JP7385372B2 - 異なるｈａｐｓを組み合わせたｈａｐｓシステム - Google Patents

Description

この発明は、異なるＨＡＰＳを組み合わせたＨＡＰＳシステムに関する。

ソーラーセルを翼の上面に有し、ソーラーセルで発電した電力でプロペラを回転させることによって飛行する飛行体が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－２１１４９６号公報

しかし、このような無人飛行体に無線通信の基地局を搭載して高高度に長期間にわたって滞留飛行することにより、高高度からの無線ビームにより地上の基地局に比べて広い通信エリアを確保できる、飛行体高高度プラットフォーム（ＨＡＰＳ：Ｈｉｇｈ Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた無線通信システムが開発されている。

飛行体に搭載できる基地局装置の重量、大きさ、及び消費電力は機体の大きさに応じて制限があるため、処理できるトラフィック量に限界があった。

運用面やコスト面から飛行体できるだけ小型化されることが望ましいが、一方で、通信トラフィックの向上を図るためには飛行体の大型化に頼らざるを得ない状況となっている。

そこで、本発明は、飛行体を小型化しつつ、通信トラフィック能力を向上することが可能な通信システムを提供することを目的とする。
飛行体

上記課題を解決するため、本発明に係る通信システムは、第一の飛行体と、第二の飛行体と、複数の基地局を管理する基地局装置とを備えた通信システムであって、第一の飛行体は、第二の飛行体よりも多いペイロードと、基地局装置と通信する第１通信部と、第二の飛行体と通信する第２通信部と、を備え、第二の飛行体は、第一の飛行体と通信する第３通信部を備え、第二の飛行体は、第一の飛行体を介して、基地局装置と通信することを特徴とする。

本発明によれば、基地局としての機能を有する第一の高高度プラットフォームに搭載されるペイロードよりも少ない第二の高高度プラットフォームを介して通信するので、通信トラフィック性能を向上しつつ、高高度プラットフォームを小型化することができる。

従来の通信システムの構成を示すシステム図である。 実施形態１に係る通信システムの構成を示すシステム図である。 実施形態１における大型飛行体に搭載される通信管理装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態１における小型飛行体に搭載される通信制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態１における無線端末のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図である。 実施形態１における無線端末のデータの送受信の他の例１を説明するシーケンス図の一例である。 実施形態２に係る大型飛行体に搭載される通信システムの構成を示すシステム図である。 実施形態２における大型飛行体に搭載される通信管理装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態２における無線端末のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図である。 実施形態２における無線端末のデータの送受信の他の例２を説明するシーケンス図である。 実施形態２における大型飛行体による小型飛行体の管理編成処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態２における大型飛行体による小型飛行体からの管理依頼受信処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態２における小型飛行体に搭載される通信制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態３に係る通信システムの構成を示すシステム図である。 実施形態３における大型飛行体に搭載される通信管理装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態３における小型飛行体に搭載される通信制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態３における無線端末のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図である。 実施形態４に係る通信システムの構成を示すシステム図である。

図１は、従来の通信システムの構成を示すシステム図である。図１では、飛行体１０ａ～飛行体１０ｃの３機が、それぞれ地上の地上ゲートウェイ局４００ａ～地上ゲートウェイ局４００ｃと無線通信により接続されている。地上ゲートウェイ局４００ａ～地上ゲートウェイ局４００ｃは、通信事業者のコアネットワーク（不図示）との通信を行うフィーダリンクである。また、飛行体１０ａ～飛行体１０ｃは、高高度プラットフォームであるＨＡＰＳを構成する。飛行体１０ａは、無線端末３００ａと、無線端末３００ｂの基地局として、飛行体１０ｂは、無線端末３００ｃと、無線端末３００ｄの基地局として、飛行体１０ｃは、無線端末３００ｅと、無線端末３００ｆの基地局として機能する。無線端末とのＨＡＰＳの基地局との通信規格はLTE、５G又は次世代無線通信などであるが、これに限定されない。このため、飛行体１０ａ～飛行体１０ｃは、それぞれ基地局としての機能を備えるために、地上ゲートウェイ局４００ａ～地上ゲートウェイ局４００ｃとの通信トラフィック容量の大きいフィーダリンクを構成するために無線通信装置を基地局装置に備える必要となり、基地局装置全体の大きさ・重量・消費電力が大きくなる。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る通信システム２の構成を示すシステム図である。図２に示す通信システム２は、大型飛行体１００と、小型飛行体２００ａ～小型飛行体２００ｃと、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄと、地上ゲートウェイ局４００と、を含む（以下、特に明示する場合を除き、小型飛行体２００ａ～小型飛行体２００ｃを小型飛行体２００と総称し、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄを無線端末３００と総称する。）。また、大型飛行体１００は、地上ゲートウェイ局４００とフィーダリンクを構成する。一方で小型飛行体２００は地上ゲートウェイ局４００とフィーダリンクをせず、大型飛行体１００と光無線通信により双方向通信して、大型飛行体１００を介して地上ゲートウェイ局４００とフィーダリンクを構成する。小型飛行体２００は、無線端末３００に無線通信を提供する。大型飛行体１００、小型飛行体２００を無線端末３００に提供する通信の地上ゲートウェイ局４００との中継機能を提供するが、大型飛行体１００も無線端末３００に無線通信を提供する。これにより、図１で大型飛行体１００を3機と地上ゲートウェイ局４００が３局必要であった無線通信エリアカバレッジを、大型飛行体１００が１機と小型飛行体２００が2機と地上ゲートウェイ局４００が１局でカバーすることが可能となる。大型飛行体１００の2機を小型飛行体２００の2機に置き換えが可能となり、機体の運用面やコスト面で有利となる。また、大型飛行体１００は、本発明における第一の飛行体を、小型飛行体２００は、本発明における第二の飛行体に相当する。なお、無線端末３００は、例えば、携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末、携帯通信モジュール、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器等であるが無線機能を有するものであればよく限定されない。また、地上の基地局で構成された地上の無線通信ネットワークを介して互いに接続可能に構成されてもよく、その無線端末３００は、エリアの在圏の有無やトラフィック量の輻輳状態などその他の諸条件に応じて地上の無線通信ネットワークを利用した通信も可能である。なお、地上ゲートウェイ局４００は、本発明における基地局装置に相当する。

大型飛行体１００は、図１に示した飛行体１０と同様に、ＨＡＰＳを構成し、一定期間、上空を飛行する。例えば、上空は、高度約２０ｋｍの高高度であり、一定期間とは、数週間、数か月又は１年等の期間である。大型飛行体１００は、一例として、ソーラープレーン又はソーラー飛行船等であり、通常の飛行機又は飛行船と比べて長期にわたる飛行が可能になる。大型飛行体１００が例えば成層圏を飛行する場合、成層圏は気流が安定しているため、大型飛行体１００は、長期の滞空が可能になる。なお、大型飛行体１００が飛行する高度は、約２０ｋｍに限定されることはなく、２０ｋｍよりも高くてもよく低くてもよい。ここで、無線端末３００が、従来の地上セルラ方式の携帯端末の場合、基地局と通信可能な技術使用（後述する３ＧＰＰ）上の距離、例えば、ＬＴＥであれば約１００ｋｍとなる。この場合には、大型飛行体１００の高度は、約５０ｋｍ以下になる。

また、大型飛行体１００は、上記の例示（ソーラープレー又はソーラー飛行船）の他に、空中を飛行する機能を有するものであればよく、例えば、飛行機、飛行船、気球、ヘリコプタ及びドローン等である。また、大型飛行体１００には、各種のセンサ又は各種のカメラを搭載することが可能である。センサの一例としては、これらに限られないが、レーザ測距やドップラーレーダなどによるリモートセンシングを行うことが可能なセンサがある。カメラの一例としては、これらに限られないが、可視光カメラ、赤外線カメラ、地形カメラ（立体視カメラ）がある。これらのセンサやカメラの測定結果と、後述する無線端末３００の分布を示す情報の取得結果とに基づいて、より適切な小型飛行体２００の飛行管理を含む通信管理を実行することが可能になる。

小型飛行体２００は、大型飛行体１００と同様にＨＡＰＳを構成し、一定期間上空を飛行するが、大型飛行体１００よりも小さいペイロードを備える。すなわち、小型飛行体２００は、大型飛行体１００と異なり、フィーダリンク通信用の大型通信装置を搭載せず、代わりに、より軽量な中継装置を搭載する。また、小型飛行体２００は、軽量な光空間無線通信用の装置を搭載して大型飛行体１００と接続して、大型飛行体１００のフィーダリンクの帯域を共有する。

本実施形態の使用例を以下に示すが、以下の使用例は実施形態２以下で説明する全ての実施形態に共通である。
（１）基地局が設置されていない地域に新たに基地局を設置する場合、後述する通信管理装置１１０を搭載した大型飛行体１００を上空に長期滞留させて、無線端末３００から無線端末３００の位置高度情報を含む通信に関する情報を３次元的に取得する。ここで３次元的に取得するとは、一般的に地上５０ｍ以上には地上セルラ方式による通信セルは構築しないところ、地上高５０ｍを超える高度を飛行する無線端末３００の通信機能を搭載するドローン、ヘリコプタ、飛行機も検知して、この検知した情報も参考に、基地局設計において、地上基地局だけではなく、ＨＡＰＳによる地上セルラ方式による３次元セル（地上から一例として高度約１０００ｍまで地上セルラ方式で通信可能な平面だけでなく鉛直方向にも通信カバレッジのあるセル）の構築も検討するためである。これにより、従来、地上基地局ではカバーできていなかった地上高約５０ｍ以上の上空であっても、大型飛行体１００を携帯通信サービス提供のための携帯基地局として常時滞空させることにより、航空用無線を使わずとも地上セルラ方式による無線通信が可能となる。ドローン、ヘリコプタ、飛行機とのＩｏＴを含むデータ通信のみならず、有人飛行であれば、乗員との通話が地上と同等に可能となりえる。また、ドローンであれば、複数のドローンの航空管制や飛行制御にも利用可能となる。

（２）大規模地震、津波、大規模土砂崩れ、大規模火山噴火などの広域にわたる大災害が発生して複数の基地局が運用不能な状態になった場合で早期復旧の目途が立たない場合には、早急に臨時基地局の設置が必要となる。この場合、被災者の多い地域など通信環境の回復がいち早く必要なエリアから優先して臨時基地局を設置することが好ましい。臨時基地局としては、衛星回線を基幹ネットワークとのアクセス回線に利用した携帯基地局を可搬できる車両や無線通信装置を備えた係留気球システムなどがある。また、運用可能な携帯基地局からの電波を中継してセルカバレッジを拡大するドローンやエントランス無線装置など各種の方法が考えられる。この場合に、大型飛行体１００を被災地上空に長期滞留させて、無線端末３００から通信に関する情報を取得すると共に、実際のユーザ間の通信にも利用する。また、上記のように大型飛行体１００にはカメラ等を搭載することが可能であるため、そのカメラで撮影されたリアルタイムを含む画像に基づき、臨時基地局を設置することが可能であるか否か、又はどのようなエリア復旧ソリューションを選択するかなどの判断材料とすることが可能にとなる。例えばカメラ等での画像結果から道路が寸断されているなどの状況がいち早く把握できれば車両は通行できないため、通行可能で基地局が設置可能な別のエリアを探索したり、ドローンやエントランス無線による復旧ソリューションや大型飛行体１００を主体とした復旧とするかなどいち早く判断したりすることが可能となる。また、図外のデータ処理装置にてカメラで撮影された画像を含む地理情報に無線端末３００の位置情報等（無線端末３００が通信可能な状態にある。位置情報等には取得した時間も含む）をマッピングすることにより、無線端末３００の通信可否の分布状態、その時間的変化から被災状況を、リアルタイムを含む形式で把握することが可能であり、災害対策としても有効な情報になる。

（３）山岳事故又は海難事故等が発生した場合、大型飛行体１００を上空に長期滞留又は周回等させて、遭難者が所有する通信可能な状態にある無線端末３００から通信に関する情報及び位置情報等（時間情報含む）を取得する。滑落や雪崩などに遭遇した遭難者は、身動きがとれない可能性が高い（海難事故の場合も同様である）。この場合でも、無線端末３００の電源が入っており通信可能な状態になってさえいれば、既存の地上の携帯基地局のエリアカバレッジの圏外であっても、大型飛行体１００を上空に滞留させることにより、通信管理装置１１０は、遭難者が所有する無線端末３００からの通信に関する情報や位置情報等（時間情報含む）を受信することにより、遭難者を発見することが可能になる。また、大型飛行体１００に搭載されたカメラで撮影された画像、既存の航空写真、デジタルマップを含む地理情報に、無線端末３００の位置情報等をマッピングすることが可能であり、遭難箇所の周囲の状況の把握が容易である。通信管理装置１１０が有する後述の通信部は通信範囲（一例として、半径約１００ｋｍ）が広いため、捜索ヘリコプタ等で遭難者を捜索する前に上記のマッピング等を行うことにより、捜索範囲を絞り込むことが可能であり、より早期に遭難者を救出することが可能になる。

次に、大型飛行体１００に搭載される通信管理装置１１０の機能構成について説明する。図３は、実施形態１における通信管理装置１１０の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、通信管理装置１１０は、大型飛行体１００に備えられる装置であって、制御部１２０と、機体制御部１２５とを備える。制御部１２０は、大型飛行体１００に搭載されたコントロールリンクアンテナ１４０と、フィーダリンクアンテナ１６０と、サービスリンクアンテナ１７０とに接続されている。また、制御部１２０は、第１通信部１２１と、第２通信部１２２と、第４通信部１２３と、管理部１２４とを備える。また、機体制御部１２５は、大型飛行体１００に搭載された衛星通信アンテナ１８０に接続されている。

第１通信部１２１は、コントロールリンクアンテナ１４０を介して、地上ゲートウェイ局４００とコントロールリンク通信し、大型飛行体１００の機体に関する情報を送受信する。ここで、コントロールリンクアンテナ１４０とは、大型飛行体１００の機体に備えられるアンテナであって、地上ゲートウェイ局４００との機体に関する情報の通信に使用されるアンテナである。また、コントロールリンク通信とは、地上ゲートウェイ局４００と大型飛行体１００との間においてなされる、大型飛行体１００の制御に係る通信のことであり、大型飛行体１００にとって、コントロールリンクアンテナ１４０を用いた通信になる。また、機体に関する情報とは、例えば、衛星から大型飛行体１００に対して送信される機体の制御信号に基づいて大型飛行体１００において制御された機体の制御結果を示す情報や、大型飛行体１００から地上ゲートウェイ局４００に送信される大型飛行体１００または小型飛行体２００の状態信号などである。また、機体の制御信号とは、機体の操縦制御を示す信号であり、状態信号とは、機体の飛行状態を示す信号であり、それぞれ空中の機体の現在座標、速度、進行方位、機体の傾斜レベルの他、機体の各部の状態や周囲の状況を検知するための各種のセンサによりセンシングされたセンシングデータなどが含まれる。

第２通信部１２２は、レーザー通信機能部１５０を用いて、小型飛行体２００と通信し、小型飛行体２００との間で小型飛行体２００の通信に関する情報を送受信する。ここで、レーザー通信機能部１５０は、高周波数により広帯域において電波通信よりも高速かつ大容量の通信が可能なレーザー通信を送受信する機能部である。具体的には、小型飛行体２００が無線端末３００と通信しているデータを小型飛行体２００から受信したり、地上ゲートウェイ局４００から受信した小型飛行体２００が管轄するサービスリンク通信のエリアにおける無線端末３００に送信することとなるデータを小型飛行体２００に送信したりする。また、第２通信部１２２は、レーザー通信機能部１５０を用いて、小型飛行体２００と通信し、小型飛行体２００との間で小型飛行体２００の機体に関する情報を送受信することとしてもよい。例えば、小型飛行体２００の機体に関する情報には、衛星から小型飛行体２００に対して送信された機体の制御信号に基づいて小型飛行体２００において制御された機体の制御結果を示す情報などが含まれる。なお、上述のとおり、機体の制御信号は、衛星から送信される構成を例示するが、これに限定されず、第２通信部１２２が、レーザー通信機能部１５０を用いて小型飛行体２００に機体の制御信号を送信する構成としてもよい。

第４通信部１２３は、フィーダリンクアンテナ１６００を介して、地上ゲートウェイ局４００とフィーダリンク通信をしたり、サービスリンクアンテナ１７０を介して、無線端末３００に対してサービスリンク通信を提供したりする。ここで、フィーダリンク通信とは、大型飛行体１００の機体に備えられるフィーダリンクアンテナ１６０を用いて、地上ゲートウェイ局４００との間で行われる通信のことである。また、サービスリンク通信とは、大型飛行体１００に備えられたサービスリンクアンテナ１７０を用いて、無線端末３００に対して複数の無線端末３００同士の通信を提供する通信のことである。なお、実施形態１においては、図２に示すように、サービスリンク通信は大型飛行体１００を中継する小型飛行体２００により無線端末３００に提供される構成を示すが、この場合にあっても、小型飛行体２００に通信の障害が発生した場合などは、第４通信部１２３が無線端末３００に直接サービスリンク通信することが可能である。また、第４通信部１２３は、衛星（不図示）からの指示に応じて、例えば、無線端末の分布状況または通信状況などの所定の条件に応じて、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを広げたり、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを他の基地局の通信エリアと重畳させたりする。

管理部１２４は、小型飛行体２００により無線端末３００に提供されるサービスリンク通信などを管理する。例えば、管理部１２４は、地上に設置されたサービスリンク通信を管理する運用管理制御装置（不図示）により割り当てられたサービスリンク通信の提供エリアに従って、第２通信部１２２を介して小型飛行体２００により提供されるサービスリンク通信を管理する。

また、管理部１２４は、第２通信部１２２を介して、小型飛行体２００から、小型飛行体２００によるサービスリンク通信の障害、または、小型飛行体２００の機体の障害が発生したことを示す情報を受信した場合には、障害が発生した小型飛行体２００が管轄していたサービスリンクの通信エリアを、大型飛行体１００が管理する他の小型飛行体２００に分散して管轄させる。または、管理部１２４は、複数の小型飛行体２００にサービスリンク通信エリアを再配分するまでの間、大型飛行体１００自身が当該サービスリンク通信エリアの通信を管轄することとしてもよい。

機体制御部１２５は、衛星通信アンテナ１８０を介して衛星（不図示）から受信した機体の制御信号に従って、大型飛行体１００の機体運動を制御する。例えば、機体制御部１２５は、機体の制御信号が示す座標や速度に従って、進行方向や飛行速度、飛行高度を制御する。ここで、衛星通信アンテナ１８０とは、大型飛行体１００の機体に備えられるアンテナであって、衛星からの機体の制御信号を受信するアンテナである。

次に、小型飛行体２００に搭載される通信制御装置２１０の機能構成について説明する。図４は、実施形態１における通信制御装置２１０の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、通信制御装置２１０は、制御部２２０を備え、制御部２２０は、小型飛行体２００に搭載されたレーザー通信機能部２３０と、サービスリンクアンテナ２４０とに接続されている。また、制御部２２０は、第３通信部２２１と、第５通信部２２２と、管理部２２３とを備える。また、機体制御部２２４は、小型飛行体２００に搭載された衛星通信アンテナ２５０に接続されている。

第３通信部２２１は、レーザー通信機能部２３０を用いて、大型飛行体１００との間で小型飛行体２００の通信管理に関する情報を送受信する。具体的には、小型飛行体２００が第５通信部２２２により無線端末３００と通信しているデータを大型飛行体１００に送信したり、大型飛行体１００が地上ゲートウェイ局４００から受信した小型飛行体２００が管轄するサービスリンク通信のエリアにおける無線端末３００に送信することとなるデータを大型飛行体１００から受信したりする。また、また、第３通信部２２１は、小型飛行体２００の状態を示す状態信号を大型飛行体１００に送信することとしてもよいし、大型飛行体１００の第２通信部１２２から、大型飛行体１００の機体に異常事態が発生したことを示す情報を受信することも可能である。なお、第３通信部２２１が機体の制御信号を大型飛行体１００との間で送受信する場合には、レーザー通信機能部２３０と機体制御部２２４を接続するライン、もしくは、制御部２２０と機体制御部２２４を制御するラインが必要になる。

第５通信部２２２は、サービスリンクアンテナ２４０を介して、基地局中継機として複数の無線端末３００同士の通信を提供する。例えば、第５通信部２２２は、無線端末３００ａから無線端末３００ｂを宛先とする情報を受信し、受信した情報を無線端末３００ｂに送信する。また、第５通信部２２２は、衛星（不図示）からの指示に応じて、例えば、無線端末の分布状況または通信状況などの所定の条件に応じて、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを広げたり、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを他の基地局の通信エリアと重畳させたりする。所定条件として、第５通信部２２２は、小型飛行体２００が管轄するサービスリンク通信のエリア内の無線端末３００の個数が所定数を超えたらサービスリンク通信のエリアを小さくする。一方、第５通信部２２２は、小型飛行体２００が管轄するサービスリンク通信のエリア内の無線端末３００の個数が所定数以下となった場合に、サービスリンク通信のエリアを大きくする。

管理部２２３は、第５通信部２２２により無線端末３００に提供されるサービスリンク通信を管理する。例えば、管理部２２３は、無線端末３００との間で通信された通信に関する情報に基づいて、自機が管轄するサービスリンク通信エリアにおける地上の無線端末３００の数および位置を取得し、取得した無線端末３００の数および位置を示す情報や、通信品質を示す情報などを、第３通信部２２１を介して、大型飛行体１００に送信する。

機体制御部２２４は、衛星通信アンテナ２５０を介して衛星（不図示）から受信した機体の制御信号に従って、小型飛行体２００の機体を制御する。例えば、機体制御部２２４は、機体の制御信号が示す座標や速度に従って、進行方向や飛行速度を制御する。ここで、衛星通信アンテナ１８０とは、小型飛行体２００の機体に備えられるアンテナであって、衛星からの機体の制御信号を受信するアンテナである。

次に、実施形態１における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明する。図５は、実施形態１における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図の一例である。具体的には、図５は、図２に示した実施形態１の通信システム２における無線端末３００ａから無線端末３００ｂに送信されるデータの流れを示す。図５に示すように、無線端末３００ａからデータが送信される（Ｄ１）。小型飛行体２００がＤ１において送信されたデータを受信する（Ｄ２）。次に、Ｄ１においてデータを受信した小型飛行体２００が大型飛行体１００にデータを送信する（Ｄ２）。大型飛行体１００は、無線端末３００ｂにデータを送信する（Ｄ３）。

次に、実施形態１における無線端末３００のデータの送受信を示す他の例について説明する。図６は、実施形態１におけるデータの送受信の他の例を説明するシーケンス図である。ここでは、地上ゲートウェイ局４００を介してデータが送受信される例を示す。なお、図２においては地上ゲートウェイ局４００ｂ、大型飛行体１００ａ、無線端末３００ｅを図示していないが、図６においては説明の便宜上、地上ゲートウェイ局４００ｂ、大型飛行体１００ａ、無線端末３００ｅを用いて説明する。具体的には、図６は、図２に示した実施形態１の通信システム２における無線端末３００ａから図２においては図示しない無線端末３００ｅに送信されるデータの流れを示す。また、無線端末３００ａは同様に図２においては図示しない大型飛行体１００ａのサービスリンク通信の管轄エリア内にあり、大型飛行体１００ａは、地上ゲートウェイ局４００ｂの管轄にある状態を想定して説明する。

図６に示すように、無線端末３００ａは、小型飛行体２００ａにデータを送信する（Ｄ１１）。小型飛行体２００ａは、Ｄ１１で無線端末３００ａから受信したデータを大型飛行体１００に送信する（Ｄ１２）。大型飛行体１００は、Ｄ１２で受信したデータを地上ゲートウェイ局４００ａに送信する（Ｄ１３）。地上ゲートウェイ局４００ａは、Ｄ１３で受信したデータを地上ゲートウェイ局４００ｂに送信する（Ｄ１４）。地上ゲートウェイ局４００ｂは、Ｄ１４で受信したデータを大型飛行体１００ａに送信する（Ｄ１５）。大型飛行体１００ａは、Ｄ１５で受信したデータを無線端末３００ｅに送信する（Ｄ１６）。なお、Ｄ１６においては、無線端末３００ｅに提供されるサービスリンク通信の管轄が大型飛行体１００ａでなく、大型飛行体１００ａを中継するいずれかの小型飛行体２００の管轄である場合には、大型飛行体１００ａから当該小型飛行体２００にデータが送信され、小型飛行体２００が無線端末３００ｅにデータを送信することとなる。

次に、実施形態１における地上ゲートウェイ局４００と大型飛行体１００と小型飛行体２００の通信動作の流れを説明する。図８は、実施形態１における地上ゲートウェイ局４００と大型飛行体１００と小型飛行体２００の通信動作の流れを示すシーケンス図である。

大型飛行体１００は、衛星から大型飛行体１００の機体の制御信号を受信する（ステップＳ１）。大型飛行体１００は、ステップＳ１において受信した機体の制御信号に従って機体を制御する（ステップＳ２）。小型飛行体２００は、衛星から小型飛行体２００の体の制御信号を受信する（ステップＳ３）。小型飛行体２００は、ステップＳ３において衛星から受信した機体の制御信号に従って、機体を制御する（ステップＳ４）。小型飛行体２００は、小型飛行体２００の状態信号を大型飛行体１００に送信する（ステップＳ５）。大型飛行体１００は、大型飛行体１００の状態信号と、小型飛行体２００の状態信号を地上ゲートウェイ局４００に送信する（ステップＳ６）。

このように、実施形態１の小型飛行体２００によれば、基地局としての機能を有する大型飛行体１００から受信する制御信号に従って、基地局中継機として無線端末３００にサービスリンク通信を提供するので、小型飛行体２００に備えられるペイロードを大型飛行体１００よりも小さい軽量のものとしつつ、通信トラフィック性能を向上することができる。また、小型飛行体２００は、大型飛行体１００と比較して小型であることから宇宙に打ち上げやすいので、大型飛行体１００よりも運用しやすい。また、小型飛行体２００は、大型飛行体１００よりも機体が小さいことに加え、搭載する機能も少ないため製造コストを大幅に削減することができる。

（実施形態２）
上記実施形態１において、大型飛行体１００に小型飛行体２００のフィーダリンクを集約する構成としたが、この場合、大型飛行体１００および小型飛行体２００を含む複数の飛行体のフィーダリンク通信が停滞し、円滑かつ効率的な通信提供に支障を来す事態が懸念される場合がある。そこで、以下に詳述する実施形態２～４および他の実施形態において、さらに、円滑かつ効率的な通信提供を可能とする構成を例示する。図７は、本発明の実施形態２に係る通信システム３の構成を示すシステム図である。図７に示す通信システム３は、大型飛行体５００ａおよび大型飛行体５００ｂと、小型飛行体６００ａ～小型飛行体６００ｄと、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄと、地上ゲートウェイ局４００と、地上基地局４１０と、を含む（以下、特に明示する場合を除き、大型飛行体５００ａおよび５００ｂを大型飛行体５００と総称し、小型飛行体６００ａ～小型飛行体６００ｄを小型飛行体６００と総称し、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄを無線端末３００と総称する。）。特に、図７においては、実施形態１の説明で図２において型飛行体１００と小型飛行体２００とを並列関係の配置に図示したと同様には図示していないが、これは、図面を見やすくするためのものであり、大型飛行体５００も無線端末３００と通信する。また、大型飛行体５００は、地上ゲートウェイ局４００と地上基地局４１０と小型飛行体６００と無線端末３００との間で双方向通信し、大型飛行体５００および小型飛行体６００は、無線端末３００に、複数の無線端末３００同士での通信を可能とする通信を提供する。大型飛行体５００は、小型飛行体６００を無線端末３００に提供する通信の中継機として、機体の制御や通信の制御を管理する。また、大型飛行体５００は、本発明における第一の航空体を、小型飛行体６００は、本発明における第二の航空体に相当し、地上ゲートウェイ局４００は、本発明における基地局装置に相当する。なお、地上ゲートウェイ局４００は地上基地局としての機能も有する。

図８は、実施形態２における通信管理装置５１０の機能構成を示すブロック図である。図８に示すように、通信管理装置５１０は、大型飛行体５００に備えられる装置であって、制御部５２０を備え、制御部５２０は、大型飛行体５００に搭載されたコントロールリンクアンテナ１４０と、レーザー通信機能部１５０と、フィーダリンクアンテナ１６０と、サービスリンクアンテナ１７０とに接続されている。また、制御部５２０は、第１通信部１２１と、第２通信部５２２と、第４通信部５２３と、管理部５２４とを備える。また、機体制御部１２５は、大型飛行体５００に搭載された衛星通信アンテナ１８０に接続されている。なお、実施形態１と同様の機能および構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２通信部５２２は、レーザー通信機能部１５０を用いて、他の大型飛行体５００や、小型飛行体２００と通信し、小型飛行体２００との間で小型飛行体２００の機体に関する情報および通信管理に関する情報を送受信する。第２通信部５２２は、例えば、小型飛行体２００の機体に関する情報として、小型飛行体２００に小型飛行体２００に対する機体の制御信号を送信し、小型飛行体２００から小型飛行体２００の状態信号を受信する。

また、第２通信部５２２は、他の大型飛行体５００と所定間隔でレーザー通信機能部１５０を介して通信する。具体的には、第２通信部５２２は、所定間隔で送信する信号に対する他の大型飛行体５００からの応答を受信する。第２通信部５２２は、他の大型飛行体５００から当該応答を所定時間以上受信しなかった場合、他の大型飛行体５００に異常が発生したと判定し、大型飛行体５００の異常を検知する。また、第２通信部５２２は、他の大型飛行体５００に異常が発生した場合に、管理部５２４からの指示に応じて、異常が発生した大型飛行体５００が管理していた小型飛行体６００に対して、自機が管理元として小型飛行体６００を管理する通知を送信してもよい。または、第２通信部５２２は、異常が発生した大型飛行体５００が管理していた小型飛行体６００から管理依頼を受信することとしてもよい。ここで、管理依頼とは、小型飛行体６００の管理元として小型飛行体６００を管理する依頼である。

第４通信部５２３は、フィーダリンクアンテナ１６０を介して、地上の基地局（不図示）とフィーダリンク通信をしたり、サービスリンクアンテナ１７０を介して、無線端末３００の基地局として複数の無線端末３００にサービスリンク通信を提供したりする。フィーダリンク通信については、実施形態１と同様であるが、サービスリンク通信については、図８に示すように、２機ある大型飛行体５００のうち、大型飛行体５００ａが地上基地局としての機能を有する地上ゲートウェイ局４００からアップリンク通信専用の通信を行い、大型飛行体５００ｂが地上基地局４１０にダウンリンク通信専用の通信を行う。この場合、大型飛行体５００ｂの第４通信部５２３が、図８における破線が示すアップリンク通信により無線端末３００から情報を受信し、受信した情報を大型飛行体５００ａに送信する。大型飛行体５００ａの第４通信部５２３は、図８における実線が示すように、大型飛行体５００ｂから受信した情報を出力先となる無線端末３００に送信する。また、第４通信部５２３は、衛星（不図示）からの指示に応じて、例えば、無線端末の分布状況または通信状況などの所定の条件に応じて、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを広げたり、基地局として無線端末３００に提供する通信エリアを他の基地局の通信エリアと重畳させたりする。

また、第４通信部５２３は、アップリンク通信専用、または、ダウンリンク通信専用として定められていた場合であっても、ダウンリンク通信専用の大型飛行体５００ａ、または、アップリンク通信専用の大型飛行体５００ｂのいずれかが故障した場合には、実施形態１に示したと同様に、１機でアップリンク通信およびダウンリンク通信の双方向通信に切り替えて通信することも可能である。また、第４通信部５２３は、小型飛行体６００から受信した小型飛行体６００が無線端末３００との間で通信された通信に関する情報に基づいて、アップリンク通信の容量とダウンリンク通信の容量とを変更させてもよい。例えば、第４通信部５２３は、実測リアルタイム制御や、予測制御などにより取得される通信トラフィック量に応じて、アップリンク通信の容量とダウンリンク通信の容量とを変更させることができる。具体的には、第４通信部５２３は、フィーダリンク通信として使用可能な容量を１００とした場合に、アップリンク通信に６０を割り当て、ダウンリンク通信に４０を割り当てるというように、容量を変更してもよい。また、大型飛行体５００ａと大型飛行体５００ｂとで、総計として比率を変更してもよく、大型飛行体５００ａは、アップリンク１００、大型飛行体５００ｂは、アップリンク２０、ダウンリンク８０というような構成としてもよい。

管理部５２４は、管理部１２４の機能に加えて、第２通信部５２２により他の大型飛行体５００の通信の異常が検知された場合に、異常が発生した大型飛行体５００により管理されていた小型飛行体６００を探索し、当該小型飛行体６００に自機が小型飛行体６００を管理する通知を、第２通信部５２２を介して送信する。

次に、実施形態２における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明する。図９は、実施形態２における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図である。具体的には、図９は、図７に示した実施形態２の通信システム３における無線端末３００ｃから無線端末３００ｂに送信されるデータの流れを示す。図９に示すように、無線端末３００ａから小型飛行体６００ｃにデータが送信される（Ｄ３１）。小型飛行体６００ｃは、小型飛行体６００ｃの通信を中継する大型飛行体５００ｂにＤ１において受信したデータを送信する（Ｄ３２）。大型飛行体５００ｂは、データの受信先となる無線端末３００ｂの中継元となる大型飛行体５００ａにＤ３２において受信したデータを送信する（Ｄ３３）。大型飛行体５００ａは、データの受信先となる無線端末３００ｂのサービスリンク通信のエリアを管轄する小型飛行体６００ｂにＤ３３において受信したデータを送信する（Ｄ３４）。小型飛行体６００ｂは、Ｄ３４において大型飛行体５００ａから受信したデータを無線端末３００ｂに送信する（Ｄ３５）。

次に、実施形態１における無線端末３００のデータの送受信を示す他の例について説明する。図１０は、実施形態１におけるデータの送受信の他の例１を説明するシーケンス図である。ここでは、地上基地局４１０および地上ゲートウェイ局４００を介してデータが送受信される例を示す。具体的には、図１１は、図８に示した実施形態２の通信システム３における無線端末３００ｃから無線端末３００ａに送信されるデータの流れを示す。図１１に示すように、無線端末３００ｃは、小型飛行体６００ｃにデータを送信する（Ｄ４１）。小型飛行体６００ｃは、Ｄ４１で無線端末３００ｃから受信したデータを大型飛行体５００ｂに送信する（Ｄ４２）。大型飛行体５００ｂは、Ｄ４２で受信したデータを地上基地局４１０に送信する（Ｄ４３）。地上基地局４１０は、Ｄ４３で受信したデータを地上ゲートウェイ局４００に送信する（Ｄ４４）。大型飛行体５００ａは、Ｄ４４で受信したデータを無線端末３００ａに送信する（Ｄ４５）。

次に、実施形態２における、異常が発生している大型飛行体５００を検知した大型飛行体５００による小型飛行体６００の救済処理の流れを説明する。図１１は、実施形態２における大型飛行体５００による小型飛行体６００の管理編成処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１１に示すフローチャートにおいて、大型飛行体５００ｂに異常が発生した場合を例に説明する。

大型飛行体５００ａは、他の大型飛行体５００ｂの異常を検知する（ステップＳ１１）。例えば、大型飛行体５００ａは、他の大型飛行体５００ｂと所定間隔でレーザー通信機能部１５０を介して通信するところ、所定時間以上通信不能となった場合、大型飛行体５００ｂに異常が発生したと判定し、異常を検知する。大型飛行体５００ａは、ステップＳ１１において異常を検知した大型飛行体５００ｂにより管理されていた小型飛行体６００ｃを探索する（ステップＳ１２）。大型飛行体５００は、ステップＳ１２において探索した小型飛行体６００ｃに対して、大型飛行体５００ｂの異常発生により大型飛行体５００ａが小型飛行体６００ｃを管理する通知を送信する（ステップＳ１３）。ここで、大型飛行体５００ｂは、地上ゲートウェイ局４００にも併せて当該通知を送信する。

大型飛行体５００ａは、これまでに管理していた小型飛行体６００ａおよび小型飛行体６００ｂに加えて、新たに管理対象となる小型飛行体６００ｃを管理する（ステップＳ１４）。なお、異常が発生した大型飛行体５００ｂは、機体の制御を自律飛行モードに切り替えることで、外部からの制御信号に従わず危険回避することとする。ここで、自律飛行モードとは、第１通信部１２１に異常事態が発生した場合の制御として、あらかじめ大型飛行体５００に設定された制御である。例えば、大型飛行体５００の飛行高度を上昇する、安全空域に移動する、空港に帰還させる、地上に着地させる、海上に着水させるなどの制御が設定されていてもよい。

次に、大型飛行体５００ｂに異常が発生した場合の、小型飛行体６００の救済処理の他の例を示す。図１２は、実施形態２における大型飛行体５００による小型飛行体６００からの管理依頼受信処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャートにおいても図１１に示したフローチャートと同様に、大型飛行体５００ｂに異常が発生した場合を例に説明する。

大型飛行体５００ａは、異常が発生した大型飛行体５００ｂに管理されていた小型飛行体６００ｃから管理依頼を受信する（ステップＳ２１）。大型飛行体５００ａは、承諾を示す情報を小型飛行体６００ｃに送信する（ステップＳ２２）。ここで、大型飛行体５００ａは、承諾を示す情報を小型飛行体６００ｃに送信するとともに、地上ゲートウェイ局４００にも送信する。大型飛行体５００ａは、これまでに管理していた小型飛行体６００ａおよび小型飛行体６００ｂに加えて、新たに管理対象となる小型飛行体６００ｃを管理する（ステップＳ２３）。

次に、小型飛行体６００に搭載される通信制御装置６１０の機能構成について説明する。図１３は、実施形態２における通信制御装置６１０の機能構成を示すブロック図である。図１３に示すように、通信制御装置６１０は、制御部６２０を備え、制御部６２０は、小型飛行体６００に搭載されたレーザー通信機能部２３０と、サービスリンクアンテナ２４０とに接続されている。また、制御部６２０は、第３通信部６２１と、第５通信部６２２と、管理部２２３とを備える。機体制御部２２４は、小型飛行体６００に搭載された衛星通信アンテナ２５０に接続されている。なお、実施形態１における小型飛行体２００と同一の機能および構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第３通信部６２１は、レーザー通信機能部２３０を用いて、大型飛行体１００との間で小型飛行体２００の機体に関する情報および通信管理に関する情報を送受信する。また、例えば、第３通信部６２１は、小型飛行体２００の状態を示す状態信号や、第５通信部２２２により無線端末３００との間で通信された通信に関する情報などを大型飛行体１００に送信する。また、第３通信部６２１は、大型飛行体１００の第２通信部１２２から、大型飛行体１００の機体に異常事態が発生したことを示す情報を受信することも可能である。この場合、第３通信部６２１は、小型飛行体２００の管理元として、異常事態が発生した大型飛行体１００以外の近傍を飛行する大型飛行体１００に自機の管理を要請してもよい。

第５通信部６２２は、通信制御装置６１０を搭載する小型飛行体６００を管理する大型飛行体５００の通信種別に応じて、サービスリンクアンテナ２４０を介して、基地局中継機として複数の無線端末３００同士の通信を提供する。図７における破線に示すように、通信制御装置６１０が小型飛行体６００ｃに搭載されている場合、小型飛行体６００ｃはアップリンク通信専用の大型飛行体５００ｂに管理されるので、第５通信部６２２は、無線端末３００か送信された情報を受信し、大型飛行体５００ｂに送信する。大型飛行体５００ｂに送信された情報は、出力先となる無線端末３００を管轄する小型飛行体６００ａまたは小型飛行体６００ｂに送信されることとなる。図７における実線に示すように、第５通信部６２２が、小型飛行体６００に搭載されている場合、大型飛行体５００ｂに送信された情報を受信した小型飛行体６００ａまたは小型飛行体６００ｂの第５通信部６２２は、出力先となる無線端末３００に情報を送信する。なお、サービスリンクアンテナ２４０は、送信機または受信機のみの機能を有するより小型な構成とすることで、小型飛行体６００のペイロードをより小型化することができる。一方、サービスリンクアンテナ２４０は、送信機および受信機の機能を有することとする場合、小型飛行体６００を管理する大型飛行体５００に障害が発生して通信ができなくなったような場合に、ダウンロードリンク通信およびアップロードリンク通信の双方向通信を行うことができる。

このように、複数の大型飛行体５００を用いて、大型飛行体５００ａと大型飛行体５００ｂそれぞれを、アップリンク通信専用、または、ダウンリンク通信専用と定めて通信を行うことで、小型飛行体２００に備えられるペイロードを大型飛行体１００よりも小さい軽量のものとしつつ、各通信の容量を実施形態１のように１機で双方向通信する場合と比較して、２倍の容量を確保することができ、通信速度を向上することができる。

（実施形態３）
図１４は、本発明の実施形態３に係る通信システム４の構成を示すシステム図である。図１４に示す通信システム４は、大型飛行体７００ａおよび大型飛行体７００ｂと、小型飛行体８００ａ～小型飛行体８００ｄと、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄと、地上基地局４１０ａ～地上基地局４１０ｄと、を含む（以下、特に明示する場合を除き、大型飛行体７００ａおよび７００ｂを大型飛行体７００と総称し、小型飛行体８００ａ～小型飛行体８００ｄを小型飛行体８００と総称し、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄを無線端末３００と総称する。）。特に、実施形態３においては、実施形態１の説明で図２において型飛行体１００と小型飛行体２００とを並列関係の配置に図示したと同様には図示していないが、これは、図面を見やすくするためのものであり、大型飛行体７００も無線端末３００と通信する。また、大型飛行体７００ａは、大型飛行体７００ｂ、小型飛行体８００ａとの間で双方向通信し、地上基地局４１０ａから片方向通信する。また、小型飛行体８００ａは、無線端末３００に、複数の無線端末３００同士での通信を可能とする通信を提供する。大型飛行体７００は、小型飛行体８００を無線端末３００に提供する通信の中継機として、機体の制御や通信の制御を管理する。また、大型飛行体７００ｂは、大型飛行体７００ａ、小型飛行体８００ｂとの間で双方向通信し、地上基地局４１０ｄに片方向通信する。また、小型飛行体８００ｂは、無線端末３００に、複数の無線端末３００同士での通信を可能とする通信を提供する。また、大型飛行体７００は、本発明における第一の飛行体を、小型飛行体８００は、本発明における第二の飛行体に相当する。なお、地上基地局４１０ａ～地上基地局４１０ｄのうち、いずれか１つまたは複数は地上ゲートウェイ局４００としての機能も有する。また、図１４において、大型飛行体７００ａと、大型飛行体７００ｂの２機を図示するが、いずれか１機であってもよい。なお、大型飛行体７００も、小型飛行体８００と別個に、小型飛行体８００が管轄しない通信エリアにおける無線端末３００に通信を提供する。また、地上基地局４１０は、本発明における基地局装置に相当する。

図１５は、実施形態３における大型飛行体７００に搭載される通信管理装置７１０の機能構成を示すブロック図である。図１５に示すように、通信管理装置７１０は、制御部７２０を備え、制御部７２０は、大型飛行体７００に搭載されたコントロールリンクアンテナ１４０と、レーザー通信機能部１５０と、フィーダリンクアンテナ１６０と、サービスリンクアンテナ１７０とに接続されている。また、制御部７２０は、第１通信部１２１と、第２通信部５２２と、第４通信部７２３と、機体制御部１２５と、管理部５２４とを備える。なお、実施形態１または実施形態２と同様の機能および構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第４通信部７２３は、フィーダリンクアンテナ１６０を介して、地上の基地局（不図示）とフィーダリンク通信をしたり、サービスリンクアンテナ１７０を介して、無線端末３００に対してサービスリンク通信を提供したりする。フィーダリンク通信については、実施形態１と同様であるが、サービスリンク通信については、実施形態３において、大型飛行体７００は、無線端末３００に対して、アップリンク通信専用、または、ダウンリンク通信専用として通信する。例えば、図１５に示すように、大型飛行体７００ａは、地上基地局４１０ａから送信された情報をダウンリンク通信により無線端末３００に出力する。また、大型飛行体７００ｂは、無線端末３００から送信された情報をアップリンク通信により受信し、地上基地局４１０ｄに送信する。なお、第４通信部７２３は、小型飛行体８００による通信種別、すなわち、アップリンク通信専用であるか、または、ダウンリンク通信専用であるかにより、それと異なる通信種別により通信することとなる。

次に、小型飛行体８００に搭載される通信制御装置８１０の機能構成について説明する。図１６は、実施形態３における通信制御装置８１０の機能構成を示すブロック図である。図１６に示すように、通信制御装置８１０は、制御部８２０を備え、制御部８２０は、小型飛行体８００に搭載されたレーザー通信機能部２３０と、サービスリンクアンテナ２４０とに接続されている。また、制御部８２０は、第３通信部２２１と、第５通信部８２２と、機体制御部２２４と、管理部２２３とを備える。なお、実施形態１における小型飛行体２００と同一の機能および構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第５通信部８２２は、通信制御装置８１０を搭載する小型飛行体８００を管理する大型飛行体７００の無線端末３００に対する通信種別に応じて、サービスリンクアンテナ２４０を介して、基地局中継機として複数の無線端末３００同士の通信を提供する。具体的には、第５通信部８２２は、小型飛行体８００を管理する大型飛行体７００の通信種別と異なる通信種別の通信を無線端末３００に提供する。例えば、図１４に示すように、通信制御装置８１０が小型飛行体８００ａに搭載されている場合、第５通信部８２２は、小型飛行体８００ａを管理する大型飛行体７００ａの無線端末３００に対する通信種別であるダウンロードリンク通信と異なる通信種別であるアップロードリンク通信を行う。また、通信制御装置８１０が小型飛行体８００ｂに搭載されている場合、第５通信部８２２は、小型飛行体８００ｂを管理する大型飛行体７００ｂの無線端末３００に対する通信種別であるアップロードリンク通信と異なる通信種別であるダウンロードリンク通信を行う。なお、サービスリンクアンテナ２４０は、送信機または受信機のみの機能を有するより小型な構成とすることで、小型飛行体８００のペイロードをより小型化することができる。一方、サービスリンクアンテナ２４０は、送信機および受信機の機能を有することとする場合、小型飛行体８００を管理する大型飛行体７００に障害が発生して通信ができなくなったような場合に、ダウンロードリンク通信およびアップロードリンク通信の双方向通信を行うことができる。

次に、実施形態３における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明する。図１７は、実施形態３における無線端末３００のデータの送受信の流れを説明するシーケンス図である。具体的には、図１７は、図１４に示した実施形態３の通信システム４における無線端末３００ｂから無線端末３００ａに送信されるデータの流れを示す。図１７に示すように、無線端末３００ｂから大型飛行体７００ｂにデータが送信される（Ｄ２１）。大型飛行体７００ｂがＤ２１において受信したデータを地上基地局４１０ｄに送信する（Ｄ２２）。地上基地局４１０ｄは、地上基地局４１０ａにＤ２２において受信したデータを送信する（Ｄ２３）。地上基地局４１０ａは、データの受信先となる無線端末ａのサービスリンク通信のエリアを管轄する大型行体７００ａにＤ２３において受信したデータを送信する（Ｄ２４）。大型飛行体７００ａは、Ｄ２４において受信したデータを無線端末３００ａに送信する（Ｄ２５）。

このように、大型飛行体７００を、アップリンク通信専用、または、ダウンリンク通信専用と定め、それと異なる通信種別が割り当てられた小型飛行体８００によりアップリンク通信、または、ダウンリンク通信のいずれかの通信を行うことで、小型飛行体２００に備えられるペイロードを大型飛行体１００よりも小さい軽量のものとしつつ、各通信の容量を実施形態１のように１機で双方向通信する場合と比較して、２倍の容量を確保することができ、通信速度を向上することができる。

（実施形態４）
図１８は、本発明の実施形態４に係る通信システム５の構成を示すシステム図である。図１８に示す通信システム５、大型飛行体９００と、小型飛行体１０００ａ～小型飛行体１０００ｃと、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄと、地上基地局４１０ｄ～地上基地局４１０ｆとを含む（以下、特に明示する場合を除き、小型飛行体１０００ａ～小型飛行体１０００ｃを小型飛行体１０００と総称し、無線端末３００ａ～無線端末３００ｄを無線端末３００と総称し、地上基地局４１０ｄ～地上基地局４１０ｆを地上基地局４１０と総称する。）。特に、実施形態４においては、実施形態１の説明で図２において型飛行体１００と小型飛行体２００とを並列関係の配置に図示したと同様には図示していないが、これは、図面を見やすくするためのものであり、大型飛行体９００も無線端末３００と通信する。また、大型飛行体９００は、地上基地局４１０ｄ～地上基地局４１０ｆと双方向または片方向に通信する。ここで、地上基地局４１０ｄ～地上基地局４１０ｆは、異なる種類または異なる通信提供事業者の地上ゲートウェイ局である。大型飛行体９００は、実施形態１～実施形態３に示した大型飛行体１００、大型飛行体５００、大型飛行体７００のいずれかである。大型飛行体９００は、空間分割多重方式や、時分割多重化などにより複数の種類の地上基地局４１０と通信する。なお、大型飛行体９００も、小型飛行体１０００と別個に、小型飛行体１０００が管轄しない通信エリアにおける無線端末３００に通信を提供する。

このように、大型飛行体９００に複数の種類の地上ゲートウェイ局との通信機能を備えることにより、航空における飛行体の物理的なトラフィック量を軽減しつつ、通信トラフィック性能を向上することができる。

（他の実施形態）
他の実施形態として、大型飛行体１００、大型飛行体５００、大型飛行体７００、大型飛行体９００と、小型飛行体２００、小型飛行体６００、小型飛行体８００、小型飛行体１０００（以下、大型飛行体１００、大型飛行体５００、大型飛行体７００、大型飛行体９００を大型飛行体１００と総称し、小型飛行体２００、小型飛行体６００、小型飛行体８００、小型飛行体１０００を小型飛行体２００と総称する。）との間を中継する中型飛行体（不図示）を含む通信システムとしてもよい。ここで、中型飛行体は、大型飛行体１００により小型飛行体２００と同様に管理される機体であり、本発明における第三の飛行体に相当する。中型飛行体は、大型飛行体１００と、小型飛行体２００との間で光無線通信により双方向通信する。中型飛行体には、大型飛行体１００および小型飛行体２００との間で通信するフィーダリンク通信の機能と、大型飛行体１００からの制御信号に従って機体を制御する機体制御機能とが少なくとも備えられている。中型飛行体は、フィーダリンク通信の機能により、大型飛行体１００からの情報を小型飛行体２００に送信するとともに、小型飛行体２００からの情報を大型飛行体１００に送信する。このように、中型飛行体に、大型飛行体１００と小型飛行体２００とを中継させることで、地理的に無線端末３００の分布が少ないエリアへの通信であっても、当該エリア専用の基地局を新たに設けることなくサービスリンク通信を無線端末３００に提供することが可能となる。

また、他の例として、大型飛行体１００が備えるコントロールリンク通信の機能が搭載された通信衛星（不図示）を衛星基地局とすることもできる。この場合、通信衛星から大型飛行体１００に、小型飛行体２００に対する制御信号が送信されることとなる。小型飛行体２００は、大型飛行体１００を中継して通信衛星との間で、光無線装置を用いて機体の制御信号や、飛行の状態信号を送受信する。これにより、小型飛行体２００から衛星通信モジュールを省くことができるので、さらに小型飛行体２００を軽量化するとともに、飛行性能を改善することができる。

このように、実施形態１～実施形態４における通信システム２、通信システム３、通信システム４、通信システム５によれば、小型飛行体２００、小型飛行体６００、小型飛行体８００、小型飛行体１０００により、基地局としての機能を有する大型飛行体１００、大型飛行体５００、大型飛行体７００、大型飛行体９００から受信する制御信号に従って、基地局中継機として無線端末３００にサービスリンク通信が提供される構成とするので、小型飛行体２００、小型飛行体６００、小型飛行体８００、小型飛行体１０００に備えられるペイロードを大型飛行体１００よりも小さい軽量のものとしつつ、通信トラフィック性能を向上することができる。

１、２、３、４、５ 通信システム
１００、５００、７００、９００ 大型飛行体
１１０ 通信管理装置
１２０ 制御部
１２１ 第１通信部
１２２ 第２通信部
１２３ 第３通信部
１２４ 機体制御部
１２５ 管理部
１３０ 記憶部
１４０ コントロールリンクアンテナ
１５０ フィーダリンクアンテナ
１６０ サービスリンクアンテナ
２００、６００、８００、１０００ 小型飛行体
２１０ 通信制御装置
２２０ 制御部
２２１ 第３通信部
２２２ 第５通信部
２２３ 機体制御部
２２４ 管理部
３００ 無線端末
４００ 地上ゲートウェイ局
４１０ 地上基地局

Claims (12)

1. 第一の飛行体と、第二の飛行体と、コアネットワークに接続され、前記第一の飛行体及び前記第二の飛行体を基地局として機能させるための無線通信を提供する地上ゲートウェイ局とを備えた通信システムであって、
   前記第一の飛行体は、
   前記地上ゲートウェイ局との間の無線通信であるフィーダリンク通信を行い、複数の無線端末同士の通信であるサービスリンク通信を、前記基地局として提供する第４通信部と、
   前記第二の飛行体との間で無線通信する第２通信部と、
   前記サービスリンク通信を、前記基地局として提供する第５通信部と、を備え、
   前記第二の飛行体は、
   前記第一の飛行体よりもペイロードが小さく、
   前記第一の飛行体と無線通信する第３通信部を備え、
   前記第二の飛行体は、前記地上ゲートウェイ局との間で直接通信せず、前記第３通信部による前記第一の飛行体との無線通信を介して、前記地上ゲートウェイ局と通信し、
   前記通信システムは、
   前記無線端末からアップリンク通信で情報を受信するアップリンク用第一の飛行体と、前記無線端末にダウンリンク通信で情報を送信するダウンリンク用第一の飛行体とを含み、前記第二の飛行体と前記無線端末との間のトラフィック容量に応じて、アップリンク通信の容量とダウンリンク通信の容量とを変更させる、
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記第４通信部または前記第５通信部の少なくともいずれかは、前記基地局として提供する通信エリアを所定の条件に応じて広げる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第４通信部または前記第５通信部の少なくともいずれかは、前記無線端末の分布状況または通信状況に応じて、前記基地局として提供する通信エリアを広げる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記第４通信部または前記第５通信部の少なくともいずれかは、所定の条件に応じて、前記基地局として提供する通信エリアを、他の基地局が提供する通信エリアと重畳させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記第４通信部または前記第５通信部の少なくともいずれかは、前記無線端末の分布状況または通信状況に応じて、前記基地局として提供する通信エリアを、他の基地局が提供する通信エリアと重畳させる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記第４通信部は、前記無線端末からアップリンク通信により情報を受信するか、前記無線端末にダウンリンク通信により情報を送信するかのいずれかであって、
   前記第５通信部は、
   前記第４通信部が前記無線端末からアップリンク通信により情報を受信する場合は、前記第４通信部から受信した前記情報を前記無線端末にダウンリンク通信により送信し、
   前記第４通信部が前記無線端末にダウンリンク通信により情報を送信する場合は、前記無線端末からアップリンク通信により情報を受信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
7. 前記第一の飛行体は、
   前記地上ゲートウェイ局から、前記第一の飛行体および前記第二の飛行体に対する制御信号を受信する第１通信部をさらに備え、
   前記第２通信部は、前記第１通信部が受信した前記第二の飛行体に対する制御信号を、前記第二の飛行体に送信する、
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の通信システム。
8. 前記第１通信部は、複数の地上ゲートウェイ局との間の通信を実行する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記第３通信部は、前記第二の飛行体の状態を示す状態信号を、前記第一の飛行体に送信し、
   前記第１通信部は、受信した前記状態信号を、前記地上ゲートウェイ局に送信する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の通信システム。
10. 前記通信システムは、第三の飛行体をさらに含み、
    前記第１通信部は、前記地上ゲートウェイ局から、前記第三の飛行体に対する制御信号をさらに受信し、
    前記第２通信部は、前記第三の飛行体に対する制御信号、または前記第三の飛行体の状態を示す状態信号を、前記第３通信部を介して、前記第三の飛行体との間で送受信する、
    ことを特徴とする請求項７～９のいずれか１つに記載の通信システム。
11. 前記第２通信部は、前記第二の飛行体または前記第三の飛行体との間で、光通信を用いて通信する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記第３通信部は、前記第一の飛行体との通信に異常が発生した場合に、近傍を飛行する他の第一の飛行体に備えられた前記第２通信部に、前記第一の飛行体の状態を示す状態信号を送信する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
    

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