JP2018177135A - ドローンシェアリングサービス・プラットフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークにおいて、ドローン等の飛行可能な端末装置を用いたサービスを提供する。【解決手段】一又は複数の端末装置を用いたサービスを提供するサービス提供システムであって、端末装置との無線通信を中継する無線中継局を有する無線中継装置と、無線中継装置の無線中継局を介して端末装置と通信するサーバ装置と、を備える。無線中継局は、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成するように、自律制御又は外部からの制御により高度が１００［ｋｍ］以下の浮揚空域に位置するように制御される浮揚体に設けられる。端末装置は、自律制御又は外部からの制御により３次元セルに位置するように制御される。【選択図】図９

Description

本発明は、第５世代通信の３次元化ネットワークを利用したドローンシェアリングサービスを提供するプラットフォームを構成するサービス提供システムに関するものである。

従来、移動通信システムの通信規格である３ＧＰＰのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−Ａｄｖａｎｃｅｄ（非特許文献１参照）を発展させたＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏと呼ばれる通信規格が知られている（非特許文献２参照）。このＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、近年のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。更に、ＩｏＴ向けデバイス等の多数の端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」、「移動局」、「通信端末」ともいう。）への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代の移動通信が検討されている（例えば、非特許文献３参照）。

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１０．１２．０（２０１４−１２）． ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１３．５．０（２０１６−０９）． Ｇ． Ｒｏｍａｎｏ，「３ＧＰＰ ＲＡＮ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ "５Ｇ"」，３ＧＰＰ，２０１６．

上記第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークにおいて、ドローン等の飛行可能な端末装置を用いたサービスを提供したいという課題がある。

本発明の一態様に係るサービス提供システムは、無線通信可能な一又は複数の端末装置を用いたサービスを提供するサービス提供システムであって、前記端末装置との無線通信を中継する無線中継局を有する無線中継装置と、前記無線中継装置の無線中継局を介して前記端末装置と通信するサーバ装置と、を備える。前記無線中継局は、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成するように、自律制御又は外部からの制御により高度が１００［ｋｍ］以下の浮揚空域に位置するように制御される浮揚体に設けられる。前記端末装置は、自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御される。
前記サービス提供システムにおいて、前記サーバ装置は、前記無線中継装置に組み込まれていてもよい。

また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、充電可能なバッテリーを有し自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルを飛行可能な無人又は有人の飛行体からなる端末装置を含んでもよい。
ここで、前記サービス提供システムにおいて、前記飛行体からなる端末装置が離発着可能な場所に設けられ、その場所に着陸した端末装置のバッテリーを充電する充電装置を更に備えてもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御され、前記飛行体からなる端末装置が離発着可能な空中滞在型の駐機装置を更に備えてもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御され、前記飛行体からなる端末装置に接触又は非接触で給電可能な空中滞在型の充電装置を、更に備えてもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記サーバ装置は、互いに連携して飛行するように前記複数の飛行体からなる端末装置を制御してもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記サーバ装置は、前記飛行体からなる端末装置の飛行許認可、飛行に関する課金、飛行経路、飛行時間帯、飛行エリア及び飛行ルートの少なくとも一つを制御してもよい。

また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、その端末装置の周囲に位置する他の端末装置との間で無線通信する通信手段を備えてもよい。前記通信手段は、前記他の端末装置と前記無線中継局との間の通信を中継してもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、地上又は海上から上空に向けて延びた構造体の高層部に設けられた端末装置を含んでもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、人体、鳥及び他の動物の少なくとも一つに装着された端末装置を含んでもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、飛行機、ヘリコプター、パラグライダー、パラシュートダイバー、飛行船、気球、アドバルーン及びカイトの少なくとも一つに装着された端末装置を含んでもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、高圧電線からの電磁誘導による給電を受ける受電手段を備えてもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置は、動画、静止画、音、気温、湿度、照度、電波状況、微粒子、放射線、花粉、気流、視界、天候、周囲の飛行体、及び、当該端末装置の位置情報の少なくとも一つの情報を取得する情報取得手段を備え、前記サーバ装置は、前記端末装置で取得された取得情報を前記端末装置から受信する手段を備えてもよい。ここで、前記サーバ装置は、前記端末装置から受信した情報を分析する手段を更に備えてもよい。

また、前記サービス提供システムにおいて、前記端末装置を用いたサービスは、前記端末装置を用いた配達、前記端末装置を用いた情報の取得及び分析、前記端末装置を用いた通信の中継、並びに、前記複数の端末装置を用いた空中の飛行演技及び３次元ディスプレイの少なくとも一つを含んでもよい。
また、前記サービス提供システムにおいて、前記サーバ装置は、前記端末装置を用いたサービスを利用する利用者からの利用申込情報に基づいて、前記端末装置の制御及び前記端末装置からの情報の取得の少なくとも一方を行い、前記端末装置の制御及び前記端末装置からの情報の取得の少なくとも一方を含むサービス利用結果に基づいて、前記利用者に対する課金処理を実行してもよい。

本発明によれば、上記第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークにおいて、ドローン等の飛行可能な端末装置を用いたサービスを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。 実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。 実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図。 実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図。 実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。 実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の更に他の構成例を示すブロック図。 実施形態のＨＡＰＳに対する遠隔エネルギービーム給電の様子の一例を示す説明図。 実施形態のＨＡＰＳの遠隔エネルギービーム受電部の一構成例を示すブロック図。 実施形態の３次元化ネットワークによるドローンシェアリングサービスを提供している通信システムの一例を示す説明図。

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。本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置（「移動局」、「移動機」又は「ユーザ装置（ＵＥ）」ともいう。）への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。本実施形態に係る通信システムは、端末装置が組み込まれた一又は複数のドローンを複数の利用者でシェアリングする後述のドローンシェアリングサービスを提供することができる。ここで、ドローンは無人でもよいし有人でもよい。無人のドローンはＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）とも呼ばれる。

図１に示すように、通信システムは、複数の無線中継装置としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）１０，２０を備え、所定高度のセル形成目標空域４０に、図中ハッチング領域で示すような３次元セル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の浮揚空域（以下、単に「空域」ともいう。）５０に浮遊して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に無線中継局が搭載されたものである。

ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、気象条件が比較的安定している高度が１５［ｋｍ］以上及び２５［ｋｍ］以下の範囲の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。図中のＨｒｓｌ及びＨｒｓｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０の下端及び上端の相対的な高度を示している。

セル形成目標空域４０は、本実施形態の通信システムにおける一又は複数のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域４０は、ＨＡＰＳ１０，２０が位置する空域５０と従来のマクロセル基地局等の基地局９０がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。図中のＨｃｌ及びＨｃｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたセル形成目標空域４０の下端及び上端の相対的な高度を示している。

なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域４０は、海、川又は湖の上空であってもよい。

ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム１００，２００を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ端末装置であってもよい。セル形成目標空域４０においてビーム１００，２００が通過する領域が３次元セル４１，４２である。セル形成目標空域４０において互いに隣り合う複数のビーム１００，２００は部分的に重なってもよい。

ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。

ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。

また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた通信オペレータの遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信できるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、遠隔制御装置８５から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。また、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置８５等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。また、遠隔制御装置８５は、例えばコンピュータ装置で構成され、後述のドローンシェアリングサービスの提供に用いるサーバ装置８６と兼用してもよい。

セル形成目標空域４０では、ＨＡＰＳ１０，２０のビーム１００，２００が通過していない領域（３次元セル４１，４２が形成されない領域）が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図１の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム３００を形成して３次元セル４３を形成してＡＴＧ（Ａｉｒ Ｔｏ Ｇｒｏｕｎｄ）接続を行う基地局（以下「ＡＴＧ局」という。）３０を備えてもよい。

また、ＡＴＧ局を用いずに、ＨＡＰＳ１０，２０の位置やビーム１００，２００の発散角（ビーム幅）等を調整することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局が、セル形成目標空域４０に３次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域４０の上端面の全体をカバーするビーム１００，２００を形成してもよい。

なお、上記ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。

図２は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。図２のＨＡＰＳ１０はソーラープレーンタイプのＨＡＰＳである。上面に太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル（以下「ソーラーパネル」という。）１０２が設けられ長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部１０１と、主翼部１０１の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ１０３とを備える。主翼部１０１の下面の長手方向の２箇所には、板状の連結部１０４を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド１０５が連結されている。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての無線中継局１１０と、バッテリー１０６とが収容されている。また、各ポッド１０５の下面側には離発着時に使用される車輪１０７が設けられている。ソーラーパネル１０２で発電された電力はバッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。

ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば旋回飛行を行ったり８の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように浮揚することができる。なお、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、プロペラ１０３が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル１０２の発電によってバッテリー１０６の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル１０２で発電できないときにバッテリー１０６からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。

図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ２０の他の例を示す斜視図である。図３のＨＡＰＳ２０は、無人飛行船タイプのＨＡＰＳであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。ＨＡＰＳ２０は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体２０１と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ２０２と、ミッション機器が収容される機器収容部２０３とを備える。機器収容部２０３の内部には、無線中継局２１０とバッテリー２０４とが収容されている。バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。

なお、飛行船本体２０１の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー２０４に蓄電するようにしてもよい。

図４は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。図４の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル（３次元セル）形成アンテナ部１１１と送受信部１１２とフィード用アンテナ部１１３と送受信部１１４とリピーター部１１５と監視制御部１１６と電源部１１７とを備える。

３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、セル形成目標空域４０に向けて放射状のビーム１００，２００を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な３次元セル４１，４２を形成する。送受信部１１２は、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。

フィード用アンテナ部１１３は、地上又は海上のフィーダ局７０と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部１１４は、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、フィーダ局７０に無線信号を送信したりフィーダ局７０から無線信号を受信したりする。

リピーター部１１５は、端末装置との間で送受信される送受信部１１２の信号と、フィーダ局７０との間で送受信される送受信部１１４の信号とを中継する。リピーター部１１５は、周波数変換機能を有してもよい。

監視制御部１１６は、例えばＣＰＵ及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。電源部１１７は、バッテリー１０６，２０４から出力された電力をＨＡＰＳ１０，２０内の各部に供給する。電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や外部から給電された電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。

図５は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。図５の無線中継局１１０，２１０は基地局タイプの無線中継局の例である。なお、図５において、図４と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図５の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、モデム部１１８を更に備え、リピーター部１１５の代わりに基地局処理部１１９を備える。

モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部１１９側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部１１８は、基地局処理部１１９側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介してフィーダ局７０に送信する送信信号を生成する。

基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ−ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。

基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ−ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部１１８側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部１１９は、モデム部１１８側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル４１，４２の端末装置に送信する送信信号を生成する。

図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の更に他の構成例を示すブロック図である。図６の無線中継局１１０，２１０はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの無線中継局の例である。なお、図６において、図４及び図５と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図６の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、図５の構成要素に加えてエッジコンピューティング部１２０を更に備える。

エッジコンピューティング部１２０は、例えば小型のコンピュータで構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０における無線中継などに関する各種の情報処理を実行することができる。

例えば、エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から受信したデータ信号に基づいて、そのデータ信号の送信先を判定し、その判定結果に基づいて通信の中継先を切り換える処理を実行する。より具体的には、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２に在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡さずに、基地局処理部１１９に戻して自身の３次元セル４１，４２に在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。一方、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２以外の他のセルに在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡してフィーダ局７０に送信し、移動通信網８０を介して送信先の他のセルに在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。

エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置から受信した情報を分析する処理を実行してもよい。この分析結果は３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置に送信したり移動通信網８０のサーバ装置などに送信したりしてもよい。

無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。また、上記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、上記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術であってもよい。

図７は、高緯度対応可能なＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）１１に対する遠隔エネルギービーム給電の様子の一例を示す説明図である。図７中のＨＡＰＳ１０において、図２と共通する構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図７において、高緯度対応ＨＡＰＳ１１は、主翼部１０１の長手方向の両端部側それぞれに受電用ポッド１０８を備えている。受電用ポッド１０８の内部には、遠隔エネルギービーム受電部としてのマイクロ波受電部１３０とバッテリー１０６とが収容されている。マイクロ波受電部１３０は、地上又は海上の給電装置としてのマイクロ波給電局７５又は空中の給電装置としての給電用飛行船（充電用飛行船）２５から送信された高出力の給電用マイクロ波ビーム７５０又は２５０を受けて電力に変換して出力する。マイクロ波受電部１３０から出力された電力は、バッテリー１０６に蓄電される。

給電用飛行船２５は、例えば、気流にまかせてドリフトし、静止中のＨＡＰＳに順次、給電用マイクロ波ビームを送信して給電する。

図８は、高緯度対応可能なＨＡＰＳ１１のマイクロ波受電部１３０の一構成例を示すブロック図である。図８において、マイクロ波受電部１３０は、レクテナ部１３１とレクテナ制御部１３２と出力装置１３３とパイロット信号送信アンテナ部１３４とビーム方向制御部１３５とを備える。レクテナ部１３１は、地上又は海上のマイクロ波給電局７５又は給電用飛行船２５から送信された高出力の給電用マイクロ波ビーム７５０又は２５０を受けて整流する。レクテナ制御部１３２は、レクテナ部１３１による給電用マイクロ波ビームの受電処理及び整流処理を制御する。出力装置１３３は、レクテナ部１３１から出力される整流後の電力をバッテリー１０６に出力する。パイロット信号送信アンテナ部１３４は、給電用マイクロ波ビーム７５０又は２５０の受電に先立って、給電用マイクロ波ビームを案内するレーザビーム等からなるパイロット信号のビームを、マイクロ波給電局７５又は給電用飛行船２５に向けて送信する。ビーム方向制御部１３５は、パイロット信号のビームの方向を制御する。

なお、図７及び図８の遠隔エネルギービーム給電では、エネルギービームとしてマイクロ波ビームを用いた場合について説明したが、レーザビームなどの他のエネルビービームを用いてもよい。

次に、上記構成の第５世代移動通信の３次元化ネットワークを実現する通信システム（プラットフォーム）を用いて提供されるドローンシェアリングサービス（ＤＡＡＳ（ドローンアズアサービス）ともいう。）について説明する。

図９は実施形態の３次元化ネットワークによるドローンシェアリングサービスを提供している通信システムの一例を示す説明図である。なお、図９において、前述の図１と同様な部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

図９において、ドローンシェアリングサービスを利用する利用者は、コンピュータ装置などの通信端末装置９５に組み込まれた所定のＵＩ（ユーザインターフェース）を介して操作し、インターネット８１及び移動通信網８０を介してサーバ装置８６にアクセスし、ドローンシェアリングサービスの利用を申し込むことができる。ドローンシェアリングサービスの利用者としては、例えば、報道機関、地方自治体、測量会社、イベント会社、配送会社、個人などが挙げられる。利用者は、前もって、サーバ装置に対してドローンシェアリングサービスの利用登録をしておいてもよい。

実施形態のドローンシェアリングサービスに用いるドローン６０は、地上や建物９１の屋上などに設けられたドローン駐機場に待機しており、利用者からのドローンシェアリングサービスの利用申込を受けると必要な種類及び数のドローン６０がドローン駐機場から飛び立つ。ドローンシェアリングサービスの提供が終了すると、ドローン駐機場に戻って着陸し、待機状態になる。

地上や建物９１の屋上などに設けられたドローン駐機場には、着陸したドローン６０を自動整備する機能を設け、無人整備サービスを提供するようにしてもよい。また、ドローン駐機場には、ドローン６０内のバッテリーを充電する充電装置（充電スポット）９２を設けてもよい。充電装置（充電スポット）９２は、電磁波（例えばマイクロ波）などを用いて非接触でドローンのバッテリーを充電するものであってもよい。この場合、ドローン６０はドローン駐機場に着陸しなくても充電を受けることができる。また、ドローン６０は、高圧電線９３の近くを飛行したりホバリングしたりするときに高圧電線９３からの電磁誘導による給電を利用してバッテリーを充電してもよい。このような充電サービスを受けることにより、ドローン６０は長距離飛行が可能になる。

また、ＨＡＰＳ１０、２０と他の通信端末装置（例えば携帯電話機やスマートフォンなどのユーザ装置）との間の通信を中継する機能をドローン６０に設け、ドローンシェアリングサービスは、ドローン６０を用いてＨＡＰＳ１０、２０と他の通信端末装置（例えば携帯電話機やスマートフォンなどのユーザ装置）との間の通信を中継するサービスであってもよい。

ドローン６０は、小型サイズのドローン（マイクロドローン）であってもよい。また、多数のドローンを地上移動型の駐機装置であるトラックなどの車両や、上記３次元セル内の所定位置に滞在可能な空中滞在型の駐機装置である飛行船に積載し、３次元セル下方の地上や３次元セル内のサービス提供場所に一括して運んでもよい。

ドローンシェアリングサービスは、例えば、ドローン６０を用いた配達サービス、センシングサービス、複数のドローンが互いに連携した飛行（例えば、飛行演技、３次元の広告などのディスプレイ）、無人運転の一人乗りタクシーなどが挙げられる。

ドローンシェアリングサービスは、利用者にドローン６０を貸し出し、利用者が一定範囲でドローンを遠隔制御できるようにしたサービスであってもよい。

サーバ装置８６は、ＨＡＰＳ１０，２０を介して、ドローン６０の飛行許認可、飛行に関する課金、飛行経路、飛行時間帯、飛行エリア及び飛行ルートの少なくとも一つを制御するドローン６０の航空管制を行ってもよい。また、サーバ装置８６は、ＨＡＰＳ１０，２０を介して、ドローン６０の機体の状態や位置情報等のデータを取得してドローン６０の運航支援を行ったりする機能を有し、ドローン６０の安全な目視外運航を実現できるようにしてもよい。

センシングサービスは、動画、静止画、音、気温、湿度、照度、電波状況、微粒子、放射線、花粉、気流（方向・強さ）、視界、天候、レーダ電波測定による周囲の飛行体の検知、及び、当該端末装置の位置情報の少なくとも一つの情報を取得（観測、測定、撮像、録音を含む）するサービスである。このような情報の取得は、ＨＡＰＳ１０、２０を介してサーバ装置８６からの遠隔制御で行ってもよく、観測データ、測定データ等の情報はリアルタイム送受信でドローン６０からサーバ装置８６に送信してもよい。また、センシングサービスは、ＡＩ解析処理やビッグデータ処理などにより、ドローン６０から受信した観測データ、測定データ等の情報を解析するサービスを含んでもよい。

また、軽飛行機やヘリコプターの機体の状態の情報をＩｏＴデバイスで収集し、収集した情報をＨＡＰＳ１０、２０を介してサーバ装置に送信し、ブラックボックスを補完するサービスを提供してもよい。

また、ドローンシェアリングサービスは、次のような災害発生時や事故発生時の対策のサービスであってもよい。

例えば、飛行船やトラックなどの母船に大量のマイクロドローンをセットにして災害現場の目的エリアに移動し、目的エリアから大量のマイクロドローンを飛ばし、地震・津波・土砂くずれなど大規模災害地での遭難者の捜索するサービスを提供できる。また、ドローンに搭載した無線中継の通信装置を利用して暫定的な臨時の移動通信エリアを構築するサービスを提供してもよい。

また例えば、多数の老齢者・要介護者に、体温や心拍などの生体情報検知機能を有する端末装置としてのＩｏＴデバイスを組み込んだブレスレットを配布し、災害発生時にドローンを多数飛ばし、生体情報を検知して生存者の分布状況を特定するサービスを提供してもよい。

また例えば、災害時に多数飛ばしたドローンが観測したデータから災害情報などを、一旦、サーバ装置８６で解析のうえ、リアルタイムの災害マップや避難情報をドローン６０から個人の携帯端末へ送るサービスを提供してもよい。既に災害時の情報共有アプリはあるが、地上の移動通信網（携帯電話網）がダウンした場合には、この大量のドローン６０による情報提供・通信機能が役立つ。

また例えば、災害時に避難場所へ直ちにドローン６０を飛ばして避難場所の情報を吸い上げたら避難場所の画像を撮影したりして各種情報を取得するサービスや、必要な情報を保持したドローン６０を避難場所に着陸させ、避難者が携帯端末でドローン６０から必要な情報を吸い上げることにより、必要な情報を届けるサービスを提供することができる。災害時には、避難場所に職員がいけないなど、公助が行き届かない可能性が高く、その際の現場との伝達役として活用することができる。また、このようなサービスは、例えば、地域行政職員のみならず、消防、警察、救急、報道、インフラ（電気・ガス・水道・通信・交通）など利用用途及びユーザは多数である。

また例えば、交通事故・火災が発生したときにドローン６０が現場にいち早くかけつけ、警察署や消防署等へ連絡をするサービスや、警察のみまもりや地域のみまもり（空からの巡回。空のからの学校周辺のみまもり。大規模イベント警備）及び連れ去り防止のためのサービスを提供することができる。

また、ドローンシェアリングサービスは、ドローン６０で取得したデータ（例えば画像・動画）から人・車の流動状況を推測（例えば、ＡＩによる推測）したり、建物等の外観確認・検査等を行うサービスであってもよい。

また、サーバ装置８６は、ドローン６０の制御及びドローン６０のからの情報の取得の少なくとも一方を含むサービス利用結果に基づいて、ドローンシェアリングサービスを利用する利用者に対する課金処理を実行してもよい。例えば、サーバ装置８６は、利用者が利用したドローン６０の飛行距離又は飛行時間、利用者したドローンシェアリングサービスの種類、利用した時間帯などに基づいて、ドローンシェアリングサービスの利用に対する課金処理を実行してもよい。また、利用者が利用したドローン６０の充電回数又は充電量に基づいて充電に関する課金を行ってもよい。

また、ドローン６０を用いて提供するドローンシェアリングサービスは、必要な利用者が必要なときに上記配達、観測、センシング、飛行実演などのドローンサービスを受けられるドローン・アズ・ア・サービス（ＤＡＡＳ）でもよいし、法人向けドローンシェアリングサービスであってもよい。

なお、上記実施形態では、ＨＡＰＳ１０、２０の３次元セルに在圏する端末装置がドローン６０に設けれている場合について説明したが、ＨＡＰＳ１０、２０が無線通信を中継する端末装置は、地上又は海上から上空に向けて延びた超高層ビルや鉄塔などの構造体の高層部に設けられた端末装置であってもよい。この場合、例えば、超高層ビルや鉄塔などの構造体の高層部（超高層階）においてもＨＡＰＳ１０、２０を介して移動通信を行うことができるようにするサービスを提供できる。

ＨＡＰＳ１０、２０が無線通信を中継する端末装置は、人体、鳥及び他の動物の少なくとも一つに装着された端末装置であってもよい。この場合、例えば、野鳥や野鳥・害鳥（カラスなど）の足などにＩｏＴデバイスを装着し、その野鳥などの飛行経路の情報をＨＡＰＳ１０、２０を介してサーバ装置に送信し、生息や巣などを探知して対策を打てるようにするサービスを提供してもよい。

また、ＨＡＰＳ１０、２０が無線通信を中継する端末装置は、飛行機、ヘリコプター、パラグライダー、パラシュートダイバー、飛行船、気球、アドバルーン及びカイトの少なくとも一つに装着された端末装置であってもよい。この場合、例えば、パラシュートの高度の情報をＩｏＴデバイスで計測し、計測したした情報をＨＡＰＳ１０、２０を介してサーバ装置に送信し、パラシュートの利用者が万が一気を失っても所定高度で自動的にパラシュートを開かせるサービスを提供してもよい。

以上、本実施形態によれば、従来の地上の基地局９０とは異なり、地面又は海面の所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）のセル形成目標空域４０に広域の３次元セル４１，４２を形成し、その３次元セル４１，４２に在圏する複数の端末装置と移動通信網８０との通信を中継することができる。しかも、上記３次元セル４１，４２を形成するＨＡＰＳ１０，２０は、人工衛星よりも低い高度（例えば成層圏の高度）に位置するので、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置と移動通信網８０との間の無線通信における伝搬遅延が、人工衛星を介した衛星通信の場合よりも小さい。このように３次元セル４１，４２を形成できるとともに無線通信の伝搬遅延が低いので、無線通信の伝搬遅延が低い第５世代移動通信の３次元化ネットワークを実現することができる。

特に、本実施形態によれば、第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークにおいて、ドローン等の飛行可能な端末装置を用いた各種サービスを提供することができる。
また、ドローン６０の航空管制、飛行経路や飛行時間帯の制御、観測、飛行の許認可、課金、観測結果のデータ処理（例えば、ＡＩ解析処理、ビックデータ処理）を含めてドローンシェアリングサービスを一括して提供するプラットフォームを実現し、そのドローンシェアリングサービスのプラットフォームビジネスを展開することができる。

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の無線中継局、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）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、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、遠隔制御装置、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。

１０，１１，１２ ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
２０ ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
２５ 給電用飛行船
３０ ＡＴＧ局
４０ セル形成目標空域
４１，４２，４３ ３次元セル
５０ ＨＡＰＳが位置する空域
６０ ドローン
６５ 飛行機
７０ フィーダ局
７５ マイクロ波給電局
８０ 移動通信網
８５ 遠隔制御装置
８６ サーバ装置
１００，２００，３００ ビーム
１０１ 主翼部
１０２ ソーラーパネル（太陽光発電パネル）
１０３ プロペラ
１０４ 連結部
１０５ ポッド
１０６ バッテリー
１０７ 車輪
１０８ 受電用ポッド
１０９ 補助翼部
１１０，２１０ 無線中継局
１１１ ３次元（３Ｄ）セル形成アンテナ部
１１２ 送受信部
１１３ フィード用アンテナ部
１１４ 送受信部
１１５ リピーター部
１１６ 監視制御部
１１７ 電源部
１１８ モデム部
１１９ 基地局処理部
１２０ エッジコンピューティング部
１３０ 遠隔エネルギービーム受電部
１３１ レクテナ部
１３２ レクテナ制御部
１３３ 出力装置
１３４ パイロット信号送信アンテナ部
１３５ ビーム方向制御部

Claims (18)

1. 無線通信可能な一又は複数の端末装置を用いたサービスを提供するサービス提供システムであって、
   前記端末装置との無線通信を中継する無線中継局を有する無線中継装置と、前記無線中継装置の無線中継局を介して前記端末装置と通信するサーバ装置と、を備え、
   前記無線中継局は、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成するように、自律制御又は外部からの制御により高度が１００［ｋｍ］以下の浮揚空域に位置するように制御される浮揚体に設けられ、
   前記端末装置は、自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御されることを特徴とするサービス提供システム。
2. 請求項１のサービス提供システムにおいて、
   前記サーバ装置は、前記無線中継装置に組み込まれていることを特徴とするサービス提供システム。
3. 請求項１又は２のサービス提供システムにおいて、
   前記端末装置は、充電可能なバッテリーを有し自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルを飛行可能な無人又は有人の飛行体からなる端末装置を含むことを特徴とするサービス提供システム。
4. 請求項３のサービス提供システムにおいて、
   前記飛行体からなる端末装置が離発着可能な場所に設けられ、その場所に着陸した端末装置のバッテリーを充電する充電装置を更に備えることを特徴とするサービス提供システム。
5. 請求項３又は４のサービス提供システムにおいて、
   自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御され、前記飛行体からなる端末装置が離発着可能な空中滞在型の駐機装置を更に備えることを特徴とするサービス提供システム。
6. 請求項３乃至５のいずれかのサービス提供システムにおいて、
   自律制御又は外部からの制御により前記３次元セルに位置するように制御され、前記飛行体からなる端末装置に接触又は非接触で給電可能な空中滞在型の充電装置を、更に備えることを特徴とするサービス提供システム。
7. 請求項３乃至６のいずれかのサービス提供システムにおいて、
   前記サーバ装置は、互いに連携して飛行するように前記複数の飛行体からなる端末装置を制御することを特徴とするサービス提供システム。
8. 請求項３乃至７のいずれかのサービス提供システムにおいて、
   前記サーバ装置は、前記飛行体からなる端末装置の飛行許認可、飛行に関する課金、飛行経路、飛行時間帯、飛行エリア及び飛行ルートの少なくとも一つを制御することを特徴とするサービス提供システム。
9. 請求項１乃至７のいずれかのサービス提供システムにおいて、
   前記端末装置は、その端末装置の周囲に位置する他の端末装置との間で無線通信する通信手段を備えることを特徴とするサービス提供システム。
10. 請求項９のサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置の前記通信手段は、前記他の端末装置と前記無線中継局との間の通信を中継することを特徴とするサービス提供システム。
11. 請求項１乃至１０のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置は、地上又は海上から上空に向けて延びた構造体の高層部に設けられた端末装置を含むことを特徴とするサービス提供システム。
12. 請求項１乃至１１のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置は、人体、鳥及び他の動物の少なくとも一つに装着された端末装置を含むことを特徴とするサービス提供システム。
13. 請求項１乃至１２のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置は、飛行機、ヘリコプター、パラグライダー、パラシュートダイバー、飛行船、気球、アドバルーン及びカイトの少なくとも一つに装着された端末装置を含むことを特徴とするサービス提供システム。
14. 請求項１乃至１３のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置は、高圧電線からの電磁誘導による給電を受ける受電手段を備えることを特徴とするサービス提供システム。
15. 請求項１乃至１４のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置は、動画、静止画、音、気温、湿度、照度、電波状況、微粒子、放射線、花粉、気流、視界、天候、周囲の飛行体、及び、当該端末装置の位置情報の少なくとも一つの情報を取得する情報取得手段を備え、
    前記サーバ装置は、前記端末装置で取得された取得情報を前記端末装置から受信する手段を備えることを特徴とするサービス提供システム。
16. 請求項１５のサービス提供システムにおいて、
    前記サーバ装置は、前記端末装置から受信した情報を分析する手段を更に備えることを特徴とするサービス提供システム。
17. 請求項１乃至１６のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記端末装置を用いたサービスは、前記端末装置を用いた配達、前記端末装置を用いた情報の取得及び分析、前記端末装置を用いた通信の中継、並びに、前記複数の端末装置を用いた空中の飛行演技及び３次元ディスプレイの少なくとも一つを含むことを特徴とするサービス提供システム。
18. 請求項１乃至１７のいずれかのサービス提供システムにおいて、
    前記サーバ装置は、
    前記端末装置を用いたサービスを利用する利用者からの利用申込情報に基づいて、前記端末装置の制御及び前記端末装置からの情報の取得の少なくとも一方を行い、
    前記端末装置の制御及び前記端末装置からの情報の取得の少なくとも一方を含むサービス利用結果に基づいて、前記利用者に対する課金処理を実行することを特徴とするサービス提供システム。

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