(57)【要約】【課題】本発明は、基地局と無線端末とが通信可能な距離を大きくすることを目的とする。【解決手段】基地局１０は、携帯電話システムを構成する複数の基地局のうちの１つであり、建造物１００の屋上に設置されている。基地局１０は、各ユーザが所持する携帯電話１４との間で無線通信を行う。基地局１０の周囲の道路１６には、複数のドローン中継装置１２が配置されている。ドローン中継装置１２は、基地局１０から送信される信号に応じて移動する。各ドローン中継装置１２はバッテリを備えており、バッテリに蓄積された電力によって動作する。各ドローン中継装置１２は、基地局１０から送信された信号を受信し、その信号を増幅して中継送信する。また、各ドローン中継装置１２は、携帯電話１４から送信された信号を受信し、基地局１０に中継送信する。これによって、携帯電話１４が基地局１０との間で無線通信することが可能な通信可能エリアが拡大される。【選択図】図１
2019102872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、
各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、前記基地局によって参照される信号強度マップであって、前記基地局から送信される信号の強度を表す信号強度マップに基づく目標位置に向けて移動することを特徴とする無線中継システム。
【請求項２】
基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、
各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、前記基地局によって求められる通信環境情報であって、前記無線端末の通信環境を表す通信環境情報に基づく目標位置に向けて移動することを特徴とする無線中継システム。
【請求項３】
基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、
各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、
複数の前記移動型中継装置のうちの１つである端末側・移動型中継装置は、目標位置に向けて移動し、
前記目標位置は、
複数の前記移動型中継装置のうちの別の１つである基地局側・移動型中継装置による中継通信によって、前記基地局との間で無線通信を行う位置であり、前記基地局から送信された信号の各前記移動型中継装置における強度に基づいて前記基地局によって求められることを特徴とする無線中継システム。
【請求項４】
基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、
各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、自らが備えるバッテリが蓄積する電力によって動作し、自らが備えるバッテリの残量が所定値未満となったときは充電可能な位置に向けて移動し、
複数の前記移動型中継装置のうち、自らが備えるバッテリの残量が所定値未満となった第１の移動型中継装置があるときは、別の前記移動型中継装置である第２の移動型中継装置は、前記第１の移動型中継装置が存在していた位置に向けて移動することを特徴とする無線中継システム。
【請求項５】
基地局と無線端末との間で中継通信を行う移動型中継装置において、
前記基地局から送信された指令情報を受信する受信部と、
前記指令情報に従う目標位置に向けて前記移動型中継装置を搬送する搬送機と、
前記基地局から送信された下り信号の強度を測定する強度測定部と、
前記下り信号の強度測定値を前記基地局に送信する送信部と、
を備えることを特徴とする移動型中継装置。
【請求項６】
基地局と無線端末との間で中継通信を行う移動型中継装置において、
前記基地局から送信された指令情報を受信する受信部と、
前記指令情報に従う目標位置に向けて前記移動型中継装置を搬送する搬送機と、
前記移動型中継装置に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの残量を測定する残量測定部と、
前記バッテリの残量に関する情報を前記基地局に送信する送信部と、
を備えることを特徴とする移動型中継装置。
【請求項７】
移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、
前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、
前記下り信号の強度を表す信号強度マップを参照するマップアクセス部と、
前記信号強度マップに基づいて、前記移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、
前記目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、
前記下り信号送信部は、
前記指令情報を含む前記下り信号を前記移動型中継装置に送信することを特徴とする基地局。
【請求項８】
移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、
前記移動型中継装置から送信される上り信号を受信する上り信号受信部と、
前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、
前記移動型中継装置が備えるバッテリの残量を示すバッテリ情報、および前記移動型中継装置の位置情報を、前記上り信号から取得する情報取得部と、
前記バッテリ情報および前記位置情報に基づいて、第２の移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、
前記目標位置に向けて移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、
前記第２の移動型中継装置は、
前記バッテリ情報および前記位置情報の送信元の前記移動型中継装置とは別の前記移動型中継装置であり、
前記下り信号送信部は、
前記指令情報を含む前記下り信号を前記第２の移動型中継装置に送信することを特徴とする基地局。
【請求項９】
請求項８に記載の基地局において、
前記指令情報を含む前記下り信号を受信した前記第２の移動型中継装置は、前記目標位置に向けて移動し、前記バッテリ情報および前記位置情報の送信元の前記移動型中継装置に代わって、前記上り信号を前記基地局に送信し、前記下り信号を前記基地局から受信することを特徴とする基地局。
【請求項１０】
移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、
前記移動型中継装置から送信される上り信号を受信する上り信号受信部と、
前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、
前記移動型中継装置で受信された前記下り信号の強度を表す強度測定値を、前記上り信号から取得する情報取得部と、
前記強度測定値に基づいて、第２の移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、
前記目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、
前記第２の移動型中継装置は、
前記強度測定値の送信元の前記移動型中継装置とは別の前記移動型中継装置であり、
前記下り信号送信部は、
前記指令情報を含む下り信号を前記第２の移動型中継装置に送信することを特徴とする基地局。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基地局において、
前記指令情報を含む前記下り信号を受信した前記第２の移動型中継装置は、前記目標位置まで移動し、前記強度測定値の送信元の前記移動型中継装置による中継通信によって、前記上り信号を前記基地局に送信し、当該中継通信によって前記下り信号を前記基地局から受信することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線中継システム、移動型中継装置および基地局に関し、特に、基地局と無線端末との間の中継通信を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話システム等の移動通信システムが普及している。近年では、移動通信システムで伝送される情報量が大きくなり、情報伝送の高速化が望まれている。一般に、情報伝送速度を大きくする程、移動通信システムで伝送される無線信号が占有する周波数帯域幅は広くなり、占有周波数帯域幅の拡大に伴って無線信号の周波数を高くする必要が生じる。そこで、将来構築される移動通信システムでは、占有周波数帯域を広げるため無線信号の周波数を高くすることが提案されている。
【０００３】
以下の特許文献１には、本願発明に関連する技術として、中継システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、無線信号には、周波数が高くなる程、空気中の水分、建造物等の障害物の影響を受け易く、減衰し易いという性質がある。そのため、移動通信システムで用いられる無線信号の周波数を高くすると、無線端末としての携帯電話と基地局とが通信可能な距離が短くなってしまい、基地局が形成するサービスエリアが狭くなってしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、基地局と無線端末とが通信可能な距離を大きくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、前記基地局によって参照される信号強度マップであって、前記基地局から送信される信号の強度を表す信号強度マップに基づく目標位置に向けて移動することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、前記基地局によって求められる通信環境情報であって、前記無線端末の通信環境を表す通信環境情報に基づく目標位置に向けて移動することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、複数の前記移動型中継装置のうちの１つである端末側・移動型中継装置は、目標位置に向けて移動し、前記目標位置は、複数の前記移動型中継装置のうちの別の１つである基地局側・移動型中継装置による中継通信によって、前記基地局との間で無線通信を行う位置であり、前記基地局から送信された信号の各前記移動型中継装置における強度に基づいて前記基地局によって求められることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、基地局と無線端末との間でそれぞれが中継通信を行う複数の移動型中継装置を備え、各前記移動型中継装置は無線通信によって前記基地局によって制御され、自らが備えるバッテリが蓄積する電力によって動作し、自らが備えるバッテリの残量が所定値未満となったときは充電可能な位置に向けて移動し、複数の前記移動型中継装置のうち、自らが備えるバッテリの残量が所定値未満となった第１の移動型中継装置があるときは、別の前記移動型中継装置である第２の移動型中継装置は、前記第１の移動型中継装置が存在していた位置に向けて移動することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、基地局と無線端末との間で中継通信を行う移動型中継装置において、  前記基地局から送信された指令情報を受信する受信部と、前記指令情報に従う目標位置に向けて前記移動型中継装置を搬送する搬送機と、前記基地局から送信された下り信号の強度を測定する強度測定部と、前記下り信号の強度測定値を前記基地局に送信する送信部と、  を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、基地局と無線端末との間で中継通信を行う移動型中継装置において、  前記基地局から送信された指令情報を受信する受信部と、前記指令情報に従う目標位置に向けて前記移動型中継装置を搬送する搬送機と、前記移動型中継装置に電力を供給するバッテリと、前記バッテリの残量を測定する残量測定部と、前記バッテリの残量に関する情報を前記基地局に送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、前記下り信号の強度を表す信号強度マップを参照するマップアクセス部と、前記信号強度マップに基づいて、前記移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、前記目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、前記下り信号送信部は、前記指令情報を含む前記下り信号を前記移動型中継装置に送信することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、前記移動型中継装置から送信される上り信号を受信する上り信号受信部と、前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、前記移動型中継装置が備えるバッテリの残量を示すバッテリ情報、および前記移動型中継装置の位置情報を、前記上り信号から取得する情報取得部と、前記バッテリ情報および前記位置情報に基づいて、第２の移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、前記目標位置に向けて移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、前記第２の移動型中継装置は、前記バッテリ情報および前記位置情報の送信元の前記移動型中継装置とは別の前記移動型中継装置であり、前記下り信号送信部は、前記指令情報を含む前記下り信号を前記第２の移動型中継装置に送信することを特徴とする。
【００１５】
望ましくは、前記指令情報を含む前記下り信号を受信した前記第２の移動型中継装置は、前記目標位置に向けて移動し、前記バッテリ情報および前記位置情報の送信元の前記移動型中継装置に代わって、前記上り信号を前記基地局に送信し、前記下り信号を前記基地局から受信する。
【００１６】
また、本発明は、移動型中継装置による中継通信を介して無線端末との間で無線通信を行う基地局において、前記移動型中継装置から送信される上り信号を受信する上り信号受信部と、前記移動型中継装置を制御する下り信号を送信する下り信号送信部と、前記移動型中継装置で受信された前記下り信号の強度を表す強度測定値を、前記上り信号から取得する情報取得部と、前記強度測定値に基づいて、第２の移動型中継装置に対する目標位置を決定する目標位置決定部と、前記目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成する指令情報生成部と、を備え、前記第２の移動型中継装置は、前記強度測定値の送信元の前記移動型中継装置とは別の前記移動型中継装置であり、前記下り信号送信部は、前記指令情報を含む下り信号を前記第２の移動型中継装置に送信することを特徴とする。
【００１７】
望ましくは、前記指令情報を含む前記下り信号を受信した前記第２の移動型中継装置は、前記目標位置まで移動し、前記強度測定値の送信元の前記移動型中継装置による中継通信によって、前記上り信号を前記基地局に送信し、当該中継通信によって前記下り信号を前記基地局から受信する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基地局と無線端末とが通信可能な距離を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】無線中継システムを示す図である。
【図２】ドローン中継装置の概形を示す図である。
【図３】基地局およびドローン中継装置が配置される環境を模式的に示す図である。
【図４】ドローン配置処理のシーケンスチャートである。
【図５】エリア拡大処理のシーケンスチャートである。
【図６】通信環境情報に基づくドローン配置処理のシーケンスチャートである。
【図７】ドローン中継装置が形成するビーム形状の例を示す図である。
【図８】充電処理のシーケンスチャートである。
【図９】基地局のハードウエアの例を示す図である。
【図１０】ドローン中継装置のハードウエアの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（１）無線中継システムの構成
図１には、本発明の実施形態に係る無線中継システムが示されている。無線中継システムは、基地局１０および複数のドローン中継装置１２を備えている。図１に示されている基地局１０は、携帯電話システムを構成する複数の基地局のうちの１つであり、建造物１００の屋上に設置されている。基地局１０は、各ユーザが所持する携帯電話１４（スマートフォン等の携帯電話機能付きの情報処理装置を含む。）との間で無線通信を行う。基地局１０の周囲の道路１６には、複数のドローン中継装置１２が配置されている。ドローン中継装置１２は、移動自在な移動型中継装置であり、基地局１０から送信される信号に応じて移動する。各ドローン中継装置１２はバッテリを備えており、バッテリに蓄積された電力によって動作する。各ドローン中継装置１２は、基地局１０から送信された信号を受信し、その信号を増幅して中継送信する。また、各ドローン中継装置１２は、携帯電話１４から送信された信号を受信し、基地局１０に中継送信する。これによって、携帯電話１４（無線端末）が基地局１０との間で無線通信することが可能な通信可能エリアが拡大される。
【００２１】
図２にはドローン中継装置１２の概形が示されている。ドローン中継装置１２は、略円柱形状の本体部１８、本体部１８の両端に設けられたタイヤ２０、およびアンテナ２２を備えている。本体部１８には中継回路が収容されている。中継回路は、アンテナ２２で受信された信号を増幅してアンテナ２２から送信する。アンテナ２２は、指向特性が制御可能なものであってもよい。また、基地局の制御に応じて移動するため、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の測位衛星から送信された信号を受信して測位を行う測位受信部を備えている。ドローン中継装置１２には、タイヤ２０にトルクを与える搬送機が設けられており、ドローン中継装置１２はタイヤ２０の回転によって移動する。この搬送機は、タイヤ２０に設けられたインホイールモータを備えてもよい。なお、以下の説明では、複数のドローン中継装置１２のうちの特定のドローン中継装置を、符号「１２」の後に続く符号「−Ｎ」、「−Ｆ」、「−１」等によって区別するものとする。
【００２２】
（２）基地局およびドローン中継装置が実行する処理
（２−１）ドローン配置処理
図３には、基地局１０およびドローン中継装置１２が配置される環境が模式的に示されている。基地局１０はビル２８の屋上に設置されている。基地局１０との間で直接の無線通信が可能である通信可能エリアＡ内には、ドローンステーション２４が設けられている。ドローンステーション２４には、中継通信を行っていないドローン中継装置１２が待機している。ドローンステーション２４に待機しているドローン中継装置１２は、基地局１０から送信される配置指令信号に応じて目標位置に向けて移動する。また、目標位置で中継通信を行った後、通信環境等の変化によって中継通信を行わせる必要がなくなったドローン中継装置１２は、基地局１０から送信される配置指令信号に応じてドローンステーション２４に向けて移動し、ドローンステーション２４において待機してもよい。
【００２３】
ドローン中継装置１２を基地局１０の周辺に配置する処理として、基地局１０から送信された信号の強度に基づくドローン配置処理がある。図４のシーケンスチャートには、ドローン配置処理において、基地局１０とドローン中継装置１２との間で実行される処理が示されている。ここでは、２つのドローン中継装置１２が示されているが、３つ以上のドローン中継装置が用いられる場合においても、基地局１０と各ドローン中継装置との間で実行される処理は同様である。
【００２４】
基地局１０は、ドローン中継装置１２に測定指令信号を送信する（Ｓ１０１）。ドローン中継装置１２は、基地局１０から送信された測定指令信号の強度を測定し（Ｓ２０１）、ドローン中継装置１２の位置情報と、測定指令信号の強度測定値とを含む強度信号を基地局１０に送信する（Ｓ２０２）。基地局１０は、各ドローン中継装置１２から送信された強度信号に基づいて、基地局１０の周辺における信号強度マップを生成する（Ｓ１０２）。信号強度マップは、基地局１０の周辺の位置情報と強度測定値とが対応付けられたものである。基地局１０は、過去において信号強度マップを生成しているときは、ドローン中継装置１２から送信された強度信号に基づいて、過去に生成した信号強度マップを更新することで、新たな信号強度マップを生成してもよい。
【００２５】
基地局１０は、信号強度マップに基づいて、ドローン中継装置１２を配置すべき目標位置を決定する（Ｓ１０３）。この目標位置は、例えば、基地局１０と直接の無線通信が可能であるものの、強度測定値が所定の閾値未満となる位置として求められる。基地局１０は、目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成し（Ｓ１０４）、指令情報を含む配置指令信号をドローン中継装置１２に送信する（Ｓ１０５）。
【００２６】
ドローン中継装置１２は、配置指令信号を受信すると目標位置に向けて移動する（Ｓ２０２）。目標位置まで移動したドローン中継装置１２は、その旨を示す到着信号を基地局１０に向けて送信する（Ｓ２０３）。
【００２７】
基地局１０は到着信号を受信すると、携帯電話との間で無線通信をするための移動通信信号をドローン中継装置１２に送信する（Ｓ１０６）。移動通信信号は、携帯電話システムの通信プロトコルに従って携帯電話が通信をするための信号である。ドローン中継装置１２は、移動通信信号を受信し、携帯電話に向けて中継送信する（Ｓ２０４）。また、ドローン中継装置１２は、携帯電話から送信された移動通信信号を受信し、基地局１０に向けて中継送信する。
【００２８】
このような処理によれば、基地局１０との直接の無線通信が可能であるものの、強度測定値が所定の閾値未満となる位置にドローン中継装置１２が配置される。各ドローン中継装置１２は、基地局１０から送信された移動通信信号を受信し、携帯電話に向けて中継送信する。また、各ドローン中継装置１２は、携帯電話から送信された信号を受信し、基地局１０に向けて中継送信する。これによって基地局１０のサービスエリアが拡大される。
【００２９】
（２−２）エリア拡大処理
基地局１０は、ある１つのドローン中継装置１２の中継通信によって、別のドローン中継装置１２が基地局１０との間の通信を行うように、各ドローン中継装置１２を配置してもよい。すなわち、基地局１０は、基地局１０との間で直接の無線通信が可能である第１の目標位置に第１のドローン中継装置を配置し、基地局１０との間で直接の無線通信が困難な第２の目標位置に第２のドローン中継装置を配置してもよい。その上で基地局１０は、第１のドローン中継装置（基地局側・ドローン中継装置）による中継通信によって、第２のドローン中継装置（端末側・ドローン中継装置）との間で通信を行ってもよい。
【００３０】
図５のシーケンスチャートには、エリア拡大処理において基地局１０とドローン中継装置１２−１および１２−２との間で実行される処理が示されている。図４に示される事項と同一の事項については同一の符号を付してその説明を簡略化する。図５におけるドローン中継装置１２−１および１２−２は、それぞれ、上記の基地局側・ドローン中継装置および端末側・ドローン中継装置に相当する。最初にドローン中継装置１２−１は、基地局１０と携帯電話との間で移動通信信号を中継送信する装置として動作している。また、最初にドローン中継装置１２−２はドローンステーションに待機している。
【００３１】
基地局１０は、ドローン中継装置１２−１に測定指令信号を送信する（Ｓ１０１）。ドローン中継装置１２−１は、基地局１０から送信された測定指令信号の強度を測定する（Ｓ２０１）。ドローン中継装置１２−１は、強度測定値が通信限界範囲内であるときは、強度信号に加えて通信限界信号を基地局１０に送信する（Ｓ２１０）。ここで、通信限界範囲は、基地局１０との間で無線通信をすることが可能な通信可能エリアの外周近傍において、強度測定値が取り得る範囲として定義される。基地局１０は信号強度マップを生成し（Ｓ１０２）、各ドローン中継装置の目標位置を決定する（Ｓ１０３）。
【００３２】
基地局１０は、ステップＳ２１０において通信限界信号を受信すると、ドローン中継装置１２−２に対する目標位置を次のように決定する（Ｓ１０３）。すなわち、基地局１０との間で直接の無線通信をすることが困難であるものの、中継装置１２−１による中継通信によって基地局１０との通信が可能となる位置を目標位置として決定する。
【００３３】
基地局１０は、目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成し（Ｓ１０４）、指令情報を含む配置指令信号をドローン中継装置１２−１および１２−２に送信する（Ｓ１０５）。各ドローン中継装置は、配置指令信号を受信すると目標位置に向けて移動する（Ｓ２０２）。目標位置まで移動したドローン中継装置１２−１は、その旨を示す到着信号を基地局１０に送信する（Ｓ２０３）。また、目標位置まで移動したドローン中継装置１２−２は、ドローン中継装置１２−１の中継通信によって到着信号を基地局１０に送信する（Ｓ２０３，Ｓ２１１）。
【００３４】
基地局１０は、ドローン中継装置１２−１から送信された到着信号を受信すると、移動通信信号をドローン中継装置１２−１に送信する（Ｓ１０６）。また、基地局１０は、ドローン中継装置１２−２から送信された到着信号を受信すると、ドローン中継装置１２−１による中継送信によって（Ｓ２１２）、移動通信信号をドローン中継装置１２−２に送信する（Ｓ１０６）。ドローン中継装置１２−１および１２−２は移動通信信号を受信し、携帯電話に向けて中継送信する（Ｓ２０４）。携帯電話から送信された移動通信信号については、これとは逆方向の同様の中継通信が行われ、基地局１０に移動通信信号が送信される。
【００３５】
このようなエリア拡大処理によれば、基地局１０との間で無線通信をすることが可能な通信可能エリアの外側にドローン中継装置が配置され、そのドローン中継装置は、通信可能エリア内のドローン中継装置による中継通信によって、基地局１０との間の通信を行う。これによって基地局１０のサービスエリアが拡大される。例えば、図３に示されているように、基地局側・ドローン中継装置１２−Ｎは、通信可能エリアＡ内にあり、端末側・ドローン中継装置１２−Ｆは通信可能エリアＡの外側にある。端末側・ドローン中継装置１２−Ｆは、基地局側・ドローン中継装置１２−Ｎによる中継通信によって、基地局１０との間で通信を行う。このように、基地局側・ドローン中継装置１２−Ｎおよび端末側・ドローン中継装置１２−Ｆによって基地局１０が形成するサービスエリアが拡大される。
【００３６】
（２−３）地形マップに基づいて信号強度マップを生成する処理
図４および図５のステップＳ１０２では、基地局１０は各ドローン中継装置から送信された強度信号に基づいて信号強度マップを生成する。このような処理に代えて、基地局１０は、自らが記憶する地形マップに基づいて信号強度マップを生成してもよい。地形マップは、基地局１０の周辺の位置情報と、標高とが対応付けられたものである。標高には建造物の高さが含まれる。基地局１０は、地形マップに基づいて、仮に測定指令信号を送信したならば各位置で測定される測定指令信号の強度を電磁界シミュレーション等によって求める。地形マップに基づいて信号強度マップを生成する場合、基地局１０は、測定指令信号を各ドローン中継装置に送信しなくてもよい。また、各ドローン中継装置は、強度信号を基地局１０に送信しなくてもよい。
【００３７】
（２−４）通信環境情報に基づくドローン配置処理
基地局１０および各ドローン中継装置は、ドローン配置処理（図４）またはエリア拡大処理（図５）を実行する前に、通信環境情報に基づくドローン配置処理を実行してもよい。通信環境情報は、携帯電話の通信環境を表す情報である。通信環境情報には、例えば、通信中の携帯電話とその携帯電話の位置情報とが対応付けられた携帯電話使用状況を表す情報がある。通信環境情報は、コンサート、花火大会、スポーツ観戦等、大勢の人が集まるイベントが行われる場所、時間等を表す情報であってもよいし、大雨、強風、地震等の災害が生じた時間、場所に関する情報であってもよい。
【００３８】
図６のシーケンスチャートには、基地局１０および各ドローン中継装置が実行する処理が示されている。図４および図５に示される事項と同様の事項については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００３９】
基地局１０は、インターネット等の通信回線から通信環境情報を読み込み（Ｓ１１０）、通信環境情報に基づいて各ドローン中継装置に対する目標位置を求める（Ｓ１０３）。基地局１０は、例えば、単位面積当たりの携帯電話の台数を表す携帯電話密度の分布を通信環境情報に基づいて求め、携帯電話密度が高い場所により多くのドローン中継装置が配置されるように各ドローン中継装置に対する目標位置を求める。基地局１０は、目標位置まで移動すべき旨の指令情報を生成し（Ｓ１０４）、指令情報を含む配置指令信号を各ドローン中継装置に送信する（Ｓ１０５）。これより後の処理は、図４に示される処理と同様である。
【００４０】
このような処理によれば、所定面積当たりの携帯電話の数が多い場所には、多くのドローン中継装置が配置され、各携帯電話が通信可能な基地局の数が増加する。これによって、携帯電話の数が局所的に増加したことによる輻輳が回避される。
【００４１】
（２−５）指向特性の制御
図４および図５のステップＳ１０４において、基地局１０は、各ドローン中継装置が備えるアンテナの指向特性を指定する指向特性情報を指令情報に含ませてもよい。例えば、基地局１０は、ステップＳ１０２で生成した信号強度マップに基づいて、各ドローン中継装置について適切な指向特性を求める。すなわち、基地局１０は、各ドローン中継装置について無線信号の到来方向を求め、各ドローン中継装置のアンテナのビームの方向が無線信号の到来方向に向けられるように、各ドローン中継装置について適切な指向特性を求めてもよい。各ドローン中継装置は、指令情報に含まれる指向特性情報に基づいてアンテナの指向特性を制御する。
【００４２】
図７には、ドローン中継装置１２が配置された目標位置Ｔ１〜Ｔ５のそれぞれについて、アンテナが形成するビームの形状の例が示されている。一般に、無線信号は、ビルの隙間から到来することが多い。図７の例では、ビルの隙間に向けてビームが形成されている。
【００４３】
また、各ドローン中継装置１２は、無線信号の到来方向を測定し、無線信号の到来方向を表す情報を強度信号に含ませてもよい。基地局１０は、各ドローン中継装置１２から送信された強度信号に基づいて、各ドローン中継装置１２における無線信号の到来方向を求め、各ドローン中継装置１２についてのアンテナ指向特性を求めてもよい。
【００４４】
（２−６）充電処理
図３に示されているように、基地局１０との間で直接の無線通信が可能である通信可能エリアＡには、充電ステーション２６が設けられている。充電ステーション２６には、ドローン中継装置１２が自らのバッテリを充電するための電力供給装置が設けられている。無線中継システムでは、基地局１０および各ドローン中継装置１２が、図８のシーケンスチャートに示されているような充電処理を実行する。
【００４５】
図８に示されている例では、最初にドローン中継装置１２−１が、基地局１０と携帯電話との間で移動通信信号を中継送信する装置として動作している（Ｓ３０１，Ｓ４０１）。また、最初にドローン中継装置１２−２はドローンステーションに待機している。
【００４６】
ドローン中継装置１２−１は、自らのバッテリに蓄積されている電荷の量（バッテリ残量）を測定し（Ｓ４０２）、バッテリ残量信号を基地局１０に送信する（Ｓ４０３）。バッテリ残量信号には、ドローン中継装置１２−１の位置情報、およびバッテリ情報としてのバッテリ残量測定値が含まれる。
【００４７】
充電処理における一般的な処理として、基地局１０は、バッテリ残量測定値が所定の閾値未満となったドローン中継装置があるときに、そのドローン中継装置に充電指令信号を送信する。この充電指令信号には、充電ステーションの位置情報、およびバッテリを充電すべき旨の指令情報が含まれる。図８に示されている例では、ドローン中継装置１２−１のバッテリ残量測定値が所定の閾値未満となっており、基地局１０はドローン中継装置１２−１に充電指令信号を送信する（Ｓ３０２）。
【００４８】
自らのバッテリの残量が所定の閾値未満となったドローン中継装置１２−１は、充電指令信号を受信すると、充電ステーションに向けて移動し（Ｓ４０４）、自らを電力供給装置に接続してバッテリを充電する（Ｓ４０５）。
【００４９】
バッテリの充電が完了したドローン中継装置１２−１はドローンステーションに向けて移動し、ドローンステーションで待機してもよい。この場合、基地局１０から送信される充電指令信号には、バッテリの充電が完了した後にドローンステーションに向けて移動すべき旨の情報が含まれる。
【００５０】
充電処理における一般的な処理として、基地局１０は、バッテリ残量が所定の閾値未満となったドローン中継装置（第１のドローン中継装置）があるときは、ドローンステーションに待機している別のドローン中継装置（第２のドローン中継装置）に配置指令信号を送信する。配置指令信号には、第１のドローン中継装置の位置情報、その位置情報が示す位置において中継通信をすべき旨の指令情報が含まれる。
【００５１】
図８に示されている例では、ドローン中継装置１２−１が第１のドローン中継装置に相当し、ドローン中継装置１２−２が第２のドローン中継装置１２−２に相当する。ドローン中継装置１２−２は配置指令信号を受信すると（Ｓ３０３）、指令情報が示す目標位置、すなわち、先にドローン中継装置１２−１が配置されていた位置に移動する（Ｓ５０１）。
【００５２】
各ドローン中継装置は、指令情報によって示される目標位置に到達すると、到着信号を基地局１０に無線送信する（Ｓ４０５，Ｓ５０２）。基地局１０は、到着信号を受信すると、ドローン中継装置１２−２（第２のドローン中継装置）に移動通信信号を送信する（Ｓ３０４）。ドローン中継装置１２−２は、移動通信信号を携帯電話に向けて中継送信する（Ｓ５０３）。携帯電話から送信された移動通信信号については、これとは逆方向の同様の中継通信が行われ、基地局１０に移動通信信号が送信される。
【００５３】
このような処理によれば、バッテリ残量が所定の閾値未満となった第１のドローン中継装置１２−１は、充電ステーションまで移動してバッテリの充電を行う。そして、ドローンステーションに待機していた第２のドローン中継装置１２−２は、先に第１のドローン中継装置１２−１が配置されていた位置まで移動し、第１のドローン中継装置１２−１に代わって、基地局１０と携帯電話との間の中継通信を行う。これによって、基地局１０と携帯電話との間の通信を良好に維持しながらも、ドローン中継装置がバッテリを充電する機会が確保される。
【００５４】
なお、上記では、ドローンステーションと充電ステーションとが別のステーションとして設けられている実施形態について説明した。ドローンステーションには、充電ステーションの設備が備えられてもよい。また、上記では、ドローン中継装置のバッテリ残量が所定の閾値未満になった場合に、基地局の制御に応じてバッテリの充電を行う実施形態について説明した。ドローン中継装置は、自らのバッテリ残量が所定の閾値未満になった場合には、基地局の制御によらずに自発的にバッテリの充電を行ってもよい。すなわち、ドローン中継装置は、自らのバッテリ残量測定値が所定の閾値未満となった場合には、自らの制御によって充電ステーションに向けて移動し、自らのバッテリを充電してもよい。
【００５５】
（３）基地局のハードウエア
図９には、基地局１０のハードウエアの例が示されている。基地局１０は、演算処理部３０、記憶部３４および基地局無線部３２を備えている。
【００５６】
基地局無線部３２は、演算処理部３０が出力する下り信号を送信し、上り信号を受信して演算処理部３０に出力する。下り信号には、上記の測定指令信号、配置指令信号、充電指令信号等の基地局１０からドローン中継装置に向けて送信される信号（基地局１０がドローン中継装置を制御するための信号）や、基地局１０から携帯電話またはドローン中継装置に向けて送信される移動通信信号がある。また、上り信号には、上記の強度信号、到着信号、通信限界信号等のドローン中継装置から基地局１０に向けて送信される信号や、携帯電話またはドローン中継装置から基地局１０に向けて送信される移動通信信号がある。このように、基地局無線部３２は、下り信号を送信する下り信号送信部、および上り信号を受信する上り信号受信部として動作する。
【００５７】
演算処理部３０は、情報取得部３６、マップアクセス部３８、目標位置決定部４０、指向特性決定部４２および指令情報生成部４４を備えている。演算処理部３０は、予め読み込まれたプログラムを実行することで、これらの構成要素を実現するプロセッサによって構成されてもよい。また、各構成要素は、ハードウエアとしてのディジタル回路によって個別に構成されてもよい。
【００５８】
演算処理部３０は、携帯電話システムを構成する携帯電話通信網５０に接続されている。また、携帯電話通信網５０はインターネット５２に接続されている。
【００５９】
情報取得部３６は、基地局無線部３２で受信され、基地局無線部３２から出力された上り信号から情報を取得する。上述の実施形態では、情報取得部３６は、強度信号からドローン中継装置の位置情報および強度測定値を取得し、バッテリ残量信号からドローン中継装置の位置情報およびバッテリ残量測定値を取得する。また、情報取得部３６は、インターネット５２から携帯電話通信網５０を介して通信環境情報を取得する。
【００６０】
マップアクセス部３８は、ドローン配置処理およびエリア拡大処理において信号強度マップを生成し、記憶部３４における信号強度マップ記憶領域４６に記憶する。また、地形マップに基づいて信号強度マップを生成する上記（２−３）で述べた処理において、マップアクセス部３８は、記憶部３４における地形マップ記憶領域４８に記憶された地形マップを参照する。マップアクセス部３８は、仮に基地局１０から測定指令信号を送信したならば各位置で測定される測定指令信号の強度を電磁界シミュレーション等によって求める。マップアクセス部３８は、各位置に対して求められた測定指令信号の強度に基づいて信号強度マップを生成し、信号強度マップ記憶領域４６に記憶する。
【００６１】
目標位置決定部４０は、上記の各処理において配置指令信号を送信するに際し、各ドローン中継装置に対する目標位置を決定する。指向特性決定部４２は、上記（２−５）で述べた指向特性の制御において、信号強度マップに基づいて各ドローン中継装置について適切な指向特性を求め、各ドローン中継装置に対する指向特性情報を求める。指令情報生成部４４は、上記の各処理において配置指令信号を送信するに際し、各ドローン中継装置に対する指令情報を求める。
【００６２】
演算処理部３０が実行する処理の一部は、インターネット５２に接続されている他の分散処理コンピュータが実行してもよい。この場合、演算処理部３０は、インターネット５２を介して分散処理コンピュータとの間で通信を行い、分散処理コンピュータと共に所定の処理を実行する。
【００６３】
記憶部３４は、信号強度マップ記憶領域４６および地形マップ記憶領域４８を有している。信号強度マップ記憶領域４６には信号強度マップが記憶され、地形マップ記憶領域４８には地形マップが記憶される。記憶部３４は、インターネット５２に接続された１つまたは複数の外部コンピュータに置き換えられてもよい。このような外部コンピュータとしては、クラウドと称されるものがある。この場合、演算処理部３０は、記憶部３４に代えて、外部コンピュータが有するメモリに情報を記憶し、外部コンピュータが有するメモリから情報を読み込む。
【００６４】
（４）ドローン中継装置のハードウエア
図１０にはドローン中継装置１２のハードウエアの例が示されている。ドローン中継装置は、アンテナ５６、中継無線部５８、制御部６０、ＧＰＳ受信部６２、搬送機６４、充電回路６６、およびバッテリ６８を備える。  
【００６５】
中継無線部５８は、基地局から送信された下り信号をアンテナ５６から受信し、制御部６０に出力する。また、中継無線部５８は、制御部６０から出力された上り信号をアンテナ５６から送信する。下り信号が移動通信信号である場合には、制御部６０は、その移動通信信号を中継無線部５８に出力し、中継無線部５８は、その移動通信信号を携帯電話または他のドローン中継装置に向けて送信する。上り信号が移動通信信号である場合には、制御部６０は、その移動通信信号を中継無線部５８に出力し、中継無線部５８は、その移動通信信号を基地局または他のドローン中継装置に向けて送信する。
【００６６】
アンテナ５６は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子６１を備える。中継無線部５８では、各アンテナ素子６１で送受信される信号の振幅および位相が制御部６０によって調整される。すなわち、制御部６０が中継無線部５８を制御することによって、アレーアンテナとしてのアンテナ５６の指向特性が制御される。
【００６７】
このように、中継無線部５８は、上り信号を送信する送信部、および下り信号を受信する受信部として動作する。すなわち、送信部としての中継無線部５８によって上り信号に含まれる情報がドローン中継装置１２から送信され、受信部としての中継無線部５８によって下り信号に含まれる情報がドローン中継装置１２で受信される。
【００６８】
ＧＰＳ受信部６２は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を受信し、位置情報を制御部６０に出力する。ドローン中継装置１２の測位を行うシステムとしては、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、Ｇａｌｉｌｅｏ等、その他のシステムが用いられてもよい。
【００６９】
搬送機６４は、ドローン中継装置１２が備えるタイヤにトルクを与え、ドローン中継装置１２を移動自在とする。
【００７０】
バッテリ６８は、ドローン中継装置１２にその動作に必要な電力を供給する。充電回路６６は、充電ステーション等に設置されている電力供給装置に接続され、電力供給装置から出力された電力によってバッテリ６８を充電する。
【００７１】
制御部６０は、指向特性調整部７０、強度測定部７２、搬送処理部７４および残量測定部７６を備える。制御部６０は、予め読み込まれたプログラムを実行することで、これらの構成要素を実現するプロセッサによって構成されてもよい。また、各構成要素はハードウエアとしてのディジタル回路によって個別に構成されてもよい。
【００７２】
指向特性調整部７０は、上記（２−５）において述べた指向特性の制御をドローン中継装置１２が実行する際に、各アンテナ素子６１で送受信される信号の振幅および位相を中継無線部５８において調整し、アンテナ５６の指向特性を制御する。
【００７３】
中継無線部５８において測定指令信号が受信され、測定指令信号が制御部６０に出力されると、強度測定部７２は測定指令信号の強度を測定し、強度測定値を求める。さらに、強度測定部７２は、強度測定値を含む強度信号を生成し中継無線部５８に出力する。中継無線部５８は、上り信号としての強度信号を基地局に向けて送信する。また、強度測定部７２は、強度測定値が所定の通信限界範囲であるときは、通信限界信号を生成し中継無線部５８に出力する。中継無線部５８は、上り信号としての通信限界信号を基地局に向けて送信する。
【００７４】
中継無線部５８において配置指令信号、充電指令信号等の目標位置が含まれる信号が受信され、目標位置が含まれる信号が制御部６０に出力されると、搬送処理部７４は、この信号に含まれる目標位置を取得する。そして、ＧＰＳ受信部６２から出力される位置情報を参照しながら、ドローン中継装置１２が目標位置に向けて移動するように搬送機６４を制御する。これによって、ドローン中継装置１２は目標位置に向けて移動する。ドローン中継装置１２が目標位置まで移動すると、搬送処理部７４は到着信号を生成し、中継無線部５８に出力する。中継無線部５８は、上り信号としての到着信号を基地局に向けて送信する。
【００７５】
中継無線部５８において充電指令信号が受信され、充電指令信号が制御部６０に出力されると、残量測定部７６はバッテリ６８の残量を測定する。残量測定部７６は，残量測定値を含むバッテリ残量信号を生成し、中継無線部５８に出力する。中継無線部５８は、上り信号としてのバッテリ残量信号を基地局に向けて送信する。
【符号の説明】
【００７６】
１０  基地局、１２，１２−１，１２−２，１２−Ｎ，１２−Ｆ  ドローン中継装置、１４  携帯電話、１６  道路、１８  本体部、２０  タイヤ、２２，５６  アンテナ、２４  ドローンステーション、２６  充電ステーション、２８  ビル、３０  演算処理部、３２  基地局無線部、３４  記憶部、３６  情報取得部、３８  マップアクセス部、４０  目標位置決定部、４２  指向特性決定部、４４  指令情報生成部、４６  信号強度マップ記憶領域、４８  地形マップ記憶領域、５０  携帯電話通信網、５２  インターネット、５８  中継無線部、６０  制御部、６１  アンテナ素子、６２  ＧＰＳ受信部、６４  搬送機、６６  充電回路、６８  バッテリ、７０  指向特性調整部、７２  強度測定部、７４  搬送処理部、７６  残量測定部。
【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】
2019102872.tif 000009
【図８】
2019102872.tif 000010
【図９】
2019102872.tif 000011
【図１０】
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