JP2019213078A - Ｈａｐｓのフィーダリンクに用いる電波資源の有効活用及びｈａｐｓのセル最適化 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体に中継通信局が搭載された上空の通信中継装置と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクにおける通信トラヒックを低減してフィーダリンクに用いる電波資源を有効活用する。【解決手段】通信中継装置１０，２０は、飛行体に搭載され、端末装置と通信網との間の通信を中継する中継通信局１１０，２１０と、前記中継通信局が前記端末装置から受信したデータ及び前記端末装置に送信するデータの少なくとも一方のデータを用いる情報処理を行う情報処理部１１６とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、飛行体に中継通信局を搭載したＨＡＰＳ等の通信中継装置と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクに用いる電波資源の有効活用及びそのＨＡＰＳ等の通信中継装置におけるセル最適化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。ここで、「ＩｏＴ」はさまざまなモノがインターネットやクラウドに接続され、制御・情報通信される形態の総称である。

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１０．１２．０（２０１４−１２）． ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１３．５．０（２０１６−０９）．

本出願人は、ＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信にて３次元化したネットワークを実現可能な通信システムとして、飛行体に中継通信局を搭載したＨＡＰＳ等の通信中継装置を自律制御又は外部から制御することによって所定高度の空域に位置させ、通信中継装置によって構築される３次元セルにおける地上あるいは上空の端末装置の通信を中継するシステムを開発している。このシステムでは、上空に位置するＨＡＰＳ等の通信中継装置と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクが無線通信になるため、フィーダリンクにおける通信トラヒックを低減してフィーダリンクに用いる電波資源を有効活用したいという課題がある。

本発明の一態様に係る通信中継装置は、飛行体に搭載され、端末装置と通信網との間の通信を中継する中継通信局と、前記中継通信局が前記端末装置から受信したデータ及び前記端末装置に送信するデータの少なくとも一方のデータを用いる情報処理を行う情報処理部と、を有する。
前記通信中継装置において、前記中継通信局は、移動通信の基地局又はレピータであってもよく、前記情報処理装置は、移動通信のコアネットワーク装置であってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記情報処理は、前記中継通信局によって形成されるセルにおいて前記端末装置との間で送受信されるデータに基づいて前記セルのトラヒックを分析し、前記セルを最適化するセル最適化処理を含んでもよい。
また、前記通信中継装置において、前記セル最適化処理は、前記中継通信局を制御して前記セルの位置及びサイズの少なくとも一方を調節するセル調節処理を含んでもよい。
また、前記通信中継装置において、前記セル調節処理は、当該通信中継装置の前記中継通信局によって形成される複数のセル間、又は、当該通信中継装置の前記中継通信局によって形成されるセルと他の飛行体に搭載される別の中継通信局によって形成されるセルとの間で、各セルに接続される端末装置の数の差が少なくなるように、前記セルの位置及びサイズの少なくとも一方を変更してもよい。
また、前記通信中継装置において、前記情報処理は、前記中継通信局が無線通信を行う複数の端末装置間で送受信されるデータを前記通信網へ送信することなく該複数の端末装置間で送受信するための処理を含んでもよい。
また、前記通信中継装置において、前記情報処理は、前記中継通信局が前記端末装置から受信して前記通信網側に送信するデータのデータ量を削減するデータ量削減処理を含んでもよい。
また、前記通信中継装置において、前記データ量削減処理は、前記中継通信局が前記端末装置からＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信によって受信したＩｏＴデータのデータ量を削減してもよい。
また、前記通信中継装置において、前記情報処理は、前記端末装置を搭載した他の飛行体を制御するための処理を含んでもよい。
また、前記通信中継装置において、他の飛行体に搭載される別の通信中継装置から無線通信によりデータを受信する受信部を有し、前記情報処理部は、前記受信部が受信したデータも用いて前記情報処理を行ってもよい。
また、前記通信中継装置において、前記情報処理部の処理結果を前記別の通信中継装置へ送信する送信部を有してもよい。

本発明によれば、飛行体に中継通信局が搭載された上空の通信中継装置と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクにおける通信トラヒックを低減してフィーダリンクに用いる電波資源を有効活用することができる。

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。 他の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。 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。 実施形態におけるＨＡＰＳの一構成例を示すブロック図。 実施形態におけるＨＡＰＳの他の構成例を示すブロック図。 情報処理例１に係るトラヒック低減処理の一例を示すシーケンス図。 情報処理例１における３Ｄセル形成アンテナ部で形成される３次元セルの位置及びサイズを変更するためのビームの制御の流れを示すフローチャート。 情報処理例１において、複数のＨＡＰＳで複数の３次元セルを形成する場合におけるセル最適化処理の一例を示すシーケンス図である。 情報処理例２における端末装置の通信情報の制御の流れを示すフローチャート。 情報処理例３におけるＩｏＴ情報の制御の流れを示すシーケンス図。

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、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代又は第５世代以降の次々世代等の将来の移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。

図１に示すように、本通信システムは、複数の飛行型（空中浮揚型）の通信中継装置として、高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、当該通信中継装置を搭載した飛行体で構成され、所定高度の空域に位置して、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。本実施形態の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５０に浮遊（飛行）して位置するように制御される飛行体（ソーラープレーン、飛行船など）に、中継通信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。この空域５０は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下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１又は２以上の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の中継通信局はそれぞれ、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の中継通信局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局（ゲートウェイ）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とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。

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、自身の飛行移動や中継通信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（グローバル・ポジショニング・システム）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飛行移動や中継通信局での処理を自律制御してもよい。

また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの飛行移動や中継通信局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。ＨＡＰＳ１０，２０と遠隔制御装置８５との間の通信は、地上又は海上の施設であるＨＡＰＳ制御用通信局７５によって行う。ＨＡＰＳ制御用通信局７５は、複数のＨＡＰＳ１０，２０に対応できるように無指向性アンテナを用いたものが好ましいが、指向性アンテナを用いてもよい。このようなＨＡＰＳ制御用通信局７５としては、ＧＣＳ（Ground Control System）（地上制御局）を利用することができる。

ＨＡＰＳ１０，２０とＨＡＰＳ制御用通信局７５との間の無線通信は、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行移動やセル最適化などを制御するための通信を含むため、高い信頼性と低遅延性が求められる。したがって、ＨＡＰＳ１０，２０とＨＡＰＳ制御用通信局７５との間の無線通信には、ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間で行われる無線通信で用いる周波数帯域よりも低い周波数帯域を用いるのが好ましい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間で行われる無線通信にギガヘルツ帯（ＧＨｚ）の周波数帯域を用いる場合、ＨＡＰＳ１０，２０とＨＡＰＳ制御用通信局７５との間の無線通信にはメガヘルツ帯（ＭＨｚ）の周波数帯域を用いる。

また、遠隔制御装置８５によって制御する場合、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の飛行移動や中継通信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。ＨＡＰＳ１０，２０と遠隔制御装置８５との間の無線通信は、フィーダ局７０を介して通信を行うためのフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４と同じ通信手段としてもよい。

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３０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の中継通信局が、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、前記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、他の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。
なお、図２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、その説明は省略する。

図２の実施形態では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網８０のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局７０及び低軌道の人工衛星７２を介して行っている。この場合、人工衛星７２とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０と人工衛星７２との間の通信については、マイクロ波などの電波による無線通信で行っているが、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。

図３は、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である。
図３のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、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の上面には、太陽光発電機能を有する発電装置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が設けられている。また、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。このミッション機器は、主翼部１０１の下部へ内蔵したり、主翼部１０１の下部にポッド１０５を直接取り付けてその内部に格納されたりしてもよい。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての中継通信局１１０と、蓄電装置としてのバッテリー１０６とが収容されている。バッテリー１０６は、主翼部１０１に内蔵してもよい。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、中継通信局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飛行することができる。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。

ＨＡＰＳ１０は、無線送電装置としてのマイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビームなどのエネルギービームを受けて電力を生じさせる無線受電装置を備えていてもよい。

また、ＨＡＰＳ１０は、例えば図３に示すように、他のＨＡＰＳや人工衛星との間でマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての無線通信アンテナ装置１４０を備えてもよい。他のＨＡＰＳや人工衛星との無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものでもよい。

図４は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す斜視図である。
図４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、中継通信局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、中継通信局２１０による無線中継処理が実行される。

無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０にも、マイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビームなどのエネルギービームを受けて電力を生じさせる無線受電装置が備わっていてもよい。

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。

また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０は、例えば図４に示すように、他のＨＡＰＳや人工衛星との間のマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の無線通信アンテナ装置１４０を備えてもよい。他のＨＡＰＳや人工衛星と無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものであってもよい。

図５は、本実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の一構成例を示すブロック図である。なお、図５では、本実施形態の中継通信局１１０，２１０が基地局タイプの中継通信局の例を示しているが、中継通信局１１０，２１０はレピータタイプの中継通信局であってもよい。

図５において、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、３Ｄ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、ＥＰＣ（Evolved Packet Core）装置１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７と、モデム部１１８と、基地局処理部１１９とを備える。更に、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる外部通信部１２５と、ビーム制御部１２６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、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とともに無線通信部を構成し、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、フィード用アンテナ部１１３とともに他の無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部１１３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フィーダリンクを構築する。

ＥＰＣ装置１１５は、移動通信のコアネットワーク装置として機能するものであり、例えば、端末装置の接続や切断、端末装置の基地局間の移動制御、端末装置の位置管理と呼出しを行うＭＭＥ（Mobile Management Entity）機能、加入者認証やセキュリティの管理を行うＨＳＳ（Home Subscriber Server）機能、ＩＰアドレス管理と伝送品質制御を行うＰ−ＧＷ（Packet Data Network Gateway）機能、ＩＰパケット転送を行うＳ−ＧＷ（Serving Gateway）機能などを提供する。ＥＰＣ装置１１５は、３ＧＰＰで規定されるＬＴＥコアネットワークに必要な機能を単一のハードウェアプラットフォーム上で実行できる。

本実施形態のＥＰＣ装置１１５は、送受信部１１２が３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して端末装置から受信したデータ及び端末装置へ送信するデータの少なくとも一方のデータを用いる情報処理を行う情報処理部（例えば、モバイルエッジコンピューティング（ＭＥＣ）部）として機能する。ここで行う情報処理は、送受信部１１２が端末装置から受信したデータや端末装置へ送信するデータを用いるものであればよい。

前記情報処理としては、例えば、送受信部１１２が端末装置から受信したデータに基づいて、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置との間の通信トラヒックを特定し、通信トラヒックを低減させるトラヒック低減処理であってもよい。このような処理を、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されている監視制御部１１６によって実現することで、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへの通信を行うことなく、当該ＨＡＰＳ１０，２０によって形成される３次元セル４１，４２内の端末装置との通信トラヒックを低減することができる。したがって、３次元セル４１，４２内の端末装置との通信トラヒックを低減するにあたり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済む。

また、前記情報処理としては、例えば、３次元セル４１，４２内に在圏する複数の端末装置間で通信されるデータを、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信することなく、当該複数の端末装置間のデータ通信を実現するための通信処理であってもよい。このような処理により、３次元セル４１，４２内に在圏する複数の端末装置間のデータ通信を実現するにあたり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済む。

また、前記情報処理としては、例えば、送受信部１１２が端末装置から受信したデータ（例えば、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信によって受信したＩｏＴデータ）のデータ量を削減するデータ量削減処理であってもよい。このような処理を、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されている監視制御部１１６によって実現することで、端末装置から受信したデータを、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信するにあたり、送信するデータ量を少なくすることができる。よって、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を軽減することができる。

また、前記情報処理としては、例えば、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置を搭載したドローン６０等、他のＨＡＰＳなどの他の飛行体における搭載機器を制御するための処理であってもよい。この処理は、例えば、他の飛行体の飛行移動を制御する制御機器や、他の飛行体に搭載されるカメラ等の撮像機器、他の飛行体に搭載される通信機器などを制御するための処理が挙げられる。

また、前記情報処理としては、上述した例示に限定されるものではなく、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０での給電制御系（エネルギー・マネージメント・システム）に関する制御のための情報処理であってもよい。この制御は、例えば、バッテリー１０６，２０４に蓄電された電力を、監視制御部１１６からの指示により、バス動力系へ供給する電力とミッション系へ供給する電力のバランスを状況に応じて調整変更するものである。このような給電制御系に関する制御のための情報処理としては、例えば、送受信部１１２が端末装置から受信したデータに基づいて、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の数（アクティブユーザ数）を特定し、その数が少ない場合には、ミッション系からバス動力系へ給電量を融通し、ＨＡＰＳ１０，２０の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御するための情報処理が挙げられる。アクティブユーザ数が多い場合には、ミッション系が電力を必要とするので、バス動力系への供給量を減らし、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行モードを、位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するように制御することになる。

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内の主に飛行体部分の動作処理状況を監視したり制御したりする。例えば、監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ１０３，２０２を駆動するモータ駆動部１４１を制御して、ＨＡＰＳ１０，２０を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。

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、無線受電装置で受けた給電用マイクロ波ビーム等のエネルギービームを変換した電力を、バッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有していてもよい。また、電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や、外部から有線等で給電される電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。

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機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代又は第５世代以降の次々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。

中継通信局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、中継通信局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、前記無線通信には、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、前記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。

外部通信部１２５は、マイクロ波等の電波により周辺の他のＨＡＰＳ１０，２０や人工衛星７２と通信する。この通信により、ドローン６０等の端末装置と移動通信網８０との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのＨＡＰＳが故障したときに他のＨＡＰＳがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。

ビーム制御部１２６は、ＨＡＰＳ間通信や人工衛星との通信に用いる電波のビーム方向や強度を制御したり、周辺の他のＨＡＰＳ（中継通信局）との間の相対的な位置の変化に応じて無線通信を行う他のＨＡＰＳ（中継通信局）を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢、周辺のＨＡＰＳの位置などに基づいて行ってもよい。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のＨＡＰＳの位置の情報は、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５又は他のＨＡＰＳ管理サーバから取得してもよい。

本実施形態のＨＡＰＳ１０，２０は、マイクロ波受電部等の無線受電装置で受電した電力をバッテリー１０６，２０４で一時蓄電する構成を採用した場合、バッテリー１０６，２０４は必ずしも必要であるわけではない。例えば、給電用マイクロ波ビームをレクテナ部で常時受けることができるシステムであれば、無線受電装置で受電した電力をバス動力系やミッション系の電力消費機器へ直接的に供給する構成としてもよい。また、給電用マイクロ波ビームをレクテナ部で常時受けるシステムでなくとも、ソーラーパネル１０２等の発電装置との併用により、発電装置が発電しない期間の電力をマイクロ波受電部等の無線受電装置で受電した電力で賄うようにすれば、バッテリー１０６，２０４は必ずしも必要であるわけではない。なお、ＨＡＰＳ１０のように揚力で浮揚するタイプの飛行体において、バス動力系へ一時的に電力を供給できない状況になっても、その間は位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するなどして、飛行を維持することができる。

図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の他の構成例を示すブロック図である。
図６のＨＡＰＳ１０，２０は、ＨＡＰＳ１０，２０と移動通信網８０の通信センター等に設けられた遠隔制御装置８５との間の無線通信を、フィーダ局７０を介して通信を行うフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４とは別の通信手段によって実現するものである。具体的には、図６のＨＡＰＳ１０，２０においては、制御用アンテナ部１２０と送受信部１２１が更に備わっている。なお、図６において、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。

制御用アンテナ部１２０は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた遠隔制御装置８５と通信するために、地上又は海上の施設であるＨＡＰＳ制御用通信局７５との間で無線通信を行うための無指向性アンテナ又は指向性アンテナを有する。ＨＡＰＳ制御用通信局７５との間の無線通信は、上述したとおり、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行移動を制御するための通信を含むため、高い信頼性と低遅延性が求められる。したがって、制御用アンテナ部１２０は、端末装置のデータ通信をフィーダ局７０との間で行うフィード用アンテナ部１１３が用いる周波数帯域よりも低い周波数帯域を用いて無線通信を行うものが好ましい。例えば、フィード用アンテナ部１１３がギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の周波数帯域を用いる場合、制御用アンテナ部１２０はメガヘルツ（ＭＨｚ）帯の周波数帯域を用いる。

送受信部１２１は、制御用アンテナ部１２０とともに更に他の無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、制御用アンテナ部１２０を介して、ＨＡＰＳ制御用通信局７５に無線信号を送信したりＨＡＰＳ制御用通信局７５から無線信号を受信したりする。遠隔制御装置８５からＨＡＰＳ制御用通信局７５により制御用アンテナ部１２０及び送受信部１２１を介して受信した受信信号に係るデータは、監視制御部１１６やＥＰＣ装置１１５へ送られる。また、監視制御部１１６やＥＰＣ装置１１５から制御用アンテナ部１２０及び送受信部１２１を介して送信される送信信号に係るデータは、ＨＡＰＳ制御用通信局７５に受信されて遠隔制御装置８５へ送られる。

〔情報処理例１〕
次に、本実施形態における監視制御部１１６で行う情報処理の一例（以下、本例を「情報処理例１」という。）について説明する。
本情報処理例１は、中継通信局１１０，２１０によって形成される３次元セル４１，４２において端末装置との間で送受信されるデータに基づいて、当該３次元セル４１，４２のトラヒックを分析し、当該３次元セル４１，４２を最適化するセル最適化処理である。このセル最適化処理により、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに、例えば、当該ＨＡＰＳ１０，２０によって形成される３次元セル４１，４２内の端末装置の通信品質を改善することができる。

本情報処理例１に係るセル最適化処理の具体例としては、当該ＨＡＰＳ１０，２０によって形成される３次元セル４１，４２内の端末装置の通信品質が改善されるように、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を制御して、３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を調節するセル調節処理が挙げられる。なお、セル最適化処理は、送受信部１１２が端末装置から受信したデータや送受信部１１２が端末装置へ送信したデータに基づいて、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置との間のトラヒックを特定し、端末装置の通信品質を改善できる処理であれば、前記セル調整処理に限られない。

図７は、本情報処理例１に係るセル最適化処理の一例を示すシーケンス図である。
ドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールや、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ装置あるいは地上でユーザが使用するユーザ装置などの端末装置は、図７に示すように、基地局型のＨＡＰＳ１０，２０を経由し、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、通信情報をやりとりすることができる。

ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５は、所定のトラヒック分析開始条件が満たされると、トラヒック分析処理を開始する（Ｓ１）。トラヒック分析開始条件は、例えば、あらかじめ設定された日時や所定の時間間隔等により分析開始タイミングが到来したという条件、ＨＡＰＳ１０，２０を通じて端末装置がやりとりするデータ量が規定量を超えたという条件、移動通信網８０のコアネットワーク側に設置された遠隔制御装置８５等の外部装置から分析開始指示を受けたという条件など、任意に設定することができる。

トラヒック分析処理を開始すると（Ｓ１）、ＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、３次元セル４１，４２に在圏している端末装置に対し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１からトラヒック分析用の情報取得要求を送信する。この情報取得要求を受信した各端末装置は、情報取得要求に係る所定のフィードバック情報を送信し、これを３Ｄセル形成アンテナ部１１１で受信する。３Ｄセル形成アンテナ部１１１で受信された各端末装置のフィードバック情報は、送受信部１１２及び基地局処理部１１９を介してＥＰＣ装置１１５に取得される（Ｓ３）。

各端末装置のフィードバック情報を取得したＥＰＣ装置１１５は、３次元セル４１，４２に在圏している端末装置との間で行われる無線通信のトラヒックを分析するトラヒック分析処理を行う（Ｓ４）。トラヒック分析処理は、例えば、フィードバック情報として、各端末装置の位置情報及び使用帯域情報を取得し、３次元セル４１，４２内のどの位置で、どの使用帯域が、どのくらいの数の端末装置によって使用されているかを分析する。

トラヒック分析処理を終えたＥＰＣ装置１１５は、次に、所定のセル最適化実行条件を満たす場合には、セル最適化処理を実行して（Ｓ５）、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の通信品質を改善させる。セル最適化実行条件は、トラヒック分析処理の結果に基づき、端末装置の通信品質を改善させる必要があるか否かを判断するための条件であり、任意に設定することができる。セル最適化実行条件としては、例えば、３次元セル４１，４２内における一部の限られた範囲内において所定周波数帯域で通信を行う端末装置の数が規定数を超えているという条件が挙げられる。このようなセル最適化実行条件を満たす場合、セル最適化処理を実行する。

セル最適化処理は、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の通信品質が改善されるように、３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を変化させるべく、各種の通信パラメータを変更する（Ｓ６）。

３次元セル４１，４２の位置を変化させることで、当該３次元セル４１，４２内に在圏していた端末装置の一部が圏外となったり、また当該３次元セル４１，４２の圏外にある端末装置の一部が圏内となったりする。圏外となる端末装置の数が圏内となる端末装置の数よりも多くなるように、３次元セル４１，４２の位置を変化させることで、当該３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の数を減らすことができ、端末装置の通信品質を改善することができる。

また、３次元セル４１，４２のサイズを変化させる場合も、当該３次元セル４１，４２内に在圏していた端末装置の一部が圏外となったり、また当該３次元セル４１，４２の圏外にある端末装置の一部が圏内となったりする。したがって、圏外となる端末装置の数が圏内となる端末装置の数よりも多くなるように、３次元セル４１，４２のサイズを変化させることで、当該３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の数を減らすことができ、端末装置の通信品質を改善することができる。更に、３次元セル４１，４２のサイズを小さくする場合には、３次元セル４１，４２を形成する３Ｄセル形成アンテナ部１１１の電波強度が高まり、端末装置の通信品質が改善する。

以下、３次元セル４１，４２内において所定周波数帯域で通信を行う端末装置の数が規定数を超えている一部の領域（以下「ターゲット領域」という。）に絞り込むように、３次元セル４１，４２の位置及びサイズを変更する例について説明する。

本実施形態における３Ｄセル形成アンテナ部１１１には、指向性を有するビームを形成可能なアンテナが用いられている。例えば、複数の無指向性アンテナ（オムニアンテナ）からなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するようなものであってもよい。また、例えば、ホーンアンテナのような単体のアンテナで指向性をもつビームが形成される指向性アンテナであってもよい。また、例えば、複数の指向性アンテナからなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するようなものであってもよい。ここでは、３Ｄセル形成アンテナ部１１１として、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナを用いる例で説明する。

本情報処理例１のＥＰＣ装置１１５は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１で形成されるビームを制御することにより、３次元セル４１，４２の位置及びサイズを変化させる。具体例としては、基地局処理部１１９は、ＥＰＣ装置１１５の制御の下、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を用いて予め定めた方向にビームを向けて送信及び受信を行うビームフォーミング機能を備えている。このビームフォーミング機能は、基地局処理部１１９ではなく、別途のビーム制御部を設けてもよい。ビームフォーミング機能で用いることができる複数種類のプリコーディングの候補データは、ＨＡＰＳ１０，２０の記憶部に記憶されている。

ここで、プリコーディングによるビームフォーミング機能とは、特定の方向へ送信されるビーム又は特定の方向からのビームを受信するように、３Ｄセル形成アンテナ部１１１（アレイアンテナ）の各アンテナエレメントの信号位相の組（プリコーディング）を複数種類（Ｎ個）用意しておき、その中から一つを選択してプリコーディング制御を行い、ビームを制御する機能である。本情報処理例１では、ＥＰＣ装置１１５が、上述したトラヒック分析処理の結果に基づき、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対位置（３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対方向や相対距離など）を特定し、ビームフォーミング機能を有する基地局処理部１１９がそのターゲット領域の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、そのターゲット領域にビームが向くようにビームを制御する。

図８は、本情報処理例１における３Ｄセル形成アンテナ部１１１で形成される３次元セル４１，４２の位置及びサイズを変更するためのビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本情報処理例１における３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビーム制御では、まず、ＥＰＣ装置１１５は、自己のＨＡＰＳ１０，２０の現在位置情報を取得し、これにより自己のＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ１１）。また、ＥＰＣ装置１１５は、自己のＨＡＰＳ１０，２０の移動方向（姿勢）の情報を取得し、これにより自己のＨＡＰＳ１０，２０の移動方向を特定する（Ｓ１２）。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得される。

続いて、ＥＰＣ装置１１５は、上述したトラヒック分析処理の結果に基づき、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対位置（３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対方向や相対距離など）を特定する（Ｓ１３）。３Ｄセル形成アンテナ部１１１とターゲット領域との距離については、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置と、ターゲット領域の相対位置とから算出することができる。また、３Ｄセル形成アンテナ部１１１から見たターゲット領域の方向については、ＨＡＰＳ１０，２０の移動方向から３Ｄセル形成アンテナ部１１１が向いている方向（方角）を特定したうえで、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置とターゲット領域の相対位置とから算出することができる。

このようにしてＨＡＰＳ１０，２０から見たターゲット領域の方向と距離を特定したら、３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対位置が特定されるので、ＥＰＣ装置１１５は、基地局処理部１１９を介して、記憶部に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とターゲット領域との間の電波のやりとりに最適なプリコーディング候補を選択する（Ｓ１４）。具体的には、３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対位置に基づき、３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームをターゲット領域に向かせるプリコーディング候補を選択する。

本情報処理例１におけるプリコーディング候補には、方向と幅が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、ＨＡＰＳ１０，２０から見たターゲット領域の方向に応じてビーム方向を特定し、ターゲット領域の距離に応じてビーム幅を特定し、特定したビーム方向及びビーム幅に適合するプリコーディング候補を選択する。なお、ターゲット領域の距離が長いほど広いビーム幅を選択するようにしてもよい。ターゲット領域の距離が長いほど、ＨＡＰＳ１０，２０の移動方向の僅かな変化（３Ｄセル形成アンテナ部１１１の向きの僅かな変化）で、ターゲット領域がビーム範囲から外れやすいので、ターゲット領域の距離が長いほど広いビーム幅を選択することで、より安定した無線通信を実現しやすい。逆に、ターゲット領域の距離が長いほど狭いビーム幅を選択するようにしてもよい。ビーム幅を狭くすることで、より遠いターゲット領域との間の無線通信が可能となる。

ＥＰＣ装置１１５によりプリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データは基地局処理部１１９へ送られる。基地局処理部１１９は、そのプリコーディング候補データに従って３Ｄセル形成アンテナ部１１１を制御し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、そのプリコーディング候補データに応じて３Ｄセル形成アンテナ部１１１を構成するアレイアンテナの各アンテナエレメントの信号位相を制御するプリコーディング制御を実施する（Ｓ１５）。これにより、３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームはターゲット領域に向けられ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とターゲット領域とを介して高利得で安定した無線通信が実現され、その結果、通信トラヒックの減少を実現できる。

その後、ＥＰＣ装置１１５、及び、基地局処理部１１９は、処理が終了するまで（Ｓ２１のＹｅｓ）、ターゲット領域の方向及び距離の変化に応じて、３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームをターゲット領域に向かせるプリコーディング制御を実行する（Ｓ１６〜Ｓ２０）。

具体的には、所定のタイミングで、まず、前記ステップＳ１１と同様、自己のＨＡＰＳ１０，２０の現在位置情報を取得し、これによりＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ１６）。また、ＥＰＣ装置１１５は、前記ステップＳ１２と同様、ＨＡＰＳ１０，２０の移動方向の情報を取得し、これによりＨＡＰＳ１０，２０の移動方向を特定する（Ｓ１７）。その後、ＥＰＣ装置１１５は、前記ステップＳ１３と同様、現在のＨＡＰＳ１０，２０の位置及び移動方向において、ＨＡＰＳ１０，２０から見たターゲット領域の方向と距離を特定する処理を行う（Ｓ１８）。そして、ＥＰＣ装置１１５は、これにより特定される３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対するターゲット領域の相対位置に応じて、プリコーディング候補を選択し（Ｓ１９）、そのプリコーディング候補データを基地局処理部１１９へ送る。基地局処理部１１９は、そのプリコーディング候補データに従ってプリコーディング制御を実施する（Ｓ２０）。

これにより、ＨＡＰＳ１０，２０の移動に伴ってターゲット領域の相対位置（方向と距離）が変化しても、これに追従して３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームをターゲット領域に向かせるようにすることができる。この制御を行うタイミングは、任意に設定することができるが、ターゲット領域の相対位置の変化に応じて３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームを精度良く追従させるには、より高い頻度に設定するのが好ましい。

本情報処理例１において、３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームの方向の変化は、例えば、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を支持する支持台を駆動させ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１が向く方向を変化させることにより、実現してもよい。

また、本情報処理例１では、次のトラヒック分析開始条件が満たされるまでの間は、ターゲット領域の絶対位置が固定され、ＨＡＰＳ１０，２０の移動に伴ってＨＡＰＳ１０，２０に対するターゲット領域の相対位置（方向と距離）が変化するが、ターゲット領域の相対位置の変化に応じてビームが追従するように制御される。この制御は、例えば、端末装置が特定の地域に一時的に集中するような場合に有効である。

一方で、３Ｄセル形成アンテナ部１１１のビームを追従させず、ＨＡＰＳ１０，２０の移動に伴って３次元セル４１，４２の領域が刻々と移動するようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０の移動に伴って３次元セル４１，４２に在圏する端末装置が刻々と入れ替わることになるので、３次元セル４１，４２のトラヒックが刻々と変化する。よって、トラヒック分析開始条件を満たす時間間隔を短くし、トラヒック分析処理及びセル最適化処理を短い時間間隔で繰り返し実施することが望まれる。

仮に、トラヒック分析処理やセル最適化処理を、地上又は海上に設置されている遠隔制御装置８５によって実行する構成であると、ＨＡＰＳ１０，２０と遠隔制御装置８５との間の通信処理に時間を要する結果、トラヒック分析処理及びセル最適化処理を短い時間間隔で繰り返し実施することが難しい。これに対し、本実施形態のように、トラヒック分析処理やセル最適化処理を実行するＥＰＣ載置１１５がＨＡＰＳ１０，２０に搭載されている構成であれば、通信処理に時間を要することがなく、トラヒック分析処理及びセル最適化処理を短い時間間隔で繰り返し実施することが可能となる。

また、本情報処理例１では、３Ｄセル形成アンテナ部１１１で単一のビームを形成する例であるが、３Ｄセル形成アンテナ部１１１で複数のビームを形成し、複数の３次元セル４１，４２を形成することも可能である。この場合には、複数の３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を変更することにより、複数の３次元セル４１，４２の全体的な端末装置の通信品質を改善するようにしてもよい。例えば、３Ｄセル形成アンテナ部１１１の複数ビームによって形成される複数の３次元セル４１，４２間で、接続される端末装置の数の差が少なくなるように、３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を変更する。

具体的には、上述したトラヒック分析処理において、３Ｄセル形成アンテナ部１１１によって形成される複数の３次元セル４１，４２の全体において、どの位置で、どの使用帯域が、どのくらいの数の端末装置によって使用されているかを分析する。そして、ＥＰＣ装置１１５は、このトラヒック分析処理の結果に基づき、各３次元セル４１，４２の端末装置の接続数が均一化するように、各３次元セル４１，４２を形成する領域（ターゲット領域）を特定する。すなわち、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対する各ターゲット領域の相対位置を特定する。このようにして各ターゲット領域の相対位置を特定したら、各ターゲット領域の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、これらのターゲット領域にビームが向くようにビームを制御する。

なお、ここでは、一のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されている３Ｄセル形成アンテナ部１１１によって複数の３次元セル４１，４２を形成する例について説明したが、他のＨＡＰＳ１０，２０と連携して、複数のＨＡＰＳ１０，２０で複数の３次元セル４１，４２を形成する例でも同様である。すなわち、複数のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されている３Ｄセル形成アンテナ部１１１によって形成される複数の３次元セル４１，４２間で、接続される端末装置の数の差が少なくなるように、３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を変更してもよい。このとき、複数のＨＡＰＳ１０，２０による連携制御は、例えば、いずれか一方のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されたＥＰＣ装置１１５が、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークを通じ、他のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されたＥＰＣ装置１１５へ制御情報を送ることにより実現することができる。なお、この連携制御は、移動通信網８０のコアネットワークを経由せずに、例えば、外部通信部１２５を用いて複数のＨＡＰＳ１０，２０間で直接通信するＨＡＰＳ間通信や、その他の通信経路を用いて実現してもよい。

図９は、本情報処理例１において、複数のＨＡＰＳ１０，２０で複数の３次元セル４１，４２を形成する場合におけるセル最適化処理の一例を示すシーケンス図である。
一のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５が、所定のトラヒック分析開始条件が満たされてトラヒック分析処理を開始すると（Ｓ１）、自己のＨＡＰＳ１０，２０の３次元セル４１，４２に在圏している端末装置からトラヒック分析用のフィードバック情報を取得する（Ｓ２，Ｓ３）。

また、一のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５は、外部通信部１２５を用いたＨＡＰＳ間通信により、他のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５に対し、情報取得要求を送信する。この情報取得要求を受信した他のＨＡＰＳ１０，２０では、当該他のＨＡＰＳ１０，２０の３次元セル４１，４２に在圏している各端末装置に対して情報取得要求を送信し、各端末装置からフィードバック情報を取得する（Ｓ３’）。そして、当該他のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、取得した各端末装置のフィードバック情報を、外部通信部１２５を用いたＨＡＰＳ間通信により、当該一のＨＡＰＳ１０，２０へ送信する。

このようにして、一のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、自己及び他のＨＡＰＳ１０，２０によって形成される複数の３次元セル４１，４２の全体にわたる各端末装置のフィードバック情報を取得する。その後、当該一のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、これらの３次元セル４１，４２のトラヒックを分析するトラヒック分析処理を行う（Ｓ４）。

トラヒック分析処理を終えたＥＰＣ装置１１５は、次に、所定のセル最適化実行条件を満たす場合には、セル最適化処理を実行して（Ｓ５，Ｓ５’）、複数の３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の通信品質を改善させる。セル最適化処理は、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置の通信品質が改善されるように、各３次元セル４１，４２の位置及びサイズの少なくとも一方を変化させるべく、各種の通信パラメータを変更する（Ｓ６，Ｓ６’）。

具体的には、当該一のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、トラヒック分析処理の結果に基づき、各３次元セル４１，４２の端末装置の接続数が均一化するように、各３次元セル４１，４２を形成する領域（ターゲット領域）を特定する。すなわち、それぞれのＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１に対する各ターゲット領域の相対位置を特定する。このようにして各ターゲット領域の相対位置を特定したら、当該一のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、自己のＨＡＰＳ１０，２０については、対応するターゲット領域の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、このターゲット領域にビームが向くようにビームを制御するセル最適化処理及び通信パラメータの変更を行う（Ｓ５，Ｓ６）。

一方、当該一のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、他のＨＡＰＳ１０，２０に対応するターゲット領域の相対位置を含むセル最適化情報を、外部通信部１２５を用いたＨＡＰＳ間通信により、他のＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５に対して送信する。このセル最適化情報を受信した当該他のＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、そのセル最適化情報に含まれるターゲット領域の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、このターゲット領域にビームが向くようにビームを制御するセル最適化処理及び通信パラメータの変更を行う（Ｓ５’，Ｓ６’）。

〔情報処理例２〕
次に、本実施形態におけるＥＰＣ装置１１５で行う情報処理の他の例（以下、本例を「情報処理例２」という。）について説明する。
本情報処理例２は、３次元セル４１，４２内に在圏する複数の端末装置間で通信されるデータを、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信することなく、当該複数の端末装置間のデータ通信を実現するための通信処理である。このような処理により、３次元セル４１，４２内に在圏する複数の端末装置間のデータ通信を実現するにあたり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済み、ＨＡＰＳ１０，２０と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクに用いる電波資源の有効活用を可能にする。

図１０は、本情報処理例２における端末装置の通信情報の制御の流れを示すフローチャートである。
ＨＡＰＳ１０，２０は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１により、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から無線信号による通信情報を受信すると（Ｓ３１）、当該ＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、その通信情報の送信先端末装置が同じ３次元セル４１，４２内（自セル内）に在圏する端末装置であるか否かを判断する（Ｓ３２）。ＥＰＣ装置１１５は、送信先端末装置が自セル内の端末装置ではないと判断されたら（Ｓ３２のＮｏ）、基地局処理部１１９を制御して、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワーク（地上の通信網）へ通信情報を送信する（Ｓ３３）。

一方、ＥＰＣ装置１１５は、送信先端末装置が自セル内の端末装置であると判断した場合（Ｓ３２のＹｅｓ）、基地局処理部１１９を制御して、３Ｄセル形成アンテナ部１１１により当該３次元セル４１，４２内に在圏する送信先端末装置との通信を確立する。そして、３Ｄセル形成アンテナ部１１１から送信先端末装置へ通信情報を送信する（Ｓ３４）。

本情報処理例２によれば、同じ３次元セル４１，４２内に在圏する複数の端末装置間のデータ通信を実現するにあたり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済み、ＨＡＰＳ１０，２０と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクに用いる電波資源の有効活用が可能になる。

なお、ＥＰＣ装置１１５は、送信先端末装置が自セル内ではないが、ＨＡＰＳ間通信等によって通信可能な他のＨＡＰＳ１０，２０の３次元セル４１，４２内に在圏する場合には、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ通信情報を送信せずに、外部通信部１２５等からＨＡＰＳ間通信等によって他のＨＡＰＳ１０，２０へ通信情報を送信するように制御してもよい。この場合も、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済む。

〔情報処理例３〕
次に、本実施形態におけるＥＰＣ装置１１５で行う情報処理の更に他の例（以下、本例を「情報処理例３」という。）について説明する。
３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置からは、ＩｏＴ用通信によってＩｏＴ情報が送信され、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１によって受信される。ＨＡＰＳ１０，２０で受信された端末装置からのＩｏＴ情報は、通常は、そのまま、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへと送信され、ＩｏＴ情報を処理する装置に受信される。しかしながら、近年、端末装置から送信されるＩｏＴ情報が増大し、また、ＩｏＴ情報を送信する端末装置の数も増大しており、移動通信網８０のコアネットワークを流れるＩｏＴ情報のデータ量が増大して、コアネットワークの通信負荷を増大させている。

本情報処理例３は、端末装置から受信したＩｏＴ情報のデータ量を削減するデータ量削減処理である。このような処理を、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されているＥＰＣ装置１１５によって実現することで、端末装置から受信したＩｏＴ情報を、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信するにあたり、送信するデータ量を少なくすることができる。よって、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を軽減することができる。

図１１は、本情報処理例３におけるＩｏＴ情報の制御の流れを示すシーケンス図である。
本情報処理例３において、３次元セル４１，４２内に在圏する各端末装置から送信されたＩｏＴ情報は、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１によって受信され、ＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５の制御の下、ＨＡＰＳ１０，２０の記憶部に一時的に記憶される（Ｓ４１）。その後、所定のＩｏＴ情報送信条件が満たされると、ＥＰＣ装置１１５は、まず、記憶部に蓄積されたＩｏＴ情報についてのデータ量削減処理を実行する（Ｓ４２）。ＩｏＴ情報送信条件は、例えば、あらかじめ設定された日時や所定の時間間隔等により分析開始タイミングが到来したという条件、記憶部に蓄積されたＩｏＴ情報のデータ量が規定量を超えたという条件、移動通信網８０のコアネットワーク側に設置された遠隔制御装置８５等の外部装置から分析開始指示を受けたという条件など、任意に設定することができる。

ＩｏＴ情報のデータ量削減処理は、例えば、所定の判断プログラムに従い、記憶部に記憶されたＩｏＴ情報に対し、不必要なＩｏＴ情報を抽出して削除したり、複数のＩｏＴ情報を集約したりする処理である。このようなデータ量削減処理を終えた後、ＥＰＣ装置１１５は、処理後のＩｏＴ情報を、フィード用アンテナ部１１３からフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信させる。

〔情報処理例４〕
次に、本実施形態におけるＥＰＣ装置１１５で行う情報処理の更に他の例（以下、本例を「情報処理例４」という。）について説明する。
本情報処理例４は、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置を搭載したドローン６０等、他のＨＡＰＳなどの他の飛行体における搭載機器を制御するための処理である。この処理は、例えば、他の飛行体の飛行移動を制御する制御機器や、他の飛行体に搭載されるカメラ等の撮像機器、他の飛行体に搭載される通信機器などを制御するための処理が挙げられる。

例えば、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置を搭載した１又は２以上のドローン６０の飛行移動を制御する場合、ドローン６０に搭載された端末装置から、当該ドローン６０に搭載されているＧＰＳ位置情報等の現在位置情報を、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１により受信する。ＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５は、受信したドローン６０の現在位置情報と、ＨＡＰＳ１０，２０の記憶部に予め記憶されている位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）とから、当該ドローン６０に対する飛行移動の制御情報を作成する。そして、作成した制御情報は、ＥＰＣ装置１１５の制御の下、３Ｄセル形成アンテナ部１１１から当該ドローン６０の端末装置へ送信される。これにより、ドローン６０は、受信した制御情報に基づいて飛行移動が制御され、飛行スケジュール情報等に従った飛行移動を行うことができる。

通常、ドローン６０の飛行移動をドローン６０の外部装置によって制御する場合、移動通信網８０のコアネットワーク側に設置されたグランドコントロールシステムによって制御される。そのため、ドローン６０上の端末装置とグランドコントロールシステムとの間の通信（ドローン６０の現在位置情報、ドローン６０の飛行移動を制御するための制御情報などの通信）に、移動通信網８０のコアネットワークが使用される。本情報処理例４によれば、いわゆるグランドコントロールシステムの機能がＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５に備わっているため、ドローン６０の飛行移動の制御にあたり、移動通信網８０のコアネットワークへの通信が不要となり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済み、ＨＡＰＳ１０，２０と地上側又は海上側の通信網との間のフィーダリンクに用いる電波資源の有効活用が可能になる。

また、例えば、３次元セル４１，４２内に在圏する端末装置を搭載した１又は２以上のドローン６０に搭載されているカメラ等の撮像機器を制御する場合も、同様である。すなわち、本情報処理例４によれば、ドローン６０に搭載されているカメラ等の撮像機器を制御する機能がＨＡＰＳ１０，２０のＥＰＣ装置１１５に備わっているため、ドローン６０上の撮像機器の制御にあたり、移動通信網８０のコアネットワークへの通信が不要となり、移動通信網８０のコアネットワークの通信負荷を高めずに済む。

なお、本明細書で説明された処理工程、並びに、ＨＡＰＳ１０，２０等の飛行体に搭載される各種機器等、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）、基地局装置などの構成要素は、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、中継通信局、フィーダ局、基地局装置、中継通信局装置、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）において前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、前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前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 ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
２０ ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
７０ フィーダ局
７２ 人工衛星
７５ ＨＡＰＳ制御用通信局
８０ 移動通信網
８５ 遠隔制御装置
１１０，２１０ 中継通信局
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 ＥＰＣ装置
１１６ 監視制御部
１１７ 電源部
１１８ モデム部
１１９ 基地局処理部
１２０ 制御用アンテナ部
１２１ 送受信部

Claims (11)

1. 通信中継装置であって、
   飛行体に搭載され、端末装置と通信網との間の通信を中継する中継通信局と、
   前記中継通信局が前記端末装置から受信したデータ及び前記端末装置に送信するデータの少なくとも一方のデータを用いる情報処理を行う情報処理部と、を有することを特徴とする通信中継装置。
2. 請求項１に記載の通信中継装置において、
   前記中継通信局は、移動通信の基地局又はレピータであり、
   前記情報処理装置は、移動通信のコアネットワーク装置であることを特徴とする通信中継装置。
3. 請求項１又は２に記載の通信中継装置において、
   前記情報処理は、前記中継通信局によって形成されるセルにおいて前記端末装置との間で送受信されるデータに基づいて前記セルのトラヒックを分析し、前記セルを最適化するセル最適化処理を含むことを特徴とする通信中継装置。
4. 請求項３に記載の通信中継装置において、
   前記セル最適化処理は、前記中継通信局を制御して前記セルの位置及びサイズの少なくとも一方を調節するセル調節処理を含むことを特徴とする通信中継装置。
5. 請求項４に記載の通信中継装置において、
   前記セル調節処理は、当該通信中継装置の前記中継通信局によって形成される複数のセル間、又は、当該通信中継装置の前記中継通信局によって形成されるセルと他の飛行体に搭載される別の中継通信局によって形成されるセルとの間で、各セルに接続される端末装置の数の差が少なくなるように、前記セルの位置及びサイズの少なくとも一方を変更することを特徴とする通信中継装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
   前記情報処理は、前記中継通信局が無線通信を行う複数の端末装置間で送受信されるデータを前記通信網へ送信することなく該複数の端末装置間で送受信するための処理を含むことを特徴とする通信中継装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
   前記情報処理は、前記中継通信局が前記端末装置から受信して前記通信網側に送信するデータのデータ量を削減するデータ量削減処理を含むことを特徴とする通信中継装置。
8. 請求項７に記載の通信中継装置において、
   前記データ量削減処理は、前記中継通信局が前記端末装置からＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信によって受信したＩｏＴデータのデータ量を削減することを特徴とする通信中継装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
   前記情報処理は、前記端末装置を搭載した他の飛行体を制御するための処理を含むことを特徴とする通信中継装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信中継装置において、
    他の飛行体に搭載される別の通信中継装置から無線通信によりデータを受信する受信部を有し、
    前記情報処理部は、前記受信部が受信したデータも用いて前記情報処理を行うことを特徴とする通信中継装置。
11. 請求項１０に記載の通信中継装置において、
    前記情報処理部の処理結果を前記別の通信中継装置へ送信する送信部を有することを特徴とする通信中継装置。

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