特集

非地上系ネットワーク

超カバレッジ拡張を実現する非地上系ネットワークの取り組み

携帯電話

衛星通信

Beyond 5G/6G に向けた多層型 NTN の研究開発
NTT では IOWN（Innovative Optical and Wireless Network）構想の柱の 1 つとして宇宙通信の拡張を位置付けており，現在，関係機関と連携しながら，宇宙統合コンピューティング ・ ネットワークの構想を掲げ，上空20 km の成層圏に無人飛行体を停留させる高高度プラットフォーム（HAPS），宇宙空間の低軌道 ・ 静止軌道まで視野に入れた垂直方向の宇宙通信 ・ コンピューティングインフラの構築をめざしています．本稿ではBeyond 5G（第 5 世代移動通信システム）/6G（第6 世代移動通信システム）時代の超カバレッジモバイルサービスを実現するため，HAPS,低軌道，静止軌道まで視野に入れた垂直方向の多層型 NTN（Non Terrestrial Network）について解説します．

はじめにふみひろ

まついむねひろ

山下史洋

松井宗大

かのうひさよしあべじゅんいち加納寿美

阿部順一

NTT アクセスサービスシステム研究所

リケーションを開発可能にしています．

一般に NTN と呼ばれています．NTN

3 番目は，宇宙RAN（Radio Accessでは通常のスマートフォンを用いた携

宇宙統合コンピューティング・ネッNetwork）で，Beyond 5G（第 5 世代

帯電話サービスに加え，船舶・自動トワーク構想では，統合インフラは移動通信システム）/6G（第 6 世代移車・監視制御等の自動化・無人化で衛RF（Radio Frequency）無線や光無動通信システム）時代に向け，地上と星通信や HAPS 通信が利用されると線で接続され，究極的にはコンステ静止軌道（GEO）衛星，低軌道（LEO）予想されています．その際，地上ネッレーションの分散コンピューティング衛星，HAPS 等の通信インフラを統合トワークを利用できるエリアについてによって処理を分担し，宇宙で発生すし，超カバレッジ・超耐災害性などをは地上ネットワークを活用し，地上るデータを宇宙で処理・分析を完結さめざしています．本稿では宇宙RANのネットワークのエリア外では衛星やせることで，地上の災害等の影響を受中で，NTT 研究所が注力している多層HAPS を活用するなど，地上と上空けず，宇宙で自立して持続可能なイン型NTN（Non Terrestrial Network）のハイブリッドなネットワーク構成とフラをめざしています ．宇宙統合コに関する研究開発を紹介します．

なります（3）．これまで衛星通信とモバ（1）

ンピューティング・ネットワークは 3
つの機能に対応しています． 1 番目は宇宙センシングで，地上ネットワークが届かないエリアでの IoT（Internet14

やました

イル通信は通信プロトコルが独立でイ多層型 NTN による
Beyond 5G/6G 通信サービス■提案コンセプト

ンタフェース仕様も分かれており，それぞれで回線終端していました．今後は Beyond 5G/6G 時代の超カバレッof Things）通信と衛星からの観測によ

現在，Beyond 5G/6G 時代に向けジサービスを見据え，5G の通信仕様

り，地球規模の包括的なセンシングのた研究や検討が各国で開始されていまを一部衛星用にカスタマイズされた汎実現をめざしています． 2 番目は宇宙すが，地上モバイルサービスエリアの用チップを端末や基地局に実装するこデータセンタで，光電融合による衛星超カバレッジ化もその研究の柱の 1 つとで，衛星と地上のシームレス通信接搭載機器の低消費電力化を実現すること位置付けられ，衛星通信や HAPS続が期待されています．GEO/LEO/とで，大容量の光無線通信とコンピューの活用が議論されています ．超カバ

HAPS に対するアクセスサービスをティング処理を備えたインフラを整備

レッジの概念には地上のルーラルエリ統合した宇宙 RAN により，超広域カし，より即応性のあるさまざまなアプ

アだけでなく，空，海，宇宙も含まれ，バレッジサービスを実現することで，2023.6

（2）

特集

図1

多層型 NTN による Beyond 5G/6G 通信サービス■主要技術

災害対策だけでなく，離島やへき地の域特性や通信事情も勘案し，地上とエリア化，飛行機や船などの通信環境GEO/LEO/HAPS をベストミックス

地上と GEO/LEO/HAPS を柔軟にの飛躍的な改善など，利便性の向上やで柔軟に接続する世界が想定されます．

接続する NTN の実現に向けて，以下新たな付加価値の提供が可能となりま

図 2 に NTT 研究所が関係機関と一の技術の研究開発を進めています（4）．

緒に考えている，多層型 NTN 実現ま（1） NTN ネットワークアーキテクす（図 1 ）．

チャ

なお，上空方向のネットワークとしでのマイルストーンを示します．スて，GEO/LEO/HAPS は，カバレッマートフォンのサービスカバレッジ拡

GEO/LEO/HAPS および地上セル

ジ・コスト・遅延・技術成熟度の観点

大を中心に考えると，まずは軌道が低ラー網を組み合わせてトラフィックをで一長一短があり，いずれか 1 つに特く，スマートフォンの電波を直接収容収容する場合，ネットワークのアーキ定されません．例えば，GEO は 1 機できる HAPS 利用によるサービスをテクチャ設計が重要となります．図 3の衛星でカバレッジが最大となります

STEP1と 考 え て い ま す． 一 方 で，に NICT（ 情 報 通 信 研 究 機 構 ） のが，衛星伝搬遅延が250 ms とトレー

HAPS のみで日本全土や排他的経済Beyond 5G 研究開発促進事業委託研

ドオフがあります．一方で LEO は伝水域をカバーするのは設備投資や導入究を活用して進めてきた非地上系ネッ搬遅延が数 ms でありますが，上空をスケジュールの観点で現実的ではな

トワークによるカバレッジ拡張システ

移動するため常時接続性を維持するにく，早期展開を見据えて HAPS と衛ムの研究開発を示します. 例えばは 多 数 の 衛 星 が 必 要 と な り ま す．

星の連携を STEP2として考えていま

GEO/LEO/HAPS に 対 し，gNB を

HAPS は伝搬距離が短く，スマートす． 図 2 に お い て は， こ れ ま で に搭載する・しないによりネットワークフォンからのダイレクトアクセスやスNTT 研 究 所 で 研 究 開 発 実 績 が あ るアーキテクチャやトラフィックのルーポットエリアでブロードバンドサービ

GEO 衛星との連携を想定しています．

ティング方法が異なります．このため，スを提供できる可能性が高いですが，最後に STEP3として，近年注目を集

多層ネットワークを End-End でシー

日本上空で安定した飛行・通信技術をめているブロードバンド LEO 衛星とムレスに接続するトラフィック転送確立し，低価格な通信機器が普及するの 連 携 を 組 み 込 む こ と で， 多 層 型アーキテクチャの確立が重要となりままでに時間が必要です．その結果，NTN の完成をめざします．

す．一方で，GEO/LEO/HAPS の上

Beyond 5G/6G の時代では各国の地

空ネットワークは地上5G や光ファイ

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特集

超カバレッジ拡張を実現する非地上系ネットワークの取り組み

図2

多層型 NTN 実現に向けた研究開発マイルストーン

ングの最適化を図るため，各リンクの伝送容量や遅延時間のファクタから，End-End のルートコストを算出し，最適なルートを選定する方法を研究開発しています（5）．
（2） HAPS 搭載技術
現在 HAPS に搭載できる通信機器の重量・消費電力は限られており，現時点では HAPS 上で地上の携帯基地
図3

NTN によるカバレッジ拡張通信システムの研究開発局相当の信号処理の実施は難しいです．その観点では，さらなる HAPS
機体そのものの改良が期待されていま

バ網に比べて伝送容量が限られるた

HAPS を用いた多層型 NTN のネットす．また，海上等のサービスでは，め，輻輳時・降雨時・災害時などの周ワークルーティングの一例を図 4 に示

HAPS と地上基地局が大きく離れて辺環境の変化に柔軟に対応するオペします．例えば，海上のスマートフォ運用するケースも想定され，HAPSレーションが求められます．それぞれンのトラフィックを地上のネットワーと基地局を接続するために，隣接するのインフラの特徴を加味しながら柔軟クに転送するには，複数の HAPS をHAPS どうしや，HAPS と衛星の接にトラフィックを収容する技術を確立

マルチホップするルートのほかに，続するマルチホップ接続が必要となりするため，現在 NTN シミュレータをHAPS から GEO 衛星を経由するルーます．現在，マルチホップ接続実現の開発しています．

トも考えられます．NTT 研究所では，鍵となる HAPS どうしの光無線接続システム全体でトラフィックルーティ技術も検討を進めています（6），（7）．

現在研究開発を進めている GEO と

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HAPS と GEO T
衛星から構成される多層型
NTN のトラフィックルーティング例[W^_mZY]>)gs*"iut\`\ox|x}

（3） ミリ波伝送技術術を紹介しました．衛星や HAPS をNTNサービスにおいて，モバイルユー活用した NTN は大規模な研究開発とザを想定したサービスリンクの高速化なるため，NTT だけで牽引することに伴い，それを束ねる衛星・HAPSとは難しく，関係機関や事業会社と連携基地局間のフィーダリンクにはより高しながら，将来の商用化を意識して基速な伝送容量が求められます．このた盤技術の研究開発に取り組んでいきめ，フィーダリンクの周波数としてます．

WRC（World RadiocommunicationConference）-1₉で新規に割り当てされた Q 帯（30/40 GHz 帯）を活用することを想定しています．しかし，Q 帯は降雨減衰が大きく，日本のような多雨地域では降雨減衰補償技術が必要となります．従来からのダイバーシチ技術に加え，降雨予測に基づいてプロアクティブに基地局を切り替える技術（₈）
や，前述した衛星・HAPS の光無線接続による降雨迂回制御技術についても研究開発を進めています．

今後に向けて本稿では宇宙統合コンピューティン
グ・ネットワーク構想を支える多層型
NTN とそれを実現するための主要技（8） 北之園 ･ 鈴木 ･ 外園 ･ 岸山 ･ 浅井：“ 高高度プラットフォーム（HAPS）による5G 網と連携した38GHz 帯の無線通信システム開発−フィーダリンクにおけるサイトダイバー
シチの検討− ,” 信学ソ大 , B- 3 -15，2022.

■参考文献（1） https://group.ntt/jp/newsrelease/2021/05/
20/210520a.html（2） https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/whitepaper̲6g/（3） https://group.ntt/jp/newsrelease/2022/01/
17/220117a.html（4） 北 之 園 ･ 箕 輪 ･ 鈴 木 ･ 山 下 ･ 浅 井 ･ 外山：“ 非地上系ネットワークによるカバレッ
ジ拡張通信システムの開発 - 複数の NTNノードの接続およびネットワーク制御技術とそのユースケース開発実証計画 ‒,” 信学総大 ,B- 3 -16，2022.
（5） 加納 ･ 松井 ･ 阿部 ･ 外園 ･ 小原 ･ 岸山 ･山下：“ 非地上系ネットワークによるカバレッ
ジ拡張通信システムの開発〜降雨時における UE の 可 用 性 評 価 〜，
” 信 学 技 報 , Vol.
122, No. 163, SAT2022-37, pp. 48-53, 2022.
（6） 外 園 ･ 岸 山 ･ 浅 井：“ 宇 宙 RAN に お け る
HAPS 実用化に向けた取り組み ,” NTT 技術
ジャーナル，Vol. 34，No. 10，pp. 17-22，2022.
（7） 岸山 ･ 浅井 ･ 阿部 ･ 山下 ･ 箕輪 ･ 鈴木 ･
北之園 ･ 大内 ･ 外山：“ 非地上系ネットワー
クによるカバレッジ拡張通信システムの開発 -Beyond 5G に向けた NTN ノードのネット
ワーク化技術とカバレッジ拡張 ,” 信学総大 ,BI- 3 - 7 ，2022.

（上段左から）山下 史洋/ 松井 宗大（下段左から）加納 寿美/ 阿部 順一
地上モバイルネットワークと衛星 ･HAPS ネットワークが統合され，さらに融合する世界の実現をめざして，研究開発を推進していきます．

◆問い合わせ先NTT アクセスサービスシステム研究所
無線エントランスプロジェクト
TEL 046-859-4103
E-mail sat6g-p

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