JP7010901B2 - Ｈａｐｓ通信システムにおける動的サイトダイバーシチ - Google Patents

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Description

本発明は、３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳシステムにおける動的サイトダイバーシチに関するものである。
従来、空中に浮揚して滞在可能な高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）等の通信中継装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この空中浮揚型の通信中継装置における通信回線は、その通信中継装置と移動通信網側のゲートウェイ（ＧＷ）局との間のフィーダリンクと、通信中継装置と端末装置との間のサービスリンクとで構成される。
米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７号明細書
上記空中浮揚型の通信中継装置と地上のＧＷ局との間のフィーダリンクの無線伝搬路における局所的な降雨や降雪等があると、フィーダリンクの無線信号減衰量（伝搬損失）が増大して通信品質が低下し、そのフィーダリンクに対応するセルの端末装置と通信中継装置との間のサービスリンクの通信品質が低下するおそれがある。
本発明の一態様に係る空中滞在型の通信中継装置は、ゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線通信を行うフィーダリンク通信部と、端末装置との間でサービスリンクの無線通信するサービスリンク通信部と、当該通信中継装置を移動させる駆動部と、前記ゲートウェイ局と当該通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで当該通信中継装置を移動させるように制御する駆動制御部と、を備える。
前記通信中継装置において、フィーダリンク用のアンテナの機械的な駆動又は前記フィーダリンクにおける信号処理により前記ゲートウェイ局の方向を向くように前記フィーダリンク通信部の指向性ビームを制御してもよい。
前記通信中継装置において、前記サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリントの位置及び形状を維持可能な範囲内で移動してもよい。
前記通信中継装置において、当該通信中継装置を移動させた後又は当該通信中継装置の移動中に、前記サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリントの位置及び形状を当該通信中継装置の移動前の前記フットプリントの位置及び形状に維持するように前記サービスリンク通信部の指向性ビームを制御してもよい。
前記通信中継装置において、前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象情報を取得し、前記気象情報に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記通信中継装置において、前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、前記気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記通信中継装置において、前記ゲートウェイ局との間のフィーダリンクと、前記ゲートウェイ局とは異なる場所に位置するように地上又は海上に設けた無線装置との間のリンクとを含む、複数リンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記気象の空間的変動を検知又は予測してもよい。
前記通信中継装置において、前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記通信中継装置において、当該通信中継装置が移動した先で前記フィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は前記通信品質を測定してもよい。
前記通信中継装置において、当該通信中継装置の周辺に他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、当該通信中継装置と前記他の通信中継装置とが互いに最適配置になるように前記他の通信中継装置と連動して移動してもよい。
前記通信中継装置において、当該通信中継装置の周辺に、管理運用主体が異なる他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、前記他の通信中継装置に移動先を指示してもよい。
本発明の他の態様に係るゲートウェイ局は、空中滞在型の通信中継装置と無線通信を行うゲートウェイ局である。このゲートウェイ局は、通信網との間で通信を行うネットワーク通信部と、前記通信中継装置との間でフィーダリンクの無線通信を行うフィーダリンク通信部と、当該ゲートウェイ局を移動させる駆動部と、当該ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで当該ゲートウェイ局を移動させるように制御する駆動制御部と、を備える。
前記ゲートウェイ局において、フィーダリンク用のアンテナの機械的な駆動又は前記フィーダリンクにおける信号処理により前記通信中継装置の方向を向くように前記フィーダリンク通信部の指向性ビームを制御してもよい。
前記ゲートウェイ局において、当該ゲートウェイ局と前記フィーダリンクの無線通信を行っている接続中の前記通信中継装置は複数であり、前記複数の接続中の通信中継装置にとって最適な位置に移動してもよい。
前記ゲートウェイ局において、当該ゲートウェイ局と前記フィーダリンクの無線通信を行っている接続中の前記通信中継装置の周辺に、前記接続中の通信中継装置とは運用管理主体が異なる他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、前記接続中の通信中継装置及び前記他の通信中継装置の両方にとって最適な位置に移動してもよい。
前記ゲートウェイ局において、前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象情報を取得し、前記気象情報に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記ゲートウェイ局において、前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、前記気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記ゲートウェイ局において、前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動してもよい。
前記ゲートウェイ局において、当該ゲートウェイ局が移動した先で前記フィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は前記通信品質を測定してもよい。
本発明の更に他の態様に係る通信システムは、前記いずれかの通信中継装置と前記いずれかのゲートウェイ局とを備え、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方を移動させる。
前記通信システムにおいて、前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方は複数であり、複数のフィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を同時に抑制又は回避してもよい。 前記通信システムにおいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで移動させるための制御情報を前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方に送信する遠隔制御装置を、更に備えてもよい。
本発明の更に他の態様に係るプログラムは、空中滞在型の通信中継装置に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムである。このプログラムは、ゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線通信を行うためのプログラムコードと、端末装置との間でサービスリンクの無線通信するためのプログラムコードと、前記ゲートウェイ局と当該通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで当該通信中継装置を移動させるためのプログラムコードと、を含む。
本発明の更に他の態様に係るプログラムは、空中滞在型の通信中継装置と無線通信を行うゲートウェイ局に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムであって、通信網との間で通信を行うためのプログラムコードと、前記通信中継装置との間でフィーダリンクの無線通信を行うためのプログラムコードと、前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで前記ゲートウェイ局を移動させるためのプログラムコードと、を含む。
本発明によれば、空中浮揚型の通信中継装置とゲートウェイ局との間のフィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失（信号減衰）の増大に起因したサービスリンクの通信品質の低下を抑制することができる。
（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳのフィーダリンクの伝搬損失増大部に対する回避動作の一例を示す説明図。 （ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る通信システムにおけるＧＷ局のフィーダリンクの伝搬損失増大部に対する回避動作の一例を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）は、参考例に係るＨＡＰＳ及びＧＷ局を備える通信システムにおけるＨＡＰＳ又はＧＷ局の移動を伴わない一般的なサイトダイバーシチの一例を示す説明図。 （ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳのフィーダリンクの伝搬損失増大部に対する回避動作の他の例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムに用いることができるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。 実施形態に係る通信システムに用いることができるＨＡＰＳの他の例を示す斜視図。 実施形態に係る通信システムに用いることができる移動可能なコンテナタイプのＧＷ局の一例を示す側面図。 実施形態に係るＧＷ局の主要構成の一例を示すブロック図。 実施形態に係るＨＡＰＳのＧＷ局の主要構成の一例を示すブロック図。 実施形態に係るＨＡＰＳにおける動的サイトダイバーシチ制御の一例を示すフローチャート。 図１１の動的サイトダイバーシチ制御における伝搬損失の時間的変動の一例を示すグラフ。 実施形態に係るＨＡＰＳにおけるフィーダリンクの動的サイトダイバーシチ制御の他の例を示すフローチャート。 図１３の動的サイトダイバーシチ制御におけるフィーダリンクの伝搬損失の空間的変動の一例を示すグラフ。 実施形態に係るＨＡＰＳにおける動的サイトダイバーシチ制御の更に他の例を示すフローチャート。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の一例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の他の例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図。 実施形態に係る通信システムのＧＷ局及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図。
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（ａ）～（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳ１０のフィーダリンクＦＬの伝搬損失増大部３０に対する回避動作の一例を示す説明図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の通信システムは、空中浮揚型の通信中継装置（無線中継装置）としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」、「成層圏プラットフォーム」ともいう。）１０を備えている。ＨＡＰＳ１０は、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に３次元セル（３次元エリア）を形成する。ＨＡＰＳ１０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］以下の高高度の空域（浮揚空域）に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体としてのソーラプレーンに中継通信局が搭載されたものである。ＨＡＰＳ１０は、飛行船などの他の浮揚体に中継通信局が搭載されたものであってもよい。
なお、以下の実施形態では、ＨＡＰＳ１０の中継通信局がリピータ子機の機能を有する場合について主に説明ずるが、ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、移動通信システムの基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ又は５Ｇ等の次世代のｇＮｏｄｅＢ）の機能を有してもよい。
ＨＡＰＳ１０の位置する空域は、例えば、地上（又は海や湖などの水上）の高度が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。
本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳ１０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は、例えば、ＨＡＰＳ１０が位置する空域と従来のマクロセル基地局等の基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ又は５Ｇ等の次世代のｇＮｏｄｅＢ）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。
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は、海、川又は湖の上空であってもよい。また、ＨＡＰＳ１０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置するユーザ装置（移動局）としての端末装置６０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１において、ＨＡＰＳ１０とＧＷ局７０との間のリンクを「フィーダリンク」ＦＬといい、ＨＡＰＳ１０と端末装置６０との間のリンクを「サービスリンク」ＳＬという。また、ＧＷ局７０からＨＡＰＳ１０を経由して端末装置６０に向かう通信のダウンリンクを「フォワードリンク」といい、端末装置６０からＨＡＰＳ１０を経由してＧＷ局７０に向かう通信のアップリンクを「リバースリンク」ともいう。
ＨＡＰＳ１０に設けられる中継通信局は、サービスリンク用アンテナ（以下「ＳＬアンテナ」という。）により、端末装置６０と無線通信するための複数のビームを地面に向けて形成する。ＨＡＰＳ１０のビームが通過する領域が３次元セルであり、その３次元セルのフットプリント１００Ｆが、端末装置６０の通信サービスを提供する地上（又は海や湖などの水上）のサービスエリアになる。
端末装置６０は、地上等（又は海や湖などの水上）のサービスエリアに位置する端末装置だけなく、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に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。
ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、例えば、地上（又は海上）側のゲートウェイ局（「フィーダ局」ともいう。以下「ＧＷ局」という。）７０とフィーダリンクの無線通信を行うことができる。中継通信局は、フィーダリンク用アンテナ（以下「ＦＬアンテナ」という。）により無線通信可能な地上又は海上に設置されたＧＷ局７０を介して、移動通信網のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ１０の中継通信局とＧＷ局７０との間のフィーダリンクの通信は、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は、空中で移動するときＧＷ局７０を追尾するようにＦＬアンテナの指向性ビームを制御してもよい。ＦＬアンテナがＧＷ局７０を追尾することにより、ＨＡＰＳ１０の移動によるフィーダリンクの通信品質の低下を抑制できる。ＦＬアンテナの指向性ビームの制御方式としては、ジンバル方式、電気方式（３６０度のビームフォーミング制御方式）、電気方式（角度限定のビームフォーミング制御方式＋アンテナ切替）など、各種の方式を用いることができる。
また、ＧＷ局７０は、空中で移動するＨＡＰＳ１０を追尾するように自局のフィーダリンク用アンテナ（以下「ＧＷアンテナ」という。）を制御してもよい。ＧＷアンテナがＨＡＰＳ１０を追尾することにより、パラボラアンテナなどの高い指向性を有するＧＷアンテナを用いた場合でも、ＨＡＰＳ１０の移動によるフィーダリンクの通信品質の低下を抑制できる。ＧＷアンテナの指向性ビームの制御方式としては、ジンバル方式、電気方式（３６０度のビームフォーミング制御方式）、電気方式（角度限定のビームフォーミング制御方式＋アンテナ切替）など、各種の方式を用いることができる。
図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＨＡＰＳ１０を備える通信システムでは、ＨＡＰＳ１０とＧＷ局７０との間のフィーダリンクの無線伝搬路に、降雨（ゲリラ豪雨）、降雪、ストーム、砂嵐等の伝搬損失（無線信号減衰量）が局所的に増大している空間である伝搬損失増大部（「無線信号増大部」ともいう。ゲリラ豪雨などの気象急変が関与している場合は「気象急変部」ともいう。）３０が発生すると、フィーダリンクの無線信号減衰量が増大して通信品質が低下し、そのフィーダリンクに対応する３次元セルの端末装置６０とＨＡＰＳ１０との間のサービスリンクの通信品質が低下するおそれがある。通信品質の低下が大きい場合は、サービスリンクの通信が寸断されるおそれもある。
そこで、本実施形態の通信システムでは、図１（ｃ）に示すように、フィーダリンクの無線伝搬路にゲリラ豪雨などによる伝搬損失増大部３０が発生したとき、図中の矢印Ａで示すようにフィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置までＨＡＰＳ１０を移動させている。これにより、伝搬損失増大部３０での無線信号減衰の増大による通信品質の低下を抑制又は回避することができる。ここで、ＨＡＰＳ１０の移動先の候補位置のすべての範囲で上記ゲリラ豪雨の影響によってフィーダリンクの伝搬損失が大きくなっている場合は、その範囲の中で上記ゲリラ豪雨の影響が最も少ない位置（伝搬損失の増加量が最も小さい位置）にＨＡＰＳ１０を移動させてもよい。
なお、ＨＡＰＳ１０の目標位置への移動は、上記伝搬損失増大部３０が発生したときではなく、フィーダリンクの伝搬損失増大部３０による局所的な無線信号減衰量が所定の閾値以上に増大したときに行ってもよいし、又は、フィーダリンクの通信品質が所定の閾値以下に低下したときに行ってもよい。
また、前記フィーダリンクの無線伝搬路にゲリラ豪雨などによる伝搬損失増大部３０の発生が予測されるときに、図中矢印Ａで示すようにフィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けないと予測される位置までＨＡＰＳ１０を移動させ、伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を予防してもよい。
また、ＨＡＰＳ１０の移動は、サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリント１００Ｆの位置及び形状を維持可能な範囲内で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０の移動後又は移動中に、サービスリンクのセルのフットプリント１００Ｆの位置及び形状をＨＡＰＳ１０の移動前のフットプリントの位置及び形状に維持するようにサービスリンクの指向性ビームを制御してよい。
また、ＨＡＰＳ１０は、フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象情報（例えば、気象予報の情報）を取得し、その気象情報に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。ＨＡＰＳ１０のフィーダリンクの無線伝搬路を含むエリアの気象情報は、例えばインターネット上の気象庁や民間企業などの気象情報提供機関のサイトから取得することができる。
また、ＨＡＰＳ１０は、フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象（例えば、降雨（ゲリラ豪雨）や降雪、ストーム、砂嵐等）の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、その気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。ここで、ＨＡＰＳ１０は、ＧＷ局７０との間のフィーダリンクＦＬと、ＧＷ局７０とは異なる場所に位置するように地上又は海上に設けた無線装置（例えば、ＦＷＡ：Fixed Wireless Access）との間のリンクとを含む、複数リンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて、前記気象の空間的変動を検知又は予測してもよい。
また、ＨＡＰＳ１０は、フィーダリンクＦＬの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。また、ＨＡＰＳ１０は、移動先でフィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は通信品質を測定することにより、フィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置まで移動できたか否かを確認してもよい。
また、ＨＡＰＳ１０は、その周辺に他のＨＡＰＳが位置するとき、当該ＨＡＰＳ１０と他のＨＡＰＳとが互いに最適配置になるように他のＨＡＰＳと連動して移動してもよい。ここで、ＨＡＰＳ１０は、その周辺に、通信キャリア（管理運用主体）が異なる他のＨＡＰＳが位置するとき、前記他のＨＡＰＳ１０に移動先を指示してもよい。
図２（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る通信システムにおけるＧＷ局７０のフィーダリンクＦＬの伝搬損失増大部に対する回避動作の一例を示す説明図である。なお、図２（ａ）～（ｃ）において前述の図１（ａ）～（ｃ）と共通する部分については説明を省略する。
前述の図１（ａ）～（ｃ）の例では、フィーダリンクの無線伝搬路に伝搬損失増大部３０が発生したときに、フィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない位置までＨＡＰＳ１０を移動させているが、図２（ｃ）の矢印Ｂに示すようにフィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置までＧＷ局７０を移動させてもよい。このＧＷ局７０の移動により、伝搬損失増大部３０での無線信号減衰の増大による通信品質の低下を抑制又は回避することができる。ここで、ＧＷ局７０の移動先の候補位置のすべての範囲で上記ゲリラ豪雨の影響によってフィーダリンクの伝搬損失が大きくなっている場合は、その範囲の中で上記ゲリラ豪雨の影響が最も少ない位置（伝搬損失の増加量が最も小さい位置）にＧＷ局７０を移動させてもよい。
なお、図２（ａ）～（ｃ）の例において、ＧＷ局７０の目標位置への移動は、上記伝搬損失増大部３０が発生したときではなく、フィーダリンクの伝搬損失増大部３０による局所的な無線信号減衰量が所定の閾値以上に増大したときに行ってもよいし、又は、フィーダリンクの通信品質が所定の閾値以下に低下したときに行ってもよい。
また、前記フィーダリンクの無線伝搬路にゲリラ豪雨などによる伝搬損失増大部３０の発生が予測されるときに、図中矢印Ｂで示すようにフィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けないと予測される位置までＧＷ局７０を移動させ、伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を予防してもよい。
また、ＧＷ局７０とフィーダリンクの無線通信を行っている接続中のＨＡＰＳ１０が複数の場合、その複数の接続中のＨＡＰＳ１０にとって最適な位置（例えば、各ＨＡＰＳ１０との通信品質がすべて所定の閾値以上なる位置）にＧＷ局７０が移動してもよい。
また、ＧＷ局７０とフィーダリンクの無線通信を行っている接続中のＨＡＰＳ１０の周辺に、接続中のＨＡＰＳ１０とは通信キャリア（運用管理主体）が異なる他のＨＡＰＳ１０が位置するとき、その接続中のＨＡＰＳ１０及び前記他のＨＡＰＳの両方にとって最適な位置（例えば、各ＨＡＰＳとの通信品質がすべて所定の閾値以上なる位置）にＧＷ局７０が移動してもよい。
また、ＧＷ局７０は、フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象情報を取得し、その気象情報に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。
また、ＧＷ局７０は、フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象（例えば、降雨（ゲリラ豪雨）や降雪、ストーム、砂嵐等）の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、その気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。
また、ＧＷ局７０は、フィーダリンクＦＬの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて上記所定の目標位置に移動してよい。また、ＧＷ局７０は、移動先でフィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は通信品質を測定することにより、フィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置まで移動できたか否かを確認してもよい。
図３（ａ）及び（ｂ）は、参考例に係るＨＡＰＳ１０及びＧＷ局７０を備える通信システムにおけるＨＡＰＳ又はＧＷ局の移動を伴わない一般的なサイトダイバーシチの一例を示す説明図である。図３（ａ）の通信システムでは、ＨＡＰＳ１０との間で複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の無線通信を行うように、地上又は海上の互いに異なる位置に固定配置された複数のＧＷ局７０（１），７０（２）を備える。図３（ｂ）に示すように複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）のいずれか一方の無線伝搬路、例えば第１のＧＷ局７０（１）とＨＡＰＳ１０との間の第１のフィーダリンクＦＬ（１）の無線伝搬路に、局所的な伝搬損失増大部３０が発生しても、ＨＡＰＳ１０は第２のＧＷ局７０（２）との間で第２のフィーダリンクＦＬ（２）の無線通信を行うことができるため、端末装置６０とＨＡＰＳ１０との間のサービスリンクの通信を継続することができる。
しかしながら、図３の一般的なサイトダイバーシチを実施する通信システムにおいて、ＨＡＰＳ１０の複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の両方に影響する伝搬損失増大部が発生する場合がある。例えば、ＨＡＰＳ１０の全体を覆うように局所的な降雨（ゲリラ豪雨）や降雪、ストーム、砂嵐等の伝搬損失増大部が発生する場合がある。この場合、ＨＡＰＳ１０の複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の両方の無線伝搬路の伝搬損失（無線信号減衰）が増大してフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の通信品質が低下し、端末装置６０とＨＡＰＳ１０との間のサービスリンクの通信が寸断されるおそれがある。そこで、このような一般的なサイトダイバーシチを実施可能な通信システムにおいて、複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の少なくとも一方の無線伝搬路の通信品質の低下を抑制又は回避するように、ＨＡＰＳ１０、ＧＷ局７０（１）及びＧＷ局７０（２）の少なくとも一つを移動させてもよい。
図４（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳ１０のフィーダリンクの伝搬損失増大部３０に対する回避動作の他の例を示す説明図である。なお、図４（ａ）～（ｃ）において前述の図１、図２及び図３と共通する部分については説明を省略する。
図４（ａ）に示すように伝搬損失増大部が発生していないときには、前述の図３（ａ）と同様に、ＨＡＰＳ１０は、地上又は海上の互いに異なる位置に固定配置された複数のＧＷ局７０（１），７０（２）それぞれとの間で複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の無線通信を行うことができる。
図４（ｂ）に示すように、ＨＡＰＳ１０の全体を覆うように局所的な降雨（ゲリラ豪雨）や降雪、ストーム、砂嵐等の伝搬損失増大部３０が発生すると、ＨＡＰＳ１０と複数のＧＷ局７０（１），７０（２）との間のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の無線伝搬路それぞれにおいて無線信号減衰量が増大して通信品質が低下し、３次元セルの端末装置６０とＨＡＰＳ１０との間のサービスリンクの通信品質が低下するおそれがある。
そこで、図４（ｃ）に示すように、ＨＡＰＳ１０の全体を覆うような伝搬損失増大部３０が発生したとき、ＨＡＰＳ１０を図中矢印Ａ方向に移動させる「動的なサイトダイバーシチ」を実施している。これにより、伝搬損失増大部３０での無線信号減衰の増大による通信品質の低下を抑制又は回避することができる。
なお、図４（ａ）～（ｃ）の例において、前記複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）の無線伝搬路にまたがる伝搬損失増大部３０の発生が予測されるとき、図中矢印Ａに示すように複数のフィーダリンクＦＬ（１），ＦＬ（２）が伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置までＨＡＰＳ１０を事前に移動させ、伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を予防してもよい。
図５は、実施形態に係るマルチフィーダリンク構成の通信システムの全体構成の一例を示す説明図である。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世代及びそれ以降の次世代の移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
複数のＧＷ局７０（１），７０（２）はそれぞれ、所定のインターフェイスを介して移動通信網のコアネットワーク８０に接続されている。ＧＷ局７０（１），７０（２）はそれぞれ、移動通信システムの少なくとも基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ又は５Ｇ等の次世代のｇＮｏｄｅＢ）の機能を有するとともに、ＨＡＰＳ１０の中継通信局（リピータ子機）１１に対するリピータ親機の機能を有する。なお、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１が移動通信システムの基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ又は５Ｇ等の次世代のｇＮｏｄｅＢ）の機能を有する場合、ＧＷ局７０（１），７０（２）はバックボーン回線の中継局として機能してもよい。
ＨＡＰＳ１０は、例えば地上（又は海や湖などの水上）との間に３次元的なセル１００Ｃを形成し、そのセル１００Ｃのフットプリント１００Ｆが地上（又は海や湖などの水上）のサービスエリアになる。ＨＡＰＳ１０で形成するセルの数は２以上であってもよい。また、セル１００Ｃは更に複数のセクタセルで構成されていてもよい。
ＨＡＰＳ１０は、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、ＨＡＰＳ自体の浮揚移動（飛行）や中継通信局１１での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ自体の現在位置情報（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）や中継通信局１１での処理を自律制御してもよい。
ＨＡＰＳ１０の浮揚移動（飛行）や中継通信局１１での処理は、移動通信網のコアネットワーク８０に接続された通信センター等に設けられた遠隔制御装置としての中央制御サーバ８５によって制御できるようにしてもよい。中央制御サーバ８５は、例えば、ＰＣなどのコンピュータ装置やサーバ等で構成することができる。この場合、ＨＡＰＳ１０は、中央制御サーバ８５からの制御情報を受信したり中央制御サーバ８５等の所定の送信先に監視情報などの各種情報を送信したりするための制御通信部（例えば、移動通信モジュール）を備える。制御通信部は、中央制御サーバ８５と間で通信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。ＨＡＰＳ１０の制御通信部の識別には通信インターフェイスのＭＡＣアドレスを用いてもよい。
ＨＡＰＳ１０が受信する情報は、制御情報のほか、気象庁や民間企業などの気象情報提供機関から提供されるＨＡＰＳ１０のフィーダリンクの無線伝搬路を含むエリアの気象情報を含んでもよい。気象情報は、降雨（ゲリラ豪雨）や降雪、ストーム、砂嵐等の局所的な発生状況（発生時間、発生場所）の情報を含んでもよい。
ＨＡＰＳ１０と中央制御サーバ８５との間の制御情報及び監視情報の送受信は、例えば、移動通信網のコアネットワーク８０とＧＷ局７０とを経由するＬＴＥ又は５Ｇなどの次世代の通信回線を介して行うことができる。また、制御情報及び監視情報の送受信は、人工衛星を介した移動通信の衛星回線を用いて行ってもよいし、インターネット９０と人工衛星とを介した衛星回線を用いて行ってもよい。
ＨＡＰＳ１０から送信する監視情報は、ＨＡＰＳ１０自体又は周辺のＨＡＰＳ１０の浮揚移動（飛行）や中継通信局１１での処理に関する情報、ＨＡＰＳ１０がＧＷ局７０との間のフィーダリンクの受信電力を測定した受信レベルを含むモニタリング情報、及び、ＨＡＰＳ１０の状態に関する情報や各種センサなどで取得した観測データの情報の少なくとも一つを含んでもよい。また、監視情報は、ＨＡＰＳ１０の現在位置及び姿勢情報、飛行経路情報（飛行スケジュール情報、飛行ルート履歴情報）、対気速度、対地速度及び推進方向、ＨＡＰＳ１０の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ＨＡＰＳ１０の周辺の気圧及び気温の少なくとも一つの情報を含んでもよい。制御情報は、ＨＡＰＳ１０の目標飛行ルート情報を含んでもよい。
ＨＡＰＳ１０及び中央制御サーバ８５は、前述のフィーダリンクの無線伝搬路を含むエリアの気象予報の情報のほか、ＧＷ局７０の保守予定情報、ＨＡＰＳ１０で測定されたＧＷ局７０とのフィーダリンクの受信レベルモニタ情報、ＨＡＰＳ１０の飛行経路情報、ＨＡＰＳ１０の現在位置情報及び姿勢情報を取得してもよい。これらの情報は、例えば、各情報を管理しているコアネットワーク（移動通信網）８０のサーバ又はインターネット９０のサーバから取得してもよい。また、中央制御サーバ８５は、ＧＷ局７０の保守予定情報を、所定のインターフェイス（例えば、ＬＴＥのＳ１インターフェイス）により移動通信網のコアネットワーク８０を介してＧＷ局７０から取得してもよいし、ＧＷ局７０を管理する管理サーバから取得してもよい。
ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１と端末装置６０との間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１１と端末装置６０との間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６は、実施形態に係る通信システムに用いることができるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。
図６のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、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の上面には、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。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１１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、中継通信局１１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、例えば所定の目標飛行ルートに基づいて円形状に旋回飛行を行ったり「Ｄ」の字飛行を行ったり「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。
また、ＨＡＰＳ１０は、他のＨＡＰＳや人工衛星との通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置１３０を備えている。なお、図６の例では主翼部１０１の長手方向の両端部に光アンテナ装置１３０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の箇所に光アンテナ装置１３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信であってもよい。
図７は、実施形態に係る通信システムに用いることができるＨＡＰＳ１０の他の例を示す斜視図である。
図７のＨＡＰＳ１０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。ＨＡＰＳ１０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１１１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１１２と、ミッション機器が収容される機器収容部１１３とを備える。機器収容部１１３の内部には、中継通信局１１とバッテリー１１４とが収容されている。バッテリー１１４から供給される電力により、プロペラ１１２のモータが回転駆動され、中継通信局１１による無線中継処理が実行される。
なお、飛行船本体１１１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１１４に蓄電するようにしてもよい。
また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ１０も、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置１３０を備えている。なお、図７の例では飛行船本体１１１の上面部及び機器収容部１１３の下面部に光アンテナ装置１３０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の部分に光アンテナ装置１３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信を行うものであってもよい。
図８は、実施形態に係る通信システムに用いることができる移動可能なコンテナタイプのＧＷ局７０の一例を示す側面図である。図８はＧＷ中継車として構成した例であり、ＧＷ局７０のフィーダリンク用アンテナであるＧＷアンテナ７２が移動体としての車両本体７４の上面に設けられ、ＧＷ局装置７１が車両本体７４の内部に設けられている。車両本体７４は例えばトラックでもよいし、他のバス、一般の自動車などの移動体であってもよい。
車両本体７４の上面には、ＨＡＰＳ１０と無線通信するためのＧＷアンテナ７２のほか、コアネットワーク８０側の中継局との間でバックホール回線の無線通信するためのアンテナ７３を備えている。コアネットワーク８０側との無線通信の媒体としては、例えばマイクロ波を用いることができるが、光などの他の無線通信媒体を用いてよい。
ＧＷ中継車からなるＧＷ局７０が移動するとき、コアネットワーク８０側の中継局を追尾するようにアンテナ７３を制御することにより、バックホール回線の通信品質の低下を抑制できるようにしてもよい。アンテナ７３の指向性ビームの制御方式としては、ジンバル方式、電気方式（３６０度のビームフォーミング制御方式）、電気方式（角度限定のビームフォーミング制御方式＋アンテナ切替）など、各種の方式を用いることができる。
図９は、実施形態に係るＧＷ局７０の主要構成の一例を示すブロック図である。図９において、ＧＷ局７０のＧＷ局装置７１は、フィーダリンク通信部７０１とネットワーク通信部７０２とデータ処理部７０３と制御部７０４と制御通信部７０５と駆動制御部７０６とを備える。
フィーダリンク通信部７０１は、ＧＷアンテナ７２を介してＨＡＰＳ１０との間でフィーダリンク周波数ＦＦＬの無線信号を送受信する。ネットワーク通信部７０２は、アンテナ７３を介してコアネットワーク８０側の中継局との間で、フィーダリンク周波数ＦＦＬとは異なる周波数ＦＢのバックボーンの無線信号を送受信する。データ処理部７０３は、基地局（例えばｅＮｏｄｅＢ又はｇＮｏｄｅＢ）と同様なベースバンド処理を行う。
制御部７０４は、コンピュータ又はプロセッサ、メモリ等で構成され、予め組み込まれた制御プログラムを実行することにより各部を制御することができる。例えば、制御部７０４は、ＧＷアンテナ７２の機械的な駆動又はフィーダリンク通信部７０１における信号処理（例えば、送信信号及び受信信号それぞれの位相及び振幅を調整する処理）によりＨＡＰＳ１０の方向を向くようにＧＷアンテナ７２の指向性ビームを制御してもよい。
また、制御部７０４は、ＧＷ局７０が移動した移動先でフィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は通信品質を測定するようにフィーダリンク通信部７０１を制御してもよい。
フィーダリンク通信部７０１、ネットワーク通信部７０２及びデータ処理部７０３は、例えばＬＴＥの一般的な基地局における遠隔無線装置（ＲＲＨ（Remote Radio Head），又は、ＲＲＵ（Remote Radio Unit）ともいう。）及びベースバンド処理装置（ＢＢＵ（Base Band Unit））で構成してもよい。ＲＲＨとＢＢＵは、光ファイバー回線で接続し、互いに離して配置してもよい。また、複数のＧＷ局のＢＢＵは集約して一箇所に設けてもよい。
ＲＲＨは、例えば、直交変復調部と送信部と受信部と電力増幅器（ＰＡ（Power Amplifier））とローノイズ増幅器（ＬＮＡ（Low Noise Amplifier））とを備える。直交変復調部は、ＢＢＵで処理されるＯＦＤＭ信号を直交変復調し、アナログ信号（ＲＦ信号）に変換する。送信部は、直交変復調部で生成されたＲＦ信号の周波数を電波として送出する周波数に変換する。受信部は、受信した電波の高周波信号の周波数を直交変復調部で処理する周波数に変換する。電力増幅器（ＰＡ）は、送信部で生成したＲＦ信号を電力増幅する。ローノイズ増幅器（ＬＮＡ）は、受信した微弱電波を増幅して受信部に渡す。
ＢＢＵは、例えば、基地局制御部と伝送路インターフェイス部とタイミング制御部とベースバンド部とを備え、所定のインターフェイス（例えば、Ｓ１インターフェイス）を介して移動通信網のコアネットワーク８０に接続される。基地局制御部は、基地局全体の制御および呼制御のプロトコルや制御監視を行う。伝送路インターフェイス部は、コアネットワーク等との間のイーサネット（登録商標）などのパケット伝送路が接続され、所定のプロトコルを処理してＩＰパケットの授受を行う。タイミング制御部は、パケット伝送路を介して受信した信号又は人工衛星からのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信信号から抽出した基準クロックに基づいて基地局内部で使用する各種クロックを生成する。ベースバンド部は、伝送路インターフェイス部を通して授受するＩＰパケットと無線信号であるＯＦＤＭ信号（ベースバンド信号）の変換（変復調）を行う。
制御通信部７０５は、例えば、ＬＴＥ又は次世代（例えば第５世代）の通信機能、衛星通信機能又はその両方の通信機能を有する移動通信モジュールで構成され、中央制御サーバ８５と間で通信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。制御通信部１２５の識別には通信インターフェイスのＭＡＣアドレスを用いてもよい。
駆動制御部７０６は、制御部７０４と連携することにより、ＧＷ局７０の現在位置情報、中央制御サーバ８５から受信した制御情報等に基づいて、ＧＷ局装置７１が搭載された車両本体７４の駆動部７４１を制御する。例えば、駆動制御部７０６は、フィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部３０が発生したとき又は伝搬損失増大部３０の発生が予測されるとき、フィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を抑制又は回避できる所定の目標位置までＧＷ局７０を移動させるように、車両本体７４の駆動部７４１を制御する。なお、ＧＷ局７０の所定の目標位置までの移動は、車両本体７４の自律運転でなく、作業者（人）に車両本体７４を操縦又は運転させることによって行ってもよい。
駆動制御部７０６は、ＧＷ局７０が複数のＨＡＰＳ１０に接続してフィーダリンクの無線通信を行っている場合、その複数の接続中のＨＡＰＳ１０にとって最適な位置にＧＷ局７０が移動するように駆動制御してもよい。また、駆動制御部７０６は、ＧＷ局７０とフィーダリンクの無線通信を行っている接続中のＨＡＰＳ１０の周辺に、接続中のＨＡＰＳ１０とは通信キャリア（運用管理主体）が異なる他のＨＡＰＳが位置するとき、接続中のＨＡＰＳ１０及び他のＨＡＰＳの両方にとって最適な位置にＧＷ局７０が移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部７０６は、上記伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象情報を取得し、その気象情報に基づいて上記所定の目標位置にＧＷ局７０が移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部７０６は、上記伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象（例えば、降雨強度）の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、その気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて上記所定の目標位置にＧＷ局７０が移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部７０６は、フィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて上記所定の目標位置にＧＷ局７０が移動するように駆動制御してもよい。
図１０は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０の中継通信局１１の一構成例を示すブロック図である。図１０の中継通信局１１はリピータータイプの中継通信局（リピータ子機）の例である。中継通信局１１は、フィーダリンク通信部１２１とサービスリンク通信部１２２と周波数変換部１２３と各部を制御する制御部１２４と制御通信部１２５と駆動制御部１２６とを備える。
フィーダリンク通信部１２１は、ＦＬアンテナ１２（１），１２（２）を介してＧＷ局７０との間でフィーダリンク周波数ＦＦＬの無線信号を送受信する。ＦＬアンテナ１２の数（Ｎ）及びＧＷ局７０の数（Ｎ）はそれぞれ同数（図示の例では２）であり、ＧＷ局７０（１），７０（２）に１対１で対応するように複数のＦＬアンテナ１２（１），１２（２）を設けている。
サービスリンク通信部１２２は、ＳＬアンテナ１３を介して端末装置６０との間でサービスリンク周波数ＦＳＬの無線信号を送受信する。ＳＬアンテナ１３は、サービスリンクのビームを形成するビームフォーマーを備え、サービスリンクのセル１００Ｃの形状を任意に変更することができる。
周波数変換部１２３は、フィーダリンク通信部１２１とサービスリンク通信部１２２との間でフィーダリンク周波数ＦＦＬとサービスリンク周波数ＦＳＬとの周波数変換を行う。中継通信局１１で中継される無線信号は、例えば、ＬＴＥ又はＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠したＯＦＭＤＡ通信方式を用いて送受信してもよい。
制御部１２４は、コンピュータ又はプロセッサ、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各部を制御することができる。例えば、制御部１２４は、ＦＬアンテナ１２（１），１２（２）の機械的な駆動又はフィーダリンク通信部１２１における信号処理（例えば、送信信号及び受信信号それぞれの位相及び振幅を調整する処理）によりＧＷ局７０（１），７０（２）の方向を向くようにＦＬアンテナ１２（１），１２（２）の指向性ビームを制御してもよい。
また、制御部１２４は、サービスリンクのセル１００Ｃの地上又は海上におけるフットプリント１００Ｆの位置及び形状を維持可能な範囲内で移動するように制御してもよい。
また、制御部１２４は、ＨＡＰＳ１０の移動後又はＨＡＰＳ１０の移動中に、サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリント１００Ｆの位置及び形状を当該ＨＡＰＳ１０の移動前のフットプリントの位置及び形状に維持するようにサービスリンク通信部１２２の指向性ビームを制御してよい。
また、制御部１２４は、ＨＡＰＳ１０が移動した移動先でフィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は通信品質を測定するようにフィーダリンク通信部１２１を制御してもよい。
また、制御部１２４は、当該ＨＡＰＳ１０の周辺に、通信オペレータ（管理運用主体）が異なる他のＨＡＰＳが位置するとき、例えばＨＡＰＳ間通信を介して当該他のＨＡＰＳに、フィーダリンクが伝搬損失増大部３０の影響を受けない所定の目標位置である移動先を指示するように制御してもよい。この移動先の位置は、例えば、当該ＨＡＰＳ１０と他のＨＡＰＳとの間の干渉が発生しにくい位置に設定される。
制御通信部１２５は、例えば、ＬＴＥ又は次世代（例えば第５世代）の通信機能、衛星通信機能又はその両方の通信機能を有する移動通信モジュールで構成され、中央制御サーバ８５と間で通信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。制御通信部１２５の識別には通信インターフェイスのＭＡＣアドレスを用いてもよい。
駆動制御部１２６は、制御部１２４と連携することにより、ＨＡＰＳ１０の現在位置情報、中央制御サーバ８５から受信した制御情報や飛行ルート情報等に基づいて、ＨＡＰＳ１０の駆動部１４（例えば前述のプロペラ１０３の駆動モータ）を制御する。例えば、駆動制御部１２６は、フィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部３０が発生したとき又は伝搬損失増大部３０の発生が予測されるとき、フィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を抑制又は回避できる所定の目標位置までＨＡＰＳ１０を移動させるように、ＨＡＰＳ１０の駆動部１４を制御する。
また、駆動制御部１２６は、上記伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象情報（例えば気象予報の情報）を取得し、その気象情報に基づいて上記所定の目標位置に移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部１２６は、上記伝搬損失増大部３０の発生に影響する気象（例えば降雨強度）の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、その気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて上記所定の目標位置に移動するように駆動制御してもよい。ここで、駆動制御部１２６は、ＧＷ局７０との間のフィーダリンクと、ＧＷ局７０とは異なる場所に位置するように地上又は海上に設けた無線装置（例えばＦＷＡ）との間のリンクとを含む、複数リンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて前記気象（例えば降雨強度）の空間的変動を検知又は予測してもよい。
また、駆動制御部１２６は、フィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、その測定の結果に基づいて上記所定の目標位置に移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部１２６は、当該ＨＡＰＳ１０の周辺に他のＨＡＰＳが位置するとき、当該ＨＡＰＳ１０と他のＨＡＰＳとが互いに最適配置になるように他のＨＡＰＳと連動して移動するように駆動制御してもよい。
また、駆動制御部１２６は、ＨＡＰＳ１０自体の浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。例えば、駆動制御部１２６は、ＨＡＰＳ１０自体の現在位置情報（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）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。
次に、上記構成の通信システムのＨＡＰＳ１０における動的サイトダイバーシチ制御の例について説明する。
図１１は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０における動的サイトダイバーシチ制御の一例を示すフローチャートである。図１２は、図１１の動的サイトダイバーシチ制御におけるフィーダリンクの伝搬損失の時間的変動の一例を示すグラフである。なお、図１１及び図１２の例では、ＨＡＰＳ１０の移動をＨＡＰＳ１０自体が自律的に制御しているが、中央制御サーバ８５からＨＡＰＳ１０の移動を遠隔的に制御してもよい。
図１１において、ＨＡＰＳ１０は、ＧＷ局７０との間のフィーダリンクの無線伝搬路を含むエリアにおける気象予報（例えば、ゲリラ豪雨の発生場所及び発生時間）を含む気象情報を取得する（Ｓ１０１）。この気象情報は、中央制御サーバ８５から取得してもよいし、気象庁や民間企業などの気象情報提供機関のサーバから取得してもよい。また、気象情報は、ＨＡＰＳ１０に設けた雨雲レーダで測定して取得してもよい。
次に、ＨＡＰＳ１０は、上記取得した気象情報に基づいて、フィーダリンク（周波数：ＦＦＬ）の無線伝搬路を含むエリアに発生する局所的な伝搬損失増大部３０の要因となるゲリラ豪雨の気象予報があるか否かを判断する（Ｓ１０２）。ゲリラ豪雨の気象予報がない場合（Ｓ１０２でＮＯ）、ＨＡＰＳ１０は、地上側（又は海上側）のＧＷ局７０との間で周波数ＦＦＬの見通し内（ＬＯＳ：line of sight）環境におけるフィーダリンクの無線伝搬路の伝搬損失Ｌを測定する（Ｓ１０３）。伝搬損失Ｌ［ｄＢ］は、例えば、ＧＷ局７０から取得した送信電力Ｐｔ［ｄＢｍ］のデータと、ＨＡＰＳ１０で測定した受信電力Ｐｒ［ｄＢｍ］の測定値とを用いて、計算式：Ｌ＝Ｐｔ－Ｐｒにより計算することができる。
次に、ＨＡＰＳ１０は、伝搬損失Ｌの測定値Ｌｍと予め設定した閾値Ｌｔｈとを比較し（Ｓ１０４）、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈよりも大きい（Ｌｍ＞Ｌｔｈ）場合（Ｓ１０４でＹＥＳ。図１２のＴ１参照）、上記ゲリラ豪雨の伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できるＨＡＰＳ１０の移動先の目標位置を決定する（Ｓ１０５）。前述のＳ１０２でゲリラ豪雨の気象予報がある場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）も、同様にＨＡＰＳ１０の移動先の目標位置を決定する（Ｓ１０５）。ここで、ＨＡＰＳ１０の移動先の候補位置のすべての範囲で上記ゲリラ豪雨の影響によってフィーダリンクの伝搬損失が大きくなっている場合は、その範囲の中で上記ゲリラ豪雨の影響が最も少ない位置（伝搬損失の増加量が最も小さい位置）を目標位置として決定してもよい。
一方、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下（Ｌｍ≦Ｌｔｈ）場合（Ｓ１０４でＮＯ）、ＨＡＰＳ１０は、伝搬損失の測定及び閾値との比較・判定を繰り返す（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。
次に、ＨＡＰＳ１０は、上記決定した目標位置まで移動し、その目標位置に滞在するようにＨＡＰＳ１０の飛行を制御する（Ｓ１０６）。目標位置に移動して到達した後、ＨＡＰＳ１０は、フィーダリンクの無線伝搬路の伝搬損失Ｌを再度測定し（Ｓ１０７）、伝搬損失測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下になっていることを確認したら（Ｓ１０８でＹＥＳ。図１２のＴ２参照）、上記Ｓ１０１に戻る。一方、伝搬損失測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下になっていない場合は（Ｓ１０８でＮＯ）、上記Ｓ１０５～Ｓ１０８を繰り返し実行する。
図１３は、実施形態に係るＨＡＰＳ１０におけるフィーダリンクの動的サイトダイバーシチ制御の他の例を示すフローチャートである。図１４は、図１３の動的サイトダイバーシチ制御におけるフィーダリンクの伝搬損失の空間的変動の一例を示すグラフである。なお、図１３におけるＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０５～Ｓ２０８は、前述の図１１におけるＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０５～Ｓ１０８と同様であるので、それらの説明は省略する。また、図１３及び図１４の例においても、ＨＡＰＳ１０の移動をＨＡＰＳ１０自体が自律的に制御しているが、中央制御サーバ８５からＨＡＰＳ１０の移動を遠隔的に制御してもよい。
図１３において、ゲリラ豪雨の気象予報がない場合（Ｓ２０２でＮＯ）、ＨＡＰＳ１０は、地上側（又は海上側）のＧＷ局７０と他の無線装置（例えばＦＷＡ）とを含む複数の観測点との間で周波数ＦＦＬの見通し内（ＬＯＳ）環境における複数リンクの無線伝搬路の伝搬損失Ｌを測定する（Ｓ２０３）。
次に、ＨＡＰＳ１０は、複数の観測点のうち伝搬損失測定値Ｌｍが予め設定した閾値Ｌｔｈより大きい（Ｌｍ＞Ｌｔｈ）観測点の数Ｎと、予め設定した閾値Ｎｔｈとを比較する（Ｓ２０４）。ここで、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈよりも大きい観測点の数Ｎが閾値Ｎｔｈ（図１４の例では３観測点）以上（Ｎ≧Ｎｔｈ）場合（Ｓ２０４でＹＥＳ）、ＨＡＰＳ１０は、上記ゲリラ豪雨の伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できるＨＡＰＳ１０の移動先の目標位置を決定する（Ｓ２０５）。ここで、ＨＡＰＳ１０の移動先の候補位置のすべての範囲で上記ゲリラ豪雨の影響によってフィーダリンクの伝搬損失が大きくなっている場合は、その範囲の中で上記ゲリラ豪雨の影響が最も少ない位置（伝搬損失の増加量が最も小さい位置）を目標位置として決定してもよい。
一方、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈよりも大きい観測点の数Ｎが閾値Ｎｔｈよりも少ない（Ｎ＜Ｎｔｈ）場合（Ｓ２０４でＮＯ）、ＨＡＰＳ１０は、複数観測点での伝搬損失の測定及び閾値との比較・判定を繰り返す（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。
なお、図１１～図１４の例では、地上側（又は海上側）のＧＷ局７０等からＨＡＰＳ１０へ向かうフォワードリンクの無線通信における伝搬損失を測定しているが、ＨＡＰＳ１０から地上側（又は海上側）のＧＷ局７０等へ向かうリバースリンクの無線通信における伝搬損失を測定してもよい。また、図１１及び図１２の動的サイトダイバーシチ制御と図１３及び図１４の動的サイトダイバーシチ制御は組み合わせて実行してもよい。
図１５は、実施形態に係るＧＷ局７０における動的サイトダイバーシチ制御の更に他の例を示すフローチャートである。なお、図１５の例において、ＧＷ中継車として構成したＧＷ局７０の移動をＧＷ局７０自体が自律的に制御しているが、中央制御サーバ８５からＧＷ局７０の移動を遠隔的に制御してもよい。
図１５において、ＧＷ局（ＧＷ中継車）７０は、ＨＡＰＳ１０との間のフィーダリンクの無線伝搬路を含むエリアにおける気象予報（例えば、ゲリラ豪雨の発生場所及び発生時間）を含む気象情報を取得する（Ｓ３０１）。この気象情報は、中央制御サーバ８５から取得してもよいし、気象庁や民間企業などの気象情報提供機関のサーバから取得してもよい。また、気象情報は、ＧＷ局７０に設けた雨雲レーダで測定して取得してもよい。
次に、ＧＷ局７０は、上記取得した気象情報に基づいて、フィーダリンク（周波数：ＦＦＬ）の無線伝搬路を含むエリアに発生する局所的な伝搬損失増大部３０の要因となるゲリラ豪雨の気象予報があるか否かを判断する（Ｓ３０２）。ゲリラ豪雨の気象予報がない場合（Ｓ３０２でＮＯ）、ＧＷ局７０は、ＨＡＰＳ１０との間で周波数ＦＦＬの見通し内（ＬＯＳ）環境におけるフィーダリンクの無線伝搬路の伝搬損失Ｌを測定する（Ｓ３０３）。伝搬損失Ｌ［ｄＢ］は、例えば、ＨＡＰＳ１０から取得した送信電力Ｐｔ［ｄＢｍ］のデータと、ＧＷ局７０で測定した受信電力Ｐｒ［ｄＢｍ］の測定値とを用いて、計算式：Ｌ＝Ｐｔ－Ｐｒにより計算することができる。
次に、ＧＷ局７０は、伝搬損失Ｌの測定値Ｌｍと予め設定した閾値Ｌｔｈとを比較し（Ｓ３０４）、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈよりも大きい（Ｌｍ＞Ｌｔｈ）場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、上記ゲリラ豪雨の伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できるＧＷ局７０の移動先の目標位置を決定する（Ｓ３０５）。前述のＳ３０２でゲリラ豪雨の気象予報がある場合（Ｓ３０２でＹＥＳ）も、同様にＧＷ局７０の移動先の目標位置を決定する（Ｓ３０５）。ここで、ＧＷ局７０の移動先の候補位置のすべての範囲で上記ゲリラ豪雨の影響によってフィーダリンクの伝搬損失が大きくなっている場合は、その範囲の中で上記ゲリラ豪雨の影響が最も少ない位置（伝搬損失の増加量が最も小さい位置）を目標位置として決定してもよい。
一方、伝搬損失の測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下（Ｌｍ≦Ｌｔｈ）場合（Ｓ３０４でＮＯ）、ＧＷ局７０は、伝搬損失の測定及び閾値との比較・判定を繰り返す（Ｓ３０３，Ｓ３０４）。
次に、ＧＷ局７０は、上記決定した目標位置まで移動するように制御する（Ｓ３０６）。目標位置に移動して到達した後、ＧＷ局７０は、フィーダリンクの無線伝搬路の伝搬損失Ｌを再度測定し（Ｓ３０７）、伝搬損失測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下になっていることを確認したら（Ｓ３０８でＹＥＳ）、上記Ｓ３０１に戻る。一方、伝搬損失測定値Ｌｍが閾値Ｌｔｈ以下になっていない場合は（Ｓ３０８でＮＯ）、上記Ｓ３０５～Ｓ３０８を繰り返し実行する。
なお、図１５の例では、ＨＡＰＳ１０から地上側（又は海上側）のＧＷ局７０へ向かうリバースリンクの無線通信における伝搬損失を測定しているが、地上側（又は海上側）のＧＷ局７０からＨＡＰＳ１０へ向かうフォワードリンクの無線通信における伝搬損失を測定してもよい。
また、図１１～図１５の例において、送信電力が一定の場合は伝搬損失の測定値の代わりに受信電力の測定値と閾値とを比較してＨＡＰＳ１０又はＧＷ局７０を移動するか否かを判断してもよい。
次に、実施形態の通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の例について説明する。
図１６は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の一例を示す説明図である。図１６は、移動可能なコンテナタイプの単一のＧＷ局７０を備えた通信システムの例である。図１６のＧＷ局７０（ＧＷ局装置７１及びＧＷアンテナ７２）は移動前の状態を示し、ＧＷ局７０’（ＧＷ局装置７１’及びＧＷアンテナ７２’）は移動後の状態を示している。
図１６において、ＧＷ局装置７１は、ｅＮＢ（eNodeB）７１１とＭＭＥ（Mobility Management Entity）７１２とＨＳＳ（Home Subscriber Server）７１３とＳ－ＧＷ（Serving Gateway）７１４とＰ－ＧＷ（PDN Gateway）７１５とを備える。ｅＮＢ７１１は、ＬＴＥの移動体通信システムの基地局装置の機能（例えば前述のＲＲＨ及びＢＢＵの機能）を有し、ＧＷアンテナ７２に接続されている。
ＭＭＥ７１２は、ｅＮＢ７１１を収容し、位置登録、ページング、ハンドオーバなどのモビリティ制御、ベアラ確立／削除などを行う論理ノードである。また、ＭＭＥ７１２は、ＨＳＳ７１３から通知される認証情報に基づいてユーザ認証を実施したり、端末装置（移動局）６０との間で信号の暗号化を行ったりする。ＨＳＳ７１３は、移動通信ネットワークにおける加入者情報データベースであり、認証情報および在圏情報の管理を行う。
Ｓ－ＧＷ７１４は、ユーザーデータのユーザープレーン（User-plane）を扱うゲートウェイとして機能する。Ｐ－ＧＷ７１５は、コアネットワークの中央サイトを介してインターネットなどの外部のネットワークであるＰＤＮ（Packet Data Network）９１と接続する接続点であり、ＩＰアドレスの割当てやＳ－ＧＷ７１４へのパケット転送などを行うゲートウェイである。また、Ｐ－ＧＷ７１５は、インターネット、移動通信事業者（通信キャリア）のサービス用サーバ、音声通話のシステムなどへのインターフェイス機能を有する。
図中の各ノードを接続する実線の伝送経路は、ユーザープレーン（User-plane）のインターフェイスであり、破線の伝送経路は、制御プレーン（Control-plane）のインターフェイスである。また、ＧＷ局装置７１とＰＤＮ９１側のコアネットワークの中央サイトとは、無線中継経路（例えば、マイクロ波中継経路）８１を介して接続されている。
図１７は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の他の例を示す説明図である。図１７は、固定設置の複数のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）を備えた通信システムの例である。図１７の構成のうち図１６と共通するノードについては説明を省略する。
図１７において、複数のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）のＧＷ局装置７１（１）～７１（Ｎ）はそれぞれ、ｅＮＢ７１１とＳ－ＧＷ７１４とを備える。一方、コアネットワークの中央サイト８２は、ＭＭＥ７１２とＨＳＳ７１３とＰ－ＧＷ７１５とを備える。複数のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）のＧＷ局装置７１（１）～７１（Ｎ）はそれぞれ、無線中継経路（例えば、マイクロ波中継経路）８１（１）～８１（Ｎ）を介して、コアネットワークの中央サイト８２に接続されている。
図１８は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図である。図１８は、移動可能なコンテナタイプの単一のＧＷ局７０を備えた通信システムの例である。図１８の構成のうち図１６と共通するノードについては説明を省略する。
図１８において、ＧＷ局７０のＧＷ局装置７１はｅＮＢ７１１とＳ－ＧＷ７１４とを備え、コアネットワークの中央サイト８２は、ＭＭＥ７１２とＨＳＳ７１３とＰ－ＧＷ７１５とを備える。ＧＷ局７０のＧＷ局装置７１は、無線中継経路（例えば、マイクロ波中継経路）８１を介して、コアネットワークの中央サイト８２に接続されている。
図１９は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図である。図１９は、固定設置の複数のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）を備えた通信システムの例である。図１９の構成のうち図１６及び図１７と共通する部分については説明を省略する。
図１９のネットワーク構成は、図１７の構成とは異なり、複数のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）それぞれにおいて、Ｓ－ＧＷ７１４からのユーザープレーンのデータ（ユーザーデータ）をＰ－ＧＷ８０３を介さずにインターネット等のＰＤＮ９１に直接転送するローカルブレークアウト（Local Breakout）機能を有している。
図２０は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図である。図２０は、移動可能なコンテナタイプの単一のＧＷ局７０（１）～７０（Ｎ）を備えた通信システムの例である。図２０の構成のうち図１６及び図１８と共通する部分については説明を省略する。
図２０のネットワーク構成は、図１８の構成とは異なり、移動可能なＧＷ局７０において、Ｓ－ＧＷ７１４からのユーザープレーンのデータ（ユーザーデータ）をＰ－ＧＷ８０３を介さずにインターネット等のＰＤＮ９１に直接転送するローカルブレークアウト（Local Breakout）機能を有している。
図２１は、実施形態に係る通信システムのＧＷ局７０及びその周辺のネットワーク構成の更に他の例を示す説明図である。図２１は、ＧＷ局７０がデータ処理装置としてのＭＥＣ（Mobile Edge Computing）装置７１６を有する例である。図２１の構成のうち図１６と共通するノードについては説明を省略する。
図２１において、ＧＷ局７０のＧＷ局装置７１はｅＮＢ７１１とＭＥＣ７１６とを備え、コアネットワークの中央サイト８２は、ＭＭＥ８０１とＨＳＳ８０２とＰ－ＧＷ８０３とＳ－ＧＷ８０４とを備える。ＧＷ局７０のＧＷ局装置７１は、無線中継経路（例えば、マイクロ波中継経路）８１を介して、コアネットワークの中央サイト８２に接続されている。
図２１の構成では、ｅＮＢ７１１を介した通信の全トラフィックはＭＥＣ装置７１６を通過し、ＭＥＣ対応の端末装置で送受信されるユーザーデータ（パケット）に対してローカル折り返しやローカルブレークアウト（Local Breakout）を行う。ここで、ローカル折り返しは、端末装置から送信されたデータを、ｅＮＢ７１１を介してＭＥＣ装置７１６に転送し、ＭＥＣ装置７１６が受信したユーザーデータ（パケット）に対して所定のデータ処理を行い、処理後のデータを、コアネットワークの中央サイト８２に転送せずにｅＮＢ７１１を介して端末装置に折り返す処理である。また、ローカルブレークアウトは、ＭＥＣ装置７１６から送信されたユーザープレーンのデータ（ユーザーデータ）をＳ－ＧＷ８０４及びＰ－ＧＷ８０３を介さずにインターネット等のＰＤＮ９１に直接転送する処理である。
なお、図１６～図２１では、ＬＴＥ（４Ｇ）のネットワーク構成の例について説明したが、ＧＷ局及びその周辺のネットワークは５Ｇ以降の次世代のネットワークに基づいて構成してもよい。また、図１６～図２１では、ＨＡＰＳ１１の中継通信局１１がリピータ子機であってＧＷ局７０がｅＮｏｄｅを有するリピータ親機である構成について説明したが、ＨＡＰＳ１１の中継通信局１１が図１６～図２１におけるｅＮｏｄｅ等を有するＧＷ局装置７１の構成を備え、そのＨＡＰＳ１１の中継通信局１１とコアネットワーク８０との間のバックホール回線をＧＷ局７０が中継するようにしてもよい。
以上、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ１０とＧＷ局７０との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部３０が発生したとき又は伝搬損失増大部３０の発生が予測されるとき、ＨＡＰＳ１０、ＧＷ局７０又はその両方を、伝搬損失増大部３０による通信品質の低下を抑制又は回避できる所定の目標位置まで移動させている。この移動により、フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失（信号減衰）の増大に起因したフィーダリンクの通信品質の低下を抑制又は回避することができるので、サービスリンクの通信品質の低下を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ１０の上記所定の目標位置への移動を、サービスリンクのセル１００Ｃの地上又は海上におけるフットプリント１００Ｆの位置及び形状を維持可能な範囲内で行っている。又は、上記所定の目標位置へのＨＡＰＳ１０の移動後又は移動中に、サービスリンクのセル１００Ｃのフットプリント１００Ｆの位置及び形状をＨＡＰＳ１０の移動前のフットプリントの位置及び形状に維持するようにサービスリンクの指向性ビームを制御している。従って、ＨＡＰＳ１０を上記所定の目標位置へ移動させたときにサービスリンクのセル１００Ｃ及びそのフットプリント１００Ｆの位置及び形状を維持することができる。
なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ等の通信中継装置の中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、基地局、基地局装置、ＲＲＨ及びＢＢＵ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、ゲートウェイ局、基地局、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）、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、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、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であれよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。
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（通信中継装置）
１１ 中継通信局
１２，１２（１），１２（２） フィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）
３０ 伝搬損失増大部
６０ 端末装置
７０，７０（１），７０（２） ゲートウェイ局（ＧＷ局）
７０’ 移動後のゲートウェイ局（ＧＷ局）
７１ ＧＷ局装置
７２ フィーダリンク用アンテナ（ＧＷアンテナ）
１００Ｃ ３次元セル
１００Ｆ フットプリント

Claims (22)

  1. 空中滞在型の通信中継装置であって、
    ゲートウェイ局との間でフィーダリンクの無線通信を行うフィーダリンク通信部と、
    端末装置との間でサービスリンクの無線通信するサービスリンク通信部と、
    当該通信中継装置を移動させる駆動部と、
    前記ゲートウェイ局と当該通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで当該通信中継装置を移動させるように制御する駆動制御部と、
    を備え、
    前記サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリントの位置及び形状を維持可能な範囲内で移動する、ことを特徴とする通信中継装置。
  2. 請求項１の通信中継装置において、
    フィーダリンク用のアンテナの機械的な駆動又は前記フィーダリンクにおける信号処理により前記ゲートウェイ局の方向を向くように前記フィーダリンク通信部の指向性ビームを制御することを特徴とする通信中継装置。
  3. 請求項１又は２の通信中継装置において、
    当該通信中継装置を移動させた後又は当該通信中継装置の移動中に、前記サービスリンクのセルの地上又は海上におけるフットプリントの位置及び形状を当該通信中継装置の移動前の前記フットプリントの位置及び形状に維持するように前記サービスリンク通信部の指向性ビームを制御することを特徴とする通信中継装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれかの通信中継装置において、
    前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象情報を取得し、前記気象情報に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とする通信中継装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれかの通信中継装置において、
    前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、前記気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とする通信中継装置。
  6. 請求項５の通信中継装置において、
    前記ゲートウェイ局との間のフィーダリンクと、前記ゲートウェイ局とは異なる場所に位置するように地上又は海上に設けた無線装置との間のリンクとを含む、複数リンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記気象の空間的変動を検知又は予測することを特徴とする通信中継装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれかの通信中継装置において、
    前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とする通信中継装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかの通信中継装置において、
    当該通信中継装置が移動した先で前記フィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は前記通信品質を測定することを特徴とする通信中継装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれかの通信中継装置において、
    当該通信中継装置の周辺に他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、当該通信中継装置と前記他の通信中継装置とが互いに最適配置になるように前記他の通信中継装置と連動して移動することを特徴とする通信中継装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれかの通信中継装置において、
    当該通信中継装置の周辺に、管理運用主体が異なる他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、前記他の通信中継装置に移動先を指示することを特徴とする通信中継装置。
  11. 空中滞在型の通信中継装置と無線通信を行うゲートウェイ局であって、
    通信網との間で通信を行うネットワーク通信部と、
    前記通信中継装置との間でフィーダリンクの無線通信を行うフィーダリンク通信部と、
    当該ゲートウェイ局を移動させる駆動部と、
    当該ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで当該ゲートウェイ局を移動させるように制御する駆動制御部と、
    を備えることを特徴とするゲートウェイ局。
  12. 請求項１１のゲートウェイ局において、
    フィーダリンク用のアンテナの機械的な駆動又は前記フィーダリンクにおける信号処理により前記通信中継装置の方向を向くように前記フィーダリンク通信部の指向性ビームを制御することを特徴とするゲートウェイ局。
  13. 請求項１１又は１２のゲートウェイ局において、
    当該ゲートウェイ局と前記フィーダリンクの無線通信を行っている接続中の前記通信中継装置は複数であり、
    前記複数の接続中の通信中継装置にとって最適な位置に移動することを特徴とするゲートウェイ局。
  14. 請求項１１乃至１３のいずれかのゲートウェイ局において、
    当該ゲートウェイ局と前記フィーダリンクの無線通信を行っている接続中の前記通信中継装置の周辺に、前記接続中の通信中継装置とは運用管理主体が異なる他の空中滞在型の通信中継装置が位置するとき、前記接続中の通信中継装置及び前記他の通信中継装置の両方にとって最適な位置に移動することを特徴とするゲートウェイ局。
  15. 請求項１１乃至１４のいずれかのゲートウェイ局において、
    前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象情報を取得し、前記気象情報に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とするゲートウェイ局。
  16. 請求項１１乃至１５のいずれかのゲートウェイ局において、
    前記フィーダリンクの無線伝搬路における局所的な伝搬損失増大部の発生に影響する気象の時間的変動又は空間的変動を検知又は予測し、前記気象の時間的変動又は空間的変動の検知結果又は予測結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とするゲートウェイ局。
  17. 請求項１１乃至１６のいずれかのゲートウェイ局において、
    前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路における伝搬損失又は無線信号減衰量を測定し、前記測定の結果に基づいて、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記通信品質の低下を抑制又は回避できる位置に移動することを特徴とするゲートウェイ局。
  18. 請求項１１乃至１７のいずれかのゲートウェイ局において、
    当該ゲートウェイ局が移動した先で前記フィーダリンクの無線信号の減衰量若しくは伝搬損失又は前記通信品質を測定することを特徴とするゲートウェイ局。
  19. 請求項１乃至１０のいずれかの通信中継装置と請求項１１乃至１８のいずれかのゲートウェイ局とを備え、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方を移動させることを特徴とする通信システム。
  20. 請求項１９の通信システムにおいて、
    前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方は複数であり、複数のフィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を同時に抑制又は回避することを特徴とする通信システム。
  21. 請求項１９又は２０の通信システムにおいて、
    前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで移動させるための制御情報を前記通信中継装置及び前記ゲートウェイ局の少なくとも一方に送信する遠隔制御装置を、更に備えることを特徴とする通信システム。
  22. 空中滞在型の通信中継装置と無線通信を行うゲートウェイ局に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムであって、
    通信網との間で通信を行うためのプログラムコードと、
    前記通信中継装置との間でフィーダリンクの無線通信を行うためのプログラムコードと、
    前記ゲートウェイ局と前記通信中継装置との間のフィーダリンクの無線伝搬路に局所的な伝搬損失増大部が発生したとき又は前記伝搬損失増大部の発生が予測されるとき、前記フィーダリンクの無線伝搬路における前記伝搬損失増大部による通信品質の低下を抑制又は回避できる位置まで前記ゲートウェイ局を移動させるためのプログラムコードと、
    を含むことを特徴とするプログラム。
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