ローカル5G可視化技術の実証実験

ローカル5G 安定運用に向けた 無線環境可視化技術の実証 電波伝搬をリアルタイムに可視化し、直観的・定量的な分析を可能に 1　ローカル5Gにおける課題 ローカル5Gは、信頼性の高い無線ネットワークとしてミッションクリティカル用途などへの利用も期待されていま す。一方で、有線ネットワークとは異なり、無線ネットワーク環境は、人やモノの移動や、レイアウト変更、温度・湿度 などの天候条件といった現場環境のちょっとした変化により常に影響を受け、通信品質の低下につながることがあ ることが課題となっています。 そのため、信頼性の高いローカル5Gであっても、安定的に運用するためには、常に変化し続け、通信品質の低下に つながりかねない電波の特性を常時把握することが必要となります。しかしながら、無線の電波は目に見えないた め、把握が難しく、従来はエリアテスタなどの測定器で実測してその実測値をプロットすることで、カバーエリアマッ プを作成したり、専用シミュレーションソフトと現場環境を再現した3Dモデルを用意して高度なシミュレーション技 術を用いたりして可視化を行っていましたが、測定結果を得るまでに膨大な時間と多額のコストがかかるため、レ イアウト変更を行うたびに再実施することは困難という課題が顕在化してきています。 2　実証実験の背景と目的 アンリツは、上記課題の解決に貢献する、ローカル5Gの無線環境をリアルタイムに可視化できるローカル5Gモニタ リング技術を開発しています。今回、ローカル5Gの複数RU(Radio Unit)環境を提供している国立研究開発法人情 報通信研究機構(NICT)のB5Gモバイル環境テストベッド(小金井)にて、この開発中のローカル5Gモニタリング技術 の有用性を検証すべく実証実験を行いました。

3　実験方法 3-1 実証試験構成 ローカル5Gの複数RU環境を提供しているNICTのB5Gモバイル環境テストベッドに、測定用専用アプリをイン ストールしたプローブを複数台配備。その実測データをインターネット上のサーバ(VPS: Virtual Private Server)にローカル5G網、インターネット網経由で格納し、専用サーバアプリにて、事前設定した電波伝搬シ ミュレーションデータと実測データを統合することにより、閲覧PC上でリアルタイムにヒートマップを生成しま した。 NICT テストベッド環境 アンリツ モニタリング技術 レイテンシ測定 リアルタイム マッピング エッジサーバ 実測データを プローブ RU 閲覧 時系列に蓄積 インターネット網 プローブ L5GC RU アンリツVPS 情報収集 図3-1-1 3-2 アンリツモニタリング技術の特長 1. 電波伝搬シミュレーション技術と複数プローブの多点同時測定結果を統合することにより、目に見えない 電波環境を、少数プローブでリアルタイムマッピング(RSRPヒートマップ)が可能 2. SINR(信号対ノイズ干渉比)ヒートマップにより、ノイズ、干渉波の到来方向を推定 3. 複数の時系列グラフにより、ハンドオーバー時などの複数個所で同時変化する電波伝搬特性も逃さず捕捉 シミュレーションと実測の統合により、目に見えない電波環境を、少数プローブでリアルタイムマッピング 図3-2-1

4　実験結果と考察 4-1 複数RU環境における電波環境の可視化 目に見えない無線の電波環境を可視化する１つの方法として、従来は、エリアテスタなどの測定器で実測しその 実測値をプロットし、カバーエリアマップを作成することで可視化を行っていました。しかしながら、エリアテスタ を用いたマップ作成には、長距離を歩き回る必要があり、労力と時間がかかること、そして、特異点が観測された 際に、その原因がその場所に依存しているのか、その時刻に依存しているのか判別が出来ないという問題があり ました。一方で、アンリツモニタリング技術は、電波伝搬シミュレーション技術と複数プローブの多点同時測定結 果を統合することにより、電波環境をリアルタイムマッピングして可視化します。 今回の実証実験において、図4-1-1のように、RUが複数存在する環境においても、エリアテスタの実測プロットに よるカバーエリアマップと相関が取れたカバーエリアマップ(RSRPヒートマップ)が描けることが確認できました。 図4-1-1 4-2 複数RUのカバーエリアが重なる境界付近での電波遮蔽の影響 図4-2-1のように、RU2に接続しているP3のプローブに対して、RU2方向を11:20～11:25の5分間遮蔽すると、 図4-2-2のように、受信電力(RSRP)は数dB悪化ですが、SINRは約25dB悪化する結果となりました。妨害波と なるRU1からの受信電力は変わらず、希望波となるRU2からの受信電力のみが弱まったため、SINRが大幅に 悪化しています。複数RUのカバーエリアが重なる境界付近での遮蔽はSINRを大きく悪化させる原因となるこ とが分かりました。 SINRヒートマップ（正常時） SINRヒートマップ（遮蔽後） 図4-2-1 P3のSINRが大幅に悪化 図4-2-2

4-3 ハンドオーバー時の影響 ハンドオーバー時の電波環境の変化を観測するため、図4-3-1のように、RU1とRU2のカバーエリアの境界付近に 配置していたP3のプローブを13:05～13:30の25分間、複数回2m程度移動させることにより、RU1⇔RU2間のハ ンドオーバーを強制的に発生させました。 図4-3-1 その際、図4-3-2のように、SINRが約25dB悪化し、そのタイミングでハンドオーバーが発生。そのハンドオーバーの タイミングでレイテンシーが悪化(30ms前後 ⇒ 約70ms)することがあることが分かりました。 図4-3-2

更に、図4-3-3のように、RU1とRU2のカバーエリアの境界付近のP3プローブの移動が、他の場所でのSINRにも 影響を与えていることが分かります。RU1と接続しているP1プローブはP3プローブで大きくSINRが悪化したのと 同じタイミングで、SINRが悪化しました。また、RU2と接続しているP2とP5プローブは、P3のプローブの移動を繰 り返している13:05～13:30の25分間、SINRの悪化が継続して観測されました。 図4-3-3 ここで、P3プローブ付近におけるハンドオーバー発生時のRU2波形を、MS2090Aスペクトラムマスタのリアルタイ ムスペクトラム機能で観測してみると、図4‐3‐4のようになります。ハンドオーバー発生前でRU1と接続している際 のRU2波形は20MHz帯域のスペクトラムですが、ハンドオーバー発生後にRU2に接続されると、100MHz帯域の スペクトラムとなっています。 図4-3-4

また、図4-3-5は、RUとローカル5G端末が通信を開始する際の波形となります。時間の経過と共に、周波数がシフ トする波形が観測できました。 図4-3-5 以上のように、ハンドオーバーが発生すると、通常とは異なる振る舞いが生じ、SINRが悪化することが確認できま した。希望波の電力が弱いカバーエリアの境界付近の端末や、接続していないRUの電力(ノイズ)が高い、カバー エリアが重なる場所の端末は、スループットなどの通信品質への影響に注意する必要があります。 5　結論と今後の展望 今回の実証実験では、ローカル5G複数RU環境にて、電波伝搬シミュレーション技術と複数プローブの多点同時 測定結果を統合するモニタリング技術の検証を行い、以下の知見を得ることができました。 • シミュレーションと実測の統合により、複数RU環境においても、少数プローブでリアルタイムマッピング可能 • 複数RUのカバーエリアが重なる境界付近での遮蔽はSINRを大きく悪化させる原因となる • ハンドオーバー時には、レイテンシーやSINRの悪化が発生し、更に、ハンドオーバーした端末だけでなく、他 の端末にも影響を与える また、ローカル5G電波伝搬をリアルタイムに可視化でき、電波遮蔽物の有無やハンドオーバー発生などによる電 波伝搬特性の変化を逃さずに捉えられるモニタリング技術の有用性を実証できました。 　　 今後も、様々なローカル5G環境での実証実験を継続してモニタリング技術の向上を図り、ローカル5Ｇの安定運 用への貢献をめざします。 環境計測カンパニー 営業本部 第４営業部 TEL: 046-296-6661　E-mail：an-post@anritsu.co.jp E-PEEX001-00-J-A-1(1.00)ddc　【公知】