JP2018098555A - 無給電中継装置及び無線中継システム - Google Patents

Abstract

【課題】中継信号処理用の電源が不要であり、基地局のアンテナとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲でユーザ装置による基地局との無線通信が可能になる無給電中継装置及び無線中継システムを提供する。【解決手段】基地局とユーザ装置との間の無線通信を中継する無給電中継装置１０は、無線通信に用いられる電波を反射する導電性材料からなる球面状の電波反射部を有し空中配置用の気体を内部に充填可能な気球１１と、気球１１を係留して支持する気球支持部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、無給電中継装置及び無線中継システムに関するものである。

従来、基地局のアンテナとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する災害地、不感地、山岳エリア、海上エリアなどの弱電界エリアにおいてユーザ装置（移動局）による無線通信ができるように無線中継を行う無線中継システムが知られている。
例えば、中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有する中継局を係留気球に搭載したシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
また、マイクロ波の無線中継システムとして反射板を固定配置したものが知られている。

しかしながら、前記中継局を係留気球に搭載したシステムでは、係留気球に搭載される中継局に中継信号処理用の電源が必要である。また、前記反射板を固定配置したシステムでは、反射板で電波が反射される特定の方向にしか中継効果がなく、移動通信のような広いエリアに位置するユーザ装置に対する無線通信の中継には適さない。

本発明の一態様に係る無給電中継装置は、基地局とユーザ装置との間の無線通信を中継する無給電中継装置であって、前記無線通信に用いられる電波を反射する導電性材料からなる球面状の電波反射部を有し空中配置用の気体を内部に充填可能な気球と、前記気球を係留して支持する気球支持部と、を備える。
ここで、前記電波反射部での電波の反射は、電波の正反射若しくは電波の散乱による反射でもよく、その電波の正反射及び散乱による反射の両方を含んでもよい。また、基地局とユーザ装置との間の無線通信は双方向の無線通信でもよいし、放送電波などの単方向の無線通信であってもよい。
前記無給電中継装置において、前記電波反射部は、露出した状態又は保護層で保護された状態で前記気球に設けられていてもよい。
また、前記無給電中継装置において、前記電波反射部の表面は、真球面状に形成されていてもよく、また、複数の平面が配置された多面体表面形状であってもよい。
また、前記無給電中継装置において、前記電波反射部は、その電波反射部で受けた電波を再放射するためのスロット状又はスリット状の開口を有してもよい。
また、前記無給電中継装置において、前記気球の直径は、前記無線通信に用いられる電波の波長の５倍以上であってもよい。
また、前記無給電中継装置において、前記気球は、前記基地局のアンテナとの間に前記電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアの上方であって前記基地局のアンテナとの間の電波の見通し伝搬が可能な高所空間に配置されてもよい。
また、前記無給電中継装置において、前記基地局は移動通信システムの基地局であり、前記ユーザ装置は移動通信システムの移動局であってもよい。また、前記無給電中継装置において、前記基地局は放送送信局であり、前記ユーザ装置は放送受信装置であってもよい。

また、本発明の他の態様に係る無線中継システムは、基地局とユーザ装置との間の無線通信を中継する無線中継システムであって、前記いずれかの無給電中継装置と、前記基地局のアンテナとの間に前記電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアに設置され、前記気球と前記ユーザ装置との間の無線通信を中継する周波数変換型の無線中継装置と、を備える。
前記無線中継システムにおいて、前記周波数変換型の無線中継装置は、前記気球側との電波の送受信に用いるアンテナが前記気球側の向くように前記アンテナを制御する追尾型アンテナ制御手段を備えてもよい。
また、前記無線中継システムにおいて、前記周波数変換型の無線中継装置は、前記気球側との電波の送受信に用いるアンテナとして、前記気球と対向するように設けられた平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを備えてもよい。
また、前記無線中継システムにおいて、前記周波数変換型の無線中継装置は、周波数変換後の電波を前記気球で反射させて前記ユーザ装置と無線通信してもよい。
また、前記無線中継システムにおいて、前記周波数変換型の無線中継装置は、前記基地局のアンテナとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリア又はその上空に移動可能な移動体に設けられ、前記移動体から前記気球を係留してもよい。
また、前記無線中継システムにおいて、前記周波数変換型の無線中継装置は、移動通信システムの基地局であり、通常の基地局に割り当てられるセル識別情報から独立した緊急時用のセル識別情報が割り当てられていてもよい。

本発明によれば、中継信号処理用の電源が不要であり、基地局のアンテナとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲でユーザ装置による基地局との無線通信が可能になる。

本発明の一実施形態に係る無給電中継装置を備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 弱電界エリアの上空に位置する受動反射・散乱型の無給電中継装置の一例を示す正面図。 （ａ）は内部に気体が充填された気球の一例を示す部分断面側面図。（ｂ）は内部に気体が充填された気球の一例を示す底面図。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ気球の外袋の断面構造の一例を示す断面図。 他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無給電中継装置を備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
図１において、本実施形態に係る移動通信システムは、マクロセル基地局などの基地局２０とユーザ装置としての移動局３０との間の無線通信を中継する受動反射・散乱型の無給電中継装置（レピータシステム）１０を備える。無給電中継装置１０は、基地局２０と移動局３０との間の無線通信に用いられる電波を反射する導電性材料からなる球面状の電波反射部を有し空中配置用の気体を内部に充填可能な気球（「係留気球」ともいう。）１１と、気球１１を係留して支持する気球支持部１５と、を備える。気球１１の球面状の電波反射部での電波の反射は、電波の正反射若しくは電波の散乱による反射でもよく、その電波の正反射及び散乱による反射の両方を含んでもよい。

気球１１は、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に無線通信の電波の見通し伝搬の障害になる山９０や高層ビルディングなどの障害物が存在する災害地、災害地、不感地、山岳エリア、海上エリアなどの弱電界エリアの上空であって基地局２０のアンテナ２０ａからの無線通信の電波が届く高さＨ（例えば、５０ｍ〜１００ｍ）に配置されるように、気球支持部１５のアンカーベース１５０から上空に延びた係留索（主係留索）１５１で係留されて支持される。気球１１には、中継信号処理用の処理装置及びその処理装置に電力を供給する電源を備えていない。なお、アンカーベース１５０は、係留索（主係留索）１５１の下端を固定して気球１１を係留できるものであればよく、形状や大きさなどは特定のものに限定されない。また、気球１１を海上の上空に配置する場合、アンカーベース１５０は海上のブイや船舶などに設けてもよい。

図１において、基地局２０と弱電界エリアに位置する移動局３０との間では、電波の見通し伝搬による無線通信することができないが気球１１による電波の反射を介した無線通信が可能である。例えば、基地局２０のアンテナ２０ａから送信され弱電界エリアの上空に到達した移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_１）は、気球１１の導電性材料からなる球面状の電波反射部により弱電界エリアに向けて広範囲に反射されるため、弱電界エリアに位置する移動局３０に届く。また、弱電界エリアの移動局３０から上空に向けて送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_１）は、気球１１の導電性材料からなる球面状の電波反射部により基地局２０の方向にも反射され、基地局２０のアンテナ２０ａに届く。このように本実施形態の無給電中継装置（レピータシステム）１０は、中継信号処理用の電源が不要であり、原理的に送受信双方向（ダウンリンク、アップリンク）の回線に同時に適用できる。

図２は、弱電界エリアの上空に位置する受動反射・散乱型の無給電中継装置１０の一例を示す正面図である。図３（ａ）は内部に気体が充填された気球１１の一例を示す部分断面側面図であり、図３（ｂ）は内部に気体が充填された気球１１の一例を示す底面図である。

無給電中継装置１０は、気球１１と、気球支持部１５の第１〜第３係留索１５２及び主係留索１５１とを有する。

気球１１は、外袋１１２と、ヘリウム収納袋１１３と、空気収納袋１１４と、３つの係留索取付け部１１１とを有する。気球１１は、ヘリウム収納袋１１３及び空気収納袋１１４と外袋１１２との二重構造となっているので、外袋１１２は、ガスバリア性を有する材料で形成される必要はない。外袋１１２は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される。ヘリウム収納袋１１３は、ヘリウムを充填する袋であり、外袋１１２と比較して強度及び耐久性が低く且つ軽量な材料により形成される。例えば、ヘリウム収納袋１１３は、プラスチックフィルムを溶着することにより形成される。空気収納袋１１４は、外袋１１２と比較して強度及び耐久性が低く且つ軽量な材料により形成される。空気収納袋１１４は、ヘリウム収納袋１１３と同様に、プラスチックフィルムを溶着することにより形成される。

気球１１は、ヘリウム収納袋１１３にヘリウムが充填され且つ空気収納袋１１４に空気が充填されているとき、球状の形状を有する。気球１１の気体充填時の表面形状は、電波の反射・散乱特性の対称性を考慮して真球面状でもよいし、一定の広範囲に電波を反射・散乱するものであれば他の面形状であってもよい。例えば、気球１１の面形状は、複数の平面が配置された多面体表面形状であってもよい。また、気球１１の直径は、無線通信に用いられる電波の波長に比べて十分に大きい３ｍ〜５ｍ程度の直径であり、例えば反射・散乱対象の電波の５倍以上である。

３つの係留索取付け部１１１は、例えば正面から見たときに直径に沿うように気球１１の表面に配置される。３つの係留索取付け部１１１のそれぞれは、第１〜第３係留索１５２の何れか１つの一端に接続される。

図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ気球１１の表面部である外袋１１２の断面構造の一例を示す断面図である。
図４（ａ）の外袋１１２は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料からなるベース層１１２ａと、そのベース層１１２ａの外面側に設けられた球面状の電波反射部としての導電性層１１２ｂとを有する。導電性層１１２ｂは、例えば、ベース層１１２ａの外面に金属製箔を貼り付けたり、導電性塗料を塗布したりすることにより形成することができる。図４（ｂ）の外袋１１２は、ベース層１１２ａ上に設けた導電性層１１２ｂの腐食などの劣化を防止する保護膜層１１２ｃを、導電性層１１２ｂの外面側に設けた構成例である。また、図４（ｃ）の外袋１１２は、ベース層１１２ａの内面側に導電性層１１２ｂを設けた構成例である。また、図４（ｄ）の外袋１１２は、ベース層１１２ａの内面側に設けた導電性層１１２ｂの腐食などの劣化を防止する保護膜層１１２ｃを、導電性層１１２ｂの内面側に設けた構成例である。

なお、図４（ａ）〜（ｄ）の外袋１１２の導電性層１１２ｂは、基地局２０や移動局３０からの電波を受けたときに、その電波を再放射して実質的に電波の反射・散乱の効果を高めるスロット状又はスリット状の開口を有してもよい。

また、電波の反射・散乱の効果を高めるために、気球１１に接続される第１〜第３係留索１５２の一部又は全部を導電性材料で形成してもよい。更に、電波の反射・散乱の効果を高めるために、第１〜第３係留索１５２が接続される主係留索１５１の一部又は全部を導電性材料で形成してもよい。

以上、図１〜図４の実施形態に係る無線通信装置によれば、中継信号処理用の電源が不要であり、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。特に、図１の実施形態では、気球１１により直接反射・散乱された電波がそのまま基地局２０や移動局３０に到達するので、移動局３０が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を気球１１の反射・散乱により中継することができる。

図５は、他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。なお、図５において前述の図１と共通する部分については同じ符号を付し説明を省略する。

図５の無線中継システムは、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合に適したものであり、前述の気球１１を有する受動反射・散乱型の無給電中継装置（レピータシステム）１０と、気球１１と移動局３０との間の無線通信を中継する周波数変換型の無線中継装置である地上中継装置（地上中継局）４０とを備える。地上中継装置４０は、気球１１側と電波を送受信するための第１アンテナ４０ａと、移動局３０側と電波を送受信するための第２アンテナ４０ｂとを備える。

地上中継装置４０は、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる山９０や高層ビルディングなどの障害物が存在する弱電界エリアであって気球１１の直下に設置される。なお、図５の構成例では、気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースとして地上中継装置４０を兼用しているが、地上中継装置４０の近傍に、前述の図１の構成例と同様に気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースを別途設けてもよい。

地上中継装置４０は、気球１１側と送受信する電波の周波数ｆ_１，Ｆ_１と、移動局３０との間で送受信する電波の周波数ｆ_２，Ｆ_２とが互いに異なるように周波数変換を行うとともに信号の増幅を行う。これにより、気球１１側と送受信する電波と移動局３０との間で送受信する電波との間の電波の回り込みによる自己干渉を防止している。

図５の無線中継システムを備えた移動通信システムにおいて、例えば、基地局２０のアンテナ２０ａから送信され弱電界エリアの上空に到達した移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_１）は、気球１１により弱電界エリアの地上中継装置４０に向けて反射される。気球１１からの電波を受けた地上中継装置４０は、周波数を受信側のＦ_１と異なるＦ_２に変換して信号を増幅し、移動局３０が位置する弱電界エリアに向けて送信する。また、弱電界エリアの移動局３０から送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_２）は地上中継装置４０で受信される。移動局３０からの電波を受けた地上中継装置４０は、周波数をｆ_１に変換して信号を増幅し、気球１１に向けて送信する。地上中継装置４０から送信された周波数ｆ_１の電波は、気球１１により基地局２０の方向に反射され、基地局２０のアンテナ２０ａに届く。ここで、周波数Ｆ_１と周波数Ｆ_２との間の変換及び周波数ｆ_１と周波数ｆ_２との間の変換はそれぞれ、当該移動通信システムを運営する通信事業者（オペレータ）に対して割り当てられた通信帯域内で行われる。また、周波数ｆ_１，Ｆ_１で使用される通信方式と周波数ｆ_２，Ｆ_２で使用される通信方式とが異なる場合、地上中継装置４０は周波数の変換とともに通信方式の変換を行ってもよい。

以上、図５の実施形態に係る無線中継システムによれば、気球１１に中継信号処理用の電源が不要であり、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。特に、本実施形態の無線中継システムによれば、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合においても、移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。

なお、図５の実施形態に係る無線中継システムにおいて、地上中継装置４０は、気球１１側と電波を送受信するための第１アンテナ４０ａとして、気球１１と対向するように設けられた平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを用い、気球１１を適応的に追尾してＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナが常に気球１１に向くように制御する追尾型アンテナ制御手段としてのアンテナ制御機構を備えてもよい。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナは、ビームフォーミングにより気球１１との間で電波を送受信するように地上中継装置４０に設けられた多数の（例えば１００個以上の）アンテナ素子からなるアンテナである。この平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナと追尾型アンテナ制御機構とを組み合わせた構成により、被災地などの大規模運用において、地上中継装置４０に対して気球１１が相対的に動くような場合でも、地上中継装置４０の高機能化により安定した通信品質を保証できる。

また、地上中継装置４０の移動局３０側と電波を送受信するための第２アンテナ４０ｂについても、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを用いてもよい。

また、図５の実施形態に係る無線中継システムにおいて、地上中継装置４０は、複数の移動通信事業者の通信方式及び周波数を同時に運用可能に構成してもよい。この場合は、移動局３０が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を気球１１の反射・散乱により中継することができる。

図６は、更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。なお、図６において前述の図１、５と共通する部分については同じ符号を付し説明を省略する。

図６の無線中継システムは、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合に適したものであり、前述の気球１１を有する受動反射・散乱型の無給電中継装置（レピータシステム）１０を備える。更に、本実施形態の無線中継システムは、気球１１と移動局３０との間の無線通信を中継する周波数変換型の無線中継装置として、固定型の地上中継装置ではなく、移動体に組み込まれた移動型無線中継局５０を備える。図６の構成例では、移動型無線中継局５０が自動車５１に組み込まれた場合の例であるが、移動型無線中継局５０が組み込まれる移動体は、道路を走行する自動車以外の車両、線路上を走行する鉄道車両、航空機、又は、河川上若しくは海上の船舶などであってもよい。移動型無線中継局５０が組み込まれる移動体は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプターであってもよい。

移動型無線中継局５０の本体である無線中継装置は例えば自動車５１のトランクの中、ダッシュボードの内部、シートの下側などに設置される。移動型無線中継局５０の無線中継装置は、自装置内に電源（バッテリー）を備えてもよいが、自動車５１側のバッテリーから電力の供給を受けてもよい。移動型無線中継局５０は、気球１１側と電波を送受信するための第１アンテナ５０ａと、移動局３０側と電波を送受信するための第２アンテナ５０ｂとを備える。

移動型無線中継局５０は、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる山９０や高層ビルディングなどの障害物が存在する弱電界エリアに移動可能である。なお、図６の構成例では、気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースとして移動体５１を兼用しているが、前述の図１の構成例と同様に気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースを別途設けてもよい。

移動型無線中継局５０は、気球１１側と送受信する電波の周波数ｆ_１，Ｆ_１と、移動局３０との間で送受信する電波の周波数ｆ_２，Ｆ_２とが互いに異なるように周波数変換を行うとともに信号の増幅を行う。これにより、気球１１側と送受信する電波と移動局３０との間で送受信する電波との間の電波の回り込みによる自己干渉を防止している。

図６の無線中継システムを備えた移動通信システムにおいて、例えば、基地局２０のアンテナ２０ａから送信され弱電界エリアの上空に到達した移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_１）は、気球１１により弱電界エリアの移動型無線中継局５０に向けて反射される。気球１１からの電波を受けた移動型無線中継局５０は、周波数を受信側のＦ_１と異なるＦ_２に変換して信号を増幅し、移動局３０が位置する弱電界エリアに向けて送信する。また、弱電界エリアの移動局３０から送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_２）は移動型無線中継局５０で受信される。移動局３０からの電波を受けた移動型無線中継局５０は、周波数をｆ_１に変換して信号を増幅し、気球１１に向けて送信する。移動型無線中継局５０から送信された周波数ｆ_１の電波は、気球１１により基地局２０の方向に反射され、基地局２０のアンテナ２０ａに届く。ここで、周波数Ｆ_１と周波数Ｆ_２との間の変換及び周波数ｆ_１と周波数ｆ_２との間の変換はそれぞれ、当該移動通信システムを運営する通信事業者（オペレータ）に対して割り当てられた通信帯域内で行われる。また、周波数ｆ_１，Ｆ_１で使用される通信方式と周波数ｆ_２，Ｆ_２で使用される通信方式とが異なる場合、地上中継装置４０は周波数の変換とともに通信方式の変換を行ってもよい。

以上、図６の実施形態に係る無線中継システムによれば、気球１１に中継信号処理用の電源が不要であり、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。特に、本実施形態の無線中継システムによれば、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合においても、移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。

なお、図６の実施形態に係る無線中継システムにおいて、移動型無線中継局５０は、気球１１側と電波を送受信するための第１アンテナ５０ａとして、気球１１と対向するように設けられた平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを用い、気球１１を適応的に追尾してＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナが常に気球１１に向くように制御する追尾型アンテナ制御機構を備えてもよい。この平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナと追尾型アンテナ制御機構とを組み合わせた構成により、被災地などの大規模運用において、移動型無線中継局５０に対して気球１１が相対的に動くような場合でも、移動型無線中継局５０の高機能化により安定した通信品質を保証できる。

また、移動型無線中継局５０の移動局３０側と電波を送受信するための第２アンテナ５０ｂについても、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを用いてもよい。

また、図６の実施形態に係る無線中継システムにおいて、移動型無線中継局５０は、複数の移動通信事業者の通信方式及び周波数を同時に運用可能に構成してもよい。この場合は、移動局３０が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を気球１１の反射・散乱により中継することができる。

図７は、更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。なお、図７において前述の図１、５、６と共通する部分については同じ符号を付し説明を省略する。

図７の無線中継システムを備えた移動通信システムにおいて、例えば、基地局２０のアンテナ２０ａから送信され弱電界エリアの上空に到達した移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_１）は、気球１１により弱電界エリアの移動型無線中継局５０に向けて反射される。気球１１からの電波を受けた移動型無線中継局５０は、周波数を受信側のＦ_１と異なるＦ_２に変換して信号を増幅し、気球１１に向けて送信する。周波数変換後のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_２）は、気球１１により移動局３０が位置する弱電界エリアに向けて反射される。また、弱電界エリアの移動局３０から送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_２）は気球１１により移動型無線中継局５０に向けて反射される。気球１からの電波を受けた移動型無線中継局５０は、周波数をｆ_１に変換して信号を増幅し、気球１１に向けて送信する。移動型無線中継局５０から送信された周波数ｆ_１の電波は、気球１１により基地局２０の方向に反射され、基地局２０のアンテナ２０ａに届く。ここで、周波数Ｆ_１と周波数Ｆ_２との間の変換及び周波数ｆ_１と周波数ｆ_２との間の変換はそれぞれ、当該移動通信システムを運営する通信事業者（オペレータ）に対して割り当てられた通信帯域内で行われる。また、周波数ｆ_１，Ｆ_１で使用される通信方式と周波数ｆ_２，Ｆ_２で使用される通信方式とが異なる場合、地上中継装置４０は周波数の変換とともに通信方式の変換を行ってもよい。

以上、図７の実施形態に係る無線中継システムによれば、気球１１に中継信号処理用の電源が不要であり、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。特に、本実施形態の無線中継システムによれば、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合においても、移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。また、気球１１を、基地局２０と移動型無線中継局５０との間で送信される電波（周波数：Ｆ_１、ｆ_１）の反射・散乱と、移動局３０と移動型無線中継局５０との間で送信される電波（周波数：Ｆ_２、ｆ_２）の反射・散乱とに共用することができる。

また、図７の実施形態に係る無線中継システムにおいて、移動型無線中継局５０は、複数の移動通信事業者の通信方式及び周波数を同時に運用可能に構成してもよい。この場合は、移動局３０が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を気球１１の反射・散乱により中継することができる。

図８は、更に他の実施形態に係る無線中継システムを備えた移動通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。本実施形態の無線中継システムを備えた移動通信システムは、複数の山９１で囲まれた山岳エリアで遭難した遭難者を捜索する遭難者捜索システムとして用いることができる。なお、図８において前述の図１、５、６、７と共通する部分については同じ符号を付し説明を省略する。

図８の無線中継システムは、前述の気球１１を有する受動反射・散乱型の無給電中継装置（レピータシステム）１０を備えるともに、気球１１と移動局３０との間の無線通信を中継する周波数変換型の無給電中継装置として、移動体に組み込まれた移動型基地局６０を備える。図８の構成例では、移動型基地局６０が自動車６１に組み込まれた場合の例であるが、移動型基地局６０が組み込まれる移動体は、道路を走行する自動車以外の車両、航空機や遠隔操縦可能な小型のヘリコプターであってもよい。

移動型基地局６０は、通常の公共広域通信網である移動通信網から独立した緊急用のセルＩＤ（例えば物理セル識別情報：ＰＣＩ）が割り当てられているとともに、複数の移動通信事業者の通信方式及び周波数を同時に運用可能になっている。従って、遭難者の移動局３１、３２が加入している移動通信事業者の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を中継することができる。

移動型基地局６０の本体である基地局装置は例えば自動車６１のトランクの中、ダッシュボードの内部、シートの下側などに設置される。移動型基地局６０の基地局装置は、自装置内に電源（バッテリー）を備えてもよいが、自動車６１側のバッテリーから電力の供給を受けてもよい。移動型基地局６０は、気球１１側と電波を送受信するためのアンテナ６０ａを備える。

移動型基地局６０は、山岳エリアなどの弱電界エリアに移動可能である。なお、図８の構成例では、気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースとして移動体６１を兼用しているが、前述の図１の構成例と同様に気球１１を係留して支持する気球支持部１５のアンカーベースを別途設けてもよい。

図８において、基地局２０と弱電界エリアに位置する遭難者の移動局３１、３２との間では、電波の見通し伝搬による無線通信することができないが気球１１による電波の反射を介した無線通信が可能である。例えば、基地局２０のアンテナ２０ａから送信され弱電界エリアの上空に到達した移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_１）は、気球１１により弱電界エリアである山岳エリアに向けて広範囲に反射されるため、山岳エリアで遭難した遭難者の移動局３１、３２に届く。また、山岳エリアの遭難者の移動局３１、３２から上空に向けて送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_１）は、気球１１により基地局２０の方向にも反射され、基地局２０のアンテナ２０ａに届く。

また、移動型基地局６０は、有線又は無線の通信回線により、公共広域通信網である移動通信網のコアネットワークに接続されている。従って、弱電界エリアの上空での基地局２０からの到来電波が十分な強度を有していない場合には、次のように山岳エリアの遭難者の移動局３１、３２は、移動型基地局６０を介して移動通信網に接続することができる。例えば、移動型基地局６０のアンテナ６０ａから送信された移動通信のダウンリンクの電波（周波数：Ｆ_ｅ）は、気球１１により周辺の山岳エリアの全域に向けて広範囲に反射されるため、山岳エリアで遭難した遭難者の移動局３１、３２に届く。また、山岳エリアの遭難者の移動局３１、３２から上空に向けて送信された移動通信のアップリンクの電波（周波数：ｆ_ｅ）は、気球１１により移動型基地局６０の方向にも反射され、移動型基地局６０のアンテナ６０ａに届く。ここで、移動型基地局６０の通信方式及び周波数（Ｆ_ｅ，ｆ_ｅ）については、前述のように複数の移動通信事業者の通信方式及び周波数を同時に運用可能になっている。

以上、図８の実施形態に係る無線中継システムによれば、気球１１に中継信号処理用の電源が不要であり、基地局２０のアンテナ２０ａとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で移動局３０による基地局２０との無線通信が可能になる。特に、本実施形態の無線中継システムによれば、遭難者の移動局３１、３２が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を気球１１の反射・散乱と移動型基地局６０とにより中継することにより、複数の移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数で同時運用できるので、捜索活動の効率化を図ることができる。

なお、図８の実施形態に係る無線中継システムにおいて、移動型基地局６０は、気球１１側と電波を送受信するための第１アンテナ６０ａとして、気球１１と対向するように設けられた平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを用い、気球１１を適応的に追尾してＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナが常に気球１１に向くように制御する追尾型アンテナ制御機構を備えてもよい。この平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナと追尾型アンテナ制御機構とを組み合わせた構成により、山岳エリアなどでの大規模運用において、移動型基地局６０に対して気球１１が相対的に動くような場合でも、移動型基地局６０の高機能化により安定した通信品質を保証できる。

また、上記各実施形態では、上記弱電界エリアの上空に単一の気球１１を係留して配置した例を示したが、複数の気球１１を係留して配置してもよい。例えば図９に例示するように上記弱電界エリアの上空の互いに異なる複数の位置（図９の例では３箇所）のそれぞれに気球１１を配置してもよい。このように上記弱電界エリアの上空に複数の気球１１を係留して配置することにより、複数の気球によるＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple Output）効果あるいはダイバーシティ効果を持たせることができる。この効果により、例えば、上記弱電界エリア内に分布して位置する複数の移動局３０それぞれについて、基地局２０との無線通信の中継時における気球１１に対する電波の入射方向と反射方向との角度（入射角＋反射角）を小さくすることができ、気球１１による電波の反射・散乱の強度の低下を抑制できる。従って、上記弱電界エリアの全域にわたって気球１１を介した基地局２０と移動局３０との通信品質を高めることができる。特に、複数の気球１１の配置は、上記弱電界エリアが広い場合に効果的である。また、複数の気球１１を配置する場合、基地局２０のアンテナ２０ａから見て複数の気球１１が互いに重ならないように配置し、複数の気球１１のいずれかと基地局２０のアンテナ２０ａとの間の電波の伝搬を他の気球１１が遮らないようしてもよい。また、図９の実施形態では、図１の実施形態と同様に、複数の気球１１それぞれにより直接反射・散乱された電波がそのまま基地局２０や移動局３０に到達するので、移動局３０が加入している移動通信事業者（オペレータ）の通信方式及び周波数にかかわらず移動通信システムの無線通信を各気球１１の反射・散乱により中継することができる。

また、上記各実施形態では、移動通信システムの基地局２０、６０と移動局３０、３１、３２との間の無線通信の電波を中継する場合について説明したが、本発明は、基地局としての放送送信局とユーザ装置としてのテレビ受像装置などの放送受信装置との間の放送電波を中継する場合にも同様に適用することができる。この場合は、放送送信局のアンテナとの間に放送電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアにおいて従来の反射板を用いた場合よりも広い範囲で放送受信装置による放送電波の受信が可能になる。

なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線中継装置及び基地局における基地局装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、基地局装置、無線中継装置、ユーザ装置（移動局、通信端末）、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ 無給電中継装置
１１ 気球（係留気球）
１５ 気球支持部
１５０ アンカーベース
１５１ 係留索（主係留索）
２０ 基地局
２０ａ アンテナ
３０ 移動局
４０ 地上中継装置（地上中継局）
４０ａ 第１アンテナ
４０ｂ 第２アンテナ
５０ 移動型無線中継局
５０ａ 第１アンテナ
５０ｂ 第２アンテナ
６０ 移動型基地局
６０ａ アンテナ

特開２０１６−００２９７３号公報

Claims (15)

1. 基地局とユーザ装置との間の無線通信を中継する無給電中継装置であって、
   前記無線通信に用いられる電波を反射する導電性材料からなる球面状の電波反射部を有し空中配置用の気体を内部に充填可能な気球と、
   前記気球を係留して支持する気球支持部と、を備えることを特徴とする無給電中継装置。
2. 請求項１の無給電中継装置において、
   前記電波反射部は、露出した状態又は保護層で保護された状態で前記気球に設けられていることを特徴とする無給電中継装置。
3. 請求項１又は２の無給電中継装置において、
   前記電波反射部の表面は、真球面状に形成されていることを特徴とする無給電中継装置。
4. 請求項１又は２の無給電中継装置において、
   前記電波反射部の表面は、複数の平面が配置された多面体表面形状であることを特徴とする無給電中継装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの無給電中継装置において、
   前記電波反射部は、その電波反射部で受けた電波を再放射するためのスロット状又はスリット状の開口を有することを特徴とする無給電中継装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかの無給電中継装置において、
   前記気球の直径は、前記無線通信に用いられる電波の波長の５倍以上であることを特徴とする無給電中継装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかの無給電中継装置において、
   前記気球は、前記基地局のアンテナとの間に前記電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアの上方であって前記基地局のアンテナとの間の電波の見通し伝搬が可能な高所空間に配置されることを特徴とする無給電中継装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかの無給電中継装置において、
   前記基地局は移動通信システムの基地局であり、
   前記ユーザ装置は移動通信システムの移動局であることを特徴とする無給電中継装置。
9. 請求項１乃至７のいずれかの無給電中継装置において、
   前記基地局は放送送信局であり、
   前記ユーザ装置は放送受信装置であることを特徴とする無給電中継装置。
10. 基地局とユーザ装置との間の無線通信を中継する無線中継システムであって、
    請求項１乃至９のいずれかの無給電中継装置と、
    前記基地局のアンテナとの間に前記電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリアに設置され、前記気球と前記ユーザ装置との間の無線通信を中継する周波数変換型の無線中継装置と、を備える無線中継システム。
11. 請求項１０の無線中継システムにおいて、
    前記周波数変換型の無線中継装置は、前記気球側との電波の送受信に用いるアンテナが前記気球側の向くように前記アンテナを制御する追尾型アンテナ制御手段を備えることを特徴とする無線中継システム。
12. 請求項１０又は１１の無線中継システムにおいて、
    前記周波数変換型の無線中継装置は、前記気球側との電波の送受信に用いるアンテナとして、前記気球と対向するように設けられた平面状のＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯアンテナを備えることを特徴とする無線中継システム。
13. 請求項１０乃至１２のいずれかの無線中継システムにおいて、
    前記周波数変換型の無線中継装置は、周波数変換後の電波を前記気球で反射させて前記ユーザ装置と無線通信することを特徴とする無線中継システム。
14. 請求項１０乃至１３のいずれかの無線中継システムにおいて、
    前記周波数変換型の無線中継装置は、前記基地局のアンテナとの間に電波の見通し伝搬の障害になる障害物が存在する弱電界エリア又はその上空に移動可能な移動体に設けられ、
    前記移動体から前記気球を係留することを特徴とする無線中継システム。
15. 請求項１０乃至１４のいずれかの無線中継システムにおいて、
    前記周波数変換型の無線中継装置は、移動通信システムの基地局であり、通常の基地局に割り当てられるセル識別情報から独立した緊急時用のセル識別情報が割り当てられていることを特徴とする無線中継システム。

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