6.3.3

結果：東京都多摩地区

920MHz ①では、多摩センター駅周辺において高い発信頻度や −85 dbm に達するノイズレベルが観測された（図 21）。一方 920MH ｚ帯②については多摩センタ―駅周辺で ZETA 由来と思われる電波が確認できた（図 22）が、それ以外の地域では大きな電波発信は確認できなかった（図 23）。多摩センター駅付近には ZETA 規格を推進する企業の一つがあり、そのため多摩駅前では通信が確認されたと思われる。

図 21

多摩センター駅付近の 920 MHz 帯①の周波数スペクトルの状況。高い発信頻度や高いノイズレベルが観測された。

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図 22

多摩センター駅付近の 920 MHz 帯②の周波数スペクトルの状況。ZETA と見られる信号が確認された。

図 23

多摩センター駅付近以外での 920 MHz 帯②の周波数スペクトルの状況。目立った通信は観測されなかった。

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6.3.4

結果：横須賀市

920MHz ①においては沿岸部から住宅地まで共通して 925MHz〜927MH ｚ付近でスマートメータ内蔵の Wi-SUN と見られる発信が多く確認された（図 24）。ZETA が使用する周波数帯（920MH ｚ帯②）については全般的には発信が少なかったが、工場由来と考えられる電波の発信が今回調査の 1地点で確認された（図 25）。

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図 24

横須賀市内の典型的な 920 MHz 帯①の周波数スペクトルの状況。高い発信頻度や高いノイズレベルが観測された。

図 25

横須賀市内で観測された ZETA と見られる通信が観測された時のスペクトル。

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6.3.5

結果：袋井市

920MHz ①においては、工場が集中している地域においてノイズも含め多くの電波発信が常に確認された。また他の周波数帯からの影響と考えられるノイズも多く確認された（図 26）。住宅街においても高頻度で電波が発信されているケースも確認された（図 27）。ZETA を使用する周波数帯（920MHz 帯②）については河川水位センサを中心に ZETA 機器が設置されており、ZETA 由来と考えられる電波も確認された（図 28）が、別機器由来と考えられる電波も市南部の田畑と考えられる地点での測定において確認された（図 29）。

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図 26

袋井市内の典型的な 920 MHz 帯①の周波数スペクトル。高い発信頻度や高いノイズレベルが観測された。

図 27

袋井市内の住宅地で発見された 920 MHz 帯①における高い発信頻度の信号の例。

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図 28

袋井市内の 920 MHz 帯②の周波数スペクトルの状況。ZETA の通信と見られる信号を発見した。

図 29

袋井市内の 920 MHz 帯②で発見された他機器からの信号と思われる例。

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6.4 通信試験
各モデル地域の調査の結果から、モデル地域ごとの違いというよりも、工場等が発生源と見られる920 MHz 帯全体のノイズレベルの増大や 920 MHz 帯② の利用状況に左右されると見られる。そこ
で、実際の ZETA による通信試験は主に横須賀市と袋井市について行うこととした。特に横須賀市は都市部でノイズレベルが高く Wi-SUN と見られる電波が全域で観測されたことに加え、モニタリングポストが設置されており、LPWA によるネットワークが使われる可能性もあるためである。
今回使用した ZETA の機材であるが、基地局は絶対利得 2.14 dBi の垂直アンテナを使用しているが、屋上等の見晴らしの良い場所に設置され、可能な場合はさらに 2 m 程度のポールの先にアンテナを設置している。中継局は基地局と同じアンテナを人が手に持つ形で使用した。また、モニタリング
ポスト地点に置く端末は絶対利得 2.14 dBi のダイポールアンテナであり、端末と 10cm 程度の同軸ケーブルで結ばれている。ZETA の通信モジュールの最小受信電力は −130 dBm とされているが、実際はノイズマージンやケーブル等の損失も考慮する必要があるため、−120 dBm 程度までが実用的な限界であると考えられ、過去の松江市およびその周辺における試験 [13] でも概ね −120 ∼ 125

dBm 程度が安定した通信を確立するための最低受信電力の一つの目安となっていた。
6.4.1

横須賀市での試験

横須賀市は原子力艦停泊地点及びその周辺状況を考慮した環境放射線モニタリングのため、横須賀本港を中心にモニタリングポストが設置されている。これらの通信手段が喪失した際に ZETA で通信を確保することとした際の影響を評価するため、横須賀本港周辺のモニタリングポスト間を ZETAで結ぶ試験を行った。モニタリングの際の基地局として平和中央公園および安針台公園を想定し、これら 2 箇所に設置した基地局から立ち入り可能な箇所にある一般区域の 5 箇所のモニタリングポストに通信経路を確立できるかどうかの試験を行った。直接の通信確率が困難な場合はハンディタイプの中継局 1 台を適宜使用することとした。モニタリングポストや基地局等の設置箇所、および実際に確認した通信経路を図 30 に示す。
平和中央公園の中で一番高い場所にある展望台（図中 A）に基地局を設置し、小川町局（図中 4）および日の出町局（図中 5）との接続を試みた。小川町局は 10 階建の市役所、日の出町局は市役所公用車倉庫に隣接して設置されており、市役所及び車庫は見通し位置にあるものの、モニタリングポス
トは建物の狭間に設置されている状態となって平和中央公園からの目視はできない。そのため、各モニタリングポストから直接平和中央公園と接続することはできなかった。しかし、市役所北側に隣接する駐車場（図中 Q）付近では接続が確立できており、この駐車場付近の屋上に基地局を移設したところ、小川町局および日の出町局付近一体との接続が可能となった。この時の受信電力は −72 ∼ 102dBm であった。このことから、市役所あるいは周囲の高い建物の屋上に中継局を設置することでこれらのモニタリングポストと接続できる可能性が高い。なお、平和中央公園からは直接見通せないおりょう会館付近（図中の赤色に着色した部分）とは −102 ∼ 121 dBm で接続が確立できた。この地
域は中層階の建物が比較的多いが、単純に遮蔽物としてではなく電波の反射板として動作している場

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図 30

横須賀市における試験状況の概要と接続の可否。安針台公園と平和記念公園を拠点とし、一般区域のモニタリングポストのうちアクセス可能な場所との接続が確立できるかどうかを試験した。

合もあると思われる。
また、本町局（図中 3）は平和中央公園側に 8 階建ての総合福祉会館および 14 階のマンションが建っており、平和中央公園からの接続ができなかった。6 階建ての民間商業施設の屋上駐車場（図中P）は、平和中央公園と安針台公園の中間点であり、ここに中継局を置くことができれば平和中央公園 ∼ 安針台公園を結ぶネットワークを構築することができる。しかし、屋上駐車場は平和記念公園方向を 14 階建てのマンションで遮られており接続ができなかった。なお、本町局および民間商業施設の屋上駐車場を遮る 14 階建てのマンションは平和記念公園から見通すことができるため、このマンションの屋上に中継局が設置できれば平和中央公園と接続可能となると期待されるが、今回はこのマンションへの立入許可が取得できていないため試験を行うことができなかった。
また民間商業施設の屋上駐車場から安針台公園方面については、屋上駐車場に基地局を置き、ここから東逸見局および安針台公園両方との接続を試みたが、−85 ∼ 90 dBm と良好な接続が確認できた。安針台公園の立ち入り可能な場所からは横須賀本港を一望でき、モニタリングポストの大半が見通し位置にくるが、その一方で民間商業施設向きに高くなって壁のようになって遮られた状態となっている。そのような不利な条件にもかかわらず良好な接続が得られたことから、周辺の地形あるいは建物の反射ないし回折による伝搬が成立している可能性が高い。
これまで横須賀では建物等による反射や回折と見られる伝搬が確認されたことから、安針台公園から船越局（図中 1）への直接接続を試みた。経路的には新井堀割水路の吾妻島側の法面での反射による伝搬の可能性がある。しかし残念ながらこの経路での接続はできなかった。しかし、新井堀割水路の吾妻島側の法面は船越局および安針台公園から直接見通すことができるため、緊急時等に中継局を41置くことができれば容易に接続が可能であると考えられる。
以上の通り、試験では接続できない経路が発生したものの、現地の状況から高い建物によって遮られたものであることが容易に確認できた。実際に補完ネットワークを構築する際は、このような建物の影響を確認すること、また可能であればそのような建物を中継局設置箇所として活用することが望ましいと考えられる。また、今回の試験ではノイズや他の通信規格との混在による顕著な影響は見られなかったと考えられる。もしノイズや規格混在が発生した場合、他の通信やノイズの信号強度より十分強くない限り通信ができなくなる。そのため、通信可能な受信電力の下限が大きく上昇することとなる。しかし、接続が確立された際の受信電力はこれまでの島根等での試験の際のものとあまり変わらなかった。

6.4.2

袋井市での試験

袋井市は典型的な地方都市であり、袋井駅から西及び北側に広がる平地部分には平屋建てあるいは低層階の建物が集まる地域と田畑が広がる地域が混在し、南側の駅周辺は平地がしばらく続いた後丘陵地帯が広がっている。この地域は河川の水位データなどの収集に ZETA ネットワークが活用されており、同一規格の通信が展開されている地域となる。このような地域で放射線モニタリングデータを ZETA で送る場合を想定して通信試験を行った。
袋井市においては横須賀市のような障害物が想定されないことから、中継局を使用せずに基地局と端末で直接通信を行って接続状況を確認した。基地局は横須賀市で使用したものと同一の機材を袋井駅そばにある 8 階建てのホテルの 8 階南側の窓際に設置した。なお、ホテル等の窓は省エネ対策として熱線吸収・反射ガラスが使われていることが多く、このガラスが 920 MHz 帯の電波を吸収する。
今回の試験でも窓際室内側でのアンテナ設置ではホテル周囲数十 m 程度しか電波が届かなかった。
そこで、窓を開けてその隙間から横須賀市で使用したものと同じ絶対利得 2.14 dBi の利得の垂直アンテナを出す形になった。ホテルの部屋が南向きだったため、主に南側に向かっての電波の到達状況を確認することとなった。端末も横須賀市で使用したものと同じで、絶対利得 2.14 dBi のダイポールアンテナを装備している。この端末を人が高さ 1 m 程度で保持して接続状況を確認した。袋井市における伝搬状況の調査結果を図 31 に示す。

500 m 程度までは −80 dBm 未満の良好な受信電力が得られており、概ね 1 km 程度までは基地局との間で通信が確立されていることがわかる。これは携帯通信等でなお人が高さ 1 m 程度で掲げている状態のため、低層の建物であっても十分障害物となり得る状況である。島根県での長距離の通信確
立成功例では、双方のアンテナが十分な地上高を持っている、あるいは山頂等に設置されている場合が多い。今回は端末のアンテナが本体と 10 cm 程度のケーブルで接続されたアンテナであり、人が保持している端末の高さとほぼ同じ高さの 1 m 程度で掲げられている状態である。そのため小川町〜清水町の住宅街の境界では −100 dBm 未満の比較的良好な通信を確立していながら、一度住宅地の中に入ると接続できなくなっている。この挙動は横須賀の市街地での伝搬状況、例えば横須賀市役所付近のモニタリングポストと平和中央公園で通信ができなかったが、市役所横の駐車場では通信が確立したという状況に類似している。周波数の高い 920 MHz 帯では元々電波の直進性が高く、アンテナの地上高より周囲の建物が高い場合に建物の影となるかどうかの差が極端に現れると見られる。

42図 31

袋井市における試験状況の概要。基地局（×印）と各地点間は中継局なしに結ばれている。

基地局のアンテナが JR 東海道線に平行に立つホテル南側の窓の隙間から突き出す形で使用されているため、概ね JR 東海道線の南側でのみ電波を受信することができた。

現実的な環境における電波伝搬の評価においてよく利用される評価法に奥村–秦カーブがある [17]。
これは超短波 ∼ マイクロ波領域における現実の環境での受信電力評価に用いられる実測データに基づく近似カーブで、開放地（電波到来方向に高い樹木、建物などの障害物がなく、開けている場所）、郊外（建物等がアンテナから十分離れた場所で離散的に存在する平野）、中小都市、大都市について与えられている。袋井市の試験を想定して求めた奥村–秦カーブを図 32 に示す。本来、基地局のアンテ
ナの地上高は 20 m であるが、奥村–秦カーブは地上高 30 m 以上に適用されるモデルのため、基地局のアンテナの地上高を 30 m、移動局の地上高を 1 m として計算した。このカーブと ZETA 受信機の最大感度である −128 dBm の関係が接続確立の目安となる。ただし、実際は基地局側の地上高が低いため、得られたカーブよりも受信電力が小さくなってより接続が確立しづらい方向になると考えられる。
今回の袋井市の試験の場合、概ね郊外 ∼ 中小都市に当てはまると想定されるが、試験で得られた受信電力も概ね郊外の場合の結果と一致している。また、接続の確立できなかった各地点についても、先に述べたような建物との関係が考えられる小川町、砂本町の住宅街をふくめ、概ね奥村–秦カーブと矛盾しない結果となっている。もし、他の ZETA 通信や他の方式の通信規格、ノイズ等があった場合、これらの通信やノイズの受信電力を超えて初めて受信が可能になるため、必要な受信電力が奥村–秦カーブからずれることになる。このため、奥村–秦カーブと矛盾しない結果が得られている今回

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図 32

袋井市での試験状況を想定した奥村–秦カーブ。計算にはサーキットデザイン社の計算ツー

ル [12] を使用。送信アンテナを地上高 30 m、受信アンテナを地上高 1 m とした。の試験に関しては、他の ZETA 通信や他の方式の通信規格、ノイズ等の顕著な影響は受けなかったと考えられる。

6.5 まとめと考察
これまでの研究で既設モニタリングポストを結ぶ LPWA 規格として有力視されている ZETA の利用を想定し、「都心部」「住宅地」「モニタリングポスト設置地域」「同一規格の普 及地域」の 4 つの地域を選定し、LPWA 用に割り当てられている周波数帯域である 920.5MHz 928.1MHz と ZETA が汎用する周波数帯である 920.7MHz 922.5 MHz の利用状況を調査した。この結果、920 MHz 帯全体としては混雑やノイズレベルの上昇が確認できるものの、ZETA が主に利用する周波数帯については東京の都心部を除きノイズレベルも低く競合する他の ZETA の通信も少ないことがわかった。
また、周波数利用調査の結果を踏まえた ZETA の通信試験においては、特に横須賀市において地上付近に設置されることになる端末が周囲の建物の影響を大きく受けることがわかった。基地局と端末の直接通信の状況を観測した袋井市では他の ZETA による通信が多数行われていた。しかし実際の通信試験では、超短波ないし極超短波における移動体通信の受信電力の目安とされる奥村–秦カーブを大きく逸脱するような状況は観測されず、他の通信等がノイズとして影響を及ぼす状況には至っていないことがわかった。
これらの結果から、今後の ZETA 利用を想定した LPWA 実用化にあたっては以下のようなネット

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ワーク構成をとると良いと考えられる。まず、LPWA で使われる周波数帯の 920 MHz の電波は高い直進性を持つため、一方のアンテナが建物に対して十分低い場合には周囲の建物に通信状況が大きく左右される。また、地上付近では他の LPWA 通信や工場他によるノイズが多数発生することを想定する必要がある。主に LPWA 関係の通信では垂直系のアンテナが使用されるが、その場合垂直アンテナの向きを法線とする方向に電波が強く放出されることになる。そのため、アンテナの高さを変えることで、他の通信を排除することがしやすくなる。
これらの事実を踏まえると、モニタリングポストと拠点を直接結ぶのは得策とはいえず、まず地域内の高い建物に中継局を複数設置して基幹となる LPWA ネットワークを構成させる。そしてその中継局に対して近隣のモニタリングポストの LPWA 端末が接続するという、過去の委託事業 [14] で提案した発災直後のモニタリングネットワークの構成が有利であると考えられる。袋井市の例を見てもわかる通り、500 m 未満であれば地上の端末と高さ 20 m の基地局との間で −80 ∼ 90 dBm 程度の受信電力を確保できており、この電力であれば他の規格や工場由来のノイズに対しても十分対抗できるので、モニタリングポストから概ね 500 m 程度までで基幹となる LPWA ネットワークの中継局にアクセスできるような構成を取れば良いと考えられる。

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7 今回の事業のまとめ
今回の研究では、無人航空機への搭載が可能なシングルボードコンピュータベースの超小型KURAMA-II の改良を進め、国の原子力総合防災訓練でも採用された。そしてメッシュ型 LPWA である Wi-SUN FAN に対応させた超小型 KURAMA-II の試作を行い、松江市の島根県原子力環境センター付近でメッシュネットワークを構成させてのモニタリングの試験を行なった。機器トラブル等があったものの相応のメッシュネットワーク構築と Wi-SUN FAN で最大 2 km 程度の到達距離の確認ができた。さらに、機器トラブルを解消した KURAMA-II により、LPWA 通信で収集したモニタリングデータを RAMIS に引き渡し、従来の放射線モニタリングにおける標準的な情報共有の枠組みである RAMIS と協調した運用ができることを実証した。
また既設モニタリングポストへの LPWA 技術の水平展開を想定し、既設モニタリングポストに容易に取り付けできる LPWA ベースの通信アダプタを製作し、実際にデータが回収できることを確認した。既設モニタリングポストの通常の通信手段が途絶した時の新たな代替手段として実用化が進められることが望まれる。
さらに、既設モニタリングポスト向けのメッシュ型 LPWA として有力視されている ZETA を実際に展開するために、LPWA 帯の周波数利用状況調査とそれを踏まえた通信試験を行なった。特に市街地で建物の影響を極めて大きく受けることがわかった一方、ZETA は比較的ノイズの少ない帯域を利用していることなどがよくわかった。さらに、ZETA は市街地では建物の影響を大きく受けることが確認された。しかし、高層階の基地局と地上局が 500 m 程度未満の距離であれば良好に通信できるので、高層階の屋上においた中継局でメッシュネットワークを構成し、そのような中継局のいずれかに 500 m 程度まででたどり着けるように設計すると良いと考えられる。

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8 謝辞
この研究において、メッシュネットワーク関係の試験および既設モニタリングポストの LPWA 対
応には島根県原子力環境センター 田中孝典氏他センター職員の方々のご協力をいただきました。また
環境放射線モニタリング機器の製作にあたっては、S2 ファクトリー株式会社、ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社および浜松ホトニクス株式会社の協力をいただきました。深く感謝いたします。

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参考文献
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[18] 京セラコミュニケーションシステム, Sigfox とは, https://www.kccs-iot.jp/service/.

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