WO2022172675A1 - ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ - Google Patents

ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ Download PDF

Info

Publication number
WO2022172675A1
WO2022172675A1 PCT/JP2022/000757 JP2022000757W WO2022172675A1 WO 2022172675 A1 WO2022172675 A1 WO 2022172675A1 JP 2022000757 W JP2022000757 W JP 2022000757W WO 2022172675 A1 WO2022172675 A1 WO 2022172675A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
terminal devices
angle
communication
array antenna
terminal device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/000757
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
晃司 田代
光邦 小西
兼次 星野
喜元 太田
厚史 長手
Original Assignee
Ｈａｐｓモバイル株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｈａｐｓモバイル株式会社 filed Critical Ｈａｐｓモバイル株式会社
Priority to US18/264,778 priority Critical patent/US20240056136A1/en
Priority to EP22752508.6A priority patent/EP4293928A4/en
Publication of WO2022172675A1 publication Critical patent/WO2022172675A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • 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
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18504—Aircraft used as relay or high altitude atmospheric platform
    • 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
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18539—Arrangements for managing radio, resources, i.e. for establishing or releasing a connection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/046—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being in the space domain, e.g. beams
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present invention provides multiple-input multiple-output MU (multi-user)-MIMO (multiple-input multiple-output) between a plurality of terminal devices located in a cell of a service area formed by an airborne communication relay device such as HAPS in the sky. ) on technology.
  • HAPS high altitude platform stations
  • UE terminal devices
  • mMIMO massive MIMO
  • a transmission scheme in which beamforming is performed for each of a plurality of UEs at the same time is also called "MU (Multi User)-MIMO".
  • MU-MIMO Multiple User
  • By performing MU-MIMO transmission using a multi-element array antenna it is possible to direct appropriate beams for each UE according to the communication environment of each UE for communication, thereby improving the communication quality of the entire cell. Also, since communication with a plurality of UEs can be performed using the same radio resource (time/frequency resource), system capacity can be expanded.
  • the stay-in-air communication relay device performs MU-MIMO communication with a plurality of UEs using a multi-element array antenna
  • the CSI of each UE should be acquired periodically.
  • communication quality greatly changes depending on which UE is assigned to a certain radio resource (time/frequency resource). For example, when the same frequency resource is assigned to multiple UEs that are spatially close to each other, the beams of the UEs interfere with each other, resulting in significant degradation of communication quality. In order to prevent this deterioration in communication quality, it is necessary to appropriately select UEs to be allocated to the same radio resource (time/frequency resource). There is a need.
  • Non-Patent Document 1 in a HAP (High Altitude Platform) system that performs MU-MIMO transmission using a multi-element array antenna, CD It is proposed to repeatedly evaluate (Chordal Distance) and perform UE selection (Grouping) and beamforming based on the CD evaluation results.
  • CD High Altitude Platform
  • a communication relay device forms a cell on the ground or on the sea, and performs MU-MIMO wireless communication with a plurality of terminal devices residing in the cell. It is a relay device.
  • This communication relay device comprises: an array antenna having a plurality of antenna elements forming a cell for performing wireless communication on a service link with the plurality of terminal devices; and from each of the plurality of terminal devices via the array antenna, an uplink receiving unit for receiving an uplink signal capable of identifying the terminal device; and an angle for estimating angle information indicating a direction of the terminal device relative to the position of the array antenna for each of the plurality of terminal devices.
  • an estimation processing unit a selection processing unit that selects a terminal device to be allocated to each of a plurality of radio resources used for a downlink of the service link based on the estimation result of the angle information of the plurality of terminal devices; for each of the terminal devices, a weight calculation unit that calculates a downlink beamforming weight for the terminal device by the array antenna based on the estimation result of the angle information; and for each of the plurality of terminal devices, a downlink transmission unit that transmits a downlink signal to the terminal device via the array antenna based on the beamforming weight corresponding to the terminal device and the radio resource allocated to the terminal device.
  • a communication system includes the communication relay device, and a terminal device that performs MU-MIMO wireless communication with the communication relay device.
  • a method forms a cell on the ground or on the sea using an airborne communication relay device, and performs MU-MIMO wireless communication with a plurality of terminal devices located in the cell. It is a way of communicating.
  • the terminal device can be identified from each of the plurality of terminal devices via an array antenna having a plurality of antenna elements forming a cell for radio communication of service links with the plurality of terminal devices.
  • a program forms a cell on the ground or on the sea, and carries out MU-MIMO wireless communication with a plurality of terminal devices residing in the cell. It is a program executed by a computer or processor provided in the relay device. This program is capable of identifying the terminal device from each of the plurality of terminal devices via an array antenna having a plurality of antenna elements forming a cell for radio communication of service links with the plurality of terminal devices.
  • program code for receiving an uplink signal program code for estimating, for each of the plurality of terminal devices, angle information indicating the direction of the terminal device relative to the position of the array antenna; a program code for selecting a terminal device to be assigned to each of a plurality of radio resources used for the downlink of the service link based on the estimation result of the angle information of the terminal device; , a program code for calculating downlink beamforming weights for the terminal device by the array antenna based on the estimation result of the angle information; and program code for transmitting a downlink signal to the terminal device via the array antenna based on the beamforming weights and radio resources allocated to the terminal device.
  • the terminal devices may be selected so that the spatial correlation between the plurality of terminal devices is low.
  • the terminal devices may be selected so that the same radio resource is allocated to a plurality of terminal devices separated by the angle.
  • the angle information may be the azimuth angle and elevation angle of the direction of the terminal device with respect to the position of the array antenna.
  • a plurality of terminal devices located in the cell are rearranged with respect to the elevation angle and divided into a plurality of elevation angle groups, and for each of the plurality of elevation angle groups, a plurality of terminal devices belonging to the elevation angle group are rearranged with respect to the azimuth angle, and the same radio resource is allocated to a plurality of terminal devices separated from each other on a virtual plane in which the elevation angle and the azimuth angle are coordinate axes that intersect with each other.
  • the selection of the terminal device may be performed as follows.
  • the beamforming weights may be calculated according to the angle information for each of the plurality of terminal devices.
  • each of the communication relay device the system, the method, and the program, for each of the plurality of terminal devices, channel state information or equivalent between the terminal device and the communication relay device based on the angle information
  • the information may be estimated, and the beamforming weights may be calculated based on the estimation result.
  • a mode consisting of a Hadamard product of amplitude response vectors of the plurality of antenna elements of the array antenna and phase difference vectors between the antenna elements of the plurality of antenna elements.
  • a vector may be substituted as the channel state information.
  • MU-MIMO communication (or transmission) is performed using a multi-element array antenna between a communication relay device that stays in the air and a plurality of terminal devices in a cell
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system including HAPS according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of HAPS of the embodiment.
  • FIG. 3 is a side view showing another example of HAPS of the embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of an array antenna for a HAPS service link according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing another example of the HAPS service link array antenna of the embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of beamforming in MU-MIMO using an HAPS array antenna.
  • FIG. 7 is a flowchart of UE selection and BF weight calculation in MU-MIMO according to the reference example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system including HAPS according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of HAPS of the embodiment.
  • FIG. 3 is a side view showing another example of HAPS of the
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of transmission of reference signals from UEs in a cell in MU-MIMO according to the reference example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a fixed base station and UEs within a service area in a communication system via fixed base stations on the ground according to the reference example.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the HAPS and the UEs within the service area in the HAPS-mediated communication system according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of UE selection and BF weight calculation in HAPS MU-MIMO according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a flow chart showing an example of angle estimation in FIG. FIG.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing definitions of azimuth and elevation with respect to the direction of the UE in a coordinate system based on the position of the HAPS.
  • FIG. 14 is a flow chart showing an example of UE selection based on angle information in FIG.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of UE selection in FIG.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of allocation of resource blocks on the frequency axis to each UE selected in FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of sorting and grouping of UEs with respect to elevation angle in the UE selection process of FIG. 14.
  • FIG. FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of sorting and selecting UEs for azimuth angles after grouping in FIG. 17 .
  • FIG. 19 is a flow chart showing an example of BF weight calculation based on angle information in FIG.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of a first BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a second BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of mode vectors in calculation of BF weights in the case of the second BF method of FIG.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of the coordinates of a virtual horizontal plane, the arrangement of antenna elements, and the azimuth angles of UEs in CSI estimation (reconstruction) in the case of a cylindrical array antenna.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of a first BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a second BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 22 is
  • FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of the coordinates of a virtual vertical plane, the arrangement of antenna elements, and the elevation angles of UEs in CSI estimation (reconstruction) in the case of a cylindrical array antenna.
  • FIG. 25 is a block diagram showing an example of the main configuration of the HAPS relay communication station of the embodiment.
  • 26 is a block diagram showing an example of the main configuration of a base station processing unit in the relay communication station of FIG. 25.
  • the system according to the embodiments described in this document forms a cell on the ground or on the sea, and uses a multi-element array antenna between a plurality of terminal devices (UE) located in the cell and MU- Equipped with an overflight communication relay device (HAPS) that performs MIMO communication, even when the number of UEs in the cell increases, while suppressing the increase in overhead in the UE and HAPS, the improvement of the communication quality and system capacity of the entire cell is a communication system (HAPS system) capable of expanding the
  • HAPS system a communication system capable of expanding the
  • the communication system according to the present embodiment is suitable for realizing a three-dimensional network for next-generation mobile communications such as the fifth generation, which supports simultaneous connection to a large number of terminal devices and low delay.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of a communication system including a HAPS (aerial communication relay device) according to the embodiment.
  • the communication system of the present embodiment (hereinafter also referred to as "HAPS system”) includes a high altitude platform station (HAPS) as a communication relay device (radio relay device) that stays in the sky, (“high altitude pseudo satellite ”, also referred to as “stratospheric platform”) 10 .
  • HAPS 10 is located in an airspace at a predetermined altitude and forms a three-dimensional cell 100C.
  • HAPS 10 is a floating body (for example, solar plane, airship, drone, balloon) that is controlled to float or fly in an airspace (floating airspace) at a predetermined altitude from the ground or sea surface by autonomous control or external control. is equipped with a relay communication station.
  • the airborne communication relay device may be one in which a relay communication station is mounted on an artificial satellite.
  • the communication system of this embodiment may include one or more terminal devices with which the HAPS 10 communicates, and may include a gateway station (feeder station) described later.
  • the airspace in which HAPS 10 is located is, for example, a stratospheric airspace with an altitude of 11 [km] or more and 50 [km] or less above the ground (or above water such as the sea or lake).
  • This airspace may be an airspace at an altitude of 15 [km] or more and 25 [km] or less in which weather conditions are relatively stable, and may be an airspace at an altitude of approximately 20 [km].
  • HAPS is lower than the flight altitude of general artificial satellites and flies higher than base stations on the ground or on the sea, so it is possible to secure a high visibility rate even though the propagation loss is smaller than satellite communication. From this feature, it is also possible to provide communication services from HAPS to a terminal device (mobile station) 61, which is a user device such as a cellular mobile terminal on the ground or on the sea. By providing communication services from HAPS, it is possible to cover a wide area with a small number of HAPS at once, which was previously covered by a large number of base stations on the ground or on the sea. be.
  • the relay communication station of HAPS 10 can wirelessly communicate with UE 61 by forming a beam toward the ground (or sea surface) for wirelessly communicating with a user's terminal device (hereinafter referred to as "UE" (user device)). form a three-dimensional cell 100C.
  • the radius of the service area 10A consisting of the footprint 100F on the ground (or sea) of the three-dimensional cell 100C is, for example, several tens [km] to 100 [km].
  • the relay communication station of HAPS 10 forms a plurality of three-dimensional cells (for example, three cells or seven cells), and from a plurality of footprints on the ground (or sea) of the plurality of three-dimensional cells A different service area 10A may be formed.
  • the relay communication station of the HAPS 10 is, for example, a gateway station (also referred to as a "feeder station") 70 as a relay station connected to the core network of the mobile communication network 80 on the land (or sea) side and having an antenna 71 facing the sky.
  • a base station eg, eNodeB, gNodeB
  • the relay communication stations of HAPS 10 are connected to the core network of mobile communication network 80 via feeder stations 70 installed on land or at sea. Communication between the HAPS 10 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.
  • the HAPS 10 may autonomously control its own levitation movement (flight) and processing at the relay communication station by executing a control program by a control unit composed of a computer or the like incorporated therein.
  • each HAPS 10 acquires its own current position information (eg, GPS position information), pre-stored position control information (eg, flight schedule information), position information of other HAPS located in the vicinity, etc., and such information Based on this, floating movement (flight) and processing at the relay communication station may be autonomously controlled.
  • floating movement (flight) of the HAPS 10 and processing at the relay communication station can be controlled by a management device (also referred to as a "remote control device") as a management device provided in a communication center of the mobile communication network 80 or the like.
  • the management device can be composed of, for example, a computer device such as a PC, a server, or the like.
  • the HAPS 10 incorporates a control communication terminal device (for example, a mobile communication module) so that it can receive control information from the management device and transmit various information such as monitoring information to the management device.
  • Terminal identification information for example, IP address, telephone number, etc.
  • the MAC address of the communication interface may be used to identify the control communication terminal device.
  • the HAPS 10 sends monitoring information such as information on floating movement (flight) of itself or surrounding HAPS, processing at the relay communication station, information on the state of the HAPS 10, observation data obtained by various sensors, etc. to a management device or the like. You may make it transmit to a predetermined transmission destination.
  • the control information may include HAPS target flight route information.
  • the monitoring information includes at least one of current position of HAPS 10, flight route history information, airspeed, ground speed and direction of propulsion, wind speed and direction of airflow around HAPS 10, and air pressure and temperature around HAPS 10. It's okay.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of HAPS 10 used in the communication system of the embodiment.
  • the HAPS 10 in FIG. 2 is a solar plane type HAPS, and includes a main wing portion 101 having both longitudinal end portions curved upward, and a plurality of propulsion devices as a bus power system propulsion device at one end portion of the main wing portion 101 in the short side direction. and a motor-driven propeller 103 .
  • a photovoltaic power generation panel (hereinafter referred to as “solar panel”) 102 is provided on the upper surface of the main wing portion 101 as a photovoltaic power generation portion having a photovoltaic power generation function.
  • pods 105 serving as a plurality of equipment housing sections for housing mission equipment are connected via plate-shaped connecting sections 104 to two locations in the longitudinal direction of the lower surface of the main wing section 101 .
  • a relay communication station 110 as a mission device and a battery 106 are accommodated inside each pod 105. Wheels 107 are provided on the underside of each pod 105 for use during takeoff and landing.
  • the power generated by the solar panel 102 is stored in the battery 106, the power supplied from the battery 106 rotates the motor of the propeller 103, and the relay communication station 110 performs wireless relay processing.
  • FIG. 3 is a perspective view showing another example of HAPS 10 used in the communication system of the embodiment.
  • the HAPS 10 shown in FIG. 3 is an unmanned airship type HAPS, and since it has a large payload, it can be equipped with a large-capacity battery.
  • the HAPS 10 comprises an airship body 201 filled with a gas such as helium gas for floating by buoyancy, a motor-driven propeller 202 as a propulsion device for a bus power system, and an equipment housing section 203 for housing mission equipment.
  • the relay communication station 110 and the battery 204 are accommodated inside the device accommodation unit 203 .
  • the electric power supplied from the battery 204 drives the motor of the propeller 202 to rotate, and the relay communication station 110 performs wireless relay processing.
  • a solar panel having a photovoltaic power generation function may be provided on the upper surface of the airship body 201 , and the power generated by the solar panel may be stored in the battery 204 .
  • the airborne communication relay device that wirelessly communicates with the UE 61 is either the solar plane type HAPS 10 or the unmanned airship type HAPS 20 shown in FIG.
  • the unmanned airship type HAPS 10 shown in FIG. 3 may be used as the airborne communication relay device.
  • the following embodiments can be similarly applied to other airborne communication relay devices other than the HAPS 10 .
  • Links FL(F) and FL(R) between HAPS 10 and a gateway station (hereinafter abbreviated as "GW station") 70 as a feeder station are called “feeder links”, and links between HAPS 10 and UE 61 are referred to as “feeder links”. is called “Service Link”.
  • a section between the HAPS 10 and the GW station 70 is called a “feeder link radio section”.
  • the downlink of communication from GW station 70 to UE61 via HAPS10 is called “forward link” FL(F)
  • the uplink of communication from UE61 to GW station 70 via HAPS10 is called "reverse link”.
  • FL(R) also called FL(R).
  • the uplink and downlink duplexing schemes for radio communication with the UE 61 via the relay communication station 110 are not limited to a specific scheme, and may be, for example, a Time Division Duplex (TDD) scheme, A frequency division duplex (FDD) system may also be used.
  • the access method for wireless communication with the UE 61 via the relay communication station 110 is not limited to a specific method, for example, FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, TDMA (Time Division Multiple Access) method, CDMA (Code Division Multiple Access) or OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).
  • an array antenna having functions such as diversity coding, transmission beamforming, spatial division multiplexing (SDM: Spatial Division Multiplexing) and having a large number of antenna elements is used.
  • a massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) transmission system is used for multi-layer transmission.
  • the relay communication station 110 as a base station (e.g., eNodeB, gNodeB) to multiple UEs 61 in a cell, signals are transmitted to multiple different UEs 61 at the same time and on the same frequency.
  • MU-MIMO Multi-User MIMO
  • an appropriate beam can be directed to each UE61 according to the communication environment of each UE61 for communication, so the communication quality of the entire cell can be improved. Moreover, since communication with a plurality of UEs 61 can be performed using the same radio resource (time/frequency resource), the system capacity can be expanded.
  • FIGS. 4 and 5 are perspective views showing an example of an array antenna 130 composed of multiple elements that can be used for the MU-MIMO transmission system in the HAPS 10 of this embodiment.
  • the array antenna 130 of FIG. 4 has a flat antenna substrate, and along the flat antenna surface of the antenna substrate, a large number of antenna elements 130a such as patch antennas are arranged two-dimensionally in axial directions perpendicular to each other. It is a planar array antenna with
  • the array antenna 130 of FIG. 5 has a cylindrical or columnar antenna base, and a large number of patch antennas or the like are arranged along the axial direction and the circumferential direction of the circumferential side surface as the first antenna surface of the antenna base. It is a cylindrical array antenna in which antenna elements 130a are arranged. In the array antenna 130 of FIG. 5, as illustrated, antenna elements 130a such as a plurality of patch antennas may be arranged in a circular shape along the bottom surface as the second antenna surface. Further, the antenna base in FIG. 5 may be a polygonal tubular or polygonal cylindrical antenna base.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of beamforming in the MU-MIMO transmission system using the array antenna 130 of HAPS10.
  • the communication quality can be improved by performing beamforming in which an appropriate beam 100B is individually directed to communicate.
  • the system capacity is improved. be able to.
  • CSI channel state information
  • the communication quality changes greatly. For example, in FIG. 6, if the same frequency resource is assigned to UEs 61 that are close to each other, multiple beams 100B directed from the HAPS 10 to each UE 61 may interfere with each other, resulting in significant deterioration in communication quality.
  • RB radio resource
  • the following CSI-based MU-MIMO system using CSI estimated by receiving a reference signal (SRS: Sounding Reference Signal) from each UE as shown in the reference example is common.
  • SRS Sounding Reference Signal
  • FIG. 7 is a flowchart of UE selection and BF weight calculation in MU-MIMO according to the reference example.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of transmission of reference signals from UEs in a cell in MU-MIMO according to the reference example.
  • HAPS requests SRS from all UEs in the cell, receives SRS from all UEs as shown in FIG. 8 (S901), and estimates the CSI of each UE based on the SRS reception results.
  • S902 HAPS selects UEs to be allocated to the same radio resource (RB) from all UEs in the cell for each of a plurality of radio resources (RB) used for downlink communication based on the CSI estimation result of each UE.
  • RB radio resource
  • This UE selection assigns multiple UEs with low spatial correlation to the same radio resource (RB). Further, based on the CSI estimation results of each UE, HAPS calculates BF weights to apply to the signals of each antenna element of the array antenna to form individual beams for each UE (S904). The HAPS performs downlink MU-MIMO communication for each UE based on the UE selection result for each radio resource (RB) and the BF weight calculation result for each UE (S905).
  • CSI-based MU-MIMO system in UE selection and BF weight calculation, CSI of all UEs is required, and reference signals (SRS) are periodically received from all UEs in the cell and each UE's CSI needs to be acquired.
  • SRS reference signals
  • HAPS it is assumed that the number of connected UEs in the cell reaches tens of thousands, and each UE frequently transmits reference signals (SRS) to HAPS, which increases overhead.
  • the amount of computation in the UE selection process increases rapidly as the number of UEs residing in the HAPS cell increases. For example, if UE selection is performed by repeatedly evaluating channel orthogonality (CD) between UEs proposed in Non-Patent Document 1 described above based on CSI obtained from UEs with CSI orthogonality, the number of UEs is 5. ,000, the number of CSI orthogonality evaluations is 12 million or more, and when the number of UEs is 20,000, the number of CSI orthogonality evaluations is 200 million or more.
  • CD channel orthogonality
  • the amount of calculation, the size of the calculation circuit, and the power consumption during the UE selection process increase, and in the MU-MIMO system in the HAPS cell, the use of the UE selection method based on the degree of orthogonality of CSI is not realistic.
  • a HAPS system (a cellular radio communication system forming a cell with an HAPS in the sky) compared with a terrestrial system (a cellular radio communication system forming a cell with fixed base stations on the ground). Focusing on the characteristics, UE selection and BF weight calculation are performed based on angle information indicating the direction of the UE in the cell without calculating the orthogonality of CSI acquired based on the reference signal (SRS). .
  • SRS reference signal
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a fixed base station 90 and a UE 61 within a service area (cell) 90A in a communication system (terrestrial system) via fixed base stations on the ground according to the reference example.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the HAPS 10 and the UE 61 within the service area (cell footprint) 10A in the communication system (HAPS system) via the HAPS 10 according to this embodiment.
  • the angle ⁇ UE between the UEs viewed from the antenna of the fixed base station 90 is small, and the scattering area 61A due to multipath is large with respect to the radio wave propagation distance between the fixed base station 90 and the fixed base station 90.
  • the angle of view ⁇ p of the scattering area 61A seen from the antenna of 90 is large. Therefore, in the ground system, radio waves transmitted from one UE 61 tend to arrive from unspecified directions, and it is difficult to combine multiple UEs with a large angle ⁇ UE between them in the UE selection process.
  • UE selection and BF weight calculation are performed based on angle information indicating the direction of UE61.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of selection of UE 61 and calculation of BF weights in MU-MIMO of HAPS 10 according to this embodiment.
  • relay communication station 110 of HAPS 10 first refers to array antenna 130 of HAPS 10 for all UEs 61 within service area 10A based on any uplink signal that can uniquely identify the UE received from UE 61.
  • An angle (azimuth angle, elevation angle) indicating the direction of the UE 61 is estimated (S100). Since the angle (azimuth, elevation) of the UE 61 can be estimated from any uplink signal, there is no overhead associated with transmission and reception of reference signals (SRS), unlike the reference example described above.
  • SRS reference signals
  • a method of estimating the angle (azimuth, elevation) of the UE 61 for example, a method of obtaining the azimuth and elevation of each UE 61 by applying an angle estimation algorithm based on the uplink signal from the UE 61 can be used. can.
  • the method of estimating the angle (azimuth, elevation) of the UE 61 is to notify the position information of the UE 61 itself (for example, GPS position information) directly to the HAPS 10 side, and from the position information, the azimuth and elevation of each UE 61 It may be a method of calculating
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 performs UE selection so that the spatial correlation between the UEs is low based on the angles (azimuth, elevation) of each UE 61 estimated for all the UEs 61 in the service area 10A. (S110).
  • the amount of computation can be significantly reduced compared to UE selection based on CSI in the above-described reference example.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 forms a beam for each UE 61 based on the angles (azimuth, elevation) of each UE 61 estimated for all the UE 61 in the service area 10A.
  • BF weights to be applied to each antenna element are calculated (S120).
  • the first BF method is a method of calculating BF weights so as to perform beam forming control (beam steering) according to estimated values of angles (azimuth, elevation) of each UE 61 . Since the first BF method does not perform CSI restoration processing, the amount of calculation is smaller than that of the second BF method.
  • the second BF method is a method of calculating BF weights so as to perform beamforming control (beam steering) by estimating (restoring) CSI based on the estimated values of the angles (azimuth, elevation) of each UE 61. .
  • a general beamforming algorithm based on CSI can be used.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 in the service link communicating with the UE 61 in the service area 10A, based on the UE selection result and the calculation result of the BF weight, downlink MU between each UE 61 - MIMO communication can be performed (S130).
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of angle estimation in FIG.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing definitions of the azimuth angle ⁇ and elevation angle ⁇ with respect to the direction of the UE 61 in the coordinate system based on the position of the HAPS 10 .
  • the angle estimation processing for one certain UE 61 is shown.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 receives an arbitrary uplink signal containing information that can uniquely identify the UE 61 at the array antenna 130 (S101). Since any uplink signal transmitted from UE61 can be used, there is no need to separately request UE61 to receive a reference signal (SRS) as used in the above-described reference example. Note that step S101 may be omitted if there is an uplink signal received immediately before the angle estimation process.
  • SRS reference signal
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 uses an arbitrary direction-of-arrival estimation program to calculate the azimuth angle ⁇ and the elevation angle ⁇ indicating the direction of the UE 61 relative to the position of the array antenna 130 of the HAPS 10 (see FIG. 13). is estimated (S102).
  • the distance between the HAPS 10 in the sky and the UE 61 on the ground (or on the sea) is sufficiently far, the influence of reflected waves and the like is small, and even the basic algorithm of any radio wave direction-of-arrival estimation program has sufficient accuracy. It is possible to estimate the angles (azimuth ⁇ , elevation ⁇ ).
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 uses the estimated values of the newly estimated angles (azimuth ⁇ , elevation ⁇ ) of the UE 61, and the angles (azimuth ⁇ , The data of the elevation angle ⁇ ) is updated (S103).
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of selection of the UE 61 based on the angle information (azimuth, elevation) in FIG.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of selection of the UE 61 in FIG.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of allocation of resource blocks on the frequency axis to each UE selected in FIG. Note that FIG. 14 shows UE selection processing in a certain downlink MU-MIMO communication for simplification of explanation.
  • UE61(1), 61(2) and UE61(3), 61(4) are located apart from each other at the edge of the service area 10A, and UE61(1) and An example in which the distance to UE61(2) is short and the distances to UE61(3) and UE61(4) are short is shown.
  • the UE selection process in FIG. 14 is performed based on the following criteria.
  • a plurality of UEs 61 with low spatial correlation with each other are placed on the same radio resource (for example, the same RB (resource block)).
  • the same radio resource for example, the same RB (resource block)
  • the scattering area 61A is narrow with respect to the propagation distance (the spreading angle ⁇ p of the scattering area 61A as seen from the HAPS 10 is small).
  • the plurality of UEs 61 having a low spatial correlation with each other are the plurality of UEs 61 that are spatially separated as illustrated in FIG. ) are a plurality of UEs 61 separated from each other. Therefore, as illustrated in FIG. 16, a plurality of UEs 61 with different angular information (azimuth ⁇ , elevation ⁇ ) may be assigned to the same radio resource (same RB).
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 acquires angle information (azimuth ⁇ , elevation angle ⁇ ) of all UEs 61 performing downlink communication within the service area 10A (S111).
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 sorts all the UEs 61 by elevation angle ⁇ and divides them into Nu groups, as illustrated in FIG. 17 (S112 in FIG. 14).
  • Nu is the number of UEs 61 allocated to the same radio resource (same RB) when performing MU-MIMO transmission.
  • the value of Nu may vary according to the distribution of UEs 61 within the service area 10A.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 sorts the UEs 61 in each group with respect to the azimuth angle ⁇ , and sorts the UEs 61 separated from each other on the elevation-azimuth virtual plane by the same radio resource ( the same RB) (S113 in FIG. 14).
  • Nu is 6, and within each group the 6 UEs are sorted by azimuth ⁇ and applied to the g-th group given an azimuth ⁇ offset ⁇ g, after applying the offset ⁇ g 6 UEs 61 belonging to the same azimuth angle group on the elevation-azimuth virtual plane are assigned to the same radio resource (same RB).
  • the value of the offset ⁇ g may be changed for each elevation angle group according to the distribution of the UEs 61 within the service area 10A.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 sends the selection result of the UE 61 allocated to each radio resource (the same RB) to the RB allocation processing section described later (S114 in Fig. 14).
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of BF weight calculation based on the angle information (azimuth, elevation) in FIG.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of a first BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a second BF method used for calculating BF weights in FIG.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of mode vectors in calculation of BF weights in the case of the second BF method of FIG.
  • FIG. 19 shows BF weight calculation processing for one radio resource (1 RB).
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 acquires angle information (azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ) of all UEs 61 assigned to the target RB (S121).
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 determines the type of beamforming method (BF method) used for downlink communication (S122 in FIG. 19), and in the case of the first BF method (BF method 1), Based on the obtained angle information (azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ), the beam steering weight (BF weight) illustrated in FIG. 20 is calculated (S123 in FIG. 19).
  • the amount of computation for calculating the BF weight is smaller than in the case of the following second BF method (BF method 2).
  • the first BF scheme (BF scheme 1) is a simple calculation scheme that does not consider interference between UEs (interference between beams), etc., but the plurality of UEs 61 allocated to the RB is the above-mentioned Because of the low spatial correlation with each other, interference between UEs (inter-beam interference) is less likely to occur.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 determines the CSI of each UE 61 (between the HAPS 10 and the UE 61 channel state information) is estimated (restored) (S124 in FIG. 19), and based on the estimated (restored) CSI of each UE 61, the beam steering weight (BF weight) illustrated in FIG. S125).
  • the BF weight is calculated based on the CSI estimation result (restoration result)
  • any general BF based on CSI can be used to calculate the BF weight.
  • Algorithms can be used, and the accuracy of beamforming is higher than in the case of the first BF method (BF method 1) described above, enabling more advanced beamforming control.
  • BF method 1 first BF method
  • the directivity of the mutually adjacent portions 101B of the beams 100B directed to each UE as illustrated in FIG. become.
  • the relay communication station 110 of the HAPS 10 sends the calculation result of the BF weights used for downlink MU-MIMO communication with each UE 61 to the BF multiplier described later (S126 in FIG. 19).
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of mode vectors used for CSI estimation (reconstruction) in BF weight calculation in the case of the second BF method (BF method 2) in FIG.
  • the scattering area 61A of the UE 61 due to multipath is narrower than the propagation distance D of radio waves, and the expected angle ⁇ p of the scattering area 61A viewed from the array antenna of the HAPS 10 is small. Therefore, for example, as shown in FIG. 22, the radio wave from the UE 61 to the HAPS 10 can be regarded as a set of direct waves including the reflected waves without distinguishing between the direct waves and the multipath reflected waves. Therefore, the mode vector a( ⁇ , ⁇ ) for the array antenna of the HAPS 10 in the figure can be substituted for the CSI.
  • a vector a( ⁇ , ⁇ ) can be calculated by the following equation (3).
  • the mode vector a( ⁇ , ⁇ ) that can be substituted for the CSI can be calculated as follows.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of the coordinates of the virtual horizontal plane, the arrangement of the antenna elements 130a, and the azimuth angle ⁇ of the UE 61 in CSI estimation (reconstruction) in the case of a cylindrical array antenna.
  • a phase difference response vector d H ( ⁇ ) in the horizontal direction (azimuth angle direction) along the virtual horizontal plane in FIG. 23 is expressed by the following equations (4) and (5).
  • N is the number of antenna elements (number of horizontal elements) in the virtual horizontal plane
  • r is the radius of the cylindrical antenna base (the radius of the circle in which the antenna elements are arranged).
  • Equation (5) is the phase difference response function of the nth antenna element in the virtual horizontal plane.
  • j is the imaginary unit
  • ⁇ is the circular constant
  • ⁇ is the wavelength of the carrier wave.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of the coordinates of the virtual vertical plane, the placement of the antenna element 130a, and the elevation angle ⁇ of the UE 61 in CSI estimation (reconstruction) in the case of a cylindrical array antenna.
  • a phase difference response vector d V ( ⁇ ) in the vertical direction (elevation angle direction) along the virtual vertical plane in FIG. 24 is expressed by the following equations (6) and (7).
  • M is the number of antenna elements (the number of vertical elements) on the virtual vertical plane
  • d is the interval between the antenna elements (element interval).
  • Equation (7) is the phase difference response function of the m-th antenna element in the virtual vertical plane.
  • j is the imaginary unit
  • ⁇ is the circular constant
  • ⁇ is the wavelength of the carrier wave.
  • phase difference response vector d H ( ⁇ ) of formula (4) in the virtual horizontal plane and the phase difference response vector d V ( ⁇ ) of formula (6) in the virtual vertical plane a cylinder array antenna is A phase difference response vector d( ⁇ , ⁇ ) for all the constituent antenna elements is represented by the following equation (8).
  • the above A mode vector a( ⁇ , ⁇ ), which can be substituted for CSI can be calculated.
  • FIG. 25 is a block diagram showing an example of the main configuration of the relay communication station 110 of the HAPS 10 of the embodiment.
  • the relay communication station 110 in FIG. 25 is an example of a base station type relay communication station.
  • the relay communication station 110 includes a service link antenna section 111, a transmission/reception section 112, a feeder link antenna section 113, a transmission/reception section 114, a monitor control section 116, a power supply section 117, a modem section 118, and a base station. and a processing unit 119 .
  • the service link antenna unit 111 has an array antenna that forms a radial beam toward the ground (or sea), and forms a three-dimensional cell 100C that can communicate with the UE61.
  • the transmitting/receiving unit 112 constitutes a first wireless communication unit together with the service link antenna unit 111, has a duplexer (DUP: DUPplexer), an amplifier, etc. A radio signal is transmitted to the UE 61 located in the area and a radio signal is received from the UE 61 .
  • DUP DUPplexer
  • the service link antenna unit 111 and the transmitting/receiving unit 112 also function as an uplink (UL) receiving unit that receives an uplink signal capable of identifying the UE61 from each of the plurality of UE61 via the array antenna 130.
  • UL uplink
  • the feeder link antenna unit 113 has a directional antenna for wireless communication with the ground (or sea) feeder station 70 .
  • the transmitting/receiving unit 114 constitutes a second wireless communication unit together with the feeder link antenna unit 113, has a duplexer (DUP: DUPlexer), an amplifier, etc., and transmits signals to the feeder station 70 via the feeder link antenna unit 113. It transmits radio signals and receives radio signals from the feeder station 70 .
  • DUP DUPlexer
  • the monitoring control unit 116 is composed of, for example, a CPU and a memory, and monitors the operation processing status of each unit in the HAPS 10 and controls each unit by executing a preinstalled program. In particular, the monitoring control unit 116 executes the control program to control the motor driving unit 141 that drives the propellers 103 and 202 to move the HAPS 10 to the target position and to keep it near the target position. do.
  • the power supply unit 117 supplies power output from the batteries 106 and 204 to each unit within the HAPS 10 .
  • the power supply unit 117 may have a function of storing electric power generated by a photovoltaic panel or the like or electric power supplied from the outside in the batteries 106 and 204 .
  • the modem unit 118 executes demodulation processing and decoding processing on the received signal received from the feeder station 70 via the feeder link antenna unit 113 and the transmission/reception unit 114, and outputs data to the base station processing unit 119 side. Generate a signal. 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 the data signal to the feeder station 70 via the feeder link antenna unit 113 and the transmission/reception unit 114 . Generate a transmit signal.
  • the base station processing unit 119 has, for example, a function (for example, e-NodeB, g- functions such as NodeB).
  • the base station processing unit 119 executes demodulation processing and decoding processing on the received signal received from the UE 61 located in the three-dimensional cell 100C via the service link antenna unit 111 and the transmission/reception unit 112, A data signal to be output to the 118 side is generated. Also, the base station processing unit 119 performs encoding processing and modulation processing on the data signal received from the modem unit 118 side, and transmits the data signal to the UE 61 of the three-dimensional cell 100C via the service link antenna unit 111 and the transmission/reception unit 112. generates a baseband signal (IQ signal) to be transmitted to the
  • IQ signal baseband signal
  • FIG. 26 is a block diagram showing an example of the main configuration of the base station processing section 119 in the relay communication station 110 of FIG. Note that FIG. 26 shows only the main configuration related to this embodiment, and the illustration of other components necessary for communication with the UE 61 is omitted.
  • the base station processing unit 119 includes a downlink (DL) transmission unit 1190, a transmission/reception switching control unit 1191, an angle estimation processing unit 1192, a UE selection processing unit (user selection processing unit) 1193, a BF weight Calculation section 1194 , BF weight multiplication section 1195 , RB allocation processing section 1196 , and OFDM modulation section 1197 are provided.
  • DL transmission section 1190 includes BF weight multiplication section 1195, RB allocation processing section 1196, and multiple OFDM modulation sections 1197, and performs transmission signal processing by multiple layers (streams) in downlink MU-MIMO communication. conduct.
  • the transmission/reception switching control section 1191 passes uplink signals from a plurality of antenna elements received from each UE 61 in the cell 100C by the service link antenna section 111 and the transmission/reception section 112 to the angle estimation processing section 1192 . Further, the transmission/reception switching control section 1191 passes the transmission signals (IQ signals) of the plurality of layers (streams) simultaneously generated by the DL transmission section 1190 to the transmission/reception section 112 .
  • Angle estimation processing unit 1192 as exemplified in FIG. Angle information (azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ) indicating the direction of each UE 61 is estimated.
  • UE selection processing unit (user selection processing unit) 1193, as illustrated in FIG. , for each of a plurality of time-frequency resource blocks (RBs) used for downlink MU-MIMO communication, UEs 61 to be assigned to REs are selected. Selection information of UE 61 allocated to each RE is sent to RB allocation processing section 1196 .
  • RBs time-frequency resource blocks
  • BF weight calculation unit 1194 for each of all UE61 to perform downlink MU-MIMO communication, based on the angle information (azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ) of UE61, Calculate BF weights for beam steering (beamforming control) that are multiplied by symbols when transmitting each UE's transmission signal.
  • the BF weight calculation result of each UE 61 is sent to the BF weight multiplier 1195 .
  • BF weight multiplying section 1195 based on the calculation result of the BF weight received from BF weight calculating section 1194, for each of all UE61 to perform downlink MU-MIMO communication, to a predetermined number of layers (transmission streams)
  • Each of the mapped symbols for UE61 is multiplied by the BF weight corresponding to that UE61.
  • RB allocation processing unit 1196 based on the UE (user) selection information received from UE selection processing unit (user selection processing unit) 1193, for each of all UE61 to perform downlink MU-MIMO communication, the above BF
  • the symbol of UE61 multiplied by the weight is allocated to the RB corresponding to UE61.
  • a plurality of OFDM modulation units 1197 performs OFDM modulation on each of a plurality of symbols mapped to a predetermined number of layers (transmission streams) of downlink MU-MIMO communication to generate a plurality of IQ signals, and a transmission/reception switching control unit. output to 1191.
  • the cell 100C Even if the number of UEs 61 located in the area increases, it is possible to improve the communication quality of the entire cell 100C and expand the system capacity while suppressing an increase in overhead in the UEs 61 and the relay communication station 110 .
  • processing steps described in this specification and the relay communication station, feeder station, gateway station, management device, monitoring device, remote control device, server, terminal device (UE: user device, mobile) of communication relay devices such as HAPS 10 Stations, communication terminals), base stations and base station equipment components may be implemented by various means.
  • these processes and components may be implemented in hardware, firmware, software, or any combination thereof.
  • entities for example, relay communication stations, feeder stations, gateway stations, base stations, base station equipment, relay communication station equipment, terminal equipment (UE: user equipment, mobile station, communication terminal), management equipment, Means such as processing units used to implement the above steps and components in a monitoring device, remote control device, server, hard disk drive or optical disk drive
  • Means such as processing units used to implement the above steps and components in a monitoring device, remote control device, server, hard disk drive or optical disk drive
  • ASIC application specific ICs
  • DSP Digital Signal Processor
  • DSPD Digital Signal Processor
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • Processor Controller, Microcontroller, Microprocessor, Electronic Device , other electronic units designed to perform the functions described herein, computers, or combinations thereof.
  • the means, such as processing units, used to implement the components may be programs (e.g., procedures, functions, modules, instructions, etc.) that perform the functions described herein. , etc.).
  • any computer/processor readable medium tangibly embodying firmware and/or software code means, such as a processing unit, used to implement the steps and components described herein. may be used to implement
  • firmware and/or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, such as in a controller.
  • the memory may be implemented within the computer or processor, or external to the processor.
  • the firmware and/or software code may also 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). ), flash memory, floppy disk, compact disk (CD), digital versatile disk (DVD), magnetic or optical data storage devices, 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.
  • the medium may be a non-temporary recording medium.
  • the code of the program is not limited to a specific format as long as it can be read and executed by a computer, processor, or other device or machine.
  • the program code may be source code, object code, or binary code, or may be a mixture of two or more of these codes.
  • HAPS 10A Service area 61: Terminal equipment (UE) 61A: Scattering area 70: Feeder station (GW station) 71 : Antenna 80 : Mobile communication network 100A : Service area 100B : Beam 100C : Cell 100F : Footprint 110 : Relay communication station 111 : Service link antenna unit 112 : Transmitting/receiving unit 113 : Feeder link antenna unit 114 : Transmitting/receiving unit 119 : base station processing unit 130 : array antenna 130a : antenna element 1190 : downlink transmission unit 1191 : transmission/reception switching control unit 1192 : angle estimation processing unit 1194 : BF weight calculation unit 1195 : BF weight multiplication unit 1196 : application processing unit 1197 : OFDM modulation section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う上空滞在型の通信中継装置において、セルに在圏する端末装置が増加した場合でも端末装置及び通信中継装置におけるオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、セル全体の通信品質の改善及びシステム容量の拡大を図る。通信中継装置は、アレーアンテナを介して複数の端末装置のそれぞれからアップリンク信号を受信し、複数の端末装置のそれぞれについて、端末装置の方向を示す角度情報を推定し、角度情報の推定結果に基づいてダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択し、角度情報の推定結果に基づいてダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算し、端末装置に対するビームフォーミングのウェイトと端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、アレーアンテナを介して端末装置にダウンリンク信号を送信する。

Description

ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ
　本発明は、上空のＨＡＰＳ等の空中滞在型の通信中継装置で形成されるサービスエリアのセルに在圏する複数の端末装置との間のＭＵ（multi user）－ＭＩＭＯ（multiple-input multiple-output）技術に関する。
　従来、空中に浮揚して滞在可能な高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）等の空中滞在型の通信中継装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＨＡＰＳ等の空中滞在型の通信中継装置と、その空中滞在型の通信中継装置で形成されるセル内に位置する複数の端末装置（以下「ＵＥ」ともいう。）との間の通信として、ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（以下「ｍＭＩＭＯ」ともいう。）伝送方式の通信が知られている。ｍＭＩＭＯは、多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いてデータ送受信を行うことにより大容量・高速通信を実現する無線伝送技術である。また、複数のＵＥのそれぞれに対して同時にビームフォーミングを行う伝送方式は、「ＭＵ（Multi User）－ＭＩＭＯ」とも呼ばれる。多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行うことにより、各ＵＥの通信環境に応じてＵＥごとに適切なビームを向けて通信できるため、セル全体の通信品質を改善できる。また、同一の無線リソース（時間・周波数リソース）を用いて複数のＵＥとの通信ができるため、システム容量を拡大することができる。
米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７号明細書
Z Lian, L Jiang, C He, D He, "User grouping and beamforming for HAP massive MIMO systems based on statistical-Eigenmode", IEEE Wireless Communications Letters, Volume 8, Issue 3, pp. 961 - 964 (June 2019)
　上記空中滞在型の通信中継装置が多素子のアレーアンテナを用いて複数のＵＥとＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う場合において、ＵＥごとに適切なビームを向けるには、各ＵＥのＣＳＩ（通信中継装置とＵＥとの間のチャネル状態情報）を定期的に獲得する必要がある。また、ある無線リソース（時間・周波数リソース）にどのＵＥを割り当てるかにより通信品質が大きく変化する。例えば、空間的な距離が互いに近い複数のＵＥに同一の周波数リソースを割り当てた場合、各ＵＥのビームが互いに干渉し、通信品質が大きく低下する。この通信品質の低下を防止するために、同一無線リソース（時間・周波数リソース）に割り当てるＵＥを適切に選択する必要があるが、このＵＥの選択にも、各ＵＥのＣＳＩを定期的に獲得する必要がある。しかしながら、各ＵＥのＣＳＩを獲得するには、セル内のすべてのＵＥから上空の通信中継装置に対して参照信号（例えば、ＳＲＳ：Sounding Reference Signal）を頻繁に送信する必要があり、各ＵＥ及び通信中継装置におけるオーバーヘッドが増加するという課題がある。
　非特許文献１には、多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行うＨＡＰ（高高度プラットフォーム）システムにおいて、セルに在圏する各ＵＥについて、ＵＥ間のチャネル直交度の指標であるＣＤ（Ｃｈｏｒｄａｌ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を繰り返し評価し、そのＣＤの評価結果に基づいてＵＥの選択（Ｇｒｏｕｐｉｎｇ）とビームフォーミングを行うことが提案されている。しかしながら、ＨＡＰシステムで形成されるセルに在圏するＵＥの数は数万にのぼることが想定され、ＨＡＰシステムで上記ＣＤの評価を行うための演算量、回路規模及び消費電力が増大する、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、地上又は海上に向けてセルを形成し、前記セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う上空滞在型の通信中継装置である。この通信中継装置は、前記複数の端末装置と間のサービスリンクの無線通信を行うセルを形成する複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナを介して前記複数の端末装置のそれぞれから、前記端末装置を識別可能なアップリンク信号を受信するアップリンク受信部と、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向を示す角度情報を推定する角度推定処理部と、前記複数の端末装置の前記角度情報の推定結果に基づいて、前記サービスリンクのダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択する選択処理部と、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報の推定結果に基づいて、前記アレーアンテナによる前記端末装置に対するダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算するウェイト計算部と、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記端末装置に対応する前記ビームフォーミングのウェイトと前記端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、前記アレーアンテナを介して前記端末装置にダウンリンク信号を送信するダウンリンク送信部と、を備える。
　本発明の他の態様に係る通信システムは、前記通信中継装置と、前記通信中継装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う端末装置と、を備える。
　本発明の更に他の態様に係る方法は、上空滞在型の通信中継装置により地上又は海上に向けてセルを形成し、前記セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う方法である。この方法は、前記複数の端末装置と間のサービスリンクの無線通信を行うセルを形成する複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを介して前記複数の端末装置のそれぞれから、前記端末装置を識別可能なアップリンク信号を受信することと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向を示す角度情報を推定することと、前記複数の端末装置の前記角度情報の推定結果に基づいて、前記サービスリンクのダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択することと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報の推定結果に基づいて、前記アレーアンテナによる前記端末装置に対するダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算することと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記端末装置に対応する前記ビームフォーミングのウェイトと前記端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、前記アレーアンテナを介して前記端末装置にダウンリンク信号を送信することと、を含む。
　本発明の更に他の態様に係るプログラムは、地上又は海上に向けてセルを形成し、前記セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う上空滞在型の通信中継装置に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムである。このプログラムは、前記複数の端末装置と間のサービスリンクの無線通信を行うセルを形成する複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを介して前記複数の端末装置のそれぞれから、前記端末装置を識別可能なアップリンク信号を受信するためのプログラムコードと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向を示す角度情報を推定するためのプログラムコードと、前記複数の端末装置の前記角度情報の推定結果に基づいて、前記サービスリンクのダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択するためのプログラムコードと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報の推定結果に基づいて、前記アレーアンテナによる前記端末装置に対するダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算するためのプログラムコードと、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記端末装置に対応する前記ビームフォーミングのウェイトと前記端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、前記アレーアンテナを介して前記端末装置にダウンリンク信号を送信するためのプログラムコードと、を含む。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記複数の端末装置の間の空間相関が低くなるように前記端末装置の選択を行ってもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記角度が離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように前記端末装置の選択を行ってもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記角度情報は、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向の方位角及び仰角であってもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記セルに在圏する複数の端末装置を前記仰角について並べ替えて複数の仰角グループに分割し、前記複数の仰角グループのそれぞれについて、前記仰角グループに属する複数の端末装置を前記方位角について並べ替え、前記仰角及び前記方位角を互いに交差する座標軸とする仮想平面上で互いに離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように前記端末装置の選択を行ってもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に応じて前記ビームフォーミングのウェイトを計算してもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に基づいて前記端末装置と前記通信中継装置との間のチャネル状態情報又はそれに相当する情報を推定し、その推定結果に基づいて前記ビームフォーミングのウェイトを計算してもよい。
　前記通信中継装置、前記システム、前記方法及び前記プログラムのそれぞれにおいて、前記アレーアンテナの複数のアンテナ素子の振幅応答ベクトルと前記複数のアンテナ素子のアンテナ素子間の位相差ベクトルとのアダマール積からなるモードベクトルを、前記チャネル状態情報として代用してもよい。
　本発明によれば、上空滞在型の通信中継装置とセル内の複数の端末装置との間で多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ通信（又は伝送）を行う場合に、セルに在圏する端末装置の数が増加した場合でも端末装置及び通信中継装置におけるオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、セル全体の通信品質の改善及びシステム容量の拡大を図ることができる。
図１は、実施形態に係るＨＡＰＳを含む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ＨＡＰＳの一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態のＨＡＰＳの他の例を示す側面図である。 図４は、実施形態のＨＡＰＳのサービスリンクのアレーアンテナの一例を示す斜視図である。 図５は、実施形態のＨＡＰＳのサービスリンクのアレーアンテナの他の例を示す斜視図である。 図６は、ＨＡＰＳのアレーアンテナを用いたＭＵ－ＭＩＭＯにおけるビームフォーミングの一例を示す説明図である。 図７は、参考例に係るＭＵ－ＭＩＭＯにおけるＵＥの選択及びＢＦウェイトの計算のフローチャートである。 図８は、参考例に係るＭＵ－ＭＩＭＯにおけるセル内のＵＥからの参照信号の送信の説明図である。 図９は、参考例に係る地上の固定基地局を介した通信システムにおける固定基地局とサービスエリア内のＵＥとの位置関係を示す説明図である。 図１０は、実施形態に係るＨＡＰＳを介した通信システムにおけるＨＡＰＳとサービスエリア内のＵＥとの位置関係を示す説明図である。 図１１は、実施形態に係るＨＡＰＳのＭＵ－ＭＩＭＯにおけるＵＥの選択及びＢＦウェイトの計算の一例を示すフローチャートである。 図１２は、図１１における角度推定の一例を示すフローチャートである。 図１３は、ＨＡＰＳの位置を基準にした座標系におけるＵＥの方向に対する方位角及び仰角の定義を示す説明図である。 図１４は、図１１における角度情報に基づくＵＥの選択の一例を示すフローチャートである。 図１５は、図１４におけるＵＥの選択の一例を示す説明図である。 図１６は、図１５において選択された各ＵＥに対する周波数軸上のリソースブロックの割り当て一例を示す説明図である。 図１７は、図１４のＵＥ選択処理における仰角についてのＵＥのソート及びグルーピングの一例を示す説明図である。 図１８は、図１７のグルーピング後の方位角についてのＵＥのソート及び選択の一例を示す説明図である。 図１９は、図１１における角度情報に基づくＢＦウェイトの計算の一例を示すフローチャートである。 図２０は、図１９におけるＢＦウェイトの計算に用いられる第１のＢＦ方式の一例を示す説明図である。 図２１は、図１９におけるＢＦウェイトの計算に用いられる第２のＢＦ方式の一例を示す説明図である。 図２２は、図２１の第２のＢＦ方式の場合のＢＦウェイトの計算におけるモードベクトルの一例を示す説明図である。 図２３は、シリンダー型アレーアンテナの場合のＣＳＩの推定（復元）における仮想水平面の座標、アンテナ素子の配置及びＵＥの方位角の一例を示す説明図である。 図２４は、シリンダー型アレーアンテナの場合のＣＳＩの推定（復元）における仮想垂直面の座標、アンテナ素子の配置及びＵＥの仰角の一例を示す説明図である。 図２５は、実施形態のＨＡＰＳの中継通信局の主要構成の一例を示すブロック図である。 図２６は、図２５の中継通信局における基地局処理部の主要構成の一例を示すブロック図である。
　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。
　本書に記載された実施形態に係るシステムは、地上又は海上に向けてセルを形成し、セルに在圏する複数の端末装置（ＵＥ）との間で、多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う上空滞在型の通信中継装置（ＨＡＰＳ）を備え、セルに在圏するＵＥが増加した場合でもＵＥ及びＨＡＰＳにおけるオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、セル全体の通信品質の改善及びシステム容量の拡大を図ることができる通信システム（ＨＡＰＳシステム）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世代等の次世代の移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
　図１は、実施形態に係るＨＡＰＳ（上空滞在型の通信中継装置）を含む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１において、本実施形態の通信システム（以下「ＨＡＰＳシステム」ともいう。）は、上空滞在型の通信中継装置（無線中継装置）としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）、（「高高度疑似衛星」、「成層圏プラットフォーム」ともいう。）１０を備えている。ＨＡＰＳ１０は、所定高度の空域に位置して３次元セル１００Ｃを形成する。ＨＡＰＳ１０は、自律制御又は外部からの制御により地面又は海面から所定高度の空域（浮揚空域）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、ドローン、気球）に、中継通信局が搭載されたものである。なお、上空滞在型の通信中継装置は、人工衛星に中継通信局が搭載されたものであってもよい。また、本実施形態の通信システムは、ＨＡＰＳ１０が通信する一又は複数の端末装置を含んでもよいし、後述のゲートウェイ局（フィーダ局）を含んでもよい。
　ＨＡＰＳ１０が位置する空域は、例えば、地上（又は海や湖などの水上）の高度が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。
　ＨＡＰＳは一般的な人工衛星の飛行高度よりも低く、地上や海上の基地局よりも高い場所を飛行するため、衛星通信よりも小さい伝搬ロスでありながら、高い見通し率を確保できる。この特徴から、ＨＡＰＳから地上又は海上のセルラ携帯端末等のユーザ装置である端末装置（移動局）６１に対して通信サービスを提供することも可能である。通信サービスをＨＡＰＳから提供することで、これまで多数の地上又は海上の基地局でカバーされていた広いエリアを少数のＨＡＰＳで一度にカバーできるため、低コストで安定した通信サービスを提供できるメリットがある。
　ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、利用者の端末装置（以下「ＵＥ」（ユーザ装置）という。）と無線通信するためのビームを地面（又は海面）に向けて形成することにより、ＵＥ６１と無線通信可能な３次元セル１００Ｃを形成する。この３次元なセル１００Ｃの地上（又は海上）におけるフットプリント１００Ｆからなるサービスエリア１０Ａの半径は、例えば数１０［ｋｍ］～１００［ｋｍ］である。
　なお、本実施形態において、ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、複数の３次元セル（例えば、３セル又は７セル）を形成し、その複数の３次元セルの地上（又は海上）における複数のフットプリントからなるサービスエリア１０Ａを形成してもよい。
　ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、例えば、地上（又は海上）側の移動通信網８０のコアネットワークに接続され上空を向いたアンテナ７１を有する中継局としてのゲートウェイ局（「フィーダ局」ともいう。）７０と無線通信する基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）である。ＨＡＰＳ１０の中継通信局は、地上又は海上に設置されたフィーダ局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は、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）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０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）や中継通信局での処理を自律制御してもよい。
　また、ＨＡＰＳ１０の浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理は、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管理装置（「遠隔制御装置」ともいう。）によって制御できるようにしてもよい。管理装置は、例えば、ＰＣなどのコンピュータ装置やサーバ等で構成することができる。この場合、ＨＡＰＳ１０は、管理装置からの制御情報を受信したり管理装置に監視情報などの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、管理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。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は、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や中継通信局での処理に関する情報、ＨＡＰＳ１０の状態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監視情報を、管理装置等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。制御情報は、ＨＡＰＳの目標飛行ルート情報を含んでもよい。監視情報は、ＨＡＰＳ１０の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、ＨＡＰＳ１０の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ＨＡＰＳ１０の周辺の気圧及び気温の少なくとも一つの情報を含んでもよい。
　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反った主翼部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中継通信局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、中継通信局１１０による無線中継処理が実行される。
　図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の他の例を示す斜視図である。図３のＨＡＰＳ１０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。ＨＡＰＳ１０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、中継通信局１１０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、中継通信局１１０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。
　なお、以下の実施形態では、ＵＥ６１と無線通信する上空滞在型の通信中継装置が、図２のソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０及び無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０のいずれの一方の場合について図示して説明するが、上空滞在型の通信中継装置は図３の無人飛行船タイプのＨＡＰＳ１０でもよい。また、以下の実施形態は、ＨＡＰＳ１０以外の他の上空滞在型の通信中継装置にも同様に適用できる。
　また、ＨＡＰＳ１０とフィーダ局としてのゲートウェイ局（以下「ＧＷ局」と略す。）７０との間のリンクＦＬ（Ｆ），ＦＬ（Ｒ）を「フィーダリンク」といい、ＨＡＰＳ１０とＵＥ６１の間のリンクを「サービスリンク」という。特に、ＨＡＰＳ１０とＧＷ局７０との間の区間を「フィーダリンクの無線区間」という。また、ＧＷ局７０からＨＡＰＳ１０を経由してＵＥ６１に向かう通信のダウンリンクを「フォワードリンク」ＦＬ（Ｆ）といい、ＵＥ６１からＨＡＰＳ１０を経由してＧＷ局７０に向かう通信のアップリンクを「リバースリンク」ＦＬ（Ｒ）ともいう。
　中継通信局１１０を介したＵＥ６１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、中継通信局１１０を介したＵＥ６１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、本実施形態のサービスリンクの無線通信には、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、多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いてマルチレイヤ伝送を行うｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）伝送方式を用いている。特に、本実施形態では、基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ）としての中継通信局１１０からセル内の複数のＵＥ６１へのダウンリンク通信において、複数の異なるＵＥ６１に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ－ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ　ＭＩＭＯ）技術を用いている。多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行うことにより、各ＵＥ６１の通信環境に応じてＵＥ６１ごとに適切なビームを向けて通信できるため、セル全体の通信品質を改善できる。また、同一の無線リソース（時間・周波数リソース）を用いて複数のＵＥ６１との通信ができるため、システム容量を拡大することができる。
　図４及び図５はそれぞれ、本実施形態のＨＡＰＳ１０におけるＭＵ－ＭＩＭＯ伝送方式に用いることができる多素子で構成されるアレーアンテナ１３０の一例を示す斜視図である。
　図４のアレーアンテナ１３０は、平板状のアンテナ基体を有し、そのアンテナ基体の平面状のアンテナ面に沿って多数のパッチアンテナなどのアンテナ素子１３０ａが互いに直交する軸方向に二次元的に配列された平面型のアレーアンテナである。
　図５のアレーアンテナ１３０は、円筒状又は円柱状のアンテナ基体を有し、そのアンテナ基体の第１アンテナ面としての円周側面の軸方向及び周方向のそれぞれに沿って多数のパッチアンテナなどのアンテナ素子１３０ａが配置されたシリンダー型のアレーアンテナである。図５のアレーアンテナ１３０では、図示のように、第２アンテナ面としての底面に沿って複数のパッチアンテナなどのアンテナ素子１３０ａが円形状に配置されていてもよい。また、図５におけるアンテナ基体は、多角筒状又は多角円柱状のアンテナ基体であってもよい。
　なお、アレーアンテナ１３０の形状、並びに、アンテナ素子の数、種類及び配置は、図４及び図５に例示したものに限定されない。
　図６は、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナ１３０を用いたＭＵ－ＭＩＭＯ伝送方式におけるビームフォーミングの一例を示す説明図である。図６のＨＡＰＳ１０のアレーアンテナ１３０とサービスエリア１００Ａ（セル１００Ｃのフットプリント１００Ｆ）との間のサービスリンクＳＬにおいて、ＭＵ－ＭＩＭＯ伝送方式を用いて、各ＵＥ６１の通信環境に応じて、各ＵＥ６１に対して個別に適切なビーム１００Ｂを向けて通信するビームフォーミングを行うことにより、通信品質を改善することができる。特に、サービスリンクＳＬにおいて同一の無線リソース（例えば、同一の時間・周波数のリソースブロック（ＲＢ））を用いて複数のＵＥ６１と通信するＭＵ－ＭＩＭＯ伝送方式を用いた場合は、システム容量を改善することができる。
　本実施形態のＨＡＰＳ１０においてビームフォーミング制御を伴うＭＵ－ＭＩＭＯ伝送方式を用いる場合、各ＵＥ６１に対して個別に適切なビーム１００Ｂを向けるには、各ＵＥ６１とＨＡＰＳ１０との間のＣＳＩ（チャネル状態情報）を獲得する必要がある。
　また、ある無線リソース（ＲＢ）にどのＵＥ６１を割り当てるかにより、通信品質が大きく変化する。例えば、図６において互いに距離が近いＵＥ６１に同一の周波数リソースを割り当てる場合、ＨＡＰＳ１０から各ＵＥ６１に向かう複数のビーム１００Ｂが互いに干渉し、通信品質が大きく低下するおそれがある。
　多素子のアレーアンテナを用いて各ＵＥに対して個別に適切なビームを向けるとともに互いに距離が近い複数のビーム間の干渉を抑制して通信品質の低下を抑制するＭＵ－ＭＩＭＯシステムとしては、次の参考例に示すように各ＵＥから参照信号（ＳＲＳ：Ｓｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｓｉｇｎａｌ）を受信して推定したＣＳＩを用いるＣＳＩベースのＭＵ－ＭＩＭＯシステムが一般的である。
　図７は、参考例に係るＭＵ－ＭＩＭＯにおけるＵＥの選択及びＢＦウェイトの計算のフローチャートである。図８は、参考例に係るＭＵ－ＭＩＭＯにおけるセル内のＵＥからの参照信号の送信の説明図である。図７において、ＨＡＰＳは、セル内の全ＵＥにＳＲＳを要求し、図８に示すように全ＵＥからＳＲＳを受信し（Ｓ９０１）、ＳＲＳの受信結果に基づいて、各ＵＥのＣＳＩを推定する（Ｓ９０２）。ＨＡＰＳは、各ＵＥのＣＳＩの推定結果に基づいて、ダウンリンク通信に用いられる複数の無線リソース（ＲＢ）のそれぞれについて、セル内の全ＵＥから同一の無線リソース（ＲＢ）に割り当てるＵＥを選択する（Ｓ９０３）。このＵＥの選択により、空間相関の低い複数のＵＥが同一の無線リソース（ＲＢ）に割り当てられる。更に、ＨＡＰＳは、各ＵＥのＣＳＩの推定結果に基づいて、各ＵＥに対して個別のビームを形成するためにアレーアンテナの各アンテナ素子の信号に適用するＢＦウェイトを計算する（Ｓ９０４）。ＨＡＰＳは、各無線リソース（ＲＢ）に対するＵＥの選択結果及び各ＵＥに対するＢＦウェイトの計算結果に基づいて、各ＵＥに対するダウンリンクのＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う（Ｓ９０５）。
　上記参考例のＣＳＩベースのＭＵ－ＭＩＭＯシステムでは、ＵＥ選択及びＢＦウェイト計算において、全ＵＥのＣＳＩが必要であり、定期的にセル内のすべてのＵＥから参照信号（ＳＲＳ）を受信して各ＵＥのＣＳＩを獲得する必要がある。特に、ＨＡＰＳの場合、セルに在圏する接続ＵＥの数が数万にのぼることが想定され、各ＵＥがＨＡＰＳに対して頻繁に参照信号（ＳＲＳ）を送信することによってオーバーヘッドが増加する。
　上記参考例のＣＳＩベースのＭＵ－ＭＩＭＯシステムでは、ＨＡＰＳのセルに在圏するＵＥ数の増加によってＵＥ選択処理における演算量等が急増する。例えばＵＥから取得したＣＳＩに基づいて前述の非特許文献１で提案されているＵＥ間のチャネル直交度（ＣＤ）をＣＳＩの直交度で繰り返し評価してＵＥ選択を行うとすると、ＵＥ数が５，０００でＣＳＩの直交度の評価回数が１，２００万回以上になり、ＵＥ数が２０，０００になるとＣＳＩの直交度の評価回数が２億回以上になる。そのため、ＵＥ選択処理時の演算量、演算回路規模及び消費電力が増大し、ＨＡＰＳのセルにおけるＭＵ－ＭＩＭＯシステムでは、ＣＳＩの直交度に基づくＵＥ選択手法の利用は現実的でない。
　そこで、本実施形態では、以下に示すように地上システム（地上の固定基地局でセルを形成するセルラ無線通信システム）と比較したＨＡＰＳシステム（上空のＨＡＰＳでセルを形成するセルラ無線通信システム）の特徴に着目し、参照信号（ＳＲＳ）に基づいて獲得したＣＳＩの直交度の演算を行わずに、セル内のＵＥの方向を示す角度情報に基づいてＵＥ選択とＢＦウェイトの計算を行っている。
　図９は、参考例に係る地上の固定基地局を介した通信システム（地上システム）における固定基地局９０とサービスエリア（セル）９０Ａ内のＵＥ６１との位置関係を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係るＨＡＰＳ１０を介した通信システム（ＨＡＰＳシステム）におけるＨＡＰＳ１０とサービスエリア（セルのフットプリント）１０Ａ内のＵＥ６１との位置関係を示す説明図である。
　図９の地上システムにおける半径Ｒｃが数ｋｍのサービスエリア９０Ａでは、エリア面積が狭く、エリア内のＵＥが少なく、固定基地局９０とＵＥ６１との距離が近い。そのため、固定基地局９０のアンテナから見たＵＥ間の角度θＵＥが小さく、また、固定基地局９０とＵＥ６１との間の電波の伝搬距離に対してマルチパスによる散乱エリア６１Ａが大きく固定基地局９０のアンテナから見た散乱エリア６１Ａの見込み角度θｐが大きい。従って、地上システムでは、ある一つのＵＥ６１から送信された電波が不特定の方向から到来しやすく、上記ＵＥ選択処理においてＵＥ間の角度θＵＥが大きな複数のＵＥを組み合わせにくい。
　これに対して、図１０のＨＡＰＳシステムにおける半径Ｒｃが数１０ｋｍ～１００ｋｍのサービスエリア９０Ａでは、エリア面積が広く、エリア内のＵＥが多く、ＨＡＰＳ１０とＵＥ６１との距離が遠い。そのため、ＨＡＰＳ１０のアンテナから見たＵＥ間の角度θＵＥが大きいＵＥがエリア内に存在し、また、ＨＡＰＳ１０とＵＥ６１との間の電波の伝搬距離に対してマルチパスによる散乱エリア６１Ａが小さく固定基地局９０のアンテナから見た散乱エリア６１Ａの見込み角度θｐが小さい。従って、ＨＡＰＳシステムでは、ある一つのＵＥ６１から送信された電波が特定の方向から到来し、上記ＵＥ選択処理においてＵＥ間の角度θＵＥが大きな複数のＵＥを組み合わせやすい。
　以上示したように、地上システムと比較したＨＡＰＳシステムの特徴に着目し、参照信号（ＳＲＳ）に基づいて獲得したＣＳＩの直交度の演算を行わずに、以下に示すようにサービスエリア１０Ａ内のＵＥ６１の方向を示す角度情報に基づいてＵＥ選択とＢＦウェイトの計算を行っている。
　図１１は、本実施形態に係るＨＡＰＳ１０のＭＵ－ＭＩＭＯにおけるＵＥ６１の選択及びＢＦウェイトの計算の一例を示すフローチャートである。図１１において、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、まず、サービスエリア１０Ａ内のすべてのＵＥ６１について、ＵＥ６１から受信したＵＥをユニーク識別可能な任意のアップリンク信号に基づいて、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナ１３０を基準にしたＵＥ６１の方向を示す角度（方位角、仰角）を推定する（Ｓ１００）。任意のアップリンク信号からＵＥ６１の角度（方位角、仰角）を推定できるので、前述の参考例とは異なり、参照信号（ＳＲＳ）の送受信に伴うオーバーヘッドがなくなる。また、前述の参考例でＵＥ選択に用いるＣＳＩは周波数に依存するが、本実施形態で推定するＵＥ６１の角度（方位角、仰角）は周波数に依存しないため、ＴＤＤ／ＦＤＤに関係なくＵＥ６１の角度推定が可能である。
　上記ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）の推定方法としては、例えば、ＵＥ６１からのアップリンク信号をもとに角度推定アルゴリズムを適用して、各ＵＥ６１の方位角・仰角を得る方法を用いることができる。また、上記ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）の推定方法は、ＵＥ６１自身の位置情報（例えば、ＧＰＳ位置情報など）を直接ＨＡＰＳ１０側に通知させて、その位置情報から各ＵＥ６１の方位角・仰角を算出する方法であってもよい。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、サービスエリア１０Ａ内のすべてのＵＥ６１について推定した各ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）に基づいて、ＵＥ間の空間相関が低くなるようにＵＥ選択を行う（Ｓ１１０）。角度（方位角、仰角）に基づいてＵＥ選択を行うことにより、前述の参考例におけるＣＳＩに基づくＵＥ選択よりも、演算量を圧倒的に少なくすることができる。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、サービスエリア１０Ａ内のすべてのＵＥ６１について推定した各ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）に基づいて、各ＵＥ６１に対してビームを形成するときにアレーアンテナ１３０の各アンテナ素子に対して適用するＢＦウェイトを計算する（Ｓ１２０）。このＢＦウェイトの計算には、例えば後述のように２種類のＢＦ方式を選択的に用いることができる。第１のＢＦ方式は、各ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）の推定値に応じたビームフォーミング制御（ビームステアリング）を行うようにＢＦウェイトを計算する方式である。この第１のＢＦ方式では、ＣＳＩの復元処理を行わないため、第２のＢＦ方式よりも演算量が少ない。第２のＢＦ方式は、各ＵＥ６１の角度（方位角、仰角）の推定値に基づいてＣＳＩを推定（復元）してビームフォーミング制御（ビームステアリング）を行うようにＢＦウェイトを計算する方式である。この第２のＢＦ方式では、ＣＳＩに基づく一般的なビームフォーミングのアルゴリズムを利用することができる。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、サービスエリア１０Ａ内のＵＥ６１と通信するサービスリンクにおいて、上記ＵＥ選択結果と上記ＢＦウェイトの計算結果とに基づいて、各ＵＥ６１との間でダウンリンクのＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行うことできる（Ｓ１３０）。
　図１２は、図１１における角度推定の一例を示すフローチャートである。図１３は、ＨＡＰＳ１０の位置を基準にした座標系におけるＵＥ６１の方向に対する方位角φ及び仰角θの定義を示す説明図である。なお、図１２では、説明の簡略化のため、ある１つのＵＥ６１を対象とした角度推定処理について示す。
　図１２の角度推定処理において、まず、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、ＵＥ６１を一意に識別可能な情報を含む任意のアップリンク信号を、アレーアンテナ１３０で受信する（Ｓ１０１）。ＵＥ６１から送信された任意のアップリンク信号を利用できるため、前述の参考例で用いたような参照信号（ＳＲＳ）をＵＥ６１に別途要求して受信する必要がない。なお、角度推定の処理の直前に受信したアップリンク信号がある場合は、ステップＳ１０１は省略してもよい。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、任意の電波到来方向推定プログラムを利用して、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナ１３０の位置を基準にしたＵＥ６１の方向を示す方位角φ及び仰角θ（図１３参照）を推定する（Ｓ１０２）。ここで、上空のＨＡＰＳ１０と地上（又は海上）のＵＥ６１との間の距離は十分に遠いため、反射波などの影響は小さく、任意の電波到来方向推定プログラムの基本的なアルゴリズムでも十分な精度で角度（方位角φ、仰角θ）の推定が可能である。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、上記新たに推定したＵＥ６１の角度（方位角φ、仰角θ）の推定値で、メモリ等の記憶部に保存されているＵＥ６１の角度（方位角φ、仰角θ）のデータを更新する（Ｓ１０３）。
　図１４は、図１１における角度情報（方位角、仰角）に基づくＵＥ６１の選択の一例を示すフローチャートである。図１５は、図１４におけるＵＥ６１の選択の一例を示す説明図である。図１６は、図１５において選択された各ＵＥに対する周波数軸上のリソースブロックの割り当て一例を示す説明図である。なお、図１４では、説明の簡略化のため、ある１回のダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信におけるＵＥ選択処理について示す。また、図１５及び図１６は、サービスエリア１０Ａの互いに遠いエリア端部にＵＥ６１（１），６１（２）とＵＥ６１（３），６１（４）とが離れて位置し、ＵＥ６１（１）とＵＥ６１（２）との距離が近く、ＵＥ６１（３）とＵＥ６１（４）との距離が近い場合の例について示している。
　図１４のＵＥ選択処理は次のような基準で行う。サービスエリア１０Ａ内のＵＥ間干渉（ビーム間干渉）を低減して、高いスループットを実現するためには、互いに空間相関の低い複数のＵＥ６１を同一の無線リソース（例えば、同一のＲＢ（リソースブロック））に割り当てるのが一般的である。また、前述のようにＨＡＰＳシステムでは、伝搬距離に対して散乱エリア６１Ａが狭い（ＨＡＰＳ１０から見た散乱エリア６１Ａの広がり角度θｐが小さい）。ここで、ＨＡＰＳ１０のサービスエリア１０Ａの場合、互いに空間相関の低い複数のＵＥ６１とは、図１５に例示するように空間的に離れた複数のＵＥ６１、すなわち、互いに角度情報（方位角φ、仰角θ）が離れた複数のＵＥ６１である。従って、図１６に例示するように角度情報（方位角φ、仰角θ）が離れた複数のＵＥ６１を同一の無線リソース（同一のＲＢ）に割り当てればよい。
　図１４のＵＥ選択処理において、まず、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、サービスエリア１０Ａ内のダウンリンク通信を行うすべてのＵＥ６１の角度情報（方位角φ、仰角θ）を取得する（Ｓ１１１）。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、図１７に例示するように、すべてのＵＥ６１を仰角θについてソートし、Ｎｕ個のグループに分割する（図１４のＳ１１２）。ここで、Ｎｕは、ＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行う際に同一の無線リソース（同一のＲＢ）に割り当てるＵＥ６１の数である。Ｎｕの値は、サービスエリア１０Ａ内のＵＥ６１の分布に応じて変えてもよい。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、図１８に例示するように、各グループ内でＵＥ６１を方位角φについてソートし、仰角－方位角の仮想平面で互いに離れたＵＥ６１を同一の無線リソース（同一のＲＢ）に割り当てる（図１４のＳ１１３）。図１８の例では、Ｎｕが６であり、各グループ内で６個のＵＥを方位角φについてソートし、第ｇグループに方位角φのオフセットδｇを与えて適用し、オフセットδｇを適用した後の仰角－方位角の仮想平面において同じ方位角のグループに属する６個のＵＥ６１を同一の無線リソース（同一のＲＢ）に割り当てる。なお、オフセットδｇの値は、サービスエリア１０Ａ内のＵＥ６１の分布に応じて、仰角のグループごとに変えてもよい。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、各無線リソース（同一のＲＢ）に割り当てたＵＥ６１の選択結果を、後述のＲＢ割り当て処理部に送る（図１４のＳ１１４）。
　図１９は、図１１における角度情報（方位角、仰角）に基づくＢＦウェイトの計算の一例を示すフローチャートである。図２０は、図１９におけるＢＦウェイトの計算に用いられる第１のＢＦ方式の一例を示す説明図である。図２１は、図１９におけるＢＦウェイトの計算に用いられる第２のＢＦ方式の一例を示す説明図である。図２２は、図２１の第２のＢＦ方式の場合のＢＦウェイトの計算におけるモードベクトルの一例を示す説明図である。なお、図１９では、説明の簡略化のため、ある１つの無線リソース（１ＲＢ）を対象とした場合のＢＦウェイトの計算処理について示す。
　図１９において、まず、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、対象のＲＢに割り当てられるすべてのＵＥ６１の角度情報（方位角φ、仰角θ）を取得する（Ｓ１２１）。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、ダウンリンク通信に用いるビームフォーミングの方式（ＢＦ方式）の種類を判断し（図１９のＳ１２２）、第１のＢＦ方式（ＢＦ方式１）の場合は、前記取得した角度情報（方位角φ、仰角θ）に基づいて、図２０に例示するビームステアリングのウェイト（ＢＦウェイト）を計算する（図１９のＳ１２３）。この第１のＢＦ方式（ＢＦ方式１）の場合は、ＢＦウェイトを計算するときの演算量が、次の第２のＢＦ方式（ＢＦ方式２）の場合よりも少ない。なお、この第１のＢＦ方式（ＢＦ方式１）の場合は、ＵＥ間の干渉（ビーム間干渉）などが考慮されない簡易な計算方式であるが、当該ＲＢに割り当てられる複数のＵＥ６１は、前述のように互いに空間相関の低いので、ＵＥ間の干渉（ビーム間干渉）は発生しにくい。
　第２のＢＦ方式（ＢＦ方式２）の場合、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、前記取得した角度情報（方位角φ、仰角θ）に基づいて、各ＵＥ６１のＣＳＩ（ＨＡＰＳ１０とＵＥ６１との間のチャネル状態情報）を推定（復元）し（図１９のＳ１２４）、推定（復元）した各ＵＥ６１のＣＳＩに基づいて、図２１に例示するビームステアリングのウェイト（ＢＦウェイト）を計算する（図１９のＳ１２５）。この第２のＢＦ方式（ＢＦ方式２）の場合は、ＣＳＩの推定結果（復元結果）に基づいてＢＦウェイトを計算しているので、ＢＦウェイトの計算に、ＣＳＩに基づく任意の一般的なＢＦアルゴリズムを利用することができ、また、ビームフォーミングの精度が前述の第１のＢＦ方式（ＢＦ方式１）の場合よりも高く、より高度なビームフォーミング制御が可能となる。例えば、ＢＦアルゴリズムとしてＺｅｒｏ－Ｆｏｒｃｉｎｇを用いた場合、図２１に例示するように各ＵＥに向かうビーム１００Ｂの互いに隣接する部分１０１Ｂの指向性がヌルになって無干渉になり、ＵＥ間干渉がゼロになる。
　次に、ＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０は、各ＵＥ６１とのダウンリンクのＭＵ－ＭＩＭＯ通信に用いるＢＦウェイトの計算結果を、後述のＢＦ乗算部に送る（図１９のＳ１２６）。
　図２２は、図２１の第２のＢＦ方式（ＢＦ方式２）の場合のＢＦウェイトの計算におけるＣＳＩの推定（復元）に用いるモードベクトルの一例を示す説明図である。前述のように、ＨＡＰＳシステムの場合は、電波の伝搬距離Ｄに対してマルチパスによるＵＥ６１の散乱エリア６１Ａが狭く、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナから見た散乱エリア６１Ａの見込み角度θｐが小さい。そのため、例えば図２２に例示するようにＵＥ６１からＨＡＰＳ１０に向かう電波は、直接波とマルチパスの反射波とを区別する必要がなく、反射波を含めて一つの直接波の集合と見なせる。従って、図中のＨＡＰＳ１０のアレーアンテナに対するモードベクトルａ（φ，θ）をＣＳＩとして代用することができる。
　ここで、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナから見たＵＥ６１の方位角及び仰角をそれぞれφ及びθとし、ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の総素子数をＮｔとすると、複数のアンテナ素子に対する１×Ｎｔの要素からなる振幅応答ベクトルｇ（φ，θ）及び位相差応答ベクトルｄ（φ，θ）はそれぞれ次式（１）及び次式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記式（１）中の
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 は、第ｉ番目のアンテナ素子の振幅応答関数であり、上記式（２）中の
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 は、第ｉ番目のアンテナ素子の位相差応答関数である。
　上記式（１）の振幅応答ベクトルｇ（φ，θ）と上記式（２）の位相差応答ベクトルｄ（φ，θ）とを用いて、上記ＣＳＩとして代用できる１×Ｎｔの要素からなるモードベクトルａ（φ，θ）は、次式（３）で計算することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上記式（３）中の
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 は、アダマール積の演算子である。なお、上記式（３）のモードベクトルａ（φ，θ）を計算することで推定（復元）されたＣＳＩには伝搬路損失（パスロス）の影響は含まれない。
　ＨＡＰＳ１０のアレーアンテナ１３０が前述の図５のシリンダー型のアレーアンテナ１３０の場合、上記ＣＳＩに代用できるモードベクトルａ（φ，θ）は次のように計算することができる。
　図２３は、シリンダー型アレーアンテナの場合のＣＳＩの推定（復元）における仮想水平面の座標、アンテナ素子１３０ａの配置及びＵＥ６１の方位角φの一例を示す説明図である。図２３の仮想水平面に沿った水平方向（方位角方向）の位相差応答ベクトルｄＨ（φ）は次式（４）及び次式（５）で表される。式中のＮは仮想水平面におけるアンテナ素子の数（水平素子数）であり、ｒはシリンダー形状のアンテナ基体の半径（アンテナ素子が配置されている円形状の半径）である。式（５）は、仮想水平面における第ｎ番目のアンテナ素子の位相差応答関数である。なお、式（５）において、ｊは虚数単位、πは円周率、λは搬送波の波長を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図２４は、シリンダー型アレーアンテナの場合のＣＳＩの推定（復元）における仮想垂直面の座標、アンテナ素子１３０ａの配置及びＵＥ６１の仰角θの一例を示す説明図である。図２４の仮想垂直面に沿った垂直方向（仰角方向）の位相差応答ベクトルｄＶ（θ）は次式（６）及び次式（７）で表される。式中のＭは仮想垂直面におけるアンテナ素子の数（垂直素子数）であり、ｄはアンテナ素子の間隔（素子間隔）である。式（７）は、仮想垂直面における第ｍ番目のアンテナ素子の位相差応答関数である。なお、式（７）において、ｊは虚数単位、πは円周率、λは搬送波の波長を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
  
　上記仮想水平面における式（４）の位相差応答ベクトルｄＨ（φ）と、上記仮想垂直面における式（６）の位相差応答ベクトルｄＶ（θ）とを用いて、シリンダー型のアレーアンテナを構成するすべてのアンテナ素子に対する位相差応答ベクトルｄ（φ，θ）は、次式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
  
　上記式（８）中の
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
  
はクロネッカー積の演算子である。
　前述の式（１）の振幅応答ベクトルｇ（φ，θ）と上記式（８）の位相差応答ベクトルｄ（φ，θ）とに基づいて、前述の式（３）に示すように、上記ＣＳＩとして代用できるモードベクトルａ（φ，θ）を計算することができる。
　図２５は、実施形態のＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０の主要構成の一例を示すブロック図である。図２５の中継通信局１１０は、基地局タイプの中継通信局の例である。中継通信局１１０は、サービスリンク用アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィーダリンク用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、監視制御部１１６と、電源部１１７と、モデム部１１８と、基地局処理部１１９とを備える。
　サービスリンク用アンテナ部１１１は、地上（又は海上）に向けて放射状のビームを形成するアレーアンテナを有し、ＵＥ６１と通信可能な３次元セル１００Ｃを形成する。送受信部１１２は、サービスリンク用アンテナ部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、サービスリンク用アンテナ部１１１を介して、３次元セル１００Ｃに在圏するＵＥ６１に無線信号を送信したりＵＥ６１から無線信号を受信したりする。
　サービスリンク用アンテナ部１１１及び送受信部１１２は、アレーアンテナ１３０を介して複数のＵＥ６１のそれぞれから、ＵＥ６１を識別可能なアップリンク信号を受信するアップリンク（ＵＬ）受信部としても機能する。
　フィーダリンク用アンテナ部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、フィーダリンク用アンテナ部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、フィーダリンク用アンテナ部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。
　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。
　モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィーダリンク用アンテナ部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、フィーダリンク用アンテナ部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の標準規格又は第５世代などの次世代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機能（例えば、ｅ－ＮｏｄｅＢ、ｇ－ＮｏｄｅＢなどの機能）を有する。
　基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル１００Ｃに在圏するＵＥ６１からサービスリンク用アンテナ部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、サービスリンク用アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル１００ＣのＵＥ６１に送信するベースバンド信号（ＩＱ信号）を生成する。
　図２６は、図２５の中継通信局１１０における基地局処理部１１９の主要構成の一例を示すブロック図である。なお、図２６では、本実施形態に関係する主要構成のみが図示されており、ＵＥ６１との間の通信に必要な他の構成部分については図示を省略されている。
　図２６において、基地局処理部１１９は、ダウンリンク（ＤＬ）送信部１１９０と、送受信切替制御部１１９１と、角度推定処理部１１９２と、ＵＥ選択処理部（ユーザ選択処理部）１１９３と、ＢＦウェイト計算部１１９４と、ＢＦウェイト乗算部１１９５と、ＲＢ割り当て処理部１１９６と、ＯＦＤＭ変調部１１９７とを備える。ＤＬ送信部１１９０は、ＢＦウェイト乗算部１１９５と、ＲＢ割り当て処理部１１９６と、複数のＯＦＤＭ変調部１１９７とを有し、ダウンリンクのＭＵ－ＭＩＭＯ通信における複数のレイヤ（ストリーム）による送信信号処理を行う。
　送受信切替制御部１１９１は、サービスリンク用アンテナ部１１１及び送受信部１１２によってセル１００Ｃ内の各ＵＥ６１から受信された複数のアンテナ素子からのアップリンク信号を、角度推定処理部１１９２に渡す。また、送受信切替制御部１１９１は、ＤＬ送信部１１９０によって同時生成された複数のレイヤ（ストリーム）それぞれの送信信号（ＩＱ信号）を、送受信部１１２に渡す。
　角度推定処理部１１９２は、前述の図１２に例示したように、セル１００Ｃ内のすべてのＵＥ６１のそれぞれから受信したＵＥ識別可能な任意のアップリンク信号に基づいて、アレーアンテナ１３０の位置を基準にした各ＵＥ６１の方向を示す角度情報（方位角φ、仰角θ）を推定する。
　ＵＥ選択処理部（ユーザ選択処理部）１１９３は、前述の図１４に例示したように、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う対象のすべてのＵＥ６１の角度情報（方位角φ、仰角θ）に基づいて、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信に用いる複数の時間・周波数のリソースブロック（ＲＢ）のそれぞれについて、ＲＥに割り当てるＵＥ６１を選択する。各ＲＥに割り当てられたＵＥ６１の選択情報は、ＲＢ割り当て処理部１１９６に送られる。
　ＢＦウェイト計算部１１９４は、前述の図１９に例示したように、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う対象のすべてのＵＥ６１のそれぞれについて、ＵＥ６１の角度情報（方位角φ、仰角θ）に基づいて、各ＵＥの送信信号を送信するときにシンボルに乗算されるビームステアリング（ビームフォーミング制御）のためのＢＦウェイトを計算する。各ＵＥ６１のＢＦウェイトの計算結果は、ＢＦウェイト乗算部１１９５に送られる。
　ＢＦウェイト乗算部１１９５は、ＢＦウェイト計算部１１９４から受けたＢＦウェイトの計算結果に基づいて、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う対象のすべてのＵＥ６１のそれぞれについて、所定数のレイヤ（送信ストリーム）にマッピングされたＵＥ６１に対するシンボルのそれぞれに当該ＵＥ６１に対応するＢＦウェイトを乗算する。
　ＲＢ割り当て処理部１１９６は、ＵＥ選択処理部（ユーザ選択処理部）１１９３から受けたＵＥ（ユーザ）選択情報に基づいて、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う対象のすべてのＵＥ６１のそれぞれについて、上記ＢＦウェイトが乗算されたＵＥ６１のシンボルが当該ＵＥ６１に対応するＲＢに割り当てる。
　複数のＯＦＤＭ変調部１１９７は、ダウンリンクＭＵ－ＭＩＭＯ通信の所定数のレイヤ（送信ストリーム）にマッピングされた複数のシンボルのそれぞれについてＯＦＤＭ変調を行って複数のＩＱ信号を生成し、送受信切替制御部１１９１に出力する。
　以上、本実施形態によれば、上空のＨＡＰＳ１０の中継通信局１１０とセル１００Ｃ内の複数のＵＥ６１との間で、多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ通信を行う場合に、セル１００Ｃに在圏するＵＥ６１の数が増加した場合でもＵＥ６１及び中継通信局１１０におけるオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、セル１００Ｃ全体の通信品質の改善及びシステム容量の拡大を図ることができる。
　なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ１０等の通信中継装置の中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、端末装置（ＵＥ：ユーザ装置、移動局、通信端末）、基地局及び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、中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、基地局、基地局装置、中継通信局装置、端末装置（ＵＥ：ユーザ装置、移動局、通信端末）、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、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・アレー（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）、フラッシュメモリ、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、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。
　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
１０Ａ　　：サービスエリア
６１　　　：端末装置（ＵＥ）
６１Ａ　　：散乱エリア
７０　　　：フィーダ局（ＧＷ局）
７１　　　：アンテナ
８０　　　：移動通信網
１００Ａ　：サービスエリア
１００Ｂ　：ビーム
１００Ｃ　：セル
１００Ｆ　：フットプリント
１１０　　：中継通信局
１１１　　：サービスリンク用アンテナ部
１１２　　：送受信部
１１３　　：フィーダリンク用アンテナ部
１１４　　：送受信部
１１９　　：基地局処理部
１３０　　：アレーアンテナ
１３０ａ　：アンテナ素子
１１９０　：ダウンリンク送信部
１１９１　：送受信切替制御部
１１９２　：角度推定処理部
１１９４　：ＢＦウェイト計算部
１１９５　：ＢＦウェイト乗算部
１１９６　：当て処理部
１１９７　：ＯＦＤＭ変調部

Claims (8)

  1. 　地上又は海上に向けてセルを形成し、前記セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う上空滞在型の通信中継装置であって、
    　前記複数の端末装置と間のサービスリンクの無線通信を行うセルを形成する複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
    　前記アレーアンテナを介して前記複数の端末装置のそれぞれから、前記端末装置を識別可能なアップリンク信号を受信するアップリンク受信部と、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向を示す角度情報を推定する角度推定処理部と、
    　前記複数の端末装置の前記角度情報の推定結果に基づいて、前記角度が離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように、前記サービスリンクのダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択する選択処理部と、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報の推定結果に基づいて、前記アレーアンテナによる前記端末装置に対するダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算するウェイト計算部と、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記端末装置に対応する前記ビームフォーミングのウェイトと前記端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、前記アレーアンテナを介して前記端末装置にダウンリンク信号を送信するダウンリンク送信部と、
    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、
    　前記角度情報は、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向の方位角及び仰角であり、
    　前記ウェイト計算部は、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に応じて前記ビームフォーミングのウェイトを計算する、ことを特徴とする通信中継装置。
  3. 　請求項１の通信中継装置において、
    　前記角度情報は、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向の方位角及び仰角であり、
    　前記ウェイト計算部は、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に基づいて前記端末装置と前記通信中継装置との間のチャネル状態情報又はそれに相当する情報を推定し、その推定結果に基づいて前記ビームフォーミングのウェイトを計算する、ことを特徴とする通信中継装置。
  4. 　請求項１の通信中継装置において、
    　前記選択処理部は、
    　　前記セルに在圏する複数の端末装置を前記仰角について並べ替えて複数の仰角グループに分割し、
    　　前記複数の仰角グループのそれぞれについて、前記仰角グループに属する複数の端末装置を前記方位角について並べ替え、
    　　前記仰角及び前記方位角を互いに交差する座標軸とする仮想平面上で互いに離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように前記端末装置の選択を行い、
    　前記ウェイト計算部は、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に応じて前記ビームフォーミングのウェイトを計算する、ことを特徴とする通信中継装置。
  5. 　請求項１の通信中継装置において、
    　前記選択処理部は、
    　　前記セルに在圏する複数の端末装置を前記仰角について並べ替えて複数の仰角グループに分割し、
    　　前記複数の仰角グループのそれぞれについて、前記仰角グループに属する複数の端末装置を前記方位角について並べ替え、
    　　前記仰角及び前記方位角を互いに交差する座標軸とする仮想平面上で互いに離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように前記端末装置の選択を行い、
    　前記ウェイト計算部は、前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報に基づいて前記端末装置と前記通信中継装置との間のチャネル状態情報又はそれに相当する情報を推定し、その推定結果に基づいて前記ビームフォーミングのウェイトを計算する、ことを特徴とする通信中継装置。
  6. 　請求項３又は５の通信中継装置において、
    　前記アレーアンテナの複数のアンテナ素子の振幅応答ベクトルと前記複数のアンテナ素子のアンテナ素子間の位相差ベクトルとのアダマール積からなるモードベクトルを、前記チャネル状態情報として代用する、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と、前記通信中継装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う端末装置と、を備えることを特徴とするシステム。
  8. 　地上又は海上に向けてセルを形成し、前記セルに在圏する複数の端末装置との間でＭＵ－ＭＩＭＯの無線通信を行う上空滞在型の通信中継装置に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムであって、
    　前記複数の端末装置と間のサービスリンクの無線通信を行うセルを形成する複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを介して前記複数の端末装置のそれぞれから、前記端末装置を識別可能なアップリンク信号を受信するためのプログラムコードと、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記アレーアンテナの位置を基準にした前記端末装置の方向を示す角度情報を推定するためのプログラムコードと、
    　前記複数の端末装置の前記角度情報の推定結果に基づいて、前記角度が離れた複数の端末装置に同一の無線リソースが割り当てられるように、前記サービスリンクのダウンリンクに用いられる複数の無線リソースのそれぞれに割り当てる端末装置を選択するためのプログラムコードと、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記角度情報の推定結果に基づいて、前記アレーアンテナによる前記端末装置に対するダウンリンクのビームフォーミングのウェイトを計算するためのプログラムコードと、
    　前記複数の端末装置のそれぞれについて、前記端末装置に対応する前記ビームフォーミングのウェイトと前記端末装置に割り当てられた無線リソースとに基づいて、前記アレーアンテナを介して前記端末装置にダウンリンク信号を送信するためのプログラムコードと、
    を含むことを特徴とするプログラム。
PCT/JP2022/000757 2021-02-12 2022-01-12 ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ WO2022172675A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/264,778 US20240056136A1 (en) 2021-02-12 2022-01-12 Massive mimo for haps based on angle information on user apparatus
EP22752508.6A EP4293928A4 (en) 2021-02-12 2022-01-12 MASSIVE MIMO FOR HAPS BASED ON ANGLE INFORMATION FROM A USER DEVICE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021021330A JP7463309B2 (ja) 2021-02-12 2021-02-12 ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ
JP2021-021330 2021-02-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022172675A1 true WO2022172675A1 (ja) 2022-08-18

Family

ID=82837789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/000757 WO2022172675A1 (ja) 2021-02-12 2022-01-12 ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240056136A1 (ja)
EP (1) EP4293928A4 (ja)
JP (1) JP7463309B2 (ja)
WO (1) WO2022172675A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006041562A (ja) * 1999-11-18 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基地局装置及び無線受信方法
JP2013042340A (ja) * 2011-08-15 2013-02-28 Ntt Docomo Inc 無線通信システム、無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法
JP2014027608A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Ntt Docomo Inc 基地局装置、ユーザ端末、通信システム及び通信制御方法
US20160046387A1 (en) 2014-08-18 2016-02-18 Sunlight Photonics Inc. Methods and apparatus for a distributed airborne wireless communications fleet
JP2017184000A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ソニー株式会社 通信装置、通信方法及びプログラム
JP2020036100A (ja) * 2018-08-27 2020-03-05 Ｈａｐｓモバイル株式会社 Ｈａｐｓにおけるフィーダリンク通信方式

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518961B (zh) * 2019-08-29 2020-12-11 东南大学 大规模mimo卫星移动通信方法及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006041562A (ja) * 1999-11-18 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基地局装置及び無線受信方法
JP2013042340A (ja) * 2011-08-15 2013-02-28 Ntt Docomo Inc 無線通信システム、無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法
JP2014027608A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Ntt Docomo Inc 基地局装置、ユーザ端末、通信システム及び通信制御方法
US20160046387A1 (en) 2014-08-18 2016-02-18 Sunlight Photonics Inc. Methods and apparatus for a distributed airborne wireless communications fleet
JP2017184000A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ソニー株式会社 通信装置、通信方法及びプログラム
JP2020036100A (ja) * 2018-08-27 2020-03-05 Ｈａｐｓモバイル株式会社 Ｈａｐｓにおけるフィーダリンク通信方式

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4293928A4
Z LIANL JIANGC HED HE: "User grouping and beamforming for HAP massive MIMO systems based on statistical-Eigenmode", IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS, vol. 8, no. 3, June 2019 (2019-06-01), pages 961 - 964, XP011731035, DOI: 10.1109/LWC.2019.2902140

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022123789A (ja) 2022-08-24
EP4293928A4 (en) 2024-08-14
US20240056136A1 (en) 2024-02-15
EP4293928A1 (en) 2023-12-20
JP7463309B2 (ja) 2024-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6898258B2 (ja) 通信システム及び無線中継装置
JP6855421B2 (ja) 通信中継装置
US11133858B2 (en) Feeder link communication system of HAPS
WO2021084777A1 (ja) Ｈａｐｓのマルチフィーダリンクにおけるスペクトル拡散パイロット信号を用いた伝搬路応答測定及び干渉キャンセリング
WO2022224655A1 (ja) 通信中継装置、システム及びプログラム
WO2020195294A1 (ja) 複数ゲートウェイｈａｐｓシステムにおけるフィーダリンク送信帯域の固定分割による干渉キャンセリング
JP7244302B2 (ja) Ｈａｐｓマルチフィーダリンクにおける干渉キャンセリング
JP7084512B1 (ja) 通信中継装置、システム、干渉抑圧方法及びプログラム
JP7059232B2 (ja) Ｈａｐｓマルチフィーダリンクにおけるリバースリンク干渉キャンセリング
WO2022172675A1 (ja) ユーザ装置の角度情報に基づくＨＡＰＳ向けＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ
JP7073296B2 (ja) 複数ゲートウェイｈａｐｓシステムにおけるフィーダリンク送信帯域の可変分割による干渉キャンセリング
JP7534460B1 (ja) 広域セル基地局及び地上セル基地局を備えるシステム
WO2022176441A1 (ja) Ｈａｐｓの移動及び旋回を考慮した特定チャネルに限定したフットプリント固定制御
JP7572491B2 (ja) 広域セル基地局及び地上セル基地局を備えるシステム
JP7108737B1 (ja) 通信中継装置、遠隔制御装置、システム、エリア制御方法及びプログラム
WO2024203298A1 (ja) 広域セル基地局及び地上セル基地局を備えるシステム
JP7572509B1 (ja) 通信を中継するシステム
WO2022019125A1 (ja) Ｈａｐｓのマルチフィーダリンクにおけるアンテナ切り替え時の処理遅延における干渉低減性能低下の緩和
JP7499903B1 (ja) 広域セル基地局、システム、並びに、アンテナ指向性のヌルを形成する方法及びプログラム
JP7089558B2 (ja) Ｈａｐｓのマルチフィーダリンクにおけるｈａｐｓ搭載アンテナ位置変更による動的な伝搬空間相関の改善

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22752508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18264778

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022752508

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022752508

Country of ref document: EP

Effective date: 20230912