JP2020010219A - Ｈａｐｓを用いた単一周波数ネットワークセル構成 - Google Patents

Abstract

【課題】上空を移動可能な通信中継装置で形成する複数のセクタセルのセル境界におけるハンドオーバーの多発による通信品質の劣化を抑制する。【解決手段】端末装置と無線通信する通信中継装置は、自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載された中継通信局を備える。中継通信局は、端末装置と無線通信可能な複数のセクタセルを形成する。前記複数のセクタセルは、同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データを送信する複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含む。【選択図】図１１

Description

本発明は、第５世代通信の３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳ等の通信中継装置による単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）セル構成に関するものである。

従来、移動通信システムの通信規格である３ＧＰＰのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−Ａｄｖａｎｃｅｄ（非特許文献１参照）を発展させたＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏと呼ばれる通信規格が知られている（非特許文献２参照）。このＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、近年のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。更に、ＩｏＴ向けデバイス等の多数の端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」、「移動局」、「通信端末」ともいう。）への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代の移動通信が検討されている（例えば、非特許文献３参照）。

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１０．１２．０（２０１４−１２）． ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１３．５．０（２０１６−０９）． Ｇ． Ｒｏｍａｎｏ，「３ＧＰＰ ＲＡＮ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ "５Ｇ"」，３ＧＰＰ，２０１６．

上記第５世代移動通信等において３次元化したネットワークを実現する通信中継装置を移動可能に上空に配置する場合、その通信中継装置で地上や海上に向けて形成される複数のセルのセル境界でハンドオーバーが多発して通信品質の劣化や通信の切断が発生するおそれがある。特に、上空の通信中継装置で形成される複数のセルが、端末装置を含む車両が移動する高速鉄道や高速道路などの車両移動経路に沿って形成される場合、上記ハンドオーバーの多発による通信品質の劣化などが発生しやすい。

本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置と無線通信する通信中継装置であって、自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載され、前記端末装置と無線通信可能な複数のセクタセルからなる広域セルを形成する中継通信局を備え、前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルは、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセルを含む。
前記通信中継装置において、前記複数のＳＦＮ方式のセルは、前記端末装置を含む車両が移動する移動経路に沿って形成してもよい。
また、前記通信中継装置において、前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルは、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルと、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて互いに異なる周波数により互いに異なるデータの信号を送信する複数のＭＦＮ（複数周波数ネットワーク）方式のセクタセルとを含んでもよい。

また、前記通信中継装置において、前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルのそれぞれを前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの間で選択的に切り替えるセル切替手段を備えてもよい。前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置と前記中継通信局との間の無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）の使用率に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行ってもよい。また、前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置との間の無線通信のトラヒック状況に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行ってもよい。

本発明の他の態様に係るシステムは、端末装置と無線通信する複数の通信中継装置を備えたシステムであって、前記複数の通信中継装置はそれぞれ、自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載され、前記端末装置と無線通信可能な複数のセクタからなる広域セルを形成する中継通信局を備え、前記複数の通信中継装置の中継通信局が形成する複数のセクタセルは、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含む。
前記システムにおいて、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルは、前記複数の通信中継装置のうち互いに隣り合う複数の通信中継装置によって連続的に形成してもよい。
また、前記システムにおいて、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルは、端末装置を含む車両が移動する移動経路に沿って形成してもよい。
また、前記システムにおいて、前記複数の通信中継装置の中継通信局の全体が形成する複数のセクタセルは、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルと、互いに異なる周波数により互いに異なるデータを送信する複数のＭＦＮ（複数周波数ネットワーク）方式のセクタセルとを含んでもよい。

また、前記システムにおいて、前記複数の通信中継装置の中継通信局が形成する複数のセクタセルを前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの間で切り替えるセル切替手段を備えてもよい。前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置と前記中継通信局との間の無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）の使用率に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行ってもよい。また、前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置との間の無線通信のトラヒック状況に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行ってもよい。

また、前記システムにおいて、前記複数の通信中継装置を遠隔的に制御する遠隔制御装置を備え、前記遠隔制御装置は、前記複数の通信中継装置の少なくとも一つの通信中継装置に、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを制御するための制御情報を送信してもよい。

本発明の更に他の遠隔制御装置は、前記システムにおける前記複数の通信中継装置を遠隔的に制御する遠隔制御装置であって、前記複数の通信中継装置の少なくとも一つに、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを制御するための制御情報を送信する。

本発明の更に他の態様に係る方法は、端末装置との間で無線通信を行う中継通信局が自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載された通信中継装置における前記中継通信局による複数のセクタセルからなる広域セルの形成を制御する方法であって、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むように前記複数のセクタセルを形成することを有する。
また、本発明の更に他の態様に係るプログラムは、端末装置との間で無線通信を行う中継通信局が自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載された通信中継装置における前記中継通信局による複数のセクタセルからなる広域セルの形成の制御を、コンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムであって、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むように前記複数のセクタセルを形成するためのプログラムコードを有する。

本発明によれば、上空を移動可能な通信中継装置で形成する複数のセクタセルのセル境界におけるハンドオーバーの多発や隣接セルからの干渉の増大による通信品質の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 実施形態に係る通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。 実施形態に係る通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図。 実施形態に係る複数のＨＡＰＳで上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図。 更に他の実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 実施形態に係るＨＡＰＳの中継通信局の一構成例を示すブロック図。 実施形態に係るＨＡＰＳの中継通信局の他の構成例を示すブロック図。 実施形態に係るＨＡＰＳの中継通信局の更に他の構成例を示すブロック図。 実施形態に係るＨＡＰＳによって形成される複数のセクタセルからなる広域セルの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数のＨＡＰＳによって連続配置するように形成される複数の広域セルの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数のＨＡＰＳによって高速鉄道に沿って複数のＳＦＮセルが連続配置するように形成される複数のセクタセルの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数のＨＡＰＳによって高速鉄道に沿って複数のＳＦＮセルが連続配置するように形成される複数のセクタセルの他の例を示す説明図。 （ａ）は、ＨＡＰＳが回転移動する前のＳＦＮセルを含むセクタセルの配置の一例を示す説明図。（ｂ）は、ＨＡＰＳが回転移動したときのセル切り替え制御後のＳＦＮセルを含むセクタセルの配置の一例を示す説明図。 実施形態に係るＨＡＰＳにおけるセクタセル切り替え制御の一例を示すフローチャート。 実施形態に係るＨＡＰＳにおけるセクタセル切り替え制御の他の例を示すフローチャート。 実施形態に係るＨＡＰＳにおけるセクタセル切り替え制御の更に他の例を示すシーケンス図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代又は第５世代以降の次々世代の移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。なお、本明細書に開示する通信システム、中継通信局、基地局、リピーター及び端末装置に適用可能な移動通信の標準規格は、第５世代の移動通信の標準規格、及び、第５世代以降の次々世代の移動通信の標準規格を含む。

図１に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域４０に図中ハッチング領域で示すような３次元セクタセル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）５０に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に、中継通信局が搭載されたものである。

ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域５０は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。図中のＨｒｓｌ及びＨｒｓｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０の下端及び上端の相対的な高度を示している。

セル形成目標空域４０は、本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域４０は、ＨＡＰＳ１０，２０が位置する空域５０と従来のマクロセル基地局等の基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ）９０がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。図中のＨｃｌ及びＨｃｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたセル形成目標空域４０の下端及び上端の相対的な高度を示している。

なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域４０は、海、川又は湖の上空であってもよい。

ＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム１００，２００を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域４０においてビーム１００，２００が通過する領域が３次元セル４１，４２である。セル形成目標空域４０において互いに隣り合う複数のビーム１００，２００は部分的に重なってもよい。

ＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局はそれぞれ、例えば、地上（又は海上）側のコアネットワークに接続された中継局としてのフィーダ局（「ゲートウェイ局」又は「ＧＷ局」ともいう。）７０と無線通信する基地局、又は、地上（又は海上）側の基地局に接続された中継局としてのフィーダ局（リピーター親機）７０と無線通信するリピーター子機である。ＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局はそれぞれ、地上又は海上に設置されたフィーダ局７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。

ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。

また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。遠隔制御装置８５は、例えば、ＰＣなどのコンピュータ装置やサーバ等で構成することができる。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信したり遠隔制御装置８５に監視情報などの各種情報を送信したりできるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、遠隔制御装置８５から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。また、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理に関する情報、ＨＡＰＳ１０，２０の状態に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの監視情報を、遠隔制御装置８５等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。制御情報は、ＨＡＰＳの目標飛行ルート情報を含んでもよい。監視情報は、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、ＨＡＰＳ１０，２０の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ＨＡＰＳ１０，２０の周辺の気圧及び気温の少なくとも一つの情報を含んでもよい。

セル形成目標空域４０では、ＨＡＰＳ１０，２０のビーム１００，２００が通過していない領域（３次元セル４１，４２が形成されない領域）が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図１の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム３００を形成して３次元セル４３を形成してＡＴＧ（Ａｉｒ Ｔｏ Ｇｒｏｕｎｄ）接続を行う基地局（以下「ＡＴＧ局」という。）３０を備えてもよい。

また、ＡＴＧ局３０を用いずに、ＨＡＰＳ１０，２０の位置やビーム１００，２００の発散角（ビーム幅）等を調整することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局が、セル形成目標空域４０に３次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域４０の上端面の全体をカバーするビーム１００，２００を形成してもよい。

なお、前記ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。

図２は、実施形態に係る通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。
図２のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部１０１と、主翼部１０１の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ１０３とを備える。主翼部１０１の上面には、太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル（以下「ソーラーパネル」という。）１０２が設けられている。また、主翼部１０１の下面の長手方向の２箇所には、板状の連結部１０４を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド１０５が連結されている。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての中継通信局１１０と、バッテリー１０６とが収容されている。また、各ポッド１０５の下面側には離発着時に使用される車輪１０７が設けられている。ソーラーパネル１０２で発電された電力はバッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、中継通信局１１０による無線中継処理が実行される。

ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば所定の目標飛行ルートに基づいて円形状に旋回飛行を行ったり「Ｄ」の字飛行を行ったり「８」の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように浮揚することができる。なお、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、プロペラ１０３が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル１０２の発電によってバッテリー１０６の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル１０２で発電できないときにバッテリー１０６からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。

また、ＨＡＰＳ１０は、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置１３０を備えている。なお、図２の例では主翼部１０１の長手方向の両端部に光アンテナ装置１３０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の箇所に光アンテナ装置１３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信であってもよい。

図３は、実施形態に係る通信システムに用いられるＨＡＰＳ２０の他の例を示す斜視図である。
図３のＨＡＰＳ２０は、無人飛行船タイプのＨＡＰＳであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。ＨＡＰＳ２０は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体２０１と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ２０２と、ミッション機器が収容される機器収容部２０３とを備える。機器収容部２０３の内部には、中継通信局２１０とバッテリー２０４とが収容されている。バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、中継通信局２１０による無線中継処理が実行される。

なお、飛行船本体２０１の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー２０４に蓄電するようにしてもよい。

また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０も、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置２３０を備えている。なお、図３の例では飛行船本体２０１の上面部及び機器収容部２０３の下面部に光アンテナ装置２３０を配置しているが、ＨＡＰＳ２０の他の部分に光アンテナ装置２３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信を行うものであってもよい。

図４は、実施形態に係る複数のＨＡＰＳ１０，２０で上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図である。
複数のＨＡＰＳ１０，２０は、上空で互いに光通信によるＨＡＰＳ間通信ができるように構成され、３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるロバスト性に優れた無線通信ネットワークを形成する。この無線通信ネットワークは、各種環境や各種情報に応じたダイナミックルーティングによるアドホックネットワークとして機能することもできる。前記無線通信ネットワークは、２次元又は３次元の各種トポロジーを有するように形成することができ、例えば、図４に示すようにメッシュ型の無線通信ネットワークであってもよい。

図５は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。なお、図５において、前述の図１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。

図５の実施形態では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網８０のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局７０及び低軌道の人工衛星７２を介して行っている。この場合、人工衛星７２とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０と人工衛星７２との間の通信については、レーザ光などを用いた光通信で行っている。

図６は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
図５の中継通信局１１０，２１０はリピータータイプの中継通信局の例である。中継通信局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィード用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、リピーター部１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７とを備える。更に、中継通信局１１０，２１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる光通信部１２５と、ビーム制御部１２６とを備える。

３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、セル形成目標空域４０に向けて放射状のビーム１００，２００を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な３次元セル４１，４２を形成する。送受信部１１２は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２により、端末装置と通信するサービスリンクにおいて後述の複数のセクタセルからなる広域セルを形成する。

フィード用アンテナ部１１３は、地上又は海上のフィーダ局７０と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部１１４は、フィード用アンテナ部１１３とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部１１３を介して、フィーダ局７０に無線信号を送信したりフィーダ局７０から無線信号を受信したりする。

リピーター部１１５は、端末装置との間で送受信される送受信部１１２の信号と、フィーダ局７０との間で送受信される送受信部１１４の信号とを中継する。リピーター部１１５は、所定周波数の中継対象信号を所定のレベルまで増幅するアンプ機能を有する。リピーター部１１５は、中継対象信号の周波数を変換する周波数変換機能を有してもよい。

監視制御部１１６は、例えばＣＰＵ及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ１０３，２０２を駆動するモータ駆動部１４１を制御して、ＨＡＰＳ１０，２０を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。

また、監視制御部１１６は、後述の複数のセクタセルのそれぞれをＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセル（ＳＦＮセル）とＭＦＮ方式（複数周波数ネットワーク）のセクタセル（ノーマルセル）との間で選択的に切り替えるセル切替手段としても機能する。

電源部１１７は、バッテリー１０６，２０４から出力された電力をＨＡＰＳ１０，２０内の各部に供給する。電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や外部から給電された電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。

光通信部１２５は、レーザ光等の光通信媒体を介して周辺の他のＨＡＰＳ１０，２０や人工衛星７２と通信する。この通信により、ドローン６０等の端末装置と移動通信網８０との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのＨＡＰＳが故障したときに他のＨＡＰＳがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。

ビーム制御部１２６は、ＨＡＰＳ間通信や人工衛星７２との通信に用いるレーザ光などのビームの方向及び強度を制御したり、周辺の他のＨＡＰＳ（中継通信局）との間の相対的な位置の変化に応じてレーザ光等の光ビームによる通信を行う他のＨＡＰＳ（中継通信局）を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢、周辺のＨＡＰＳの位置などに基づいて行ってもよい。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のＨＡＰＳの位置の情報は、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５、又は、ＨＡＰＳ管理サーバやアプリケーションサーバ等のサーバ８６から取得してもよい。

図７は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。
図７の中継通信局１１０，２１０は基地局タイプの中継通信局の例である。
なお、図７において、図６と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図７の中継通信局１１０，２１０はそれぞれ、モデム部１１８を更に備え、リピーター部１１５の代わりに基地局処理部１１９を備える。更に、中継通信局１１０，２１０はそれぞれ、光通信部１２５とビーム制御部１２６とを備える。

モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部１１９側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部１１８は、基地局処理部１１９側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介してフィーダ局７０に送信する送信信号を生成する。

基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ−ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。

基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部１１８側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部１１９は、モデム部１１８側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル４１，４２の端末装置に送信する送信信号を生成する。

図８は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局１１０，２１０の更に他の構成例を示すブロック図である。
図８の中継通信局１１０，２１０はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの中継通信局の例である。なお、図８において、図６及び図７と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図８の中継通信局１１０，２１０はそれぞれ、図７の構成要素に加えてエッジコンピューティング部１２０を更に備える。

エッジコンピューティング部１２０は、例えば小型のコンピュータで構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の中継通信局１１０，２１０における無線中継などに関する各種の情報処理を実行することができる。

例えば、エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から受信したデータ信号に基づいて、そのデータ信号の送信先を判定し、その判定結果に基づいて通信の中継先を切り換える処理を実行する。より具体的には、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２に在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡さずに、基地局処理部１１９に戻して自身の３次元セル４１，４２に在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。一方、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２以外の他のセルに在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡してフィーダ局７０に送信し、移動通信網８０を介して送信先の他のセルに在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。

エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置から受信した情報を分析する処理を実行してもよい。この分析結果は３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置に送信したり、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５、又は、遠隔制御装置としてのＨＡＰＳ管理サーバやアプリケーションサーバ（アプリサーバ）等のサーバ８６などに送信したりしてもよい。

中継通信局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、中継通信局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、前記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術であってもよい。

以下、端末装置と無線通信する通信中継装置が、中継通信局１１０を有するソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０である場合について説明するが、以下の実施形態は、中継通信局２１０を有する無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０等の上空を移動可能な他の通信中継装置にも同様に適用できる。

図９は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０によって形成される複数のセクタセル４０１〜４０７からなるサービスリンクの広域セル１００Ａの一例を示す説明図である。なお、図９は、サービスリンクにおける一つの広域セル１００Ａが７個のセクタセルで構成されている例を示しているが、広域セル１００Ａを構成するセクタセルの数は２〜６個でもよいし、８個以上であってもよい。

図１０は、実施形態に係る複数のＨＡＰＳによって連続配置するように形成される複数の広域セルの一例を示す説明図である。なお、図１０では、地上又は海上における広域セル１００Ａ及びそれを構成するセクタセルのフットプリント状のエリアのみ図示しているが、そのフットプリント状のエリアとＨＡＰＳ１０との間には円錐状又は角錐状などの立体的な形状を有する３次元的な広域セル及びセクタセルが形成されている（図１１〜図１３においても同様）。

図１０の例では、日本列島の上空に１４個のＨＡＰＳ１０を配置することにより、日本列島上に１４個の広域セル１００Ａを連続配置させ、日本列島の全体にわたって上空のＨＡＰＳ１０を介した移動通信サービスを提供することができる。図中の日本列島内の太線は、高速鉄道である新幹線の移動経路（新幹線ルート）４００を示している。

本実施形態のように、複数のＨＡＰＳ１０を移動可能に上空に配置する場合、その通信中継装置で地上や海上に向けて形成される複数の広域セル１００Ａの広域セル間又はセクタセル間のセル境界でハンドオーバーが多発して通信品質の劣化や通信の切断が発生するおそれがある。特に、上空のＨＡＰＳ１０で形成される複数のセクタセルが、新幹線ルート４００などの高速鉄道や高速道路などの車両移動経路に沿って形成される場合、上記ハンドオーバーの多発による通信品質の劣化などが発生しやすい。

そこで、本実施形態のＨＡＰＳ１０が形成する複数のセクタセルは、ＨＡＰＳ１０からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセル（以下「ＳＦＮセル」ともいう。）を含んでいる。この連続配置された複数のＳＦＮセルは、互いに時間同期した状態で例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により送信されるダウンリンク信号がセクタセル間で同一になり、単一のセルとして扱われるため、セクタセル間のハンドオーバーが発生しない。また、ＳＦＮセルのセル間のセル境界エリアでは時間同期した同一データの送信信号を端末装置が受信することにより合成利得が得られるため、セル境界エリアでの干渉がなくなるとともにＳＩＮＲ（所要信号対干渉・雑音電力比）が高まるので、通信品質の低下を防止できる。

図１１は、実施形態に係る複数のＨＡＰＳによって高速鉄道（新幹線ルート）に沿って複数のＳＦＮセルが連続配置するように形成される複数のセクタセルの他の例を示す説明図である。図１１の例では、図中のハッチングを付したＳＦＮセルを、車両と一緒に端末装置が高速移動する高速鉄道の新幹線ルート４００に沿って形成し、新幹線ルート４００をＳＦＮセルでカバーすることにより、高速鉄道の車両と一緒に端末装置が高速移動することによるハンドオーバーの多発を防止している。

更に、図１１の例では、各ＨＡＰＳ１０が形成する複数のセクタセルのすべてをＳＦＮセルにするのではなく、ハンドオーバーが多発しやすい新幹線ルート４００に沿って位置するセクタセル（図１１のハッチングを付したセクタセル）のみをＳＦＮセルとしている。そして、他のセクタセルは、互いに異なる周波数により互いに異なるデータの信号を送信するＭＦＮ（複数周波数ネットワーク）方式のセクタセル（以下、「ノーマルセル」という。）とすることにより、複数のセクタセルのすべてをＳＦＮセルにする場合に比して、ＨＡＰＳ１０を介した通信キャパシティの低下を抑制できる。

図１２は、実施形態に係る複数のＨＡＰＳ１０によって高速鉄道に沿って複数のＳＦＮセルが連続配置するように形成される複数のセクタセルの他の例を示す説明図である。図１２の例では、図１１とは異なり、多数の端末装置が集中する東京を中心とした関東大都市エリアをカバーするセクタセル４０３と、大阪を中心とした関西大都市エリアをカバーするセクタセル４０３を、ＳＦＮセルではなく、通信キャパシティを確保することができるノーマルセル４０３Ｎにしている。これにより、関東大都市エリア及び関西大都市エリアにおけるＨＡＰＳ１０を介した通信キャパシティの低下を抑制できる。

図１３は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０によって高速鉄道に沿って複数のＳＦＮセルが連続配置するように形成される複数のセクタセルの更に他の例を示す説明図である。図１３（ａ）はＨＡＰＳが回転移動する前のＳＦＮセルを含むセクタセルの配置の一例を示す説明図であり、図１３（ｂ）は、ＨＡＰＳが回転移動したときのセル切り替え制御後のＳＦＮセルを含むセクタセルの配置の一例を示す説明図である。

図１３（ａ）において、高速鉄道の新幹線ルート４００に沿った３つのセクタセルの位置にはＳＦＮセル４０１Ｓ，４０２Ｓ，４０３Ｓが形成され、他の４つのセクタセルの位置にはノーマルセル４０４Ｎ〜４０７Ｎが形成されている。この状態から、図１３（ｂ）に示すように、上空のＨＡＰＳ１０が図中矢印Ｍの下方向に移動するとともに図中矢印Ｒの左回転方向に約４５度回転すると、２つのＳＦＮセル４０１Ｓ，４０２Ｓが新幹線ルート４００から外れ、２つのノーマルセル４０４Ｎ，４０５Ｎが新幹線ルート４００に沿った位置になる。そこで、本例では、上空のＨＡＰＳ１０の移動及び回転の情報に基づいて、ＳＦＮセル４０１Ｓ，４０２Ｓをノーマルセル４０１Ｎ，４０２Ｎに切り替え、ノーマルセル４０４Ｎ，４０５ＮをＳＦＮセル４０４Ｓ，４０５Ｓに切り替えるように制御している。このようにセル切り替え制御を行うことにより、ＨＡＰＳ１０が移動したり回転したりした場合でも、新幹線ルート４００に沿った位置にＳＦＮセルを形成し、その他の位置にノーマルセルＮ〜４０７Ｎを形成することができ、新幹線ルート４００でのハンドオーバーの多発や隣接セルからの干渉の増大による通信品質の劣化を確実に抑制することができるとともに、新幹線ルート４００以外での通信キャパシティの低下を確実に防止できる。

図１４は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０におけるセクタセル切り替え制御の一例を示すフローチャートである。図１４の例は、ＨＡＰＳ１０が形成する複数のセクタセルそれぞれについて、セクタセル内に位置する端末装置とＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０との間の下りのサービスリンクの無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）使用率に基づいて、ＳＦＮセルとノーマルセルとの切り替えを行うセクタセル切り替え制御の例である。

図１４において、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、自局が形成する複数のセクタセルのそれぞれについて、サービスリンクの無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）使用率の情報を計算して取得する（Ｓ１０１）。ＰＲＢ使用率は、当該セクタセルにおいて下りのサービスリンクで使用可能なＰＲＢのうち、そのセクタセル内に位置する端末装置との無線通信に実際に使用されているＰＲＢの割合である。ＰＲＢ使用率の情報は、自局内に記憶されている情報を読み出して計算してもよいし、移動通信網側の装置（例えば、ＥＰＣ又は遠隔制御装置８５）から取得してもよい。

次に、中継通信局１１０は、ＰＲＢ使用率と所定の第１の閾値ＴＨＤ１とを比較する（Ｓ１０２）。閾値ＴＨＤ１は、例えば１０％であり、「ＳＦＮＤＬＨＩＧＨＬＯＡＤＴＨＤ」というパラメータの値を用いてもよい。ここで、ＰＲＢ使用率が閾値ＴＨＤ１よりも小さく（Ｓ１０２でＹＥＳ）、かつ、現在のセクタセルがノーマルセルの場合（Ｓ１０３でＹＥＳ）は、セクタセルをノーマルセルからＳＦＮセルに切り替える（Ｓ１０４）。一方、ＰＲＢ使用率が閾値ＴＨＤ１以上（Ｓ１０２でＮＯ）、かつ、現在のセクタセルがＳＦＮセルの場合（Ｓ１０５でＹＥＳ）は、セクタセルをＳＦＮセルからノーマルセルに切り替える（Ｓ１０６）。

中継通信局１１０は、上記セクタセルの情報（ＰＲＢ）の取得、判定及びセクタセルの切り替え制御（Ｓ１０１〜Ｓ１０６）を、所定の判定周期（例えば、１〜１０秒）で繰り返し実行する（Ｓ１０７）。

図１５は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０におけるセクタセル切り替え制御の他の例を示すフローチャートである。図１５の例は、ＨＡＰＳ１０が形成する複数のセクタセルそれぞれについて、セクタセル内に位置する端末装置とＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０との間の上りのサービスリンクの無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）使用率に基づいて、ＳＦＮセルとノーマルセルとの切り替えを行うセクタセル切り替え制御の例である。

図１５において、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、自局が形成する複数のセクタセルのそれぞれについて、サービスリンクの無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）使用率の情報を計算して取得する（Ｓ２０１）。

次に、中継通信局１１０は、ＰＲＢ使用率と所定の第２の閾値ＴＨＤ２（上限値）及び第３の閾値ＴＨＤ３（下限値）とを比較する（Ｓ２０２，Ｓ２０３）。第２の閾値ＴＨＤ２は例えば５０％であり、第３の閾値ＴＨＤ３は１０％である。ここで、ＰＲＢ使用率が閾値ＴＨＤ２以下で閾値ＴＨＤ３よりも小さく（Ｓ２０１でＮＯ，Ｓ２０３でＹＥＳ）、かつ、現在のセクタセルがノーマルセルの場合（Ｓ２０４でＹＥＳ）は、セクタセルをノーマルセルからＳＦＮセルに切り替える（Ｓ２０５）。一方、ＰＲＢ使用率が閾値ＴＨＤ２よりも大きく（Ｓ２０２でＹＥＳ）、かつ、現在のセクタセルがＳＦＮセルの場合（Ｓ２０６でＹＥＳ）は、セクタセルをＳＦＮセルからノーマルセルに切り替える（Ｓ２０７）。

中継通信局１１０は、上記セクタセルの情報（ＰＲＢ使用率）の取得、判定及びセクタセルの切り替え制御（Ｓ２０１〜Ｓ２０７）を、所定の判定周期（例えば、１〜１０秒）で繰り返し実行する（Ｓ２０８）。

なお、図１４及び図１５の制御例では、セクタセルのＰＲＢ使用率に基づいてセクタセルの切り替え制御を行っているが、セクタセルのＰＲＢ使用率以外の情報に基づいてセクタセルの切り替え制御を行ってもよい。例えば、セクタセルのトラヒック量が所定の閾値以上の高トラヒックの場合にノーマルセルに切り替え、セクタセルのトラヒック量が所定の閾値よりも低い低トラヒックの場合にＳＦＮセルに切り替えるように制御してもよい。

図１６は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０におけるセクタセル切り替え制御の更に他の例を示すシーケンス図である。図１６の例は、遠隔制御装置８５からの制御情報に基づいてＨＡＰＳ１０におけるセクタセル切り替えを行う遠隔制御の例である。

図１５において、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、自局が形成する複数のセクタセルのそれぞれについて、サービスリンクの無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）使用率などの通信情報を計算して取得し（Ｓ３０１）、自局の現在位置、飛行速度、飛行方向などの装置状態情報とともに、遠隔制御装置８５に送信する（Ｓ３０２）。

遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０から受信したＰＲＢ使用率などの通信情報及びＨＡＰＳ１０の現在位置、飛行速度、飛行方向などの装置状態情報、前述の新幹線ルートなどの車両移動経路の位置情報などに基づいて、ＨＡＰＳ１０が形成する各セクタセルについて、ＳＦＮセルとノーマルセルとの間のセル切り替え制御情報を決定し（Ｓ３０３）、そのセル切り替え制御情報をＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０に送信する（Ｓ３０４）。

ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、遠隔制御装置８５から受信したセル切り替え制御情報に基づいて、自局が形成する各セクタセルについて、ＳＦＮセルとノーマルセルとの間のセル切り替え制御を実行する。

中継通信局１１０は、上記セクタセルの通信情報の取得・送信及びセクタセルの遠隔切り替え制御（Ｓ３０１〜Ｓ２３０５）を、所定の判定周期（例えば、１〜１０秒）で繰り返し実行するようにしてもよい。

なお、図１５の例では、遠隔制御装置８５が、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０が形成する広域セル１００Ａ内の複数のセクタセルにおけるセル切り替えの遠隔制御を行っているが、例えば図１１に例示するように複数のＨＡＰＳ１０間でＳＦＮセルを構成するように遠隔制御してもよい。この場合、遠隔制御装置８５は、複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれが形成する複数のセクタセルについて、各種情報（例えば、ＰＲＢ使用率などの通信情報、ＨＡＰＳ１０の現在位置、飛行速度、飛行方向などの装置状態情報、新幹線ルートなどの車両移動経路の位置情報）を取得し、ＳＦＮセルとノーマルセルとの間のセル切り替え制御情報を決定する。そして、遠隔制御装置８５は、決定したセル切り替え制御情報を各ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０に送信する。

なお、上記遠隔制御装置８５の機能は、互いに連携してセルを形成する複数のＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０のいずれかに持たせてもよい。

また、上記各実施形態では、新幹線ルート４００に沿って複数のＳＦＮセルを選択的に形成した例を示したが、ＳＦＮセルを形成する位置はこれに限定されるものではない。例えば、端末装置を含む自動車などの車両が移動する移動経路としての高速道路に沿って複数のＳＦＮセルを選択的に形成してもよい。

なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ１０，２０等の通信中継装置の中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、基地局及び基地局装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、基地局、基地局装置、中継通信局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であれよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
２０ ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
４０ セル形成目標空域
４１，４２，４３ ３次元セクタセル
５０ ＨＡＰＳが位置する空域
６０ ドローン
６１ 端末装置
６５ 飛行機
７０ フィーダ局
７２ 人工衛星
８０ 移動通信網
８５ 遠隔制御装置（管制センター、コントロールセンター）
８６ サーバ
９０ 基地局（ｅＮｏｄｅＢ）
１００，２００、３００ ビーム
１００Ａ 広域セクタセル
１１０，２１０ 中継通信局
４０１〜４０７ セクタセル

Claims (17)

1. 端末装置と無線通信する通信中継装置であって、
   自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載され、前記端末装置と無線通信可能な複数のセクタセルからなる広域セルを形成する中継通信局を備え、
   前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルは、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むことを特徴とする通信中継装置。
2. 請求項１の通信中継装置において、
   前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルは、端末装置を含む車両が移動する移動経路に沿って連続的に形成されていることを特徴とする通信中継装置。
3. 請求項１又は２の通信中継装置において、
   前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルは、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルと、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて互いに異なる周波数により互いに異なるデータの信号を送信する複数のＭＦＮ（複数周波数ネットワーク）方式のセクタセルとを含むことを特徴とする通信中継装置。
4. 請求項３の通信中継装置において、
   前記中継通信局が形成する前記複数のセクタセルのそれぞれを前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの間で選択的に切り替えるセル切替手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
5. 請求項４の通信中継装置において、
   前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置と前記中継通信局との間の無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）の使用率に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行うことを特徴とする通信中継装置。
6. 請求項４の通信中継装置において、
   前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置との間の無線通信のトラヒック状況に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行うことを特徴とする通信中継装置。
7. 端末装置と無線通信する複数の通信中継装置を備えたシステムであって、
   前記複数の通信中継装置はそれぞれ、自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載され、前記端末装置と無線通信可能な複数のセクタセルからなる広域セルを形成する中継通信局を備え、
   前記複数の通信中継装置の中継通信局が形成する複数のセクタセルは、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むことを特徴とするシステム。
8. 請求項７のシステムにおいて、
   前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルは、前記複数の通信中継装置のうち互いに隣り合う複数の通信中継装置によって連続的に形成されていることを特徴とするシステム。
9. 請求項７又は８のシステムにおいて、
   前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルは、端末装置を含む車両が移動する移動経路に沿って連続的に形成されていることを特徴とするシステム。
10. 請求項７乃至８のいずれかのシステムにおいて、
    前記複数の通信中継装置の中継通信局が形成する複数のセクタセルは、前記複数のＳＦＮ方式のセクタセルと、前記中継通信局からのダウンリンクにおいて互いに異なる周波数により互いに異なるデータの信号を送信する複数のＭＦＮ（複数周波数ネットワーク）方式のセクタセルとを含むことを特徴とするシステム。
11. 請求項１０のシステムにおいて、
    前記複数の通信中継装置の中継通信局が形成する複数のセクタセルのそれぞれを、前記複数の通信中継装置それぞれの前記中継通信局が形成するセクタセルを前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの間で切り替えるセル切替手段を備えることを特徴とするシステム。
12. 請求項１１のシステムにおいて、
    前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置と前記中継通信局との間の無線通信のＰＲＢ（物理リソースブロック）の使用率に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行うことを特徴とするシステム。
13. 請求項１１のシステムにおいて、
    前記セル切替手段は、前記複数のセクタセルそれぞれにおいて、前記セクタセル内に位置する端末装置との間の無線通信のトラヒック状況に基づいて、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを行うことを特徴とするシステム。
14. 請求項７乃至１３いずれかのシステムにおいて、
    前記複数の通信中継装置を遠隔的に制御する遠隔制御装置を備え、
    前記遠隔制御装置は、前記複数の通信中継装置の少なくとも一つの通信中継装置に、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを制御するための制御情報を送信することを特徴とするシステム。
15. 請求項７乃至１３のいずれかのシステムにおける前記複数の通信中継装置を遠隔的に制御する遠隔制御装置であって、
    前記複数の通信中継装置の少なくとも一つの通信中継装置に、前記ＳＦＮ方式のセクタセルと前記ＭＦＮ方式のセクタセルとの切り替えを制御するための制御情報を送信することを特徴とする遠隔制御装置。
16. 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局が自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載された通信中継装置における前記中継通信局による複数のセクタセルからなる広域セルの形成を制御する方法であって、
    前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むように前記複数のセクタセルを形成することを有することを特徴とする方法。
17. 端末装置との間で無線通信を行う中継通信局が自律制御により又は外部からの制御により上空を移動可能な浮揚体に搭載された通信中継装置における前記中継通信局による複数のセクタセルからなる広域セルの形成の制御を、コンピュータ又はプロセッサに実行させるためのプログラムであって、
    前記中継通信局からのダウンリンクにおいて同一周波数により互いに時間同期した状態で同一データの信号を送信する連続配置された複数のＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）方式のセクタセルを含むように前記複数のセクタセルを形成するためのプログラムコードを有することを特徴とするプログラム。

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