KR102121164B1 - 제5세대 통신의 3차원화 네트워크를 구축하는 haps간 통신 및 대용량 다셀 haps - Google Patents

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Abstract

제5세대 이동 통신 등에 있어서 IoT 전용 디바이스를 포함하는 단말 장치와의 사이의 무선 통신의 전반 지연이 낮고, 광범위의 다수의 단말 장치와 동시에 접속할 수 있고, 고속 통신 가능하고, 단위 면적당의 시스템 용량이 큰 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 구축할 수 있는 로버스트성이 뛰어난 통신 시스템을 제공한다. 통신 시스템은, 지상 기지국과 단말 장치와의 무선 통신을 중계하는 복수의 무선 중계국을 구비한다. 복수의 무선 중계국은, 자율 제어 또는 외부로부터의 제어에 의해 고도가 100[km] 이하인 부양 공역에 위치하도록 제어되는 부양체에 설치되고 서로 통신 가능한 복수의 제1 무선 중계국과 고도가 100[km] 이하인 부양 공역에 위치하도록 지상 또는 해상에 계류된 부양체에 설치되고 복수의 제1 무선 중계국과 지상 기지국과의 통신을 중계하는 제2 무선 중계국을 포함한다.

Description

제5세대 통신의 3차원화 네트워크를 구축하는 HAPS간 통신 및 대용량 다셀 HAPS
본 발명은 제5세대 통신의 3차원화 네트워크를 구축하는 HAPS간 통신 및 대용량 다셀(multi-cell) HAPS에 관한 것이다.
종래, 이동 통신 시스템의 통신규격인 3GPP의 LTE(Long Term Evolution)－Advanced(비특허 문헌 1 참조)를 발전시킨 LTE－Advanced Pro로 불리는 통신규격이 알려져 있다(비특허 문헌 2 참조). 이 LTE－Advanced Pro에서는, 근년의 IoT(Internet of Things) 대상 디바이스에의 통신을 제공하기 위한 사양이 책정되었다. 또한, IoT 전용 디바이스 등의 다수의 단말 장치(「UE(사용자 장치)」, 「이동국」, 「통신 단말」이라고도 한다.)에의 동시에 접속이나 저지연화 등에 대응하는 제5세대의 이동 통신이 검토되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 3 참조).
3GPPTS36. 300V10. 12. 0(2014－12). 3GPPTS36. 300V13. 5. 0(2016－09). G.Romano, 「3GPPRAN progresson "5G"」, 3GPP, 2016.
상기 제 5세대 이동 통신 등에 있어서 IoT 전용 디바이스를 포함하는 단말 장치와의 사이의 무선 통신에서, 전반 지연이 낮고, 광범위의 다수의 단말과 동시에 접속할 수 있고, 고속 통신 가능하고, 단위 면적당의 시스템 용량이 큰 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 실현할 수가 있는 로버스트성(robust property)이 뛰어난 통신 시스템을 제공하고 싶다고 하는 과제가 있다.
본 발명의 한 종류와 관련되는 통신 시스템은, 단말 장치와의 무선 통신을 중계하는 복수의 무선 중계국을 구비하는 통신 시스템으로서, 상기 복수의 무선 중계국은, 지상 또는 해상의 소정의 셀 형성 목표 공역에 단말 장치와 무선 통신 가능한 3차원 셀을 형성하고, 자율 제어 또는 외부로부터의 제어에 의해 고도가 100[km] 이하인 부양 공역(空域)에 위치하도록 제어되는 제1 부양체에 설치되고, 무선 중계국 간의 직접적인 무선 통신 또는 간접적인 무선 통신에 의한 서로 통신 가능한 복수의 제1 무선 중계국과, 지상 또는 해상의 소정의 셀 형성 목표 공역에 단말 장치와 무선 통신 가능한 3차원 셀을 형성하고, 고도가 100[km]이하 부양 공역에 위치하는 제2 부양체에 마련된 하나 또는 복수의 제2 무선 중계국을 포함하고, 상기 제2 부양체는 상기 제2 무선 중계국에 전력을 공급하는 대용량 배터리를 탑재하고 단말 장치의 밀도가 높은 고밀도 에리어 상공에 위치하고 상기 제2 무선 중계국으로부터 상기 고밀도 에리어를 향해서 3차원 셀을 형성하도록 제어되고, 상기 제1 부양체는 상기 제1 무선 중계국에 전력을 공급하는 배터리를 탑재하고 상기 고밀도 에리어보다 단말 장치의 밀도가 낮은 저밀도 에리어 상공에 위치하고 상기 제1 무선 중계국으로부터 상기 제2 부양체를 보완하여 상기 저밀도 에리어를 향해서 3차원 셀을 형성하도록 제어한다.
상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제2 부양체는 대도시부 상공에 위치하고 상기 제1 부양체는 상기 대도시부보다 단말 장치의 밀도가 낮은 교외부, 지방부 또는 바다의 상공에 위치하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제1 부양체는, 상기 제1 무선 중계국에 공급하는 전력을 발전하는 태양광 발전 패널이 설치된 날개와, 상기 날개에 설치된 회전 구동 가능한 프로펠러를 구비한 태양 전지 동력의 비행기라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제2 부양체는, 비행선 또는 기구라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계국은, 2차원 또는 3차원의 메쉬형(mesh type) 토폴러지(topology)로 이루어지는 무선 통신 네트워크를 형성해도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계국은 상기 단말 장치의 유무 혹은 밀도 또는 시간대에 따라 필요한 장소의 상공으로 이동하여 상기 단말 장치의 무선 통신을 중계하는 애드 혹 네트워크를 구축하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계국의 어느 것이 고장났을 때, 다른 무선 중계국이 백업(back-up)하여 무선 중계해도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제2 무선 중계국 또는 상기 복수의 제1 무선 중계국 중 적어도 하나의 제1 무선 중계국은 지상 또는 해상의 게이트웨이국과 통신하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제2 무선 중계국과 상기 제1 무선 중계국은 서로 무선 통신 가능한 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 복수의 제1 무선 중계국간의 통신은 레이저 광을 이용한 무선 통신이라도 좋다. 여기서, 상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 주변의 다른 제1 무선 중계국과의 사이의 상대적인 위치의 변화에 따라 상기 레이저 광의 방향 및 강도를 제어해도 좋다. 또, 상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 주변의 다른 제1 무선 중계국과의 사이의 상대적인 위치의 변화에 따라 상기 레이저 광에 의한 통신을 행하는 다른 제1 무선 중계국을 절체하도록 제어해도 좋다. 또, 상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 야간의 시간대에 상기 레이저 광의 강도를 저하시키도록 제어해도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 부양체의 부양 이동 및 상기 무선 중계국의 적어도 일방을 원격 제어하는 원격 제어 장치를 구비하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 원격 제어 장치는, 상기 제1 부양체에 설치된 제1 무선 중계국의 위치, 그 제1 무선 중계국에 의해 형성되는 빔의 방향 및 퍼짐 각도를 제어하는 원격 조정 장치를 구비하여도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 셀 형성 목표 공역의 고도는 10[km] 이하라도 좋고, 또한 상기 셀 형성 목표 공역의 고도는 50[m] 이상이고 1[km] 이하라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제1 무선 중계국의 셀 형성 목표 공역 상단의 고도는 상기 제2 무선 중계국의 셀 형성 목표 공역 상단의 고도보다 높은 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제1 부양체는, 고도가 11[km] 이상 및 50[km] 이하의 성층권에 위치해도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 무선 중계국은 상기 3차원 셀에 재권하는 단말 장치로부터 수신한 데이터 신호에 기초하여 그 데이터 신호의 송신지를 판정하고, 그 판정 결과에 기초하여 통신 중계처를 절체 처리를 실행하는 에지 컴퓨팅부를 구비하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 무선 중계국은 상기 3차원 셀에 재권하는 다수의 단말 장치로부터 수신한 정보를 분석하는 처리를 실행하는 에지 컴퓨팅부를 구비하는 것이라도 좋다.
또, 상기 통신 시스템에 있어서, 상기 제2 부양체는 상기 고밀도 에리어 상공에 위치하도록 지상 위에 계류된 계류형의 부양체인 것이라도 좋다.
한편, 본 발명의 다른 종류와 관련되는 원격 제어 장치는, 상기 통신 시스템에서의 상기 부양체의 부양 이동 및 상기 무선 중계국 중 적어도 일방을 원격적으로 제어한다.
상기 원격 제어 장치에 있어서, 상기 제1 부양체에 마련된 제1 무선 중계국의 위치, 그 제1 무선 중계국에 의해서 형성되는 빔의 방향 및 퍼짐 각도를 제어하는 것이라도 좋다.
본 발명에 의하면, 상기 제 5세대 이동 통신 등에 있어서 IoT 전용 디바이스를 포함하는 단말 장치와의 사이의 무선 통신의 전반 지연이 낮고, 광범위의 다수의 단말 장치와 동시에 접속할 수 있고, 고속 통신 가능하고, 단위 면적당의 시스템 용량이 큰 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 실현할 수가 있는 로버스트성이 뛰어난 통신 시스템을 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 실시 형태의 통신 시스템에 이용되는 HAPS의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 실시 형태의 통신 시스템에 이용되는 HAPS의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 4는 실시 형태의 복수의 HAPS로 상공에 형성되는 무선 네트워크의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 하나의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 또 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 또 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 10은 도 9의 통신 시스템에 있어서의 계류 HAPS의 무선 중계국의 하나의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 실시 형태의 복수의 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS 및 대용량 다셀 대응의 계류 HAPS를 일본의 상공에 배치한 무선 통신 네트워크의 일례의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 12는 또 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템은, 다수의 단말 장치(「이동국」, 「이동기」 또는 「사용자 장치(UE)」라고도 한다.)에의 동시에 접속이나 저지연화 등에 대응하는 제5세대 이동 통신의 3차원화 네트워크의 실현에 적절하다. 또한 본 명세서에 개시하는 통신 시스템, 무선 중계국, 기지국, 리피터(repeater) 및 단말 장치에 적용이 가능한 이동 통신의 표준 규격은, 제5세대의 이동 통신의 표준 규격, 및 제5세대 이후의 다음다음 세대의 이동 통신의 표준 규격을 포함한다.
도 1에 나타내듯이, 통신 시스템은, 복수의 무선 중계 장치로서의 고고도 플랫폼국(platform station)(HAPS)(「고고도 의사(疑似) 위성」이라고도 한다.)(10, 20)을 구비하고, 소정 고도의 셀 형성 목표 공역(40)에, 도 중에서 해칭(hatching) 영역에서 나타내는 것 같은 3차원 셀(3차원 에리어)(41, 42)을 형성한다. HAPS(10, 20)는, 자율 제어 또는 외부로부터 제어에 의해 지면 또는 해면으로부터 100[km] 이하의 고고도의 부양 공역(이하, 간단히 「공역」이라고도 한다.)(50)에 부유하여 위치하도록 제어되는 부양체(예를 들면, 태양 전지 동력의 비행기, 비행선)에 무선 중계국이 탑재된 것이다.
HAPS(10, 20)가 위치하는 공역(50)은, 예를 들면 고도가 11[km] 이상 및 50[km] 이하의 성층권의 공역이다. HAPS(10, 20)가 위치하는 공역(50)은, 기상 조건이 비교적 안정되어 있는 고도가 15[km] 이상 및 25[km] 이하의 범위의 공역이라도 좋고, 특히 고도가 거의 20[km]인 공역이라도 좋다. 도 중의 Hrsl 및 Hrsu는 각각, 지면(GL)을 기준으로 한 HAPS(10, 20)가 위치하는 공역(50)의 하단 및 상단의 상대적인 고도를 나타내고 있다.
셀 형성 목표 공역(40)은, 본 실시 형태의 통신 시스템에 있어서의 하나 또는 복수의 HAPS로 3차원 셀을 형성하는 목표의 공역이다. 셀 형성 목표 공역(40)은, HAPS(10, 20)가 위치하는 공역(50)과 종래의 매크로 셀 기지국 등의 기지국(90)이 커버하는 지면 근방의 셀 형성 영역과의 사이에 위치하는 소정 고도 범위(예를 들면, 50[m] 이상이고 1000[m] 이하인 고도 범위)의 공역이다. 도 중의 Hcl 및 Hcu는 각각, 지면(GL)을 기준으로 한 셀 형성 목표 공역(40)의 하단 및 상단의 상대적인 고도를 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태의 3차원 셀이 형성되는 셀 형성 목표 공역(40)은, 바다, 하천 또는 호수의 상공이라도 좋다.
HAPS(10, 20)의 무선 중계국은 각각, 이동국인 단말 장치와 무선 통신하기 위한 빔(100, 200)을 지면을 향해 형성한다. 단말 장치는, 원격 조종 가능한 소형의 헬리콥터 등의 항공기인 무선 조정 무인기(60)에 조립되어 넣어진 통신 단말 모듈이라도 좋고, 비행기(65) 안에서 사용자가 사용하는 사용자 단말 장치라도 좋다. 셀 형성 목표 공역(40)에 있어서 빔(100, 200)이 통과하는 영역은 3차원 셀(41, 42)이다. 셀 형성 목표 공역(40)에 있어서 서로 이웃하게 되는 복수의 빔(100, 200)은 부분적으로 겹쳐져도 좋다.
HAPS(10, 20)의 무선 중계국은 각각, 지상 또는 해상에 설치된 중계국인 피더국(feeder station)(게이트웨이(gateway))(70)을 통해 이동 통신망(80)의 코어 네트워크에 접속되어 있다. HAPS(10, 20)와 피더국(70)과의 사이의 통신은, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신으로 행하여도 좋고, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하여도 좋다.
HAPS(10, 20)는 각각, 내부에 조립되어 넣어진 컴퓨터 등으로 구성된 제어부가 제어 프로그램을 실행함으로써, 자신의 부양 이동(비행)이나 무선 중계국에서의 처리를 자율 제어해도 좋다. 예를 들면, HAPS(10, 20)는 각각, 자신의 현재 위치 정보(예를 들면, GPS 위치 정보), 미리 기억한 위치 제어 정보(예를 들면, 비행 스케줄 정보), 주변에 위치하는 다른 HAPS의 위치 정보 등을 취득하고, 이들 정보에 기초하여 부양 이동(비행)이나 무선 중계국에서의 처리를 자율 제어해도 좋다.
또, HAPS(10, 20) 각각의 부양 이동(비행)이나 무선 중계국에서의 처리는, 이동 통신망(80)의 통신 센터 등에 설치된 통신 오퍼레이터(operator)의 원격 조정 장치(85)에 의해 제어할 수 있도록 해도 좋다. 이 경우, HAPS(10, 20)는, 원격 조정 장치(85)로부터의 제어 정보를 수신할 수 있도록 제어용 통신 단말 장치(예를 들면, 이동 통신 모듈)가 짜넣어져 원격 조정 장치(85)로부터 식별할 수 있도록 단말 식별 정보(예를 들면, IP(Internet Protocol) 주소, 전화 번호 등)를 할당할 수 있도록 해도 좋다. 제어용 통신 단말 장치의 식별에는 통신 인터페이스의 MAC 주소를 이용해도 좋다. 또, HAPS(10, 20)는 각각, 자신 또는 주변의 HAPS의 부양 이동(비행)이나 무선 중계국에서의 처리에 관한 정보나 각종 센서 등으로 취득한 관측 데이터 등의 정보를 원격 조정 장치(85) 등의 소정의 송신지에 송신하도록 해도 좋다.
셀 형성 목표 공역(40)에서는, HAPS(10, 20)의 빔(100, 200)이 통과하고 있지 않는 영역(3차원 셀(41, 42)이 형성되지 않는 영역)이 발생할 우려가 있다. 이 영역을 보완하기 위해, 도 1의 구성예와 같이, 지상측 또는 해상측으로부터 상방을 향해 방사상의 빔(beam)(300)을 형성하여 3차원 셀(43)을 형성하고 ATG(Air To Ground) 접속을 행하는 기지국(이하, 「ATG국」이라고 한다.)(30)을 구비하여도 좋다.
또, ATG국을 이용하지 않고, HAPS(10, 20)의 위치나 빔(100, 200)의 발산각(빔폭(beam width)) 등을 조정함으로써, HAPS(10, 20)의 무선 중계국이, 셀 형성 목표 공역(40)에 3차원 셀이 빠짐없이 형성되도록 셀 형성 목표 공역(40)의 상단면의 전체를 커버하는 빔(100, 200)을 형성해도 좋다.
또한, 상기 HAPS(10, 20)로 형성하는 3차원 셀은, 지상 또는 해상에 위치하는 단말 장치와의 사이라도 통신할 수 있도록 지면 또는 해면에 이르도록 형성해도 좋다.
도 2는 실시 형태의 통신 시스템에 이용되는 HAPS(10)의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 2의 HAPS(10)는 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS이다. 상면에 태양광 발전 기능을 가지는 태양광 발전부로서의 태양광 발전 패널(이하, 「태양 전지판」이라고 한다.)(102)이 설치되고 긴 방향의 양단부측이 상방을 따른 주 날개부(101)와, 주 날개부(101)의 짧은 방향의 일단연부(一端緣部)에 버스 동력계의 추진 장치로서의 복수의 모터 구동의 프로펠러(103)를 구비한다. 주 날개부(101)의 하면의 긴 방향의 2개소에는, 판 모양의 연결부(104)를 통해 미션(mission) 기기가 수용되는 복수의 기기 수용부로서의 포드(pod)(105)가 연결되어 있다. 각 포드(105)의 내부에는, 미션 기기로서의 무선 중계국(110)과 배터리(106)가 수용되어 있다. 또, 각 포드(105)의 하면측에는 이발착 때에 사용되는 차륜(107)이 설치되어 있다. 태양 전지판(102)으로 발전된 전력은 배터리(106)에 축전되고, 배터리(106)로부터 공급되는 전력에 의해 프로펠러(103)의 모터가 회전 구동되고, 무선 중계국(110)에 의한 무선 중계 처리가 실행된다.
태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10)는, 예를 들면 선회 비행을 행하거나 8자 비행을 행하거나 함으로써 양력으로 부양하고, 소정의 고도에서 수평 방향의 소정의 범위에 체재하도록 부양할 수가 있다. 또한 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10)는, 프로펠러(103)가 회전 구동되어 있지 않을 때는, 글라이더와 같이 날 수도 있다. 예를 들면, 낮 등의 태양 전지판(102)의 발전에 의해 배터리(106)의 전력이 남아 있을 때에 높은 위치로 상승하고, 야간 등의 태양 전지판(102)으로 발전할 수 없을 때에 배터리(106)로부터 모터에의 급전을 정지하여 글라이더와 같이 날 수가 있다.
도 3은 실시 형태의 통신 시스템에 이용되는 HAPS(20)의 다른 예를 나타내는 사시도이다. 도 3의 HAPS(20)는, 무인 비행선 타입의 HAPS이며, 유료 하중이 크기 때문에 대용량의 배터리를 탑재할 수가 있다. HAPS(20)는, 부력으로 부양하기 위한 헬륨 가스 등의 기체가 충전된 비행선 본체(201)와, 버스 동력계의 추진 장치로서의 모터 구동의 프로펠러(202)와, 미션 기기가 수용되는 기기 수용부(203)를 구비한다. 기기 수용부(203)의 내부에는, 무선 중계국(210)과 배터리(204)가 수용되어 있다. 배터리(204)로부터 공급되는 전력에 의해 프로펠러(202)의 모터가 회전 구동되고, 무선 중계국(210)에 의한 무선 중계 처리가 실행된다.
또한, 비행선 본체(201)의 상면에, 태양광 발전 기능을 가지는 태양 전지판을 설치하고, 태양 전지판으로 발전된 전력을 배터리(204)에 축전하도록 해도 좋다.
도 4는 실시 형태의 복수의 HAPS(10, 20)로 상공에 형성되는 무선 네트워크의 일례를 나타내는 설명도이다. 복수의 HAPS(10, 20)는, 상공에서 서로 통신(HAPS간 통신)할 수 있도록 구성되고, 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 실현할 수가 있는 로버스트성이 뛰어난 무선 통신 네트워크를 형성한다. 이 무선 통신 네트워크는, 각종 환경이나 각종 정보에 따른 동적 라우팅에 의한 애드 호크(ad hoc) 네트워크로서 기능할 수도 있다. 상기 무선 통신 네트워크는, 2차원 또는 3차원의 각종 토폴러지(topology)를 가지도록 형성할 수가 있다, 예를 들면 도 4에 나타내듯이 메쉬형의 무선 통신 네트워크라도 좋다.
도 5는 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 하나의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 5의 무선 중계국(110, 210)은 리피터 타입(repeater type)의 무선 중계국의 예이다. 무선 중계국(110, 210)은 각각, 3D(dimension)셀(3차원 셀) 형성 안테나부(111)와, 송수신부(112)와, 피드용 안테나부(113)와, 송수신부(114)와, 리피터부(repeater part)(115)와, 감시 제어부(116)와, 전원부(117)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, HAPS간 통신부(125)와 빔 제어부(126)를 구비한다.
3D셀 형성 안테나부(111)는, 셀 형성 목표 공역(40)을 향해 방사상의 빔(100, 200)을 형성하는 안테나를 가지고, 단말 장치와 통신 가능한 3차원 셀(41, 42)을 형성한다. 송수신부(112)는, 송수 공용기(DUP : DUPlexer)나 증폭기 등을 가지고, 3D셀 형성 안테나부(111)를 통해 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 단말 장치에 무선 신호를 송신하거나 단말 장치로부터 무선 신호를 수신하거나 한다.
피드용 안테나부(113)는, 지상 또는 해상의 피더국(70)과 무선 통신하기 위한 지향성 안테나를 가진다. 송수신부(114)는, 송수 공용기(DUP : DUPlexer)나 증폭기 등을 가지고, 3D셀 형성 안테나부(111)를 통해 피더국(70)에 무선 신호를 송신하거나 피더국(feeder station)(70)으로부터 무선 신호를 수신하거나 한다.
리피터부(115)는, 단말 장치와의 사이에 송수신 되는 송수신부(112)의 신호와, 피더국(70)과의 사이에 송수신 되는 송수신부(114)의 신호를 중계한다. 리피터부(115)는, 주파수 변환 기능을 가져도 좋다.
감시 제어부(116)는, 예를 들면 CPU 및 메모리 등으로 구성되고, 미리 조립되어 넣어진 프로그램을 실행함으로써, HAPS(10, 20) 내의 각부의 동작 처리 상황을 감시하거나 각부(各部)를 제어하거나 한다. 전원부(117)는, 배터리(106, 204)로부터 출력된 전력을 HAPS(10, 20) 내의 각부에 공급한다. 전원부(117)는, 태양광 발전 패널 등으로 발전한 전력이나 외부로부터 급전 된 전력을 배터리(106, 204)에 축전시키는 기능을 가져도 좋다.
HAPS간 통신부(125)는, 레이저 광이나 마이크로파 등의 무선 통신 매체를 통해 주변의 다른 HAPS(10, 20)와 통신한다. 이 통신에 의해 무선 조정 무인기(60) 등의 단말 장치와 이동 통신망(80)과의 사이의 무선 통신을 동적으로 중계하는 동적 라우팅(routing)이 가능하게 됨과 아울러, 몇 개의 HAPS가 고장났을 때에 다른 HAPS가 백업하여 무선 중계함으로써 이동 통신 시스템의 로버스트성(robust property)을 높일 수가 있다.
HAPS간 통신의 무선 통신 매체로서는, 레이저 광이나 마이크로파 등의 각종 무선 통신 매체를 이용할 수가 있지만, HAPS가 위치하는 고도에 따라 무선 통신 매체를 선택해도 좋다. 예를 들면, HAPS(10, 20)가 구름의 영향이 작은 비교적 높은 고도에 위치하고 있는 경우는, 그 HAPS간 통신에 레이저 광을 이용해도 좋다. 또, HAPS(10, 20)가 구름의 영향이 큰 저고도에 위치하고 있는 경우는, 그 HAPS간 통신에 구름의 영향을 받기 어려운 마이크로파를 이용해도 좋다.
빔 제어부(126)는, HAPS간 통신에 이용하는 레이저 광이나 마이크로파 등의 빔의 방향 및 강도를 제어하거나 주변의 다른 HAPS(무선 중계국)와의 사이의 상대적인 위치의 변화에 따라 레이저 광이나 마이크로파 등의 빔에 의한 통신을 행하는 다른 HAPS(무선 중계국)를 절체하도록 제어하거나 한다. 이 제어는, 예를 들면 HAPS 자신의 위치 및 자세, 주변의 HAPS의 위치 등에 기초를 두고 행하여도 좋다. HAPS 자신의 위치 및 자세의 정보는, 그 HAPS에 조립되어 넣은 GPS 수신 장치, 자이로 센서, 가속도 센서 등의 출력에 기초하여 취득하고, 주변의 HAPS의 위치의 정보는, 이동 통신망(80)에 설치한 원격 조정 장치(85) 또는 다른 HAPS 관리 서버로부터 취득해도 좋다.
도 6은 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 6의 무선 중계국(110, 210)은 기지국 타입의 무선 중계국의 예이다. 또한, 도 6에 있어서, 도 5와 마찬가지인 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 6의 무선 중계국(110, 210)은 각각, 모뎀부(118)를 더 구비하고, 리피터부(115) 대신에 기지국 처리부(119)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, HAPS간 통신부(125)와 빔 제어부(126)를 구비한다.
모뎀부(118)는, 예를 들면 피더국(70)으로부터 피드용 안테나부(113) 및 송수신부(114)를 통해 수신한 수신 신호에 대해서 복조 처리 및 복호 처리를 실행하고, 기지국 처리부(119)측으로 출력하는 데이터 신호를 생성한다. 또, 모뎀부(118)는, 기지국 처리부(119)측으로부터 받은 데이터 신호에 대해서 부호화(encode) 처리 및 변조 처리를 실행하고, 피드용 안테나부(113) 및 송수신부(114)를 통해 피더국(70)에 송신하는 송신 신호를 생성한다.
기지국 처리부(119)는, 예를 들면 LTE/LTE－Advanced의 표준 규격에 준거한 방식에 기초하여 전용선 접속 시스템 처리를 행하는 e－Node B로서의 기능을 가진다. 기지국 처리부(119)는, 제5세대 또는 제5세대 이후의 다음다음 세대 등의 장래의 이동 통신의 표준 규격에 준거하는 방식에서 처리하는 것이라도 좋다.
기지국 처리부(119)는, 예를 들면 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 단말 장치로부터 3D셀 형성 안테나부(111) 및 송수신부(112)를 통해 수신한 수신 신호에 대해서 복조 처리 및 복호 처리를 실행하고, 모뎀부(118)측으로 출력하는 데이터 신호를 생성한다. 또, 기지국 처리부(119)는, 모뎀부(118)측으로부터 받은 데이터 신호에 대해서 부호화(encode) 처리 및 변조 처리를 실행하고, 3D셀 형성 안테나부(111) 및 송수신부(112)를 통해 3차원 셀(41, 42)의 단말 장치에 송신하는 송신 신호를 생성한다.
도 7은 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 또 다른 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 7의 무선 중계국(110, 210)은 에지 컴퓨팅 기능을 가지는 고기능의 기지국 타입의 무선 중계국의 예이다. 또한, 도 7에 있어서, 도 5 및 도 6과 마찬가지인 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 7의 무선 중계국(110, 210)은 각각, 도 6의 구성 요소에 더하여 에지(edge) 컴퓨팅부(120)를 더 구비한다.
에지 컴퓨팅부(120)는, 예를 들면 소형의 컴퓨터로 구성되고, 미리 조립되어 넣어진 프로그램을 실행함으로써, HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)에 있어서의 무선 중계 등에 관한 각종의 정보 처리를 실행할 수가 있다.
예를 들면, 에지 컴퓨팅부(120)는, 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 단말 장치로부터 수신한 데이터 신호에 기초하여, 그 데이터 신호의 송신지를 판정하고, 그 판정 결과에 기초하여 통신의 중계처를 절체하는 처리를 실행한다. 보다 구체적으로는, 기지국 처리부(119)로부터 출력된 데이터 신호의 송신지가 자신의 3차원 셀(41, 42)에 재권(在圈)하는 단말 장치인 경우는, 그 데이터 신호를 모뎀부(118)에 건네주지 않고, 기지국 처리부(119)로 되돌려 자신의 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 송신지의 단말 장치에 송신하도록 한다. 한편, 기지국 처리부(119)로부터 출력된 데이터 신호의 송신지가 자신의 3차원 셀(41, 42) 이외의 다른 셀에 재권하는 단말 장치인 경우는, 그 데이터 신호를 모뎀부(118)에 건네주어 피더국(70)에 송신하고, 이동 통신망(80)을 통해 송신지의 다른 셀에 재권하는 송신지의 단말 장치에 송신하도록 한다.
에지 컴퓨팅부(120)는, 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 다수의 단말 장치로부터 수신한 정보를 분석하는 처리를 실행해도 좋다. 이 분석 결과는 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 다수의 단말 장치에 송신하거나 이동 통신망(80)의 서버 장치 등에 송신하거나 해도 좋다.
무선 중계국(110, 210)을 통한 단말 장치와 무선 통신의 상향 링크와 하향 링크의 복신 방식은 특정 방식에 한정되지 않고, 예를 들면 시분할 복신 (Time Division Duplex : TDD) 방식이라도 좋고 주파수 분할 복신 (Frequency Division Duplex : FDD) 방식이라도 좋다.
또, 무선 중계국(110, 210)을 통한 단말 장치와의 무선 통신의 액세스 방식은, 특정의 방식으로 한정되지 않고, 예를 들면 FDMA(Frequency Division Multiple Access) 방식, TDMA(Time Division Multiple Access) 방식, CDMA(Code Division Multiple Access) 방식, 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)라도 좋다. 또, 상기 무선 통신에는, 다이버시티 코딩(diversity coding), 송신 빔포밍(beam forming), 공간 분할 다중화(SDM : Spatial Division Multiplexing) 등의 기능을 가지고, 송수신 양방에서 복수의 안테나를 동시에 이용함으로써, 단위 주파수당의 전송 용량을 증가시킬 수가 있는 MIMO(다입력다출력 : Multi－Input and Multi－Output) 기술을 이용해도 좋다. 또, 상기 MIMO 기술은, 하나의 기지국이 하나의 단말 장치와 동일 시각­동일 주파수로 복수의 신호를 송신하는 SU－MIMO(Single－User MIMO) 기술이라도 좋고, 하나의 기지국이 복수의 다른 통신 단말 장치에 동일 시각­동일 주파수로 신호를 송신 또는 복수의 다른 기지국이 하나의 단말 장치에 동일 시각­동일 주파수로 신호를 송신하는 MU－MIMO(Multi－User MIMO) 기술이라도 좋다.
도 8은 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도 8에 있어서, 전술의 도 1과 공통되는 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 8의 실시 형태에서는, HAPS(10, 20)와 피더국(70)과의 사이의 통신을 인공위성(72)을 통해서 행하고 있다. 이 경우, 인공위성(72)과 피더국(70)과의 사이의 통신은, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신으로 행하여도 좋고, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하여도 좋다. 또, HAPS(10, 20)와 인공위성(72)과의 사이의 통신도, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신으로 행하여도 좋고, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하여도 좋다.
도 9는 또 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이며, 도 10은 도 9의 통신 시스템에 있어서의 계류형 비행선 타입의 HAPS(21)의 무선 중계국(210)의 하나의 구성예를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 9에 있어서, 전술의 도 1과 공통되는 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 또, 도 10에 있어서, 도 5와 마찬가지인 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 또, 도 10의 무선 중계국에 있어서도, 전술의 도 6과 마찬가지로 모뎀부(118)를 더 구비하고 리피터부(115) 대신에 기지국 처리부(119)를 구비하여도 좋고, 또 도 7과 마찬가지로 에지 컴퓨팅부(120)를 더 구비하여도 좋다.
도 9에 있어서, 본 실시 형태의 통신 시스템은, 대도시부의 소정 고도(예를 들면, 지상으로부터 5[km] 정도까지의 고도) 상공 에리어에 지상으로부터 뻗은 낙하산 연결 케이블(25)로 계류된 추진력을 가지지 않는 계류형 비행선으로 이루어지는 대용량 다셀 대응의 계류형 비행선 타입의 HAPS(이하, 「계류 HAPS」라고 한다.)(21)을 구비하고 있다. 계류 HAPS(21)는, 유료 하중(payload)이 크고(예를 들면, 1톤 이상), 대용량의 배터리를 탑재할 수가 있고, 또 낙하산 연결 케이블(25)에 병설한 전력 케이블로 지상으로부터 전력을 공급할 수 있기 때문에 장기 수명화를 도모할 수가 있다.
또, 도 10의 통신 케이블부(127)에 의해 낙하산 연결 케이블(25)에 병설한 대용량의 광섬유 등으로 이루어지는 통신 케이블을 통해 지상의 고정 기지국 등과 통신할 수 있기 때문에, 도시지역에 존재하는 다수의 단말 장치와 지상과의 사이의 통신을 중계하거나 전술의 무선 통신 네트워크를 구성하는 복수의 HAPS와의 사이의 통신을 중계하거나 할 수가 있다.
또한, 도 9 및 도 10에서는, 계류 HAPS(21)의 부양체가 비행선인 경우에 대해 나타내었지만 계류 HAPS의 부양체는 기구라도 좋다.
또한, 본 실시 형태의 통신 시스템에서는, 복수의 태양 전지 동력의 비행기형의 HAPS(10)가 대도시부보다 단말 장치의 밀도가 낮은 교외부, 지방부(또는 바다) 상공에 위치해 비행하도록 제어되어 있다. 복수의 HAPS(10)의 적어도 하나는, 전술의 계류 HAPS(21)와의 사이에 구름(905)의 영향을 받기 어려운 마이크로파 등에 의한 무선 통신을 행할 수가 있다. 또, 복수의 HAPS(10)의 HAPS간 통신은, 예를 들면 전술과 같이 레이저 광을 이용하여 행하여도 좋다. 이들 복수의 HAPS(10)는, 교외부나 지방부에 있어서의 무선 조정 무인기(60)나 지상의 사용자 단말 등의 단말 장치의 유무나 밀도 혹은 시간대 등에 따라 필요한 장소의 상공으로 이동하여 단말 장치의 무선 통신을 중계하는 애드 호크(ad hoc) 네트워크를 구축할 수가 있다.
도 11은 실시 형태의 복수의 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10) 및 계류형 비행선 타입의 계류 HAPS(21)를 일본의 상공에 배치한 무선 통신 네트워크의 일례의 모습을 나타내는 설명도이다. 또한, 도 11은 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10) 및 계류 HAPS(21)의 배치 예의 하나를 도시한 것이고, 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10) 및 계류 HAPS(21)의 수 및 위치는 도시의 것에 한정되지 않는다. 또, 도 11은 복수의 HAPS(HAPS(10) 및 계류 HAPS(21))로 이루어지는 무선 통신 네트워크를 일본의 상공에 구축한 예를 나타내고 있지만, 복수의 HAPS로 이루어지는 무선 통신 네트워크는, 일본 이외의 해외의 상공에 구축해도 좋고, 일본과 해외에 걸친 에리어의 상공에 구축해도 좋고, 바다의 상공에 구축해도 좋다.
도 11에 있어서, 홋카이도 에리어, 동북 에리어, 관동 코신에츠 에리어, 중부 호쿠리쿠 킨키 에리어 및 큐슈 에리어의 대도시부(삿포로, 센다이, 토쿄, 오사카, 후쿠오카) 상공에 대용량 다셀 대응의 계류형 비행선 타입의 계류 HAPS(21)가 계류되어 배치되어 있다. 이들 복수의 대도시부에 있어서의 계류 HAPS(21)의 사이에 위치하는 교외부나 지방부의 상공에 계류 HAPS(21)를 보완하도록 복수의 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10)가 비행하고 있다. 또, 도시의 예에서는 낙도인 오키나와의 상공에도 계류 HAPS(21)가 계류되어 배치되어 있다. 이들 복수의 태양 전지 동력의 비행기 형태의 HAPS(10) 및 계류 HAPS(21)에 의해 3차원의 메쉬형 등의 토폴러지로 이루어지는 무선 통신 네트워크가 일본의 상공에 구축된다. 이 일본 상공의 무선 통신 네트워크에 의해 제5세대 이동 통신 등에 있어서 IoT 전용 디바이스를 포함하는 단말 장치와의 사이의 무선 통신에서, 전반 지연이 낮고, 광범위의 다수의 단말과 동시에 접속할 수 있고, 고속 통신 가능하고, 단위 면적당의 시스템 용량이 큰 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 실현할 수가 있다. 특히, 3차원의 메쉬형 등의 토폴러지로 이루어지는 무선 통신 네트워크로 구축함으로써, 상기 그 3차원화한 네트워크의 로버스트성을 높일 수가 있다.
도 12는 또 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도 12에 있어서, 전술의 도 9와 공통되는 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 12의 실시 형태에서는, HAPS(10) 및 계류 HAPS(21)와 이동 통신망(80)의 코어 네트워크와의 사이의 통신을 피더국(70) 및 인공위성(72)을 통해서 행하고 있다. 이 경우, 인공위성(72)과 피더국(70)과의 사이의 통신은, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신으로 행하여도 좋고, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하여도 좋다. 또, HAPS(10, 21)와 인공위성(72)과의 사이의 통신도, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신으로 행하여도 좋고, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하여도 좋다.
또한, 본 명세서에서 설명된 처리 공정 및 무선 중계 장치의 무선 중계국, 피더국, 원격 조정 장치, 단말 장치(사용자 장치, 이동국, 통신 단말) 및 기지국에 있어서의 기지국 장치의 구성 요소는, 여러가지 수단에 의해 실장할 수가 있다. 예를 들면, 이러한 공정 및 구성 요소는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 실장되어도 좋다.
하드웨어 실장에 대해서는, 실체(예를 들면, 무선 중계국, 피더국, 기지국 장치, 무선 중계국 장치, 단말 장치(사용자 장치, 이동국, 통신 단말), 원격 조정 장치, 하드디스크 드라이브 장치, 또는 광 디스크 드라이브 장치)에 있어서 상기 공정 및 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛 등의 수단은, 하나 또는 복수의, 특정용도전용 IC(ASIC), 디지털 시그널 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 디지탈 신호 처리 장치(DSPD : : Digital Signal Processing Device), 프로그래머블 논리 디바이스(PLD : Programable Logic Device)), 필드(filed) 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로콘트롤러, 마이크로프로세서, 전자 디바이스, 본 명세서에서 설명된 기능을 실행하도록 디자인된 다른 전자 유닛, 컴퓨터, 또는 이들의 조합 중에 실장되어도 좋다.
또, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 실장에 대해서는, 상기 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛 등의 수단은, 본 명세서에서 설명된 기능을 실행하는 프로그램(예를 들면, 프로시저(procedure), 함수, 모듈(module), 인스트럭션(instruction) 등의 코드)으로 실장되어도 좋다. 일반적으로, 펌웨어 및/또는 소프트웨어의 코드를 명확하게 구체화하는 임의의 컴퓨터/프로세서 읽어내기 가능한 매체가, 본 명세서에서 설명된 상기 공정 및 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛 등의 수단의 실장에 이용되어도 좋다. 예를 들면, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 코드는, 예를 들면 제어 장치에 있어서, 메모리에 기억되고, 컴퓨터나 프로세서에 의해 실행되어도 좋다. 그 메모리는, 컴퓨터나 프로세서의 내부에 실장되어도 좋고, 또는 프로세서의 외부에 실장되어도 좋다. 또, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 코드는, 예를 들면 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 비휘발성 RAM(NVRAM : Non-Versatile RAM), 프로그래머블(Programable) ROM(PROM), 전기적 소거 가능 PROM(EEPROM), 플래쉬(flash) 메모리, 플로피(등록상표) 디스크, 콤팩트 디스크(CD), DVD(Digital Versatile Disk), 자기 또는 광 데이터 기억 장치 등과 같은 컴퓨터나 프로세서로 읽어내기 가능한 매체에 기억되어도 좋다. 그 코드는, 하나 또는 복수의 컴퓨터나 프로세서에 의해 실행되어도 좋고, 또 컴퓨터나 프로세서에 본 명세서에서 설명된 기능성이 있는 모양을 실행시켜도 좋다.
또, 본 명세서에서 개시된 실시 형태의 설명은, 당업자가 본 개시를 제조 또는 사용하는 것을 가능하게 하기 위해서 제공된다. 본 개시에 대한 다양한 수정은 당업자에게는 용이하고 명백하게 되고, 본 명세서에서 정의되는 일반적 원리는, 본 발명의 취지 또는 범위로부터 일탈하는 일 없이, 다른 변경에 적용이 가능하다. 그러므로, 본 개시는 본 명세서에서 설명되는 예 및 디자인에 한정되는 것은 아니고, 본 명세서에서 개시된 원리 및 신규 특징에 합치하는 가장 넓은 범위로 인정되어야 하는 것이다.
10, 11, 12 HAPS(태양 전지 동력의 비행기 형태)
20 HAPS(비행선 타입)
21 HAPS(계류형 비행선 타입)
25 낙하산 연결 케이블 30 ATG국
40 셀 형성 목표 공역 41, 42, 43 3차원 셀
50 HAPS가 위치하는 공역
60 무선 조정 무인기 65 비행기
70 피더국(feeder station) 72 인공위성
75 마이크로파 급전국 80 이동 통신망
85 원격 조정 장치 86 서버 장치
100, 200, 300 빔(beam)
101 주 날개부
102 태양 전지판(태양광 발전 패널)
103 프로펠러 104 연결부
105 포드(pod) 106 배터리
107 차륜 108 수전용 포드
110, 210 무선 중계국
111 3차원(3D) 셀 형성 안테나부 112 송수신부
113 피드용 안테나부 114 송수신부
115 리피터부 116 감시 제어부
117 전원부 118 모뎀부
119 기지국 처리부 120 에지 컴퓨팅부
125 HAPS간 통신부 126 빔 제어부
127 통신 케이블부

Claims (24)

  1. 단말 장치와의 무선 통신을 중계하는 복수의 무선 중계국을 구비하는 통신 시스템으로서,
    상기 복수의 무선 중계국은,
    지상 또는 해상의 소정의 셀 형성 목표 공역에 단말 장치와 무선 통신 가능한 3차원 셀을 형성하고, 자율 제어 또는 외부로부터의 제어에 의해 고도가 100[km] 이하인 부양 공역에 위치하도록 제어되는 제1 부양체에 설치되고, 무선 중계국 간의 직접적인 무선 통신 또는 간접적인 무선 통신에 의해 서로 통신 가능한 복수의 제1 무선 중계국과,
    지상 또는 해상의 소정의 셀 형성 목표 공역에 단말 장치와 무선 통신 가능한 3차원 셀을 형성하고, 고도가 100[km]이하 부양 공역에 위치하는 제2 부양체에 마련된 하나 또는 복수의 제2 무선 중계국을 포함하고,
    상기 제2 부양체는 상기 제2 무선 중계국에 전력을 공급하는 대용량 배터리를 탑재하고 단말 장치의 밀도가 높은 고밀도 에리어 상공에 위치하고 상기 제2 무선 중계국으로부터 상기 고밀도 에리어를 향해서 3차원 셀을 형성하도록 제어되고,
    상기 제1 부양체는 상기 제1 무선 중계국에 전력을 공급하는 배터리를 탑재하고 상기 고밀도 에리어보다 단말 장치의 밀도가 낮은 저밀도 에리어 상공에 위치하고 상기 제1 무선 중계국으로부터 상기 제2 부양체를 보완하여 상기 저밀도 에리어를 향해서 3차원 셀을 형성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부양체는 대도시부 상공에 위치하고
    상기 제1 부양체는 상기 대도시부보다 단말 장치의 밀도가 낮은 교외부, 지방부 또는 바다의 상공에 위치하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 부양체는, 상기 제1 무선 중계국에 공급하는 전력을 발전하는 태양광 발전 패널이 설치된 날개와, 상기 날개에 설치된 회전 구동 가능한 프로펠러를 구비한 태양 전지 동력의 비행기인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 부양체는, 비행선 또는 기구인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계국은, 2차원 또는 3차원의 메쉬형 토폴러지로 이루어지는 무선 통신 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계국은 상기 단말 장치의 유무 혹은 밀도 또는 시간대에 따라 필요한 장소의 상공으로 이동하여 상기 단말 장치의 무선 통신을 중계하는 애드 혹 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계국의 어느 것이 고장났을 때, 다른 무선 중계국이 백업하여 무선 중계하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 무선 중계국 또는 상기 복수의 제1 무선 중계국 중 적어도 하나의 제1 무선 중계국은 지상 또는 해상의 게이트웨이국과 통신하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 무선 중계국과 상기 제1 무선 중계국은 서로 무선 통신 가능한 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 무선 중계국간의 통신은 레이저 광을 이용한 무선 통신인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 주변의 다른 제1 무선 중계국과의 사이의 상대적인 위치의 변화에 따라 상기 레이저 광의 방향 및 강도를 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 주변의 다른 제1 무선 중계국과의 사이의 상대적인 위치의 변화에 따라 상기 레이저 광에 의한 통신을 행하는 다른 제1 무선 중계국을 절체하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 무선 중계국은 각각, 야간의 시간대에 상기 레이저 광의 강도를 저하시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부양체의 부양 이동 및 상기 무선 중계국의 적어도 일방을 원격 제어하는 원격 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 원격 제어 장치는, 상기 제1 부양체에 설치된 제1 무선 중계국의 위치, 그 제1 무선 중계국에 의해 형성되는 빔의 방향 및 퍼짐 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 셀 형성 목표 공역의 고도는 10[km] 이하인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 셀 형성 목표 공역의 고도는 50[m] 이상이고 1[km] 이하인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 무선 중계국의 셀 형성 목표 공역 상단의 고도는 상기 제2 무선 중계국의 셀 형성 목표 공역 상단의 고도보다 높은 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 부양체는, 고도가 11[km] 이상 및 50[km] 이하의 성층권에 위치하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무선 중계국은 상기 3차원 셀에 재권하는 단말 장치로부터 수신한 데이터 신호에 기초하여 그 데이터 신호의 송신지를 판정하고, 그 판정 결과에 기초하여 통신 중계처를 절체 처리를 실행하는 에지 컴퓨팅부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무선 중계국은 상기 3차원 셀에 재권하는 다수의 단말 장치로부터 수신한 정보를 분석하는 처리를 실행하는 에지 컴퓨팅부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 부양체는 상기 고밀도 에리어 상공에 위치하도록 지상 위에 계류된 계류형의 부양체인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  23. 제1항 또는 제2항의 통신 시스템에서의 상기 부양체의 부양 이동 및 상기 무선 중계국 중 적어도 일방을 원격적으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 원격 제어 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 부양체에 마련된 제1 무선 중계국의 위치, 그 제1 무선 중계국에 의해서 형성되는 빔의 방향 및 퍼짐 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 원격 제어 장치.
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