KR20200098642A

KR20200098642A - 3차원화 네트워크에 있어서의 도플러 쉬프트 보정

Info

Publication number: KR20200098642A
Application number: KR1020207020429A
Authority: KR
Inventors: 미츠쿠니 코니시; 아츠시 나가테; 요시치카 오타; 켄지 호시노
Original assignee: 소프트뱅크 가부시키가이샤
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-08-20
Also published as: CA3087618C; EP3737202A1; EP3737202B1; JP2019121934A; KR102335370B1; US11165621B2; CN111543119B; CN111543119A; IL275825B; IL275825A; JP6898258B2; EP3737202A4; US20210083917A1; WO2019135368A1; CA3087618A1

Abstract

상공을 이동하면서 지상을 향해 복수의 셀을 형성하는 이동형의 무선 중계 장치를 이용하는 이동 통신 시스템에 있어서, 복수의 셀 각각의 단말 장치나 지상 또는 해상의 피더국에 대한 무선 중계 장치의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제한다. 통신 시스템은, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 이동형의 무선 중계 장치를 구비한다. 통신 시스템은, 셀에 재권하는 단말 장치와 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국과의 사이의 피더 링크의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 적어도 일방의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비한다.

Description

3차원화 네트워크에 있어서의 도플러 쉬프트 보정

본 발명은 3차원화 셀(cell)을 형성 가능한 무선 중계 장치 및 통신 시스템에 관한 것이다.

이동 통신 시스템의 무선 중계 장치(기지국)에 대해 단말 장치(이동국)가 이동하면서 신호를 송신하거나 수신하거나 하면, 수신 신호의 주파수에 도플러 현상에 의한 주파수 쉬프트(shift)(이하 「도플러 쉬프트(Doppler shift)」라고 한다.)이 발생한다. 이 도플러 쉬프트에 수반하는 수신 신호의 주파수 오차는 통신 품질에 영향을 줄 우려가 있다. 특허 문헌 1에는, 기지국으로부터의 파일럿(pilot) 신호 등의 이미 알려진 신호를 이용하여 도플러 쉬프트를 추정하고, 그 추정 결과에 기초하여 수신 신호의 주파수를 보정하는 사용자(user) 단말(단말 장치)이 개시되어 있다.

또, 서로 다른 방향으로 지향성을 가지는 복수의 빔(beam)으로 형성되는 복수의 셀을 형성하고, 각 셀에 재권하는 복수의 단말 장치와의 사이에 무선 통신하는 무선 중계 장치가 알려져 있다.

일본국 특허공표 2008-537388호 공보

상기 복수의 셀을 형성하는 무선 중계 장치로서는, 예를 들면, 인공위성에 조립되어 넣어진 위성국과 같이 상공을 이동하면서 지상을 향해 복수의 셀을 형성하는 이동형의 무선 중계 장치가 있다. 이 이동형의 무선 중계 장치를 이용하는 이동 통신 시스템에서는, 복수의 셀 각각의 단말 장치에 대한 무선 중계 장치의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트(Doppler shift)에 의해 통신 품질의 저하가 발생할 우려가 있다.

특히, 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국(feeder station)과의 사이의 피더 링크(feeder link)의 무선 통신에 있어서, 수십 GHz를 넘는 높은 주파수를 이용하는 경우에는, 도플러 쉬프트가 단말 장치의 보상 가능한 범위보다 커져 버려 소정의 통신 품질이 얻어지지 않을 우려가 있다.

또, 상기 이동형의 무선 중계 장치와 각 셀과의 위치 관계에 따라서는, 무선 중계 장치에 가까워지는 단말 장치가 재권하는 셀과 무선 중계 장치로부터 멀어지는 단말 장치가 재권하는 셀이 혼재하기 때문에, 무선 중계 장치에 대한 단말 장치의 상대 이동의 방향 및 속도가 서로 다른 복수의 셀이 혼재하는 경우가 있다. 이 경우, 셀에 따라서는 도플러 쉬프트가 커져 버려 소정의 통신 품질이 얻어지지 않을 우려가 있다.

또, 상기 복수의 셀을 형성하는 무선 중계 장치가 단말 장치로부터 신호를 수신하는 상향 링크에서는, 상기 복수의 셀 각각의 단말 장치에 대한 무선 중계 장치의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트에 의해, 무선 중계 장치가 단말 장치로부터 수신하는 상향 링크의 수신 신호의 주파수가 셀간에 일부 중복하여 간섭이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 한 태양과 관련되는 통신 시스템은, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 이동형의 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국(feeder station)과의 사이의 피더 링크(feeder link)의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 적어도 일방의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 다른 태양과 관련되는 무선 중계 장치는, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 이동형의 무선 중계 장치로서, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국(feeder station)과의 사이의 피더 링크(feeder link)의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 적어도 일방의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비한다.

상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋(offset)을 결정하고, 상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 적용해도 좋다. 상기 보정부는, 상기 피더국 또는 상기 무선 중계 장치에 설치해도 좋다.

또, 상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고, 상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용해도 좋다.

또, 상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 대한 주파수 오프셋을 결정하고, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고, 상기 보정부는, 상기 피더 링크의 주파수 오프셋을 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 적용하고, 상기 서비스 링크의 주파수 오프셋을 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용해도 좋다.

상기 보정부는, 상기 무선 중계 장치에 설치해도 좋다.

또, 상기 추정부는, 지도 정보와 상기 무선 중계 장치의 안테나 지향성 패턴에 기초하여 상기 셀의 형상을 추정하고, 그 추정한 셀의 형상에 있어서의 기하학적인 중심점에 있어서, 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 상기 보정부는, 상기 셀의 기하학적인 중심점에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정해도 좋다.

또, 상기 추정부는, 상기 셀에 있어서의 복수의 단말 장치의 현재 위치 정보의 통계 지표치에 기초하여 상기 셀 내의 상기 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치를 추정하고, 그 추정한 상기 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치에 있어서, 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 상기 보정부는, 상기 셀에 있어서의 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정해도 좋다.

또, 상기 추정부는, 상기 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치로부터 송신되는 상향 링크 참조 신호에 기초하여 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 상기 보정부는, 상기 복수의 단말 장치에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정치의 통계 지표치에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정해도 좋다.

또, 상기 추정부는, 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보에 기초하여, 상기 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 피더 링크의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정해도 좋다.

본 발명의 다른 태양과 관련되는 통신 시스템은, 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서, 상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와, 상기 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 무선 중계 장치는, 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치로서, 상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와, 상기 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비한다.

상기 무선 중계 장치는, 상공을 비행하여 이동 가능한 비행체에 설치해도 좋다.

또, 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 복수의 단말 장치의 사이에서 상향 링크의 신호가 상기 도플러 쉬프트에 의해 주파수축 상에서 서로 간섭하지 않게 상기 단말 장치의 상향 링크의 자원 할당을 결정해도 좋다.

또, 상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 상향 링크의 무선 통신의 주파수에 대한 주파수 오프셋을 결정하고, 상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 상향 링크의 무선 통신의 주파수에 적용해도 좋다.

본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 통신 시스템은, 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서, 상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 각 단말 장치의 도플러 쉬프트의 쉬프트량(shift quantity) 및 쉬프트 방향(shift direction)에 따라 상기 복수의 단말 장치를 그룹 나누기 행하는 추정부와, 상기 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 그룹에 포함되는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신의 주파수를 상기 단말 그룹마다 보정하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 또 다른 태양과 관련되는 무선 중계 장치는, 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치로서, 상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 각 단말 장치의 도플러 쉬프트의 쉬프트량 및 쉬프트 방향에 따라 상기 복수의 단말 장치를 그룹 나누기 행하는 추정부와, 상기 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 그룹에 포함되는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신의 주파수를 상기 단말 그룹마다 보정하는 보정부를 구비한다.

또, 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 복수의 단말 그룹의 사이에서 상향 링크의 신호가 상기 도플러 쉬프트에 의해 서로 주파수축 상에서 간섭하지 않게 상기 단말 그룹의 단말 장치로부터의 상향 링크의 자원 할당을 결정해도 좋다.

또, 상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 단말 그룹의 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 상향 링크의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고, 상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 상향 링크의 무선 통신의 주파수에 적용해도 좋다.

또, 상기 보정부는, 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보에 기초하여, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신의 주파수를 보정해도 좋다.

또, 상기 추정부는, 상기 무선 중계 장치를 통해 상기 단말 장치에 송신되는 하향 링크(down-link) 신호의 주파수 쉬프트의 정보, 상기 셀을 형성하는 안테나 지향성의 정보, 상기 단말 장치로부터 상기 무선 중계 장치를 통해 송신되는 상향 링크(up-link) 신호의 주파수 쉬프트의 정보, 상기 무선 중계 장치의 위치 정보의 시간 변화의 정보 및 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보의 적어도 하나의 정보에 기초하여, 상기 도플러 쉬프트를 추정해도 좋다.

또, 상기 무선 중계 장치는, 이동 통신의 기지국에 접속된 지상 또는 해상의 리피터(repeater) 모기(母機)와 무선 통신하는 리피터(repeater) 자기(子機)이며, 상기 추정부 및 상기 보정부는 각각, 상기 지상 또는 해상의 리피터 모기, 상기 리피터 자기 또는 상기 기지국에 설치해도 좋다.

또, 상기 무선 중계 장치는, 이동체 통신의 기지국이며, 상기 추정부 및 상기 보정부는 각각, 상기 기지국에 설치되어도 좋다.

본 발명에 의하면, 상공을 이동하면서 지상이나 해상을 향해 복수의 셀을 형성하는 이동형의 무선 중계 장치 및 그 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템에 있어서, 복수의 셀 각각의 단말 장치나 지상 또는 해상의 피더국에 대한 무선 중계 장치의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 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 HAPS(High Altitude Platform Station)의 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 하나의 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 9는 비행중의 HAPS와 HAPS에 의해 형성되는 복수의 셀의 단말 장치와의 위치 관계의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10a는 비행중의 HAPS의 무선 중계국과 단말 장치와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 10b는 비행중의 HAPS의 무선 중계국과 단말 장치와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 11은 비행중의 HAPS의 무선 중계국과 단말 장치와의 사이의 상향 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트에 의한 수신 신호의 간섭의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 12a는 주파수 오프셋의 결정의 기준에 이용하는 셀의 중심치의 정의의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 12b는 주파수 오프셋의 결정의 기준에 이용하는 셀의 중심치의 정의의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 13a는 주파수 오프셋의 결정 방법의 일례를 나타내는 설명도 및 그래프이며, 도 13b는 주파수 오프셋의 결정 방법의 일례를 나타내는 설명도 및 그래프이다.
도 14는 LTE(Long Term Evolution)의 상향 링크(up-link) 포맷의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 LTE(Long Term Evolution)의 하향 링크(down-link) 포맷의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 16은 비행 스케줄 정보에 기초하여 비행하고 있는 HAPS의 모습의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 17a는 단말 장치마다 행하는 상향 링크의 자원 할당 제어 및 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 17b는 단말 장치마다 행하는 상향 링크의 자원 할당 제어 및 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 18a는 HAPS로 형성하는 복수의 셀과 단말 그룹에 그룹핑(grouping) 되는 복수의 단말 장치와의 위치 관계의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 18b는 도 18a의 복수의 단말 장치를 시간축 상 및 주파수축 상에서 그룹핑(grouping) 한 단말 그룹의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 19a는 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템의 리피터 모기(피더국) 및 리피터 자기(HAPS의 무선 중계국)에 있어서의 주파수 변환의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 19b는 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템의 리피터 모기(피더국) 및 리피터 자기(HAPS의 무선 중계국)에 있어서의 주파수 변환의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 20은 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 20의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도(flow chart)이다.
도 22는 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 23은 도 22의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 24는 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 또 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 25는 도 24의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다.

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 적용이 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(Platform Station)(HAPS(High Altitude Platform Station))(「고고도 의사 위성」이라고도 한다.)(10, 20)을 구비하고 있다. HAPS(10, 20)는, 소정 고도의 공역에 위치하여, 소정 고도의 셀 형성 목표 공역(40)에 도 중에서 햇칭 영역으로 나타내는 것 같은 3차원 셀(3차원 에리어(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, 태양전지 동력의 비행기, 비행선)에 무선 중계국이 탑재된 것이다.

HAPS(10, 20)가 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)가 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 2 이상의 HAPS로 3차원 셀을 형성하는 목표의 공역이다. 셀 형성 목표 공역(40)은, HAPS(10, 20)가 위치하는 공역(50)과 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 모듈이라도 좋고, 비행기(65) 안에서 사용자(user)가 사용하는 사용자 장치라도 좋다. 셀 형성 목표 공역(40)에 있어서 빔(100, 200)이 통과하는 영역이 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, 예를 들면, 지상(또는 해상) 측의 코어 네트워크(core network)에 접속된 중계국으로서의 피더국(게이트웨이(gateway))(70)과 무선 통신하는 기지국, 또는 지상(또는 해상) 측의 기지국에 접속된 피더국(리피터 모기)(70)과 무선 통신하는 리피터 자기이다. 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)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, 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 원격 제어 장치(85)에 의해 제어할 수 있도록 해도 좋다. 이 경우, HAPS(10, 20)는, 원격 제어 장치(85)로부터의 제어 정보를 수신하거나 원격 제어 장치(85)에 각종 정보를 송신하거나 할 수 있도록 제어용 통신 단말 장치(예를 들면, 이동 통신 모듈)가 조립되어 넣어지고, 원격 제어 장치(85)로부터 식별할 수 있도록 단말 식별 정보(예를 들면, IP 주소, 전화번호 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 제어 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(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(100, 200)의 발산각(빔(beam) 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 커버하는 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, 태양전지 동력의 비행기 타입의 HAPS이며, 긴 방향의 양단부측이 상방을 따른 주 날개부(101)와, 주 날개부(101)의 짧은 방향의 일단 테두리부에 버스 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 「태양전지 패널」이라고 한다.)(102)이 설치되어 있다. 또, 주 날개부(101)의 하면의 긴 방향의 2개소에는, 판상의 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 이발착시에 사용되는 차륜(107)이 설치되어 있다. 태양전지 패널(102)에서 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. 또한, 도 2의 예에서는, 복수의 무선 중계국(110)을 설치한 예를 나타내고 있지만, 복수의 포드(105)의 어느 일방에 무선 중계국(110)을 설치해도 좋다.

태양전지 동력의 비행기 타입의 HAPS(10)는, 예를 들면, 선회비행을 행하거나 8자 비행을 행하거나 함으로써 양력으로 부양하고, 소정의 고도에서 수평 방향의 소정의 범위에 체재하도록 부양할 수가 있다. 또한, 태양전지 동력의 비행기 타입의 HAPS(10)는, 프로펠러(103)가 회전 구동되어 있지 않을 때는, 글라이더와 같이 날 수도 있다. 예를 들면, 낮등의 태양전지 패널(102)의 발전에 의해 배터리(106)의 전력이 남아 있을 때 높은 위치로 상승해, 야간등의 태양전지 패널(102)에서 발전할 수 없을 때에 배터리(106)로부터 모터로의 급전을 정지하여 글라이더(glider)와 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. 또, 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, 유료하중(payload)이 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 태양전지 패널을 설치하고, 태양전지 패널에서 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. 또, 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 구성되고, 3차원화한 네트워크를 광역에 걸쳐서 안정하게 실현될 수가 있는 로버스트성(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 토폴로지(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 하나의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 5의 무선 중계국(110, 210)은 리피터(repeater) 타입의 무선 중계국의 예이다. 무선 중계국(110, 210)은 각각, 3D 셀 형성 안테나부(111)와, 송수신부(112)와, 피드(feed)용 안테나부(113)와, 송수신부(114)와, 리피터부(115)와, 감시 제어부(116)와, 전원부(117)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, HAPS간 통신 등에 이용하는 광통신부(125)와 빔 제어부(126)를 구비한다.

3D 셀 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, 3D 셀 형성 안테나부(111)와 함께 제1 무선 통신부를 구성하고, 송수 공용기(DUP : DUPlexer)나 증폭기 등을 가지고, 3D 셀 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, 피드용 안테나부(113)와 함께 제2 무선 통신부를 구성하고, 송수 공용기(DUP : DUPlexer)나 증폭기 등을 가지고, 피드용 안테나부(113)를 통해, 피더국(70)에 무선 신호를 송신하거나 피더국(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 증폭 기능을 가진다. 리피터부(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)를 제어하고, HAPS(10, 20)를 목표 위치에 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 라우팅이 가능하게 됨과 아울러, 몇 개의 HAPS가 고장났을 때에 다른 HAPS가 백업(backup)하여 무선 중계함으로써 이동 통신 시스템의 로버스트성(robust property)을 높일 수가 있다.

빔 제어부(126)는, 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 따라 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 기초하여 행하여도 좋다. HAPS 자신의 위치 및 자세의 정보는, 그 HAPS에 조립하여 넣은 GPS 수신 장치, 자이로 센서(gyro sensor), 가속도 센서 등의 출력에 기초하여 취득하고, 주변의 HAPS의 위치의 정보는, 이동 통신망(80)에 설치한 원격 제어 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(118)를 더 구비하고, 리피터부(115) 대신에 기지국 처리부(119)를 구비한다. 또한, 무선 중계국(110, 210)은 각각, 광통신부(125)와 빔 제어부(126)를 구비한다.

모뎀부(modem part)(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 3D 셀 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, 3D 셀 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 엣지 컴퓨팅 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 엣지 컴퓨팅부(edge computing part)(120)를 더 구비한다.

엣지 컴퓨팅부(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, 엣지 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 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.

엣지 컴퓨팅부(120)는, 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 다수의 단말 장치로부터 수신한 정보를 분석하는 처리를 실행하여도 좋다. 이 분석 결과는 3차원 셀(41, 42)에 재권하는 다수의 단말 장치에 송신하거나 이동 통신망(80)에 설치한 원격 제어 장치(85), 또는 HAPS 관리 서버나 어플리케이션(application) 서버(어플리(appli) 서버) 등의 서버(86) 등에 송신하거나 해도 좋다.

무선 중계국(110, 210)을 매개로 한 단말 장치와의 무선 통신의 상향 링크 및 하향 링크의 이중 방식은 특정 방식에 한정되지 않으며, 예를 들어 시분할 이중(Time Division Duplex : TDD) 방식도 좋으며, 주파수분할 이중(Frequency Division Duplex : FDD) 방식도 좋다. 또, 무선 중계국(110, 210)을 통한 단말 장치와의 무선 통신의 액세스(access) 방식은, 특정 방식에 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)도 좋다. 또, 상기 무선 통신에는, 다이버시티·코딩(diversity·송신 빔 포밍(beam forming), 공간분할 다중화(SDM : Spatial Division Multiplexing) 등의 기능을 가지며, 송수신 양쪽 모두 복수의 안테나를 동시에 이용함으로써, 단위 주파수 당의 전송 용량을 늘릴 수 있는 MIMO(다입력 다출력 : Multi-Input and Multi-Output) 기술을 이용해도 된다. 또한 상기 MIMO 기술은 하나의 기지국이 하나의 단말 장치와 동일 시각·동일 주파수로 복수의 신호를 송신하는 SU-MIMO(Single-User MIMO) 기술도 좋으며, 하나의 기지국이 복수의 서로 다른 단말 장치에 동일 시각·동일 주파수로 신호를 송신하는 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 기술도 좋다.

이하, 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치가 태양전지 동력의 비행기 타입의 HAPS(10)인 경우에 대해 설명하지만, 이하의 실시 형태는, 무인 비행선 타입의 HAPS(20) 등의 다른 무선 중계 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또, 일부의 실시 형태에 대해서는, 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치가 지상 또는 해상에 설치된 고정형의 무선 중계 장치(예를 들면, 기지국이나 리피터 자기)에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

도 9는 비행중의 HAPS(10)와 HAPS(10)에 의해 형성되는 복수의 셀(100A(1), 100A(2))의 단말 장치(61(1), 61(2))와의 위치 관계의 일례를 나타내는 설명도이다. 또, 도 10A 및 도 10B는, 비행중의 HAPS(10)의 무선 중계국과 단말 장치(61(1), 61(2))와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트의 일례를 나타내는 설명도이다. 또, 도 11은 비행중의 HAPS(10)의 무선 중계국과 단말 장치와의 사이의 서비스 링크의 상향 링크(「리버스 링크(reverse link)」라고도 한다.)의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트에 의한 수신 신호의 간섭의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 9의 HAPS(10)는, 복수의 빔(100(1), 100(2))에 의해 지상의 2차원적인 셀(100A(1), 100A(2))을 형성하면서, 도 중의 좌방향 F로 비행하고 있다. 빔(100(1), 100(2))과 셀(100A(1), 100A(2))로 둘러싸인 공간에 의해 3차원 셀이 형성된다. 각 셀(100A(1), 100A(2))에 재권하는 단말 장치(61(1), 61(2))는, 서비스 링크, HAPS(10), 피더 링크(feeder link) 및 리피터(repeater) 모기(母機)(피더국)(71)를 통해, 기지국(90)과 통신할 수가 있다. 또, 비행 방향 F로 비행하고 있는 HAPS(10)의 무선 중계국(110)은, 그 비행 방향 F의 하류측에 위치하는 셀(100A(1)) 내의 단말 장치(61(1))에 가까워지고, 비행 방향 F의 상류측에 위치하는 셀(100A(2)) 내의 단말 장치(61(2))로부터 멀어지도록 이동한다.

도 10a에 나타내듯이, HAPS(10)의 무선 중계국(110)으로부터 하류측의 단말 장치(61(1))에 주파수 f_SLd1의 송신 신호(911)를 송신하는 서비스 링크의 하향 링크(「포워드 링크(forward link)」라고도 한다.)의 무선 통신에서는, 도플러 현상에 의해, 단말 장치(61(1))에서 수신되는 수신 신호(911′)의 주파수가 고주파측으로 도플러 쉬프트 f_d만큼 쉬프트하여 주파수 f′_SLd1(=f_SLd1+f_d)로 된다. 한편, 하류측의 단말 장치(61(1))로부터의 상향 링크에서는, 하향 링크의 수신 신호(911′)의 주파수 f′_SLd1(=f_SLd1+f_d)을 기준으로 하여 주파수 f′_SLu1(=f_SLd1+f_d)의 송신 신호(912)가 송신된다. 그리고, 도플러 현상에 의해, HAPS(10)의 무선 중계국(110)에서 수신되는 수신 신호(912′)의 주파수가 고주파측으로 도플러 쉬프트 f_d만큼 쉬프트하여 주파수 f′_SLu1(=f_SLu1+f_d)로 된다. 그 결과, 하향 링크의 2배 가까운 주파수 쉬프트(shift)가 서비스 링크 수신측에서 발생할 수 있다.

또, 도 10b에 나타내듯이, HAPS(10)의 무선 중계국(110)으로부터 상류측의 단말 장치(61(2))에 주파수 f_SLd2의 송신 신호(921)를 송신하는 서비스 링크의 하향 링크의 무선 통신에서는, 도플러 현상에 의해, 단말 장치(61(1))에서 수신되는 수신 신호(921′)의 주파수가 저주파측으로 도플러 쉬프트 f_d만큼 쉬프트하여 주파수 f′_SLd2(=f_SLd2-f_d)로 된다. 한편, 상류측의 단말 장치(61(2))로부터의 상향 링크에서는, 하향 링크의 수신 신호(921′)의 주파수 f′_SLd2(=f_SLd2-f_d)을 기준으로 하여 주파수 f′_SLu2(=f_SLd2-f_d)의 송신 신호(922)가 송신된다. 그리고, 도플러 현상에 의해, HAPS(10)의 무선 중계국(110)에서 수신되는 수신 신호(922′)의 주파수가 고주파측으로 도플러 쉬프트 f_d만큼 쉬프트하여 주파수 f′_SLu2(=f_SLu2-f_d)로 된다. 그 결과, 하향 링크의 2배 가까운 주파수 쉬프트(shift)가 서비스 링크 수신측에서 발생할 수 있다.

이와 같이 복수 셀(100A(1), 100A(2)) 각각에 재권하는 단말 장치(61(1), 61(2))에 대한 HAPS(10)의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트에 의해, HAPS(10)의 무선 중계국(110)과 단말 장치(61(1), 61(2))와의 사이의 무선 통신에 있어서 통신 품질의 저하가 발생할 우려가 있다.

특히, 도 9의 예에서는, 비행중의 HAPS(10)가 가까워지는 단말 장치(61(1))가 재권하는 셀(100A(1))과 HAPS(10)가 멀어지는 단말 장치(61(2))가 재권하는 셀(100A(2))이 혼재하고 있다. 이와 같이 HAPS(10)에 대한 단말 장치(61)의 상대 이동의 방향 및 속도가 서로 다른 복수의 셀이 혼재하는 경우, 셀에 따라서는 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 이동의 속도가 커지는 경우가 있다. 또, HAPS(10)가 고속으로 비행하고 있을 때는, 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 이동의 속도가 커져 버린다. 일반적으로 이동 통신 시스템의 단말 장치로서의 이동국에서는, 기지국으로부터의 참조 신호 등을 이용하여, 도플러 현상으로 쉬프트한 주파수를 새로운 주파수의 기준으로 함으로써 도플러 쉬프트를 보정하는 보정 기구가 존재한다. 그러나, 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 속도가 크고, 도플러 쉬프트(주파수 쉬프트)가 너무 큰 경우나, 단말 장치(61)와 HAPS(10)의 무선 중계국(110)과의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 HAPS(10)의 무선 중계국(110)과 리피터 모기(피더국)(71)와의 사이의 피더 링크의 무선 통신에 있어서, 수십 GHz를 넘는 높은 주파수를 이용하는 경우에는, 단말 장치(61) 측에서 도플러 쉬프트를 완전하게 보정할 수 없다. 즉, 도플러 현상에 의해 발생한 수신 신호의 주파수의 도플러 쉬프트가 보정 가능한 범위보다 커져 버려 통신 품질이 저하한다. 또, 상기 단말 장치에서의 보정 기구에 의해 하향 링크의 도플러 쉬프트를 극복하는 것은 가능하지만, 전술과 같이 상향 링크에서는 하향 링크의 주파수를 기준으로 송신되기 때문에 하향 링크의 2배 가까운 주파수 쉬프트가 서비스 링크 수신측에서 발생할 수 있다.

또, 도 11에 나타내듯이, 상기 복수의 셀(100A(1), 100A(2))을 형성하는 HAPS(10)의 무선 중계국(110)이 복수의 단말 장치(61(1), 61(2))로부터의 신호(912, 922)를 수신하는 상향 링크에서는, 셀간에 자원 할당 영역(주파수 : f_SLu1, f_SLu2)이 중복하지 않게 협조하여 스케줄링(scheduling)을 행하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 셀간의 협조 스케줄링을 행하여도, 도플러 쉬프트 f_d로 발생한 수신 신호(912′, 922′)의 주파수 오프셋(offset)에 의해, 셀간에 완전하게 직교하고 있던 자원은 직교성을 잃어, 단말 장치 사이(사용자 사이)의 간섭이 발생한다. HAPS(10)로 형성되는 셀(100A(1), 100A(2))의 양단에 있는 단말 장치(사용자)(61(1), 61(2))는 주파수 쉬프트량이 바로 역으로 되기 때문에, 특히 단말 장치 사이(사용자 사이)의 캐리어(carrier) 간섭이 일어나기 쉽다. 한 번 간섭해 버리면, 그 간섭을 분리하는 것이 어렵기 때문에, 주파수 오프셋의 보정을 하는 것이 어렵다.

그래서, 이하에 나타내는 각 실시 형태에서는, HAPS(10)가 형성하는 셀마다, 셀 내의 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다 도플러 쉬프트를 추정하고, 그 추정 결과에 기초하여 단말 장치와 HAPS와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정함으로써, 복수의 셀 각각의 단말 장치에 대한 HAPS의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제하고 있다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 도플러 쉬프트를 추정하고, 그 추정 결과에 기초하여, 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제하도록 단말 장치와 HAPS와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하는 제어를 「도플러 쉬프트 보정 제어」라고도 말한다.

일실시 형태에서는, HAPS(10)가 형성하는 복수의 셀(3차원 셀)(100A) 각각에 대해, HAPS(10)의 이동에 의한 셀에 재권하는 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 복수의 셀(100A) 각각에 대해, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 복수의 셀(100A)에 재권하는 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신의 주파수를 보정한다. 예를 들면, 무선 중계국(110)으로서의 리피터(repeater) 자기(子機)를 탑재한 HAPS(10)의 쉬프트 방향과 셀(100A)의 배치에 따라, 셀(100A)마다 도플러 쉬프트의 방향 및 크기를 추정하고, 그 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 셀(100A)마다, HAPS(10)의 리피터 자기의 서비스 링크 송신점 또는 서비스 링크 수신점에서 보정하는 주파수의 보정 정보(주파수 오프셋 방향 및 크기)를 변경한다. 본 실시 형태에 의하면, 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트가 셀(100A)마다 다른 경우라도, 복수의 셀(100A)에 있어서의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제할 수가 있다.

또한, 상기 셀(100A)마다의 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수 보정은, HAPS(10)와 단말 장치(61)와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 어느 일방에 적용해도 좋고, 또는 그 양쪽 모두에 적용해도 좋다. 또, 상기 보정에서 이용하는 주파수 오프셋(방향 및 크기)은 셀(100A)마다 1개씩 설정된다. 그 때문에, 상기 주파수 오프셋(방향 및 크기)은, 예를 들면, 셀(100A)의 중심점을 기준으로 하여 결정해도 좋다.

여기서, 셀(100A)의 중심점의 정의는, 도 12a에 나타내듯이 리피터 자기의 3D(3 Dimension) 셀 형성 안테나부(이하 「안테나」라고도 한다.)(111)의 지향성 패턴(111a)과 지도 정보를 기초로 셀(100A)의 형상을 추정하고, 그 추정한 셀(100A)의 형상에 있어서의 기하학적인 중심치(100C)라도 좋다.

또, 도 12b에 나타내듯이 셀(100A)의 배하(配下)에 존재하는 복수의 단말 장치(사용자)(61(1), 61(2))의 현재 위치 정보의 통계 지표치(예를 들면 GPS 위치 정보에 기초하여 산출한 x, y좌표의 중앙치)에 기초하여, 셀(100A) 내의 복수의 단말 장치(사용자)(61(1), 61(2))의 위치 분포의 중심치를 추정하고, 그 추정한 복수의 단말 장치(사용자)의 위치 분포의 중심치(100C′)를 기준으로 하여, 상기 주파수 오프셋(방향 및 크기)을 결정해도 좋다.

도 12a의 예에서는, 예를 들면, 후술의 리피터 모기(피더국)(71) 등에 설치되는 추정부의 내부에 보유하고 있는 지도 정보, 안테나 지향성 패턴 데이터 및 HAPS(10)의 GPS 정보를 이용하여, 지상 또는 해상에 형성되는 셀(100A)의 형상을 추정하고, 그 추정한 셀(100A)의 형상에 있어서의 기하학적인 중심치(100C)를 산출하고, 그 중심치(100C)를 상기 주파수 오프셋의 기준으로 한다.

또, 도 12b의 예에서는, 예를 들면, 지상에 있는 단말 장치(61)의 GPS 정보를 서버(86)에 보고시키고, 복수의 단말 장치(61)(사용자)의 위치 분포로부터 셀(100A)의 실효적인 중심치(100C′)를 산출하고, 그 실효적인 중심치(100C′)를 상기 주파수 오프셋의 기준으로 한다.

상기 주파수 오프셋은, 예를 들면, 도 13a 및 도 13b에 나타내듯이, 각 셀(100A) 내의 각 단말 장치(61)(사용자)로부터의 상향 링크의 참조 신호 등(예를 들면, 도 14의 LTE의 규격에 준거한 상향 링크 신호 포맷(410) 중에 있어서의 PRACH, SRS, DMRS)이나 GPS 정보로부터 계산한 도플러 쉬프트의 통계 지표(예를 들면 도 13b 중의 CDF(누적 분포 함수)가 50%로 되는 도플러 쉬프트의 중앙치)를 바탕으로 결정해도 좋다.

상기 주파수 오프셋은, 기지국(90)으로부터의 하향 링크 참조 신호(예를 들면, 도 15의 하향 링크 신호 포맷(400) 중에 있어서의 CRS)나 GPS 정보로부터 계산한 도플러 쉬프트의 통계 지표(예를 들면 도플러 쉬프트의 중앙치)를 바탕으로 결정해도 좋다.

또, 도 16에 나타내듯이 HAPS(10)가 비행할 때의 시각과 비행 루트 FR(위치 정보)가 대응 붙여진 비행 스케줄(플라이트 플랜(flight plan)) 정보가 미리 설정되어 있는 경우는, 그 비행 스케줄 정보에 기초하여, 상기 도플러 쉬프트의 추정과 상기 주파수의 보정(예를 들면 상기 주파수 오프셋(방향 및 크기) 결정)을 행하여도 좋다. 여기서, 상기 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수 보정(주파수 오프셋의 결정 및 적용)은, 비행 스케줄 정보와 현재의 시각 정보에 기초하여 산출해도 좋다. 또, 비행 스케줄 정보에 기초한 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수의 보정의 정밀도가 낮은 경우는, 전술의 참조 신호나 GPS 위치 정보에 기초한 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수의 보정과 조합해도 좋다. 예를 들면, 전술의 참조 신호나 GPS 위치 정보에 기초한 정밀도가 높은 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수의 보정을 GPS 정보의 보고 빈도 증가 등이 문제가 되지 않는 정도로 비교적 긴 제1 시간 간격으로 실행하고, 비행 스케줄 정보에 기초한 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수의 보정을 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격으로 실행하여 보완하도록 해도 좋다. 또, 비행 스케줄 정보에 기초한 도플러 쉬프트의 추정 및 주파수의 보정은, 이동 통신망(80) 측의 서버(86) 주도로 행하여도 좋고, HAPS(10) 내에 비행 스케줄 정보를 기억해 두고 HAPS(10)의 내부에서 자율적으로 행하여도 좋다.

또, 다른 실시 형태에서는, 복수의 셀(100A)에 재권하는 복수의 단말 장치(61) 각각에 대해, 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 복수의 단말 장치(61)(사용자) 각각에 대해, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하고 있다. 본 실시 형태에 의하면, 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트가 셀 내의 단말 장치(61)마다 다른 경우라도, 각 단말 장치(61)에 있어서의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제할 수가 있다.

도 17a 및 도 17b는 각각, 단말 장치마다 행하는 상향 링크의 자원 할당 제어 및 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 17a의 예에서는, 전술의 기지국(90)(도 9 참조)에 의해, 복수의 단말 장치(61(1), 61(2))로부터의 상향 링크의 송신 신호(912, 922)에 관해서, 자원 할당 정지에 의해 적응적으로 주파수축 상에서 소정 폭의 가이드 캐리어 f_G를 설치하여 캐리어간 간섭을 막도록 자원 할당 제어를 행한다. 여기서, 가이드 캐리어 f_G의 폭은, 도플러 쉬프트 f_d가 발생해도 각 단말 장치(61(1), 61(2))로부터의 상향 링크의 송신 신호(912, 922)가 서로 겹치지 않는 정도로 설정한다.

또, 도 17b의 예에서는, 기지국(90)에 의해, 도플러 쉬프트 f_d의 방향에 따라 적응적으로 복수의 단말 장치(61(1), 61(2))로부터의 상향 링크의 송신 신호(912, 922) 주파수축 상에서 서로 겹치지 않게 자원 할당 제어를 행한다.

또한, 도 17a 및 도 17b의 예의 각각에 있어서, 예를 들면, 기지국(90)에 의해, 단말 장치(61)(사용자)마다, 도플러 쉬프트 f_d의 추정 결과에 기초하여 도플러 쉬프트와는 역방향으로 상향 링크의 수신 신호의 주파수를 보정해도 좋다.

여기서, 개개의 단말 장치(사용자)의 도플러 쉬프트 추정 방법으로서 각종 방법을 이용할 수가 있다. 예를 들면, 도 14의 상향 링크 포맷에 있어서의 랜덤 억세스 채널(PRACH), 채널 상태 추정용 신호(SRS) 및 데이터 복조용의 참조 신호(DMRS)의 적어도 1개에 기초하여, 각 단말 장치(사용자)의 도플러 쉬프트를 추정해도 좋다. 또, HAPS(10) 및 단말 장치 각각의 위치 정보 또는 속도 정보에 기초하여, 각 단말 장치(사용자)의 도플러 쉬프트를 추정해도 좋다. 또, 각 단말 장치(사용자)의 도플러 쉬프트의 추정에는, HAPS(10)의 비행 스케줄(플라이트 플랜(flight plan)) 정보를 이용해도 좋다.

또, 또 다른 실시 형태에서는, 복수의 셀(100A)에 재권하는 복수의 단말 장치(61)를 그룹 나누기 한 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 단말 그룹에 포함되는 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 단말 그룹에 포함되는 단말 장치(61)와 HAPS(10)와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하고 있다. 본 실시 형태에 의하면, 단말 장치(61)에 대한 HAPS(10)의 상대 이동에 기인한 수신 신호의 도플러 쉬프트가 단말 그룹마다 다른 경우라도, 각 단말 그룹에 있어서의 도플러 쉬프트에 의한 통신 품질의 저하를 억제할 수가 있다.

여기서, 상기 복수의 단말 그룹은, 예를 들면, HAPS(10)가 형성하는 셀(100A)에 재권하는 복수의 단말 장치(61)(사용자)를 단말 장치(61)의 도플러 쉬프트의 크기 및 방향의 적어도 1개에 따라 그룹핑하여 설정한다.

또, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초한 주파수의 보정은, 특정의 주파수 블록마다 행하여도 좋고, 단말 그룹을 시간으로 분할하여 행하여도 좋다.

또, 상기 복수의 단말 그룹에 있어서, 전술의 도 17a 및 도 17b에 예시한 상향 링크의 자원 할당 제어 및 도플러 쉬프트 보정 제어를 단말 그룹마다 행하여도 좋다.

도 18a는 HAPS(10)로 형성하는 복수의 셀(100A)과 단말 그룹에 그룹핑(grouping) 되는 복수의 단말 장치(61)와의 위치 관계의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 18b는 도 18a의 복수의 단말 장치(61)를 시간축 상 및 주파수축 상에서 그룹핑(grouping) 한 단말 그룹(62)의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 18a에 있어서, 도 중 F방향으로 비행하고 있는 HAPS(10)의 무선 중계국(110)은, 그 하방의 지점(전체 셀 중심)을 중심으로 하여, 서로 인접하는 4개의 셀(100A(1)~100A(4))을 지상을 향해 형성하고 있다. 비행 방향 F로 비행하고 있는 HAPS(10)의 무선 중계국은, 그 비행 방향 F의 하류측에 위치하는 셀(100A(1)) 내의 단말 장치(61(1)) 및 셀(100A)(3) 내의 단말 장치((61(3))에 가까워지고 있으므로, 도플러 현상에 의해, HAPS(10)와 단말 장치(61(1), 61(3))과의 사이에 송수신 되는 신호의 주파수는 고주파수측으로 쉬프트한다. 한편, HAPS(10)의 무선 중계국은, 그 비행 방향 F의 상류측에 위치하는 셀(100A(2)) 내의 단말 장치((61(2-2), 61(2-3))으로부터 멀어지고 있으므로, 도플러 현상에 의해, HAPS(10)와 단말 장치((61(2-2), 61(2-3))와의 사이에 송수신 되는 신호의 주파수가 저주파수측으로 쉬프트한다. 또, HAPS(10)의 하부의 전체 셀 중심 근방에 위치하는 셀(100A(2)) 내의 단말 장치(61(2-1)) 및 셀(100A)(4) 내의 단말 장치(61(4))에 대한 HAPS(10)의 상대 이동 속도는 거의 제로(zero)가 되기 때문에, 도플러 쉬프트의 절대량은 작다.

도 18a에 나타내는 복수의 단말 장치는, 예를 들면, 도 18b에 나타내듯이, 추정한 도플러 쉬프트의 양으로 방향이 닮아 있는 단말 장치(사용자)끼리를 하나의 그룹으로 하도록 그룹핑 된다. 도 18b의 예에서는, 고주파수측으로의 도플러 쉬프트 f_d가 발생하고 있는 단말 장치(61(1), 61(3))는 제1 단말 그룹 G1로 분류되어 있다. 저주파수측으로의 도플러 쉬프트 f_d가 발생하고 있는 단말 장치((61(2-2), 61(2-3))는 제2 단말 그룹 G2로 분류되어 있다. 도플러 쉬프트 f_d가 작은 단말 장치(61(2-1), 61(4))가 제3 단말 그룹 G3로 분류되어 있다. 이 제3 단말 그룹 G3와 같이, 단말 장치가 재권하고 있는 셀이 차이가 나도, 전체 셀의 중심 근처이면 도플러 쉬프트 f_d는 작기 때문에 그룹핑 가능하다.

제1 단말 그룹 G1의 단말 장치(61(1), 61(3))에 대해서는, 전술의 기지국(90)(도 9 참조)에 의해, 전술의 캐리어간 간섭을 방지하기 위한 자원 R(1) 및 R(3)의 할당 제어를 행한다. 또, 제2 단말 그룹 G2의 단말 장치(61(1), 61(3))에 대해서는, 기지국(90)에 의해, 전술의 캐리어간 간섭을 방지하기 위한 자원 R(1) 및 R(3)의 할당 제어를 행한다. 또, 제3 단말 그룹 G3의 단말 장치(61(2-1), 61(4))에 대해서는, 기지국(90)에 의해, 전술의 캐리어간 간섭을 방지하기 위한 자원 R(2-1) 및 자원 R(4)의 할당 제어를 행한다.

또한, 본 예에서는 도플러 쉬프트가 발생하고 있는 제1 단말 그룹 G1H 및 제2 단말 그룹 G2 각각에 대해서는 단말 그룹마다, 서로 다른 시간에, 도플러 쉬프트 f_d의 추정 결과에 기초하여 도플러 쉬프트와는 역방향으로 주파수를 오프셋 하도록 보정하고 있다. 이 보정 예와 같이, 도플러 쉬프트가 크고 한편 쉬프트 방향이 반대 방향인 것끼리를 같은 시간에 다중하여 개별적으로 보정하는 것보다도, 단말 그룹마다, 서로 다른 별도 시간으로 나누어, 한꺼번에 보정하는 편이 효율이 좋다.

도 19a 및 도 19b는, 본 실시 형태와 관련되는 통신 시스템의 리피터 모기(피더국)(71) 및 리피터 자기(HAPS(10)의 무선 중계국)(150)에 있어서의 주파수 변환의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 19a 및 도 19b에서는, HAPS(10)의 무선 중계국으로서의 리피터 자기(150)가 3개의 셀(100A(1)~100A(3))을 형성하는 예를 나타내고 있지만, 리피터 자기(150)가 형성하는 셀의 수는 2셀이라도 좋고, 4셀 이상이라도 좋다.

도 19a 및 도 19b에 있어서, 지상의 리피터 모기(71)는, 각 셀(100A(1)~100A(3))의 단말 장치(61(1)~61(3))에 송신되는 주파수 f_SL의 송신 신호 S1~S3을 기지국(90)으로부터 수신하면, 각 신호가 피더 링크에서 서로 간섭하지 않게, 각 신호의 주파수를 서로 다른 주파수 f_FL1, f_FL2, f_FL3로 변환한다. 리피터 모기(71)는, 주파수 변환 후의 피더 링크의 주파수 f_FL1~f_FL3의 송신 신호 S1′~S3′를 안테나(71a)로부터 HAPS(10)를 향해 송신한다. HAPS(10)의 리피터 자기(150)는, 피더 링크의 주파수 f_FL1~f_FL3의 송신 신호 S1′~S3′를 피드용 안테나부(113)를 통해 리피터 모기(71)로부터 수신하면, 각 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, f_FL3을 원래의 주파수 f_SL로 변환한다. 리피터 자기(150)는, 주파수 변환 후의 서비스 링크의 주파수 f_SL의 송신 신호 S1~S3을 3D 셀 형성 안테나부(111)로부터 셀(100A(1)~100A(3))의 단말 장치(61(1)~61(3))을 향해 송신한다.

도 20은 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 21은 도 20의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도(flow chart)이다. 도 20 및 도 21의 예는, HAPS(10)의 무선 중계국으로서의 리피터 자기(150)가 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 그 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방의 주파수를 보정하는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 예이다.

도 20에 있어서, 리피터 자기(150)는, 하향 링크 입력부(151)와, 주파수 변환부(152)와, 하향 링크 출력부(153)와, 상향 링크 입력부(154)와, 주파수 변환부(155)와, 상향 링크 출력부(156)와, 각부를 제어하는 제어부(157)를 구비한다. 하향 링크 입력부(151), 주파수 변환부(152) 및 하향 링크 출력부(153)는, LTE에 준거한 하향 링크 신호를 중계하고, 상향 링크 입력부(154), 주파수 변환부(155) 및 상향 링크 출력부(156)는, LTE에 준거한 상향 링크 신호를 중계한다. 또, 리피터 자기(150)는, 서비스 링크측의 하향 링크 출력부에 있어서의 중계 대상의 하향 링크 신호를 모니터(monitor) 하고, 그 하향 링크 신호의 주파수에 기초하여 피더 링크의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부로서 기능하는 하향 링크 모니터링부(monitoring part)(158를 구비한다. 하향 링크 입력부(151), 하향 링크 출력부(153), 상향 링크 입력부(154) 및 상향 링크 출력부(156)는 각각, 소정 주파수의 중계 대상 신호를 소정의 레벨까지 증폭하는 증폭 기능을 가진다. 피더 링크측의 하향 링크 입력부(151) 및 상향 링크 출력부(156)는, 피드용 안테나부에 접속되어 있다. 서비스 링크측의 하향 링크 출력부(153) 및 상향 링크 입력부(154)는, HAPS(10)로 형성하는 복수의 셀에 대응 가능한 D셀 형성 안테나부에 접속되어 있다.

리피터 모기(71)는, 하향 링크 입력부(711)와, 주파수 변환부(712)와, 하향 링크 출력부(713)와, 상향 링크 입력부(714)와, 주파수 변환부(715)와, 상향 링크 출력부(716)와, 각부를 제어하는 제어부(717)를 구비한다. 하향 링크 입력부(711), 주파수 변환부(712) 및 하향 링크 출력부(713)는, LTE에 준거한 하향 링크 신호를 중계하고, 상향 링크 입력부(714), 주파수 변환부(715) 및 상향 링크 출력부(716)는, LTE에 준거한 상향 링크 신호를 중계한다. 하향 링크 입력부(711), 하향 링크 출력부(713), 상향 링크 입력부(714) 및 상향 링크 출력부(716)는 각각, 소정 주파수의 중계 대상 신호를 소정의 레벨까지 증폭하는 증폭 기능을 가진다. 피더 링크측의 하향 링크 출력부(713) 및 상향 링크 입력부(714)는, 피더 링크 안테나부에 접속되어 기지국측의 하향 링크 입력부(711) 및 상향 링크 출력부(716)는, 기지국과 통신하기 위한 통신 인터페이스부에 접속되어 있다.

리피터 자기(150)의 하향 링크 모니터링부(158)는, 하향 링크 출력부(153)에 있어서의 하향 링크 신호를 수신하고, 피더 링크의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정한다(도 21의 S101), 그 추정 결과를 제어부(157)에 송신한다. 도플러 쉬프트의 추정 결과를 수신한 제어부(157)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정하고, 그 주파수 오프셋을 포함한 보정 정보를 리피터 모기(71)에 통지하도록 제어한다(도 21의 S102). 보정 정보의 주파수 오프셋은, 피더 링크로 송수신 되는 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호 각각의 주파수를 추정한 도플러 쉬프트와는 역방향으로 쉬프트시키는 보정을 행하기 위한 정보이다. 리피터 자기(150)는, 보정 정보를 상향 링크 신호로서 피더 링크 경유로 리피터 모기(71)에 통지해도 좋고, 전용의 별도 회선(별도 링크)을 사용하여 통지해도 좋다. 리피터 모기(71)의 제어부(717)는, 리피터 자기(150)로부터 수신한 보정 정보에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 출력부(713)를 제어한다(도 21의 S103). 또, 리피터 모기(71)의 제어부(717)는, 리피터 자기(150)로부터 수신한 보정 정보에 기초하여, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 입력부(714)를 제어한다(도 21의 S103).

또한, 도 20 및 도 21에 있어서, 상기 주파수 오프셋을 포함한 보정 정보를 리피터 자기(150)로부터 리피터 모기(71)에 통지하지 않고 리피터 자기(150)가 피더 링크의 도플러 쉬프트를 보정해도 좋다. 예를 들면, 리피터 자기(150)의 제어부(157)는, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 입력부(151)를 제어해도 좋다. 또, 제어부(157)는, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 출력부(156)를 제어해도 좋다.

또, 도 20 및 도 21에 있어서, 상기 주파수 오프셋의 결정은, 리피터 자기(150)의 하향 링크 모니터링부(158)가 아니고, 상기 도플러 쉬프트의 보정을 행하는 리피터 모기(71)의 하향 링크 출력부(713) 및 상향 링크 입력부(714)와 리피터 자기(150)의 하향 링크 입력부(151) 및 상향 링크 출력부(156)의 적어도 1개가 행하여도 좋다.

또, 도 20 및 도 21에 있어서, 상기 주파수 오프셋을 이용한 주파수 보정은, 제어부(157, 717)를 통하지 않고, 리피터 모기(71)의 하향 링크 출력부(713) 및 상향 링크 입력부(714)와 리피터 자기(150)의 하향 링크 입력부(151) 및 상향 링크 출력부(156)의 적어도 1개가 하향 링크 모니터링부(158)로부터의 추정 결과에 기초하여 행하여도 좋다.

또, 도 20 및 도 21에 있어서, 상기 피더 링크에 있어서의 도플러 쉬프트의 추정은, 리피터 자기(150)가 아니고, 리피터 모기(71)로 행하여도 좋다. 예를 들면, 리피터 모기(71)에, 상향 링크 입력부(714)에 있어서의 상향 링크 신호를 수신하여 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정하는 상향 링크 모니터링부를 설치하고, 그 상향 링크 모니터링부에서의 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 피더 링크의 도플러 쉬프트를 보정해도 좋다.

도 22는 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 도 23은 도 22의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 22 및 도 23의 예는, 리피터 자기(150)를 탑재하는 HAPS(10), 단말 장치(61) 및 지상의 리피터 모기(71) 각각의 현재 위치 정보로서의 GPS 정보에 기초하여, 서비스 링크 및 피더 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 리피터 자기(150) 및 지상의 리피터 모기(71)가 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 주파수를 보정하는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 예이다. 또한, 도 22에 있어서, 전술의 도 20과 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 22에 있어서, 리피터 모기(71) 및 리피터 자기(150)는 각각, 하향 링크 모니터링부(158)를 구비하는 대신에, 서버 등으로부터 GPS 정보를 취득하는 정보 취득부(718, 159)를 구비한다. 정보 취득부(718, 159)는, 예를 들면, 제어용 통신 단말 장치(예를 들면, LTE, 5G의 규격에 준거한 이동 통신 단말 모듈)를 이용하여 구성해도 좋다. 서버는, 코어 네트워크 등을 통해 단말 장치(61), HAPS(10) 및 리피터 모기(71) 각각으로부터 보고된 GPS 정보를 수집한다.

예를 들면, 리피터 자기(150)의 정보 취득부(159)는, 서버 등으로부터 GPS 정보를 취득하여 제어부(157)에 송신한다. 제어부(157)는, 정보 취득부(159)로부터 수신한 GPS 정보에 기초하여, 단말 장치(61)(사용자)의 분포를 추정하거나 서비스 링크에 있어서의 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정하거나 한다(도 23의 S201, S202). 제어부(157)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 23의 S203). 또한, 제어부(157)는, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_SL에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 출력부(153)를 제어한다(도 23의 S204). 또, 제어부(157)는, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_SL에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 입력부(154)를 제어한다(도 23의 S204).

또, 예를 들면, 리피터 자기(150)는, 서버 등으로부터 취득한 GPS 정보에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 도플러 쉬프트 보정을 행하여도 좋다. 리피터 자기(150)의 제어부(157)는, 정보 취득부(159)로부터 수신한 GPS 정보에 기초하여, 피더 링크에 있어서의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)를 추정한다(도 23의 S201, S202). 제어부(157)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 23의 S203). 또한, 제어부(157)는, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 입력부(151)를 제어한다(도 23의 S204). 또, 제어부(157)는, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 출력부(156)를 제어한다(도 23의 S204).

또, 예를 들면, 리피터 모기(71)는, 서버 등으로부터 취득한 GPS 정보에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 도플러 쉬프트 보정을 행하여도 좋다. 리피터 모기(71)의 정보 취득부(718)는, 서버 등으로부터 GPS 정보를 취득하여 제어부(717)에 송신한다. 제어부(717)는, 정보 취득부(718)로부터 수신한 GPS 정보에 기초하여, 피더 링크에 있어서의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정한다(도 23의 S201, S202). 제어부(717)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 23의 S203). 또한, 제어부(717)는, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 출력부(713)를 제어한다(도 23의 S204). 또, 제어부(717)는, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 입력부(714)를 제어한다(도 23의 S204). 상기 정보의 취득은, 예를 들면, 이더네트(ethernet)(등록상표) 등의 전용의 링크 회선(통신 인터페이스)을 통해 행해진다.

또, 도 22 및 도 23에 있어서, 상기 주파수 오프셋은, 리피터 자기(150)나 리피터 모기(71)에서 결정하지 않고, 상기 서버에서 결정하여 리피터 자기(150)나 리피터 모기(71)에 통지해도 좋다.

도 24는 본 실시 형태와 관련되는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 통신 시스템의 구성의 또 다른 예를 나타내는 블록도이다. 도 25는 도 24의 도플러 쉬프트 보정 제어의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 24 및 도 25의 예는, 리피터 자기(150)를 탑재하는 HAPS(10)의 비행 스케줄(플라이트 플랜(flight plan)) 정보와 현재 시각 정보에 기초하여, 피더 링크 및 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고, 그 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 주파수를 보정하는 도플러 쉬프트 보정 제어를 행하는 예이다. 또한, 도 24에 있어서, 전술의 도 19a 및 도 19b 및 도 22와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 24에 있어서, 리피터 모기(71) 및 리피터 자기(150)는 각각, 하향 링크 모니터링부(158)를 구비하는 대신에, 서버 등으로부터 HAPS(10)의 비행 스케줄(플라이트 플랜(flight plan)) 정보를 취득하는 정보 취득부(718, 159)를 구비한다. 서버는, 코어 네트워크 등을 통해 HAPS(10)의 비행 스케줄(플라이트 플랜(flight plan)) 정보를 수집한다.

예를 들면, 리피터 자기(150)의 정보 취득부(159)는, 서버 등에서 비행 스케줄 정보를 취득하여 제어부(157)에 송신한다. 제어부(157)는, 그 비행 스케줄 정보와 현재 시각 정보에 기초하여, 서비스 링크에 있어서의 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정한다(도 25의 S301, S302). 제어부(157)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 25의 S303). 또한, 제어부(157)는, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_SL에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 출력부(153)를 제어한다(도 25의 S304). 또, 제어부(157)는, 셀마다, 단말 장치마다 또는 단말 그룹마다, 서비스 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_SL에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 입력부(154)를 제어한다(도 25의 S304).

또, 예를 들면, 리피터 자기(150)는, 서버 등으로부터 취득한 비행 스케줄 정보에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 도플러 쉬프트 보정을 행하여도 좋다. 리피터 자기(150)의 제어부(157)는, 정보 취득부(159)로부터 수신한 비행 스케줄 정보와 현재 시각 정보에 기초하여, 피더 링크에 있어서의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정한다(도 23의 S201, S202). 제어부(157)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 23의 S203). 또한, 제어부(157)는, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 입력부(151)를 제어한다(도 23의 S204). 또, 제어부(157)는, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 출력부(156)를 제어한다(도 23의 S204).

또, 예를 들면, 리피터 모기(71)는, 서버 등으로부터 취득한 비행 스케줄 정보에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 도플러 쉬프트 보정을 행하여도 좋다. 리피터 모기(71)의 정보 취득부(718)는, 서버 등으로부터 비행 스케줄 정보를 취득하여 제어부(717)에 송신한다. 제어부(717)는, 정보 취득부(718)로부터 수신한 비행 스케줄 정보와 현재 시각 정보에 기초하여, 피더 링크에 있어서의 도플러 쉬프트(쉬프트 방향 및 쉬프트량)을 추정한다(도 23의 S201, S202). 제어부(717)는, 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 피더 링크의 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호의 적어도 일방에 적용하는 주파수 오프셋(오프셋의 방향 및 크기)을 결정한다(도 23의 S203). 또한, 제어부(717)는, 피더 링크의 하향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 하향 링크 출력부(713)를 제어한다(도 23의 S204). 또, 제어부(717)는, 피더 링크의 상향 링크 신호의 주파수 f_FL1, f_FL2, ···에 상기 주파수 오프셋을 적용하여 보정하도록 상향 링크 입력부(714)를 제어한다(도 23의 S204).

또한, 도 24 및 도 25에 있어서, 상기 주파수 오프셋은, 리피터 자기(150)나 리피터 모기(71)에서 결정하지 않고, 상기 서버에서 결정하여 리피터 자기(150)나 리피터 모기(71)에 통지해도 좋다.

또, 상기의 도 19a 및 도 19b~도 24의 예에서는, 상공의 HAPS에 설치한 무선 중계국이 리피터 자기인 경우에 대해 설명했지만, 상공의 HAPS에 설치한 무선 중계국은 이동 통신 시스템의 기지국(예를 들면 LTE의 eNodeB)이라도 좋다.

또한, 본 명세서에서 설명된 처리 공정 및 HAPS(10, 20) 등의 통신 중계 장치의 무선 중계국, 피더국, 원격 제어 장치, 서버, 단말 장치(사용자 장치, 이동국, 통신 단말) 및 기지국에 있어서의 기지국 장치의 구성 요소는, 여러 가지 수단에 의해 실장할 수가 있다. 예를 들면, 이러한 공정 및 구성 요소는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그러한 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 제어 장치, 서버, 하드디스크 드라이브 장치, 또는 광 디스크 드라이브 장치)에 있어서 상기 공정 및 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛 등의 수단은, 1개 또는 복수의 특정용도전용 IC(ASIC), 디지털 시그널 프로세서(DSP), 디지탈 신호 처리 장치(DSPD), 프로그래머블 논리 디바이스(PLD), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서, 전자 디바이스, 본 명세서에서 설명된 기능을 실행하도록 디자인된 다른 전자 유닛, 컴퓨터, 또는 그러한 조합의 안에 실장되어도 좋다.

또, 펌웨어(firm-ware) 및/또는 소프트웨어 실장에 대해서는, 상기 구성 요소를 실현하기 위해서 이용되는 처리 유닛 등의 수단은, 본 명세서에서 설명된 기능을 실행하는 프로그램(예를 들면, 프로시저, 함수, 모듈, 인스트럭션(instruction), 등의 코드(code))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 기억되어 컴퓨터나 프로세서에 의해 실행되어도 좋다. 그 메모리는, 컴퓨터나 프로세서의 내부에 실장되어도 좋고, 또는 프로세서의 외부에 실장되어도 좋다. 또, 펌웨어(firm-ware) 및/또는 소프트웨어 코드는, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 불휘발성 RAM(NVRAM), PROM(Programable Read Only Memory), 전기적 소거 가능 PROM(EEPROM), 플래쉬(flash) 메모리, 플로피(등록상표) 디스크, 콤팩트 디스크(CD), DVD(Digital Versatile Disc), 자기 또는 광 데이터 기억 장치 등과 같이, 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 태양을 실행시켜도 좋다.

또, 상기 매체는 비일시적인 기록 매체라도 좋다. 또, 상기 프로그램의 코드는, 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 디바이스 혹은 장치 기계로 읽어들여 실행이 가능하면 좋고, 그 형식은 특정의 형식에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 프로그램의 코드는, 원시 코드, 오브젝트(object) 코드 및 바이너리(binary) 코드의 어느 것이라도 좋고, 또 그러한 코드의 2이상이 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 되고, 본 명세서에서 정의되는 일반적 원리는, 본 개시의 취지 또는 범위로부터 일탈하는 일 없이 다른 바리에이션(variation)에 적용이 가능하다. 그러므로, 본 개시는 본 명세서에서 설명되는 예 및 디자인에 한정되는 것은 아니고, 본 명세서에서 개시된 원리 및 신규한 특징에 합치하는 가장 넓은 범위로 인정되어야 하는 것이다.

10 HAPS(태양전지 동력의 비행기 타입)
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
61(1)~61(4) 단말 장치 61(2-1)~61(2-3) 단말 장치
62H, 62L, 62M 단말 그룹
65 비행기
70 피더국(feeder station)
71 리피터(repeater) 모기(母機)
72 인공위성 80 이동 통신망
80a 코어(core) 네트워크
85 원격 제어 장치(관제 센터) 86 서버(server)
90 기지국(eNodeB)
100, 200, 300 빔(beam)
100A, 100A(1)~100A(4) 셀(cell)
110, 210 무선 중계국
111 3D 셀 형성 안테나부
113 피드용 안테나부
150 리피터(repeater) 자기(子機)(무선 중계국)
151 하향 링크 입력부 152 주파수 변환부
153 하향 링크 출력부
154 상향 링크 입력부 155 주파수 변환부
156 상향 링크 출력부
157 제어부
158 하향 링크 모니터링부 159 정보 취득부
711 하향 링크 입력부 712 주파수 변환부
713 하향 링크 출력부
714 상향 링크 입력부 715 주파수 변환부
716 상향 링크 출력부
717 제어부 718 정보 취득부

Claims

상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 이동형의 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서,
상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국과의 사이의 피더 링크의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와,
상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 적어도 일방의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고,
상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제2항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 피더국 또는 상기 무선 중계 장치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고,
상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고,
상기 보정부는, 상기 피더 링크의 주파수 오프셋을 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 적용하고, 상기 서비스 링크의 주파수 오프셋을 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 무선 중계 장치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 추정부는, 지도 정보와 상기 무선 중계 장치의 안테나 지향성 패턴에 기초하여 상기 셀의 형상을 추정하고, 그 추정한 셀의 형상에 있어서의 기하학적인 중심점에 있어서, 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고,
상기 보정부는, 상기 셀의 기하학적인 중심점에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 셀에 있어서의 복수의 단말 장치의 현재 위치 정보의 통계 지표치에 기초하여 상기 셀 내의 상기 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치를 추정하고, 그 추정한 상기 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치에 있어서, 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고,
상기 보정부는, 상기 셀에 있어서의 복수의 단말 장치의 위치 분포의 중심치에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치로부터 송신되는 상향 링크 참조 신호에 기초하여 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트를 추정하고,
상기 보정부는, 상기 복수의 단말 장치에 대해 추정한 상기 서비스 링크의 도플러 쉬프트의 추정치의 통계 지표치에 기초하여, 상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크에 있어서의 무선 통신의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보에 기초하여, 상기 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 피더 링크의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서,
상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와,
상기 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 복수의 단말 장치의 사이에서 상향 링크의 신호가 상기 도플러 쉬프트에 의해 주파수축 상에서 서로 간섭하지 않게 상기 단말 장치의 상향 링크의 자원 할당을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 상향 링크의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고,
상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 상향 링크의 무선 통신의 주파수에 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치를 구비한 통신 시스템으로서,
상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 각 단말 장치의 도플러 쉬프트의 쉬프트량 및 쉬프트 방향에 따라 상기 복수의 단말 장치를 그룹 나누기 행하는 추정부와,
상기 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 그룹에 포함되는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신의 주파수를 상기 단말 그룹마다 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 복수의 단말 그룹의 사이에서 상향 링크의 신호가 상기 도플러 쉬프트에 의해 주파수축 상에서 서로 간섭하지 않게 상기 단말 그룹의 단말 장치로부터의 상향 링크의 자원 할당을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 단말 그룹의 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 상향 링크의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고,
상기 보정부는, 상기 단말 그룹마다 상기 주파수 오프셋을 상기 상향 링크의 무선 통신의 주파수에 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보에 기초하여, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 무선 중계 장치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 중계 장치는, 상공을 비행하여 이동 가능하게 설치된 무선 중계 장치인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 무선 중계 장치를 통해 상기 단말 장치에 송신되는 하향 링크 신호의 주파수 쉬프트의 정보, 상기 셀을 형성하는 안테나 지향성의 정보, 상기 단말 장치로부터 상기 무선 중계 장치를 통해 송신되는 상향 링크 신호의 주파수 쉬프트의 정보, 상기 무선 중계 장치의 위치 정보의 시간 변화의 정보 및 상기 무선 중계 장치에 대해 미리 정해진 비행 스케줄 정보의 적어도 하나의 정보에 기초하여, 상기 도플러 쉬프트를 추정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 중계 장치는, 이동 통신의 기지국에 접속된 지상 또는 해상의 리피터 모기와 무선 통신하는 리피터 자기이며,
상기 추정부 및 상기 보정부는 각각, 상기 지상 또는 해상의 리피터 모기, 상기 리피터 자기 또는 상기 기지국에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 중계 장치는, 이동체 통신의 기지국이며,
상기 추정부 및 상기 보정부는 각각, 상기 기지국에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
상공을 비행하여 이동 가능하게 설치되고 소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 이동형의 무선 중계 장치로서,
상기 셀에 재권하는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신 및 상기 무선 중계 장치와 지상 또는 해상의 피더국과의 사이의 피더 링크의 무선 통신의 적어도 일방의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와,
상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 적어도 일방의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제23항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고,
상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 적용하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제23항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고,
상기 보정부는, 상기 주파수 오프셋을 상기 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제23항에 있어서,
상기 추정부 또는 상기 보정부는, 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 결정하고, 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신에 대한 주파수 오프셋을 상기 셀마다 결정하고,
상기 보정부는, 상기 피더 링크의 주파수 오프셋을 상기 피더 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 적용하고, 상기 서비스 링크의 주파수 오프셋을 상기 서비스 링크의 상향 링크 및 하향 링크의 적어도 일방의 무선 통신의 주파수에 상기 셀마다 적용하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치로서,
상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하는 추정부와,
상기 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신의 주파수를 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
소정 고도의 안테나로부터 지상 또는 해상을 향해 복수의 셀을 형성하여 상기 복수의 셀 각각에 재권하는 단말 장치와 무선 통신하는 무선 중계 장치로서,
상기 복수의 셀에 재권하는 복수의 단말 장치 각각에 대해, 상기 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 서비스 링크의 무선 통신에 있어서의 도플러 쉬프트를 추정하고, 각 단말 장치의 도플러 쉬프트의 쉬프트량 및 쉬프트 방향에 따라 상기 복수의 단말 장치를 그룹 나누기 행하는 추정부와
상기 복수의 단말 그룹 각각에 대해, 상기 도플러 쉬프트의 추정 결과에 기초하여 상기 단말 그룹에 포함되는 단말 장치와 상기 무선 중계 장치와의 사이의 무선 통신의 주파수를 상기 단말 그룹마다 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상공을 비행하여 이동 가능한 비행체에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.