(57)【要約】【課題】  各種無線装置を通信ノード内に配設することなく、単一の無線装置にて見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるデータリンクを構築可能な無線通信装置を提供する。【解決手段】  無線通信装置１）は、フェーズドアレイアンテナ（３）のビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理手段（２１ａ）と、フェーズドアレイアンテナ（３）のビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理手段（２１ｂ）と、フェーズドアレイアンテナのビーム（３）を制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理手段（２１ｃ）とを有し、フェーズドアレイアンテナ（３）により見通し内通信と見通し外通信と空中移動体通信とを切替える。【選択図】      図１
2011234140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理手段と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理手段と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理手段とを有し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
対向するリンク先装置からの位置情報を基に前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断する判断手段を含み、
前記判断手段で使用すると判断した通信方法に対応する通信処理手段により前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記位置情報を基に前記リンク先装置との間の無線伝送路における障害物の有無と前記リンク先装置の移動の有無とを検索し、その検索結果に応じて前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記フェーズドアレイアンテナのマルチビームと分割多重方法との組み合わせにより１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）またはＮ：Ｎの無線リンクによりネットワーク化を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記分割多重方法は、少なくとも時分割多重方法、周波数分割多重方法、空間分割多重方法、符号分割多重方法を含むことを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
【請求項６】
多方向通信と前記分割多重方法の種別割り当てにあたり、多方向通信間の干渉回避を行うためのアンテナパターンのナル制御手段を含むことを特徴とする請求項４または請求項５記載の無線通信装置。
【請求項７】
外部制御装置からのネットワークルーティング指示により前記通信方法と多元接続パラメータと前記アンテナパターンのナル制御とにより多方向通信間相互の干渉を回避するネットワーク化を行うことを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。
【請求項８】
上記請求項１から請求項７のいずれか一つに記載に無線通信装置を含むことを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項９】
無線通信装置が、
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理とを実行し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替えることを特徴とするデータリンク構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置、無線ネットワークシステム及びそれらに用いるデータリンク構築方法に関し、特に伝送遅延時間が大きい衛星通信を用いないで、広範囲に分布する通信ノード及び飛翔体に搭載された通信ノードを結ぶ立体的なメッシュネットワークにおけるデータリンクの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したメッシュネットワークにおいては、無線伝送路に障害物がない場合に通信ノード間の無線通信に見通し内（ＬＯＳ：Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）通信を用い（例えば、特許文献１，２参照）、無線伝送路に障害物がある場合に通信ノード間の無線通信に見通し外（ＯＨ：Ｏｖｅｒ  ｔｈｅ  Ｈｏｒｉｚｏｎ）通信（対流圏散乱を用いた通信）を用いている（例えば、特許文献３，４参照）。
【０００３】
また、上記のメッシュネットワークでは、飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に空中移動体（ＡＶ：Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信を用いている（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
見通し内通信においては、伝搬歪を自動的に補正し、通信品質を改善する自動等化処理が行われ、見通し外通信においては、フェージングと伝搬歪とを自動的に補正し、通信品質を改善するダイバーシチ自動等化処理が行われ、空中移動体通信においては、移動する飛翔体を追尾して通信を維持する移動体追尾通信処理が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５７６３７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５２６８号公報
【特許文献３】特開平０５−２９２０８４号公報
【特許文献４】特開２００２−１６４７９８号公報
【特許文献５】特許第３８４１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した本発明に関連する立体的なメッシュネットワークでは、見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信にて個々の通信ノード間の無線通信を実現しているため、見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信各々の無線装置を各通信ノード内に配設しなければ、見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるデータリンクを構築することができないという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、各種無線装置を通信ノード内に配設することなく、単一の無線装置にて見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるデータリンクを構築することができる無線通信装置、無線ネットワークシステム及びそれらに用いるデータリンク構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による無線通信装置は、フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理手段と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理手段と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理手段とを有し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替えている。
【０００９】
本発明による無線ネットワークシステムは、上記の無線通信装置を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によるデータリンク構築方法は、
無線通信装置が、
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理とを実行し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、各種無線装置を通信ノード内に配設することなく、単一の無線装置にて見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるデータリンクを構築することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による無線通信装置での通信方法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による無線ネットワークシステムにおける通信方法の判断処理の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による無線ネットワークシステムの動作例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムの動作例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムのルーティング制御例を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムのルーティング制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明による無線ネットワークシステムの概要について説明する。
【００１４】
本発明による無線ネットワークシステムは、１台の円筒型のフェーズドアレイアンテナ及び無線装置にて、フェーズドアレイアンテナのマルチビームを利用して、無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内（ＬＯＳ：Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）通信、無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外（ＯＨ：Ｏｖｅｒ  ｔｈｅ  Ｈｏｒｉｚｏｎ）通信、飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体（ＡＶ：Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信のいずれにも対応した通信を行うことにより、各種無線装置を通信ノード内に配設することなく、単一の無線装置にて見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるデータリンクを構築することができる。
【００１５】
また、背景技術に記載のメッシュネットワークにおける見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信の各種無線通信では、それぞれに用いる周波数帯が異なっており、これらの無線通信によりデータリンクを構築する場合に広い周波数帯を占有することになる。
【００１６】
これに対して、本発明では、一つの周波数帯において、時分割多重（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、周波数分割多重（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、空間分割多重（ＳＤＭＡ：Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、符号分割多重（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）等の多元接続と組み合わせることで、見通し内通信、見通し外通信、空中移動体通信によるメッシュデータリンクを構築することができる。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成例を示すブロック図である。図１において、無線通信装置１は、信号処理部２と、フェーズドアレイ部（例えば、円筒型のフェーズドアレイアンテナ）３とを含んで構成されている。
【００１８】
信号処理部２は、制御部（Ｍｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２１と、マルチビーム化部（Ｍｕｌｔｉ−Ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ）［ＴＸ（送信）］２２と、マルチビーム化部（Ｍｕｌｔｉ−Ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ）［ＲＸ（受信）］２３と、乗算器２４−１〜２４−ｎ，２５−１〜２５−ｎと、スイッチ（ＳＷ）２６−１〜２６−ｎと、マップ情報メモリ２７とを含んで構成されている。
【００１９】
制御部（Ｍｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２１は、見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃ、通信方法判断処理２１ｄを実行する。
【００２０】
フェーズドアレイ部３は、アンテナ要素（Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）＋送受信モジュール［ＴＲ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ  ＆  Ｒｅｃｅｉｖｅ）  Ｍｏｄｕｌｅ］３１〜３ｎを備えている。
【００２１】
見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａにおいては、伝搬歪を自動的に補正し、通信品質を改善する自動等化処理が行われ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂにおいては、フェージングと伝搬歪とを自動的に補正し、通信品質を改善するダイバーシチ自動等化処理が行われ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃにおいては、移動する飛翔体を追跡（追尾）して通信を維持する移動体追尾通信処理が行われている。
【００２２】
見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃ各々に共通の処理としては、通信相手を自動的に走査し、各通信方法に応じたアンテナ利得及び送信電力の制御を行うアンテナマルチビーム処理と、メッシュネットワークの通信ノード間で情報共有を行うデータリンク処理と、マルチビームによる空間分割多重（ＳＤＭＡ）及びデータリンクによる時分割多重（ＴＤＭＡ）を統合した時空間信号処理とが行われる。
【００２３】
図２は本発明の第１の実施の形態による無線通信装置での通信方法を示す図である。図２（ａ）は見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂによる通信方法を示し、図２（ｂ）は見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａによる通信方法を示し、図２（ｃ）は空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃによる通信方法を示している。
【００２４】
図２（ａ）において、見通し外（ＯＨ）通信の場合は、フェーズドアレイ部３から複数のマルチビームを対流圏に向けて照射し、空間ダイバーシチの通信を行う。
【００２５】
図２（ｂ）において、見通し内（ＬＯＳ）通信の場合は、フェーズドアレイ部３からマルチビームを複数の方向にフォーミングすることにより、多方向通信を行う。
【００２６】
図２（ｃ）において、空中移動体（ＡＶ）通信の場合は、フェーズドアレイ部３からビームを飛翔体（空中移動体）に向けてステアリングすることで、空中線に駆動部を持たせずに、追尾（追跡）が可能となる。
【００２７】
図３は本発明の第１の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図３において、本発明の第１の実施の形態による無線ネットワークシステムは、それぞれフェーズドアレイアンテナ１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，・・・，１Ｎ１を備えた通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，・・・，１Ｎ２から構成されている。
【００２８】
フェーズドアレイアンテナ１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，・・・，１Ｎ１は、それぞれ図１に示すフェーズドアレイ部３に相当し、通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，・・・，１Ｎ２は、それぞれ図１に示す信号処理部２に相当している。
【００２９】
この場合、通信ノード１１２は、通信ノード１３２，１４２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信によりデータリンクを構成し、通信ノード１１２，１５２との間で見通し外（ＯＨ）通信によりデータリンクを構成し、通信ノード１６２，１Ｎ２との間で空中移動体（ＡＶ）通信によりデータリンクを構成している。
【００３０】
図４は本発明の第１の実施の形態による無線ネットワークシステムにおける通信方法の判断処理の一例を示す図である。図４において、本実施の形態で通信方法を判断する場合、通信ノード１１２の信号処理部２の制御部２１では、通信方法判断処理２１ｄを実行することで、見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃのうちのいずれを実行するかを判断する。
【００３１】
通信ノード１１２は、無線伝送路に障害物がない通信ノード１３２との間にデータリンクを構築する場合、通信方法判断処理２１ｄにおいて、通信ノード１３２の３次元位置情報を基にマップ情報メモリ２７内の３次元地図情報を検索し、通信ノード１１２の３次元位置から通信ノード１３２の３次元位置までの地形情報を認識する。
【００３２】
この場合は、通信方法判断処理２１ｄにおいて、リンク先（通信ノード１３２）との間の無線伝送路における障害物の有無、リンク先（通信ノード１３２）の移動の有無等から見通し内（ＬＯＳ）通信を用いると判断され、見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａが起動される。
【００３３】
見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａの起動により、マルチビーム化部（ＴＸ）２２と、マルチビーム化部（ＲＸ）２３と、乗算器２４−１〜２４−ｎ，２５−１〜２５−ｎと、スイッチ（ＳＷ）２６−１〜２６−ｎとが制御され、フェーズドアレイ部３（フェーズドアレイアンテナ１１１，１３１）を通して通信ノード１３２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信を用いてデータリンクが構築される。
【００３４】
通信ノード１１２は、無線伝送路に障害物（図４では「山」）がある通信ノード１２２との間にデータリンクを構築する場合、通信方法判断処理２１ｄにおいて、通信ノード１２２の３次元位置情報を基にマップ情報メモリ２７内の３次元地図情報を検索し、通信ノード１１２の３次元位置から通信ノード１２２の３次元位置までの地形情報を認識する。
【００３５】
この場合は、通信方法判断処理２１ｄにおいて、リンク先（通信ノード１２２）との間の無線伝送路における障害物の有無、リンク先（通信ノード１２２）の移動の有無等から見通し外（ＯＨ）通信を用いると判断され、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂが起動される。
【００３６】
見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂの起動により、マルチビーム化部（ＴＸ）２２と、マルチビーム化部（ＲＸ）２３と、乗算器２４−１〜２４−ｎ，２５−１〜２５−ｎと、スイッチ（ＳＷ）２６−１〜２６−ｎとが制御され、フェーズドアレイ部３（フェーズドアレイアンテナ１１１，１２１）を通して通信ノード１２２との間で見通し外（ＯＨ）通信を用いてデータリンクが構築される。
【００３７】
通信ノード１１２は、上空を移動している飛翔体１４０に搭載された通信ノード１４２との間にデータリンクを構築する場合、通信方法判断処理２１ｄにおいて、通信ノード１４２の３次元位置情報を基にマップ情報メモリ２７内の３次元地図情報を検索し、通信ノード１４２の３次元位置を認識する。
【００３８】
この場合は、通信方法判断処理２１ｄにおいて、リンク先（通信ノード１４２）との間の無線伝送路における障害物の有無、リンク先（通信ノード１４２）の移動の有無等から空中移動体（ＡＶ）通信を用いると判断され、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃが起動される。
【００３９】
空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃの起動により、マルチビーム化部（ＴＸ）２２と、マルチビーム化部（ＲＸ）２３と、乗算器２４−１〜２４−ｎ，２５−１〜２５−ｎと、スイッチ（ＳＷ）２６−１〜２６−ｎとが制御され、フェーズドアレイ部３（フェーズドアレイアンテナ１１１，１４１）を通して通信ノード１４２との間で空中移動体（ＡＶ）通信を用いてデータリンクが構築される。
【００４０】
図５は本発明の第１の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れを示す図である。図１と図３と図５とを参照して本発明の第１の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れについて説明する。
【００４１】
本実施の形態では、図３に示す通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，・・・，１Ｎ２各々に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置検出手段を実装しており、この位置検出手段により自ノードの位置情報（緯度・経度・高度情報）を測定している。
【００４２】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、対向する通信ノードとの間で、メッシュネットワークの迂回ルートを介して、又は別通信手段により、互いの位置情報を交換し、互いの位置情報を認識する（対向の位置確認）（図５ステップＳ１）。
【００４３】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、対向する通信ノードとの間で互いの装置の情報［固定／移動体、片方向通信／双方向通信、通信量（大／小）、伝送遅延時間等］を交換し、対向する通信ノードの情報認識を行う（対向ノードの情報認識）（図５ステップＳ２）。
【００４４】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、マップ情報メモリ２７に蓄積した対向する通信ノードとの通信区間の地形マップ情報等から電波伝搬経路を検索し、適用すべき最適な通信方法［見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信］、伝送速度（周波数帯）を決定する（地形及び電波伝搬経路による最適通信方法の決定）（図５ステップＳ３）。
【００４５】
尚、本実施の形態では、対向する通信ノードとの通信区間の地形マップ情報等をマップ情報メモリ２７に蓄積しているが、この地形マップ情報等は、判断を行う都度、メッシュネットワークを介してサーバ等から取得するようにしてもよい。
【００４６】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、決定した通信方法に対応する通信処理［見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃ］を起動し、決定した通信方法に応じてフェーズドアレイアンテナへのビームを設定し、通信を開始する（通信の開始）（図５ステップＳ４）。
【００４７】
このように、本実施の形態では、フェーズドアレイアンテナにより１台の通信ノード（無線通信装置）にて、見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信を切替えて行う。
【００４８】
つまり、本実施の形態では、フェーズドアレイアンテナのマルチビーム化手段（アンテナ要素＋送受信モジュール３１〜３ｎ）により多方向リンクを構成し、位置検出手段により通信ノード（無線通信装置）１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，・・・，１Ｎ２各々の３次元位置情報を認識し（リンク先との間の無線伝送路における障害物の有無、リンク先の移動の有無）、リンク先との最適な伝搬形態を判断する手段（通信方法判断処理２１ｄ）と、当該手段の判断結果に応じて見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信を切替える手段（制御部２１の処理）により１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）の無線リンクを構成する。
【００４９】
本実施の形態において、各通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，・・・，１Ｎ２は、ＧＰＳ等からの３次元位置情報を把握し、リンク先との対向通信を、見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信を識別判断し、フェーズドアレイアンテナのビームをステアリング制御し、無線リンクを自動構築する。
【００５０】
これによって、本実施の形態では、各種無線装置を通信ノード内に配設することなく、単一の無線装置にて見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信によるデータリンクを構築することができる。
【００５１】
尚、飛翔体１４０側は、必ずしもフェーズドアレイアンテナ１４１を搭載できるわけではないので、地上に配置された無線通信装置（通信ノード１１２）により飛翔体１４０側に対してビームステアリングを行うことで、飛翔体１４０側の追跡（追尾）を行う。
【００５２】
図６は本発明の第２の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図６において、本発明の第２の実施の形態による無線ネットワークシステムは、通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，１７２，１８２，１９２，２０２，２１２，・・・，２Ｎ２各々で、フェーズドアレイアンテナのマルチビーム及び時間・空間・周波数・符号の分割多重［時分割多重（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重（ＦＤＭＡ）、空間分割多重（ＳＤＭＡ）、符号分割多重（ＣＤＭＡ）等］の組み合わせにより、１：ＮまたはＮ：Ｎの無線リンクによりネットワーク化を行っている。
【００５３】
尚、本実施の形態では、多方向通信と多元接続の種別割り当てにあたり、多方向通信間の干渉回避を行うためのアンテナパターンのナル制御手段［例えば、特許第２７６５３７７（特許文献６）に開示の方法］と併せて、その割り当ての判断を行う手段により種別割り当てを行う。
【００５４】
通信ノード１１２は、通信ノード１２２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード２１２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築している。
【００５５】
通信ノード１２２は、通信ノード１１２，１７２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１３２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築している。
【００５６】
通信ノード１３２は、通信ノード１２２，１５２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１４２，１６２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築している。
【００５７】
通信ノード１４２は、通信ノード１３２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１５２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築している。
【００５８】
通信ノード１５２は、通信ノード１３２，１４２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１８２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築している。
【００５９】
通信ノード１６２は、通信ノード１３２，１７２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１９２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築している。
【００６０】
通信ノード１７２は、通信ノード１２２，１６２との間で見通し内（ＬＯＳ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード２０２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築している。
【００６１】
通信ノード１８２は、通信ノード１５２，１９２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード１９２は、通信ノード１６２，２０２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード２０２は、通信ノード１７２，１９２，２１２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築している。
【００６２】
通信ノード２１２は、通信ノード１１２，１２２との間で見通し外（ＯＨ）通信により無線リンクを構築し、通信ノード２Ｎ２との間で空中移動体（ＡＶ）通信により無線リンクを構築している。
【００６３】
図７は本発明の第２の実施の形態による無線ネットワークシステムの動作例を示す図であり、図８は本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れを示す図であり、図９及び図１０は本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断例を示す図である。これら図７〜図１０を参照して本発明の第２の実施の形態による無線通信装置における通信方法の判断処理の流れについて説明する。
【００６４】
本実施の形態では、図７に示す通信ノード１１２〜１６２各々に、ＧＰＳ等の位置検出手段を実装しており、この位置検出手段により自ノードの位置情報（緯度・経度・高度情報）を測定している。
【００６５】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、対向する通信ノードとの間で、メッシュネットワークの迂回ルートを介して、又は別通信手段により、互いの位置情報を交換し、互いの位置情報を認識する（対向の位置確認）（図８ステップＳ１１）。
【００６６】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、対向する通信ノードとの間で互いの装置の情報［固定／移動体、片方向通信／双方向通信、通信量（大／小）、伝送遅延時間等］を交換し、対向する通信ノードの情報認識を行う（対向ノードの情報認識）（図８ステップＳ１２）。
【００６７】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、マップ情報メモリ２７に蓄積した対向する通信ノードとの通信区間の地形マップ情報等から電波伝搬経路を検索し、適用すべき最適な通信方法［見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信］、伝送速度（周波数帯）を決定する（地形及び電波伝搬経路による最適通信方法の決定）（図８ステップＳ１３）。
【００６８】
尚、本実施の形態では、対向する通信ノードとの通信区間の地形マップ情報等をマップ情報メモリ２７に蓄積しているが、この地形マップ情報等は、判断を行う都度、サーバ等から取得するようにしてもよい。
【００６９】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、複数の無線通信でネットワーク化する際、対向する通信ノード間において互いの電波干渉を回避するために、他の既存通信リンクに関する情報［既存通信の通信方法／出力レベル／通信方向（移動体の場合は予測移動方向）／通信量／伝送遅延時間等］を確認する（他の既存通信の情報認識確認）（図８ステップＳ１４）。
【００７０】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、上記の確認結果を基に、既存通信との干渉計算、新規回線の回線設計を行い、他の既存通信との干渉を回避するように多元接続手段（ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ／ＣＤＭＡ／ＳＤＭＡ等）を使い分けて通信を行うか、またはビームフォーミングにおいてＮｕｌｌ（ナル）を形成し、干渉を受信しないように通信を行う（他既存通信との干渉計算及び回避）（図８ステップＳ１５）。
【００７１】
ここで、図９及び図１０を参照して多元接続手段の使い分けについて述べる。無線通信装置１では、通信方向、周波数帯、送信出力から干渉計算を行い、使用周波数帯の最小化を優先する場合に以下のように多元接続手段を使い分ける。
【００７２】
ネットワークにおいて、互いの回線の伝搬方向がなす角度が大きい場合は、空間分割多重（ＳＤＭＡ）を適用することができる。上記の空間分割多重（ＳＤＭＡ）でも干渉が生ずる場合は、干渉方向にアンテナ利得を急激に落としたＮｕｌｌを形成し、干渉を受信しないように制御する（Ｎｕｌｌ制御による干渉回避）。
【００７３】
一通信の送信出力が大きい場合、必要な伝送速度が小さい場合、使用可能な周波数帯がない（少ない）場合、対向する通信ノードが移動している場合は、それぞれ他通信との干渉を避けるために、時分割多重（ＴＤＭＡ）を使用する。
【００７４】
同方向の通信がある場合、大きな伝送速度が必要な場合は、それぞれ周波数分割多重（ＦＤＭＡ）を使用する。
【００７５】
同方向の通信が多い場合、必要な伝送速度が小さい場合は、それぞれ符号分割多重を使用する。
【００７６】
無線通信装置１の信号処理部２の制御部２１は、決定した通信方法に対応する通信処理［見通し内（ＬＯＳ）通信処理２１ａ、見通し外（ＯＨ）通信処理２１ｂ、空中移動体（ＡＶ）通信処理２１ｃ］を起動し、決定した通信方法に応じてフェーズドアレイアンテナへのビームを設定するとともに、上記の干渉回避をフェーズドアレイアンテナに適用して通信を開始する（通信の開始）（図８ステップＳ１６）。
【００７７】
このように、本実施の形態では、立体的なメッシュネットワーク化を行う際に、多元接続制御を組み合わせ、限られた周波数帯内で周波数再利用効率を高めて、メッシュネットワークのシームレスなリンクを実現している。
【００７８】
図１１は本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図１１において、本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムは、ネットワークルーティング制御を行うための外部制御装置３０１を設けた以外は、上述した本発明の第１及び第２の実施の形態と同様の構成及び動作となっている。また、外部制御装置３０１は、図１１に示す無線ネットワークシステムのいずれかの通信ノードと連接されているものとし、当該ネットワークを介して、ルーティングに係わる各通信ノードにルーティング指示の信号が伝送されるものとする。
【００７９】
本実施の形態では、外部制御装置３０１からのネットワークルーティング指示により、ネットワークの伝搬形態［見通し内（ＬＯＳ）通信、見通し外（ＯＨ）通信、空中移動体（ＡＶ）通信］と、多元接続パラメータと、アンテナパターンのナル制御とにより、多方向通信間相互の干渉を回避するネットワーク化を行っている。
【００８０】
図１２は本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムの動作例を示す図である。図１２を参照して本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムの動作について説明する。
【００８１】
まず、通信を開始したい通信ノードが外部制御装置３０１に通信要求を送信する。この場合、通信要求パラメータとしては、送信元／宛先ノード：それぞれのノードＩＤ［ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスなど］、通信方法：同期通信のみ・非同期通信のみ・非同期通信許可等、必要伝送容量：固定容量・可変容量（最大、最低、平均）、最大遅延時間：送信元から宛先までのトータルでの遅延時間の許容値、通信優先度：ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）値等、信頼度：全無線区間トータルでのＢＥＲ（ビット・エラー・レート／符号誤り率）・対傍受性・対妨害性がある。
【００８２】
続いて、外部制御装置３０１が既存通信の情報から新規ルーティング経路を算出し、回線設計を実施する。この場合、経路計算要素としては、ノードの位置情報と地形情報・地域毎の周波数利用状況から各ノード間毎の通信方法を決定、遅延時間を最適化させる経路を決定、伝送容量を確保可能な経路・負荷の分散路・障害時の迂回路を選択、優先制御の優先度が近い通信が混在しないように経路を最適化、送信電力を最小化（省電力化）可能な経路・伝搬路を選択、回路設計結果よりＢＥＲを算出、通信方法・周波数・伝送路より対傍受性・対妨害性を評価、移動体ノードの場合に移動先でのハンドオーバがある。
【００８３】
最後に、外部制御装置３０１は、上記のようにして算出したルーティング経路情報を無線通信装置及びルータ部に送信する。ここで、ルータ部とは、無線通信装置の通信インタフェースに連接され、ネットワークルーティングに必要な経路切替えを行うものとする。
【００８４】
図１３及び図１４は本発明の第３の実施の形態による無線ネットワークシステムのルーティング制御例を示す図である。図１３において、外部制御装置（例えば、ネットワーク管制制御装置等）３０１は、通信ノード１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，１７２，１８２，１９２，２０２，２１２，・・・，２Ｎ２からなるメッシュネットワークにおいて、伝達すべきデータを伝送遅延が最小となるルーティングによりネットワーク経路（図１３において、太線で示すルート）を制御している。また、当該リンクに障害が発生した場合は、他ルートへの迂回制御により確実な情報伝達を行う。
【００８５】
図１４に示すように、通信ノード１２２と通信ノード１３２との間で見通し外（ＯＨ）通信を行っている場合、見通し外（ＯＨ）通信の伝搬による電波が通信ノード１６２へ干渉することを回避させるため、通信ノード１６２のフェーズドアレイアンテナは通信ノード１２２からの見通し外（ＯＨ）通信の伝搬波に対してアンテナパターンのナル（Ｎｕｌｌ）を形成させて通信ノード１６２に見通し外（ＯＨ）通信の干渉が生じないように制御を行う。
【００８６】
当該ナル制御も、外部制御装置３０１がネットワークにおける干渉パターンを計算し、これを回避させるようにフェーズドアレイアンテナのビーム制御を行う。アンテナパターン４０１〜４０３は３本のビームが通信ノード１６２に対向する通信ノード１９２，１７２，１３２に向けられていることを示す。
【００８７】
このように、本実施の形態では、外部制御装置３０１がネットワークにおける干渉パターンを計算し、これを回避させるようにフェーズドアレイアンテナのビーム制御を行うことで、見通し外（ＯＨ）通信の干渉が生じないように制御を行うことができる。
【００８８】
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下の記載に限定されない。
【００８９】
［付記１］
無線通信装置が、
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理とを実行し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替え、
前記無線通信装置が、対向するリンク先装置からの位置情報を基に前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断する判断処理を実行し、
前記判断処理において使用すると判断した通信方法に対応する通信処理により前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御することを特徴とするデータリンク構築方法。
【００９０】
［付記２］
前記判断処理において、前記位置情報を基に前記リンク先装置との間の無線伝送路における障害物の有無と前記リンク先装置の移動の有無とを検索し、その検索結果に応じて前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断することを特徴とする付記１に記載のデータリンク構築方法。
【００９１】
［付記３］
無線通信装置が、
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理とを実行し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替え、
前記フェーズドアレイアンテナのマルチビームと分割多重方法との組み合わせにより１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）またはＮ：Ｎの無線リンクによりネットワーク化を行うことを特徴とするデータリンク構築方法。
【００９２】
［付記４］
無線通信装置が、
フェーズドアレイアンテナのビームを制御して無線伝送路に障害物がない場合に用いる見通し内通信を行う見通し内通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して前記無線伝送路に障害物がある場合に用いる見通し外通信を行う見通し外通信処理と、
前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御して飛翔体に搭載された通信ノードとの間の通信に用いる空中移動体通信を行う空中移動体通信処理とを実行し、
前記フェーズドアレイアンテナにより前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とを切替え、
前記無線通信装置が、対向するリンク先装置からの位置情報を基に前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断する判断処理を実行し、
前記判断処理において使用すると判断した通信方法に対応する通信処理により前記フェーズドアレイアンテナのビームを制御し、
前記フェーズドアレイアンテナのマルチビームと分割多重方法との組み合わせにより１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）またはＮ：Ｎの無線リンクによりネットワーク化を行うことを特徴とするデータリンク構築方法。
【００９３】
［付記５］
前記判断処理において、前記位置情報を基に前記リンク先装置との間の無線伝送路における障害物の有無と前記リンク先装置の移動の有無とを検索し、その検索結果に応じて前記見通し内通信と前記見通し外通信と前記空中移動体通信とのうちのいずれを使用するかを判断することを特徴とする付記４に記載のデータリンク構築方法。
【００９４】
［付記６］
前記分割多重方法は、少なくとも時分割多重方法、周波数分割多重方法、空間分割多重方法、符号分割多重方法を含むことを特徴とする付記３から付記５のいずれかに記載のデータリンク構築方法。
【００９５】
［付記７］
多方向通信と前記分割多重方法の種別割り当てにあたり、多方向通信間の干渉回避を行うためのアンテナパターンのナル制御手段を含むことを特徴とする付記３から付記６のいずれかに記載のデータリンク構築方法。
【００９６】
［付記８］
外部制御装置からのネットワークルーティング指示により前記通信方法と多元接続パラメータと前記アンテナパターンのナル制御とにより多方向通信間相互の干渉を回避するネットワーク化を行うことを特徴とする付記７記載のデータリンク構築方法。
【符号の説明】
【００９７】
１  無線通信装置
２  信号処理部
３  フェーズドアレイ部
２１  制御部
２１ａ  見通し内（ＬＯＳ）通信処理
２１ｂ  見通し外（ＯＨ）通信処理
２１ｃ  空中移動体（ＡＶ）通信処理
２１ｄ  通信方法判断処理
２２  マルチビーム化部（ＴＸ）
２３  マルチビーム化部（ＲＸ）
２４−１〜２４−ｎ，
２５−１〜２５−ｎ  乗算器
２６−１〜２６−ｎ  スイッチ
２７  マップ情報メモリ
３１〜３ｎ  アンテナ要素＋送受信モジュール
１１１，１２１，１３１，
１４１，１５１，１６１，１Ｎ１  フェーズドアレイアンテナ
１１２，１２２，１３２，
１４２，１５２，１６２，
１７２，１８２，１９２，
１Ｎ２，２０２，２１２，２Ｎ２  通信ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011234140.tif 000008
【図７】
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【図８】
2011234140.tif 000010
【図９】
2011234140.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011234140.tif 000013
【図１２】
2011234140.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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