(57)【要約】【課題】ＨＡＰＳ等の空中浮揚型の通信中継装置を利用して、災害地に存在する端末装置の通信を迅速に確保し、又は、災害地に存在する端末装置の通信状況を迅速に改善する。【解決手段】端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置１０，２０であって、前記端末装置の通信モードを、前記通信中継装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、前記通信中継装置との間で前記広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替えるための切替指示情報を、前記無線通信部により前記端末装置へ送信させる制御部を有する。【選択図】図１
2019047467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、
自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置であって、
前記端末装置の通信モードを、前記通信中継装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、前記通信中継装置との間で前記広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替えるための切替指示情報を、前記無線通信部により前記端末装置へ送信させる制御部を有することを特徴とする通信中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信中継装置において、
前記狭帯域通信モードは、前記通信中継装置との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードであることを特徴とする通信中継装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の通信中継装置において、
外部装置から受信した移動指示又は当該通信中継装置で検知した災害発生検知結果に基づいて災害地の上空に移動し、
前記災害地に存在する端末装置に前記切替指示情報を送信することを特徴とする通信中継装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
前記端末装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信に割り当てる前記無線通信部の広帯域用無線リソースと、前記端末装置との間で前記広帯域通信よりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信に割り当てる前記無線通信部の狭帯域用無線リソースとの割当配分を、端末装置との通信状況に応じて変更するリソース配分変更部を有することを特徴とする通信中継装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
前記浮揚体は、前記無線通信部に供給する電力を発電する太陽光発電パネルが設けられた翼と、前記翼に設けられた回転駆動可能なプロペラとを備えたソーラープレーンであることを特徴とする通信中継装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
前記浮揚体は、前記無線通信部に電力を供給するバッテリーを備えた飛行船であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
前記空域は、高度が１００［ｋｍ］以下の空域であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項８】
請求項７に記載の通信中継装置において、
前記空域は、高度が１１［ｋｍ］以上５０［ｋｍ］以下の成層圏であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、
前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の通信中継装置において、
前記セル形成目標空域の高度は５０［ｍ］以上１［ｋｍ］以下であることを特徴とする通信中継装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
前記空域に位置する他の空中浮揚型の通信中継装置と通信する通信部を有することを特徴とする通信中継装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
人工衛星と通信する通信部を有することを特徴とする通信中継装置。
【請求項１３】
自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体を有する通信中継装置との間で無線通信を行う無線通信部と、
所定の切替条件に従い、前記無線通信部の通信モードを、前記通信中継装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、前記通信中継装置との間で前記広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替える通信モード切替部とを有することを特徴とする端末装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の端末装置において、
前記狭帯域通信モードは、前記通信中継装置との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードであることを特徴とする端末装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の端末装置において、
前記所定の切替条件は、前記通信中継装置から送信される切替指示情報を前記無線通信部により取得することを含むことを特徴とする端末装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の端末装置において、
ユーザ操作を受け付ける操作受付部を有し、
前記所定の切替条件は、前記操作受付部が所定のユーザ操作を受け付けることを含むことを特徴とする端末装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記無線通信部は、前記通信モード切替部が前記無線通信部の通信モードを狭帯域通信モードへ切り替えたとき、前記狭帯域通信モードでの通信を、災害用アプリケーションによる通信、安否情報を送信する通信及び救難信号を送信する通信のうちの少なくとも１つを含む通信に限定することを特徴とする端末装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の端末装置において、
前記無線通信部は、前記通信モード切替部が前記無線通信部の通信モードを狭帯域通信モードへ切り替えたとき、前記狭帯域通信モードで前記通信中継装置に安否情報及び救難信号のうちの少なくとも一方を送信することを特徴とする端末装置。
【請求項１９】
端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置と通信可能な管理装置であって、
災害発生時に、災害地を特定するための災害地情報に基づいて、前記通信中継装置の移動指示を前記通信中継装置に送信することを特徴とする管理装置。
【請求項２０】
１又は２以上の通信中継装置と、前記通信中継装置と通信可能な管理装置とを有する通信システムであって、
前記通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置であり、
前記管理装置として、請求項１９に記載の管理装置を用いたことを特徴とする通信システム。
【請求項２１】
１又は２以上の通信中継装置と、前記通信中継装置と通信可能な管理装置とを有する通信システムであって、
前記通信中継装置として、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の通信中継装置を用い、
前記管理装置は、災害発生時に、前記通信中継装置へ前記切替指示情報を送信させるための送信指示を送信することを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、災害時等に適した通信中継装置、端末装置、管理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。ここで、「ＩｏＴ」はさまざまなモノがインターネットやクラウドに接続され、制御・情報通信される形態の総称である。そして、ＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、ＩｏＴに対応するため、ユーザが使用する端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」、「移動局」、「通信端末」ともいう。）の低価格化及び基地局と通信可能なカバレッジエリアの拡張を実現すべく、新たに２つの通信規格（ｅＭＴＣ、ＮＢ−ＩｏＴ）がサポートされている。ｅＭＴＣ（ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）の端末装置では、受信帯域幅が１．４ＭＨｚに制限され、約１５ｄＢのカバレッジ拡張をサポートしている。また、ＮＢ−ＩｏＴ（ＮａｒｒｏｗＢａｎｄ−ＩｏＴ）の端末装置では、受信帯域幅が２００ｋＨｚに制限され、約２３ｄＢのカバレッジ拡張をサポートし、ＬＴＥの周波数バンドでも使用できる。
【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】Ｃ．  Ｂｏｃｋｅｌｍａｎｎ，  ｅｔ  ａｌ．，”Ｍａｓｓｉｖｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ‐ｔｙｐｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ５Ｇ：  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ａｎｄ  ＭＡＣ‐ｌａｙｅｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ”，ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ（Ｖｏｌｕｍｅ：５４，Ｉｓｓｕｅ：９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地震、風雨、津波、落雷、火災などの自然現象あるいは人為的な原因による災害が発生した場合、移動通信システムにおける一部の基地局（通信中継装置）が停電や故障などによって通信不能になり、稼働している基地局が減少し、端末装置が基地局と通信できる通信エリア（カバレッジエリア）が縮小したり、基地局あたりの同時通信する端末装置の数が増加して通信回線の輻輳により基地局の負荷が増大したり場合がある。この場合、災害地に存在する端末装置の通信を迅速に確保し、又は、災害地に存在する端末装置の通信状況を迅速に改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置であって、前記端末装置の通信モードを、前記通信中継装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、前記通信中継装置との間で前記広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替えるための切替指示情報を、前記無線通信部により前記端末装置へ送信させる制御部を有する。
前記通信中継装置において、前記狭帯域通信モードは、前記通信中継装置との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードであってもよい。
前記無線装置通信中継装置において、外部装置から受信した移動指示又は当該無線装置通信中継装置で検知した災害発生検知結果に基づいて災害地の上空に移動し、前記災害地に存在する端末装置に前記切替指示情報を送信するものであってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記端末装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信に割り当てる前記無線通信部の広帯域用無線リソースと、前記端末装置との間で前記広帯域通信よりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信に割り当てる前記無線通信部の狭帯域用無線リソースとの割当配分を、端末装置との通信状況に応じて変更するリソース配分変更部を有してもよい。
また、前記通信中継装置において、前記浮揚体は、前記無線通信部に供給する電力を発電する太陽光発電パネルが設けられた翼と、前記翼に設けられた回転駆動可能なプロペラとを備えたソーラープレーンであってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記浮揚体は、前記無線通信部に電力を供給するバッテリーを備えた飛行船であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記空域は、高度が１００［ｋｍ］以下の空域であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記空域は、高度が１１［ｋｍ］以上５０［ｋｍ］以下の成層圏であってもよい。
また、前記通信中継装置において、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記セル形成目標空域の高度は５０［ｍ］以上１［ｋｍ］以下であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記空域に位置する他の空中浮揚型の通信中継装置と通信する通信部を有してもよい。
また、前記通信中継装置において、人工衛星と通信する通信部を有してもよい。
【０００６】
また、本発明の他の態様に係る端末装置は、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体を有する通信中継装置との間で無線通信を行う無線通信部と、所定の切替条件に従い、前記無線通信部の通信モードを、前記通信中継装置との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、前記通信中継装置との間で前記広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替える通信モード切替部とを有する。
前記端末装置において、前記狭帯域通信モードは、前記通信中継装置との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードであってもよい。
また、前記端末装置において、前記所定の切替条件は、前記通信中継装置から送信される切替指示情報を前記無線通信部により取得することを含んでもよい。
また、前記端末装置において、ユーザ操作を受け付ける操作受付部を有し、前記所定の切替条件は、前記操作受付部が所定のユーザ操作を受け付けることを含んでもよい。
また、前記端末装置において、前記無線通信部は、前記通信モード切替部が前記無線通信部の通信モードを狭帯域通信モードへ切り替えたとき、前記狭帯域通信モードでの通信を、災害用アプリケーションによる通信、安否情報を送信する通信及び救難信号を送信する通信のうちの少なくとも１つを含む通信に限定してもよい。
また、前記端末装置において、前記無線通信部は、前記通信モード切替部が前記無線通信部の通信モードを狭帯域通信モードへ切り替えたとき、前記狭帯域通信モードで前記通信中継装置に安否情報及び救難信号のうちの少なくとも一方を送信してもよい。
【０００７】
また、本発明の更に他の態様に係る管理装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置と通信可能な管理装置であって、災害発生時に、災害地を特定するための災害地情報に基づいて、前記通信中継装置の移動指示を前記通信中継装置に送信する。
【０００８】
また、本発明の更に他の態様に係る無線通信システムは、１又は２以上の通信中継装置と、前記通信中継装置と通信可能な管理装置とを有する通信システムであって、前記通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線通信部と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを有する空中浮揚型の通信中継装置であり、前記管理装置として、請求項１９に記載の管理装置を用いた。
【０００９】
また、本発明の更に他の態様に係る無線通信システムは、１又は２以上の通信中継装置と、前記通信中継装置と通信可能な管理装置とを有する通信システムであって、前記通信中継装置として、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の通信中継装置を用い、前記管理装置は、災害発生時に、前記通信中継装置へ前記切替指示情報を送信させるための送信指示を送信する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＨＡＰＳ等の空中浮揚型の通信中継装置を利用して、災害地に存在する端末装置の通信を迅速に確保し、又は、災害地に存在する端末装置の通信状況を迅速に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【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】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。
【図６】実施形態におけるＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図。
【図７】実施形態におけるＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。
【図８】実施形態における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】通常時におけるＨＡＰＳの配置の一例を示す概略構成図。
【図１０】災害時におけるＨＡＰＳの配置の一例を示す概略構成図。
【図１１】災害時にＨＡＰＳを災害地へ移動させる制御の流れを示すシーケンス図。
【図１２】実施形態の通信システムに用いられる端末装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図１３】実施形態の通信システムに用いられる端末装置の無線通信部と通信モード切替部との概略構成を示すブロック図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、通常時、災害時、広帯域通信接続端末数が少ない時におけるＨＡＰＳによる広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソース比率の変化を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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）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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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中継局であるフィーダ局（ゲートウェイ）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信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）や無線中継局での処理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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、周波数変換機能を有してもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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に設けた遠隔制御装置８５又は他のＨＡＰＳ管理サーバから取得してもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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のサーバ装置などに送信したりしてもよい。
【００４９】
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通信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。
【００５０】
本実施形態において、地震、風雨、津波、落雷、火災などの自然現象あるいは人為的な原因による災害が発生した場合、移動通信システムにおける一部の基地局９０が停電や故障などによって通信不能になり、稼働している基地局９０が減少して、端末装置が基地局９０と通信できる通信エリア（カバレッジエリア）が縮小する事態が起こり得る。また、災害地で通信しようとする端末装置の数が急増して通信回線の輻輳が発生する事態が起こり得る。このような事態が起こったとき、所定高度のセル形成目標空域４０に３次元セル４１，４２を形成するＨＡＰＳ１０，２０を利用することで、カバレッジエリアを拡大することが可能となり、より多くの端末装置の通信を確保することが可能である。
【００５１】
また、このような事態が起こったときには、基地局あたりの同時通信する端末装置の数が増加し、基地局９０の負荷が増大する場合がある。この場合も、ＨＡＰＳ１０，２０を利用することにより、一部の端末装置については基地局９０に代えてＨＡＰＳ１０，２０経由で通信させることで、基地局あたりの同時通信する端末装置の数を減らし、基地局９０の負荷を軽減することができる。
【００５２】
そこで、本実施形態においては、一部の基地局９０の通信不能を引き起こすような災害が発生したとき、通常時には所定高度のセル形成目標空域４０に３次元セル４１，４２を形成するためのＨＡＰＳ１０，２０を利用して、その災害地に存在する端末装置（地上又は海上に位置する端末装置）の通信に利用する。
【００５３】
図９は、通常時におけるＨＡＰＳ１０の配置の一例を示す概略構成図である。
図１０は、災害時におけるＨＡＰＳ１０の配置の一例を示す概略構成図である。
なお、ここでは、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０のみの例であるが、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０であってもよいし、これらのＨＡＰＳ１０，２０が混在していてもよい。
【００５４】
本実施形態の通信システムにおいて、ＨＡＰＳ１０は、図９に示す通常時には、上述したように自律制御又は外部から制御により高高度の浮揚空域５０に位置する。一方、何らかの災害が発生した場合、図１０に示すように、１又は２以上のＨＡＰＳ１０は、災害地の上空へ移動して、その災害地に存在する端末装置（地上又は海上に位置する端末装置）と通信を行う。これにより、図１０に示すように、一部の基地局９１が通信不能に陥った場合でも、災害地の端末装置の通信を確保したり、災害地の端末装置の通信状態を改善したりすることができる。
【００５５】
なお、ＨＡＰＳ１０の災害地の上空への移動は、ＨＡＰＳ１０が災害の発生を検知したり遠隔制御装置８５や他のＨＡＰＳ等の外部装置から災害の発生の連絡を受けたりしてから速やかに開始し、ＨＡＰＳ１０の最大移動可能速度で急行するようにしてもよい。また、災害地の上空へ移動するＨＡＰＳ１０は、浮揚空域５０に位置している複数のＨＡＰＳのうち災害地に最も近いＨＡＰＳであってもよい。この場合、災害地の上空へＨＡＰＳが移動することによって圏外になってしまうエリアをカバーするように、周辺のＨＡＰＳの水平方向の位置や高度を変化させてもよい。また、災害地の上空へ移動するＨＡＰＳ１０は、浮揚空域５０に予備機として位置しているＨＡＰＳであってもよい。
【００５６】
図１１は、災害時にＨＡＰＳ１０を災害地へ移動させる制御の流れを示すシーケンス図である。
災害が発生すると、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遠隔制御装置８５では、災害地を特定するための災害地情報が取得される（Ｓ１）。この災害地情報は、オペレータが災害地情報取得部としての入力装置を操作して取得されてもよいし、外部装置から通信ネットワークを介して災害地情報取得部としての通信装置によって取得されてもよい。
【００５７】
遠隔制御装置８５が災害地情報を取得すると、遠隔制御装置８５の制御部は、所定の処理プログラムを実行して、現在のＨＡＰＳ１０の配置レイアウトを変更して、災害地に存在する端末装置の通信を支援できる新たな支援用配置レイアウトを作成する（Ｓ２）。支援用配置レイアウトは、ＨＡＰＳ１０が配置されていない災害地の上空に新たにＨＡＰＳ１０を配置したり、災害地の上空に配置されるＨＡＰＳ１０の数（密度）を増やしたりして、災害地の端末装置の通信を確保したり災害地の端末装置の通信状態を改善したりできるものであれば、特に制限はない。
【００５８】
本実施形態において、支援用配置レイアウトは、稼働中のＨＡＰＳ１０を再配置したものであるが、非稼働中のＨＡＰＳ１０を追加して配置したものであってもよい。
【００５９】
また、支援用配置レイアウトにより災害地の上空へ配置されるＨＡＰＳ１０は、より迅速に災害地の端末装置の通信を支援する観点からすると、災害地の上空に最も早く到着できるＨＡＰＳ１０（通常時に災害地の近くに位置しているもの、移動速度が速いもの等）を優先するのが好ましい。
【００６０】
支援用配置レイアウトは、災害地の上空に移動させるＨＡＰＳ１０だけを再配置したものであってもよいが、災害地の上空に移動させるＨＡＰＳ１０の再配置に併せて、他のＨＡＰＳ１０も移動させて再配置してもよい。例えば、災害地の上空にＨＡＰＳ１０を移動させた分、他の地域に配置されるＨＡＰＳ１０が減少するので、他の地域におけるＨＡＰＳ１０間の距離を拡大し、ＨＡＰＳ１０の減少に伴うカバレッジエリアの減少を抑制するようにしてもよい。また、支援用配置レイアウトにおいても、移動通信システムのロバスト性を高める観点からすると、ＨＡＰＳ１０間でＨＡＰＳ間通信ができるように、災害地の上空に移動させるＨＡＰＳ１０だけでなく、他のＨＡＰＳ１０も移動させて再配置するのが好ましい。
【００６１】
このようにして支援用配置レイアウトを作成すると、各ＨＡＰＳ１０が配置されるべき新たな目標位置が決まるので、遠隔制御装置８５の制御部は、フィーダ局７０を介して、各ＨＡＰＳ１０の目標位置情報（制御情報）をそれぞれのＨＡＰＳ１０へ送信する（Ｓ３）。このように送信された各目標位置情報は、各ＨＡＰＳ１０のフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４によって受信される（Ｓ４）。そして、各ＨＡＰＳ１０の監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、受信した目標位置情報により特定される目標位置に自身が移動するようにプロペラ１０３のモータ駆動を制御し、自身を目標位置へ移動させ、目標位置近辺に留まるように制御する（Ｓ５）。
【００６２】
本実施形態によれば、災害が発生したとき、通常時には所定高度のセル形成目標空域４０に３次元セル４１，４２を形成するＨＡＰＳ１０，２０を災害地へ移動させ、災害地におけるカバレッジエリアを拡大したり、災害地における基地局９０の通信負荷を軽減したりする通信支援を迅速に実現することができる。特に、本実施形態のようにＨＡＰＳ１０，２０を利用する場合、災害地へ移動型基地局等を地上や海上を使って搬入することが困難な状況であっても、通信支援を迅速に実現することができる。
【００６３】
また、本実施形態の通信システムにおいては、災害時において、より多くの端末装置の通信を確保するために、災害地に位置する端末装置の通信モードを、ＨＡＰＳ１０や基地局９０との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードから、ＨＡＰＳ１０や基地局９０との間で広帯域通信モードよりも狭い帯域の通信を行う狭帯域通信モードへ切り替える。
【００６４】
本実施形態の狭帯域通信モードは、ＩｏＴ用通信を行うＩｏＴ通信モードであり、例えば、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＰｒｏのｅＭＴＣ若しくはＮＢ−ＩｏＴの標準規格（非特許文献２参照）に準拠した通信モード、又は、第５世代の移動通信で提案されている大規模マシンタイプ通信（５Ｇ（ｍＭＴＣ：ｍａｓｓｉｖｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））（非特許文献３参照）の通信モードである。
【００６５】
本実施形態の広帯域通信モードは、例えば、移動通信の第３世代（３Ｇ）、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ若しくはＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏの標準規格に準拠する通信モード、又は、第５世代の移動通信で提案されている新しい無線アクセス技術（５Ｇ（Ｎｅｗ  Ｒａｄｉｏ））の通信モードである。
【００６６】
以下、広帯域通信モードがＬＴＥの標準規格に準拠した通信モードであり、ＩｏＴ通信モードがＮＢ−ＩｏＴ通信規格に準拠した通信モードである例について説明する。
【００６７】
図１２は、本実施形態に係る端末装置６００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態に係る端末装置６００は、広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとの両方のモードに対応可能に構成されている。端末装置６００は、地上や海上でユーザが使用する移動局としての端末装置であってもよいし、前述のドローン６０や飛行機６５等に組み込まれた端末装置であってもよい。
【００６８】
端末装置６００は、主制御部６１０と、無線通信部６１１と、通信モード切替部６１２と、音入出力部６１３と、表示部６１４と、操作部６１５とを備える。また、端末装置６００は、装置本体に対して着脱可能なＵＩＣＣ６０１が装着されている。ＵＩＣＣ６０１は、移動通信サービスで用いられるＵＳＩＭとしての機能が組み込まれている。
【００６９】
主制御部６１０は、ＭＰＵ（マイクロ・プロセッシング・ユニット）、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、所定の基本ＯＳやミドルウェア等のプログラムが実行されることにより、通信モード切替部６１２等の各部を制御したり、ソフトウェア構成上のネイティブプラットフォーム環境やアプリケーション実行環境を構築したりする。
【００７０】
主制御部６１０は、無線通信部６１１、通信モード切替部６１２、操作部６１５等の各部と連携することにより、広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを切り替えて基地局９０やＨＡＰＳ１０と通信するように無線通信部６１１を制御する制御部として機能する。また、主制御部６１０は、基地局９０やＨＡＰＳ１０から送信される切替指示情報に従って広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを自動で替える自動の通信モード切替部として機能する。また、主制御部６１０は、操作部６１５に対するユーザの操作により広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを切り替える手動の通信モード切替部としても機能する。
【００７１】
なお、主制御部６１０は、基地局９０やＨＡＰＳ１０との通信状況に応じて広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを自動で替える自動の通信モード切替部として機能してもよい。通信状況は、例えば、基地局９０やＨＡＰＳ１０からの参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｐｏｗｅｒ）又は受信品質（ＲＳＲＱ：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｑｕａｌｉｔｙ）で判定してもよい。また、広帯域通信モード及びＩｏＴ通信モードでの通信状況を示すＲＳＲＰやＲＳＲＱなどのパラメータの値は、広帯域通信モードのベースバンド処理部を構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップ及びＩｏＴ通信モードのベースバンド処理部を構成するＩｏＴ通信用チップから、主制御部６１０へ出力するようにしてもよい。
【００７２】
無線通信部６１１は、移動通信網８０を介して通信するためのものであり、例えばシンセサイザ、周波数変換器、高周波増幅器などにより構成され、移動通信網８０の基地局９０やＨＡＰＳ１０との間で無線通信するための高周波信号処理を実行する。本実施形態に係る無線通信部６１１は、広帯域通信モードのベースバンド処理部を構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップと、ＩｏＴ通信モードのベースバンド処理部を構成するＩｏＴ通信用チップとの２つのチップを備えており、通信モード切替部６１２で通信に使用するチップをいずれか一方に切り替えることにより通信モードの切り替えを行う（後述の図１３参照）。
【００７３】
通信モード切替部６１２は、無線通信部６１１と接続されており、上述したように通信に使用するベースバンド処理部を広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップからなるベースバンド処理部及びＩｏＴ通信用チップからなるベースバンド処理部のいずれか一方に切り替えることにより、広帯域通信モード（ＬＴＥモード）とＩｏＴ通信モードとの切り替え処理を実行する。
【００７４】
音入出力部６１３は、マイク、スピーカ、音信号処理部等で構成されている。マイクから出力されるアナログの音声信号は、音信号処理部でデジタル信号に変換され、主制御部６１０や無線通信部６１１等に送られる。スピーカは、音信号処理部でデジタル信号から変換されたアナログ信号が入力され、通話中の音声を出力したり、メールの着信音、電話の呼び出し音、音楽などを出力したりする。なお、スピーカは、通話中の音声を聞くための受話器用スピーカ（レシーバ）と、着信音や音楽などを出力する外部出力用スピーカとを別々に設けて構成してもいいし、これらの受話器用スピーカ及び外部出力用スピーカを兼用するように一つのスピーカで構成してもよい。
【００７５】
表示部６１４は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等で構成され、主制御部６１０からの指令に基づいて各種画像を表示する。操作部６１５は、表示部６１４に組み込まれたタッチパネルや、各種の操作キーやボタン、電源スイッチなどで構成されている。この操作部６１５は、ユーザが、通信モードを切り替えたり、端末装置６００の本体電源をＯＮ／ＯＦＦしたり、通話開始、終話、メニュー選択、画面切り換え等を指示したり、情報を入力したりするときに用いられる。
【００７６】
また、端末装置６００は、位置情報取得手段としてのＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）部６１７、撮像手段としてのカメラ部６１８、センサー部６１９、電源供給部６２０、時計部６２１等も備えている。
【００７７】
ＧＰＳ部６１７は、ＧＰＳ受信モジュールやＧＰＳアンテナ等で構成され、地球の周りに配置されている複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し、その受信結果に基づいて端末装置６００が位置する緯度、経度及び高度のデータを算出する。
【００７８】
カメラ部６１８は、レンズや撮像デバイス等で構成され、人物や風景等を撮影する時に用いられる。撮像デバイスとしては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳカメラを用いることができる。
【００７９】
センサー部６１９は、加速度センサー及び／又は地磁気センサー等で構成されている。加速度センサーは、１軸の加速度センサーであっていいし、２軸や３軸等の複数軸の加速度センサーであってもよい。また、地磁気センサーも、１軸の地磁気センサーであっていいし、２軸や３軸等の複数軸の地磁気センサーであってもよい。このセンサー部６１９の出力に基づいて、端末装置６００の位置、向き、姿勢及び動きを示すデータを算出することができる。また、センサー部６１９の出力に基づいて、所定高度における基準位置からユーザの端末装置６００が移動したときの加速度データや地磁気データの時間変化の情報である履歴情報から、端末装置６００が位置している高度、角度等を示すデータを算出することができる。
【００８０】
電源供給部６２０は、充電可能なバッテリー、バッテリーから各部に所定電圧の電力を供給する電力供給回路、バッテリーを充電する充電回路などを備えている。また、電源供給部６２０は、端末装置６００における主要部すなわち音入出力部６１３、表示部６１４、操作部６１５の一部、ＧＰＳ部６１７、カメラ部６１８及びセンサー部６１９への電力供給については、前述のユーザが操作可能な電源スイッチによりＯＮ／ＯＦＦできるように構成されている。なお、電源スイッチのＯＦＦ時に一部の機能を動作させるために、電源供給部６２０は、電源スイッチのＯＦＦ時においても無線通信部６１１及びＵＩＣＣ６０１への電力供給を継続して行うように構成してもよい。
【００８１】
時計部６２１は、クロック回路等で構成され、正確な日時を計数し、例えば各種の更新処理等のための時刻情報を生成する。
【００８２】
図１３は、本実施形態に係る端末装置６００の無線通信部６１１と通信モード切替部６１２との概略構成を示すブロック図である。
図１３に示すように、無線通信部６１１は、広帯域通信モード（ＬＴＥ通信モード）及びＩｏＴ通信モードそれぞれに最適化した広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップからなる第１のベースバンド処理部６３５Ａ及びＩｏＴ通信用チップからなる第２のベースバンド処理部６３５Ｂと、広帯域通信モード及びＩｏＴ通信モードそれぞれに共用される高周波無線信号処理部６３６とを備える。高周波無線信号処理部６３６は、アンテナ６３０と、ＤＵＰ（ＤＵＰｌｅｘｅｒ：送受共用器）６３１と、受信電力増幅器６３３と、送信電力増幅器６３４とを備える。また、ベースバンド処理部６３５Ａ，６３５Ｂには、通信モード切替部６１２が接続されている。
【００８３】
図１３に示すように、無線通信部６１１は、第１のベースバンド処理部６３５Ａを構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップ及び第２のベースバンド処理部６３５Ｂを構成するＩｏＴ通信用チップの２つのチップを備え、使用する通信モードによって通信モード切替部６１２が使用するチップをハードウェアとして切り替える。
【００８４】
本実施形態において、通信モードの切り替えは、基地局９０やＨＡＰＳ１０から送信される切替指示情報（送信指示）を無線通信部６１１により受信したときに、主制御部６１０からの制御信号に基づいて、通信モード切替部６１２が使用するチップを、広帯域通信用チップからＩｏＴ通信用チップへ自動的に切り替えることにより行う。この切替指示情報は、例えば、災害時に、災害地に存在する端末装置６００に対して送信される。具体的には、例えば遠隔制御装置８５が災害地情報を取得した後、遠隔制御装置８５から基地局９０やＨＡＰＳ１０を経由して災害地に存在する端末装置６００へ送信してもよいし、遠隔制御装置８５からの送信指示を受信した基地局９０やＨＡＰＳ１０が災害地に存在する端末装置６００へ送信してもよい。
【００８５】
本実施形態によれば、災害地に存在する端末装置６００の通信モードが、広帯域通信モード（ＬＴＥ通信モード）から、より狭い帯域の通信を行うＩｏＴ通信モードへ、自動的に切り替わる。これにより、災害地に存在する端末装置６００と無線通信を行う基地局９０やＨＡＰＳ１０の通信負荷が軽減され、より多くの端末装置６００の通信を確保でき、また、個々の端末装置６００の通信状態を改善することができる。その結果、災害地に存在するより多くの端末装置６００から、自身の安否情報や救難信号などの災害時に重要な情報の送信が、より安定して可能となる。また、災害地に存在するより多くの端末装置６００に対し、災害状況、避難指示、家族の安否情報などの災害時に重要な情報を、より安定して提供することが可能となる。
【００８６】
また、切替指示情報を受信して端末装置６００の通信モードを広帯域通信モード（ＬＴＥ通信モード）からＩｏＴ通信モードへ切り替える場合、端末装置６００で利用可能なプログラム（アプリケーション）を制限してもよい。ＩｏＴ通信モードで利用制限するアプリケーションとしては、例えば、比較的大きなデータのダウンロードやアップロードを行うアプリケーションのように、規定量を超える通信量を発生させるアプリケーションなどが挙げられ、具体的には、インターネット上の動画、静止画、音楽等のファイルを再生するアプリケーション等である。このようなアプリケーションの利用を制限することで、通信負荷が軽減され、災害地に存在する端末装置６００の通信の確保、通信状態の改善を促進することができる。なお、ＩｏＴ通信モードで利用可能とするアプリケーションとしては、例えば、ショートメッセージを送受信するアプリケーション、通話アプリケーション、災害用アプリケーション（例えば、安否確認用アプリケーション）などが挙げられる。
【００８７】
また、例えば、ＩｏＴ通信モードでは、災害時に有用な災害用アプリケーション（例えば、安否確認用アプリケーション）以外のアプリケーションの利用を制限したり、災害時に必要な救難信号の発信以外の通信を制限したりしてもよい。このような利用制限を行うことで、ＩｏＴ通信モードでは、端末装置６００からＨＡＰＳ１０に接続する通信を災害時に有用な通信（例えば、救難信号の通信や安否確認のための通信）に限定し、ＨＡＰＳ１０を介した通信回線の輻輳を回避するとともに、災害時に有用な信号や情報の通信を確実に行うことが可能になる。また、前記アプリケーションの利用制限を行い、災害時に有用なアプリケーションの利用に限定することで、ユーザに対し、災害時に有用なアプリケーションの利用を促すことが可能となる。
【００８８】
災害地で端末装置６００から上空のＨＡＰＳ１０に送信された救難信号や安否確認用の安否情報は、他のＨＡＰＳ１０、人工衛星７２、フィーダ局７０等で中継され、所定の送信先である移動通信網８０のサーバや端末装置に到達する。
【００８９】
また、災害時に有用なアプリケーション以外のアプリケーションの利用を制限するとともに、又は、これに代えて、災害時に有用なアプリケーションのアイコンをユーザが操作しやすいように配置し直す処理を行ってもよい。例えば、災害時に有用なアプリケーションのアイコンが目立つように、災害時に有用なアプリケーションのアイコンを端末装置６００のホーム画面に配列したり、利用制限されたアプリケーションのアイコンよりも災害時に有用なアプリケーションのアイコンが目立つようにアイコンの表示を変えたりしてもよい。
【００９０】
ＩｏＴ通信モードで利用可能なアプリケーションに制限を設ける方法としては、端末装置６００をＩｏＴ通信モードで使用する場合に、利用制限するアプリケーションをネットワーク側から端末装置６００へ通知し、端末装置６００が通知を受けたアプリケーションの利用を制限してもよい。また、ネットワーク側のサーバにアプリケーション制限用のフラグを用意しておき、アプリケーションから定期的に又は不定期的にネットワーク側のサーバへ問い合わせを行い、アプリケーション制限フラグが立っている場合にそのアプリケーションの利用を制限してもよい。
【００９１】
また、本実施形態においては、切替指示情報が端末装置６００に受信されることで端末装置６００の通信モードの切り替えが自動的に行われる例であるが、ユーザが操作部６１５を操作して手動で通信モードの切り替えを行うものであってもよい。また、切替指示情報が端末装置６００に受信されたときに、ユーザが操作部６１５を操作して通信モードを切り替えることを許可したら通信モードを切り替えるという処理であってもよい。
【００９２】
また、本実施形態においては、使用する通信モードによって通信モード切替部６１２が使用するチップをハードウェアとして切り替える構成であるが、無線通信部６１１のベースバンド処理部を広帯域通信（ＬＴＥ通信）及びＩｏＴ通信が可能な１つのチップを用いて構成し、ソフトウェアによって通信モードを切り替える構成であってもよい。
【００９３】
また、本実施形態に係る移動通信システムでは、災害時に、基地局９０又はＨＡＰＳ１０，２０における無線リソース配分を変更してもよい。
【００９４】
図１４（ａ）は、通常時におけるＨＡＰＳ１０の無線中継局における広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソースの比率の変化を説明する説明図であり、図１４（ｂ）及び（ｃ）は、災害時におけるＨＡＰＳ１０の無線中継局における広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソースの比率の変化を説明する説明図である。
なお、以下の説明では、基地局（例えばｅ−ＮｏｄｅＢ）の機能を有するソーラープレーン型のＨＡＰＳ１０の例で説明するが、他の基地局（例えばｅ−ＮｏｄｅＢ）として機能する無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０や地上の基地局９０についても同様である。
【００９５】
図１４（ａ）に示すように、通常時におけるＨＡＰＳ１０は、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合を広帯域通信よりも少なくなるように無線リソースの比率を変化させる。
一方、災害時における災害地の上空に位置するＨＡＰＳ１０は、図１４（ｂ）に示すように、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合を広帯域通信よりも多くなるように無線リソースの比率を変化させる。これにより、災害時には、通常時に比べて、より多くの端末装置６００との間でＩｏＴ通信を行うことが可能となる。
【００９６】
また、図１４（ｃ）に示すように、災害時でも、ＩｏＴ通信モードで通信する端末装置の数が比較的少ないときには、ＨＡＰＳ１０は、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合が図１４（ｂ）の場合よりも多くなるように無線リソースの比率を変化させてもよい。このように、広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソースの比率を変化させることで、広帯域通信でもＩｏＴ通信でも通信を確保しやすくなり、また通信状態を改善しやすくなる。なお、ＩｏＴ通信モードで通信する端末装置の数に限らず、呼損率の大きさ、輻輳の発生状況など、通信状況に応じて広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソースの比率を適宜変化させてもよい。
【００９７】
また、上述した図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）の場合において、ＨＡＰＳ１０との間で多数の端末装置６００の同時接続がされたとき、ＩｏＴ通信モードを使用して接続する端末装置６００に対して使用帯域幅の制限を設けることにより、スループットが制限され、ネットワークへの負荷の増大を抑制することができる。
【００９８】
また、基地局９０やＨＡＰＳ１０，２０は、端末装置６００がＩｏＴ通信モードで通信しているときに、その端末装置６００に対するデータ通信速度［ｂｐｓ］を制限する手段を備えてもよい。例えば、ＩｏＴ通信モードで通信する端末装置６００に対する転送データレートを、広帯域通信モードで通信する端末装置に対する転送データレートよりも低くなるように制限する。また、ＩｏＴ通信モードで通信する端末装置６００に対する転送データレートを制限する手段は、基地局９０やＨＡＰＳ１０，２０が接続されたコアネットワークに設けられたコアネットワーク装置などの通信網側装置に備えてもよい。ＩｏＴ通信モードで通信する端末装置６００に対する転送データレートを制限することにより、ＩｏＴ通信モードのスループットが制限され、ネットワークへの負荷の増大を抑制することができる。
【００９９】
ここで、制限する転送データレートは、在圏している端末装置６００の数に応じて設定してもよい。例えば、在圏している端末装置６００の数が多い場合は転送データレートを低めに制限し、端末装置６００の数が少ない場合は転送データレートを高めに制限してもよい。また、制限する転送データレートは、端末装置６００ごとに設定してもよい。例えば、端末装置６００ごとに、端末装置６００で起動しているアプリケーションの種類に応じて転送データレートを制限してもよい。より具体的には、ショートメッセージを送受信するアプリ、通話アプリ、災害用アプリなどが起動されている端末装置６００に対しては、通信データ量が少ないため、転送データレートを低めに制限してできるだけ多くの端末装置６００が同時に通信できるようにし、通信データ量が多いアプリケーションを起動している端末装置６００に対しては、当該アプリケーションが正常に動作するように転送データレートを高めに制限してもよい。
【０１００】
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、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）及び基地局における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。
【０１０１】
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、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。
【０１０２】
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。
【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  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
６５  飛行機
７０  フィーダ局
７２  人工衛星
７５  マイクロ波給電局
８０  移動通信網
８５  遠隔制御装置
１００，２００、３００  ビーム
１０１  主翼部
１０２  ソーラーパネル（太陽光発電パネル）
１０３，２０２  プロペラ
１０４  連結部
１０５  ポッド
１０６  バッテリー
１０７  車輪
１０８  受電用ポッド
１１０，２１０  無線中継局
１１１  ３次元（３Ｄ）セル形成アンテナ部
１１２  送受信部
１１３  フィード用アンテナ部
１１４  送受信部
１１５  リピーター部
１１６  監視制御部
１１７  電源部
１１８  モデム部
１１９  基地局処理部
１２０  エッジコンピューティング部
１２５  光通信部
１２６  ビーム制御部
１３０，２３０  光アンテナ装置
１４１  モータ駆動部
６００  端末装置
６１０  主制御部
６１２  通信モード切替部
【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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