(57)【要約】【課題】３次元化したネットワークを実現する無線中継装置の状態を、専用回線を設けることなく監視することができる無線中継装置を提供する。【解決手段】上空を飛行して移動可能な無線中継装置であって、地上又は海上に設けられた通信網側のゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線信号を送受信するための第一アンテナと、端末装置との間でサービスリンクの無線信号を送受信するための第二アンテナと、第一アンテナと第二アンテナとの間に設けられ、フィーダリンクの無線信号とサービスリンクの無線信号とを中継する中継処理部と、当該無線中継装置の状態に関する監視情報を取得する情報取得部と、フィーダリンクを介してゲートウェイ局に監視情報を送信する情報通信部と、を備える。【選択図】図１０
2019135823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上空を飛行して移動可能な無線中継装置であって、
地上又は海上に設けられた通信網側のゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線信号を送受信するための第一アンテナと、
端末装置との間でサービスリンクの無線信号を送受信するための第二アンテナと、
前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間に設けられ、前記フィーダリンクの無線信号と前記サービスリンクの無線信号とを中継する中継処理部と、
当該無線中継装置の状態に関する監視情報を取得する情報取得部と、
前記フィーダリンクを介して通信網側に前記監視情報を送信する情報通信部と、を備えることを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１の無線中継装置において、
制御情報に基づいて当該無線中継装置を制御する制御部を更に備え、
前記情報通信部は、前記フィーダリンクを介して前記制御情報を受信することを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項２の無線中継装置において、
前記制御情報は、目標飛行ルート情報を含むことを特徴とする無線中継装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの無線中継装置において、
前記情報通信部は、
前記第二アンテナと前記中継処理部との間のサービスリンク信号経路に対して前記サービスリンクの無線信号の送受信するための監視用アンテナと、
前記監視用アンテナを介して送受信されるサービスリンクのリバースリンク信号又はフォワードリンク信号と、前記監視情報のデータ信号又は前記制御情報のデータ信号との間の変換を行う信号変換部と、を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかの無線中継装置において、
前記情報通信部は、
前記第二アンテナと前記中継処理部との間のサービスリンク信号経路に設けられた方向性結合器又は分配合成器と、
前記方向性結合器又は分配合成器を介して送受信されるサービスリンクのリバースリンク信号又はフォワードリンク信号と、前記監視情報のデータ信号又は前記制御情報のデータ信号との間の変換を行う信号変換部と、を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの無線中継装置において、
前記監視情報は、当該無線中継装置の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、当該無線中継装置の周辺の気流の風速及び風向、並びに、当該無線中継装置の周辺の気圧及び気温の少なくとも一つの情報を含むことを特徴とする無線中継装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの無線中継装置において、
前記監視情報は、前記ゲートウェイ局との間のフィーダリンクの通信品質の情報及び前記端末装置との間のサービスリンクの通信品質の情報の少なくとも一方を含むことを特徴とする無線中継装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの無線中継装置において、
前記フィーダリンクの周波数と前記サービスリンクの周波数は互いに異なり、
前記中継処理部は、前記フィーダリンクの周波数と前記サービスリンクの周波数との間の周波数変換機能を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの無線中継装置において、
前記ゲートウェイ局は、移動通信の基地局に接続されたリピーター親機であり、
当該無線中継装置は、前記リピーター親機と無線通信するリピーター子機であることを特徴とする無線中継装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかの無線中継装置において、
当該無線中継装置は、移動体通信の基地局であることを特徴とする無線中継装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかの無線中継装置と、前記無線中継装置とフィーダリンクを介して通信する通信網側のゲートウェイ局と、前記監視情報を受信する通信網側の監視装置と、を備える通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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（高高度プラットフォーム局）等の無線中継装置及び通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６．３００  Ｖ１０．１２．０（２０１４−１２）．
【非特許文献２】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６．３００  Ｖ１３．５．０（２０１６−０９）．
【非特許文献３】Ｇ．  Ｒｏｍａｎｏ，「３ＧＰＰ  ＲＡＮ  ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｏｎ  “５Ｇ”」，３ＧＰＰ，２０１６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信にて３次元化したネットワークを実現する無線中継装置の状態を、専用回線を設けることなく監視するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線中継装置は、上空を飛行して移動可能な無線中継装置であって、地上又は海上に設けられた通信網側のゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線信号を送受信するための第一アンテナと、端末装置との間でサービスリンクの無線信号を送受信するための第二アンテナと、前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間に設けられ、前記フィーダリンクの無線信号と前記サービスリンクの無線信号とを中継する中継処理部と、当該無線中継装置の状態に関する監視情報を取得する情報取得部と、前記フィーダリンクを介して通信網側に前記監視情報を送信する情報通信部と、を備える。
前記無線中継装置において、制御情報に基づいて当該無線中継装置を制御する制御部を更に備え、前記情報通信部は、前記フィーダリンクを介して前記制御情報を受信してもよい。ここで、前記制御情報は、目標飛行ルート情報を含んでもよい。
また、前記無線中継装置において、前記情報通信部は、前記第二アンテナと前記中継処理部との間のサービスリンク信号経路に対して前記サービスリンクの無線信号の送受信するための監視用アンテナと、前記監視用アンテナを介して送受信されるサービスリンクのリバースリンク信号又はフォワードリンク信号と、前記監視情報のデータ信号又は前記制御情報のデータ信号との間の変換を行う信号変換部と、を有してもよい。
また、前記無線中継装置において、前記情報通信部は、前記第二アンテナと前記中継処理部との間のサービスリンク信号経路に設けられた方向性結合器又は分配合成器と、前記方向性結合器又は分配合成器を介して送受信されるサービスリンクのリバースリンク信号又はフォワードリンク信号と、前記監視情報のデータ信号又は前記制御情報のデータ信号との間の変換を行う信号変換部と、を有してもよい。
また、前記無線中継装置において、前記監視情報は、当該無線中継装置の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、当該無線中継装置の周辺の気流の風速及び風向、並びに、当該無線中継装置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し、前記ゲートウェイ局との間のフィーダリンクの通信品質の情報及び前記端末装置との間のサービスリンクの通信品質の情報の少なくとも一方を含んでもよい。
また、前記無線中継装置において、前記フィーダリンクの周波数と前記サービスリンクの周波数は互いに異なり、前記中継処理部は、前記フィーダリンクの周波数と前記サービスリンクの周波数との間の周波数変換機能を有してもよい。
また、前記無線中継装置において、前記ゲートウェイ局は、移動通信の基地局に接続されたリピーター親機であり、当該無線中継装置は、前記リピーター親機と無線通信するリピーター子機であってもよい。
また、前記無線中継装置は、移動体通信の基地局であってもよい。
【０００６】
本発明の一態様に係る通信システムは、いずれかの無線中継装置と、前記無線中継装置とフィーダリンクを介して通信する通信網側のゲートウェイ局と、前記監視情報を受信する通信網側の監視装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、３次元化したネットワークを実現する無線中継装置の状態に関する監視情報を、その無線中継装置で利用されるフィーダリンクを介して通信網側に送信することができるので、専用回線を設けることなく無線中継装置の状態を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。
【図３】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図。
【図４】実施形態の複数の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。
【図５】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。
【図６】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図。
【図７】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。
【図８】実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の更に他の構成例を示すブロック図。
【図９】参考例に係るＨＡＰＳ監視システムの構成を示すブロック図。
【図１０】実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの一構成例を示すブロック図。
【図１１】図１０のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図。
【図１２】実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの他の構成例を示すブロック図。
【図１３】図１２のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図。
【図１４】実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの更に他の構成例を示すブロック図。
【図１５】図１４のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図。
【図１６】実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの更に他の構成例を示すブロック図。
【図１７】図１６のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図。
【図１８】実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムにおけるＨＡＰＳの他の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
【００１０】
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（無線中継装置）としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）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、無線中継局が搭載されたものである。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、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。
【００１５】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、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ゲートウェイ局（「フィーダ局」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の無線中継局はそれぞれ、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。
【００１６】
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）や無線中継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）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。
【００１７】
また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた管理装置としての監視装置（「遠隔制御装置」ともいう。）８５によって制御できるようにしてもよい。監視装置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、監視装置８５からの制御情報を受信したり監視装置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、監視装置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）や無線中継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、監視装置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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の無線中継局が、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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、実施形態の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無線中継局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、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。
【００２２】
ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば旋回飛行を行ったり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。
【００２３】
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。
【００２４】
図３は、実施形態の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、無線中継局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、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図４は、実施形態の複数の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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
図５の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局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、無線中継局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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（無線中継局）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（無線中継局）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に設けた監視装置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。
【００３８】
図７は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。
図７の無線中継局１１０，２１０は基地局タイプの無線中継局の例である。
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の無線中継局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、無線中継局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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図８は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の更に他の構成例を示すブロック図である。
図８の無線中継局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無線中継局の例である。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の無線中継局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。
【００４３】
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の無線中継局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。
【００４４】
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。
【００４５】
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に設けた監視装置８５、又は、管理装置としての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。
【００４６】
無線中継局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、無線中継局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。
【００４７】
以下、端末装置と無線通信する無線中継装置が、無線中継局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、無線中継局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無線中継装置にも同様に適用できる。
【００４８】
また、無線中継局１１０を有するＨＡＰＳ１０とフィーダ局としてのゲートウェイ局（以下「ＧＷ局」と略す。）７０との間のリンクを「フィーダリンク」といい、ＨＡＰＳ１０と端末装置６１の間のリンクを「サービスリンク」という。また、ＧＷ局７０からＨＡＰＳ１０を経由して端末装置６１に向かう通信を「フォワードリンク」といい、端末装置６１からＨＡＰＳ１０を経由してＧＷ局７０に向かう通信を「リバースリンク」という。
【００４９】
図９は、参考例に係るＨＡＰＳ監視システムの構成を示すブロック図である。図９の例では、ＨＡＰＳ１０と通信網側との間にフィーダリンクとは別の専用回線である監視用回線を構築するために、監視用無線機７５を通信網側に設けるとともにＨＡＰＳ１０側に監視用無線機７６を設けている。ＨＡＰＳ１０の無線中継局（リピーター子機）１１０や各種センサなどの情報取得装置７７で取得され監視用無線機７６で送信された監視情報は、監視用回線を介して監視用無線機７５で受信され、監視装置８５に送信される。図９の例では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網側との間に専用回線である監視用回線を構築するために周波数を確保するとともに、監視用無線機７５を通信網側に設ける必要がある。
【００５０】
そこで、以下に示す各実施形態では、ＨＡＰＳ１０の無線中継局１１０で利用されるフィーダリンクを介して移動通信網側に監視情報を送信することにより、監視用の周波数及び通信網側の監視用無線機７５を必要とする専用回線（監視用回線）を設けることなく、ＨＡＰＳ１０の無線中継局１１０の状態を監視できるようにしている。
【００５１】
図１０は、実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの一例を示すブロック図である。図１０において、ＧＷ側に設けられた監視装置８５は、移動通信網のコアネットワーク８０ａに接続され、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）８０及びＧＷ局（リピーター親機）７０を介して、ＨＡＰＳ１０の中継処理部としての無線中継局（リピーター子機）１１０と通信することができる。例えば、監視装置８５は、ＨＡＰＳ１０に設けられたモデム１５１を介して監視制御部１５０に制御データを送信したり、監視制御部１５０からモデム１５１を介して監視データを受信したりすることができる。
【００５２】
ＧＷ局７０は、基地局９０との間で周波数ｆ１の信号を送受信することができる。また、ＧＷ局７０は、周波数ｆ２のフィーダリンクを介してＨＡＰＳ１０の無線中継局１１０と無線通信するためのフィーダリンクアンテナ７０ａを備える。ＧＷ局７０は、基地局側の周波数ｆ１とフィーダリンクの周波数ｆ２との間の周波数変換機能を有し、基地局側の周波数ｆ１の信号とＨＡＰＳ側の周波数ｆ２のフィーダリンク信号との間の中継を行う。
【００５３】
ＨＡＰＳ１０は、無線中継局（リピーター子機）１１０を備える。無線中継局１１０は、周波数ｆ２のフィーダリンクを介してＧＷ局７０と無線通信するための第一アンテナとしてのフィーダリンクアンテナ１１０ａと、周波数ｆ１のサービスリンクを介して端末装置６１と無線通信するための第二アンテナとしてのサービスリンクアンテナ１１０ｂとを備える。無線中継局１１０は、サービスリンクの周波数ｆ１とフィーダリンクの周波数ｆ２との間の周波数変換機能を有し、端末装置側の周波数ｆ１のサービスリンク信号とＧＷ局側の周波数ｆ２のフィーダリンク信号との間の中継を行う。
【００５４】
ＨＡＰＳ１０は、無線中継局（リピーター子機）１１０のほか、監視装置８５からＨＡＰＳ１０を遠隔的に監視制御できるように、監視制御部１５０と、モデム１５１及びアンテナ１５２を含む情報通信部と、各種センサ等を含む情報取得部１５３とを備える。監視制御部１５０は、例えば、プロセッサ等のデータ処理部やメモリなどのデータ記憶部などで構成され、所定のプログラムが実行されることにより、情報取得部１５３や無線中継局１１０から監視情報を取得し、その監視情報を含む監視データを情報通信部のモデム１５１に送ることができる。また、監視制御部１５０は、モデム１５１から出力された監視装置８５からの制御データを受け取り、その制御データに含まれる制御情報に基づいて、無線中継局１１０や情報取得部１５３を制御することができる。
【００５５】
モデム１５１は、例えばＬＴＥ、５Ｇ等の無線通信の中継を行う通信システムに対応したモデムである。モデム１５１には、通常の端末装置と同様に、監視装置８５などの外部装置からデータを送受信できるように端末識別番号（例えば、電話番号、ＩＰアドレス）を付与してもよい。モデム１５１は、監視制御部１５０から受け取った監視データについてデータ処理や変調などの信号処理を行い、サービスリンクのリバースリンク信号（周波数：ｆ２）としてアンテナ１５２から送信する。また、モデム１５１は、アンテナ１５２を介して受信したサービスリンクのフォワードリンク信号の復調等の信号処理やデータ処理を行い、監視装置８５から送信された制御データを復元して監視制御部１５０に渡す。
【００５６】
また、モデム１５１で送受信される信号は、無線中継局（リピーター子機）１１０がフィーダリンクを介してＧＷ局７０と通信するときの通信品質の影響を受けるため、モデム１５１は、監視データや制御データの送受信するときにフィーダリンクの通信品質を測定してもよい。このフィーダリンクの通信品質の測定結果は監視データの一つとして監視制御部１５０が取得する。
【００５７】
アンテナ１５２は、例えば、無線中継局１１０とサービスリンクアンテナ１１０ｂとの間のサービスリンク信号経路１１０ｃや、サービスリンクアンテナ１１０ｂに対して、非接触状態で近づけて配置されている。アンテナ１５２は、モデム１５１から受けた監視データを含むサービスリンクのリバースリンク信号（周波数：ｆ１）を、サービスリンク信号経路１１０ｃに向けて送信したり、サービスリンクアンテナ１１０ｂに向けて送信したりする。また、アンテナ１５２は、サービスリンク信号経路１１０ｃから漏れたサービスリンクのフォワードリンク信号の漏れ電波（周波数：ｆ１）を受信したり、サービスリンクアンテナ１１０ｂから漏れたり回り込んできたサービスリンクのフォワードリンク信号の漏れ電波（回り込み電波）を受信したりする。
【００５８】
情報取得部１５３は、例えば、ＨＡＰＳ１０の現在位置や姿勢などを測定するＧＰＳ受信機、加速度センサ、重力センサ、ジャイロセンサ、高度計の少なくとも一つを含んでもよい。情報取得部１５３は、ＨＡＰＳ１０の周辺の気流の風速及び風向を検知するセンサ、ＨＡＰＳ１０の周辺の気圧を検知する気圧センサ、周辺の温度及び湿度を検知するセンサの少なくとも一つを含んでもよい。
【００５９】
前記制御情報は、ＨＡＰＳ１０が予め設定された飛行経路を飛行するように制御するための目標飛行ルート情報を含んでもよい。前記監視情報は、ＨＡＰＳ１０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の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ＨＡＰＳ１０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。また、前記監視情報は、ＧＷ局７０との間のフィーダリンクの通信品質の情報及び端末装置６１との間のサービスリンクの通信品質の情報の少なくとも一方を含んでもよい。これらの通信品質の情報は、例えば監視制御部１５０が無線中継局１１０から取得してもよい。
【００６０】
図１１は、図１０のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図である。
図１１のＨＡＰＳ１０の遠隔制御において、監視装置８５は、コアネットワーク８０ａを介して基地局９０に制御情報を含む制御データを送信する（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。基地局９０は、監視装置８５から制御データを受信すると、その制御データに基づいて生成した周波数ｆ１のフォワードリンク（ＦＬ）信号をＧＷ局（リピーター親機）７０に送信する（Ｓ１０３）。ＧＷ局７０は、フォワードリンク（ＦＬ）信号の周波数ｆ１をフィードリンクの周波数ｆ２に変換し、周波数変換後の周波数ｆ２のフォワードリンク（ＦＬ）信号をフィーダリンクアンテナ７０ａからＨＡＰＳ１０に向けて送信する（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。
【００６１】
ＨＡＰＳ１０の無線中継局（リピーター子機）１１０は、ＧＷ局７０からフィーダリンクアンテナ１１０ａを介して周波数ｆ２のフィーダリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号を受信すると、そのフォワードリンク（ＦＬ）信号の周波数ｆ２を周波数ｆ１に変換し、サービスリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号としてサービスリンクアンテナ１１０ｂに向けて送信する（Ｓ１０６，Ｓ１０７）。モデム１５１は、無線中継局１１０から送信されサービスリンク信号経路１１０ｃを伝送されているサービスリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号を、アンテナ１５２を介して受信する（Ｓ１０７）。モデム１５１は、受信したサービスリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、フォワードリンク（ＦＬ）信号に含まれる制御データを復元し、監視制御部１５０に送る（Ｓ１０８）。監視制御部１５０は、モデム１５１から制御データを受けると、その制御データについてルーティング処理又はインターフェース処理を行い、無線中継局１１０及び情報取得部１５３の少なくとも一方に制御データを送る（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）。無線中継局１１０及び情報取得部１５３は、監視制御部１５０からの制御データに含まれる制御情報に基づいて各種の制御を行うことができる。
【００６２】
図１１のＨＡＰＳ１０の遠隔監視において、ＨＡＰＳ１０の監視制御部１５０は、無線中継局１１０及び情報取得部１５３の少なくとも一方から監視情報を含む監視データを受けると、その監視データについてルーティング処理又はインターフェース処理を行い、モデム１５１に監視データを送る（Ｓ１２１〜Ｓ１２４）。モデム１５１は、監視制御部１５０から監視データを受けると、その監視データについてデータ処理及び変調処理を行い、周波数ｆ１のサービスリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号を生成し、アンテナ１５２を介して、サービスリンク信号経路１１０ｃ又はサービスリンクアンテナ１１０ｂに向けて送信する（Ｓ１２５）。サービスリンク信号経路１１０ｃ又はサービスリンクアンテナ１１０ｂで受信されたモデム１５１からのサービスリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号は、サービスリンク信号経路１１０ｃを伝送され、無線中継局（リピーター子機）１１０で受信される。無線中継局１１０は、サービスリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号の周波数ｆ１をフィーダリンクの周波数ｆ２に変換し、周波数変換後の周波数ｆ２のリバースリンク（ＲＬ）信号をフィーダリンクアンテナ１１０ａからＧＷ局７０に向けて送信する（Ｓ１２６，Ｓ１２７）。
【００６３】
ＧＷ局７０は、ＨＡＰＳ１０の無線中継局（リピーター子機）１１０からフィーダリンクアンテナを介して、周波数ｆ２のフィーダリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号を受信すると、そのリバースリンク（ＲＬ）信号の周波数ｆ２を周波数ｆ１に変換し、周波数変換後の周波数ｆ１のリバースリンク（ＲＬ）信号を基地局９０に送信する（Ｓ１２８，Ｓ１２９）。基地局９０は、ＧＷ局７０から受信したリバースリンク（ＲＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、リバースリンク（ＲＬ）信号に含まれる監視データを復元し、コアネットワーク８０ａを介して監視装置８５に送る（Ｓ１３０，Ｓ１３１）。監視装置８５は、基地局９０から監視データを受信すると、例えば、その監視データに含まれる監視情報を表示したり、監視情報に基づいて制御情報の更新又は新規作成を行ったり、監視情報を所定の送信先に送信したりすることができる。
【００６４】
以上、図１０及び図１１の実施形態によれば、３次元化したネットワークを実現するリピーター子機として機能する無線中継局１１０を有するＨＡＰＳ１０の状態に関する監視情報を、そのＨＡＰＳ１０で利用されるフィーダリンクを介して、コアネットワーク８０ａに接続された監視装置８５に送信することができるので、専用回線を設けることなく通信網側からＨＡＰＳ１０の状態を監視することができる。
特に、本実施形態によれば、監視データ及び制御データの通信に大容量のフィーダリンクを利用しているので、監視装置８５とＨＡＰＳ１０との間で大容量の監視データ及び制御データの送受信が可能である。
また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ１０に組み込んだモデム１５１のアンテナ１５２を、無線中継局１１０のサービスリンク信号経路１１０ｃやサービスリンクアンテナ１１０ｂに対して非接触状態で近づけて配置しているため、サービスリンク信号経路１１０ｃやサービスリンクアンテナ１１０ｂの構成を変更する必要がない。
また、本実施形態によれば、モデム１５１のアンテナ１５２から監視データ及び制御データの無線信号が送受信されるサービスリンクの周波数ｆ１が、フィーダリンクの周波数ｆ２と異なるので、監視データ及び制御データの無線信号のフィーダリンクに対する干渉を回避することができる。
以上のように、上空を飛行して移動可能なＨＡＰＳ１０の構成を大きく変更することなく、フィーダリンクに対する干渉を回避しつつ、移動通信網８０側からＨＡＰＳ１０を監視することができる。
【００６５】
図１２は、実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの他の構成例を示すブロック図であり、図１３は、図１２のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図である。なお、図１２及び図１３において、前述の図１０及び図１１と共通する部分については説明を省略する。
【００６６】
図１２のＨＡＰＳ監視システムでは、ＧＷ側の監視装置８５を、通信制御装置９１及びモデム９２を介して基地局９０に接続している。通信制御装置９１は、例えば、ＶＰＮ（バーチャル・プライベート・ネットワーク）サーバ又はＲＴ（ルータ）である。
【００６７】
図１３のＨＡＰＳ１０の遠隔制御において、監視装置８５から送信された制御データは、通信制御装置９１を介してモデム９２に送信される（Ｓ２０１，Ｓ２０２）。モデム９２は、監視装置８５から制御データを受信すると、その制御データに基づいて生成した周波数ｆ１の信号を、アップリンク（ＵＬ）信号として基地局９０に送信する（Ｓ２０３）。基地局９０は、制御データを含むアップリンク（ＵＬ）信号をモデム９２から受信すると、周波数ｆ１のフォワードリンク（ＦＬ）信号に変換してＧＷ局（リピーター親機）７０に送信する（Ｓ２０４）。
【００６８】
図１３のＨＡＰＳ１０の遠隔監視において、基地局９０は、監視データを含むリバースリンク（ＲＬ）信号をＧＷ局７０から受信すると、周波数ｆ１のダウンリンク（ＤＬ）信号に変換してモデム９２に送信する（Ｓ２２９，Ｓ２３０）。モデム９２は、基地局９０から受信したダウンリンク（ＤＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、ダウンリンク信号に含まれる監視データを復元し、通信制御装置９１を介して監視装置８５に送る（Ｓ２３１，Ｓ２３２）。
【００６９】
以上、図１２及び図１３の実施形態によれば、３次元化したネットワークを実現するリピーター子機として機能する無線中継局１１０を有するＨＡＰＳ１０の状態に関する監視情報を、そのＨＡＰＳ１０で利用されるフィーダリンクを介して、通信制御装置９１及びモデム９２により基地局９０に接続された監視装置８５に送信することができるので、専用回線を設けることなく通信網側からＨＡＰＳ１０の状態を監視することができる。
【００７０】
図１４は、実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの更に他の構成例を示すブロック図であり、図１５は、図１４のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図である。なお、図１４及び図１５において、前述の図１０及び図１１と共通する部分については説明を省略する。
【００７１】
図１４のＨＡＰＳ監視システムでは、ＧＷ側の監視装置８５を、通信制御装置８２、インターネット８１及びコアネットワーク８０ａを介して基地局９０に接続している。通信制御装置８２は、例えば、ＶＰＮ（バーチャル・プライベート・ネットワーク）サーバ又はＲＴ（ルータ）である。
【００７２】
図１５のＨＡＰＳ１０の遠隔制御において、監視装置８５から送信された制御データは、通信制御装置８２、インターネット８１及びコアネットワーク８０ａを介して基地局９０に送信される（Ｓ３０１〜Ｓ３０３）。基地局９０は、監視装置８５から制御データを受信すると、その制御データに基づいて生成した周波数ｆ１の信号を、フォワードリンク（ＦＬ）信号としてＧＷ局（リピーター親機）７０に送信する（Ｓ３０４）。
【００７３】
図１５のＨＡＰＳ１０の遠隔監視において、基地局９０は、監視データを含むリバースリンク（ＲＬ）信号をＧＷ局７０から受信すると、そのリバースリンク（ＲＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、リバースリンク（ＲＬ）信号に含まれる監視データを復元し、コアネットワーク８０ａ、インターネット８１及び通信制御装置８２を介して監視装置８５に送る（Ｓ３２９〜Ｓ３３２）。
【００７４】
以上、図１４及び図１５の実施形態によれば、３次元化したネットワークを実現するリピーター子機として機能する無線中継局１１０を有するＨＡＰＳ１０の状態に関する監視情報を、そのＨＡＰＳ１０で利用されるフィーダリンクを介して、インターネット８１に接続された監視装置８５に送信することができるので、専用回線を設けることなく通信網側からＨＡＰＳ１０の状態を監視することができる。
【００７５】
図１６は、実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムの更に他の構成例を示すブロック図であり、図１７は、図１６のＨＡＰＳ監視システムにおけるデータの流れの一例を示すシーケンス図である。なお、図１６及び図１７において、前述の図１０及び図１１と共通する部分については説明を省略する。
【００７６】
図１６のＨＡＰＳ監視システムでは、基地局を介さずに監視装置８５との間でデータの送受信が可能なＧＷ局７１が設けられている。また、ＨＡＰＳ１０に設けられた無線中継局１１０は、リピーター子機ではなく基地局（ｅＮｏｄｅＢ）として機能する。
【００７７】
図１７のＨＡＰＳ１０の遠隔制御において、監視装置８５から送信された制御データは、コアネットワーク８０ａを介してＧＷ局７１に送信される（Ｓ４０１、Ｓ４０２）。ＧＷ局７１は、監視装置８５から制御データを受信すると、その制御データに基づいて生成した周波数ｆ２の信号を、フィーダリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号として、ＨＡＰＳ１０の無線中継局１１０に送信する（Ｓ４０３）。無線中継局１１０は、ＧＷ局７１からフィーダリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号を受信すると、そのフォワードリンク（ＦＬ）信号に含まれる制御データに基づいて生成した周波数ｆ１の信号を、サービスリンクのフォワードリンク（ＦＬ）信号として、サービスリンク信号経路１１０ｃを介してサービスリンクアンテナ１１０ｂに送信する（Ｓ４０４）。
【００７８】
図１７のＨＡＰＳ１０の遠隔監視において、ＨＡＰＳ１０の無線中継局（基地局）１１０は、サービスリンク信号経路１１０ｃ又はサービスリンクアンテナ１１０ｂを介して受信されたサービスリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、リバースリンク（ＲＬ）信号に含まれる監視データを復元し、その監視データに基づいて周波数ｆ２のフィーダリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号を生成してフィーダリンクアンテナ１１０ａからＧＷ局７１に向けて送信する（Ｓ４２６）。ＧＷ局７１は、ＨＡＰＳ１０の無線中継局（リピーター子機）１１０からフィーダリンクアンテナ７１ａを介して、周波数ｆ２のフィーダリンクのリバースリンク（ＲＬ）信号を受信すると、そのリバースリンク（ＲＬ）信号について復調処理及びデータ処理を行い、リバースリンク（ＲＬ）信号に含まれる監視データを復元し、コアネットワーク８０ａを介して監視装置８５に送信する（Ｓ４２７，Ｓ４２８）。
【００７９】
以上、図１６及び図１７の実施形態によれば、３次元化したネットワークを実現する基地局として機能する無線中継局１１０を有するＨＡＰＳ１０の状態に関する監視情報を、そのＨＡＰＳ１０で利用されるフィーダリンクを介して、コアネットワーク８０ａに接続された監視装置８５に送信することができるので、専用回線を設けることなく通信網側からＨＡＰＳ１０の状態を監視することができる。
【００８０】
図１８は、実施形態に係るＨＡＰＳ監視システムにおけるＨＡＰＳ１０の他の構成例を示すブロック図である。なお、図１８のＨＡＰＳ１０において、前述の図１０と共通する部分については説明を省略する。
【００８１】
図１８のＨＡＰＳ１０において、モデム１５１は、アンテナ１５２ではなく、無線中継局１１０とサービスリンクアンテナ１１０ｂとの間のサービスリンク信号経路１１０ｃに設けられた方向性結合器１５４に接続されている。ここで、方向性結合器１５４の代わりに分配合成器を設けてもよい。
【００８２】
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無線中継局、フィーダ局、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。
【００８３】
ハードウェア実装については、実体（例えば、無線中継局、フィーダ局、基地局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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】
【００８６】
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  ゲートウェイ局（リピーター親機）
７１  ゲートウェイ局
７０ａ，７１ａ  フィーダリンクアンテナ
７２  人工衛星
８０  移動通信網
８０ａ  コアネットワーク
８１  インターネット
８２  通信制御装置
８５  監視装置（管制センター）
８６  サーバ
９０  基地局（ｅＮｏｄｅＢ）
９１  通信制御装置
９２  モデム
１００，２００、３００  ビーム
１１０，２１０  無線中継局
１１０ａ  フィーダリンクアンテナ
１１０ｂ  サービスリンクアンテナ
１１０ｃ  サービスリンク信号経路
１５０  監視制御部
１５１  モデム
１５２  アンテナ
１５３  情報取得部
１５４  方向性結合器
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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