(57)【要約】【課題】  航空機等の移動体内部の搭乗者が持つ端末機器と地上通信網との間での広帯域無線通信を、衛星を用いずに低コストで、かつ高い信頼性で実現することができるようにする。【解決手段】  この発明の広帯域無線通信システムは、基地局アンテナ１１を備え地上通信網１４に接続された基地局１２と、複数の移動体の各々に搭載された無線中継局１６と、移動体内部の搭乗者が持つ端末機器１７と、を有し、基地局１２と、無線中継局１６の各々との間を１対多の広帯域無線回線で結び、無線中継局１６と端末機器１７の各々との間は、無線あるいは有線を介して信号の送受を行い、無線中継局１６は、基地局１２との間の無線方式と、端末機器１７との間の無線方式あるいは有線通信方式との間の信号方式変換を行い、移動体内部の端末機器１７と地上通信網１４とを無線中継局１６および基地局１２を介して接続し広帯域通信を行う、ことを特徴としている。【選択図】  図１
2005159448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム方向を可変できる基地局アンテナを備え、かつ地上通信網に接続された基地局と、
複数の移動体の各々に搭載された無線中継局と、
上記移動体内部の搭乗者が持つ無線通信端末あるいは情報端末からなる端末機器と、を有し、
上記基地局と、その基地局の基地局アンテナで捕捉した無線中継局の各々との間を１対多の広帯域無線回線で結び、
上記無線中継局と、上記移動体内部の端末機器の各々との間は、無線あるいは有線を介して信号の送受を行い、
上記無線中継局は、基地局との間の無線方式と、端末機器との間の無線方式あるいは有線通信方式との間の信号方式変換を行い、
上記移動体内部の搭乗者が持つ端末機器と地上通信網とを無線中継局および基地局を介して接続し広帯域通信を行う、
ことを特徴とする広帯域無線通信システム。
【請求項２】
上記基地局アンテナは、複数のアンテナ素子で構成され、電波の複数の指向方向を機械走査あるいは電子走査できる手段をもち、複数移動体の同時捕捉およびそれらの広範囲にわたる追尾、高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）による広帯域無線伝送、並びに他の無線局との間の干渉低減を行う機能を備える、請求項１に記載の広帯域無線通信システム。
【請求項３】
上記無線中継局は、上記基地局の方向を常に指向しかつ追尾するビーム生成機能をもつ機械走査型アンテナあるいは電子走査型アレーアンテナを備える、請求項１に記載の広帯域無線通信システム。
【請求項４】
上記基地局を間隔を開けて複数設置し、それらの複数の基地局の覆域をまたがって移動体が移動する場合においても通信が継続できる機能を備える、請求項１に記載の広帯域無線通信システム。
【請求項５】
上記基地局を、高々度を飛行するあるいは滞空する航空機、気球、または飛行船等の高々度無線通信プラットフォーム上に設置し、その高々度無線通信プラットフォーム上の基地局に設けた基地局アンテナのビームのひとつを用いて、地上に設けたゲートウェイ局と無線接続し、そのゲートウェイ局を介して地上通信網と接続する、請求項１に記載の広帯域無線通信システム。
【請求項６】
上記移動体は、航空機、船舶、列車、自動車の少なくとも１つである、請求項１から５に記載の広帯域無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、船舶、列車、自動車等の移動体内の乗員や乗客が持つ端末機器と地上通信網とを無線で接続し、広帯域通信を行う広帯域無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機、船舶、列車、自動車等の移動体内の乗員や乗客が持つ端末機器と地上通信網とを無線で接続し通信を行う技術として、次のようなものが公知である。
【０００３】
先ず第１の従来技術として、米国Ｂｏｅｉｎｇ社がサービスを計画している航空機インターネットシステム（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｂｏｅｉｎｇ）があり、サービス内容が下記の非特許文献１に公開され、そのための国内技術基準が総務省情報通信審議会で平成１５年１０月２９日に答申され、その報道資料が下記の非特許文献２に掲載されている。このシステムは、航空機と静止衛星を上り１４ＧＨｚ帯、下り１２ＧＨｚ帯の無線で結び、衛星経由で航空機内乗客と地上の通信網を接続し、航空機内乗客に対して上り１Ｍｂｐｓ、下り５Ｍｂｐｓ程度のインターネット利用環境を提供するものである。
【非特許文献１】E.Laase and W.Richards, “Deploying Connection by Boeing(SM) Satellite Services”, Proc. AIAA 21th International Comm. Satellite Systems Conf. Exhibit, 2003-2315, Yokohama, Japan, Apr. 2003.
【非特許文献２】総務省情報通信審議会諮問第2013号答申「Ku帯を用いた高速・大容量航空移動衛星通信システムの技術的条件」、平成15年10月29日
【０００４】
上述した第１の従来技術においては、国内線、国際線を問わず、これまで広帯域情報網から隔離されていた航空機内乗客に地上と同等の通信環境を提供できるという特徴をもっている。
【０００５】
また、第２の従来技術として、米国ＡｉｒＣｅｌｌ社がサービスを計画している航空機内携帯電話システムがあり、サービス内容およびシステム内容が、例えば下記の非特許文献３および非特許文献４に掲載されている。
【非特許文献３】J.Blumenstein, “Cellular: Tommorow’s Inflight Phone”, Proc. IPEC-2003 Conf., London, Apr. 2003.
【非特許文献４】S.Cutbirth, “Personal Cell Phone Use Inflight”, WAEA (World Airline Entertainment Association) Technical Committee, July 2002 (Updated in Nov. 2002).
【０００６】
このシステムは、地上に航空機向けの携帯電話基地局をある間隔をおいて複数設置し、航空機上に設置された中継基地局と無線で接続し、航空機上において複数の異なる無線規格に対応した携帯電話の極小セル（ピコセル）を構成することにより、航空機内の乗客に対し、一般の携帯電話端末をそのまま航空機内でも使えるようにし、地上や他の航空機の乗客との間で通信事業者を選ばず通話できる環境を提供するものである。
【０００７】
上述した第２の従来技術においては、陸地の上空周辺を飛行する航空機内において、乗客が自分が機内に持ち込む携帯電話端末をそのまま使って任意の通信事業者が運営する地上の携帯電話ネットワークに接続して通話できるという特徴をもち、また衛星を用いないため、衛星を使う第１の従来技術に比べてシステムコストが低減できるという特徴をもっている。
【０００８】
第３の従来技術として、米国ＴｅｌｅＡｖｉｏｎｉｃｓ社が取得した米国特許（下記の特許文献１参照）に記載された商用航空機による広帯域無線通信システムがある。
【特許文献１】米国特許第６２８５８７８号明細書
【０００９】
このシステムは、今日多数の旅客・貨物航空機が同時に飛行していることに着目し、各航空機に無線中継器を設置し、地上の無線端末との間で無線接続するとともに、ある間隔をおいて飛行している各航空機間を無線回線で結び、１つあるいは複数の航空機を周回衛星のようにみなして地上の利用者に無線ネットワーク環境を提供するものである。またこのシステムでは、地上の利用者に無線ネットワーク環境を提供するだけでなく、航空機内の乗客に対しても、地上のネットワークと接続する環境を提供することができる。
【００１０】
上述した第３の従来技術においては、複数の航空機間を無線で結ぶことにより、高価な衛星を使うことなく広域に分布する地上の利用者に無線ネットワーク環境を提供することができるという特徴をもつとともに、陸上・洋上を問わず、飛行中の航空機内乗客に対して、第２の従来技術同様に、高価な衛星を用いることなく、地上のネットワークと接続して広帯域通信ができる環境を提供できるという特徴をもっている。
【００１１】
しかしながら、上記第１の従来技術は、赤道上空３６，０００ｋｍという極めて遠方に位置する静止衛星を用いる必要があるため、原理上電波が大きく減衰することにより、広帯域通信をするためには衛星上ならびに航空機上に大きな開口をもつアンテナが必要となる。一方、衛星や航空機上に設置するアンテナの大きさは、物理的・コスト的制約から、ある所定の大きさに制限され、このため、情報伝送速度は数Ｍｂｐｓ程度以下にならざるをえず、また、衛星の打ち上げ・運用コストが極めて大きいことから、通信料金も十分安くできないという問題点があった。
【００１２】
また、第２の従来技術は、携帯電話サービスに限定した技術であるため、通信帯域は携帯電話の帯域と同じ（第３世代携帯電話で最大２Ｍｂｐｓ程度）であり、通話には支障がないが、インターネット等のデータ通信をする場合には、通信速度に限界があるという問題点があった。また、航空機と地上基地局を無線で結ぶために双方が備えるアンテナは無指向性に近い広いビームを用いており、このため、等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）が大きくできず、高速伝送には限界があった。
【００１３】
また、第３の従来技術は、航空機間の無線回線接続が、航空機の飛行スケジュールに依存し、また飛行スケジュールは一般に、上記無線回線接続の要求とは無関係に乗客や貨物の運搬上の要求や天候等の条件で決定されるため、必ずしも、航空機間で無線回線接続ができる保障がなく、無線回線の信頼性が必ずしも確保できないという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、航空機等の移動体内部の搭乗者が持つ端末機器と地上通信網との間での広帯域無線通信を、衛星を用いずに低コストで、かつ高い信頼性で実現することができる広帯域無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ビーム方向を可変できる基地局アンテナを備え、かつ地上通信網に接続された基地局と、複数の移動体の各々に搭載された無線中継局と、上記移動体内部の搭乗者が持つ無線通信端末あるいは情報端末からなる端末機器と、を有し、上記基地局と、その基地局の基地局アンテナで捕捉した無線中継局の各々との間を１対多の広帯域無線回線で結び、上記無線中継局と、上記移動体内部の端末機器の各々との間は、無線あるいは有線を介して信号の送受を行い、上記無線中継局は、基地局との間の無線方式と、端末機器との間の無線方式あるいは有線通信方式との間の信号方式変換を行い、上記移動体内部の搭乗者が持つ端末機器と地上通信網とを無線中継局および基地局を介して接続し広帯域通信を行う、ことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記基地局アンテナは、複数のアンテナ素子で構成され、電波の複数の指向方向を機械走査あるいは電子走査できる手段をもち、複数移動体の同時捕捉およびそれらの広範囲にわたる追尾、高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）による広帯域無線伝送、並びに他の無線局との間の干渉低減を行う機能を備える、ことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記無線中継局は、上記基地局の方向を常に指向しかつ追尾するビーム生成機能をもつ機械走査型アンテナあるいは電子走査型アレーアンテナを備える、ことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記基地局を間隔を開けて複数設置し、それらの複数の基地局の覆域をまたがって移動体が移動する場合においても通信が継続できる機能を備える、ことを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記基地局を、高々度を飛行するあるいは滞空する航空機、気球、または飛行船等の高々度無線通信プラットフォーム上に設置し、その高々度無線通信プラットフォーム上の基地局に設けた基地局アンテナのビームのひとつを用いて、地上に設けたゲートウェイ局と無線接続し、そのゲートウェイ局を介して地上通信網と接続する、ことを特徴としている。
【００２０】
さらに、請求項６に記載の発明は、上記した請求項１から５の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記移動体は、航空機、船舶、列車、自動車の少なくとも１つである、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の請求項１では、移動体に無線中継局を設け、移動体内部の搭乗者が持つ端末機器と、電話網やインターネットなどの地上通信網とを無線中継局および基地局を介して接続し広帯域通信を行うようにしたので、航空機、船舶、列車、自動車などの移動体の乗員や乗客は、移動体外部の人やコンピュータとの間で、地上にいるときと同様に、電話やインターネット通信などを行うことができる。
【００２２】
また、移動体の乗員や乗客は、各自が持ち込む、あるいは移動体が提供する無線通信端末あるいは情報端末を用いることができる。
【００２３】
また、静止衛星を用いないので、地上の基地局と移動体の距離は、もっとも距離の大きい航空機の場合でも、静止衛星までの距離に比較すれば極めて短く、このため電波の減衰も小さいため、受信側では比較的小さなアンテナで大きな受信電力が得られ、広帯域無線通信が容易に実現できる。さらに、衛星を用いないため、システムコストを抑えることができる。
【００２４】
また、移動体同士を無線中継していくシステム構成ではなく、位置の決まった地上基地局と直接無線接続し、移動体の運行スケジュールなどに依存しない構成であるため、安定した無線回線で高い信頼性が確保できる。
【００２５】
この発明の請求項２では、地上の基地局は、強い指向性利得と高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）をもつ複数の追尾ビームを用いて複数の移動体と同時に無線接続し、移動体が移動しても基地局のカバーエリアの内部にいる間これらとの接続を維持するため、移動体側と基地局側の双方で高い受信電力が得られ、従来実現できなかった広帯域無線通信を連続して行うことができる。
【００２６】
また、追尾ビームは、サイドローブレベル（アンテナの向いている方向の外側に漏れて放射される電波）を低く保つことができ、また基地局アンテナが電子走査型の場合は、基地局アンテナの指向方向制御機構において干渉除去処理を行うことで、同じ周波数帯を用いる他の無線中継局と基地局との間の干渉低減が可能となる。
【００２７】
また、この発明の請求項３では、無線中継局は、上記基地局の方向を常に指向しかつ追尾するビーム生成機能をもつ機械走査型アンテナあるいは電子走査型アレーアンテナを備えるようにしたので、強い指向性利得と高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）をもつビームで地上の基地局と無線接続でき、移動体が移動しても基地局のカバーエリアの内部にいる間、その基地局との接続を維持するため、移動体側と基地局側の双方で高い受信電力が得られ、従来実現できなかった広帯域無線伝送を連続して行うことができる。
【００２８】
また、追尾ビームは、サイドローブレベルを低く保つことができ、また無線中継局アンテナが電子走査型の場合は、無線中継局アンテナの指向方向制御機構において干渉除去処理を行うことで、同じ周波数帯を用いるほかの無線局と移動体中継局との間の干渉低減が可能となる。
【００２９】
また、この発明の請求項４では、基地局を間隔を開けて複数設置し、それらの複数の基地局の覆域をまたがって移動体が移動する場合においても通信が継続できる機能を備えるようにしたので、移動体の乗員や乗客は地上通信網との接続を常に維持することができる。
【００３０】
また、複数の基地局のカバーエリアをオーバーラップさせるように基地局を配置することにより、地上の建物や起伏などで電波伝搬が遮られる確率が高い場合には、移動体側でより電波伝搬条件のよい無線回線と基地局を選択して、高い無線通信品質を維持することができる。
【００３１】
さらに、この発明の請求項５では、基地局を高々度無線通信プラットフォーム上に設置するので、基地局のカバーエリアが、これを地上に設置した場合に比べて広くすることができ、基地局の設置数を減らすことができる。
【００３２】
また、地上に基地局を設置する場合に比べて、地上の建物や起伏などの障害物による電波の遮断の確率を大きく減らすことができる。
【００３３】
また、基地局を搭載する高々度無線通信プラットフォームの位置は、必要に応じて変更することが容易にできる。
【００３４】
また、複数の高々度無線通信プラットフォームに搭載した基地局の間で無線回線を別途結べば、地上通信網に接続するためのゲートウェイ局を適宜選ぶことができ、通信トラフィックを分散したり、故障したゲートウェイ局を回避したりすることができ、地上の災害等に強い柔軟なシステム構成が可能となるとともに、陸域を離れた海上あるいはその上空を移動する移動体をもカバーすることができる。
【００３５】
また、移動する移動体同士を中継するシステム構成ではなく、中継専用のプラットフォームを中継するシステム構成であるため、移動体の運行スケジュールなどに影響を受けない高い信頼性の無線回線が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
図１は本発明に係る広帯域無線通信システムの構成を概略的に示す図である。この発明の広帯域無線通信システムは、移動体１５内の乗員や乗客が持つ端末機器１７と地上通信網１４とを無線で接続し、広帯域通信を行う通信システムであり、基地局１２と、複数の移動体１５の各々に搭載された無線中継局１６と、移動体１５内部の搭乗者が持つ無線通信端末あるいは情報端末からなる端末機器１７と、を有している。基地局１２は、基地局アンテナ１１とゲートウェイ局１３とを備えている。この基地局１２は、地上の見通しのよい場所に設置され、その見通しの範囲内で移動する航空機や船舶や列車や自動車等の複数の移動体１５に搭載された無線中継局１６の各々との間を１対多の広帯域無線回線で結ぶ。
【００３８】
この広帯域無線通信システムでは、移動体１５に搭乗する乗員や乗客が、それら乗員や乗客が使用する端末機器１７を使って、電話交換網やインターネットや業務用通信網などの地上通信網１４に、基地局アンテナ１１、基地局１２およびゲートウェイ局１３を介して接続し、移動体１５の乗員や乗客に対して直接地上通信網１４に接続して通信しているのと同等の通信環境を提供する。
【００３９】
基地局１２の基地局アンテナ１１は、同時に複数の方向にある複数の移動体１５に向けてビームを生成でき、かつそれらのビーム方向を同時に変化させて、刻々と移動する移動体１５を追尾し、かつ新たにアンテナのカバーエリアに侵入してきた移動体１５を捕捉するビームを生成する機能を有する。基地局１２は、複数の移動体１５に対応した通信信号を分離あるいは多重化する機能および変復調機能等をもち、またゲートウェイ局１３は、各移動体１５と基地局１２とゲートウェイ局１３の間で使用する通信方式と、地上通信網で使用する通信方式との間でプロトコル変換ならびにルーティング処理等を行う機能を持つ。
【００４０】
また、移動体１５の内部では、無線中継局１６が信号方式変換を行う。すなわち、無線中継局１６は、地上の基地局１２との間の無線方式と、移動体１５に搭乗する乗員や乗客が利用する端末機器１７との間の無線方式あるいは有線通信方式との間で信号方式変換を行い、移動体１５内で、地上で利用している無線通信端末または情報端末の無線方式または有線通信方式と同じ通信方式を用いて通信を行えるようにする。その通信方式としては、たとえば、携帯電話、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、アナログテレビ・ラジオ放送、デジタルテレビ・ラジオ放送などが考えられる。
【００４１】
図２は地上の基地局アンテナの構成を示す図である。基地局アンテナ１１は複数のアンテナ素子２１と、そのアンテナ素子２１が接続される高周波回路２２と、アンテナ指向方向制御機構２３とからなる。
【００４２】
アンテナ素子２１は、送受信別々に構成しても共用として構成してもよい。アンテナ素子２１は、広い範囲を走査できるよう、１面ないし複数の面に配置され、アンテナ素子２１から送信される信号あるいはアンテナ素子２１で受信された信号は高周波回路２２において、適切な増幅、ろ波、周波数変換等の処理が行われる。アンテナ指向方向制御機構２３では、複数の移動体１５の方向をアンテナ素子２１の複数のビームが同時に捕捉あるいは追尾するように指向方向制御を行う。このアンテナ指向方向制御は、電子走査であっても機械走査であっても、またそれらの組み合わせであってもよい。また電子走査の場合は、アナログ信号で指向方向制御を行うフェーズドアレー方式であっても、デジタル信号処理で指向方向制御を行うデジタルビームフォーミング方式であってもよい。アンテナ指向方向制御のための地上の基地局１２からみた移動体１５の相対位置情報は、例えば移動体１５から無線あるいは有線を介して送られ、あるいは、地上に設置された位置検出センサーから送られ、あるいは、移動体１５の運行を管理する管制センターから送られる。
【００４３】
図３は移動体内部の構成の説明図である。ここでは、移動体１５を航空機として説明する。移動体１５には、地上の基地局１２と無線接続するための移動体搭載アンテナ３０が設けられている。この移動体搭載アンテナ３０は、１または複数のアンテナ素子３１と、それらが接続される高周波回路３２と、アンテナ指向方向制御機構３３とからなる。また、移動体１５の内部には、移動体搭載アンテナ３０と有線で接続された無線中継局１６が設けられている。また、室内アンテナ３４が設けられ、無線中継局１６と、移動体１５の内部の乗員や乗客が利用する無線通信端末３６との間は、この室内アンテナ３４を介して無線回線３５で接続されている。また、無線中継局１６と移動体内部の乗員や乗客が利用する情報端末３６との間は無線回線３５または有線回線３７で接続されている。
【００４４】
上記の移動体搭載アンテナ３０のアンテナ素子３１は送受信別々に構成しても送受信共用で構成してもよい。アンテナ素子３１から送信される信号あるいはアンテナ素子３１で受信された信号は高周波回路３２において、適切な増幅、ろ波、周波数変換等の処理が行われる。アンテナ指向方向制御機構３３では、１つまたは２つの異なる地上の基地局１２の方向をアンテナの１つまたは２つのビームが同時に捕捉あるいは追尾するように指向方向制御が行われる。この指向方向制御は、電子走査であっても機械走査であっても、またそれらの組み合わせであってもよい。また電子走査の場合は、アナログ信号で指向方向制御を行うフェーズドアレー方式であっても、デジタル信号処理で指向方向制御を行うデジタルビームフォーミング方式であってもよい。アンテナ指向方向制御のための移動体１５からみた地上の基地局１２の相対位置情報は、例えば移動体に設置された位置検出センサーから送られ、あるいは移動体１５の運行を管理する管制センターから送られる。アンテナ素子３１は、移動体１５が航空機の場合、図３に示すように、地上の基地局１２との間で無線接続がしやすい移動体底面に設置することができ、また移動体１５が船舶や列車や自動車の場合は、地上の基地局１２との間で無線接続がしやすい移動体上面に設置すればよい。無線中継局１６は、移動体１５の室内の高い位置に設置することができ、上記したように、地上の基地局１２との間の無線方式と、乗員や乗客が利用する端末機器３６との間の無線方式あるいは有線通信方式との間の信号方式変換を行う。
【００４５】
このように、この発明の広帯域無線通信システムでは、移動体１５に無線中継局１６を設け、移動体１５内部の搭乗者が持つ端末機器１７（３６）と、電話網やインターネットなどの地上通信網１４とを無線中継局１６および基地局１２を介して接続し広帯域通信を行うようにしたので、航空機、船舶、列車、自動車などの移動体１５の乗員や乗客は、移動体１５外部の人やコンピュータとの間で、地上にいるときと同様に、電話やインターネット通信や放送受診などを行うことができる。
【００４６】
また、移動体１５の乗員や乗客は、各自が持ち込む、あるいは移動体が提供する無線通信端末あるいは情報端末を用いることができる。
【００４７】
また、静止衛星を用いないので、地上の基地局１２と移動体１５の距離は、もっとも距離の大きい航空機の場合でも、静止衛星までの距離に比較すれば極めて短く、このため電波の減衰も小さいため、受信側では比較的小さなアンテナで大きな受信電力が得られ、広帯域無線通信が容易に実現できる。さらに、衛星を用いないため、システムコストを抑えることができる。
【００４８】
また、移動体同士を無線中継していくシステム構成ではなく、位置の決まった地上基地局と直接無線接続し、移動体の運行スケジュールなどに依存しない構成であるため、安定した無線回線で高い信頼性が確保できる。
【００４９】
また、地上の基地局１２は、強い指向性利得と高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）をもつ複数の追尾ビームを用いて複数の移動体１５と同時に無線接続し、移動体１５が移動しても基地局１２のカバーエリアの内部にいる間これらとの接続を維持するため、移動体側と基地局側の双方で高い受信電力が得られ、従来実現できなかった広帯域無線通信を連続して行うことができる。
【００５０】
また、追尾ビームは、サイドローブレベル（アンテナの向いている方向の外側に漏れて放射される電波）を低く保つことができ、また基地局アンテナ１１が電子走査型の場合は、基地局アンテナ１１の指向方向制御機構において干渉除去処理を行うことで、同じ周波数帯を用いる他の無線中継局と当該基地局１２との間の干渉低減が可能となる。
【００５１】
また、移動体１５側の無線中継局１６にも、基地局１２の方向を常に指向しかつ追尾するビーム生成機能をもつ機械走査型アンテナあるいは電子走査型アレーアンテナを備えるようにしたので、強い指向性利得と高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）をもつビームで地上の基地局１２と無線接続でき、移動体１５が移動しても基地局１２のカバーエリアの内部にいる間、その基地局との接続を維持するため、移動体１５側と基地局１２側の双方で高い受信電力が得られ、従来実現できなかった広帯域無線伝送を連続して行うことができる。また、この追尾ビームは、サイドローブレベルを低く保つことができ、無線中継局アンテナ３０が電子走査型の場合は、無線中継局アンテナ３０の指向方向制御機構において干渉除去処理を行うことで、同じ周波数帯を用いる他の無線局との間の干渉低減が可能となる。
【００５２】
図４は本発明に係る広帯域無線通信システムの第２の実施形態を示す図である。この第２の実施形態は、移動体１５が１つの地上の基地局１２のカバーエリアを越えて広域にわたって移動する場合の通信システムである。移動体１５が航空機１５Ａの場合を例にして説明する。この通信システムは、地上に適切な間隔で設置された複数の基地局４７〜４９と、その上空をＰ１から順にＰ６の位置まで移動する１台の航空機１５Ａと、複数の基地局４７〜４９とその上空をＰ１から順にＰ６の位置まで移動する１台の航空機１５Ａを順に接続する無線回線４１０〜４１７とからなる。
【００５３】
以下にこの第２の実施形態の通信接続方法の詳細を時間を追って順に説明する。まず最初に、航空機１５Ａの位置Ｐ１が基地局４７のカバーエリアに含まれると仮定した場合、航空機１５Ａは基地局４７と無線回線４１０で接続する。次に航空機１５ＡがＰ２の位置に移動したとき、依然として航空機１５Ａの位置Ｐ２が基地局４７のカバーエリアに含まれるとすると、両者の無線接続は維持されたまま、無線回線の位置は４１１に移動する。このとき、基地局４７のアンテナは上空の航空機１５Ａの位置Ｐ１〜Ｐ２を追尾するとともに、航空機１５Ａのアンテナは基地局４７を追尾し、無線回線の移行（ハンドオーバ）は行われない。このとき、位置Ｐ２を移動する航空機１５Ａは次第に基地局４７のカバーエリアを離れ、隣接する基地局４８のカバーエリアに接近するため、航空機１５Ａに搭載されるアンテナが同時に２つのビームを生成できる場合には、基地局４７と無線接続４１１を維持しつつ、基地局４８とも無線接続４１２を行うことで同時に２つの基地局に無線接続している状態となり、基地局４７への接続から基地局４８へ接続する準備を行い、基地局４７のカバーエリアから基地局４８のカバーエリアに完全に移動し終える時点で、無線接続４１１を切り離し、完全に無線接続４１２のみによる接続に移行（ハンドオーバ）する。なお、航空機１５Ａに搭載されるアンテナが同時に１つのビームしか生成できない場合には、４１１と４１２の２つの無線接続を同時に行うことはせず、無線接続４１１のみによる接続状態から、基地局４７の電波強度よりも基地局４８の電波強度が強くなった時点で、無線接続４１１を切り離し、完全に無線接続４１２のみによる接続に移行（ハンドオーバ）してもよい。
【００５４】
以下同様に、航空機１５Ａの位置Ｐ３，Ｐ４が基地局４８のカバーエリアに含まれる場合には、両者間の無線接続は維持されたまま、ハンドオーバせずに無線接続のみ４１３から４１４へ移動し、基地局４８とそれにさらに隣接する基地局４９の各カバーエリアの境界付近の位置（Ｐ４とＰ５の中間位置）に航空機１５Ａが移動した時点で、無線接続を４１４から４１５に移行し、以降、航空機１５ＡがＰ５からＰ６に移動する間は基地局４９との無線接続４１６，４１７が維持される。
【００５５】
なお、航空機１５Ａが、船舶や列車や自動車等のほかの移動体であっても、上記無線接続の方法は同様である。
【００５６】
このように、この発明の第２の実施形態では、基地局４７〜４９を間隔を開けて複数設置し、それらの複数の基地局の覆域をまたがって移動体１５Ａが移動する場合においても通信が継続できる機能を備えるようにしたので、移動体１５Ａの乗員や乗客は地上通信網との接続を常に維持することができる。
【００５７】
また、複数の基地局４７〜４９のカバーエリアをオーバーラップさせるように基地局を配置することにより、地上の建物や起伏などで電波伝搬が遮られる確率が高い場合には、移動体１５Ａ側でより電波伝搬条件のよい無線回線と基地局を選択することができ、したがって、高い無線通信品質を維持することができる。
【００５８】
図５は本発明に係る広帯域無線通信システムの第３の実施形態を示す図である。この第３の実施形態は、地上の基地局の機能を高々度無線通信プラットフォーム上に設置している。この場合のシステム構成は、図５に示すように、所定の高度に飛行あるいは滞空する高々度無線通信プラットフォーム５１と、高々度無線通信プラットフォーム５１に搭載された基地局５２と、基地局５２と地上通信網１４を接続するための高々度無線通信プラットフォーム５１に搭載された基地局アンテナ５３および無線回線５４と、地上に設置されたゲートウェイ局５６のアンテナ５５と、地上通信網１４に接続するゲートウェイ局５６と、高々度無線通信プラットフォーム５１に搭載された基地局５２に無線接続する航空機や船舶や列車や自動車等の移動体１５とからなる。
【００５９】
この第３の実施形態では、各移動体１５と無線接続して地上通信網１４に接続するための基地局５２および基地局アンテナ５３を地上ではなく、所定の高度を飛行あるいは滞空する航空機や気球や飛行船等の高々度無線通信プラットフォーム５１に搭載し、無線回線５４を通じて無線接続された地上のアンテナ５５およびゲートウェイ局５６を介して地上通信網１４に接続する。基地局５２および基地局アンテナ５３の機能は第１、第２の実施形態における基地局と同様で、複数のビームを同時に生成し、複数の移動体を同時に捕捉ならびに追尾する機能をもつが、それ以外に、地上のゲートウェイ局５６のアンテナ５５に無線回線５４により接続し、これを維持する追尾ビームを生成する。地上のゲートウェイ局５６のアンテナ５５は、常に高々度無線通信プラットフォーム５１の方向を指向するように指向方向制御機構をもつなどして、高々度無線通信プラットフォーム５１との間の無線回線５４を維持する機能をもつ。ゲートウェイ局５６は各移動体１５と基地局５２とゲートウェイ局５６の間で使用する通信方式と地上通信網で使用する通信方式との間でプロトコル変換ならびにルーティング処理等を行う機能を持つ。
【００６０】
なお、複数の高々度無線通信プラットフォーム５１，５７が飛行あるいは滞空している場合、それらの複数の高々度無線通信プラットフォーム５１，５７の基地局の間を無線あるいは光で広帯域回線５８で接続し、ある１つの高々度無線通信プラットフォームの基地局と地上のゲートウェイ局を直接接続するのではなく、１つないし複数の高々度無線通信プラットフォームの基地局を中継して地上の別のゲートウェイ局と接続してもよい。
【００６１】
このように、この発明の第３の実施形態では、基地局５２を高々度無線通信プラットフォーム５１上に設置するので、基地５２のカバーエリアが、これを地上に設置した場合に比べて広くすることができ、基地局の設置数を減らすことができる。
【００６２】
また、地上に基地局を設置する場合に比べて、地上の建物や起伏などの障害物による電波の遮断の確率を大きく減らすことができる。
【００６３】
また、基地局５２を搭載する高々度無線通信プラットフォーム５１の位置は、必要に応じて変更することが容易にできる。
【００６４】
また、複数の高々度無線通信プラットフォームに搭載した基地局の間で無線回線を別途結べば、地上通信網に接続するためのゲートウェイ局を適宜選ぶことができ、通信トラフィックを分散したり、故障したゲートウェイ局を回避したりすることができ、地上の災害等に強い柔軟なシステム構成が可能となるとともに、陸域から離れた海上あるいはその上空を移動する移動体をもカバーすることができる。
【００６５】
さらに、移動体同士を中継するシステム構成ではなく、中継専用のプラットフォームを中継するシステム構成であるため、移動体の運行スケジュールなどに影響を受けない高い信頼性の無線回線が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る広帯域無線通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】地上の基地局アンテナの構成を示す図である。
【図３】移動体内部の構成の説明図である。
【図４】本発明に係る広帯域無線通信システムの第２の実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る広帯域無線通信システムの第３の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１    基地局アンテナ
１２    基地局
１３    ゲートウェイ局
１４    地上通信網
１５    移動体
１５Ａ  航空機
１６    無線中継局
１７    端末機器（無線通信端末、情報端末）
２１    アンテナ素子
２２    高周波回路
２３    アンテナ指向方向制御機構
３０    移動体搭載アンテナ
３１    アンテナ素子
３２    高周波回路
３３    アンテナ指向方向制御機構
３４    室内アンテナ
３５    無線回線
３６    無線通信端末、情報端末
３７    有線回線
４７，４８，４９    基地局
５１，５７    高々度無線通信プラットフォーム
５２    基地局
５３    基地局アンテナ
５４    無線回線
５５    アンテナ
５６    ゲートウェイ局
５８    広帯域回線
４１０〜４１７    無線回線
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６  航空機の位置
【図１】
2005159448.tif 000003
【図２】
2005159448.tif 000004
【図３】
2005159448.tif 000005
【図４】
2005159448.tif 000006
【図５】
2005159448.tif 000007