高速移動する上空基地局から地上への干渉を低減する
動的ヌルフォーミングの実証実験に成功

背景

ソフトバンクは、HAPSが地上基地局と同じ周波数帯の電波を利用して通信サービスを展開できるように、周波数共用に関する技術の研究開発を進めています。これまでに、高高度係留気球を用いたヌルフォーミング技術の実証実験^※3により、定点に滞空する係留気球に搭載した基地局から地上基地局の周辺への電波干渉を低減できることを確認しました。一方で、HTA型^※4のHAPSのように高速で飛行や旋回を行う機体の場合、機体から見た地上基地局の方向は常に変化します。そこでソフトバンクは、機体の位置や姿勢の変化に追従しながら特定方向への電波の放射を抑制する動的ヌルフォーミング技術を新たに開発しました。

なお、この研究開発の一部は、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー））の「革新的情報通信技術（Beyond 5G（6G））基金事業」の委託研究課題として2023年に採択された、「Beyond 5Gにおける超広域・大容量モバイルネットワークを実現するHAPS通信技術の研究開発」（JPJ012368C07701）の一環で実施したものです。

動的ヌルフォーミング技術の概要

動的ヌルフォーミング技術は、飛行中の機体の位置や姿勢に応じてヌル方向を動的に制御する技術です（図1）。上空基地局と通信を行う端末にはビームフォーミングにより集中的に電波を放射する一方で、地上基地局の周辺には常にヌルを向けることで電波の干渉を低減します。動的なヌル方向の制御により、地上の通信ネットワークのスループット低下などの通信品質の劣化を抑えることで、上空と地上の基地局間の周波数共用を実現します。

実証実験の概要

今回実施した実証実験では、HAPSを想定した軽飛行機に基地局（上空基地局）を搭載し、1.7GHz帯の電波を放射して広域の通信サービスエリアを形成するとともに、車両に設置した基地局（地上基地局）が同一の周波数帯の電波を利用する環境で、動的ヌルフォーミング技術の有効性を評価しました（図2）。軽飛行機は高度約3,000mで円旋回しながら飛行し、最大対地速度は時速200kmを超えています。この環境下で、上空基地局と通信する端末A（上空基地局との距離約13km）を地上基地局と通信する端末Bの近くに配置し、動的ヌルフォーミング技術の有無による端末Bのスループットの変化を測定しました。

実験の結果、動的ヌルフォーミング技術を適用することで、地上基地局と通信する端末Bの平均スループットが約80％改善することを確認しました（図3）。また、機体の位置や姿勢が常に変化する状況においても電波干渉を低減できており、端末Bのスループットの安定性も向上しています。これにより、動的ヌルフォーミング技術を活用することで、地上の通信ネットワークの品質を大きく劣化させることなく、HAPSなどの上空基地局から広域な通信サービスの提供が可能となります。