KR102280484B1 - Haps 협조 비행 시스템 - Google Patents

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요시치카 오타
켄지 호시노
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Abstract

상공을 이동 가능한 복수의 무선 중계 장치로 형성하는 복수의 셀의 셀 경계에 있어서의 핸드오버의 빈발에 의한 통신 품질의 열화를 억제하는 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템은, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치는 각각, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성해 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계국을 구비하고, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간`의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행한다.

Description

HAPS 협조 비행 시스템
본 발명은 제5 세대 통신의 3차원화 네트워크의 구축에 적합한 HAPS(High Altitude Platform Station : 고고도 플랫폼국) 등의 무선 중계 장치의 비행을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래, 이동 통신 시스템의 통신 규격인 3GPP의 LTE(Long Term Evolution)-Advanced(비특허 문헌 1 참조)를 발전시킨 LTE-Advanced Pro로 불리는 통신 규격이 알려져 있다(비특허 문헌 2 참조). 이 LTE-Advanced Pro에서는, 근년의 IoT(Internet of Things)용 디바이스에의 통신을 제공하기 위한 사양이 책정되었다. 또한, IoT용 디바이스 등의 다수의 단말 장치(「UE(사용자(user) 장치)」, 「이동국」, 「통신 단말」이라고도 한다.)에의 동시 접속이나 저지연화 등에 대응하는 제5 세대의 이동 통신이 검토되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 3 참조).
3GPP TS 36. 300 V10. 12. 0(2014-12). 3GPP TS 36. 300 V13. 5. 0(2016-09). G.Romano, 「3GPP RAN progresson "5G"」, 3GPP, 2016.
상기 제 5세대 이동 통신 등에 있어서 IoT용 디바이스(device)를 포함하는 단말 장치와의 사이의 무선 통신에서 3차원화한 네트워크를 실현하도록 상공을 이동 가능한 복수의 무선 중계 장치를 배치하는 경우, 복수의 무선 중계 장치로 형성하는 복수의 셀의 셀 경계에서 핸드오버(hand over)가 빈발하거나 인접 셀로부터의 간섭이 증대하거나 함으로써 통신 품질이 열화(degradation)할 우려가 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 한 태양과 관련되는 시스템은, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 구비하는 시스템으로서, 상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고, 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계국을 구비하고, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치간에 서로 같아지도록 협조비행을 한다.
상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 수평 방향에 있어서의 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하는 협조 비행을 행하여도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 고도 방향에 있어서의 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 협조 비행을 행하여도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치간에서 서로 같게 되도록 협조 비행을 행하여도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치 중에서 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴(pattern)이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치는, 상기 몇 개의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어되어도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치는, 각 무선 중계 장치의 위치에 기초하여, 지상 또는 해상의 서로 다른 복수의 영역에 대응하는 복수의 그룹으로 분류되고, 상기 그룹마다 상기 무선 중계 장치의 협조 비행의 제어를 행하여도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치 중에서 어느 것인가의 무선 중계 장치를 상기 비행의 제어의 기준으로 되는 무선 중계 장치로 설정하고, 상기 기준의 무선 중계 장치를 중심으로 하여, 상기 기준의 무선 중계 장치에 협조하여 비행하도록 다른 무선 중계 장치의 비행을 제어함으로써, 상기 복수의 무선 중계 장치의 전체의 협조 비행을 제어해도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치를 구비하고, 상기 관리 장치는, 상기 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고, 상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 상기 협조의 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신해도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치를 구비하고, 상기 복수의 무선 중계 장치의 어느 하나의 무선 중계 장치는, 다른 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 다른 무선 중계 장치로부터 취득하고, 상기 관리 장치는, 상기 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고, 상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 상기 협조의 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 상기 다른 무선 중계 장치에 송신해도 좋다.
또, 상기 시스템에 있어서, 상기 무선 중계 장치는, 그 무선 중계 장치의 근처에 위치하는 다른 무선 중계 장치의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 다른 무선 중계 장치로부터 취득하고, 상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여 상기 다른 무선 중계 장치와 협조하여 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템이다.
본 발명의 다른 태양과 관련되는 무선 중계 장치는, 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치로서, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고, 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계국을 구비하고, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 당해 무선 중계 장치의 근처에 위치하는 다른 무선 중계 장치와의 위치 관계를 유지하도록 상기 다른 무선 중계 장치와 협조하여 비행한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 관리 장치는, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치로서, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고, 상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치에서 서로 같아 지도록 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 관리 장치는, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리장치로서, 상공을 비행하여 이동 가능하도록 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를, 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유해서 취득하고, 상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치가 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 관리 장치는, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치로서, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치의 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고, 상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치 간에 서로 같아지도록 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 다른 무선 중계 장치에 송신한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 관리 장치는, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리장치로서, 상공을 비행하여 이동 가능하도록 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유해서 취득하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 정보에 기초하여 무선 중계 장치 간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치가 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 다른 무선 중계 장치에 송신한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 방법은, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치의 비행 방법으로서, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치는, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치 간에 서로 같아지도록 협조 비행을 행한다.
본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 방법은, 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치의 비행 방법으로서, 상공을 비행하여 이동가능하게 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치는 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해 무선 중계 장치 간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화하였을 때, 다른 무선 중계 장치는 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행한다.
본 발명에 의하면, 상공을 이동 가능한 복수의 무선 중계 장치로 형성하는 복수의 셀의 셀 경계에 있어서의 핸드오버의 빈발이나 인접 셀로부터의 간섭의 증대에 의한 통신 품질의 열화를 억제할 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 또 다른 실시 형태와 관련되는 3차원화 네트워크를 실현하는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 한 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 실시 형태의 HAPS의 무선 중계국의 또 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 9a는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS의 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이고, 도 9b는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS의 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10a는 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS의 일례를 나타내는 설명도이고, 도 10b는 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 11a는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS의 협조 비행의 다른 예를 나타내는 설명도이고, 도 11b는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS의 협조 비행의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 12a는 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS의 다른 예를 나타내는 설명도이고, 도 12b는 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 13a는 HAPS가 비행하고 있는 상공의 바람의 강도에 따라 결정되는 비행 루트의 형상의 예를 나타내는 설명도이고, 도 13b는 HAPS가 비행하고 있는 상공의 바람의 강도에 따라 결정되는 비행 루트의 형상의 예를 나타내는 설명도이고, 도 13c는 HAPS가 비행하고 있는 상공의 바람의 강도에 따라 결정되는 비행 루트의 형상의 예를 나타내는 설명도이다.
도 14는 실시 형태와 관련되는 HAPS의 그룹 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 실시 형태와 관련되는 HAPS의 엥커(anchor) 기체를 중심으로 한 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 16은 실시 형태와 관련되는 HAPS의 협조 비행을 제어 가능한 집중 제어형의 제어 시스템의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 17은 실시 형태와 관련되는 HAPS의 협조 비행을 제어 가능한 집중 제어형의 제어 시스템의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 18은 실시 형태와 관련되는 HAPS의 협조 비행을 제어 가능한 자율 제어측의 제어 시스템의 일례를 나타내는 설명도이다.
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 장치에의 동시 접속이나 저지연화 등에 대응하는 제5 세대 이동 통신의 3차원화 네트워크의 실현에 적합하다. 또, 본 명세서에 개시하는 통신 시스템, 무선 중계국, 기지국, 리피터(repeater) 및 단말 장치에 적용 가능한 이동 통신의 표준 규격은, 제5 세대의 이동 통신의 표준 규격, 및, 제5 세대 이후의 다음다음 세대의 이동 통신의 표준 규격을 포함한다.
도 1에 나타내듯이, 통신 시스템은, 복수의 공중 부양형의 통신 중계 장치(무선 중계 장치)로서의 고고도 플랫폼국(HAPS : High Altitude Platform Station)(「고고도 유사 위성(High Altitude Pseudo Satellite)」이라고도 한다.)(10, 20)를 구비하고 있다. HAPS(10, 20)는, 소정 고도의 공역에 위치해, 소정 고도의 셀 형성 목표 공역(40)에 도 중 햇칭 영역에서 나타내는 것 같은 3차원 셀(3차원 영역(area))(41, 42)을 형성한다. HAPS(10, 20)는, 자율 제어 또는 외부로부터 제어에 의해 지면 또는 해면으로부터 100km 이하의 고고도의 공역(부양 공역)(50)에 부유 혹은 비행하여 위치하도록 제어되는 부양체(예를 들면, 태양 전지 동력의 비행기, 비행선)에 무선 중계국이 탑재된 것이다.
HAPS(10, 20)의 위치하는 공역(50)은, 예를 들면, 고도가 11km 이상 및 50km 이하의 성층권의 공역이다. 이 공역(50)은, 기상 조건이 비교적 안정되어 있는 고도 15km 이상 25km 이하의 공역이라도 좋고, 특히 고도가 거의 20km인 공역이라도 좋다. 도 중의 Hrsl 및 Hrsu는 각각, 지면(GL)을 기준으로 한 HAPS(10, 20)의 위치하는 공역(50)의 하단 및 상단의 상대적인 고도를 나타내고 있다.
셀 형성 목표 공역(40)은, 본 실시 형태의 통신 시스템에 있어서의 1 또는 2이상의 HAPS로 3차원 셀을 형성하는 목표의 공역이다. 셀 형성 목표 공역(40)은, HAPS(10, 20)이 위치하는 공역(50)으로 종래의 매크로(macro) 셀 기지국 등의 기지국(예를 들면, LTE의 eNodeB)(90)이 커버하는 지면 근방의 셀 형성 영역과의 사이에 위치하는, 소정 고도 범위(예를 들면, 50m 이상 1000m 이하의 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 모듈(module)이라도 좋고, 비행기(65) 안에서 사용자가 사용하는 사용자 장치라도 좋다. 셀 형성 목표 공역(40)에 대해 빔(beam)(100, 200)이 통과하는 영역이 3차원 셀(41, 42)이다. 셀 형성 목표 공역(40)에 대해 서로 이웃하게 되는 복수의 빔(100, 200)은 부분적으로 겹쳐져도 좋다.
HAPS(10, 20)의 무선 중계국은 각각, 예를 들면, 지상(또는, 해상) 측의 코어 네트워크(core network)에 접속된 중계국으로서의 게이트웨이국(gateway station)(「피더국(feeder station)」이라고도 한다.)(70)과 무선 통신하는 기지국, 또는 지상(또는, 해상) 측의 기지국에 접속된 중계국으로서의 피더국(리피터(repeater) 모기(母機))(70)과 무선 통신하는 리피터(repeater) 자기(子機)이다. HAPS(10, 20)의 무선 중계국은 각각, 지상 또는 해상에 설치된 피더국(70)을 통해, 이동 통신망(80)의 코어 네트워크에 접속되어 있다. HAPS(10, 20)로 피더국(70)과의 사이의 통신은, 마이크로파(microwave) 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(schedule) 정보), 주변에 위치하는 다른 HAPS의 위치 정보 등을 취득하고, 그들 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 관리 장치로서의 관리 장치(「원격 조정 장치」라고도 한다.)(85)에 의해 제어할 수 있도록 해도 좋다. 관리 장치(85)는, 예를 들면, PC 등의 컴퓨터 장치나 서버 등으로 구성할 수가 있다. 이 경우, HAPS(10, 20)는, 관리 장치(85)로부터의 제어 정보를 수신하거나 관리 장치(85)에 감시 정보 등의 각종 정보를 송신하거나 할 수 있도록 제어용 통신 단말 장치(예를 들면, 이동 통신 모듈)가 조립되어 넣어지고, 관리 장치(85)로부터 식별할 수 있도록 단말 식별 정보(예를 들면, IP(Internet Protocol) 주소, 전화번호 등)를 할당할 수 있도록 해도 좋다. 제어용 통신 단말 장치의 식별에는 통신 인터페이스의 MAC(Media Access Control) 주소를 이용해도 좋다. 또, HAPS(10, 20)는 각각, 자신 또는 주변의 HAPS의 부양 이동(비행)이나 무선 중계국에서의 처리에 관한 정보, HAPS(10, 20) 상태에 관한 정보나 각종 센서 등으로 취득한 관측 데이터 등의 감시 정보를 관리 장치(85) 등의 소정의 송신지에 송신하도록 해도 좋다. 제어 정보는, HAPS의 목표 비행 루트(route) 정보를 포함해도 좋다. 감시 정보는, HAPS(10, 20)의 현재 위치, 비행 루트(route) 이력 정보, 대기속도, 대지 속도 및 추진 방향, HAPS(10, 20)의 주변의 기류의 풍속 및 풍향, 및, HAPS(10, 20)의 주변의 기압 및 기온의 적어도 하나의 정보를 포함해도 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 구성예의 같이, 지상측 또는 해상측으로부터 상방을 향해 방사상의 빔(300)을 형성하고 3차원 셀(43)을 형성하여 ATG(Air To Ground) 접속을 행하는 기지국(이하 「ATG국」이라고 한다.)(30)을 구비하여도 좋다.
또, ATG국(30)을 이용하지 않고, HAPS(10, 20)의 위치나 빔(beam)(100, 200)의 발산각(빔 폭) 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 커버(cover)하는 빔(100, 200)을 형성해도 좋다.
또한, 상기 HAPS(10, 20)로 형성하는 3차원 셀은, 지상 또는 해상에 위치하는 단말 장치와의 사이에서도 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 타입의 HAPS이며, 긴 방향의 양단부측이 상방을 따른 주 날개부(101)와, 주 날개부(101)의 짧은 방향의 일단 테두리부에 버스(bus) 동력계의 추진 장치로서의 복수의 모터 구동의 프로펠러(103)를 구비한다. 주 날개부(101)의 상면에는, 태양광 발전 기능을 가지는 태양광 발전부로서의 태양광 발전 패널(이하 「태양 전지판」이라고 한다.)(102)이 설치되어 있다. 또, 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 하면 측에는 이발착시에 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 타입의 HAPS(10)는, 예를 들면 소정의 목표 비행 루트(route)에 기초하여 원형 모양에 선회비행을 행하거나 「D」자 비행을 행하거나 「8」자 비행을 행하거나 함으로써 양력으로 부양하고, 소정의 고도로 수평 방향의 소정의 범위에 체재하도록 부양할 수가 있다. 또한, 태양 전지 동력의 비행기 타입의 HAPS(10)는, 프로펠러(103)이 회전 구동되어 있지 않을 때는, 글라이더와 같이 날 수도 있다. 예를 들면, 주간 등의 태양 전지판(102)의 발전에 의해 배터리(106)의 전력이 남아 있을 때 높은 위치로 상승하고, 야간 등의 태양 전지판(102)으로 발전할 수 없을 때에 배터리(106)로부터 모터에의 급전을 정지하여 글라이더와 같이 날 수가 있다.
또, HAPS(10)는, 다른 HAPS나 인공위성과 광통신에 이용되는 통신부로서의 3차원 대응 지향성의 광 안테나 장치(130)를 구비하고 있다. 또한, 도 2의 예에서는 주 날개부(101)의 긴 방향의 양단부에 광 안테나 장치(130)를 배치하고 있지만, HAPS(10)의 다른 개소에 광 안테나 장치(130)를 배치해도 좋다. 또한, 다른 HAPS나 인공위성과 광통신에 이용되는 통신부는, 이러한 광통신을 행하는 것에 한정하지 않고, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신 등의 다른 방식에 의한 무선 통신이라도 좋다.
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.
또, 무인 비행선 타입의 HAPS(20)도, 다른 HAPS나 인공위성과 광통신에 이용되는 통신부로서의 3차원 대응 지향성의 광 안테나 장치(230)를 구비하고 있다. 또한, 도 3의 예에서는 비행선 본체(201)의 상면부 및 기기 수용부(203)의 하면부에 광 안테나 장치(230)를 배치하고 있지만, HAPS(20)의 다른 부분에 광 안테나 장치(230)를 배치해도 좋다. 또한, 다른 HAPS나 인공위성과 광통신에 이용되는 통신부는, 이러한 광통신을 행하는 것에 한정하지 않고, 마이크로파 등의 전파에 의한 무선 통신 등의 다른 방식에 의한 무선 통신을 행하는 것이라도 좋다.
도 4는 실시 형태의 복수의 HAPS(10, 20)로 상공에 형성되는 무선 네트워크의 일례를 나타내는 설명도이다.
복수의 HAPS(10, 20)는, 상공에서 서로 광통신에 의한 HAPS간 통신을 할 수 있도록 구성되어 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정되게 실현될 수가 있는 로바스트성(robust property)이 뛰어난 무선 통신 네트워크를 형성한다. 이 무선 통신 네트워크는, 각종 환경이나 각종 정보에 따른 동적 라우팅(dynamic routing)에 의한 애드 호크(ad-hoc) 네트워크로서 기능할 수도 있다. 상기 무선 통신 네트워크는, 2차원 또는 3차원의 각종 토폴러지(topology)를 가지도록 형성할 수가 있고, 예를 들면, 도 4에 나타내듯이 메쉬형(mesh type)의 무선 통신 네트워크라도 좋다.
도 5는 다른 실시 형태와 관련되는 통신 시스템의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
또한, 도 5에 있어서, 전술의 도 1과 공통되는 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 5의 실시 형태에서는, HAPS(10)와 이동 통신망(80)의 코어 네트워크와의 사이의 통신을 피더국(70) 및 저궤도의 인공위성(72)을 통해 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)와 인공위성(72)과의 사이의 통신에 대해서는, 레이저 광 등을 이용한 광통신으로 행하고 있다.
도 6은 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 한 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5의 무선 중계국(110, 210)은 리피터 타입의 무선 중계국의 예이다. 무선 중계국(110, 210)은 각각, 3D셀(3 dimension cell) 형성 안테나부(111)와, 송수신부(112)와, 피드용 안테나부(113)와, 송수신부(114)와, 리피터부(115)와, 감시 제어부(116)와, 전원부(117)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, HAPS간의 통신 등에 이용하는 광통신부(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, 3D셀 형성 안테나부(111)와 함께 제1 무선 통신부를 구성하고, 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.
피드(feed)용 안테나부(113)는, 지상 또는 해상의 피더국(70)과 무선 통신하기 위한 지향성 안테나를 가진다. 송수신부(114)는, 피드용 안테나부(113)와 함께 제2 무선 통신부를 구성하고, 송수 공용기(DUP : Duplexer)나 증폭기 등을 가지고, 피드용 안테나부(113)을 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, 소정 주파수의 중계 대상 신호를 소정의 레벨까지 증폭하는 증폭기 기능을 가진다. 리피터부(repeater part)(115)는, 중계 대상 신호의 주파수를 변환하는 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 각부를 제어하거나 한다. 특히, 감시 제어부(116)는, 제어 프로그램을 실행함으로써, 프로펠러(103, 202)를 구동하는 모터 구동부(141)을 제어하고, HAPS(10, 20)를 목표 위치로 이동시키고, 또 목표 위치 부근에 머물도록 제어한다.
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 급전된 전력을 배터리(106, 204)에 축전시키는 기능을 가져도 좋다.
광통신부(125)는, 레이저 광 등의 광통신 매체를 통해 주변의 다른 HAPS(10, 20)나 인공위성(72)과 통신한다. 이 통신에 의해, 무선 조정 무인기(60) 등의 단말 장치와 이동 통신망(80)과의 사이의 무선 통신을 동적으로 중계하는 동적 라우팅(dynamic routing)이 가능하게 됨과 아울러, 몇 개의 HAPS가 고장났을 때에 다른 HAPS가 백업(back-up)하여 무선 중계함으로써 이동 통신 시스템의 로바스트성(robust property)을 높일 수가 있다.
빔 제어부(126)은, HAPS간 통신이나 인공위성(72)과의 통신에 이용하는 레이저 광 등의 빔의 방향 및 강도를 제어하거나 주변의 다른 HAPS(무선 중계국)와의 사이의 상대적인 위치의 변화에 응해 레이저 광 등의 광 빔에 의한 통신을 행하는 다른 HAPS(무선 중계국)를 전환하도록 제어하거나 한다. 이 제어는, 예를 들면, HAPS 자신의 위치 및 자세, 주변의 HAPS의 위치 등에 기초를 두어 행하여도 좋다. HAPS 자신의 위치 및 자세의 정보는, 그 HAPS에 조립해 넣은 GPS 수신 장치, 쟈이로 센서(gyro sensor), 가속도 센서 등의 출력에 기초하여 취득하고, 주변의 HAPS의 위치의 정보는, 이동 통신망(80)에 설치한 관리 장치(85), 또는 HAPS 관리 서버나 어플리케이션(application) 서버 등의 서버(86)로부터 취득해도 좋다.
도 7은 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7의 무선 중계국(110, 210)은 기지국 타입의 무선 중계국의 예이다.
또한, 도 7에 있어서, 도 6과 같은 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 7의 무선 중계국(110, 210)은 각각, 모뎀부(modem part)(118)를 더 구비하고, 리피터부(115) 대신에 기지국 처리부(119)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, 광통신부(125)와 빔(beam) 제어부(126)을 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 수신한 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-NodeB로서의 기능을 가진다. 기지국 처리부(119)는, 제5 세대 등의 장래의 이동 통신의 표준 규격에 준거하는 방식으로 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 수신한 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 8은 실시 형태의 HAPS(10, 20)의 무선 중계국(110, 210)의 또 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 8의 무선 중계국(110, 210)은 에지 컴퓨팅(edge computing) 기능을 가지는 고기능의 기지국 타입의 무선 중계국의 예이다. 또한, 도 8에 있어서, 도 6 및 도 7과 같은 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 8의 무선 중계국(110, 210)은 각각, 도 7의 구성 요소에 더하여 에지 컴퓨팅부(120)를 더 구비한다.
에지 컴퓨팅부(computing)(120)는, 예를 들면 소형의 컴퓨터로 구성되어 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 새로 전환하는 처리를 실행한다. 보다 구체적으로는, 기지국 처리부(119)로부터 출력된 데이터 신호의 송신지가 자신의 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 단말 장치인 경우는, 그 데이터 신호를 모뎀부(118)에 건네주지 않고, 기지국 처리부(119)에 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)에 설치한 관리 장치(85), 또는 관리 장치로서의 HAPS 관리 서버나 어플리케이션 서버(application server)(어플리서버(appli-server)) 등의 서버(86) 등에 송신하거나 해도 좋다.
무선중계국(110, 210)을 매개로 한 단말 장치와의 무선통신 상향 링크 및 하향 링크의 이중 방식은 특정 방식에 한정되지 않으며 예를 들어 시분할 이중(Time Division Duplex : TDD) 방식도 좋고, 주파수분할 이중(Frequency Division Duplex : FDD) 방식도 좋다. 또, 무선 중계국(110, 210)을 통한 단말 장치와의 무선 통신의 액세스(access) 방식은, 특정의 방식에 한정되지 않고, 예를 들면, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 방식, TDMA(Time Division Multiple Access) 방식, 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)이라도 된다. 또, 상기 무선 통신에는, 다이버시티 코딩(diversity coding), 송신 빔 포밍(beam forming), 공간 분할 다중화(SDM : Spatial Division Multiplexing) 등의 기능을 가지며, 송수신 양쪽에서 복수의 안테나를 동시에 이용함으로써, 단위 주파수 당의 전송 용량을 늘릴 수 있는 MIMO(Multi-Input and Multi-Out : 다입력 다출력) 기술을 이용해도 좋다. 또한 상기 MIMO 기술은 하나의 기지국이 하나의 단말 장치와 같은 시각·동일 주파수로 복수의 신호를 송신하는 SU-MIMO(Single-User MIMO) 기술이라도 되며, 하나의 기지국이 복수의 다른 단말 장치에 동일 시각·동일 주파수로 신호를 송신하는 MU-MIMO) 기술이라도 된다.
이하, 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치가, 무선 중계국(110)을 가지는 태양 전지 동력의 비행기 타입의 HAPS(10)인 경우에 대해 설명하지만, 이하의 실시 형태는, 무선 중계국(210)을 가지는 무인 비행선 타입의 HAPS(20) 등의 상공을 이동 가능한 다른 무선 중계 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
또, 무선 중계국(110)을 가지는 HAPS(10)와 피더국으로서의 게이트웨이국(gateway station)(이하 「GW국」이라고 생략한다.)(70)을 통한 기지국(90)과의 사이의 링크를 「피더 링크(feeder link)」라고 하고, HAPS(10)와 단말 장치(61)의 사이의 링크를 「서비스 링크(service link)」라고 한다. 특히, HAPS(10)와 GW국(70)과의 사이의 구간을 「피더 링크의 무선 구간」이라고 한다. 또, GW국(70)으로부터 HAPS(10)를 경유하여 단말 장치(61)를 향한 통신의 다운링크(down link)를 「포워드 링크(frward link)」라고 하고, 단말 장치(61)으로부터 HAPS(10)를 경유하여 GW국(70)을 향한 통신의 업링크(up link)를 「리버스 링크(reverse link)」라고 한다.
본 실시 형태의 상공을 이동 가능한 복수의 HAPS(10)에 의해 지상 또는 해상에 복수의 셀(100A)를 형성하는 경우, 셀 경계 부분의 크기나 셀 사이의 거리가 변화하고, 셀 경계에서 핸드오버(hand over)가 빈발하여 통신 품질이 열화할 우려가 있다.
그래서, 본 실시 형태의 HAPS(10)는, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, HAPS간의 위치 관계를 유지하도록 같은 비행 형태로 서로 협조하여 비행하도록 제어되어 있다. 이에 의해 통신 품질로서의 SINR(소요 신호 대 간섭·잡음 전력비 : Signal to Interference·Ratio)가 열화하고 있는 SINR 열화 영역의 크기가 일정하게 된다.
도 9a 및 도 9b는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS(10)의 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다. 또, 도 10a 및 도 10b는, 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS(10)의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b는 각각, 비행 제어 대상의 복수의 HAPS((10)(1)~10(6)), 그 비행 루트(route)(10F(1)~10F(6)) 및 셀(100A(1)~100A(6))을 연직 방향의 상방으로부터 본 도이다. 또, 도 중의 셀 경계의 크로스 햇칭(cross hatching)으로 나타낸 영역은 SINR 열화 영역 A이다. 또한, 도 9a 및 도 9b의 예에서는, HAPS(10)의 수가 6기인 경우에 대해 나타내고 있지만, HAPS(10)의 수는 2~5기라도 좋고, 7기 이상이라도 좋다.
도 9a 및 도 9b에 있어서, 복수의 HAPS(10)는 각각, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 연직 방향의 하방에 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 서로 같은 원형의 비행 루트(route)(10F(1)~10F(6))를 따라 반복 순환 비행하도록 비행 제어된다. 그리고, 각 HAPS(10)는, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, HAPS간의 수평 방향의 위치 관계(예를 들면, HAPS간의 거리)를 유지하도록 서로 협조하여 비행하도록 제어된다.
예를 들면, 도 9a에 나타내는 비행 타이밍에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 연직 방향의 하방에 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 수평 방향에 있어서의 비행 루트(10F(1)~10F(6))의 도 중 우단(右端)의 위치를 도 중 상방을 향한 협조 비행을 행하도록 제어된다. 그 후, 도 9b에 나타내는 비행 타이밍에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 연직 방향의 하방에 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 수평 방향에 있어서의 비행 루트(10F(1)~10F(6))의 도 중 상단의 위치를 도 중 좌방을 향한 협조 비행을 행하도록 제어된다. 도 9a 및 도 9b에 나타내듯이 비행 시간이 경과해도, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))에 의해 형성되는 셀(100A(1)~100A(6))의 SINR 열화 영역 A의 크기는 유지된다. 이와 같이 비행함으로써 SINR 열화를 억제할 수 있는 한편, 셀 경계선에 변화를 일으키지 않게 협조 비행을 행함으로써 핸드오버의 발생을 억제할 수가 있다.
이에 반해, 도 10a 및 도 10b의 비교예와 같이 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))가 서로 협조하지 않고 무질서하게 비행하는 경우는, 셀 경계의 SINR 열화 영역 A의 크기에 격차가 있고, 또 셀 사이에 SINR 열화 영역B가 발생하기 쉽다. 또한, 그러한 SINR 열화 영역 A, B의 크기는, HAPS((10)(1)~10(6))의 비행에 따라 변화한다.
또한, 도 9a 및 도 9b의 예에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 고도 방향에 있어서의 HAPS간의 위치 관계를 유지하도록 협조 비행을 행하여도 좋다. 예를 들면, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는, 서로 같은 고도를 유지하도록 협조 비행을 행하여도 좋다. 이 경우는, HAPS((10)(1)~10(6))가 모두 승강함으로써, 소망 신호와 간섭 신호가 함께 감증(減增)하기 때문에, SINR의 열화가 일정하게 된다.
또, 도 9a 및 도 9b의 예에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 비행 방향에 대한 자세(예를 들면, 진행 방향에 대한 롤링(rolling)이나 피칭(pitching) 등의 기울기)가 HAPS간에 서로 같게 되도록 협조 비행을 행하여도 좋다.
도 11a 및 도 11b는 실시 형태와 관련되는 복수의 HAPS(10)의 협조 비행의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 또, 도 12a 및 도 12b는, 비교예와 관련되는 무질서 비행 상태의 복수의 HAPS(10)의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b는 HAPS(10)가 연직 방향으로부터 기운 방향으로 셀을 형성하고 있는 예이다. 또한, 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b에 있어서, 전술의 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
복수의 HAPS(10)는 각각, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 자신의 롤링에 의해 연직 방향으로부터 기운 방향으로 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 서로 같은 원형의 비행 루트(10F(1)~10F(6))를 따라 반복 순환 비행하도록 비행 제어된다. 그리고, 각 HAPS(10)는, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, HAPS간의 수평 방향의 위치 관계(예를 들면, HAPS간의 거리)를 유지하도록 서로 협조하여 비행하도록 제어된다.
예를 들면, 도 11a에 나타내는 비행 타이밍에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 도 중 우측단이 좌측단보다 높아지는 롤링에 의해, 연직 방향의 하방으로부터 도 중 우측 방향에 쉬프트(shift) 한 위치에 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 수평 방향에 있어서의 비행 루트(10F(1)~10F(6))의 도 중 우단의 위치를 도 중 상방을 향한 협조 비행을 행하도록 제어된다. 그 후, 도 11b에 나타내는 비행 타이밍에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 도 중 상측단이 하측단보다 높아지는 롤링에 의해, 연직 방향의 하방으로부터 도 중 상방에 쉬프트 한 위치에 셀(100A(1)~100A(6))을 형성하면서, 수평 방향으로 있어서의 비행 루트(10F(1)~10F(6))의 도 중 상단의 위치를 도 중 좌방을 향한 협조 비행을 행하도록 제어된다. 도 11a 및 도 11b에 나타내듯이 비행 시간이 경과해도, 롤링 품질 비행하고 있는 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))에 의해 형성되는 셀(100A(1)~100A(6))의 SINR 열화 영역 A의 크기는 유지된다. 이와 같이 비행함으로써 SINR 열화를 억제할 수 있는 한편, 셀 경계선에 변화를 일으키지 않게 협조 비행을 행함으로써 핸드오버의 발생을 억제할 수가 있다.
이에 반해, 도 12a 및 도 12b의 비교예와 같이 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))가 서로 협조하지 않고 무질서하게 비행하는 경우는, 셀 경계의 SINR 열화 영역 A의 크기에 격차가 있고, 또 셀 사이의 SINR가 열화하고 있는 SINR 열화 영역B가 발생하기 쉽다. 또한, 그러한 SINR 열화 영역 A, B의 크기는, HAPS((10)(1)~10(6))의 비행에 따라 변화한다.
또한, 도 11a 및 도 11b의 예에 있어서, 복수의 HAPS((10)(1)~10(6))는 각각, 고도 방향에 있어서의 HAPS간의 위치 관계를 유지하도록 협조 비행을 행하여도 좋다.
또, 도 9a, 도 9b, 도 11a 및 도 11b의 예에서는, 복수의 HAPS(10)가 협조 비행하도록 제어되는 비행 루트의 형상이 원형인 경우에 대해 설명하였지만, 협조 비행 제어 대상의 HAPS(10)의 비행 루트는 원형 이외의 형상이라도 좋다.
도 13a~도 13c는 HAPS(10)가 비행하고 있는 상공의 바람 W의 강도에 따라 결정되는 비행 루트(10F)의 형상의 예를 나타내는 설명도이다. 도 13a, 도 13b 및 도 13c에 나타내듯이, HAPS(10)가 비행하고 있는 고도의 공역(예를 들면, 성층권)에서의 풍속에 의해 비행 루트의 형상을 변경하는 경우가 있다. 예를 들면, 도 13a의 거의 무풍시에는, 바람 W의 방향에 관계없이 HAPS(10)의 비행 루트로서 원형의 비행 루트로 결정한다. 또, 도 13b의 온풍시에는, 바람이 불고 있는 방향을 향해(바람 W에 역으로) 비행하고 있는 시간대가 가능한 한 짧아지도록, HAPS(10)의 비행 루트로서 원형의 일부 원호의 부분이 직선으로 된 「D」자형의 비행 루트로 결정한다. 또, 도 13c의 강풍시에는, 바람이 불고 있는 방향을 향해(바람 W에 역으로) 비행하고 있는 시간대가 보다 짧아지도록, HAPS(10)의 비행 루트로서 「8」자형의 비행 루트로 결정한다. 이와 같이 상공의 바람 W의 강도에 따라 비행 루트(10F)의 형상을 변경한 경우, 본 실시 형태에서는, 그 변경 후의 형상의 비행 루트(10F)에 따라, 복수의 HAPS(10)가 상기 협조 비행을 행하도록 제어된다.
또, 복수의 HAPS(10)는, 태양광을 받을 수가 있는 주간의 시간대에 태양광 발전으로 배터리를 충전하면서 나선 모양으로 상승하도록 비행하고, 태양광을 받을 수가 없는 야간의 시간대에 나선 모양으로 하강하는 글라이딩 비행에 의해 위치 에너지로부터 변환되는 프로펠러의 회전 에너지로 배터리를 충전하도록 비행하는 경우가 있다. 이와 같이 주야의 나선 모양의 상승 또는 하강의 비행 루트(route)로 비행하는 경우에 있어서도, 본 실시 형태에서는, 그 주간 또는 야간의 나선 모양의 비행 루트를 따라 복수의 HAPS(10)가 상기 협조 비행을 행하도록 제어된다.
또, 본 실시 형태에 있어서, 서로 이웃하게 되는 HPAS 사이의 거리는 수백km(예를 들면, 약 200km)이고, 안정된 성층권이라고 해도 기상 조건 등 환경이 달라, 협조하여 같은 비행 형태를 취하는 것이 효율적이 아닌 경우가 있다. 그 때문에, HAPS(10)가 비행하고 있는 고도의 공역(예를 들면, 성층권)의 기상 환경조건에 따라 복수의 HAPS(10)를 그룹 나누기 하여 협조 비행을 행하여도 좋다. HAPS(10)의 그룹은 기상 환경조건에 따라 변화시켜도 좋다.
도 14는 실시 형태와 관련되는 HAPS의 그룹 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 14에 있어서, 기후나 상공의 풍속 등의 기상 환경조건을 고려하여, 일본을 커버하는 복수의 HAPS(10)가, 복수의 일본의 홋카이도 영역을 주로 커버하는 HAPS의 그룹 G1과, 홋카이도를 제외한 동일본 영역을 주로 커버하는 HAPS의 그룹 G2와, 오키나와를 포함하는 서일본 영역을 주로 커버하는 HAPS의 그룹 G3으로 그룹 나누기 되어 있다. 이러한 그룹 G1, G2, G3마다 전술의 HAPS(10)의 협조 비행의 제어를 행함으로써, 기후나 상공의 풍속 등의 기상 환경조건에 따른 비행 루트의 형상(비행 형태)으로 HAPS(10)를 비행시킬 수가 있어 HAPS(10)에 무리한 비행을 시키지 않아도 된다.
도 15는 실시 형태와 관련되는 HAPS(10)의 엥커(anchor) 기체를 중심으로 한 협조 비행의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 15 중의 HAPS간의 화살표는 제어 정보의 송신 방향을 나타내고 있다. 도 15의 예에서는, 협조 비행 제어 대상의 복수의 HAPS(10) 중에서 어느 하나의 HAPS를 비행의 제어의 기준으로 되는 HAPS(이하 「엥커 HAPS」라고 한다.)(10A)로 설정하고 있다. 그리고, 그 기준의 엥커 HAPS(10A)를 중심으로 하여 각 HAPS(10)의 제어 정보를 순차 송신해 감으로써, 복수의 HAPS(10)의 전체가 서로 협조 비행을 행하도록 제어한다. 이에 의해 HAPS(10)를 이용한 통신 서비스를 제공하고 있는 영역에 있어서의 협조 비행 제어 대상의 모든 HAPS가 서로 협조 비행을 행할 수가 있고, 당해 통신 서비스 제공 영역에 있어서 셀 경계에 있어서의 핸드오버의 빈발이나 인접 셀로부터의 간섭의 증대에 의한 통신 품질의 열화를 보다 확실히 억제할 수가 있다. 또한, 엥커 HAPS(10A)는 복수라도 좋다.
도 16은 실시 형태와 관련되는 HAPS(10)의 협조 비행을 제어 가능한 집중 제어형의 제어 시스템의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 16에 있어서, 지상 또는 해상의 콘트롤 센터에 설치된 관리 장치(85)는, 복수의 HAPS(10) 각각의 전술의 감시 정보로서의 기체의 정보(예를 들면, 위도, 경도, 고도, 비행 방향의 방위, 수평면으로부터의 기울기)를 복수의 HAPS(10) 각각과 통신 가능한 GW국(중계 장치)(70)을 통해 수신한다. 관리 장치(85)는, 각 HAPS(10)로부터 수신한 기체의 정보를 기억 수단으로서의 HAPS 데이터베이스에 집약하여 기억한다. 또, 관리 장치(85)는, HAPS(10)마다, 대응하는 기체의 정보에 기초하여 상기 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 생성 또는 선택하고, 그 제어 정보를 GW국(중계 장치)(70)을 통해 HAPS(10)에 송신한다. 각 HAPS(10)는, 수신한 제어 정보에 기초하여, 상기 협조 비행을 행하도록 제어한다. 이상과 같이, 도 16의 예에서는, 지상 또는 해상에 있어서의 관리 장치(85)로부터, 복수의 HAPS(10)의 전체가 서로 협조 비행을 행하도록 각 HAPS(10)를 집중 제어할 수가 있다.
도 17은 실시 형태와 관련되는 HAPS(10)의 협조 비행을 제어 가능한 집중 제어형의 제어 시스템의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 도 17에 있어서, 지상 또는 해상의 콘트롤 센터에 설치된 관리 장치(85)는, 복수의 HAPS(10) 중에서 어느 하나의 엥커 HAPS(10A)를 통해, 복수의 HAPS(10)의 모든 기체의 정보(예를 들면, 위도, 경도, 고도, 비행 방향의 방위, 수평면으로부터의 기울기)를 수신한다. 관리 장치(85)는, 엥커 HAPS(10A)를 통해 수신한 복수의 HAPS(10)의 모든 기체의 정보를 HAPS 데이터베이스에 집약하여 기억한다. 또, 관리 장치(85)는, 복수의 HAPS(10)의 모두에 대해서, 기체의 정보에 기초하여 상기 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 생성 또는 선택하고, 그 복수의 제어 정보를 GW국(중계 장치)(70) 및 엥커 HAPS(10A)를 통해 각 HAPS(10)에 송신한다. 각 HAPS(10)는, 수신한 제어 정보에 기초하여, 상기 협조 비행을 행하도록 제어한다. 이상과 같이, 도 17의 예에서는, 지상 또는 해상에 있어서의 관리 장치(85)로부터, 복수의 HAPS(10)의 전체가 서로 협조 비행을 행하도록 각 HAPS(10)를 집중 제어할 수가 있다. 특히, 도 17의 예에서는, 복수의 HAPS(10) 중에서 어느 것이 GW국(70)과 통신할 수 없는 상황으로 되어 있는 경우에도 HAPS(10)의 협조 비행을 제어할 수 있다. 또한, 도 17의 예에 있어서, 기체의 정보 및 제어 정보의 송수신에 이용되는 엥커 HAPS(10A) 및 GW국(70)은 각각 복수라도 좋다.
도 18은 실시 형태와 관련되는 HAPS(10)의 협조 비행을 제어 가능한 자율 제어측의 제어 시스템의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 18에 있어서, 복수의 HAPS(10)는 각각, 서로 이웃하게 되어 있는 HAPS(10)와의 사이에서, 기체의 정보(예를 들면, 위도, 경도, 고도, 비행 방향의 방위, 수평면으로부터의 기울기)를 교환하고, 상기 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 생성 또는 선택하고, 그 제어 정보에 기초하여 상기 협조 비행을 행하도록 제어한다. 이상과 같이, 도 18에 있어서의 복수의 HAPS(10)는, 복수의 HAPS(10)의 전체가 서로 협조 비행을 행하도록 자율 제어할 수가 있다. 특히, 도 18의 예에서는, 복수의 HAPS(10) 모두가 GW국(70)과 통신할 수 없는 상황으로 되어 있는 경우에도 HAPS(10)의 협조 비행을 제어할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명된 처리 공정 및 HAPS(10, 20) 등의 통신 중계 장치의 무선 중계국, 피더국, 게이트웨이국, 관리 장치, 감시 장치, 원격 조정 장치, 서버, 단말 장치(사용자 장치, 이동국, 통신 단말), 기지국 및 기지국 장치의 구성 요소는, 여러 가지 수단에 의해 실장할 수가 있다. 예를 들면, 이러한 공정 및 구성 요소는, 하드웨어(hardware), 펌웨어(firmware), 소프트웨어(software), 또는 그들의 조합으로 실장되어도 좋다.
하드웨어 실장에 대해서는, 실체(예를 들면, 무선 중계국, 피더국, 게이트웨이국, 기지국, 기지국 장치, 무선 중계국 장치, 단말 장치(사용자 장치, 이동국, 통신 단말), 관리 장치, 감시 장치, 원격 조정 장치, 서버, 하드디스크 드라이브(drive) 장치, 또는 광디스크 드라이브 장치)에 대해 상기 공정 및 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛등의 수단은, 하나 또는 복수의, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), 디지털 신호 처리 장치(DSPD : Digital Signal Processing Device), PLD(Programmable Logic Device), FPGA(Field Programmable Gate Array), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로콘트롤러, 마이크로프로세서, 전자 디바이스, 본 명세서에서 설명된 기능을 실행하도록 디자인된 다른 전자 유닛, 컴퓨터, 또는 그러한 조합 내에 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(code))으로 실장되어도 좋다. 일반적으로, 펌웨어 및/또는 소프트웨어의 코드를 명확하게 구체화하는 임의의 컴퓨터/프로세서 독취 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 기억되어 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), 불휘발성 RAM(NVRAM), PROM(Programmable Read Only Memory)), 전기적 소거 가능 PROM(EEPROM), 플래쉬(flash) 메모리, 플로피(등록상표) 디스크, 콤팩트 디스크(CD : Compact Disk), DVD(Digital Versatile Disc), 자기 또는 광 데이터 기억 장치 등과 같은 컴퓨터나 프로세서로 독취 가능한 매체에 기억되어도 좋다. 그 코드는, 하나 또는 복수의 컴퓨터나 프로세서에 의해 실행되어도 좋고, 또, 컴퓨터나 프로세서에, 본 명세서에서 설명된 기능성이 있는 태양을 실행시켜도 좋다.
또, 상기 매체는 비일시적인 기록 매체라도 좋다. 또, 상기 프로그램의 코드는 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 디바이스 혹은 장치 기계로 읽어들여 실행 가능하면 좋고, 그 형식은 특정의 형식에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 프로그램의 코드는, 원시 코드, 오브젝트 코드(object code) 및 바이너리 코드(binary code)의 어느 것이라도 좋고, 또, 그러한 코드의 2 이상이 혼재한 것이라도 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 되어, 본 명세서에서 정의되는 일반적 원리는, 본 명시된 취지 또는 범위로부터 일탈하는 일이 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 범위에 인정되어야 하는 것이다.
10, 10(1)~10(6) HAPS(태양 전지 동력의 비행기 타입)
10A 엥커(anchor) HAPS 10F(1)~10F(6) 비행 루트
20 HAPS(비행선 타입)
40 셀 형성 목표 공역 41, 42, 43 3차원 셀
50 HAPS가 위치하는 공역
60 무선 조정 무인기
61 단말 장치 65 비행기
70 게이트웨이국(GW국) 72 인공위성
80 이동 통신망
85 관리 장치(관제 센터, 콘트롤 센터)
86 서버(server) 90 기지국(eNodeB)
100, 200, 300 빔(beam)
100A, 100A(1)~100A(6) 셀(cell) 110, 210 무선 중계국
A,B SINR 열화 영역

Claims (16)

  1. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 구비하는 시스템으로서,
    상기 복수의 무선 중계 장치는 각각,
    상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고,
    지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계국을 구비하고,
    자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고,
    상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치간에 서로 같아지도록 협조비행을 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치는 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 구비한 시스템으로서,
    상기 복수의 무선 중계 장치는 각각 상공을 비행하여 이동이 가능하도록 설치되고,
    지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계국을 구비하고,
    자율제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간의 위치관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치는 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 수평 방향에 있어서의 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 협조 비행을 행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치는 각각, 고도 방향에 있어서의 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 협조 비행을 행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치는, 각 무선 중계 장치의 위치에 기초하여, 지상 또는 해상의 서로 다른 복수의 영역에 대응하는 복수의 그룹으로 분류되고,
    상기 그룹마다 상기 무선 중계 장치의 협조 비행의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치 중에서 어느 것인가의 무선 중계 장치를 상기 비행의 제어의 기준으로 되는 무선 중계 장치로 설정하고,
    상기 기준의 무선 중계 장치를 중심으로 하여 상기 복수의 무선 중계 장치의 전체가 서로 협조 비행을 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치를 구비하고,
    상기 관리 장치는,
    상기 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고,
    상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 상기 협조의 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치를 구비하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치의 어느 하나의 무선 중계 장치는, 다른 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 다른 무선 중계 장치로부터 취득하고,
    상기 관리 장치는,
    상기 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치, 고도 및 자세의 적어도 하나를 포함하는 정보를 상기 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고,
    상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 상기 협조의 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 상기 다른 무선 중계 장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 중계 장치는, 그 무선 중계 장치의 근처에 위치하는 다른 무선 중계 장치의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 다른 무선 중계 장치로부터 취득하고, 상기 무선 중계 장치의 정보에 기초하여 상기 다른 무선 중계 장치와 협조하여 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치로서,
    상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치에서 서로 같아 지도록 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신하는 것을 특징으로 하는 관리 장치.
  12. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리장치로서,
    상공을 비행하여 이동 가능하도록 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를, 상기 복수의 무선 중계 장치 각각으로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유해서 취득하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치가 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 복수의 무선 중계 장치 각각에 송신하는 것을 특징으로 하는 관리 장치.
  13. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리 장치로서,
    상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치의 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유하여 취득하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치의 정보에 기초하여, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치 간에 서로 같아지도록 협조 비행을 행하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 다른 무선 중계 장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 관리 장치.
  14. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치를 관리하는 관리장치로서,
    상공을 비행하여 이동 가능하도록 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치 각각의 현재 위치를 포함하는 정보를 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 하나의 무선 중계 장치로부터 지상 또는 해상의 게이트웨이국을 경유해서 취득하고,
    상기 복수의 무선 중계 장치 정보에 기초하여 무선 중계 장치 간의 위치 관계를 유지하도록 상기 복수의 무선 중계 장치가 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화했을 때, 다른 무선 중계 장치가 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 변화 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하도록 제어하기 위한 제어 정보를 상기 게이트웨이국을 경유하여 상기 어느 하나의 무선 중계 장치에 송신하고, 상기 게이트웨이국 및 상기 어느 하나의 무선 중계 장치를 경유하여 다른 무선 중계 장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 관리 장치.
  15. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치의 비행 방법으로서,
    상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치는, 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해, 무선 중계 장치간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고, 상기 무선 중계 장치의 비행 방향 및 비행 방향에 대한 자세가 무선 중계 장치 간에 서로 같아지도록 협조 비행을 행하는 것을 특징으로 하는 비행 방법.
  16. 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치의 비행 방법으로서,
    상공을 비행하여 이동가능하게 설치되어 지상 또는 해상을 향해 셀을 형성하여 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 복수의 무선 중계 장치는 자율 제어에 의해 또는 외부로부터의 제어에 의해 무선 중계 장치 간의 위치 관계를 유지하도록 서로 협조하여 비행하고, 상기 복수의 무선 중계 장치 중 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 패턴이 변화하였을 때, 다른 무선 중계 장치는 상기 어느 것인가의 무선 중계 장치의 비행 후의 비행 패턴과 같은 비행 패턴으로 비행하는 것을 특징으로 하는 비행 방법.
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