60 GHz帯大容量無線で、飛翔中ドローン間の“すれ違い通信”に成功

ドローン群の協調飛行で作り上げる上空無線ネットワークの実現に期待

2023年5月24日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント
■　飛翔中のドローンがすれ違う0.5秒の間に、60 GHz帯大容量無線を用いて120 MBのデータ伝送に成功
■　追従飛行によるリンク維持時間の延長で、より大容量なデータ伝送も可能となることを確認
■　ドローン群の協調飛行で作り上げる上空無線ネットワークの基盤技術としての活用に期待

　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)、理事長: 徳田 英幸）は、ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社（代表取締役社長 兼 CEO: 清水 照士）と共同で、飛翔中ドローン間の60 GHz帯無線を用いたデータ伝送実験を試み、2機のドローンを用いたすれ違い飛行に伴う0.5秒程度の通信スポット通過時間で120 MBのデータ伝送に成功しました。また、先行する1機が作る通信スポットを追うように2機目の飛行ルートを設定し、等間隔で飛行させる追従飛行を行うことで、60 GHz帯でのリンク維持時間を延長でき、より大容量なデータ伝送も可能となることを確認しました。
　これらの成果は、ドローン群の協調飛行（すれ違い飛行や追従飛行）で作り上げる上空無線ネットワークの基盤技術としての活用に期待できるほか、滞空飛行ができない観測用途の無人航空機からの飛行中におけるデータ回収用途としての活用が期待されます。

背景
　Beyond 5Gによって達成すべき目標概念の一つに「超カバレッジ拡張」があります。その実現には、従来の陸上移動通信ネットワークの構築だけでなく、空・海・宇宙空間までを通信サービスエリアとするための非地上系ネットワーク（NTN）の構築が鍵となりますが、上空ネットワークについては、農業分野や点検、物流といった幅広い分野で既に活躍し始めているドローンの活用が有効です。
　超高周波帯通信デバイスを用いたデータ中継機能をドローンに搭載すれば、リアルタイム中継ネットワークを上空に構築できるほか、大容量ファイルの転送用途などであれば、ドローンが受信したデータを一次保存したまま宛先となる遠隔地まで飛行搬送した上で無線転送する、遅延耐性ネットワーク（DTN）原理に基づいた中継ネットワークの構築も可能になります。このような方法で、より低コストでカバレッジ性の高い上空無線ネットワークの構築が可能になると考えられます。
　ただし、超高周波帯を用いたドローン間通信は、従来のマイクロ波帯と比較して伝搬損失が極めて大きく、直進性が強いため、通信スポットが空間的に限定される特徴があります。特に、移動しながらの通信では、さらに、通信が可能な時間も限定される難しさがあり、これまで、飛翔するドローン間の超高周波データ伝送の実用性は明らかになっていませんでした。

今回の成果
　今回NICTは、ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社と共同で、60 GHz帯無線デバイス（国際無線通信規格IEEE802.15.3 e に準拠し、2ミリ秒以下でリンク確立が可能）を搭載したドローン間通信システムを開発し、その2機のドローンを飛翔中に接近させ（図1参照）、僅か0.5秒程度（516ミリ秒）の通信可能時間内で120 MBを超えるデータを伝送することに成功しました（図2参照）。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202305235838-O1-TdsHlIMg】
形成される通信スポットの模式図

　リンク確立までに数秒を要する一般的な通信規格では難しい飛翔中の、ごく短時間で生じる超高周波帯通信スポットの利用率が向上し、実験では、通信可能時間のうち、99 %に及ぶ区間を実際のデータ伝送に利用できることを確認しました。
　また、ドローン2機が一定距離を保って飛行するようにルート設定し、追従飛行させることで、ドローンが作る60 GHz帯通信スポットを追尾し、通信リンクを維持することによって、通信可能時間を延長することができました。一例では、ドローンの追従飛行を行った30秒間で、10 GBを超える大容量データを伝送できることを確認できました（図3参照）。ドローンが滞空飛行することが難しい場面や、そもそも滞空飛行ができない航空機種を用いる場面では、“すれ違い通信”による、航空機の機動力を損なわないデータ伝送が有効であると考えられます。一方で、より大容量なデータを伝送する必要がある場面では、追従飛行などによってリンク維持時間を延長することも可能で、これらを状況によって使い分けることが有効であることが分かりました。
【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202305235838-O2-ByK3TsFS】
伝送レートと累積データ伝送量

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202305235838-O3-NCls96fA】

【動画：https://www.youtube.com/watch?v=u2a2_sQUNew】

 
今後の展望
　今回の成果によって、超高周波デバイスを搭載した行き先の違うドローン同士が、適切な飛行ルートを計画・実行することで、データの交換・共有を行う上空ネットワークの構築が期待できます。また、滞空飛行ができない航空機種であっても、すれ違いざまに超高周波通信を利用することができ、飛び交う航空機が状況に応じて連携し合う大容量データ伝送技術への展開に期待できます。
　なお、本成果について、5月25日（木）に東京ビッグサイトで開催される電子情報通信学会 高信頼制御通信研究会にて講演する予定です。

講演情報
会議名: 電子情報通信学会 高信頼制御通信研究会
題目: ［依頼講演］ドローン間における60GHz帯無線通信と通信タイミング制御のための時空間同期技術の利用
発表者: 磯谷亮介・近藤啓太郎・安田哲・志賀信泰・単麟・松田隆志・三浦龍・松村武・荘司洋三（NICT）

関連する過去のNICTの報道発表
・2021年6月9日 「見廻りお願い！」 ミリ波IoT搭載サービスロボットによる協働型見廻りシステムを開発
　https://www.nict.go.jp/press/2021/06/09-1.html

　この研究成果の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業」（JPNP 20017）の委託事業の結果得られたものです。