(57)【要約】【課題】大ゾーンセルを形成する通信中継装置と低高度の基地局との間に移動局が位置する場合に、その移動局のアンテナにより、大ゾーンセルと地上セルとの間のダウンリンク及びアップリンクのセル間干渉を抑制するとともに、周波数利用効率の拡大を図りつつ大ゾーンセル及び低高度の基地局が形成するセルに同時接続できるようにする。【解決手段】移動局は、大ゾーンセルを形成する通信中継装置と低高度の基地局との間に位置する状態で使用され、同一周波数帯で用いられる複数のアンテナであって水平方向よりも上向きの指向性ビームを有する第１アンテナ及び水平方向よりも下向きの指向性ビームを有する第２アンテナと、同一周波数帯により第１アンテナを介して大ゾーンセルの通信中継装置と無線通信を行い第２アンテナを介して低高度の基地局と無線通信を行う無線通信部とを備える。【選択図】図１
2020072417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動通信システムの移動局であって、
大ゾーンセルを形成する通信中継装置と前記通信中継装置よりも低い高度に位置する低高度の基地局との間に位置する状態で使用され、
同一周波数帯で用いられる複数のアンテナであって水平方向よりも上向きの指向性ビームを有する第１アンテナ及び水平方向よりも下向きの指向性ビームを有する第２アンテナと、
前記同一周波数帯により前記第１アンテナを介して前記大ゾーンセルの通信中継装置と無線通信を行い前記第２アンテナを介して前記低高度の基地局と無線通信を行う無線通信部と、
を備えることを特徴とする移動局。
【請求項２】
請求項１の移動局において、
前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、
前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が劣化したとき又は前記低高度の基地局との無線通信が切断されたとき、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を確立し、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えることを特徴とする移動局。
【請求項３】
請求項１又は２の移動局において、
前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が所定の閾値以上になったとき、前記低高度の基地局との通信回線を確立し、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替えることを特徴とする移動局。
【請求項４】
請求項１の移動局において、
前記低高度の基地局及び前記大ゾーンセルの通信中継装置それぞれとの間に通信回線を確立しておき、
前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、
前記低高度の基地局との間に無線通信の通信品質が劣化したとき又は前記低高度の基地局との無線通信が切断されたとき、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えることを特徴とする移動局。
【請求項５】
請求項１又は４の移動局において、
前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が所定の閾値以上になったとき、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替え、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間に通信回線は維持することを特徴とする移動局。
【請求項６】
請求項１の移動局において、
前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、
前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、前記移動局が前記三次元エリア外に移動したとき、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を確立し、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えることを特徴とする移動局。
【請求項７】
請求項１又は６の移動局において、
前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、
前記移動局が前記三次元エリア内に移動したとき、前記低高度の基地局との通信回線を確立し、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替えることを特徴とする移動局。
【請求項８】
請求項１の移動局において、
前記低高度の基地局及び前記大ゾーンセルの通信中継装置それぞれとの間に通信回線を確立しておき、
前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に行い、
前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、
前記移動局が前記三次元エリア外に移動したとき、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えることを特徴とする移動局。
【請求項９】
請求項１又は８の移動局において、
前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局の三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、
前記移動局が前記三次元エリア内に移動したとき、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替え、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間に通信回線は維持することを特徴とする移動局。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかの移動局において、
ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いて前記移動局自体の現在位置を検出する位置検出部を備えることを特徴とする移動局。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかの移動局において、
前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間を移動可能な飛行体に設けられていることを特徴とする移動局。
【請求項１２】
請求項１１の移動局において、
前記飛行体は、前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間に位置するように、自立制御若しくは外部からの制御により又は前記飛行体に搭乗した操縦者の操縦により制御されることを特徴とする移動局。
【請求項１３】
請求項１１又は１２の移動局において、
前記飛行体は、ドローン、飛行船、気球、航空機、ヘリコプター又はＨＡＰＳであることを特徴とする移動局。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかの移動局において、
前記低高度の基地局は、地上又は海上にマクロセル又はスモールセルを形成する基地局であり、
前記大ゾーンセルの通信中継装置は、地上又は海上におけるセルサイズが前記マクロセル及び前記スモールセルよりも大きい大ゾーンセルを形成する大ゾーンセル基地局であることを特徴とする移動局。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかの移動局を備える飛行体。
【請求項１６】
請求項１５の飛行体において、
前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間に位置するように、自立制御若しくは外部からの制御により又は前記飛行体に搭乗した操縦者の操縦により制御されることを特徴とする飛行体。
【請求項１７】
移動通信システムであって、
請求項１乃至１３のいずれかの移動局と、
大ゾーンセルを形成する通信中継装置と、
前記通信中継装置よりも低い高度に位置する低高度の基地局と、を含むことを特徴とする移動通信システム。
【請求項１８】
請求項１７の移動通信システムにおいて、
前記低高度の基地局は、地上又は海上にマクロセル又はスモールセルを形成する基地局であり、
前記大ゾーンセルの通信中継装置は、地上又は海上におけるセルサイズが前記マクロセル及び前記スモールセルよりも大きい大ゾーンセルを形成することを特徴とする移動通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動局、並びに、その移動局を備える飛行体及び移動通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、災害や圏外解消への対策として、航空機、人工衛星、ＨＡＰＳ、気球、ドローンなどの飛行体（浮揚体）に組み込まれて移動可能な通信中継装置から地上、水上又は低高度の空中に向かって形成される三次元の大ゾーンセルの展開が有効とされている。この大ゾーンセル内にマクロセル基地局等の地上セル基地局で形成される地上セルが重畳するオーバレイセル構成において、地上セルと同一周波数帯を利用して大ゾーンセルを運用することにより、周波数利用効率を拡大することができる。
【０００３】
上記オーバレイセル構成において、大ゾーンセルの通信中継装置と地上セル基地局との間に移動局が位置する場合、その移動局のアンテナにより、大ゾーンセルの通信中継装置及び地上セル基地局のいずれか又は両方との間で同一周波数帯の無線通信を行うと、大ゾーンセルと地上セルとの間のダウンリンク及びアップリンクのセル間干渉が発生するおそれがある。
【０００４】
特許文献１には、基地局から到来する電波を受信する受信アンテナと、受信した電波の電力を測定する電力測定部を含み、基地局から所定の距離離れた所定の位置に移動され、前記電波の到来方向と前記受信アンテナの向きが対応するように回転されるドローンが開示されている。特許文献１によれば、基地局から空間に放射された電波の電力を、放射面上のすべての点において高精度に測定することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０９６９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のオーバレイセル構成において、大ゾーンセルを形成する通信中継装置と地上セル基地局との間の高度に位置するドローンなどに組み込まれた移動局では、その移動局が無指向性のアンテナを有する場合、上記同一周波数帯のセル間の干渉により、大ゾーンセル及び地上セルのいずれか又は両方との間で無線通信することができない又は通信品質が著しく劣化する。前記移動局が指向性アンテナを有する場合、その移動局は、移動局が有するアンテナの指向性により、ドローンが回転しない限りは、大ゾーンセルまたは地上セルのいずれかとしか通信を行うことができない。また、上記特許文献１のドローンのように基地局からの電波の到来方向と受信アンテナの向きが対応するように回転する場合、大ゾーンセルの通信中継装置及び地上セル基地局それぞれとの間で上記同一周波数帯のセル間の干渉を抑制して無線通信するには、ドローンの回転が必要になり、大ゾーンセル及び地上セルそれぞれに同時に接続して無線通信することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る移動通信システムの移動局は、大ゾーンセルを形成する通信中継装置と前記通信中継装置よりも低い高度に位置する低高度の基地局との間に位置する状態で使用され、同一周波数帯で用いられる複数のアンテナであって水平方向よりも上向きの指向性ビームを有する第１アンテナ及び水平方向よりも下向きの指向性ビームを有する第２アンテナと、前記同一周波数帯により前記第１アンテナを介して前記大ゾーンセルの通信中継装置と無線通信を行い前記第２アンテナを介して前記低高度の基地局と無線通信を行う無線通信部と、を備える。
【０００８】
前記移動局において、前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が劣化したとき又は前記低高度の基地局との無線通信が切断されたとき、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を確立し、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えてもよい。
前記移動局において、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が所定の閾値以上になったとき、前記低高度の基地局との通信回線を確立し、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替えてもよい。
【０００９】
前記移動局において、前記低高度の基地局及び前記大ゾーンセルの通信中継装置それぞれとの間に通信回線を確立しておき、前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、前記低高度の基地局との間に無線通信の通信品質が劣化したとき又は前記低高度の基地局との無線通信が切断されたとき、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えてもよい。
前記移動局において、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記低高度の基地局との間の無線通信の通信品質が所定の閾値以上になったとき、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替え、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間に通信回線は維持してもよい。
【００１０】
前記移動局において、前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に選択し、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、前記移動局が前記三次元エリア外に移動したとき、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を確立し、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えてもよい。
前記移動局において、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、前記移動局が前記三次元エリア内に移動したとき、前記低高度の基地局との通信回線を確立し、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替えてもよい。
前記移動局において、前記低高度の基地局及び前記大ゾーンセルの通信中継装置それぞれとの間に通信回線を確立しておき、前記低高度の基地局との間の通信回線を介した無線通信を優先的に行い、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局と通信可能な三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、前記移動局が前記三次元エリア外に移動したとき、通信接続先を前記低高度の基地局から前記大ゾーンセルの通信中継装置に切り替える切替制御部を備えてもよい。
前記移動局において、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の通信回線を介した無線通信を選択している場合に、前記移動局の位置情報を用いて、前記移動局が前記低高度の基地局の三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断し、前記移動局が前記三次元エリア内に移動したとき、通信接続先を前記大ゾーンセルの通信中継装置から前記低高度の基地局に切り替え、前記大ゾーンセルの通信中継装置との間に通信回線は維持してもよい。
前記移動局において、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いて前記移動局の現在位置を検出する位置検出部を備えてもよい。
【００１１】
前記移動局は、前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間を移動可能な飛行体に設けてもよい。
前記飛行体は、前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間に位置するように、自立制御若しくは外部からの制御により又は前記飛行体に搭乗した操縦者の操縦により制御してもよい。
前記飛行体は、ドローン、飛行船、気球、航空機、ヘリコプター又はＨＡＰＳであってもよい。
【００１２】
前記低高度の基地局は、地上又は海上にマクロセル又はスモールセルを形成する基地局であってもよく、前記大ゾーンセルの通信中継装置は、地上又は海上におけるセルサイズが前記マクロセル及び前記スモールセルよりも大きい大ゾーンセルを形成する大ゾーンセル基地局であってもよい。
【００１３】
本発明の他の態様に係る飛行体は、前記いずれかの移動局を備える飛行体である。前記飛行体において、前記低高度の基地局と前記大ゾーンセルの通信中継装置との間の空間に位置するように、自立制御若しくは外部からの制御により又は前記飛行体に搭乗した操縦者の操縦により制御されてもよい。
【００１４】
本発明の更に他の態様に係る通信システムは、前記いずれかの移動局と、前記移動局と無線通信可能な低高度の基地局と、前記低高度の基地局のよりも高い高度に位置し、前記移動局と無線通信可能な低高度の基地局と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大ゾーンセルの通信中継装置とその通信中継装置よりも低い低高度の基地局との間に移動局が位置する場合に、その移動局のアンテナにより、大ゾーンセルと地上セルとの間のダウンリンク及びアップリンクのセル間干渉を抑制することができるとともに、周波数利用効率の拡大を図りつつ大ゾーンセル及び低高度の基地局が形成するセルとの同時接続が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る大ゾーンセル内に複数の地上セルが配置されたオーバレイセル構成を有する移動通信システムの概略構成の一例を示す説明図。
【図２】大ゾーンセルの中継通信局と地上セル基地局との間の空間にＵＥが位置するときのダウンリンクにおけるセル間干渉の例を示す説明図。
【図３】大ゾーンセルの中継通信局と地上セル基地局との間の空間にＵＥが位置するときのアップリンクにおけるセル間干渉の例を示す説明図。
【図４】本実施形態に係るＵＥの主要部構成の一例を示すブロック図。
【図５】本実施形態に係るＵＥの主要部構成の他の例を示すブロック図。
【図６】本実施形態に係るＵＥにおけるセル切替制御の一例を示すフローチャート。
【図７】本実施形態に係るＵＥにおけるセル切替制御の他の例を示すフローチャート。
【図８】本実施形態に係るＵＥにおけるセル切替制御の更に他の例を示すフローチャート。
【図９】本実施形態に係るＵＥにおけるセル切替制御の更に他の例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、本発明の実施形態に係る大ゾーンセル１５Ａ内に複数の低高度の基地局である地上セル１０Ａが配置されたオーバレイセル構成を有する移動通信システムの概略構成の一例を示す説明図である。災害や圏外解消への対策として、上空を移動可能な飛行体に中継通信局１５０が組み込まれた空中浮揚型の通信中継装置１５から地上又は水上に向かって形成される大きなサイズの大ゾーンセル１５Ａの展開が有効である。また、この大ゾーンセル１５Ａにおいて急増する移動通信のトラフィックへの対策として、大ゾーンセル１５Ａ内に複数の地上セル１０Ａが重畳するオーバレイセル構成の適用が有効である。このオーバレイセル構成では、大ゾーンセル１５Ａと地上セル１０Ａとの間で同一周波数帯（ｆ０）を利用することにより周波数利用効率を拡大できるとともに、移動局であるユーザ端末装置（以下「ＵＥ」ともいう。）３０，３１，３５における通信品質（例えばスループット）を増大させることができる。
【００１８】
図１において、本実施形態の移動通信システムは、ＬＴＥ（Long Term Evolution）／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ又は第５世代などの次世代の標準仕様に準拠した通信システムであり、地上のセルラー基地局を介した地上システム（地上セルラー移動通信システム）及び空中浮揚型の通信中継装置を介した通信システムが混在した移動通信システムである。
【００１９】
本実施形態の移動通信システムは、大気圏内又は大気圏外の上空を移動可能な空中浮揚型の通信中継装置１５に搭載された中継通信局１５０と、その中継通信局１５０の無線通信エリアであるセル（以下「大ゾーンセル」という。）１５Ａ内に固定配置された複数の低高度の基地局としての地上セル基地局１０とを備える。
【００２０】
なお、低高度の基地局は、通信中継装置１５の中継通信局１５０よりも低い高度に位置する基地局であり、地上に配置された地上セル基地局のほか、水上に設置された基地局、中継通信局１５０よりも低い高度に位置するドローンや気球などに設けらえた基地局であってもよい。
【００２１】
中継通信局１５０は、移動通信網側のフィーダリンクＦＬの無線通信とＵＥ（移動局）側のサービスリンクＳＬの無線通信とを中継するリピータである。中継通信局１５０は、例えば、フィーダリンクＦＬ用アンテナ１５１及びサービスリンクＳＬ用アンテナ１５２を備え、フィーダリンクＦＬ（周波数：ｆｃ）の無線通信とＵＥ（移動局）側のサービスリンクＳＬ（周波数：ｆ０）の無線通信とを、周波数変換して中継することができる。
【００２２】
サービスリンクＳＬの周波数帯は、例えば、数百ＭＨｚ、数ＧＨｚ、数十ＧＨｚなどから選択された周波数帯である。
【００２３】
また、本実施形態の移動通信システムは、空中浮揚型の通信中継装置１５の中継通信局１５０を介してＵＥ２０と無線通信可能な大ゾーンセル基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）７０を備えている。大ゾーンセル基地局７０は、移動通信網側の周波数ｆ０とフィーダリンクＦＬの周波数ｆｃとを変換する周波数変換機能を有するゲートウェイ（ＧＷ）局７１を介して、空中浮揚型の通信中継装置１５の中継通信局１５０と通信する。
【００２４】
大ゾーンセル基地局７０、地上セル基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）１０、及び、各基地局を管理する基地局管理装置としての中央制御サーバはそれぞれ、例えば専用回線や汎用回線等からなる有線通信回線を介して移動通信網のコアネットワークに接続されている。
【００２５】
なお、通信中継装置１５の中継通信局１５０に大ゾーンセル基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）７０の機能を持たせてもよい。すなわち、中継通信局１５０は、レピータの機能ではなく基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）の機能を有するものであってもよい。
【００２６】
地上セル基地局１０は、例えば、通常のマクロセル基地局又はスモールセル基地局である。地上セル基地局１０の無線通信エリアであるセル（以下、適宜「地上セル」という。）１０Ａは、大ゾーンセル１５Ａの内側に含まれている。大ゾーンセル１５Ａ内に配置されている地上セルの数は１〜４個でもよいし、６個以上であってもよい。また、大ゾーンセル１５Ａ内に位置する第１の基地局は、マクロセルよりも更に小さなスモールセルを形成するスモールセル基地局であってもよい。
【００２７】
なお、図１では、中継通信局１５０を搭載する通信中継装置１５が上空を移動可能な飛行体としての飛行船である例を示しているが、通信中継装置１５は、上空を移動するように飛行可能なドローンのほか、気球、航空機、ヘリコプター、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ（「高高度プラットフォーム局」又は「高高度疑似衛星」）、飛行船タイプのＨＡＰＳ、人工衛星などの他の無人又は有人の飛行体であってもよい。
【００２８】
飛行体は、自律制御若しくは外部から制御により又は飛行体に搭乗する操縦者の操縦により、地面、海面、又は川若しくは湖などの水面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域を飛行して位置するように制御されてもよい。また、飛行体の飛行空域は、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域であってもよい。更に、飛行体の飛行空域は、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。
【００２９】
また、大ゾーンセルの中継通信局１５０は、地上セル基地局１０よりも高い位置（大気圏内の位置、及び、その外側の宇宙空間の位置を含む）に設置されたものであってもよい。
【００３０】
地上セル基地局１０は、例えば、通常のマクロセル基地局又はスモールセル基地局である。マクロセル基地局は、移動体通信網において屋外に設置されている通常の半径数百ｍ乃至数ｋｍ程度の広域エリアである地上セルをカバーする大出力の基地局である。マクロセル基地局は、他の基地局と例えば有線の通信回線で接続され、所定の通信インターフェースで通信可能になっている。また、マクロセル基地局は、回線終端装置及び専用回線などの通信回線を介して移動体通信網のコアネットワークに接続され、コアネットワーク上のサーバなどの各種ノードとの間で所定の通信インターフェースにより通信可能になっている。スモールセル基地局は、広域のマクロセル基地局とは異なり、無線通信可能距離が数ｍ乃至数百ｍ程度であり、一般家庭、店舗、オフィス等の建物の内部にも設置することができる小出力の基地局である。スモールセル基地局についても、回線終端装置及びＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）回線や光回線等のブロードバンド公衆通信回線などの通信回線を介して移動体通信網のコアネットワークに接続され、コアネットワーク上のサーバ装置などの各種ノードとの間で所定の通信インターフェースにより通信可能になっている。
【００３１】
なお、大ゾーンセル１５Ａ内の地上セル基地局は、地上又は水上に設置された基地局でもよいし、ドローン、気球などの低高度の飛行体に設置された基地局であってもよい。
【００３２】
図１において、第１の移動局であるＵＥ３０は、大ゾーンセル１５Ａに在圏して中継通信局１５０に接続されたユーザ端末装置（ＭＵＥ）であり、中継通信局１５０を介して電話やデータ通信などのための無線通信が可能な状態にある。ＵＥ３０は、大ゾーンセル１５Ａと地上セル１０Ａとの境界部に近い位置に在圏しているため、地上セル１０Ａからの干渉を受けやすい状況にある。
【００３３】
第２の移動局であるＵＥ３１は、地上セル基地局１０のセル１０Ａの外縁部に在圏して地上セル基地局１０に接続されたユーザ端末装置（ＳＵＥ）であり、地上セル基地局１０を介して電話やデータ通信などのための無線通信が可能な状態にある。ＵＥ３１は、地上セル１０Ａと大ゾーンセル１５Ａとの境界部に近い位置に在圏しているため、大ゾーンセル１５Ａからの干渉を受けやすい状況にある。
【００３４】
第３の移動局である上空端末としてのＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａを形成する中継通信局１５０と地上セル基地局１０との間に位置する状態で使用されるユーザ端末装置である。ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａを形成する中継通信局１５０と地上セル基地局１０との間の空間に移動可能な飛行体４０に設けられている。
【００３５】
本実施形態においてＵＥ３５が搭載された飛行体４０はドローン（無人飛行体）である。飛行体４０は、ドローンのほか、飛行船、気球、航空機、ヘリコプター、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ（「高高度プラットフォーム局」又は「高高度疑似衛星」）、飛行船タイプのＨＡＰＳであってもよい。ＵＥ３５が搭載された飛行体４０の飛行空域は、例えば、高度が数十［ｍ］以上数［ｋｍ］以下の空域であり、特に高度が１００［ｍ］以上１［ｋｍ］以下の空域であってもよい。
【００３６】
飛行体４０に搭載されたＵＥ３５は、地上セル基地局１０に優先的に接続され、地上セル基地局１０を介して電話やデータ通信などのための無線通信が可能である。ＵＥ３５は、地上セル基地局１０との通信品質が劣化したとき又は地上セル基地局１０との通信回線が切断されたときは、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０との接続に切り替られ、中継通信局１５０との通信回線が確立されることにより、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０を介して電話やデータ通信などのための無線通信が可能である。
【００３７】
ＵＥ３０、３１、３５は、大ゾーンセル１５Ａや地上セル１０Ａに在圏するときに、その在圏するセルに対応するマクロセル基地局、スモールセル基地局、大ゾーンセル基地局などと間で所定の通信方式及び無線通信リソースを用いて無線通信することができる。ＵＥ３０、３１、３５は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、コアネットワークに対する外部通信インターフェース部、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより基地局１０，中継通信局１５０、基地局７０等との間の無線通信等を行うことができる。
【００３８】
ＵＥ３０、３１、３５はそれぞれ、そのＵＥ自体の現在位置を検出する位置検出部を備えてもよい。位置検出部は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いて、複数の人工衛星からの信号を受信してＵＥ自体の現在位置（緯度、経度、高度）の値を算出して検出するものであってもよい。
【００３９】
本実施形態において、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０、大ゾーンセル基地局７０及び地上セル基地局１０はそれぞれ、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、コアネットワークに対する外部通信インターフェース部、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより、所定の通信方式及び無線通信リソースを用いてＵＥ３０、３１、３５との間の無線通信を行ったりすることができる。
【００４０】
各基地局１０、７０は、移動局であるＵＥに対してＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式の下りリンクの無線通信可能な基地局である。基地局１０、７０は、例えば、アンテナ、無線信号経路切り換え部、送受共用器（ＤＵＰ：Duplexer）、下り無線受信部とＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）復調部、上り無線受信部、ＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access）復調部など備える。更に、各基地局１０、７０は、ＯＦＤＭ変調部、下り無線送信部、制御部等を備える。
【００４１】
ＳＣ−ＦＤＭＡ復調部は、上り無線受信部で受信した受信信号に対してＳＣ−ＦＤＭＡ方式の復調処理を実行し、復調されたデータを制御部に渡す。ＯＦＤＭ変調部は、制御部から受けた自局のセルに在圏しているＵＥに向けて送信する下り信号のデータを、所定の電力で送信されるように、ＯＦＤＭ方式で変調する。また、基地局が例えばサーバから送信停止対象のサブフレームの情報を受信した場合、ＯＦＤＭ変調部は、無線通信フレーム中の特定のサブフレームについてのみ下り送信を停止するように制御される。下り無線送信部は、ＯＦＤＭ変調部で変調した送信信号を、送受共用器、無線信号経路切り換え部及びアンテナを介して送信する。
【００４２】
基地局１０、７０の制御部は、例えばコンピュータ装置で構成され、所定のプログラムが読み込まれて実行されることにより、各部を制御したり各種処理を実行したりする。
【００４３】
図２及び図３はそれぞれ、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０と地上セル基地局１０との間の空間にＵＥ３５が位置するときのダウンリンク及びアップリンクにおけるセル間干渉の例を示す説明図である。
図２において、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０から大ゾーンセル１５Ａに在圏するＵＥ３５に向けてダウンリンク信号が送信されているとき、大ゾーンセル１５Ａと同じ周波数帯を使用する地上セル基地局１０からの干渉により、ＵＥ３５で受信されるダウンリンク信号の品質が劣化するおそれがある。
また、図３において、大ゾーンセル１５Ａに在圏するＵＥ３５から大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０に向けてアップリンク信号が送信されているとき、ＵＥ３５から送信されたアップリンク信号が、大ゾーンセル１５Ａと同じ周波数帯を使用する地上セル基地局１０に到達して干渉するおそれがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、上記ダウンリンク及びアップリンクにおける干渉を抑圧するため、上空端末であるＵＥ３５に、水平方向よりも上向きの指向性ビームを有する同一周波数帯（ｆ０）用の第１アンテナ（以下「上向きアンテナ」という。）３５１と、水平方向よりも下向きの指向性ビームを有する同一周波数帯（ｆ０）用の第２アンテナ（以下「下向きアンテナ」という。）３５２が設けられている。ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０と無線通信を行い、下向きアンテナ３５２を介して地上セル基地局１０と無線通信を行う。これにより、周波数利用効率の拡大を図りつつ大ゾーンセル１５Ａ及び地上セル１０Ａとの同時接続が可能になるとともに、地上セル１０Ａと大ゾーンセル１５Ａとの間のセル間干渉を抑制することができる。
【００４５】
なお、本実施形態において、上向きアンテナ３５１の指向性ビームのビーム幅及びアンテナ利得は、大ゾーンセル１５Ａの中継通信局１５０が搭載される通信中継装置１５の種類に応じて変更してもよい。例えば、通信中継装置１５が、ＵＥ３５に対する相対的な位置の変化の小さい人工衛星の場合、上向きアンテナ３５１の指向性ビームのビーム幅を狭くするとともにアンテナ利得を高くしてもよい。また、通信中継装置１５が、ＵＥ３５に対する相対的な位置の変化の大きなＨＡＰＳの場合、上向きアンテナ３５１の指向性ビームのビーム幅を広くするとともにアンテナ利得を低くしてもよい。
【００４６】
また、本実施形態において、ＵＥ３５が姿勢変化したりＵＥ３５が移動したりした場合に、ＵＥ３５の上向きアンテナ３５１の指向性ビームが常に中継通信局１５０に対して向くようにしてもよい。例えば、慣性センサや重力センサなどで検知したＵＥ３５の姿勢変化の検知結果やＧＮＳＳ受信機などで測定されたＵＥ３５の位置変化の情報等に基づいて、ＵＥ３５の上向きアンテナ３５１の指向性ビームを中継通信局１５０に追従させるように上向きアンテナ３５１を機械的に又は電気的に制御してもよい。
【００４７】
また、本実施形態において、中継通信局１５０を搭載した通信中継装置１５が移動した場合に、ＵＥ３５の上向きアンテナ３５１の指向性ビームが常に中継通信局１５０に対して向くようにしてもよい。例えば、ＧＮＳＳ受信機などで測定された通信中継装置１５の位置変化の情報の取得結果やパイロット信号の送受信結果等に基づいて、上向きアンテナ３５１の指向性ビームを中継通信局１５０に追従させるように上向きアンテナ３５１を機械的に又は電気的に制御してもよい。
【００４８】
また、本実施形態において、地上セル１０Ａ及び大ゾーンセル１５Ａそれぞれの無線通信では互いに同一の周波数帯ｆ０が用いられるが、地上セル１０Ａにおける無線通信方式と大ゾーンセル１５Ａにおける通信方式は同一の方式でもよいし、互いに異なる方式でもよい。
【００４９】
図４は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５の主要部構成の一例を示すブロック図である。図４において、移動局３５は、大ゾーンセル用の無線通信部３５３と、地上セル用の無線通信部３５４と、切替制御部としても機能する制御部３５５と、データ送受信部３５６と、サービス処理部３５７とを備える。
【００５０】
無線通信部３５３は、サービスリンクＳＬの所定の周波数帯ｆ０により上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５と無線通信を行う。無線通信部３５４は、大ゾーンセル１５Ａと同じ周波数帯ｆ０により下向きアンテナ３５２を介して地上セル基地局１０と無線通信を行う。
【００５１】
無線通信部３５３及び無線通信部３５４はそれぞれ、無線送受信部３５３１及び３５４１と、変調・復調部３５３２及び３５４２とを備える。無線送受信部３５３１及び３５４１はそれぞれ、例えば、送信用アンプ、受信用アンプ、周波数変換器などを備える。変調・復調部３５３２及び３５４２はそれぞれ、例えば、所定の符号方式及び変調方式により送信対象のデータを変調して送信信号を生成したり受信信号を復調してデータを復元したりする。
【００５２】
地上セル用の無線通信部３５４の変調・復調部３５４２は、地上セル基地局１０から受信した受信信号に基づいて、地上セル１０Ａの通信品質情報（例えば、ＲＳＲＰの値）を生成して制御部３５５に出力する。
【００５３】
制御部３５５は、所定の制御プログラムを読み込んで実行することにより、無線通信部３５３及び無線通信部３５４による無線通信やアンテナ切り換え等の制御を行う。
【００５４】
例えば、制御部３５５は、地上セル基地局１０との間の通信回線を介した無線通信を優先的に行い、地上セル基地局１０との間の無線通信の通信品質が劣化したとき又は地上セル基地局１０との無線通信が切断されたとき、地上セル基地局１０との間の通信回線を解除するとともに大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）との間の通信回線を確立し、通信接続先を地上セル基地局１０から大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５に切り替えるように、無線通信部３５３及び無線通信部３５４を制御してもよい。
【００５５】
また、制御部３５５は、大ゾーンセル１５Ａに接続して無線通信を行っているときに地上セル基地局１０との間の無線通信の通信品質（例えばＲＳＲＰ）が所定の閾値以上になったとき、大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５との間の通信回線を解除するとともに地上セル基地局１０との通信回線を確立し、通信接続先を大ゾーンセルの通信中継装置１５から地上セル基地局１０に切り替えるように、無線通信部３５３及び無線通信部３５４を制御してもよい。
【００５６】
また、制御部３５５は、地上セル基地局１０及び大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５それぞれとの間に通信回線を同時に確立しておき、地上セル基地局１０との間の通信回線を介した無線通信を優先的に行い、地上セル基地局１０との間に無線通信の通信品質が劣化したとき又は地上セル基地局１０との無線通信が切断されたとき、通信接続先を地上セル基地局１０から大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５に切り替えるように、無線通信部３５３及び無線通信部３５４を制御してもよい。
【００５７】
また、制御部３５５は、大ゾーンセル１５Ａと無線通信を行っているときに地上セル基地局１０との間の無線通信の通信品質（例えばＲＳＲＰ）が所定の閾値以上になったとき、通信接続先を大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５から地上セル基地局１０に切り替えるように、無線通信部３５３及び無線通信部３５４を制御してもよい。
【００５８】
データ送受信部２５６は、例えば、サービス処理部３５７からの指令などに基づいて送信対象のデータを生成し、生成した送信対象のデータを、無線通信部３５３の変調・復調部３５３２及び無線通信部３５４の変調・復調部３５４２それぞれに対して出力する。
【００５９】
また、データ送受信部２５６は、大ゾーンセル１５Ａや地上セル１０Ａから受信した受信データを無線通信部３５３の変調・復調部３５３２及び無線通信部３５４の変調・復調部３５４２それぞれから受け取り、サービス処理部３５７に渡す。
【００６０】
サービス処理部３５７は、例えば、大ゾーンセル１５Ａや地上セル１０Ａとの無線通信を介して通信サービスを利用した各種アプリケーションを実行し、データ送受信部２５６にデータ送信を指令したり、データ送受信部２５６から受信データを受けたりする。
【００６１】
図５は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５の主要部構成の他の例を示すブロック図である。図５の例は、データ送受信部２５６が、無線通信部３５３の変調・復調部３５３２及び無線通信部３５４の変調・復調部３５４２ではなく制御部３５５に接続された構成例である。なお、図５において、図４と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６２】
図５において、データ送受信部２５６は、例えば、サービス処理部３５７からの指令などに基づいて送信対象のデータを生成し、生成した送信対象のデータを、制御部３５５に対して出力する。制御部３５５は、上向きアンテナ３５１及び下向きアンテナ３５２の切替に応じて、送信対象のデータを無線通信部３５３の変調・復調部３５３２又は無線通信部３５４の変調・復調部３５４２に出力する。例えば、制御部３５５は、大ゾーンセル１５Ａと無線通信するように上向きアンテナ３５１に切り替えたときは、送信対象のデータを無線通信部３５３の変調・復調部３５３２に出力し、地上セル１０Ａと無線通信するように下向きアンテナ３５２に切り替えたときは、送信対象のデータを無線通信部３５４の変調・復調部３５４２に出力する。
【００６３】
また、図５において、制御部３５５は、上向きアンテナ３５１及び下向きアンテナ３５２の切替に応じて、大ゾーンセル１５Ａや地上セル１０Ａから受信した受信データを無線通信部３５３の変調・復調部３５３２及び無線通信部３５４の変調・復調部３５４２それぞれから受け取り、データ送受信部２５６に渡す。
【００６４】
図６は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５におけるセル切替制御の一例を示すフローチャートである。
図６において、大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）及びＵＥ３５の省電力を図るとともに大ゾーンセル１５Ａでのリソース制限に対応するために、ＵＥ３５は、通常時に地上セル１０Ａを優先的に選択して無線通信を行うように下向きアンテナ３５２を選択し、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ１０１）。
【００６５】
次に、ＵＥ３５は、地上セル１０Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、地上セル１０Ａの通信品質（例えばＲＳＲＰ）の情報を取得し（Ｓ１０２）、地上セル１０Ａの通信品質が劣化したか又は地上セル１０Ａとの無線通信が切断したかを判断する（Ｓ１０３）。
【００６６】
地上セル１０Ａの通信品質が劣化したとき又は地上セル１０Ａとの無線通信が切断したとき（Ｓ１０３でＹＥＳ）、ＵＥ３５は、下向きアンテナ３５２から上向きアンテナ３５１に切り替え（Ｓ１０４）、上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ１０５）。これにより、ＵＥ３５では、地上セル１０Ａから大ゾーンセル１５Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００６７】
更に、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａからのダウンリンクの無線信号を受信することできるので、地上セルからのダウンリンクの無線信号による被干渉を抑制することができる。ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａへのアップリンクの無線信号を送信することできるので、地上セルへのアップリンクの無線信号による与干渉を抑制することができる。
【００６８】
その後、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、地上セル１０Ａの通信品質（例えばＲＳＲＰ）の情報を取得し（Ｓ１０６）、地上セル１０Ａの通信品質が回復して所定の閾値以上になったかを判断する（Ｓ１０７）。
【００６９】
地上セル１０Ａの通信品質が回復して所定の閾値以上になったとき、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１から下向きアンテナ３５２に切り替え（Ｓ１０８）、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ１０９）。これにより、ＵＥ３５では、大ゾーンセル１５Ａから地上セル１０Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００７０】
また、大ゾーンセル１５Ａの容量は限られるため、地上セル１０Ａの通信品質が高い通常時は優先的に地上セル１０Ａと接続して通信を行うことで、大ゾーンセル１５Ａの容量を節約することができる。また、通常時は地上セル１０Ａと接続しているので、ＵＥ３５及び大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）それぞれの電力を節約することができる。
【００７１】
図７は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５におけるセル切替制御の他の例を示すフローチャートである。図７の例は、予め大ゾーンセル１５Ａ及び地上セル１０Ａの両方とＵＥ３５との通信回線を確立しておく制御例である。なお、図７において、図６と同様な部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
図７において、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１及び下向きアンテナ３５２を介して大ゾーンセル１５Ａ及び地上セル１０Ａの両方と接続して通信回線を確立しておき（Ｓ２０１）、通常時は地上セル１０Ａのみと無線通信を行う（Ｓ２０２）。
【００７３】
次に、ＵＥ３５は、地上セル１０Ａと無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、地上セル１０Ａの通信品質（例えばＲＳＲＰ）の情報を取得し（Ｓ２０３）、地上セル１０Ａの通信品質が劣化したか又は地上セル１０Ａとの無線通信が切断したかを判断する（Ｓ２０４）。
【００７４】
地上セル１０Ａの通信品質が劣化したとき又は地上セル１０Ａとの無線通信が切断したとき（Ｓ２０４でＹＥＳ）、ＵＥ３５は、下向きアンテナ３５２から上向きアンテナ３５１に切り替え、上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａ無線通信を行う（Ｓ２０５）。これにより、ＵＥ３５では、地上セル１０Ａから大ゾーンセル１５Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００７５】
特に、本例では、予め大ゾーンセル１５Ａとの通信回線の確立を行っておくことで、地上セル１０Ａとの通信の切断時に、冗長性の高いサービスをよりスムーズに且つ確実に維持できる。
【００７６】
更に、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａからのダウンリンクの無線信号を受信することできるので、地上セルからのダウンリンクの無線信号による被干渉を抑制することができる。ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａへのアップリンクの無線信号を送信することできるので、地上セルへのアップリンクの無線信号による与干渉を抑制することができる。
【００７７】
その後、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、地上セル１０Ａの通信品質（例えばＲＳＲＰ）の情報を取得し（Ｓ２０６）、地上セル１０Ａの通信品質が回復して所定の閾値以上になったかを判断する（Ｓ２０７）。
【００７８】
地上セル１０Ａの通信品質が回復して所定の閾値以上になったとき、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１から下向きアンテナ３５２に切り替え、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと無線通信を行う（Ｓ２０８）。これにより、ＵＥ３５では、大ゾーンセル１５Ａから地上セル１０Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００７９】
特に、本例では、予め地上セル１０Ａとの通信回線の確立を行っておくことで、地上セル１０Ａとの通信への復帰時に、冗長性の高いサービスをよりスムーズに且つ確実に維持できる。
【００８０】
また、大ゾーンセル１５Ａの容量は限られるため、地上セル１０Ａの通信品質が高い通常時は優先的に地上セル１０Ａと通信を行うことで、大ゾーンセル１５Ａの容量を節約することができる。また、通常時は地上セル１０Ａと通信しているので、ＵＥ３５及び大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）それぞれの電力を節約することができる。
【００８１】
図８は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５におけるセル切替制御の更に他の例を示すフローチャートである。図８の例は、セル接続時の通信品質ではなくＵＥ３５の位置情報に基づいてセルを切り替える制御例である。本例において、ＵＥ３５は、ＧＰＳ等のＧＮＳＳを用いた測定などにより、そのＵＥ自体の現在位置を検出する位置検出部を備える。
【００８２】
図８において、ＵＥ３５は、通常時に地上セル１０Ａを優先的に選択して無線通信を行うように下向きアンテナ３５２を選択し、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ３０１）。
【００８３】
次に、ＵＥ３５は、地上セル１０Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、そのＵＥ自体の現在位置を検出し（Ｓ３０２）、その位置情報に基づいて、ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断する（Ｓ３０３）。
【００８４】
ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア外に移動したとき、ＵＥ３５は、下向きアンテナ３５２から上向きアンテナ３５１に切り替え（Ｓ３０４）、上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ３０５）。これにより、ＵＥ３５では、地上セル１０Ａから大ゾーンセル１５Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００８５】
更に、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａからのダウンリンクの無線信号を受信することできるので、地上セルからのダウンリンクの無線信号による被干渉を抑制することができる。ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａへのアップリンクの無線信号を送信することできるので、地上セルへのアップリンクの無線信号による与干渉を抑制することができる。
【００８６】
その後、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、そのＵＥ自体の現在位置を検出し（Ｓ３０６）、その位置情報に基づいて、ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断する（Ｓ３０７）。
【００８７】
ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内に移動したとき、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１から下向きアンテナ３５２に切り替え（Ｓ３０８）、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと接続して通信回線を確立して無線通信を行う（Ｓ３０９）。これにより、ＵＥ３５では、大ゾーンセル１５Ａから地上セル１０Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００８８】
また、大ゾーンセル１５Ａの容量は限られるため、地上セル１０Ａの通信品質が高い通常時は優先的に地上セル１０Ａと接続して通信を行うことで、大ゾーンセル１５Ａの容量を節約することができる。また、通常時は地上セル１０Ａと接続しているので、ＵＥ３５及び大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）それぞれの電力を節約することができる。
【００８９】
図９は、本実施形態に係るＵＥ（移動局）３５におけるセル切替制御の更に他の例を示すフローチャートである。図９の例は、予め大ゾーンセル１５Ａ及び地上セル１０Ａの両方とＵＥ３５との通信回線を確立しておき、セル接続時の通信品質ではなくＵＥ３５の位置情報に基づいてセルを切り替える制御例である。本例において、ＵＥ３５は、ＧＰＳ等のＧＮＳＳを用いた測定などにより、そのＵＥ自体の現在位置を検出する位置検出部を備える。
【００９０】
図９において、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１及び下向きアンテナ３５２を介して大ゾーンセル１５Ａ及び地上セル１０Ａの両方と接続して通信回線を確立しておき（Ｓ４０１）、通常時は地上セル１０Ａのみと無線通信を行う（Ｓ４０２）。
【００９１】
次に、ＵＥ３５は、地上セル１０Ａと無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、そのＵＥ自体の現在位置を検出し（Ｓ４０３）、その位置情報に基づいて、ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断する（Ｓ４０４）。
【００９２】
ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア外に移動したとき、ＵＥ３５は、下向きアンテナ３５２から上向きアンテナ３５１に切り替え、上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａ無線通信を行う（Ｓ４０５）。これにより、ＵＥ３５では、地上セル１０Ａから大ゾーンセル１５Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００９３】
特に、本例では、予め大ゾーンセル１５Ａとの通信回線の確立を行っておくことで、地上セル１０Ａとの通信の切断時に、冗長性の高いサービスをよりスムーズに且つ確実に維持できる。
【００９４】
更に、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａからのダウンリンクの無線信号を受信することできるので、地上セルからのダウンリンクの無線信号による被干渉を抑制することができる。ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａ用の上向きアンテナ３５１を介して大ゾーンセル１５Ａへのアップリンクの無線信号を送信することできるので、地上セルへのアップリンクの無線信号による与干渉を抑制することができる。
【００９５】
その後、ＵＥ３５は、大ゾーンセル１５Ａと接続して無線通信を行っているときに、例えば所定の時間間隔で、そのＵＥ自体の現在位置を検出し（Ｓ４０６）、その位置情報に基づいて、ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内または外のいずれに位置しているかを判断する（Ｓ４０７）。
【００９６】
ＵＥ３５が地上セル基地局１０と通信可能な地上セルの三次元エリア内に移動したとき、ＵＥ３５は、上向きアンテナ３５１から下向きアンテナ３５２に切り替え、下向きアンテナ３５２を介して地上セル１０Ａと無線通信を行う（Ｓ４０８）。これにより、ＵＥ３５では、大ゾーンセル１５Ａから地上セル１０Ａへの切替をスムーズに行い、移動通信システムを介して提供される各種サービスを継続して利用することができ、サービスの切断を抑制することができる。
【００９７】
特に、本例では、予め地上セル１０Ａとの通信回線の確立を行っておくことで、地上セル１０Ａとの通信への復帰時に、冗長性の高いサービスをよりスムーズに且つ確実に維持できる。
【００９８】
また、大ゾーンセル１５Ａの容量は限られるため、地上セル１０Ａの通信品質が高い通常時は優先的に地上セル１０Ａと通信を行うことで、大ゾーンセル１５Ａの容量を節約することができる。また、通常時は地上セル１０Ａと通信しているので、ＵＥ３５及び大ゾーンセル１５Ａの通信中継装置１５（中継通信局１５０）それぞれの電力を節約することができる。
【００９９】
また、本明細書で説明された処理工程並びに移動通信システム、大ゾーンセルの中継通信局１５０、大ゾーンセル基地局７０、地上セル基地局１０及びユーザ端末装置（移動局）３０，３１、３５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。
【０１００】
ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、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）において上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。
【０１０１】
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、上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上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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  地上セル基地局
１０Ａ  地上セル
１５  通信中継装置（飛行体）
１５Ａ  大ゾーンセル
３０  地上セルに接続された地上の移動局（ユーザ端末装置，ＵＥ）
３１  大ゾーンセルに接続された地上の移動局（ユーザ端末装置，ＵＥ）
３５  上空の移動局（ユーザ端末装置，ＵＥ）
１５０  大ゾーンセルの中継通信局
３５１  上向きアンテナ
３５２  下向きアンテナ
３５３，３５４  無線通信部
３５５  制御部
３５６  データ送受信部
３５７  サービス処理装置
３５３１，３５４１  送受信機
３５３２，３５４２  変調・復調部
【図１】
2020072417.tif 000003
【図２】
2020072417.tif 000004
【図３】
2020072417.tif 000005
【図４】
2020072417.tif 000006
【図５】
2020072417.tif 000007
【図６】
2020072417.tif 000008
【図７】
2020072417.tif 000009
【図８】
2020072417.tif 000010
【図９】
2020072417.tif 000011