CN110692264A - 构建第五代通信的三维化网络的haps间通信和大容量多小区系留飞艇型haps - Google Patents

构建第五代通信的三维化网络的haps间通信和大容量多小区系留飞艇型haps Download PDF

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CN110692264A CN201880030667.2A CN201880030667A CN110692264A CN 110692264 A CN110692264 A CN 110692264A CN 201880030667 A CN201880030667 A CN 201880030667A CN 110692264 A CN110692264 A CN 110692264A
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Abstract

提供一种鲁棒性优异的通信系统，在第五代移动通信等中能够在广大区域内稳定地构建与包括面向IoT的设备在内的终端装置之间的无线通信的传播延迟低，能与广范围的众多终端装置同时连接并能高速进行通信且每单位面积的系统容量大的三维化网络。通信系统具备对地上基站与终端装置的无线通信进行中继的多个无线中继站。多个无线中继站包含：多个第1无线中继站，其设置于通过自主控制或来自外部的控制而被控制为位于高度为100[km]以下的漂浮空域的漂浮体，能相互进行通信；以及第2无线中继站，其设置于以位于高度为100[km]以下的漂浮空域的方式系留在地上或海上的漂浮体，对多个第1无线中继站与地上基站的通信进行中继。

Description

构建第五代通信的三维化网络的HAPS间通信和大容量多小区 系留飞艇型HAPS
技术领域
本发明涉及构建第五代通信的三维化网络的HAPS间通信和大容量多小区系留飞艇型HAPS。
背景技术
以往，已知将作为移动通信系统的通信规范的3GPP的LTE(Long Term Evolution：长期演进)-Advanced(参照非专利文献1)发展而成的被称为LTE-AdvancedPro的通信规范(参照非专利文献2)。在该LTE-AdvancedPro中，制定了用于提供与近年来的面向IoT(Internet of Things：物联网)的设备进行通信的规格。而且，已在研究支持与面向IoT的设备等众多终端装置(也称为“UE(用户装置)”、“移动台”、“通信终端”。)的同时连接、低延迟化等的第五代移动通信(例如，参照非专利文献3)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：3GPP TS 36.300V10.12.0(2014-12).
非专利文献2：3GPP TS 36.300V13.5.0(2016-09).
非专利文献3：G.Romano，“3GPP RAN progress on“5G””，3GPP，2016.
发明内容
发明要解决的问题
上述第五代移动通信等存在如下技术问题：欲提供鲁棒性优异的通信系统，能够在广大区域内稳定地实现在与包括面向IoT的设备在内的终端装置之间的无线通信中传播延迟低，能与广范围的众多终端同时连接并能高速进行通信且每单位面积的系统容量大的三维化网络。
用于解决问题的方案
本发明的一方面所涉及的通信系统是具备对地上基站与终端装置的无线通信进行中继的多个无线中继站的通信系统，上述多个无线中继站包含设置于第1漂浮体并能相互进行通信的多个第1无线中继站，上述第1漂浮体为了在与地面或海面之间的规定的小区形成目标空域形成三维小区而通过自主控制或来自外部的控制被控制为位于高度为100[km]以下的漂浮空域。
在上述通信系统中，也可以是，上述第1漂浮体是太阳能飞机，上述太阳能飞机具备设置有发出对上述第1无线中继站供应的电力的太阳能发电板的机翼、以及设置于上述机翼的可旋转驱动的螺旋桨。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述多个无线中继站包含设置于第2漂浮体并对上述多个第1无线中继站与上述地上基站的通信进行中继的第2无线中继站，上述第2漂浮体为了在与地面或海面之间的规定的小区形成目标空域形成三维小区而以位于高度为100[km]以下的漂浮空域的方式系留在地上或海上。也可以是，上述第2漂浮体是飞艇，上述飞艇具备对上述第2无线中继站供应电力的电池。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述第2无线中继站与上述地上基站的通信是以有线方式进行的通信，上述第2无线中继站与上述第1无线中继站的通信是使用了微波的通信。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述第2漂浮体以位于大都市部的上空的方式系留，上述第1漂浮体被控制为位于与上述大都市部相比终端装置的密度较低的郊区部、地方部或海的上空。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述多个无线中继站形成包括二维或三维的网格型拓扑的无线通信网络。另外，在上述通信系统中，也可以是，在上述多个无线中继站中的任意一个无线中继站发生了故障时，其它无线中继站作为后备进行无线中继。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述多个第1无线中继站间的通信是使用了激光的无线通信。在此，可以是，上述多个第1无线中继站分别根据与周边的其它第1无线中继站之间的相对位置的变化来控制上述激光的方向和强度。另外，也可以是，上述多个第1无线中继站分别以根据与周边的其它第1无线中继站之间的相对位置的变化来切换通过上述激光进行通信的其它第1无线中继站的方式进行控制。另外，还可以是，上述多个第1无线中继站分别以在夜间的时间段使上述激光的强度下降的方式进行控制。
另外，在上述通信系统中，也可以是，具备对设置于上述第1漂浮体的第1无线中继站的位置、由该第1无线中继站形成的波束的方向和扩展角度进行控制的远程控制装置。
另外，在上述通信系统中，也可以是，上述小区形成目标空域的高度为10[km]以下，还可以是，上述小区形成目标空域的高度为50[m]以上1[km]以下。
另外，在上述通信系统中，也可以是，设置有上述第1无线中继站的第1漂浮体位于高度为11[km]以上和50[km]以下的平流层。
发明效果
根据本发明，能够提供一种鲁棒性优异的通信系统，在上述第五代移动通信等之中能够在广大区域内稳定地实现与包括面向IoT的设备在内的终端装置之间的无线通信的传播延迟低，能与广范围的众多终端装置同时连接并能高速进行通信且每单位面积的系统容量大的三维化网络。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。
图2是示出实施方式的通信系统所使用的HAPS的一例的立体图。
图3是示出实施方式的通信系统所使用的HAPS的另一例的侧视图。
图4是示出实施方式的由多个HAPS在上空形成的无线网络的一例的说明图。
图5是示出实施方式的HAPS的无线中继站的一构成例的框图。
图6是示出实施方式的HAPS的无线中继站的另一构成例的框图。
图7是示出实施方式的HAPS的无线中继站的再一构成例的框图。
图8是示出另一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。
图9是示出再一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。
图10是示出图9的通信系统中的系留HAPS的无线中继站的一构成例的框图。
图11是示出实施方式的将多个太阳能飞机类型的HAPS和支持大容量多小区的系留HAPS配置于日本的上空而成的无线通信网络的一例的情形的说明图。
图12是示出又一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。本实施方式所涉及的通信系统适于实现支持与众多终端装置(也称为“移动台”、“移动机”或“用户装置(UE)”。)的同时连接、低延迟化等的第五代移动通信的三维化网络。此外，能在本说明书所公开的通信系统、无线中继站、基站、转发器和终端装置中应用的移动通信的标准规范包含第五代移动通信的标准规范、以及第五代以后的一代接一代移动通信的标准规范。
如图1所示，通信系统具备多个作为无线中继装置的高空平台站(HAPS)(也称为“高空伪卫星”。)10、20，在规定高度的小区形成目标空域40形成如图中影线区域所示的三维小区(三维区域)41、42。HAPS10、20是在漂浮体(例如，太阳能飞机、飞艇)搭载无线中继站而成的，该漂浮体通过自主控制或来自外部的控制而被控制为以悬浮的方式位于离地面或海面为100[km]以下的高空的漂浮空域(以下，也简称为“空域”。)50。
HAPS10、20所在的空域50例如是高度为11[km]以上和50[km]以下的平流层的空域。HAPS10、20所在的空域50也可以是气象条件比较稳定的高度为15[km]以上和25[km]以下的范围的空域，特别是，还可以是高度为大致20[km]的空域。图中的Hrsl和Hrsu分别表示出以地面(GL)为基准的HAPS10、20所在的空域50的下端和上端的相对高度。
小区形成目标空域40是由本实施方式的通信系统中的一个或多个HAPS形成三维小区的目标空域。小区形成目标空域40是位于HAPS10、20所在的空域50与以往的宏小区基站等基站90所覆盖的地面近旁的小区形成区域之间的、规定高度范围(例如，50[m]以上且1000[m]以下的高度范围)的空域。图中的Hcl和Hcu分别表示出以地面(GL)为基准的小区形成目标空域40的下端和上端的相对高度。
此外，本实施方式的形成三维小区的小区形成目标空域40也可以是海、河或湖的上空。
HAPS10、20的无线中继站分别朝向地面形成用于与作为移动台的终端装置进行无线通信的波束100、200。终端装置可以是集成于作为可远程操纵的小型直升机等飞行器的无人机60的通信终端模块，也可以是在飞机65中用户所使用的用户终端装置。在小区形成目标空域40中波束100、200所通过的区域为三维小区41、42。在小区形成目标空域40中相互相邻的多个波束100、200也可以部分地重叠。
HAPS10、20的无线中继站分别经由作为设置在地上或海上的中继站的馈线站(网关)70连接到移动通信网80的核心网络。HAPS10、20与馈线站70之间的通信可以是通过微波等电波进行的无线通信，也可以是使用了激光等的光通信。
HAPS10、20也可以分别通过由集成于内部的计算机等构成的控制部执行控制程序，来对自身的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理进行自主控制。例如，HAPS10、20可以分别取得自身的当前位置信息(例如GPS位置信息)、预先存储的位置控制信息(例如，飞行计划信息)、位于周边的其它HAPS的位置信息等，基于这些信息对漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理进行自主控制。
另外，HAPS10、20各自的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理也可以由设置于移动通信网80的通信中心等的通信操作员的远程控制装置85来控制。在该情况下，HAPS10、20也可以为了能够接收来自远程控制装置85的控制信息而集成有控制用通信终端装置(例如，移动通信模块)，并为了能够从远程控制装置85进行识别而分配终端识别信息(例如，IP地址、电话号码等)。控制用通信终端装置的识别也可以使用通信接口的MAC地址。另外，HAPS10、20也可以分别将与自身或周边的HAPS的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理相关的信息、由各种传感器等取得的观测数据等信息发送到远程控制装置85等规定的发送目的地。
在小区形成目标空域40中，有可能产生HAPS10、20的波束100、200所未通过的区域(未形成三维小区41、42的区域)。为了填补该区域，也可以如图1的构成例那样，具备从地上侧或海上侧朝向上方形成放射状的波束300来形成三维小区43而进行ATG(Air To Ground：空对地)连接的基站(以下称为“ATG站”。)30。
另外，也可以不是使用ATG站，而是调整HAPS10、20的位置、波束100、200的发散角(波束宽度)等，由此，HAPS10、20的无线中继站以使得在小区形成目标空域40无漏洞地形成有三维小区的方式，形成覆盖小区形成目标空域40的上端面的整体的波束100、200。
此外，由上述HAPS10、20形成的三维小区也可以形成为到达地面或海面，以使得与位于地上或海上的终端装置之间也能够进行通信。
图2是示出实施方式的通信系统所使用的HAPS10的一例的立体图。图2的HAPS10是太阳能飞机类型的HAPS。具备在上表面设置有作为具有太阳能发电功能的太阳能发电部的太阳能发电板(以下称为“太阳能板”。)102且长边方向的两端部侧沿着上方的主机翼部101、以及在主机翼部101的短边方向的一端缘部具备作为总线动力系的推进装置的多个由马达驱动的螺旋桨103。在主机翼部101的下表面的长边方向的2个部位，经由板状的连结部104连结有作为收纳任务设备的多个设备收纳部的吊舱105。在各吊舱105的内部收纳有作为任务设备的无线中继站110、以及电池106。另外，在各吊舱105的下表面侧设置有起飞和着陆时使用的车轮107。由太阳能板102发出的电力蓄积到电池106，利用从电池106供应的电力，对螺旋桨103的马达进行旋转驱动，由无线中继站110执行无线中继处理。
太阳能飞机类型的HAPS10例如能够通过进行盘旋飞行或进行8字型飞行而以升力漂浮，并以按规定的高度停留于水平方向的规定的范围的方式漂浮。此外，太阳能飞机类型的HAPS10在螺旋桨103未被进行旋转驱动时，也能够如滑翔机那样飞翔。例如，能够在白天等通过太阳能板102的发电而电池106的电力有富余时上升到高的位置，在夜晚等无法通过太阳能板102发电时停止从电池106向马达供电而如滑翔机那样飞翔。
图3是示出实施方式的通信系统所使用的HAPS20的另一例的立体图。图3的HAPS20是无人飞艇类型的HAPS，有效载荷大，因此能够搭载大容量的电池。HAPS20具备：飞艇主体201，其填充有用于以浮力进行漂浮的氦气等气体；由马达驱动的螺旋桨202，其作为总线动力系的推进装置；以及设备收纳部203，其收纳任务设备。在设备收纳部203的内部收纳有无线中继站210和电池204。利用从电池204供应的电力，对螺旋桨202的马达进行旋转驱动，由无线中继站210执行无线中继处理。
此外，也可以在飞艇主体201的上表面设置具有太阳能发电功能的太阳能板，将由太阳能板发出的电力蓄积到电池204。
图4是示出实施方式的由多个HAPS10、20在上空形成的无线网络的一例的说明图。多个HAPS10、20以能够在上空相互进行通信(HAPS间通信)的方式构成，形成能够在广大区域内稳定地实现三维化网络的鲁棒性优异的无线通信网络。该无线通信网络也能够作为根据各种环境、各种信息进行动态路由的自组织网络发挥功能。上述无线通信网络能够以具有二维或三维的各种拓扑的方式形成，例如，可以如图4所示的那样是网格型的无线通信网络。
图5是示出实施方式的HAPS10、20的无线中继站110、210的一构成例的框图。图5的无线中继站110、210是转发器类型的无线中继站的例子。无线中继站110、210分别具备：3D小区(三维小区)形成天线部111、收发部112、馈送用天线部113、收发部114、转发器部115、监视控制部116以及电源部117。而且，无线中继站110、210分别具备HAPS间通信部125和波束控制部126。
3D小区形成天线部111具有朝向小区形成目标空域40形成放射状的波束100、200的天线，形成能与终端装置进行通信的三维小区41、42。收发部112具有收发共用器(DUP：DUPlexer)、放大器等，经由3D小区形成天线部111向存在于三维小区41、42的终端装置发送无线信号或从终端装置接收无线信号。
馈送用天线部113具有用于与地上或海上的馈线站70进行无线通信的指向性天线。收发部114具有收发共用器(DUP：DUPlexer)、放大器等，经由3D小区形成天线部111向馈线站70发送无线信号或从馈线站70接收无线信号。
转发器部115对与终端装置之间进行收发的收发部112的信号、以及与馈线站70之间进行收发的收发部114的信号进行中继。转发器部115也可以具有频率转换功能。
监视控制部116例如由CPU和存储器等构成，通过执行预先装入的程序来监视HAPS10、20内的各部的动作处理状况或控制各部。电源部117将从电池106、204输出的电力供应到HAPS10、20内的各部。电源部117也可以具有将由太阳能发电板等发出的电力或从外部供应的电力蓄积到电池106、204的功能。
HAPS间通信部125通过激光、微波等无线通信介质与周边的其它HAPS10、20进行通信。通过该通信，能进行对无人机60等的终端装置与移动通信网80之间的无线通信动态地进行中继的动态路由，并且在任意一个HAPS发生了故障时，其它HAPS作为后备进行无线中继，从而能够提高移动通信系统的鲁棒性。
作为HAPS间通信的无线通信介质，能够使用激光、微波等各种无线通信介质，但也可以根据HAPS所在的高度来选择无线通信介质。例如，在HAPS10、20位于云的影响小的比较高的高度的情况下，可以将激光用于该HAPS间通信。另外，在HAPS10、20位于云的影响大的低高度的情况下，可以将不易受到云的影响的微波用于该HAPS间通信。
波束控制部126对HAPS间通信所使用的激光、微波等的波束的方向和强度进行控制，或者以根据与周边的其它HAPS(无线中继站)之间的相对位置的变化来切换通过激光、微波等的波束进行通信的其它HAPS(无线中继站)的方式进行控制。该控制例如可以基于HAPS自身的位置和姿势、周边的HAPS的位置等来进行。HAPS自身的位置和姿势的信息可以基于集成于该HAPS的GPS接收装置、陀螺仪传感器、加速度传感器等的输出来取得，周边的HAPS的位置的信息可以从设置于移动通信网80的远程控制装置85或其它HAPS管理服务器来取得。
图6是示出实施方式的HAPS10、20的无线中继站110、210的另一构成例的框图。图6的无线中继站110、210是基站类型的无线中继站的例子。此外，在图6中，对与图5同样的构成要素标注相同的附图标记，省略说明。图6的无线中继站110、210分别还具备调制解调器部118，并取代转发器部115而具备基站处理部119。而且，无线中继站110、210分别具备HAPS间通信部125和波束控制部126。
调制解调器部118例如对从馈线站70经由馈送用天线部113和收发部114接收到的接收信号执行解调处理和解码处理，生成向基站处理部119侧输出的数据信号。另外，调制解调器部118对从基站处理部119侧收到的数据信号执行编码处理和调制处理，生成经由馈送用天线部113和收发部114向馈线站70发送的发送信号。
基站处理部119例如具有作为基于遵循LTE/LTE-Advanced的标准规范的方式进行基带处理的e-NodeB的功能。基站处理部119也可以是以遵循第五代或第五代以后的一代接一代等将来的移动通信的标准规范的方式进行处理。
基站处理部119例如对从存在于三维小区41、42的终端装置经由3D小区形成天线部111和收发部112接收到的接收信号执行解调处理和解码处理，生成向调制解调器部118侧输出的数据信号。另外，基站处理部119对从调制解调器部118侧收到的数据信号执行编码处理和调制处理，生成经由3D小区形成天线部111和收发部112向三维小区41、42的终端装置发送的发送信号。
图7是示出实施方式的HAPS10、20的无线中继站110、210的又一构成例的框图。图7的无线中继站110、210是具有边缘计算功能的高功能的基站类型的无线中继站的例子。此外，在图7中，对与图5和图6同样的构成要素标注相同的附图标记，省略说明。图7的无线中继站110、210分别在图6的构成要素的基础上还具备边缘计算部120。
边缘计算部120例如由小型的计算机构成，通过执行预先装入的程序，能够执行与HAPS10、20的无线中继站110、210中的无线中继等相关的各种信息处理。
例如，边缘计算部120基于从存在于三维小区41、42的终端装置接收到数据信号，判定该数据信号的发送目的地，基于其判定结果执行对通信的中继目的地进行切换的处理。更具体地说，在从基站处理部119输出的数据信号的发送目的地为存在于自身的三维小区41、42的终端装置的情况下，不将该数据信号传到调制解调器部118，而是将其返回给基站处理部119而发送到存在于自身的三维小区41、42的发送目的地的终端装置。另一方面，在从基站处理部119输出的数据信号的发送目的地为存在于自身的三维小区41、42以外的其它小区的终端装置的情况下，将该数据信号传到调制解调器部118而发送到馈线站70，经由移动通信网80发送到存在于发送目的地的其它小区的发送目的地的终端装置。
边缘计算部120也可以执行对从存在于三维小区41、42的众多终端装置接收到的信息进行分析的处理。该分析结果也可以发送到存在于三维小区41、42的众多终端装置或发送到移动通信网80的服务器装置等。
经由无线中继站110、210的与终端装置的无线通信的上行链路和下行链路的双工方式不限于特定的方式，例如，可以是时分双工(Time Division Duplex：TDD)方式，也可以是频分双工(Frequency Division Duplex：FDD)方式。另外，经由无线中继站110、210的与终端装置的无线通信的接入方式不限于特定的方式，例如，可以是FDMA(FrequencyDivision Multiple Access：频分多址)方式、TDMA(Time Division Multiple Access：时分多址)方式、CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)方式或OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：正交频分多址)。另外，在上述无线通信中，也可以使用MIMO(多输入多输出：Multi-Input and Multi-Output)技术，上述MIMO技术具有分集编码、发送波束成形、空分复用(SDM：Spatial Division Multiplexing)等功能，通过由收发双方同时利用多个天线，能够增大每单位频率的传输容量。另外，上述MIMO技术可以是1个基站与1个终端装置在同一时刻、同一频率发送多个信号的SU-MIMO(Single-User MIMO：单用户MIMO)技术，也可以是1个基站向多个不同的通信终端装置在同一时刻、同一频率发送信号或多个不同的基站向1个终端装置在同一时刻、同一频率发送信号的MU-MIMO(Multi-User MIMO：多用户MIMO)技术。
图8是示出另一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。此外，在图8中，对于与前述的图1共同的部分标注相同的附图标记，省略其说明。
在图8的实施方式中，HAPS10、20与馈线站70之间的通信是经由人造卫星72来进行的。在该情况下，人造卫星72与馈线站70之间的通信可以通过由微波等电波进行的无线通信来进行，也可以通过使用了激光等的光通信来进行。另外，HAPS10、20与人造卫星72之间的通信也是如此，可以通过由微波等电波进行的无线通信来进行，也可以通过使用了激光等的光通信来进行。
图9是示出再一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图，图10是示出图9的通信系统中的系留型飞艇类型的HAPS21的无线中继站210的一构成例的框图。此外，在图9中，对于与前述的图1共同的部分标注相同的附图标记，省略其说明。另外，在图10中，对于与图5同样的构成要素标注相同的附图标记，省略说明。另外，在图10的无线中继站中，也可以与前述的图6同样，还具备调制解调器部118并取代转发器部115而具备基站处理部119，另外，也可以与图7同样，还具备边缘计算部120。
在图9中，本实施方式的通信系统具备支持大容量多小区的系留型飞艇类型的HAPS(以下称为“系留HAPS”。)21，系留HAPS21包括被从地上延伸的系留索25系留在大都市部的规定高度(例如离地上为5[km]程度为止的高度)的上空区域中的不具有推进力的系留型飞艇。系留HAPS21的有效载荷大(例如为1吨以上)，因此能够搭载大容量的电池，另外，能够用附设于系留索25的电力线缆从地上供应电力，因此能够实现长寿命化。
另外，通过图10的通信线缆部127，能够经由附设于系留索25的包括大容量的光纤等的通信线缆与地上的固定基站等进行通信，因此能够对存在于城市地区的众多终端装置与地上之间的通信进行中继，或者对与构成前述的无线通信网络的多个HAPS之间的通信进行中继。
此外，在图9和图10中，示出了系留HAPS21的漂浮体是飞艇的情况，但系留HAPS的漂浮体也可以是气球。
而且，在本实施方式的通信系统中，多个太阳能飞机型的HAPS10被控制为位于与大都市部相比终端装置的密度较低的郊区部、地方部(或海)的上空来进行飞行。多个HAPS10中的至少一个HAPS10能够与前述的系留HAPS21之间通过不易受到云905的影响的微波等进行无线通信。另外，多个HAPS10的HAPS间通信例如也可以如前述的那样使用激光来进行。这些多个HAPS10能够构建根据郊区部、地方部中无人机60、地上的用户终端等的终端装置的有无或密度、或者时间段等而移动到必要场所的上空来对终端装置的无线通信进行中继的自组织网络。
图11是示出实施方式的将多个太阳能飞机类型的HAPS10和系留型飞艇类型的系留HAPS21配置于日本的上空而成的无线通信网络的一例的情形的说明图。此外，图11图示的是太阳能飞机类型的HAPS10和系留HAPS21的一种配置例，太阳能飞机类型的HAPS10和系留HAPS21的数量和位置不限于图示的配置例。另外，图11示出的是在日本的上空构建了包括多个HAPS(HAPS10和系留HAPS21)的无线通信网络的例子，包括多个HAPS的无线通信网络也可以构建于日本以外的日本国外的上空，且也可以构建于横跨日本与日本国外的区域的上空，还可以构建于海的上空。
在图11中，在北海道地区、东北地区、关东甲信越地区、中部北陆近畿地区和九州地区的大都市部(札幌、仙台、东京、大阪、福冈)的上空，以系留的方式配置有支持大容量多小区的系留型飞艇类型的系留HAPS21。多个太阳能飞机类型的HAPS10以填补系留HAPS21的方式飞行在位于这些多个大都市部的系留HAPS21之间的郊区部、地方部的上空。另外，在图示的例子中，在孤岛的冲绳的上空也以系留的方式配置有系留HAPS21。通过这些多个太阳能飞机类型的HAPS10和系留HAPS21，包括三维的网格型等的拓扑的无线通信网络被构建于日本的上空。通过该日本上空的无线通信网络，在第五代移动通信等之中能够在广大区域内稳定地实现在与包括面向IoT的设备在内的终端装置之间的无线通信中传播延迟低，能与广范围的众多终端同时连接并能高速进行通信且每单位面积的系统容量大的三维化网络。特别是，通过以包括三维的网格型等的拓扑的无线通信网络来构建，能够提高上述的三维化网络的鲁棒性。
图12是示出又一实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。此外，在图12中，对于与前述的图9共同的部分标注相同的附图标记，省略其说明。
在图12的实施方式中，HAPS10及系留HAPS21与移动通信网80的核心网络之间的通信是经由馈线站70和人造卫星72来进行的。在该情况下，人造卫星72与馈线站70之间的通信可以通过基于微波等电波的无线通信来进行，也可以通过使用了激光等的光通信来进行。另外，HAPS10、21与人造卫星72之间的通信也是如此，可以通过基于微波等电波的无线通信来进行，也可以通过使用了激光等的光通信来进行。
此外，本说明书中说明的处理工序以及无线中继装置的无线中继站、馈线站、远程控制装置、终端装置(用户装置、移动台、通信终端)和基站中的基站装置的构成要素能够通过各种各样的手段来实现。例如，这些工序和构成要素可以通过硬件、固件、软件或者它们的组合来实现。
关于硬件实现，在实体(例如，无线中继站、馈线站、基站装置、无线中继站装置、终端装置(用户装置、移动台、通信终端)、远程控制装置、硬盘驱动器装置或光盘驱动器装置)中为了实现上述工序和构成要素而使用的处理单元等手段可以在1个或者多个特定用途IC(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子设备、设计成执行本说明书中说明的功能的其它电子单元、计算机或者它们的组合之中实现。
另外，关于固件和/或软件实现，为了实现上述构成要素而使用的处理单元等手段可以由执行本说明书中说明的功能的程序(例如，过程(Procedure)、函数、模块、指令等的代码)来实现。一般而言，有形地体现固件和/或软件的代码的任意的计算机/处理器可读取的介质也可以用于为了实现本说明书中说明的上述工序和构成要素而使用的处理单元等手段的实现。例如，固件和/或软件代码也可以在例如控制装置中、存储于存储器，由计算机、处理器来执行。该存储器可以实现在计算机、处理器的内部，或者也可以实现在处理器的外部。另外，固件和/或软件代码例如也可以存储在如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、闪存、软(注册商标)盘、光盘(CD)、数字多功能磁盘(DVD)、磁或光数据存储装置等这样的计算机、处理器可读取的介质中。该代码可以由1个或者多个计算机、处理器执行，另外，也可以使计算机、处理器执行本说明书中说明的功能性的某一方面。
另外，本说明书中公开的实施方式的说明是为了使本领域技术人员能制造或者使用本发明而提供的。对本领域技术人员而言，对本发明的各种各样的修正是显而易见的，本说明书中定义的一般性原理无需脱离本发明的宗旨或者范围就能应用于其它变型。因此，本发明不限于本说明书中说明的例子和设计，应认为其范围是与本说明书中公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
附图标记说明
10、11、12 HAPS(太阳能飞机类型)
20 HAPS(飞艇类型)
21 HAPS(系留型飞艇类型)
25 供电用飞艇
30 ATG站
40 小区形成目标空域
41、42、43 三维小区
50 HAPS所在的空域
60 无人机
65 飞机
70 馈线站
72 人造卫星
75 微波供电站
80 移动通信网
85 远程控制装置
86 服务器装置
100、200、300 波束
101 主机翼部
102 太阳能板(太阳能发电板)
103 螺旋桨
104 连结部
105 吊舱
106 电池
107 车轮
108 受电用吊舱
110、210 无线中继站
111 三维(3D)小区形成天线部
112 收发部
113 馈送用天线部
114 收发部
115 转发器部
116 监视控制部
117 电源部
118 调制解调器部
119 基站处理部
120 边缘计算部
125 HAPS间通信部
126 波束控制部
127 通信线缆部。

Claims (16)

1.一种通信系统，
是具备对地上基站与终端装置的无线通信进行中继的多个无线中继站的通信系统，其特征在于，
上述多个无线中继站包含设置于第1漂浮体并能相互进行通信的多个第1无线中继站，上述第1漂浮体为了在与地面或海面之间的规定的小区形成目标空域形成三维小区而通过自主控制或来自外部的控制被控制为位于高度为100[km]以下的漂浮空域。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
上述第1漂浮体是太阳能飞机，上述太阳能飞机具备设置有发出对上述第1无线中继站供应的电力的太阳能发电板的机翼、以及设置于上述机翼的可旋转驱动的螺旋桨。
3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于，
上述多个无线中继站包含设置于第2漂浮体并对上述多个第1无线中继站与上述地上基站的通信进行中继的第2无线中继站，上述第2漂浮体为了在与地面或海面之间的规定的小区形成目标空域形成三维小区而以位于高度为100[km]以下的漂浮空域的方式系留在地上或海上。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，
上述第2漂浮体是飞艇，上述飞艇具备对上述第2无线中继站供应电力的电池。
5.根据权利要求3或4所述的通信系统，其特征在于，
上述第2无线中继站与上述地上基站的通信是以有线方式进行的通信，
上述第2无线中继站与上述第1无线中继站的通信是使用了微波的通信。
6.根据权利要求3至5中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
上述第2漂浮体以位于大都市部的上空的方式系留，
上述第1漂浮体被控制为位于与上述大都市部相比终端装置的密度较低的郊区部、地方部或海的上空。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
上述多个无线中继站形成包括二维或三维的网格型拓扑的无线通信网络。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
在上述多个无线中继站中的任意一个无线中继站发生了故障时，其它无线中继站作为后备进行无线中继。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
上述多个第1无线中继站间的通信是使用了激光的无线通信。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，
上述多个第1无线中继站分别根据与周边的其它第1无线中继站之间的相对位置的变化来控制上述激光的方向和强度。
11.根据权利要求9或10所述的通信系统，其特征在于，
上述多个第1无线中继站分别以根据与周边的其它第1无线中继站之间的相对位置的变化来切换通过上述激光进行通信的其它第1无线中继站的方式进行控制。
12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
上述多个第1无线中继站分别以在夜间的时间段使上述激光的强度下降的方式进行控制。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
具备对设置于上述第1漂浮体的第1无线中继站的位置、由该第1无线中继站形成的波束的方向和扩展角度进行控制的远程控制装置。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
上述小区形成目标空域的高度为10[km]以下。
15.根据权利要求14所述的通信系统，其特征在于，
上述小区形成目标空域的高度为50[m]以上1[km]以下。
16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的通信系统，其特征在于，
设置有上述第1无线中继站的第1漂浮体位于高度为11[km]以上和50[km]以下的平流层。
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