電波で未来社会を拓くアンテナ・伝搬及び関連システムの論文特集

招待論文

HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化表

英毅† a)

佐藤 彰弘†

木村

翔†

林

合祐†

日景

隆††

山里

敬也†††

田中 翔馬†Development and International Standardization of HAPS Radio Propagation Models
Hideki OMOTE† a) , Akihiro SATO† , Sho KIMURA† , Shoma TANAKA† , Ho Yu LIN† ,Takashi HIKAGE†† , and Takaya YAMAZATO†††

あらまし 超広域のカバーエリアや災害に強いネットワークなどを実現する新たな移動通信プラットホームとして成層圏プラットホーム（HAPS: High-Altitude Platform Station）への期待が高まっている．1990 年代から盛んに検討が行われてきたが，昨今では機体の性能が飛躍的に向上したことから，再び脚光を浴びつつある．主にイ
ンターネットバックホール回線としての期待が高いが，筆者らは陸上移動通信網と同一システムを用いる移動通信としての活用に注目している．HAPS を用いて通信エリアを構築するためには，隣国間や既存無線局への電波干渉を正しく推定するための電波伝搬モデルが必要不可欠となる．既存の HAPS を対象とした「電波伝搬推定法」である ITU-R（International Telecommunication Union Radiocommunication Sector）勧告 P.1409-1 は HAPSに必要な電波伝搬環境を網羅していなかったため，ITU-R では，HAPS 対応電波伝搬モデルの検討を目的とした Corresponding Group（CG）3J-3K-3M-14 を設立し，その国際標準化に向けた議論を進めている．本論文では，
HAPS 対応電波伝搬モデルの国際標準化の検討状況及びその中で最優先課題であった干渉検討用電波伝搬モデルの国際標準化達成の経緯について報告する．
キーワード

HAPS，ITU-R，クラッター損失，植生損失，屋内侵入損失，人体遮蔽損失

1. ま え が き
気流が安定している成層圏に飛行船や飛行機などを配置して，上空から通信エリアを構築する成層圏プ
ラットホーム（HAPS：High-Altitude Platform Station）
へ高い期待が寄せられている [1]〜[3]．図 1 に HAPSを示す．HAPS は地上への見通しが良好で超広域のカ
バーエリアを実現できる一方，衛星通信と比較して格段に地上に近い 20 km の高度であることから，半径最大 100 km の地上の範囲で従来と同じ陸上移動通信シ
ステムを利用したスマートフォンなどのモバイル端末† ソフトバンク株式会社基盤技術研究室，東京都

図 1 成層圏プラットホーム: HAPS
Fig. 1 High-Altitude Platform Station: HAPS.

Technology Research Laboratory, Softbank Corp., Telecom Center Bldg. East
Tower 19F, 2–5–10 Aomi, Koto-ku, Tokyo, 135–0064 Japan†† 北海道大学大学院情報科学研究院，札幌市

とも直接通信することが可能である．また，HAPS は

Faculty of Information Science and Technology, Hokkaido University, Kita14,

上空に滞在しているため，地上で災害が起こったとき

Nishi9, Kita-ku, Sapporo-shi, 060–0814 Japanなどにも安定した通信インフラを提供することが期待††† 名古屋大学教養教育院，名古屋市

Institute of Liberal Arts and Sciences, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku,

できる．更に，ドローン等の UAV（Unmanned Aerial

Nagoya-shi, 464–8601 Japan

Vehicle）を対象とした，地上近辺の上空での三次元的a) E-mail: hideki.omote@g.softbank.co.jp
DOI:10.14923/transcomj.2023API0003

電子情報通信学会論文誌 B

な通信エリアの構築も期待されている [4]〜[6]．
Vol. J106–B No. 11 pp. 677–695 © 一般社団法人電子情報通信学会 2023

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電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

HAPS を用いて通信エリアを構築するためには，隣国間や既存無線局への電波干渉を正しく推定するための電波伝搬モデルが必要不可欠となる．HAPS を対象とした電波伝搬モデルを記載した「電波伝搬推定法」として，ITU-R（International Telecommunication

Union Radiocommunication Sector）では，ITU-R 勧告
P.1409-1 を 2012 年に発行していた [7]．ITU-R 勧告
P.1409-1 は，大気ガスの吸収や降雨などの対流圏にお図 2 HAPS で想定される電波伝搬環境
Fig. 2 HAPS propagation environments.

ける損失，地上での地形による回折損失など，一部の環境における電波の伝搬損失の推定に対応しているが，その適用方法は明確ではなかった．また，HAPS の展
開エリアは山岳地帯，森林地帯，都市部，郊外地など多岐にわたるが，ITU-R 勧告 P.1409-1 はこのような環境に対応していないため，干渉計算を正しく行うことが困難であった．
そこで，上記のように HAPS への期待が高まってきたことを受けて，ITU-R では，2019 年 5 月に HAPS
対応電波伝搬モデルの検討を目的とした Correspond-

ing Group (CG) 3J-3K-3M-14 が設立され，ITU-R 勧告
P.1409-1 への電波伝搬モデルの追加改訂に向けた検討

図 3 HAPS-地上間で想定される電波伝搬環境
Fig. 3 Propagation environments in HAPS-terrestrial stations.

が進められてきた．CG 3J-3K-3M-14 での議論を基に，日本が主導した ITU-R 勧告 P.1409-1 への追加改訂案が

2. 1 HAPS で想定される電波伝搬環境

2021 年 6〜7 月に開催された ITU-R SG3（Study Group

図 2 に示すように，ITU-R では，HAPS で想定され3）関連会合で審議された．ITU-R 参加各国との喧々る電波伝搬環境は主に HAPS-地上間のパス，HAPS-宇諤々の議論の末，本提案は採択され，ITU 加盟国の郵宙間のパス，HAPS-上空間のパスが定義されている．

便投票を経て，2021 年 9 月に ITU-R 勧告 P.1409-2 と図 3 に HAPS-地上間で想定される電波伝搬環境を示して発行された [8]．

す．まず大気ガス吸収や降雨減衰等の対流圏での電本論文では，まず，2. において HAPS に必要な電波伝波伝搬特性が必要不可欠である．また，HAPS は上空搬モデルについて述べる．3. では ITU-R 勧告 P.1409-2

20km に滞在しているため，そのカバーエリアは広域の国際標準化の経緯について述べる．次に，4. で成層となり，山岳地帯，森林地帯，市街地，郊外地，開放圏を含む様々な電波伝搬環境における測定結果に基づ地等様々な電波伝搬環境が含まれる．これらの様々ないて筆者らが開発した電波伝搬モデルについて述べる．

電波伝搬環境に対して異なる仰角に対応した電波伝搬

これらの電波伝搬モデルは ITU-R 勧告 P.1409-2 の一モデルが必要不可欠である．例えば山岳地帯では地形部として採用されている．最後に，5. で ITU-R 勧告

による電波伝搬損失 [9]，森林地帯では植生による電波

P.1409-2 に採用された電波伝搬モデルを更に発展させ

伝搬損失 [10]〜[15]，市街地や郊外地では，地物によるために筆者らが新たに開発した電波伝搬モデルにつるクラッター損失や屋内侵入損失等 [16]〜[21] が考えいて述べ，6. で結びとする．

られる．また，移動通信を対象とする場合には，高仰2. HAPS に必要な電波伝搬モデル
本章では，まず HAPS で想定される電波伝搬環境について述べる．次に，HAPS に必要な電波伝搬モデル
として，干渉検討用電波伝搬モデルとシステムデザイ
ン用電波伝搬モデルについて述べる．

角に対応した人体遮蔽損失 [22]〜[28] も検討する必要がある．

2. 2 干渉検討用電波伝搬モデルとシステムデザイ
ン用電波伝搬モデル

HAPS を通信ネットワークインフラとして運用する
際には，成層圏から地上や宇宙，上空に向けて発信す
る電波が届く範囲などを正確に推定する必要がある．

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招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

その推定に必要な手法として HAPS 向けの「電波伝搬推定法」があり，この推定法は主に「干渉検討用電波

Table 1

表 1 国際標準化活動年表
Timeline of international standardization activities.

伝搬推定法」と「システムデザイン用電波伝搬推定法」
で構成されている．これらの推定法は，図 2 と図 3 に示した HAPS で想定される電波伝搬環境に応じて考慮される必要がある．
「干渉検討用電波伝搬推定法」は，隣国同士や異なる
無線通信システム間の電波干渉を調整するために不可欠な推定法である．他の無線通信システムに与える干渉量を正確に推定するために「干渉検討用電波伝搬推定法」は世界共通の国際標準化された電波伝搬モデルである必要がある．隣国や他の無線システム等へ与える影響を定量的に評価する干渉量は，主に場所率や時3. 1 2021 年 6 月以前の HAPS 電波伝搬モデル

間率で評価されることが多いため，「干渉検討用電波

ITU-R SG3（Study Group 3）で 2012 年 1 月に発行

伝搬推定法」は電波伝搬損失特性の場所率や時間率でされた ITU-R 勧告 P.1409-1 は HAPS に対応した電波表される傾向がある．ここで，[29] では無線回線設計

伝搬モデルの勧告であるが HAPS に必要な全ての電波において，ある一定の割合で所望の品質を満たせない伝搬環境が定義されておらず，それぞれのパラメータ

場所があることを許容する考え方としてその割合を場も HAPS の適用範囲を全て網羅しているわけではな

所率として紹介している．同様に，ある一定の時間的かった．また，各電波伝搬環境に対応した電波伝搬モな割合で所望の品質が満たせないことを許容する考え

デルの勧告を参照していたが，HAPS に適用する場合，方としてその割合を時間率としている．この考え方をその適用方法も明確ではなかった．そこで，各電波伝干渉検討に適用すると，場所率とはある一定の割合で搬環境に対応した電波伝搬モデルの勧告のパラメータ

所定の干渉量を超える場所があることを許容する考え

を HAPS の適用範囲へ拡張し，それらの適用方法を整方におけるその割合である．また，同様に，時間率と理して最終的に ITU-R 勧告 P.1409-1 に明確に記載すはある一定の割合で所定の干渉量を超える時間がある

る必要があった．また，それまで考慮されていなかっことを許容する考え方におけるその割合である．

た電波伝搬環境に対応するために新たな電波伝搬モデ

また，「干渉検討用電波伝搬推定法」は，2019 年の

ルの開発も必要であった．

世界無線通信会議（WRC-19）で，2023 年の世界無線

昨今の HAPS への期待を受け，日本が主導して 2019

通信会議（WRC-23）の議題検討のため，2021 年 7 月

年 5 月の ITU-R SG3 関連会合で，HAPS 対応電波伝搬までの完成が求められていた．

モデルの検討を目的とした Corresponding Group (CG)一方，「システムデザイン用電波伝搬推定法」は，

3J-3K-3M-14 の設立が提案された．CG とは，ITU-R

HAPS の無線通信システムの通信エリアの設計を行う

SG3 関連会合が開催されない期間に，特定のテーマ

際に，HAPS の機体数や配置を詳細に検討するためのについて議論を進めるための専門家会議であり，主に重要な推定法である．「システムデザイン用電波伝搬

オンラインで開催される．2019 年の ITU-R SG3 関連推定法」では，主に送受信のポイントを特定してその会合での審議の結果，この提案が認められ，HAPS 対間の電波伝搬損失を高精度に推定できることが求めら

応電波伝搬モデルの検討が進められてきた．CG 設立れる．推定結果を基に各受信ポイントにおける受信電時に，日本の提案に則りその課題も合意された．CG

力等を地図上に表記するなどの使用法が想定される．

3J-3K-3M-14 では，まず，図 2 に示したように HAPS

3. HAPS 対応電波伝搬モデルの国際標準化の経緯
本章では，HAPS 対応電波伝搬モデルの国際標準化の経緯を説明する [30]〜[32]．表 1 に標準化活動の年表を示す．

電波伝搬モデルを整理する環境として，HAPS-宇宙，

HAPS-上空，HAPS-地上を対象とすることが合意された．ITU-R 勧告 P.1409-1 にもこのカテゴリー分けは存在したが，先述したとおり適用方法が明確ではなかった．そのため，改めて整理することとなった．
一方，WRC-19 で HAPS 関連課題として Agenda item
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電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

1.4 が承認された．HAPS サービスリンク向けとして既吸収，降雨減衰及び降雨散乱，対流圏シンチレーショ

存の 2 GHz 帯に加えて 694-960 MHz，1710-1885 MHz

ン，対流圏散乱，球面大地による回折，地形による回及び 2500-2690 MHz の検討が求められており，HAPS

折が考慮すべき特性とされ，衛星と地上局間の干渉評

電波伝搬モデルについても上記の新たな周波数帯も含価に必要となる伝搬データに関する既存 ITU-R 勧告

めて 2021 年 6 月までの国際標準化が求められること

P.619 [38] 及び既存 ITU-R 勧告 P.528 を参照することとなった．ITU-R 勧告 P.1409-1 の適用周波数範囲はが合意された．それらの適用方法として，30 GHz 以

1 GHz 以上であり，WRC-19 の Agenda item 1.4 に対応

上，HAPS の高度 20 km 以上，地形やその他回折損失するために，適用周波数の下限を拡張する必要があった．

が発生する場合，複数の反射波によるマルチパス環境，

CG-3J-3K-3M-14 では，WRC-19 の Agenda item 1.4

指向性アンテナを採用している場合のいずれか一つでに対応するため干渉検討用電波伝搬モデルの議論を優も該当する場合は ITU-R 勧告 P.619 を，いずれも該当

先することが合意された．

しない場合には ITU-R 勧告 P.528 を用いて計算するこ

筆 者 らもヘリコプタ ー 等 を 用 い た 模 擬 成 層 圏 環
境や実際の成層圏環境における電波伝搬測定等をととして整理された．

3. 2. 2. 2 クラッター損失，屋内侵入損失，植生損

実 施 し，各特性におけ る 電 波 伝 搬 モ デ ル を 提 案 し失，人体遮蔽損失

た [15], [27], [28], [33]〜[36]．筆者らの提案は 2020 年

クラッター損失，屋内侵入損失，植生損失，人体遮8 月の ITU-R SG3 関連会合で，2021 年 6〜7 月の ITU-

蔽損失については，該当する環境では考慮すべき特性

R SG3 関連会合に向けた継続審議議題として ITU-R 勧として整理された．

告 P.1409-1 の改定に向けた作業文書に記載された．

3. 2 2021 年 6〜7 月開催の ITU-R SG3 関連会合での議論

クラッター損失については，ITU-R 勧告 P.2108-0 [17]の改訂に向けた議論が行われ，各国から様々なモデルが提案されたが，その中から筆者らが提案したモデル

2021 年 6〜7 月に ITU-R SG3 関連会合が開催されが ITU-R WP3M（Working Party 3M）の議長報告に記た．干渉検討用 HAPS 対応電波伝搬モデルは審議の結載され，干渉検討に考慮すべきモデルとして WRC-19

果，継続議題となっていた筆者らの提案も含め ITU-Rの Agenda item 1.4 に関するリエゾン回答として検討

勧告 P.1409-1 とその参照勧告を改訂することが ITU-Rの依頼元である ITU-R WP5D へ発出された．

SG3 において採択された．併せてシステムデザイン用

屋内侵入損失については，干渉検討用のモデルでHAPS 対応電波伝搬モデルも一部の特性が ITU-R SG3

は ITU-R 勧告 P.2109 [21] が参照されることとなった．

において採択された．以下に詳述する．

また，システムデザイン用モデルは今後の継続審議と3. 2. 1 HAPS-宇宙間のパス，HAPS-上空間のパスなるが，将来の勧告化へ向けた検討として筆者らの提HAPS-宇宙間のパスについては，ファラデー回転，

案が ITU-R 報告 P.2346 に記載された [39]．

電離層シンチレーション，電離層吸収及び地球表面の植生損失については，筆者らの提案モデルが ITU-R

後方散乱を考慮することが合意された．HAPS-上空間

勧告 P.833 に追加改定されることが採択され，干渉検のパスについては，大気ガス吸収，対流圏シンチレー

討用及びシステムデザイン用双方のモデルとして採用

ション及び回折損失が考慮され，無線航法サービスのされることとなった [10], [40]．

ための伝搬特性推定法に関する既存 ITU-R 勧告 P.528
が参照されることが合意された [37]．

人体遮蔽損失については，筆者らの提案モデルがITU-R 勧告 P.1409 に追加改定されることが採択され，3. 2. 2 HAPS-地上間のパスに対する全体構成

システムデザイン用モデルとして採用されることと干渉検討用電波伝搬モデルの HAPS-地上間のパスでなった [8]．

は，対流圏での電波伝搬損失の一部と地形の影響は常に考慮すべき電波伝搬特性として，一方，クラッター

4. HAPS 対応電波伝搬モデルの検討

損失，屋内侵入損失，植生損失は該当する環境では検筆者らは HAPS で想定される様々な環境において電討が必要な特性として整理された．また，人体遮蔽損

波伝搬測定を実施し電波伝搬モデルを開発した．開発

失はシステムデザイン用モデルとして整理された．

した電波伝搬モデルを ITU-R SG3 関連会合に提案し，3. 2. 2. 1 対流圏及び地形の影響

3. に詳述したとおり，HAPS 対応電波伝搬モデルの一

対流圏の一部及び地形の影響については，大気ガス部として追加・改訂された．本章では，筆者らが開発

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招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化
表 2 クラッター損失の測定諸元（日本とケニア）
Table 2 Measurement parameters for clutter loss (Japan and
Kenya).

図 4 模擬成層圏測定の様子（日本）
Fig. 4 Measurements using a helicopter (Japan).

図 5 成層圏測定受信側の様子（ケニア）
Fig. 5 Stratospheric measurements-MS (Kenya).

適用周波数を拡張する形で発展させた．

4. 1. 1 電波伝搬測定
筆者らは，ヘリコプターを用いた模擬成層圏環境と実際の成層圏環境を含む，日本とケニアの様々な都市
部と住宅地でクラッター損失を対象とした電波伝搬測定を実施した [33]．表 2 に日本とケニアでの測定諸元を示す．図 4 と図 5 はそれぞれ日本とケニアでの測定の様子を示す．日本ではヘリコプターを用いた模
擬成層圏環境で測定を実施した．周波数は 1.5，3.3，

5.7GHz である．ケニアでは，当時商用サービスを展開していた Loon LLC の協力を得て，成層圏に浮かぶ気球に搭載した実際の商用機器を用いて成層圏環境で測定を実施した [41]．周波数は 0.7 GHz である．商用
機器では送信アンテナとして指向性アンテナを使用しした各環境に対する電波伝搬モデルを説明する．

ているが，セクタ構成を用いることで無指向性と同等

4. 1 クラッター損失のエリアを構築している．ただし，気球が傾くことに本章では，ITU-R WP5D にリエゾン回答されたクより，アンテナの指向性が測定結果に影響を与える可ラッター損失モデルのうち，筆者らが提案した部分に能性があったため，今回の測定では，NLOS 地点で受ついて説明する．なお，5. に詳述するが，2021 年以

信電力を測定し，併せて NLOS 地点と同じ環境，仰角降，提案モデルは新たな電波伝搬測定を基に適用環境，の LOS 地点で測定した結果と常に比較し，その追加
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電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

M0 = −6.03 + 0.19hs(3)

M1 = 2.67 − 1.58 log10 (hs )(4)

M2 = −0.00475 + 0.000462hs(5)【LOS 環境： p <= LOSp】

Lclt = 6p/LOSp

(dB)

(6)

【NLOS 環境： p > LOSp】

Lclt = Ct C + Lces −(Ct C(LOSp )+ Lces ))+6 (dB)(7)

図6

開発したクラッター損失モデルのパラメータ
Fig. 6 Parameters of proposed model.

損失を算出することで，商用機器の指向性の影響を排

Lclt = 6 (dB) where Lclt < 6
(8)
{
[ (
)]
[ (
)
p
θ
Lces = −K1 ln 1 −cot A1 1 −
+
100
90
]}
πθ [0.5(90−θ)/90]−1−0.6Q−1 (p/100) (dB) (9)180

除した伝搬損失を求めた．同様に，受信アンテナも指ここで，C = 0.7p/100，Ct = B + A log10 (hs )， B =向性アンテナを使用していたが，上記の測定手法を用−30 + 8 log10 (θ + 1)，A = 7.78 + 0.23θ ，K1 = 93( f 0,175 )いることで，指向性の影響を排除している．

及び A1 = 0.05 である．式 (9) の Q−1 () は，標準正4. 1. 2 提案したクラッター損失モデル

規分布の相補累積分布関数を表す Q 関数の逆関数でクラッター損失の伝搬モデルとして ITU-R 勧告

ある [42], [43]．また，p (%)，θ (◦ )，ϕ (◦ )，hs (m)， f

P.2108-0 [17] が有用であるが，この勧告では上空から(GHz) はそれぞれ場所率，仰角，方位角，遮蔽建物高，のパスに対して 10 GHz 以下の周波数を対象とした

そして周波数を示す．また， pm (%) は道路上におけ

電波伝搬モデルは定義されていないため WRC-19 のる移動局の場所率を示す．図 6 を用いて，各パラメー

Agenda item 1.4 に対応していない．また，ITU-R 勧告

タが LOS であるか NLOS であるかの判定に与える影

P.2108-0 では，都市構造を考慮したパラメータが定義

響を説明する．例えば，ϕ が小さければ道路方向に見されていないため，異なる都市環境でも同一の計算結通しが広がるため LOS の割合が増加する．また， pm

果となる．そこで，表 2 で測定諸元を示す 10 GHz 以下

が小さい場合から大きい場合へ変化することで，建物の周波数を対象として実施した測定結果を解析し，そにより遮蔽される割合が増加するため，LOS の割合がの解析結果から，新たに見通し率と都市構造を表すパ

減少し NLOS の割合が増加する．

ラメータとして遮蔽建物高を定義し，これらを ITU-R

なお，干渉検討用電波伝搬推定法は少ないパラメー

勧告 P.2108-0 に追加して考慮できる新しいクラッター

タで計算が可能なサイトジェネラルな電波伝搬モデル

損失モデルを提案した．

を採用する必要があった．開発した電波伝搬モデルは

図 6 は開発したモデルのパラメータを示す．式 (1)〜

干渉検討用電波伝搬推定法であるため，都市構造を考(9) は提案モデルを示す．式 (9) の Lces は既存の ITU-

慮できる遮蔽建物高 hs のみを新たに式上のパラメー

R 勧告 P.2108-0 であり，開発した電波伝搬モデルはこタとして追加した．見通し率 LOSp を計算する際に，れを包括する．式 (1)〜(5) は新たに追加した見通し率

全ての方位角 ϕ と移動局の場所率 pm を考慮している

LOSp である．式 (6)〜(8) の Lclt が見通し環境及び見ため，これらのパラメータは式には表現されていない．

通し外環境における電波伝搬損失を示す．

具体的には，例えば， pm が 1% であるとき， hs と θ

LOSp = M0 + M1 θ + M2 θ 2
LOSp = M0682

where M1 θ + M2 θ 2 > 0

where M1 θ + M2 θ 2 <= 0がそれぞれ同一の条件であれば，全ての ϕ について

LOSp を算出することができる．これを全ての pm に(1)

対して実施することで，同一の hs と θ に対する LOSp(2)を算出できる．また，この場合，同一の hs と θ に対し

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

図 7 仰角ごとのクラッター損失の推定結果
Fig. 7 Cumulative distribution of clutter loss.

図 8 ヘリコプターを用いた測定構成 (横から見た図)Fig. 8 Measurement configuration using a helicopter (view fromside).

て， pm は場所率 p と等価である．図 7 は仰角 θ をパラメータとした場合の開発したモデルによる推定結果を示す．ここで周波数 f は 1.5 GHz，遮蔽建物高 hs は

20 m である．また，図 7 の縦軸の “Percent of location”
は場所率 p (%) であり，仰角 θ が 5◦ では，場所率 p
が 50% の場合のクラッター損失は約 20dB となる．
なお，提案モデルは 2021 年〜2022 年の CG 3J-3K-

3M-14 及び ITU-R SG3 関連会合での議論を経て，筆者らの新たな電波伝搬測定結果を基に対応周波数と対
応地上局高を拡張する形で更に発展しており，上記のモデルから少し形を変えている．詳細は 5. に述べる．

4. 2 屋内侵入損失
4. 2. 1 電波伝搬測定
屋内侵入損失 (Building Entry Loss, BEL) の勧告と図 9 ヘリコプターを用いた測定構成 (上から見た図)Fig. 9 Measurement configuration using a helicopter (view fromabove).

して ITU-R 勧告 P.2109-1 [21] がある．本勧告では仰角と周波数，建物の種類がパラメータとなっており，測定も併せて行った．屋内侵入距離 d (基地局側の窓

干渉検討用電波伝搬推定法として採用された．ただに対する距離) を 0〜14 m となるように移動局を移動し，ITU-R 勧告 P.2109-1 では，方位角や屋内の侵入距をさせた．また，屋内の側壁からの受信アンテナまで

離等の，伝搬損失に影響を及ぼすより詳細なパラメーの距離 w が異なる 3 本の測定ライン (L1，L2，L3) をタは定義されていないため，システムデザイン用電波

設定し，w を 0.7 m (L1)，4.2 m (L2)，10.8 m (L3) と伝搬推定法としては採用が困難である．そこで，より変化させ，それぞれのラインに対して，仰角 θ ，方位

詳細なパラメータに対応した屋内侵入損失モデルを作

角 ϕ をパラメータとする屋内侵入損失測定を行った．

成するために，有人ヘリコプターを用いた高基地局環図 10 に周波数 1.5 GHz での測定結果の一例を示す．

境における屋内侵入損失測定を行った [34]．周波数はなお，フェージングの影響を除去するため，侵入距離

1.5 GHz，3.3 GHz である．基地局アンテナとして，ス

1 m ごとに平均受信電力を算出した．そして，自由空

リーブアンテナをヘリコプターに搭載し，アンテナ高間損失とあらかじめ測定しておいた窓の透過損失を用を 1 km〜3 km の間で設定した．また，移動局として，

いて屋内侵入損失を求めた．図 10 (a)，(b) は側壁からスリーブアンテナを地上高 80 m のビルの室内に設置の距離が異なる L1 と L3 の測定結果で，図 10 (a) はした．室内での受信アンテナ高は 1.6 m である．図 8

θ = 10◦ ，ϕ = 0◦ ，図 10 (b) は θ = 10◦ ，ϕ = 40◦ の場に示すようにヘリコプターの高度を変更することで仰合である．図 10 (a)，(b) より，屋内侵入距離 d が大き角 θ を変更し測定を行った．また，図 9 のように水平くなると屋内侵入損失が大きくなることがわかる．ま方向へヘリコプターを移動させ，方位角 ϕ を変更した

た，図 10 (a) のように ϕ = 0◦ の場合では，L1 と L3 で683

電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

図 11 模擬成層圏測定の様子（日本）
Fig. 11 Measurements using a helicopter (Japan).

以上より，仰角 θ ，屋内侵入距離 d ，方位角 ϕ 及び側壁からの距離 w が屋内侵入損失のキーパラメータであることを特定した．本結果は，建物侵入距離に関する測定データの ITU-R 報告 P.2346-4 に記載された [39]．
今後は，これらの結果を解析してシステムデザイン用
電波伝搬推定法に対応したより詳細な屋内侵入損失モデルを開発する予定である．なお，2021 年〜2022 年の CG 3J-3K-3M-14 での議論と新たな電波伝搬測定結果を基に，筆者らは新たなサイトスペシフィック屋内
侵入損失モデルを開発した．5. に詳述する．

4. 3 植 生 損 失
ITU-R 勧告 P.833-9 は植生による伝搬損失の勧告である [10]．しかし，上空から到来する電波に対する電波伝搬モデルはオーストリアにおける測定結果を基にしており，他のエリアの植生に対応していない．また，
季節による伝搬損失の違いが考慮されていない．そこ
で，筆者らは異なるエリア，異なる季節で電波伝搬測定を実施して ITU-R 勧告 P.833-9 を基に新たな植生損失モデルを提案した．本提案は，審議の結果，ITU-R
勧告 P.833-9 に追加され，ITU-R 勧告 P.833-10 [40] として発行された．本章では，開発した植生損失モデルの概要を示す．また，モデルに関する詳細な開発経緯，
図 10 屋内侵入損失測定結果の一例
Fig. 10 Examples of measurement results of BEL.

検討結果などは [35] に記載されている．

4. 3. 1 電波伝搬測定
筆者らは基地局アンテナと測定装置を無人ヘリコプ
ターに搭載して日本国内で異なる季節において測定を

屋内侵入損失に大きな差は見られないが，図 10 (b) の行った [35]．周波数は 1.5，3.3，5.7 GHz である．ヘように，ϕ = 40◦ の場合では，側壁からの距離が基地

リコプターに搭載された基地局アンテナは 80〜800 m

局方向に近い L1 の屋内侵入損失が，遠い L3 より大きの間で高さを変化させた．図 11 は季節を変えた測定

い．また，ϕ が大きい環境では同じ側壁からの距離での様子を示す．同一エリア内で葉の多い夏 (7 月) と葉も損失が大きくなることがわかる．図 10 (c) は ϕ = 0◦の落ちた冬 (12 月) で測定を行った．また，成層圏環で，θ = 10◦ と 40◦ の場合の L1 での屋内侵入損失を示境において 0.7 GHz の周波数を使用してケニアでもす．本結果より，仰角 θ が大きくなると屋内侵入損失測定を実施した．図 12 は測定の様子を示す．また，も大きくなることがわかる．

表 3 は日本での測定諸元を示す．ケニアでの測定諸元684

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

図 12 成層圏測定受信側の様子（ケニア）
Fig. 12 Stratospheric measurements-MS (Kenya).

Table 3表 3 植生損失の測定諸元（日本）
Measurement parameters for vegetation loss (Japan).

Fig. 13

図 13 推定式と測定結果の誤差の累積確結果
Estimation error between the proposed model and measured
results.

の値は A = 1.87，E = 0.01，G = −0.12 である．また，は表 2 の測定環境 (4) と同じである．ただし，測定の季節は夏 (南半球の 2 月) であり，植生の通過距離は

4.7 – 20.5 m である．

ケニアの係数の値は A = 1.5，E = 0.01，G = −0.12 である．図 13 に開発した推定式と日本とケニアでの測定結果の誤差の累積確率を示す．図 13 より，開発した推定式は異なるエリア，異なる季節に対して植生損

4. 3. 2 提案した植生損失モデル
解析結果から，本論文では，次式に示すとおり既存の植生損失モデルである ITU-R 勧告 P.833-9 に周波数と季節の影響を追加して考慮できる新しい植生損失モ失を高精度に推定できることがわかる．

4. 4 人体遮蔽損失
本章では，開発した高仰角環境に対応した人体遮蔽損失モデルの概要を述べる．また，モデルに関する詳デルを提案した．

細な開発経緯，検討結果などは [36] に記載されている．

L = A(1000 f ) B log10 (d)(θ + E)G − 4 (dB)

(10)

4. 4. 1 電波伝搬測定

k h = |Month − 6.5|

(11)

高仰角環境に対応した人体遮蔽損失モデルを開発すB = (0.302 − 0.0036k h) f (0.0013−0.026kh)(12)

るために，まず，一つのパスが高仰角を含む様々な垂直方向から到来する場合の基本的な人体遮蔽損失とし

ここで，θ は仰角 (◦ )， f は周波数 (GHz)，d は植生のて，電波暗室内で，人体を模したファントムに取り付

通過距離 (m) である． Month は月を表す係数で 1〜12

けた受信アンテナを水平方向に 360◦ 回転させたときである．式 (11) は北半球の場合の式であり，南半球での水平角度ごとの人体遮蔽損失特性を測定した．受信は k h = 6 − |Month − 6.5| である．日本の植生の係数

アンテナはファントムの頭または胸に取り付け，送受685

電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

図 14 人体遮蔽損失の基本特性の一例
Fig. 14 Basic human shielding loss.

Fig. 16

図 16 人体遮蔽損失モデルの概要
Concept of human shielding loss model according toenvironment.

け上空にずれた角度（140◦ ，220◦ ）に近い方向から到来している．
図 15 測定時の垂直到来方向の定義と測定結果の一例
Fig. 15 Definition of arrival angles and an example of measured
results.

また，ケニアで成層圏環境において 0.7 GHz の周波数を使用して追加測定を実施した．その諸元は表 2 の測定環境 (4) と同じである．

信アンテナ間仰角を，θ = 0◦ ，30◦ ，60◦ の 3 種類とした．図 14 (a) はファントムを使用した測定の様子，図14 (b) は測定した仰角ごとの基本的な人体遮蔽損失特性を示す．一方，都市部における電波の到来方向を明らかにするために，日本国内の実環境においてヘリコプターを用いた模擬成層圏環境で水平及び垂直方向の
移動局側電波到来角特性の測定を実施した．垂直半値
幅 3◦ ，水平半値幅 90◦ の指向性アンテナを道路方向と道路と垂直の建物方向に対して垂直に回転させること
で水平及び垂直の到来方向プロファイルを取得した．
図 15 (a) は測定時の垂直到来方向の定義を示す．上空を 180◦ ，地上を 0◦ ，水平方向を 90◦ と 270◦ とした．
道路方向の場合，90◦ は道路の一方向，270◦ は反対の道路方向を示す．また，建物方向の場合，90◦ は道路と垂直な建物方向，270◦ は 90◦ とは反対の建物方向を示す．図 15 (b) は仰角 θ が 50◦ の場合の市街地の電波到来角特性の一例を示す．この結果から，都市部では

4. 4. 2 提案した人体遮蔽損失モデル
基本的な人体遮蔽損失の測定結果に実際の都市環境における移動局側電波到来角度の測定結果を重畳して，仰角と到来角度を考慮できる人体遮蔽モデルを提案した．提案モデルは，図 16 (a) に示すように，市街地や住宅地のように四つの方向から強いパスが到来する 4
パス環境と，図 16 (b) に示すように，LoS 環境や郊外地のように一つの方向から強いパスが到来する 1 パス
環境に対して，頭または胸で遮蔽される場合の人体遮蔽損失モデルで構成される．下式は一例として，4 パ
ス環境における頭部による人体遮蔽損失モデルを示す．

Lhsl = b exp(ap) − 2 (dB)

(13)

ここで

a = (0.75 + 0.125 f )(0.0255 − 0.0124 log10 (θ + 1)
+ Eaϕ + Eahs )(14)

主に水平方向では道路方向と建物方向の四つの方向か

b = 0.55 + 2.76 log10 (θ + 1) + Ebϕ + Ebhs

(15)ら強いパスが到来することを確認した．また，それら

Eaϕ = 0.0013 − 0.0009 log10 (ϕroad + 1)

(16)のパスは垂直方向で見ると 90◦ と 270◦ から仰角 θ だ

Eahs = −0.0039 + 0.0032 log 10(hs )

(17)

686

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

Table 4表 4 人体遮蔽損失の測定諸元（日本）
Measurement parameters for human shielding loss
(Japan).

図 17 頭部の遮蔽による推定結果の一例
Fig. 17 Example of predicted results (head).

は人体を 360◦ 回転させた際の人体遮蔽損失の割合である．図 17 に，頭部で遮蔽した場合の推定結果の一例を示す．ここで，θ = 11◦ ，ϕroad = 30◦ ， hs = 20 m
である．なお，図 17 にあるとおり，本モデルには損失の上限を定めており頭部の場合 25 dB である．図 17から，都市部や住宅地などの 4 パス環境では，LOS や郊外地などの 1 パス環境よりも人体遮蔽損失が小さくなっていることが分かる．これは，1 パス環境では到来波の方向によって遮蔽効果が大きく左右される一方，

4 パス環境では遮蔽されていない方向からもパスが到来するため，遮蔽損失が小さくなるためである．図 18
は 4 パス環境における胸部による損失と 1 パス環境における頭部による損失に対して，提案モデルによる推定値と表 4 及び表 2 に示した日本とケニアでの追加測
定の実測値との推定誤差の累積確率を示す．図 18 より，推定誤差の中央値は 0 dB であり，開発した推定式は様々な環境や周波数において人体遮蔽による損失がよく推定できていることがわかる．
図 18 推定式と測定結果の誤差の累積確結果
Fig. 18 Estimation error of proposed model.

5. HAPS 対応電波伝搬モデルの発展
2021 年 7〜9 月に ITU-R 勧告 P.1409-2 とその関連

Ebϕ = 1.41 − 0.96 log10 (ϕroad + 1)

(18)

勧告，関連報告が発行された後も，筆者らは HAPS 対

Ebhs = −1.01 + 0.80 log10 (hs )(19)

応電波伝搬モデルの発展を目的とした研究開発を継続

また，1 パス環境では，式 a と b は下記のようになる．

a = (0.75 + 0.125 f )(0.0366 − 0.0129 log10 (θ + 1)
(20)
b = 1.20 + 2.71 log10 (θ + 1)

(21)

している．特に，クラッター損失モデルとシステムデ
ザイン用電波伝搬推定法の一部としてサイトスペシ
フィックな屋内侵入損失モデルに注力している．本章
では，筆者らが新たに提案するクラッター損失モデルとサイトスペシフィックな屋内侵入損失モデルについて述べる．

ここで， f (GHz)，ϕroad (◦ )，θ (◦ )， hs (m) は周波数，5. 1 クラッター損失モデルの発展

道路角，受信パスの仰角，周辺建物高である．また，p4. 1 で記述したクラッター損失モデルは，既存の687

電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11
表 5 クラッター損失の測定諸元（追加実施）
Table 5 Additional measurement parameters for clutter loss.

Fig. 19

ITU-R 勧告 P.2108-0 では定義されていなかった遮蔽

図 19 二つの追加測定
Two additional measurements.

図 20 地上局アンテナ高を変化させた測定結果
Fig. 20 Measurement results with varying ground station heights.

建物高を定義したことと，それに伴い見通し率を計算したことで，見通し環境の伝搬モデルと見通し外環境

定 1 (Measurement 1) では地上局のアンテナ高を変化の伝搬モデルを定義し，既存の ITU-R 勧告 P.2108-0

させるとともに，遮蔽建物高付近では地上局のアンテを包括する形で ITU-R 勧告 P.2108-0 の適用範囲外でナ高が遮蔽建物高より低い環境から高い環境まで変化ある 10 GHz 以下に対応した伝搬モデルとして開発させた．測定 2 (Measurement 2) では 29.3 GHz の周波したものである．2021 年の ITU-R SG3 関連会合で，数を使用した．

4. 1 のモデルは 10 GHz 以下の参照すべきモデルの一5. 1. 2 測 定 結 果部として他の WP にリエゾン発出されたが，併せて図 20 は測定 1 に対して，仰角 10◦ の場合の定点でHAPS 以外の他の非地上系無線システムへの対応を考の測定結果の一例を示す．図 20 より，地上局のアン

慮し，10 GHz 以上にも適用可能であるか確認するこ

テナ高が遮蔽建物高である 10 m に近づくと損失が小と，地上局高を考慮できること，地上局高が遮蔽建物

さくなること，周波数が大きくなると損失が大きくな

高よりも高い場合のモデルを定義することが求められることがわかる．図 21 (a) は仰角 10◦ の場合に地上局

た [44], [45]．筆者らはこの要請を受け，新たな伝搬環

アンテナ高を遮蔽建物高付近で連続的に変化させた場

境で電波伝搬測定を実施し，クラッター損失モデルを合の測定結果を示す．この環境では見通しと見通し外発展させた．本章では発展させたクラッター損失モデの境界は遮蔽建物高から 1 m 低い高さ (9 m) となる．

ルについて述べる．

図 21 (a) より，地上局高と遮蔽建物高が等しい場合，

5. 1. 1 電波伝搬測定

損失は約 0 dB である．また，地上局アンテナが見通

筆者らは，日本国内でヘリコプターを用いて追加し/見通し外の境界付近では見通し環境下でも損失が増測定を実施した [46], [47]．表 5 は測定諸元を示す．

加し，境界で損失は約 6 dB となる．これは，LOS 環

基地局高は 3000 m である．周波数は 1.5，3.3，5.7，

境下でもフレネルゾーンが遮蔽される影響だと考えら

29.3 GHz である．図 19 に示すように ITU-R SG3 のれる．図 21 (b) は，仰角 50◦ の場合に地上局アンテナ

要請に応えるために二つの異なる測定を実施した．測高を遮蔽建物高付近で連続的に変化させた場合の測定688

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

図 22Fig. 22

図 21 地上局アンテナ高が遮蔽建物高付近での測定結果
Fig. 21 Measurement results when ground station antenna heightis near shielding building height.

結果を示す．仰角 50◦ の場合，仰角 10◦ で見通し/見通

29.3 GHz まで拡張させたことである．その際，見通し率の式を微調整し式 (28) とした．下式は発展させたクラッター損失モデルを示す．

a)

し外の境界となっていた遮蔽建物高より 1 m 低い高さ

ら地上局アンテナ高が遮蔽建物高付近の場合は，損失

b)

は仰角に大きく依存することがわかる．

結果から仰角 θ が大きくなると損失が小さくなる特性

(dB)

c)

(22)

hs − h = 0
Lclt = 0.06pe−2θ

図 22 は，周波数が 29.3 GHz，遮蔽建物高が 20 m，5 m の環境の場合の測定結果の一例を示す．図 22 のhs − h < 0
Lclt = 0（9 m）でも見通し環境が続いており，仰角 10◦ の場合と異なり，損失はほぼ 0 dB である．これらの結果か

29.3 GHz を用いた測定結果
Measurement results: 29.3GHz.

(dB)

(23)

0 < hs − hを確認した．また，遮蔽建物高が低い場合，損失が小M0 = −6.03 + 0.1(hs − h + 5)

(24)

さくなることを確認した．これらの傾向は 4. 1 の提案

M1 = 2.67 − 1.58 log10 (hs − h + 5)

(25)

モデルと一致しており，10 GHz 以上の周波数帯でも5. 1. 2 の測定結果を解析し，4. 1. 2 で提案したモデM2 = −0.00475 + 0.000262(hs − h + 5)
(26){
M0 + M1 θ + M2 θ 2, M1 θ + M2 θ 2 > 0
LOSp ′′ =M0,else

ルを発展させた．具体的には，地上局アンテナ高 (h)(27)

同様の傾向を得られることを測定から明らかにした．

5. 1. 3 発展させたクラッター損失モデルと遮蔽建物高 (hs ) の関係を追加したことと，周波数をLOSp ′ =689電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

図 23 発展させたモデルと測定結果の誤差の累積確率:
29.3GHz
Fig. 23 Estimation error between the developed proposed modeland measured results: 29.3GHz.

()−0.35(hs −h) 91
©
(
)
1+18e
−1 ª
­
®
θ +1
θ
­
(
) , 1®® LOSp ′′max, 1 max ­45
91­ 1+18e−2.8
®
−1
θ +1
«
¬
(28)

図 24 仰角ごとのクラッター損失の推定結果
Fig. 24 Cumulative distribution of clutter loss.
表 6 高層ビルを対象とした屋内侵入損失の測定諸元
Table 6 Measurement parameters for building entry loss inhigh-rise buildings.

ここで， LOSp ′ は 4. 1. 2 から修正した見通し率である．また，LOSp ′ は 100% 以上の場合，99.999% に設定する．一方，0 以下の場合には，0.001% に設定する．
【LOS 環境： p <= LOSp ′ 】

Lclt = 6p/LOSp ′

(dB)

(29)

【NLOS 環境： p > LOSp ′ 】

Lclt = Ct C(p)+ Lces −(Ct C(LOSp ′ )+ Lces (LOSp ′ ))(p − LOSp ′ )100
Lclt = max(Lclt , 6) (dB)
+ 6 − 0.1(h − 5)

(dB)

(30)
(31)

内侵入損失が考慮され，関連勧告として ITU-R 勧告

P.2109-1 が参照された．ITU-R 勧告 P.2109-1 は仰角，
周波数，場所率及び建物種別のみを考慮した統計的な

ここで，C(p)，Ct ，B 及び A の式は 4. 1. 2 に記載する

モデルであるため，方位角や屋内アンテナの位置を定式と同様である．

義した詳細な計算を行うことはできない．システムデ

図 23 に発展させたクラッター損失モデルと 29.3 GHz

ザイン用 HAPS 電波伝搬モデルの一部として屋内侵入の実測結果との誤差の累積確率結果を示す．図 23 よ損失を考慮する場合はこれらのパラメータを考慮した

り，推定式は実測結果をよく推定できていることがわ

詳細な検討が必要となるため，筆者らはサイトスペシ

かる．したがって，発展させたモデルは 10 GHz 以上

フィックモデルを開発することを目的として，継続しにも適用できる．

て伝搬測定を実施し，解析を行っている．本章では，

図 24 は，発展させたクラッター損失モデルを用い

4. 2 で示した測定結果と併せて新たに 29.3 GHz で実た周波数 f = 1.5 GHz，遮蔽建物高 hs = 20 m，地上施した測定結果を解析し，屋内侵入損失の詳細な検討

局高 h = 2 m の場合の計算例を示す．

5. 2 屋内侵入損失モデルの発展
干渉検討用 HAPS 電波伝搬モデルの一部として屋690に必要なパラメータを導入したサイトスペシフィック
モデルを提案する．

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

1.65 m と変化させた．窓からの屋内侵入距離 d は 0〜
5 m とし，フェージングの影響を除去するため，侵入
距離 1 m ごとに平均受信電力を算出した．そして，自由空間損失とあらかじめ測定しておいた窓の透過損失を用いて屋内侵入損失を求めた．

5. 2. 2 測 定 結 果
図 26 に 29.3GHz の測定結果を示す．図 26 (a) は

w = 1.05 m，ϕ = 0◦ ， h = 1.80 m のときの仰角 θ の特性を示しており，仰角が大きくなると損失が大きくなることがわかる．また，侵入距離が大きくなると損失が大きくなることがわかる．図 26 (b) は w = 1.05 m，

ϕ = 0◦ ，θ = 60.5◦ のときの屋内アンテナ高 h の特性を示しており，屋内アンテナ高が低く侵入距離が短いと損失が大きくなっていることがわかる． h が 1.0 m と1.8 m では送受信間が LOS 環境であるのに対して，h が0.35 m では NLOS 環境となることが影響しているものと考えられる．図 26 (c) は w = 0.50 m，h = 1.00 m，

θ = 80.2◦ のときの方位角 ϕ の特性を示しており，方位角が大きくなると損失が大きくなることがわかる．
また，図 26 (d) は，ϕ = 50◦ ， h = 1.80 m，θ = 80.2◦のときの屋内の側壁からの距離 w の特性を示しており，屋内の側壁からの距離が送信局の方向に近いほど損失が大きくなることがわかる．図 26 (c)，(d) の結果
は ITU-R 報告 P.2346-4 に記載されている測定結果，すなわち 4. 2 で述べた測定結果と同じ傾向である．
図 25 測 定 環 境
Fig. 25 Measurement configuration.

5. 2. 3 サイトスペシフィックモデルの開発
4. 2 の測定結果と 5. 2. 2 で述べた 29.3 GHz を含む測定結果を解析し，ITU-R 勧告 P.2109-1 を基に，周波5. 2. 1 電波伝搬測定

数，仰角に加えて，方位角，屋内アンテナ高，屋内の筆者らは，高層ビルを対象として屋内侵入損失の測側壁からの距離，屋内侵入距離を考慮できるサイトス定を行った [48]．表 6 に測定諸元を，図 25 に測定環

ペシフィックモデルを開発した．図 27 に提案モデル

境を示す．なお，追加測定では上空からではなく地上のパラメータ及びモデリングのイメージ図を示す．仰から電波を送信しているが，窓の外にベランダなどの角，方位角，屋内アンテナ高，屋内の側壁からの距離

構造物はない環境であるため，仰角 θ に対しては，上によって，LOS 環境か NLOS 環境か変化するため，提下可逆として取り扱うことが可能である．実際に仰案モデルではこの環境の変化を考慮しており，次式で角 θ がパラメータとして定義されている ITU-R 勧告

示すことができる．なお，次式は地上から電波を送信

P.2109-1 では，上下可逆として取り扱っている．周波する場合であるため，HAPS に適用する場合は屋内ア

数 f は 1.5 GHz，3.3 GHz，29.3 GHz，送信信号は CW

ンテナ高は窓の下端ではなく上端との位置関係を表すを用いた．受信アンテナを設置する階数を変えることパラメータとなる．

で仰角 θ を 37.5◦ ，60.5◦ ，80.2◦ と変化させ，各階において受信アンテナ高 h を 0.35 m，1.00 m，1.80 mと変化させた．また，送信アンテナの位置を変えることで方位角 ϕ を 0◦ ，25◦ ，50◦ と変化させ，屋内の側壁から受信アンテナまでの距離 w を 0.50 m，1.05 m，)(() A( f )· 106 + 1 (32)
L BE L = log 10∆dθ + 10∆dϕ

h
tan θ
w
∆dϕ = d −tan ϕ∆dθ = d −

(33)
(34)
691

電子情報通信学会論文誌 2023/11 Vol. J106–B No. 11

図 27 提案モデルのパラメータ
Fig. 27 Parameters of proposed model.

図 26 29.3GHz における屋内侵入損失の測定結果
Fig. 26 Measurement results for building entry loss: 29.3GHz.

692

Fig. 28

図 28 推 定 誤 差
Estimation error between the developed proposed modeland measured results.

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

A( f ) = 1.01(log f )2 + 0.23 log f + 1.31

high-altitude platforms: A survey,” IEEE Communications Sur-(35)

veys &Tutorials, vol.7, no.1, pp.2–31, May 2005.

図 28 に 1.5 GHz，3.3 GHz，29.3 GHz における測定[5]

stratospheric platforms: R and D program on telecom and broad-

値と提案モデルの推定値との推定誤差を累積分布で示

casting system using high altitude platform stations,” J. Commu-

す．各周波数の推定誤差の中央値は約 0 dB であり，提案モデルは測定結果に対してよく推定できていること

R. Miura and M. Oodo, “Wireless communications system using

nication Research Laboratory, vol.48, no.4, pp.33–48, Dec. 2001.
[6]

R. Miura, M. Maruyama, M. Suzuki, H. Tsuji, M. Oodo, andY. Nishi, “Experiment of telecom/broadcasting mission using aがわかる．

high-altitude solar-powered aerial vehicle pathfinder plus,” 5th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Com-

6. む す びmunications, Honolulu, Hawaii, Oct. 2002.

本論文では，まず HAPS 対応電波伝搬モデルの国際[7]

for systems using high altitude platform stations and other ele-

標準化の経緯として ITU-R 勧告 P.1409-2 とその関連

vated stations in the stratosphere at frequencies greater than about

勧告及び報告が発行されるまでの活動について述べた．
干渉検討用 HAPS 対応電波伝搬モデルは審議の結果，1 GHz,” 2012.
[8]

stations in the stratosphere at frequencies greater than about 0.7

た．併せてシステムデザイン用 HAPS 対応電波伝搬モ

GHz,” 2021.
[9]

次に，成層圏を含む様々な電波伝搬環境における測定結果に基づいて筆者らが開発した電波伝搬モデルについて述べた．これらの電波伝搬モデルは ITU-R 勧

Rec. ITU-R P.1812-4, “A path-specific propagation prediction
method for point-to-area terrestrial services in the VHF and UHFbands,” 2015.

[10]

Rec. ITU-R P.833-9, “Attenuation in vegetation,” 2016.

[11]

S.L. Durden, J.D. Klein, and H.A. Zebker, “Radar measurement of

告 P.1409-2 の一部として採用された．

L-band signal fluctuations caused by propagation through trees,”
IEEE Trans. Antennas Propagation, vol.39, no.10, pp.1537–1539,

最後に，ITU-R SG3 で継続審議されているシステ
ムデザイン用電波伝搬推定法への適用を目的としてRec. ITU-R P.1409-2, “Propagation data and prediction methods
for systems using high altitude platform stations and other elevated

ITU-R 勧告 P.1409-2 及びその参照勧告として発行されデルも一部の特性が ITU-R SG3 において採択された．

Rec. ITU-R P.1409-1, “Propagation data and prediction methods

Oct. 1991.
[12]

I.Z. Kovacs, P.C.F. Eggers, and K. Olesen, “Radio channel charac-

ITU-R 勧告 P.1409-2 に採用された電波伝搬モデルを更

terisation for forest environments in the VHF and UHF frequencyに発展させるために筆者らが新たに開発した電波伝搬

bands,” Proc.50th IEEE VTC - Fall, vol.3, pp.1387–1391, Sept.
1999.

モデルについて述べた．
筆者らが開発した新しいモデルが追加・改訂された[13]

analysis and measurement results of vegetation eﬀects on path

HAPS 向け「電波伝搬推定法」が国際標準化を達成しloss for mobile cellular communication system,” IEEE Trans. Veh.

たことは，HAPS の事業展開を目指す世界の事業者にとっても大きな一歩となることを期待する．また，継Technol., vol.49, no.4, pp.1285–1293, July 2000.
[14]

through vegetation,” Proc. 4th European Conference on Antennasに限らず他の無線通信システムの発展にも寄与できる
謝辞

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長手厚史，星野兼次，太田喜元，表 英毅，林 秀樹，“地上移動通信網と同一システムを用いる HAPS 無線中継シ[3]

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[16]

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本研究の一部は，総務省「HAPS を利用した研究開発（JPJ000254）」の助成のもとに行われた．

M. Ghoraishi, J. Takada, C. Phakasoum, T. Imai, and K. Kitao,“Azimuth and delay dispersion of mobile radio wave propagation

続的に開発している新たな電波伝搬モデルは，HAPS
ものと期待する．

J.C.R. Dal Bello, G.L. Siqueria, and H.L. Bertoni, “Theoretical

九州支部連合大会講演論文集，p.564, Sept. 2019.
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[33]

[34]

[35]

[36]

平 9 名古屋大学・理卒．平 11 同大学大学院修士課程了．同年日本テレコム株式会

木村 翔，佐藤彰弘，林 合祐，田中翔馬，表 英毅，“高社（現ソフトバンク株式会社）入社．平 31

基地局環境における屋内侵入損失の測定解析，” 信学総大，

ソフトバンク株式会社・基盤技術研究室・

B-1-16, March 2021.

新技術研究開発部・部長，現在に至る．移H. Omote, A. Sato, S. Kimura, S. Tanaka, and H.Y. Lin, “Highly

動体通信システムの電波伝搬に関する研究

accurate vegetation loss model with seasonal characteristics forに従事．ITU-R SG3 にて移動体通信の電波伝搬の標準化にも携High-altitude platform station,” IEICE Trans. Commun., vol.E105-

わる．平 18 年度電子情報通信学会学術奨励賞，第 33 回電波産

B, no.10, pp.1209–1218, Oct. 2022.

業会電波功績賞受賞．

H. Omote, A. Sato, S. Kimura, S. Tanaka, H.Y. Lin, and T.

B, no.10, pp.1219–1230, Oct. 2022.
Rec. ITU-R P.528-4, “A propagation prediction method for aeronautical mobile and radionavigation services using the VHF, UHF
and SHF bands,” 2019.
Rec. ITU-R P.619-4, “Propagation data required for the evaluationof interference between stations in space and those on the surfaceof the Earth,” 2019.

694

（正員）

tional Symposium on Antenna and Propagation (ISAP), Jan. 2020.

High-altitude platform station,” IEICE Trans. Commun., vol.E105-

[38]

英毅

loss model for urban and suburban environments,” 2020 Interna-

Hikage, “Propagation loss model with human body shielding for

[37]

表

H. Omote, S. Kimura, A. Sato, and H.Y. Lin, “HAPS propagation

招待論文／HAPS 対応電波伝搬モデルの開発と国際標準化

佐藤 彰弘

（正員）

山里 敬也

（正員：フェロー）平 20 山形大学・工卒．平 30 ソフトバン

昭 63 信州大・工・電子工卒．平 2 同大ク株式会社入社，令 3 ソフトバンク株式会

大学院修士課程了．平 5 慶大大学院博士課

社・基盤技術研究室・新技術研究開発部・

程了．博士 (工学)．同年名大・工・電子情アンテナ伝搬研究開発課・課長，現在に至報・助手．平 10 同大・情報メディア教育

る．移動体通信システムの電波伝搬に関すセンター・助教授，平 22 同大・教養教育

る研究に従事．ITU-R SG3 にて移動体通信院・教授，令 4 同大・教養教育院・副院長，の電波伝搬の標準化にも携わる．平 31 年度下期アンテナ・伝

現在に至る．2006 年 IEEE Communication Society’s Best Tutorial

播研究専門委員会若手奨励賞受賞，第 33 回電波産業会電波功Paper Award，第 76 回（令元年度）本会論文賞，ほか受賞．確績賞受賞．

率共鳴，可視光通信，ITS の研究に従事．映像情報メディア学会，IEEE 各会員．

木村

翔

（正員）

平 26 慶應義塾大学・環境情報学部卒．同
年，ソフトバンク株式会社入社．以降，移動体通信システムの電波伝搬に関する研究に従事．本会 2021 年度学術奨励賞受賞，第33 回電波産業会電波功績賞受賞．

田中 翔馬

（正員）

平 30 首都大学東京・電気電子工卒．令 2
東京工業大学大学院修士課程了．同年，ソフトバンク株式会社入社，現在に至る．移動体通信システムの電波伝搬に関する研究に従事．ITU-R SG3 にて移動体通信の電波伝搬の標準化にも携わる．第 33 回電波産業会電波功績賞受賞．

林

合祐

（正員）

平 26 千葉大大学院博士後期課程了．令元ソフトバンク株式会社入社，現在に至る．
移動通信用アンテナ，メタマテリア電波反射板及び電波伝搬に関する研究・開発に従事．ITU-R SG3 にて移動体通信の電波伝搬の標準化にも携わる．平 26 年 2014 IEEE
Japan Council AP-S Chapters Young Engineer Award，第 33 回電波産業会電波功績賞受賞．IEICE 会員，IEEE 会員．博士 (工学)．

日景

隆

（正員）

平 9 北海道大学・工卒．平 11 同大大学
院修士課程了．同年同大大学院・工・電子
情報・助手，平 19 同大大学院・情報科学研
究科・助教，令 4 同大大学院・情報科学研
究院・准教授，現在に至る．この間，太陽発電衛星用送受電アンテナ，FDTD 法による電磁界解析，電波環境工学に関する研究に従事．平 12 年度
電子情報通信学会学術奨励賞，第 76 回電子情報通信学会論文賞受賞，工博．電気学会，日本生体医工学会，IEEE 各会員．

695