1. 全体概要
NTTでは東日本大震災発生以降、新たな災害対策用無線システムの研究開発に取り組んでいます。これまで開発された無線システムを事業会社が活用することによって、通信サービスの早期復旧と通信孤立の早期解消を強化することが可能となりました。
これまで開発したシステムの全体概要を示します（図1）。以下、それぞれのシステムについてご紹介いたします。
図1 全体概要図
2. 業務用無線システムの開発
(1) 開発の背景
電電公社時代には、アナログ方式のプレストーク通信による社内連絡用無線が活用されていました。しかし、携帯電話の爆発的な普及に伴い、社内連絡用無線は次第に利用されることが少なくなってきました。
しかしながら東日本大震災では、商用電源および通信設備に甚大な被害が広範囲に発生したため、復旧作業指示に携帯電話を使用することが困難になりました。このため、他事業者網に依存しない、災害に強い社内連絡用無線の重要性が再び見直されました。
(2) 主な機能と技術ポイント
■音声通信機能
無線基地局装置のカバーエリア内の携帯無線機、車載無線機と通信を行い、ネットワーク上の指令卓とプレストークによる音声通信を可能にします。また内線電話接続装置を介して社内に設置された内線電話機との通話を可能にします。
■位置情報管理機能
携帯無線機および車載無線機がどこに存在しているかオペレーションセンタのオペレータが確認できるようにする機能です。具体的には、携帯無線機、車載無線機にGPSを持たせることにより自装置の位置を把握し、無線回線を介して位置情報データを定期的に送信します。送信された位置情報データは無線基地局装置を介して位置情報管理サーバに伝えられ、位置情報として地図上に表示することができます。
利用イメージを図2に示します。
図2 業務用無線システムの利用イメージ
3. 中継無線システムの開発
(1) 開発の背景
中継伝送路を救済する既存の災害対策用無線システムでは、156 Mbit/sまたは52 Mbit/s SDH（Synchronous Digital Hierarchy）インタフェースのデジタル伝送路の救済が可能です。しかしIP網の急速な発展により、イーサネットインタフェースを有する通信装置間の伝送路の救済が必須となりました。また救済が必要なNTT通信ビル間の距離が長く、既存の災害対策用無線システムでは救済できなかった事例もありました。
本システムは、こうした背景によりIP網の救済も可能とし、かつ無線区間距離を長距離化することを目的に開発しました。
(2) 主な機能と技術ポイント
■利得配分の最適化により長距離化と小形軽量化を両立
所望の無線回線品質を得るためにアンテナおよび無線送受信装置へ配分する利得を最適化したことで、可搬性を損なうことなく、最大20kmに長延化することが可能になりました（既存システムは最大15km）。さらに既存システムと比較して総体積および総重量はそれぞれ約50％削減しています。
■イーサネットインタフェースの実装およびQoS機能の具備
IP網との接続を可能にするためのイーサネットインタフェースを搭載しました。イーサネットインタフェース使用時には4クラスQoS機能を具備するとともに、適応変調技術を用いることで最適な無線回線品質を提供しました。
■多値化による周波数利用効率の向上、大容量化
コチャネル配置とすることでパラボラアンテナ1対向における通信容量を従来の2倍とし、さらに2対向を並列に設置することで伝送容量を従来の4倍（600Mbit/s）にすることが可能になりました。
■施工性と安全性を向上
送受信インタフェース信号2波および電源を1本の同軸ケーブルに重畳（従来システムでは3本のケーブルが必要）したことで施工性を大幅に向上しました。高所作業を考慮し、組立に使用するネジ類はすべて脱落防止機構が施されており、安全に配慮した構造にしています。さらに組立に必要な工具は六角レンチ1種類のみとしています。こうした工夫により、既存システムより少人数で1/3の時間に短縮することが可能になりました。
利用イメージを図3に示します。
図3 中継無線システムの利用イメージ
4. 加入者系無線システムの開発
(1) 開発の背景
400 MHz帯を用いた無線システムは数10kmの無線通信が可能であり、災害発生時にNTT通信ビルと避難所等を接続し、通信インフラを早期に提供するための手段として全国に配備されています。しかし、東日本大震災では被災者が保有するスマートフォン等を用いた電子メールやSNS（Social Networking Service）がコミュニケーションツールとして活用されたにもかかわらず、現行のアナログ装置ではインターネット接続機能の提供が困難などのさまざまな課題が顕在化しました。また、近年では首都直下地震などの広範囲に多数の避難所が設置されるような広域災害が想定されますが、現行装置では無線基地局が収容できる無線端末局は１台のみです。そのため特設公衆電話に加えてインターネット接続機能の提供、広域災害への対応、さらに、小型軽量化等の可搬性や保守・運用性の向上を目的として開発を行いました。
(2) 主な機能と技術ポイント
■多チャネル化技術
デジタル化により従来比約２分の１の狭帯域化を可能とし、同時利用可能無線チャネル数を４から７に拡張しました。これにより無線装置間の距離を確保することで、無線チャネルの繰り返し利用が可能となり、広域災害への対応が可能となります。
■長距離通信技術
本システムは通信距離が数km～数10kmにわたるため、長遅延のマルチパス干渉に強い変調方式である直交周波数分割多重方式（OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を採用しています。さらに、受信品質に応じて自動的に変調方式および誤り訂正符号の符号化率を選択する適応変調技術により、長距離であっても伝送レートを下げることで通信を確立します。
■P-MP通信技術
時分割多元接続方式採用し、複数の無線端末局と無線接続します。このとき、無線端末局ごとに適応変調技術およびスロット数の割り当てを変更することで柔軟な通信速度の設定を可能としています。また、通信距離に応じて無線端末局の送信出力を制御し、他の無線装置へ与える干渉量の抑制を図っています。
■周波数共用技術
本システムには、隣接する他システムへの混信を防止する機能を搭載することが義務化されています。そのため、高精度に他システムの信号を検出することができる機能を備えることにより、他システムとのガードバンドをなくした運用を可能としています。
また、設営時に他の無線局に干渉を与えることを防止するため、自動で空いている無線チャネルを選択する機能を搭載しました。これにより、現場で作業者が空きチャネルの調査をすることなく、迅速かつ容易に運用することが可能としました。
利用イメージを図4に示します。
図4 加入者系無線システムの利用イメージ
5. 置局設計ツールの開発
(1) 開発の背景
今後予測される広域災害への対応として、1台の無線基地局で複数台の無線端末局を収容する通信や同時利用可能なチャネル数を増加させる狭帯域化などさまざまな高度化が必要とされています。さらに、無線システムを有効に活用するために無線基地局と無線端末局の設置場所を選択に選択することが重要です。しかしながら、専門スキルを持った人材が減少しています。そのため、設計者の技術力に関わらず適切な設計を可能とする置局設計技術を確立し、それをツール化することにより、災害対策用無線システムをより有効に利用可能としました。
(2) 主な機能と技術ポイント
以下の2点を考慮した置局設計技術を確立し、ソフト化しました。
■無線端末局不稼動率最小化
災害時に利用することを想定し、あらかじめ設置しておいた無線基地局が被災によって使えなくなったとしても、その影響の範囲を最小にとどめることを目的としたロバスト性の高い置局設計ポリシー。
■干渉軽減による多無線端末局収容
機器に変更を加えずに実施可能な ①送信電力の抑制 ②指向性アンテナの方向の調整 ③近隣他者と異なる無線チャネルを割当 ④無線基地局数の削減 を適宜組み合わせることにより、多くの端末を収容することを実現。
技術のポイントおよびソフトウェアの仕様を図5に示します。
図5 置局設計ツールの技術のポイントおよびソフトウェア仕様
