BR112019019093A2

BR112019019093A2 - sistema de comunicação, objeto flutuante, aparelho de controle remoto e método para usar o objeto flutuante

Info

Publication number: BR112019019093A2
Application number: BR112019019093A
Authority: BR
Inventors: Miyakawa Junichi; Kimura Kiyoshi
Original assignee: Softbank Corp
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-17
Publication date: 2020-04-07
Also published as: AU2018237814C1; ZA201906075B; CN110506431B; BR112019019093B1; CN110506431A; CA3057281C; IL268989B; US10651922B2; IL268989A; MA49266A; EP3606128A4; KR20190118673A; US20200028570A1; JP6580082B2; AU2018237814B2; KR102067370B1; EP3606128B1; JP2018157522A; WO2018173983A1; AU2018237814A1

Abstract

é fornecido um sistema de comunicação capaz de produzir uma rede tridimensional da comunicação móvel de quinta geração com baixo atraso de propagação em uma radiocomunicação. o sistema de comunicação compreende uma estação retransmissora de rádio que retransmite uma radiocomunicação com o aparelho terminal. a estação retransmissora de rádio é fornecida em um objeto flutuante que é controlado de modo a ser localizado em um espaço aéreo flutuante com uma altitude de 100 [km] ou menos através de um controle autônomo ou um controle externo. quando o objeto flutuante estiver localizado no espaço aéreo flutuante, a estação retransmissora de rádio forma uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e um nível do solo ou um nível do mar.

Description

SISTEMA DE COMUNICAÇÃO, OBJETO FLUTUANTE, APARELHO DE CONTROLE REMOTO E MÉTODO PARA USAR O OBJETO FLUTUANTE

CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a uma tridimensionalização da comunicação de quinta geração.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] É conhecido convencionalmente um padrão de comunicação denominado a LTE-Avançada Pro (consulte a Literatura Não Patentária 2), que foi desenvolvida a partir da LTE (Evolução de Longo Prazo) - Avançada (consulte a Literatura Não Patentária 1) do 3GPP que é um padrão de comunicação de um sistema de comunicação móvel. Nessa LTE-Avançada Pro, as especificações para fornecer comunicações a dispositivos para a loT (Internet das Coisas) têm sido formuladas nos últimos anos. Além disso, a comunicação móvel de quinta geração lidando com uma conexão simultânea com um grande número de aparelhos terminais (também denominados UE (equipamento de usuário), estação móvel, terminal de comunicação), tais como dispositivos para a loT, uma redução de tempo de atraso, etc. está sendo estudada (por exemplo, consulte a Literatura Não Patentária 3).

LISTA DE CITAÇÕES

LITERATURA NÃO PATENTÁRIA

Literatura Não Patentária 1: 3GPP TS 36.300 V10.12.0 (2014-12).

Literatura Não Patentária 2: 3GPP TS 36.300 V13.5.0 (2016-09).

Literatura Não Patentária 3: G Romano, 3GPP RAN progress on 5G, 3GPP, 2016.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA DA TÉCNICA [003] Nas comunicações móveis antecedentes da quinta geração ou similar,

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2/30 há um problema em que é desejado produzir uma rede tridimensionalizada, em que um atraso de propagação é baixo, uma conexão simultânea com um grande número de terminais em uma área de abrangência ampla e uma comunicação de alta velocidade podem ser realizadas, e uma capacidade de sistema por unidade de área é grande, em comunicações por rádio com aparelhos terminais que incluem dispositivos para a loT.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [004] Um sistema de comunicação, de acordo com um aspecto da presente invenção, é um sistema de comunicação compreendendo uma estação retransmissora de rádio que retransmite uma radiocomunicação com um aparelho terminal. A estação retransmissora de rádio é fornecida em um objeto flutuante que é controlado para ser localizado em um espaço aéreo flutuante menor do que ou igual a 100 km a partir de um nível do solo ou um nível do mar através de um controle autônomo ou um controle externo. Quando o objeto flutuante estiver localizado no espaço aéreo flutuante, a estação retransmissora de rádio forma uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e o nível do solo ou o nível do mar.

[005] Um objeto flutuante de acordo com outro aspecto da presente invenção é um objeto flutuante compreendendo uma estação retransmissora de rádio que retransmite uma radiocomunicação com um aparelho terminal. O objeto flutuante é controlado para ser localizado em um espaço aéreo flutuante com altitude menor do que ou igual a 100 km através de um controle autônomo ou um controle externo. Quando o objeto flutuante estiver localizado no espaço aéreo flutuante, a estação retransmissora de rádio forma uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e um nível do solo ou um nível do mar.

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3/30 [006] No sistema de comunicação antecedente, o sistema de comunicação pode compreender uma pluralidade de estações retransmissoras de rádio fornecida no objeto flutuante, sendo que cada uma dentre a pluralidade de estações retransmissoras de rádio pode formar um feixe para realizar uma radiocomunicação com o aparelho terminal em direção ao nível do solo ou ao nível do mar, e a pluralidade de feixes um adjacente ao outro no espaço aéreo alvo de formação de célula pode ser um parcialmente sobreposto ao outro.

[007] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, a pluralidade de feixes pode ser formada de modo a abranger uma superfície de extremidade superior global do espaço aéreo alvo de formação de célula.

[008] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, cada um dentre a pluralidade de feixes pode ser formado em um formato cônico e, quando um ângulo de divergência do feixe for definido como 0 [rad], a altitude da estação retransmissora de rádio do objeto flutuante for definida como Hrs [m], um intervalo horizontal da pluralidade de estações retransmissoras de rádio for definido como Drs [m] e a altitude da extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula for definida como Hcu [m], uma expressão a seguir (1) pode ser satisfeita.

x (Hrs - Hcu) x tanQ Drs · · · (1) [009] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, quando a altitude de uma extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula for definida como Hcl [m] e uma distância alcançável máxima do sinal de rádio entre a estação retransmissora de rádio do objeto flutuante e o aparelho terminal for definida como Lmáx [m], uma expressão a seguir (2) pode ser satisfeita.

(Hrs - Hcl) /cosQ = Lmáx · · · (2)

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4/30 [0010] No sistema de comunicação antecedente, o sistema pode compreender uma estação retransmissora de rádio em um solo ou um mar para formar um feixe para uma radiocomunicação com o aparelho terminal em direção ao espaço aéreo alvo de formação de célula. Essa estação retransmissora de rádio no solo ou no mar pode formar um feixe em uma porção do espaço aéreo alvo de formação de célula em que o feixe formado pela estação retransmissora de rádio do objeto flutuante não passa.

[0011] No sistema de comunicação antecedente, o sistema pode compreender uma estação de alimentação em um solo ou em um mar para realizar uma radiocomunicação com a estação retransmissora de rádio do objeto flutuante diretamente ou por meio de um satélite artificial.

[0012] No sistema de comunicação antecedente, o sistema pode compreender um aparelho de controle remoto que controla, remotamente, pelo menos um dentre o objeto flutuante e a estação retransmissora de rádio.

[0013] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, o objeto flutuante que inclui a estação retransmissora de rádio pode ser controlado posicionalmente de modo que a altitude da célula tridimensional no espaço aéreo alvo de formação de célula em relação ao nível do solo seja mantida em uma altitude predeterminada, com base na elevação do nível do solo localizado abaixo do objeto flutuante.

[0014] No sistema de comunicação antecedente, o sistema pode compreender um aparelho de controle remoto para controlar a posição da estação retransmissora de rádio fornecida no objeto flutuante, e a direção e o ângulo de divergência do feixe formado pela estação retransmissora de rádio.

[0015] No sistema de comunicação e objeto flutuante antecedentes, a altitude do espaço aéreo alvo de formação de célula pode ser menor do que ou igual a 10 km. A altitude do espaço aéreo alvo de formação de célula pode ser

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5/30 m ou mais e 1 km ou menos.

[0016] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, o objeto flutuante que inclui a estação retransmissora de rádio pode ser localizado em uma estratosfera com a altitude de 11 km ou mais e 50 km ou menos.

[0017] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, a estação retransmissora de rádio pode ser uma estação base ou um repetidor de uma rede de comunicação móvel.

[0018] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, a estação retransmissora de rádio pode incluir uma seção de edge computing.

[0019] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, o objeto flutuante pode compreender uma bateria que fornece uma potência elétrica à estação retransmissora de rádio ou pode compreender um aparelho de geração de potência fotovoltaica que gera uma potência elétrica a ser fornecida à estação retransmissora de rádio.

[0020] No sistema de comunicação antecedente e no objeto flutuante antecedente, o objeto flutuante pode ser um avião solar que inclui uma asa com um painel de geração de potência fotovoltaica para gerar uma potência elétrica a ser fornecida à estação retransmissora de rádio e um propulsor acionável de modo rotatório instalado na asa, ou um dirigível que inclui uma bateria que fornece uma potência elétrica à estação retransmissora de rádio.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0021] De acordo com a presente invenção, é possível produzir uma rede tridimensional da comunicação móvel de quinta geração com baixo atraso de propagação em radiocomunicação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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6/30 [0022] A Figura 1 é um diagrama de configuração esquemático que mostra um exemplo de uma configuração geral de um sistema de comunicação para produzir uma rede tridimensional, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0023] A Figura 2 é um diagrama de configuração esquemático que mostra um exemplo de uma configuração geral de um sistema de comunicação para produzir uma rede tridimensional, de acordo com outra modalidade.

[0024] A Figura 3 é uma ilustração que mostra as posições de HAPSs e uma relação entre feixes formados, respectivamente, pelas HAPSs e uma célula tridimensional para produzir a rede tridimensional na modalidade.

[0025] A Figura 4 é uma vista em perspectiva que mostra um exemplo de HAPS usada em um sistema de comunicação na modalidade.

[0026] A Figura 5 é uma vista lateral que mostra outro exemplo de HAPS usada em um sistema de comunicação na modalidade.

[0027] A Figura 6 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de configuração de estações retransmissoras de rádio de HAPSs na modalidade.

[0028] A Figura 7 é um diagrama de blocos que mostra outro exemplo de configuração de estações retransmissoras de rádio de HAPSs na modalidade.

[0029] A Figura 8 é um diagrama de blocos que mostra ainda outro exemplo de configuração de estações retransmissoras de rádio de HAPSs na modalidade.

[0030] A Figura 9 é uma ilustração que mostra um exemplo de uso seletivo de uma HAPS normal e uma HAPS que suporta alta latitude em conformidade com as estações do ano.

[0031] A Figura 10 é uma ilustração que mostra um exemplo de estado de fornecimento de potência de feixe de energia remota para a HAPS que suporta alta latitude na modalidade.

[0032] A Figura 11 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de

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7/30 configuração de uma seção de recepção de potência de feixe de energia remota da HAPS que suporta alta latitude na modalidade.

[0033] A Figura 12 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de configuração de um sistema de controle de fornecimento de potência na HAPS que suporta alta latitude com a capacidade de suportar um fornecimento de potência solar e um fornecimento de potência de feixe de energia remota na modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0034] Doravante, as modalidades da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos.

[0035] A Figura 1 é um diagrama de configuração esquemático que mostra um exemplo de uma configuração geral de um sistema de comunicação de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de comunicação de acordo com a presente modalidade é adequado para produzir uma rede tridimensional da comunicação móvel de quinta geração que corresponde a uma conexão simultânea com um grande número de aparelhos terminais (também denominado estação móvel, dispositivo móvel ou equipamento de usuário (UE)), método de baixo atraso, etc. Nota-se que o padrão de comunicação móvel aplicável a um sistema de comunicação, uma estação retransmissora de rádio, uma estação base, um repetidor e um aparelho terminal, revelados nesta descrição, inclui um padrão de comunicação móvel de quinta geração e padrões de comunicação móvel de próxima geração após a quinta geração.

[0036] Conforme mostrado na Figura 1, um sistema de comunicação é dotado de uma pluralidade de Estações de Plataforma de Alta Altitude (HAPS) (também denominadas Pseudo Satélite de Alta Altitude) 10 e 20, e forma células tridimensionais (áreas tridimensionais) 41 e 42, conforme indicado por áreas hachuradas na figura em um espaço aéreo alvo de formação de célula 40

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8/30 em uma altitude predeterminada. Cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 é um objeto flutuante (por exemplo, avião solar, dirigível) que inclui uma estação retransmissora de rádio montada na mesma, que é controlada para flutuar e ser localizada em um espaço aéreo flutuante (doravante também denominado simplesmente espaço aéreo) 50 com alta altitude de 100 km ou menos a partir do nível do solo ou do nível do mar através de um controle autônomo ou um controle externo.

[0037] O espaço aéreo 50 em que as HAPSs 10 e 20 são localizadas é, por exemplo, um espaço aéreo estratosférico com altitude maior do que 11 km e menor do que 50 km. O espaço aéreo 50 em que as HAPSs 10 e 20 são localizadas pode ser um espaço aéreo na faixa de altitude de 15 km ou mais e 25 km ou menos onde as condições meteorológicas são relativamente estáveis, e pode ser um espaço aéreo com altitude de cerca de 20 km, em particular. Cada um dentre Hrsl e Hrsu na figura indica altitudes relativas da extremidade inferior e da extremidade superior do espaço aéreo 50 com referência ao nível do solo (GL), em que as HAPSs 10 e 20 são localizadas.

[0038] O espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é um espaço aéreo alvo para formar uma célula tridimensional com uma ou mais HAPSs de acordo com o sistema de comunicação da presente modalidade. O espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é um espaço aéreo em uma faixa de altitude predeterminada (por exemplo, faixa de altitude de 50 m ou mais e 1.000 m ou menos) localizada entre o espaço aéreo 50 em que as HAPSs 10 e 20 são localizadas e uma área de formação de célula próxima ao nível do solo abrangida por uma estação base 90, tal como uma estação base de macrocélula convencional. Cada um dentre Hcl e Hcu na figura indica altitudes relativas da extremidade inferior e da extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 com referência ao nível do solo (GL).

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9/30 [0039] Nota-se que o espaço aéreo alvo de formação de célula 40 onde a célula tridimensional da presente modalidade é formada pode ser um espaço aéreo sobre o mar, um rio ou um lago.

[0040] As estações retransmissoras de rádio das HAPSs 10 e 20 formam, respectivamente, feixes 100 e 200 para uma radiocomunicação com o aparelho terminal que é uma estação móvel, em direção ao nível do solo. O aparelho terminal pode ser um módulo de terminal de comunicação incorporado em um drone 60 que é um helicóptero pequeno que tem a capacidade de direção remotamente, ou pode ser um aparelho de terminal de usuário usado por um usuário na aeronave 65. As áreas através das quais os feixes 100 e 200 passam no espaço aéreo alvo de formação de célula 40 são células tridimensionais 41 e 42. A pluralidade de feixes 100 e 200 uma adjacente à outra no espaço aéreo alvo de formação de célula 40 pode ser uma parcialmente sobreposta à outra.

[0041] Cada uma dentre as estações retransmissoras de rádio das HAPSs 10 e 20 é conectada a uma rede principal de uma rede de comunicação móvel 80 por meio de uma estação de alimentação 70 que é uma estação retransmissora instalada no solo ou no mar.

[0042] Cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 pode controlar autonomamente seu próprio movimento flutuante (voo) ou um processamento na estação retransmissora de rádio, executando-se um programa de controle com uma seção de controle que inclui um computador ou similar incorporado dentro das HAPS. Por exemplo, cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 pode adquirir suas próprias informações de posição atual (por exemplo, informações de posição de GPS), informações de controle de posição (por exemplo, informações de cronograma de voo) armazenadas antecipadamente, e informações de posição de outras HAPS localizadas em um espaço periférico, etc., e controlar, autonomamente, o movimento flutuante (voo) e o processamento na estação

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10/30 retransmissora de rádio com base nessas informações.

[0043] O movimento flutuante (voo) de cada HAPS 10 e 20 e o processamento nas estações retransmissoras de rádio podem ser controlados por um aparelho de controle remoto 85 de um operador de comunicação, que é disposto em uma central de comunicação ou similar da rede de comunicação móvel 80. Nesse caso, as HAPSs 10 e 20 podem incluir um aparelho de comunicação de terminal (por exemplo, um módulo de comunicação móvel) de modo que informações de controle do aparelho de controle remoto 85 possam ser recebidas, e informações de identificação de terminal (por exemplo, endereço de IP, número de telefone, etc.) possam ser alocadas para o aparelho de comunicação de terminal de modo a serem identificadas a partir do aparelho de controle remoto 85. Cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 pode transmitir informações relacionadas ao movimento flutuante (voo) da HAPS em si ou da HAPS circundante e ao processamento na estação retransmissora de rádio para um destino predeterminado, tal como o aparelho de controle remoto 85.

[0044] No espaço aéreo alvo de formação de célula 40, há uma possibilidade de que uma área espacial onde os feixes 100 e 200 das HAPSs 10 e 20 não passam pode ocorrer, em que as células tridimensionais 41 e 42 não são formadas. A fim de complementar, de modo espacial, essa área, conforme mostrado no exemplo de configuração na Figura 1, uma estação base (doravante denominada estação ATG) 30 pode ser disposta, que forma uma célula tridimensional 43 formando-se um feixe radial 300 a partir do lado de solo ou mar para cima para realizar uma conexão ATG (Ar com Solo).

[0045] Ajustando-se as posições das HAPSs 10 e 20 e o ângulo de divergência (largura de feixe) etc. dos feixes 100 e 200 sem usar a estação ATG, as estações retransmissoras de rádio das HAPSs 10 e 20 podem formar os feixes 100 e 200 abrangendo a face de extremidade superior global da região de espaço

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11/30 alvo de formação de célula 40 de modo que células tridimensionais sejam formadas por todo o espaço alvo de formação de célula 40.

[0046] A Figura 2 é um diagrama de configuração esquemático que mostra um exemplo de uma configuração geral de um sistema de comunicação que produz uma rede tridimensional de acordo com outra modalidade. O exemplo na Figura 2 é um exemplo no caso em que uma localização onde uma rede tridimensional é formada é uma área interior ou uma área montanhosa onde uma elevação muda devido à ondulação do nível do solo (GL). Nesse caso, independentemente da elevação do nível do solo, a altitude da HAPS 10 é controlada com base na elevação (dados topográficos) do nível do solo localizado abaixo da HAPS de modo que a altitude relativa do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 a partir do nível do solo (GL) seja mantida constante. Por exemplo, a altitude da HAPS 10 é controlada para ser localizada na altitude de 20 km acima de uma área plana com baixa elevação, e a altitude da HAPS 10 é controlada para ser localizada na altitude de 23 km acima de uma área montanhosa com maior elevação do que a área plana em cerca de 3.000 m. Consequentemente, é possível formar uma célula tridimensional 41 que tem substancialmente o mesmo tamanho e altura constante a partir do solo acima tanto da área plana quanto da área montanhosa, e o tamanho do ponto do feixe 100 na face de extremidade superior da região de espaço alvo de formação de célula 40 também pode ser mantido constante. De modo adicional ou alternativo ao controle de altitude da HAPS 10, a HAPS 10 pode realizar um ajuste preciso (rastreamento) do ângulo de divergência (largura de feixe) e direção de feixe do feixe 100 de modo a formar uma célula tridimensional 41 com substancialmente o mesmo tamanho de acordo com a ondulação do nível do solo abaixo da HAPS.

[0047] A Figura 3 é uma ilustração que mostra as posições das HAPSs 10 e 20, e uma relação entre os feixes 100 e 200 formados respectivamente pelas

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HAPS 10 e 20 e as células tridimensionais 41 e 42 para produzir a rede tridimensional na modalidade. A formação das células tridimensionais 41 e 42 pelas HAPSs 10 e 20 é controlada, por exemplo, conforme a seguir.

[0048] Quando a altitude da HAPS 10 (estação retransmissora de rádio) for definida como Hrsl [m] e a altitude da extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 for definida como Hcu [m], a diferença de altitude entre a HAPS 10 e a extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é ΔΗ1 = Hrsl - Hcu [m]. Quando o ângulo de divergência do feixe cônico 100 formado de modo descendente na direção vertical a partir da HAPS 10 for definido como 01 [rad], o raio RI [m] do feixe 100 na extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é expresso por meio de uma expressão a seguir (3).

RI = ΔΗ1 x tan(01) = (Hrsl - Hcu) x tan(01) · · · (3) [0049] Quando a altitude da HAPS 20 (estação retransmissora de rádio) for definida como Hrs2 [m], a diferença de altitude entre a HAPS 20 e a extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é ΔΗ2 = Hrs2 - Hcu [m]. Quando o ângulo de divergência do feixe cônico 200 formado de modo descendente na direção vertical a partir da HAPS 20 for definido como 02 [rad], o raio R2 [m] do feixe 200 na extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 é expresso por meio de uma expressão a seguir (4).

R2 = ΔΗ2 x tan(02) = (Hrs2 - He ) x tan(02) ---(4) [0050] Quando o intervalo horizontal entre a HAPS 10 (estação retransmissora de rádio) e a HAPS 20 (estação retransmissora de rádio) for definido como Drs [m], a expressão condicional para abranger a superfície de extremidade superior global da região de espaço alvo de formação de célula 40 pelos feixes 100 e 200 das HAPSs 10 e 20 é conforme mostrado em uma expressão (5) a seguir.

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RI + R2 = (Hrsl - Hcu) x tan(01) + (Hrs2 - Hcu) x tan(02) Drs · · · (5) [0051] Neste documento, supondo que a altitude Hrsl da HAPS 10 e a altitude Hrs2 da HAPS 20 sejam a mesma altitude (Hrs), e os ângulos de divergência 01 e 02 de cada feixe sejam o mesmo ângulo (0), a expressão condicional para abranger a superfície de extremidade superior global da área espacial alvo de formação de célula 40 pelos feixes 100 e 200 das HAPSs 10 e 20 é conforme mostrado em uma expressão a seguir (6).

RI + R2 = 2 x (Hrs - Hcu) x tanO Drs · · · (6) [0052] Ajustando-se e controlando-se pelo menos um dentre a altitude de cada HAPS 10 e 20, o ângulo de divergência (largura de feixe) dos feixes 100 e 200 e o intervalo horizontal Drs das HAPSs 10 e 20 de modo a satisfazer a expressão (5) ou a expressão (6) acima, é possível abranger a superfície de extremidade superior global da área espacial alvo de formação de célula 40 pelos feixes 100 e 200 das HAPSs 10 e 20.

[0053] Nota-se que, quando as direções das linhas centrais dos feixes 100 e 200 das HAPSs 10 e 20 são inclinadas a partir da direção vertical, as expressões condicionais (5) e (6) podem ser derivadas e definidas em consideração ao ângulo da inclinação.

[0054] A distância alcançável máxima, em que sinais de rádio (ondas de rádio) podem ser recebidos com uma intensidade predeterminada entre as estações retransmissoras de rádio de HAPSs 10 e 20 e o aparelho terminal, é finita (por exemplo, 100 km). Quando a distância alcançável máxima for definida como Lmáx [m] e a altitude da extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 for definida como Hcl [m], as expressões condicionais por meio das quais cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 e o aparelho terminal localizados na extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 podem se comunicar um com o outro são expressas pelas expressões (7) e (8)

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14/30 a seguir.

(Hrsl - Hcl) /cos(01) Á [_máx · · · (7) (Hrs2 - Hcl) /cos(02) Á Lmáx · · · (8) [0055] Neste documento, supondo que a altitude Hrsl da HAPS 10 e a altitude Hrs2 da HAPS 20 sejam a mesma altitude (Hrs), e os ângulos de divergência Θ1 e Θ2 de cada feixe sejam o mesmo ângulo (Θ), a expressão condicional por meio da qual cada uma das HAPSs 10 e 20 e o aparelho terminal localizados na extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40 podem se comunicar um com o outro é conforme mostrado em uma expressão a seguir (9).

(Hrs - Hcl) /cosO Á Lmáx · · · (9) [0056] Ajustando-se e controlando-se pelo menos um dentre a altitude de cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 e o ângulo de divergência (largura de feixe) dos feixes 100 e 200 de modo a satisfazer as expressões acima (7), (8) ou (9), é possível comunicar, de modo confiável, entre cada uma dentre as HAPSs 10 e 20 e o aparelho terminal localizado na extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula 40.

[0057] Nota-se que a célula tridimensional formada pelas HAPSs 10 e 20 pode ser formada de modo a alcançar o nível do solo ou o nível do mar de modo a ter a capacidade de se comunicar também com o aparelho terminal localizado no solo ou no mar.

[0058] A Figura 4 é uma vista em perspectiva que mostra um exemplo da HAPS 10 usada no sistema de comunicação na modalidade. A HAPS 10, na Figura 4, é uma HAPS do tipo avião solar. A HAPS 10 tem uma seção de asa principal 101 em que um painel solar 102 como uma seção de geração de potência fotovoltaica que tem uma função de geração de potência fotovoltaica é fornecido na superfície superior e as duas porções de extremidade na direção

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15/30 longitudinal são arqueadas de modo ascendente, e uma pluralidade de propulsores acionados por motor 103 como um aparelho de propulsão de um sistema de potência motriz de barramento fornecida em uma porção de borda de extremidade da seção de asa principal 101 na direção lateral. Os módulos 105 como uma pluralidade de seções de acomodação de aparelho para acomodar o equipamento para missão são conectadas às duas posições na direção longitudinal da superfície inferior da seção de asa principal 101 por meio de uma seção de conexão similar à placa 104. Dentro de cada módulo 105, uma estação retransmissora de rádio 110 como um equipamento para missão e uma bateria

106 são acomodadas. No lado de superfície inferior de cada módulo 105, rodas

107 usadas em partida e chegada são fornecidas. A potência elétrica gerada pelo painel solar 102 é armazenada na bateria 106, o motor do propulsor 103 é acionado, de modo rotacional, pela potência elétrica fornecida pela bateria 106, e o processamento de retransmissão de rádio pela estação retransmissora de rádio 110 é executado.

[0059] A HAPS do tipo avião solar 10 pode flutuar com força de suspensão, por exemplo, realizando-se um voo de giro ou realizando-se um voo ao longo de uma figura de 8, e pode flutuar para permanecer em uma faixa predeterminada na direção horizontal em uma altitude predeterminada. Notase que a HAPS do tipo avião solar 10 também pode voar como um planador quando o propulsor 103 não for acionado de modo rotacional. Por exemplo, quando a potência elétrica da bateria 106 for excedente pela geração de potência do painel solar 102, tal como durante o dia, a HAPS do tipo avião solar 10 se eleva para uma posição elevada. E quando uma potência elétrica não pode ser gerada pelo painel solar 102, tal como à noite, a HAPS do tipo avião solar 10 pode interromper o fornecimento de potência da bateria 106 para o motor e pode voar como um planador.

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16/30 [0060] A Figura 5 é uma vista lateral que mostra outro exemplo da HAPS 20 usada em um sistema de comunicação na modalidade. A HAPS 20 na Figura 5 é uma HAPS do tipo dirigível não tripulada, e pode ter uma batería de grande capacidade visto que a carga útil é grande. A HAPS 20 tem um corpo de dirigível 201 preenchido com gás, tal como gás hélio para flutuar por potência flutuante, um propulsor 202 acionado por um motor como um aparelho de propulsão de um sistema de potência motriz de barramento, e uma seção de acomodação de equipamento 203 em que equipamento para missão é acomodado. Uma estação retransmissora de rádio 210 e uma batería 204 são acomodadas na seção de acomodação de equipamento 203. Um motor do propulsor 202 é acionado, de modo rotacional, por uma potência elétrica fornecida pela batería 204, e um processamento de retransmissão de rádio pela estação retransmissora de rádio 210 é executado.

[0061] Nota-se que um painel solar que tem uma função de geração de potência fotovoltaica pode ser fornecido na superfície de topo do corpo de dirigível 201, e uma potência elétrica gerada pelo painel solar é armazenada na batería 204.

[0062] A Figura 6 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de configuração da estação retransmissora de rádio 110 e 210 da HAPS 10 e 20 na modalidade. As estações retransmissoras de rádio 110 e 210 na Figura 6 são exemplos de uma estação retransmissora de rádio do tipo repetidora. Cada uma dentre as estações retransmissoras de rádio 110 e 210 inclui uma seção de antena de formação de célula 3D (célula tridimensional) 111, uma seção de recepção/transmissão 112, uma seção de antena de alimentação 113, uma seção de recepção/transmissão 114, uma seção de repetição 115, uma seção de controle de monitoramento 116 e uma seção de fonte de alimentação 117.

[0063] A seção de antena de formação de célula 3D 111 tem antenas para

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17/30 formar feixes radiais 100 e 200 em direção ao espaço aéreo alvo de formação de célula 40, e forma células tridimensionais 41 e 42 em que uma comunicação com o aparelho terminal pode ser realizada. A seção de recepção/transmissão 112 tem um duplexador de transmissão/recepção (DUP: DUPlexador) e um amplificador, etc., e transmite sinais de rádio para os aparelhos terminais localizados nas células tridimensionais 41 e 42 e recebe sinais de rádio a partir dos aparelhos terminais por meio da seção de antena de formação de célula 3D

111.

[0064] A seção de antena de alimentação 113 tem uma antena direcional para realizar uma radiocomunicação com a estação de alimentação 70 no solo ou no mar. A seção de recepção/transmissão 114 tem um duplexador de transmissão/recepção (DUP: DUPlexer) e um amplificador, etc., e transmite sinais de rádio para a estação de alimentação 70 e recebe sinais de rádio a partir da estação de alimentação 70 por meio da seção de antena de formação de célula 3D 111.

[0065] A seção de repetição 115 retransmite sinais da seção de recepção/transmissão 112 que são transmitidos para e recebidos do aparelho terminal e sinais da seção de recepção/transmissão 114 que são transmitidos para e recebidos da estação de alimentação 70. A seção de repetição 115 pode ter uma função de conversão de frequência.

[0066] A seção de controle de monitoramento 116 é configurada, por exemplo, com uma CPU e uma memória, etc., e monitora o status de processamento de operação de cada seção e controla cada seção nas HAPSs 10 e 20, executando-se um programa pré-instalado. A seção de fonte de alimentação 117 fornece uma potência elétrica emitida a partir das baterias 106 e 204 para cada seção nas HAPSs 10 e 20. A seção de fonte de alimentação 117 pode ter uma função de armazenar uma potência elétrica gerada pelo painel de

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18/30 geração de potência solar, etc. e uma potência elétrica fornecida a partir de fora nas baterias 106 e 204.

[0067] A Figura 7 é um diagrama de blocos que mostra outro exemplo de configuração das estações retransmissoras de rádio 110 e 210 das HAPSs 10 e 20 na modalidade. As estações retransmissoras de rádio 110 e 210, na Figura 7, são exemplos de uma estação retransmissora de rádio do tipo estação base. Notase que, na Figura 7, elementos de configuração similares àqueles na Figura 6 são denotados pelas mesmas referências numéricas e a explicação dos mesmos será omitida. Cada uma dentre as estações retransmissoras de rádio 110 e 210, na Figura 7, inclui, adicionalmente, uma seção de modem 118 e uma seção de processamento de estação base 119 em vez da seção de repetição 115.

[0068] A seção de modem 118, por exemplo, realiza um processamento de demodulação e um processamento de decodificação para um sinal recebido, recebido da estação de alimentação 70 por meio da seção de antena de alimentação 113 e da seção de recepção/transmissão 114, e gera um sinal de dados a ser emitido para a seção de processamento de estação base 119. A seção de modem 118 realiza um processamento de codificação e um processamento de modulação para o sinal de dados recebido da seção de processamento de estação base 119, e gera um sinal de transmissão a ser transmitido para a estação de alimentação 70 por meio da seção de antena de alimentação 113 e da seção de recepção/transmissão 114.

[0069] A seção de processamento de estação base 119, por exemplo, tem uma função como um e-Nó B que realiza um processamento de banda de base com base em um método em conformidade com o padrão de LTE/LTE-Avançada. A seção de processamento de estação base 119 pode processar em um método em conformidade com um padrão futuro de comunicação móvel, tal como a quinta geração ou a próxima geração após a quinta geração em diante.

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19/30 [0070] A seção de processamento de estação base 119, por exemplo, realiza um processamento de demodulação e um processamento de decodificação para um sinal recebido, recebido de um aparelho terminal localizado nas células tridimensionais 41 e 42 por meio da seção de antena de formação de célula 3D 111 e da seção de recepção/transmissão 112, e gera um sinal de dados a ser emitido para a seção de modem 118. A seção de processamento de estação base 119 realiza um processamento de codificação e um processamento de modulação para o sinal de dados recebido da seção de modem 118, e gera um sinal de transmissão a ser transmitido para o aparelho terminal das células tridimensionais 41 e 42 por meio da seção de antena de formação de célula 3D 111 e da seção de recepção/transmissão 112.

[0071] A Figura 8 é um diagrama de blocos que mostra ainda outro exemplo de configuração das estações retransmissoras de rádio 110 e 210 das HAPSs 10 e 20 na modalidade. As estações retransmissoras de rádio 110 e 210, na Figura 8, são exemplos de uma estação retransmissora de rádio do tipo estação base de alto desempenho que tem uma função de edge computing. Nota-se que, na Figura 8, elementos de configuração similares àqueles na Figura 6 e na Figura 7 são denotados pelas mesmas referências numéricas e a explicação dos mesmos será omitida. Cada uma dentre as estações retransmissoras de rádio 110 e 210, na Figura 8, inclui, adicionalmente, uma seção de edge computing 120 além dos elementos de configuração na Figura 7.

[0072] A seção de edge computing 120 é configurada com, por exemplo, um computador compacto, e pode realizar vários tipos de processamento de informações relacionado a uma retransmissão de rádio, etc., nas estações retransmissoras de rádio 110 e 210 das HAPSs 10 e 20, executando-se um programa pré-instalado.

[0073] A seção de edge computing 120, por exemplo, determina um

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20/30 destino de transmissão de um sinal de dados com base no sinal de dados recebido de um aparelho terminal localizado nas células tridimensionais 41 e 42, e realiza um processo de comutação de um destino de retransmissão de comunicação com base no resultado de determinação. Mais especificamente, no caso de o destino de transmissão do sinal de dados emitido a partir da seção de processamento de estação base 119 ser um aparelho terminal localizado nas próprias células tridimensionais 41 e 42, em vez de passar o sinal de dados para a seção de modem 118, a seção de edge computing 120 retorna o sinal de dados para a seção de processamento de estação base 119 e transmite o sinal de dados para o aparelho terminal do destino de transmissão localizado nas próprias células tridimensionais 41 e 42. Por outro lado, no caso em que o destino de transmissão do sinal de dados emitido a partir da seção de processamento de estação base 119 é um aparelho terminal localizado em outra célula diferente das próprias células tridimensionais 41 e 42, a seção de edge computing 120 passa o sinal de dados para a seção de modem 118 e transmite o sinal de dados para a estação de alimentação 70, e transmite o sinal de dados ao aparelho terminal do destino de transmissão localizado na outra célula do destino de transmissão por meio da rede de comunicação móvel 80.

[0074] A seção de edge computing 120 pode realizar um processo de análise de informações recebidas de um grande número de aparelhos terminais localizados nas células tridimensionais 41 e 42. Esse resultado de análise pode ser transmitido para o grande número de aparelhos terminais localizado nas células tridimensionais 41 e 42, e pode ser transmitido para um servidor, etc. da rede de comunicação móvel 80.

[0075] Os métodos duplex de enlace ascendente e enlace descendente para radiocomunicação com um aparelho terminal por meio das estações retransmissoras de rádio 110 e 210 não são limitados a um método específico, e

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21/30 podem ser, por exemplo, um método duplex por divisão de tempo (Time Division Duplex: TDD) ou um método duplex por divisão de frequência (Frequency Division Duplex: FDD). Um método de acesso para radiocomunicação com um aparelho terminal por meio das estações retransmissoras de rádio 110 e 210 não é limitado a um método específico, e pode ser, por exemplo, método FDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência), método TDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo), método CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código) ou OFDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência Ortogonal). Na radiocomunicação antecedente, uma tecnologia MIMO (Múltipla Entrada e Múltipla Saída) pode ser usada, que tem funções de diversidade/codificação, conformação de feixe de transmissão, multiplexação por divisão espacial (SDM: Multiplexação por Divisão Espacial), etc., e em que uma capacidade de transmissão por unidade de frequência pode ser aumentada usando-se, simultaneamente, uma pluralidade de antenas tanto para transmissão quanto recepção. A tecnologia MIMO pode ser uma tecnologia SU-MIMO (MIMO de Único Usuário) em que uma estação base transmite uma pluralidade de sinais para um aparelho terminal ao mesmo tempo/mesma frequência, e pode ser uma tecnologia MU-MIMO (MIMO de Múltiplos Usuários) em que uma estação base transmite sinais para uma pluralidade de diferentes aparelhos terminais de comunicação ao mesmo tempo/mesma frequência ou uma pluralidade de diferentes estações-base transmite sinais para um aparelho terminal ao mesmo tempo/mesma frequência.

[0076] A seguir, uma HAPS que suporta alta latitude adequada para uso em uma área de alta latitude será explicada.

[0077] A Figura 9 é uma ilustração que mostra um exemplo de uso seletivo de uma HAPS normal e uma HAPS que suporta alta latitude em conformidade com as estações do ano. Em áreas de alta altitude 55N e 55S, na Figura 9, a HAPS

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22/30 que suporta alta latitude com uma capacidade aprimorada de fornecimento de potência pode ser usada visto que o tempo de luz solar é mais curto e uma corrente de ar é mais forte do que uma área de baixa latitude 55C e, em uma área de baixa latitude 55L que inclui uma equatorial área, a HAPS normal que suporta baixa latitude (por exemplo, a HAPS na Figura 4 descrita acima) pode ser usada.

[0078] Visto que as linhas de delimitação A e B entre as áreas de alta altitude 55N e 55S e a área de baixa latitude 55L variam com a estação do ano, a HAPS a ser usada pode ser comutada dependendo da estação do ano nas áreas de latitude intermediária 55MA e 55MB (a área entre A e A' e a área entre B e B') ao redor do Trópico de Câncer e ao redor do Trópico de Capricórnio onde as linhas de delimitação variam. Por exemplo, no caso de verão, visto que as linhas de delimitação se movem para as posições A e B, uma HAPS normal é usada na área de latitude intermediária 55MA entre A e A', e uma HAPS que suporta alta latitude é usada na área de latitude intermediária 55MB entre B e B'. Por outro lado, no caso de inverno, visto que as linhas de delimitação se movem para as posições A' e B', a HAPS que suporta alta latitude é usada na área de latitude intermediária 55MA entre A e A', e a HAPS normal é usada na área de latitude intermediária 55MB entre B e B'.

[0079] A Figura 10 é uma ilustração que mostra um exemplo de estado de fornecimento de potência de feixe de energia remota para a HAPS que suporta alta latitude (tipo de avião solar) 11. Na HAPS 10, na Figura 10, elementos de configuração comuns àqueles na Figura 1 são denotados pelas mesmas referências numéricas, e a explicação dos mesmos será omitida. Na Figura 10, a HAPS que suporta alta latitude 11 inclui módulos de recepção de potência 108 em ambas as extremidades longitudinais da seção de asa principal 101, respectivamente. Dentro do módulo de recepção de potência 108, uma seção de

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23/30 recepção de potência de micro-ondas 130 como uma seção de recepção de potência de feixe de energia remota e a bateria 106 são acomodadas. A seção de recepção de potência de micro-ondas 130 recebe um feixe de micro-ondas de fornecimento de potência de alta potência 750 ou 250 transmitido a partir de uma estação de fornecimento de potência de micro-ondas 75 como um aparelho de fornecimento de potência no solo ou no mar, ou a partir de um dirigível de fornecimento de potência 25 como um aparelho de fornecimento de potência no espaço aéreo, e converte o feixe de micro-ondas de fornecimento de potência de alta potência recebido 750 ou 250 para uma potência elétrica e emite a mesma. A potência elétrica emitida a partir da seção de recepção de potência de micro-ondas 130 é armazenada na bateria 106.

[0080] O dirigível de fornecimento de potência 25, por exemplo, deriva por uma corrente de ar, e transmite, sequencialmente, o feixe de micro-ondas para alimentação de potência à HAPS estacionária e fornece uma potência elétrica à HAPS.

[0081] A Figura 11 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de configuração da seção de recepção de potência de micro-ondas 130 da HAPS que suporta alta latitude 11. Na Figura 11, a seção de recepção de potência de microondas 130 é dotada de uma seção de antena de retificação 131, uma seção de controle de antena de retificação 132, um aparelho de saída 133, uma seção de antena de transmissão de sinal piloto 134 e uma seção de controle de direção de feixe 135. A seção de antena de retificação 131 recebe o feixe de micro-ondas de fornecimento de potência de alta potência 750 ou 250 transmitido a partir da estação de fornecimento de potência de micro-ondas 75 no solo ou no mar, ou a partir do dirigível de fornecimento de potência 25, e retifica o feixe de microondas de fornecimento de potência de alta potência recebido 750 ou 250. A seção de controle de antena de retificação 132 controla o processo de recepção

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24/30 de potência e o processo de retificação do feixe de micro-ondas de fornecimento de potência pela seção de antena de retificação 131. O aparelho de saída 133 emite a potência elétrica retificada emitida a partir da seção de antena de retificação 131 para a bateria 106. Antes de receber o feixe de micro-ondas de fornecimento de potência 750 ou 250, a seção de antena de transmissão de sinal piloto 134 transmite um feixe de um sinal piloto formado com um feixe a laser ou similar para guiar o feixe de micro-ondas de fornecimento de potência para a estação de fornecimento de potência de micro-ondas 75 ou o dirigível de fornecimento de potência 25. A seção de controle de direção de feixe 135 controla a direção de feixe do sinal piloto.

[0082] Nota-se que, no fornecimento de potência de feixe de energia remota, mostrada na Figura 10 e na Figura 11, embora seja descrito o caso em que o feixe de micro-ondas é usado como o feixe de energia, outro feixe de energia, tal como um feixe a laser pode ser usado.

[0083] A Figura 12 é um diagrama de blocos que mostra um exemplo de configuração de um sistema de controle de fornecimento de potência (sistema de gerenciamento de energia) 140 na HAPS que suporta alta latitude 11 com a capacidade de suportar um fornecimento de potência solar e um fornecimento de potência de feixe de energia remota. O sistema de controle de fornecimento de potência 140 da HAPS que suporta alta latitude 11 é dotado de uma fonte de alimentação 141 para sistema de potência motriz de barramento, uma fonte de alimentação 142 para sistema para missão, um aparelho de ajuste de fornecimento de potência 143 e uma seção de controle 144. A fonte de alimentação 141 para sistema de potência motriz de barramento fornece uma potência elétrica ao sistema de potência motriz de barramento, tal como o propulsor 103 acionado pelo motor, e a fonte de alimentação 142 para potência de sistema para missão fornece uma potência elétrica ao equipamento de

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25/30 comunicação (sistema para missão), tal como a estação retransmissora de rádio 110. O aparelho de ajuste de fornecimento de potência 143 ajusta a potência a ser fornecida para cada uma dentre a fonte de alimentação 141 para sistema de potência motriz de barramento e a fonte de alimentação 142 para sistema para missão, em relação à potência emitida a partir da bateria 106. A seção de controle 144 controla uma saída de potência elétrica a partir da bateria 106, um ajuste de fornecimento de potência elétrica pelo aparelho de ajuste de fornecimento de potência 143 e uma saída de potência elétrica a partir de cada uma dentre a fonte de alimentação 141 para sistema de potência motriz de barramento e a fonte de alimentação 142 para sistema para missão.

[0084] O controle no sistema de controle de fornecimento de potência (sistema de gerenciamento de energia) 140, na Figura 12, é executado de modo a realizar um gerenciamento de energia eficiente por um algoritmo em conformidade com a situação conforme a seguir. Por exemplo, em conformidade com uma instrução da seção de controle 144, no aparelho de ajuste de fornecimento de potência 143, a potência elétrica armazenada na bateria 106 é ajustada e modificada de modo balanceado entre a potência elétrica fornecida ao sistema de potência motriz de barramento e a potência elétrica fornecida ao sistema para missão em conformidade com a situação. Quando o número de usuários ativos (o número de aparelhos terminais) for pequeno na célula tridimensional formada pela HAPS que suporta alta latitude 11, o mesmo pode ser controlado de modo que a quantidade de fornecimento de potência a partir do sistema para missão para o sistema de potência motriz de barramento seja acomodada e a altitude da HAPS que suporta alta latitude 11 seja adquirida para acumular a potência acomodada como uma energia potencial. Quando o sistema para missão exigir uma potência elétrica, a quantidade de fornecimento de potência para o sistema de potência motriz de barramento pode ser reduzida e

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26/30 um modo de voo da HAPS que suporta alta latitude 11 pode ser controlado para mudar para um modo planador que utiliza a energia potencial.

[0085] Conforme descrito acima, de acordo com a presente modalidade, diferentemente da estação base convencional 90 no solo, é possível formar as células tridimensionais de área ampla 41 e 42 no espaço aéreo alvo de formação de célula 40 da faixa de altitude predeterminada (por exemplo, faixa de altitude de 50 m ou mais e 1.000 m ou menos) acima do solo ou do nível do mar, e retransmitir uma comunicação entre uma pluralidade de aparelhos terminais localizada nas células tridimensionais 41 e 42 e na rede de comunicação móvel 80. Ademais, visto que as HAPSs 10 e 20 que formam as células tridimensionais 41 e 42 são localizadas na altitude menor do que aquela do satélite artificial (por exemplo, a altitude da estratosfera), o atraso de propagação na radiocomunicação entre os aparelhos terminais localizados nas células tridimensionais 41 e 42 e na rede de comunicação móvel 80 é menor do que aquele no caso de comunicação por satélite por meio do satélite artificial. Visto que as células tridimensionais 41 e 42 podem ser formadas e o atraso de propagação da radiocomunicação é baixo, conforme descrito acima, é possível produzir uma rede tridimensional da comunicação móvel de quinta geração com baixo atraso de propagação em radiocomunicação.

[0086] Em particular, de acordo com a presente modalidade, usando-se a HAPS que suporta alta latitude 11, até mesmo na área de alta latitude, é possível produzir, de modo estável, uma rede tridimensional da comunicação móvel de quinta geração com baixo atraso de propagação em radiocomunicação em um longo período de tempo.

[0087] Nota-se que as etapas de processo e os elementos de configuração da estação retransmissora de rádio, da estação de alimentação, do aparelho de controle remoto, do aparelho terminal (aparelho de usuário, estação móvel,

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27/30 terminal de comunicação) e do aparelho de estação base, na estação base descrita na presente descrição, podem ser implantados com vários meios. Por exemplo, essas etapas de processo e elementos de configuração podem ser implantadas com hardware, firmware, software ou uma combinação dos mesmos.

[0088] Em relação à implantação de hardware, meios, tais como unidades de processamento ou similares usadas para estabelecer as etapas e elementos de configuração antecedentes em entidades (por exemplo, estação retransmissora de rádio, estação de alimentação, aparelho de estação base, aparelho de retransmissão de rádio, aparelho terminal (aparelho de usuário, estação móvel, terminal de comunicação), aparelho de controle remoto, aparelho de unidade de disco rígido ou aparelho de unidade de disco óptico) podem ser implantados em um ou mais dentre um IC de aplicação específica (ASIC), um processador de sinal digital (DSP), um aparelho de processamento de sinal digital (DSPD), um dispositivo lógico programável (PLD), um arranjo de portas programável em campo (FPGA), um processador, um controlador, um microcontrolador, um microprocessador, um dispositivo eletrônico, outra unidade eletrônica, computador ou uma combinação dos mesmos, que são projetados de modo a realizar uma função descrita no presente relatório descritivo.

[0089] Em relação à implementação de firmware e/ou software, meios, tais como unidades de processamento ou similares usados para estabelecer os elementos de configuração antecedentes podem ser implantados com um programa (por exemplo, código tal como procedimento, função, módulo, instrução, etc.) para realizar uma função descrita no presente relatório descritivo. Em geral, qualquer meio legível por computador/processador para materializar o código de firmware e/ou software pode ser usada para

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28/30 implantação de meios, tais como unidades de processamento e assim por diante para estabelecer as etapas antecedentes e elementos de configuração descritos no presente relatório descritivo. Por exemplo, em um aparelho de controle, o código de firmware e/ou software pode ser armazenado em uma memória e executado por um computador ou processador. A memória pode ser implantada dentro do computador ou processador, ou fora do processador. Adicionalmente, o código de firmware e/ou software pode ser armazenado, por exemplo, em um meio com a capacidade de ser lido por um computador ou processador, tal como uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente de leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório de não volatilidade (NVRAM), uma memória somente de leitura programável (PROM), uma PROM apagável eletricamente (EEPROM), uma memória FLASH, um disquete (marca registrada), um disco compacto (CD), um disco versátil digital (DVD), uma unidade de armazenamento de dados magnética ou óptica, ou similar. O código pode ser executado por um ou mais dentre computadores e processadores, e um determinado aspecto de funcionalidades descritas no presente relatório descritivo pode ser executado por um computador ou processador.

[0090] A descrição das modalidades reveladas no presente relatório descritivo é fornecida de modo que as presentes revelações possam ser produzidas ou usadas por aqueles versados na técnica. Várias modificações das presentes revelações serão prontamente evidentes àqueles versados na técnica e os princípios gerais definidos no presente relatório descritivo podem ser aplicados a outras variações sem se afastar do espírito e escopo das presentes revelações. Portanto, as presentes revelações não devem ser limitadas aos exemplos e projetos descritos no presente relatório descritivo e devem ser reconhecidas por estarem no escopo mais amplo que corresponde aos princípios e recursos inovadores revelados no presente relatório descritivo.

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LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

HAPS (tipo de avião solar), HAPS regular

HAPS que suporta alta latitude (tipo de avião solar)

HAPS (tipo dirigível) dirigível de fornecimento de potência estação ATG espaço aéreo alvo de formação de célula

41, 42, 43 célula tridimensional espaço aéreo onde uma HAPS é localizada drone aeronave estação de alimentação estação de fornecimento de potência de micro-ondas rede de comunicação móvel aparelho de controle remoto

100, 200, 300 feixe

101 porção de asa principal

102 painel de geração de potência solar

103 propulsor

104 porção de conexão

105 módulo

106 bateria

107 roda

108 módulo de recepção de potência

110, 210 estação retransmissora de rádio

111 seção de antena de formação de célula tridimensional (3D)

112 seção de recepção/transmissão

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113 seção de antena de alimentação

114 seção de recepção/transmissão

115 seção de repetição

116 seção de controle de monitoramento

117 seção de fonte de alimentação

118 seção de modem

119 seção de processamento de estação base

120 seção de edge computing

130 seção de recepção de feixe de energia remota

131 seção de antena de retificação

132 seção de controle de antena de retificação

133 aparelho de saída

134 seção de antena de transmissão de sinal piloto

135 seção de controle de direção de feixe

140 sistema de controle de fornecimento de potência

141 fonte de alimentação para sistema de potência motriz de barramento

142 fonte de alimentação para sistema para missão

143 aparelho de ajuste de fornecimento de potência

144 seção de controle

201 corpo de dirigível

202 propulsor

203 seção de alojamento de equipamento

204 bateria

205 seção de transmissão de potência de feixe de micro-ondas

250, 750 feixe de micro-ondas de fornecimento de potência

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de comunicação caracterizado pelo fato de que compreende uma estação retransmissora de rádio para retransmitir uma radiocomunicação com um aparelho terminal, em que a estação retransmissora de rádio é fornecida em cada uma de uma pluralidade de objetos flutuantes controlados de modo a estarem localizados em um espaço aéreo flutuante com uma altitude menor do que ou igual a 100 km por um controle autônomo ou um controle externo, em que a estação retransmissora de rádio forma uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e um nível do solo ou nível do mar, quando o objeto flutuante está localizado no espaço aéreo flutuante, em que cada uma da pluralidade de estações retransmissoras de rádio forma um feixe para executar uma radiocomunicação com o aparelho terminal em direção ao nível do solo ou ao nível do mar, em que o sistema de comunicação compreende meios para controlar pelo menos uma das distâncias entre a pluralidade de objetos flutuantes, uma altitude de cada um dos objetos flutuantes e um ângulo de uma borda externa do feixe em relação a uma linha vertical virtual que passa através de cada uma das estações retransmissoras de rádio dos objetos flutuantes, de modo que a pluralidade de feixes adjacentes um ao outro no espaço aéreo alvo de formação de células se sobrepõe parcialmente um ao outro e a pluralidade de feixes das estações retransmissoras de rádio cobrem uma superfície de extremidade superior global do espaço aéreo alvo de formação de células, em que a pluralidade de objetos flutuantes inclui um primeiro objeto flutuante e um segundo objeto flutuante, em que cada feixe das estações retransmissoras de rádio do primeiro objeto

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2 x (Hrs - Hcu) x tanQ Drs · · · (6).

12. Objeto flutuante, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o objeto flutuante é controlado posicionalmente de modo que uma altitude da célula tridimensional no espaço aéreo alvo de formação de célula em relação ao nível do solo é mantida em uma altitude predeterminada, baseado em uma elevação do solo localizado abaixo do objeto flutuante.

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2. Sistema de comunicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando as altitudes das estações retransmissoras de rádio do primeiro objeto flutuante e do segundo objeto flutuante são respectivamente definidas como Hrsl [m] e Hrs2 [m], uma altitude de uma extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de célula é definida como Hcl [m], e uma distância alcançável máxima de um sinal de rádio entre cada uma das estações retransmissoras de rádio do primeiro objeto flutuante e do segundo objeto flutuante e o aparelho terminal é definida como Lmáx [m], as expressões (4) e (5) a seguir são satisfeitas (Hrsl - Hcl) /cos(01) = Lmáx · · · (4) (Hrs2 - Hcl) /cos(02) = Lmáx · · · (5).

2/12 flutuante e do segundo objeto flutuante é formado em um formato cônico, e em que quando um ângulo de divergência do feixe da estação retransmissora de rádio do primeiro objeto flutuante é definido como Θ1 [rad], um ângulo de divergência do feixe da estação retransmissora de rádio do segundo objeto flutuante é definido como Θ2 [rad], altitudes das estações retransmissoras de rádio do primeiro objeto flutuante e do segundo objeto flutuante são respectivamente definidas como Hrsl [m] e Hrs2 [m], um intervalo horizontal entre a estação retransmissora de rádio do primeiro objeto flutuante e a estação retransmissora de rádio do segundo objeto flutuante é definido como Drs [m] e uma altitude da extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula é definida como Hcu [m], uma expressão (3) a seguir é satisfeita (Hrsl - Hcu) x tan(01) + (Hrs2- Hcu) x tan(02) = Drs · · · (3).

3/12 radiocomunicação com o aparelho terminal em direção ao espaço aéreo alvo de formação de célula.

3. Sistema de comunicação, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma estação retransmissora de rádio em um solo ou em um mar para formar um feixe para uma

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4/12 altitude da célula tridimensional no espaço aéreo alvo de formação de células em relação ao nível do solo é mantida a uma altitude predeterminada, com base em dados geográficos do nível do solo abaixo do objeto flutuante.

4. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende uma estação de alimentação em um solo ou em um mar para realizar uma radiocomunicação com a estação retransmissora de rádio do objeto flutuante diretamente ou via um satélite artificial.

5/12 objeto flutuante de suporte de baixa latitude.

5. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho de controle remoto para controlar remotamente pelo menos um dentre o objeto flutuante e a estação retransmissora de rádio, em que o aparelho de controle remoto transmite informações de controle para controlar um movimento flutuante do objeto flutuante ou um processo na estação retransmissora de rádio, para o objeto flutuante, e em que o objeto flutuante executa um primeiro controle para receber as informações de controle do aparelho de controle remoto e para controlar o movimento flutuante do objeto flutuante ou o processo na estação retransmissora de rádio, ou um segundo controle para obter informações de posição atual do objeto flutuante, informações de controle de posição prémemorizadas e informações de posição de outro objeto flutuante vizinho e para controlar autonomamente o movimento flutuante do objeto flutuante ou um processo na estação retransmissora de rádio.

6/12 o nível do mar e forma uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e um nível do solo ou um nível do mar, quando o objeto flutuante estiver localizado no espaço aéreo flutuante, em que o sistema de comunicação compreende meios para controlar pelo menos uma das distâncias entre a pluralidade de objetos flutuantes, uma altitude de cada um dos objetos flutuantes e um ângulo de uma borda externa do feixe em relação a uma linha vertical virtual que passa através de cada uma das estações retransmissoras de rádio dos objetos flutuantes, de modo que a pluralidade de feixes adjacentes um ao outro no espaço aéreo alvo de formação de células se sobreponham parcialmente uns aos outros e a pluralidade de feixes das estações retransmissoras de rádio cubram uma superfície de extremidade superior global do espaço aéreo alvo de formação de células, em que o feixe é formado em uma forma cônica, e em que quando um ângulo de divergência do feixe é definido como Θ [rad], uma altitude da estação retransmissora de rádio do objeto flutuante é definida como Hrs [m], um intervalo horizontal entre a estação retransmissora de rádio do objeto flutuante e a estação retransmissora de rádio do outro objeto flutuante é definida como Drs [m] e uma altitude da extremidade superior do espaço aéreo alvo de formação de célula é definida como Hcu [m], uma expressão (6) a seguir é satisfeita

6. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação executa um controle para ajustar pelo menos um de uma altitude do primeiro objeto flutuante e uma direção e um ângulo de divergência do feixe formado pela estação retransmissora de rádio do objeto flutuante de modo que uma

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13. Objeto flutuante, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho de geração de potência fotovoltaica para gerar uma potência elétrica a ser fornecida para a estação retransmissora de rádio.

14. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o objeto flutuante é um avião solar compreendendo uma asa com um painel de geração de potência fotovoltaica para gerar uma potência elétrica a ser fornecida à estação retransmissora de rádio e um propulsor acionado de modo rotacional instalado na asa, ou um dirigível compreendendo uma bateria para fornecer uma potência elétrica à estação retransmissora de rádio.

15. Objeto flutuante, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o avião solar compreende uma bateria, e em que o voo do avião solar é controlado de modo a subir até uma posição elevada quando uma potência elétrica da bateria é excedente por uma geração de potência do painel solar no dia, e parar o fornecimento de potência da bateria para um motor de um propulsor e voar como um planador quando a potência elétrica não puder ser gerada pelo painel solar à noite.

16. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que quando uma altitude de uma extremidade inferior do espaço aéreo alvo de formação de células é definida como Hcl [m], e uma distância máxima alcançável de um sinal de rádio entre a estação retransmissora de rádio do objeto flutuante e o aparelho terminal é definida como Lmax [m], uma expressão (7) a seguir é satisfeita (Hrs - Hcl) /cos(6) = Lmax · · · (7).

17. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de que uma fonte de alimentação do objeto

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7. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de objetos flutuantes é comutada e usada com base na capacidade de fornecimento de potência de uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio no objeto flutuante e uma latitude do espaço aéreo flutuante no qual o objeto flutuante é localizado e usado.

8/12 flutuante compreende:

uma batería;

uma fonte de alimentação para o sistema de potência motriz para fornecer uma potência a um aparelho de acionamento para flutuar e mover o objeto flutuante;

uma fonte de alimentação para o sistema de comunicação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio; e um aparelho de ajuste de fornecimento de potência para ajustar uma potência fornecida a cada uma da fonte de alimentação para o sistema de potência motriz e da fonte de alimentação para o sistema de comunicação da bateria, e em que o objeto flutuante controla de modo a reduzir uma quantidade de fornecimento de potência para a fonte de alimentação para o sistema de potência motriz e mudar um modo de voo do objeto flutuante para um modo de planador utilizando uma energia potencial, quando a fonte de alimentação para o sistema de comunicação é necessária.

18. Objeto flutuante, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o aparelho de ajuste de fornecimento de potência ajusta uma potência fornecida a cada uma da fonte de alimentação para o sistema de potência motriz e da fonte de alimentação para o sistema de comunicação com base no número de aparelhos terminais para os quais a estação retransmissora de rádio retransmite sinais de rádio, e em que o aparelho de ajuste de fornecimento de potência controla de modo a acomodar uma quantidade de fornecimento de potência da fonte de alimentação para o sistema de comunicação para a fonte de alimentação para o sistema de potência motriz e acumular a potência acomodada como uma energia potencial ao ganhar uma altitude do objeto flutuante, quando o número

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8. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de objetos flutuantes inclui um objeto flutuante de suporte de baixa latitude com uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio e um objeto flutuante de suporte de alta latitude com uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio por uma capacidade de fornecimento de potência superior à do objeto flutuante de suporte de baixa latitude, em que o objeto flutuante de suporte de baixa latitude e o objeto flutuante de suporte de alta latitude são comutados e usados de acordo com estações com diferentes períodos de luz do sol em uma área de latitude intermediária, em que cada uma da fonte de alimentação do objeto flutuante de suporte de baixa latitude e da fonte de alimentação do objeto flutuante de suporte de alta latitude compreende uma seção de geração de potência fotovoltaica e uma bateria, e em que uma potência fornecida por pelo menos uma da seção de geração de potência fotovoltaica e da bateria da fonte de alimentação do objeto flutuante de suporte de alta latitude é superior à da fonte de alimentação do

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9/12 de aparelhos terminais diminui, os sinais de rádio dos aparelhos terminais são retransmitidos pela estação retransmissora de rádio do objeto flutuante.

19. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 18, caracterizado pelo fato de que o objeto flutuante executa um controle para ajustar pelo menos uma de uma altitude do objeto flutuante e uma direção e um ângulo de divergência do feixe formado pela estação retransmissora de rádio do objeto flutuante com base em dados geográficos do nível do solo abaixo do objeto flutuante, de modo que a altitude da célula tridimensional no espaço aéreo alvo de formação de células em relação ao nível do solo seja constantemente mantida.

20. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, caracterizado pelo fato de que a estação retransmissora de rádio compreende uma seção de edge computing, e em que a seção de edge computing determina um destino de transmissão de um sinal de dados com base no sinal de dados recebido de um aparelho terminal localizado na célula tridimensional e executa um processo de comutação de um destino de retransmissão de comunicação com base no resultado da determinação.

21. Objeto flutuante, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a seção de edge computing retorna o sinal de dados na seção de edge computing e transmite o sinal de dados para um aparelho terminal localizado na própria célula tridimensional, quando o destino de transmissão do sinal de dados é o aparelho terminal localizado na própria célula tridimensional; e em que a seção de edge computing transmite o sinal de dados para uma estação alimentadora e transmite o sinal de dados para um aparelho terminal do destino de transmissão localizado em outra célula através da rede de

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9. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um aparelho de fornecimento de potência localizado no solo ou no mar, o aparelho de fornecimento de potência que fornece uma potência transmitindo um feixe de energia para o objeto flutuante incluindo a estação retransmissora de rádio, em que a fonte de alimentação do objeto flutuante compreende uma seção de recepção de potência de feixe de energia remota para receber o feixe de energia de fora e gerar uma potência.

10/12 comunicação móvel, quando o destino de transmissão do sinal de dados é o aparelho terminal localizado na outra célula que não a própria célula tridimensional.

22. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, caracterizado pelo fato de que a estação retransmissora de rádio compreende uma seção de edge computing, e em que a seção de edge computing executa um processo de análise de informações recebidas de uma pluralidade de aparelhos terminais localizados na célula tridimensional e transmite um resultado da análise para o aparelho terminal ou um servidor.

23. Objeto flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 22, caracterizado pelo fato de que uma fonte de alimentação do objeto flutuante compreende uma seção de recepção de potência de feixe de energia remota para receber um feixe de energia de fora e gerar uma potência elétrica, o feixe de energia incluindo um feixe de micro-ondas ou um raio laser.

24. Aparelho de controle remoto para controlar remotamente pelo menos uma das estações retransmissoras de rádio e um movimento flutuante do objeto flutuante no sistema de comunicação definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o aparelho de controle remoto transmite informações de controle para controlar um movimento flutuante do objeto flutuante ou um processo na estação retransmissora de rádio, para o objeto flutuante, e em que o aparelho de controle remoto executa um controle para ajustar pelo menos um de uma altitude do primeiro objeto flutuante e uma direção e um ângulo de divergência do feixe formado pela estação retransmissora de rádio do objeto flutuante de modo que a expressão (3) seja satisfeita, com base em uns dados geográficos do nível do solo abaixo do objeto flutuante.

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10. Sistema de comunicação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um objeto flutuante de fornecimento de potência controlado para ser localizado no espaço aéreo flutuante pelo controle autônomo ou pelo controle externo, o objeto flutuante de fornecimento de potência fornece uma potência transmitindo um feixe de energia ao objeto flutuante, incluindo a estação retransmissora de rádio, em que a fonte de alimentação do objeto flutuante compreende uma seção de recepção de potência de feixe de energia remota para receber o feixe de energia de fora e gerar uma potência.

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25. Aparelho de controle remoto, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o aparelho de controle remoto controla posicionalmente o objeto flutuante incluindo a estação retransmissora de rádio, de modo que uma altitude da célula tridimensional no espaço aéreo alvo de formação de células em relação ao nível do solo seja mantida a uma altitude predeterminada, com base em uma elevação do nível do solo localizado abaixo do objeto flutuante.

26. Aparelho de controle remoto, de acordo com a reivindicação 24 ou 25, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de objetos flutuantes inclui um objeto flutuante de suporte de baixa latitude com uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio e um objeto flutuante de suporte de alta latitude com uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio por uma capacidade de fornecimento de potência superior à do objeto flutuante de suporte de baixa latitude, e em que o aparelho de controle remoto controla de modo a comutar o objeto flutuante de suporte de baixa latitude e o objeto flutuante de suporte de alta latitude de acordo com estações com diferentes tempos de luz do sol em uma área de latitude intermediária.

27. Método para usar o objeto flutuante definido em qualquer uma das reivindicações 11 a 23, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

um operador de comunicação fazendo com que o objeto flutuante se localize em um espaço aéreo flutuante com uma altitude menor ou igual a 100 km e forme uma célula tridimensional em um espaço aéreo alvo de formação de célula predeterminado entre o objeto flutuante e um nível do solo ou do nível do mar pela estação retransmissora de rádio, por um controle a partir de um aparelho de controle remoto;

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11. Objeto flutuante caracterizado pelo fato de que compreende uma estação retransmissora de rádio para retransmitir uma radiocomunicação com um aparelho terminal, em que o objeto flutuante é controlado de modo a ser localizado em um espaço aéreo flutuante com uma altitude menor do que ou igual a 100 km através de um controle autônomo ou um controle externo, em que a estação retransmissora de rádio forma um feixe para realizar uma radiocomunicação com o aparelho terminal em direção ao nível do solo ou

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12/12 o operador de comunicação fazendo com que um objeto flutuante de suporte de baixa latitude se localize em um espaço aéreo flutuante acima de uma área de baixa latitude, o objeto flutuante de suporte de baixa latitude incluindo uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio, pelo controle a partir do aparelho de controle remoto;

o operador de comunicação fazendo com que um objeto flutuante de suporte de alta latitude localize um espaço aéreo flutuante acima de uma área de alta latitude, o objeto flutuante de suporte de alta latitude incluindo uma fonte de alimentação para fornecer uma potência à estação retransmissora de rádio por uma capacidade de fornecimento de potência superior à do objeto flutuante de suporte de baixa latitude, pelo controle a partir do aparelho de controle remoto; e o operador de comunicação comutando e usando o objeto flutuante de suporte de baixa latitude e o objeto flutuante de suporte de alta latitude de acordo com as estações com diferentes períodos de luz do sol em uma área de latitude intermediária, pelo controle a partir do aparelho de controle remoto.