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HAPSシミュレータ：
成層圏通信を可視化する評価基盤
概要
HAPSとは
High Altitude Platform Station（HAPS）は、高度約18km以上の成層圏を飛行する無人の飛翔体を用いたプラットフォームで、地上から見てほぼ静止した位置から広域通信を提供します。HAPSは、ドローンなどの新しい産業へのコネクティビティの提供や、山岳・離島・海上エリアのコネクティビティの拡大、災害時の緊急通信、広域へのIoTサービス、航空機・船舶への大容量通信などへの活用が期待されます。
人工衛星と比較したHAPSの特徴
静止衛星（GEO）や低軌道衛星（LEO）を使用した通信サービスと比較すると、HAPSは地上からの距離が近いため、スマートフォンやIoT端末との直接通信において、特に上りリンクの高速データ通信が可能となります。
一方で、HAPSのカバーエリアは半径約50kmと衛星より狭く、HAPSのカバレッジ構成や、地上ネットワークとの共用方法を検討する必要があります。
創出する価値
HAPSシミュレータとは
HAPSシミュレータは、HAPSの通信性能を評価するためのシステムレベルシミュレータです。ドコモのエリアマップを参考に、様々な場所に地上基地局やユーザー端末を配置し、そこに、HAPSによる成層圏から地上への通信カバレッジを模擬することで、現実に近い条件でシステム容量などを計算することができます。
開発中のHAPSシミュレータ画面：沖縄本島から奄美大島にかけて3機のHAPSを展開した様子を模擬しており、画面内の各楕円はHAPSが提供する各セルに対応し、地上基地局ではカバーしきれない郊外や海上のユーザー端末へ通信を提供しています。
HAPSシミュレータの意義
HAPSの実証試験はコストが高く、試験場所や環境に制約があるため、柔軟な検証が困難です。これに対し、HAPSシミュレータは開発コストのみで多様な条件を再現でき、通信性能の効率的な評価を可能にします。
さらに、HAPSシミュレータでは、フィーダリンクの降雨減衰[※1]も再現できます。降雨時は高い周波数帯を使うフィーダリンクの通信品質が悪化するため、その対策となる、複数の地上局（Gateway: GW）を切り替えて使用するサイトダイバーシチについても、HAPSシミュレータ上で再現、評価できます。
また、現実の実証試験では、その時点で実現可能な機能しか試すことができませんが、シミュレータであれば中長期的な発展機能も実装し、将来の技術を先取りした検証が可能です。たとえば、干渉回避のための柔軟なビーム設計、偏波MIMOによる大容量化、周波数再利用による地上ネットワークとの干渉低減、FDD／TDD方式の性能比較など、幅広い技術評価に対応できます。
このように、HAPSシミュレータは、HAPSの導入に向けた技術的課題を低コストかつ精度よく解決する強力な手段となります。
ドコモでは、HAPSシミュレータを開発し、活用することで、HAPSの通信性能の評価や、将来技術の検討を進めてまいります。さらに、これらの取組みを通じて、離島・山間部・海上など幅広いエリアで安定して通信できる環境の実現に向けた検討を支え、 お客さまがよりあんしんして快適に通信を利用できる未来づくりに貢献します。
[※1] フィーダリンクは、HAPSと地上局をつなぐ無線リンクです。（こちらの記事
の図2参照）HAPSでは、高速大容量通信を実現するため、フィーダリンクに38GHz帯などのミリ波帯を使うことを想定しています。このような高周波数帯は、降雨による電波の減衰が課題となります。
