JP7841148B1 - エリア最適化装置、遠隔制御装置、システム、最適化方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】地形の影響によって電波の遮断や回折による損失が生じるサービスエリアのカバレッジを拡大する最適化を行うことができるともに、その最適化のための計算量を削減することができるシステムを提供する。
【解決手段】システムは、複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、サービスエリアの地理的特徴に基づき、配置候補点とサービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得し、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、サービスエリアに向けてセルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定し、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記複数の上空ＰＦについてセルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する。
【選択図】図７

Description

本開示は、ＨＡＰＳ等の上空ＰＦに搭載された中継通信局のアンテナから地上又は海上に向けたビームフォーミングによる移動通信のサービスエリアのエリア最適化に関する。

従来、上空に位置する高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）、地球低軌道（ＬＥＯ）衛星、静止軌道（ＧＥＯ）衛星等に搭載されたリピータ型又は基地局装置型の中継通信局が地上又は海上に形成するサービスエリア（以下、単に「エリア」ともいう。）の全体で所望の通信品質（例えば、スループット）が得られるようにサービスリンクのアンテナパラメータ（例えばセル形成のビームの方向及び幅）を最適化する行う方法が知られている（特許文献１～４、非特許文献１～３参照）。

特開２０２２－１６１７３４号公報 特開２０２２－１６１７４２号公報 特許第７３１８０４７号公報 特許第７１０８７３７号公報

Y. Shibata, N. Kanazawa, M. Konishi, K. Hoshino, Y. Ohta and A. Nagate, "System Design of Gigabit HAPS Mobile Communications," in IEEE Access, vol. 8, pp. 157995-158007, 2020. Yohei Shibata, Wataru Takabatake, Kenji Hoshino, Atsushi Nagate and Tomoaki Ohtsuki, "Two-Step Dynamic Cell Optimization Algorithm for HAPS Mobile Communications", IEEE Access, vol. 10, pp.68085-68098, 2022. W. Takabatake, Y. Shibata, K. Hoshino, and T. Ohtsuki, "Time-Efficient Neural-Network-Based Dynamic Area Optimization Algorithm for High-Altitude Platform Station Mobile Communications", Future Internet 2024, vol. 16, no. 9, 332, 2024.

本開示の一態様に係るエリア最適化装置は、地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）による移動通信のサービスエリアを最適化するエリア最適化装置である。このエリア最適化装置は、前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得するデータ取得部と、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定する第１最適化部と、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する第２最適化部と、を備える。

前記エリア最適化装置において、前記データ取得部は、前記複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地形を含む地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬損失データを取得し、前記第１最適化部は、前記電波伝搬損失データに基づいて、前記サービスエリアにおける受信強度指標値が基準値以上となるエリアを最大化するように前記複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定し、前記第２最適化部は、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて、前記サービスエリアにおける受信強度指標値が基準値以上となるエリアを最大化するように前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定してもよい。

前記エリア最適化装置において、前記電波伝搬損失データは、前記サービスエリアの地形の影響による電波の遮断及び回折の少なくとも一方に起因する損失に関する伝搬損失データであり、前記受信強度指標値は、前記サービスエリアにおける端末装置の参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）であってもよい。

前記エリア最適化装置において、前記複数の上空ＰＦは複数のグループに分けられ、前記第１最適化部は、前記グループごとに、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定し、前記第２最適化部は、前記グループごとに、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦについて前記ビームパラメータの値を決定してもよい。

前記エリア最適化装置において、前記データ取得部は、前記電波伝搬特性のデータを自装置内で事前計算して取得又は外部装置から受信して取得してもよい。

本開示の他の態様に係るシステムは、前記いずれかのエリア最適化装置と、前記エリア最適化装置で前記位置又は前記数及び位置が決定された複数の上空ＰＦと、を備える。前記複数の上空ＰＦはそれぞれ、前記エリア最適化装置の前記第２最適化部で決定された前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を前記セルの形成に適用する。

前記システムにおいて、前記エリア最適化装置は、前記複数の上空ＰＦのうちいずれか一の上空ＰＦに設けられ、前記いずれか一の上空ＰＦは、前記複数の上空ＰＦのうち他の上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの値を前記他の上空ＰＦに送信する送信部を備えてもよい。

前記システムにおいて、前記複数の上空ＰＦのそれぞれと通信可能な遠隔制御装置を更に備え、前記遠隔制御装置は、前記エリア最適化装置と、前記複数の上空ＰＦのそれぞれに、前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの値を送信する送信部と、を有してもよい。

本開示の更に他の態様に係る遠隔制御装置は、地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）のそれぞれと通信可能な遠隔制御装置である。この遠隔制御装置は、いずれかのエリア最適化装置と、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦのそれぞれに、前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を送信する送信部と、を備える。

本開示の更に他の態様に係る方法は、地上のサービスエリアに向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）の最適化方法である。この最適化方法は、前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得することと、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定する第１最適化を行うことと、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する第２最適化を行うことと、を含む。

本開示の更に他の態様に係るプログラムは、地上のサービスエリアに向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）のそれぞれと通信可能な遠隔制御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、前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得するためのプログラムコードと、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定するためのプログラムコードと、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定するためのプログラムコードと、を含む。

前記プログラムの全部又は一部は、機械学習によって作成された学習済モデルを含んでもよい。

図１は、実施形態に係る上空ＰＦ（ＨＡＰＳ）で形成される複数のセルからなるサービスエリアの一例を示す説明図である。 図２（ａ）は、３個のセルで構成されるサービスエリアにおけるエリア最適化制御を適用する前のセルの配置及びユーザ端末分布の一例を示す説明図である。図２（ｂ）は、同エリア最適化制御を適用した後のセルの配置の一例を示す説明図である。 図３は、エリア最適化制御に用いるビームパラメータ（アンテナパラメータ）としてのアンテナチルト角、水平半値幅及び垂直半値幅の一例を示す説明図である。 図４は、上空ＰＦ（ＨＡＰＳ）のサービスエリアにおける地形による電波の遮蔽及び回折の一例を示す説明図である。 図５は、上空ＰＦ（ＨＡＰＳ）を山間部の上空に配置した場合の地形の影響を考慮したユーザ端末の参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）ヒートマップの一例を示す説明図である。 図６は、実施形態に係る通信システムにおける複数の上空ＰＦ（ＨＡＰＳ）の配置の一例を示す説明図である。 図７は、実施形態に係る通信システムに備えるエリア最適化装置におけるサービスエリアの地形を含む地理的特徴を考慮したエリア最適化制御の一例を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係る通信システムに備えるエリア最適化装置の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。なお、図面の各図は本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、位置関係、対応関係、構成、処理、工程、手順などを概略的に示してあるに過ぎず、従って、本開示は各図で例示された形状、大きさ、位置関係、対応関係、構成、処理、工程、手順のみに限定されるものではない。また、本開示において例示する数値は好適な例に過ぎず、従って、本開示は例示された数値に限定されるものではない。

本書に記載された実施形態に係るシステムは、地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）による移動通信のサービスエリアを最適化するエリア最適化装置を備える通信システムである。本実施形態のエリア最適化装置は、複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、サービスエリアの地理的特徴（例えば、地形）に基づき、配置候補点とサービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータ（例えば、伝搬損失データ）を取得し、その電波伝搬特性のデータに基づいて第１最適化及び第２最適化の２段階の最適化を行う。第１最適化では、電波伝搬特性のデータに基づいて、サービスエリアに向けてセルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定する。第２最適化では、電波伝搬特性のデータに基づいて、第１最適化で位置又は数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦについてセルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する。第１最適化及び第２最適化の２段階の最適化により、地形の影響によって電波の遮断や回折による損失が生じる広域のサービスエリアのカバレッジを拡大する最適化を行うことができるとともに、サービスエリアの最適化のための計算量を削減することができる。

図１は、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である。なお、本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置（以下「ＵＥ」という。）６１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ＵＥ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、通信システムは、例えば、上空プラットフォームを構成する上空中継型の通信中継装置（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、上空中継型、上空滞在型又は空中浮揚型の通信中継装置であり、所定高度の空域に位置して、対象のサービスエリア２０Ａに向けた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。なお、図１では、単一のＨＡＰＳ１０を上空に配置した構成例を図示しているが、本実施形態の通信システムは、２以上の複数のＨＡＰＳ１０を上空に配置した場合にも適用できる。

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飛行体又は浮揚体の機体１００に、中継通信局１１０が搭載されたものである。ＨＡＰＳ１０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。

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、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）の空域であってもよい。

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ＵＥ６１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。

ＨＡＰＳ１０は、上空に位置する飛行体又は浮揚体等の機体１００に設けられた中継通信局１１０のサービスリンクアンテナ（「ＳＬアンテナ」ともいう。）１１１を介してＵＥ６１と無線通信する。ＨＡＰＳ１０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。ＨＡＰＳ１０は、図示のソーラープレーン型のＨＡＰＳのほか、飛行船型のＨＡＰＳであってもよい。また、中継通信局１１０が設けられるＨＡＰＳ１０は、人工衛星（例えば、通信衛星）、気球、又は、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、ＨＡＰＳ１０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１１０は、サービスリンク用アンテナ（ＳＬアンテナ）１１１とフィーダリンク用アンテナ（以下「ＦＬアンテナ」ともいう。）１１２と、を備える。中継通信局１１０は、ＳＬアンテナ１１１を介して、ＵＥ６１と間でサービスリンクＳＬの通信を行うことができる。ＳＬアンテナ１１１は、例えば、対象のサービスエリア２０Ａに複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）を形成する複数のビームのそれぞれについてビームの方向及び幅を制御することができるビームフォーミング制御可能なアレイアンテナである。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２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）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。また、複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）が地上（又は海上など）に到達した複数の通信エリアがフットプリント２０Ｆ（１）～２０Ｆ（７）である。

なお、図示の例では、ＳＬアンテナ１１１を介して７個のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）を形成する場合を示しているが、セル２０Ｃの数は単数でもよいし、２個～６個でもよいし、８個以上であってもよい。

ＳＬアンテナ１１１は、例えば、複数のアンテナ素子が２次元的に又は３次元的に配列され、地上に向けて複数のビームを形成可能な単数又は複数のアレイアンテナである。ＳＬアンテナ１１１は、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ビーム指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。

中継通信局１１０は、ＦＬアンテナ１１２を介して、地上（又は海上等）に設けられたＨＡＰＳ用のゲートウェイ装置（「フィーダ局」ともいう。以下「ＧＷ局」という。）７０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１１２は、例えば指向性（指向性ビームの方向）を制御できるアレイアンテナである。ＦＬアンテナ１１２は、例えば、複数のアンテナ素子が２次元的に又は３次元的に配列された単数又は複数のアレイアンテナである。ＦＬアンテナ１１２は、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。図中のフィーダリンクＦＬ（Ｆ）は、ＧＷ局７０からＨＡＰＳ１０を経由してＵＥ６１に向かうフォワードリンクであり、フィーダリンクＦＬ（Ｒ）は、ＵＥ６１からＨＡＰＳ１０を経由してＧＷ局７０に向かうリバースリンクである。

ＨＡＰＳ１０の機体１００に搭載された中継通信局１１０は、送受信信号を再生せずに中継するリピータ型の中継通信局でもよいし、又は、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を有する基地局型の中継通信局であってもよい。

リピータ型の中継通信局１１０は、ＧＷ局７０からなるリピータ親機に対応するリピータ子機として機能し、例えば、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」ともいう。）である。下り回線では、中継通信局１１０は、基地局装置８０からＧＷ局７０を介して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、ＵＥ６１に送信する。一方、上り回線では、中継通信局１１０は、ＵＥ６１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、ＧＷ局７０を介して基地局装置８０に送信する。

リピータ型の中継通信局１１０は、例えば、リピータと周波数変換装置とを有する。リピータは、例えば、ＳＬアンテナ１１１を介して受信したサービスリンクＳＬの受信信号を増幅する低ノイズ増幅器、ＳＬアンテナ１１１を介して送信するサービスリンクＳＬの送信信号を増幅する電力増幅器等を有する。周波数変換装置は、サービスリンクＳＬ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。

基地局型の中継通信局１１０は、基地局装置と周波数変換装置を有する。基地局装置は、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、ＧＷ局７０を経由するバックホール回線を介して移動通信網９０のコアネットワークと通信するための通信インターフェース部等を有する。周波数変換装置は、中継通信局１１０内の基地局装置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１１２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。

なお、以下に示す実施形態では、ＨＡＰＳ１０の機体１００に搭載された中継通信局１１０がリピータ型の中継通信局（リピータ子機）である場合について主に説明する。

ＵＥ（ユーザ装置）６１は、地上又は海上などでユーザが使用する端末装置である。ＵＥ６１は、例えば、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、移動局、移動機、携帯型の通信端末とも呼ばれる。ＵＥ６１は、自動車等の車両、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。

ＨＡＰＳ１０は、内部に組み込まれたコンピュータ又はプロセッサ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１１０での処理及び制御を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０は、後述のエリア最適化制御を自律的に行うことができる。また、ＨＡＰＳ１０は、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）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１１０での処理及び制御を自律制御してもよい。

ＨＡＰＳ１０の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳ１０に組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサ、慣性センサなどの出力に基づいて取得してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０の位置及び姿勢の情報は、ＨＡＰＳ１０に組み込んだＧＮＳＳシステムと慣性測定ユニット（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）とを組み合わせたＧＮＳＳ慣性航法システム（ＧＮＳＳ／ＩＮＳ）の出力に基づいて取得してもよい。

また、ＨＡＰＳ１０の浮揚移動（飛行）や中継通信局１１０での処理及び制御は、移動通信網９０の通信センター等に設けられた遠隔制御装置９５によって制御できるようにしてもよい。遠隔制御装置９５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。ＨＡＰＳ１０は、遠隔制御装置９５からの制御情報を受信したり遠隔制御装置９５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、遠隔制御装置９５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。

遠隔制御装置９５は、例えば、ＨＡＰＳ１０と連携することにより後述のエリア最適化制御を行ってもよい。

また、ＨＡＰＳ１０は、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や中継通信局１１０での処理に関する情報、ＨＡＰＳ１０の位置情報、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などの監視情報を、遠隔制御装置９５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、ＨＡＰＳの目標飛行ルート情報を含んでもよい。監視情報は、ＨＡＰＳ１０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、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。

中継通信局１１０とＵＥ６１との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、中継通信局１１０とＵＥ６１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ＵＥ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ＵＥ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ＵＥ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。

上記構成の通信システムにおいて、例えば基地局装置８０からの信号がＧＷ局７０及びＨＡＰＳ１０で中継され、地上のＵＥ６１に通信サービスを提供することができる。特に、本実施形態の通信システムによれば、上空プラットフォームとして機能する上空中継型の通信中継装置としてのＨＡＰＳ１０により、高度１８［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下（特に２０［ｋｍ］程度）の成層圏から直接地上のＵＥ（携帯端末）６１等に超広域の移動通信サービスを提供することができる。また、ＨＡＰＳ１０からなる上空プラットフォームは、大規模災害等を用途とした新たな通信プラットフォームとして注目されている。

上記上空の通信プラットフォームとしてのＨＡＰＳ１０のカバーエリアは非常に広域であり、ＵＥ（ユーザ）６１の分布は一様でない。また、大規模災害時には平時と異なる通信トラフィックの需要が発生する。本実施形態の通信システムでは、その時々のＵＥ分布（ユーザ分布）に応じて動的にＨＡＰＳ１０のＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータを最適化するエリア最適化を行う。

図１の通信システムの例では、ＨＡＰＳ１０等の上空プラットフォームが地上に向けて形成する複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）で構成されるサービスエリア２０Ａの全体で所望の通信品質（例えば、スループット）が得られるようにＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータを最適化するエリア最適化を行う。例えば、複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）でサービスエリア２０ＡをカバーするＨＡＰＳ１０等の上空プラットフォームにおいて、人口分布（又は、ユーザ分布、ＵＥ分布等）に応じて各セルのビームの方向や幅を最適化する動的なエリア最適化制御を行う。

上記動的なエリア最適化制御では、例えば、サービスエリア２０Ａを複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（７）で構成する複数セル構成において、人口分布やトラフィック分布に応じてサービスエリア全体の通信容量やカバレッジエリアが最大化されるように各セルの配置を最適化する。最適化制御アルゴリズムとしては、例えば遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）やニューラルネットワーク（ＮＮ）を用いることができる（前述の非特許文献１～３参照）。

例えば、図２（ａ）に示すようにエリア最適化制御を適用しないでサービスエリアに複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（３）を均一に分布させるように形成する場合、図中のＵＥ（ユーザ）６１の密集エリアにおけるカバレッジ及び通信容量が低下するおそれがある。一方、図２（ｂ）では、サービスエリア２０Ａにおける人口分布等にビッグデータに基づいて、複数のセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（３）のそれぞれに対するビームの方向や幅を最適化するエリア最適化制御を適用している。このようにエリア最適化制御を適用することにより、サービスエリアのＵＥ（ユーザ）６１の密集エリアを集中的にカバーするようにセル２０Ｃ（１）～２０Ｃ（３）の位置を制御することにより、ＵＥ（ユーザ）６１の密集エリアにおける通信容量の低下を抑えることができる。これにより、移動通信のサービスエリアにおけるカバレッジ及び通信容量の最大化を行うことができる。

[アンテナパラメータ（各セルのビームパラメータ）]
エリア最適化制御では、例えば、複数個（Ｎ個）のセルで構成されるエリアのエリア最適化において、エリア内の任意のｉ番目のセルｉに対する複数種類のアンテナパラメータとして、次の４種類のアンテナパラメータＡ～Ｄを定義して用い、合計４Ｎ個のアンテナパラメータを最適化する。
Ａ．チルト角θ_{ｔｉｌｔ，ｉ}
Ｂ．垂直半値幅θ_{３ｄＢ，ｉ}
Ｃ．水平半値幅φ_{３ｄＢ，ｉ}
Ｄ．セルの水平指向方向ω_ｉ

図３に示すように、チルト角θ_{ｔｉｌｔ，ｉ}は、ＨＡＰＳ１０のＳＬアンテナ１１１から対象のｉ番目のセル２０Ｃ（ｉ）の中心に向かうベクトルＶｃの水平方向Ｈからの角度である。垂直半値幅θ_{３ｄＢ，ｉ}は、ｉ番目のセル２０Ｃ（ｉ）の中心に向かうベクトルＶｃを含む垂直面Ｐ_Ｖにおいてビームの利得が主ビーム中央の最大利得から３ｄＢ減少した２点間の角度幅である。水平半値幅φ_{３ｄＢ，ｉ}は、ｉ番目のセル２０Ｃ（ｉ）の中心に向かうベクトルＶｃを含む水平面Ｐ_Ｈにおいてビームの利得が主ビーム中央の最大利得から３ｄＢ減少した２点間の角度幅である。

また、ｉ番目のセルの水平指向方向ω_ｉは、ＨＡＰＳ１０のＳＬアンテナ１１１の位置を基準点として含む水平面において、所定の基準水平方向Ｈｓを基準にして、上記基準点から対象のセルの中心を通る方向の角度である。

[ＨＡＰＳの動的セル制御における課題]
一般的なＨＡＰＳの動的セル制御では、ＨＡＰＳと地上との間に障害物がないこと（自由空間損失）を前提に１機のＨＡＰＳでエリア最適化のシミュレーションを行うことができる。また、中継通信局を搭載したドローンを用いたエリア最適化では、建物などの障害物が多い都市部に対応するため、建物侵入損失を考慮した例がある（文献：G. Liu, H. Shakhatreh, A. Khreishah, X. Guo and N. Ansari, "Efficient Deployment of UAVs for Maximum Wireless Coverage Using Genetic Algorithm," IEEE 39th Sarnoff Symposium, Newark, NJ, USA, 2018, pp. 1-6.参照）

本実施形態の通信システムのように成層圏等の高い高度に位置するＨＡＰＳ１０の場合、図４に示すように山岳Ｍ等の地形による電波の遮蔽や回折損失の影響を受ける。そのため、図５に示すようにＨＡＰＳ１０からの電波が地形による遮蔽や回折損失の影響を受け、地上のＵＥ６１における参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）にばらつきが発生する。

本実施形態の通信システムにおいて、地形の影響があるエリアでのカバレッジの拡大には、例えば図６に例示するように複数のＨＡＰＳ１０を配置し、その複数のＨＡＰＳ１０の間でＨＡＰＳ１０の位置及びセル形成のビームの協調を行って動的なエリア最適化を行う必要がある。しかしながら、複数のＨＡＰＳ１０の協調による動的なエリア最適化を行う場合、複数のＨＡＰＳ１０の位置及びビーム・パラメータ（アンテナパラメータ）の組み合わせが膨大となり、エリア最適化の最適解を探索することが難しい。

例えば、ＨＡＰＳ１０の配置場所の候補数を「Ｐ」、ＨＡＰＳ１０の数を「Ｈ」、ビームパラメータ（アンテナパラメータ）の値の候補数を「Ｂ」、セル２０Ｃの数を「Ｃ」とすると、複数のＨＡＰＳ１０の位置及びビームパラメータ（アンテナパラメータ）の値の組み合わせの総数は、次の（１）式に示すように膨大な数になる。

例えば、ＨＡＰＳ１０の配置場所の候補数Ｐ＝１０００、ＨＡＰＳ１０の数Ｈ＝１０、ビームパラメータ（アンテナパラメータ）の値の候補数Ｂ＝１００、セル２０Ｃの数Ｃ＝６とすると、Ｐ^Ｈ＝１０^３０及びＢ^Ｃ×Ｈ＝１０^１２０になり、上記（１）式の組み合わせ総数は１０^１５０になる。

そこで、本実施形態では、複数のＨＡＰＳ１０の位置を最適化する第１最適化（位置最適化）と、複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれのビームパラメータ（アンテナパラメータ）を最適化する第２最適化（ビーム最適化）を、２段階で実施している。このように第１最適化（位置最適化）及び第２最適化（ビーム最適化）をその順に２段階で実施することで、広域のサービスアリア１０Ａについてのエリア最適化の全体の探索範囲を削減している。第１最適化（位置最適化）及び第２最適化（ビーム最適化）を２段階で実施する場合の探索範囲の組み合わせの総数は、次の（２）式に示す数になる。

例えば、前述と同様に、ＨＡＰＳ１０の配置場所の候補数Ｐ＝１０００、ＨＡＰＳ１０の数Ｈ＝１０、ビームパラメータ（アンテナパラメータ）の値の候補数Ｂ＝１００、セル２０Ｃの数Ｃ＝６とすると、エリア最適化の２段階実施の場合の上記（２）式の組み合わせ総数は約１０^１２０になり、前述のエリア最適化の一括実施の場合の上記（１）式の組み合わせ総数の１０^３０分の１程度まで削減することができる。

上記第１最適化（位置最適化）は、例えば、複数のＨＡＰＳ１０の数を最小限にしつつ地上のＵＥ６１における下りリンクでのＲＳＲＰが基準値以上となるエリアを最大化するように行う。また、上記第２最適化（ビーム最適化）は、上記第１最適化（位置最適化）で最適化された複数のＨＡＰＳ１０の位置に対して、地上のＵＥ６１における下りリンクのＳＩＮＲ（信号対雑音比）が基準値以上となるエリアを最大化するように行う。

図７は、実施形態に係る通信システムに備えるエリア最適化装置におけるサービスエリアの地形を含む地理的特徴を考慮したエリア最適化制御の一例を示すフローチャートである。図７において、エリア最適化制御Ｓ１００は、電波伝搬特性データ取得Ｓ１１０と、複数ＨＡＰＳのエリア最適化Ｓ１２０と、実環境への適用Ｓ１３０とを含む。

電波伝搬特性データ取得Ｓ１１０では、複数のＨＡＰＳ１０を配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、サービスエリアの地理的特徴（例えば地形）に基づき、配置候補点とサービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得する。例えば、ＨＡＰＳ１０の配置候補点の全部に対して、地形の影響を考慮したモデル（例えば、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ－Ｒ）の勧告（ITU-R Recommendation pp. 452-18, 2023.）参照）から、ＨＡＰＳ１０の配置候補点からサービスエリアの各地点までの電波伝搬損失データを取得する。

複数ＨＡＰＳのエリア最適化Ｓ１２０は、複数のＨＡＰＳ１０の位置の最適化を行う第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１と、第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１で最適化された複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれについてビームパラメータ（アンテナパラメータ）を最適化する第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２とを含む。

第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１では、前述の電波伝搬特性データ取得Ｓ１１０で取得した複数の配置候補点についての電波伝搬特性のデータ（例えば、伝搬損失データ）に基づいて、所定の目的関数について探索アルゴリズムを実施する。探索アルゴリズムとしては、例えば、Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｔアルゴリズム、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）、強化学習などを用いることができる。上記Ｆｉｒｓｔ Ｆｉｔ アルゴリズムは、ビン詰め問題（与えられた荷物をビン（箱やコンテナなど）に詰め込むときに必要なビンの本数を最小にする問題）に使用されるアルゴリズムの一種であり、面積が大きいものから優先して埋めるアルゴリズムである。第１最適化の目的関数は、例えば、ＨＡＰＳ１０の数を最小限にし、かつ、地上のＵＥ６１における下りリンクのＲＳＲＰが基準値以上となるエリアを最大化する関数である。ここで、ＨＡＰＳ同士のエリアの重複は一定値以下であれば許容してもよい。

第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２では、第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１で位置を決定した複数のＨＡＰＳ１０のＳＬアンテナ１１１からの一又は複数のビームを調整し干渉を削減するように、探索アルゴリズムでアンテナパラメータの値を探索して決定する。探索アルゴリズムとしては、例えば、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）、強化学習などを用いることができる。第２最適化における目的関数は、例えば、地上のＵＥ６１における下りリンクのＳＩＮＲが基準値以上となるエリアを最大化する関数である。

なお、サービスエリア上に配置する対象のＨＡＰＳ１０の数が多い場合（例えば、ＨＡＰＳ１０の数が基準値よりも多い場合）は、複数のＨＡＰＳ１０を複数のグループに分け、グループごとに、前述の第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１及び第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２を行ってもよい。例えば、第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１では、前記グループごとに、電波伝搬特性のデータ（例えば伝搬損失データ）に基づいて、複数のＨＡＰＳ１０の位置又は複数のＨＡＰＳ１０の数及び位置の両方を決定する。また例えば、第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２では、前記グループごとに、電波伝搬特性のデータ（例えば伝搬損失データ）に基づいて、第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１で決定した複数のＨＡＰＳ１０についてビームパラメータの値を決定する。
なお、上記複数のＨＡＰＳ１０のグループ分けは、例えば、サービスエリアの地理的特徴（例えば地形）や電波伝搬の傾向などから行ってもよい。

実環境への適用Ｓ１３０において、複数のＨＡＰＳ１０はそれぞれ、第１最適化（位置最適化）Ｓ１２１及び第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２で決定された複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれに対応する最適化後のビームパラメータ（アンテナパラメータ）の設定値をセルの形成に適用する。例えば、複数のＨＡＰＳ１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ１０に対応する最適化後のアンテナパラメータの設定値をＳＬアンテナ１１１に適用する。

図８は、実施形態に係る通信システムに備えるエリア最適化装置３０の構成例を示すブロック図である。図８において、エリア最適化装置３０は、データ取得部３１０と第１最適化部３２０と第２最適化部３３０とを備える。

データ取得部３１０は、複数のＨＡＰＳ１０を配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、サービスエリア２０Ａの地理的特徴（例えば、地形）に基づき、配置候補点とサービスエリア２０Ａとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータ（例えば、伝搬損失データ）を取得する。データ取得部３１０は、取得した電波伝搬特性のデータを第１最適化部３２０に出力する。第１最適化部３２０は、データ取得部３１０から入力された電波伝搬特性のデータ（例えば、伝搬損失データ）に基づいて、サービスエリア２０Ａに向けてセルを形成する複数のＨＡＰＳ１０の位置又は複数のＨＡＰＳ１０の数及び位置の両方を決定する。第１最適化部３２０は、決定したＨＡＰＳ１０の位置等の情報を第２最適化部３３０に出力する。第２最適化部３３０は、データ取得部３１０から入力された電波伝搬特性のデータ（例えば、伝搬損失データ）に基づいて、第１最適化部３２０で数及び位置の両方を決定した後の複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれについてセル２０Ｃの形成に用いるビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を決定する。

例えば、データ取得部３１０は、前記複数の配置候補点のそれぞれについて、サービスエリア２０Ａの地形を含む地理的特徴に基づき、配置候補点とサービスエリア２０Ａとの間の電波伝搬路の電波伝搬損失データを取得する。ここで、データ取得部３１０は、電波伝搬損失データ等の電波伝搬特性のデータをエリア最適化装置（自装置）内で事前計算して取得又は外部装置（例えば、サーバ、遠隔制御装置９５など）から受信して取得してもよい。

また例えば、第１最適化部３２０は、データ取得部３１０で取得した電波伝搬損失データに基づいて、サービスエリア２０Ａにおける受信強度指標値（例えば、ＲＳＲＰ）が基準値以上となるエリアを最大化するように複数のＨＡＰＳ１０の位置又は複数のＨＡＰＳ１０の数及び位置の両方を決定する。ここで、前記電波伝搬損失データは、例えば、サービスエリア２０Ａの地形の影響による電波の遮断及び回折の少なくとも一方に起因する損失に関する伝搬損失データである。また、前記受信強度指標値は、サービスエリア２０ＡにおけるＵＥ６１の参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）である。

また例えば、第２最適化部３３０は、第１最適化部３２０で位置又は数及び位置の両方を決定した後の複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれについて、サービスエリア２０Ａにおける受信強度指標値（ＲＳＲＰ）が基準値以上となるエリアを最大化するようにセル２０Ｃの形成に用いるビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を決定する。

また、複数のＨＡＰＳ１０が複数のグループに分けられている場合、第１最適化部３２０及び第２最適化部３３０は、グループごとに最適化を行ってもよい。例えば、第１最適化部３２０は、グループごとに、この場合、第１最適化部３２０は、グループごとに、電波伝搬特性のデータ（例えば、電波伝搬損失データ）に基づいて、複数のＨＡＰＳ１０の位置又は複数のＨＡＰＳ１０の数及び位置の両方を決定する。また例えば、第２最適化部３３０は、前記グループごとに、電波伝搬特性のデータ（例えば、電波伝搬損失データ）に基づいて、第１最適化部３２０で位置又は数及び位置の両方を決定した後の複数のＨＡＰＳ１０についてビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を決定してもよい。

なお、本実施形態の通信システムは、エリア最適化装置３０と、エリア最適化装置３０で位置又は数及び位置が決定された複数のＨＡＰＳ１０とを備えてもよい。複数のＨＡＰＳ１０はそれぞれ、エリア最適化装置３０の第２最適化部３３０で決定されたＨＡＰＳ１０に対応するビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の設定値をセルの形成に適用する。

また、図８のエリア最適化装置３０は、複数のＨＡＰＳ１０のうちいずれか一のＨＡＰＳ１０に設けてもよい。この場合、エリア最適化装置３０が設けられた一のＨＡＰＳ１０は、エリア最適化装置３０による最適化後の当該一のＨＡＰＳ（自装置）１０に対応するビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を用いてセル２０Ｃの形成を行う。また、エリア最適化装置３０は、最適化後の他のＨＡＰＳ１０に対応するビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を当該他のＨＡＰＳ１０に送信する送信部３５を備える。当該他のＨＡＰＳ１０は、前記エリア最適化装置３０が設けられた一のＨＡＰＳ１０から受信した最適化後のビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を用いてセル２０Ｃの形成を行う。

また、図８のエリア最適化装置３０は、複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれと通信可能な遠隔制御装置９５に設けてもよい。この場合、エリア最適化装置３０が設けられた遠隔制御装置９５は、複数のＨＡＰＳ１０のそれぞれに対し、最適化後のＨＡＰＳ１０に対応するビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を送信する送信部３５を備える。各ＨＡＰＳ１０は、遠隔制御装置９５から受信した最適化後のビームパラメータ（例えば、ＳＬアンテナ１１１のアンテナパラメータ）の値を用いてセル２０Ｃの形成を行う。

なお、本実施形態において、エリア最適化装置３０における電波伝搬特性のデータの取得、第１最適化（位置最適化）及び第２最適化（ビーム最適化）Ｓ１２２を含むエリア最適化制御は、任意のタイミングにおこなってもよい。例えば、エリア最適化制御は、通信システムの運用開始前のシステム設計時、通信システムの運用開始時、通信システムの運用開始後の定期的なタイミング、いずれかのＨＡＰＳ１０のＳＬアンテナ１１１の構成を変更したとき、などに行ってもよい。また、本実施形態における前記エリア最適化制御は、サービスエリア２０Ａの地形等の地理的特徴が変化したとき、サービスエリア２０Ａの全体で所望の通信品質（例えば、スループット）が低下したときに行ってもよい。

以上、本実施形態によれば、地形の影響によって電波の遮断や回折による損失が生じる広域のサービスエリア２０Ａでのカバレッジを拡大する最適化を行うことができる。しかも、その最適化を、上空ＰＦの位置又は上空ＰＦの数及び位置の両方に関する第１最適化と上空ＰＦにおけるビームフォーミングのためのアンテナパラメータに関する第２最適化の２段階の最適化に分けて行っているため、サービスエリア２０Ａの最適化のための計算量を削減することができる。

また、本発明は、高度２０ｋｍ程度の成層圏などから地上の端末装置に超広域の移動通信サービスを提供することができる大規模災害等を用途とした新たな通信プラットフォームを構築できるため、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。

なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ等の上空ＰＦ及び遠隔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、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、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）、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。

１０ ：ＨＡＰＳ（上空ＰＦ）
２０Ａ ：サービスエリア
２０Ｃ ：セル
２０Ｆ ：フットプリント
３０ ：エリア最適化装置
３５ ：送信部
６１ ：ＵＥ（端末装置）
７０ ：ＧＷ局
７１ ：無線中継装置
８０ ：基地局装置
９０ ：移動通信網（コアネットワーク）
９５ ：遠隔制御装置
１００ ：機体
１１０ ：中継通信局
１１１ ：サービスリンク用アンテナ（ＳＬアンテナ）
３１０ ：データ取得部
３２０ ：第１最適化部
３３０ ：第２最適化部

Claims (11)

1. 地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）による移動通信のサービスエリアを最適化するエリア最適化装置であって、
   前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得するデータ取得部と、
   前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定する第１最適化部と、
   前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する第２最適化部と、
   を備える、ことを特徴とするエリア最適化装置。
2. 請求項１のエリア最適化装置において、
   前記データ取得部は、前記複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地形を含む地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬損失データを取得し、
   前記第１最適化部は、前記電波伝搬損失データに基づいて、前記サービスエリアにおける受信強度指標値が基準値以上となるエリアを最大化するように前記複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定し、
   前記第２最適化部は、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて、前記サービスエリアにおける受信強度指標値が基準値以上となるエリアを最大化するように前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する、
   ことを特徴とするエリア最適化装置。
3. 請求項２のエリア最適化装置において、
   前記電波伝搬損失データは、前記サービスエリアの地形の影響による電波の遮断及び回折の少なくとも一方に起因する損失に関する伝搬損失データであり、
   前記受信強度指標値は、前記サービスエリアにおける端末装置の参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）である、
   ことを特徴とするエリア最適化装置。
4. 請求項１のエリア最適化装置において、
   前記複数の上空ＰＦは複数のグループに分けられ、
   前記第１最適化部は、前記グループごとに、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定し、
   前記第２最適化部は、前記グループごとに、前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化部で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦについて前記ビームパラメータの値を決定する、
   ことを特徴とするエリア最適化装置。
5. 請求項１のエリア最適化装置において、
   前記データ取得部は、前記電波伝搬特性のデータを自装置内で事前計算して取得又は外部装置から受信して取得する、
   ことを特徴とするエリア最適化装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかのエリア最適化装置と、
   前記エリア最適化装置で前記位置又は前記数及び位置が決定された複数の上空ＰＦと、を備え、
   前記複数の上空ＰＦはそれぞれ、前記エリア最適化装置の前記第２最適化部で決定された前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を前記セルの形成に適用する、
   ことを特徴とするシステム。
7. 請求項６のシステムにおいて、
   前記エリア最適化装置は、前記複数の上空ＰＦのうちいずれか一の上空ＰＦに設けられ、
   前記いずれか一の上空ＰＦは、前記複数の上空ＰＦのうち他の上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を前記他の上空ＰＦに送信する送信部と、
   を備える、ことを特徴とするシステム。
8. 請求項６のシステムにおいて、
   前記複数の上空ＰＦのそれぞれと通信可能な遠隔制御装置を更に備え、
   前記遠隔制御装置は、
   前記エリア最適化装置と、
   前記複数の上空ＰＦのそれぞれに、前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を送信する送信部と、を有する、
   ことを特徴とするシステム。
9. 地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）のそれぞれと通信可能な遠隔制御装置であって、
   請求項１乃至５のいずれかのエリア最適化装置と、
   前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦのそれぞれに、前記上空ＰＦに対応する前記ビームパラメータの設定値を送信する送信部と、
   を備える、ことを特徴とする遠隔制御装置。
10. 地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）による移動通信のサービスエリアを最適化する最適化方法であって、
    前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得することと、
    前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定する第１最適化を行うことと、
    前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記第１最適化で前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定する第２最適化を行うことと、
    を含む、ことを特徴とする最適化方法。
11. 地上に向けて一又は複数のセルを形成するようにビームフォーミング制御可能な中継通信局のアンテナを搭載した複数の上空ＰＦ（プラットフォーム）による移動通信のサービスエリアを最適化するエリア最適化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、
    前記複数の上空ＰＦを配置可能な上空の複数の配置候補点のそれぞれについて、前記サービスエリアの地理的特徴に基づき、前記配置候補点と前記サービスエリアとの間の電波伝搬路の電波伝搬特性のデータを取得するためのプログラムコードと、
    前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記サービスエリアに向けて前記セルを形成する複数の上空ＰＦの位置又は前記複数の上空ＰＦの数及び位置の両方を決定するためのプログラムコードと、
    前記電波伝搬特性のデータに基づいて、前記位置又は前記数及び位置の両方を決定した後の複数の上空ＰＦのそれぞれについて前記セルの形成に用いるビームパラメータの値を決定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。