、常に最新のソフトウェアに
データセンターを経由してソフト アップグレードすることが可能でウェアをアップデートする。
ある。
端末の位置情報を管理し、ハンド ローカル５Ｇの高速通信に対応でオーバー等の移動体制御、ページ きるよう 10Gbps のインタフェー
ングによる呼び出し等を行う。ま スを持つコア装置を選定している。
た、正規の端末であるか認証を行う。
自営等 BWA の無線通信が可能で 28GHz 帯の無線通信において、遮21

基地局(2.5GHz）ある。また、NSA 構成のローカル
５Ｇシステム（28GHz）に対しては、制御信号を扱うアンカーの役割を担う。

ロ ー カ ル ５Ｇ
基地局
(28GHz）

ローカル５Ｇの 28GHz 帯の無線通信が可能である。100MHz 帯域
幅を下りは 4 つ、上りは 2 つまでアグリゲーションすることができるため、超高速通信が可能となる。

22

蔽等の影響に対しても、LTE（ 自 営 等 BWA ） と の Dual
Connectivity によって、無線通信の維持が可能である。28GHz 帯のエリア外であっても、自営等 BWA で無線通信は可能。
本課題実証において、4K 映像伝送のアップリンクのスループットを満足することが可能である。

2.2.4 ローカル５Ｇ 28GHz 帯端末の特徴
ローカル５Ｇ 28GHz 帯端末の特徴を以下に示す。
表 2-10項目
モバイルルーター

スマートグラス

ローカル５Ｇ 28GHz 帯端末の特徴
内容【機能と役割】
ローカル５Ｇの 28GHz 帯及び自営等 BWAの 2.5GHz 帯の無線通信が可能。
スマートグラス、4K 監視カメラのローカル
５Ｇ接続が可能【数量】６台（3 台ずつ）【設置形態（固定・可搬等）】可搬【メーカー】シャープ株式会社【型名】HMSA-0003【メーカー】京セラ株式会社【型名】PC9056【機能と役割】
接続先と映像、音声の双方向通信が可能。
遠隔作業支援用。
【数量】2 台【設置形態（固定・可搬等）】可搬

スマートフォン

【メーカー】株式会社ニコン・トリンブル【型名】Trimble XR10
【機能と役割】
接続先と映像、音声の双方向通信が可能。
遠隔作業支援用。
【数量】2 台【設置形態（固定・可搬等）】可搬

4K 監視カメラ【メーカー】FCNT 株式会社
【型名】FMP181L01【機能と役割】
高解像度監視カメラ。
現場作業者の危険エリア侵入を撮影する。
【数量】2 台【設置形態（固定・可搬等）】固定【メーカー】FCNT 株式会社
【型名】SAWC01011

23

外観

なお、FCNT 社製のスマートフォン（型式：FMP181L01）では、以下の情報を確認する
ことができる。
・ NR（Sub6/mmW)の無線情報のリアルタイム表示
・ 無線情報の時系列ログ保存(位置情報含む)
・ スループット測定(測定ログ保存機能含む)
・ シグナリングのリアルタイム表示およびログ出力機能
表 2-11
項目

スマートフォン（FMP181L01）で測定可能な無線情報
NR

接続周波数[Hz]3.7G/4.5G/28G

CA 状態

PCC＋SCC すべて

帯域幅[Hz]40M/50M/60M/80M/100M/200M/400M

Serving セル

PCI

Neighbor セル

PCI

受信レベル

RSRP

受信品質

RSRQ

MIMO

LAYER 数 4/2/1

信号対ノイズ比

SNR

制御状態(RRC)

Idle/connected

制御状態(NAS)

Attach/Detach/TRU/ServiceReq

送信電力

Txpower（PUSCH/PUCCH）

受信電力

RxAGCPower

NSA/SA 状態

NSA/SA/-

Modulation TypeBPSK~256QAM

24

2.2.5 アプリケーションの概要
アプリケーションの概要を以下に示す。
表 2-12

アプリケーションの概要
内容

項目①トンネル内【概要】
スマートグラス～事務 Microsoft 社製 スマートグラス
所間双方向通信FCNT 社製 スマートフォン【機能と役割】
スマートグラスやスマートフォンを活用して、遠隔の事務所間
では映像や音声の双方向通信を行う。
また、事務所からは図面データ等を共有することを想定してい
る。
【数量】
2式
【設置形態（固定・可搬等）】
可搬②4K 監視カメラを用い 【概要】
た作業員の安全確保
FCNT 社製 4K 監視カメラ
日立国際電気社製 AI 画像解析ソフトウェア【機能と役割】
仮設する 4K 監視カメラとリアルタイム AI 画像解析を活用し、現場作業員の危険エリア侵入検知や接近車両検知し、現場作業員にアラート通知を行う。
【数量】
2式【設置形態（固定・可搬等）】
固定25

2.3 システム機能・性能・要件
2.3.1 アプリケーションの要求スループットについて
課題実証においては、遠隔作業支援における作業員のスマートグラスやスマートフォン
での 4K 映像伝送が必要であり、また規制中車線で作業する作業員の安全確保では監視カ
メラで 4K 映像をリアルタイム伝送する必要がある。フルカラーの 4K 映像を 30fps のフレームレートで伝送する場合非圧縮だと約 6Gbps が必要となる。
本開発実証において使用を想定している FCNT 製４K カメラを使用した場合、フレーム
レート 30fps の 4K 映像を伝送するのに必要帯域を約 25Mbps 程度に抑えることが可能となる。（圧縮規格：H.264/H.265）
システム機能、性能要件を以下に纏める。
表 2-13システム機能、性能要件

＃

項目

要件

１

機能要件

4K 映像伝送が可能であること

２

性能要件

25Mbps 以上のアップリンク伝送が可能であること

TDD システムでは、DL と UL の Path Loss が同じであることを利用し、実測(28GHz)の UE 受信電力(RSSI)から算出した Path Loss を用いて、UL スループットとの対比関係を纏めると、表 2-14 の通りとなる。マージンを考慮して、目標スループットを 30～
40[Mbps]とした場合、下表のシミュレータにおける Path Loss 閾値は-91.66[dB]と分かる。
ここで、シミュレータの Path Loss が示している値は、伝搬損失と基地局のアンテナ利得を含むものとする。

26

表 2-14

実測(28GHz)の受信電力を基に算出した Path Loss とスループットの関係

トンネル内に設置するノキア製ローカル５Ｇ基地局(28GHz 帯)の仕様を元に移動局を搭載する４K カメラ、スマートグラス、スマートフォンの高さを 1.5ｍとして、要求スループ
ットでの上り通信が可能な弊社基準にて算出し実施した Path Loss のシミュレーションを実施した。シミュレーション条件を以下に示す。
シミュレーション結果より４K カメラ、スマートグラス、スマートフォンの高さが 1.5mの場合において 50m までは 4K カメラ映像を圧縮した状態で伝送できるだけのスループッ
トをアップリンクにおいて出す無線通信が可能と分かる。
なお、基地局のチルト角を 0°とすることにより、249m までの距離をカバーできる見通しとなる。
また、50m を超えたエリアについては、フレームレートを落としたり、HD の解像度とすることで、画像解析及び事務所への映像通信を継続することは可能である。
本開発実証においては、4K 解像度の映像情報をトンネル内において実証することを目的としているため、ノキア製ローカル５Ｇ基地局(28GHz 帯)は要件を満たしていると考える。
表 2-15
項目

基地局

シミュレーション条件
設定値

アンテナ利得23[dBi] (AWEUA)

送信電力

22[dBm] (158[mW])

給電線損失

0[dB]

27

移動局

周波数

28.2499[GHz]高度地上高 5[m]：トンネル内の照明を想定

チルト角

20°

アンテナ利得20[dBi]高度

地上高 1.5m

人体吸収損失

4[dB]

伝搬モデル

ITU-R P.1411

建物侵入損失0[dB]その他

50ｍ （基地局チルト角：20°）249ｍ （基地局チルト角： 0°）

基地局

4K 30fps, 25Mbps以上

図 2-194K, 30fps を満たすカバーエリアのシミュレーション結果

28

2.4 免許及び各種許認可
本開発実証を進めるにあたり取得した、実験試験局免許、道路占用許可及び道路使用許可について以下に示す。

2.4.1 免許申請
本開発実証を進めるにあたり、取得した免許について以下に示す。

2.4.1.1 実験試験局免許
実験試験局免許とは、総務省令電波法施行規則第 4 条第 1 項第 12 号にて「科学若しくは技術の発達のための実験、電波の利用の効率性に関する試験又は電波の利用の需要に関する調査を行うために開設する無線局であって、実用に供しないもの」と定義されておりⅲ、こうした目的のために開設し、実験や試験、調査を行うことができる免許である。
また、本開発実証において、実験試験局免許を取得した事由を以下に示す。
・トンネル内のネットワークをローカル 5G によって無線化するにあたり、最適な無線環境の導入に向けて、トンネル内の電波伝搬の特性を解明することが必要であった。28GHzのミリ波は直進性が高く、トンネルでは遠くまで電波が届くことも予想された。本実証では実験的な側面が多いため、総合通信局にもご指導を仰ぎながら、実験試験局免許にて行うのがふさわしいと判断した。
上記を踏まえ、本開発実証においては、ローカル５Ｇを活用した高速道路トンネル内メン
テナンス作業の効率・安全性向上の実現に向けた電波伝搬特性等の検証のため、28GHz 帯の実験試験局免許を取得した。

2.4.1.2 取得免許概要
28GHz 帯免許取得概要を以下に示す。なお、ネットワーク等の構築に当たっては、設置及び設置場所等について、中日本高速道路：古城山トンネルの管理者と協議して協力のもと実施した。また、以下の点に留意し、東海総合通信局及び貴省と適宜相談を行い実証実
験開始までに無線局免許を取得した。
（1）免許関係諸経費
無線局開設に係る免許関係諸経費は免許申請者負担とした。

（2）免許申請者
免許申請者は、無線局免許の取得に当たっては、無線局の設置予定の場所周辺の携帯電29

話事業者が開局している（又は開局予定の）キャリア５Ｇ及びローカル５Ｇ等の無線局との共用調整の上、携帯電話事業者及びローカル５Ｇの免許人等の承諾をあらかじめ得る必要があることから、請負契約後、速やかに携帯電話事業者等との周波数調整を開始し、合意を取れた上で、総務省総合通信局に無線局免許申請を行い、実証実験開始までに無線局免許を取得した。

（3）免許に関する情報本開発実証において取得した 28GHz 帯の免許に関する情報を以下に示す。取得した免許状を「別紙_無線局免許状（基地局）、（移動局 1）、（移動局 2）及び（移動局 3）」に記載する。
表 2-1628GHz 帯免許状情報（基地局）

免許人の氏名又は名称

エクシオグループ株式会社

免許人の住所

東京都渋谷区渋谷３－２９－２０無線局の種別

実験試験局

免許の番号

海実第 4163 号

免許の年月日

令 3.12.24

免許の有効期限

令 4.3.31

無線局の目的

実験試験用

運用許容時間常時

通信事項

実験、試験又は調査に関する事項（アルゴスシステムデータ伝送に関する事項、教育に関する事項を除く。）

通信の相手方免許人所属の実験試験局

識別番号

えくしおこじょうざんとんねるろーかる５G じっけん

無線設備の設置場所
又は移動範囲常置場所
岐阜県美濃市 東海北陸自動車道上り線
移動範囲
岐阜県美濃市 東海北陸自動車道下り線
３６．７ｋｐから３６．９ｋｐの間

電波の型式、周波数の範囲及び空中線電力

まで

古城山トンネル

古城山トンネル内、

99M8X7W
100MX7W
20M0X7W

28.24992 GHz 158 mW
28.34928, 28.44864,28.548 GHz
2585 MHz 6.2 W

表 2-1728GHz 帯免許状情報（移動局）

免許人の氏名又は名称

エクシオグループ株式会社

免許人の住所

東京都渋谷区渋谷３－２９－２０無線局の種別

実験試験局

免許の番号

海実第 4164 号

免許の年月日

令 3.12.24～

海実第 4166 号

30

電気室

158 mW

免許の有効期限

令 4.3.31

無線局の目的

実験試験用

運用許容時間常時

通信事項

実験、試験又は調査に関する事項（アルゴスシステムデータ伝送に関する事項、教育に関する事項を除く。）

通信の相手方免許人所属の実験試験局

識別番号

えくしおこじょうざんとんねるろーかる５G じっけんいどう

無線設備の設置場所
又は移動範囲常置場所
岐阜県美濃市
移動範囲
岐阜県美濃市

電波の型式、周波数の範囲及び空中線電力まで

東海北陸自動車道上り線

古城山トンネル

東海北陸自動車道下り線

古城山トンネル内

1～3
電気室

99M8D1A,B,C,D,F,X/99M8D7W/99M8G1A,B,C,D,F,X/99M8G7W
28.24992 GHz 200 mW
100MD1A,B,C,D,F,X/100MD7W/100MG1A,B,C,D,F,X/100MG7W
28.34928 GHz 200 mW
20M0X1A,B,C,D,F,X/20M0X7W
2585 MHz 400 mW

表 2-1828GHz 帯免許状情報（移動局）

免許人の氏名又は名称

エクシオグループ株式会社

免許人の住所

東京都渋谷区渋谷３－２９－２０無線局の種別

実験試験局

免許の番号

海実第 4167 号

免許の年月日

令 3.12.24

免許の有効期限

令 4.3.31

無線局の目的

実験試験用

運用許容時間常時

通信事項

実験、試験又は調査に関する事項（アルゴスシステムデータ伝送に関する事項、教育に関する事項を除く。）

通信の相手方免許人所属の実験試験局

識別番号

えくしおこじょうざんとんねるろーかる５G じっけんいどう

無線設備の設置場所
又は移動範囲常置場所
岐阜県美濃市
移動範囲
岐阜県美濃市

電波の型式、周波数の範囲及び空中線電力

99M8D1A,B,C,D,F,X/99M8D7W/99M8G1A,B,C,D,F,X/99M8G7W
28.24992 GHz 200 mW
100MD1A,B,C,D,F,X/100MD7W/100MG1A,B,C,D,F,X/100MG7W
28.34928 GHz 200 mW
20M0X1A,B,C,D,F,X/20M0X7W
2585 MHz 200 mW

表 2-19免許人の～海実第 4169 号

まで

東海北陸自動車道上り線

古城山トンネル

東海北陸自動車道下り線

古城山トンネル内

4～6

28GHz 帯免許状情報（移動局）

エクシオグループ株式会社

31

電気室

氏名又は名称
免許人の住所

東京都渋谷区渋谷３－２９－２０無線局の種別

実験試験局

免許の番号

海実第 4170 号

免許の年月日

令 3.12.24

免許の有効期限

令 4.3.31

無線局の目的

実験試験用

運用許容時間常時

通信事項

実験、試験又は調査に関する事項（アルゴスシステムデータ伝送に関する事項、教育に関する事項を除く。）

通信の相手方免許人所属の実験試験局

識別番号

えくしおこじょうざんとんねるろーかる５G じっけんいどう

無線設備の設置場所
又は移動範囲常置場所
岐阜県美濃市
移動範囲
岐阜県美濃市

電波の型式、周波数の範囲及び空中線電力～

海実第 4171 号

まで

東海北陸自動車道上り線

古城山トンネル

東海北陸自動車道下り線

古城山トンネル内

7～8
電気室

99M8D1A,B,C,D,F,X/99M8D7W/99M8G1A,B,C,D,F,X/99M8G7W
28.24992 GHz 200 mW
100MD1A,B,C,D,F,X/100MD7W/100MG1A,B,C,D,F,X/100MG7W
28.34928 GHz 200 mW
20M0X1A,B,C,D,F,X/20M0X7
2585 MHz 200 mW（4）電波干渉協議
免許申請に先立って電波干渉協議を行った。本開発実証を進めるにあたり、総務省東海総合通信局に電波干渉協議について確認した結果、5G の近隣設置はなく干渉協議の必要はないとの回答をもらった。よって今回は BWA(2.5G 帯)の干渉協議のみとなった。
本開発実証を行う古城山トンネル付近に、
UQ コミュニケーションズ株式会社と Wireless
City Planning 株式会社の無線機があったため、両会社と電波干渉協議を行った結果合意を得るに至った。合意書を「別紙_地域広帯域移動無線アクセスシステムの無線局の申請に伴う干渉の回避・低減に関する合意書」に記載する。

32

2.4.2 道路占用許可
本開発実証を進めるにあたり、道路占用許可を取得した。取得した道路占用許可に関する情報を以下に示す。取得した道路占用許可書を「別紙_道路占用許可書」に記載する。
表 2-20項目
発行者

取得道路占用許可情報
説明

独立行政法人日本高速道路保有・債務返済機構
理事長

渡邊

大樹

申請者

エクシオグループ株式会社

許可日

令和 3 年 12 月 28 日

東海支店長

占有の目的

総務省社会実験用の実験用器材設置のため

占有の場所

路線名：
東海北陸自動車道
場所：
東海北陸自動車道 上下線

36.20KP～36.90KP

岐阜県美濃市鉈尾 4018-1 地先
古城山トンネル電気室～古城山トンネル内
占有物件

名称・規模・数量：別紙のとおり

占有の期間

許可日から令和 4 年 3 月 31 日まで

工事の期間

許可日から令和 4 年 3 月 31 日まで道路の復旧方法

原状回復

33

2.4.3 道路使用許可
本開発実証を進めるにあたり、道路使用許可を取得した。取得した道路使用許可に関する情報を以下に示す。取得した道路使用許可書を「別紙_道路使用許可書」に記載する。
表 2-21
項目

道路使用許可情報説明発行者

岐阜県高速道路交通警察隊長

申請者

エクシオグループ（株）東海支店長道路使用の目的

総務省社会実験用の実験用器材設置のため場所又は区間東海北陸自動車道 古城山 TN（上り線・下り線）

期間

令和 4 年 1 月 17 日 7 時から令和 4 年 3 月 4 日 17 時まで

方法又は形態

車線規制（走行車線、追越車線）
・路肩規制

現場責任者

愛知県名古屋市中区錦 3-10-33 錦 SIS ビル 4F
矢野 満義

2.5 その他要件
2.5.1 開発供給計画認定/サプライチェーンリスク対応を含むサイバーセキュリティ対策について基地局、コア設備等については、特定高度情報通信技術活用システムの開発供給及び導入の促進に関する法律（令和２年法律第 37 号）に基づく開発供給計画認定 を受けた実績を有する事業者が開発供給した機器であることから、本開発実証において使用する基地局やコア設備については開発供給計画認定番号「2020 開 1 総経第 0003 号－1」にて開発供給
計画認定を受けているノキアが製造している機器を使用するものとする。
また、日立国際電気においてもノキアとの共同申請の形式で開発供給計画の認定に向けて申請中であり、日立国際電気が実施している特定高度通信技術活用システムの安全性・信頼性、供給安定性及びオープン性の確保措置に関しての総務省殿・経済産業省殿からの指摘事項もやり取りを重ねており、収束に向かっている。

2.5.2 サイバーセキュリティ対策について
サプライチェーンリスク対応を含むサイバーセキュリティ対策についても「IT 調達に係る国の物品等又は役務の調達方針及び調達手続に関する申合せ」（2018 年 12 月 10 日関係
省庁申合せ）等を始めとする開発供給計画で定められた各種ガイドラインに留意している。
本開発実証を実施するために導入するシステムについて、サイバーセキュリティ対策に留意し、実証を行う古城山トンネルでのシステム構築とし不必要にデータが外部に漏れない閉域のシステムとした。
28GHz 帯システムにおいては、ノキア社 NDAC サービスを利用するが、コア装置や基地局の運用監視機能に限定しており、個人情報に関するデータは扱わない。また、NDAC
34

サービスのデータセンタとは VPN を設定し、サイバーセキュリティ対策を講じている。
また、NDAC サービスでは、ダッシュボードアクセスの HTTPS 暗号化、SIM 情報
管理 DB 自体の暗号化といったサイバーセキュリティ対策を執り行っている。
また、本開発実証においては情報保全を履行する体制を確立して情報管理を行うものとする。
本開発実証において取得するデータの管理方法についても、本コンソーシアム内でのみ扱うものとし、情報保全を履行する体制にて情報管理を行うものとする。

2.5.3 実証に用いる機材の実証前の品質担保、事前の動作検証
日立国際電気では、5G/AI 協創ラボを開設しており、本開発実証で扱う 28GHz の NSAシステムを導入済である。以下の検証を行う。
① 端末との相互接続試験：端末のアタッチと iperf の通信が可能であることを確認➁

課題実証におけるアプリケーションの事前動作確認（車両検知によるアラート通知のシステム動作すること。及び、遠隔支援作業システムが動作すること。
）③ 技術実証での測定項目（基地局同期信号の受信電力測定、無線区間の PDCP スルー
プット確認、iperf によるスループット確認、ping による遅延時間測定）が取得できること。また、車線規制の時間内に完了するために、一地点において 20 分以内に作業を終えることができることを検証。上記の項目の測定方法は、3.3.1.2 に記載している。
③では、基地局同期信号の受信電力の値と、iperf によるスループット、無線区間の
PDCP スループットの関係が分かるようにデータを取得することによって、現地でのリフ
ァレンスとなるデータを取得した。

2.6 実証環境の運用
本開発実証では、片側の車線を工事規制を行って実証試験を行う。実証試験開始前に入念な準備を行うことによって、実証手順内容を定め、効率よく実験データを取得する。
本開発実証で活用する 28GHz の NSA 構成は、遠隔のデータセンタから保守監視を行う
ことができる。もし、開発実証中にインシデント等が発生した場合は、遠隔保守のサービ
スセンタと連携をとることによって早急に対処を行うものとする。

35

3. ローカル５Ｇの電波伝搬特性等に関する技術的検討（技術実証）
3.1 実証概要
近年の豪雨の影響から土砂災害が多発している状況である。トンネルを構成しているコ
ンクリートの裏側で何が起きているか不明な状況であり、トンネルの保守保全業務の重要性が高まっている。一方、労働人口が減り、トンネルの保守保全業務を行う技術者の確保が課題となっている。ローカル５Ｇを活用することで、保守保全業務を行う作業者に対して遠隔の熟練者がアドバイスを行う遠隔作業支援を行うことが期待されている。
また、高速道路で保守保全業務を行うために、車線を規制することがあるが、規制中の車線に車が突入する事故などが発生しており、作業員の安全確保も重要な課題である。このため、監視カメラの映像をＡＩ分析することで、危険を早く検知して作業員にアラート通知する仕組みによって、作業員の安全確保を行う。
遠隔作業支援や監視カメラの４Ｋ映像をローカル５Ｇで伝送することによって、上記のユーザニーズを満たすシステムを構築することができる。なお、キャリア５G は、都市部など人口密度の多いところから優先的に設置されるため、山間部およびトンネル等は、ローカ
ル５Ｇを活用するというように５Ｇのインフラを使い分けていくことが重要である。
また今回のユースケースはトンネル以外でも求められており、特に高速道路の安全確保に関しては、高速で走行する自動車の速度に応じたリアルタイム性が求められる。
上述のようなユースケースに対する要件を踏まえて、ローカル５Ｇの通信インフラに求める伝送スループットや伝送遅延など、実際の電波伝搬データを取得することによって検証を行う。
本開発実証の技術実証では、古城山トンネルの下り線に構築するローカル５Ｇの実証環
境を用いて、トンネルにおける 28GHz 帯(28.2-28.45GHz)の電波伝搬特性等に関する技術的検討（技術実証）を行う。表 3-1 に技術実証の項目を示す。

項目

表 3-1 技術実証の項目
概要説明

a. ローカル５Ｇの電波伝

トンネル内の 20 点以上の測定点で受信電力/伝送スループ

搬特性等の測定

ット/伝送遅延を測定。また、カバーエリア端、調整対象区
域端の調査を行う。

b. テーマ別実証

エリア算出基準にトンネルのモデルがないため、トンネル

I.電波伝搬モデルの精緻化

内の受信電力の測定 データを用いて、電波伝搬モデルを構築して検証する。

b. テーマ別実証

28GHz のミリ波で不感地帯になると想定される避難連絡

II.電波反射板によるエリア

坑で、電波反射板を活用して、4G から 5G 通信可能である

構築の柔軟化

ことを検証する。

図 3-1 に、技術実証の試験系統図を示す。28GHz の RU（Remote Unit）をトンネル内に設置し、各測定地点において受信電力/伝送スループット/伝送遅延時間を測定することで、トンネル内の無線電波伝搬環境を明らかにする。

36

また、トンネル内の保守保全業務に必要となるアプリケーション要求の通信品質を満たすエリア（基地局と端末間の距離）を明らかにする。
トンネル入口基地局アンテナ設置場所

下り線

トンネル出口

上り線
20m間隔

-10m

10m

測定地点

監査路(道路面から高さ1m)50m

受信電力測定遅延/スループット測定

アンテナ（オムニ/ホーン）

28GHz RU
＋LTE（2.5GHz）

エリアテスタ
測定PC
端末
アンテナ高
1.3m
(道路面か
ら2.3m)

28GHz
アンテナ高
2.75m
（道路面か
ら3.75m）

測定PC

端末
アンテナ高
1.3m
(道路面か
ら2.3m)

バッテリー

390m

５Gモバイル
ルーター

バッテリー

監査路
監査路高
1m

道路面（非常駐車帯 ）図 3-1

技術実証の試験系統図

表 3-2 に、各装置のアンテナ高について纏める。
表 3-2

技術実証におけるアンテナ高

#

装置

アンテナ高

1

ローカル５Ｇ基地局 RU

高速道路面から 3.75 m（監査路から 2.75m）

2

モバイルルータ

高速道路面から 2.3m

（監査路から 1.3m)

3

エリアテスタ高速道路面から 2.3m

（監査路から 1.3m)

図 3-2 に、技術実証で測定する環境の様子を示す。人が一人程度通行可能な監査路を利用して、基地局からの距離に応じて電波伝搬の特性を測定する。この監査路は、高速道路の路面から高さ 1m に設置されている。

37

図 3-2

技術実証の環境説明図

表 3-3 に、技術実証の実施環境やテーマ別実証の対応状況について纏める。
表 3-3

技術実証の実施環境、テーマ別実証の対応状況

項目
技術実証の

該当（〇、×）
周波数帯

実施環境
屋内外

周辺環境

4.7GHz 帯

×28GHz 帯〇キャリア５G の周波数帯

×

屋内

〇

屋外

×

半屋内

×

都市部

×

郊外

〇

開放地

×

その他

〇トンネル

テーマ別

I. 電 波 伝 搬 モ デ ル のK の精緻化

×実証

精緻化

S の精緻化×

R の精緻化×

その他の精緻化

〇トンネル

実施の有無

〇

III.準同期 TDD の追TDD2 の検討

×

加パターンの開発

TDD3 の検討

×

TDD2、3 以外のパターンの検討×

追加パターンを具備した実機での検証

×

II.電波反射板によるエリア構築の柔軟化

38

IV.その他のテーマ

実施の有無

×

3.2 実証環境
技術実証を行う場所は、2.1 章に記載の通り、東海北陸自動車道の古城山トンネルの下り線とする。
高速道路における保守保全作業を行う実利用場面を想定して設定された実証環境であり、以下の理由により、ローカル５Ｇの技術実証の場として、最適な環境であると考える。
・実証環境は、山間部のトンネルであり、キャリア５Ｇのサービスエリアとして見込めない場所であり、ローカル５Ｇの活用が期待される。
・ローカル５Ｇのエリア算出法において、トンネルの電波伝搬に関するモデルがない。今後、多くの高速道路のトンネルへの展開を鑑みて、トンネル設置におけるエリア算出法として電波伝搬モデルを構築することが重要であると考える。
③トンネル出口漏洩電力測定

測定点⑤干渉調整区域端調査
トンネル外（一般道/高速道路）④カバーエリア端調査
トンネル内外（一般道/高速道路）

543m①トンネル内電波伝搬測定（20箇所）
トンネル全長1483m②避難連絡坑電波伝搬測定（反射板活用）
（5箇所）

26m
390m
50m

避難
連絡坑

基地局
設置場所
550m

下り車線

図 3-3

上り車線

技術実証の実証環境説明図③トンネル出口漏洩電力測定

トンネル入口基地局アンテナ設置場所②避難連絡坑電波伝搬測定（反射板活用）
（5箇所）

図 3-4

下り線

トンネル出口上り線

トンネル内における技術実証場所に関する説明図

図 3-3 と図 3-4 を用いて、技術実証の実証環境、及び技術実証の場所に関して説明する。
39

古城山トンネルの下り線、及び下り線と上り線を結ぶ避難連絡坑を用いて技術実証を行う。
具体的には、以下の項目について測定を行う。
① トンネル内電波伝搬測定（20 箇所）② 避難連絡坑電波伝搬測定③ トンネル出口漏洩電力測定④ カバーエリア端調査⑤ 調整対象区域端調査
図 3-5 に、トンネル内の基地局設置に関する様子を示す。28GHz の RU をトンネル壁面
近くまで高く設置した。RU の中心まで、監査路から 2.75m であり、道路の路面から 3.75mの高さに設置した。自営等 BWA の LTE のアンテナは、28GHz の RU の下側に二本設置し
ている。

図 3-5

基地局設置の様子

403.3 実証内容
3.3.1 ローカル５G の電波伝搬特性等の測定
3.3.1.1 実証目標
トンネル内における保守保全作業として、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ローカル５Ｇの性能を評価するため、測定データを取りまとめる。測定データからトンネル内の電波伝搬損失特性を明らかにし、
ローカル５Ｇによるトンネル内保守保全作業に向けたローカル５Ｇの技術基準等の整備に資する知見を得ることを目標とする。
トンネル内保守保全作業の例として、後述の課題実証に記載している。この課題実証では、遠隔作業支援で活用するスマートフォンや、作業員の安全監視のために活用する監視カメラとして 4K カメラを活用することを想定している。4K カメラの解像度で 30fps を実現するためには、H.264/H.265 圧縮で平均 25Mbps 程度のスループットが必要となる。
トンネル内において、基地局から何 m の範囲で 25Mbps 以上のスループットが得られるか明らかにする。なお、4K の解像度が得られない場合は、HD の解像度に落とし、2Mbps
で映像が途切れないようにすることをトンネル内の保守保全作業を行うエリアで可能であることを検証する。
4K 解像度が得られる範囲を明らかにすることによって、トンネル内でのローカル５Ｇの基地局設置基準を明らかにする。
また、4K 解像度が得られなかった場合であっても、HD 画像の解像度が担保されることを確認することによって、遠隔作業支援や作業員への危険アラート通知のユースケースにおいて、画質劣化による作業の容易性に影響があったとしても、機能を実現することが担保できることを確認する。
測定の結果、ローカル５Ｇを用いたソリューションの所要性能を実現できない場合は、実測データに基づき必要なローカル５Ｇを構築する方策（必要な帯域幅、送信電力、準同期への対応等）を検討する。

3.3.1.2 評価・検証項目
ローカル５Ｇのトンネル内における技術実証における評価・検証内容を表 3-4 に示す。
表 3-4

技術実証の評価・検証内容

＃

評価内容

検証内容

１

トンネル内の監視員通路
20 箇所以上の電波伝搬特性測定

基地局設置場所から一定の距離（例：10m）離れた場所から一定間隔(20m)ごとに 20 箇所以上の地点で表 3-5 に示す測定項目全てを測定し、以下を検証する。
１．受信電力と基地局からの距離の特性検証（伝搬モデルの検証に活用）
２．アプリの要件を満たす伝送スループットを達成する
基地局からの距離41３．伝送遅延時間と基地局からの距離の特性検証
２

トンネル出口の漏洩電力測定

トンネル出口において電波の漏洩電力を測定。表 3-5 に示す測定項目の受信電力を測定し、以下を検証する。
１．トンネル外への漏洩電力の有無

３カバーエリア端の調査

エリア算出法において、屋内の自由空間伝搬モデルを仮定し、建物侵入損なしの条件でカバーエリア端を推定し、実測と比較。表 3-5 に示す測定項目の受信電力を推定カ
バーエリア端位置で測定し、異なる場合は、カバーエリ
ア端の閾値の受信電力となる場所を探す。以下を検証する。
１．推定カバーエリア端と実測カバーエリア端の基地局からの距離の差分

４

調整対象区域端の調査

調整対象区域端についても、想定と実測の比較を行う。
表 3-5 に示す測定項目の受信電力を推定調整対象区域エリア端で測定し、異なる場合は、調整対象区域端の閾値の受信電力となる場所を探す、以下を検証する。
１．推定調整対象区域端と実測調整対象区域端の基地局からの距離の差分
なお、高速道路上で工事規制の関係で人が立ち入るのが難しく実測困難な場合は測定しない。一般道で調査する。

各測定地点での測定項目・測定方法を表 3-5 に示す。
表 3-5

各測定地点での測定項目・測定方法

＃

測定項目

測定方法

１

受信電力

各測定地点においてエリアテスタを活用して、基地局が送信する同期信号の受信電力(dBm)を測定

２

伝送スループット

上りと下りの伝送スループット(Mbit/s)を iPerf を用いて測定、無線区間のスループットについては、端末にて
PDCP のスループットを測定

３

伝送遅延時間Ping を用いて往復遅延時間(msec)を測定

４

SINR

端末における SINR を測定

図 3-6 に測定システム構成を示す。エリアテスタによって基地局が送信する同期信号の受信電力を測定する。PC 間で、iPerf を用いて上りと下りの伝送スループット（UDP/TCP）について評価を行う。また、無線区間については、PDCP レイヤでのスループットを測定する。
また、Ping を用いて往復の伝送遅延時間を測定する。
また、端末における SINR を測定する。
エリアテスタと 5G モバイルルータを組み合わせて測定する。

42

Iperf：伝送スループット（下り）Iperf：伝送スループット（上り）Ping：伝送往復遅延

PC（クライアント）

５G基地局(28GHz)

５Gモバイルルータ（UE）

エリア
テスタ

５Gコア

L3SW

PC
（サーバ）

・受信電力
(基地局同期信号)

図 3-6

測定システムの構成

各測定地点での測定項目（受信電力、伝送スループット、伝送遅延時間、PDCP スループッ
ト、SINR）に対する測定手順を以下に示す。

（1）受信電力（基地局同期信号の受信電力）の測定手順①

測定器設定（起動時のみ）
1. エリアテスタの電源オン
2. PC で測定ソフトを起動
3. 測定ソフトでワークスペース、使用するハードウェアを選択➁

受信電力（28GHz 基地局同期信号の受信電力）測定（測定地点）
1. 28GHz 帯のデバイスを設定に変更
2. ホーンアンテナを活用する場合、ホーンアンテナの向きを設定（基本的には基地局が設置されている方向、もしくは反射板が設置されている
方向を向けるものとする。
）
3. 測定ソフトの Start ボタンを押下し、測定開始
4. 測定ソフトの Stop ボタンを押下し、測定終了
5. 測定したログを保存※測定毎に CSV 形式で保存する。測定地点、日時、ホーンアンテナの向き等の情報でログファイル名を区別する。
6. 3 の状態で画面に表示されている情報や測定位置を記録※測定地点、日時、ログファイル名、ホーンアンテナの向き、測定時の読み取り
情報（RSRP 値）の記入
7. ホーンアンテナを活用し、かつホーンアンテナの向きを変更する場合、上記 2～
6 を繰り返し実施※測定地点に構造物等、電波に大きく影響を与えると想定されるものがある場
合、その箇所での一番強い反射波等を測定して、ホーンアンテナの向きを記録
8. 次の測定地点へ移動し、上記 2～7 を繰り返し実施※予定している測定箇所の測定が完了したら、エリアテスタ・PC 電源オフ
※各測定地点での測定時間：1 測定ポイント辺り移動を含め、20 分を想定

43

（2）伝送スループット・伝送遅延時間・PDCP スループット・SINR の測定手順①

iperf サーバ上で、iperf コマンドをサーバーモードで実行する。

② 測定地点へ移動し、端末が基地局と接続されていることを確認③ 測定地点での測定条件の記録④ 測定用 PC から、iperf サーバに対する ping で、通信できることを確認する。
⑤ Ping による伝送遅延時間を測定し、ログファイルに格納する。
2 分間を 1 回測定⑥ 測定用 PC から、iperf で伝送スループットを測定し、ログファイルに格納する。
上り：2 分間を UDP と TCP で 2 回測定
下り：2 分間を UDP と TCP で 2 回測定⑦ Iperf を実行しているときに、5Ｇモバイルルータの Diagnostic Port 経由で得られる無線区間の情報を格納する。PDCP スループット、SINR のデータが取得されていることを確認。
⑧ Ping, iperf の各ログと端末で測定した無線区間情報（PDCP スループット、SINRのデータ）、が格納されていることを確認。
⑨ 次の測定地点に移動し、②～⑧を繰り返す。
※予定している測定地点の測定が完了したら、PC・モバイルルータ電源オフ※各測定地点での測定時間：1 測定ポイント辺り移動を含め、30 分を想定
各測定地点での測定項目（受信電力、伝送スループット、伝送遅延時間）で得られたデー
タは、検証内容に合わせてデータ集計分析を行う。

3.3.1.3 評価・検証方法
技術実証の評価・検証方法について、以下に図を用いて説明する。

（1）トンネル内の監視員通路の電波伝搬特性測定
図 3-7 に、トンネル内での電波伝搬特性測定で、基地局が送信する同期信号の受信電力の測定と、伝送スループット・伝送遅延時間の測定に関する説明図を示す。基地局から一定の距離（例：10ｍ）をスタート地点として 20ｍ間隔で 20 箇所以上の測定地点を決める。
エリアテスタを活用して、基地局同期信号の受信電力を 5 分間測定することにより、１地点あたり 1000 サンプル以上のデータを測定する。
また、各地点で 5G モバイルルータとノートパソコンを接続して、サーバとの間のスルー
プット（UDP DL/UDP UL/TCP DL/TCP UL）と往復遅延時間（Ping）を 2 分間（120 サンプル）データを取得する。このとき、モバイルルータの Diagnostic Port 経由で PDCP レ
イヤのスループットと、SINR のデータを同時に取得する。

44

トンネル入口

基地局アンテナ設置場所

下り線

トンネル出口

上り線
20m間隔

-10m

50m

10m

測定地点

監査路(道路面から高さ1m)

受信電力測定遅延/スループット測定

アンテナ（オムニ/ホーン）

28GHz RU
＋LTE（2.5GHz）

エリアテスタ
測定PC
端末
アンテナ高
1.3m
(道路面か
ら2.3m)

28GHz
アンテナ高
2.75m
（道路面か
ら3.75m）

測定PC

端末
アンテナ高
1.3m
(道路面か
ら2.3m)

バッテリー

390m

５Gモバイル
ルーター

バッテリー

監査路
監査路高
1m

道路面（非常駐車帯 ）図 3-7

基地局同期信号の受信電力/伝送スループット・伝送遅延の測定方法

受信電力/伝送スループット・伝送遅延の測定時の様子を図 3-8 に示す。
受信電力測定時

スループット/遅延時間測定時
オムニアンテナ

避難連絡坑内の測定様子

5Gモバイルルータ

ホーンアンテナ

ホーンアンテナで受信電力を確認後、5Gモバイルルータをホーンアンテナの前に設置

図 3-8 受信電力/伝送スループット・伝送遅延の測定の様子

受信電力/伝送スループット/伝送遅延特性と車両の通過影響に関して
上記の各測定において、通過する車が測定結果に与える影響を検討するために、図 3-9 に示すチェックシートに車の通過状況を記録することとした。

45

図 3-9車両通過に関する記録シート① 測定 ID…各測定に対する ID（通し番号）② 距離情報 X,Y…監査路では、基地局から車道方向での距離を X として記録。避難連絡坑で反射板を用いた測定では、避難連絡坑の鉄の扉からの避難連絡坑方向での距離をX とし、横方向のずれを Y として記録③ 測定種別…SS-RSRP、ping、UDP_DL、UDP_UL、TCP_DL、TCP_UL の 6 種類の測定のどれを実施したかについて記録
上記の記録シートを用いて各測定を区別し、それぞれの測定における車の通過のタイミン
グを上記④のように測定開始からの経過時間のどの時点で車が通過したか縦線を引くことによって記録した。
（2）トンネル出口の漏洩電力測定
トンネル出口での受信電力を測定し、トンネル外に漏洩している電力の有無を確認する。
もし、トンネル出口での受信電力が、カバーエリアの閾値よりも小さければ、トンネル内にカバーエリア端があることになる。

46

トンネル内トンネル出口

車道

車道

監査員通路
出口測定点
測定地点（入口、出口）（漏洩電力測定）

28GHz RU

アンテナ（オムニ）

エリア
テスタ

測定PC

バッテリー

受信電力(SS-RSRP)測定：測定可否判断→取得可能な場合、120サンプル以上/地点

図 3-10

トンネル外への漏洩電力の測定方法

また、トンネル出口での受信電力が、調整対象区域の閾値よりも小さい場合は、調整対
象区域もトンネル内となることが確認できる。
漏洩電力が、カバーエリアの閾値よりも大きい、または調整対象区域の閾値よりも大きい場合は、カバーエリア端や調整対象区域の閾値となる受信電力を高速道路上で測定するのが困難な可能性が高い。カバーエリア端や調整対象区域の調査をトンネル外で測定する
場合には、高速道路上では工事規制で測定が可能な範囲内に制限するものとし、一般道も含
めて調査を行う。

（3）カバーエリア端の調査
2.2.1.1 に記載のエリア算出法に従って計算したカバーエリア端の近辺で基地局同期信号の受信電力を測定する。エリア算出式のカバーエリアの受信電力の閾値と異なっている
場合は、その閾値が実測される基地局からの距離を確認する。
図 3-11 にカバーエリア端の測定について説明する。カバーエリア端となりそうな場所を推測しながら受信電力を測定する。受信電力の平均値が、-81.2dBm となる地点を探して、基地局からの距離を測定することによって、実際のカバーエリア端と、推定カバーエ
リア端の距離の差を調べる。

47

トンネル内車道

車道

距離差分測定実測カバーエリア端推定カバーエリア端

シミュレーションにより推定

測定地点（受信電力測定）

28GHz RU

アンテナ（オムニ）

エリア
テスタ

測定PC

バッテリー

受信電力(SS-RSRP)測定：測定可否判断→取得可能な場合、120点以上/地点

図 3-11

カバーエリア端の測定方法（4）調整対象区域端の調査
2.2.1.1 に記載のエリア算出法に従って計算した調整対象区域端の近辺で基地局同期信号の受信電力を測定する。エリア算出式の調整対象区域端の受信電力の閾値と異なっている
場合は、その閾値が実測される基地局からの距離を確認する。
図 3-12 に調整対象区域端の測定について説明する。推定した調整対象区域端の地点の近辺で受信電力を測定する。受信電力の平均値が、-90.0dBm となる地点を探して、基地局からの距離を測定することによって、実際の調整対象区域端と、推定対象区域端の距離の差を調べる。
トンネル内

トンネル外

車道

車道

距離差分測定実測干渉エリア端

シミュレーションにより推定

推定干渉エリア端

測定地点（受信電力測定）

28GHz RU

アンテナ（オムニ）

エリア
テスタ

測定PC

バッテリー

受信電力(SS-RSRP)測定：測定可否判断→取得可能な場合、120点以上/地点

図 3-12

調整対象区域端の測定方法
48

3.3.1.4 実証結果及び考察（1）トンネル内の監視員通路の電波伝搬特性測定
1）受信電力（RSSI）
基地局から 10m 離れた地点において基地局の同期信号の受信電力（SS-RSRP）の時系列
データを図 3-13 に示す。ここで、CC(Component Carrier)1～CC4 は、表 2-4 に示す F1～F4 に対応している。CC3 が最も強い受信電力となっている。
100MHz の帯域幅のシステムとして電波伝搬を解析するため、一つの CC に着目してデータを纏めることする。以降では、10m 地点で最も強い受信電力を示した CC3 のデータを基本として、トンネル内における受信電力を纏めることとする。
SS-RSRP
-68

-70

-72
CC1

-74

CC2
CC3

-76

CC4
-78

-80

-82
12:05:02

12:05:46

図 3-13

12:06:29

12:07:12

12:07:55

12:08:38

12:09:22

基地局同期信号の受信電力（SS-RSRP）の測定結果（時系列）

ここで、SS-RSRP の受信電力測定結果から RSSI に換算する方法について、下記に示す。
・SSB の SCS(サブキャリア間隔)は 240kHz
・1 リソースブロック=12 サブキャリア=12*240kHz=2.88MHz
・RSRP の測定単位は 2.88MHz
・RSSI の帯域幅：120kHz(データ信号の SCS)×12(12 サブキャリア=1 リソースブロック)×66(100MHz システムのリソースブロック数)=95.04MHz
・RSRP（2.88MHz）と RSSI（95.04MHz）の電力差＝10*log10(2.88/95.04)=26.0 dB
下記の式により、RSSI を求めることとする。
RSSI ＝ SS-RSRP + 26 dB
基地局からの距離に応じて、基地局同期信号の受信電力 SS-RSRP を測定し、上記の計算によって RSSI を求めた結果を図 3-14 に示す。

49

RSSI：理論値
RSSI(中央値)
上位10%値
下位10%値
50m(非常駐車帯の監査路)

-30.0
-40.0

見通しがよくなり受信電力向上

RSSI(dBm)

-50.0
-60.0
-70.0

NLOSで受信電力低下

-80.0
-90.0

0

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
基地局からの距離(m)

図 3-14

基地局からの距離（10m～390m） vs. RSSI 特性

図 3-14 は、エリアテスタとして PCTEL を活用して測定した結果である。受信電力やス
ループットの測定と並行して、カバーエリア端や干渉区域端の調査をアンリツの測定器（ML8780A）を活用して行っていたが、カバーエリア端や干渉区域端の調査が終わった後に、基地局からの距離 300m から 900m までの区間については、アンリツの測定器で追加測定した。追加測定の結果を図 3-15 に示す。
-30.0

RSSI：理論値
RSSI(中央値)-40.0

上位10%値
下位10%値RSSI(dBm)-50.050m(非常駐車帯の監査路)
追加測定分

-60.0
-70.0
-80.0
-90.0
0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

基地局からの距離(m)

図 3-15

基地局からの距離（10m～900m）vs. RSSI 特性

RSSI の理論値については、28GHz の審査基準の式をベースとして、下記の式によって求めた。
Pr = Pt + Gt - Lf + Gr – Lr – L – 4（※式中の 4 は、人体吸収損） （式２）Pr [dBm]：受信レベル（受信電力）
Pt [dBm]：送信電力（基地局の空中線電力）: 22dBm
Gt [dBm]：送信アンテナ利得: 23dB
Lf [dB]：基地局の給電線損失: 0 dB
Gr [dBi]：受信アンテナ利得: 0 dB
50

Lr [dB]：測定器の受信ケーブル損失: 4dB
L [dB]：伝搬損失
L としては、下記の自由空間伝搬損の式を用いた。
L = 20 log10 (4πd / λ）：

λ＝3×10^8/ F3 (Hz) : (F3 = 28448.64 MHz)

理論値と比べて、実測の RSSI は高い受信電力を示している。これは、トンネル構造で導波管として電波を遠くまで届くためと推測できる。
以下に、基地局から 50m 離れた地点や 70m 離れた地点における受信電力の劣化について考察する。
まず、基地局（28GHz RU/LTE）の設置に関して、図 3-16 の施工図を用いて説明する。
基地局は、トンネル内の直線上に電波を届けるため、監査路の上で壁面に近い場所に設置している。基地局から 1.3m 離れた場所に、トンネルの監視カメラ CCTV が設置されている。
CCTV よりも前に基地局を設置してしまうと、トンネルを監視することに障害が出るため、CCTV の後ろに設置を行った。ただし、端末との間に見通しを確保するために、28GHz のRU としては、CCTV よりも高い位置に設置している。

1300mm

25mm

225mm

図 3-16 基地局（28GHz RU/LTE）の施工図
図 3-17 に示すように、基地局から 30m 離れた地点で端末側から見た場合に基地局（28GHz RU）が監視カメラ CCTV より上に設置されており、見通しが確保されている様
51

子が分かる。

28GHz RU

CCTV

図 3-17 基地局からの距離 30ｍの地点における基地局見通し状況：LOS
次に、基地局から 50m 離れた地点の様子について、図 3-18 に示す。非常駐車帯には車を止めるスペースがあるため、監査路が曲がって、図 3-18 の右側の写真に写っているようになる。基地局から 50m 離れた監査路上では、直接基地局を見通すことができない NLOSの状況になる。この地点では NLOS となるため、図 3-14 の水色に示すように低い受信電力となる。
なお、図 3-14 の灰色の点で示した測定結果は、図 3-18 の左側の写真に写っているように非常駐車帯の白線近くに測定器を設置して測定した受信電力を示している。非常駐車帯の中では、基地局を見通すことができる LOS であるため、高い受信電力が得られる。なお、
非常駐車帯における測定器のアンテナ高は、道路の路面から 1.3m とした。
監査路上での測定では、監査路の高さ 1m と監査路の路面からの高さ 1.3m の合計としてアンテナ高は 2.3m となるが、非常駐車帯の上では、道路の路面から 1.3m となっていることに留意されたい。実際に作業員が非常駐車帯上で、スマートフォン等の端末を手に持つことを想定した高さとして測定することを優先したためである。
なお、図 3-18 の左側の写真は、反射板を設置した際に撮影したものであり、写真では反射板の高さ 1.6m に調整してしているが、図 3-14 の受信電力測定時には高さ 1.3m として52

いる。
トンネル入口基地局アンテナ設置場所

下り線

トンネル出口

上り線
50m
基地局

図 3-18

基地局から 50m 離れた地点の様子

次に、図 3-14 の結果において、基地局から 70m～80m 離れた地点で受信電力が低くなっている理由について考察する。基地局からの距離 70m の地点における基地局の見通し状況について、図 3-19 に示す。

図 3-19基地局からの距離 70m の地点における基地局見通し状況：NLOS

非常駐車帯に設置されている非常電話の看板が、28GHz RU の見通しを遮っており、
NLOS となっている。この遮蔽によって、基地局からの距離 70m～80m の地点では、受信電力が低くなっていると考えられる。なお、この 70m～80m の地点については、念のため再測定を実施したが、受信電力が低くなる結果に変化はなかった。
53

続いて、図 3-14 の結果において、基地局から 230m 離れた地点あたりで受信電力が高くなっている理由について考察する。
図 3-20 に示すように、トンネルがカーブしており、28GHz の RU 設置場所の見通しがよい状況になってくる。このため、受信電力が高くなっていると考えられる。また、導波管効果により、遠くまで電波が届く効果もあると推測できる。

28GHz RU設置場所
見通し環境：LOS

図 3-20 基地局から 230m 地点の様子：LOS
次に、受信電力測定において、車の通過の影響に関して考察する。まず、各測定種別ごとに、車両の平均通過台数を纏めたものを表 3-6 に示す。
表 3-6 測定時における車両の通過台数（平均値）
場所

測定種別

測定時間

車の平均通過台数

監査路

受信電力

5分

26 台

スループット/遅延

2分

11 台

受信電力

5分

22 台

スループット/遅延

2分

13 台

避難連絡坑

54

受信電力の測定では、1000 サンプル以上のデータを取得するために、5 分間の測定を行っている。この 5 分間の車の平均通過台数は 26 台であった。
図 3-21 に、基地局からの距離 10m の地点における受信電力の測定の様子を示す。このグラフには、複数のビームの時間変化をプロットしている。複数のビームの中で、PCI=53（周波数 F3 の CC3）で Beam Index 39 のビームが最も強い電波として受信している様子が分かる。

図 3-21

基地局からの距離 10m における SS-RSRP 測定の様子

この受信電力測定の 5 分間に、小型車が 13 台、大型車が 1 台通過している。しかし、車の通過があっても、SS-RSRP の一番強い値は、車の通過台数との間に相関関係を見ることはできない。受信電力のレベル変動が 4dB 以内に納まっていることから、車両通過による受信電力の測定結果に大きな影響はなかったと考えることができる。基地局からの距離が10m と近いため、基地局から測定器に直接電波が届くので受信レベル変動としての影響がなかったと考えられる。
次に、図 3-22 に基地局からの距離 390m の地点における SS-RSRP 測定の様子を示す。
全体として受信電力の変動幅は 4dB 以内に抑えられている。
この 5 分間の測定の間に、小型車が 16 台、大型車が 6 台通過している。ただし、車両の通過タイミングで大きなレベル変動はなく、車両通過の影響を受けていない。
車両 Beam Index20 (PCI=51/F2, PCI=50/F1)や Beam Index15（PCI=50/F1）あたりで受信電力として強い値を示しており、比較的強い受信電力の測定であり、車の通過時間も短
く、長期間に渡る遮蔽が生じないため、車両の通過による影響は少ないと考えられる。

55

図 3-22

基地局からの距離 390m における SS-RSRP 測定の様子

後述の反射板を用いたエリア構築の章にて詳細を記載するが、避難連絡坑で反射板を用いない場合は、受信電力が非常に低い状況である。この状況において、避難連絡坑の前を車両が通過するとき、車自身が反射板となって反射波を測定器に届けるため、瞬間的に高い受信電力が得られるという現象が観測された。
避難連絡坑で反射板を用いない場合の受信電力測定以外の試験については、車両の通過によって大きく性能が劣化するといった事象は観測されなかった。
2）UDP DL スループット
まず、基地局から 10m 離れた地点において iperf3 による UDP DL(ダウンリンク)スルー
プット測定結果の時系列データを図 3-23 に示す。サーバから 2Gbps の負荷をかけ、120 秒
間かけて測定した結果である。Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モ
バイルルータから Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオ
レンジ色で示す。測定結果を表 3-7 に纏める。
UDP DL(iperf/PDCP)UDP DL(iperf)

2,200

UDP DL(PDCP)

Throughput (Mbps)

2,000
1,800
1,600
1,400
1,200
1,000
14:09:03

14:09:20

14:09:38

14:09:55

14:10:12

14:10:30

14:10:47

14:11:04

時刻

図 3-23 基地局からの距離 10m 地点における UDP DL スループット（時系列データ）
表 3-7 基地局からの距離 10m 地点における UDP DL スループット測定結果
種別

中央値

平均値

標準偏差

56

上位 10％

下位 10％

Iperf3
PDCP

1.48Gbps
2.04Gbps

1.57Gbps
2.38Gbps

233.5Mbps
24.6Mbps

1.86Gbps
2.045Gbps

1.45Gbps
2.035Gbps

また、UDP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-24 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-25 に示す。PDCP レイヤのスループットは、
2.05Gbps に集中しており、分散が少ないのに対して、iperf3 では、約 1.5Gbps を中心とす
る山と、約 1.9Gbps を中心とする山の二つに分類できる。ノートパソコンの処理状況等によって、1.9Gbps 程度までデータ処理が間に合うケースと、1.5Gbps 程度までしか処理できないケースがあると推測できる。
5G モバイルルータとしては、PDCP レイヤで約 2Gbps の通信を維持できているが、5G
モバイルルータと接続しているノートパソコンにてデータの取りこぼしが発生していると推測される。ノートパソコンの処理性能が足りていなかった可能性が高いが、5G モバイル
ルータとノートパソコン間のインタフェースにて取りこぼしが生じた可能性もある。本技
術実証では、5G モバイルルータを USB3.0 から 2.5Gbps のイーサネットに変換するアダ
プタでイーサネットに変換し、再度、イーサネットから USB3.0 に変換するアダプタを経由してノートパソコンの USB3.0 のポートに接続して実験を行っている。この変換アダプ
タでロスが発生していた可能性も否めない。

頻度

UDP DL(iperf)ヒストグラム
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100
スループット(Mbps)

図 3-24

基地局からの距離 10m における UDP DL(iperf3)のヒストグラム
UDP DL(PDCP)ヒストグラム

350
300

頻度

250
200
150
100
50
0
1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500

スループット(Mbps)

57図 3-25 基地局からの距離 10m における UDP DL(PDCP)のヒストグラム
本技術実証では、UDP DL に対して、5G 通信速度が期待できる場所では 2Gbps の負荷をかけて測定を行ったが、2Gbps の通信速度が得られない地点（後述する避難連絡坑内等）
においては、サーバやコア装置等におけるシステム側でパケットが詰まってバッファ溢れを起こす可能性も考えられるので、2Gbps の負荷をかけて試行を行った際に得られたスループットの最大値を調べ、最大値あたりまで負荷を下げる調整も行ってデータを取得した。
また、本開発実証では実施しなかったが、iperf3 のオプションとして、パラレル数を増やして一つのプロセスで扱う通信速度を引き下げることも効果がある可能性はある。パラレルに分けたスループットを合計することによって全体のスループットを求めることによって、PDCP レイヤに近いスループットの実験結果が得られる可能性はある。
なお、PDCP レイヤのスループットと iperf3 のログで求めたスループットで差があるのは、UDP DL の測定で基地局に近い場所に限られている。ノートパソコンで処理が間に合う程度にスループットが低くなれば、iperf3 でのスループット測定と PDCP レイヤでのス
ループット測定結果は、ほぼ一致することが確認できている。後述の UDP UL、TCP DL、
TCP UL 等では PDCP レイヤのスループットと iperf3 でのログによるスループットは、ほぼ一致している。
上述の基地局から 10m 地点での測定と同様の方法にてデータを収集して、基地局からの距離で 20 地点以上の場所において UDP DL スループット(iperf3/PDCP)の測定を行った。
図 3-26 に、測定結果を示す。

Throughput (Mbps)

UDP DL (iperf/PDCP)
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0

UDP DL(iperf)
上位10%値(iperf)
下位10%値(iperf)
UDP DL(iperf)@監査路上(50m)
UDP DL (PDCP)

非常駐車帯の監査路はNLOSでスループット低下

基地局の裏側でも5G通信可能

5Gで接続可能なエリア

-10

10

30

50

70

90

LTE接続となるエリア

110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
基地局からの距離(m)

図 3-26

基地局からの距離 vs. UDP DL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-26 の結果より、下記のことが分かる。
① PDCP レイヤと iperf3 のスループットの差が出るのは、基地局からの距離 90m 近くまでである。この場合、PDCP レイヤのスループットは 2Gbps に近い。
② 基地局（28GHz RU）の指向性は下り車線の進行方向に向けているが、基地局の指向性と反対となる裏側においても 5G の通信が可能③ 非常駐車帯上 50m 地点でのスループットは 1.8Gbps 程度であるが、基地局に対して
NLOS となる監査路上の 50m 地点におけるスループットは約 1Gbps までスループ

58

ットが劣化する。
④ 基地局から 310m 離れた地点まで、5G 接続が可能であり、スループットとして
1.5Gbps から 2Gbps 程度のスループットとなる。330m 以降では、LTE 接続となり、
iperf3 のスループット平均値は約 20Mbps になる。
上記に関する考察について、以下に記載する。
① PDCP レイヤと iperf3 のスループットの違いについて
上述の通り、2Gbps 近い速度では、ノートパソコンの処理能力の問題でデータの取りこ
ぼし等が発生していると考えられる。
② 基地局の裏側で 5G 通信が可能であることについて
図 3-27 に、基地局の裏側 10m の地点で測定している様子を示す。図 3-16 に示したよ
うに、基地局（28GHz RU）から 1.3m 離れた場所に監視カメラの CCTV が設置されている。この監視カメラの CCTV、もしくはトンネル内の主要構造物（非常電話の看板等）
にあたって反射した 5G の電波によって、基地局の裏側であっても 5G 接続が可能である。

5G基地局（28GHz RU）＋
CCTV

5G基地局
（28GHz RU）

5Gモバイルルータ

監視カメラ（CCTV）

図 3-27 基地局の裏側 10m 地点における 5G 通信の様子③ 非常駐車帯の監査路 50m 地点でのスループット劣化について
図 3-18 で説明したように、非常駐車帯では車を止めるスペースがあるため、監査路が曲がっており、50m 地点の監査路上では基地局への見通しがない NLOS となっている。
このため、スループットが劣化したと考えられる。

59

④ 基地局から 310m 離れた地点までの 5G 接続可能について
本実証実験で用いたローカル 5G システムでは、アンカーバンドの LTE を用いてアタッチを行ってから、5G のセルが追加するシステムとなっている。具体的には、iperf3 のセッションを張る前に、5G モバイルルータで測定した受信電力をシステムに報告し、その値が閾値以上であれば 5G のセルを追加して 5G 通信を行い、受信電力が低ければ 4Gの LTE 通信となる。なお、本技術実証での実験で測定した地点において、LTE でアタッ
チできなかった場所はなかった。
また、工事規制の関係から、技術実証期間の時間制約があったため、閾値を変更して 5Gに繋がりやすくすることまでは確認を行っていない。
次に、5G モバイルルータの端末から得られた受信電力（RSRP）の測定結果を図 3-28に示す。330m 以降では、受信電力が弱くなるため、5G 通信のセッションを張ることが難しくなったと考えられる。
5Gで接続可能なエリア-30

LTE接続となるエリア
受信電力(平均値)
受信電力(上位10%)
受信電力(下位10%)

RSRP (dBm)

-40

-50
-60
-70
-80

-90
-10

10

30

50

70

90

110

130

150

170

190

210

230

250

270

290

310

330

350

370

390

基地局からの距離(m)

図 3-28 UDP DL 時、5G モバイルルータで測定した受信電力（RSRP）
上記では、基地局から 330m 以上離れた地点で 5G 接続するのが難しくなる結果が得られたが、逆に、5G に一度接続してしまった後に基地局から離れる方向に移動したとしても 5G
通信が維持される可能性が高いと考えた。
そこで、基地局から近い場所で 5G 接続した後で、どこまで離れても 5G 通信が維持されるのか検証を行った。その結果を図 3-29 に示す。基地局から 110m 離れた地点で 5G 接続
して、そのままトンネル出口まで歩行しながら UDP DL スループット（PDCP レイヤ）を測定した。
トンネルの全区間で 5G 通信が可能であることを確認した。
基地局から 110m 離れた地点かトンネル出口近くにある非常駐車帯（基地局から約 800m離れている場所）までは、約 1.5Gbps 程度のスループットを確認できる。移動に伴うフェージング等で多少のバラつきは出ているが、1.5Gbps を中心として、あまり速度劣化は起きていない。この 1.5Gbps は iperf3 で UDP DL にかけた負荷の数値と同じ値である。負荷を
1.5Gbps とした理由として、上述のように 2Gbps の負荷をかけると PDCP レイヤと iperf3のスループットに差が生じており、5G モバイルルータに接続されているノートパソコンでの処理が間に合わなくなり、システム側でバッファ溢れ等の問題が引き起こされる可能性があると考え、そういった問題を回避するために負荷を 1.5Gbps 程度に設定している。
60

なお、トンネル出口近くの非常駐車帯での監査路では、NLOS となり、基地局からの信号が直接届きにくくなって受信電力が下がり、スループットが劣化している様子が伺える。
その後、非常駐車帯からトンネル出口まで移動したが、トンネル出口の地点においても、
約 1Gbps のスループットが出ていることを確認した。
基地局設置場所からトンネル出口まで 930m あるので、基地局から約 930m 離れた距離
にて、UDP DL で約 1Gbps のスループットが出ることを確認することができた。
上記の結果より、5G 接続の閾値を調整する等して、システムに 5G 接続しやすくして 5Gの通信セッションを確立すれば、トンネル出口までの区間において 5G 通信が可能であることを実証することができた。
トンネル入口基地局アンテナ設置場所

下り線

測定区間（110m～933m）

トンネル出口上り線
基地局から110mの地点からスタート

トンネル出口到着（基地局から933m)

UDP DL throughput (PDCP)

2000

非常駐車帯の監査路上

1800

Throughput (Mbps)

1600
1400

1200
1000
800
600
400
200
0
11:57:07

12:04:19

12:11:31

12:18:43

12:25:55

12:33:07

時刻

図 3-29 5G 接続後にトンネル内を移動したときの UDP DL スループット(PDCP)
続いて、端末における SINR の結果を、図 3-30 に示す。
今回の技術実証では、基地局 1 台と端末 1 台の通信でスループットを測定している。このため、隣接セル等からの干渉成分はない。1 つの基地局で複数台の端末をスケジューリン
グした場合であっても外部からの干渉成分はないため、実質的には SNR を測定していることに相当する。
全ての区間において SINR の平均値が 20dB 以上を示しており、64QAM での変調方式による高速通信が可能である。

61

40
SINR(平均値)
SINR(上位10%)
SINR(下位10%)

SINR (dB)

30

20

10
-10

10

30

50

70

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390

基地局からの距離(m)

図 3-30 UDP DL 通信時の端末における SINR 特性
図 3-31 に、基地局からの距離 310m における SINR の時系列データを示す。多少の変動はあるものの高い SINR で通信できている様子が分かる。
32

SINR (dB)

31
30
29
28

27
26
12:10:39

12:10:48

12:10:57

12:11:05

12:11:14

12:11:23

12:11:31

12:11:40

12:11:48

12:11:57

時刻

図 3-31 基地局からの距離 310m における UDP DL 通信時の SINR 特性（時系列）
図 3-32 に、基地局からの距離 310m において、UDP DL 通信時の変調方式の頻度を示す。64QAM：978 サンプル、16QAM：2 サンプル、QPSK：3 サンプルで、ほとんど 64QAM
で高速通信を行っていることが分かる。

62

1000

頻度

800
600
400
200
0
64QAM

16QAM

QPSK

変調方式
図 3-32 基地局からの距離 310m における UDP DL 通信時の変調方式

3）UDP UL スループット
まず、基地局から 30m 離れた地点において iperf3 による UDP UL(アップリンク)スルー
プット測定結果の時系列データを図 3-33 に示す。端末から 300Mbps の負荷をかけ、120
秒間かけて測定した結果である。
Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから Diagnostic
Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表に纏める。PDCP レイヤと iperf3 のスループットは、ほぼ同じ値を示している。5G モバイ
ルルータの処理能力やノートパソコンの処理能力として余裕があるためと考えられる。
この測定中に、大型車３台、普通車 4 台が車両として通過したが、車両通過による性能劣化は見られなかった。基地局との距離も近いため、車両通過の影響は少ないと考えられる。
UDP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

300

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

250
200

150
100
50
0
13:01:32

13:01:49

13:02:06

13:02:24

13:02:41

13:02:58

13:03:16

13:03:33

時刻

図 3-33 基地局からの距離 30m 地点における UDP UL スループット（時系列データ）
表 3-8 基地局からの距離 30m 地点における UDP UL スループット測定結果
種別

中央値

平均値

標準偏差

63

上位 10％

下位 10％

Iperf3
PDCP

245Mbps251.6Mbps

244.8Mbps
250.3Mbps

1.48Mbps
12.7Mbps

247Mbps
258.4Mbps

243Mbps
243.7Mbps

また、UDP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-34 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-35 に示す。iperf3 では 246Mbps が中心となっており、PDCP レイヤのスループットは 254Mbps を中心に広がっている。PDCP レイヤの方がスループットの平均値が高いが、プロトコルオーバヘッドの違いと考えられる。
UDP UL(iperf)ヒストグラム
70
60

頻度

50

40
30
20

10
0
236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268
スループット(Mbps)

図 3-34

基地局からの距離 30m における UDP UL(iperf3)のヒストグラム
UDP UL(PDCP)ヒストグラム

40
35

30
頻度

25
20
15
10

5
0
236

238

240

242

244

246

248

250

252

254

256

258

260

262

264

266

268

スループット(Mbps)

図 3-35 基地局からの距離 30m における UDP UL(PDCP)のヒストグラム
上述の基地局から 30m 地点での測定と同様の方法にてデータを収集して、基地局からの距離で 20 地点以上の場所において UDP UL スループット(iperf3/PDCP)の測定を行った。
図 3-36 に、測定結果を示す。

64

Throughput (Mbps)

UDP UL (iperf/PDCP)
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

UDP UL(iperf)
上位10%値(iperf)

下位10%値(iperf)
UDP UL(iperf)@監査路上(50m)

基地局の裏側でも5G通信可能

UDP UL (PDCP)

非常駐車帯の監査路はNLOSでスループット低下

5Gで接続可能なエリア
-10

10

30

50

70

90

110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
基地局からの距離(m)

図 3-36

基地局からの距離 vs. UDP UL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-36 の結果より、下記のことが分かる。
① PDCP レイヤと iperf3 のスループットの差がほとんどない。
② 基地局（28GHz RU）の指向性は下り車線の進行方向に向けているが、基地局の指向性と反対となる裏側においても 5G の通信が可能③ 非常駐車帯上 50m 地点でのスループットは 120Mbps 程度であるが、基地局に対して NLOS となる監査路上の 50m 地点におけるスループットは約 20Mbps までスルー
プットが劣化する。
④ 測定した全区間で 5G 通信が可能。10～30m 地点で UDP UL 約 240Mbps で、50m
以降で約 80～120Mbps のスループットを確認。
（LTE の上限は 10Mbps）① については、ノートパソコンやインタフェースの処理性能等の問題がなくなるためと考えられる。
② については、基地局の裏側 10m 離れた地点での通信では、端末から基地局に届くまで、基地局より先の構造物に反射してから届くため基地局での受信電力が弱くなっていると推測され、基地局の表側での通信に比べて、スループットが低くなっていると考えられる。
③ 非常駐車帯での監査路上では、
上述のように NLOS のためスループットは劣化する。
④ については、5G 通信を行う判断として、端末から基地局に届いた受信電力として十分であったと考えられる。
なお、UDP UL（アップリンク）の測定では、端末における SINR の測定データはない。本技術実証に用いた基地局では、統計情報は収集しているが、個別のアップリンク通信に対して、上りの SINR の測定データを収集することはできない。
4）TCP DL スループット
まず、基地局から 10m 離れた地点において iperf3 による TCP DL（ダウンリンク)スル
ープット測定結果の時系列データを図 3-37 に示す。
TCP の測定ではサーバからの負荷を指定する必要はなく、120 秒間かけて測定した結果65

である。Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから
Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表 3-9 に纏める。PDCP レイヤと iperf3 のスループットは、ほぼ同じ値を示している。UDP DL の 2Gbps 近く必要となる処理能力に比べると、5G モバイルルータの処理能力やノートパソコンの処理能力に余裕ができていると考えられる。
この測定中に、大型車 4 台、普通車 11 台が車両として通過したが、車両通過による性能劣化は見られなかった。基地局との距離も近いため、車両通過の影響は少ないと考えられる。
TCP DL(iperf/PDCP)
1,400

Throughput (Mbps)

1,200
1,000
800

TCP DL(iperf)

600

TCP DL(PDCP)

400

200
0
14:13:57

14:14:14

14:14:31

14:14:49

14:15:06

14:15:23

14:15:41

14:15:58

時刻

図 3-37 基地局からの距離 10m 地点における TCP DL スループット（時系列データ）
表 3-9 基地局からの距離 10m 地点における TCP DL スループット測定結果
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3PDCP

1.08Gbps
1.11Gbps

1.08Gbps
1.11Gbps

36Mbps
102.7Mbps

1.12Gbps
1.22Gbps

1.03Gbps
1.08Gbps

また、TCP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-38 に、PDCP レ
イヤのスループットのヒストグラムを図 3-39 に示す。iperf3 では 1.08Gbps が中心となっており、PDCP レイヤのスループットは、1.12Gbps を中心に広がっている。PDCP レイヤの方がスループットの平均値が高いが、プロトコルオーバヘッドの違いと考えられる。

66

TCP DL(iperf)ヒストグラム
50

45
40
35

頻度

30
25
20
15

10
5
0
800 840 880 920 960 1000 1040 1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400 1440
スループット(Mbps)

図 3-38

基地局からの距離 10m における TCP DL(iperf3)のヒストグラム
TCP DL(PDCP)ヒストグラム

70
60

頻度

50
40
30
20
10
0

800

840

880

920

960 1000 1040 1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400 1440
スループット(Mbps)

図 3-39 基地局からの距離 10m における TCP DL(PDCP)のヒストグラム
上述の基地局から 10m 地点での測定と同様の方法にてデータを収集して、基地局からの距離で 20 地点以上の場所において TCP DL スループット(iperf3/PDCP)の測定を行った。
図 3-40 に、測定結果を示す。

67

TCP DL (iperf/PDCP)
1600
基地局の裏側でも5G通信可能

Throughput (Mbps)

1400

非常駐車帯の監査路はNLOSでスループット低下

1200
1000
TCP DL(iperf)
上位10%値(iperf)
下位10%値(iperf)
TCP DL(iperf)@監査路上(50m)
TCP DL (PDCP)

800
600
400
200

5Gで接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

0
-10

10

30

50

70

90

110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
基地局からの距離(m)

図 3-40

基地局からの距離 vs. TCP DL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-40 の結果より、下記が分かる。
① PDCP レイヤと iperf3 のスループットの差がほとんどない。
② 基地局（28GHz RU）の指向性は下り車線の進行方向に向けているが、基地局の指向性と反対となる裏側においても 5G の通信が可能で速度劣化も少ない。
③ 非常駐車帯上 50m 地点でのスループットは 1.2Gbps 程度であるが、基地局に対して
NLOS となる監査路上の 50m 地点におけるスループットは約 1Gbps までスループ
ットが劣化する。
④ 310m 離れた地点まで 5G 通信が可能。10m から 310m の地点まで TCP DL 約 1～
1.2Gbps のスループットを確認。320m から 390m の地点まで LTE 接続となり、約20Mbps のスループットとなることを確認。
① については、上述のようにノートパソコンやインタフェースの処理性能等の問題がなくなると考えられる。
② については、基地局から先の構造物で反射する反射波が十分な受信電力となり、基地局の表側 10m の地点の通信と比べて、ほぼ同じ程度のスループットを出すことができたと考えられる。
③ 非常駐車帯での監査路上では、
上述のように NLOS のためスループットは劣化する。
④ については、UDP DL の考察と同様に、セッションを接続する際に端末で測定した基地局同期信号の受信電力が弱いため、5G 接続できなかったと考えられる。
続いて、TCP DL 通信時の端末における SINR の測定結果を図 3-41 に示す。
UDP DL 通信の SINR 特性でも記載したように、今回の技術実証では、基地局 1 台と端
末 1 台の通信でスループットを測定しており、隣接セル等からの干渉成分はなく、実質的には SNR を測定していることに相当する。
全ての区間において SINR の平均値が 20dB 以上を示しており、64QAM での変調方式による高速通信が可能である。

68

40
SINR(平均値)
SINR(上位10%)
SINR(下位10%)

SINR (dB)

30

20

10
-10

10

30

50

70

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390

基地局からの距離(m)

図 3-41 TCP DL 通信時の端末における SINR 特性
図 3-42 に、基地局からの距離 310m における SINR の時系列データを示す。多少の変動はあるものの高い SINR で通信できている様子が分かる。
35
30

SINR (dB)

25
20
15
10
5
0
12:13:58

12:14:07

12:14:15

12:14:24

12:14:33

12:14:41

12:14:50

12:14:59

12:15:07

時刻

図 3-42 基地局からの距離 310m における TCP DL 通信時の SINR 特性（時系列）
図 3-43 に、基地局からの距離 310m において、TCP DL 通信時の変調方式の頻度を示す。64QAM：974 サンプル、16QAM：6 サンプル、QPSK：4 サンプルで、ほとんど 64QAM
で高速通信を行っていることが分かる。

69

1000

頻度

800
600
400
200
0
64QAM

16QAM

QPSK

変調方式
図 3-43 基地局からの距離 310m における TCP DL 通信時の変調方式

5）TCP UL スループット
まず、基地局から 30m 離れた地点において iperf3 による TCP UL(アップリンク)スルー
プット測定結果の時系列データを図 3-44 に示す。
TCP の測定では端末からの負荷を指定する必要はなく、120 秒間かけて測定した結果である。Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから
Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオレンジ色で示す。
測定結果を表 3-10 に纏める。PDCP レイヤと iperf3 のスループットは、ほぼ同じ値を示している。5G モバイルルータの処理能力やノートパソコンの処理能力として余裕があるためと考えられる。
TCP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

250

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

200
150

100
50
0
13:12:20

13:12:37

13:12:55

13:13:12

13:13:29

13:13:47

13:14:04

13:14:21

時刻

図 3-44 基地局からの距離 30m 地点における TCP UL スループット（時系列データ）
表 3-10 基地局からの距離 30m 地点における TCP UL スループット測定結果
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3

114Mbps

114.9Mbps

22.8Mbps

141Mbps

83Mbps70

PDCP

119.5Mbps

119.6Mbps

26.7Mbps

149Mbps

86.1Mbps

この測定中に、大型車３台、普通車 5 台が通過している。特に、測定開始後、約 40 秒後に大型車１台と普通車 3 台が連続して通過しており、13:12:55 近辺で速度が劣化している
ことと関連している可能性はある。しかし、TCP の場合、受信電力が大きい場合であっても TCP セッションでの再送制御等に起因してスループットが変動する幅が大きいため、車両通過との関連性を突き詰めるには、一パケット単位のレベルでパケット解析をしない限り判断が難しい。今回の実証では WireShark 等でのパケットログは取得していないため、そこまでの分析はできない。基地局との距離は近く、十分な受信電力を得ていることから車両通過の影響は少ないと考えてもよいと考える。
また、TCP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-45 に、PDCP レ
イヤのスループットのヒストグラムを図 3-46 に示す。iperf3 では 120Mbps を中心として分布に広がりがあり、PDCP レイヤのスループットは 130Mbps を山として広い範囲に広がって分布している様子が分かる。

TCP UL(iperf)ヒストグラム
30
25

頻度

20
15

10
5
0
40

50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
スループット(Mbps)

図 3-45

基地局からの距離 30m における TCP UL(iperf3)のヒストグラム

71

TCP UL(PDCP)ヒストグラム
45

40
35
30
頻度

25
20
15
10
5
0
40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

スループット(Mbps)

図 3-46 基地局からの距離 30m における TCP UL(PDCP)のヒストグラム
上述の基地局から 30m 地点での測定と同様の方法にてデータを収集して、基地局からの距離で 20 地点以上の場所において TCP UL スループット(iperf3/PDCP)の測定を行った。
図 3-47 に、測定結果を示す。
TCP UL (iperf/PDCP)
140

上位10%値(iperf)

120
Throughput (Mbps)

TCP UL(iperf)

基地局の裏側でも5G通信可能

下位10%値(iperf)
TCP UL(iperf)@監査路上(50m)100

非常駐車帯上（LOS）よりも非常駐車帯の監査路上（NLOS）の方が高いスループット

80

TCP DL (PDCP)

60
40
20

5Gで接続可能なエリア

0

-10

10

30

50

70

90

110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
基地局からの距離(m)

図 3-47

基地局からの距離 vs. TCP UL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-47 の結果より、下記のことが分かる。
① PDCP レイヤと iperf3 のスループットの差がほとんどない。
② 基地局（28GHz RU）の指向性は下り車線の進行方向に向けているが、基地局の指向性と反対となる裏側においても 5G の通信が可能③ 非常駐車帯上で LOS である 50m 地点でのスループットは 20Mbps 程度であるのに対し、基地局に対して NLOS となる監査路上の 50m 地点におけるスループットは約
30Mbps で高い値を示した。
④ 測定した全区間で 5G 通信が可能。10m と 70m 地点で約 TCP UL 約 80Mbps、30mの地点で TCP UL 約 120Mbps、それ以外の区間では約 16～18Mbps のスループッ
トを確認。LTE の理論上限は 10Mbps のため、5G 通信をしている。

72

① については、ノートパソコンやインタフェースの処理性能等の問題がなくなるためと考えられる。
② については、UDP UL と同様の理由で、基地局の裏側 10m 離れた地点での通信では、端末から基地局に届くまで、基地局より先の構造物に反射してから届くため基地局での受信電力が弱くなっていると推測され、基地局の表側での通信に比べて、スループ
ットが低くなっていると考えられる。
③ 非常駐車帯での監査路上が NLOS であるのに対して、LOS である非常駐車帯上の方のスループットの結果が低く逆転現象が見られた。ただし、限られた時間内でのデータ取得であったため、再現性が高いかどうかまでは確認できなかった。無線区間のパケ
ットロス等の要因によって、TCP がネットワーク輻輳と誤判定してしまい、TCP の受信側のウィンドウサイズが大きくならない制御がかかったと推測される。
なお、TCP のウィンドウサイズに関しては、Linux の PC と Windows の PC でも挙動が異なる。無線区間でパケットロスが起こったとしても TCP の速度をあげるためには、
Wireless TCP 等を採用するか、TCP の受信ウィンドウサイズをあらかじめ大きめに設定しておて輻輳判定させずに多く送り付ける等によって性能を改善することができることが知られている。
④ については、UDP UL と同様に、5G 通信を行う判断基準として、端末から基地局に届いた受信電力として十分であったと考えられる。
なお、UDP UL と同様に、TCP UL（アップリンク）の測定では、端末における SINRの測定データはない。本技術実証に用いた基地局では、統計情報は収集しているが、個別のアップリンク通信に対して、上りの SINR の測定データを収集することはできない。

6）往復遅延時間特性
まず、基地局から 10m 離れた地点において ping による往復遅延時間の測定結果の時系
列データを図 3-48 に示す。120 秒間かけて測定した結果である。統計値を表 3-11 示す。
RTT (ping)60

RTT (msec)

50
40
30
20
10
0
11:05:00

11:05:17

11:05:34

11:05:51

11:06:09

11:06:26

11:06:43

11:07:00

時刻

図 3-48 基地局からの距離 10m 地点における往復遅延時間特性（時系列データ）
表 3-11 基地局からの距離 10m 地点における往復遅延時間測定結果
73

種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Ping

37.5 msec

35.1 msec

11.4 msec

49.1 msec

18.4 msec

片方向の遅延は、往復遅延時間の半分であることから、平均値 35.1msec の半分として約17.6msec である。本技術実証で用いたローカル 5G システムは、URLLC に対応していない。
なお、Ping の応答時間が、15msec から 53msec まで 40msec 程度のバラつきで変動している。これは、参考文献[2]の P356 に記載している通り、Ping の通信が間欠的であるため、DRX の機能によって、パケットの発生時間によっては、最大 40msec 分パケットをためてから送出するためであると考えられる。
この測定中に、大型車 1 台、普通車 13 台が通過している。特に車両通過による特性への影響はないと考える。
Ping で測定した往復遅延時間のヒストグラムを図 3-49 に示す。上記の DRX の影響もあって、16msec から 56msec の広い範囲に分布している様子が分かる。

頻度

Pingヒストグラム
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

64

68

往復遅延時間 (msec)

図 3-49基地局からの距離 10m における往復遅延時間(ping)のヒストグラム

上述の基地局から 10m 地点での測定と同様の方法にてデータを収集して、基地局からの距離で 20 地点以上の場所において往復遅延時間 (ping)の測定を行った。
図 3-50 に、測定結果を示す。

74

Ping

上位10%値(ping)
ping@監査路上(50m)ping(平均値)
下位10%値(ping)60

往復遅延時間 (msec)

50
非常駐車帯の監査路（NLOS）では遅延が小さかった

40

30
20
10

0
-10

10

30

50

70

90

110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
基地局からの距離(m)

図 3-50

基地局からの距離 vs. 往復遅延時間 (ping)特性

図 3-50 の結果より、下記のことが分かる。
① 基地局からの距離-10m から 390msec の区間では、20msec から 35msec 程度の往復遅延となっている。
② 非常駐車帯上の LOS である 50m 地点では遅延時間の平均値が 32msec だが、非常駐
車帯の監査路上 50m の NLOS である 50m 地点では遅延時間の平均値が 20msec と小さい値を示している。
① については、基地局からの受信電力が十分な状況では、往復遅延時間(ping)の特性はあまり変わらないと考えられる。Ping のパケットサイズは小さく、頻度も 1 秒に 1回のため、性能の差分は少ないと考えられる。
② の考察のために、往復遅延時間の時系列データとして、非常駐車帯の監査路上 50m 地点(NLOS)のデータを図 3-51 に、非常駐車帯上 50m 地点(LOS)のデータを図 3-52 に示す。図 3-51 の方が図 3-52 に比べて遅延のバラつきが小さい。一回だけ 120msec
近くの遅延が発生したが、これはパケットロス等の影響が一時的に出たと考えられる。
図 3-52 のデータは、図 3-48 に比べてバラつきの周期が安定していないが、DRX によって最大で 50msec 程度の値を示している。LOS 環境では DRX が働きやすいが、
NLOS では DRX が働きにくいと推察される。
RTT (ping)120

RTT (msec)

100
80
60
40
20
0
13:20:04

13:20:21

13:20:38

13:20:56

13:21:13

13:21:30

13:21:48

13:22:05

13:22:22

時刻

図 3-51 非常駐車帯の監査路上（50m 地点)における往復遅延時間特性（時系列データ）75

RTT (ping)60

RTT (msec)

50
40
30
20
10
0
12:34:34

12:34:51

12:35:08

12:35:25

12:35:43

12:36:00

12:36:17

12:36:35

時刻

図 3-52 非常駐車帯上（50m 地点)における往復遅延時間特性（時系列データ）（2）トンネル出口の漏洩電力測定
トンネル出口の漏洩電力と、カバーエリア端、調整対象区域端の調査を纏めて行ったため、調整対象区域端の調査に纏めて記載することとする。
（3）カバーエリア端の調査
トンネル出口の漏洩電力と、カバーエリア端、調整対象区域端の調査を纏めて行ったため、調整対象区域端の調査に纏めて記載することとする。
（4）調整対象区域端の調査
トンネル出口の漏洩電力・カバーエリア端・調整対象区域端の調査では、アンリツの測定器（ML8780A）を用いて受信電力の測定を行った。トンネル出口では、オムニアンテナ（受信利得 3dBi, ケーブル損失 0dB）で測定を行い、カバーエリア端と調整対象区域端の調査
ではホーンアンテナ（受信利得 20dBi,ケーブル損失 3dB）を測定器に接続して測定を行った。測定において、F1（28.24992 GHz）の周波数を測定器で目視により確認し、カバーエ
リア端や調整対象区域については審査基準に近い値となっている場所を見つけて 1000 サ
ンプル以上のデータを取得し、受信電力の平均値を求めた。なお、審査基準では受信アンテ
ナ利得 20dBi、ケーブル損失 0dB であるため、ケーブル損失の値を補正した値を測定結果として示している。
まず、トンネル出口側の一般道におけるカバーエリア端・調整対象区域端を調査した結果を図 3-53 に示す。太い赤線の部分では、5G の電波を検出することができなかった。図 2-8で示したシミュレーション結果によると調整対象区域端が川の近辺となっていたが、測定したところ川の近辺では 5G の電波を検出することができなかった。これは、高速道路が一般道路に比べて高いところを走っているためであると考えられる。図 3-54 に地点 E からトンネル方向を撮影した写真を示す。一般道に比べて、かなり高いところを高速道路が走っていることが分かる。

76

地点A：出口から380m
調整対象区域端（基準：-90dBm）
RSSI（平均値）：-89.6 dBm
地点B
RSSI（平均値）：-86.2 dBm
地点C
RSSI（平均値）：-84.6 dBm
地点D：出口から260m
カバーエリア端 （基準：-81.2dBm）
RSSI（平均値）：-80.3 dBm
地点E
写真撮影場所
電波無し

電波無し

古城山トンネル

出典：国土地理院ウェブサイトの地図を加工して作成

図 3-53 トンネル出口側のエリア調査（一般道）

図 3-54

高速道路と一般道の高低差の様子（地点 E よりトンネル方向を撮影）

図 3-53 より、一般道では、トンネル出口から約 380m 離れた地点 A が調整対象区域端であることが分かった。基地局からの距離としては、1210m の地点となる。シミュレーシ
ョンで求めた 2.1km の距離よりは短い。
シミュレーションよりも 890m 短い結果となった。
ただし、高速道路の直線から外れた場所であるため、1210m の距離までしか飛ばないということではない。後述のように高速道路上では工事規制内の関係もあり、カバーエリア端しか測定できなかったため、調整対象区域端を特定することはできなかった。また、一般道でも調整対象区域端は見つからなかった。このため、調整対象区域端のシミュレーション結果と実測の距離の差を正確に調べることはできなかった。
この地点 A の様子を図 3-55 に示す。高速道路と一般道が並走している区間で、高速道路

77

の高さと一般道の高さがほぼ同じ高さになったところで調整対象区域端となっている。また、一般道からトンネルの出口が見通すことができない場所であるため、たまたま調整対象区域になっていたと考えられる。
上記より、一般道よりも高いところを走っている高速道路の高さで道路に沿って 5G のエリアとなっていると考えられる。このため、ミリ波の直進性の高さから、高速道路を外れた
場合には、すぐ調整対象区域端となっていると考えることができる。

図 3-55 地点 A の様子
続いて、図 3-53 より、一般道では、トンネル出口から約 260m 離れた地点 D がカバーエリア端であることが分かった。地点 D からトンネル方向を見た写真を図 3-56 に示す。

図 3-56地点 D の様子

地点 D でも、一般道と高速道路の高さが、ほぼ同じ高さになっている。つまり、高速道路と同じ高さでなければ、5G の電波を検出することは難しい。逆に言えば、高速道路と高さが揃っている場所は少ないため、高いところを走っている高速道路であればミリ波は高速道路の外の低い一般道には見通しがない限り届きにくいと考えられる。また、本技術実証を行ったような高速道路の環境では、周辺に山や樹木が多くあるため、周辺にローカル５G
78

で干渉を与える土地が少ないと考えられる。
なお、地点 D の写真に写っている高速道路は下り線ではなく、上り線である。上り線の古城山トンネルの入口が先の方に写っている。また、下り線のトンネル出口から地点 D は見通しがよい状況とは言えない。地点 D は、基地局からの距離として 1190m 離れている。
シミュレーション結果で求めたカバーエリア端は基地局から 780m の距離であったが、トンネル内の導波管効果もあり、遠くまで届いている。
続いて、トンネル出口側で高速道路上で調査した結果を図 3-57 に示す。

地点F
カバーエリア端（基準：-81.2dBm）
トンネル出口から400m
RSSI（平均値）：-81.3 dBm

地点G
トンネル出口から280m
RSSI（平均値）：-80.1 dBm

地点H
トンネル出口RSSI（平均値）：-71.0 dBm

古城山トンネル
出典：国土地理院ウェブサイトの地図を加工して作成

図 3-57 トンネル出口側のエリア調査（高速道路）
トンネル出口（地点 H）の漏洩電力については、RSSI の平均値で-71.0 dBm であった。
トンネルの導波管効果によって電波がよく届いていることが分かる。なお、図 3-15 で示したように、トンネル内での受信電力測定結果より、トンネル内にはカバーエリア端はなかった。地点 H でトンネル出口で受信電力を測定している様子を図 3-58 に示す。

79

図 3-58 トンネル出口（地点 H）で受信電力測定している様子
図 3-57 より、高速道路上では、トンネル出口から 400m 離れた地点 F でカバーエリア端であることを確認することができた。地点 F の様子を図 3-59 に示す。

図 3-59 高速道路上のカバーエリア端（地点 F）の様子
地点 F は、基地局から 1330m 離れた地点である。シミュレーションで求めたカバーエリ
ア端 780m よりも遠くまで届いていることが分かる。シミュレーション結果よりも 550m
長かった。

80

3.3.2 電波伝搬モデルの精緻化
3.3.2.1 実証の目的・目標（1）背景となる技術的課題と実証目的
電波法関係審査基準(平成 13 年 1 月 6 日総務省訓令第 67 号)に定められているエリア算
出法では、トンネルを想定したモデルが定められていない。
トンネルの保守保全業務へのローカル５Ｇ活用のユースケースを、今後、多くのトンネルに展開するためにも、トンネルを想定したエリア算出方法を定める必要がある。
トンネル内部に基地局を設置した場合、カバーエリアがトンネル内となるように基地局の出力やチルト等を調整するが、トンネルの外にも漏洩する電波がある。トンネルの外側で、
ローカル５G を活用する別の施設（工場、病院、港湾等）がある場合には、干渉調整が必要となる。この干渉調整を行うためには、エリア算出法の精緻化が必要となる。
本技術実証を通じて、トンネル内の伝搬モデル構築に向けたデータ収集とモデルを検証することを目的とする。

（2）実証目標
本開発実証実験では、トンネル内の保守保全業務で大容量通信を可能とする 28GHz のローカル５Ｇを活用という実施環境要件を想定し、古城山トンネルという高速道路で保守保全業務を行う実証環境で測定データを取得してトンネル向けの電波伝搬モデルのパラメータを構築することを目標とする。
エリア算出方法におけるモデルの精緻化の対象とするパラメータを表 3-12 に示す。
表 3-12

エリア算出法の精緻化対象パラメータ

トンネル内に 28GHz 帯のローカル５Ｇ基地局を設置するため、基地局設置場所が屋内
81

であるモデルが最も近い。基地局を屋内に設置する場合の伝搬損 L(dB）は、以下の式であらわされる。
L＝20log10(4πd／λ)＋R
λ(m)：指定周波数の波長R(dB)：建物侵入損(20.1)
トンネル内には、建物がないため、R=0 dB となるが、トンネルの電波伝搬が自由空間伝搬損に従うとは限らない。
トンネル内では、反射が多い環境であり、導波管効果のように電波を遠くまで届ける効果があると推測する。このため、伝搬損 L（dB）が小さくなると予測される。
伝搬損 L(dB）をモデルの精緻化パラメータとして検討し、トンネル内に向けたモデルを構築することを目標とする。

3.3.2.2 実証仮説
上述のように、トンネル内では、反射が多い環境で導波管効果のように電波を届ける効果があると推測し、伝搬損が小さくなると予測される。
参考文献〔1〕では、2.5GHz 帯の周波数ではあるものの、自由空間伝搬損よりも実測の伝搬損が小さくなる結果が示されている。また、自由空間損失と実測を直線フィッティング
することによって、距離に対する減衰乗数 K（dB/m）を求めている。この文献では、カーブや起伏のあるトンネルとして、K＝0.03 としている。直線状のトンネルであれば、
K=0.0016 である。
文献〔1〕に示されている結果をもとに、伝搬損 L(dB)を以下のモデルとして仮説を立てる。
L＝20log10(4πd／λ) (d < d1)（式３）

L＝20log10(4πd1／λ) + K×d (d >= d1)（式４）

ここで、d1, K の二つのパラメータを新しく定義する。
d1:

実測データとのフィッティングによって基地局からの距離 0m での切片から導出。

d1 までの距離は、自由空間伝搬損モデルの伝搬損に近い。
K(dB/m)：距離当たりの減衰係数
上記の伝搬損 L のモデルを構築するために、トンネル内で測定した実測データから d1, Kを求める。また、トンネル内にカバーエリア端や調整対象区域がある場合には、求めたパラメータによって精緻化した伝搬損 L を活用して、カバーエリア端と、調整対象区域端の距離を検証する。実測したカバーエリア端とモデルによって求めたカバーエリア端、実測した調整対象区域端とモデルによって求めた調整対象区域端を比較することで、モデルの精度について検証する。

82

3.3.2.3 評価・検証項目
基地局同期信号の受信電力の測定データを分析し、上述の仮説で示した伝搬損 L(dB)を、実測データからのフィッティングによって式（１）、式（２）のパラメータを求める。電波伝搬モデルの評価・検証項目を表 3-13 に示す。
表 3-13

電波伝搬モデルの評価・項目

＃

評価項目

説明

１

d1

実測データとのフィッティングで基地局からの距離 0ｍの切片情報から求める。d1 までの距離は、自由空間伝搬損モデルの伝搬損に近い。

2

K

伝搬モデルで距離が大きくなるにつれて減衰する係数

3.3.2.4 評価・検証方法「3.3.1 ローカル 5G の電波伝搬特性等の測定」で測定した結果を利用して、評価・検証を行った。基地局の同期信号の受信電力 SS-RSRP を測定し、１つの測定点で 1000 サンプル
以上のデータを取得する。エリアテスタを用いて基地局の同期信号の受信電力を 20 点以上の地点で測定する。測定で得られたデータの平均値を求め、図 3-60 に示すように、回帰分析によって切片と傾きを求める。
切片情報から、上述の（式３）によって自由空間伝搬損と近似できる距離 d１を求める。
また、傾きの情報から、上述の（式４）にフィッティングする K を求める。
受信電力(dBm)

基地局からの距離(m)

d１

-40
0

200

400

600

L＝20log10(4πd1／λ)-50

L＝20log10(4πd1／λ)＋K×d
-60

-70

-80

-90

図 3-60

基地局からの距離と受信電力特性に対する伝搬損モデルのフィッティング-100もし、トンネル内でカバーエリア端が観測された場合には、カバーエリア端と基地局間の距離について、精緻化した伝搬モデルの方が自由空間伝搬損のモデルよりも精度がよくなっていることを検証する。
また、トンネル内で調整対象区域端を実測することができた場合には、調整対象区域端と83

8

基地局間の距離について、精緻化した伝搬モデルの方が自由空間伝搬損のモデルよりも精度がよくなっていることを検証する。
3.3.2.5 実証結果及び考察① 実証フィールドや測定点の選定に関して/地図上の測定点の図
上述のように、トンネル内では導波管効果によって自由空間伝搬損よりも遠くまで届くと想定している。現在のエリア算出基準にトンネルの想定がないため、実証フィールドとして古城山トンネルを選定した。測定点に関する情報については、図 3-4 と図 3-7 に記載の通りである。
② 精緻化対象パラメータに関する情報
本技術実証では、トンネル内の電波伝搬モデルを新たに構築して検証するため、指定の精緻化パラメータはない。
③ 測定データの詳細について測定結果については、図 3-15 に纏めている。
なお、エリア算出法については、自由空間伝搬損を前提として、本報告書に記載している（式２）を用いて計算した。
・複数の測定点において、エリア算出法で計算された受信電力と、実際に測定された受信電力の中央値、平均値、標準偏差、上位 10%値、下位 10%値
・測定点の基地局からの距離とそれぞれのアンテナ高、LOS/NLOS の情報④ 基地局や端末の設置状況、測定の様子、周辺の様子(遮蔽物・反射物)がわかる写真等
本報告書で写真を用いて説明している。
⑤ パラメータの推定結果と導出過程
電波伝搬モデルのパラメータ推定に関して、図 3-61 を用いて説明する。
図 3-15 の測定結果では、基地局からの距離 60～80m 地点では非常駐車帯の非常電話の看板によって NLOS で特徴点のため取り除き、追加測定分については 400m～900m のデータを活用した。なお、800m の地点では、非常駐車帯による NLOS で受信電力が低かったため、ここも取り除いた。10m～900m までの測定データに対して、距離と受信電力（実測値）について回帰分析を行った結果、下記の（式５）のようになる。
RSSI(d) = -52.0 – 0.028 × d （式５）
文献[2]に記載の係数 K=0.03 に近い値が得られている。

84

-30
RSSI(自由空間)

d1=10m-40-50

RSSI(dBm)

RSSI(実測値)

RSSI ＝ -52.0 - 0.028×d（10～900 mの回帰分析）
重相関R=0.85

回帰分析(10-170m)
回帰分析(10-900m)

-60

-70

-80

-90

RSSI ＝ -45.23 - 0.103×d（10～170mの回帰分析）
重相関R=0.99
0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

基地局からの距離(m)

図 3-61 古城山トンネルにおける電波伝搬モデル
続いて、上記の（式３）における d1 を求めるため、図 3-61 の RSSI（自由空間）と、（式５）の交点を求めると、距離 30m の地点近くでクロスしていることが分かる。しかし、距離 30m 地点における受信電力は既に自由空間に比べて高い受信電力となっており、30m 地点まで自由伝搬に従うとは言いにくい。図 3-61 の測定結果を見ると、基地局からの距離
10m から 170m までの区間では、受信電力が距離に比例して減衰していることから、この区間の回帰分析を行ったところ、下記の（式６）が得られた。
RSSI(d) = -45.23 – 0.103 × d （式６）（式６）と図 3-61 の RSSI（自由空間）との交点として、d1=10m と設定した。
（式５）と（式６）の交点となる距離 d2=90m とし、基地局からの距離 d1 から d2 までを（式５）、d2 よりも大きければ（式 6）を用いることとした。
伝搬損 L を求めるため、（式２）を変形すると下記のようになる。
L＝Pt + Gt - Lf + Gr – Lr – 4 – Pr
今回のパラメータを当てはめると、伝搬損 L は下記の（式７）として求めることができる。
L(d) = 37 – RSSI(d) （式７）これらを纏めると、伝搬損については、以下のモデル１を導出した。
L1(d)＝20log10(4πd／λ)(d < 10m)（式７）

L1(d)＝82.23 ＋ 0.103×d(10m≦d < 90m)

（式８）

L1(d)＝89.0 ＋ 0.028×d(90m≦d ≦ 930m)（式９）ここで、図 3-61 で距離 200m から 900m の実測値のカーブについては、自由空間伝搬損のカーブに近いとも考えられる。そこで、下記の（式１０）で示すように、トンネル内では伝搬損が小さくなるというオフセット値を与えるモデル２を追加で検討した。
85

L2(d)＝20log10(4πd／λ)－L_offset（式１０）

図 3-61 の RSSI（自由空間）の値と RSSI の実測値の差を求め、平均値を求めると 10.9dBであった。L_offset = 10.9dB としてモデル化することができる。
上記のモデル１とモデル２、実測値の関係について図 3-62 に示す。
-30
RSSI(実測値)
RSSI(モデル1)-40

RSSI(モデル2)
RSSI(dBm)

-50
-60

-70
-80
-90
0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

基地局からの距離(m)

図 3-62 古城山トンネル内の電波伝搬モデルと実測値の関係
90m までの区間はモデル１の（式７）（式８）が実測値に近く、90m 以降については、モデル１の（式９）の代わりに（式１０）であってもよい近似を示していると考えられる。
下記の電波伝搬モデルをモデル３と定義する。
L3(d)＝20log10(4πd／λ)(d < 10m)（式７）L3(d)＝82.23 ＋ 0.103×d(10m≦d < 90m)

（式８）L3(d)＝20log10(4πd／λ)－10.9(90m≦d ≦ 930m)（式１１）以下に、カバーエリア端に関する考察を記載する。図 3-63 に、実験計画段階での伝搬モ
デル精緻化後のカバーエリア端の検証について記載する。
トンネル内

車道

車道

距離差分
実測カバーエリア端

実測カバーエリア端図 3-63シミュレーションにより推定（提案書記載モデル：建物侵入損R＝０）

推定カバーエリア端（提案書記載）シミュレーションにより推定（実測から得られた精微化モデルによって再計算）

推定カバーエリア端（精微化モデル）

伝搬モデル精緻化後のカバーエリア端の検証

事前シミュレーションでは、カバーエリア端は 780m でトンネル内にあると想定されたが、上記の実測結果ではトンネル内にはカバーエリア端はなかった。高速道路上におけるカ86

バーエリア端は、トンネル出口から 400m、基地局から 1330m 離れた地点となっていた。
事前のシミュレーションと実測された地点の距離の差分は、550m（=1330m-780m）となっている。
上記の電波伝搬モデルは、トンネル内部のモデルであるため、トンネルの外部まで適用するのは難しいと考える。そこで、トンネル外のモデルについては、自由空間伝搬損のカーブに従うという仮説を立てる。ここで、トンネル出口からの距離で伝搬損が生じるのではなく、基地局からの距離で伝搬損のカーブが決まると仮定する。
以下に、基地局からカバーエリア端の距離 d2 を求める方法について、上記の伝搬損モデ
ル１を活用して求める方法を下記に記載する。
トンネル出口までの伝搬損 L1 をモデル１の（式９）を用いて下記のように求める。
L1 = L1(930) ＝89.0 ＋ 0.028×930= 115.0 dB
基地局からカバーエリア端の距離を d3 とすると、カバーエリア端とトンネル出口の受信電力の差分が下記の自由空間伝搬損の式の差分に従うと仮定する。
L_diff(d3) ＝20log10(4π×d3／λ) - 20log10(4π×930／λ)

基地局からカバーエリア端までのトータルの伝搬損を、L1＋L_diff(d3)とする。
カバーエリア端の審査基準の-81.2 dBm となる距離 d3 を求めた。
d3 = 1700m
実測されたカバーエリア端は 1330m であり、差分は 370m である。
精緻化前の 550m より、差分は若干小さくなっている。
なお、電波伝搬モデル３を活用してトンネル出口までの伝搬損を（式１１）を活用した場合に、カバーエリア端までの距離 d3 を求めると、
d3 = 2700mとなる。差分は、1470m となり電波伝搬モデル 3 では届き過ぎてしまう結果となる。
次に調整対象区域の考察について記載する。図 3-64 に、実験計画段階での伝搬モデル精緻化後の調整対象区域端の検証について記載する。
トンネル内

車道

車道

距離差分
実測調整対象区域端

実測調整対象区域端

図 3-64シミュレーションにより推定（提案書記載モデル：建物侵入損R＝０）

推定調整対象区域端（提案書記載）シミュレーションにより推定（実測から得られた精微化モデルによって再計算）

推定調整対象区域端（精微化モデル）

伝搬モデル精緻化後の調整対象区域端の検証

事前のシミュレーション結果では 2100m 離れた地点に調整対象区域があると想定されたが、その周辺である川の近辺では 5G の電波が検出されなかった。一般道では、高速道路に並走する上り車線の横で調整対象区域端の受信電力が観測されたが、下り車線のトンネル
87

出口から 380m の地点で基地局から 1310m の距離であった。ただし、この地点は下り車線のトンネル出口から見通しがきかない場所のため、伝搬モデルの検証には向かない。
高速道路上のカバーエリア端が基地局からの距離 1330m であるため、高速道路上に調整対象区域端があるとすれば、もっと先になる。ただし、工事規制の関係で 1330m よりも奥の地点に行くことができず、測定は不可能であった。
上記の電波伝搬モデルは、トンネル内部のモデルであるため、トンネルの外部まで適用するのは難しいと考える。そこで、トンネル外のモデルについては、自由空間伝搬損のカーブに従うという仮説を立てる。ここで、トンネル出口からの距離で伝搬損が生じるのではなく、基地局からの距離で伝搬損のカーブが決まると仮定する。
以下に、基地局から調整対象区域端の距離 d4 を求める方法について、上記の伝搬損モデ
ル１を活用して求める方法を下記に記載する。ここでも、トンネル外部のモデルは自由空間
伝搬損のカーブとして計算した。
まず、トンネル出口までの伝搬損をモデル１の（式９）を用いて計算するのは、カバーエリアの計算の時と同様である。
基地局から調整対象区域端の距離を d4 とすると、カバーエリア端とトンネル出口の受信電力の差分が下記の自由空間伝搬損の式の差分に従うと仮定する。
L_diff(d4) ＝20log10(4π×d4／λ) - 20log10(4π×930／λ)

基地局からカバーエリア端までのトータルの伝搬損を、L1＋L_diff(d4)とする。
調整対象区域端の審査基準の-90 dBm となる距離 d4 を求めた。
d4 = 4700m
なお、実際には 2.1km 先の川周辺では調整対象区域を観測することができなかったことと、高速道路が 4.7km 直線ではないことから、高速道路上でカーブするところまでが現実的と考えられる。安全サイドに値が出ることになる。
なお、電波伝搬モデル３を活用してトンネル出口までの伝搬損を（式１１）を活用した場合に、調整対象区域端までの距離 d4 を求めると、
d4= 7450mとなる。電波伝搬モデル 3 では届き過ぎてしまう結果となる。
上記の結果より、
電波伝搬モデル 3 よりも電波伝搬モデル１を適用した方がよいと考える。
以下に伝搬損モデルについて纏める。
・トンネル内の伝搬損モデル： モデル１（式 7、式 8、式 9）・トンネル外の伝搬損モデル： 下記の（式１２）L(d) = L1(930) + 20log10(4π×d／λ)- 20log10(4π×930／λ) （d≧930）
（式１２）

88

3.3.3 電波反射板によるエリア構築の柔軟化
3.3.3.1 実証の目的・目標（1）背景となる技術的課題と実証目的
トンネル内の保守保全業務の高度化をめざして、遠隔作業支援や、監視カメラのＡＩ画像解析による作業員への危険アラート通知等のユースケースを活用することができるエリア
を効率よく提供する必要がある。
3.3.1.1 章に記載の通り、後述の課題実証ユースケースでは、遠隔作業支援で活用するス
マートフォンや、作業員の安全監視のために活用する監視カメラとして 4K カメラを活用することを想定している。4K カメラの解像度で 30fps を実現するためには、H.264/H.265 圧
縮で平均 25Mbps 程度のスループットが必要となる。高速道路において、25Mbps 以上のスループットが得られることを検証する。
高速道路のトンネルは直線が多く、また、トンネル内の反射によって導波管のように電波が伝わる性質もあるため、28GHz のローカル５Ｇと 2.5GHz の Private LTE を組み合わせ
た NSA(Non Stand Alone)のシステム構成が向いている。
ローカル 5G（28GHz）の NSA 構成において、アンカーとなる Private LTE（2.5GHz）との比較を表 3-14 に示す。受信電力の閾値として、2.5GHz では-85dBm, 28GHz では80dBm を閾値とした場合の免許審査基準式から距離の目安を算出している。
表 3-14ローカル 5G(28GHz)と Private LTE（2.5GHz）の特徴
Private LTE（2.5GHz）
ローカル 5G（28GHz）

距離約 900m

約 100m

スループット

上り(64QAM) 10Mbps

上り(64QAM)： 140Mbps（理論値）

下り(256QAM) 110Mbps

下り(64QAM)： 533Mbps

遅延時間50msec 程度（端末・サーバ間） 50msec 程度（端末・サーバ間）
10msec(無線区間)*1

10msec(無線区間)*1*1：無線区間のフレーム単位は 10msec となる。
総務省のローカル 5G 導入ガイドラインの P10「図 2：28.2～29.1GHz の周波数帯における送信装置のフレーム構成」に記載してある同期方式の 10msec 単位での無線フレーム構成となっている。
https://www.soumu.go.jp/main_content/000722596.pdf
なお、提供する基地局は、eMBB をサポートしており、現時点では、URLLC をサポートしていない。
eMBB では、大容量高速通信を実現するために、10msec の無線フレームにおけるダウン
リンクとアップリンクのシンボルを全て活用する。表 3-14 に示したスループット（理論値）
は、3GPP 標準の TS38.306 でスループットの近似計算式を用いて計算した結果である。
なお、URLLC では、データ量が少ない場合等に、例えば、1 スロット内のシンボル数を
14 シンボルではなく、4 シンボル等にシンボル数を短くする方法が規定されている。ただし、この方法は、ローカル 5G 導入ガイドラインのフレーム構成と異なる。
なお、無線基地局・端末では、無線区間の時間を測定する機能を提供していないため、端89

末・サーバ間の遅延時間を測定する。具体的には、図 3-6 に示す構成にて、端末・サーバの区間における遅延時間を測定することができる。
この表 3-14 からも分かる通り、Private LTE(2.5GHz)の方がカバーエリアが広く、ロー
カル 5G(28GHz)のみでエリアを構築するよりも不感地帯を少なくすることができる。ただし、Private LTE(2.5GHz)では、上りのスループットが 10Mbps 程度までのため、4K の映像伝送で 25Mbps を通すことができない。このため、ローカル 5G によって 4K 映像伝送が必要な箇所を構築し、4K 以下の HD の解像度に落としても映像伝送が可能となるようにアンカーの Private LTE(2.5GHz)で映像伝送を行う NSA 構成の方がエリア構築には向いている。
また、28GHz の電波は直進性が高いため、直進する道路に対しては有効だが、カーブがあったり、高速道路で災害時に避難する避難連絡坑等については、電波が届きにくい不感地
帯となりやすい課題がある。
これらの不感地帯をカバーするように、28GHz の基地局の台数を増やして設置することは可能であるが、基地局の台数に応じてシステム全体のコストが高くなってしまう。
この課題を解決するために、基地局に比べて安価な電波反射板を活用してカバーエリア
を柔軟に構築することができれば、システム全体を少ないコストで構築することが可能になる。
本技術実証では、トンネル内で電波が届きにくい不感地帯となりやすい避難連絡坑に対して、反射板を用いてエリア化することができるかどうか検証を行う。
本技術実証で活用する反射板（AGC 社提供）は、入射角度に対して反射角度を変更することができ、1°ステップで反射角度を制御可能という特長を有する。設置の容易性を考慮すると、設置後に角度調整をすることによって避難連絡坑にある端末に対して受信電力が大きくなるように調整することが可能である。この反射角度の調整機構が、反射板を活用したエリア構築に役立つことを検証する。
図 3-65 に、技術実証で活用した反射板の特性評価を行っている様子を示す。

図 3-65

技術実証で活用する反射板（AGC 社提供）
90

反射位相をスイッチング素子によって制御することができる。
表 3-15 に反射板の諸元を示す。

＃
１
２
３
４
５
６
７

諸元
大きさ
重量
材質

８

表 3-15 活用する反射板の諸元
説明
330ｘ270ｘ40 mm
2kg
レドーム：Nylon12 (PA12):内部：PCB 基板＋素子群

動作周波数

27.0GHz～29.5GHz偏波

H 偏波および V 偏波

入射角度/反射角度範囲
ビーム幅（HPBW）

水平/垂直方向 ±60°
ボアサイト方向の 3dB ビーム幅(28.25GHz)測定値
V 偏波(アジマス)：３°
V 偏波(エレベーション)：３°
H 偏波(アジマス)：３°
H 偏波(エレベーション)：２°

反射板利得

67dB (入射角 45°、出射角 45°の理論値)

反射板を設置することによって、その背面は従来の電波が遮られることになる。しかし、今回活用する反射板の大きさは、トンネルの断面積に対して十分小さいことや、反射板の設
置場所は図 3-67 に示すように路肩が広がった場所に設置したため、トンネルの道路の直線方向に対して、ほぼ影響を与えないように設置した。これらの理由から、反射板を設置することによって、トンネル直線方向のカバーエリアは、図 2-7 にて示したカバーエリアに対する影響は少ないと考える。
避難連絡坑が５G のエリアになっていなかったのが、反射板を設置することで、5G の通信エリアとなることを検証する。
なお、反射板の特性評価や反射板を活用することで避難連絡坑のカバーエリアがどのようになるのかについては、実測データも踏まえて検証を行うものとする。
ローカル 5G のトンネル直線方向のカバーエリア端は、図 2-7 に記載の通りである。
2.2.1.1 節に、Private LTE（2.5GHz）のカバーエリア、調整対象区域と、ローカル５Gのカバーエリア、調整対象区域に関する図を示している。
なお、電波反射板を活用して拡張するエリアは、トンネル直線方向に対して直角方向である避難連絡坑の内部に閉じている。このため、反射板を活用する前と活用した後で、トンネルの出入り口方向の電波には影響がないため、Private LTE とローカル５G のカバーエリアと調整対象区域には差がないと考える。
なお、避難連絡坑は、トンネル内部に閉じているため、他者との干渉調整が不要な領域であるため、反射板を活用して新たに構築する避難連絡坑におけるカバーエリア端の調査は不要と考える。
上記を纏めると、カバーエリア、調整対象区域、不感地帯に関して、表 3-16 のように纏めることができる。

91

表 3-16システム

ローカル 5G(28GHz)と Private LTE（2.5GHz）のエリア図面
エリア

反射板なし

反射板あり

Private LTE（2.5GHz） カバーエリア

図 2-9

図 2-9

調整対象区域

図 2-9

図 2-9

不感地帯

特になし

特になし

図 2-8

図 2-8

ローカル５G（28GHz） カバーエリア

図 3-67（避難連絡坑）
調整対象区域

図 2-8

図 2-8

不感地帯

図 3-66（避難連絡坑） なし

本開発実証実験の範囲外となるが、将来、反射板を活用することで、トンネルの外部に影響を与える場合は、チルト角度に相当する反射板の垂直方向のビームを調整することでカバーエリアを調整することが可能であると考える。
本開発実証では、１つの 90 度曲った避難連絡坑の電波環境改善を目的としている。トンネル内には、複数の避難連絡坑があるが、複数通路に対しても同様に反射板を設置することによってエリアを拡張することが可能であると考える。
・１つの避難連絡坑で実測の検証をベースとして、基地局と避難連絡坑の距離の関係から、複数の避難連絡坑に対して机上検討を行う。
・トンネル内に類似する事例として、屋内閉空間において複数の通路が電波の進行方向に対して左右にある場合、通路までの距離が異なる場合の対応を検討する。
・上記について、電波反射板を設置する際のエリア設計手法のモデル化に取り組む。

（2）実証目標
本技術実証では、トンネル内で電波が届きにくい不感地帯となりやすい避難連絡坑に対して、反射板を用いて 5G のエリアとすることができることを検証する。
実証目標１：不感地帯となる避難連絡坑を 5G で通信可能なエリアとすること。
なお、実証において、実測した結果、既に 5G で通信可能なエリアとなっていた場合は、その地点において安定した通信品質を確保するためにも、反射板の活用により受信電力を改善することを狙う。参考文献[8]の R２年度のローカル５G 開発実証「e スポーツ等を通じた施設の有効活用による地域活性化の実現」においては、反射板を活用した改善効果として、28GHz の NSA 構成で基地局の受信電力が 5dB 以上改善することを検証している。ただし、反射板と端末の距離が近い場合に効果が出ることが分かっている。
本開発実証では、避難連絡坑の反対側に反射板を設置するため、反射板と端末の距離が10m 以上の遠い距離であっても受信電力を改善することを検証する。上記の 5dB 以上の改善を実証目標として設定することにする。
実証目標 2：基地局同期信号の受信電力が、反射板の活用により 5dB 以上の改善が得ら92

れる（端末との間の距離 10ｍ以上）
反射板を活用して避難連絡坑をエリア化した場合に、受信電力の改善量を確認し、スルー
プットと遅延時間の測定を実施する。
後述の課題実証のユースケースでは、遠隔作業支援で活用するスマートフォンや、作業員の安全監視のために活用する監視カメラとして 4K カメラを活用することを想定している。
4K カメラの解像度で 30fps を実現するためには、H.264/H.265 圧縮で平均 25Mbps 程度のスループットが必要となる。このスループットが得られることを実証目標とする。また、課題実証のユースケースでは AI 画像解析等も含めた遅延時間で規定しているが、AI 画像解
析での解析時間が支配的となっている。このため、端末からサーバ間の往復遅延時間(ping)として 100msec 以内を目標とする。
実証目標 3： 反射板を活用することで、アップリンク、ダウンリンクとも 25Mbps 以上のスループットが得られる
実証目標 4： 反射板を活用することで、端末とサーバ間の往復遅延時間を 100msec 以
内とする。
活用する反射板は、反射波の角度を制御することができる特長がある。端末の位置に応じて反射波の角度を調整し、受信電力を大きくするよう調整することができる。
この角度制御によって、端末における受信電力を反射板がない場合に比べて 5dB 以上改善することができることを確認する。
この反射波の角度を制御する機能があれば、反射板の設置場所や取り付け角度等に制約があった場合でも、不感地帯である避難連絡坑の入り口に向けて反射波の角度を調整することが可能になるため、不感地帯のエリアカバーを柔軟にすることができる。
なお、人体損失等マージンを含めて 4K 映像伝送を可能とする受信電力の目標としては、
表 2-14 に記載の通りである。

3.3.3.2 実証仮説
エリア構築における課題として、28GHz の電波は直進性が高いため、トンネル内で災害時に避難する避難連絡坑は道路に対して直角に曲がっているため、不感地帯となる可能性が高い。この様子を図 3-66 に示す。高速道路に反射板を設置することによって、避難連絡
坑を 5G エリアとすることができるという仮説を、本技術実証にて検証する。

93

下り線

避難連絡坑
上り線

図 3-66
トンネル入口不感地帯（避難連絡坑）の説明図（反射板活用前）

基地局アンテナ設置場所

下り線

トンネル出口

上り線
反射板

12.9m

5m

5m
反射板設置場所
測定地点

図 3-675m
5m

反射板を活用した不感地帯（避難連絡坑）のエリア化

高速道路において、避難連絡坑に入るには工事規制をかける必要があり、事前の現地調査
では中に入ることができなかった。このため、レイトレーシングによるシミュレーションに
よって不感地帯となることを仮説検証した。シミュレーション結果を図 3-68 に示す。ここで、基地局からの距離は、50m までは道路の進行方向であるが、その先、直角方向に曲がり避難連絡坑に入っていく。60m～80m の範囲が避難連絡坑内となる。60m 以降では、受信電力が-100dBm 以下となり、カバーエリア閾値の-81.2dBm よりも低く不感地帯であると予測できる。

94

-20
-40

50m

10m

2.5m
避難連絡坑

25m

受信電力(dBm)

-60

基地局
設置場所

-80
-100
受信電力(瞬時値)-120

受信電力(平均値)
自由空間伝搬損

-140

-160
-180

10

20

30

40

50

60

70

80

90

基地局からの距離(m)

図 3-68 避難連絡坑に対するシミュレーション結果（不感地帯の予測）
次に、反射板を活用した場合の改善についてシミュレーションによる検証を行った。シミュレーション結果を図 3-69 に示す。反射板を活用しない場合に比べて、反射板を活用する
ことによって受信電力を改善する見込みを得た。カバーエリアの-81.2dBm 以上となる見込
みを得た。

-20

50m

10m

2.5m
避難連絡坑

25m

受信電力(dBm)

-40

基地局
設置場所

-60

-80
-100
反射板無：瞬時値-120

反射板有：瞬時値-140

自由空間伝搬損

反射板有:理論値

-160
-180

10

20

30

40

50

60

70

80

基地局からの距離(m)

図 3-69

避難連絡坑に対するシミュレーション結果（反射板活用時の改善効果）

ここで理論値は、基地局から反射板を設置するまでの距離によるパスロスと、反射板で得られる利得、反射板から端末までのパスロスを考慮することで、基地局から端末までのパスロスを求めたものである。反射板の入射角度と出射角度の関係から反射板の利得に関して理論値を導出して求めている。理論値の式を（式１１）に示す。
Pr＝Pt＋Gt－Lf－L1+Gref-L2+Gr－Lr－4
95

（式１１）

Pr［dBm］：端末での受信レベル(受信電力)
Pt［dB］：基地局送信電力(基地局の空中線電力): 22 dBm
Gt［dBi］：基地局送信アンテナ利得: 23 dBi
Lf［dB］：基地局の給電線損失: 0 dB
L1［dB］：基地局から反射板までの伝搬損失
L1＝20log10(4πd1／λ) : 95.5 dB
d1(m)：基地局から反射板までの距離: 50m
λ(m)：波長: 0.01055m
Gref［dBi］：反射板利得
Gref = 20*log10(4πηAe/λ^2)
Ae = 4ab√cos 𝜃𝑖𝑛 × cos 𝜃𝑜𝑢𝑡
θin: 入射角との反射板のなす角度: 45°
θout: 入射角との反射板のなす角度: 45°
a: 反射板の横方向の半分の長さ: 0.1m
b: 反射板の縦方向の半分の長さ: 0.1m
η：反射板効率： 0.707(=1/√2) 正反射
L2［dB］：反射板から端末までの伝搬損失
L2＝20log10(4πd2／λ)d2(m)：反射板から端末までの距離：これをパラメータとして測定
λ(m)：波長Gr［dBi］：端末（測定器）の受信アンテナ利得：

20dBi

Lr[dB]: 端末（測定器）のケーブル損失： 3dB
4dB: 人体吸収損
このシミュレーション結果を踏まえて、実際に避難連絡坑を 5G エリア化することができるかどうか実証実験にて検証を行う。
なお、日立国際電気の東京事業所にある 5G/AI 協創ラボの環境を活用して、反射板の設置位置と端末の受信電力改善効果に関して事前検証を行う。

3.3.3.3 評価・検証項目
反射板がなかった場合に比べて、反射板を活用して避難連絡坑をエリア化した場合に、受信電力、伝送スループット、伝送遅延時間が、どの程度改善するのか評価する。
反射板を活用したエリア化の評価・検証項目を、表 3-17 に示す。
表 3-17

反射板を活用したエリア化の評価・検証項目

＃

評価項目

説明

１

受信電力改善量

反射板がある場合とない場合で、基地局が送信する同期信号の受信電力が、どの程度改善するか確認する

２

伝送スループット改善量

反射板がある場合とない場合で、上りと下りの伝送スループット(Mbit/s)の改善量を比較する

96３

伝送遅延時間反射板がある場合とない場合で、Ping に差があるかどうかを検証する

４

SINR の改善量

反射板がある場合とない場合で、端末における 5G の SINR
が、どの程度改善するか確認する。

3.3.3.4 評価・検証方法＜指標＞
評価・検証に必要となる以下の情報について記載する。
⚫ 電波反射板種別：アクティブリフレクタ：方向制御反射板、スイッチング素子で反射位相を制御する。
⚫

電波反射板の大きさ、重量、利得（Gain）、ビーム幅： 表 3-15 参照⚫

電波反射板設置位置： 避難連絡坑の反対側となる非常駐車帯に設置⚫

電波反射板設置自由度： 特に制約なし⚫

リンクバジェット：反射板利得の理論値を用いてリンクバジェットを設計。図3-69 参照。
⚫

電波反射板によるエリア改善の推定： 反射板を活用することにより、避難連絡坑で4G ではなく 5G 通信が可能になると推定。

⚫

計測する指標➢サービスエリア等における受信電力(RSRP 値)➢

通信品質(SINR)➢

伝送性能(UL/DL 別のスループット、伝送遅延)＜計測方法＞⚫

測定に用いる測定機器のエリアテスタは、キーサイト社の Nemo ネットワーク RF 測
定ツールを活用する。

⚫

電波反射板未設置及び設置にて差分を計測する。

⚫

電波反射板の効果（有効性）として、避難連絡坑内の複数の地点（5 箇所）にて計測⚫

電波反射板への到来波の入射角、反射角について計測⚫

「3.3.1 ローカル 5G の電波伝搬特性等の測定」で測定した結果（20 箇所）を利用して、カバーエリア内におけるトンネル内のスループット参考値として活用する。
特に、UDP/TCP DL スループットの測定結果では、基地局からの距離が遠い場合に LTE接続のみとなり、5G セルが追加されない結果が得られており、5G セル追加となる RSRP
値を参考データとして活用し、反射角度の調整によって 5G 接続可能な RSRP 値まで受信電力を改善できない場合には、LTE 接続でのデータ取得を行うこととした。

まず、反射板の設置やビーム制御を行うときに使う主要パラメータについて、下記に説明する。図 3-70 に、水平面における主要パラメータを示す。
RBS： 反射板と基地局との距離
αin：反射板の法線方向に対する基地局からの電波の入射角度97αout：反射板の法線方向に対して端末への電波の出射角度

図 3-70反射板に関する主要パラメータ（水平面）本実証実験では、反射板の利得が最も高くなるように、αin とαout が 45°となる正反射を基本パラメータとして設定した。ただし、避難連絡坑内の端末位置によってαout を可変
パラメータとしてビーム制御を行う実験を行った。
図 3-71 に、垂直面における主要パラメータを示す。
εin：反射板の法線方向に対して基地局の見上げ角度
εout：反射板の法線方向に対して端末への見下ろし角度

図 3-71

反射板に関する主要パラメータ（垂直面）

上記のパラメータを用いて、端末の位置にビームが届くように制御することによって受信電力を大きくすることが可能となる。
ここで、上記のパラメータを求めるために、反射板を設置するときに、基地局、反射板、端末の位置に応じて、下記に示すような手順によってパラメータを計測することが必要となる。反射板の設置手順（パラメータ計測含む）について、下記に記載する。
① 三脚の設置位置の決定

98

基地局と端末が見通せる場所に三脚の設置場所を決定する。避難連絡坑の不感地帯をエリア化するため、非常駐車帯に反射板設置することとした。

BS
反射板

点検路

規制車線

端末予定地
図 3-72 反射板の設置場所について
図 3-73 に、28GHz の RU の場所から非常駐車帯の見通し状況の写真を示す。目の前にCCTV があるが、非常駐車帯近くに人と車が映っており、見通しが確保されていることが分かる。

図 3-73 28GHz RU から見た見通し状況

99

② 三脚への補強パイプと重りの取り付
反射板の転倒防止のために補強パイプを三脚の各脚に取り付け、三脚を更に安定させるために三脚の脚および補強パイプに重りを付けた。この様子を図 3-74 に示す。

反射板

転倒防止の重り
図 3-74

反射板の転倒防止対策③ 三脚の水平出し
三脚付属の水平器を使って、三脚の脚の長さを調整し水平となるように設置した。

水平器
図 3-75

水平器による三脚の水平出し④ 反射板の三脚への取り付
三脚上部にある雲台に反射板固定治具を用いて、反射板を三脚に取り付ける。

100

反射板固定治具図 3-76⑤反射板

反射板の三脚への取り付け

反射板の高さ調整

三脚のセンターポールの高さを調節し、反射板の中心部の高さを 1.6m とした。
⑥

ロール調整

水準器を使いロール方向を水平にする。
⑦

基地局の位置計測

反射板に垂直にレーザー距離計を当てた状態のまま、アジマス調整用ハンドルとエレベーション調整用ハンドルを回して反射板を基地局の方向に向ける。レーザー光を基地局に当てた時の基地局までの距離𝑅𝐵𝑆 と、三脚が示すアジマス角度𝛼𝐵𝑆 、三脚が示すエレベーシ
ョン角度𝜀𝐵𝑆 を記録する。図 3-77 にレーザ測距計による測定の様子を示す。図 3-78 と図3-79 に、それぞれのパラメータの説明図を示す。

101

図 3-77

図 3-78レーザー距離計による測距と角度調整

基地局までの距離 RBS と、アジマス角度αBS の説明図102

図 3-79

エレベーション角度εBS の説明実証試験を行う日毎に、パラメータを計測して確認する。各実験日における基地局関連パ
ラメータの計測結果を表 3-18 に示す。
表 3-18

各実証試験日における基地局関連パラメータの計測結果

日付

𝑹𝑩𝑺 [m]𝜶𝑩𝑺 [deg]

𝜺𝑩𝑺 [deg]

1 月 31 日

49.224

17

3.7

2月1日

49.26314

3.8⑧ 端末の設置予定位置の測定
最初に端末を置く予定の位置に向けてレーザー光を向け、基地局と同様に調整を行う。
その時の三脚が示すアジマス角度𝛼𝑈𝐸 、三脚が示すエレベーション角度𝜀𝑈𝐸 を記録する。
図 3-80 と図 3-81 に、それぞれのパラメータの説明図を示す。

図 3-80

端末の設置予定位置の方向に対するアジマス角度αUE103

図 3-81 端末の設置予定位置の方向に対するエレベーション角度εUE
各実験日における基地局関連パラメータの計測結果を表 3-19 に示す。
表 3-19

各実証試験日における端末関連パラメータの計測結果

日付𝜶𝑼𝑬 [deg]𝜺𝑼𝑬 [deg]

1 月 31 日

107

-2.3

2月1日

106

-1.2

⑨

反射板の設置方向調整

三脚のアジマス調整用ハンドルを回してアジマス角度を𝛼𝑟𝑒𝑓 =𝛼𝐵𝑆 +𝛼𝑈𝐸

エレベーション調整用ハンドルを回してエレベーション角度を𝜀𝑟𝑒𝑓 =に向け、三脚の2
𝜀𝐵𝑆 +𝜀𝑈𝐸2に向ける。

これにより、入射角度αin と出射角度αout が 45°となる正反射の状態で基地局からの電波を端末に向けることができる。

図 3-82三脚に設定するアジマス角度αref104

図 3-83 三脚に設定するエレベーション角度εref
表 3-20 各実証試験日に設定したアジマス角度αref とエレベーション角度εref
日付𝜶𝒓𝒆𝒇 [deg]𝜺𝒓𝒆𝒇 [deg]1 月 31 日

62

0.7

2 月１日

60

1.3

⑩ 方向制御反射板の角度設定
𝑅𝐵𝑆 , 𝛼𝐵𝑆 , 𝛼𝑈𝐸 , 𝜀𝑟𝑒𝑓 , 𝜀𝐵𝑆 , 𝜀𝑈𝐸 を方向制御反射板に入力し、基地局からの電波を端末に向けて反射させた。
以下に、反射板を活用した場合と、反射板を活用しなかった場合に測定する項目の測定方法について記載する。
図 3-84 に、反射板を活用した避難連絡坑エリア化における基地局から送信する同期信号の受信電力測定の説明図を示す。避難連絡坑の 5 か所程度の地点において、反射板があったときと、反射板がなかったときの受信電力を測定して比較する。

105

トンネル内
避難通路
5地点
程度
車道

車道

監査員通路

50m
アンテナ（ホーン）

端末位置での受信電力が大きくなるように反射角度を制御

エリア
テスタ

測定PC

避難通路

28GHz RU

受信電力(SS-RSRP)測定：
反射板の有無で比較
バッテリー

反射板

測定PC

バッテリー

図 3-84

反射板を活用した避難連絡坑エリア化の受信電力測定

同様に、伝送スループット・伝送遅延時間についても、同じ地点で測定を行う。図3-85 に示した測定構成で、伝送スループットと伝送遅延時間を測定する。
トンネル内
避難通路
5
地点程度
車道

車道

監査員通路

50m

端末位置での受信電力が大きくなるように反射角度を制御

反射板

測定PC

遅延/スループット測定：
反射板の有無で比較

モバイル 測定PC
ルータ

避難通路

28GHz RU

バッテリー

バッテリー

図 3-85 反射板を活用した避難連絡坑エリア化の伝送スループット/伝送遅延時間測定
受信電力、伝送スループット/伝送遅延時間の各項目を測定する手順については、3.3.1.2に記載の通りである。
図 3-86 に、避難連絡坑における受信電力、伝送スループット、伝送遅延時間の測定の様子を示す。受信電力測定では、ホーンアンテナを用いた。アンテナ利得は 20dBi で、ケーブル損失は 3dB である。ホーンアンテナを用いた理由として、反射板有と反射板無の場合を比較する際、反射板を設置している方向からの到来波が、反射板を用いたときに改善幅が大きいことから、反射板の効果が分かりやすいためである。ホーンアンテナを用いずにオム106

ニアンテナとすると構造物による反射波も含めることになり、反射板による反射波であるのかどうかを区別することが難しくなるためである。

反射板

ホーンアンテナ（20dBi）

5G
モバイル
ルータ

スループット測定時（5Gモバイルルータをホーンアンテナの前に設置）

受信電力測定時

図 3-86 受信電力測定と伝送スループット/伝送遅延時間測定時の様子
なお、5G エリア化するためのリンクバジェットとしては RSSI=-81.2dBm 以上となる前
提としているが、通信品質として 4K 映像伝送が可能となる 25Mbps 以上となるかどうかについても確認を行う。25Mbps 以上とならない場合は、受信電力が足りていないことが想定されるため、端末から得られる受信電力（RSRP）の測定も行う。
端末から得られる受信電力（RSRP）とスループットの関係については、日立国際電気の5G/AI 協創ラボで運用しているシステムの評価結果を参照データとして活用し、避難連絡
坑での受信電力（RSRP）が足りていたかどうかについて検証を行う。
また、本番の環境で反射板を用いた実験を行う前に設定手順や反射板の効果を確認する
ため、5G/AI 協創ラボで運用しているシステムで反射板を活用することによって、受信電力増大とスループット向上の効果があることを検証してから、本番環境での実験を行った。

3.3.3.5 実証結果及び考察
表 3-21 に電波反射板によるエリア構築の柔軟化の実証目標と結果概要の纏めを示す。
反射板と測定器間の距離が 12.9m～32.9m と長かったこともあり、反射板を活用することで基地局に 5G 接続することができた区間は、反射板から 17.9m の距離であった。ただし、5G 接続すれば避難連絡坑全体で 5G 通信が可能であり、接続するための閾値を調整す
れば避難連絡坑全体を 5G としてエリア化できる見込みが得られた。
表 3-21 電波反射板によるエリア構築の柔軟化の実証目標と結果概要纏め
107

＃

実証目標

実証結果

１

不感地帯となる避難連絡坑を 5G で通信可△

能なエリアとすること。

不感地帯である避難連絡坑を入口から 5m（反射板からの距離 17.9m）地点まで 5G通信可能とした。5G 接続したまま移動す
ると、避難連絡坑全体で 5G 通信可能であることを確認。

23

基地局同期信号の受信電力が、反射板の活〇用により 5dB 以上の改善が得られる（端反射板からの距離 17.9m の地点にて反射

末との間の距離 10ｍ以上）

板無しに比べ反射板の活用で 14dB 改善

反射板を活用することで、アップリンク、 △ダウンリンクとも 25Mbps 以上のスルー

ダウンリンクは UDP で約 1～1.2Gbps、プットが得られる

TCP で 900Mbps～1.1Gbps で達成。
ア ッ プ リ ン ク は 、 UDP 、 TCP と も 約
20Mbps で未達成。

4

反射板を活用することで、端末とサーバ間〇の往復遅延時間を 100msec 以内とする。

往復遅延時間は約 30msec で達成。

以下に避難連絡坑における受信電力（RSSI）、スループット、SINR、往復遅延時間の特性を評価した結果を示す。
反射板を活用したエリア構築の実験では、工事規制時間内に作業を終わらせる必要があったため、作業効率を考えて、まず反射板を設置して受信電力やスループットの特性データを取得し、その後で反射板を取り除いて反射板無しのデータを取得することとした。以降に示す測定データについては、反射板有の測定データを先に示し、反射板無しのデータを後に示し、反射板の有無による差分について検討を行うという順序で記載する。

1）受信電力（RSSI）
反射板から 12.9m 離れた地点が避難連絡坑の入り口の扉になるが、この位置において、基地局の同期信号の受信電力（SS-RSRP）の時系列データとして、反射板有の結果を図 3-87に、反射板無しのデータを図 3-88 に示す。
-80

SS-RSRP (dBm)

-85
-90
CC1

-95

CC2
CC3

-100

CC4

-105
-110
13:08:24

13:09:07

13:09:50

13:10:34

13:11:17

13:12:00
時刻108

13:12:43

13:13:26

13:14:10

13:14:53

図 3-87 避難連絡坑入口(反射板から 12.9m)での SS-RSRP 測定結果（時系列）：反射板有-80-85

SS-RSRP (dBm)

-90
-95
-100

CC1

-105

CC2

-110

CC3

CC4

-115
-120
-125
9:29:31

9:30:14

9:30:58

9:31:41

9:32:24

9:33:07

9:33:50

9:34:34

9:35:17時刻

図 3-88 避難連絡坑入口での SS-RSRP 測定結果（時系列）：反射板無ここで、CC(Component Carrier)1～CC4 は、表 2-4 に示す F1～F4 に対応している。
図 3-87 では、2 回ほど、受信電力が小さくなるときが発生している。この事象は、車が通過する時間に比べて非常に長い時間であり、車の影響とは考えにくい。基地局で電力が落ちたのか、基地局から反射板へのビームがずれてしまった可能性も考えられる。なお、基地
局側で特にシステム動作上、アラーム等は発生していなかった。
図 3-87 では、CC3 が最も強い受信電力となっている。これは、上述の監査路における受信電力測定において、基地局からの距離 10m 地点で測定したときのデータと同様である。
100MHz の帯域幅のシステムとして電波伝搬を解析するため、一つの CC に着目してデータを纏めることする。以降では、反射板活用時に最も強い受信電力を示した CC3 のデータを基本として、避難連絡坑における受信電力を纏めることとする。
図 3-88 の結果では、CC4 が比較的、大きな受信電力を示しているが、本技術実証では反射板を活用した場合について着目するため、CC3 にてデータを纏めている。
図 3-88 の結果で、時折、受信電力が 10dB 近く飛びあがる現象が観測されている。これは、避難連絡坑の前を通過する車両が反射板の代わりに電波を避難連絡坑内の測定器に反射波を届けるためである。この様子について、測定器のモニター画面を図 3-89 に示す。

109

避難連絡坑前の車両通過する時に車両による反射で受信電力が瞬時的に増大

図 3-89 避難連絡坑における車両通過時に車両による反射に受信電力増大（反射板無）上述のように、SS-RSRP の受信電力測定結果から下記の式により、RSSI を求めることとする。
RSSI ＝ SS-RSRP + 26 dB
反射板からの距離に応じて、基地局同期信号の受信電力 SS-RSRP を測定し、上記の計算によって RSSI を求めた結果を図 3-90 に示す。

110

-40
理論値(RSSI)：反射板有
実測値(RSSI)：反射板有-50

RSSI(dBm)

実測値(RSSI)：反射板無
-60

-70

14dB改善

-80

-90
10

15

20

25

30

反射板からの距離(m)

図 3-90反射板からの距離（12.9m～32.9m） vs. RSSI 特性：ホーンアンテナ

この結果より、反射板を活用しなかった場合に比べ、反射板を活用することにより、大幅に受信電力を改善していることが分かる。改善幅の少ない反射板からの距離 17.9m の地点においても、受信電力を 14dB 改善している。理論値は上述の（式１１）によって求めた。
理論値と実測値では、約 2～5dB の差分があるが、反射板によるビームが入射波の角度
45°、反射波の角度 45°の正反射に正しくなっている訳ではなく、反射板効率ηの値が低くなっていることが推測できる。また、測定器とホーンアンテナを接続するケーブル損失やコネクタによる損失等もあり、理論値よりも数 dB 低い値となっていることなどが考えられる。
上記の結果より、反射板からの距離 32m の避難連絡坑の端でも、反射無しでカバーエリアの基準値-81.2ｄBm より強い電波を受信できるため、避難連絡坑内はカバーエリアとなっている。なお、避難連絡坑の外は測定が不可能な場所のため、カバーエリア端と調整対象区域
端を避難連絡坑内で見つけることはできなかった。
避難連絡坑まで考慮したカバーエリア、調整対象区域については、表 3-16 に示した通りであった。なお、避難連絡坑内は、他者土地との干渉調整等が不要な場所である。
また、「3.3.1

ローカル 5G の電波伝搬特性等の測定」で測定した測定データ（20 箇所）

は、カバーエリア内におけるトンネル内データとしての参考値として活用できる。同じ程度の RSRP であれば、同じ程度のスループットを出すことができると考えられる。避難連絡坑における RSRP の値によって 5G 通信可能かどうかを判断し、5G 通信ができない RSRP であると判断した場合には LTE 通信としての測定データを収集した。

2）UDP DL スループット
まず、反射板を設置して、反射板より 12.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉入り口）において iperf3 による UDP DL(ダウンリンク)スループット測定結果の時系列データを図3-91 に示す。サーバから 2Gbps の負荷をかけ、120 秒間かけて測定した結果である。Iperf3
111

のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表 3-22に纏める。
UDP DL(iperf/PDCP)UDP DL(iperf)

1,400

UDP DL(PDCP)

Throughput (Mbps)

1,200
1,000
800
600
400

200
0
14:01:41

14:01:58

14:02:15

14:02:33

14:02:50

14:03:07

14:03:24

時刻

図 3-91 反射板からの距離 12.9m における UDP DL スループット（反射板有）表 3-22 反射板からの距離 12.9m の地点における UDP DL スループット（反射板有）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3PDCP

1.2Gbps
1.22Gbps

1.04Gbps
1.02Gbps

370.2Mbps
406Mbps

1.22Gbps
1.24Gbps

340Mbps
55.7Mbps

この測定時、車の通過は大型車 1 台、普通車 10 台で、測定開始してから 15 秒以内に 4台、測定開始してから 1 分近辺に大型車 1 台、普通車 5 台が集中して通過している。車両
通過が集中した 14 時 1 分 56 秒や 14 時 2 分 50 秒あたりではスループットは劣化していない。14 時 2 分 15 秒あたりでスループットが劣化しているが、このとき車両は通過していないため、システムの要因によって劣化していると考えられる。
また、UDP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-92 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-93 に示す。Iperf3 も PDCP レイヤのスルー
プットも、
1.24Gbps に集中している。ノートパソコンの処理能力として問題ないレベルで、
5G モバイルルータにおける PDCP レイヤでの処理速度にて受信処理ができていると考え
られる。

112

頻度

UDP DL(iperf)ヒストグラム
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
200 280 360 440 520 600 680 760 840 920 1000 1080 1160 1240 1320 1400 1480
スループット(Mbps)

図 3-92反射板からの距離 12.9m における UDP DL(iperf3)のヒストグラム：反射板有UDP DL(PDCP)ヒストグラム

160
140
120

頻度

100
80
60
40

20
0
200 280 360 440 520 600 680 760 840 920 1000 1080 1160 1240 1320 1400 1480
スループット(Mbps)

図 3-93 反射板からの距離 12.9m における UDP DL(PDCP)のヒストグラム：反射板有避難連絡坑の中では受信電力が弱いため、反射板によって 5G 通信できる場所とできない場所があった。5G 通信速度が期待できる場所では、UDP DL で 1.5Gbps の負荷をかけて測定を行ったが、5G 通信できない場所で 1.5Gbps の負荷をかけると端末側のクライアントがログを取得できなかったり、サーバ側のプログラムが終了してしまうことが発生した。
このため、5G 通信できない場所では、LTE としての DL 上限 100Mbps の約 2 倍の
200Mbps を負荷としてかけて測定を行った。
続いて、反射板がなかった場合について、反射板設置場所から距離 12.9m における UDP
DL スループットを図 3-94 に示す。また、統計値を表 3-23 に示す。
この場所では、データ測定前までは 4G 接続しかできていなかったため、負荷を 200Mbpsに設定して測定を開始したが、9 時 46 分 13 秒あたりで、
5G 接続となり負荷上限の 200Mbpsを達成していることが、事後の測定データ解析で明らかになった。測定時は 4G 接続しているものとしてデータを取得した。車線規制の関係もあり、この場所ではデータ再取得を行う
ことができなかった。

113

UDP DL(iperf/PDCP)UDP DL(iperf)

700

UDP DL(PDCP)

Throughput (Mbps)

600
500
400
300
200

100
0
9:45:39

9:45:56

9:46:13

9:46:31

9:46:48

9:47:05

9:47:23

9:47:40

時刻

図 3-94 反射板からの距離 12.9m における UDP DL スループット（反射板無）表 3-23 反射板からの距離 12.9m の地点における UDP DL スループット（反射板無）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3PDCP

200 Mbps
203.6 Mbps

160.0 Mbps
166.8 Mbps

68.6Mbps
118Mbps222 Mbps
315.3 Mbps

58.6 Mbps
49.7 Mbps

また、UDP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-95 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-96 に示す。
Iperf3 では 200Mbps に山があり、PDCP レイヤでは 250Mbps に山がある。なお、PDCP レイヤでは、時折、600Mbps を超えるスループットを示している。

UDP DL(iperf)ヒストグラム
60
50

頻度

40
30
20
10
0
0

50

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
スループット(Mbps)

図 3-95反射板からの距離 12.9m における UDP DL(iperf3)のヒストグラム：反射板無114

UDP DL(PDCP)ヒストグラム
140
120

頻度

100
80
60

40
20
0

0

50

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
スループット(Mbps)

図 3-96 反射板からの距離 12.9m における UDP DL(PDCP)のヒストグラム：反射板有反射板からの距離を 12.9m から 5m 間隔で 32.9m まで変化させたときに、UDP DL スルー
プ ッ ト の 平 均 値 に つ い て 反 射 板 有 と 反 射 板 無 で 比 較 し た 結 果 を 図 3-97 に 示 す 。
UDP DL (避難連絡坑)

UDP DL(iperf)：反射板有
上位10%値：反射板有1400

下位10%値：反射板有Throughput (Mbps)

1200

UDP DL(iperf)：反射板無上位10%値：反射板無1000

下位10%値：反射板無800

UDP DL(PDCP)：反射板有

4Gから5Gにしてスループットを飛躍的に改善

600
400

UDP DL(PDCP)：反射板無5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

200
0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-97反射板からの距離 vs. UDP DL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-97 の結果より、下記のことが分かる。
① 避難連絡坑では、反射板を活用しないと LTE 接続となるケースが多かった。避難連絡
坑の入り口（鉄扉の場所）において、5G 接続がたまにできることがある。
② 反射板を活用することにより、反射板設定場所から 17.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉から 5m）まで 5G で接続が可能となり、1Gbps 以上のスループットを達成。
③ 反射板設置場所から 22.9m 離れた地点では、反射板を用いても LTE 接続となることが多かったが、測定データ取得時には iperf3 で負荷をかけた 100Mbps の上限に近い値を示しており、5G で接続できていた。
④ 反射板設置場所から 22.9m 以上離れると、反射板を活用しても LTE 接続となる。
⑤ PCDP レイヤと iperf3 のスループットで差が出てくるのは、1.2Gbps の高い負荷の場
合のみで、後はほぼ同じスループットを示している。

115

上記に関して、以下に考察する。
まず、⑤については、ノートパソコンの処理能力の問題で、高い負荷では PDCP レイヤのスループットよりも iperf3 でのスループットが低くなると考えられる。
①から④については、本技術実証で用いたシステムにおいて、端末が通信セッションを張る際、端末からシステム側に報告された SS-RSRP の値を元に 5G のセルを追加するかどうかの判断を行う。今回、デフォルト値の-100dBm が設定されていた。これは、RSSI にして-74 dBm 相当の値になる。図 3-90 では、ホーンアンテナを用いて測定した結果であるが、アンテナ利得 20dBi、ケーブル損 3dB での測定結果である。5G モバイルルータでは、アンテナ利得 3dBi, ケーブル損 0dB とすると、ホーンアンテナ活用時に比べて、14dB(=20-33)低い値を示すことになる。図 3-90 の結果より、避難連絡坑の入り口（反射板設置場所から 12.9m の地点）において、RSSI=-60dBm のため、この近辺（反射板設置場所から 17.9m
程度の場所まで）では-74dBm に近い値となり 5G 接続が可能となるかならないかの受信電力であったと考えられる。
なお、アンカーバンドの LTE を用いて避難連絡坑内では、すべてアタッチすることはできていた。アンカーバンドの LTE でアタッチした後に 5G のセルが追加することができていない。この 5G セル追加の閾値を 5～10dB 程度、低く設定することによって、避難連絡坑
全体で 5G 接続を可能とすることができると考えられる。なお、工事規制の関係で、技術実証期間の時間制約があったため、閾値を変更して 5G に繋がりやすくすることまでは確認を行っていない。
5G モバイルルータの端末から得られた受信電力の測定結果を図 3-98 に示す。
受信電力が弱いため、5G 通信のセッションを張ることが難しい状況であることが分かる。
5G 接続した場合は、受信電力を測定可能であったが、LTE 接続となってしまう場合は、受信電力の測定結果を得ることができなかった。反射板がない場合は、反射板からの距離
12.9m の位置でのみ 5G 接続となったため、受信電力のデータが得られているが、それ以外の場所では受信電力のデータは得られなかった。
反射板がない場合に比べて、反射板がある場合は、約 3dB 受信電力が改善した。

-80
受信電力(平均値)：反射板有

RSRP (dBm)

受信電力(上位10%)：反射板有受信電力(下位10%)：反射板有受信電力（平均値）：反射板無

-90

3dB改善
5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

-100
12

17

22

27

反射板からの距離(m)

図 3-98 UDP DL 時、5G モバイルルータで測定した受信電力(RSRP)（避難連絡坑）

116

32

別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-1 に、日立国際電気の東京事業所で本技術実証と同様の 28GHz の NSA 構成のシステムで測定した UDP DL（PDCP）と RSRP の関係を示す。
図 3-98 では、避難連絡坑で 5G 接続した際の RSRP は -90dBm 近辺の値を示しており、別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-1 によれば UDP DL として 1.2Gbps から 1.8Gbps
程度のスループットのポテンシャルがあることを示している。図 3-97 より、避難連絡坑で
5G 通信可能なところでは、約 1Gbps～1.3Gbps のスループットが得られており妥当な結果と考えられる。
図 3-97 では、反射板から 17.9m 離れた地点より先で 5G に接続するのが難しくなる結果が得られたが、逆に、5G に一度接続してしまえば、反射板から離れる方向に移動しても5G 通信が維持される可能性が高いとの仮説を立てた。
そこで、反射板から 12.9m 離れた場所で 5G 接続した後、避難連絡坑を移動しながら、どこまで 5G 通信が維持されるのか仮説検証を行った。この検証結果として、UDP DL ス
ループット（PDCP レイヤ）の測定結果を図 3-99 に示す。なお、負荷は 1.5Gbps とした。
この検証の結果、避難連絡坑の全区間で 5G 通信が可能であることを確認した。反射板から 32.9m 離れた避難連絡坑の出口近くまで、約 1Gbps 程度のスループットを確認した。なお、5m 移動する毎に 30 秒間静止状態を保った。移動に伴うフェージング影響により、ス
ループットのバラつきが出ている現象が観測されている。
この結果より、システムに 5G 接続を許容する閾値を調整して、システムに 5G 接続しや
すくし、5G の通信セッションを確立さえすれば、避難連絡坑内において 5G 通信を可能とすることができると考えられる。
反射板から12.9mの位置に停止

反射板から17.9mの位置に停止

反射板から22.9mの位置に停止

反射板から
27.9mの位置に停止

反射板から
32.9mの位置に停止

UDP DL throughput (PDCP)
2000

1800
Throughput (Mbps)

1600
1400
1200
1000
800

600
400
200
0
14:18:14

14:18:58

14:19:41

14:20:24

14:21:07

14:21:50

時刻

図 3-99 5G 接続後に避難連絡坑内を移動したときの UDP DL スループット(PDCP)
続いて、避難連絡坑において反射板を活用した場合と活用しなかった場合で、端末における SINR の測定結果を図 3-100 に示す。
今回の技術実証では、基地局 1 台と端末 1 台の通信でスループットを測定している。こ117

のため、隣接セル等からの干渉成分はない。1 つの基地局で複数台の端末をスケジューリン
グした場合であっても外部からの干渉成分はないため、実質的には SNR を測定していることに相当する。
なお、5G 接続しているときのみ SINR の測定データが得られており、LTE 接続の場合は
SINR のデータが得られていない。このため、反射板無しの場合は、反射板から 12.9m の避難連絡坑の入り口のみデータが得られている。この地点では、反射板無の場合に比べて反射板を活用することによって SINR を約 7dB 改善することができる。

30
SINR(平均値)：反射板有SINR(上位10%)：反射板有20

SINR (dB)

SINR(下位10%)：反射板有SINR（平均値）：反射板無

7dB改善

10

5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

0
12

17

22

27

32

反射板からの距離(m)

図 3-100 UDP DL 通信時の端末における SINR 特性（避難連絡坑）
図 3-101 に、反射板からの距離 12.9m における SINR の時系列データを示す。約 15dBの高い SINR で通信できている様子が分かる。
30

SINR (dB)

25
20
15
10

5
0
14:01:32

14:01:41

14:01:49

14:01:58

14:02:07

14:02:15

14:02:24

14:02:33

14:02:41

14:02:50

14:02:59

時刻

図 3-101 反射板からの距離 12.9m における UDP DL 通信時の SINR 特性（反射板有）図 3-102 に、反射板からの距離 12.9m において、UDP DL 通信時の変調方式の頻度を示す。64QAM：854 サンプル、16QAM：21 サンプル、QPSK：34 サンプルで、ほとんど 64QAM
で高速通信を行っていることが分かる。

118

1000

頻度

800
600

400
200

0
64QAM

16QAM

QPSK

変調方式
図 3-102 反射板からの距離 12.9m における UDP DL 通信時の変調方式（反射板有）別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-2 に、日立国際電気の東京事業所で本技術実証と同様の 28GHz の NSA 構成のシステムで測定した UDP DL（PDCP）と SINR の関係を示す。図 3-100 では、避難連絡坑で 5G 接続した際の SINR は 15～20dB 近辺の値を示しており、別紙（非公開）「事前取得データの図 1-2 によれば UDP DL として 1.2Gbps から
1.8Gbps 程度のスループットのポテンシャルがあることを示している。避難連絡坑では約1Gbps～1.3Gbps の結果が得られており妥当な結果と考えられる。

3）UDP UL スループット
まず、反射板を設置して、反射板より 12.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉入り口）において iperf3 による UDP UL(アップリンク)スループット測定結果の時系列データを図3-103 に示す。端末から 300Mbps の負荷をかけ、120 秒間かけて測定した結果である。
Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから Diagnostic
Port にて出力した PDCP レイヤのスループットの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表
3-24 に纏める。測定開始後、10 秒程度は LTE 接続(5G PDCP レイヤスループットのデー
タ無しの区間)であったが、その後、5G 接続している様子が分かる。また、時折、PDCP レ
イヤで高いスループットを示すことがあるが、5G モバイルルータの特性と考えられる。それ以外の区間については、PDCP レイヤと iperf3 のスループットは、ほぼ同じ値を示している。これは、5G モバイルルータの処理能力やノートパソコンの処理能力として余裕があるためと考えられる。
この測定中に、大型車 2 台、普通車 6 台が車両として通過したが、車両通過した時間と通信の性能劣化の相関は見られなかった。

119

UDP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

160

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

140
120

LTE接続

5G接続

100
80
60

40
20
0
14:08:01

14:08:18

14:08:36

14:08:53

14:09:10

14:09:27

14:09:45

14:10:02

時刻

図 3-103 反射板からの距離 12.9m における UDP UL スループット（反射板有）表 3-24 反射板からの距離 12.9m における UDP UL スループット（反射板有）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3

20.8Mbps

19.3Mbps

4.3Mbps

21.6Mbps

8.15Mbps

PDCP

22.3Mbps

12.0Mbps

12.7Mbps

22.6Mbps

19.2Mbps

また、UDP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-104 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-105 に示す。iperf3 では 21Mbps を中心とした分布となっている。PDCP レイヤのスループットは 25Mbps を中心としているが、
70Mbps や 80Mbps も観測されている。

頻度

UDP UL(iperf)ヒストグラム
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

スループット(Mbps)

図 3-104 反射板からの距離 12.9m における UDP UL(iperf3)のヒストグラム(反射板有)120

UDP UL(PDCP)ヒストグラム
200
180
160

140

頻度

120
100
80
60
40
20
0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-105 反射板からの距離 12.9m における UDP UL(PDCP)のヒストグラム(反射板有)
続いて、反射板がなかった場合について、反射板設置場所から距離 12.9m における UDP
UL スループットを図 3-106 に示す。また、統計値を表 3-25 に示す。測定開始から 1 分 15秒までは LTE 接続であり、その後、5G 接続されて 5G の PDCP レイヤの測定データが得られている様子が分かる。
この測定中に、大型車 1 台、普通車 6 台が車両として通過した。車両通過した時間と通信の性能劣化の相関は見られなかった。大型車の通過タイミングが、測定開始後、1 分 15
秒あたりに重なるため、この大型車が通過したタイミングで大型車に反射した 5G の電波が測定されて 5G 接続となった可能性が推測される。なお、車の通過タイミングと通信性能劣化の間には相関関係は見られない。
UDP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

80

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

70
60

LTE接続

5G接続

50
40
30

20
10
0
9:55:41

9:55:58

9:56:16

9:56:33

9:56:50

9:57:07

9:57:25

9:57:42時刻

図 3-106 反射板からの距離 12.9m における UDP UL スループット（反射板無）表 3-25 反射板からの距離 12.9m の地点における UDP UL スループット（反射板無）
種別

中央値

平均値

標準偏差

121

上位 10％

下位 10％

Iperf3
PDCP(5G)

6.87 Mbps
13.7 Mbps

8.74 Mbps
14.3 Mbps

3.06Mbps
9.36Mbps

13.6 Mbps
15.4 Mbps

6.47 Mbps
8.4 Mbps

また、UDP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-107 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-108 に示す。
Iperf3 では、LTE 接続では 7Mbps に山があり、
5G 接続で 14Mbps に山が分かれている。
PDCP レイヤでは 15Mbps に山がある。なお、PDCP レイヤでは、65Mbps や 80Mbps
等の高いスループットが頻度は少ないが発生している。

UDP UL(iperf)ヒストグラム
70
60

頻度

50

40
30
20

10
0
2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

スループット(Mbps)

図 3-107 反射板からの距離 12.9m における UDP UL(iperf3)のヒストグラム：反射板無UDP UL(PDCP)ヒストグラム
70
60

頻度

50
40
30
20
10
0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-108 反射板からの距離 12.9m における UDP UL(PDCP)のヒストグラム：反射板有122

反射板からの距離を 12.9m から 5m 間隔で 32.9m まで変化させたときに、UDP UL スル
ープットの平均値について反射板有と反射板無で比較した結果を図 3-109 に示す。
LTE接続となるエリア

5Gで接続可能なエリア

UDP UL(iperf)：反射板有
上位10%値：反射板有
下位10%値：反射板有UDP UL(iperf)：反射板無上位10%値：反射板無下位10%値：反射板無UDP UL (避難連絡坑)
30

Throughput (Mbps)

25
4Gから5Gにしてスループットを改善

20
15

UDP UL(PDCP)：反射板有UDP UL(PDCP)：反射板無

5Gで接続

10
5

0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-109 反射板からの距離 vs. UDP UL 時の iperf/PDCP スループット特性
図 3-109 の結果より、下記のことが分かる。
①

避難連絡坑では、反射板からの距離 17.9m までは反射板を活用することによってLTE の 4G 接続から 5G 接続とすることでスループットを改善② 反射板からの距離 12.9m の避難連絡坑の入り口（鉄扉の場所）では、反射板を設置しない場合、最初は LTE 接続であったが、途中から 5G 接続となった。反射板無しで 5G接続できたのは、この地点のみで、17.9m～32.9m の区間では 5G 接続ができなかった。
③ 4K 映像伝送に必要となる 25Mbps 以上を達成することはできなかった。
上記に関して、以下に考察する。
① については、今回の測定では、LTE 接続と 5G 接続の境界であった。5G 接続が可能となるようにシステムパラメータを変更する等の調整を行うことで、避難連絡坑全体を
5G 接続とすることは可能と考えられる。
② 図 3-106 で説明したように、最初は LTE 接続で途中から 5G 接続となった。PDCP レ
イヤのスループットは 5G 接続になってからの平均値を示している。Iperf3 のスルー
プットは LTE 接続と 5G 接続の両方でスループットの平均値を示している。
このため、
iperf3 のスループット平均値に比べて、PDCP レイヤの平均値は高い値を示している。
また、距離 17.9m～32.9m では 5G 接続ができていないため、PDCP レイヤの測定データを得られず、平均値が 0 となっている。
③ 25Mbps 以上を達成するためには、基地局と端末間のパスロスを小さくすることが必要となる。まず、本技術実証と同様な 28GHz の NSA システムを日立国際電気の東京事業所で 5G 協創ラボで運用しているデータを別紙（非公開）「事前取得データ」の図
1-3 に示す。RSRP とスループットの対応関係にはバラつきがあるが、25Mbps 以上の123スループットを得るには、RSRP として-85 dBm（RSSI＝-59dBm）以上が望ましい。
続いて、図 3-110 に、避難連絡坑において 5G モバイルルータで測定した受信電力（RSRP）の測定結果を示す。反射板からの距離 12.9m の地点では、反射板無しの場
合に比べて反射板有の場合は、約 4.4dB 改善しているが、RSRP は-90dBm 程度で低い値を示している。反射板からの距離 12.9m と 17.9m でのみ RSRP 測定結果が得られているが、22.9m、27.9m、32.9m の地点では RSRP の測定データを得ることができなかった。反射板からの距離 17.9m で RSRP＝-87.4dBm であり、-85dBm 以上とするには足りていない。これらのことから、避難連絡坑で 25Mbps 以上を達成するた
めには、以下のような対応策が必要になると考える。
１． 基地局を反射板の近くに近づけて設置することで、端末の受信電力をあげる。
２． 反射板と端末間の距離が近くなるように、反射板の設置場所を避難連絡坑の入り口近くに設置する。

-80
受信電力(平均値)：反射板有

RSRP (dBm)

受信電力(上位10%)：反射板有受信電力(下位10%)：反射板有受信電力（平均値）：反射板無-904.4dB改善
5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

-100
12

17

22

27

32

反射板からの距離(m)

図 3-110 UDP UL 時、5G モバイルルータで測定した受信電力（RSRP）（避難連絡坑）
なお、UDP UL（アップリンク）の測定では、端末における SINR の測定データを得る
ことはできない。本技術実証に用いた基地局においては、統計情報を収集しているが、個別のアップリンク通信に対して、上りの SINR の測定データを収集することはできない。
4）TCP DL スループット
反射板を設置して、反射板より 12.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉入り口）において iperf3 による TCP DL(ダウンリンク)スループット測定結果の時系列データを図 3-111に示す。120 秒間かけて測定した結果である。Iperf3 のログで測定したスループットを水色で示し、5G モバイルルータから Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのスループッ
トの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表 3-26 に纏める。

124

Throughput (Mbps)

TCP DL(iperf/PDCP)
1,600
1,500
1,400
1,300
1,200
1,100
1,000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
14:12:55

UDP DL(iperf)
UDP DL(PDCP)

14:13:12

14:13:29

14:13:47

14:14:04

14:14:21

14:14:38

14:14:56

14:15:13

時刻

図 3-111 反射板からの距離 12.9m における TCP DL スループット（反射板有）表 3-26 反射板からの距離 12.9m の地点における TCP DL スループット（反射板有）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3

932Mbps

889.8Mbps

199.8Mbps

1.08Gbps

593Mbps

PDCP

965.8Mbps

899.7Mbps

270.2Mbps

1.148Gbps

534Mbps

この測定時、車の通過は大型車 4 台、普通車 4 台で、測定開始直後の 10 秒、30 秒、1 分、
1 分 30 秒に大型車が通過している。大型車の通過タイミングとスループットの劣化には関係がある可能性があるかもしれないが、パケットキャプチャしての分析をしないと相関があると断定はできない。TCP のスループット劣化は車の通過台数以上に変動が大きいため、システム要因によってスループットが劣化していると考えられる。
また、TCP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-112 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-113 に示す。
Iperf3 では 1Gbps、PDCP レイヤでは 1.1Gbps を山とした分布になっている。Iperf3 とPDCP レイヤの差分は大きくなく、ノートパソコンの処理能力として問題ないレベルで、
5G モバイルルータにおける PDCP レイヤでの処理速度にてノートパソコンで受信できていると考えられる。

頻度

TCP DL(iperf)ヒストグラム
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
スループット(Mbps)

図 3-112反射板からの距離 12.9m における TCP DL(iperf3)のヒストグラム：反射板有125

TCP DL(PDCP)ヒストグラム
80
70

60

頻度

50
40

30
20
10

0
100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

スループット(Mbps)

図 3-113 反射板からの距離 12.9m における TCP DL(PDCP)のヒストグラム：反射板有
続いて、反射板がなかった場合について、反射板設置場所から距離 12.9m における TCP
DL スループットを図 3-114 に示す。また、統計値を表 3-27 に示す。
この場所は、反射板無しの場合に 5G 接続するかしないかの境界であった。測定時には気が付かなかったが、事後にデータ解析したところ測定開始時は 4G 接続で通信していたが、10 時 00 分 10 秒あたりで 5G 接続となってスループットが増大していることが分かった。
この測定中に、大型車 2 台、普通車 25 台が車両として通過した。特に、測定開始後、1
分 15 秒あたりから普通車が連続して通過しており、1 分 30 秒に大型車が通過したタイミ
ングが、測定開始後、1 分 15 秒あたりから 5G 接続となった可能性がある。この大型車に反射した 5G の電波が測定され、5G 接続に切り替えられた可能性が推測される。
TCP DL(iperf/PDCP)UDP DL(iperf)

2,000

UDP DL(PDCP)

1,800

Throughput (Mbps)

1,600
1,400
1,200

1,000
800
600
400
200
0
9:58:36

9:58:54

9:59:11

9:59:28

9:59:46

10:00:03

10:00:20

10:00:37

時刻

図 3-114 反射板からの距離 12.9m における TCP DL スループット（反射板無）表 3-27 反射板からの距離 12.9m の地点における TCP DL スループット（反射板無）
126

種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3
PDCP

62.1 Mbps
64.7 Mbps

142.1 Mbps
149.7 Mbps

185.7Mbps
231.2Mbps

396 Mbps
380.2 Mbps

50.6 Mbps
44.2 Mbps

また、TCP DL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-115 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-116 に示す。LTE 接続のときは、Iperf3 とPDCP レイヤでは 60Mbps 程度の速度で通信をしていたが、5G 接続となり 120Mbps から
900Mbps まで速度を上げたため分布が広がっている様子が分かる。

TCP DL(iperf)ヒストグラム
60
50

頻度

40
30
20
10
0
0

60

120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
スループット(Mbps)

図 3-115反射板からの距離 12.9m における TCP DL(iperf3)のヒストグラム：反射板無TCP DL(PDCP)ヒストグラム

140
120
100

頻度

80
60
40
20

0
60

120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020
スループット(Mbps)

図 3-116 反射板からの距離 12.9m における TCP DL(PDCP)のヒストグラム：反射板有反射板からの距離を 12.9m から 5m 間隔で 32.9m まで変化させたときに、TCP DL スルー
127

プットの平均値について反射板有と反射板無で比較した結果を図 3-117 に示す。
TCP DL (避難連絡坑)

TCP DL(iperf)：反射板有
上位10%値

1200

下位10%値

Throughput (Mbps)

1000

TCP DL(iperf)：反射板無上位10%値

800

下位10%値TCP DL(PDCP)：反射板有

4Gから5Gにしてスループットを飛躍的
に改善

600
400

TCP DL(PDCP)：反射板無LTE接続となるエリア

5Gで接続可能なエリア

200
0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-117反射板からの距離 vs. TCP DL 時の iperf/PDCP スループット特性

図 3-117 の結果より、下記のことが分かる。
① 避難連絡坑では、反射板を活用しないと LTE 接続となるケースが多かった。ただし、
図 3-114 で説明したように避難連絡坑の入り口（鉄扉の場所）では 4G 接続から途中で 5G 接続に切り替わって通信できることがある。
② 反射板を活用することにより、反射板設定場所から 17.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉から 5m）まで 5G で接続が可能となった。800Mbps～1.1Gbps 程度のスループットを達成。
③ 反射板設置場所から 22.9m 以上離れると、反射板を活用しても LTE 接続となる。
上記に関して、以下に考察する。
まず、①については、UDP DL で考察したことと同様の理由で、避難連絡坑の入り口では、
5G 通信可能なケースがある。②と③については、上述のように、端末が通信セッションを張る際、端末からシステム側に報告された RSRP の値を元に 5G のセルを追加するかどうかの判断を行うため、
5G 接続が可能となるかならないかの受信電力であったと考えられる。
この 5G セル追加の閾値を 5～10dB 程度、低く設定することによって、避難連絡坑全体で5G 接続を可能とすることができると考えられる。なお、工事規制の関係で、技術実証期間の時間制約があったため、閾値を変更して 5G に繋がりやすくすることまでは確認を行っていない。
5G モバイルルータの端末から得られた RSRP の測定結果を図 3-98 に示す。
なお、5G 接続できた場合にのみ RSRP の測定結果が得られており、LTE 接続のときにはデータを得られていない。
反射板から 12.9m 離れた避難連絡坑の入り口において、反射板がない場合に比べて、反射板がある場合は、約 3.8dB 受信電力が改善した。

128

-80
受信電力(平均値)：反射板有

RSRP (dBm)

受信電力(上位10%)：反射板有受信電力(下位10%)：反射板有受信電力（平均値）：反射板無-903.8dB改善

5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

-100
12

17

22

27

反射板からの距離(m)

図 3-118 TCP DL 時、5G モバイルルータで測定した受信電力（RSRP）（避難連絡坑）別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-4 に、日立国際電気の東京事業所で本技術実証と同様の 28GHz の NSA 構成のシステムで測定した TCP DL（PDCP）と RSRP の関係を示す。図 3-118 では、避難連絡坑で 5G 接続した際の RSRP は -90dBm 近辺の値を示しており、別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-4 によれば TCP DL として 1Gbps から
1.4Gbps 程度 のスループットの ポテンシャルがあるこ とが分かる。避難連絡 坑では900Mbps～1.1Gbps の結果が得られており妥当な結果と考えられる。
工事規制の時間の都合により、UDP DL で実施したように避難連絡坑の入り口で 5Ｇ接続してから移動して避難連絡坑で 5Ｇ接続が可能かは検証しなかったが、UDP DL と同様に TCP DL でも 5Ｇ接続したまま通信可能であると推測できる。
続いて、避難連絡坑において反射板を活用した場合と活用しなかった場合で、端末における SINR の測定結果を図 3-119 に示す。
上述のように、今回の技術実証では、基地局 1 台と端末 1 台の通信でスループットを測定しており、隣接セル等からの干渉成分はない。1 つの基地局で複数台の端末をスケジューリングした場合であっても外部からの干渉成分はないため、実質的には SNR を測定していることに相当する。
なお、5G 接続しているときのみ SINR の測定データが得られており、LTE 接続の場合は
SINR のデータが得られていない。このため、反射板無しの場合は、反射板から 12.9m の避難連絡坑の入り口のみデータが得られている。この地点において、反射板を使った場合と使わなかった場合の差は 5.5dB で、反射板を活用することによって改善されている。

129

32

30

SINR(平均値)：反射板有SINR(上位10%)：反射板有20
SINR (dB)

SINR(下位10%)：反射板有SINR（平均値）：反射板無5.5dB改善
105G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

0
12

17

22

27

32

反射板からの距離(m)

図 3-119 TCP DL 通信時の端末における SINR 特性（避難連絡坑）
図 3-120 に、反射板からの距離 12.9m における TCP DL 通信時（反射板有）の SINR 時
系列データを示す。時折 10dB となることがあるが、15dB～20dB の高い SINR で通信できている様子が分かる。
35
30

SINR (dB)

25
20
15
10
5
0
14:13:03

14:13:12

14:13:21

14:13:29

14:13:38

14:13:47

14:13:55

14:14:04

14:14:12

14:14:21

時刻

図 3-120 反射板からの距離 12.9m における TCP DL 通信時の SINR 特性（反射板有）図 3-121 に、反射板からの距離 12.9m において、UDP DL 通信時の変調方式の頻度を示す。64QAM：851 サンプル、16QAM：57 サンプル、QPSK：64 サンプルで、ほとんど 64QAM
で高速通信を行っていることが分かる。

130

1000

頻度

800
600
400
200
0
64QAM

16QAM

QPSK

変調方式
図 3-121 反射板からの距離 12.9m における TCP DL 通信時の変調方式（反射板有）別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-5 に、日立国際電気の東京事業所で本技術実証と同様の 28GHz の NSA 構成のシステムで測定した TCP DL（PDCP）と SINR の関係を示す。図 3-119 では、避難連絡坑で 5G 接続した際の SINR は 15～20dB 近辺の値を示しており、別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-5 によれば TCP DL として 1Gbps から
1.4Gbps 程度のスループットのポテンシャルがあることを示している。避難連絡坑では900Mbps～1.1Gbps の結果が得られており妥当な結果と考えられる。

5）TCP UL スループット
まず、反射板を設置して、反射板より 12.9m 離れた地点（避難連絡坑の鉄の扉入り口）において iperf3 による TCP UL(アップリンク)スループット測定結果の時系列データを図3-122 に示す。120 秒間かけて測定した結果である。Iperf3 のログで測定したスループッ
トを水色で示し、5G モバイルルータから Diagnostic Port にて出力した PDCP レイヤのス
ループットの結果をオレンジ色で示す。測定結果を表 3-28 に纏める。測定開始後、15 秒
程度は LTE 接続(5G PDCP レイヤスループットのデータ無しの区間)であったが、その後、
5G 接続している様子が分かる。PDCP レイヤと iperf3 のスループットは、ほぼ同じ値を示しているが、測定区間や求め方の違いによって違う値を示すこともある。

131

TCP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

100

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

80
60

40
20
0
14:18:14

14:18:32

14:18:49

14:19:06

14:19:24

14:19:41

14:19:58

14:20:15

時刻

図 3-122 反射板からの距離 12.9m における TCP UL スループット（反射板有）表 3-28 反射板からの距離 12.9m における TCP UL スループット（反射板有）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3

21.3Mbps

20.2Mbps

11.8Mbps

31.8Mbps

7.2Mbps

PDCP

23.4Mbps

23.3Mbps

8.5Mbps

28.9Mbps

13.9Mbps

この測定中に、大型車 1 台、普通車 6 台が車両として通過したが、車両通過した時間と通信の性能劣化の相関は見られなかった。
また、TCP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-123 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-124 に示す。iperf3 と PDCP レイヤのスルー
プットは 25Mbps に山があり、70Mbps や 75Mbps 等も観測されている。

頻度

TCP UL(iperf)ヒストグラム
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-123 反射板からの距離 12.9m における TCP UL(iperf3)のヒストグラム(反射板有)132

TCP UL(PDCP)ヒストグラム
90

80
70
60
頻度

50
40
30
20
10
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-124 反射板からの距離 12.9m における TCP UL(PDCP)のヒストグラム(反射板有)
続いて、反射板がなかった場合について、反射板設置場所から距離 12.9m における TCP
UL スループットを図 3-125 に示す。また、統計値を表 3-29 に示す。測定開始から 5G 接続されて 5G の PDCP レイヤの測定データを得ていることが分かる。
この測定中に、大型車 2 台、普通車 10 台が車両として通過した。車両通過した時間と通信の性能劣化の相関は見られなかった。測定開始後、1 分後あたりで大型車 2 台と普通車 2
台が密に通過しているが、スループットの変動との関連は見られない。
TCP UL(iperf/PDCP)UDP UL(iperf)

100

UDP UL(PDCP)

Throughput (Mbps)

80
60

40
20
0
10:01:27

10:01:44

10:02:01

10:02:19

10:02:36

10:02:53

10:03:10

10:03:28

時刻

図 3-125 反射板からの距離 12.9m における TCP UL スループット（反射板無）表 3-29 反射板からの距離 12.9m の地点における TCP UL スループット（反射板無）
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Iperf3
PDCP(5G)

11.7 Mbps
13.2 Mbps

12.2 Mbps
13.0 Mbps

10.7Mbps
5.87Mbps

19.3 Mbps
19.5 Mbps

0.90 Mbps
6.3 Mbps

また、TCP UL の iperf3 で測定したスループットのヒストグラムを図 3-126 に、PDCP
レイヤのスループットのヒストグラムを図 3-127 に示す。
Iperf3 と PDCP レイヤで 15Mbps に山があって似たような広がりとなっている。

133

TCP UL(iperf)ヒストグラム
60
50

頻度

40
30

20
10
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-126 反射板からの距離 12.9m における TCP UL(iperf3)のヒストグラム：反射板無TCP UL(PDCP)ヒストグラム
160
140

120
頻度

100
80
60
40

20
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

スループット(Mbps)

図 3-127 反射板からの距離 12.9m における TCP UL(PDCP)のヒストグラム：反射板有反射板からの距離を 12.9m から 5m 間隔で 32.9m まで変化させたときに、TCP UL スル
ープットの平均値について反射板有と反射板無で比較した結果を図 3-128 に示す。

134

LTE接続となるエリア

5Gで接続可能なエリア

TCP UL (避難連絡坑)

TCP UL(iperf)：反射板有
上位10%値：反射板有40

下位10%値：反射板有Throughput (Mbps)

35

TCP UL(iperf)：反射板無上位10%値：反射板無30

下位10%値：反射板無25

TCP UL(PDCP)：反射板有

4Gから5Gにしてスループットを改善

20

15

TCP UL(PDCP)：反射板無

5Gで接続

10
5
0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-128 反射板からの距離 vs. TCP UL 時の iperf/PDCP スループット特性
図 3-128 の結果より、下記のことが分かる。
① 避難連絡坑では、反射板からの距離 17.9m までは反射板を活用することによって LTEの 4G 接続から 5G 接続とすることでスループットを改善② 反射板からの距離 12.9m の避難連絡坑の入り口（鉄扉の場所）では、反射板を設置しない場合でも 5G 接続となることがあるが、反射板を用いた方がスループット平均値
が高い③ 4K 映像伝送に必要となる 25Mbps 以上を達成することができなかった
上記に関して、以下に考察する。
① については、UDP UL でも述べたように、今回の測定では、LTE 接続と 5G 接続の境界であり、5G 接続が可能となるようにシステムパラメータを変更する等の調整を行う
ことによって、避難連絡坑全体を 5G 接続とすることは可能と考えられる。
② については、反射板を用いることで端末の受信電力が改善されたため、スループット
平均値としては反射板を用いた方が高いと考えられる。図 3-129 に、避難連絡坑において TCP UL 測定時に 5G モバイルルータで得られた RSRP の測定結果を示す。
なお、
5G 接続できた場合にのみ RSRP の測定結果が得られており、LTE 接続のときには測定データを得ることができていない。反射板からの距離 12.9m の地点では、反射板無しの場合に比べて反射板有の場合は、約 4.6dB 改善していることが分かる。

135

-80
受信電力(平均値)：反射板有

RSRP (dBm)

受信電力(上位10%)：反射板有受信電力(下位10%)：反射板有受信電力（平均値）：反射板無-904.6dB改善
5G接続可能なエリア

LTE接続となるエリア

-100
12

17

22

27

32

反射板からの距離(m)

図 3-129 TCP UL 時、5G モバイルルータで測定した受信電力（RSRP）（避難連絡坑）③ については、UDP UL でも述べたように、25Mbps 以上を達成するためには、基地局と端末間のパスロスを小さくすることが必要となる。本技術実証と同様な 28GHz のNSA システムを日立国際電気の東京事業所で 5G 協創ラボで運用しているシステムのTCP UL と RSRP の特性データを別紙（非公開）「事前取得データ」の図 1-6 に示す。
RSRP とスループットの対応関係にはバラつきがあるが、25Mbps 以上のスループッ
トを得るには、RSRP として-85 dBm（RSSI＝-59dBm）以上が望ましい。反射板からの距離 17.9m で RSRP＝-88.1dBm であり、-85dBm 以上とするには足りていない。
避難連絡坑で 25Mbps 以上を達成するためには、以下のような対応策が必要になると考える。
１． 基地局を反射板の近くに近づけて設置することで、端末の受信電力をあげる。
２． 反射板と端末間の距離が近くなるように、反射板の設置場所を避難連絡坑の入り口近くに設置する。
なお、TCP UL（アップリンク）の測定では、基地局における SINR の測定データを得ることはできない。本技術実証に用いた基地局においては、統計情報を収集しているが、個別のアップリンク通信に対して、上りの SINR の測定データを収集することはできな
い。

6）往復遅延時間特性
反射板を活用したときに、反射板から 12.9m 離れた地点において ping による往復遅延時間の測定結果の時系列データを図 3-130 に示す。120 秒間かけて測定した結果である。統計値を表 3-30 に示す。

136

RTT (ping)140
120

RTT (msec)

100
80
60
40
20
0
13:55:47

13:56:04

13:56:21

13:56:38

13:56:56

13:57:13

13:57:30

13:57:48

13:58:05

13:58:22

時刻

図 3-130 反射板から距離 12.9m における往復遅延時間特性（時系列データ）：反射板有
表 3-30 反射板から距離 12.9m における往復遅延時間：反射板有
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Ping

32.7 msec

34.5 msec

18.0 msec

48.8 msec

16.3 msec

片方向の遅延は、往復遅延時間の半分であることから、平均値 34.5msec の半分として約17.3msec である。本技術実証で用いたローカル 5G システムは、URLLC に対応していない。
なお、Ping の応答時間が、120msec の大きな値が見られたが、無線区間のパケットロスに起因するものなのかコアネットワークやサーバ側のシステム要因であるのか切り分けは難しい。また、12msec から 51msec まで 40msec 程度のバラつきで変動している。これは、参考文献[2]の P356 に記載している通り、Ping の通信が間欠的であるため、DRX の機能によって、パケットの発生時間によっては、最大 40msec 分パケットをためてから送出するためであると考えられる。
この測定中に、大型車 2 台、普通車 6 台が通過している。特に車両通過による特性への影響はないと考える。
Ping で測定した往復遅延時間のヒストグラムを図 3-131 に示す。上記の DRX の影響もあって、18msec から 58msec の広い範囲に分布している様子が分かる。

137

Pingヒストグラム
30
25

頻度

20
15
10
5
0

10

18

26

34

42

50

58

66

74

82

90

98

106 114 122 130 138

往復遅延時間(msec)

図 3-131 反射板からの距離 10m における往復遅延時間(ping)のヒストグラム：反射板有
次に、反射板無しの場合の測定結果を示す。反射板から 12.9m 離れた地点において pingによる往復遅延時間（反射板無）の測定結果の時系列データを図 3-132 に示す。120 秒間かけて測定した結果である。統計値を表 3-31 に示す。
RTT (ping)
1,200

RTT (msec)

1,000
800
600
400
200
0
9:42:55

9:43:12

9:43:29

9:43:47

9:44:04

9:44:21

9:44:38

9:44:56

時刻

図 3-132 反射板から距離 12.9m における往復遅延時間特性（時系列データ）：反射板無表 3-31 反射板から距離 12.9m における往復遅延時間：反射板無
種別

中央値

平均値

標準偏差

上位 10％

下位 10％

Ping

32.8 msec

66.8 msec

143.2 msec

59.5 msec

21.9 msec

1 秒近くの遅延が発生していることから平均値が大きくなっている。反射板有のときは、
120msec 程度の遅延が発生していたが、反射板無しでは 1 秒近くとなっており、無線区間
でのパケットロスの影響が大きくなっている可能性がある。
中央値については、反射板有の場合と反射板無の場合で差が少ない。片方向の遅延は、往復遅延時間の半分であることから、平均値 66.8msec の半分として約 33.4msec となる。
この測定中に、大型車 5 台、普通車 13 台が通過している。測定開始後、30 秒～1 分 30
秒の間に多くの車両が通過している。大きな遅延を発生させた要因に車両通過との関係が138

ある可能性は否めない。
反射板無しの場合の Ping で測定した往復遅延時間のヒストグラムを図 3-133 に示す。1秒近くの大きな遅延については排除して、それ以外のデータの分布を調べてみたところ、反射板有のヒストグラムと比べて、分布が少し広がっているが、似たような分布であると言える。

Pingヒストグラム
40
35

30
25
20
15

10
5
0

10

18

26

34

42

50

58

66

74

82

90

98

106 114 122 130 138

往復遅延時間(msec)

図 3-133 反射板からの距離 10m における往復遅延時間(ping)のヒストグラム：反射板無
上記に記載した反射板から 12.9m 地点における測定と同様の方法にてデータを収集して、反射板からの距離 12.9m から 5m 間隔で 5 地点において、反射板有の場合と反射板無の場
合において往復遅延時間 (ping)の測定を行った。図 3-134 と図 3-135 に、測定結果を示す。
LTE接続となるエリア

5Gで接続可能なエリア
Ping (避難連絡坑)

Ping(反射板有)上位10%値：反射板有
下位10%値：反射板有Ping(反射板無)上位10%値：反射板無70

往復遅延時間 (msec)

60
50
40

30
20
10
0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-134 反射板からの距離 vs. 往復遅延時間 (中央値)特性（避難連絡坑）

139Ping (避難連絡坑)

Ping(反射板有)上位10%値：反射板有
下位10%値：反射板有Ping(反射板無)上位10%値：反射板無70

往復遅延時間 (msec)

60
50
40
30
20
10

0
10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

反射板・端末間の距離(m)

図 3-135 反射板からの距離 vs. 往復遅延時間 (平均値)特性（避難連絡坑）
図 3-134 の結果より、下記のことが分かる。
① 反射板の有無に関わらず、往復遅延の中央値は 30msec 程度で一定。
② 反射板無の場合、反射板からの距離 12.9m の地点でのみ平均値が高くなっている。
③ 上位 10％値や下位 10％値等、往復遅延時間に 40msec 程度のバラつきがある。
① については、往復遅延時間(ping)の特性は、Ping のパケットサイズが小さく、頻度も1 秒に 1 回のため、それほど変化しないと考えられる。
② については、図 3-132 に示した通り、1 秒近くの大きな遅延が発生したため、平均値が大きくなっている。この地点以外では、それほど大きな遅延となっていない。
③ については、DRX の影響と考えられる。

7) ビーム制御機能の確認
本開発実証で用いた反射板は 1°ステップでビームを垂直方向と水平方向に制御する機能を持っている。この機能の有効性を確認するため、以下の検証を行った。
ビーム制御前の設定情報について、図 3-136 に示す。なお、パラメータに関する説明は3.3.3.4 に記載している通りである。
反射板からの距離 17.9m で避難連絡坑の中心線の位置から横に１ｍ移動した地点を測定点とした。横に１ｍずれると中心線から 3.2°ずれた位置となる。反射板の半値幅の角度が3°であるため、半値幅から外れて受信電力が弱くなることが予想された。
まず、横 1m ずれた場所に移動し、ビーム制御前の測定データとして、出射波の角度を45°のままとし中央線上に電波を出射した状態で受信電力の測定を行った。
その後、図 3-137 に示すような方向で、ビームを 1°ずつ水平方向に変化させて受信電力が高くなるかどうかを見ながら出射波の角度を変更して、受信電力が最大となる設定を探した。図 3-137 に示すように、αout が 50°となるビームで最大の受信電力となった。

140

設定項目

設定値

基地局距離角度 (RBS[mm])49263

基地局角度 (αin[deg], εin[deg])(-46,2.5)

反射設定角度 (αout[deg], εout[deg])(45,-1.3)αout=45deg

図 3-136 ビーム制御前の設定情報

5°

設定項目

設定値

基地局距離角度 (RBS[mm])49263

基地局角度 (αin[deg], εin[deg])(-46,2.5)

反射設定角度 (αout[deg], εout[deg])(50,-4.6)1.56m

αout=50deg

図 3-137 ビーム調整後の設定情報
図 3-138 にビーム制御前と、ビーム制御後の測定器における受信電力の測定画面を示す。
この画面を見ながら、ビームを 1°ずつ変更していったときに、受信電力があがったのか下がったのかを見ながら、反射板のビーム制御パラメータを変更した。ビーム制御後の方が受信電力が高くなっている様子が分かる。

141

ビーム制御前

ビーム制御後

図 3-138 ビーム制御前とビーム制御後の受信電力測定画面
図 3-139 に、ビーム制御による受信電力改善効果について示す。
ビーム制御前は、避難連絡坑の中心線方向にビームが向いており、横１ｍずれた地点では受信電力の平均値が-102.7dBm であったが、横 1m ずれた場所にビームを制御することに
よって-95.2dBm まで約 7dB 受信電力を改善することを確認した。

ビーム制御による受信電力改善-90

SS-RSRP受信電力 （dBm)

-92

-94

-95.2dBm

-96

-98

-100

ビーム制御前-102
ビーム制御後-102.7dBm-104

図 3-139 ビーム制御による受信電力改善効果
上述のように反射板の半値幅が 3 °であるため、図 3-136 に示すように避難連絡抗の中心線に出射するようにパラメータを設定した場合、横１ｍずれた地点は 3.2 °ずれている
ので受信電力が減少した。測定器の受信電力が最大となるには、避難連絡抗の中心線の 45°
方向から 50°までビームを 5 °変更している。この設定では、避難連絡抗の中心線から
3.5 °から 6.5 °までの範囲内が半値幅となる。横１ｍずれた場所の 3.2°の角度よりも、若干大きめの値を設定することとなった。今回のビーム制御では水平方向の調整であった142

が、垂直方向で調整にずれがある場合には、水平方向で設定する値にも影響を受ける可能性がある。
なお、工事規制時間の関係で、受信電力の改善を確認するところまでで撤収となった。
なお、事前の日立国際電気での事前検証でビーム制御による受信電力改善場所においてスループットを改善できることを確認している。
今回の技術実証にて用いた反射板は、パラメータ制御によって受信電力を改善することができる。電気的に反射方向を制御することが出来る反射板であるからこそ実現できたことであり、金属板や反射角度が決まっているパッシブな反射板では実現が難しい。
8) 日立国際電気（東京事業所）における反射板を活用した事前検証
本技術実証では、本番環境の避難連絡坑に入るためには高速道路の追越車線に規制をかけて入るため、限られた時間内に実験を行う必要があった。事前に、日立国際電気の東京事業所にある 5G/AI 協創ラボで商用局の免許で運用している 28GHz NSA 構成のシステムで反射板を活用した実験の手順確認（パラメータ調整含む）を 2021 年の 11 月末と 12 月末に
2 日間ずつ、合計 2 回、事前検証を実施した。

測定器
会議室
20m
ドア開放

すりガラス
廊下

日立国際電気5G/AI協創ラボ

廊下

基地局

11m
反射板
図 3-140 日立国際電気における反射板を活用した事前実証試験環境
図 3-140 に、事前検証を行った日立国際電気の 5G/AI 協創ラボの設置状況について示す。
5G/AI 協創ラボ内に、28GHz の RU が設置されている。この RU から 11m 離れた見通しのある場所に反射板を設置した。反射波は、5G/AI 協創ラボ内と廊下を挟んだ会議室の扉を開放して会議室の奥まで反射板からの距離 20m 離れた地点まで測定器を使って事前検証を143行った。図 3-141、図 3-142 に反射板の設置状況や測定器で測定している様子を示す。

基地局

図 3-141 事前検証＠日立国際電気における反射板設置状況

144

反射板
測定器アンテナ

図 3-142 事前検証＠日立国際電気における測定器と反射板の様子
図 3-143 に、反射板無の状況から反射板有となった場合の受信電力改善の様子を示す。

反射板有

反射板無

図 3-143 反射板無から反射板有への受信電力改善の様子

145

反射板によって約 14dB 以上、受信電力が改善している。なお、28GHz の RU からは多数のビームが出ており、反射板無しの場合には多数のビームが混ざり合った状況として観測されている。反射板を活用すると、28GHz の RU から出ているビームの内、直接、反射板に届いているビーム 3 本程度が反射板利得を得て電力が増幅されて届いている様子が分かる。このようにビームが少数、分離されて到来する様子を観測することによって、反射板を経由して到達したビームなのかどうかを判断することができる。この現象は、オムニアンテ
ナでは判別が難しく、ホーンアンテナの方が反射板の到来方向の電波が増幅される様子が分かるため反射板によるビームが届いているのかどうかを判別しやすい。
図 3-144 に、反射板と測定器間の距離を横軸として RSSI を測定した結果を示す。
-20
理論値(RSSI)：反射板有-30

実測値(RSSI)：反射板有
実測値(RSSI)：反射板無RSSI(dBm)

-40
-50
-60
-70
-80
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

反射板・測定器間の距離(m)

図 3-144 事前検証＠日立国際電気における受信電力（RSSI）の測定結果
この測定では、反射板を設定している方向にホーンアンテナを向けてその到来方向の受信電力を測定している。これは上述のように、ホーンアンテナの方が、反射板によるビームが届いているのか否かを判別しやすかったため、ホーンアンテナを用いて測定を行っている。
反射板無に比べて、反射板によって受信電力を改善している様子が分かる。なお、日立国
際電気の環境では、会議室まで建物の構造による反射波も届いていたため、反射板・測定器間の距離 16m の位置等は反射板ではない経路で電波が到達していたため、反射板の有無による差が少なかった。なお、反射板から距離１ｍの地点では、反射板の高さが 1.6m に対して、測定器のアンテナの高さ 1.3m で測定したため、反射波のビームがうまく届かない状況であったため RSSI が低い値を示している。
図 3-145 に、UDP DL のスループット測定結果を示す。反射板からの距離 8m までは、
日立国際電気の 5G/AI 協創ラボの中であり、反射板無しであっても壁などによる反射波が強い環境であり、反射板の有無によるスループットの差は出ない。一方、反射板からの距離
13m、20ｍの地点は会議室の中で、構造物による反射波が届きにくい場所になるため、反射板を活用することによって受信電力が改善されスループットも改善されていることが分かる。

146

UDP DL (PDCP)

Throughput (Mbps)

1200
1000
800
600
反射板有

400

反射板無

200

0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

反射板・端末間の距離(m)

図 3-145 事前検証＠日立国際電気における UDP DL スループットの測定結果
この他、ビーム制御によって端末の位置が移動した場合でも受信電力が改善できることも確認した。
日立国際電気における事前検証では、本番環境に入る前の手順確認が主な目的なため、反射板のパラメータ調整やビーム制御機能の確認、測定器の測定手順確認等を中心に行った。このため、本番環境で取得予定のデータを全部取得した訳ではなく、上記に記載したデータのみを取得している。

9) その他の分析・考察
以下の 9.1～9.4 に関して、分析・考察を記載する。
9.1 電波反射板を利用したエリア設計手法の手順
9.2 実証目的に照らした電波反射板の有効性評価結果
9.3 電波反射板活用に適したユースケースの提案
１つの基地局から複数、直角に曲がった場所に対する反射板活用の検討
9.4 他のエリア改善策（無線中継器、簡易基地局等）との経済性比較
9.1 電波反射板を利用したエリア設計手法の手順
電波反射板を設置する際のエリア設計手法について、下記に纏める。
なお、前提条件として基地局設置場所はあらかじめ決まった場所となっており、反射板を活用することでカバレッジを拡張するエリア設計とする。
今回の実証実験では、反射板の効果を調査することを主眼としたため、基地局からの見通しを確保できる非常駐車帯に反射板を設置したが、実際には、非常駐車帯は車を止めるスペースを空ける必要があり、常時、反射板を設置することは難しい。常時設置可能な場所とし147

ては、トンネル内の壁面か避難連絡坑の壁面に制限されることになる。ここでは、本実証実
験の環境を例として避難連絡坑内に反射板を設置することを検討した場合について、図3-146 に例として図面を記載する。

基地局・反射板距離

基地局

LOS、かつ設置可能な場所

反射板活用
カバーエリア

反射板設置候補
端末候補位置

32.9m
最も受信電力が低くなる
端末候補位置で許容値を満たすか？

4.7 m

図 3-146 エリア設計手順に関する例
以下にエリア設計手順を記載する。
Step1: 反射板を活用したカバーエリアの決定（図 3-146 で緑色のエリア）
Step2: 反射板の設置場所、設置個数を仮決定。
本実証実験では暫定的に非常駐車帯に置いたが、本番設置では壁に近いところに固定する必要がある。また、基地局から見通しが取れる場所に反射板を設置することが望ましい。
このため、図 3-146 では、避難連絡坑の入り口に近い場所を設置候補とした。
反射板の設置個数を考える場合、1 つの反射板の半値幅、もしくはビーム制御による角度の上限を考え、図 3-146 の例では、右下のカバーエリア端となる端末位置に電波を届けることが可能であれば反射板は一つで十分である。もし、カバーできない場合は、追加で反射板を設置することを検討する。図 3-146 の例では避難連絡坑の真ん中に反射板を 1 個追加
することで、カバーエリアの右下の端末をカバーする方法も考えられる。
反射板の個数と設置場所については、計算機によって最適解を求めてもよいが、パスロス
や反射板の調整にかかる工数も考慮して、反射板の個数を数多く設置しないように設計指針として反射板の個数の上限を定めてもよい。
Step3: カバーエリアの中で、反射板を活用した反射波の受信電力が最も弱くなる場所を計
算によって求める。
148カバーエリア内の端末で反射板から最も遠くなる場所、もしくは出射角度の条件から受信電力が弱くなる場所等が考えられる。図 3-146 の場合は、避難連絡坑内のカバーエリアの四隅の中から、反射板と端末の距離が最も遠くなる場所を候補とすればよい。
候補となった端末の場所で、反射板を経由した反射波の受信電力を下記の式によって求める。下記は、図 3-90 の理論値を計算した（式４）と同じである。
端末受信電力(dBm)=基地局ＲＵの送信電力(dBm)+基地局アンテナ利得(dBi)-基地局ＲＵ・反射板間距離による自由空間伝搬損(dB)+反射板利得(dBi)-反射板・端末間距離による自由空間伝搬(dB)+端末アンテナ利得(dBi)-端末ケーブル損失
なお、反射板の段数が増えた場合には、下記のような考え方でモデルを構築する。
端末受信電力(dBm)=基地局ＲＵの送信電力(dBm)+基地局アンテナ利得(dBi)-基地局ＲＵ・反射板間距離による自由空間伝搬損(dB)+反射板１の利得(dBi)-反射板１・反射板 2 の間の距離による自由空間伝搬(dB)＋+反射板 2 の利得(dBi)+端末アンテナ利得(dBi)-端末ケーブル損失（式４）において、反射板の入射角度と出射角度が必要となる。この値を決定するには、反射板の設置角度等を決める必要がある。反射板の入射角度、反射角度が 45°の正反射条件
が最も出射波の電力が高くなる。設置状態から 45°の出射角度に調整する方法としては、
3.3.3.4 で①から⑩で記載した手順によって設定することができる。
なお、反射板の設置高さについては、設置場所の制約によって決まってくる。（例えば、避難連絡坑の高さ以内等。
）先に反射板の設置高さを決めてから、3.3.3.4 で①から⑩で記載した手順によって反射板から基地局の見上げ角度、反射板から端末の見下ろし角度を測定して垂直方向の出射波を強くする。
Step4:

最も受信電力が小さくなる端末の場所において所要品質を満たすかどうかチェッ

クする。所要品質を満たしていれば、Step5 へ。満たしていない場合は、Step6 へ。
Step5：端末から基地局に報告する端末での受信電力の値が、システムとして 5G 接続を許容可能なパラメータになっているかどうかを検証する。
もし、5G 接続を許容していれば Step7 へ。そうでない場合、パラメータの変更が可能であれば、5G 接続を許容できるようにパラメータを変更して Step7 へ。もし、パラメータの変更が不可能である場合には、端末での受信電力の値が許容できる値となるように受信電力を高めるために Step6 へ。
Step6：端末での受信電力が高くなるために下記の検討を行う。
１． 反射板と端末の位置が極力近くなるように反射板の配置場所を再度検討し、
Step2 に戻る。
２． 上記の１で反射板設置場所を変えても所要品質を満たす解が導出できない場合には、反射板の位置での基地局からの電波が弱い可能性が高い。その場合は、基地局を動かすことが可能であれば、所要品質を満たすまでに必要な受信電力が反射板の位置で149

得られるように基地局設置場所を反射板の近くに設置する。
Step7: エリア設計終了
本技術実証のエリア設計では、上記の Step4 において、不感地帯を 5G のエリアとすることに主眼を置いていたため、避難連絡坑で反射板から最も遠い位置の端末でカバーエリアの基準となる RSSI=-81.2 dBm 以上の所要品質を満たすことをシミュレーションで確認していた。一方で、25Mbps 以上の通信速度に必要となる RSSI=-59dBm という基準でリンク
バジェット設計していなかったこともあり、アップリンクでは 25Mbps を達成できていなかった。しかし、図 3-47 で、基地局から 50m 離れた地点で TCP UL のスループットが25Mbps 以上を達成できなかったことを踏まえると、反射板の位置が基地局から 50m 離れていたため反射板を活用してアップリンクで 25Mbps 以上を満たすことは厳しい条件であることが分かる。
本来、反射板の活用目的としては、通信圏外となりそうな弱電界で受信電力改善によりエリア化することにある。一方、高いスループットを実現する強電界を本実証実験で用いたサイズの反射板を用いて設計しようとすると、反射板以外の構造物の反射波の影響も考慮する必要が出てくるため、モデル化が難しくなり設計困難になると考えられる。
9.2 実証目的に照らした電波反射板の有効性評価結果
本技術実証の実証目標に対する評価結果は、表 3-21 に纏めた通りである。
図 3-147 を用いて、有効性評価について概略を説明する。

基地局

ビーム
半値幅3°
17.9m

避難連絡坑

ビーム制御が必要となる
エリア
反射板によってビーム制御無しで改善可能なエリア
5G接続可能（反射板から17.9mまで）反射板設置場所システムの5G接続許容閾値の変更が必要なエリア

32.9m

5G接続してから移動し、5G通信の維持を確認た場所（反射板から32.9m）

1.72 m4.7 m

図 3-147 反射板を活用した柔軟なエリア構築の有効性検討
まず第一に、トンネルから直角に曲がった避難連絡坑では、ミリ波が届きにくいという仮説があたっており、避難連絡坑入口付近以外では 5G 通信ができない不感地帯だった。それ150

に対して、反射板を活用することによって、5G 通信を可能にすることが実証できた意義は大きい。
ただし、以下の課題が抽出された。
課題１： 反射板からの距離 17.9m まで 5G 接続できるが、それ以上離れると 5G 接続ができなかった。
課題 2： 反射板による反射波の半値幅が 3°と狭い為、避難連絡坑の出口近くの 32.9mの地点でも 1.72m 程度の幅となる。
課題１に対しては、リンクバジェットが足りていないことが主要因だった。基地局と反射板の間の距離を近くする、反射板から端末の間の距離を小さくする、反射板のサイズを大き
くする等、リンクバジェットに余裕を持ったエリア設計が必要だった。
ただし、避難連絡坑の入り口近くで 5G 接続したまま、避難連絡坑の出口まで移動することで 5G 通信が維持されることを確認した。これは、避難連絡坑の内部で 5G 通信ができる
ポテンシャルがあることを示している。リンクバジェットが低くても、システム側で 5G 接続を許容する閾値等を調整することによって、5G のエリア化とすることは可能であると考えられる。
課題２に対しては、反射板の方向を制御する機能を持っているため、ビーム制御によって受信電力を増大することができることを実証した。これは、パッシブな金属反射板や散乱板では実現することができず、本技術実証で用いたアクティブ素子を活用してビーム制御が可能な反射板だからこそ実現できたことである。
ただし、現時点では、端末の位置に応じて、反射板のビーム制御を個別にマニュアル設定する必要がある。今後、実用化を踏まえると、以下の二つのアプローチが必要になると考える。
１． 反射板の半値幅増大によるカバレッジ範囲の拡大
２． 半固定の端末に対して、反射板のビーム制御が自動追従するための機能追加
9.3 電波反射板活用に適したユースケースの提案
本技術実証では、基地局と電波反射板を組み合わせて、ミリ波の直進性を活かしながら、直角に曲がった通路にエリアを構築することを検討した。この考え方を応用すると、図3-148 に示すように、一つの基地局から電波が届く通路に反射板を設置することによって、直角に曲がった通路をエリア化することが可能であると考える。

151

端末の位置

基地局
設置場所

20m

反射板設置場所

20m

20m

20m

20m

20m

20m

20m

Xm
Ym

20m

20m

20m

20m

基地局からの距離D＝X＋Y

図 3-148 反射板を活用したエリア構築のユースケース例
このようなユースケースとして、以下のような場所があげられる。
・ショッピングモール/デパート等
・大規模な物流倉庫
・港湾のコンテナ置き場
・鉄道のプラットフォーム
・空港等
図 3-149 に、1 つの基地局から複数の通路に対して、反射板を活用してエリア構築した
場合の受信電力を示す。基地局から見通しがとれる反射板を設置する通路は、緑色の自由空間伝搬損に従った受信電力になることを想定している。基地局から 20m 離れた地点に反射板を設置し、直角に曲がった通路をエリア化した場合、図 3-148 に示した基地局からのトータル距離（D＝X＋Y）における受信電力を黄色い線で示す。水色の線は、基地局から 40m
離れた地点に反射板を設置した場合の受信電力を示している。理論値として（式１１）によって求めた値である。

152

-20
基地局見通し通路-30

反射板20m地点の直角通路
反射板40m地点の直角通路

RSSI (dBm)

-40

-50
-60
-70
-80
-90
-100

10

20

30

40

50

60

70

基地局からの距離(m)
図 3-149 複数の通路に対して反射板を活用してエリア構築したときの受信電力
基地局からの受信電力が十分であることと、反射板から端末までの距離が離れないようにすることで、複数の通路を反射板を活用することによって経済的にエリア化することができる。直角に曲がった通路をエリアとしてカバーするためには、反射板からの反射波の半値幅を広くとるか、端末位置に位置に応じたビーム制御を適用する等が必要になってくる。
9.4 他のエリア改善策（無線中継器、簡易基地局等）との経済性比較
本技術実証で用いた反射板と他のエリア改善策との比較について、表 3-32 に纏める。本
技術実証で用いた方向制御反射板は、電源設備が必要となるが反射波の方向性を制御できる点が特長であり、電波反射板や散乱板に比べると長い距離のカバレッジや角度広がりに対応できるメリットがある。簡易基地局や中継局に比べて伝送路設備が不要なため設置コ
ストを低く抑えることができる。
比較対象としては金属板などの電波反射板、散乱板、簡易基地局、中継器を挙げた。これら製品/技術の性能や導入コストは、構成やユースケースに依存して変化するものであるが、代表的な構成や一般的な構成を想定して、本実証実験で用いた方向制御反射板との比較を行った。
比較については大きく分けて２つの観点から行った。１つ目の観点は設置の容易性であり、２つ目の観点は設置のコストである。方向制御反射板は電源が必要であるが伝送路は必要ないため施工は比較的容易である。電波反射板(金属アルミ等)や散乱板は伝送路と電源の必要としないため、それらに比べると施工は容易ではないが、伝送路や電源を必要とする簡易基地局よりは施工は容易であると言える。方向制御反射板は電気的に方向制御が可能であることからカバレッジの距離及び角度を広くとることが出来るので設置場所の選
定および位置合わせも短期間で終わらせることが出来ると考えられる。電波反射板（金属153

アルミ等）は、カバレッジの距離は長いがカバレッジの範囲が狭いため位置合わせに時間が掛かり、設置容易性が高いとは言えない。散乱板はカバレッジの距離が短いため設置場所の選定が難しく、設置の容易性が高いとは言えない。それに対して方向制御反射板は施工が比較的容易でカバレッジの範囲も広いことから、設置の容易性は比較的高いと言える。
方向制御反射板の設置のコストという観点で考えると、電源や伝送路を必要としない電波反射板や散乱板よりは設置のコストは高いが、簡易基地局や中継器のように信号増幅機
能を有しないことから変復調回路や増幅回路が不要であるため、比較的低コストでの導入
および保守が可能である。
表 3-32 他のエリア改善策との比較
評価項目

方向制御反射電波反射板

板(本実証)（金属アルミ）

散乱板

簡易基地局

中継器

設置面積

少

少

少

大

大

電源必要性

必要

不要

不要

必要

必要

消費電力

小

無

無

大

中

伝送路必要性

不要

不要

不要

必要

不要

施工容易性

容易

容易

容易

やや難

やや難

数週間～

数週間～

数週間～

数か月

数か月

数か月

容易

容易

容易

困難

困難

広い

広い

短い

非常に広い

非常に広い

狭い

広い

広い

広い

見通し内

見通し内

見通し内

制限無し

見通し内

数量拡張性

増設可能

増設可能

増設可能

増設困難

増設困難

位置合わせ

容易

困難

不要

不要

容易

コスト

中

小

小

特大

大

総合評価

優

可

可

可

良

リードタイム
移設容易性
カバレッジ
距離
カバレッジ
角度
基地局との
位置関係

広い
（ビーム制御）

６カ月程度

数カ月～
６カ月

以上を踏まえると方向制御反射板は設置の容易性、設置のコストの観点で金属反射板と散乱板の長所を併せ持つと言える。また、方向制御反射板は変復調機能や信号増幅機能を有しないことから、単純な性能で言うと簡易基地局や中継局ほど万能ではないが、コスト面・メンテナンス面・消費電力など総合的観点で考えれば、ユースケースによって無線環境改善のために導入する通信機器として適切な選択肢である言える。具体的には見通し内伝搬が確保できて、カバレッジ距離が極端に広くないようなユースケースが挙げられ、基地局と避難連絡抗が見通し外伝搬である環境で、基地局と避難連絡抗のそれぞれから見通し内伝搬で距離もおよそ 50m の位置に機器の設置が可能な本実証実験のようなユースケー
154

スにおいては、方向制御反射板は適切な選択肢であると言える。
3.3.4 準同期 TDD の追加パターンの開発
本実証では該当しない。

3.3.5 その他のテーマ
本テーマには取り組まない。

3.3.6 技術実証における追加提案
技術実証における追加提案には取り組まない。

155

4. ローカル５Ｇ活用モデルの創出・実装に関する調査検討（課題実証）

4.1 実証概要
労働人口の減少により、メンテナンスを担う技術者の確保が困難となり、更に、熟練技術者の高齢化及び退職により、現場を任せることのできる熟練技術者の確保も困難となっている。そのため、技術者の教育が急務であるにもかかわらず、指導する熟練技術者が不足していると言う課題に直面している。
また、高速道路では、図 4-1 に示すように、NEXCO3 社(東日本、中日本、西日本)で規制中車線に車が突入する事故が 6 年間で 326 件発生しており、ICT 技術の活用等による対策が急務である。このため現場作業員の安全確保が重要な課題となっている。

図 4-1

工事規制に関する他責事故例

技術者不足の課題に対しては、５Ｇとスマートグラスを活用して熟練者が遠隔作業支援を行うことにより教育を通じて技術者のレベルアップを図る。
作業員の安全確保の課題については、監視カメラの映像をローカル５Ｇで伝送し、エッジ
コンピュータで AI 画像解析することにより、規制中車線に進入してくる車を早期発見し、作業員にアラート通知することで、未然に事故を防止することができる。また、作業員自身が気付かずに、危険なエリアに侵入したことを AI 画像解析で検知してアラート通知することも事故防止の観点で効果的であると考える。
上記を踏まえて、高速道路事業者特有の環境である「トンネル内」における現場作業員の安全確保や業務効率向上を目的として、ローカル５Ｇ、スマートグラス、監視カメラ、AI による保守保全業務の高度化を狙い、以下の課題実証を推進する。
１． 遠隔作業支援：労働人口減少による作業員確保の課題に対し、スマートグラスや４K カメラで遠隔の熟練者から作業を支援
２． 作業員の安全確保：監視カメラの AI 画像解析で、規制中車線に突入しそうな車や156

作業員が危険なエリアに入ったとき、作業員に通知して危険を回避。
なお、今年度実証については、保全の ICT 化をテーマとしており、コンソメンバーも保全に関連したメンバーにより構成されている。
「トンネル工事作業の ICT 化」については、本年度技術実証により明らかになるトンネル内電波伝搬モデルを踏まえて、来年度調査段階からの検討が必要になると認識している。
具体的には、①必要なコンソーシアムの構成②利用シーンの調査③利用可能なソリューションの調査④利用可能な L5G 機器等の調査⑤対象となるトンネルの調査等が考えられる。

4.2 背景となる課題を踏まえた実装シナリオ・実証目標
中日本高速道路では，高速道路オペレーションの迅速化・省力化、機械化による現場点
検作業や日常的な維持作業の高度化・合理化などを実現するとともに、既存の業務プロセ
スやマニュアルを見直すなど、10 年先を見据えた次世代技術を活用した高速道路の保全マ
ネジメントの革新的な改革プロジェクトに取り組んでいる。
また、中日本高速道路では、幅広い分野の企業や大学などと連携し、AI、IoT、ビッグ
データ、ロボットなどの先端技術や知見を取り入れるため、コンソーシアム方式を導入し、オープンイノベーション推進組織である「イノベーション交流会」を設置している。本開発
実証コンソーシアムでは、このイノベーション交流会のローカル５G 企画検討部会にあたり、５G の技術を活用することについて検討を推進している。表 4-1 に、高速道路の高度化と、5G 活用との関係について検討した結果を示す。
なお、下表 5G 活用については、イノベーション交流会の企画部会にて、課題とニーズに関して幅広く検討して整理した結果となっている。5G の活用に記載している○、△、✕
については、ローカル 5G の特徴（超高速、低遅延、多数接続）との親和性を示している。
表 4-1

高速道路業務の高度化と５G 活用について＃

高速道路業務の高度化

5G の活用①

ドローン、車載カメラ（ドラレコ含む）等の立体画像〇

大容量・移動体通信〇

大容量・移動体通信〇

大容量・移動体通信②③④⑤

ウエラブルカメラ画像（点検支援、工事管理（立ち合い）、近接立ち会い等用）
構造物等 3D・点群計測データ（点検ロボット等による自動計測）
定点 CCTV カメラ画像（明かり部・トンネル部用）
道路管理用各種センサー計測データ（明かり部・トン
ネル部・のり面変形位計等も含む）

157

△
〇

地上ネットワークで整備済
み有
多元接続・ネットワーク整備コスト削減・労力削減・

早期実現可能⑥⑦⑧

情報提供設備向け監視・制御データ（将来、空中結像
サイネージでの提供
点検用タブレット入力、過去データ/3D 図面等参照
料金所周辺のケーブルレス化(ETC・現金システム
等）

△
〇
△

社屋内ネットワーク(音声電話系やグループネットワ⑨

ーク(保全サービスセンター棟、道路管制センター

×

棟、SA・PA 管理用

地上ネットワークで整備済
み有
大容量・移動体通信
大容量・高安定性・高セキュリティー確保が必要
他のシステムで安価に対応
可
ネットワーク整備コスト削⑩

CCTV カメラ臨時増設用（火災時、イベント発生時） 〇減・労力削減・早期実現可
能

⑪
⑫
⑬

光ケーブル切断時のバックアップ(予備）
維持管理車両の自動運転（自動走行・遠隔走行の監視制御含む）
工事・作業用ロボットの遠隔制御・監視

×

技術的に対応できない（基地局間通信が不可）〇

大容量・移動体通信〇

大容量・移動体通信

この検討項目を、図にマッピングしたものを、図 4-2 に示す。
本開発実証コンソーシアムでは、５Ｇの活用に関して、ローカル５Ｇを活用するユースケースについて整理を行った。
まず、高速道路のトンネルのような特殊な場所は、山間部にあることが多く、キャリア５Ｇを見込めない。このことから、トンネルの環境に焦点をあてることとした。
保守保全業務の中でも、熟練者不足の課題から、遠隔作業支援を取り上げることとし、表4-1 の②スマートグラスカメラ画像の活用の検証に取り組むこととした。
また、車線規制中に車が突入する事故などの作業員の安全確保の重要性から、表 4-1 の⑩CCTV 監視カメラを臨時増設することによって、規制中のテーパ部から突入しそうな車を検知するシステムの検証を行うこととした。
これらの検証では、4K 解像度の映像を活用するため、大容量の映像情報を活用することになる。キャリア５Ｇでは、クラウド上に動画を取りためると、膨大なデータ量となるため、現実的な値段でのシステム・サービス提供が難しいと推測される。
ローカル５Ｇとエッジコンピューティングを組み合わせれば、映像のデータ量を気にせず活用できるため、現場の映像情報を AI で画像解析するには、ローカル５Ｇシステムが望ましいと考える。

158

図 4-2

中日本高速道路における５G 活用システムの俯瞰図以降に、課題実証における実証目標を記載する。
(1) 4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
工事規制場所へ車が突入する事故の半数以上は作業場所から約 200m～300m 離れた
テーパー部からの突入であり、車両が時速 80km で突入してきた場合は、作業場所まで約 10 秒である。警告灯通知・確認・避難する時間を考慮し、本検証では、出力時間を 5 秒以内でとすることができることを確認する、(2) スマートデバイスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
スマートデバイス（スマートグラス、スマートフォン）を活用して、4K 映像と音声を用いて、トンネル～遠隔の事務所間の双方向通信により、遠隔作業支援を行う。
4K 映像伝送では遅延時間が発生するが、遠隔にいる熟練者と作業員の間で違和感が感じられない遅延時間について検証を行う。ここでは、許容できる映像の遅延時間の目標を 500ms と設定する。
今回、高速道路事業者特有の環境である「トンネル内」での安全性向上及び、作業の効率化を目的として、4K カメラ＋AI 技術の活用して、上記の課題実証テーマを推進することでフィージビリティ検証を行い、今後、各トンネルへの横展開を目論む。

159

4.2.1 課題事項
図 1-2 に示したように、生産人口は減少しており、2018 年度に対して 2030 年度には1 割減と予測されている。

図 4-3 建設業就業者の年齢構成
図 4-3 に、建設業の年齢構成を示す。約 3 割が 55 歳以上であり、29 歳以下は約 1 割と年齢構成が二極化していることが分かる。今後、就業者確保の競争が激化し、また、
ワークライフバランスも踏まえると、単位時間あたりの従業者を確保することが重要な課題となっている。熟練技術者の高齢化及び退職により、現場を任せることのできる熟練技術者の確保も困難となっている。
若い技術者の確保と共に、高齢となっている熟練者の技術の伝承が急務である。
また、図 4-1 に示したように、高速道路では、規制中車線に車が突入する事故が発生するなど、ICT 技術の活用による対策が急務であり、現場作業員の安全確保が重要な課題となっている。
図 4-4 に工事規制のイメージ図を示す。車が突入する可能性を事前に発見して、現場の作業員に早く通知することにより、作業員の安全を確保できる可能性がある。

160

図 4-4

工事規制イメージ

作業員の安全管理に関して、図 4-5 工事中の事故要因と対策について示す。外部的要因と、従業者自身に起因する問題に分けることができる。
ローカル５Ｇを活用したシステムとして効果が検証しやすく、システムとしての実現性が高く、実装に向けて展開しやすい検証内容として、作業員への注意喚起と、現場作業支援の二つについて、本開発実証で検証することとした。
具体的には、外部的要因として規制中車線に突入してくる車の可能性を監視カメラのリアルタイム AI 映像解析で検知し、作業員への注意アラート通知を行うシステムが有効であるという仮説を検証する。また、作業員に起因する問題として、作業員自身が気が付かず危険な場所にいることを作業員や周囲の作業員に向けてアラート通知するシステム
が有効であるという仮説を検証する。
現場作業支援としては、熟練者による遠隔作業支援によって業務効率を向上すること
を狙う。

161

熟練者による遠隔作業支援
AR/MRによる遠隔作業支援

本開発実証の検証範囲

図 4-5

工事中の事故と対策

上記に述べた課題に対する仮説として、図 4-6 のイシューツリーを活用して説明する。
労働人口減少による若手の作業者確保
困難

IT導入（スマートグ
ラス等）による
作業効率の向上

単位時間あたりの作業量増大

現場作業の自動化（ロボット導入）

熟練作業者の高齢化にともなう減少

熟練作業者の技術伝承のための教育機会が必要

仮説1：
現場の作業員に遠隔作業支援を導入することで、熟練作業者の技術を伝承し、作業効率を向上

IT導入（スマートグ
ラス等）による
OJT

熟練者と若手が一緒に作業して教育作業現場での事故抑止に向けた安全管理
が必要

図 4-6

作業員の不注意による危険

IT導入による
安全管理

規制中車両への車突入

ドライバーへの注意喚起

仮説2：
監視カメラ映像のリアルタイム
AI解析により、突入車両検知、及び作業員の危険エリア侵入検知を行い作業員にアラート通知するシステムが安全確保に有効

仮説：本実証で検証

本開発実証の検証内容と課題の関係（イシューツリー）

労働人口の減少対する作業者確保と熟練作業者の高齢化に対する課題に対しては、IT 導入による作業現場の効率向上を狙い、ローカル５Ｇとスマートデバイス（スマートグラス、
スマートフォン）を活用した遠隔作業支援が有効との仮説を立てた。
また、作業現場での事故抑止に向けた安全管理の課題に対しては、IT 導入による安全管理として、監視カメラのリアルタイム AI 画像解析によって、規制中車線に車が突入してくることを検知したり、作業員が危険エリアに侵入したことを検知して、作業員にアラート通162

知するシステムが安全対策として有効という仮説を立てた。
上記に示したように、本課題実証では、以下の２つの課題について検証を行うものとする。
(1) 課題事項① トンネル内での作業員の安全性向上（作業員へのアラート通知）
・規制中工事車線に突入してくる車に対する事故抑止・作業員が、不注意により危険エリアに侵入することへの事故抑止(2) 課題事項② 現場管理者の作業効率化（遠隔作業支援）
・熟練技術者が少なくなるため、現場に行かないでも技術伝承する方法
4.2.2 課題解決策と実証との関係性(1) 課題事項① トンネル内での作業員の安全性向上(解決策)
古城山トンネルにおける作業員不足の解決策として、トンネル内に 4K カメラ 2 台設置
し、AI 画像解析による人物検知と車両検知を行うことで、作業員が危険エリア(道路)に侵入した時や車両が工事規制場所へ突入した際に通知し、安全性向上を図る。
(どのようにして課題解決につながるか)
先述した課題の解決策として 4K カメラ＋AI 画像解析を用いて、①～③を行う。
①作業員が作業範囲外の危険エリアに侵入した際に警告灯等でアラートを鳴らし、現場作業員へ通知し、事故防止を目指す。
②工事規制場所へ車が突入してきたとき、警告灯等でアラートを鳴らし、現場作業員へ通知し、事故防止を目指す。
③①、②で、現場作業員に通知すると同時に、現場管理者にも SNS 通知する。

4K カメラや AI を活用し、リアルタイムで人の目や判断を代替させることで、人員増
強なしに少ない人数の監視体制であっても安全性を向上することができる。
(ローカル 5G の必然性)
本開発実証環境における監視エリアは作業エリアからテーパー部までの約 200m～
300m あり、少ない台数で作業エリア全体の監視を行うためにはこれらを俯瞰して撮影する必要がある。そのため、視野の広い 4K 映像が取得可能なカメラが必要となる。また、トンネル内でローカル５Ｇが必要である理由は 4K 映像をアップリンク回線で伝送して、リアルタイム AI 画像解析を行うためには、大容量通信とエッジコンピューティングが本
ソリューションにおいて必要となるからである。

163

図 4-7

トンネル内での作業員の安全性向上 イメージ図(2) 課題事項② 現場管理者の作業効率化(解決策)
事務所にいる熟練技術者が、現場の作業者に対してスマートグラスを活用して、トンネル内～事務所間で通信し、遠隔から作業支援を行う。
(どのようにして課題解決につながるか)
先述した課題の解決策として現場作業員がスマートグラスを装着し、事務所にいる熟練技術者が遠隔から作業指示を行うことで、熟練技術者が現場に行くことなく、現場の作業品質を確保し OJT 教育を実施できる。
また、熟練技術者が複数現場に対応することができるため、少ない熟練技術者でも現場の作業品質を担保することができる。
(ローカル５Ｇの必然性)
トンネル内で複数の現場作業者の作業確認をするためには、双方向（アップリンク・ダ
ウンリンク回線）の大容量通信が本ソリューションにおいて必要となるためである。

トンネル内
スマートグラス
双方向通信
CCTV

スマートグラス
映像+音声

ローカル5G
基地局
事務所（熟練者）#
遠隔作業支援
内容の例

①

対象設備
CCTVカメラ
支柱
基礎
アンカボルト

図 4-8

設備点検項目

#対象設備

設備点検項目・外観チェック
・動作確認
・電源電圧確認
・感度調整等② 移動無線設備

・外観チェック
・通話試験・電圧等確認・フィルタ清掃等

遠隔作業支援による現場管理者の作業効率化
1644.2.3 実装シナリオ(1) 4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
トンネル内で行う作業管理はすべて人手で行っている。
そのため、複数現場を担当している現場管理者の死角が発生し、監視体制の強化が必要となっている。
本開発実証では、以下について検証する。
①危険エリアを撮影した映像を AI で解析し、危険エリアに現場作業員が侵入した際に検知できるのか確認する。侵入を検知した場合、危険エリア近くに設置した警告灯を点灯させ、撮影映像は管理者が使用するスマートフォンに SNS で通知する。
②工事規制場所を撮影した映像を AI で解析し、工事規制場所へ車が突入してきたときに検知できるのか確認する。車の突入を検知した場合、危険エリア近くに設置した警告灯を点灯させ、撮影映像は管理者が使用するスマートフォンに SNS で通知する。
将来構想として、監視対象区域に 4K カメラを設置することで、監視体制の省力化を図る。また高速道路業務のメニューを高度化し、作業員の安全確保を実現する。
ソリューション検証以外の、内部・外部要因を踏まえた実装に向けたシナリオについては、
今後の中日本高速道路のイノベーション交流会における実証部会等で検討していく。

図 4-9

4K カメラ を活用した現場作業員の安全確保の実装シナリオ(2) スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
生産労働人口が減少しているため、現場管理者の業務効率化は必要となっている。
そこで、現場作業員にスマートグラスを装着してもらい、トンネル～事務所間の双方向通信を行うことで、事務所内で現場管理者が作業指示をできるのか確認する。
将来構想として、その他トンネルにおいて、スマートグラスを活用した遠隔作業支援を実施し、複数現場対応も事務所から実施できるようにして、作業効率を向上する。

図 4-10スマートグラスを活用した遠隔作業支援の 実装シナリオ

165

4.2.4 実証目標
(1)4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
図 4-4 に工事規制の様子を示しているが、工事規制場所へ車が突入する事故の半数以上は作業場所から約 200m～300m 離れたテーパー部からの突入であり、車両が時速80km で突入してきた場合は、作業場所まで約 10 秒かかる。
撮影した映像を人物・車両検知 AI で処理する時間、および作業員が規定時間(例えば5 秒)危険エリアに滞在したときに、警告灯通知・確認・避難する時間を考慮し、本課題実証では、出力時間 5 秒以内であることを確認する。
なお、実用的とみなす基準や、実装に向けてのステップについては今後の実証部会等で検討していく。
安全性に関しては、各種の法制度（労働安全衛生法、道路法等）、中日本高速道路社
内内規に従う。また、電波防護指針にも対応する。
(2)スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
スマートグラスを活用し、トンネル～事務所間の双方向通信を行うことを確認する。
遠隔作業支援の目標遅延時間として、当社で検証したスマートグラスの遅延時間測定
結果を参考に設定する。当社で検証したスマートグラスの遅延時間は約 300～500msである。一方、一般的な IP 電話の端末間の遅延は、理想的には 150ms 以下、条件付き
で 400ms 以下と言われている。本開発実証は、スマートグラスによる遠隔での映像配
信であるため、コーデック時間や Teams サーバの経由時間を考慮し、遅延時間 500ms
以内を目標値とする。
なお、今年度の実証では、上記の目標数値でのフィージビリティ検証を行う。来年度以降に、実装に向けた仕様としての数値、課題について実証部会を通じて検討していく。

4.3 実証環境
4.3.1 4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
課題実証実施にあたり、日立国際電気にて検証済の AI 画像解析技術のバックグラウンドについて、本項及び次項にて説明する。
課題実証を実現するために必要となるリアルタイム AI 画像解析に関して、以下に説明する。
図 4-11 に、日立国際電気における AI 人物検知評価画像を示す。
赤い枠線で囲った範囲内にいる人数が 3 人であることをカウントしている様子を示している。赤い枠線の範囲を危険エリアと設定したり、枠線の左側の線を人物が超えたときにアラート通知を出す等のシステム検証を行った経験がある。
日立国際電気では従来から侵入者監視システムを市場展開しており、近年では AI 人物検
知機能も開発している。
166

なお、本開発実証では、危険エリアに人物が侵入したことを検知した場合に SNS 及び警
告灯へアラート出力するシステムを構築する。

図 4-11

日立国際電気における AI 人物検知評価画像

図 4-12 に、日立国際電気における AI 車両検知評価画像を示す。
車両を AI で検知して、水色の線を越えている車の数をカウントしている。車の動きをト
ラッキングしており、手前に向かってくる車を黄色で示し、奥にいく車を青色で示している。左上に、IN：5 台、OUT：4 台とラインクロスした車の台数をカウントアップすることができる。
日立国際電気では従来から道路監視システムを市場展開しており、近年では AI 車両検知機能も開発している。
なお、本開発実証では、テーパー部から突入してくる車両を検知したら、SNS 及び警告灯へアラート出力するシステムを構築する。

167

図 4-12

日立国際電気における AI 車両検知評価画像

4.3.2 スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
図 4-13 に日立国際電気の５Ｇ協創ラボ（ローカル５Ｇ 28GHz NSA 構成）におけるス
マートグラスの社内評価画像を示す。
図面の下にいる遠隔の熟練者が、遠隔にいる作業者（図面左上）と遠隔作業支援を行っている様子を示している。図面右上の画面は、作業者が見ている視線の映像を表しており、遠隔にいる熟練者の映像や作業指示内容を左下にある仮想画面で確認することができる。
また、作業者の視線の映像のみでは視線が動くと長時間見ていると疲れてしまうこともあるため、スタビライザー付きの三脚などに固定したスマートフォンによる映像を組み合わせて、遠隔の熟練者と情報共有することによって、作業現場で見たい情報を細かく把握することが可能になり、遠隔作業支援をスムーズに行うことができる。
日立国際電気では遠隔の工場への作業指示や顧客立会向けとして、スマートグラスの活用をすでに進めおり、遠隔作業支援の有効性を確認している。
本開発実証においても、遠隔作業支援の有効性をトンネルの作業現場で確認する。

168

図 4-13 日立国際電気の５Ｇ協創ラボにおけるスマートグラスの社内評価画像

4.3.3 実証環境
課題実証の実証環境は古城山トンネルで実施する。「2. 実証環境の構築」に記載の通りである。
・4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援

ローカル５G
RU

電気室
５Gコア/CU/DU

５G端末

課題実証： ①遠隔作業支援、②危険アラート通知（危険エリア侵入・規制中車線）
作業員向け
アラート

車両向けアラート

接近車両

規制中車線

図 4-14

実証実験イメージ

169

遠隔事務所

遠隔
作業
支援

4.4 実証内容
4.4.1 ローカル５Ｇを用いたソリューションの有効性等に関する検証
4.4.1.1 効果検証
（1）評価・検証項目①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
利用者にアンケートを実施して以下を調査
表 4-2

4K カメラ効果検証項目

評価観点

効果検証項目作業員・車両の侵入検知・警告灯による安全管理支援の満足度
・危険エリア進入時の検知率

現場管理者への SNS 通知

・遠隔通知の満足度

4K カメラの視認性、運用・既存監視カメラ映像と比較した視認性
・仮設可能なカメラの運用満足度②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
利用者にアンケートを実施して以下を検証する。
表 4-3

スマートグラス効果検証項目

評価観点

効果検証項目スマートグラスの操作性

・作業員のスマートグラス装着の満足度

遠隔作業指示・現場管理者の遠隔作業指示の満足度
・使用可能な機能の満足度

また、ローカル５G を活用した導入効果と費用対効果についても検討を行う。

（2）評価・検証方法
実証部会にて現場担当者(NEXCO 岐阜保全センターなど)に評価依頼を行い、現場担当
者に現地評価又はビデオクリップを確認頂く。その後、現場担当者にアンケート及びご意
見ヒアリングを実施し、評価検証を行う。
①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・作業員・車両の侵入撮影→検知→警告灯通知、SNS 通知の一連の挙動を体験してもら
い、各運用の満足度：4 段階評価頂く。
170

図 4-15

4K カメラを活用した現場作業員の安全確保 評価・検証方法

図 4-16 現場担当者評価状況（画像解析 AI）

171

図 4-17

図 4-18

現場担当者評価状況（検知）

現場担当者評価状況（警告灯通知、SNS 通知）

・4K カメラの視認性確認
4K カメラの視認性、運用のアンケート評価では、監視カメラ評価用チャートを準備し、4K カメラ映像と、既存監視カメラ映像（FHD）と比較した際の満足度：4 段階評価
頂く。図 4-19～図 4-22 に 4K/FHD 比較用チャート動画の一例を示す。

172

図 4-19 4K カメラ 5m 地点の評価①

図 4-20 4K カメラ 5m 地点の評価②

173

図 4-21 4K カメラ 5m 地点の評価③

図 4-22 FHD カメラ 5m 地点の評価

174

図 4-23 現場担当者評価状況（チャート評価）

175

・各期待できる効果について、実証協力者にアンケート頂く。

務

実証（課題実証）
検証 実
験

カメラ
アン ート

場作業員

確
：

：

設

・ ・ ・４設定・ ・ ・４検知

度・ ・ ・４検知

度・ ・ ・４

通知 警告灯・ ・ ・４

通知・ ・ ・４
作業・ ・ ・４確実

・ ・ ・４

画像

画像

視認

画像

画像

監視

モ動画

・ ・ ・４モ動画

・ ・ ・４
自

点
自
点、

点

H

K

H

図 4-24 アンケート内容

176

K

.

. 2022.

.

3

②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・スマートグラスの操作性、遠隔作業指示の一連の挙動をまとめたビデオクリップを視聴してもらい、各運用の満足度：4 段階評価頂く。
スマートグラスで検証する作業項目については、トンネル点検作業者から別途ヒアリングを実施し、トンネル内の道路設備の点検などで有効なものを洗い出して実施する。
実施作業項目①非常通話ボックス模擬設備点検②傷などの損傷確認

図 4-25 現場担当者評価状況（遠隔作業支援 現場側）

177

図 4-26 現場担当者評価状況（遠隔作業支援

事務所想定側）

図 4-27 現場担当者評価状況（事務所側 PC 表示画面）

178

・各期待できる効果について、実証協力者にアンケート頂く。

図 4-28 アンケート内容※ヒアリングを通じて評価作業項目決定後、評価指標を決定する(時間、コスト等）

179

（3）実証結果及び考察
現場担当者に現地での評価頂き、アンケート及びご意見ヒアリングの結果を元に、最良点を見出す。
①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
現状の現場作業員の安全確保として、作業員とは別に走行車両を常時監視している保安員を用意している。保安員は、走行車両の異常の兆候を発見したら現場作業員へ逃げろの合図を行い、また保安員自身も退避する。ただし、走行車両は時速約 80km（秒速約22m）で走行しているため、早期避難合図をする必要がある。今回、4K カメラを活用し、画像解析 AI（人物・車両）で早期異常の兆候を発見し、現場作業員への通達を体験していただくことで、実運用として利用可能かアンケートを実施した。
以下にアンケート結果を示す。
１：同意しない、２：やや同意しない、３：やや同意する、４：同意する

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

図 4-29

アンケート結果①180

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

図 4-30

アンケート結果②181図 4-31

アンケート結果例①

182

図 4-32

アンケート結果例②183

表 4-4項番

アンケート結果まとめ

項目

同意しない

同意する

1

2

3

4

同意率

1

カメラの設置が容易

1票

5票

6票

3票

60%

2

カメラの設定が容易

1票

3票

6票

5票

73%

3

PC の設定が容易

1票

3票

7票

4票

73%

4

十分に検知(精度)できている

0票

1票

5票

9票

93%

5

十分に検知(速度)できている

2票

3票

8票

2票

67%

6

通知を警告灯で行うのは良い

2票

2票

3票

8票

73%

7

通知を SNS で行うのは良い

2票

5票

3票

5票

53%

8

現状と比べて安心して作業できる

2票

2票

8票

3票

73%

9

安全確保として実運用に使える

2票

6票

4票

3票

47%

10

4K 画像は従来画像(FHD)より監視しやす
い

2票

4票

5票

4票

60%

カメラの設定・設置、PC の設定項目について、約 7 割の同意をいただいたが、機器がカ
メラ、5G ルータ、エリア設定用 PC と煩雑なため、簡素のほうが良いという意見もいただ
いた。また作業内容によって、移動しながら点検することが多く、一箇所に長時間留まることがないとの意見もいただいた。そのため、機器を車載することによる簡素化や、走行
車線用/追い越し車線用の検知エリアの設定をプリセット化することで操作の簡素化が必要であると考えられる。
検知精度については、9 割以上の同意をいただいた一方、検知速度は 6 割程度の同意であった。また検知精度結果から、「現状と比べて安心して作業できる」に約 7 割の同意い
ただいたが、「安全確保として実運用に使える」では検知速度結果から 5 割未満の同意となった。また他ご意見として、「検知にはラグがあるため使用が難しい」「ヘルメットにブザーと振動等で知らせないと逃げられない」とのご意見を頂いた。閉域網を使用している警告灯と比べ、公衆網を活用している SNS 通知は約 4 秒程度と通知時間が遅かった。今後実運用に向けて、閉域網を活用した通知方法の検討をしていく。

184

②スマートグラスを活用トンネル内の遠隔作業支援
現状の設備点検は目視にて、外観確認（汚損、損傷）、動作確認、レンズの清掃などがあり、現場作業員 2 人以上で行っている。一方、生産労働人口が減少しているため、現場監
督者の業務効率化は必要となってきている。
今回、スマートグラスによる遠隔作業支援を体験していただくことで、遠隔作業支援が実運用として利用可能かアンケートを実施した。
以下にアンケート集計結果を示す。
１：同意しない、２：やや同意しない、３：やや同意する、４：同意する

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

図 4-33 アンケート結果③185

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

アンケート
番号

図 4-34

アンケート結果④186

図 4-35

アンケート結果例①

187

図 4-36

アンケート結果例②188

表 4-5項番

アンケート結果まとめ

項目

同意しない

同意する

1

2

3

4

1

スマートグラスの取り扱いが容易

1票

3票

5票

1票

2

PC の取り扱いが容易

0票

2票

7票

1票

3

スマートグラスで十分に双方向通話がストレスなくできている

1票

4票

4票

1票

4

PC で十分に双方向通話がストレスなく
できている

0票

2票

5票

3票

5

スマートグラスは監督者等の省人化、省力化に使える

1票

2票

4票

3票

6

PC は監督者等の省人化、省力化に使え
る

1票

0票

5票

4票

7

スマートグラスは遠隔作業支援として実運用に使える

1票

3票

4票

2票

8

PC は遠隔作業支援として実運用に使え
る

0票

2票

5票

3票

同意率

60%
80%
50%
80%
70%
90%
60%
80%

スマートグラスを活用した遠隔作業支援について事務所側 PC の運用については、8 割以
上「取り扱い易い」、「双方向通信できている」、「実運用でも使える」という意見いただ
いた一方、「スマートグラス側をはやく動かしたり、細かく動くと見づらい」という意見をいただいた。またスマートデバイス側では「映像はきれいに見えているが、音声が聞き取りづらい」、「スマートデバイスが従来のヘルメットと比べて重たい」、「早く動くと表示している映像が追い付かない」など意見があり、5 割程度の同意であった。今回の実証現場はトンネル内であり、走行車両音が反響している環境のため、骨伝導イヤホン・マイクを使用した。そのため、事務所側 PC 側へは問題なく映像・音が伝送され、評価いただいたと考えられる。しかし、トンネル側は安全面から耳をふさがずに実施したため、事務所側からの音声に加え、走行車両音も聞こえてしまうため、5 割程度の同意であったと考えられる。
事務所側 PC 側での「はやく動かしたり、細かく動くと見づらい」というご意見について
は事務所側 PC と接続するため、公衆網を利用しているので、時間帯によって回線が安定せず見づらくなったと考えられる。
スマートグラス側での「早く動くと表示している映像が追い付かない」というご意見については、スマートデバイスはユーザーの左右を数フィートずつ見ることのできるセンサが搭載されており、ユーザーが動くと、フレームも一緒に動く仕様となっている。製品の仕様
上、センサが認識することでスマートデバイス上に表示された映像が動くため早く動くと表示している映像が追い付かない場合があるが、事務所側 PC からの視点には影響がないた
め点検作業には問題ないと考えられる。
スマートグラスは現場の状況を迅速に伝えることに活用できるが、双方向通話をする場
合は、事務所側からの指示をテキストや資料で共有する、走行車両の音が反響しない明かり部で使用するなど検討が必要である。

189

4.4.1.2 機能検証
（1）評価・検証項目①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・現場作業員が危険エリアに侵入した際の検知から SNS 通知までの平均時間測定を人間が PC のキーボードに手打ちをしてサーバに時刻の記録を残す方式で実施する。
・時速 80km で走行する車両の検知から SNS 通知までの平均時間測定を人間が PC のキーボードに手打ちをしてサーバに時刻の記録を残す方式で実施する。
・AI の検知率調査（危険エリア検知、車両検知）
撮影映像を 1000 枚の画像に分解して AI での検知結果と後から目視で与えた正解データを元に下記の指標を求め検知が難しい条件について考察する。
表 4-6

４K カメラ評価方法
正解

予測

Positive
TP
FP

Positive
Negative

Negative
FN

TP(検知率)…AI が人間、車両を検知して、実際に人間、車両であった割合
FP(誤検知率)…AI が人間、車両を検知して実際には人間、車両でなかった割合
FN(検知漏れ)…AI が人間、車両を検知出来なかったが実際には人間、車両であった割合②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・スマートグラスで撮影した映像の平均遅延時間の測定を、PC のキーボードに手打ちをしてサーバに時刻の記録を残す方式で実施する。
なお、スマホ画面とサーバ上の時間をスマホ等のカメラで映像記録し、フレーム単位で遅延を測定する。

（2）評価・検証方法①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保評価で使用する 4K カメラの設置場所、画角、AI 検知エリアのイメージは以下とする。

190

4K カメラ三脚

図 4-37

4K カメラ設置場所①（車両検知）

191

４K カメラ

図 4-384K カメラ設置場所①（人物検知）

車両検知エリア
図 4-394K カメラ画角および検知エリア（車両検知）

192

人物検知エリア

図 4-40

4K カメラ画角および検知エリア（人物検知）

図 4-41

4K カメラ使用イメージ図

193

本検証では、作業エリアから 200～300m 離れた地点と仮定した場所に 4K カメラを三脚で仮設する。
図 4-40 のように人物検知では、非常駐車帯を危険エリアと仮定し、作業員が設定したラインをクロスしたときに検知するように 4K カメラの位置を調整する。
4K カメラの設置位置を決めるために、検出エリア設計を行う。
ただし、現地トンネル内環境は工事状況により、一定とできないため、本設計は目安とする。
【条件】①4K カメラの解像度：3840×2160pix②4K カメラの画角：79 度(垂直)③人物検知、車両検知の最低画素：225×225pix④人物、車両の高さ：約 1.7m
上記①～④から検出寸法を求めると以下になります。
4K カメラ×1 台の検出面の高さ…2160pix：225pix＝Xm：1.7m

X＝約 16.3m

4K カメラ×1 台の検出面の幅…3840pix：2160pix＝Ym：16.3m

Y=約 29.0m

4K カメラ×1 台の検出面までの距離…sin(79/2°)：cos(79/2°)＝Zm：16.3 / 2m

Z＝約 9.9m

よって、4K カメラの設置位置は、人物検知エリア寸法縦 16.3m×横 29.0m、カメラからの距離：検出エリアを 9.9m 以内とする。

図 4-42

カメラ画角設計結果

カメラ位置調整では、図 4-41 のようにカメラ背面に撮影している画像が表示されるため、カメラ背面を確認しながら画角調整を行う。

194

図 4-39 のように車両検知では、追越車線にテーパー部を仮定し、通行車両が設定したラインをクロスしたときに検知するように 4K カメラの位置を調整する。カメラの設置位
置は図 4-37 の通りである。
※本来、車両検知エリアは走行車線のテーパー部であるが、評価時にテーパー部に突入する車両はないと考えられるため、実証開発では、追越車線にテーパー部を仮定している。
カメラ位置調整では、図 4-41 のようにカメラ背面に撮影している画像が表示されるため、カメラ背面を確認しながら画角調整を行う。
設定したエリアに人物/車両が入ったときの作業者への通知方法として、警告灯およびSNS を使用する。警告灯を人物検知エリア付近や作業エリア付近に設置することで、作業者が検知エリアに侵入したときや、車両が突入してきたときの通知を行うことができる。また現場管理者は警告灯目視外で作業している可能性もあるため、SNS を活用し、侵入検知情報を通知する。
平均時間測定をするため、各使用機器については予め NTP で時刻を合わせておき、各機器のログ等や撮影する映像に電波時計等を入れることで所要時間を計測する。また、データの信用性を担保するため計測は複数回実施して平均値を求める。
(a) 作業員が危険エリアに侵入した際の検知から SNS 通知までの平均時間測定
1) 作業員があるエリアに侵入したと判断したときに、現場に設置している PC1 でEnter を押す。このとき、UDP クライアントプログラムは、PC の時刻情報を読み取
り、AI 画像解析サーバの UDP サーバに通知する。(時刻１)2) 作業員が SNS 通知を受け取ったことに気が付いた時点で、PC2 で Enter を押す。
このとき、UDP クライアントプログラムは、PC の時刻情報を読み取り、AI 画像
解析サーバの UDP サーバに通知する。(時刻２)3) 時刻２から時刻１の差分を取ることで、遅延時間を求める。

195

４K カメラ
検知対象

測定用 PC

警告灯

図 4-43

人物検知測定風景①(b) 走行車両が工事規制場所に侵入した際の検知から SNS 通知までの平均時間測定
1) 走行車両があるラインをクロスしたと判断したときに、現場に設置している PC1 でEnter を押す。このとき、UDP クライアントプログラムは、PC の時刻情報を読み取
り、AI 画像解析サーバの UDP サーバに通知する。(時刻１)2) 作業員が SNS 通知を受け取ったことに気が付いた時点で、PC2 で Enter を押す。
このとき、UDP クライアントプログラムは、PC の時刻情報を読み取り、AI 画像解析サーバの UDP サーバに通知する。(時刻２)3) 時刻２から時刻１の差分を取ることで、遅延時間を求める。

196

４K カメラ

警告灯

測定用 PC

検知対象

図 4-44

車両検知測定風景②(c)AI の検知率調査（危険エリア検知、車両検知）
検知結果（検知正解、誤検知、検知見逃し）等、現場で記録簿に記録する。

②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援(a)作業風景をスマートグラスで撮影した映像の平均遅延時間の調査
1) 現場にいる作業員がスマートグラスでストップウォッチを撮影し、規定の時間(例えば 10 秒)になったタイミングで現場に設置している PC1 の Enter を押す。
このとき、
UDP クライアントプログラムは、PC の時刻情報を読み取り、AI 画像解析サーバのUDP サーバに通知する。(時刻１)2) 事務所にいる現場管理者が撮影されたストップウォッチの時刻が規定の時間(例えば 10 秒)になったタイミングで、PC2 で Enter を押す。このとき、UDP クライアン
トプログラムは、PC の時刻情報を読み取り、AI 画像解析サーバの UDP サーバに通知する。(時刻２)
3) 時刻２から時刻１の差分を取ることで、遅延時間を求める。

197

図 4-45

評価・検証イメージ（3）実証結果及び考察①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
表 4-7、表 4-8 に設定したエリアに人物/車両が入ったときの作業者への通知時間結果（100 回測定時平均通知時間、最大通知時間、最小通知時間）、表 4-9 に 4K 映像が伝送した時間を示す。

表 4-7

車両検知通知時間結果
警告灯

SNS

平均通知時間約 2.234 秒

約 4.153 秒

最大通知時間約 2.830 秒

約 5.774 秒

最小通知時間約 1.933 秒

約 3.127 秒

表 4-8

人物検知通知時間結果
警告灯

SNS

平均通知時間約 2.528 秒

約 4.200 秒

最大通知時間約 3.435 秒

約 5.925 秒

最小通知時間約 1.846 秒

約 2.829 秒

表 4-9

4K 映像伝送時間
測定時間

平均通知時間約 0.421 秒

最大通知時間約 0.568 秒

最小通知時間約 0.348 秒

198

表 4-10、表 4-11 に設定したエリアに人物/車両が入ったときの AI の検知率調査結果を示す。
表 4-10

車両検知の検知率調査結果
AI 判定結果

実際に車両

Positive

Positive
検知率：97%

Negative
検知漏れ：3%(967 回)(30 回)であった
Negative

誤検知率：0.3%(3 回)

表 4-11

人物検知の検知率調査結果
AI 判定結果

実際に人物

Positive

Positive
検知率：100%

Negative
検知漏れ：0%(100 回)

(0 回)

であった
Negative

誤検知率：0%(0 回)

図 4-46 AI が車両と検知して、実際に車両であった結果

199

図 4-47

AI が車両と検知して実際には車両でなかった結果

図 4-48 AI が車両と検知出来なかったが実際には車両であった結果

200

図 4-49

人物検知前

図 4-50

人物検知後201

図 4-51

人物がエリアに入っていないため、検知しない結果①

図 4-52

人物がエリアに入っていないため、検知しない結果②202

表 4-7、表 4-8 のように人物/車両が指定したエリアに入ったとき、作業者への通知時
間は目標値である 5 秒以内に警告灯、SNS 通知を行うことができた。ただし、警告灯通知では最大約 3 秒に対し、SNS 通知では最大 6 秒と目標値を超えているときもあった。
これは AI で人物/車両判定後、公衆網を使用し通知しているため、回線が安定せず、通知時間が目標値より超えたと考えられる。
4.4.1.1 項での記載の通り、今後実運用に向けて、閉域網を活用した通知方法の検討をしていく。
車両検知では、検知エリアを 4K カメラから 10～20m 地点に設定し、1 車両あたり約5 フレーム取得できるようにしている。図 4-48 のようにフレーム単位では、検知漏れをしている車両も、前後フレームを確認すると車両と検知しているため、1 台あたりの検知は漏れなくできているといえる。一方、表 4-10 のように誤検知は 0.3%(3/1000 回)であった。トンネル内はヘッドライトをつけて走行しているため、路面に車両が反射し、図 4-47のように検知してしまったことが原因である。これは走行車線に検知エリアを構築した時のみ発生したため、「走行車線の検知エリアの検討」、「車両検知 AI の再学習」で対策可能である。
本検証結果より、検知エリアの設定により誤検知してしまう場合はあるが、1 車両あたりの検知漏れは、0%のため現場作業員の安全確保には問題ないと考えられる。
人物検知では表 4-11 のように 100%の精度であったが、図 4-52 のようにエリアを手で隠してしまった場合、カメラに対象者が映らないため検知することはできない。実運用する際は、カメラを複数台設置することでより現場作業員の安全確保につながると考え
られる。

203

②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・スマートグラスで撮影した映像の平均遅延時間の測定を、PC のキーボードに手打ちをしてサーバに時刻の記録を残す方式で実施する。
表 4-12 にスマートグラスで撮影した映像の平均遅延時間の測定結果（100 回）の測定
時平均通知時間、最大通知時間、最小通知時間）を示す。
表 4-12遠隔作業支援遅延時間測定結果
遠隔作業支援平均遅延時間約 0.331 秒

最大遅延時間約 0.927 秒

最小遅延時間約 0.258 秒

遅延した時間

実際の時間

図 4-53遠隔作業支援遅延時間結果

表 4-12 のように遠隔作用支援の遅延時間は目標値である 0. 5 秒以内であることが確認できた。一方、最大遅延時間は約 0.9 秒と目標値を超えているときもあった。遠隔作業支援では、事務所側 PC と接続するため、公衆網を利用しているので、映像・音声の遅延が目標値を超えたと考えられる。今後実運用に向けて、専用回線など安定した回線を利用する検討を
していく。

204

4.4.1.3 運用検証
（1）評価・検証項目①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・4K 監視カメラ及び AI 画像解析にて、現場作業員の安全確保に寄与できるか検証する。
・システムのランニングコストと削減できる人件費を比較して費用対効果を検証する。
・4K カメラを活用するにあたり、現地作業フローの見直しを実施する。
なお、4K 監視カメラ、AI 画像解析を活用した危険検知は、本開発実証フィールドである
トンネル以外での運用も可能である。そのため、トンネル以外のユースケースについて今後の実証部会等で検討していく。
下図は中日本高速道路で整理する、現在の交通規制作業時のフローである。
交通規制作業は、概ね人力作業であり、多くの人的労働が注がれており、その為工事中事故も発生している危険な作業である。

図 4-54 交通規制作業フロー②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・スマートグラスにて、熟練技術者、現場管理者は複数の現場対応に寄与できるか検証する。
・システムのランニングコストと削減できる人件費を比較して費用対効果を検証する。
・スマートグラスを活用するにあたり、現地及び事務所の体制見直しを実施する。
なおスマートグラスやスマートフォンといったコミュニケーションデバイス以外のセンサ等の活用方法については、今後の実証部会等で検討していく。
例：ヘルメットにセンサを装着しバイタルチェックを行う等

205

下図は事務所のイメージ図である。
高速道路工事は複数、広域に渡り実施されている。今後、複数の現場を一人の熟練者が対応して、作業効率の向上が必要。スマートグラスやスマートフォンを活用して、事務所の熟練者による遠隔作業支援を実施することが理想とされている。

図 4-55

事務所イメージ図（2）評価・検証方法①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・現状の現場作業の運用フローを整理する
・机上にてカメラ設置場所や効果を検討する
・トンネル内に 4K カメラを簡易設置し、危険エリアを想定した場所を網羅的に歩き、画像 AI での検知を確認する
・現場作業員にアンケートを実施し、改善点の洗い出しを行う
・整理作業フローをベースに、4K カメラを活用する場合のフローを構築する。
・本システム費用及び本技術による従来人員から削減可能な人数を確認する②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・現状の現場作業の運用フローを整理する
・机上にてスマートグラスを活用した点検項目や効果を検討する
・トンネル内で作業員がスマートグラスを活用し、熟練技術者や現場管理者が遠方からの指示で十分対応可能か確認する。
・現場作業員にアンケートを実施し、改善点の洗い出しを行う
・現在の体制をベースに、スマートグラス活用する場合の体制表を構築する。
・本システム費用及び本技術による従来人員から削減可能な人数を確認する
206

（3）実証結果及び考察
本検証ではトンネルの点検作業を実施している点検員、及び監督員に対して効率をあげることを目標とする。そのためにまず、保全センターにおける現場管理に役立つ運用を検証する。最終的には、道路管制センターへの導入についても検討する予定である。
①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・現状の現場作業の運用フローを整理する
図 4-56 に従来の作業フローを示す。
員

作業者

1

2

走

車両 監視

作業場所

作業

3

4

異常 兆候 目視

5

避難合図

6

避難

避難

図 4-56

従来フロー・机上にてカメラ設置場所や効果を検討する
4.2.4 項で記載したようにカメラ設置場所や効果を検討した。
・トンネル内に 4K カメラを簡易設置し、危険エリアを想定した場所を網羅的に歩き、
画像 AI での検知を確認する
4.4.1.2 項に記載した通り、画像 AI で検知を確認した。
・現場作業員にアンケートを実施し、改善点の洗い出しを行う
4.4.1.1 項に記載した通り、アンケートを実施し、改善点を洗い出した。

207

・整理作業フローをベースに、4K カメラを活用する場合のフローを構築する。
図 4-57 に 4K カメラを使用した画像解析 AI のフローを示す。
カメラ
員

画像解析AI
作業者

カメラ 設 、検知エリア設定

1

2

カメラ

走 車両 監視作業場所

作業

異常 兆候 検知

3

4

避難合図

5

避難

作業者へ通知（警告灯/

等）

避難

6

図 4-57

4K カメラを使用した画像解析 AI のフロー

従来は保安員が走行車両を目視で監視しているが、画像解析 AI を使用することで保安員が目視で確認する前に検知し、避難時間の確保ができると考えられる。
・本システム費用及び本技術による従来人員から削減可能な人数を確認する
今回の実証で現場導入に必須である要求性能を満たしていることは確認できた。
本実証では規制内監視として 3 名体制（テーパー部、作業部の近傍監視、交代要員）で実施していた。本システムを活用することで、テーパー部または作業部の近傍監視を 4K
カメラに置き換えることで 1 名削減でき、交代要員含めた 2 名体制で実施可能であると考えられる。また実証期間中、5 箇所のトンネル工事を実施していた。全線ローカル 5G
システムが導入されたと仮定した場合、各現場 1 名削減可能なため、5 名分の人員を削減することが期待できる。
一方、普及に際してはローカル 5G 以外の技術で類似の効果が得られる製品・サービスが市場に出回りつつあるので、ニーズ範囲と実施性能・コストなどを今後比較した上で、費用対効果の検証を行いたい。

208

②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・現状の現場作業の運用フローを整理する
図 4-58 に従来の作業フロー（CCTV 設備点検）を示す。

カメラ部外観確認

カメラ部動作確認

カメラ部レンズ面 清掃

カメラ部電源電圧 計測

カメラ部ビーム、フォーカス調整

制御装

制御装

電源電圧 計測

制御装

制御装

動作確認

外観確認

電源電圧 計測

操作卓外観確認

操作卓機能試験

モニターテレビ外観確認

モニターテレビ画像

図 4-58

態確認

従来のフロー209

・机上にてスマートグラスを活用した点検項目や効果を検討する
表 4-13 に現状の CCTV 点検チェックリスト（点検周期 6 ヵ月）を示す。
表 4-13#

装置名

CCTV 点検チェックリスト（点検周期 6 ヵ月）

点検部位

点検項目

点検方法

作業要領
汚損、腐食、損傷、発錆、塗装剥離及び変形
はないか。

1

カメラ装置

カメラ部

1 外観確認（汚損、損傷）

近接目視（また
は遠望目視）に
よる点検

2

カメラ装置

カメラ部

2 動作確認

近接目視による
点検

旋回及びズーム等はス
ムーズに動作するか。

カメラ部

3 レンズ面の清掃人力による清掃

ウエス及びブラシ等を使用し、塵埃等の除去
を行う。

カメラ部

4 電源電圧の計
測（付属メータによる）付属メータによる計測

電圧値は規定値内であ
るか。

カメラ部

5 ビーム、フォーカス調整

近接目視及び操作による点検ビーム、フォーカスは正常に動作しているか。

全般

3 動作確認

近接目視及び操作による点検遠方制御による雲台カメラの機構は正常に動作しているか。

全般

4 電圧、電流の計測（付属メー
タによる付属メータによる計測

電圧及び電流値は規定値内であるか。

伝送装置

1 外観確認（汚損、損傷）

近接目視による
点検

汚損、腐食、損傷、発錆、塗装剥離及び変形
はないか。

伝送装置

2 電圧、電流の計測（付属メー
タによる）付属メータによる計測

電圧及び電流値は規定値内であるか。

操作卓（VTR
10
を含む）

全般

1 外観確認（汚損、損傷）

近接目視による
点検

汚損、腐食、損傷、発錆、塗装剥離及び変形はないか。

操作卓（VTRを含む）

全般

2 機能試験

近接目視及び操作による点検各機能の動作状況はよ
いか。

モニターテ
12
レビ

全般

1 外観確認（汚損、損傷）

近接目視による
点検

汚損、腐食、損傷、発錆、塗装剥離及び変形
はないか。

モニターテ
レビ

全般

2 画像状態

近接目視による
点検

画質は良好か。

3

4

カメラ装置

カメラ装置

5

カメラ装置

6

制御装置
（換気所、
事務所等）

7

制御装置
（換気所、
事務所等）

8

制御装置
（換気所、
事務所等）

9

制御装置
（換気所、
事務所等）

11

13

スマートグラスを活用することで、点検項目の削減はできないが、4.2.3 に記載したように現場管理者の業務効率化につながると考えている。

210

・トンネル内で作業員がスマートグラスを活用し、熟練技術者や現場管理者が遠方からの指示で十分対応可能か確認する。
4.4.1.1 、4.4.1.2 項に記載した通り、熟練技術者や現場管理者が遠方からの指示で十分対応可能か遅延時間確認やアンケートにて確認した。
・現場作業員にアンケートを実施し、改善点の洗い出しを行う
4.4.1.1 項に記載した通り、アンケートを実施し、改善点を洗い出した。
・現在の体制をベースに、スマートグラス活用する場合の体制表を構築する、本システム
費用及び本技術による従来人員から削減可能な人数を確認する

体制、費用対効果について、アンケート結果にてスマートデバイス側では映像はきれいに見えているが、音声が聞き取りづらい、スマートデバイスが従来のヘルメットと比べて重たいなど課題が出ており、まずはシステムの改善として機器構成や周辺機器の見直し（例えば、ノイズキャンセリングヘッドホンの利用、音声認識機
能等の活用など）を行い、その後に体制、費用対効果の検証を行いたい。
なお、本システムを活用することで、熟練技術者は遠隔地で現地状況を確認できるため、複数箇所の現場を確認することができる。実証期間中、5 箇所のトンネル工事を実施していた。このとき、全線ローカル 5G システムが導入され、熟練技術者が各１名現場にいると仮定した場合、熟練技術者は遠隔から指示できるため、現場の 5 名分の人員を削減することが期待できる。

211

4.4.2 ローカル５Ｇを用いたソリューションの実装性に関する検証
4.4.2.1 ローカル５Ｇ活用モデルの構築・検証
中日本高速道路では、｢i-MOVEMENT （アイ・ムーブメント）｣の実現に向け、幅広い分野の企業や大学などと連携し、AI、IoT、ビッグデータ、ロボットなどの先端技術や知見を取り入れるため、コンソーシアム方式を導入し、オープンイノベーション推進組織である「イノベーション交流会」を設置している。

図 4-59中日本高速道路のイノベーション交流会

イノベーション交流会では、図 4-60 に示すように、勉強会で検討を行い、運営委員会にて承認された実証メニューを部会にて推進することになる。部会にて実証を行った後、将来への展開として、実用化に向けた業務への落とし込みを行って実用展開していく流れにな
る。

212

勉強会
アイデア創発活動✓ 展示会出展✓ 現場見学 等
実証メニューの検討・実用化に向けた評価✓ ニーズ・シーズの説明✓ 実証メニューの検討
部会の提案✓ 部会の設置提案・勉強会内での審議✓ 部会メンバーの募集

実用化に向けた
業務への
落とし込み

部会の管理
✓ 活動状況の報告✓ 意見交換↓技術公募など次年度方針検討✓ 次年度テーマの討議✓ 次年度に向けた要望↓
実用化【運営委員会での審議】
活動開始か？

再検討

報告
承認

部会
実証活動
✓ 事例調査・計画の立案✓ プロト開発・実証活動、評価

図 4-60中日本高速道路のイノベーション交流会における勉強会と部会の位置づけ

部会としては、図 4-61 に示すように調査部会、企画部会、実証部会の段階で活動内容を区別している。本開発実証コンソーシアムは、採択時点ではローカル５G 企画部会の位置づけであったが、本ローカル５G の開発実証を行うため、実証部会へと移行した。ローカル
５Ｇの実証実験を推進し、実用化に向けた課題を洗い出すために、計 12 回の実証部会会合を行った。
企画部会段階においては、
高速道路業務の高度化と５G 活用について幅広く検討を行い、13 の利用シーンを抽出したが（表 2-1

事業実施場所と５Ｇ利用設備）、本実証においては、

利用シーンとして②ウエラブルカメラ画像（点検支援、工事管理、近接立ち会い等用）⑩ CCTV カメラ臨時増設用（火災時、イベント発生時）を取り上げた。

目的

活動内容

活動期間

活動体制

図 4-61

調査

企画

実証

高速道路事業運営の課題を深堀し、実証メニューを創出する

実証メニューの検討内容を明確化
し、実証活動を計画する

実証試験を実施し、技術の要求性能を明確化する✓ 関連事例の調査✓ 先端技術の勉強会✓ サービス仮説 等✓ 検討内容の精緻化✓ 技術マッチング✓ 実証計画の立案 等
最大3カ月間

最大6カ月間✓ 代表会員(設立提案者)✓ 参加希望会員（制限なし）✓ NEXCO中日本✓ 代表会員(設立提案者)✓ 役割が明確な会員✓ NEXCO中日本✓ 技術開発✓ 実証実験
✓ 効果検証 等
最大1年間（検証結果を踏まえ継続判断）✓ 代表会員(設立提案者)✓ 役割が明確な会員✓ 実証に必要な非会員✓ NEXCO中日本

中日本高速道路のイノベーション交流会における調査・企画・実証の位置づけ

具体的なソリューションとしては、
213

・「スマートデバイスを活用した遠隔作業支援」
・「4K カメラを活用した現場作業員の安全確保」
を取り上げ、高速道路のトンネルにおけるローカル５Ｇ活用モデルの検証を行った。 また、
今回検証した②⑩の利用シーン以外にも、中日本高速道路のニーズを踏まえてローカル５Ｇを活用した利用シーンの数を増やしていくことを引き続き検討を行っていきたい。
これらの検討を行うにあたっては、・運用検討 ⇒ 仕様化 ⇒ 試行導入 ⇒ 本格導入
といった流れで検討を進めたい。
本実証において整理した主な項目は以下の通り。
１．本実証の結果、想定されるターゲット・中日本高速道路の高速道路：2,170 ㎞（営業延長)(2021 年 5 月時点）
うち、トンネル区間
TN 延長 489.6 ㎞(2021 年４月時点）
TN チューブ数 456〔チューブ〕(2021 年４月時点）
また、明かり部 1,680 ㎞（推計）２．対象となるシステム
・中日本高速道路の業務システム
CCTV、ウェアラブルカメラ、その他（詳細は、表 2 1 事業実施場所と５Ｇ利用設備）
３．実証地域の固有な要因など
・実証地域である「古城山トンネル」は、チューブ長約 1.5 ㎞である。
・中日本高速道路のトンネルの平均チューブ長は、約 1.1 ㎞と推計されるため、中日本
高速道路の過半のトンネルにおいて、本開発実証の結果を参考とすることが可能である。
４．標準モデル・本開発実証の結果により、一定の伝送品質が確認されたことから、中日本高速道路の業務システムのラストワンマイルの高度な無線化として活用が期待される。
5．体制・事業スキームのモデル（免許人・ネットワーク・システム構築・運用等の役割分担の在り方含む）
本開発実証を踏まえ、システム構築の役割分担としては、・中日本高速道路（道路の管理者）：仕様化、調達、整備、運用、免許人
・日本高速道路保有・返済機構（道路保有者）：道路占有許可
・メーカー等民間事業者：システム構築、（免許人も可能）が考えられる。
6．課題と対応策
本実証において、「4K カメラを活用した現場作業員の安全確保」について検証を行い、一定の成果を確認できたが、実装にあたり、工事規制現場への臨機応変な環境の構築について検討を行ったが、以下の課題が確認された。対応策は 4.4.3 にて詳述する。
① アプリケーション要件（4.4.3.1）② アップリンク伝送スループット（4.4.3.2）③ 「設置場所を変更可能とする基地局」に対するニーズについて（4.4.3.3）

214

④ コスト算出について（4.4.3.4）⑤ 方式上の課題について（28 ㎓ NSA システム）（4.4.3.5）

4.4.2.2 普及展開方策の検討
本開発実証で得られたトンネルの実証実験結果を踏まえて、中日本高速道路グループの全国のトンネルへの普及展開方策を検討することが今後具体的に可能になる。
なお、検討にあたっては、免許申請や費用対効果、システム方式の検討課題があり、
4.4.3 で詳述する。
中日本高速道路グループのトンネルの TN 延長の分布は以下の通り。
TN 延長

対象チューブ数

500m 未満173

チューブ

500m 以上 1000ｍ未満

123

チューブ

1000m 以上 1500ｍ未満

63

チューブ

1500m 以上 2000ｍ未満

33

チューブ

2000m 以上 5000ｍ未満

60

チューブ

5000m 以上

4

チューブ

中央値

661.5

平均値

1073.64 ｍｍ

図 4-62 TN 延長別 チューブ数（再掲）
1500m 未満：359 チューブ（79%）
1500m 以上： 97 チューブ（21%）
参考：古城山トンネル（下り）：1510ｍ
中日本高速道路グループのトンネルの約８割は、本実証（28GHz NSA 構成）で得られた215

実験データを元に、トンネルに対するエリア構築方法や、システム構築方法のポイント等を整理することが可能となる。今回得られたトンネルという電波伝搬の特有の環境で得られた通信品質（伝送速度・遅延時間等）の実測値を踏まえて、アプリケーション要件に対する通信品質の推奨値や運用条件等、機器や端末の設置や接続の方法も含めて、実装時の推奨環境として検討することが可能である。
本実証より長いトンネル（約２割）については、本実験データを基に、複数の基地局の設置の必要性など更なる検討、検証が必要であることが確認できた。
また、従前ローカル５Ｇの制度としてトンネルを想定とした電波伝搬モデルがないため検討が困難であったトンネル設備を持っている他分野のユーザ（例：鉄道事業者等）についても、本開発実証で得られた電波伝搬モデルを精緻化することによって、ローカル５Ｇが広く活用される可能性が広がった。今後は、これらのユーザについてもニーズ開拓を検討していきたい。
また、本実証により、工事など場所が変わるケースに対しても、可搬型基地局によって運用することができないかというニーズが確認できた。一方で現状の法制度の範囲では対応が難しいことが本実証の中でも確認できたが、引き続きニーズも踏まえた制度の在り方
等、関係省庁・業界団体と情報共有するとともに、社会実装に向けた議論を行っていきたい。

4.4.3 ローカル５Ｇの実装に向けた課題の抽出及び解決策の検討
ローカル５G の実装に向けた課題として、以下の 5 点を整理した。
① アプリケーション要件（4.4.3.1）② アップリンク伝送スループット（4.4.3.2）③ 「設置場所を変更可能とする基地局」に対するニーズについて（4.4.3.3）④ 費用対効果について（4.4.3.4）⑤ 方式上の課題について（28 ㎓ NSA システム）（4.4.3.5）
4.4.3.1 アプリケーション要件について（1）課題
アプリケーション要件となる AI 画像解析システムで検知してから作業員への通知時間やスマートグラスの遅延時間の実証目標と実証結果の比較を行った。
表 4-14 の通り、いずれも、実証目標を達成する結果を確認した。
表 4-14
項目

アプリケーション要件 実証目標と実証結果
実証目標

1

AI 通知時間(警告灯)

5 秒以内

2

AI 通知時間(SNS)

5 秒以内

216

実証結果（平均値）
車両検知：約 2.234 秒
人物検知：約 2.528 秒
車両検知：約 4.153 秒
人物検知：約 4.200 秒

3

0.5 秒以内

スマートグラスの遅延時間

約 0.331 秒（2）解決策
実証目標を達成する結果を確認した。
（3）検証項目の精査
実証目標を達成する結果を確認したため、検証項目はなし。
4.4.3.2 アップリンク伝送スループットについて（1）課題
2 キャリアコンポーネントのアグリゲーションで速度向上を確認した。
1CC： 理論上限：140Mbps
2CC： 技術実証での実測値 240Mbps＠UDP UL を確認（2）解決策
実証目標を達成する結果を確認できた。
（3）検証項目の精査
実証目標を達成する結果を確認したため、検証項目はなし。
4.4.3.3 「設置場所を変更可能とする基地局」に対するニーズについて（1）課題
今回の開発実証内で、ユーザーやコンソーシアム内より安全や保全以外にも、災害時等に対応できる可搬型としての活用方法について意見があった。また、インフラ管理（道路）は、工場やオフィスと異なり自己所有敷地の延長が長いといった特徴があるので、可搬型のニーズが高かった。引き続き、常設型の社会実装に合わせて、可搬型の制度化にも注目していく。
本実証により、以下の具体的な課題が確認できた。
① 免許人申請：
総距離が長い高速道路では、局所的かつ一定期間内に保全作業を行うため、移動可能な基地局は、全線への設置に比べ、費用対効果が高いが、移動を前提とした基地局について、該当する制度が存在しない。
具体的には、複数のトンネルについて、時期をずらしながら計画的にメンテナンス作業を順次行う場合、作業の状況に応じ、無線機の位置を移動させエリア化を行うことが必要
217

であるが、無線機の移動については、免許変更の手続きが必要となり、具体的には、干渉調整 ⇒

免許変更申請 ⇒ 移設 の手続き毎回が発生しその手間および時間が都度必要である。
②

システム面：

本実証において構築した基地局は、ラック搭載を前提としているため、可搬には馴染まない。また、本ラックが移動可能な場合でも、移動先電気室の場所や電源確保、ケーブルルー
ト確保が課題である。

（2）解決策①

免許人申請：

本実証におけるユースケースの場合、基地局位置は高速道路周辺に限られ、また、トンネ
ル内では干渉調整も限定的である。屋外複数拠点の手続き簡素化などの仕組みがあれば、メンテナンス作業に合わせて柔軟に基地局を移動することができる。
将来的には、高速道路全域の一括免許化、特にジャンクションなどの面的な免許が可能であることが、利用者目線からは望まれる。
②

システム面：

現状では、災害時に基地局ごと移動させながら柔軟迅速にエリア形成を行うようなニーズには対応しにくい。ポータブル化の検討などにより、より利便性が高まる。

（3）検証項目の精査
屋外複数拠点の手続き簡素化については、免許制度の改正などが必要となるため、短期間での解決は難しいと考えられる。但し、「申請」を「届出」に変更するなどは、比較的容易に実現される可能性もある。
手続面での改善が困難な場合、エリア化の改善やスループットの改善などにより置局を効率的にして予め面的に整備することで設備面からの改善が可能になる。この点について
は、4.4.3.5 にて検討を行う。

4.4.3.4 費用対効果について（1）課題
今回の開発実証において、トンネル内ローカル５G システムの整備コストが具体的になった。この上の課題として、①

個別要件に基づく個別算出が必要という点が挙げられる。

現状のローカル 5G の基地局については、商品としてインキュベーションフェーズにある218

ため個別要件（必要性能の確認）を確認しながら、個別に算出を行うというプロセスが必要である。
②

整備費におけるローカル５G システムの整備コストとアプリケーションの導入コストのバランスとしては、ローカル５G システムの整備コストのウェイトが高い。
（2）解決策① 個別要件に基づく個別算出が必要
将来的には、松竹梅のような性能グレードを踏まえて適正価格を算出することができる
ようになることが望ましい。
そのためには、ローカル５G システムが市場に広く普及していくことが前提条件となる。
② コストのバランス
ローカル５G システムの整備コストの費用対効果を高めていくためには、（例１）コア設備に対して基地局の数を増やす。
（例２）NEXCO 中日本光自営網の活用をする。
（例３）多数のアプリケーションをローカル５G システム上で共有化するなどの方策を実現可能性も踏まえながら検討を進めることが必要である。
（3）検証項目の精査
・コア設備に対して基地局の数を増やすことについては、28 ㎓ NSA システムの課題となるため、4.4.3.5 にて検討する。
・コア設備―基地局間の配線について、NEXCO 中日本光自営網との接続を行い、配線等の効率化を行うことは、制度面を確認しつつ、具体的なフィジビリティスタディにより考察を行うことが望ましい。4.4.4.1 にて考察を進める。
・高速道路に整備したローカル５G システムを多数のアプリケーションで共有することは、
中期的な課題として、4.4.4.2 にて考察を進める。

4.4.3.5 方式上の課題について（28GHz NSA システム）（1）課題
今回の課題実証においては、4.7GHz に比較して大容量伝送が可能であり、LTE エリアカ
バー範囲が広いなどの理由により 28GHz NSA システムを採用した。
実際に課題実証を行ったことにより、以下の成果と課題が明らかになった。
①エリア化：（成果１）トンネル内電波伝搬特性が把握でき、4K 映像伝送に必要となるエリアを把握することができた。
トンネル内の伝搬モデルを構築し、今後、トンネル内でのエリア構築に向けての指針を得ることができた。
（成果２）概ね 300m 程度まで 5G 接続が可能であることが確認できた。
219

また、基地局の近くで５G 接続した状態で、トンネルの出口（約 930ｍ）まで移動しても 5G の通信可能であった。
また、反射板の活用により、避難連絡抗が５G エリア化されることを確認できた。
（反射板から約 18ｍ）
（課題）300m 以上のエリアでは、LTE 接続した後に、5G セルを追加しなかったため、
５G エリアの範囲を拡大するための技術的な検討が必要である。
②スループット：（成果）トンネル内でのスループット特性を把握することができた。
なお、100m 地点で 5G 接続した後、トンネル出口（930m）まで移動しても 5G 通信が維持され、約 1Gbps スループットを確認できた。
（課題）

スループットは、アップリンクとダウンリンクによる差異、プロトコル（TCP/UDP）による差異が大きく、スループットを改善する技術的検討が必要。
TCP に関しては、無線区間のパケットロスが TCP のウィンドウサイズを小さくし続けることによるスループット抑制が課題。
（例）TCP の UL スループットでは、4K 画像伝送が可能なエリアが 10～30ｍおよび70ｍ地点と狭い（2）解決策①エリア化：
・LTE 接続した後に 5G セルを追加するシステムパラメータの変更により、300m 以上
でも 5G 通信接続を可能とする。
・システムパラメータの調整で限界であれば、無線機（RU）を追加することでエリアを拡大する。
②スループット：・アップリンクのスループット増大のために、準同期方式で対応。64QAM 対応から
256QAM まで対応。
・TCP のウィンドウ制御を回避するために、ウィンドウサイズを固定化するか、
Wireless TCP 等のソリューションを適用。
（3） 検証項目の精査
本実証結果では、5G 接続のカバレッジの範囲を広げることと、アップリンクの性能向上の二つを課題として抽出した。
①エリア化：
・5G 接続可能なエリア拡大については、5G セルの追加閾値の調整も考えられる。
ただし、要件として何 m まで拡張すべきかを明確化する必要がある。
・300m 以上のエリアにて、必要となるスループットの要件を再度整理し、本開発実証で把握した電波伝搬特性結果を持って基地局の置局設計を行うことが妥当と考える。
②スループット：・アップリンクのスループット増大については、準同期への対応と 256QAM への対応
220

が解決策であるが、現時点で提供するベンダーが実装していない機能のため、ベンダーのリリースを待ってから検証を行う。準同期対応では、アップリンクの速度が 2 倍、
256QAM でも 2 倍が見込まれる。
・TCP のウィンドウ制御に関しては、大きなウィンドウサイズに固定化することを検証すれば、スループット増大効果があることを検証できると考えられる。
ただし、Windows 等、ウィンドウサイズに手を出せない場合については、別途ソリューションを調査する必要がある。

4.4.4 継続利用の見通し・実装計画
4.4.3 にて敷衍した課題と解決策については、短期的な実装計画と中期的な実装計画の中で検討を進める。以下、抽出された課題とその解決策について主なものを記す。
表 4-15 抽出された課題とその解決策
検討ポイント抽出された課題

解決策

期間

アプリケーシ・運用環境に合わせた警告音や骨伝導技術など伝達手段の多様

短期

ョン

仕様変更

化

L5G システム・エリアやスループッ

パラメータ調整/無線機(RU)の追加/準同(28GHz NSA)

トの改善
・効果的な置局

短中期

期方式
NEXCO 光自営網活用、「移動可能な基
地局」検討

費用対効果

・費用対効果の改善

L5G を多数の利用シーンで活用

中期（L5G 整備費用）

4.4.4.1 継続利用の見通し（短期実装計画）
来年度の継続利用については、引き続き NEXCO 中日本管内の高速道路のメンテナンス
作業の高度化において、短期的に検証可能な項目を精査して検討を進める。
以下は、現時点での素案であり、具体的には、イノベーション交流会のスキームを継続しながらコンソーシアム全体の合意形成を図りながら進める。
（1）対象期間・企画段階（令和４年４月～６月）
・実証段階（令和４年７月～12 月）（2）解決策の計画化
・対象メンテナンス業務としては、本開発実証と親和性が高い点検業務もしくは監視業務の中から選定する。
・設置場所については、NEXCO 中日本が各種新技術の検証路線として選定している
伊勢原保全・サービスセンター管内もしくは本実証の実施箇所である岐阜保全・サービ
221

スセンター管内を主たる検証候補場所として調整を進めている。
(a)検討主体①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
4.4.1.1(3)①、4.4.1.2(3)①記載のように通知先デバイスの再検討、操作性の確認である。
②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
4.4.1.1(3)②、4.4.1.2(3)②記載のように走行車両の音が反響しない明かり部で利用する、専用回線など安定した回線を利用するなどである。

(b)想定されうる検証内容・項目①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
・通知先デバイスを活用した安全管理支援、遠隔通知の満足度調査
・危険エリア侵入時の通知時間測定②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
・明かり部での現場管理者の遠隔作業指示の満足度調査
・専用回線など安定した回線を利用した際の遅延時間測定
・得られた知見・ノウハウについては、活動成果報告書としてコンソーシアム内で取り纏め活用を図る。特に要求性能は活動成果報告書として取り纏め活用。
・以上の項目は、実施の可否なども含め、４月以降具体的に検討を進めるものとする。
（3）収支計画・具体的な収支計画は、企画段階で検討を行うが、費用負担は、コンソ構成員の民間負担を前提として検討を進める。
本実証試験で活用したソリューション費用に基づき、ネットワーク設備・アプリケーショ
ン設備等の設備費・ランニングコストの試算を行った。以下に試算結果を示す。
表 4-16#

項目

1

ネットワーク設備

2

アプリケーション設備①4K カメラを活用した現場作
業員の安全確保3

アプリケーション設備②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援

各設備コストコスト

30 百万円
20 百万円～30 百万円※設置台数、現場規模によって変動します。
10 百万円～20 百万円※設置台数、現場規模によって変動します。

4ランニングコスト

12 百万円5

1 人あたりの人員コスト

35 百万円/年※既存ネットワークの改修費用、設置工事費用については除く。
222

以下に各ソリューションのコストと想定される削減費用について示す。
表 4-17 ①4K カメラを活用した現場作業員の安全確保
#
1

コスト

想定される削減費用

アプリケーション設備

・工数削減
・安全管理人員削減

2

20 百万円～30 百万円(初年度)

35 百万円/年

表 4-18 ②スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援
#
1

コスト

想定される削減費用

アプリケーション設備

・工数削減
・安全管理人員削減

2

10 百万円～20 百万円(初年度)

35 百万円/年

現時点のソリューションを活用した場合、表 4-17、表 4-18 より、1 年以上運用すること
で、費用対効果が挙げられると考えられる。

4.4.4.2 利用シーンの拡大（中期実装計画）
中期的な検討課題として、費用対効果を高めるための利用シーンの拡大がある。
（4.4.3.4）
この検討を進めるにあたり、前提条件として、ローカル５G システムに求められる仕様のリリースとその実装のタイミングについて整理を行った。
表 4-192021
令和3年
５G標準化状況

2022
令和4年

2023
令和5年

2024
令和6年

2025
令和7年

2026
令和8年

リリース１７(参照元：
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/news/18/11367/)

ローカル５G
設備供給計画ローカル５G リリースと実装計画の関連リリース１８(未定)リリース１５機器提供

リリース１６機器開発

リリース１６機器提供（予定）日立国際電気リリース１７機器開発

機器ベンダ

ローカル５G検討部会(導入計画)

リリース１７機器提供（予定）

本実証による課題実証※イノベーション交流会の一部会

他ロケーションで再検証、実装検討(ジャンクション等)

エクシオグループ

１３の利用シーンへ拡大検討

日立国際電気AMECコンサルタンツ(別表)上記を踏まえると、中期的な実装計画については以下の通りとなる。
以下については、現時点での素案であり、実施の可否等については、当該年度毎に具体的に判断を行う。

223

（1）対象期間
令和４年度～令和８年度※当該年度毎に具体的な実施可否の判断を行う。
（2）解決策の計画化
具体的な実装検討計画については、以下の通り。
表 4-20

各利用シーンとその実装計画（現時点における素案）
2021

2022

令和3年

令和4年

令和5年

再検証

実装検討

5Gの活用
＃

高速道路業務の高度化① ドローン、車載カメラ（ドラレコ含む）等の立体画像

超
大
多
判
低
容
接 備考
定
遅
量
続
延
〇

●

②

ウエラブルカメラ画像（点 検支 援、 工事 管理 （立 ち合〇い）、近接立ち会い等用）

●

●

③

構造物等3D・点群計測データ（点検ロボット等による 自動
〇
計測）

●

●

〇

●

●

道路管理用各種センサー計測データ（明かり部・トン ネル〇
部・のり面変形位計等も含む）●●

情報提供設備向け監視・制御データ（将来、空中結像 サイ⑥△
ネージでの提供●⑦ 点検用タブレット入力、過去データ/3D図面等参照

〇

●

●

⑧ 料金所周辺のケーブルレス化(ETC・現金システム等）

△

●

●

④ 定点CCTVカメラ画像（明かり部・トンネル部用）
⑤

〇

令和6年

2025

2026

令和7年

令和8年

ユースケース・ニーズ等に応じて検討

本実証により検証

本実証

本実証の課題点を改良

ユースケース・ニーズ等に応じて検討

ジャンクションで活用検討

企 画・計 画・検 証

実装検討
ユースケース・ニーズ等に応じて検討●

ユースケース・ニーズ等に応じて検討
ユースケース・ニーズ等に応じて検討●

社屋内ネットワーク( 音声 電話 系や グル ープ ネッ トワ ーク⑨ (保全サービスセンタ ー棟 、道 路管 制セ ンタ ー棟 、SA ・PA ×
管理用⑩ CCTVカメラ臨時増設用（火災時、イベント発生時）

2023
2024
実装検討計画大容量・高安定性・ 高セ
キュリティー確保が必要

ユースケース・ニーズ等に応じて検討

他のシステムで安価に対応可●

本実証により検証

●

本実証

再検証

実装検討

本実証の課題点を改良⑪ 光ケーブル切断時のバックアップ(予備）⑫×

維持管理車両の自動運転（自動走行・遠隔走行の監視 制御〇含む）⑬ 工事・作業用ロボットの遠隔制御・監視

技 術 的 に 対応 でき ない （基地局間通信が不可）

〇

●

●

●

●

ユースケース・ニーズ等に応じて検討

ユースケース・ニーズ等に応じて検討●

注、②ウエラブルカメラ画像（点検支援、工事管理（立ち合い）、近接立ち会い等用）には、本実証での「スマートグラスを活用したトンネル内の遠隔作業支援」を含む。
⑩CCTV カメラ臨時増設用（火災時、イベント発生時）には、本実証での「4K カメラを活用した現場作業員の安全確保」を含む。
本実証においては、②ウェアラブルカメラ画像、⑩CCTV カメラ臨時増設用などの検証を行ったが、次のステップとしては、明かり部における④定点 CCTV カメラ画像の検証などを検討して行きたい。
さらに、令和６年以降には、例えば⑤道路管理用各種センサー計測データなどの検討も行いたい。これにより、トンネル部・明かり部のみならず、のり面や橋梁などを含む高速道路全体の異常モニタリングが可能となる。
（3）収支計画
具体的な収支計画は、各年度の企画段階で検討を行うが、費用負担は、コンソ構成員の民間負担を前提として検討を進める。
（素案）
・L5G 関連機器等：日立国際電気・移設工事、免許人申請等：エクシオグループ
・ドキュメント作成等：AMEC コンサルタンツ
224・道路規制等：NEXCO 中日本
4.4.4.3 他の事業者への拡大
本開発実証にて活用されたシステムや得られた知見・ノウハウ等は、中日本高速道路に限らず、以下のような事業者・管理者への拡大が可能と思われる。
①東日本高速道路や西日本高速道路などの他の高速道路事業者②国道や県道などを管理する国・自治体③JR、私鉄各社など鉄道事業者等

225

5. 普及啓発活動の実施
ローカル５Ｇの普及の観点から、下記の方針で、普及啓発活動を行った。

5.1 映像制作への協力
本開発実証コンソーシアムは、本開発実証の請負先である株式会社三菱総合研究所の指示に従い、実証映像の素材提供に協力した。
5.2 実証視察会の実施
本開発実証コンソーシアムは、ローカル５Ｇの導入に関心のある企業や、地方公共団体、関係省庁等に対する普及啓発の一環として、フルオンラインでの実証視察会を行った。実
施概要は以下の通り。
１．日程：２月 24 日（木）２．時間：14 時～14 時 50 分
３．ツール：Microsoft Teams
４．参加者：総務省（情報流通行政局、総合通信基盤局）様
国土交通省様東海総合通信局はじめ関係省庁様
有識者（評価委員、専門会合委員）様
関係企業様等
計 54 名（2/18 現在、コンソーシアムが受領した名簿による）
また、当日のアジェンダは以下の通り。
1 コンソーシアム代表者挨拶
2 プロジェクトの概要-1 本調査検討の概要-2 実証環境の構築-3 ローカル５G システム構成-4 実証内容(技術実証)-5 実証内容(課題実証)-6 実証デモ(録画)
3 まとめ
4 質疑応答・意見交換

5.3 その他普及啓発活動
本開発実証コンソーシアムは、実証成果について以下の普及啓発活動を行った。
（１）2021 年 10 月 01 日 日立国際電気、AMEC コンサルタンツ、エクシオグループ、
226

各社 HP にてプレスリリース発出（２）日立国際電気ソリューションフォーラム 2021 (オンラインによる事業発表)
会期：2022 年 2 月 7 日（月）～2 月 10 日（木）※アーカイブ配信 2022 年 3 月 31 日まで。
顧客協創事例、ソリューション事例として、本開発実証について紹介。
なお、上記の情報発信は、総務省「課題解決型ローカル５Ｇ等の実現に向けたローカル
５Ｇの電波伝搬特性やローカル５Ｇ等の活用に関する技術的検討並びに調査検討の請負」の一環としての取組・成果である旨を明示し、あらかじめ情報提供を行った。
また、中日本高速道路のイノベーション交流会と連動した普及啓発活動として、以下を検討中。
（３）実証完了後は、中日本高速道路の HP のイノベーション交流会（活動成果）のペー
ジに掲載する予定。
〇活動成果ページ
https://innovative-expressway-consortium.jp/activityresult/index.html（４）また、実証完了時に、実証結果および実用化した際に期待される効果について記者発表を検討する予定。
〇ニュースリリースページ（NEXCO HP）
https://www.c-nexco.co.jp/corporate/pressroom/news_release/5164.html

227

6. 実施体制
6.1 コンソーシアム
本開発実証を実施する上で、以下の要件を満たすコンソーシアム体制を構築した。
・ 当該課題を有するローカル５Ｇ利用者
・ 本開発実証環境の構築に必要な部材を提供する各種メーカー
・ 実装及び横展開に豊富な実績を有するインテグレータ
本コンソーシアムの構成員及び実施体制、情報管理体制を以下に示す。

図 6-1

コンソーシアム構成員及び実施体制、情報管理体制

本コンソーシアムにおいては、エクシオグループ株式会社を代表者とし、代表者以外の組織を共同事業者とする体制をとった。また、コンソーシアムを形成するにあたり、
「別紙_令
和３年度

課題解決型ローカル５Ｇ等の実現に向けた開発実証にともなう作業分担等

覚書」（非公開）に定める覚書を締結した。本開発実証における各構成員の役割を以下に示す。
表 6-1
構成員
エクシオグループ株式会社
株式会社日立国際電気
AMEC コンサルタンツ
株式会社
中日本高速道路

コンソーシアム内の役割分担される役割
コンソ代表者、工事、課題実証支援、
技術実証支援、免許人
システム纏め（ローカル５Ｇ/AI 画像解析）
技術実証推進、課題実証支援、免許支援
監修/図面、課題実証推進、
報告書支援
実証支援（試験場所提供等）

228

6.2 高速道路ローカル５G 実証部会
本開発実証においては、コンソーシアムの構成員をメンバーとする「高速道路ローカル５
G 実証部会」を形成し、実証実験及び成果物作成について、計 12 回の部会会合ならびにそれを補完する会合を開催し討議を行った。

6.3 総務省及び調整事業者
6.3.1 総務省及び調整事業者
本開発実証を実施するにあたり、総務省ならびに課題実証全体調整事業者との連携を行った。
・ 課題実証全体調整事業者：株式会社三菱総合研究所（以下、MRI）

6.3.2 その他の調整事業者等
上記以外に以下の事業者等と調整ならびに各種申請等を行った。

6.3.2.1 道路占用許可（道路法 32 条関連）
・独立行政法人日本高速道路保有・債務返済機構
なお、道路占用許可申請にあたり、以下の事業者と調整を行った。
・中日本高速道路株式会社（名古屋支社岐阜保全サービスセンター）

6.3.2.2 道路使用許可（道路交通法 77 条関連）
・岐阜県警察本部 （高速道路交通警察隊）
なお、道路使用許可申請にあたり、以下の事業者と調整を行った。
・中日本高速道路株式会社（名古屋支社岐阜保全サービスセンター）

6.3.2.3 道路規制
・中日本高速道路名古屋支社岐阜保全サービスセンター道路規制会議（１月期、２月期）

229

6.4 情報保全体制・実証コンソーシアムは、契約を履行する業務に従事する法人・個人（以下「業務従事者」という。）として、本件業務を実施するにあたって必要な経験、資格、業績等を有する者を確保した。
・業務従事者は、履行に必要若しくは有用な、又は背景となる経歴、知見、語学（母語及び外国語能力）、文化的背景（国籍等）を有する者を確保した。
・実証コンソーシアムは、本契約の履行に際し知り得た保護すべき情報（契約を履行する一環として実証コンソーシアムが収集、整理、作成等した情報であって、当社が保護を要さないと確認したものを除く。）その他の非公知の情報（当社から提供した情報を含む。以下「保護すべき情報等」という。）について、適切に管理した。
・実証コンソーシアムは、保護すべき情報等の取扱いについては、次の履行体制を確保し、これを変更した場合には、遅滞なく当社に通知するルールとした。
①当社が保護を要さないと確認するまでは保護すべき情報として取り扱う履行体制②当社の同意を得て指定した取扱者以外の者に取扱わせない履行体制③当社が許可した場合を除き、実証コンソーシアムを構成する団体や企業（以下「実証コンソーシアム構成員」という。）に係る親会社や実証コンソーシアム構成員に対して指導、監督、業務支援、助言、監査等を行う者を含む一切の実証コンソーシ
アム構成員以外の者に対して伝達又は漏えいさせない履行体制・実証コンソーシアムは、契約の履行中、履行後を問わず情報の漏えい等の事故や疑い、将来的な懸念の指摘があったときは、直ちに必要な措置等を講ずるとともに、当社に報告することとした 。また、当社から求められた場合は、情報の管理の履行状
況等を報告するとともに、当社による調査が行われる場合は、これに協力することとした。

230

7. スケジュール
本開発実証の実施期間は、本開発実証の特性、必要なシステム開発期間、検証項目等を踏
まえ、コンソーシアム内で協議を行い、スケジュールを作成した。
全体の実施スケジュール（計画）について、以下に示す。
大区分

小区分

実証環境の構築

機器調達

備考

9月
6日

10月
11月
13日 20日 27日 4日
11日 18日 25日 1日
8日

12月
1月
15日 22日 29日 6日
13日 20日 27日 3日

システム設計

ローカル5G機器以外

NW設計

ローカル5G機器

システム設計3月
14日 21日 28日 7日

14日 21日 28日

回路、設定値

ネットワーク設計

免許及び各種許認可▲免許申請

画像AI開発・構築(人物、車両検知)

要件整理

遠隔作業支援(スマートデバイス)

要件整理▲免許取得完了

AI学習データ準備、モデル構築

単体試験、調整(治具) ＠場内L5G環境

単体試験、調整(治具) ＠場内L5G環境

場内調整作業

組立

現地調査

総合試験

▲出荷

現地環境確認

工事

据付

報告書作成
技術実証

2月
10日 17日 24日 31日 7日

手配開始 ～ 調達完了

報告書作成

※中間報告

報告書作成

撤収

▲報告書提出

※最終報告

電波伝搬特性等の測定▲実証開始
現地評価ツール準備

測定

反射板を使った測定

現地評価ツール準備

測定

報告会▲

テーマ別実証（追加提案）
課題実証

有効性検証(画像AI、スマートデバイス)検証

実装性検証(画像AI、スマートデバイス)実装に向けた課題抽出及び解決策の検討

検証

顧客ヒアリング

調査

実装シナリオの見直し

検討

検討

横展開検討

NEXCO イノベーション交流会内での議論

図 7-1

スケジュール（計画）

実績について、以下に示す。

図 7-2

スケジュール（実績）

なお、本実証は、供用中高速道路において車線規制を行いながら実証を行ったため、天候の影響などに対し、スケジュール調整を柔軟に行った。
主な天候の影響等は、以下の通り
・実証環境の構築（工事）：1 月 17 日週より作業開始を予定していたが、天候の影響によりこの週３日間道路規制が不可となり、作業開始が遅延した。翌週の技術実証（電波伝搬測定）の工程においてリカバリーを行った。
・課題実証（顧客ヒアリング）：顧客参加による課題実証を行ったが、予定していた２月
17 日は、天候の影響により道路規制が不可となり、予備日である２月 25 日に行った。
このため、顧客側参加者の調整等を行った。

231

参考文献
[1]: 構造計画研究所、「カーブや起伏のあるトンネル内の Wi-Fi 伝搬特性」
https://network.kke.co.jp/consulting_samples/train/wi-fi.shtml[2] ローカル 5G 開発実証成果報告書 「No.6

MR 技術を活用した遠隔作業支援の実現」

全体版 https://go5g.go.jp/carrier/l5g/[3] ローカル 5G 導入ガイドライン
https://www.soumu.go.jp/main_content/000722596.pdf[4] 5G New Radio, Fundamentals, procedures, testing aspects,
Meik Kottkamp, etc, ROHDESCHWARZ[5] 3GPP TR 38.900 version 14.2.0 Release 14, ETSI TR 138 900 V14.2.0 (2017-06),
Study on channel model for frequency spectrum above 6GHz
[6] 3GPP TS38.306[7] 5G NR Throughput Calculator
https://www.resurchify.com/5G-tutorial/5G-NR-Throughput-Calculator.php[8] ローカル 5G 開発実証成果報告書「e スポーツ等を通じた施設の有効活用による地域活性化の実現」
全体版 https://go5g.go.jp/carrier/l5g/

232