WO2019054232A1 - 故障落下対応型ｈａｐｓ - Google Patents

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WO2019054232A1
WO2019054232A1 PCT/JP2018/032732 JP2018032732W WO2019054232A1 WO 2019054232 A1 WO2019054232 A1 WO 2019054232A1 JP 2018032732 W JP2018032732 W JP 2018032732W WO 2019054232 A1 WO2019054232 A1 WO 2019054232A1
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WO
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communication relay
haps
relay device
communication
drop
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/032732
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐介 若林
惇 山元
貴志 本久
Original Assignee
ソフトバンク株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/31—Supply or distribution of electrical power generated by photovoltaics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D25/00—Emergency apparatus or devices, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/30—Lighter-than-air aircraft, e.g. aerostatic aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/13—Propulsion using external fans or propellers

Definitions

  • the present invention relates to measures against failure and drop of HAPS (High Altitude Platform Station) suitable for construction of 3D network of 5th generation communication.
  • HAPS High Altitude Platform Station
  • LTE-AdvancedPro which is an extension of 3GPP LTE (Long Term Evolution) -Advanced
  • Non-patent Document 2 a communication standard for mobile communication systems
  • LTE-AdvancedPro specifications for providing communication to devices for the recent IoT (Internet of Things) have been formulated.
  • the 5th generation of mobile equipment supports simultaneous connection to multiple terminal devices (also called “UE (user equipment)", “mobile stations”, “communication terminals”) such as IoT devices, low latency, etc. Communication is being studied (see, for example, Non-Patent Document 3).
  • a communication relay device includes a wireless relay station performing wireless communication with a terminal device, and a floating body controlled to be located in an airspace of a predetermined height by autonomous control or control from the outside.
  • a communication relay apparatus of the floating type wherein, when a failure accompanied by the descent of the communication relay apparatus itself occurs, the communication relay apparatus itself is brought to a predetermined drop target location predicted based on the information of the surrounding air flow. It has means for dropping it.
  • a connection release mechanism configured of a plurality of partial structures connected by a releaseable connection portion, which selectively releases connection of the plurality of partial structures, and the plurality of partial structures And the control part which controls connection release by the said connection release mechanism so that it may fall to the said drop target location.
  • the control unit may control at least one of the position and the number of connection units for releasing the connection and the timing for releasing the connection. Further, the control unit selects a combination of disconnection with the highest probability of falling to the target position of drop from the combination of multiple types of disconnection of the plurality of partial structures, and disassembles the combination into the partial structures. You may control as follows. Further, in the communication relay device, each of the plurality of substructures may drop while transmitting a drop alarm signal to a terminal device located at a place where the substructure drops.
  • the communication relay apparatus may further include means for detecting a change in the altitude of the communication relay apparatus itself and detecting the occurrence of the failure based on the change in the altitude, or the descent of the communication relay apparatus itself Means for receiving information from an external device regarding the occurrence of a fault involving the Further, the communication relay apparatus may include means for predicting the drop target place, and may include means for receiving information on the drop target place from an external device.
  • the external device may be a ground or sky management device that manages the communication relay device.
  • the external device is one of a peripheral relay station and a floating relay station that performs wireless communication with a terminal device and a floating body that is controlled to be positioned in an airspace of a predetermined height by autonomous control or control from the outside. It may be a plurality of other communication relay devices.
  • the drop target location may be the wind speed and direction of the peripheral air flow at the time of occurrence of the failure, the moving speed and direction of movement of the communication relay device in which the failure has occurred, and the communication in which the failure has occurred. It may be predicted based on the mass or the mass and the external size of the plurality of partial structures constituting the relay device or the communication relay device.
  • the drop target location may be a result of machine learning obtained by a plurality of drop tests performed under a plurality of different conditions for the communication relay device or the plurality of partial structures.
  • a communication relay apparatus characterized by being predicted based on the above.
  • the communication relay device may drop while transmitting a drop warning signal to a terminal device located at a location where drop of the communication relay device itself is predicted. Further, in the communication relay device, when a failure with descent occurs in another communication relay device located in the periphery, a terminal device located in a place where the fall of the other communication relay device or its partial structure is predicted A drop warning signal may be sent to the Further, even if the communication relay apparatus detects a change in the altitude of another communication relay apparatus located in the periphery, and detects the occurrence of a failure accompanied by the fall of the other communication relay apparatus based on the change in the altitude. Good.
  • a three-dimensional cell may be formed in a predetermined cell formation target airspace between the ground or the sea surface, and the height of the cell formation target airspace may be 10 [km] or less.
  • the height of the cell formation target airspace may be 50 [m] or more and 1 [km] or less.
  • the height of the floating airspace may be 100 [km] or less.
  • the said floating body may be located in the stratosphere whose height is 11 [km] or more and 50 [km] or less.
  • a system is a system including a plurality of any one of the communication relay devices, wherein the plurality of communication relay devices mutually exchange location information and planned route information of the communication relay device.
  • the movement paths are controlled so as not to approach each other within a predetermined distance or less than a predetermined distance.
  • a management apparatus is a management apparatus located on the ground or in the sky for managing any one of the communication relay apparatuses.
  • the management apparatus may predict a drop target location of the communication relay apparatus in which the failure has occurred, and transmit information on the predicted drop target location to the communication relay apparatus in which the failure has occurred. Further, in the management device, a drop warning signal may be transmitted to a terminal device located at a place where the drop of the communication relay device or the partial structure thereof is predicted.
  • propagation delay of wireless communication with a terminal device including an IoT device is low in the fifth generation mobile communication etc., simultaneous connection with a large number of terminal devices is possible, high speed communication is possible, unit area A three-dimensional network with a large system capacity can be stably realized over a wide area, and safety at the time of failure can be enhanced.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of the entire configuration of a communication system for realizing a three-dimensional network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the HAPS used in the communication system of the embodiment.
  • FIG. 3 is a side view showing another example of the HAPS used in the communication system of the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a wireless network formed in the sky by the plurality of HAPSs of the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of the entire configuration of a communication system for realizing a three-dimensional network according to still another embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the HAPS radio relay station according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of the entire configuration of a communication system for realizing a three-dimensional network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the HAPS used in the communication
  • FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example of the HAPS wireless relay station of the embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing still another configuration example of the HAPS wireless relay station of the embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing an example of occurrence of a failure due to a collision during formation flight of HAPS.
  • FIG. 10 is a flow chart showing an example of collision avoidance flight control of HAPS during formation flight.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing an example of collision avoidance flight of HAPS during formation flight.
  • FIG. 12A is a top view showing an example of the HAPS composed of a plurality of partial structures.
  • 12B is a top view of the HAPS of FIG. 12A with the disassembled disassembled substructure.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of a control system of disconnection of partial structures in the HAPS of the embodiment.
  • FIG. 14 is a sequence diagram showing an example of control when a failure occurs in the HAPS in the communication system of the embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory drawing showing an example of how the HAPS is disassembled and dropped.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an example of centralized management processing using the HAPS drop management database of the remote control device (control center) in the communication system of the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the entire configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the communication system according to the present embodiment is suitable for realizing a three-dimensional network of the fifth generation mobile communication that supports simultaneous connection to a large number of terminal devices, low delay, and the like.
  • the standard of mobile communication applicable to the communication system, the wireless relay station, the base station, the repeater, and the terminal device disclosed in the present specification is the standard of the fifth generation of mobile communication, and the fifth and subsequent generations. Includes standards for next-generation mobile communications.
  • the communication system includes high altitude platform stations (HAPS) (also referred to as “high altitude pseudo satellites”) 10 and 20 as a plurality of levitation communication relay devices.
  • the HAPSs 10 and 20 are located in an airspace of a predetermined height, and form three-dimensional cells (three-dimensional areas) 41 and 42 as indicated by hatching regions in the figure in the cell formation target airspace 40 of the predetermined height.
  • the HAPS 10, 20 is a floating body (for example, a solar system) controlled so as to float or fly to a high altitude airspace (floating airspace) 50 of 100 [km] or less from the ground or sea surface by autonomous control or external control.
  • a radio relay station is mounted on a plane (airship).
  • the airspace 50 in which the HAPSs 10 and 20 are located is, for example, a stratospheric airspace having an altitude of 11 km or more and 50 km or less.
  • This airspace 50 may be an airspace at an altitude of 15 [km] or more and 25 [km] or less at which the weather conditions are relatively stable, and in particular, may be an airspace of approximately 20 [km] in altitude.
  • Hrsl and Hrsu in the figure indicate the relative heights of the lower end and the upper end of the airspace 50 in which the HAPS 10 and 20 are located, respectively, with reference to the ground (GL).
  • the cell formation target airspace 40 is a target airspace for forming a three-dimensional cell with one or more HAPS in the communication system of the present embodiment.
  • the cell formation target airspace 40 is located between the airspace 50 in which the HAPS 10 and 20 are located and the cell formation area in the vicinity of the ground covered by the base station 90 such as a conventional macrocell base station.
  • m) is an airspace of an altitude range of not less than 1000 [m].
  • Hcl and Hcu in the figure indicate the relative heights of the lower end and the upper end of the cell formation target airspace 40 relative to the ground (GL), respectively.
  • the cell formation target airspace 40 in which the three-dimensional cell of this embodiment is formed may be above the sea, a river, or a lake.
  • the wireless relay stations of the HAPSs 10 and 20 respectively form beams 100 and 200 for wireless communication with a terminal device which is a mobile station, toward the ground.
  • the terminal device may be a communication terminal module incorporated in the drone 60 which is an aircraft such as a small remote-control helicopter, or may be a user device used by a user in the plane 65.
  • Regions through which the beams 100 and 200 pass in the cell formation target airspace 40 are three-dimensional cells 41 and 42.
  • the plurality of beams 100 and 200 adjacent to each other in the cell formation target airspace 40 may partially overlap.
  • the wireless relay stations of the HAPSs 10 and 20 are each connected to the core network of the mobile communication network 80 via a feeder station (gateway) 70 which is a relay station installed on the ground or the sea.
  • a feeder station (gateway) 70 which is a relay station installed on the ground or the sea.
  • Communication between the HAPSs 10 and 20 and the feeder station 70 may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or may be performed by optical communication using laser light or the like.
  • Each of the HAPSs 10 and 20 may autonomously control its own levitation movement (flight) and processing in the wireless relay station by the control unit configured by a computer or the like incorporated therein executing a control program.
  • the HAPSs 10 and 20 obtain their own current position information (for example, GPS position information), position control information (for example, flight schedule information) stored in advance, and position information of other HAPSs located in the periphery, etc.
  • the processing at the floating movement (flight) or the wireless relay station may be autonomously controlled based on the information of
  • the floating movement (flight) of each of the HAPSs 10 and 20 and the processing at the wireless relay station may be controlled by the remote control device 85 as a management device provided in a communication center or the like of the mobile communication network 80.
  • the HAPS 10, 20 incorporates a control communication terminal (for example, a mobile communication module) so as to be able to receive control information from the remote control device 85 and transmit various information to the remote control device 85, Terminal identification information (for example, an IP address, a telephone number, etc.) may be assigned so that the remote control device 85 can identify.
  • Terminal identification information for example, an IP address, a telephone number, etc.
  • the MAC address of the communication interface may be used to identify the control communication terminal.
  • each HAPS 10 and 20 can set information such as information related to the floating movement (flight) of the HAPS itself or its surroundings or processing at a wireless relay station or observation data acquired by various sensors, etc. It may be transmitted to the transmission destination.
  • a radial beam 300 is formed upward from the ground side or the sea side to form a three-dimensional cell 43, and an ATG (Air To Ground) connection is formed.
  • a base station (hereinafter referred to as "ATG station”) 30 may be provided.
  • the wireless relay stations of the HAPSs 10 and 20 can set 3 in the cell formation target airspace 40.
  • the beams 100 and 200 may be formed to cover the entire top surface of the cell formation target airspace 40 so that the dimensional cells are formed throughout.
  • the three-dimensional cell formed by the HAPS 10 and 20 may be formed to reach the ground or the sea surface so that communication can be performed with a terminal device located on the ground or the sea.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the HAPS 10 used in the communication system of the embodiment.
  • HAPS 10 in FIG. 2 is a solar plane type HAPS, and a plurality of bus power system propulsion devices are provided on the main wing portion 101 along the upper end in the longitudinal direction and the one end edge of the main wing portion 101 in the short direction. And a propeller 103 driven by a motor.
  • a photovoltaic power generation panel hereinafter referred to as "solar panel" 102 as a photovoltaic power generation portion having a photovoltaic power generation function is provided.
  • solar panel photovoltaic power generation panel
  • pods 105 serving as a plurality of equipment accommodation units in which the transmission devices are accommodated are connected to two places in the longitudinal direction of the lower surface of the main wing unit 101 via plate-like connection units 104.
  • a wireless relay station 110 as a mission device and a battery 106 are accommodated.
  • a wheel 107 used at the time of departure and arrival is provided on the lower surface side of each pod 105.
  • the power generated by the solar panel 102 is stored in the battery 106, and the motor of the propeller 103 is rotationally driven by the power supplied from the battery 106, and the wireless relay processing by the wireless relay station 110 is executed.
  • the solar plane type HAPS 10 can be lifted and lifted by, for example, making a turning flight or a figure-of-eight flight so as to stay within a predetermined range in a horizontal direction at a predetermined altitude.
  • the solar plane type HAPS 10 can also fly like a glider when the propeller 103 is not driven to rotate. For example, when the power of the battery 106 is high due to the power generation of the solar panel 102 such as daytime, it rises to a high position, and when the solar panel 102 can not generate power at night, the power supply from the battery 106 to the motor is stopped You can fly like
  • the HAPS 10 also includes an optical antenna device 130 with three-dimensional directivity as a communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites.
  • the optical antenna devices 130 are disposed at both end portions of the main wing portion 101 in the longitudinal direction, but the optical antenna devices 130 may be disposed at other places of the HAPS 10.
  • the communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites is not limited to one performing such optical communication, and wireless communication by other methods such as wireless communication with radio waves such as microwaves is also possible. Good.
  • FIG. 3 is a perspective view showing another example of the HAPS 20 used in the communication system of the embodiment.
  • the HAPS 20 of FIG. 3 is a drone-type HAPS, and can carry a large capacity battery because its payload is large.
  • the HAPS 20 includes an airship main body 201 filled with a gas such as helium gas for floating by buoyancy, a propeller 202 driven by a motor as a propulsion device of a bus power system, and an equipment housing portion 203 in which a mission equipment is housed.
  • the wireless relay station 210 and the battery 204 are accommodated in the device accommodation unit 203.
  • the electric power supplied from the battery 204 rotationally drives the motor of the propeller 202, and the wireless relay station 210 executes a wireless relay process.
  • a solar panel having a solar power generation function may be provided on the upper surface of the airship main body 201, and the power generated by the solar panel may be stored in the battery 204.
  • the unmanned airship type HAPS 20 also includes an optical antenna device 230 with three-dimensional directivity as a communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites.
  • the optical antenna device 230 is disposed on the upper surface portion of the airship main body 201 and the lower surface portion of the device accommodation unit 203, but the optical antenna device 230 may be disposed on other portions of the HAPS 20.
  • the communication unit used for optical communication with other HAPS and artificial satellites is not limited to one performing such optical communication, but performs wireless communication by other methods such as wireless communication with radio waves such as microwaves. It may be.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a wireless network formed in the sky by the plurality of HAPSs 10 and 20 of the embodiment.
  • the plurality of HAPSs 10 and 20 are configured to be able to perform inter-HAPS communication with each other by optical communication in the air, and form a highly robust wireless communication network capable of stably realizing a three-dimensionalized network over a wide area.
  • This wireless communication network can also function as an ad hoc network by dynamic routing according to various environments and various information.
  • the wireless communication network may be formed to have various topologies in two or three dimensions, and may be, for example, a mesh wireless communication network as shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of the entire configuration of a communication system according to another embodiment.
  • the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 1 described above, and the description will be omitted.
  • communication between the HAPS 10 and the core network of the mobile communication network 80 is performed via the feeder station 70 and the low orbit satellite 72.
  • communication between the artificial satellite 72 and the feeder station 70 may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or may be performed by optical communication using laser light or the like.
  • Communication between the HAPS 10 and the artificial satellite 72 is performed by optical communication using a laser beam or the like.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPSs 10 and 20 according to the embodiment.
  • the wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 5 are examples of repeater type wireless relay stations.
  • the wireless relay stations 110 and 210 respectively include the 3D cell forming antenna unit 111, the transmitting / receiving unit 112, the feeding antenna unit 113, the transmitting / receiving unit 114, the repeater unit 115, the monitoring control unit 116, and the power supply unit 117.
  • each of the wireless relay stations 110 and 210 includes an optical communication unit 125 used for inter-HAPS communication and the like, and a beam control unit 126.
  • the 3D cell formation antenna unit 111 has an antenna that forms radial beams 100 and 200 toward the cell formation target airspace 40, and forms three-dimensional cells 41 and 42 that can communicate with the terminal device.
  • the transmission / reception unit 112 constitutes a first wireless communication unit together with the 3D cell formation antenna unit 111, has a transmission / reception unit (DUP: DUPlexer), an amplifier and the like, and via the 3D cell formation antenna unit 111, the three-dimensional cell 41 , 42, and transmits a radio signal to a terminal apparatus located in the area, and receives a radio signal from the terminal apparatus.
  • DUP transmission / reception unit
  • the feed antenna unit 113 has a directional antenna for wireless communication with the feeder station 70 on the ground or the sea.
  • the transmission / reception unit 114 constitutes a second wireless communication unit together with the feed antenna unit 113, includes a transmission / reception unit (DUP: DUPlexer), an amplifier, and the like, and transmits a wireless signal to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113. And a radio signal from the feeder station 70.
  • DUP transmission / reception unit
  • the repeater unit 115 relays the signal of the transmission / reception unit 112 transmitted / received to / from the terminal device and the signal of the transmission / reception unit 114 transmitted / received to / from the feeder station 70.
  • the repeater unit 115 may have a frequency conversion function.
  • the monitoring control unit 116 includes, for example, a CPU and a memory, and monitors the operation processing status of each unit in the HAPS 10 and 20 and controls each unit by executing a program incorporated in advance.
  • the monitoring control unit 116 controls the motor drive unit 141 for driving the propellers 103 and 202 by executing the control program to move the HAPS 10 and 20 to the target position, and to stay near the target position. Control.
  • the power supply unit 117 supplies the power output from the batteries 106 and 204 to each unit in the HAPS 10 and 20.
  • the power supply unit 117 may have a function of storing the power generated by the solar power generation panel or the like and the power supplied from the outside in the batteries 106 and 204.
  • the optical communication unit 125 communicates with other HAPSs 10 and 20 in the vicinity and the artificial satellite 72 via an optical communication medium such as a laser beam. This communication enables dynamic routing that dynamically relays wireless communication between the mobile communication network 80 and a terminal device such as the drone 60, and when another HAPS fails, the other HAPS backs up. By performing wireless relaying, the robustness of the mobile communication system can be enhanced.
  • the beam control unit 126 controls the direction and intensity of a beam such as a laser beam used for inter-HAPS communication and communication with the artificial satellite 72, and a relative position with respect to other HAPS (radio relay station) in the periphery. It controls so that other HAPS (wireless relay station) which communicates by light beams, such as a laser beam, may be switched according to the change of these.
  • This control may be performed based on, for example, the position and posture of the HAPS itself, the position of the HAPS in the periphery, and the like.
  • the information on the position and attitude of the HAPS itself is obtained based on the output of a GPS receiver, a gyro sensor, an acceleration sensor, etc. incorporated in the HAPS, and the information on the position of the HAPS in the periphery is a remote provided on the mobile communication network 80. It may be acquired from the control device 85 or another HAPS management server.
  • FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
  • the wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 7 are examples of base station type wireless relay stations. In FIG. 7, the same components as in FIG. 6 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • Each of the wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 7 further includes a modem unit 118, and includes a base station processing unit 119 instead of the repeater unit 115.
  • each of the wireless relay stations 110 and 210 includes an optical communication unit 125 and a beam control unit 126.
  • the modem unit 118 executes, for example, demodulation processing and decoding processing on the reception signal received from the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114, and outputs the data signal to the base station processing unit 119 side. Generate Also, the modem unit 118 performs encoding processing and modulation processing on the data signal received from the base station processing unit 119 side, and transmits it to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114. Generate a signal.
  • the base station processing unit 119 has, for example, a function as an e-NodeB that performs baseband processing based on a scheme based on the LTE / LTE-Advanced standard.
  • the base station processing unit 119 may perform processing in accordance with a standard based on future mobile communication standards such as the fifth generation or the next generation of the fifth generation or later.
  • the base station processing unit 119 performs, for example, demodulation processing and decoding processing on the reception signal received from the terminal apparatus located in the three-dimensional cells 41 and 42 via the 3D cell formation antenna unit 111 and the transmission / reception unit 112. , And generates a data signal to be output to the modem unit 118 side. Further, base station processing section 119 performs encoding processing and modulation processing on the data signal received from modem section 118 side, and through 3D cell formation antenna section 111 and transmission / reception section 112, three-dimensional cells 41, 42. Generating a transmission signal to be transmitted to the terminal device of
  • FIG. 8 is a block diagram showing yet another configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
  • the wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 8 are examples of highly functional base station type wireless relay stations having edge computing functions.
  • the same components as in FIGS. 6 and 7 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • Each of the wireless relay stations 110 and 210 of FIG. 8 further includes an edge computing unit 120 in addition to the components of FIG. 7.
  • the edge computing unit 120 is configured by, for example, a small computer, and executes various information processing related to wireless relay in the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPSs 10 and 20 by executing a program incorporated in advance. it can.
  • the edge computing unit 120 determines the transmission destination of the data signal based on the data signal received from the terminal apparatus located in the three-dimensional cell 41 or 42, and the relay destination of the communication based on the determination result. Execute the process of switching. More specifically, when the transmission destination of the data signal output from base station processing section 119 is a terminal apparatus located in its own three-dimensional cell 41, 42, the data signal is not passed to modem section 118. Then, it returns to the base station processing unit 119 and transmits to the terminal apparatus of the transmission destination located in its own three-dimensional cell 41, 42.
  • the transmission destination of the data signal output from base station processing section 119 is a terminal apparatus located in another cell other than its own three-dimensional cell 41, 42
  • the data signal is passed to modem section 118. It is transmitted to the feeder station 70 and transmitted to the transmission destination terminal apparatus located in another cell of the transmission destination via the mobile communication network 80.
  • the edge computing unit 120 may execute a process of analyzing information received from a number of terminal devices located in the three-dimensional cells 41 and 42.
  • the analysis result may be transmitted to a large number of terminal devices located in the three-dimensional cells 41 and 42, or may be transmitted to a server device of the mobile communication network 80 or the like.
  • the uplink and downlink duplex system of the wireless communication with the terminal apparatus via the wireless relay stations 110 and 210 is not limited to a particular system, and may be, for example, a Time Division Duplex (TDD) system. Alternatively, it may be a frequency division duplex (FDD) system. Further, an access method of wireless communication with a terminal apparatus via the wireless relay stations 110 and 210 is not limited to a specific method, and, for example, an FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, a TDMA (Time Division Multiple Access) method, It may be a Code Division Multiple Access (CDMA) system or Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA).
  • TDD Time Division Duplex
  • FDD frequency division duplex
  • an access method of wireless communication with a terminal apparatus via the wireless relay stations 110 and 210 is not limited to a specific method, and, for example, an FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, a TDMA (Time Division Multiple Access) method, It may be a Code Division Multiple Access
  • the wireless communication has functions such as diversity coding, transmit beam forming, and spatial division multiplexing (SDM), and by using a plurality of antennas simultaneously for both transmission and reception, per unit frequency.
  • MIMO Multi-Input and Multi-Output
  • the MIMO technology may be SU-MIMO (Single-User MIMO) technology in which one base station transmits a plurality of signals at the same time and the same frequency as one terminal apparatus, or one base station may be a plurality of Even in the MU-MIMO (Multi-User MIMO) technology in which signals are transmitted to different communication terminals at the same time and frequency, or a plurality of different base stations transmit signals to one terminal at the same time and frequency. Good.
  • the HAPS 10 may break down in the air and fall, and damage may occur at the drop point.
  • damage may occur at the drop point.
  • FIG. 9 when a plurality of HAPSs 10 form a formation and fly, adjacent HAPSs 10 collide with each other to cause a failure, and if the broken HAPS 10 falls and falls, damage may occur at the dropping point. is there.
  • the measures at the time of flight control of HAPS and the fault fall which are shown below are performed.
  • flight control is performed so that the HAPSs 10 communicate with each other to avoid a collision during formation flight of the HAPS.
  • FIG. 10 is a flow chart showing an example of collision avoidance flight control of the HAPS 10 during formation flight
  • FIG. 11 is an explanatory view showing an example of collision avoidance flight of the HAPS 10 during formation flight.
  • HAPS10 of a solar plane type HAPS20 of a unmanned airship type may be sufficient, and these HAPS10 and 20 may be mixed.
  • the HAPS 10 transmits a predetermined signal for establishing communication with the HAPS 10 'of the periphery at predetermined predetermined time intervals by inter-HAPS communication such as optical communication.
  • inter-HAPS communication such as optical communication.
  • ACK signal acknowledgment signal
  • the HAPS 10 establishes communication with the HAPS 10 'in the periphery (S103), and exchanges current position information and route information planned for flight (S104). .
  • HAPS 10 determines that there is a possibility of collision based on the current position information received from neighboring HAPS 10 'and the route information of the scheduled flight (Yes in S105), within HAPS 10 in a certain range of area 10R.
  • the HAPS 10's own flight path is changed (S106) so that the HAPS 10 'in the vicinity does not enter (see FIG. 11). This information exchange and flight path change are repeated until there is no possibility of collision (S104 to S106), and then the communication between HAPS is disconnected (S107).
  • the flight path of the HAPS 10 itself is changed, but the flight from the HAPS 10 to the HAPS 10 'around the HAPS 10' is performed so that the HAPS 10 'around does not enter the area 10R of a certain range centered on the HAPS 10.
  • the flight path of the HAPS 10 'in the vicinity may be changed.
  • flight control that does not collide with the HAPS 10 ′ around the HAPS 10 may be performed manually remotely from the remote control device 85 based on the position information of each HAPS and the like.
  • a safe drop based on the information of the peripheral air flow so as to reduce damage by the failed HAPS 101.
  • the target location is predicted, and the HAPS 10 is disassembled and dropped to the safe drop target location as much as possible.
  • FIGS. 12A and 12B are explanatory views of the HAPS 10 composed of a plurality of partial structures 10A to 10E connected by the releasable connection parts 151 and 152.
  • FIG. FIG. 12A is a top view showing an example of the HAPS 10 composed of a plurality of partial structures 10A to 10E
  • FIG. 12B is a top view showing the partial structures 10A to 10E after disassembly and disassembly of the HAPS 10.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of a control system for releasing coupling of the partial structures 10A to 10E in the HAPS 10. As shown in FIG.
  • 12A and 12B show the case where the number of partial structures 10A to 10E constituting the HAPS 10 is five, the number of partial structures may be two to four or six or more. . Further, the position and the structure of the connection part of the partial structures 10A to 10E are not limited to those illustrated. 12A and 12B show the case where the HAPS 10 has the tail wing 150, the tail wing is not essential in the HAPS 10 of the present embodiment, and the tail wing 150 and the connecting portion 152 may not be provided.
  • the partial structures 10A to 10E of the HAPS 10 are connected by the plurality of connecting portions 151 of the main wing portion 101 and the connecting portions 152 of the plurality of tail wings 150.
  • Each of the plurality of connecting portions 151 and 152 is composed of a pair of connecting portion constituting members 151A to 151E and 152A to 152E which are combined and connected to face each other.
  • the connection release mechanism for selectively releasing the connection of the plurality of partial structures 10A to 10E can selectively connect or disconnect the corresponding connection component members.
  • various mechanisms can be used as the connection release mechanism.
  • connection / separation mechanism using an electromagnet a mechanical connection / separation mechanism using a clamp or a spring, or a mechanism combining them can be used. it can.
  • the mechanical coupling / decoupling mechanism may have an actuator such as a servo, and may be coupled by an electrical signal.
  • connection release mechanism may have a release mechanism by deformation of a shape memory alloy or thermoplastic resin using Joule heat.
  • the control unit 153 When the control unit 153 receives a notification that a failure has occurred with the descent of the HAPS 10, the disassembly control generated to cause the HAPS 10 to fall to the safe drop target location predicted based on the information on the surrounding air flow
  • the uncoupling mechanism 154 is controlled based on the information.
  • the connection release mechanism 154 releases the connection of some or all of the plurality of connection units 151 and 152 based on the control signal from the control unit 153.
  • the control unit 153 controls the position and number (number of divisions) of the connection target to be disconnected among the plurality of connected units 151 and 152 and the timing for releasing the connection (for example, At least one of the time information may be controlled. Further, the control unit 153 selects a combination of disconnection with the highest probability of falling to the safe drop target location from the combination of multiple types of disconnection of the partial structures 10A to 10E and disassembles it into the partial structures. You may control as follows. The selection information of the combination of disconnection may be included in the decomposition control information sent to the control unit 153.
  • FIG. 14 is a sequence diagram showing an example of control when a failure occurs in the HAPS 10 in the communication system of the embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory view showing an example of the state of decomposition and fall of the HAPS 10.
  • FIG. 14 shows the case where the occurrence of a failure in the HAPS 10 is detected by the HAPS 10 'in the vicinity, the occurrence of a failure in the HAPS 10 may be detected by the HAPS 10 itself.
  • the HAPS 10' in the periphery where the occurrence of a failure of the HAPS 10 is detected may notify the detection results to the HAPS 10 'in the other periphery.
  • the failure is detected by one or more HAPSs 10 'around the external device (S202).
  • the peripheral HAPS 10 ′ determines that a failure of the HAPS 10 has occurred.
  • the HAPS 10 'on the periphery detects the occurrence of a failure in the HAPS 10, it sends a notification on the occurrence of the failure to the HAPS 10 and the remote control device 85 as a management device (external device) provided at the control center on the ground or sea (S203). , S204).
  • the remote control device 85 When the remote control device 85 receives a notification of the occurrence of a failure in the HAPS 10 from the HAPS 10 'in the vicinity, it predicts the safe drop target location of the HAPS 10 (partial structures 10A to 10E) based on the information on the airflow around the HAPS 10 (S205) .
  • the remote control device 85 includes the velocity and direction of the ambient air flow at the time of occurrence of the failure, the moving speed and direction of movement of the HAPS 10 in which the failure occurs, and the HAPS 10 in which the failure occurs or a plurality of substructures constituting the HAPS 10 Based on the mass or mass and external size of 10A to 10E, the safe drop target location of each of the partial structures 10A to 10E of the HAPS 10 is predicted.
  • the remote control device 85 generates decomposition control information so as to drop the HAPS 10 (partial structures 10A to 10E) to the safe drop target location (S206), and transmits it to the HAPS 10 (S207).
  • the disassembly control information may include selection information of the combination of disconnection described above.
  • the prediction of the drop target location and generation of the decomposition control information is a database as a storage means (“HAPS drop management database (DB)” storing information on the time when the HAPS drops in the past and information on the drop test). You may refer to).
  • the HAPS drop management database contains information indicating the correlation between the wind speed and direction of the surrounding air flow, the moving speed and direction of movement of the HAPS, and the mass or mass and external size of the HAPS or its substructure, and the drop location. May be.
  • the drop location data may be relative position data (for example, radius and direction) based on the position of the HAPS or the substructure before the drop and drop.
  • the HAPS 10 When the HAPS 10 receives disassembly control information from the remote control device 85, the HAPS 10 performs control to release connection of part or all of the plurality of connecting parts 151 and 152 based on the disassembly control information (S208). As described above, the HAPS 10 executes the disconnection control for controlling the position and number of the connection target to be disconnected which is to be disconnected among the plurality of connection parts 151 and 152.
  • the connection release control may include control of timing for releasing the connection.
  • Each of the partial structures 10A to 10E disassembled at the predetermined connection portion of the HAPS 10 starts to be disassembled and dropped as shown in FIG. 15, and is dropped to a safe drop target location.
  • the HAPS 10 can be disassembled into the partial structures 10A to 10E and dropped, thereby increasing the probability of dropping to the predicted safe drop target location.
  • the partial structures 10A to 10E of the HAPS 10 fall on terminal devices such as neighboring user devices (UEs) located on the ground or on the sea where the partial structures fall. It may be dropped while transmitting the alarm signal (falling alarm) (S209).
  • the substructures 10A to 10E incorporate the control communication terminal (for example, a mobile communication module) and the emergency power supply so that the drop alarm signal can be transmitted to the terminal via the peripheral HAPS 10 '.
  • Terminal identification information for example, an IP address, a telephone number, etc.
  • the user of the terminal device that has received the fall alarm signal can evacuate indoors such as a building.
  • the drop alarm signal is when the HAPS 10 or its substructures 10A to 10E can not drop to the safe drop target location, that is, when they are lowered to the location (actual drop location) deviated from the drop target location.
  • it may be transmitted to a terminal device such as a user device located at the actual drop location.
  • a drop alarm signal may be transmitted to a terminal device such as the control device 85 or the user device located at the safe drop target place or the actual drop place.
  • the remote control device 85 may transmit a drop warning signal to a terminal device such as a user device located at the safe drop target place or the actual drop place.
  • the HAPS 10 in which a failure occurs may detect a change in its own altitude, and may detect the occurrence of a failure based on the change in its altitude.
  • the HAPS 10 in which a failure has occurred may receive, from the remote control device 85, information (notification of occurrence of the failure) regarding the occurrence of the failure accompanied by its own descent.
  • the HAPS 10 in which the failure has occurred may predict the drop target location to generate the decomposition control information.
  • the peripheral HAPS 10 ′ may predict the drop target location to generate decomposition control information, and transmit the generated decomposition control information to the HAPS 10 as information on the drop target location.
  • the drop target location is a drop test performed on the HAPS 10 or a plurality of partial structures 10A to 10E constituting the HAPS 10 and a HAPS drop management obtained by machine learning using the test data thereof It may be predicted based on a database.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an example of centralized management processing using the HAPS drop management database of the remote control device 85 (control center) in the communication system of the embodiment.
  • the remote control device 85 collects data of test results for a plurality of drop tests performed under a plurality of different conditions for each of the HAPS 10 or the plurality of partial structures 10A to 10E (S301).
  • the data of the test result includes the data of the wind speed and the wind direction of the air flow at the time of the test and the data of the actually dropped place.
  • the data of the test results may include data of the moving speed and moving direction of the HAPS 10 or the partial structures 10A to 10E before dropping, and the data of the mass or mass and the external size of the HAPS 10 or the partial structures 10A to 10E.
  • the data of the test result may be received and acquired from the test device used for the drop test, or may be acquired by an operator of the drop test or the like.
  • the remote control device 85 executes machine learning based on the data of the test result of the drop test of the HAPS 10 or the partial structures 10A to 10E (S302).
  • This machine learning is, for example, artificial intelligence (AI), wind speed and direction of air flow, moving speed and moving direction of HAPS or substructure, mass or mass and outline size of HAPS or substructure, HAPS or substructure This is done by calculating and determining the magnitude of the correlation between the drop location where the body actually dropped.
  • the drop location data may be relative position data (for example, radius and direction) based on the position of the HAPS or the substructure before the drop and drop.
  • the remote control device 85 updates the HAPS drop management database so as to enhance the prediction accuracy of the drop location of the HAPS and the partial structure (S303).
  • the remote control device 85 receives the failure HAPS information on the failure HAPS (S304).
  • the failure HAPS information includes, for example, the wind speed and direction of the surrounding airflow at the time of occurrence of the failure, the moving speed and movement direction of the HAPS 10 in which the failure occurred, and the HAPS 10 in which the failure occurred or a plurality of partial structures 10A constituting the HAPS 10 Including mass or mass and outline size of ⁇ 10E.
  • the remote control device 85 predicts the safe drop target location of the HAPS 10 or the partial structures 10A to 10E based on the received failure HAPS information and the HAPS drop management database (S305), and generates the HAPS 10 decomposition control information.
  • the generated decomposition control information is transmitted to the failed HAPS 10 (S307).
  • the decomposition control information includes information for specifying the position and number of the connection target to be disconnected which is to be disconnected among the plurality of connected units 151 and 152 of the HAPS 10.
  • the decomposition control information may include timing (eg, time information) for releasing the connection.
  • the decomposition control information may include selection information for selecting a combination of disconnection with the highest probability of falling to the safe drop target location from a combination of multiple types of disconnection of the partial structures 10A to 10E.
  • HAPS drop management database may be updated (S308, S302, S303).
  • the drop result data includes information on the drop location where the partial structures 10A to 10E of the HAPS 10 actually dropped.
  • the drop result data may include the wind speed and direction of the air flow at a plurality of altitudes measured during the falling where the partial structures 10A to 10E of the HAPS 10 are falling, or the partial structures 10A to 10D measured during the falling It may also include device status information such as 10E drop speed.
  • the drop result data may be received from the dropped HAPS 10 or the partial structures 10A to 10E having the communication function, or from the peripheral HAPS 10 'located around the dropped HAPS 10 It is also good.
  • processing steps described in this specification and the wireless relay station, feeder station, remote control device, terminal device (user device, mobile station, communication terminal) of the communication relay device such as HAPS 10, 20 etc., and base station in the base station can be implemented by various means. For example, these steps and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an entity for example, a wireless relay station, a feeder station, a base station apparatus, a wireless relay station apparatus, a terminal apparatus (user apparatus, mobile station, communication terminal), a remote control apparatus, a hard disk drive apparatus, or an optical disc Means, such as a processing unit, used to realize the above-described steps and components in the drive device
  • ASICs application specific ICs
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processors
  • PLDs Programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, designed to perform the functions described herein.
  • Other electronic units Yuta, or it may be implemented in a combination thereof.
  • firmware and / or software implementations means such as processing units used to implement the above components may be programs (eg, procedures, functions, modules, instructions that perform the functions described herein). , Etc.) may be implemented.
  • any computer / processor readable medium tangibly embodying firmware and / or software code such as a processing unit or the like, used to implement the processes and components described herein. May be used to implement
  • firmware and / or software code may be stored in memory, for example on a controller, and executed by a computer or processor.
  • the memory may be implemented inside a computer or processor, or may be implemented outside the processor.
  • firmware and / or software code may be, for example, random access memory (RAM), read only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read only memory (PROM), electrically erasable PROM (EEPROM) ), Computer- and processor-readable media such as FLASH memory, floppy disk, compact disk (CD), digital versatile disk (DVD), magnetic or optical data storage, etc. Good.
  • the code may be executed by one or more computers or processors, and may cause the computers or processors to perform certain aspects of the functionality described herein.
  • HAPS Small plane type
  • HAPS Airship Type
  • HAPS Airship Type
  • HAPS Airship Type
  • HAPS Airship Type
  • cell formation target airspace 41, 42, 43 three-dimensional cell 50 airspace where HAPS is located 60 drone 65 plane 70 feeder station 72 artificial satellite 75 microwave feeding station 80 mobile communication network
  • remote control device control center
  • wings 102 solar panels (solar panels)
  • 202 Propeller 104 Connection part
  • 105 Pod Battery
  • Wheel Power receiving pod
  • Wireless relay station 111
  • Three-dimensional (3D) cell forming antenna part 112 Transmitter and receiver part 113 Feed antenna part 114 Transmitter and receiver part 115 Repeater part
  • Monitor control Section 117 Power supply section 118 Modem section 119
  • Base station processing section 120
  • Edge computing section 125
  • Optical communication section 126
  • Beam control section 130, 230 Optical antenna device 141
  • Motor drive section 150 Tail 151, 152 Coupling section 151A to 151E Connection after

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Abstract

第５世代移動通信等の３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるとともに、故障落下時の安全性を高めることができる通信中継装置を提供する。端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に通信中継装置自身を落下させる。

Description

故障落下対応型ＨＡＰＳ
　本発明は、第５世代通信の３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳ（高高度プラットフォーム局）の故障落下への対応に関するものである。
　従来、移動通信システムの通信規格である３ＧＰＰのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）－Ａｄｖａｎｃｅｄ（非特許文献１参照）を発展させたＬＴＥ－ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏと呼ばれる通信規格が知られている（非特許文献２参照）。このＬＴＥ－ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、近年のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。更に、ＩｏＴ向けデバイス等の多数の端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」、「移動局」、「通信端末」ともいう。）への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代の移動通信が検討されている（例えば、非特許文献３参照）。
３ＧＰＰ　ＴＳ　３６．３００　Ｖ１０．１２．０（２０１４－１２）． ３ＧＰＰ　ＴＳ　３６．３００　Ｖ１３．５．０（２０１６－０９）． Ｇ．　Ｒｏｍａｎｏ，「３ＧＰＰ　ＲＡＮ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　"５Ｇ"」，３ＧＰＰ，２０１６．
　上記第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信にて、伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現するという課題がある。また、このような３次元化したネットワークの実現する装置の故障時の安全性を高めるという課題がある。
　本発明の一態様に係る通信中継装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、前記通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に前記通信中継装置自身を落下させる手段を備える。
　前記通信中継装置において、連結解除可能な連結部で連結された複数の部分構造体で構成され、前記複数の部分構造体の連結を選択的に解除する連結解除機構と、前記複数の部分構造体が前記落下目標場所に落下するように前記連結解除機構による連結解除を制御する制御部と、を備えてもよい。
　前記制御部は、前記連結を解除する連結部の位置及び個数並びに前記連結を解除するタイミングの少なくとも一つを制御してもよい。
　また、前記制御部は、前記複数の部分構造体の連結解除の複数種類の組み合わせから、前記落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して前記部分構造体に分解するように制御してもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記複数の部分構造体はそれぞれ、前記部分構造体が落下する場所に位置する端末装置に落下警報信号を送信しながら落下してもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記通信中継装置自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記故障の発生を検知する手段を備えてもよいし、前記通信中継装置自身の下降を伴う故障の発生に関する情報を外部装置から受信する手段を備えてもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所を予測する手段を備えてもよいし、前記落下目標場所に関する情報を外部装置から受信する手段を備えてもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記外部装置は、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の管理装置であってもよい。前記外部装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを備えた周辺に位置する一又は複数の他の通信中継装置であってもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所は、前記故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、前記故障が発生した通信中継装置の移動速度及び移動方向と、前記故障が発生した通信中継装置又はその通信中継装置を構成する前記複数の部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて予測されたものであってもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記落下目標場所は、前記通信中継装置又は前記複数の部分構造体について互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の落下試験により得られた機械学習の結果に基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
　また、前記通信中継装置において、前記通信中継装置自身の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信しながら落下してもよい。
　また、前記通信中継装置において、周辺に位置する他の通信中継装置に下降を伴う故障が発生したとき、前記他の通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信してもよい。
　また、前記通信中継装置において、周辺に位置する他の通信中継装置の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記他の通信中継装置の下降を伴う故障の発生を検知してもよい。
　また、前記通信中継装置においては、地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であってもよい。前記セル形成目標空域の高度は５０［ｍ］以上１［ｋｍ］以下であってもよい。
　また、前記通信中継装置において、前記浮揚空域の高度は１００［ｋｍ］以下であってもよい。前記浮揚体は、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏に位置してもよい。
　本発明の他の態様に係るシステムは、前記いずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、前記複数の通信中継装置はそれぞれ、前記通信中継装置の位置情報及び予定経路情報を互いに交換し、互いに所定距離以下又は所定距離未満の範囲に近づかないように移動経路を制御する。
　本発明の更に他の態様に係る管理装置は、前記いずれかの通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置である。
　前記管理装置において、前記故障が発生した通信中継装置の落下目標場所を予測し、その予測した落下目標場所に関する情報を、前記故障が発生した通信中継装置に送信してもよい。
　また、前記管理装置において、前記通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信してもよい。
　本発明によれば、第５世代移動通信等においてＩｏＴ向けデバイスを含む端末装置との間の無線通信の伝搬遅延が低く、広範囲の多数の端末装置と同時接続でき、高速通信可能で、単位面積あたりのシステム容量の大きい３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるとともに、故障時の安全性を高めることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。 図２は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図である。 図４は、実施形態の複数のＨＡＰＳで上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図である。 図５は、更に他の実施形態に係る３次元化ネットワークを実現する通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。 図６は、実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図である。 図７は、実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図である。 図８は、実施形態のＨＡＰＳの無線中継局の更に他の構成例を示すブロック図である。 図９は、ＨＡＰＳの編隊飛行時の衝突による故障発生の一例を示す説明図である。 図１０は、編隊飛行中のＨＡＰＳの衝突回避飛行制御の一例を示すフローチャートである。 図１１は、編隊飛行中のＨＡＰＳの衝突回避飛行の一例を示す説明図。 図１２Ａは、複数の部分構造体からなるＨＡＰＳの一例を示す上面図である。 図１２Ｂは、図１２ＡのＨＡＰＳの連結解除された分解後の部分構造体を示す上面図である。 図１３は、実施形態のＨＡＰＳにおける部分構造体の連結解除の制御系の一例を示すブロック図である。 図１４は、実施形態の通信システムにおけるＨＡＰＳの故障発生時の制御の一例を示すシーケンス図である。 図１５は、ＨＡＰＳの分解落下の様子の一例を示す説明図である。 図１６は、実施形態の通信システムにおける遠隔制御装置（管制センター）のＨＡＰＳ落下管理データベースを用いた集中管理処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
　本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
　なお、本明細書に開示する通信システム、無線中継局、基地局、リピータ及び端末装置に適用可能な移動通信の標準規格は、第５世代の移動通信の標準規格、及び、第５世代以降の次々世代の移動通信の標準規格を含む。
　図１に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域４０に図中ハッチング領域で示すような３次元セル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）５０に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に、無線中継局が搭載されたものである。
　ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域５０は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。図中のＨｒｓｌ及びＨｒｓｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
　セル形成目標空域４０は、本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域４０は、ＨＡＰＳ１０，２０が位置する空域５０と従来のマクロセル基地局等の基地局９０がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。図中のＨｃｌ及びＨｃｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたセル形成目標空域４０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
　なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域４０は、海、川又は湖の上空であってもよい。
　ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム１００，２００を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域４０においてビーム１００，２００が通過する領域が３次元セル４１，４２である。セル形成目標空域４０において互いに隣り合う複数のビーム１００，２００は部分的に重なってもよい。
　ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局（ゲートウェイ）７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。
　ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理を自律制御してもよい。
　また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信したり遠隔制御装置８５に各種情報を送信したりできるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、遠隔制御装置８５から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。また、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置８５等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。
　セル形成目標空域４０では、ＨＡＰＳ１０，２０のビーム１００，２００が通過していない領域（３次元セル４１，４２が形成されない領域）が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図１の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム３００を形成して３次元セル４３を形成してＡＴＧ（Ａｉｒ　Ｔｏ　Ｇｒｏｕｎｄ）接続を行う基地局（以下「ＡＴＧ局」という。）３０を備えてもよい。
　また、ＡＴＧ局３０を用いずに、ＨＡＰＳ１０，２０の位置やビーム１００，２００の発散角（ビーム幅）等を調整することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局が、セル形成目標空域４０に３次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域４０の上端面の全体をカバーするビーム１００，２００を形成してもよい。
　なお、前記ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。
　図２は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。
　図２のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、長手方向の両端部側が上方に沿った主翼部１０１と、主翼部１０１の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ１０３とを備える。主翼部１０１の上面には、太陽光発電機能を有する太陽光発電部としての太陽光発電パネル（以下「ソーラーパネル」という。）１０２が設けられている。また、主翼部１０１の下面の長手方向の２箇所には、板状の連結部１０４を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド１０５が連結されている。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての無線中継局１１０と、バッテリー１０６とが収容されている。また、各ポッド１０５の下面側には離発着時に使用される車輪１０７が設けられている。ソーラーパネル１０２で発電された電力はバッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。
　ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば旋回飛行を行ったり８の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように浮揚することができる。なお、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、プロペラ１０３が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル１０２の発電によってバッテリー１０６の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル１０２で発電できないときにバッテリー１０６からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。
　また、ＨＡＰＳ１０は、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置１３０を備えている。なお、図２の例では主翼部１０１の長手方向の両端部に光アンテナ装置１３０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の箇所に光アンテナ装置１３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信であってもよい。
　図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ２０の他の例を示す斜視図である。
　図３のＨＡＰＳ２０は、無人飛行船タイプのＨＡＰＳであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。ＨＡＰＳ２０は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体２０１と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ２０２と、ミッション機器が収容される機器収容部２０３とを備える。機器収容部２０３の内部には、無線中継局２１０とバッテリー２０４とが収容されている。バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。
　なお、飛行船本体２０１の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー２０４に蓄電するようにしてもよい。
　また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０も、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の光アンテナ装置２３０を備えている。なお、図３の例では飛行船本体２０１の上面部及び機器収容部２０３の下面部に光アンテナ装置２３０を配置しているが、ＨＡＰＳ２０の他の部分に光アンテナ装置２３０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と光通信に用いられる通信部は、このような光通信を行うものに限らず、マイクロ波などの電波による無線通信などの他の方式による無線通信を行うものであってもよい。
　図４は、実施形態の複数のＨＡＰＳ１０，２０で上空に形成される無線ネットワークの一例を示す説明図である。
　複数のＨＡＰＳ１０，２０は、上空で互いに光通信によるＨＡＰＳ間通信ができるように構成され、３次元化したネットワークを広域にわたって安定に実現することができるロバスト性に優れた無線通信ネットワークを形成する。この無線通信ネットワークは、各種環境や各種情報に応じたダイナミックルーティングによるアドホックネットワークとして機能することもできる。前記無線通信ネットワークは、２次元又は３次元の各種トポロジーを有するように形成することができ、例えば、図４に示すようにメッシュ型の無線通信ネットワークであってもよい。
　図５は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
　なお、図５において、前述の図１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
　図５の実施形態では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網８０のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局７０及び低軌道の人工衛星７２を介して行っている。この場合、人工衛星７２とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０と人工衛星７２との間の通信については、レーザ光などを用いた光通信で行っている。
　図６は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
　図５の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィード用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、リピーター部１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７とを備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる光通信部１２５と、ビーム制御部１２６とを備える。
　３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、セル形成目標空域４０に向けて放射状のビーム１００，２００を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な３次元セル４１，４２を形成する。送受信部１１２は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。
　フィード用アンテナ部１１３は、地上又は海上のフィーダ局７０と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部１１４は、フィード用アンテナ部１１３とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部１１３を介して、フィーダ局７０に無線信号を送信したりフィーダ局７０から無線信号を受信したりする。
　リピーター部１１５は、端末装置との間で送受信される送受信部１１２の信号と、フィーダ局７０との間で送受信される送受信部１１４の信号とを中継する。リピーター部１１５は、周波数変換機能を有してもよい。
　監視制御部１１６は、例えばＣＰＵ及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ１０３，２０２を駆動するモータ駆動部１４１を制御して、ＨＡＰＳ１０，２０を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。
　電源部１１７は、バッテリー１０６，２０４から出力された電力をＨＡＰＳ１０，２０内の各部に供給する。電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や外部から給電された電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。
　光通信部１２５は、レーザ光等の光通信媒体を介して周辺の他のＨＡＰＳ１０，２０や人工衛星７２と通信する。この通信により、ドローン６０等の端末装置と移動通信網８０との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのＨＡＰＳが故障したときに他のＨＡＰＳがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。
　ビーム制御部１２６は、ＨＡＰＳ間通信や人工衛星７２との通信に用いるレーザ光などのビームの方向及び強度を制御したり、周辺の他のＨＡＰＳ（無線中継局）との間の相対的な位置の変化に応じてレーザ光等の光ビームによる通信を行う他のＨＡＰＳ（無線中継局）を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢、周辺のＨＡＰＳの位置などに基づいて行ってもよい。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のＨＡＰＳの位置の情報は、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５又は他のＨＡＰＳ管理サーバから取得してもよい。
　図７は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。
　図７の無線中継局１１０，２１０は基地局タイプの無線中継局の例である。
　なお、図７において、図６と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図７の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、モデム部１１８を更に備え、リピーター部１１５の代わりに基地局処理部１１９を備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、光通信部１２５とビーム制御部１２６とを備える。
　モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部１１９側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部１１８は、基地局処理部１１９側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介してフィーダ局７０に送信する送信信号を生成する。
　基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ－ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代又は第５世代以降の次々世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。
　基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部１１８側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部１１９は、モデム部１１８側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル４１，４２の端末装置に送信する送信信号を生成する。
　図８は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の更に他の構成例を示すブロック図である。
　図８の無線中継局１１０，２１０はエッジコンピューティング機能を有する高機能の基地局タイプの無線中継局の例である。なお、図８において、図６及び図７と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図８の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、図７の構成要素に加えてエッジコンピューティング部１２０を更に備える。
　エッジコンピューティング部１２０は、例えば小型のコンピュータで構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０における無線中継などに関する各種の情報処理を実行することができる。
　例えば、エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から受信したデータ信号に基づいて、そのデータ信号の送信先を判定し、その判定結果に基づいて通信の中継先を切り換える処理を実行する。より具体的には、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２に在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡さずに、基地局処理部１１９に戻して自身の３次元セル４１，４２に在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。一方、基地局処理部１１９から出力されたデータ信号の送信先が自身の３次元セル４１，４２以外の他のセルに在圏する端末装置の場合は、そのデータ信号をモデム部１１８に渡してフィーダ局７０に送信し、移動通信網８０を介して送信先の他のセルに在圏する送信先の端末装置に送信するようにする。
　エッジコンピューティング部１２０は、３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置から受信した情報を分析する処理を実行してもよい。この分析結果は３次元セル４１，４２に在圏する多数の端末装置に送信したり移動通信網８０のサーバ装置などに送信したりしてもよい。
　無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ　ａｎｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、前記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ－ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｕｓｅｒ　ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ－ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ　ＭＩＭＯ）技術であってもよい。
　本実施形態において、ＨＡＰＳ１０が上空で故障して落下し、落下地点に被害が発生するおそれがある。例えば、図９に示すように複数のＨＡＰＳ１０が編隊を組んで飛行する場合、隣り合うＨＡＰＳ１０同士が衝突して故障し、故障したＨＡＰＳ１０が下降して落下すると、落下地点に被害が発生するおそれがある。
　そこで、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０の運用時の安全性を高めるために、以下に示すようなＨＡＰＳの飛行制御と故障落下時の対策を行っている。例えば、本実施形態では、ＨＡＰＳの編隊飛行時にＨＡＰＳ１０同士が互いに通信して衝突を回避するように飛行制御している。
　図１０は編隊飛行中のＨＡＰＳ１０の衝突回避飛行制御の一例を示すフローチャートであり、図１１は編隊飛行中のＨＡＰＳ１０の衝突回避飛行の一例を示す説明図である。なお、ここでは、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０のみの例であるが、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０であってもよいし、これらのＨＡＰＳ１０，２０が混在していてもよい。
　図１０において、本実施形態の複数のＨＡＰＳ１０が編隊飛行する場合、ＨＡＰＳ１０は、光通信などのＨＡＰＳ間通信により、所定の一定時間ごとに周辺のＨＡＰＳ１０’に対して通信確立のための所定の信号を無線送信し（Ｓ１０１）、その送信信号に対する応答信号（ＡＣＫ信号）の受信を待つ。応答信号（ＡＣＫ信号）を受信すると（Ｓ１０２でＹｅｓ）、ＨＡＰＳ１０は、周辺のＨＡＰＳ１０’との間で通信を確立し（Ｓ１０３）、現在位置情報と飛行予定の経路情報とを交換する（Ｓ１０４）。ＨＡＰＳ１０は、周辺のＨＡＰＳ１０’から受信した現在位置情報と飛行予定の経路情報とに基づいて衝突可能性があると判断した場合（Ｓ１０５でＹｅｓ）、ＨＡＰＳ１０を中心とした一定範囲のエリア１０Ｒ内に周辺のＨＡＰＳ１０’が入らないように（図１１参照）、ＨＡＰＳ１０自身の飛行経路を変更する（Ｓ１０６）。この情報交換及び飛行経路変更は、衝突の可能性がなくなるまで繰り返し（Ｓ１０４～Ｓ１０６）、その後、ＨＡＰＳ間の通信を切断する（Ｓ１０７）。
　なお、図１０の例では、ＨＡＰＳ１０自身の飛行経路を変更しているが、ＨＡＰＳ１０を中心とした一定範囲のエリア１０Ｒ内に周辺のＨＡＰＳ１０’が入らないように、ＨＡＰＳ１０から周辺のＨＡＰＳ１０’に飛行制御情報を送信することにより、周辺のＨＡＰＳ１０’の飛行経路を変更させてもよい。また、ＨＡＰＳ１０の周辺のＨＡＰＳ１０’に衝突しない飛行制御は、各ＨＡＰＳの位置情報などに基づいて遠隔制御装置８５から手動で遠隔的に行ってもよい。
　また、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０の故障時の安全性を高めるため、ＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が発生したとき、故障したＨＡＰＳ１０１による被害を低減するように、周辺気流の情報に基づいて安全な落下目標場所を予測し、ＨＡＰＳ１０を分解してできるだけ前記安全な落下目標場所に落下させている。
　図１２Ａ及び図１２Ｂは連結解除可能な連結部１５１，１５２で連結された複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅで構成したＨＡＰＳ１０の説明図である。図１２Ａは複数の部分構造体１０Ａ～１０ＥからなるＨＡＰＳ１０の一例を示す上面図であり、図１２Ｂは同ＨＡＰＳ１０の連結解除された分解後の部分構造体１０Ａ～１０Ｅを示す上面図である。また、図１３はＨＡＰＳ１０における部分構造体１０Ａ～１０Ｅの連結解除の制御系の一例を示すブロック図である。
　なお、図１２Ａ及び図１２ＢはＨＡＰＳ１０を構成する部分構造体１０Ａ～１０Ｅの数が５の場合について示しているが、部分構造体の数は２～４でもよいし、６以上であってもよい。また、部分構造体１０Ａ～１０Ｅの連結部の位置や構造は図示のものに限定されない。また、図１２Ａ及び図１２Ｂでは、ＨＡＰＳ１０が尾翼１５０を有する場合について示しているが、本実施形態のＨＡＰＳ１０において、尾翼は必須ではなく、尾翼１５０及びその連結部１５２を備えていなくてもよい。
　図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１３に示す構成例において、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅは、主翼部１０１の複数の連結部１５１と、複数の尾翼１５０の連結部１５２とにより連結されている。複数の連結部１５１及び１５２はそれぞれ、互いに対向するように組み合わされて連結する２つ一組の連結部構成部材１５１Ａ～１５１Ｅ，１５２Ａ～１５２Ｅで構成されている。複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅの連結を選択的に解除する連結解除機構は、対応する連結部構成部材同士を選択的に結合したり分離したりすることができる。連結解除機構としては、各種機構を用いることができ、例えば、電磁石を用いた結合・分離機構、クランプやバネなどを用いた機械的な結合・分離機構、又はそれらを組み合わせた機構を用いることができる。機械的な結合・分離機構は、サーボのようなアクチュエータを有し、電気信号でもって結合を解除できるものであってもよい。また、連結解除機構は、ジュール熱を利用した形状記憶合金や熱可塑性樹脂の変形による解除機構を有するものであってもよい。
　制御部１５３は、ＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が発生した旨の故障発生通知を受けると、周辺気流の情報に基づいて予測される安全な落下目標場所にＨＡＰＳ１０を落下させるように生成された分解制御情報に基づいて連結解除機構１５４を制御する。連結解除機構１５４は、制御部１５３からの制御信号に基づいて、複数の連結部１５１及び１５２の一部又は全部の連結を解除する。
　なお、図１３の制御系において、制御部１５３は、複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数（分裂数）並びに連結を解除するタイミング（例えば、時刻情報）の少なくとも一つを制御してもよい。また、制御部１５３は、部分構造体１０Ａ～１０Ｅの連結解除の複数種類の組み合わせから、安全な落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して部分構造体に分解するように制御してもよい。この連結解除の組み合わせの選択情報は、制御部１５３に送られる分解制御情報に含めてもよい。
　図１４は実施形態の通信システムにおけるＨＡＰＳ１０の故障発生時の制御の一例を示すシーケンス図である。また、図１５は、ＨＡＰＳ１０の分解落下の様子の一例を示す説明図である。なお、図１４では、ＨＡＰＳ１０の故障発生を周辺のＨＡＰＳ１０’が検知する場合について示しているが、ＨＡＰＳ１０の故障発生をそのＨＡＰＳ１０自身が検知してもよい。また、周辺のＨＡＰＳ１０’が複数存在している場合、ＨＡＰＳ１０の故障発生を検知した周辺のＨＡＰＳ１０’がその検知結果を他の周辺のＨＡＰＳ１０’に通知するようにしてもよい。
　図１４において、ＨＡＰＳ１０に下降を伴う故障が発生すると（Ｓ２０１）、その故障が、外部装置としての周辺の一又は複数のＨＡＰＳ１０’で検知される（Ｓ２０２）。例えば、周辺のＨＡＰＳ１０’は、ＨＡＰＳ１０との間で光通信などによるＨＡＰＳ間通信を行うことによりＨＡＰＳ１０が所定の閾値以上の下降を検知した場合、ＨＡＰＳ１０の故障が発生したと判断する。周辺のＨＡＰＳ１０’は、ＨＡＰＳ１０の故障発生を検知すると、その故障発生通知をＨＡＰＳ１０と、地上又は海上の管制センターに設けられた管理装置（外部装置）としての遠隔制御装置８５とに送信する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。
　遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０の故障発生通知を周辺のＨＡＰＳ１０’から受信すると、ＨＡＰＳ１０の周辺気流の情報に基づいてＨＡＰＳ１０（部分構造体１０Ａ～１０Ｅ）の安全な落下目標場所を予測する（Ｓ２０５）。例えば、遠隔制御装置８５は、故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０の移動速度及び移動方向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅそれぞれの安全な落下目標場所を予測する。遠隔制御装置８５は、その安全な落下目標場所にＨＡＰＳ１０（部分構造体１０Ａ～１０Ｅ）を落下させるように分解制御情報を生成し（Ｓ２０６）、ＨＡＰＳ１０に送信する（Ｓ２０７）。この分解制御情報には、前述の連結解除の組み合わせの選択情報を含めてもよい。
　なお、前記落下目標場所の予測及び分解制御情報の生成は、ＨＡＰＳの落下に関する過去の落下時の情報や落下試験時の情報を記憶した記憶手段としてのデータベース（「ＨＡＰＳ落下管理データベース（ＤＢ）」ともいう。）を参照して行ってもよい。ＨＡＰＳ落下管理データベースには、周辺気流の風速及び風向、ＨＡＰＳの移動速度及び移動方向並びにＨＡＰＳ又はその部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズと、落下場所との相関の大きさを示す情報を含んでもよい。ここで、落下場所のデータは、ＨＡＰＳ又は部分構造体の落下下降前の位置を基準にした相対的な位置データ（例えば、半径及び方向）であってもよい。
　ＨＡＰＳ１０は、遠隔制御装置８５から分解制御情報を受信すると、その分解制御情報に基づいて、複数の連結部１５１及び１５２の一部又は全部の連結を解除するように制御する（Ｓ２０８）。前述のように、ＨＡＰＳ１０は、複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数を制御する連結解除制御を実行する。この連結解除制御では、連結を解除するタイミングの制御を含めてもよい。
　ＨＡＰＳ１０の所定の連結部で分解された部分構造体１０Ａ～１０Ｅはそれぞれ、図１５に示すように分解落下を開始し、安全な落下目標場所に落下していく。これにより、ＨＡＰＳ１０の故障時における落下場所での被害の発生を回避を抑制し、安全性を高めることができる。特に、本実施形態では、ＨＡＰＳ１０を部分構造体１０Ａ～１０Ｅに分解して落下させることにより、予測した安全な落下目標場所に落下する確率を高めることができる。
　なお、上記図１４の制御例において、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅはそれぞれ、各部分構造体が落下する地上又は海上の落下場所に位置する近隣のユーザ装置（ＵＥ）などの端末装置に落下警報信号（落下アラーム）を送信しながら落下してもよい（Ｓ２０９）。この場合、部分構造体１０Ａ～１０Ｅは、周辺のＨＡＰＳ１０’を介して端末装置に落下警告信号を送信できるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）及び非常用電源が組み込まれ、周辺のＨＡＰＳ１０’や端末装置から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。落下警報信号を受信した端末装置のユーザは建物などの屋内に避難することができる。
　また、落下警報信号は、ＨＡＰＳ１０又はその部分構造体１０Ａ～１０Ｅが安全な落下目標場所に落下できない場合、すなわち、落下目標場所からずれた場所（実際の落下場所）に向けて下降している場合に、実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に送信してもよい。
　また、故障で下降しているＨＡＰＳ１０又はその部分構造体１０Ａ～１０Ｅが通信できない状態になった場合、その故障で下降しているＨＡＰＳ１０の周辺に位置する一又は複数の周辺のＨＡＰＳ’は、遠隔制御装置８５や、前記安全な落下目標場所又は前記実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に、落下警告信号（落下アラーム）を送信してもよい。また、遠隔制御装置８５は、前記安全な落下目標場所又は前記実際の落下場所に位置するユーザ装置などの端末装置に、落下警告信号を送信してもよい。
　また、上記図１４の制御例において、故障が発生したＨＡＰＳ１０が自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて故障の発生を検知してもよい。また、故障が発生したＨＡＰＳ１０は、自身の下降を伴う故障の発生に関する情報（故障発生通知）を遠隔制御装置８５から受信してもよい。
　また、上記図１４の制御例において、故障が発生したＨＡＰＳ１０が落下目標場所を予測して分解制御情報を生成してもよい。また、前記周辺のＨＡＰＳ１０’が落下目標場所を予測して分解制御情報を生成し、その生成した分解制御情報を落下目標場所に関する情報としてＨＡＰＳ１０に送信してもよい。
　また、本実施形態において、前記落下目標場所は、ＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅについて実行された落下試験及びその試験データを用いた機械学習により得られたＨＡＰＳ落下管理データベースに基づいて予測してもよい。
　図１６は、実施形態の通信システムにおける遠隔制御装置８５（管制センター）のＨＡＰＳ落下管理データベースを用いた集中管理処理の一例を示すフローチャートである。
　図１６において、遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０又は複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅそれぞれについて互いに異なる複数種類の条件で試行された複数回の落下試験について、試験結果のデータを収集する（Ｓ３０１）。試験結果のデータは、試験時の気流の風速及び風向のデータと、実際に落下した落下場所のデータとを含む。試験結果のデータは、落下前のＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ～１０Ｅの移動速度及び移動方向のデータと、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ～１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズのデータとを含んでもよい。また、試験結果のデータは、落下試験に用いる試験装置から受信して取得してもよいし、落下試験のオペレータなどが入力することで取得してもよい。
　次に、遠隔制御装置８５は、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ～１０Ｅの落下試験の試験結果のデータに基づいて機械学習を実行する（Ｓ３０２）。この機械学習は、例えば、人工知能（ＡＩ）により、気流の風速及び風向、ＨＡＰＳ又は部分構造体の移動速度及び移動方向並びにＨＡＰＳ又は部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズと、ＨＡＰＳ又は部分構造体が実際に落下した落下場所との間の相関の大きさを計算して求めるように行う。ここで、落下場所のデータは、ＨＡＰＳ又は部分構造体の落下下降前の位置を基準にした相対的な位置データ（例えば、半径及び方向）であってもよい。
　次に、遠隔制御装置８５は、前記機械学習の結果に基づいて、ＨＡＰＳ及び部分構造体の落下場所の予測精度を高めるように、ＨＡＰＳ落下管理データベースを更新する（Ｓ３０３）。
　次に、運用中のＨＡＰＳ１０の下降を伴う故障が検知されると、遠隔制御装置８５は、その故障ＨＡＰＳに関する故障ＨＡＰＳ情報を受信する（Ｓ３０４）。故障ＨＡＰＳ情報は、例えば、故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０の移動速度及び移動方向と、故障が発生したＨＡＰＳ１０又はそのＨＡＰＳ１０を構成する複数の部分構造体１０Ａ～１０Ｅの質量若しくは質量及び外形サイズとを含む。
　遠隔制御装置８５は、受信した故障ＨＡＰＳ情報とＨＡＰＳ落下管理データベースとに基づいて、ＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ～１０Ｅの安全な落下目標場所を予測し（Ｓ３０５）、ＨＡＰＳ１０の分解制御情報を生成し（Ｓ３０６）、生成した分解制御情報を前記故障したＨＡＰＳ１０に送信する（Ｓ３０７）。ここで、分解制御情報は、ＨＡＰＳ１０の複数の連結部１５１及び１５２のうち連結を解除する連結解除対象の連結部の位置及び個数を指定する情報を含む。分解制御情報は、連結を解除するタイミング（例えば、時刻情報）を含んでもよい。また、分解制御情報は、部分構造体１０Ａ～１０Ｅの連結解除の複数種類の組み合わせから、安全な落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択する選択情報を含んでもよい。
　上記分解制御情報に基づいて分解したＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅが落下した後、遠隔制御装置８５は、その落下結果データを受信して落下目標場所の予測精度を高めるように機械学習を行い、ＨＡＰＳ落下管理データベースを更新してもよい（Ｓ３０８，Ｓ３０２，Ｓ３０３）。落下結果データは、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅが実際に落下した落下場所の情報を含む。落下結果データは、ＨＡＰＳ１０の部分構造体１０Ａ～１０Ｅが落下している落下中に測定された複数の高度における気流の風速及び風向を含んでもよいし、落下中に測定された部分構造体１０Ａ～１０Ｅの落下速度などの装置状態情報を含んでもよい。また、落下結果データは、通信機能を有している落下したＨＡＰＳ１０又は部分構造体１０Ａ～１０Ｅから受信してもよいし、落下したＨＡＰＳ１０の周辺に位置していた周辺のＨＡＰＳ１０’から受信してもよい。
　なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ１０，２０等の通信中継装置の無線中継局、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）及び基地局における基地局装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。
　ハードウェア実装については、実体（例えば、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、遠隔制御装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。
　また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。
　また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。
　１０　ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
　１０Ａ～１０Ｅ　部分構造体
　２０　ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
　４０　セル形成目標空域
　４１，４２，４３　３次元セル
　５０　ＨＡＰＳが位置する空域
　６０　ドローン
　６５　飛行機
　７０　フィーダ局
　７２　人工衛星
　７５　マイクロ波給電局
　８０　移動通信網
　８５　遠隔制御装置（管制センター）
　１００，２００、３００　ビーム
　１０１　主翼部
　１０２　ソーラーパネル（太陽光発電パネル）
　１０３，２０２　プロペラ
　１０４　連結部
　１０５　ポッド
　１０６　バッテリー
　１０７　車輪
　１０８　受電用ポッド
　１１０，２１０　無線中継局
　１１１　３次元（３Ｄ）セル形成アンテナ部
　１１２　送受信部
　１１３　フィード用アンテナ部
　１１４　送受信部
　１１５　リピーター部
　１１６　監視制御部
　１１７　電源部
　１１８　モデム部
　１１９　基地局処理部
　１２０　エッジコンピューティング部
　１２５　光通信部
　１２６　ビーム制御部
　１３０，２３０　光アンテナ装置
　１４１　モータ駆動部
　１５０　尾翼
　１５１，１５２　連結部
　１５１Ａ～１５１Ｅ　連結解除後の連結部構成部材
　１５２Ａ～１５２Ｅ　連結解除後の連結部構成部材
　１５３　制御部
　１５４　連結解除機構

Claims (20)

  1. 　端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と、
    　自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体と、を備える空中浮揚型の通信中継装置であって、
    　前記通信中継装置自身の下降を伴う故障が発生したとき、周辺気流の情報に基づいて予測される所定の落下目標場所に前記通信中継装置自身を落下させる手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
  2. 　請求項１の通信中継装置において、
    　連結解除可能な連結部で連結された複数の部分構造体で構成され、
    　前記複数の部分構造体の連結を選択的に解除する連結解除機構と、
    　前記選択的に連結が解除された部分構造体が前記落下目標場所に落下するように前記連結解除機構による連結解除を制御する制御部と、を備えることを特徴とする通信中継装置。
  3. 　請求項２の通信中継装置において、
    　前記制御部は、前記連結を解除する連結部の位置及び個数並びに前記連結を解除するタイミングの少なくとも一つを制御することを特徴とする通信中継装置。
  4. 　請求項２又は３の通信中継装置において、
    　前記制御部は、前記複数の部分構造体の連結解除の複数種類の組み合わせから、前記落下目標場所への落下の確率が最も高い連結解除の組み合わせを選択して前記部分構造体に分解するように制御することを特徴とする通信中継装置。
  5. 　請求項２乃至４のいずれかの通信中継装置において、
    　前記複数の部分構造体はそれぞれ、前記部分構造体が落下する場所に位置する端末装置に落下警報信号を送信しながら落下することを特徴とする通信中継装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかの通信中継装置において、
    　前記通信中継装置自身の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記故障の発生を検知する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかの通信中継装置において、
    　前記通信中継装置自身の下降を伴う故障の発生に関する情報を外部装置から受信する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかの通信中継装置において、
    　前記落下目標場所を予測する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
  9. 　請求項１乃至８のいずれかの通信中継装置において、
    　前記落下目標場所に関する情報を外部装置から受信する手段を備えることを特徴とする通信中継装置。
  10. 　請求項７又は９の通信中継装置において、
    　前記外部装置は、前記通信中継装置を管理する地上又は上空の管理装置であることを特徴とする通信中継装置。
  11. 　請求項７又は９の通信中継装置において、
    　前記外部装置は、端末装置との間で無線通信を行う無線中継局と自律制御又は外部から制御により所定高度の空域に位置するように制御される浮揚体とを備えた周辺に位置する一又は複数の他の通信中継装置であることを特徴とする通信中継装置。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれかの通信中継装置において、
    　前記落下目標場所は、前記故障の発生時における周辺気流の風速及び風向と、前記故障が発生した通信中継装置の移動速度及び移動方向と、前記故障が発生した通信中継装置又はその通信中継装置を構成する前記複数の部分構造体の質量若しくは質量及び外形サイズとに基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
  13. 　請求項１乃至１２のいずれかの通信中継装置において、
    　前記落下目標場所は、前記通信中継装置又は前記複数の部分構造体について互いに異なる複数種類の条件で実行された複数回の落下試験により得られた機械学習の結果に基づいて予測されることを特徴とする通信中継装置。
  14. 　請求項１乃至１３のいずれかの通信中継装置において、
    　前記通信中継装置自身の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信しながら落下することを特徴とする通信中継装置。
  15. 　請求項１乃至１４のいずれかの通信中継装置において、
    　周辺に位置する他の通信中継装置に下降を伴う故障が発生したとき、前記他の通信中継装置又はその部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信することを特徴とする通信中継装置。
  16. 　請求項１乃至１５のいずれかの通信中継装置において、
    　周辺に位置する他の通信中継装置の高度の変化を検知し、その高度の変化に基づいて前記他の通信中継装置の下降を伴う故障の発生を検知することを特徴とする通信中継装置。
  17. 　請求項１乃至１６のいずれかの通信中継装置において、
    　地面又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、
    　前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であり、
    　前記浮揚体が位置する空域の高度は１００［ｋｍ］以下であることを特徴とする通信中継装置。
  18. 　請求項１乃至１７のいずれかの通信中継装置を複数備えるシステムであって、
    　前記複数の通信中継装置はそれぞれ、前記通信中継装置の位置情報及び予定経路情報を互いに交換し、互いに所定距離以下又は所定距離未満の範囲に近づかないように移動経路を制御することを特徴とするシステム。
  19. 　請求項１乃至１７のいずれかの通信中継装置を管理する地上又は上空に位置する管理装置であって、
    　前記故障が発生した通信中継装置の落下目標場所を予測し、その予測した落下目標場所に関する情報を、前記故障が発生した通信中継装置に送信することを特徴とする管理装置。
  20. 　請求項１９の管理装置において、
    　前記通信中継装置又は前記部分構造体の落下が予測される場所に位置する端末装置に落下警告信号を送信することを特徴とする管理装置。
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