WO2021245897A1 - 無線通信システム、中継装置及びチャネル設定方法 - Google Patents

無線通信システム、中継装置及びチャネル設定方法 Download PDF

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WO2021245897A1
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terminal
relay device
unit
station
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大介 五藤
喜代彦 糸川
康義 小島
史洋 山下
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日本電信電話株式会社
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    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a relay device, and a channel setting method.
  • IoT Internet of Things
  • base stations such as buoys on the sea, ships, and mountainous areas.
  • a technique for wireless communication between an IoT terminal and a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) or a geostationary satellite has been proposed.
  • Many IoT terminals are not equipped with a large power supply such as sensors, and it is desirable that they can operate with low power consumption. Therefore, in IoT terminals, LPWA (Low Power Wide Area), which realizes power saving, a wide area, and low cost, is often used (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 describes that a control such as LTE (Long Term Evolution) that efficiently allocates time-frequency resources leads to an increase in cost due to an increase in overhead. Therefore, it is described in Non-Patent Document 1 that LPWA selects a simple random access method.
  • LTE Long Term Evolution
  • the probability that channels in the frequency band used by each IoT terminal will overlap increases as the number of IoT terminals communicating with the low earth orbit satellite increases. .. Further, the frequency band used between the IoT terminal and the low earth orbit satellite is also used in other devices that do not communicate with the low earth orbit satellite. In such a case, since another device becomes an interference source, it may not be possible to efficiently communicate between the IoT terminal and the low earth orbit satellite.
  • an object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently communicating with a moving mobile body even if it is an inexpensive communication device.
  • One aspect of the present invention is a wireless communication system having one or more communication devices and a moving relay device, and the relay device can be used in an uplink from the one or more communication devices to the relay device.
  • Transmission to transmit a channel change signal including channel information indicating the result according to the interference level of a plurality of channels in a different frequency band and specific information specifying a communication device to be changed to the channel to the one or more communication devices.
  • the specific information included in the channel change signal is applicable, the one or more communication devices set the channel used for communication with the relay device to a channel whose interference level is less than the threshold value.
  • It is a wireless communication system including a channel setting unit.
  • One aspect of the present invention is the relay device in a wireless communication system having one or more communication devices and a moving relay device, which can be used in an uplink from the one or more communication devices to the relay device.
  • One aspect of the present invention is a channel setting method in a wireless communication system including one or more communication devices and a moving relay device, wherein the relay device is moved from the one or more communication devices to the relay device.
  • the one or more communication devices include channel information indicating the result according to the interference level of a plurality of channels in the frequency band available in the link and specific information for specifying the communication device to be changed.
  • the channel used for communication with the relay device is set to a channel whose interference level is less than the threshold value. This is the setting method.
  • an inexpensive communication device can efficiently communicate with a moving mobile body.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless communication system 1 according to the first embodiment.
  • the wireless communication system 1 has a mobile relay station 2, one or more terminal stations 3, and a base station 4.
  • the number of each of the mobile relay station 2, the terminal station 3, and the base station 4 included in the wireless communication system 1 is arbitrary. It is assumed that the number of terminal stations 3 is large.
  • the mobile relay station 2 is an example of a relay device mounted on a mobile body and in which a communicable area moves with the passage of time.
  • the mobile relay station 2 is provided in, for example, a LEO (Low Earth Orbit) satellite.
  • the altitude of the LEO satellite is 2000 km or less, and it orbits over the earth in about 1.5 hours.
  • the mobile relay station 2 receives data transmitted from the terminal station 3 by a wireless signal while moving over the earth.
  • the mobile relay station 2 wirelessly transmits the received data to the base station 4.
  • the signal transmitted from the mobile relay station 2 to the base station 4 is referred to as a base station downlink signal.
  • the terminal station 3 collects data such as environmental data detected by the sensor and wirelessly transmits the data to the mobile relay station 2.
  • the terminal station 3 is, for example, an IoT terminal.
  • the signal transmitted from the terminal station 3 to the mobile relay station 2 is referred to as a terminal uplink signal.
  • the base station 4 receives the data collected by the terminal station 3 from the mobile relay station 2.
  • the terminal station 3 and the base station 4 in the first embodiment are installed at specific positions on the earth such as on the ground and at sea.
  • a mobile relay station it is conceivable to use a geostationary satellite or a relay station mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone or HAPS (High Altitude Platform Station).
  • a relay station mounted on a geostationary satellite although the coverage area (footprint) on the ground is wide, the link budget for the IoT terminal installed on the ground is very small due to the high altitude.
  • the link budget is high, but the coverage area is narrow.
  • the drone requires a battery
  • the HAPS requires a solar panel.
  • the mobile relay station 2 is mounted on the LEO satellite. Therefore, in addition to keeping the link budget within the limit, the LEO satellite has no air resistance and consumes less fuel because it orbits outside the atmosphere. In addition, the footprint is large compared to the case where a relay station is mounted on a drone or HAPS.
  • the mobile relay station 2 in the first embodiment communicates with a large number of terminal stations 3.
  • the probability of overlapping channels in the frequency band used by each terminal station 3 also increases.
  • the frequency band used between the mobile relay station 2 and the terminal station 3 is also used in other devices that are not communicating with the mobile relay station 2. In such a case, since another device becomes an interference source, it may not be possible to efficiently communicate between the mobile relay station 2 and the terminal station 3.
  • the mobile relay station 2 indicates information indicating a channel having an interference level equal to or higher than a threshold value among a plurality of channels in the frequency band available on the uplink (hereinafter, “interference channel information”).
  • interference channel information information indicating a channel having an interference level equal to or higher than a threshold value among a plurality of channels in the frequency band available on the uplink.
  • a channel change signal including the channel information including) and the specific information for specifying the terminal station 3 to be changed of the channel is transmitted to the terminal station 3.
  • the mobile relay station 2 when communicating by LPWA between the mobile relay station 2 and the terminal station 3, the mobile relay station 2 interferes with channels in the frequency band available for uplink in the channels (24 to 61) available for LPWA. Measure the level.
  • the mobile relay station 2 performs channel setting processing of the terminal station 3 when there is one or more channels whose interference level is equal to or higher than the threshold value.
  • the mobile relay station 2 when the interference level of the channel “24" is equal to or higher than the threshold value, the mobile relay station 2 generates channel information including the interference channel information (for example, the channel "24").
  • the mobile relay station 2 determines the terminal station 3 whose channel is to be changed according to a predetermined condition. For example, it is assumed that all the terminal stations 3 are assigned a predetermined number in a predetermined range, and the mobile relay station 2 randomly determines a number among the predetermined numbers. The terminal station 3 corresponding to this number is the target for changing the channel.
  • the mobile relay station 2 uses the determined number as specific information, and generates a channel change signal using the specific information and the channel information.
  • the mobile relay station 2 transmits the generated channel change signal to the communicable terminal station 3.
  • the mobile relay station 2 transmits a channel change signal to the terminal station 3 on a channel whose interference level is less than the threshold value. Since the mobile relay station 2 is moving, there is also a terminal station 3 that cannot receive the channel change signal. The terminal station 3 that cannot receive the channel change signal is not the target of the channel change.
  • the terminal station 3 that has received the channel change signal transmitted from the mobile relay station 2 determines whether or not it corresponds to the specific information included in the channel change signal. When the specific information included in the channel change signal is applicable, the terminal station 3 sets the channel used for communication with the mobile relay station 2 to a channel whose interference level is less than the threshold value. Corresponding to the specific information means that the number shown as the specific information and the number assigned to the terminal station 3 match.
  • the terminal station 3 corresponding to the specific information selects a channel other than the channel indicated by the channel information, for example.
  • the terminal station 3 may select any channel as long as the interference level is less than the threshold value. Then, the terminal station 3 sets the selected channel as the channel used for communication with the mobile relay station 2. After that, communication is performed between the mobile relay station 2 and the terminal station 3.
  • the mobile relay station 2 has shown a configuration in which channel information including interference channel information is generated.
  • the channel information is not limited to the interference channel information, and may include information indicating a channel whose interference level is less than the threshold value (hereinafter referred to as “non-interference channel information”). Whether the information of the interference channel information or the non-interference channel information is included in the channel information may be predetermined between the mobile relay station 2 and the terminal station 3, and a reference numeral for specifying the information. May be given.
  • the mobile relay station 2 includes an antenna 21, a terminal communication unit 22, a base station communication unit 24, and an antenna 25.
  • the terminal communication unit 22 includes a transmission / reception unit 221, a terminal signal demodulation unit 222, a radio wave monitor unit 223, and a channel control unit 224.
  • the transmission / reception unit 221 communicates with the terminal station 3. For example, the transmission / reception unit 221 receives the terminal uplink signal by the antenna 21. For example, the transmission / reception unit 221 transmits a channel change signal to the terminal station 3 by the antenna 21. When transmitting the channel change signal to the terminal station 3, the transmission / reception unit 221 transmits the channel change signal to the terminal station 3 on a channel whose interference level is less than the threshold value.
  • the terminal signal demodulation unit 222 demodulates the terminal uplink signal received by the transmission / reception unit 221 and outputs the demodulation result as demodulation information to the base station communication unit 24.
  • the radio wave monitor unit 223 scans a plurality of channels in the frequency band available on the uplink from the terminal station 3 to the mobile relay station 2 at regular intervals (for example, every 10 minutes, etc.) or at predetermined timings.
  • the predetermined timing may be a timing at which a predetermined time has come, or may be a timing at which the mobile relay station 2 has moved by a predetermined position.
  • Scanning a channel means measuring the interference level of the channel. That is, the radio wave monitor unit 223 measures the interference level of each channel in the frequency band available on the uplink.
  • the channel control unit 224 controls the channel of the terminal station 3 to be changed based on the interference level of each channel measured by the radio wave monitor unit 223. Specifically, first, the channel control unit 224 determines whether or not there is a channel whose interference level is equal to or higher than the threshold value. The channel control unit 224 executes the following processing when there is one or more channels whose interference level is equal to or higher than the threshold value. On the other hand, when there is less than one channel whose interference level is equal to or higher than the threshold value, the channel control unit 224 does not perform processing because the influence of the interference is small.
  • the channel control unit 224 changes the channel including channel information indicating the result according to the interference level of a plurality of channels in the frequency band available on the uplink and specific information for specifying the terminal station 3 to be changed. Generate a signal.
  • the channel control unit 224 controls the channel of the terminal station 3 to be changed by transmitting the generated channel change signal to the terminal station 3 via the transmission / reception unit 221.
  • the channel control unit 224 uses a predetermined number assigned to the terminal station 3 in advance as specific information, it is assumed that the channel control unit 224 stores the information of each number assigned to the terminal station 3.
  • the base station communication unit 24 transmits the received waveform information to the base station 4 by a downlink signal of an arbitrary wireless communication method.
  • the base station communication unit 24 includes a storage unit 241, a control unit 242, a transmission data modulation unit 243, and a transmission unit 244.
  • the storage unit 241 stores the transmission start timing calculated in advance based on the orbit information of the LEO satellite equipped with the mobile relay station 2 and the position of the base station 4.
  • the LEO orbit information is information that can obtain the position, speed, moving direction, etc. of the LEO satellite at an arbitrary time.
  • the transmission time may be represented by, for example, the elapsed time from the transmission start timing.
  • the control unit 242 controls the transmission data modulation unit 243 and the transmission unit 244 so as to transmit the received waveform information to the base station 4 at the transmission start timing stored in the storage unit 241.
  • the transmission data modulation unit 243 reads the received waveform information from the data storage unit 23 as transmission data, modulates the read transmission data, and generates a base station downlink signal.
  • the transmission unit 244 converts the base station downlink signal from an electric signal to a wireless signal and transmits it from the antenna 25.
  • the terminal station 3 includes a data storage unit 31, a transmission / reception unit 32, a channel setting unit 33, and one or a plurality of antennas 34.
  • the data storage unit 31 stores sensor data and the like. When a predetermined number assigned to the terminal station 3 in advance is used as the specific information, the data storage unit 31 may store the information of the assigned number.
  • the transmission / reception unit 32 communicates with the mobile relay station 2. For example, the transmission / reception unit 32 reads sensor data from the data storage unit 31 as terminal transmission data. The transmission / reception unit 32 wirelessly transmits a terminal uplink signal set with the read terminal transmission data from the antenna 34. For example, the transmission / reception unit 32 receives the channel change signal transmitted from the mobile relay station 2 and outputs it to the channel setting unit 33.
  • the transmission / reception unit 32 transmits / receives a signal by, for example, LPWA.
  • LPWA includes LoRaWAN (registered trademark), Sigfox (registered trademark), LTE-M (LongTermEvolution for Machines), NB (NarrowBand) -IoT, and the like, and any wireless communication method can be used.
  • the transmission / reception unit 32 may perform transmission / reception with another terminal station 3 by time division multiplexing, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), or the like.
  • the transmission / reception unit 32 determines the transmission timing used by the own station to transmit the terminal uplink signal by a method predetermined in the wireless communication method to be used.
  • the transmission / reception unit 32 communicates using the channel set by the channel setting unit 33. Further, the transmission / reception unit 32 may form a beam of signals transmitted from a plurality of antennas 34 by a method predetermined in the wireless communication method to be used.
  • the channel setting unit 33 sets the channel used for communication with the mobile relay station 2 to a channel whose interference level is less than the threshold value when it corresponds to the specific information included in the channel change signal. At the time of activation or when communication with the mobile relay station 2 is started, the channel setting unit 33 sets the channel used by the station to transmit the terminal uplink signal to the transmission / reception unit 32 by a method predetermined in the wireless communication method to be used. Set.
  • the base station 4 includes an antenna 41, a transmission / reception unit 42, a base station signal reception processing unit 43, and a terminal signal reception processing unit 44.
  • the transmission / reception unit 42 converts the terminal downlink signal received by the antenna 41 into an electric signal.
  • the base station signal reception processing unit 43 demodulates and decodes the reception signal converted into an electric signal by the transmission / reception unit 42, and obtains reception waveform information.
  • the base station signal reception processing unit 43 outputs the received waveform information to the terminal signal reception processing unit 44.
  • the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing of the terminal uplink signal indicated by the received waveform information. At this time, the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing by the wireless communication method used for transmission by the terminal station 3 to acquire terminal transmission data.
  • the terminal signal reception processing unit 44 includes a terminal signal demodulation unit 441 and a terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal demodulation unit 441 demodulates the waveform data and outputs the symbol obtained by the demodulation to the terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal demodulation unit 441 may perform demodulation after performing a process of compensating for the Doppler shift of the terminal uplink signal received by the antenna 21 of the mobile relay station 2 with respect to the signal indicated by the waveform data.
  • the Doppler shift received by the terminal uplink signal received by the antenna 21 is calculated in advance based on the position of the terminal station 3 and the orbit information of the LEO on which the mobile relay station 2 is mounted.
  • the terminal signal decoding unit 442 decodes the symbol demodulated by the terminal signal demodulation unit 441 and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • FIG. 2 is a sequence diagram showing a flow of channel setting processing of the wireless communication system 1 according to the first embodiment.
  • a case where two terminal stations 3 (terminal station 3-1 and terminal station 3-2) are provided in the wireless communication system 1 will be described as an example.
  • a branch number "-1" or "-2" shall be added to each functional part.
  • the process of FIG. 2 is executed periodically or when a predetermined timing has elapsed.
  • the radio wave monitor unit 223 of the mobile relay station 2 scans each channel in the frequency band available on the uplink (step S101).
  • the radio wave monitor unit 223 outputs the scan result of each channel to the channel control unit 224.
  • the channel control unit 224 determines whether or not there is a channel whose interference level is equal to or higher than the threshold value based on the scan result of each channel output from the radio wave monitor unit 223 (step S102).
  • the channel control unit 224 executes the process of step S103.
  • the channel control unit 224 ends the process of FIG. 2 when there is less than one channel whose interference level is equal to or higher than the threshold value.
  • the channel control unit 224 generates channel information based on the scan result of each channel (step S103). For example, the channel control unit 224 generates channel information using the interference channel information. Next, the channel control unit 224 determines the terminal station 3 to be changed of the channel according to a predetermined condition.
  • the channel control unit 224 randomly determines a predetermined number stored.
  • the channel control unit 224 determines the terminal station 3 corresponding to the determined number as the channel change target.
  • the channel control unit 224 generates a channel change signal using the interference channel information and the specific information (step S104).
  • the channel control unit 224 controls the transmission / reception unit 221 to transmit the generated channel change signal to the terminal stations 3-1 and 3-2. At this time, the channel control unit 224 sets a channel having an interference level less than the threshold value in the transmission / reception unit 221 as a channel for transmitting the channel change signal.
  • the transmission / reception unit 221 transmits a channel change signal to the terminal stations 3-1 and 3-2 on the set channel (steps S105 and 106).
  • the transmission / reception unit 32-1 of the terminal station 3-1 receives the channel change signal transmitted from the mobile relay station 2.
  • the transmission / reception unit 32-1 outputs the received channel change signal to the channel setting unit 33-1.
  • the channel setting unit 33-1 determines whether or not its own station is a channel change target based on the input channel change signal (step S107). Specifically, first, the channel setting unit 33-1 acquires specific information included in the channel change signal. Next, the channel setting unit 33-1 acquires the information of the number stored in the data storage unit 31-1. Then, the channel setting unit 33-1 compares the number indicated by the specific information with the number indicated by the acquired information.
  • the channel setting unit 33-1 determines that the own station is the target of the channel change. On the other hand, when the number indicated by the specific information and the number indicated by the acquired information match, the channel setting unit 33-1 determines that the own station is not the target of the channel change.
  • the channel setting unit 33-1 sets the channel of its own station (step S108). Specifically, first, the channel setting unit 33-1 acquires the channel information included in the channel change signal. Next, the channel setting unit 33-1 sets the channel indicated by the acquired channel information as a channel to be used for communication with the mobile relay station 2. For example, the channel setting unit 33-1 sets the channel indicated by the channel information in the transmission / reception unit 32-1.
  • the transmission / reception unit 32-1 wirelessly transmits the terminal uplink signal from the antenna 34-1 at the transmission timing after the channel is set by the channel setting unit 33-1.
  • the transmission / reception unit 32-2 of the terminal station 3-2 receives the channel change signal transmitted from the mobile relay station 2.
  • the transmission / reception unit 32-2 outputs the received channel change signal to the channel setting unit 33-2.
  • the channel setting unit 33-2 determines whether or not its own station is a channel change target based on the input channel change signal (step S110). Specifically, first, the channel setting unit 33-2 acquires specific information included in the channel change signal. Next, the channel setting unit 33-2 acquires the information of the number stored in the data storage unit 31-2. Then, the channel setting unit 33-2 compares the number indicated by the specific information with the number indicated by the acquired information.
  • the channel setting unit 33-2 determines that the own station is not the target for changing the channel. Therefore, the terminal station 3-2 communicates with the mobile relay station 2 on the channel set at the start of the process of FIG.
  • the transmission / reception unit 32-2 wirelessly transmits the terminal uplink signal from the antenna 34-2 at the channel transmission timing currently set.
  • the mobile relay station 2 transmits a channel change signal including channel information and specific information to the terminal station 3.
  • the channel setting unit 33 of the terminal station 3 corresponds to the specific information included in the channel change signal
  • the channel used for communication with the mobile relay station 2 is set to a channel whose interference level is less than the threshold value.
  • the mobile relay station 2 notifies the terminal station 3 of the terminal station 3 to be changed and the information of the channel for changing.
  • the terminal station 3 is the target of change
  • the terminal station 3 sets the channel whose interference level is less than the threshold value based on the information of the channel for change.
  • the channels of some terminal stations 3 that communicate with the mobile relay station 2 are set to channels other than the channels whose interference level is equal to or higher than the threshold value. Therefore, since the influence of the interference on the communication is suppressed, the terminal station 3 can suppress the retransmission due to the influence of the interference on the communication. Therefore, even an inexpensive communication device can efficiently communicate with a moving mobile body.
  • the channel control unit 224 of the mobile relay station 2 includes interference channel information or non-interference channel information in the channel information as a channel scan result, and the channel information, specific information determined according to a predetermined condition, and the specific information. Is used to generate a channel change signal. Then, the channel control unit 224 controls the channel of the terminal station 3 to be changed by transmitting the generated channel change signal to the terminal station 3 via the transmission / reception unit 221. In this way, the channel control of the terminal station 3 becomes possible without performing the calculation related to the processing load in the terminal station 3. Therefore, even an inexpensive communication device can efficiently communicate with a moving mobile body.
  • a predetermined number is assigned to one or more terminal stations 3 in advance, and when the channel control unit 224 has one or more channels having an interference level equal to or higher than a threshold value, the predetermined number is assigned. Of these, a randomly determined number is included in the channel change signal as specific information. Then, the transmission / reception unit 221 transmits the channel change signal to the terminal station 3 to be communicated. By transmitting the channel change signal to the terminal station 3 in such a method, the mobile relay station 2 does not have to communicate individually with the terminal station 3 whose channel is to be changed. Therefore, it is possible to change the channel efficiently.
  • the transmission / reception unit 221 transmits a channel change signal to the terminal station 3 on a channel whose interference level is less than the threshold value.
  • the channel change signal is not transmitted to the terminal station 3 using the tight channel. Therefore, the channel change signal reaches the terminal station 3 more reliably. Therefore, the channel of the terminal station 3 to be changed can be changed.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the wireless communication system 1a according to the second embodiment.
  • the wireless communication system 1a has a mobile relay station 2a, a terminal station 3, and a base station 4a.
  • the mobile relay station 2a includes N antennas 21 (N is an integer of 2 or more), a terminal communication unit 22a, a base station communication unit 24a, and a plurality of antennas 25.
  • the N antennas 21 are described as antennas 21-1 to 21-N, respectively.
  • the terminal communication unit 22a has N transmission / reception units 221, N terminal signal demodulation units 222, a radio wave monitor unit 223, a channel control unit 224a, and a synthesis unit 225.
  • the N transmission / reception units 221 are referred to as transmission / reception units 221-1 to 221-N.
  • the N terminal signal demodulation units 222 are referred to as terminal signal demodulation units 222-1 to 223-N.
  • the transmission / reception unit 221-n (n is an integer of 1 or more and N or less) communicates with the terminal station 3. For example, the transmission / reception unit 221-n receives the terminal uplink signal by the antenna 21-n. For example, the transmission / reception unit 221-n transmits a channel change signal to the terminal station 3 by the antenna 21-n.
  • the terminal signal demodulation unit 222-n (n is an integer of 1 or more and N or less) demodulates the terminal uplink signal received by the transmission / reception unit 221-n, and outputs the demodulation result to the synthesis unit 225.
  • the channel control unit 224a controls the channel of the terminal station 3 to be changed based on the interference level of each channel measured by the radio wave monitor unit 223.
  • the specific processing of the channel control unit 224a is the same as that of the first embodiment described above. The difference from the first embodiment is that the channel control unit 224a transmits the channel change signal to the terminal station 3 via the transmission / reception unit 221-n.
  • the synthesis unit 225 outputs demodulation information obtained by synthesizing the demodulation results input from each of the terminal signal demodulation units 222-1 to 223-N to the base station communication unit 24a.
  • the base station communication unit 24a relays the terminal uplink signal to the base station 4a by MIMO.
  • the base station communication unit 24a includes a storage unit 241a, a control unit 242, a transmission data modulation unit 243, and a MIMO transmission / reception unit 245.
  • the storage unit 241a stores in advance the wait for each transmission time of the base station downlink signal transmitted from each antenna 25.
  • the transmission time may be represented by, for example, the elapsed time from the transmission start timing.
  • the weight for each transmission time is calculated based on the orbit information of the LEO satellite and the position of each antenna 41.
  • the LEO orbit information is information that can obtain the position, speed, moving direction, etc. of the LEO satellite at an arbitrary time. A constant weight may be used regardless of the transmission time.
  • the control unit 242 instructs the MIMO transmission / reception unit 245 of the wait for each transmission time read from the storage unit 241a.
  • the transmission data modulation unit 243 inputs the demodulation information output by the synthesis unit 225 as transmission data, converts the input transmission data into a parallel signal, and then modulates the input data.
  • the MIMO transmission / reception unit 245 weights the modulated parallel signal by the weight instructed from the control unit 242, and generates a base station downlink signal transmitted from each antenna 25.
  • the MIMO transmission / reception unit 245 transmits the generated base station downlink signal from the antenna 25 by MIMO.
  • the base station 4a includes a plurality of antennas 41, a base station signal reception processing unit 43a, a terminal signal reception processing unit 44a, and a MIMO transmission / reception unit 45.
  • the antenna 41 is arranged at a position away from the other antennas 41 so that the difference in the arrival angles of the signals from each of the plurality of antennas 25 of the mobile relay station 2 becomes large.
  • Each antenna 41 converts the base station downlink signal received from the mobile relay station 2 into an electric signal and outputs it to the MIMO transmission / reception unit 45.
  • the MIMO transmitter / receiver 45 aggregates the base station downlink signals received from the plurality of antennas 41.
  • the MIMO transmission / reception unit 45 stores the weight for each reception time for the base station downlink signal received by each antenna 41 based on the orbit information of the LEO satellite and the position of each antenna 41.
  • the reception time may be represented by the elapsed time from the reception start timing.
  • the MIMO transmission / reception unit 45 multiplies the base station downlink signal input from each antenna 41 by the weight corresponding to the reception time of the base station downlink signal, and synthesizes the received signal to which the weight is multiplied. The same weight may be used regardless of the reception time.
  • the base station signal reception processing unit 43a demodulates and decodes the synthesized received signal to obtain demodulation information.
  • the base station signal reception processing unit 43a outputs demodulation information to the terminal signal reception processing unit 44a.
  • the terminal signal reception processing unit 44a performs reception processing of the terminal uplink signal indicated by the received waveform information. At this time, the terminal signal reception processing unit 44a performs reception processing by the wireless communication method used for transmission by the terminal station 3 to acquire terminal transmission data.
  • the terminal signal reception processing unit 44a includes N terminal signal demodulation units 441, a terminal signal decoding unit 442, a distribution unit 443, and a synthesis unit 444.
  • the N terminal signal demodulation units 441 are described as terminal signal demodulation units 441-1 to 441-N, respectively.
  • the distribution unit 443 reads out waveform data at the same reception time from the received waveform information, and outputs the read waveform data to the terminal signal demodulation units 441-1 to 441-N according to the antenna identifier associated with the waveform data. do. That is, the distribution unit 443 outputs the waveform data associated with the antenna identifier of the antenna 21-n to the terminal signal demodulation unit 441-n.
  • Each of the terminal signal demodulation units 441-1 to 441-N demodulates the signal represented by the waveform data and outputs the symbol obtained by the demodulation to the synthesis unit 444.
  • the terminal signal demodulation unit 441-n performs a process of compensating for the Doppler shift of the terminal uplink signal received by the antenna 21-n of the mobile relay station 2 with respect to the signal represented by the waveform data, and then demodulates the signal. May be good.
  • the Doppler shift received by the terminal uplink signal received by each antenna 21-n is calculated in advance based on the position of the terminal station 3 and the orbit information of the LEO on which the mobile relay station 2b is mounted.
  • the synthesis unit 444 adds and synthesizes the symbols input from each of the terminal signal demodulation units 441-1 to 441-N, and outputs them to the terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal decoding unit 442 decodes the additively synthesized symbol and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • the first embodiment is used. A similar effect can be obtained.
  • a predetermined number is assigned to the terminal station 3 in advance, and the number indicating the terminal station 3 to be changed of the channel is used as specific information. ..
  • Other information may be used as the specific information for specifying the terminal station 3 to be changed of the channel.
  • the mobile relay stations 2 and 2a hold information about each terminal station 3.
  • the information about each terminal station 3 is, for example, the identification information of the terminal station 3, the information of the channel used by the terminal station 3, and the like.
  • the channel control units 224 and 224a select a predetermined number of terminal stations 3 from a plurality of terminal stations 3 using channels whose interference level is equal to or higher than the threshold value. Then, the channel control units 224 and 224a use the identification information of the selected predetermined number of terminal stations 3 as the specific information.
  • the terminal station 3 that has received the channel change signal compares the identification information included in the channel change signal with the identification information of its own station. When the identification information included in the channel change signal and the identification information of the own station match, the terminal station 3 changes the channel of the own station. On the other hand, if the identification information included in the channel change signal and the identification information of the own station do not match, the terminal station 3 does not change the channel of the own station.
  • the mobile relay station is mounted in the above embodiment has been described as a LEO satellite, it may be a geostationary satellite, a drone, a HAPS, or another vehicle that flies over the sky.
  • the processing of the channel control in the channel control unit 224 and 224a and the processing by the channel setting unit 33 in the above-described embodiment may be realized by a computer.
  • a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed.
  • the term "computer system” as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • the "computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • a "computer-readable recording medium” is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the present invention can be applied to a technique for communicating with a mobile body equipped with a mobile relay station.
  • Terminal signal demodulation unit 223 ... Radio monitor unit, 224, 224a ... Channel control unit, 225, 444 ... Synthetic part, 241 ... Memory unit, 242 ... Control unit, 243 ... Transmission data modulation unit, 245 ... MIMO transmitter / receiver, 443 ... Distribution section

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Abstract

１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムであって、中継装置は、１以上の通信装置から中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を１以上の通信装置に送信する送信部、を備え、１以上の通信装置は、チャネル変更信号に含まれる特定情報に該当する場合、中継装置との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定するチャネル設定部、を備える無線通信システム。

Description

無線通信システム、中継装置及びチャネル設定方法
　本発明は、無線通信システム、中継装置及びチャネル設定方法に関する。
　ＩｏＴ（Internet of Things）技術の発展により、各種センサを備えたＩｏＴ端末を様々な場所に設置することが検討されている。例えば、海上のブイや船舶、山岳地帯など、基地局の設置が困難な場所におけるデータを収集する目的でＩｏＴ端末を活用することも想定されている。
　ＩｏＴ端末と、ＵＡＶ（無人航空機、Unmanned Aerial Vehicle）又は静止衛星との間で無線通信する技術が提案されている。ＩｏＴ端末は、センサのように大きな電源を搭載していない端末も多く、省電力で動作できることが望ましい。そこで、ＩｏＴ端末では、省電力、広いエリア及び低コストを実現するＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）を利用することが多い（例えば、非特許文献１参照）。
　非特許文献１には、時間－周波数リソースを効率よく割り当てるＬＴＥ（Long Term Evolution）のような制御は、オーバーヘッドの増加によってコスト増加につながると記載されている。そのため、非特許文献１においてＬＰＷＡでは、シンプルなランダムアクセス方式を選定していると記載されている。
Raza, Usman, Parag Kulkarni, and Mahesh Sooriyabandara, "Low Power Wide Area Networks: An Overview", IEEE Communications Surveys & Tutorials 19.2 (2017): 855-873.
　ところで、ＩｏＴ端末と、移動する低軌道衛星との間で無線通信を行う場合、低軌道衛星と通信を行うＩｏＴ端末が多くなるにつれて各ＩｏＴ端末で利用する周波数帯域のチャネルが重複する確率が上がる。さらに、ＩｏＴ端末と、低軌道衛星との間で利用している周波数帯域は、低軌道衛星と通信を行っていない他の装置においても利用されている。このような場合、他の装置が干渉源となってしまうため、ＩｏＴ端末と、低軌道衛星との間で効率よく通信を行えない場合があった。
　上記事情に鑑み、本発明は、安価な通信装置であっても、移動する移動体と効率よく通信を行うことができる技術の提供を目的としている。
　本発明の一態様は、１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムであって、前記中継装置は、前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信する送信部、を備え、前記１以上の通信装置は、前記チャネル変更信号に含まれる前記特定情報に該当する場合、前記中継装置との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定するチャネル設定部、を備える無線通信システムである。
　本発明の一態様は、１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムにおける前記中継装置であって、前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信する送信部、を備える中継装置である。
　本発明の一態様は、１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムにおけるチャネル設定方法であって、前記中継装置が、前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信し、前記１以上の通信装置が、前記チャネル変更信号に含まれる前記特定情報に該当する場合、前記中継装置との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定するチャネル設定方法である。
　本発明により、安価な通信装置であっても、移動する移動体と効率よく通信を行うことが可能となる。
第１の実施形態による無線通信システムの構成図である。 第１の実施形態における無線通信システムのチャネル設定処理の流れを示すシーケンス図である。 第２の実施形態による無線通信システムの構成図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、１以上の端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４それぞれの数は任意であるである。端末局３の数は、多数であることが想定される。
　移動中継局２は、移動体に搭載され、通信可能なエリアが時間の経過により移動する中継装置の一例である。移動中継局２は、例えば、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。ＬＥＯ衛星の高度は２０００ｋｍ以下であり、地球の上空を１周約１．５時間程度で周回する。移動中継局２は、地球の上空を移動しながら、端末局３から送信されたデータを無線信号により受信する。移動中継局２は、受信したデータを基地局４へ無線により送信する。以下、移動中継局２から基地局４に送信される信号を基地局ダウンリンク信号という。
　端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、移動中継局２へ無線により送信する。端末局３は、例えば、ＩｏＴ端末である。以下、端末局３から移動中継局２に対して送信される信号を端末アップリンク信号という。
　基地局４は、端末局３が収集したデータを移動中継局２から受信する。
　第１の実施形態における端末局３及び基地局４は、地上や海上等の地球上の特定の位置に設置される。
　移動中継局として、静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を用いることが考えられる。しかし、静止衛星に搭載された中継局の場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、高度が高いために、地上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、ドローンやＨＡＰＳに搭載された中継局の場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアが狭い。
　さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳには太陽光パネルが必要である。第１の実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は、大気圏外を周回するために空気抵抗がなく、燃料消費も少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合と比較して、フットプリントも大きい。
　第１の実施形態における移動中継局２は、多数の端末局３と通信を行うことが想定される。移動中継局２と通信を行う端末局３が多くなるにつれて、各端末局３で利用する周波数帯域のチャネルが重複する確率も上がる。さらに、移動中継局２と、端末局３との間で利用している周波数帯域は、移動中継局２と通信を行っていない他の装置においても利用されている。このような場合、他の装置が干渉源となってしまうため、移動中継局２と、端末局３との間で効率よく通信を行えない場合があった。
　上記の点を踏まえ、第１の実施形態では、移動中継局２が、アップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルのうち、干渉レベルが閾値以上のチャネルを示す情報（以下「干渉チャネル情報」という。）を含むチャネル情報と、チャネルの変更対象となる端末局３を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を端末局３に送信する。
　例えば、移動中継局２と端末局３との間でＬＰＷＡによる通信を行う場合、移動中継局２はＬＰＷＡで利用可能なチャネル（２４～６１）においてアップリンクで利用可能な周波数帯域におけるチャネルの干渉レベルを測定する。移動中継局２は、干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合に端末局３のチャネルの設定処理を行う。
　まず、チャネル“２４”の干渉レベルが閾値以上である場合、移動中継局２は干渉チャネル情報（例えば、チャネル“２４”）を含むチャネル情報を生成する。
　次に、移動中継局２は、所定の条件に従ってチャネルの変更対象となる端末局３を決定する。例えば、全ての端末局３には、予め決められた範囲の所定の番号が付与されているものとし、移動中継局２は所定の番号のうちランダムに番号を決定する。この番号に該当する端末局３が、チャネルの変更対象となる。
　そして、移動中継局２は、決定した番号を特定情報とし、特定情報と、チャネル情報とを用いてチャネル変更信号を生成する。移動中継局２は、生成したチャネル変更信号を通信可能な端末局３に対して送信する。この際、移動中継局２は、干渉レベルが閾値未満のチャネルでチャネル変更信号を端末局３に送信する。移動中継局２は移動しているため、チャネル変更信号を受信できない端末局３も存在する。チャネル変更信号を受信できない端末局３は、チャネルの変更対象とはならない。
　移動中継局２から送信されたチャネル変更信号を受信した端末局３は、チャネル変更信号に含まれる特定情報に該当するか否かを判定する。チャネル変更信号に含まれる特定情報に該当する場合、端末局３は移動中継局２との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定する。特定情報に該当するとは、特定情報として示されている番号と、端末局３に付与されている番号とが一致することを意味する。
　特定情報に該当する端末局３は、例えばチャネル情報で示されるチャネルを除くチャネルを選択する。端末局３は、干渉レベルが閾値未満のチャネルであればどのチャネルを選択してもよい。そして、端末局３は、選択したチャネルを、移動中継局２との通信に使用するチャネルに設定する。その後、移動中継局２と、端末局３との間で通信が行われる。
　上記の例では、移動中継局２が、干渉チャネル情報を含むチャネル情報を生成する構成を示した。チャネル情報には、干渉チャネル情報に限らず、干渉レベルが閾値未満のチャネルを示す情報（以下「非干渉チャネル情報」という。）が含まれていてもよい。干渉チャネル情報又は非干渉チャネル情報のいずれの情報がチャネル情報に含まれているかは、移動中継局２と端末局３との間で予め決められていてもよいし、情報を特定するための符号が付与されていてもよい。
　各装置の構成を説明する。
　移動中継局２は、アンテナ２１と、端末通信部２２と、基地局通信部２４と、アンテナ２５とを備える。
　端末通信部２２は、送受信部２２１と、端末信号復調部２２２と、電波モニタ部２２３と、チャネル制御部２２４とを有する。
　送受信部２２１は、端末局３との間で通信を行う。例えば、送受信部２２１は、アンテナ２１により端末アップリンク信号を受信する。例えば、送受信部２２１は、アンテナ２１によりチャネル変更信号を端末局３に送信する。送受信部２２１は、チャネル変更信号を端末局３に送信する際、干渉レベルが閾値未満のチャネルでチャネル変更信号を端末局３に送信する。
　端末信号復調部２２２は、送受信部２２１が受信した端末アップリンク信号を復調し、復調結果を復調情報として基地局通信部２４に出力する。
　電波モニタ部２２３は、定期的（例えば、１０分毎等）又は所定のタイミングで、端末局３から移動中継局２に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルをスキャンする。所定のタイミングは、予め定められた時刻となったタイミングであってもよいし、予め定められた位置だけ移動中継局２が移動したタイミングであってもよい。チャネルをスキャンするとは、チャネルの干渉レベルを測定することを意味する。すなわち、電波モニタ部２２３は、アップリンクで利用可能な周波数帯域における各チャネルの干渉レベルを測定する。
　チャネル制御部２２４は、電波モニタ部２２３によって測定された各チャネルの干渉レベルに基づいて、チャネルの変更対象となる端末局３のチャネルを制御する。具体的には、まずチャネル制御部２２４は、干渉レベルが閾値以上のチャネルがあるか否かを判定する。チャネル制御部２２４は、干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合に、以下の処理を実行する。一方で干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ未満の場合には、干渉による影響が小さいとしてチャネル制御部２２４は処理を行わない。
（干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合の処理）
　チャネル制御部２２４は、アップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる端末局３を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を生成する。チャネル制御部２２４は、送受信部２２１を介して、生成したチャネル変更信号を端末局３に対して送信させることによって、チャネルの変更対象となる端末局３のチャネルを制御する。チャネル制御部２２４は、特定情報として端末局３に対して予め付与された所定の番号を用いる場合には、端末局３に付与された各番号の情報を記憶しているものとする。
　基地局通信部２４は、任意の無線通信方式のダウンリンク信号により受信波形情報を基地局４へ送信する。基地局通信部２４は、記憶部２４１と、制御部２４２と、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
　記憶部２４１は、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４の位置とに基づいて、予め計算された送信開始タイミングを記憶する。ＬＥＯの軌道情報は、任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。送信時刻は、例えば、送信開始タイミングからの経過時間で表してもよい。
　制御部２４２は、記憶部２４１に記憶された送信開始タイミングにおいて、受信波形情報を基地局４に送信するように送信データ変調部２４３及び送信部２４４を制御する。
　送信データ変調部２４３は、データ記憶部２３から受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データを変調して基地局ダウンリンク信号を生成する。
　送信部２４４は、基地局ダウンリンク信号を電気信号から無線信号に変換し、アンテナ２５から送信する。
　端末局３は、データ記憶部３１と、送受信部３２と、チャネル設定部３３と、１本または複数本のアンテナ３４とを備える。
　データ記憶部３１は、センサデータなどを記憶する。特定情報として端末局３に対して予め付与された所定の番号を用いる場合には、データ記憶部３１は付与された番号の情報を記憶していてもよい。
　送受信部３２は、移動中継局２との間で通信を行う。例えば、送受信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出す。送受信部３２は、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３４から無線により送信する。例えば、送受信部３２は、移動中継局２から送信されるチャネル変更信号を受信してチャネル設定部３３に出力する。
　送受信部３２は、例えば、ＬＰＷＡにより信号を送受信する。ＬＰＷＡには、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）、Ｓｉｇｆｏｘ（登録商標）、ＬＴＥ－Ｍ（Long Term Evolution for Machines）、ＮＢ（Narrow Band）－ＩｏＴ等があるが、任意の無線通信方式を用いることができる。また、送受信部３２は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）などにより送受信を行ってもよい。
　送受信部３２は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末アップリンク信号の送信に使用する送信タイミングを決定する。送受信部３２は、チャネル設定部３３によって設定されたチャネルを用いて通信を行う。また、送受信部３２は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、複数本のアンテナ３４から送信する信号のビーム形成を行ってもよい。
　チャネル設定部３３は、チャネル変更信号に含まれる特定情報に該当する場合、移動中継局２との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定する。チャネル設定部３３は、起動時又は移動中継局２との通信開始時には、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末アップリンク信号の送信に使用するチャネルを送受信部３２に設定する。
　基地局４は、アンテナ４１と、送受信部４２と、基地局信号受信処理部４３と、端末信号受信処理部４４とを備える。送受信部４２は、アンテナ４１により受信した端末ダウンリンク信号を、電気信号に変換する。基地局信号受信処理部４３は、送受信部４２が電気信号に変換した受信信号の復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。
　端末信号受信処理部４４は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４４は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４４は、端末信号復調部４４１と、端末信号復号部４４２とを備える。
　端末信号復調部４４１は、波形データを復調し、復調により得られたシンボルを端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復調部４４１は、波形データが示す信号に対して、移動中継局２のアンテナ２１が受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を行ってから、復調を行ってもよい。アンテナ２１が受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２が搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め計算される。端末信号復号部４４２は、端末信号復調部４４１が復調したシンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。
　無線通信システム１の動作を説明する。
　図２は、第１の実施形態における無線通信システム１のチャネル設定処理の流れを示すシーケンス図である。図２の説明では、無線通信システム１に端末局３が２台（端末局３－１及び端末局３－２）備えられている場合を例に説明する。２台の端末局３－１及び端末局３－２の機能部を区別するため、それぞれの機能部に枝番“－１”又は“－２”を付すものとする。図２の処理は、定期的又は所定のタイミングが経過した場合に実行される。
　移動中継局２の電波モニタ部２２３は、アップリンクで利用可能な周波数帯域における各チャネルをスキャンする（ステップＳ１０１）。電波モニタ部２２３は、各チャネルのスキャン結果をチャネル制御部２２４に出力する。チャネル制御部２２４は、電波モニタ部２２３から出力された各チャネルのスキャン結果に基づいて、干渉レベルが閾値以上のチャネルがあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
　チャネル制御部２２４は、干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合、ステップＳ１０３の処理を実行する。
　一方で、チャネル制御部２２４は、干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ未満の場合、図２の処理を終了する。
　チャネル制御部２２４は、各チャネルのスキャン結果に基づいてチャネル情報を生成する（ステップＳ１０３）。例えば、チャネル制御部２２４は、干渉チャネル情報を用いてチャネル情報を生成する。次に、チャネル制御部２２４は、所定の条件に従ってチャネルの変更対象となる端末局３を決定する。
　例えば、チャネル制御部２２４は、記憶している所定の番号のうちランダムに番号を決定する。チャネル制御部２２４は、決定した番号に該当する端末局３をチャネルの変更対象として決定する。チャネル制御部２２４は、干渉チャネル情報と、特定情報とを用いてチャネル変更信号を生成する（ステップＳ１０４）。
　チャネル制御部２２４は、送受信部２２１を制御して、生成したチャネル変更信号を端末局３－１及び３－２に送信させる。この際、チャネル制御部２２４は、チャネル変更信号を送信するためのチャネルとして、干渉レベルが閾値未満のチャネルを送受信部２２１に設定する。送受信部２２１は、設定されたチャネルでチャネル変更信号を端末局３－１及び３－２に送信する（ステップＳ１０５及び１０６）。
　端末局３－１の送受信部３２－１は、移動中継局２から送信されたチャネル変更信号を受信する。送受信部３２－１は、受信したチャネル変更信号をチャネル設定部３３－１に出力する。
　チャネル設定部３３－１は、入力されたチャネル変更信号に基づいて、自局がチャネルの変更対象であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。具体的には、まずチャネル設定部３３－１は、チャネル変更信号に含まれる特定情報を取得する。次に、チャネル設定部３３－１は、データ記憶部３１－１に記憶されている番号の情報を取得する。そして、チャネル設定部３３－１は、特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とを比較する。
　特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とが一致した場合、チャネル設定部３３－１は自局がチャネルの変更対象であると判定する。一方、特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とが一致した場合、チャネル設定部３３－１は自局がチャネルの変更対象ではないと判定する。
　端末局３－１において、特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とが一致したとする。この場合、チャネル設定部３３－１は自局のチャネルを設定する（ステップＳ１０８）。具体的には、まずチャネル設定部３３－１は、チャネル変更信号に含まれるチャネル情報を取得する。次に、チャネル設定部３３－１は、取得したチャネル情報で示されるチャネルを、移動中継局２と通信に使用するためのチャネルとして設定する。例えば、チャネル設定部３３－１は、チャネル情報で示されるチャネルを送受信部３２－１に設定する。
　送受信部３２－１は、チャネル設定部３３－１によるチャネルの設定後の送信タイミングで端末アップリンク信号をアンテナ３４－１から無線により送信する。
　端末局３－２の送受信部３２－２は、移動中継局２から送信されたチャネル変更信号を受信する。送受信部３２－２は、受信したチャネル変更信号をチャネル設定部３３－２に出力する。
　チャネル設定部３３－２は、入力されたチャネル変更信号に基づいて、自局がチャネルの変更対象であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、まずチャネル設定部３３－２は、チャネル変更信号に含まれる特定情報を取得する。次に、チャネル設定部３３－２は、データ記憶部３１－２に記憶されている番号の情報を取得する。そして、チャネル設定部３３－２は、特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とを比較する。
　端末局３－２において、特定情報で示される番号と、取得した情報で示される番号とが一致していないとする。この場合、チャネル設定部３３－２は自局がチャネルの変更対象ではないと判定する。そのため、端末局３－２は、図２の処理開始時に設定されているチャネルで移動中継局２と通信を行うことになる。送受信部３２－２は、現時点で設定されているチャネル送信タイミングで端末アップリンク信号をアンテナ３４－２から無線により送信する。
　以上のように構成された無線通信システム１によれば、移動中継局２が、チャネル情報と特定情報とを含むチャネル変更信号を端末局３に送信する。端末局３のチャネル設定部３３が、チャネル変更信号に含まれる特定情報に該当する場合、移動中継局２との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定する。このように、移動中継局２は、チャネルの変更対象となる端末局３と、変更するためのチャネルの情報とを端末局３に通知している。端末局３は、自局が変更対象である場合には、変更するためのチャネルの情報に基づいて干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定する。これにより、移動中継局２と通信を行う一部の端末局３のチャネルが、干渉レベルが閾値以上であるチャネル以外のチャネルに設定される。したがって、干渉による通信への影響が抑制されるため、端末局３において干渉による通信への影響で再送信を抑制することができる。そのため、安価な通信装置であっても、移動する移動体と効率よく通信を行うことが可能になる。
　無線通信システム１では、移動中継局２のチャネル制御部２２４が、干渉チャネル情報又は非干渉チャネル情報をチャネルのスキャン結果としてチャネル情報に含み、チャネル情報と、所定の条件に従って決定した特定情報と、を用いてチャネル変更信号を生成する。そして、チャネル制御部２２４は、生成したチャネル変更信号を、送受信部２２１を介して端末局３に対して送信させることによって、チャネルの変更対象となる端末局３のチャネルを制御する。このように、端末局３において処理負荷の係る演算などを行わなくても、端末局３のチャネル制御が可能になる。そのため、安価な通信装置であっても、移動する移動体と効率よく通信を行うことが可能になる。
　無線通信システム１では、１以上の端末局３に対して予め所定の番号が付与されていて、チャネル制御部２２４が、干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合に、所定の番号のうちランダムに決定した番号を特定情報としてチャネル変更信号に含める。そして、送受信部２２１が、チャネル変更信号を、通信対象の端末局３に対して送信する。このような方法でチャネル変更信号を端末局３に送信することで、移動中継局２がチャネルの変更対象となる端末局３と個別に通信を行わなく済む。そのため、効率よくチャネルの変更を行うことが可能になる。
　無線通信システム１では、送受信部２２１が、干渉レベルが閾値未満のチャネルでチャネル変更信号を端末局３に送信する。これにより、ひっ迫しているチャネルを利用してチャネル変更信号を端末局３に送信しない。したがって、より確実にチャネル変更信号が端末局３に届く。そのため、チャネル変更対象の端末局３のチャネルを変更することができる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態では、移動中継局が、複数のアンテナにより端末アップリンク信号を受信し、基地局ダウンリンク信号の送信に、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を用いる。
　図３は、第２の実施形態による無線通信システム１ａの構成図である。図３において、図１に示す第１の実施形態における無線通信システム１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ａは、移動中継局２ａと、端末局３と、基地局４ａとを有する。
　移動中継局２ａは、Ｎ本のアンテナ２１（Ｎは２以上の整数）と、端末通信部２２ａと、基地局通信部２４ａと、複数本のアンテナ２５とを備える。Ｎ本のアンテナ２１をそれぞれ、アンテナ２１－１～２１－Ｎと記載する。
　端末通信部２２ａは、Ｎ個の送受信部２２１と、Ｎ個の端末信号復調部２２２と、電波モニタ部２２３、チャネル制御部２２４ａと、合成部２２５とを有する。Ｎ個の送受信部２２１を、送受信部２２１－１～２２１－Ｎと記載する。Ｎ個の端末信号復調部２２２を、端末信号復調部２２２－１～２２３－Ｎと記載する。
　送受信部２２１－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、端末局３との間で通信を行う。例えば、送受信部２２１－ｎは、アンテナ２１－ｎにより端末アップリンク信号を受信する。例えば、送受信部２２１－ｎは、アンテナ２１－ｎによりチャネル変更信号を端末局３に送信する。
　端末信号復調部２２２－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、送受信部２２１－ｎが受信した端末アップリンク信号を復調し、復調結果を合成部２２５に出力する。
　チャネル制御部２２４ａは、電波モニタ部２２３によって測定された各チャネルの干渉レベルに基づいて、チャネルの変更対象となる端末局３のチャネルを制御する。チャネル制御部２２４ａの具体的な処理は、上記の第１の実施形態と同様である。上記の第１の実施形態と異なる点は、チャネル制御部２２４ａが、チャネル変更信号を送受信部２２１－ｎを介して端末局３に送信する点である。
　合成部２２５は、端末信号復調部２２２－１～２２３－Ｎのそれぞれから入力した復調結果を合成した復調情報を基地局通信部２４ａに出力する。
　基地局通信部２４ａは、端末アップリンク信号をＭＩＭＯにより基地局４ａへ中継する。基地局通信部２４ａは、記憶部２４１ａと、制御部２４２と、送信データ変調部２４３と、ＭＩＭＯ送受信部２４５とを備える。
　記憶部２４１ａは、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎のウェイトを予め記憶している。送信時刻は、例えば、送信開始タイミングからの経過時間で表してもよい。送信時刻毎のウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ４１の位置とに基づいて計算される。ＬＥＯの軌道情報は、任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。なお、送信時刻によらず、一定のウェイトを使用してもよい。
　制御部２４２は、記憶部２４１ａから読み出した送信時刻毎のウェイトをＭＩＭＯ送受信部２４５に指示する。
　送信データ変調部２４３は、合成部２２５が出力した復調情報を送信データとして入力し、入力した送信データをパラレル信号に変換した後、変調する。
　ＭＩＭＯ送受信部２４５は、変調されたパラレル信号に、制御部２４２から指示されたウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送受信部２４５は、生成した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する。
　基地局４ａは、複数のアンテナ４１と、基地局信号受信処理部４３ａと、端末信号受信処理部４４ａと、ＭＩＭＯ送受信部４５とを備える。
　アンテナ４１は、移動中継局２の複数のアンテナ２５それぞれからの信号の到来角差が大きくなるように他のアンテナ４１と離れた位置に配置される。各アンテナ４１は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換してＭＩＭＯ送受信部４５に出力する。
　ＭＩＭＯ送受信部４５は、複数のアンテナ４１から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ送受信部４５は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ４１の位置とに基づいて、各アンテナ４１それぞれが受信した基地局ダウンリンク信号に対する受信時刻毎のウェイトを記憶している。
　例えば、受信時刻は、受信開始のタイミングからの経過時間で表してもよい。ＭＩＭＯ送受信部４５は、各アンテナ４１から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、その基地局ダウンリンク信号の受信時刻に対応したウェイトを乗算し、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。なお、受信時刻によらず同じウェイトを用いてもよい。
　基地局信号受信処理部４３ａは、合成された受信信号の復調及び復号を行い、復調情報を得る。基地局信号受信処理部４３ａは、復調情報を端末信号受信処理部４４ａに出力する。
　端末信号受信処理部４４ａは、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４４ａは、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４４ａは、Ｎ個の端末信号復調部４４１と、端末信号復号部４４２と、分配部４４３と、合成部４４４とを備える。Ｎ個の端末信号復調部４４１をそれぞれ、端末信号復調部４４１－１～４４１－Ｎと記載する。
　分配部４４３は、受信波形情報から同じ受信時刻の波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて端末信号復調部４４１－１～４４１－Ｎに出力する。つまり、分配部４４３は、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子に対応付けられた波形データを、端末信号復調部４４１－ｎに出力する。
　端末信号復調部４４１－１～４４１－Ｎはそれぞれ、波形データが表す信号を復調し、復調により得られたシンボルを合成部４４４に出力する。端末信号復調部４４１－ｎは、波形データが表す信号に対して、移動中継局２のアンテナ２１－ｎが受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を行ってから、復調を行ってもよい。各アンテナ２１－ｎが受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２ｂが搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め計算される。合成部４４４は、端末信号復調部４４１－１～４４１－Ｎのそれぞれから入力したシンボルを加算合成し、端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復号部４４２は、加算合成されたシンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。
　以上のように構成されることによって、移動中継局２ａが、複数のアンテナにより端末アップリンク信号を受信し、基地局ダウンリンク信号の送信に、ＭＩＭＯを用いる場合においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第１の実施形態及び第２の実施形態に共通する変形例）
　上記の第１及び第２の実施形態では、端末局３に対して予め所定の番号が付与されていて、チャネルの変更対象となる端末局３を示す番号を特定情報として利用する構成を示した。チャネルの変更対象となる端末局３を特定する特定情報は、他の情報が用いられてもよい。例えば、移動中継局２，２ａが、各端末局３に関する情報を保持しているとする。各端末局３に関する情報は、例えば、端末局３の識別情報、端末局３が使用しているチャネルの情報等である。
　この場合、チャネル制御部２２４，２２４ａは、干渉レベルが閾値以上のチャネルを使用している複数の端末局３の中から所定数の端末局３を選択する。そして、チャネル制御部２２４，２２４ａは、選択した所定数の端末局３の識別情報を特定情報として利用する。チャネル変更信号を受信した端末局３は、チャネル変更信号に含まれる識別情報と、自局の識別情報とを比較する。チャネル変更信号に含まれる識別情報と、自局の識別情報とが一致する場合、端末局３は自局のチャネルを変更する。一方、チャネル変更信号に含まれる識別情報と、自局の識別情報とが一致しない場合、端末局３は自局のチャネルを変更しない。
　このように構成されることによって、干渉レベルが閾値以上のチャネルを使用している一部の端末局３のチャネルを変更することができる。そのため、安価な通信装置であっても、移動する移動体と効率よく通信を行うことが可能になる。
　なお、上記実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、静止衛星、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。
　上述した実施形態におけるチャネル制御部２２４、２２４ａにおけるチャネル制御の処理、チャネル設定部３３による処理をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
　さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　本発明は、移動中継局が搭載される移動体と通信を行う技術に適用できる。
１、１ａ…無線通信システム，
２、２ａ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ…基地局，
２１－１～２１－Ｎ…アンテナ，
２２、２２ａ…端末通信部，
２４、２４ａ…基地局通信部，
２５…アンテナ，
３１…データ記憶部，
３２…送受信部，
３３…チャネル設定部，
３４…アンテナ，
４１…アンテナ，
４２…送受信部，
４３、４３ａ…基地局信号受信処理部，
４４、４４ａ…端末信号受信処理部，
４５…ＭＩＭＯ送受信部，
２２１－１～２２１－Ｎ…送受信部，
２２２－１～２２２－Ｎ、４４１－１～４４１－Ｎ…端末信号復調部，
２２３…電波モニタ部，
２２４、２２４ａ…チャネル制御部，
２２５、４４４…合成部，
２４１…記憶部，
２４２…制御部，
２４３…送信データ変調部，
２４５…ＭＩＭＯ送受信部，
４４３…分配部

Claims (6)

  1. 　１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムであって、
    　前記中継装置は、
    　前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信する送信部、
    　を備え、
    　前記１以上の通信装置は、
    　前記チャネル変更信号に含まれる前記特定情報に該当する場合、前記中継装置との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定するチャネル設定部、
    　を備える無線通信システム。
  2. 　前記干渉レベルが閾値以上のチャネルを示す情報又は前記干渉レベルが閾値未満のチャネルを示す情報を前記結果として含む前記チャネル情報と、所定の条件に従って決定した前記特定情報と、を用いて前記チャネル変更信号を生成し、生成した前記チャネル変更信号を前記１以上の通信装置に対して送信させることによって、前記チャネルの変更対象となる通信装置のチャネルを制御するチャネル制御部をさらに備える、
    　請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記１以上の通信装置に対して予め所定の番号が付与されており、
    　前記チャネル制御部は、前記干渉レベルが閾値以上のチャネルが１つ以上ある場合に、前記所定の番号のうちランダムに決定した番号を前記特定情報として前記チャネル変更信号に含め、
    　前記送信部は、前記チャネル変更信号を通信対象の通信装置に送信する、
    　請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記送信部は、前記干渉レベルが閾値未満のチャネルで前記チャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信する、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
  5. 　１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムにおける前記中継装置であって、
    　前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信する送信部、
    　を備える中継装置。
  6. 　１以上の通信装置と、移動する中継装置とを有する無線通信システムにおけるチャネル設定方法であって、
    　前記中継装置が、前記１以上の通信装置から前記中継装置に向かうアップリンクで利用可能な周波数帯域における複数のチャネルの干渉レベルに応じた結果を示すチャネル情報と、チャネルの変更対象となる通信装置を特定する特定情報とを含むチャネル変更信号を前記１以上の通信装置に送信し、
    　前記１以上の通信装置が、前記チャネル変更信号に含まれる前記特定情報に該当する場合、前記中継装置との通信に使用するチャネルを、干渉レベルが閾値未満のチャネルに設定するチャネル設定方法。
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