JP7466072B1 - 移動通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】上空の飛行体等（ＵＡＶ，ＨＡＰＳ，通信衛星を含む）に設けたアンテナを有する上空中継型基地局と地上基地局とを備える移動通信システムにおいて、周波数利用効率の向上を図り、端末の通信容量の低下を防止するとともに、各基地局のサービスリンクの上り回線及び下り回線における干渉を低減する。【解決手段】上空中継型基地局及び地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行う。サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングは、上空中継型基地局と地上基地局との間で互いに逆である。地上基地局は、上り回線の受信信号に含まれる上空中継型基地局からの干渉信号を抑圧する。上空中継型基地局は、上り回線の受信信号に含まれる地上基地局からの干渉信号を抑圧する。【選択図】図１１

Description

本発明は、端末と無線通信可能な基地局を含む移動通信システムに関する。

従来、上空に位置する飛行体又は浮揚体として、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳが知られている。また、上空に位置するＵＡＶ、ＨＡＰＳ（飛行体）等の飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する第１基地局としての上空中継型基地局と、陸上又は海上に配置されたアンテナを介して端末と無線通信する第２基地局としての地上基地局を備え、上空中継型基地局と地上基地局のサービスリンクにおいて同一周波数を共用し、共通仕様の端末との間で無線通信できるようにした移動通信システムが知られている。

移動通信システムの上空中継型基地局と地上基地局との間の干渉の低減に適用可能な技術として、上空中継型基地局と地上基地局が互いに時間同期していることを前提とした時間領域（サブフレーム単位）で無線フレームを調整制御する干渉制御技術がある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。この干渉制御技術は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）－Ａｄｖａｎｃｅｄ標準に準拠した技術であり、ｅＩＣＩＣ（enhanced Inter-Cell Interference Coordination）とも呼ばれる。

特開２０１２－１２９７９３号公報

「Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ３ＧＰＰ」，Ｒｅｌｅａｓｅ １０，Ｖ０．２．１（２０１４－０６）．

上記従来の干渉制御技術を適用する場合、上空中継型基地局と地上基地局がサービスリンクに割り当てられた周波数を時分割で利用するので、上空中継型基地局と地上基地局が利用する無線信号が時間軸上で直交し、相互の干渉は発生しない。しかしながら、周波数の時分割利用により、上空中継型基地局と地上基地局は共にサービスリンクに割り当てられた全周波数を利用できないため、各サービスリンクの端末の通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）が低下する。

本明細書に開示された一態様に係る移動通信システムは、上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する上空中継型基地局と、地上又は海上に配置された地上基地局とを備え、前記上空中継型基地局と前記地上基地局とは互いに時間同期制御された移動通信システムである。前記上空中継型基地局及び前記地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行う。前記サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングを前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間で互いに逆とする。

前記地上基地局は、前記地上基地局から送信される下り回線の送信信号を分岐し、送信レプリカ信号として前記上空中継型基地局へ転送する。前記地上基地局は、前記地上基地局の上り回線への干渉となる前記上空中継型基地局からの干渉信号を含む前記地上基地局の上り回線の受信信号と、前記上空中継型基地局から転送されてきた送信レプリカ信号との相関処理を行い、前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅を推定し、前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定結果と、前送信レプリカ信号とを用いて、前記上空中継型基地局からの干渉信号を抑圧する干渉抑圧信号を生成し、前記地上基地局の上り回線の受信信号と前記干渉抑圧信号とを合成することにより、前記地上基地局の上り回線の受信信号に含まれる前記上空中継型基地局からの干渉信号を抑圧する。

前記上空中継型基地局は、前記上空中継型基地局から送信される下り回線の送信信号を分岐し、送信レプリカ信号として前記地上基地局へ転送する。前記上空中継型基地局は、前記上空中継型基地局の上り回線への干渉となる前記地上基地局からの干渉信号を含む前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号と、前記地上基地局から転送されてきた送信レプリカ信号との相関処理を行い、前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅を推定し、前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定結果と、前記送信レプリカ信号とを用いて、前記地上基地局からの干渉信号を抑圧する干渉抑圧信号を生成し、前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号と前記干渉抑圧信号とを合成することにより、前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号に含まれる前記地上基地局からの干渉信号を抑圧する。

前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局はＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された時刻情報を用いてそれぞれ送信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は送受信信号を再生せずに中継するリピータ中継装置（周波数変換リピータ中継装置）で構成してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は、送受信信号を再生し、再生した信号を再変調して中継する基地局装置で構成してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、前記基地局間連携制御装置は、前記地上基地局から前記上空中継型基地局への前記送信レプリカ信号の転送と、前記上空中継型基地局から前記地上基地局への前記送信レプリカ信号の転送を行ってもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記地上基地局及び前記上空中継型基地局を同一場所に設置、又は同一装置内で構成した集中基地局構成部を備え、前記集中基地局構成部は、前記地上基地局における前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定、前記干渉抑圧信号の生成及び前記上空中継型基地局からの干渉信号の抑圧と、前記上空中継型基地局における前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定、前記干渉抑圧信号の生成及び前記地上基地局からの干渉信号の抑圧と、を行ってもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、前記基地局間連携制御装置は、前記上空中継型基地局で受信されゲートウェイ装置を介して受信したＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報と前記地上基地局で受信されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報とを用いて、それぞれ送信及び受信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体は、通信衛星、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳであってもよい。

本書に開示された移動通信システムによれば、上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナ（上空中継型基地局アンテナ）からの下り回線の送信信号が地上基地局のサービスリンクアンテナ（地上基地局アンテナ）の上り回線への受信信号に与える干渉を低減できるとともに、地上基地局アンテナからの下り回線の送信信号が上空中継型基地局アンテナの上り回線の受信信号へ与える干渉を低減できる。

図１は、実施形態に係る移動通信システムの全体構成の一例を示す図である。 図２（ａ）は、実施形態の移動通信システムを構成するＨＡＰＳ基地局の一例を構成する中継通信局の構成例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に対応するＨＡＰＳ－ＧＷの構成例を示す図である。 図３（ａ）は、実施形態の移動通信システムを構成するＨＡＰＳ基地局の他の例を構成する中継通信局の構成例を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応するするＨＡＰＳ－ＧＷの構成例を示す図である。 図４（ａ）は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合の地上基地局端末へのＨＡＰＳ下り回線からの干渉の一例を示す図である。図４（ｂ）は、現状の構成にＨＡＰS基地局を適用した場合の上り回線への地上基地局端末からの干渉の一例を示す図である。 図５は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合にセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）を適用したＨＡＰＳ基地局及び地上基地局それぞれに設定される無線リソースの時間スロットの配置例を示す図である。 図６（ａ）は、実施形態に係る移動通信システムにおけるサービスリンクの伝送方式としてＴＤＤ（時分割多重）方式を利用する場合の地上基地局と地上基地局端末との間の上り回線及び下り回線を示す図である。図６（ｂ）は、同ＴＤＤ方式において地上基地局と地上基地局端末との間の上下回線で同一周波数が共用された周波数帯の一例を示す図である。図６（ｃ）は、同ＴＤＤ方式における地上基地局と地上基地局端末との間の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。 図７（ａ）は、従来のＴＤＤ方式を用いるシステム構成において、複数の地上基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを同期制御により一致させた場合の下り回線の干渉の一例を示す図である。図７（ｂ）は、従来のＴＤＤ方式を用いるシステム構成において、複数の地上基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを同期制御により一致させた場合の上り回線の干渉の一例を示す図である。 図８は、従来のＴＤＤ方式を用いるシステム構成において、複数の地上基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを一致させる同期制御を行った場合の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。 図９は、実施形態に係る移動通信システムにおけるＴＤＤ方式を用いる地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。 図１０（ａ）は、地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合のＨＡＰＳ基地局の上り回線への地上基地局からの干渉の一例を示す図である。図１０（ｂ）は、地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の地上基地局の上り回線へのＨＡＰＳ基地局からの干渉の一例を示す図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の干渉をまとめて示した図である。 図１１（ａ）は、実施形態に係る地上基地局におけるＨＡＰＳ基地局からの干渉の低減を示す図である。図１１（ｂ）は、実施形態に係るＨＡＰＳ基地局における地上基地局からの干渉の低減を示す図である。 図１２は、実施形態に係る地上基地局に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）を設けた移動通信システムの構成例を示す図である。 図１３は、図１２の地上基地局の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）の構成例を示す図である。 図１４は、実施形態に係るＨＡＰＳ基地局に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）を設けた移動通信システムの構成例を示す図である。 図１５は、図１４のＨＡＰＳ基地局の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）の構成例を示す図である。 図１６は、実施形態に係る集中基地局に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）が設けられた移動通信システムの構成例を示す図である。 図１７は、実施形態に係る地上基地局とＨＡＰＳ基地局との間の送受信タイミングの制御の一例を示す図である。 図１８は、実施形態に係る地上基地局とＨＡＰＳ基地局との間の送受信タイミングの制御の一例を示す図である。

以下、図面を参照して様々な実施形態について説明する。なお、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ及び位置関係のみに限定されるものではない。また、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。

本実施形態では、上空中継型基地局としてのＨＡＰＳ基地局（ＨＡＰＳセルラシステム）と地上基地局（地上セルラシステム）とで同一周波数を共用する移動通信システムの例について主に説明するが、本発明は、上空中継型基地局の中継通信局がＨＡＰＳ以外の飛行体又は浮揚体に設けられた移動通信システムにも適用できる。ここで、上空中継型基地局は、ＮＴＮ（Ｎｏｎ－Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ：非地上系ネットワーク）で用いられる上空通信基地局であってもよい。ＮＴＮは、例えば、後述の通信衛星などの人工衛星と、成層圏に飛行させた無人航空機に通信機器などを搭載し広域のエリアに通信サービスを提供できる成層圏通信プラットフォームとしてのＨＡＰＳ又はドローンと、を用いたネットワークであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る移動通信システム（携帯電話システム）の構成の一例を示す図である。図１において、本実施形態の移動通信システムは、端末３０と無線通信可能な複数の基地局として、第１基地局（上空中継型基地局）としてのＨＡＰＳ基地局（ＨＡＰＳセルラシステム）１０と、第２基地局としての地上基地局（地上セルラシステム）２０とを備えている。

ＨＡＰＳ基地局１０は、上空に位置する飛行体又は浮揚体としてのＨＡＰＳ（「高高度疑似衛星」又は「高高度プラットフォーム局」）１００に設けられた中継通信局１１のサービスリンクアンテナ（「ＨＡＰＳ基地局アンテナ」ともいう。）１１２を介して端末（以下「ＨＡＰＳ基地局端末」ともいう。）３０（１）と無線通信する。ＨＡＰＳ１００は、例えばバッテリー及び太陽光発電システムの少なくとも一方を備え電力で飛行することができる。ＨＡＰＳ１００は、図示のような飛行船型のＨＡＰＳのほか、ソーラープレーン型のＨＡＰＳであってもよい。また、中継通信局１１が設けられる飛行体又は浮揚体は、ＨＡＰＳのほか、人工衛星（例えば、通信衛星）、気球、ドローン、又は、航空機であってもよい。上記人工衛星は、例えば、地球表面から２，０００ｋｍまでの高度の軌道に位置するＬＥＯ（低軌道）衛星、２，０００ｋｍよりも高く３６，０００ｋｍよりも低い高度の軌道に位置するＭＥＯ（中軌道）衛星、又は、３６，０００ｋｍ付近の高度又は３６，０００ｋｍよりも高い高度の軌道に位置するＨＥＯ（高軌道）衛星であってもよい。また、上記人工衛星は、ＧＥＯ（静止軌道）衛星、準静止衛星、準天頂衛星、又は、非静止衛星であってもよい。また、中継通信局１１が設けられる飛行体又は浮揚体は、無人であってもよいし、又は、有人であってもよい。例えば、上記飛行体又は浮揚体は、無人若しくは有人のＨＡＰＳ、無人若しくは有人の人工衛星、無人若しくは有人の気球、無人又は有人のドローン、無人の航空機、又は、有人の航空機であってもよい。また、上記飛行体又は浮揚体は、無人ドローン、ＵＡＳ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。また、上記飛行体又は浮揚体は、所定の強度を有するロープ、ケーブル、紐、ワイヤーなどの係留線を用いて他の装置（係留装置）に係留された係留型であってもよい。上記係留線で係留する目的は、給電及び信号伝送の目的を含んでもよい。上記係留型の飛行体又は浮揚体が係留される他の装置は、地上に固定配置された装置でもよいし、地上を移動可能な車両に設けられた装置でもよいし、海上、湖上などの水上を移動可能な船舶や浮き等に設けられた装置でもよいし、他の飛行体又は浮揚体に設けられた装置であってもよい。上記係留線は、給電線を含んでもよいし、光ファイバ等の通信線を含んでもよいし、その給電線及び通信線の両方を含んでもよい。例えば、上記係留型の飛行体又は浮揚体は、一又は複数の係留線（給電線）で係留された一又は複数の有線給電ドローンであってもよい。また、ＨＡＰＳ１００、人工衛星、ドローン、気球、航空機、ＵＡＶ等の飛行体又は浮揚体は、動力源として、バッテリー及びエンジンの少なくとも一方を備えて飛行してもよい。ＵＡＶは、例えば、燃料で飛行する無人飛行機、又は、バッテリー等で飛行するドローンであってもよい。

中継通信局１１を搭載するＨＡＰＳ１００は、例えば、自律制御又は外部から制御により地面Ｇ（又は海面）からの高度Ｈが１００［ｋｍ］以下の空域（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てもよい。ＨＡＰＳ１００が位置する空域は、例えば、高度Ｈが１８［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域であってもよい。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、上記空域は、ＵＡＶに対しては高度０．１［ｋｍ］以上及び１８［ｋｍ］以下の空域であってもよい。また、ドローンに対しては高度０．０５［ｋｍ］以上の空域であってもよい。

中継通信局１１は、フィーダリンク用アンテナ部（以下「ＦＬアンテナ」ともいう。）１１１と、サービスリンク用アンテナ部（ＨＡＰＳ基地局アンテナ）１１２と、を備える。中継通信局１１は、ＦＬアンテナ１１１を介して、地上（又は海上）に設けられたＨＡＰＳ用のゲートウェイ装置（以下「ＨＡＰＳ－ＧＷ」という。）１２と間でフィーダリンクＦＬの通信を行うことができる。ＦＬアンテナ１１１は、後述するように例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。

また、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と間でサービスリンクＳＬ（１）の通信を行うことができる。ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２は、例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。

ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、有線又は無線の通信回線により移動通信網のコアネットワーク４０に接続され、パラボラアンテナ、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナ、等からなるフィーダリンク用アンテナ部（以下「ＦＬアンテナ」ともいう。）１２１を備える。ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、ＦＬアンテナ１２１を介して、ＨＡＰＳ搭載の中継通信局１１と間でフィーダリンクＦＬの通信を行うことができる。

地上基地局２０は、アンテナ部（以下「地上基地局アンテナ」ともいう。）２１と、光ファイバ等の有線又は無線の通信回線により移動通信網のコアネットワーク４０に接続された基地局装置２２と、を備える。基地局装置２２は、地上基地局アンテナ２１を介して、端末（以下「地上基地局端末」ともいう。）３０（２）と間でサービスリンクＳＬ（２）の通信を行うことができる。地上基地局アンテナ２１は、例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。

ＨＡＰＳ基地局１０のＨＡＰＳ－ＧＷ１２及び地上基地局２０の基地局装置２２はそれぞれ、ネットワーク連携制御システムにおける光ファイバ等の有線又は無線の通信回線により基地局間連携制御装置（「基地局間ネットワーク連携制御装置」又は「システム間連携制御装置」ともいう。）５０に接続されている。ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は、基地局間連携制御装置５０を介して互いに時間同期され、ＨＡＰＳ基地局１０は地上基地局２０と送受信タイミングが逆となるようにタイミング制御が実行されている。

ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０はそれぞれ、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、コアネットワーク４０や基地局間連携制御装置５０に対する外部通信インターフェース部、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と地上基地局端末３０（２）の間の無線通信を行ったり、コアネットワーク４０及び基地局間連携制御装置５０との通信を行ったりすることができる。

本実施形態の移動通信システムにおいて、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクＳＬ（１）の通信と地上基地局２０のサービスリンクＳＬ（２）の通信には、同一無線伝送方式が使用され、サービスリンクの周波数効率を高めるために同一周波数が共用されている。同無線伝送方式としては、同一周波数で、時分割により送受信するＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式を対象とし、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの通信方式、第４世代携帯電話の通信方式、第５世代携帯電話又は、その後の次世代携帯電話の通信方式などのＴＤＤ方式を適用できる。

ＨＡＰＳ基地局１０に接続して通信可能なＨＡＰＳ基地局端末３０（１）及び地上基地局２０に接続して通信可能な地上基地局端末３０（２）は、同じ仕様の移動通信端末３０である。端末３０は、携帯電話機、スマートフォン、移動通信機能を有する携帯パソコン等であり、携帯端末、ユーザ装置（ＵＥ）、移動局、移動機、携帯型の通信端末とも呼ばれている。端末３０は、自動車等の車両、ドローンなどの移動体に組み込まれたモジュール状の移動局であってもよいし、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスの端末装置であってもよい。

端末３０は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれとの間の無線通信等を行うことができる。

本実施形態のＨＡＰＳ基地局１０は、上空のＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１で構成され、又は、中継通信局１１及び地上（又は海上）に設けられたＨＡＰＳ－ＧＷ１２で構成されている。

図２（ａ）は、実施形態の移動通信システムにおけるＨＡＰＳ基地局１０の一例を構成する中継通信局１１の構成例を示す図である。本構成例において、中継通信局１１は、サービスリンクと周波数の異なるフィーダリンクの周波数を変換する無線中継装置（以下「周波数変換リピータ」という。）である。下り回線では、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２から送信されたフィーダリンクの周波数をサービスリンクの周波数に変換し、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）に送信する。一方、上り回線では、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）から送信されたサービスリンクの周波数をフィーダリンクの周波数に変換し、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２に送信する。

本例におけるＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、リピータ１１３と周波数変換装置１１４とを有するリピータ中継装置（周波数変換リピータ）で構成されている。リピータ１１３は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して受信したサービスリンクＳＬ（１）の受信信号を増幅する低ノイズ増幅器、ＨＡＰＳ基地局アンテナ（ＳＬアンテナ）１２を介して送信するサービスリンクＳＬ（１）の送信信号を増幅する電力増幅器等を有する。周波数変換装置１１４は、サービスリンクＳＬ（１）の周波数とフィーダリンクＦＬの周波数との間の変換を行う。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に対応するＨＡＰＳ－ＧＷ１２の構成例を示す図である。本例におけるＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、基地局装置（以下「ＨＡＰＳ基地局装置」ともいう。）１２２と周波数変換装置１２３を有する。基地局装置１２２は、サービスリンクのベースバンド信号を処理するベースバンド処理装置、バックホール回線を介してコアネットワーク４０と通信するための通信インターフェース部等を有する。周波数変換装置１２３は、基地局装置１２２に対して入出力されるサービスリンク信号の周波数と、ＦＬアンテナ１２１を介して送受信されるフィーダリンク信号の周波数との間の変換を行う。また、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、地上基地局２０との間でサービスリンクＳＬの送受信タイミングを調整したりＨＡＰＳ１００の位置情報を転送したりするために、基地局間連携制御装置５０との通信を行う機能も有する。

図３（ａ）は、実施形態の移動通信システムにおけるＨＡＰＳ基地局１０の他の例を構成する中継通信局１１の構成例を示す図である。本構成例において、ＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、通常の地上基地局と同様な基地局装置と、ＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１とＨＡＰＳ－ＧＷとの間のフィーダリンクはサービスリンクとは異なる周波数を用いたフィーダリンク送受信機とで構成されている。フィーダリンクでは、サービスリンクとは異なり、適宜最適な無線伝送方式を選択することができる。

本例におけるＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、地上基地局２０の基地局装置（以下「地上基地局装置」ともいう。）２２と同等の基地局装置１１５とフィーダリンク送受信機１１６とを有する。基地局装置１１５は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して受信したサービスリンクＳＬ（１）の受信信号を増幅する低ノイズ増幅器、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して送信するサービスリンクＳＬ（１）の送信信号を増幅する電力増幅器、サービスリンクのベースバンド信号処理するベースバンド処理装置などを有する。フィーダリンク送受信機１１６は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２との間で、ＦＬアンテナ１１１を介して送受信されるバックホール回線の信号の送信及び受信を行う。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応するＨＡＰＳ－ＧＷ１２の構成例を示す図である。本例におけるＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、フィーダリンク送受信機１２４を有する。フィーダリンク送受信機１２４は、ＨＡＰＳ１００に搭載された上空の中継通信局１１との間で、ＦＬアンテナ１２１を介して送受信されるバックホール回線の信号の送信及び受信を行う。更に、フィーダリンク送受信機１２４は、バックホール回線を介してコアネットワーク４０と通信する。また、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、地上基地局２０との間でサービスリンクＳＬの送受信タイミングを調整したりＨＡＰＳ１００の位置情報を転送したりするために、基地局間連携制御装置５０との通信を行う機能も有する。

図１のようなＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０を備える構成で、ＦＤＤ方式あるいはＴＤＤ方式においてＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０が同一タイミングで電波を送信し、又はＨＡＰＳ基地局端末３０(１)と地上基地局端末３０(２)が同一タイミングで信号を送信すれば、上空のＨＡＰＳセルラシステムと地上セルラシステムとの間で干渉が発生するおそれがある。例えば、図４（ａ）に示すように、上空のＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１からＨＡＰＳ基地局端末３０（１）にＨＡＰＳ下り回線の信号を送信しているとき、そのＨＡＰＳ下り回線の送信信号が、地上基地局２０から地上下り回線の信号を受信している地上基地局端末３０（２）に到達し、地上基地局端末３０（２）へのＨＡＰＳ下り回線からの干渉が発生するおそれがある。また、図４（ｂ）に示すように、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０に地上上り回線の信号を送信しているとき、その地上上り回線の送信信号が、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）からＨＡＰＳ上り回線の信号を受信している上空のＨＡＰＳ１００の中継通信局１１に到達し、ＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１のＨＡＰＳ上り回線への地上基地局端末３０（２）からの干渉が発生するおそれがある。

従来、複数の基地局の間の干渉を制御する技術として、前述のＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ標準に準拠したｅＩＣＩＣと呼ばれるセル間干渉制御技術が知られている。

図５は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合にセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）を適用した場合のＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０それぞれに設定される無線リソースの時間スロットの配置例を示す図である。図５に示すように、従来のセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）では、同一周波数の無線リソースを時分割して、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれに互いに異なる時間スロットを割り当てる。これにより、無線リソースが時間軸上で直交するので、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０との間の同一周波数における干渉を相互に回避することができる。しかしながら、従来のセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）では、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０それぞれにおいて無線リソース（時間スロット）を時分割して利用する。そのため、実施形態の移動通信システムに割り当てられた全周波数（全時間）を利用できず、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれのサービスリンクの通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）が低下する。特に、セル内の端末数が多い地上基地局２０に接続する地上基地局端末の通信容量が低下する。

本実施形態では、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を回避するとともにＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれのサービスリンクの通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）の低下を防止するため、各基地局１０，２０のサービスリンクの送受信方式として、移動通信の第５世代などの標準規格で採用されているＴＤＤ（時分割複信）方式を用いる。

ＴＤＤ（時分割複信）方式では、上り回線及び下り回線で同一周波数を利用し、上り回線及び下り回線で時間スロットを時分割して利用する。例えば地上基地局２０において、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように地上基地局２０と地上基地局端末３０（２）との間の上り回線及び下り回線で同一周波数が利用される。そして、図６（ｃ）に示すように、地上基地局２０から地上基地局端末３０（２）への下り回線の送信（基地局送信）と、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０への上り回線の送信（端末送信）との間で、時間軸上の無線リソース（時間スロット）を時分割多重して利用する。

本実施形態のＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０においてＴＤＤ（時分割複信）方式を利用する場合、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を回避する後述の干渉低減技術を適用することにより、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は同一周波数を完全に共用することができる。更に、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は、移動通信システムに割り当てられた全周波数（全時間）を利用可能になるため、各基地局１０、２０のサービスリンクの通信容量の低下を防止できる。特に、セル内の端末数が多い地上基地局２０に接続する地上基地局端末の通信容量の低下を防止できる。

従来のＴＤＤ方式を利用する複数の基地局で同一周波数を共用するシステムでは、各基地局の上下回線での干渉を回避するために、例えば図７に示すように、複数の基地局２０（１）、２０（２）の間で、基地局から端末へ送信する下り回線の基地局送信の送信タイミングを一致させるとともに、端末から基地局へ送信する上り回線の端末送信の送信タイミングを一致させるように、同期制御を行う。

地上基地局２０を用いる地上セルラシステムの通信方式（以下「地上セルラ方式」という。）とＨＡＰＳ基地局１０を用いるＨＡＰＳセルラシステムの通信方式（以下「ＨＡＰＳセルラ方式」という。）を同時に利用すると、図８（ａ）に示すように特にサービスリンクの下り回線においては広域に信号を送信するＨＡＰＳ基地局１０からの干渉波により、地上セル２０Ｃに在圏する多くの地上基地局端末３０（２）の通信品質が劣化し、図８（ｂ）に示すように上り回線においては非常に多くの地上基地局端末３０（２）が送信する信号により、ＨＡＰＳセル１０Ｃに在圏するＨＡＰＳ基地局端末３０（１）の通信品質が劣化するおそれがある。そのため、地上セルラ方式とＨＡＰＳセルラ方式を同時に利用するためには干渉を低減するする必要がある、

本実施形態の移動通信システムでは、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間で送信タイミング及び受信タイミングを互いに逆にしている。

図９は、実施形態に係る移動通信システムにおけるＴＤＤ方式を用いる地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。図９に示す連続する複数の送受信フレーム（無線フレーム）のそれぞれにおいて、地上基地局２０から地上基地局端末３０（２）への下り回線の送信タイミングおよび送信期間は、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）からＨＡＰＳ基地局１０への上り回線の送信タイミングおよび送信期間に一致している。一方、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０への上り回線の送信タイミングおよび送信期間は、ＨＡＰＳ基地局１０からＨＡＰＳ基地局端末３０（１）への下り回線の送信タイミングおよび送信期間に一致している。

ここで、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０はＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された時刻情報を用いてそれぞれ送信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。

図９に示すようにＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０の送信タイミングと受信タイミングを上下回線で互いに逆にすることにより、図８に示すＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０の送信タイミングと受信タイミングを上下回線で同じ場合と比べて干渉の受け方が大きく変わる。

図１０（ａ）に示すように、地上基地局２０の下り回線はＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの上り回線となる。従って、地上基地局アンテナ２１から送信された下り送信の電波は同図に示すようにＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２に到達し、地上基地局２０の下り回線がＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンク上り回線への干渉となる。

なお、地上基地局端末３０（２）とＨＡＰＳ基地局端末３０（１）とは比較的離れた距離に位置し、共に地上に位置していることからそれらの端末間には建物などの多くの遮蔽物が存在し、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）の上り回線の送信信号が地上基地局端末３０（２）に到達して受信される干渉信号電力は一般に無視できる程小さい。

一方、図１０（ｂ）に示すように地上基地局２０の上り回線はＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの下り回線となる。従って、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２から送信されたサービスリンクの下り送信の電波は同図に示すように地上基地局アンテナ２１に到達し、地上基地局２０の上り回線への干渉となる。

なお、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と地上基地局端末３０（２）とは比較的離れた距離に位置し、共に地上に位置していることからそれらの端末間には建物などの多くの遮蔽物が存在し、地上基地局端末３０（２）の上り回線の送信信号がＨＡＰＳ基地局端末３０（１）に到達して受信される干渉信号電力は一般に無視できる程小さい。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）をまとめると、図１０（ｃ）に示すように地上セルラシステムとＨＡＰＳセルラシステムが同一周波数を共用する場合は、地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２間の干渉に集約できる。すなわち、地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２との間の干渉を低減すれば、地上セルラシステムとＨＡＰＳセルラシステムは同一周波数を共用できる。

本実施形態では、地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２との間の干渉を低減するために、地上基地局２０における地上基地局装置２２及びＨＡＰＳ基地局１０におけるＨＡＰＳ基地局装置１２２のそれぞれに、上記干渉を抑圧する干渉抑圧部（「干渉キャンセラ」ともいう。）を備えている。例えば、図１１（ａ）に示すように地上基地局装置２２に搭載された干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０は、ＨＡＰＳ基地局の中継通信局１１からの予干渉を抑圧（以下「キャンセル」ともいう。）する。また、図１１（ｂ）に示すようにＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＨＡＰＳ基地局装置１２２に搭載された干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２５は、地上基地局２０からの予干渉を抑圧（キャンセル）する。

図１２は、実施形態に係る地上基地局２０に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０を設けた移動通信システムの構成例を示す図である。なお、図１２において、前述の図１～図３と共通する構成については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

本構成例の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０は、地上基地局２０の基地局装置２２に設けられ、ＨＡＰＳ基地局の中継通信局１１から送信されて地上基地局アンテナ２１に到達した干渉信号を抑圧（キャンセル）する。

図１２において、ＨＡＰＳ基地局のＨＡＰＳ－ＧＷ１２に設けられた基地局装置（ＨＡＰＳ基地局装置）１２２から出力された送信信号ｓ_Ｈ（ｔ）は、分岐部１２５で２つの送信信号に分岐される。

分岐部１２５で分岐された２つの送信信号のうち、一方の送信信号ｓ_Ｈ（ｔ）は、ＨＡＰＳ基地局からのサービスリンクの下り回線信号として、ＦＬアンテナ１２１及び中継通信局１１を介してＨＡＰＳ基地局端末３０（１）に送信される。中継通信局１１のＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２から送信された下り回線信号の一部は、地上基地局端末３０（２）から送信された地上端末信号に対する干渉信号として、地上基地局２０の地上基地局アンテナ２１に到達する。また、地上基地局端末３０（２）から送信されたサービスリンクの上り回線信号（地上端末信号）は、希望信号として、地上基地局の地上基地局アンテナ２１に到達する。中継通信局１１からの干渉信号及び地上基地局端末３０（２）からの希望信号は、地上基地局アンテナ２１で受信され、サービスリンクの上り回線の受信信号として干渉抑圧部２２０に入力される。

分岐部１２５で分岐されたもう一方の送信信号ｓ_Ｈ（ｔ）は、ＨＡＰＳ基地局から送信されるサービスリンクの送信信号のレプリカ（以下「送信レプリカ信号」ともいう。）として、有線ネットワーク（例えば、光ファイバ）及び基地局間連携制御装置５０を介して、地上基地局の基地局装置２２に設けられた干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０に転送される。

分岐部１２５は、同一の送信信号から分岐された２つの送信信号（干渉信号、送信レプリカ信号）が互いに同じタイミングで干渉抑圧部２２０に到達するように、基地局間連携制御装置５０に転送される送信レプリカ信号ｓ_Ｈ（ｔ）を所定の遅延時間だけ遅らせる遅延時間制御も行う。

地上基地局装置２２の干渉抑圧部２２０は、地上基地局アンテナ２１で受信された希望信号（地上端末信号）及び干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ）（ＨＡＰＳ基地局からの送信信号）を含む受信信号と、送信レプリカ信号ｓ_Ｈ（ｔ）との相関を取り、干渉信号（ＨＡＰＳ基地局からの送信信号）の複素受信振幅（以下「伝搬路応答」ともいう。）ｈ_Ｈを推定する。

更に、干渉抑圧部２２０は、複素受信振幅ｈ_ＨとＨＡＰＳ基地局からの送信レプリカ信号ｓ_Ｈ（ｔ）とを重畳して干渉抑圧信号（－ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））を生成する。干渉抑圧部２２０は、受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））と干渉抑圧信号（－ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））とを合成することにより干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ）を抑圧（キャンセル）し、希望信号（地上端末信号）だけを地上基地局装置２２の受信機２３０に入力する。

図１３は、図１２の地上基地局２０の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０の構成の一例を示す図である。なお、図１３において、前述の図１～図３及び図１２と共通する構成については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図１３において、干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０は、干渉推定処理部２２０１と干渉抑圧信号生成部２２０２と分配部２２０３と遅延器２２０４と合成部２２０５とを備える。

干渉推定処理部２２０１は、地上基地局アンテナ２１で受信された受信信号（希望信号＋干渉信号）と基地局間連携制御装置５０を経由して転送されてきた送信レプリカ信号ｓ_Ｈ（ｔ）とを用いて相互相関係数を計算し、干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ）の複素受信振幅（伝搬路応答）ｈ_Ｈを推定する。

干渉抑圧信号生成部２２０２は、干渉推定処理部２２０１で推定された干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ）の複素受信振幅（伝搬路応答）ｈ_Ｈに送信レプリカ信号ｓ_Ｈ（ｔ）をかけて干渉抑圧信号（－ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））を生成する。

分配部２２０３は、地上基地局アンテナ２１で受信された受信信号（希望信号＋干渉信号）を、干渉推定処理部２２０１及び遅延器２２０４のそれぞれに分配して供給する。

遅延器２２０４は、分配部２２０３で分配された受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））と、その受信信号から生成された干渉抑圧信号（－ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））とが互いに同じタイミングで合成部２２０５に入力されるように、受信信号を所定の遅延時間だけ遅らせる。

合成部２２０５は、干渉抑圧信号生成部２２０２で生成した干渉抑圧信号（－ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））を、受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ））と合成することにより干渉信号ｈ_Ｈｓ_Ｈ（ｔ）を抑圧（キャンセル）し、希望信号を復調する。

図１４は、実施形態に係るＨＡＰＳ基地局１０に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６を設けた移動通信システムの構成例を示す図である。なお、図１４において、前述の図１～図３と共通する構成については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

本構成例の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＨＡＰＳ基地局装置１２２に設けられ、地上基地局アンテナ２１から送信されてＨＡＰＳ基地局の中継通信局１１のサービスリンクアンテナ１１２に到達した干渉信号を抑圧（キャンセル）する。

図１４において、地上基地局装置２２から出力された送信信号ｓ_Ｍ（ｔ）は、分岐部２３で２つの送信信号に分岐される。

分岐部２３で分岐された２つの送信信号のうち、一方の送信信号ｓ_Ｍ（ｔ）は、地上基地局２０からのサービスリンクの下り回線信号として、地上基地局アンテナ２１を介して地上基地局端末３０（２）に送信される。地上基地局アンテナ２１から送信された下り回線信号の一部は、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）から送信されたＨＡＰＳ端末信号に対する干渉信号として、ＨＡＰＳ基地局の中継通信局１１のＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２に到達する。また、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）から送信されたサービスリンクの上り回線信号（ＨＡＰＳ端末信号）は、希望信号として、中継通信局１１のＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２に到達する。地上基地局２０からの干渉信号及びＨＡＰＳ基地局端末３０（１）からの希望信号は、中継通信局１１のＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２で受信され、中継通信局１１のＦＬアンテナ１１１及びＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＦＬアンテナ１２１を介して、サービスリンクの上り回線の受信信号として干渉抑圧部１２６に入力される。

分岐部２３で分岐されたもう一方の送信信号ｓ_Ｍ（ｔ）は、地上基地局装置２２から送信されるサービスリンクの送信信号のレプリカ（送信レプリカ信号）として、有線ネットワーク（例えば、光ファイバ）及び基地局間連携制御装置５０を介して、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＨＡＰＳ基地局装置１２２に設けられた干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６に転送される。

分岐部２３は、同一の送信信号から分岐された２つの送信信号（干渉信号、送信レプリカ信号）が互いに同じタイミングで干渉抑圧部１２６に到達するように、基地局間連携制御装置５０に転送される送信レプリカ信号ｓ_Ｍ（ｔ）を所定の遅延時間だけ遅らせる遅延時間制御も行う。

ＨＡＰＳ基地局装置１２２の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２で受信された希望信号（地上端末信号）及び干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ）（地上基地局からの送信信号）を含む受信信号と、送信レプリカ信号ｓ_Ｍ（ｔ）との相関を取り、干渉信号（ＨＡＰＳ基地局からの送信信号）の複素受信振幅（以下「伝搬路応答」ともいう。）ｈ_Ｍを推定する。

更に、干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６は、複素受信振幅ｈ_Ｍと地上基地局からの送信レプリカ信号ｓ_Ｍ（ｔ）とを重畳して干渉抑圧信号（－ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））を生成する。干渉抑圧部１２６は、受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））と干渉抑圧信号（－ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））とを合成することにより干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ）を抑圧（キャンセル）し、希望信号（地上端末信号）だけをＨＡＰＳ基地局装置１２２の受信機１２７に入力する。

図１５は、図１４のＨＡＰＳ基地局１０の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６の構成例を示す図である。なお、図１５において、前述の図１～図３及び図１４と共通する構成については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図１５において、干渉抑圧部（干渉キャンセラ）１２６は、干渉推定処理部１２６１と干渉抑圧信号生成部１２６２と分配部１２６３と遅延器１２６４と合成部１２６５とを備える。

干渉推定処理部１２６１は、中継通信局１１のＦＬアンテナ１１１及びＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＦＬアンテナ１２１で受信された受信信号（希望信号＋干渉信号）と基地局間連携制御装置５０を経由して転送されてきた送信レプリカ信号ｓ_Ｍ（ｔ）とを用いて相互相関係数を計算し、干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ）の複素受信振幅（伝搬路応答）ｈ_Ｍを推定する。

干渉抑圧信号生成部１２６２は、干渉推定処理部１２６１で推定された干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ）の複素受信振幅（伝搬路応答）ｈ_Ｍに送信レプリカ信号ｓ_Ｍ（ｔ）をかけて干渉抑圧信号（－ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））を生成する。

分配部１２６３は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２のＦＬアンテナ１２１で受信された受信信号（希望信号＋干渉信号）を、干渉推定処理部１２６１及び遅延器１２６４のそれぞれに分配して供給する。

遅延器１２６４は、分配部１２６３で分配された受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））と、その受信信号から生成された干渉抑圧信号（－ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））とが互いに同じタイミングで合成部１２６５に入力されるように、受信信号を所定の遅延時間だけ遅らせる。

合成部１２６５は、干渉抑圧信号生成部１２６２で生成した干渉抑圧信号（－ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））を、受信信号（希望信号＋干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ））と合成することにより干渉信号ｈ_Ｍｓ_Ｍ（ｔ）を抑圧（キャンセル）し、希望信号を復調する。

図１６は、実施形態に係る集中基地局（以下「集中基地局構成部」ともいう。）６０に干渉抑圧部（干渉キャンセラ）２２０，１２６が設けられた移動通信システムの構成例を示す図である。図１６は、地上基地局装置２２とＨＡＰＳ基地局装置１２２と集中干渉抑圧部（集中干渉キャンセラ）６００とを同一場所に設置、又は、同一装置内に構成した集中基地局構成部６０を備えた構成例を示す。図１６において、実線の矢印線は各基地局装置から送信される下り回線の送信信号であり、破線の矢印線は干渉信号であり、一点鎖線の矢印線は各基地局装置が受信する上り回線の受信信号であり、二点鎖線の矢印線は送信レプリカ信号である。なお、図１６において、前述の図１～図３及び図１２～図１５と共通する構成については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図１６において、集中基地局構成部６０とＨＡＰＳ基地局１０のＨＡＰＳ－ＧＷ１２及び地上基地局２０の地上基地局アンテナ２１との間は、光ケーブル等を用いて構成されたＤＡＳ（アンテナ分散型システム）によって接続されている。例えば、集中基地局構成部６０とＨＡＰＳ基地局１０のＨＡＰＳ－ＧＷ１２との間の通信経路は、ＤＡＳ子機６１（１）と光ファイバ６２（１）と集中基地局構成部６０内のＤＡＳ親機６０１（１）とにより構成されている。また、集中基地局構成部６０と地上基地局２０の地上基地局アンテナ２１との間の通信経路は、ＤＡＳ子機６１（２）と光ファイバ６２（２）と集中基地局構成部６０内のＤＡＳ親機６０１（２）とにより構成されている。

集中基地局構成部６０において、ＨＡＰＳ基地局装置１２２から出力された下り回線の送信信号は、ＤＵＰ（送受信共用器）（「アンテナ共用器」ともいう。）６０２（１）、分岐部６０３（１）及びＤＵＰ６０４（１）を経由し、ＤＡＳ親機６０１（１）、光ファイバ６２（１）及びＤＡＳ子機６１（１）を介して伝送され、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２に届く。分岐部６０３（１）で分岐された下り回線の送信信号は、ＨＡＰＳ基地局の送信レプリカ信号として、集中基地局構成部６０内にある地上基地局の干渉抑圧部２２０に入力される。

ＨＡＰＳ－ＧＷ１２から出力された上り回線の受信信号（地上基地局からの干渉信号を含む）は、ＤＡＳ子機６１（１）、光ファイバ６２（１）及びＤＡＳ親機６０１（１）を介して伝送され、ＤＵＰ６０４（１）を経由してＨＡＰＳ基地局の干渉抑圧部１２６に入力される。干渉抑圧部１２６は、地上基地局からの干渉信号を抑圧した上り回線の受信信号を出力する。干渉抑圧部１２６から出力された干渉信号抑圧後の上り回線の受信信号は、ＤＵＰ６０２（１）を経由してＨＡＰＳ基地局装置１２２の受信機に届く。

また、集中基地局構成部６０において、地上基地局装置２２から出力された下り回線の送信信号は、ＤＵＰ６０２（２）、分岐部６０３（２）及びＤＵＰ６０４（２）を経由し、ＤＡＳ親機６０１（２）、光ファイバ６２（２）及びＤＡＳ子機６１（２）を介して伝送され、地上基地局２０の地上基地局アンテナ２１に届く。分岐部６０３（２）で分岐された下り回線の送信信号は、地上基地局の送信レプリカ信号として、集中基地局構成部６０内にあるＨＡＰＳ基地局の干渉抑圧部１２６に入力される。

地上基地局２０の地上基地局アンテナ２１から出力された上り回線の受信信号（ＨＡＰＳ基地局からの干渉信号を含む）は、ＤＡＳ子機６１（２）、光ファイバ６２（２）及びＤＡＳ親機６０１（２）を介して伝送され、ＤＵＰ６０４（２）を経由して地上基地局の干渉抑圧部２２０に入力される。干渉抑圧部２２０は、ＨＡＰＳ基地局からの干渉信号を抑圧した上り回線の受信信号を出力する。干渉抑圧部２２０から出力された干渉信号抑圧後の上り回線の受信信号は、ＤＵＰ６０２（２）を経由して地上基地局装置２２の受信機に届く。

図１６の集中基地局構成部６０を備えたシステムでは、互いに異なる複数の基地局間を跨るような大規模なネットワーク間連携制御システムは不要であり、ＨＡＰＳ基地局の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）と地上基地局の干渉抑圧部（干渉キャンセラ）を簡易に構成できる。また、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを一致させるための大規模なネットワーク間連携制御システムは不要であり、集中基地局構成部６０内で容易に基地局間の同期を確立できる。

図１７及び図１８はそれぞれ、実施形態に係る地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０との間の送受信タイミングの制御の一例を示す図である。本実施形態の移動通信システムでは、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを逆にする必要があるため、システム間（基地局間）連携制御装置５０により、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信フレーム時間が逆になるように、地上基地局２０及びＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを調整する。図１７の例では、送受信タイミングの調整をＨＡＰＳ－ＧＷ１２で行っている。図１８の例では、送受信タイミングの調整をＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１で行っている。

以上、送受信方式としてＴＤＤ方式を用いる本実施形態によれば、ＨＡＰＳ基地局（第１基地局）のサービスリンクアンテナ（ＨＡＰＳ基地局アンテナ）及び地上基地局（第２基地局）のサービスリンクアンテナ（地上基地局アンテナ）のそれぞれと端末との間の各サービスリンクにおいて同一周波数を共用することを可能とし、図５に示すセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）のように同一周波数の共用を可能とするが端末の通信容量の低下を招くという課題を克服できる。

また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳサービスリンクと地上基地局の周波数を共用することで、周波数利用率を２倍に向上させることができる。

また、本実施形態によれば、通常のＴＤＤ方式（５Ｇ等）を用いて、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを変えることで（特別の変更なしに）実現することができる。

また、本実施形態によれば、地上基地局２０及びＨＡＰＳ基地局１０のそれぞれに設けた地上基地局干渉キャンセラ（地上基地局装置２２の干渉抑圧部２２０）とＨＡＰＳ基地局干渉キャンセラ（ＨＡＰＳ基地局装置１２２の干渉抑圧部１２６）により、各基地局のサービスリンクの上り回線及び下り回線における干渉を低減し、地上基地局とＨＡＰＳ基地局で周波数共用を実現することができる。

また、本実施形態によれば、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０は共に干渉を回避するためＭａｓｓｉｖｅアンテナ等によるアレイアンテナ制御は不要である。

また、本実施形態によれば、地上基地局アンテナ２１及びＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２が例えばＭａｓｓｉｖｅアンテナを備えてなく、ヌル・フォーミングができない場合の周波数共用を実現することができる。

また、本実施形態によれば、地上基地局２０及びＨＡＰＳ基地局１０が共にネットワーク連携制御システム（基地局間連携制御装置５０）を用いた地上基地局干渉キャンセラ（地上基地局装置２２の干渉抑圧部２２０）及びＨＡＰＳ基地局干渉キャンセラ（ＨＡＰＳ基地局装置１２２の干渉抑圧部１２６）を適用することで干渉を抑圧できる。しかも、地上基地局干渉キャンセラ及びＨＡＰＳ基地局干渉キャンセラは同一構成である。

特に、本実施形態によれば、一又は複数の地上基地局装置２２とＨＡＰＳ基地局装置１２２と集中干渉抑圧部（集中干渉キャンセラ）６００を同一場所に設置、又は、同一装置内で構成した集中基地局構成部６０では、異なる基地局間を跨るような大規模なネットワーク間連携制御システム（基地局間連携制御装置）は不要であり、ＨＡＰＳ基地局干渉キャンセラと地上基地局干渉キャンセラを簡易に構成できる。

また、本実施形態によれば、地上基地局２０及びＨＡＰＳ基地局１０では周波数を共用するために特別な装置や制御は不要である。

また、本実施形態によれば、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送信タイミング調整は、システム（基地局）間連携制御装置５０により容易に実現することができる。

本発明は、ＨＡＰＳ基地局及び地上基地局での周波数利用効率を向上させることができるとともに端末の通信容量の低下を防止することができ、ＨＡＰＳ基地局及び地上基地局に特別な装置を追加することなく、ＨＡＰＳ基地局と地上基地局で周波数共用を実現できるシステムを提供できるため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。

また、本発明は、次の（Ａ）～（Ｄ）に例示する各種システムと地上基地局との間で周波数を共用する場合にも適用することができる。
（Ａ）ＨＡＰＳ基地局と地上基地局の周波数共用
（Ｂ）災害時のヘリコプター搭載無線中継システムやＵＡＶ搭載無線中継システムと地上基地局の周波数共用
（Ｃ）ドローン搭載無線中継システムと地上基地局の周波数共用
（Ｄ）静止、中軌道又は低軌道の衛星通信システムと地上基地局の周波数共用

なお、本明細書で説明された処理工程並びに移動通信システム、上空中継型基地局、ＨＡＰＳセルラシステム、地上基地局、地上セルラシステム、中継通信局、ＨＡＰＳ－ＧＷ、端末（ユーザ装置、移動局、移動機）及び基地局間連携制御装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの処理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、各種の無線通信装置、無線中継装置、ＮｏｄｅＢ、サーバ、ゲートウェイ、交換機、コンピュータ、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ ：ＨＡＰＳ基地局（上空中継型基地局）
１０Ｃ ：ＨＡＰＳセル
１１ ：中継通信局
１２ ：ＨＡＰＳ－ＧＷ
１５ ：ＧＰＳ受信機
２０ ：地上基地局
２０Ｃ ：地上セル
２１ ：地上基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
２２ ：基地局装置
２３ ：分岐部
３０ ：端末
３０（１） ：ＨＡＰＳ基地局端末
３０（２） ：地上基地局端末
４０ ：コアネットワーク
５０ ：基地局間連携制御装置
６０ ：集中基地局構成部
６００ ：集中干渉抑圧部（集中干渉キャンセラ）
１００ ：ＨＡＰＳ
１１１ ：ＦＬアンテナ
１１２ ：ＨＡＰＳ基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
１１３ ：リピータ
１１４ ：周波数変換装置
１１５ ：基地局装置
１１６ ：フィーダリンク送受信機
１２１ ：ＦＬアンテナ
１２２ ：基地局装置
１２３ ：周波数変換装置
１２４ ：フィーダリンク送受信機
１２５ ：分岐部
１２６ ：干渉キャンセラ（ＨＡＰＳ基地局）
１２６１：干渉推定処理部
１２６２：干渉抑圧信号生成部
１２６３：分配部
１２６４：遅延器
１２６５：合成部
１２７ ：受信機
２２０ ：干渉キャンセラ（地上基地局）
２２０１：干渉推定処理部
２２０２：干渉抑圧信号生成部
２２０３：分配部
２２０４：遅延器
２２０５：合成部
２３０ ：受信機

Claims (7)

1. 上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する上空中継型基地局と、地上又は海上に配置されたサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する一又は複数の地上基地局とを備え、前記上空中継型基地局と前記地上基地局とは互いに時間同期制御された移動通信システムであって、
   前記上空中継型基地局及び前記地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行い、
   前記サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングは、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間で互いに逆とし、
   前記地上基地局は、
   前記地上基地局から送信される下り回線の送信信号を分岐し、送信レプリカ信号として前記上空中継型基地局へ転送し、
   前記地上基地局の上り回線への干渉となる前記上空中継型基地局からの干渉信号を含む前記地上基地局の上り回線の受信信号と、前記上空中継型基地局から転送されてきた送信レプリカ信号との相関処理を行い、前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅を推定し、
   前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定結果と、前記送信レプリカ信号とを用いて、前記上空中継型基地局からの干渉信号を抑圧する干渉抑圧信号を生成し、
   前記地上基地局の上り回線の受信信号と前記干渉抑圧信号とを合成することにより、前記地上基地局の上り回線の受信信号に含まれる前記上空中継型基地局からの干渉信号を抑圧し、
   前記上空中継型基地局は、
   前記上空中継型基地局から送信される下り回線の送信信号を分岐し、送信レプリカ信号として前記地上基地局へ転送し、
   前記上空中継型基地局の上り回線への干渉となる前記地上基地局からの干渉信号を含む前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号と、前記地上基地局から転送されてきた送信レプリカ信号との相関処理を行い、前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅を推定し、
   前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定結果と、前記送信レプリカ信号とを用いて、前記地上基地局からの干渉信号を抑圧する干渉抑圧信号を生成し、
   前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号と前記干渉抑圧信号とを合成することにより、前記上空中継型基地局の上り回線の受信信号に含まれる前記地上基地局からの干渉信号を抑圧する、
   ことを特徴とする移動通信システム。
2. 請求項１の移動通信システムにおいて、
   前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は送受信信号を再生せずに中継するリピータ中継装置で構成されている、ことを特徴とする移動通信システム。
3. 請求項１の移動通信システムにおいて、
   前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は、送受信信号を再生し、再生した信号を再変調して中継する基地局装置で構成されている、ことを特徴とする移動通信システム。
4. 請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、
   前記基地局間連携制御装置は、前記上空中継型基地局で受信されゲートウェイ装置を介して受信したＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報と前記地上基地局で受信されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報とを用いて、それぞれ送信及び受信を逆とする送信タイミングの調整を行う、ことを特徴とする移動通信システム。
5. 請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、
   前記基地局間連携制御装置は、前記地上基地局から前記上空中継型基地局への前記送信レプリカ信号の転送と、前記上空中継型基地局から前記地上基地局への前記送信レプリカ信号の転送を行う、ことを特徴とする移動通信システム。
6. 請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記地上基地局及び前記上空中継型基地局を同一場所に設置、又は同一装置内で構成した集中基地局構成部を備え、
   前記集中基地局構成部は、
   前記地上基地局における前記上空中継型基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定、前記干渉抑圧信号の生成及び前記上空中継型基地局からの干渉信号の抑圧と、
   前記上空中継型基地局における前記地上基地局からの干渉信号の複素受信振幅の推定、前記干渉抑圧信号の生成及び前記地上基地局からの干渉信号の抑圧と、を行う、
   ことを特徴とする移動通信システム。
7. 請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記飛行体又は前記浮揚体は、通信衛星、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳである、ことを特徴とする移動通信システム。

Images