JP7084512B1 - 通信中継装置、システム、干渉抑圧方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】空中滞在型の通信中継装置に組み込まれた複数のフィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）と複数のゲートウェイ（ＧＷ）局との間の複数の経路差の推定誤差の起因した通信品質の劣化を防止する。【解決手段】複数のＧＷ局から受信した複数のパイロット受信信号に基づいて複数のＧＷ局と複数のＦＬアンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差Δｄｊｉを推定し、複数のパイロット受信信号に基づいて複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求め、複数の第１経路差のそれぞれを複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差Δｄｊｉ＿ｎｅｗに基づいて、フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定して干渉信号を抑圧するための受信ウェイトを計算して記憶し、複数のゲートウェイ局それぞれについて、複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用する。【選択図】図１５

Description

本発明は、３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳ等の空中浮揚型の無線中継装置のマルチフィーダリンクにおけるＨＡＰＳ搭載アンテナ位置変更による動的な伝搬空間相関の改善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。）や人工衛星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。

本出願人は、空中浮揚型の通信中継装置（以下「上空中継装置」という。）のフィーダリンクの周波数有効利用の向上を図ることができる通信システムを提案した（特許文献２参照）。この通信システムは、上空中継装置との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する空間分割多重通信を行う複数のゲートウェイ局を備える。複数のゲートウェイ局はそれぞれ、互いに異なる周波数の複数のパイロット信号を送信する。上空中継装置は、複数のゲートウェイ局それぞれから送信された複数のパイロット信号を受信した受信結果に基づいて、複数のゲートウェイ局それぞれと上空中継装置の複数のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の経路差を計算して伝搬路応答を推定してウェイトを計算する。この通信システムによれば、計算したウェイトを用いることにより上空中継装置と複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンク通信において複数のフィーダリンク間の干渉を低減することができる。

米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７号明細書 特開２０２０－１４１３８７号公報

本発明者は上記通信システムにおけるフィーダリンク間の干渉低減性能について鋭気研究した結果、次のような更に改善すべき課題があることがわかった。すなわち、上記伝搬路応答の推定に用いる上記経路差の誤差により、複数のフィーダリンク間の干渉を精度よく低減することができず、通信品質が劣化するおそれがあることがわかった。

本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する空中滞在型の通信中継装置である。この通信中継装置は、複数のフィーダリンク用アンテナを介して、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部とを備える。前記干渉抑圧部は、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出す手段と、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求める手段と、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定する手段と、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶する手段と、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用する手段と、を有する。

前記通信中継装置において、前記干渉抑圧部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用してもよい。

本発明の他の態様に係る通信中継装置は、端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する空中滞在型の通信中継装置である。この通信中継装置は、複数のフィーダリンク用アンテナを介して、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部と、を備える。前記干渉抑圧部は、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出す手段と、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求める手段と、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定する手段と、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶する手段と、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用する手段と、を有する。

本発明の更に他の態様に係るシステムは、前記いずれかの通信中継装置と、互いに時間同期され前記空中滞在型の通信中継装置の前記中継通信局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のゲートウェイ局と、を備える。

本発明の更に他の態様に係る干渉抑圧方法は、空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と、同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法である。この干渉抑圧方法は、複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すことと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定することと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めることと、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用することと、を含む。

前記干渉抑圧方法において、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用することを、含んでもよい。

本発明の更に他の態様に係る干渉抑圧方法は、空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と、同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法である。この干渉抑圧方法は、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すことと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めることと、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用することと、を含む。

本発明の更に他の態様に係るプログラムは、端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する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、複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれからフィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すためのプログラムコードと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定するためのプログラムコードと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めるためのプログラムコードと、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用するためのプログラムコードと、
を含む。

前記プログラムにおいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用するためのプログラムコードを、含んでもよい。

本発明の更に他の態様に係るプログラムは、端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する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って、このプログラムは、複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれからフィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すためのプログラムコードと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定するためのプログラムコードと、前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めるためのプログラムコードと、前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用するためのプログラムコードと、を含む。

前記通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記複数の第１経路差のそれぞれについて、前記第１経路差の主経路及び他の経路に対応する２つのパイロット受信信号のいずれか一方のパイロット受信信号に対する他方のパイロット受信信号の位相差を変化させながら、前記２つのパイロット受信信号の差を求め、前記２つのパイロット受信信号の差が最小になるときの前記位相差に基づいて前記第１経路差に対する補正値を求めてもよい。

前記通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記２つのパイロット受信信号の振幅が互いに同じ値になるように、前記２つのパイロット受信信号の少なくとも一方の振幅を調整してもよい。

前記通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記パイロット受信信号の周波数をｆ［Ｈｚ］とし、前記パイロット受信信号の波長をλ［ｍ］とし、前記第１経路差をΔｄ［ｍ］とし、前記２つのパイロット受信信号の振幅の絶対値の比をγとし、前記変化させる位相差の補正角度をε［度］とし、光速をｃ［ｍ／ｓ］としたとき、前記一方のパイロット受信信号と、前記他方のパイロット受信信号を次の（１）式に示すように補正した信号とを加算することにより、誤差関数Ｅ（ε）の値を求め、前記誤差関数Ｅ（ε）の値が最小になるときの前記位相差の補正角度εに基づいて、前記第１経路差に対する補正値を求めてもよい。

ここで、前記位相差の補正角度εを、前記第１経路差を中心とした所定角度範囲で走査し、前記誤差関数Ｅ（ε）の値が所定の閾値よりも小さい条件下で最小になるときの前記位相差の補正角度εに基づいて、前記第１経路差に対する補正値を求めてもよい。

また、前記所定角度範囲は、前記通信中継装置の運用を開始したときには全角度をカバーする初期設定範囲に設定し、前記通信中継装置の運用中のときには前記初期設定範囲よりも狭い範囲に設定してもよい。

前記通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、所定の補正タイミングに、前記複数のパイロット受信信号に基づいて前記複数の第１経路差それぞれに対する前記複数の補正値を求めて記憶してもよい。

ここで、前記補正タイミングは、予め設定した周期的又は非周期的の定期的なタイミングでもよいし、前記フィーダリンクの通信品質が所定の閾値よりも悪化したことを検知したタイミングでもよい。

前記通信中継装置、前記システム、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記空中滞在型の通信中継装置の本体は、ドローン、ＨＡＰＳ（例えば、ソーラープレーン、飛行船）、係留気球、又は、人工衛星であってもよい。

本発明によれば、複数のゲートウェイ局それぞれと空中滞在型の通信中継装置の複数のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の経路差の推定誤差に起因した通信品質の劣化を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの全体の概略構成の一例を示す説明図。 （ａ）は実施形態に係る複数ＧＷシステムの概略構成の一例を示す側面図。（ｂ）はドローン無線中継装置の複数のフィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）と複数のＧＷ局との関係を上方から見た説明図。 複数ＧＷシステムにおけるＧＷ局間（フィーダリンク間）のリバースリンク干渉の一例の説明図。 ウェイトＷを近似式で求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラーの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数ＧＷシステムのマルチフィーダリンクにおけるドローン側（受信側）に設けたフォワードリンクの干渉キャンセラー部の概略構成の一例を示す説明図。 ＺＦ法によりウェイトＷを求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラーの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数ＧＷシステムにおけるフィーダリンクの伝搬路応答Ｈの一例を示す説明図。 実施形態に係る複数ＧＷシステムにおける基準経路長の一例を示す説明図。 図８におけるＧＷ局のアンテナとドローン無線中継装置のＦＬアンテナとの間の経路長の一例を示す説明図。 図８におけるＧＷ局のアンテナとドローン無線中継装置のＦＬアンテナとの間の基準経路長を基準にした経路差の一例を示す説明図。 各ＧＷ局から送信される上り回線の送信信号帯域におけるパイロット信号の一例を示す説明図。 実施形態に係るドローン無線中継装置で受信された上り回線の受信信号帯域におけるパイロット信号の一例を示す説明図。 伝搬路応答の導出に用いられるパイロット信号の一例を示す説明図。 フィーダリンクの伝搬路応答の導出モデルの一例を示す説明図。 実施形態に係るドローン無線中継装置におけるパイロット受信信号の経路差補正の一例を示す説明図。 実施形態に係るドローン無線中継装置におけるパイロット受信信号の振幅補正の一例を示す説明図。 実施形態に係るドローン無線中継装置におけるパイロット受信信号の経路差及び振幅の同時補正の一例を示す説明図。 実施形態に係るドローン無線中継装置におけるパイロット受信信号の誤差関数を用いた経路差及び振幅の同時補正の一例を示すブロック図。 パイロット受信信号の経路差の補正角度と誤差関数の値との関係のコンピュータ・シミュレーション結果の一例を示すグラフ。 パイロット受信信号の経路差の補正角度と誤差関数の実測値との関係の一例を示すグラフ。 実施形態に係るドローン無線中継装置の中継通信局の主要構成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。
本書に記載された実施形態に係る通信システムは、空中滞在型の通信中継装置としてのドローン無線中継装置と、ドローン無線中継装置との間でフィーダリンクの無線通信を行う地上又は海上の複数のゲートウェイ局とを備え、複数のゲートウェイ局とドローン無線中継装置の複数のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の経路差の推定誤差に起因した通信品質の劣化を防止することができるＭＩＭＯ受信・送信干渉キャンセラーを有する複数ゲートウェイフィーダリンクシステム（複数ゲートウェイシステム）である。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムにおける通信中継装置としてのドローン型の無線中継装置（以下、「ドローン無線中継装置」又は「ドローン」と略称する。）２０のセル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世代又はその後の世代の移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。また、本明細書に開示する通信システム、無線中継局、基地局、リピータ及び端末装置に適用可能な移動通信の標準規格は、第５世代の移動通信の標準規格、及び、第５世代以降の次々世代の移動通信の標準規格を含む。

図１に示すように、本実施形態に係る通信システムは、空中滞在型（空中浮揚型）の通信中継装置としてのドローン２０を備える。ドローン２０は、端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局２１と複数のフィーダリンク用アンテナ（以下「ＦＬアンテナ」という。）２１１とがドローン本体に組み込まれた構成を有する。ドローン２０は、外部からの遠隔制御又は自律制御によって飛行制御可能な無人又は有人の飛行体（航空機）である。ドローン２０は、地上又海上から所定高度（例えば１００～１５０ｍ）の上空に滞在するように飛行制御される。

なお、本実施形態の通信システムにおいて、空中滞在型（空中浮揚型）の通信中継装置は、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。）であってもよい。ＨＡＰＳは、自律制御又は外部からの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ープレーン、飛行船又は係留気球に、中継通信局２１が搭載されたものである。ＨＡＰＳ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。また、空中滞在型（空中浮揚型）の通信中継装置は人工衛星であってもよい。

以下の実施形態では、空中滞在型（空中浮揚型）の通信中継装置がドローン無線中継装置２０である場合について主に説明する。

本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のドローン２０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、ドローン２０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）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、ドローン２０で形成する３次元セルは、地上又は海上等の水上に位置する端末装置６１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。

ドローン２０の中継通信局２１はそれぞれ、サービスリンク用アンテナ（以下「ＳＬアンテナ」という。）２１５により、移動局である端末装置６１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。端末装置６１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。セル形成目標空域においてビームが通過する領域が３次元セルである。セル形成目標空域において互いに隣り合う複数のビームは部分的に重なってもよい。

ドローン２０の中継通信局２１はそれぞれ、例えば、地上（又は海上）側のコアネットワークに接続された中継局としてのＧＷ局（リピータ親機）７０と無線通信するリピータ子機である。

ドローン２０の中継通信局２１は、ＦＬアンテナ２１１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８０のコアネットワークに接続されている。ドローン２０とＧＷ局７０との間のフィーダリンクの通信は、マイクロ波又はミリ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。

ドローン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）や中継通信局２１での処理を自律制御してもよい。例えば、ドローン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ドローン無線中継装置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２１での処理を自律制御してもよい。

ドローン２０それぞれの浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理は、移動通信網の通信センター等に設けられた管理装置としての管理装置（「遠隔制御装置」ともいう。）によって制御できるようにしてもよい。管理装置は、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、ドローン２０は、管理装置からの制御情報を受信したり管理装置に監視情報などの各種情報を送信したり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、管理装置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。

ドローン２０はそれぞれ、自身又は周辺のドローン無線中継装置の浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理に関する情報、ドローン２０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などの監視情報を、管理装置等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。制御情報は、ドローン２０の目標飛行ルート情報を含んでもよい。監視情報は、ドローン２０の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、ドローン２０の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ドローン２０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。

中継通信局２１と端末装置６１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２１と端末装置６１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。

以下の説明において、ドローン２０とＧＷ局７０を介した基地局９０との間のリンクを「フィーダリンク」といい、ドローン２０と端末装置６１の間のリンクを「サービスリンク」という。特に、ドローン２０とＧＷ局７０との間の区間を「フィーダリンクの無線区間」という。また、ＧＷ局７０からドローン２０を経由して端末装置６１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６１からドローン２０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。

図１において、ドローン２０は、例えば高度に位置し、単一のセル２０Ａ又は複数のセルを形成する。なお、空中滞在型（空中浮揚型）の通信中継装置がＨＡＰＳの場合、ＨＡＰＳは約数十ｋｍの成層圏に位置し、ＨＡＰＳは単一また複数のセルを形成し、そのセルのフットプリントからなるサービスエリアの直径は例えば１００～２００ｋｍである。

図１において、ドローン２０を用いた地上（又は水上）の端末装置６１と直接通信する通信サービスは、サービスエリアの拡大、災害時の通信手段として非常に魅力的である。ドローン２０の通信回線はＧＷ局７０とドローン２０との間を結ぶフィーダリンクＦＬと、ドローン２０と端末装置６１との間を結ぶサービスリンクＳＬから成る。サービスリンクの通信容量はその中継周波数であるフィーダリンクの通信容量で決まることから、フィーダリンクの周波数利用効率を高める必要がある。特に図１に示すようにサービスリンクが多セル構成になった場合はフィーダリンクの通信容量が不足しやすくなるため、フィーダリンクの周波数有効利用技術が不可欠である。しかしながら、ドローン２０とＧＷ局７０を一対一で構成した場合、フィーダリンクの周波数利用効率を高めることが難しい。

そこで、本実施形態では、ドローン２０との間の周波数分割複信（ＦＤＤ）方式のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のＧＷ局７０を備え、一つのドローン２０と複数のＧＷ局７０との間に形成したマルチフィーダリンクにおいて空間分割多重通信を行う「複数ゲートウェイフィーダリンクシステム」又は「複数ゲートウェイシステム」（以下「複数ＧＷシステム」ともいう。）を構築している。この複数ＧＷシステムでは、複数のフィーダリンク間の干渉を除去することにより、設置するＧＷ局７０の数の分だけ周波数利用効率を向上できる。

なお、以下の実施形態では、ドローン２０と複数のＧＷ局７０との間の空間分割多重通信をフィーダリンクのフォワードリンクのみで行う場合について説明するが、当該空間分割多重通信は、フィーダリンクのリバースリンクのみで行ってもよいし、フォワードリンクとリバースリンクの両方で行うようにしてもよい。

図２（ａ）は実施形態に係る複数ＧＷシステムの概略構成の一例を示す側面図であり、図２（ｂ）はドローン２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との関係を上方から見た説明図である。図示の例では、ＦＬアンテナの数（Ｎ）及びＧＷ局の数（Ｎ）はそれぞれ同数（図示の例では３）であり、同数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）及びＧＷ局７０（１）～７０（３）を互いに１対１で対応させて設けている。

なお、ＦＬアンテナ２１１及びＧＷ局７０の組数は２組でもよいし、４組以上であってもよい。また、図示の例では複数のＧＷ局７０は、ドローン２０からの距離及びＧＷ局間の間隔が互いに等しくなるように配置されているが、当該距離及び当該間隔の少なくとも一方は互いに異ならせてもよい。各ＧＷ局７０（１）～７０（３）は、ドローン２０の各ＦＬアンテナ２１１の受信する複素振幅が無相関となるように配置する。また、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）のフィーダリンク用アンテナ（以下「ＧＷアンテナ」という。）７１（１）～７１（３）は互いに直交する垂直偏波（Ｖ）及び水平偏波（Ｈ）の２偏波で送受信可能である。

また、図示の例ではドローン２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）は、ドローン２０の中心からの距離及びＦＬアンテナ間の間隔が互いに等しくなるように配置されているが、当該距離及び当該間隔の少なくとも一方はＦＬアンテナ間で互いに異ならせてもよい。例えば、当該距離及び当該間隔はＦＬアンテナ間で互いに異ならせてもよい。

ドローン２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）はそれぞれ、ＧＷ局７０（１）～７０（３）に対応するアンテナ指向性ビーム（以下「指向性ビーム」又は「ビーム」という。）を有し、ドローン２０は、複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビームがそれぞれ対応するＧＷ局７０（１）～７０（３）の方向に向くようにＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を制御するアンテナ制御部を備えてもよい。アンテナ制御部による複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）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。

上記構成の複数ＧＷシステムでは、ＧＷ局間（フィーダリンク間）のフォワードリンク及びリバースリンクの少なくとも一方における干渉が大きくなるおそれがある。例えば、図２（ｂ）に示すように、ＧＷ局７０（１）から送信された希望信号（所望信号）Ｓ１がドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）で受信されているときに、他のＧＷ局７０（２），７０（３）から送信された信号が干渉信号Ｉ２，Ｉ３としてＦＬアンテナ２１１（１）で受信される。そのため、フィーダリンクのＳＩＮＲ特性が悪化するおそれがある。

また、図３に示すように、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）から送信された希望信号（所望信号）Ｓ１がＧＷ局７０（１）で受信されているときに、ドローン２０の他のＦＬアンテナ２１１（２），２１１（３）から送信された信号が干渉信号Ｉ２，Ｉ３としてＧＷ局７０（１）で受信される。そのため、フィーダリンク（リバースリンク）のＳＩＮＲ特性が悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態では、以下に示すように見通し環境（ＬＯＳ：Line-Of-Sight）対応のＭＩＭＯ干渉キャンセラーをＧＷ局間（フィーダリンク間）に適用し、ＧＷ局間（フィーダリンク間）のフォワードリンク及びリバースリンクの干渉を低減することにより、フィーダリンク（フォワード、リバースリンク）のＳＩＮＲ特性を向上させている。

以下、本実施形態の複数ＧＷシステムにおけるＧＷ局間（フィーダリンク間）のフォワードリンク及びリバースリンクの干渉を低減するＭＩＭＯ受信・送信干渉キャンセラーの構成及び方法について説明する。

図４は、ウェイトＷを近似式で求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラーの一例を示す説明図である。図５は、実施形態に係る複数ＧＷシステムのマルチフィーダリンクにおけるドローン無線中継装置側に設けたフォワードリンクの干渉キャンセラー部２２０の概略構成の一例を示す説明図である。ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）で受信される受信信号Ｅは、次式（２）で表される。式(２)中のＨはフィーダリンクの伝搬路応答であり、ＳはＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信された希望信号（送信信号）であり、Ｎは干渉を含む雑音である。

例えば、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）は、ＧＷ局７０（１）から送信された希望信号Ｓ１（Ｙ１１）と、ＧＷ局７０（２）から送信された干渉信号Ｉ２（Ｙ１２）と、ＧＷ局７０（３）から送信された干渉信号Ｉ３（Ｙ１３）とを受信する。その受信信号ＡＮ１は、次式（３）で表される。

ドローン２０の干渉キャンセラー部２２０は、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信信号帯域外で送信されたパイロット信号Ｈ_Ｐを、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）で受信される受信信号Ｅから取り出す。更に、干渉キャンセラー部２２０は、受信信号Ｅから取り出したパイロット信号Ｈ_Ｐに基づいて、送信信号帯域内の任意の周波数ｆの伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）を推定する。また、干渉キャンセラー部２２０は、伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）の推定結果に基づいて、受信ウェイトＷ、送信ウェイトＷ又はその両方を計算する。

次式（４）に示すように、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から受信した受信信号Ｅに受信ウェイトＷを適用することにより、複数のフィーダリンク間の干渉を低減した受信信号Ｓ’（≒希望信号Ｓ）をサービスリンク側に出力することができる。

また、次式（５）に示すように、サービスリンク側から入力されＧＷ局７０（１）～７０（３）に送信する送信信号に送信ウェイトＷを適用し、送信ウェイトＷを適用した送信信号をＧＷ局７０（１）～７０（３）に送信する。これにより、ＧＷ局７０（１）～７０（３）において複数のフィーダリンク間の干渉を低減した信号Ｓ’（≒希望信号Ｓ）を受信することができる。

例えば、次式（６）に示すように他のＦＬアンテナ２１１（２）及び２１１（３）で受信された信号Ｓ２，Ｓ３にそれぞれ対応するウェイトＷ２，Ｗ３を掛け、減算することにより、上記干渉信号Ｉ２，Ｉ３をキャンセルした希望信号Ｓ１（Ｙ１１）を出力することができる。ＧＷ局７０（２），７０（３）から送信された希望信号Ｓ２（Ｙ２２）及びＳ３（Ｙ３３）についても同様に他のＧＷ局からの干渉信号をキャンセルすることができる。

図６は、ＺＦ（Zero-Forcing）法によりウェイトＷを求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラーの一例を示す説明図である。例えばＧＷ局７０（１）から送信された信号は、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）で希望信号Ｓ１（Ｙ１１）として受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ１（Ｙ１２），Ｉ１'（Ｙ１３）としてＦＬアンテナ２１１（２）及び２１１（３）に受信される。更に、ＧＷ局７０（２）から送信された信号は、干渉信号Ｉ２（Ｙ２１）としてＦＬアンテナ２１１（１）に受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ２'（Ｙ２３）としてＦＬアンテナ２１１（３）に受信される。更に、ＧＷ局７０（３）から送信された信号は、干渉信号Ｉ３（Ｙ３１）としてＦＬアンテナ２１１（１）に受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ３'（Ｙ３２）としてＦＬアンテナ２１１（２）に受信される。図６のＭＩＭＯ干渉キャンセラーでは、これらの干渉信号Ｉ１，Ｉ１'，Ｉ２'及びＩ３'を考慮し、例えば次式（７）に示すように希望信号Ｓ１（Ｙ１１）を出力する。これにより、ＧＷ局間（フィーダリンク間）の干渉抑圧の精度を高めることができる。

上記ＭＩＭＯ干渉キャンセラーに用いるウェイトＷを計算するには、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の伝搬路応答Ｈ（図７参照）を把握する必要がある。特に、本実施形態の複数ＧＷシステムでは、ＧＷ局７０（１）～７０（３）に対してドローン２０の機体が相対的に動くため、その動きに応じて伝搬路応答Ｈも変化する。

次式（８）は、図７に示す複数ＧＷシステムにおけるＧＷ局７０（１）～７０（３）のアンテナとドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の伝搬路の伝搬路応答Ｈの一例を示している。ＧＷ局７０（１）～７０（３）のアンテナはそれぞれ希望信号（所望信号）ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３を送信し、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）はＧＷ局７０（１）～７０（３）からの電波を受信して受信信号ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３を出力する。

次式（９）は伝搬路応答Ｈ中の行列要素を示している。式（９）中の｜ｈ_ｉｊ｜は、第ｉ番目のＧＷ局７０（ｉ）のアンテナから送信されドローン２０の第ｊ番目のＦＬアンテナ２１１（ｊ）で受信された信号の受信信号レベルに対応する。また、式（９）中のｄ_ｉｊは、ＧＷ局７０（ｉ）のアンテナとドローン２０の第ｊ番目のＦＬアンテナ２１１（ｊ）との間の経路長（図９参照）である。式（９）中の「ｆ」及び「ｃ」はそれぞれ、送受信される信号の周波数及び速度（＝光速）である。

上記式（８）及び式（９）に示すように、伝搬路応答Ｈを推定するには、ＧＷ局７０（ｉ）とドローン２０のＦＬアンテナ２１１（ｊ）との間の経路長ｄ_ｉｊを把握する必要がある。各経路長ｄ_ｉｊを把握するのは困難である。そこで、本実施形態では、各経路長ｄ_ｉｊを把握するのではなく、複数ＧＷシステムのフィーダリンクにおいて希望信号の送受信するアンテナ間の主経路を基準にし、その経路長を基準経路長ｄｓとし、他のアンテナ間の経路長を基準経路長ｄｓ及び経路差Δｄで表し、経路差Δｄを求めることで基準となる基準経路成分からなる伝搬路応答（以下「基準伝搬路応答」ともいう。）に対する経路差成分からなる相対的な伝搬路応答（以下「相対伝搬路応答」ともいう。）を推定している。

例えば、図８の複数ＧＷシステムのフィーダリンクでは、ＧＷ局７０（１）がドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）に希望信号を送信し、ＧＷ局７０（２）がドローン２０のＦＬアンテナ２１１（２）に希望信号を送信し、ＧＷ局７０（３）がドローン２０のＦＬアンテナ２１１（３）に希望信号を送信している。従って、ＧＷ局７０（ｉ）のアンテナとＦＬアンテナ２１１（ｉ）の間の３つの経路長ｄ_ｉｉ（ｉ＝１，２，３）それぞれが基準経路長であり、他のＧＷ局７０（ｉ）のアンテナとＦＬアンテナ２１１（ｊ）の間の経路長ｄ_ｉｊ（ｉ≠ｊ）はそれぞれ、基準経路長ｄ_ｉｉ（ｉ＝１，２，３）と経路差Δｄ_ｉｊ（ｉ≠ｊ）との和で表すことができる。

例えば、第１番目のＧＷ局７０（１）から送信した信号をドローン２０の各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）で受信する伝搬路の場合、ＧＷ局７０（１）のアンテナとドローン２０の各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の経路長ｄ_１１、ｄ_２１、ｄ_３１（図９参照）を直接把握するのは困難である。希望信号を送受信するＧＷ局７０（１）のアンテナとＦＬアンテナ２１１（１）との間の経路長ｄ_１１を基準経路長とすると、他の経路の経路長ｄ_２１、ｄ_３１は次式（１０）に示すように基準経路長ｄ_１１と経路差Δｄ_２１、Δｄ_３１（図１０参照）との和で表すことができる。

上記経路差Δｄ_ｉｊ（ｉ≠ｊ）は、後述のように既知信号であるパイロット信号により把握することができる。また、次式（１１）に示すように、伝搬路応答Ｈは、経路差成分ｈ_ｉｊ（Δｄ_ｉｊ）（ｉ≠ｊ、ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３）からなる相対伝搬路応答と、基準経路成分（主経路成分）ｈ_ｉｉ（ｄ_ｉｉ）（ｉ＝１，２，３）からなる基準伝搬路応答で表すことができる。

上記式（１１）中の経路差成分Δｈ_ｉｊ（＝ｈ_ｉｊ（Δｄ_ｉｊ））は次式（１２）で表される。本実施形態では、式（１２）中の経路差Δｄ_ｉｊを求めることにより、基準伝搬路応答（主経路成分）に対する相対伝搬路応答（経路差成分Δｈ_ｉｊ＝ｈ_ｉｊ（Δｄ_ｉｊ））を推定している。

本実施形態では、上記伝搬路応答Ｈを動的に把握するため、送信信号帯域の外側の隣接周波数帯域（ガードバンド）において、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から狭帯域のパイロット信号を送信している。

図１１は、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される上り回線の送信信号帯域におけるパイロット信号の一例を示す説明図である。図１２は、ドローン２０で受信される上り回線の受信信号帯域におけるパイロット信号の一例を示す説明図である。図１３は、フィルターで分離され伝搬路応答の導出に用いられるパイロット信号の一例を示す説明図である。図１４は、図１１～図１３のパイロット信号を用いたフィーダリンクの伝搬路応答の導出モデルの一例を示す説明図である。

図示の例では、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から希望信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３が送信されるフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢに低周波側及び高周波側から隣接する第１の隣接帯域である第１ガードバンドＧＢ１及び第２の隣接帯域である第２ガードバンドＧＢ２それぞれに、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される複数の既知信号である狭帯域のパイロット信号が分散配置されている。具体的には、第１ガードバンドＧＢ１に各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３が異なるパイロット信号Ｓ_Ｐ１，Ｓ_Ｐ２，Ｓ_Ｐ３が位置している。また、第２ガードバンドＧＢ２に各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’が異なるパイロット信号Ｓ_Ｐ１’，Ｓ_Ｐ２’，Ｓ_Ｐ３’が位置している。

ドローン２０の中継通信局２１は、ＧＷ局７０（１）、７０（２）及び７０（３）から受信した第１ガードバンドＧＢ１の複数のパイロット信号Ｓ_Ｐ１，Ｓ_Ｐ２，Ｓ_Ｐ３をそれぞれフィルターで分離し、ＧＷ局７０（１）、７０（２）及び７０（３）から受信した第２ガードバンドＧＢ２の複数のパイロット信号Ｓ_Ｐ１’，Ｓ_Ｐ２’，Ｓ_Ｐ３’をそれぞれフィルターで分離する。

次に、ドローン２０の中継通信局２１は、図１２に示すように受信信号から狭帯域受信フィルター２１８を用いて、周波数ｆ_ｉのパイロット受信信号Ｓ_Ｐｉ（ｉ＝１～３）及び周波数ｆ_ｉ’のパイロット受信信号Ｓ_Ｐｉ’（ｉ＝１～３）を分離する（図１３参照）。

各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’が異なる複数のパイロット信号Ｓ_Ｐ１，Ｓ_Ｐ２，Ｓ_Ｐ３及びパイロット信号Ｓ_Ｐ１’，Ｓ_Ｐ２’，Ｓ_Ｐ３’が、第１ガードバンドＧＢ１及び第２ガードバンドＧＢ２に均等に分散されて配置されているので、各パイロット信号を狭帯域フィルターで分離して容易に個別検出することができる。

中継通信局２１は、周波数ｆ_ｉ及びｆ_ｉ’のそれぞれについて、パイロット受信信号Ｓ_Ｐｉ，Ｓ_Ｐｉ’から次式（１３）及び式（１４）を用いて、次式（１５）及び式（１６）に示すようにｋ番目のＧＷ局７０（ｋ）からドローン２０のｉ番目のＦＬアンテナ２１１（ｉ）への伝搬路応答ｈ_ｋｉ及びｈ_ｋｉ’を求める。

中継通信局２１は、求めた伝搬路応答ｈ_ｋｉの情報（式（１３）～式（１６）参照）を干渉キャンセラー部２２０に出力する。

ここで、例えば、ドローン２０のＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）が受信するパイロット信号ｈ_１１，ｈ_１１’，ｈ_２１及びｈ_２１’はそれぞれ次式（１７）、（１８）、（１９）及び（２０）で表され、それらの信号の比ｈ_２１／ｈ_１１及びｈ_２１’／ｈ_１１’はそれぞれ、次式（２１）及び（２２）で表される。

上記式（１７）～（２０）中のｄ_１１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）との間の経路長であり、上記式（１７）～（２２）中のΔｄ_２１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）それぞれとの間の経路長の差（経路差）である。ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（２）との間の経路長はｄ_１１＋Δｄ_２１で表される。

上記式（２１）と式（２２）の差分から次式（２３）が成り立つので、上記経路差Δｄ_２１は次式（２４）で求めることができる。経路差Δｄ_２１は定数部（ｃ／２π（ｆ_１’－ｆ_１））と測定部（Δθ’_２１－Δθ_２１）とからなる。Δθ_２１は、ｈ_２１の位相θ_２１とｈ_１１の位相θ_１１の位相差であり、Δθ’_２１は、ｈ_２１’の位相θ’_２１とｈ_１１’の位相θ’_１１の位相差である。上記測定部（Δθ’_２１－Δθ_２１）は、位相差Δθ_２１と位相差Δθ’_２１の差分である。

ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（３）それぞれとの間の経路差Δｄ_３１及びその他の経路差Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２についても、同様に求めることができる。経路差Δｄ_ｊｉの一般式は、次式（２５）になる。

本実施形態の複数ＧＷシステムのドローン２０とＧＷ局７０との間のフィーダリンクの無線区間の障害物のない見通し環境（ＬＯＳ：Line-Of-Sight）での伝搬の場合、上記経路差Δｄ_ｊｉ（Δｄ_２１，Δｄ_３１，Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２）を用いて、上記フィーダリンクの送信信号帯域における任意の周波数ｆ（例えば中心周波数ｆsｃ）における伝搬路応答は、例えば次式（２６）のＨ_Ｆ（ｆ）のように推定できる。

上記伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）の推定結果に基づいて受信ウェイトＷ及び送信ウェイトＷを求め、受信信号及び送信信号のそれぞれに適用することにより、ＧＷ局間（フィーダリンク間）のフォワードリンク及びリバースリンクの干渉を低減することができる。

なお、上記伝搬路応答の行列を用いて、干渉キャンセラーに用いるウェイトＷは、例えば、伝搬路応答の行列を用いたＺＦ（Zero-Forcing）法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法により計算することができる。

例えば、ＺＦ法では、次式（２７）のように伝搬路応答の行列Ｈ_ｆｃ（＝Ｈ_F（ｆ））逆行列でウェイトＷを求めることができる。

また、ＭＭＳＥ法では、次式（２８）によりウェイトＷを用いることができる。ここで、Ｎ_Ｔは送信アンテナ数であり、γはＳＮＲである。

干渉キャンセラー部２２０は、上記ウェイトＷを用いることにより、例えば、次式（２９）の受信信号Ｙから干渉信号をキャンセルした次式（３０）の復調信号Ｅに変換して出力することができる。干渉キャンセラー部２２０は、式（３０）中のウェイトＷの行列の各要素の値をＷテーブルのデータとして記憶する。

ここで、上記ウェイトＷを求めるときに用いる伝搬路応答Ｈ_ｆｃ（＝Ｈ_F（ｆ））に、上記経路差Δｄ_ｊｉ（Δｄ_２１，Δｄ_３１，Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２）が含まれるので、経路差Δｄ_ｊｉの測定精度すなわち推定精度が干渉低減能力に直結する。

例えば、上記式（２６）の伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）の経路差Δｄ_２１に対応する位相差の部分は、次式（３１）のように定数部（ｆ／（ｆ_１’－ｆ_１））と測定部（Δθ’_２１－Δθ_２１）とからなる。一般式で表記すると、伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）の経路差Δｄ_ｊｉに対応する位相差の部分は、次式（３２）のように定数部（ｆ／（ｆ_ｉ’－ｆ_ｉ））と測定部（Δθ’_ｊｉ－Δθ_ｊｉ）とからなる。

上記式（３１）において、例えば、フィーダリンクの送信信号帯域内の周波数ｆを２９［ＧＨｚ］とし、送信信号帯域を２０［ＭＨｚ］とすると、上記定数部（ｆ／（ｆ_１’－ｆ_１））が約１５００になる。仮に、上記測定部（Δθ’_２１－Δθ_２１）の測定誤差が０．１［度］あったとすると、上記位相差の誤差は１５０［度］になってしまい、ＧＷ局間（フィーダリンク間）のフォワードリンク及びリバースリンクの干渉の低減能力が低下し、フィーダリンクの通信品質が悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態のドローン２０の干渉キャンセラー部２２０では、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から受信した受信信号から取り出した複数のパイロット受信信号を再利用して上記経路差Δｄ_ｊｉ（ｊ≠ｉ）を補正することにより、ウェイトＷを求めるときに用いる伝搬路応答Ｈ_ｆｃ（＝Ｈ_F（ｆ））の精度を高め、複数の経路差Δｄ_ｊｉの推定誤差に起因した通信品質の劣化を防止している。

干渉キャンセラー部２２０は、例えば、次の手順Ａ１～Ａ３で経路差Δｄ_ｊｉの補正を行う。
Ａ１．前述の複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれと複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の主経路を基準にした複数の第１経路差Δｄ_ｊｉ（Δｄ_２１，Δｄ_３１，Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２）を推定する。
Ａ２．前述の複数のパイロット受信信号に基づいて、複数の第１経路差Δｄ_ｊｉのそれぞれに対する複数の補正値ｘ_ｊｉ（ｘ_２１，ｘ_３１，ｘ_１２，ｘ_１３，ｘ_２３，ｘ_３２）を求める。
Ａ３．次式（３３）に示すように、複数の第１経路差のそれぞれを複数の補正値ｘ_ｊｉで補正した補正後の複数の第２経路差Δｄ_{ｊｉ＿ｎｅｗ}（Δｄ_{２１＿ｎｅｗ}，Δｄ_{３１＿ｎｅｗ}，Δｄ_{１２＿ｎｅｗ}，Δｄ_{１３＿ｎｅｗ}，Δｄ_{２３＿ｎｅｗ}，Δｄ_{３２＿ｎｅｗ}）に基づいて、フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）を推定する。

経路差の測定誤差を補正した伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）は、前述の式（２６）において第１経路差Δｄ_ｊｉ（Δｄ_２１，Δｄ_３１，Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２）の代わりに、式（３３）に示す第２経路差Δｄ_{ｊｉ＿ｎｅｗ}（Δｄ_{２１＿ｎｅｗ}，Δｄ_{３１＿ｎｅｗ}，Δｄ_{１２＿ｎｅｗ}，Δｄ_{１３＿ｎｅｗ}，Δｄ_{２３＿ｎｅｗ}，Δｄ_{３２＿ｎｅｗ}）を用いて推定することができる。この補正後の第２経路差Δｄ_{ｊｉ＿ｎｅｗ}を用いて推定した伝搬路応答の推定結果に基づいて、前述の複数のウェイトＷを計算して記憶する。

図１５は、実施形態に係るドローン無線中継装置２０におけるパイロット受信信号の経路差補正の一例を示す説明図である。なお、図１５の例（後述の図１６～図１８でも同様）では、ＧＷ局７０（１）の第１のＧＷアンテナ７１（１）から送信されたパイロット信号Ｓ_Ｐが、経路＃１で伝搬してドローン２０の第１のＦＬアンテナ２１１（１）で受信されるとともに、経路＃２で伝搬してドローン２０の第２のＦＬアンテナ２１１（２）で受信されている例を示している。経路＃１と経路＃２の間には経路差Δｄがある。第１のＦＬアンテナ２１１（１）で受信されたパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１と、第２のＦＬアンテナ２１１（２）で受信されたパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２は、経路差Δｄに測定誤差ｘが加わった第１経路差Δｄ＋ｘに対応する位相差がある。

図１５において、例えば、パイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１の位相を変化させながら、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１’、Ｓ_Ｐ＃２の差を求め、その差が最小になるときの位相Δｄ＋ｘに基づいて、第１経路差Δｄ＋ｘに対する補正値ｘを求めることができる。すなわち、パイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１の位相を変化させながら、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２が一致するｘを探す。このように探した補正値ｘで第１経路差Δｄ＋ｘを補正することにより、誤差ｘを含まない又は誤差ｘを低減した第２経路差Δｄを推定することができる。

なお、図１５の例では、パイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１の位相を変化させながら補正値ｘを探しているが、他方のパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２の位相を変化させながら補正値ｘを探してもよい。

図１６は、実施形態に係るドローン無線中継装置２０におけるパイロット受信信号の振幅補正の一例を示す説明図である。ドローン２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）、ＦＬアンテナ２１１（２）の間には、アンテナ利得パターンによる受信レベル差があるため、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２の振幅が異なり、経路差の補正値ｘを精度よく探すことができないおそれがある。

そこで、図１６の例では、ドローン２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）、ＦＬアンテナ２１１（２）のうち、ＦＬアンテナ２１１（２）で受信した受信レベルが小さいパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２を増幅し、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２’の振幅をそろえる振幅補正を行っている。この振幅補正によって振幅をそろえたパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２’について前述の図１５の経路差補正を行うことにより、経路差の補正値ｘを精度よく探すことができる。

図１７は、実施形態に係るドローン無線中継装置２０におけるパイロット受信信号の経路差及び振幅の同時補正の一例を示す説明図である。図１７の例では、ＦＬアンテナ２１１（２）で受信した受信レベルが小さいパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２を増幅するとともに、ＦＬアンテナ２１１（１）で受信したパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１の位相を変化させながら、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１’、Ｓ_Ｐ＃２’の差が最小になるｘ（２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１’、Ｓ_Ｐ＃２’が一致するｘ）を探している。この例でも経路差の補正値ｘを精度よく探すことができる。

図１８は、実施形態に係るドローン無線中継装置における１７のパイロット受信信号の誤差関数Ｅ（ε）を用いた経路差及び振幅の同時補正の一例を示すブロック図である。
図１８において、まず、次式（３４）で示すように、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２（ｈ_１＃１、ｈ_１＃２）の振幅（電力振幅）の比γ（＝｜ｈ_１＃２｜^２／｜ｈ_１＃１｜^２）を計算する。

図中の乗算器９００は、次式（３５）で示すようにパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１に補正係数９０１をかけて補正した中間信号を生成する。補正係数９０１は、第１の補正係数９０２～第４の補正係数９０５で構成される。第１の補正係数９０２は、２つのパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１、Ｓ_Ｐ＃２の振幅が等しくなるように一方のパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１に前記比γをかけて振幅を補正する補正係数である。第２の補正係数９０３は、後段の加算器９１０で他方のパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１に加算されるときに減算となるように符号をマイナスにする位相反転用の補正係数である。第３の補正係数９０４は、前記推定済みの第１経路差Δｄに対応する位相分だけパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１を進める又は遅らせるための補正係数である。第４の補正係数９０５は、探索対象の位相差の補正値である補正角度ε［度］だけパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１を進める又は遅らせるための補正係数である。

加算器９１０は、乗算器９００から出力されたパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１の中間信号と、他方のパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２とを加算することにより、前記位相差の補正値（補正角度）εの関数からなる誤差関数Ｅ（ε）を出力する。この誤差関数Ｅ（ε）の値が最小になるときの補正角度εに基づいて、第１経路差Δｄに対する補正値ｘ（＝λ_Ｐ１ε／３６０）を求める。この補正角度εを用いて求めた補正値ｘにより補正後の第２経路差Δｄ_{２１＿ｎｅｗ}を推定する。

以上示した補正値ｘ（補正角度ε）及び補正後の第２経路差Δｄ_{２１＿ｎｅｗ}の推定は、他の第１経路差Δｄ_３１，Δｄ_１２，Δｄ_１３，Δｄ_２３，Δｄ_３２についても行う。複数の第１経路差Δｄ_ｊｉを補正して推定した補正後の第２経路差Δｄ_{ｊｉ＿ｎｅｗ}の一般式は、次式（３６）のように表すことができる。式（３６）の右辺第２項が補正値ｘ_ｊｉ（ｘ_２１，ｘ_３１，ｘ_１２，ｘ_１３，ｘ_２３，ｘ_３２）である。

なお、図１８の例では、パイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１について中間信号を生成しているが、パイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃２について中間信号を生成し、その中間信号とパイロット受信信号Ｓ_Ｐ＃１とを加算して誤差関数Ｅ（ε）を出力してもよい。

図１９は、パイロット受信信号の経路差Δｄを１０［ｍｍ］と想定したときのパイロット受信信号の経路差の補正角度と誤差関数の値との関係のコンピュータ・シミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１９の横軸は、前述の図１８のパイロット受信信号の経路差Δｄ（１０［ｍｍ］）に対する補正角度εである。図１９の縦軸は、周波数を２［ＧＨｚ］として前述の図１８の誤差関数Ｅを計算した値である。図１９に示すように、前記補正値ｘを探すときに補正角度εを変化させて走査する範囲は、補正値ｘを探索する探索時間を短くするために、予め推定した前記第１経路差Δｄを中心とした所定角度範囲であってもよい。この所定角度範囲は、本実施形態の複数ＧＷシステムの運用を開始したときには補正値ｘを確実に探索できるように全角度をカバーする初期設定範囲（例えば、－１８０［度］～＋１８０［度］）に設定し、通常の運用中のときは探索時間を短くするために前記初期設定範囲よりも狭い範囲（例えば、－６０［度］～＋６０［度］、－９０［度］～＋９０［度］など）に設定してもよい。

また、前記補正値ｘの誤探索を回避するために、例えば図１９の曲線Ｃ１に示すように、誤差関数Ｅ（ε）の値が所定の閾値（例えば－２０ｄＢ）よりも小さい条件下で最小になるときの前記補正角度εに基づいて、第１経路差Δｄに対する補正値ｘを求めてもよい。

図２０は、パイロット受信信号の経路差Δｄの補正角度εと誤差関数Ｅの実測値Ｃ２との関係の一例を示すグラフである。図２０の横軸は、前述の図１８のパイロット受信信号の経路差Δｄ（実測値：９．５［ｍｍ］）に対する補正角度εである。図２０の縦軸は、前述の図１８の誤差関数Ｅを測定した実測値である。測定に用いた周波数は２［ＧＨｚ］である。図２０に示すように、パイロット受信信号の第１経路差Δｄに対する補正を行わないときの干渉低減は６［ｄＢ］であったが、本実施形態の第１経路差Δｄの補正を行ったときは３０［ｄＢ］程度の高い干渉低減が得られた。

なお、複数の第１経路差Δｄ_ｊｉそれぞれに対する複数の補正値ｘ_ｊｉは、所定の補正タイミングに求めて記憶してもよい。ここで、前記補正タイミングは、予め設定した周期的又は非周期的の定期的なタイミング（例えば、０．１［ｍｓ］～１０［ｍｓ］等の所定時間ごと、又は、定期的に受信するパイロット信号の受信回数ごと）でもよい。また、前記補正タイミングは、フィーダリンクの通信品質が所定の閾値よりも悪化したことを検知したタイミングでもよい。

図２１は、本実施形態に係るドローン２０の中継通信局２１の主要構成の一例を示す説明図である。図２１において、中継通信局２１は、フィーダリンク通信部２２１とサービスリンク通信部２２２と周波数変換部２２３と各部を制御する制御部２２４と干渉抑圧部２２５を備える。

フィーダリンク通信部２２１は、ＧＷ局７０の数（ＦＬアンテナ２１１の数）に対応する複数の受信機を備え、ＦＬアンテナ２１１を介してＧＷ局７０との間でフィーダリンク用の第１周波数Ｆ１の無線信号を送受信する。

フィーダリンク通信部２２１の複数の受信機は、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから送信された複数のパイロット信号を受信し、複数のパイロット信号が重複したパイロット信号群をフィルターで分離する。また、各受信機は、上記フィルターで分離された複数のパイロット信号を、フィーダリンクの伝搬路を伝搬してきたパイロット信号ｈ_ｋｉの受信結果として干渉抑圧部２２５に出力する。

サービスリンク通信部２２２は、サービスリンク用アンテナ１１５を介して端末装置６１との間でサービスリンク用の第２周波数Ｆ２の無線信号を送受信する。周波数変換部２２３は、フィーダリンク通信部２２１とサービスリンク通信部２２２との間で第１周波数Ｆ１と第２周波数Ｆ２との周波数変換を行う。中継通信局２１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。この場合は、無線信号の遅延が異なるマルチパスが発生しても良好な通信品質を維持できる。

制御部２２４は、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。特に、本実施形態では、制御部２２４は、前記複数のフィーダリンクの伝搬空間相関の程度を示す相関指標値と所定の閾値との比較結果に基づいて、複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の間の相互位置関係を変化させる手段としても機能する。例えば、ＨＡＰＳ本体側のアンテナ駆動・切替部２５と連携して前述のアンテナ駆動・切替の制御を行う。

干渉抑圧部２２５は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、フィーダリンク通信部２２１から出力された複数のパイロット信号の受信結果（ｈ_ｋｉ）に基づいて、前述の伝搬路応答の推定、ウェイトの計算及び干渉キャンセル信号処理を行う。

干渉抑圧部２２５は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、次のＢ１～Ｂ８を行う手段としても機能する。
Ｂ１．複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を介して受信した受信信号から、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれからフィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出す手段。
Ｂ２．前記複数のパイロット受信信号に基づいて、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれと複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段。
Ｂ３．前記複数のパイロット受信信号に基づいて、複数の第１経路差ｄ_ｊｉのそれぞれに対する複数の補正値ｘ_ｊｉを求める手段。
Ｂ４．前記複数の第１経路差ｄ_ｊｉのそれぞれを複数の補正値ｘ_ｊｉで補正した補正後の複数の第２経路差Δｄ_{ｊｉ＿ｎｅｗ}に基づいて、フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）を推定する手段。
Ｂ５．複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれについて、前記伝搬路応答Ｈ_Ｆ（ｆ）の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトＷ、受信ウェイトＷ又はその両方を計算して記憶する手段。
Ｂ６．複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれについて、複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を介して受信した受信信号に複数の受信ウェイトＷを適用する手段。
Ｂ７．複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれについて、複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を介して送信する送信信号に複数の送信ウェイトＷを適用する手段。

なお、移動通信網の通信オペレータの遠隔制御装置（制御元）からの制御情報を受信したり遠隔制御装置に情報を送信したりする場合は、制御部２２４に接続されたユーザ端末（移動局）２２６を備えてもよい。制御部２２４は、例えば、遠隔制御装置から送信されてきた制御情報をユーザ端末（移動局）２２６で受信し、その制御情報に基づいて各部を制御してもよい。ここで、遠隔制御装置とユーザ端末（移動局）２２６との間の通信は、例えば遠隔制御装置及びユーザ端末（移動局）２２６それぞれに割り当てられたＩＰアドレス（又は電話番号）を用いて行ってもよい。

以上、本実施形態によれば、複数ＧＷシステムにおけるドローン２０と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との間の同一周波数のマルチフィーダリンクにおける複数のフィーダリンク間の干渉を動的に抑圧することができる。

特に本実施形態によれば、複数ＧＷシステムにおけるドローン２０に組み込まれた中継通信局２１に接続された複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との間の複数の経路差の推定誤差に起因した通信品質の劣化を防止することができる。

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）、基地局及び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、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）、フラッシュメモリ、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ばよく、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。

２０ ドローン型の通信中継装置（ドローン無線中継装置、ドローン）
２１ 中継通信局
６１ 端末装置
７０，７０（１）～７０（３） ゲートウェイ局（ＧＷ局）
７１，７１（１）～７１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＧＷアンテナ）
２００Ｃ ３次元セル
２００Ｆ フットプリント
２１１、２１１（１）～２１１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）
２１５ サービスリンク用アンテナ（ＳＬアンテナ）
２２０ 干渉キャンセラー部
２２１ フィーダリンク通信部
２２２ サービスリンク通信部
２２３ 周波数変換部
２２４ 制御部
２２５ 干渉抑圧部

Claims (15)

1. 端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する空中滞在型の通信中継装置であって、
   複数のフィーダリンク用アンテナを介して、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、
   前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部と、を備え、
   前記干渉抑圧部は、
   前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出す手段と、
   前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、
   前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求める手段と、
   前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定する手段と、
   前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶する手段と、
   前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用する手段と、を有する、
   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、
   前記干渉抑圧部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用する、ことを特徴とする通信中継装置。
3. 端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する空中滞在型の通信中継装置であって、
   複数のフィーダリンク用アンテナを介して、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、
   前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部と、を備え、
   前記干渉抑圧部は、
   前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出す手段と、
   前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、
   前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求める手段と、
   前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定する手段と、
   前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶する手段と、
   前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用する手段と、を有する、
   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、
   前記複数の第１経路差のそれぞれについて、前記第１経路差の主経路及び他の経路に対応する２つのパイロット受信信号のいずれか一方のパイロット受信信号に対する他方のパイロット受信信号の位相差を変化させながら、前記２つのパイロット受信信号の差を求め、前記２つのパイロット受信信号の差が最小になるときの前記位相差に基づいて前記第１経路差に対する補正値を求める、ことを特徴とする通信中継装置。
5. 請求項４の通信中継装置において、
   前記２つのパイロット受信信号の振幅が互いに同じ値になるように、前記２つのパイロット受信信号の少なくとも一方の振幅を調整する、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、
   前記パイロット受信信号の周波数をｆ［Ｈｚ］とし、前記パイロット受信信号の波長をλ［ｍ］とし、前記第１経路差をΔｄ［ｍ］とし、前記２つのパイロット受信信号の振幅の絶対値の比をγとし、前記変化させる位相差の補正角度をε［度］とし、光速をｃ［ｍ／ｓ］としたとき、
   前記一方のパイロット受信信号と、前記他方のパイロット受信信号を次の（１）式に示すように補正した信号とを加算することにより、誤差関数Ｅ（ε）の値を求め、前記誤差関数Ｅ（ε）の値が最小になるときの前記位相差の補正角度εに基づいて、前記第１経路差に対する補正値を求める、ことを特徴とする通信中継装置。
   

   
7. 請求項６の通信中継装置において、
   前記位相差の補正角度εを、前記第１経路差を中心とした所定角度の範囲で走査し、前記誤差関数Ｅ（ε）の値が所定の閾値よりも小さい条件下で最小になるときの前記位相差の補正角度εに基づいて、前記第１経路差に対する補正値を求める、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、
   所定の補正タイミングに、前記複数のパイロット受信信号に基づいて前記複数の第１経路差それぞれに対する前記複数の補正値を求めて記憶する、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と、互いに時間同期され前記空中滞在型の通信中継装置の前記中継通信局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のゲートウェイ局と、を備えることを特徴とするシステム。
10. 空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と、同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法であって、
    複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すことと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定することと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めることと、
    前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定することと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶することと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用することと、
    を含むことを特徴とする干渉抑圧方法。
11. 請求項１０の干渉抑圧方法において、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用することを、含むことを特徴とする干渉抑圧方法。
12. 空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と、同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法であって、
    複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、前記複数のゲートウェイ局それぞれから前記フィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すことと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定する手段と、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めることと、
    前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定することと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶することと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用することと、
    を含むことを特徴とする干渉抑圧方法。
13. 端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する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って、
    複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、複数のゲートウェイ局それぞれからフィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すためのプログラムコードと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定するためのプログラムコードと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めるためのプログラムコードと、
    前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定するためのプログラムコードと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイトを計算して記憶するためのプログラムコードと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用す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。
14. 請求項１３のプログラムにおいて、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の受信ウェイト及び複数の送信ウェイトを計算して記憶し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号に前記複数の受信ウェイトを適用し、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用するためのプログラムコードを、含むことを特徴とするプログラム。
15. 端末装置の無線通信を中継するリピータ型の中継通信局と複数のフィーダリンク用アンテナとを有する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って、
    複数のフィーダリンク用アンテナを介して受信した受信信号から、複数のゲートウェイ局それぞれからフィーダリンクの送信信号帯域の隣接外側の周波数帯域で送信された複数のパイロット信号に対応する複数のパイロット受信信号を取り出すためのプログラムコードと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記複数のフィーダリンク用アンテナとの間の主経路を基準にした複数の第１経路差を推定するためのプログラムコードと、
    前記複数のパイロット受信信号に基づいて、前記複数の第１経路差のそれぞれに対する複数の補正値を求めるためのプログラムコードと、
    前記複数の第１経路差のそれぞれを前記複数の補正値で補正した補正後の複数の第２経路差に基づいて、前記フィーダリンクの送信信号帯域における伝搬路応答を推定するためのプログラムコードと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記伝搬路応答の推定結果に基づいて複数の送信ウェイトを計算して記憶するためのプログラムコードと、
    前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記複数のフィーダリンク用アンテナを介して送信する送信信号に前記複数の送信ウェイトを適用す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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