国際間長距離5Gネットワークにおいて衛星回線を統合する日欧共同実験に成功

宇宙と地上がシームレスにつながる社会の実現に貢献

　JRC、スカパーＪＳＡＴ、東京大学及びNICT（エヌアイシーティー）は、欧州宇宙機関（ESA）、Eurescom、Fraunhofer FOKUS Instituteと協力し、2022年1月～2月に国内で初めて静止衛星回線を含む衛星5G統合制御に関する日欧共同実験を行い、日欧の国際間長距離5Gネットワークにおいて5G制御信号、4K映像及びIoTデータの伝送に成功しました。本実験により、衛星回線を含む日欧間の長距離回線で5G通信が成立することが示され、空や海または離島など、従来5Gの展開が困難であった場所に対して5Gネットワークの早期普及が期待されます。

【ポイント】

■ 日欧共同実験において、衛星回線を含む国際間5G通信回線で日本と欧州間のデータ伝送に成功
■ 遅延の影響が大きい超長距離の5Gネットワークで衛星回線を活用できることを実証
■ 宇宙と地上をシームレスにつなぐことができるBeyond 5Gの実現に向け前進
　
　日本無線株式会社（代表取締役社長 ：小洗 健、以下 JRC）、スカパーＪＳＡＴ株式会社（代表取締役　執行役員社長：米倉 英一、以下 スカパーＪＳＡＴ）、国立大学法人東京大学大学院工学系研究科（（研究科長：染谷 隆夫）中尾研究室（教授：中尾 彰宏）、以下 東京大学）及び国立研究開発法人情報通信研究機構（理事長：徳田 英幸、以下 NICT（エヌアイシーティー））は、欧州宇宙機関（ESA：European Space Agency）、Eurescom、Fraunhofer FOKUS Instituteと協力し、2022年1月～2月に国内で初めて静止衛星回線を含む衛星5G統合制御に関する日欧共同実験を行い、日欧の国際間長距離5Gネットワークにおいて5G制御信号、4K映像及びIoTデータの伝送に成功しました。本実験により、衛星回線を含む日欧間の長距離回線で5G通信が成立することが示され、空や海または離島など、従来5Gの展開が困難であった場所に対して5Gネットワークの早期普及が期待されます。
　本実験は、NICTが実施する委託研究『Beyond 5Gにおける衛星-地上統合技術の研究開発（採択番号 21901）』の一環として実施されました。

【背景】
　5G/Beyond 5Gでは、拡張性・広域性という観点から「非地上系ネットワーク（NTN：Non-Terrestrial Network）」が注目されています。NTNとは、衛星、高高度通信プラットフォーム（HAPS：High-Altitude Platform Station）、ドローンなどの多様な通信プラットフォームを介して、海、空、宇宙などの異なる空間を相互につなぐシステムです。さらに、NTNと地上系の5G/Beyond 5Gをつなぐことで、ユーザはどこにいても通信することが可能となります。3GPP(3rd Generation Partnership Project)でもNTNと5Gの連携に向けた標準化に関する検討が進められており、従来のユースケースにおける性能向上や、新しいユースケースの実現が期待されています。
　このような背景から、NICTとESAは2018年及び2020年に趣意合意書（LoI：Letter of Intent）を締結及び更新し、航空機などのグローバルな移動を含む通信や国際ローミングなど、国際間長距離通信を含む5G/Beyond 5Gの実現に寄与するため、衛星回線と5Gを長距離ネットワークで結ぶことを目的とした日欧共同実験を計画してまいりました。

【実験環境】
　各機関が協力し、日欧間の長距離ネットワークにおいてKuバンド衛星（12GHz/14GHz帯の周波数）、ローカル5Gシステム、NICTが運用するJGNなどを相互に接続して日欧共同実験のためのテストベッドの構築を行いました。図1に構築したテストベッドの構成図を示します。また、本テストベッドに利用した機器として、図2に衛星回線構築用のGateway局とVSAT（Very Small Aperture Terminal）局を、図3に5G通信に用いたgNB（5G基地局）を示します。本実験では、将来の国際間長距離通信での活用を念頭に、遠隔地で撮影した映像コンテンツや収集したモニタリングデータを送るというユースケースを想定し、4K映像伝送及びIoTデータ伝送の基礎実験を実施しました。

図1：日欧共同実験で構築したテストベッドの構成

図2：Gateway局、VSAT局

図3：gNB（5G基地局）

 

【成果】

　構築したテストベッドを使用し、4K映像とIoTデータの伝送に成功しました。本実験では、衛星回線と日欧間地上回線を含む長距離伝送による遅延等の影響下において、日本に配置したCPE（Customer Premises Equipment）（5G対応ゲートウェイ）と欧州に配置した5Gコア間でやり取りされる5G制御信号で通信セッションが確立できること、日本側の4Kカメラ及びIoTセンサで取得したデータを欧州側のPC及びデータサーバへ伝送できることを明らかにしました。また、各伝送区間のネットワーク品質を測定し、衛星回線と5Gを接続したネットワーク性能の評価を行いました。図4に日本側から欧州側へ送信した4K映像の再生結果を示し、図5に日本側で取得し、欧州側のデータサーバで受信したセンサデータの時系列グラフ（ここでは温度・湿度情報の例）を示します。本実験の結果により、具体的なアプリケーション伝送の観点からも、国際間長距離通信を介した5Gネットワークにおける衛星回線の統合が実現できることが確認できました。

図4：4K映像伝送

図5：IoTデータ伝送結果

【今後の展望】
　本実験で得られた技術を活用することで、5Gネットワークのカバレッジを拡張し、衛星回線を含むグローバルな5G/Beyond 5Gネットワークの構築に寄与することが期待されます。
　JRC、スカパーＪＳＡＴ並びに東京大学は、国境を越えて欧州と相互協力し、Beyond 5Gにおいて地上と衛星のシームレスな統合に必要な技術の確立を引き続き目指してまいります。
　NICTは、日欧の国際連携を引き続き推進し、本実験の成果である5Gネットワークによる衛星と地上の連携技術を活用することで、衛星やHAPS、ドローンなど複数のノード間を有機的に接続する技術の開発や、地上から海、空、宇宙までを多層的につなぐ3次元ネットワークの実現につなげていきます。これにより、あらゆるエリアへの通信を可能にし、多様なコミュニケーションの実現を推進してまいります。

＜本実験における各機関の役割分担＞
JRC：
- 4K映像とIoTデータ及び5G制御信号に対する最適なモデムの選定
- VSAT局とGateway局の構築と運用
- IoTデータ伝送試験の実施

スカパーＪＳＡＴ：
- 東経144度の静止衛星Superbird-C2によるKuバンド衛星回線の提供
- 遅延等ネットワーク性能の評価
- 4K映像伝送試験の実施

東京大学：
- ローカル5Gソフトウェア基地局の構築
- 日欧共同実験のテストベッドの構築

NICT：
- ESAとの日欧共同実験の枠組みの設定
- 日欧共同実験のテストベッドの構築（5Gコアソフトウェア及びgNB整備）
- 本実験に関する技術的サポート