WO2023084719A1 - 通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム - Google Patents

Abstract

通信制御装置３は、地上基地局１１１または非地上基地局１３１と通信して当該基地局１１１、１３１が提供する地上通信セル１１２または非地上通信セル１３２を拡張可能な中継局ＲＮの移動に関する移動情報を取得する移動情報取得部３１と、移動情報に基づいて、移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき通信セル１１２、１３２を選択する拡張セル選択部３３と、選択された通信セル１１２、１３２を提供する基地局１１１、１３１に中継局ＲＮを接続する接続制御部３５と、を備える。中継局ＲＮは、移動可能な自動車Ｖに取り付けられる（図３）。

Description

通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム

　本発明は、無線通信システムにおける通信制御技術に関する。

　スマートフォンやIoT（Internet of Things）デバイスに代表される無線通信デバイスの数、種類、用途は増加の一途を辿っており、無線通信規格の拡張や改善が続けられている。例えば「5G」として知られる第５世代移動通信システムの商用サービスは2018年に開始したが、現在も3GPP（Third Generation Partnership Project）で規格策定が進められている。また、5Gに続く次世代の無線通信規格としての「6G」または第６世代移動通信システムの規格策定に向けた取り組みも始まっている。

　スマートフォンや携帯電話等の携帯通信機器（以下では通信機と総称する）向けの移動通信（以下ではモバイル通信ともいう）ネットワークは、地上に設置される基地局（以下では地上基地局ともいう）が提供する通信セル（以下では地上通信セルともいう）によって構築されるのが一般的であった。しかし、地上通信セル外ではモバイル通信ができず、地上通信セル内であっても時間や場所によってはモバイル通信の品質が低下してしまうという問題があった。

　このような問題を解決するために、地上基地局と通信して地上通信セルを拡張可能な中継局が用いられる。中継局の近傍にいる通信機は、地上基地局と直接的に通信できない場合であっても、中継局を介して地上基地局と間接的に通信できる。すなわち、中継局は地上基地局と通信機の間で通信電波を中継する。

特開２００６－３５２８９４号公報

　従来の中継局の多くは地上の所定位置に固定的に設置されているため、無線通信システムの構成を柔軟に変えるのが困難であった。そこで、中継局を移動可能とすることも考えられるが、移動中の中継局は地上に配置されている多くの通信セルを通過するため、拡張する必要性の高い通信セルが拡張されずに拡張する必要性の低い通信セルが拡張されてしまう可能性がある。

　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動中の中継局が適切な通信セルを拡張できる通信制御装置等を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の通信制御装置は、基地局と通信して当該基地局が提供する通信セルを拡張可能な中継局の移動に関する移動情報を取得する移動情報取得部と、移動情報に基づいて、移動中の中継局に拡張させるべき通信セルを選択する拡張セル選択部と、選択された通信セルを提供する基地局に中継局を接続する接続制御部と、を備える。

　この態様では、中継局の移動情報に基づいて拡張させるべき通信セルが選択されるため、移動中の中継局が適切な通信セルを拡張できる。

　本発明の別の態様は、通信制御方法である。この方法は、基地局と通信して当該基地局が提供する通信セルを拡張可能な中継局の移動に関する移動情報を取得する移動情報取得ステップと、移動情報に基づいて、移動中の中継局に拡張させるべき通信セルを選択する拡張セル選択ステップと、選択された通信セルを提供する基地局に中継局を接続する接続制御ステップと、を備える。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

　本発明によれば、移動中の中継局が適切な通信セルを拡張できる。

通信制御装置が適用される無線通信システムの概要を模式的に示す。 中継局制御の概要を模式的に示す。 通信制御装置の機能ブロック図である。

　図１は、本発明の実施形態に係る通信制御装置が適用される無線通信システム１の概要を模式的に示す。無線通信システム１は、無線アクセス技術（RAT: Radio Access Technology）としてNR（New Radio）または5G NR（Fifth Generation New Radio）を使用し、コアネットワーク（ＣＮ：Core Network）として5GC（Fifth Generation Core）を使用する第５世代移動通信システム（5G）に準拠する５Ｇ無線通信システム１１と、無線アクセス技術としてLTE（Long Term Evolution）やLTE-Advancedを使用し、コアネットワークとしてEPC（Evolved Packet Core）を使用する第４世代移動通信システム（4G）に準拠する４Ｇ無線通信システム１２と、通信衛星１３１を介した衛星通信を担う衛星通信システム１３を含む。図示は省略するが、無線通信システム１は、4Gより前の世代の無線通信システムを含んでもよいし、5Gより後の世代（6G等）の無線通信システムを含んでもよいし、Wi-Fi（登録商標）等の世代と関係づけられない任意の無線通信システムを含んでもよい。

　５Ｇ無線通信システム１１は、地上に設置されてUE（User Equipment）とも呼ばれるスマートフォン等の通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ（以下では通信機２と総称することがある）と5G NRによって通信可能な複数の５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ（以下では５Ｇ基地局１１１と総称することがある）を含む。5Gにおける基地局１１１はgNodeB（gNB）とも呼ばれる。各５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃの通信可能範囲またはサポート範囲はセルと呼ばれ、それぞれ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ（以下では５Ｇセル１１２と総称することがある）として図示される。

　各５Ｇ基地局１１１の５Ｇセル１１２の大きさは任意であるが、典型的には半径数メートルから数十キロメートルである。確立した定義はないものの、半径数メートルから十メートルのセルはフェムトセルと呼ばれ、半径十メートルから数十メートルのセルはピコセルと呼ばれ、半径数十メートルから数百メートルのセルはマイクロセルと呼ばれ、半径数１００メートルを超えるセルはマクロセルと呼ばれることがある。5Gではミリ波等の高い周波数の電波が使用されることも多く、直進性の高さ故に電波が障害物に遮られて通信可能距離が短くなる。このため、5Gでは4G以前の世代に比べて小さいセルが多用される傾向がある。

　通信機２は、複数の５Ｇセル１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの少なくとも一つの内部にあれば、5G通信を行える。図示の例では、５Ｇセル１１２Ａおよび１１２Ｂ内にある通信機２Ｂは、５Ｇ基地局１１１Ａおよび１１１Ｂのいずれとも5G NRによって通信可能である。また、５Ｇセル１１２Ｃ内にある通信機２Ｃは、５Ｇ基地局１１１Ｃと5G NRによって通信可能である。通信機２Ａおよび２Ｄは、全ての５Ｇセル１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの外にあるため、5G NRによる通信ができない状態にある。各通信機２と各５Ｇ基地局１１１の間の5G NRによる5G通信は、コアネットワークである5GCによって管理される。例えば、5GCは、各５Ｇ基地局１１１との間のデータの授受、EPC、衛星通信システム１３、インターネット等の外部ネットワークとの間のデータの授受、通信機２の移動管理等を行う。

　４Ｇ無線通信システム１２は、地上に設置されて通信機２とLTEやLTE-Advancedによって通信可能な複数の４Ｇ基地局１２１（図１では一つのみを示す）を含む。4Gにおける基地局１２１はeNodeB（eNB）とも呼ばれる。各５Ｇ基地局１１１と同様に、各４Ｇ基地局１２１の通信可能範囲またはサポート範囲もセルと呼ばれ１２２として図示される。

　通信機２は４Ｇセル１２２の内部にあれば4G通信を行える。図示の例では、４Ｇセル１２２内にある通信機２Ａおよび２Ｂは、４Ｇ基地局１２１とLTEやLTE-Advancedによって通信可能である。通信機２Ｃおよび２Ｄは、４Ｇセル１２２の外にあるため、LTEやLTE-Advancedによる通信ができない状態にある。各通信機２と各４Ｇ基地局１２１の間のLTEやLTE-Advancedによる4G通信は、コアネットワークであるEPCによって管理される。例えば、EPCは、各４Ｇ基地局１２１との間のデータの授受、5GC、衛星通信システム１３、インターネット等の外部ネットワークとの間のデータの授受、通信機２の移動管理等を行う。

　各通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに着目すると、図示の例では、通信機２Ａは４Ｇ基地局１２１との4G通信が可能な状態にあり、通信機２Ｂは５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂとの5G通信および４Ｇ基地局１２１との4G通信が可能な状態にあり、通信機２Ｃは５Ｇ基地局１１１Ｃとの5G通信が可能な状態にある。通信機２Ｂのように通信可能な基地局（１１１Ａ、１１１Ｂ、１２１）が複数ある場合は、コアネットワークである5GCおよび／またはEPCによる管理の下、通信品質等の観点で最適と判断された一つの基地局が選択されて通信機２Ｂとの通信を行う。また、通信機２Ｄはいずれの５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１とも通信が可能な状態にないため、次に説明する衛星通信システム１３による通信を行う。

　衛星通信システム１３は、地表から500km～700km程度の高さの低軌道の宇宙空間を飛行する低軌道衛星としての通信衛星１３１を非地上基地局として用いる無線通信システムである。５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１と同様に、通信衛星１３１の通信可能範囲またはサポート範囲もセルと呼ばれ１３２として図示される。このように、非地上基地局としての通信衛星１３１は、非地上通信セルとしての衛星通信セル１３２を地上に提供する。地上の通信機２は衛星通信セル１３２の内部にあれば衛星通信を行える。５Ｇ無線通信システム１１における５Ｇ基地局１１１および４Ｇ無線通信システム１２における４Ｇ基地局１２１と同様に、衛星通信システム１３における基地局としての通信衛星１３１は、衛星通信セル１３２内の通信機２と直接的にまたは航空機等を介して間接的に無線通信可能である。通信衛星１３１が衛星通信セル１３２内の通信機２との無線通信に使用する無線アクセス技術は、５Ｇ基地局１１１と同じ5G NRでもよいし、４Ｇ基地局１２１と同じLTEやLTE-Advancedでもよいし、通信機２が使用可能な任意の他の無線アクセス技術でもよい。このため、通信機２には衛星通信のための特別な機能や部品を設けなくてもよい。

　衛星通信システム１３は、地上に設置されて通信衛星１３１と通信可能な地上局としてのゲートウェイ１３３を備える。ゲートウェイ１３３は、通信衛星１３１と通信するための衛星アンテナを備え、地上系ネットワーク（ＴＮ：Terrestrial Network）を構成する地上基地局としての５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１と接続されている。このように、ゲートウェイ１３３は、非地上基地局または衛星基地局としての通信衛星１３１によって構成される非地上系ネットワーク（ＮＴＮ：Non-Terrestrial Network）と地上基地局１１１、１２１によって構成されるＴＮを相互通信可能に接続する。通信衛星１３１が5G NRによって衛星通信セル１３２内の通信機２と5G通信する場合は、ゲートウェイ１３３およびＴＮにおける５Ｇ基地局１１１（または５Ｇ無線アクセスネットワーク）を介して接続される5GCをコアネットワークとして利用し、通信衛星１３１がLTEやLTE-Advancedによって衛星通信セル１３２内の通信機２と4G通信する場合は、ゲートウェイ１３３およびＴＮにおける４Ｇ基地局１２１（または４Ｇ無線アクセスネットワーク）を介して接続されるEPCをコアネットワークとして利用する。このように、ゲートウェイ１３３を介して5G通信、4G通信、衛星通信等の異なる無線通信システムの間で適切な連携が取られる。

　通信衛星１３１による衛星通信は、主に、５Ｇ基地局１１１や４Ｇ基地局１２１等の地上基地局が設けられないまたは少ない地域をカバーするために利用される。図示の例では、全ての地上基地局の通信セル外にいる通信機２Ｄが通信衛星１３１と通信する。一方、いずれかの地上基地局と良好に通信できる状態にある通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃも、衛星通信セル１３２内にいるため通信衛星１３１と通信可能ではあるが、原則として衛星基地局としての通信衛星１３１ではなく地上基地局と通信を行うことで、通信衛星１３１の限られた通信リソース（電力を含む）が通信機２Ｄ等のために節約される。通信衛星１３１は、ビームフォーミングによって通信電波を衛星通信セル１３２内の通信機２Ｄに向けることで、通信機２Ｄとの通信品質を向上させる。

　衛星基地局としての通信衛星１３１の衛星通信セル１３２の大きさは、通信衛星１３１が発するビームの本数に応じて任意に設定することができ、例えば、最大2,800本のビームを組み合わせることで直径約24kmの衛星通信セル１３２を形成できる。図示されるように、衛星通信セル１３２は、典型的には５Ｇセル１１２や４Ｇセル１２２等の地上通信セルより大きく、その内部に一または複数の５Ｇセル１１２および／または４Ｇセル１２２を含みうる。なお、以上では飛行する非地上基地局として、地表から500km～700km程度の高さの低軌道の宇宙空間を飛行する通信衛星１３１を例示したが、より高い静止軌道等の高軌道の宇宙空間を飛行する通信衛星や、より低い（例えば地表から20km程度）成層圏等の大気圏を飛行する無人または有人の航空機を非地上基地局として、通信衛星１３１に加えてまたは代えて使用してもよい。

　以上のように、本実施形態に係る無線通信システム１は、地上に設置される地上基地局１１１、１２１が地上に提供する地上通信セル１１２、１２２内の通信機２と通信可能な地上系ネットワーク（ＴＮ）１１、１２、および、飛行する非地上基地局１３１が地上に提供する非地上通信セル１３２内の通信機２と通信可能な非地上系ネットワーク（ＮＴＮ）１３を含む。そして、本実施形態に係る通信制御装置は、ＴＮおよびＮＴＮが併存する無線通信システム１において、任意の地上通信セルおよび／または非地上通信セルを拡張する移動可能な中継局を制御する。

　図２は、本実施形態に係る中継局制御の概要を模式的に示す。この例では、中継局ＲＮ（Relay NodeまたはRelay Station）が、移動可能な移動体としての自動車Ｖに取り付けられる。なお、移動体の他の例は、電車、自動二輪車、自転車、飛行機、船等の他の任意の乗り物や、移動する人や物を含み、中継局ＲＮはこれらの移動体に取り付けられてもよい。また、これらの移動体は、予め定められた移動経路に沿って移動してもよいし、任意の移動経路に沿って移動してもよい。図２の例では、中継局ＲＮが取り付けられた自動車Ｖが、任意の移動経路ＲＴに沿って地上を移動する。地上には、地上基地局１１１、１２１が提供する五つの地上通信セル１１２、１２２（図２では「TN Cell TN1」～「TN Cell TN5」と示される）と、非地上基地局１３１が提供する一つの非地上通信セル１３２（図２では「NTN Cell NTN1」と示される）が存在する。

　中継局ＲＮは、地上基地局１１１、１２１および／または非地上基地局１３１と通信して、当該基地局が提供する地上通信セル１１２、１２２および／または非地上通信セル１３２を拡張できる。ここで「通信セルの拡張」とは、既存の通信セルがカバーするエリアを拡張することだけでなく、既存の通信セルの少なくとも一部の通信品質を向上させることも含む。更に「通信セルがカバーするエリアの拡張」とは、既存の通信セルの水平面内の面積を拡大することだけでなく、既存の通信セルを鉛直方向、例えば地下や建物の上方および／または下方の階に拡張することも含む。また、基地局間のバックホールを利用して一の基地局を他の基地局に対する中継局として機能させるＩＡＢ（Integrated Access and Backhaul）という技術が知られており、この場合の一の基地局を本実施形態の中継局ＲＮとして利用してもよい。なお、中継局ＲＮは、中継局として機能しうる通信機２、例えばいわゆるテザリング機能やパーソナルホットスポット機能を備える通信機２でもよい。無線LANアクセスポイントとして機能することが一般的なこのような通信機２が中継局ＲＮとして使用される場合、拡張元の基地局（例えば５Ｇ基地局１１１）が使用するRAT（例えば5G NR）と拡張先の中継局ＲＮが使用するRATは異なる。

　中継局ＲＮが取り付けられた自動車Ｖが多数の通信セル（TN1～TN5、NTN1等）が存在する地上を移動する際、移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき一または複数の通信セルを適切に選択する必要がある。図２の例では、自動車Ｖと共に移動経路ＲＴに沿って移動する中継局ＲＮが、始めに第１地上通信セルＴＮ１を拡張対象セルとして選択して第１地上拡張セルＴＮ１＋を提供し、次に第３地上通信セルＴＮ３を拡張対象セルとして選択して第３地上拡張セルＴＮ３＋を提供し、終わりに第１非地上通信セルＮＴＮ１を拡張対象セルとして選択して第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋を提供する。

　第１地上拡張セルＴＮ１＋内（第１地上通信セルＴＮ１外）の通信機２は、第１地上通信セルＴＮ１を提供する地上基地局１１１、１２１と中継局ＲＮを介して間接的に通信でき、第３地上拡張セルＴＮ３＋内（第３地上通信セルＴＮ３外）の通信機２は、第３地上通信セルＴＮ３を提供する地上基地局１１１、１２１と中継局ＲＮを介して間接的に通信でき、第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋内（第１非地上通信セルＮＴＮ１外）の通信機２は、第１非地上通信セルＮＴＮ１を提供する非地上基地局１３１と中継局ＲＮを介して間接的に通信できる。

　なお、図２の例において、中継局ＲＮが取り付けられた自動車Ｖの移動経路ＲＴから離れている第２地上通信セルＴＮ２や第５地上通信セルＴＮ５は、中継局ＲＮによる拡張対象セルとして選択されない。また、第４地上通信セルＴＮ４は移動経路ＲＴに近接しているが、第４地上通信セルＴＮ４を拡張するよりも第１非地上通信セルＮＴＮ１を拡張した方が広い通信可能領域（ＮＴＮ１＋）を提供できるため、第１非地上通信セルＮＴＮ１が中継局ＲＮによる拡張対象セルとして優先的に選択され、第４地上通信セルＴＮ４は中継局ＲＮによる拡張対象セルとして選択されない。

　以上のように、自動車Ｖに取り付けられて移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき通信セルは、移動経路ＲＴ等の自動車Ｖの移動情報や、移動経路ＲＴに対する複数の通信セルの配置等のセル情報に応じて選択される。

　図３は、本実施形態に係る通信制御装置３の機能ブロック図である。通信制御装置３は、移動情報取得部３１と、活動履歴情報収集部３２と、拡張セル選択部３３と、セル情報取得部３４と、接続制御部３５を備える。これらの機能ブロックは、コンピュータの中央演算処理装置、メモリ、入力装置、出力装置、コンピュータに接続される周辺機器等のハードウェア資源と、それらを用いて実行されるソフトウェアの協働により実現される。コンピュータの種類や設置場所は問わず、上記の各機能ブロックは、単一のコンピュータのハードウェア資源で実現してもよいし、複数のコンピュータに分散したハードウェア資源を組み合わせて実現してもよい。特に本実施形態では、通信制御装置３の機能ブロックの一部または全部を、中継局ＲＮ、自動車Ｖ、通信機２、地上基地局１１１、１２１、非地上基地局１３１、ゲートウェイ１３３、コアネットワークＣＮに設けられるコンピュータやプロセッサで分散的または集中的に実現してもよい（図３では便宜上これら全てを別体として示している）。

　移動情報取得部３１は、自動車Ｖに取り付けられた中継局ＲＮの移動に関する移動情報を取得する。移動情報は、自動車Ｖまたは中継局ＲＮの移動経路ＲＴ、当該移動経路ＲＴ上の各位置への自動車Ｖまたは中継局ＲＮの到着時刻、当該移動経路ＲＴ上の渋滞状況、自動車Ｖまたは中継局ＲＮの移動速度、自動車Ｖまたは中継局ＲＮの移動方向、自動車Ｖまたは中継局ＲＮの現在位置の少なくともいずれかを含む。これらの移動情報の一部または全部は、自動車Ｖまたは中継局ＲＮ自体や、自動車Ｖに乗車している人が使用している通信機２、自動車Ｖに対して遠隔から移動指示を与える移動指示装置（不図示）等から取得できる。例えば、移動経路ＲＴ、当該移動経路ＲＴ上の各位置への到着時刻、当該移動経路ＲＴ上の渋滞状況は、自動車Ｖ、中継局ＲＮ、通信機２、移動指示装置等にインストールされた地図アプリケーションやナビゲーションアプリケーションから取得できる。また、移動速度、移動方向、現在位置は、自動車Ｖ、中継局ＲＮ、通信機２等に搭載されたGPSモジュール等の測位モジュールから取得できる。

　移動情報取得部３１は、活動履歴情報収集部３２が収集した活動履歴情報に基づいて、自動車Ｖに取り付けられた中継局ＲＮの移動情報の一部または全部を推定してもよい。活動履歴情報収集部３２は、地上基地局１１１、１２１および／または非地上基地局１３１と中継局ＲＮを介さずに直接的におよび／または中継局ＲＮを介して間接的に通信可能な一または複数の特定または不特定の通信機２、移動情報の推定対象の中継局ＲＮまたは自動車Ｖ、他の中継局ＲＮまたは自動車Ｖの少なくともいずれかの活動履歴情報を収集する。なお、活動履歴情報収集部３２で収集される活動履歴情報は、後述する拡張セル選択部３３でも利用される。

　例えば、5GのコアネットワークＣＮとしての5GCに導入されたNWDAF（Network Data Analytics Function）やLMF（Location Management Function）を活動履歴情報収集部３２として利用できる。NWDAFは、5Gを含むネットワーク上のデータの収集と分析を担う。具体的には、NWDAFは、ネットワークに接続された多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖがネットワーク上で行った各種の活動に関する活動履歴情報（通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの接続先の基地局や、通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの位置に関する履歴情報を含む）を収集および蓄積し、それらの分析結果を例えばネットワーク上のトラフィック制御に活用する。LMFは、5Gを含むネットワーク上の多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの物理的な位置を管理する。なお、5Gより後の世代の無線通信システムを含む他の無線通信システムにおいて、NWDAFおよび／またはLMFと同様の機能が異なる名称で提供されることも想定されるが、本実施形態ではそのような類似機能をNWDAFおよび／またはLMFに代えてまたは加えて利用してもよい。

　また、ネットワークに接続された多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖに対して、地図サービス、ナビゲーションサービス、位置追跡サービス等を提供するサービス事業者が使用するサーバも、活動履歴情報収集部３２として利用できる。これらのサーバでも、ネットワークに接続された多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖが提供されるサービスに関連して行った各種の活動に関する活動履歴情報（通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの位置に関する履歴情報を含む）を収集できる。

　活動履歴情報収集部３２としてのNWDAF、LMF、サービス事業者のサーバからは、ネットワークに接続された不特定多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖのネットワーク上の活動に関する統計情報（接続先の基地局に関する統計情報を含む）および/または物理的位置に関する履歴情報が取得可能である。図３の例では、自動車Ｖが現在の時刻に通行している第４地上通信セルＴＮ４と第１非地上通信セルＮＴＮ１の間の領域や、移動経路ＲＴ上で自動車Ｖが未来の時刻に到着または通行する領域における各時間帯の混雑状況や通信トラフィック等の活動履歴情報を、移動情報取得部３１および／または拡張セル選択部３３が取得する。

　これらの不特定多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの各時間帯の活動履歴情報（ネットワーク上のおよび／または物理的な混雑情報や渋滞情報を含む）に基づいて、移動情報取得部３１は、通信制御装置３による通信制御対象である中継局ＲＮまたは自動車Ｖの現在または未来の時刻における位置や移動状態を高精度に推定でき、拡張セル選択部３３は、通信需要が高いにも関わらず通信リソースが不足している等の領域を特定して、当該領域を効果的にカバーできる拡張セル（例えば第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋）を提供可能な通信セル（例えば第１非地上通信セルＮＴＮ１）を中継局ＲＮによる拡張対象セルとして選択できる。

　例えば、移動情報取得部３１が中継局ＲＮまたは自動車Ｖの移動情報を推定する現在または未来の時間帯において、中継局ＲＮまたは自動車Ｖがいる可能性のある複数の領域のうち、特定の領域における過去の通信トラフィック量や通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの数が顕著に多かった場合、当該領域に推定対象の中継局ＲＮまたは自動車Ｖがいる可能性が高いと推定できる。同様に、拡張セル選択部３３が中継局ＲＮによる拡張対象セルを選択する現在または未来の時間帯において、中継局ＲＮが拡張セルを提供可能な複数の通信セル（例えば、第４地上通信セルＴＮ４および第１非地上通信セルＮＴＮ１）のうち、特定の通信セルにおける過去の通信トラフィック量や通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖの数が顕著に多かった場合、当該通信セルを拡張対象セルとして選択できる。

　活動履歴情報収集部３２としてのNWDAF、LMF、サービス事業者のサーバからは、不特定多数の通信機２、中継局ＲＮ、自動車Ｖに限らず、推定対象または通信制御対象の中継局ＲＮまたは自動車Ｖ自体のネットワーク上の活動に関する統計情報（接続先の基地局に関する統計情報を含む）および/または物理的位置に関する履歴情報も取得可能である。これらの中継局ＲＮまたは自動車Ｖ自体の各時間帯の活動履歴情報に基づいて、移動情報取得部３１は、当該中継局ＲＮまたは自動車Ｖの現在または未来の時刻における位置や移動状態を高精度に推定でき、拡張セル選択部３３は、当該中継局ＲＮが過去に拡張した通信セルの履歴を参照して適切な拡張対象セルを選択できる。

　例えば、移動情報取得部３１が中継局ＲＮまたは自動車Ｖの移動情報を推定する現在または未来の時間帯において、当該中継局ＲＮまたは自動車Ｖが特定の領域にいた頻度が高かった場合、当該領域に推定対象の中継局ＲＮまたは自動車Ｖがいる可能性が極めて高いと推定できる。同様に、拡張セル選択部３３が中継局ＲＮによる拡張対象セルを選択する現在または未来の時間帯において、当該中継局ＲＮが特定の通信セルを拡張した頻度が高かった場合、当該通信セルを拡張対象セルとして優先的に選択できる。

　また、以上のような過去の別日の活動履歴情報に加えてまたは代えて、移動情報取得部３１および／または拡張セル選択部３３は、中継局ＲＮまたは自動車Ｖの移動情報を推定する直前（例えば1時間以内）および／または拡張対象セルを選択する直前（例えば1時間以内）の中継局ＲＮまたは自動車Ｖ自体の活動履歴情報を利用してもよい。例えば、移動情報取得部３１が中継局ＲＮまたは自動車Ｖの移動情報を推定する30分前に、当該中継局ＲＮまたは自動車Ｖが特定の領域内を特定の方向に移動中であった場合、当該領域またはそこから当該方向に向かって30分で移動できる近接領域に推定対象の中継局ＲＮまたは自動車Ｖがいる可能性が極めて高いと推定できる。同様に、拡張セル選択部３３が中継局ＲＮによる拡張対象セルを選択する30分前に、当該中継局ＲＮが特定の通信セルを拡張していた場合、当該中継局ＲＮが当該通信セルを拡張可能な領域に留まっている限り、当該通信セルを拡張対象セルとして優先的に選択できる。

　拡張セル選択部３３は、移動情報取得部３１が取得した移動情報、活動履歴情報収集部３２が収集した活動履歴情報、セル情報取得部３４が取得した各種のセル情報（セル配置情報、セル通信品質情報、セル拡張制限情報）に基づいて、自動車Ｖと共に移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき通信セルを選択する。セル情報取得部３４は、セル配置情報取得部３４１と、セル通信品質情報取得部３４２と、セル拡張制限情報取得部３４３を備える。

　セル配置情報取得部３４１は、拡張セル選択部３３による選択対象の一または複数の通信セルの配置に関するセル配置情報を取得する。セル配置情報取得部３４１は、例えば図２で示したような地上通信セルＴＮ１～ＴＮ５や非地上通信セルＮＴＮ１の地上における配置を、当該各通信セルを提供する各基地局自体や当該各通信セルに関する情報を集約的に管理するコアネットワークＣＮ等から取得する。これらのセル配置情報によって、各通信セルの中心位置やカバー範囲（通信可能範囲）の形状や大きさを認識できるだけでなく、地上の各領域における通信セルの有無、通信セルの種別（地上通信セルまたは非地上通信セル）、通信セルの密度、通信セルの連続性や重なり、通信セルの中心位置や縁（エッジ）からの距離等も認識できる。拡張セル選択部３３は、これらのセル配置情報を他の情報（移動情報取得部３１が取得した移動情報等）と共に参照しながら、自動車Ｖと共に移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき通信セルを選択する。

　図２の例で自動車Ｖが始めに通行する上方の領域では、第１地上通信セルＴＮ１および第３地上通信セルＴＮ３によって高密度かつ連続的な通信セル群が配置されている。そこで、拡張セル選択部３３は、中継局ＲＮが自動車Ｖと共に当該領域を通行する場合、第１地上通信セルＴＮ１の近傍ではこれを拡張対象セルとして中継局ＲＮに第１地上拡張セルＴＮ１＋を提供させ、第３地上通信セルＴＮ３の近傍ではこれを拡張対象セルとして中継局ＲＮに第３地上拡張セルＴＮ３＋を提供させる。

　中継局ＲＮが第３地上通信セルＴＮ３の近傍を通過すると、通信セル群の密度が低下して連続性も失われる。この時の拡張セル選択部３３による選択対象または選択候補の通信セルは、第４地上通信セルＴＮ４および第１非地上通信セルＮＴＮ１である。典型的な地上通信セルと非地上通信セルでは後者の方が大きく、中継局ＲＮによって拡張できる領域も大きい。そこで、拡張セル選択部３３は、このように通信セル群が低密度で非連続な領域では、より大きい拡張セル（第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋）を提供できる非地上通信セル（第１非地上通信セルＮＴＮ１）を拡張対象セルとして、地上通信セル（第４地上通信セルＴＮ４）よりも優先的に選択する。

　セル通信品質情報取得部３４２は、拡張セル選択部３３による選択対象の一または複数の通信セルの通信品質情報（例えば信号強度や通信遅延）を、各通信セルを提供する各基地局自体、当該各基地局と通信中の通信機２（当該各基地局を隣接基地局として通信品質を測定中の通信機２も含む）、当該各通信セルに関する情報を集約的に管理するコアネットワークＣＮ等から取得する。拡張セル選択部３３は、これらのセル通信品質情報を他の情報（移動情報取得部３１が取得した移動情報等）と共に参照しながら、自動車Ｖと共に移動中の中継局ＲＮに拡張させるべき通信セルを選択する。

　例えば、図３に示されるように中継局ＲＮまたは自動車Ｖの移動経路ＲＴ上またはその近傍に拡張候補の通信セルが複数ある場合（第４地上通信セルＴＮ４および第１非地上通信セルＮＴＮ１）、拡張セル選択部３３は、セル通信品質情報取得部３４２が取得したセル通信品質情報が示す通信品質が高い（または低い）方の通信セル（例えば第１非地上通信セルＮＴＮ１）を拡張対象セルとして中継局ＲＮに拡張セル（例えば第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋）を提供させる。なお、拡張セル選択部３３は、活動履歴情報収集部３２が収集した活動履歴情報等に基づいて把握される通信需要によって正規化された通信品質に基づいて、拡張対象セルを選択してもよい。例えば、拡張セル選択部３３は、通信需要が高いにも関わらず通信リソースが不足している通信セル、すなわち通信需要によって正規化された通信品質が低い通信セルを拡張対象セルとして優先的に選択してもよい。

　セル拡張制限情報取得部３４３は、拡張セル選択部３３による選択対象の一または複数の通信セルの拡張制限に関するセル拡張制限情報を、各通信セルを提供する各基地局自体、当該各通信セルに関する情報を集約的に管理するコアネットワークＣＮ等から取得する。中継局ＲＮが基地局と通信して通信セルを拡張する際には当該基地局の通信リソースが使用されるため、基地局によっては特定または不特定の中継局ＲＮによる通信セルの拡張を制限することも考えられる。通信セルの拡張制限の態様としては、中継局ＲＮを介した通信量、通信速度、UE接続数等に関する上限の設定、通信セルの拡張禁止等が例示される。また、これらの拡張制限は、常に対象通信セルに適用されてもよいし、時間帯や場所に応じて対象通信セルに適用されてもよいし、中継局ＲＮによらない対象通信セルの通信量、通信速度、UE接続数が一定以上で通信リソースに余力がない場合に適用されてもよい。拡張セル選択部３３は、複数の通信セルを選択候補として拡張対象セルを選択する場合、拡張制限が適用されている通信セルの優先度を下げ、拡張制限が適用されていない通信セルを優先的に選択する。

　以上、拡張セル選択部３３が拡張対象セルを選択する際に参照可能な各種の情報について個別に説明した。実際には、拡張セル選択部３３は、これらの情報（移動情報取得部３１が取得した移動情報、活動履歴情報収集部３２が収集した活動履歴情報、セル配置情報取得部３４１が取得したセル配置情報、セル通信品質情報取得部３４２が取得したセル通信品質情報、セル拡張制限情報取得部３４３が取得したセル拡張制限情報）を総合的に参酌または考慮した上で、ある判断基準の下で最適と認められた一または複数の拡張対象セルを選択する。この目的のために、網羅的な訓練データまたは学習データによって機械学習した人工知能によって拡張セル選択部３３を構成してもよい。

　接続制御部３５は、拡張セル選択部３３によって選択された通信セルを提供する基地局に中継局ＲＮを接続する。図３の例では、拡張セル選択部３３によって選択された第１非地上通信セルＮＴＮ１を提供する通信衛星１３１に中継局ＲＮを接続する。通信衛星１３１に接続された中継局ＲＮは、第１非地上通信セルＮＴＮ１の外側に延在する第１非地上拡張セルＮＴＮ１＋を提供する。

　以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

　本発明は、無線通信システムにおける通信制御技術に関する。

　１　無線通信システム、２　通信機、３　通信制御装置、１１　５Ｇ無線通信システム、１２　４Ｇ無線通信システム、１３　衛星通信システム、３１　移動情報取得部、３２　活動履歴情報収集部、３３　拡張セル選択部、３４　セル情報取得部、３５　接続制御部、１１１　５Ｇ基地局、１１２　５Ｇセル、１２１　４Ｇ基地局、１２２　４Ｇセル、１３１　通信衛星、１３２　衛星通信セル、１３３　ゲートウェイ、３４１　セル配置情報取得部、３４２　セル通信品質情報取得部、３４３　セル拡張制限情報取得部。

Claims (11)

1. 　基地局と通信して当該基地局が提供する通信セルを拡張可能な中継局の移動に関する移動情報を取得する移動情報取得部と、
   　前記移動情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する拡張セル選択部と、
   　前記選択された通信セルを提供する基地局に前記中継局を接続する接続制御部と、
   　を備える通信制御装置。
2. 　前記中継局は、移動可能な移動体に取り付けられる、請求項１に記載の通信制御装置。
3. 　前記移動情報は、前記中継局の移動経路、当該移動経路上の各位置への前記中継局の到着時刻、当該移動経路上の渋滞状況、前記中継局の移動速度、前記中継局の移動方向、前記中継局の現在位置の少なくともいずれかを含む、請求項１または２に記載の通信制御装置。
4. 　前記基地局と通信する通信機、前記中継局、他の中継局の少なくともいずれかの活動履歴情報を収集する活動履歴情報収集部を更に備え、
   　前記移動情報取得部は、前記活動履歴情報に基づいて前記中継局の移動情報を推定する、
   　請求項１から３のいずれかに記載の通信制御装置。
5. 　複数の通信セルの配置に関するセル配置情報を取得するセル配置情報取得部を更に備え、
   　前記拡張セル選択部は、前記移動情報および前記セル配置情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する、
   　請求項１から４のいずれかに記載の通信制御装置。
6. 　通信セルの通信品質情報を取得するセル通信品質情報取得部を更に備え、
   　前記拡張セル選択部は、前記移動情報および前記通信品質情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する、
   　請求項１から５のいずれかに記載の通信制御装置。
7. 　通信セルの拡張制限に関するセル拡張制限情報を取得するセル拡張制限情報取得部を更に備え、
   　前記拡張セル選択部は、前記移動情報および前記セル拡張制限情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する、
   　請求項１から６のいずれかに記載の通信制御装置。
8. 　前記通信セルは、地上に設置される地上基地局が地上に提供する地上通信セルおよび飛行する非地上基地局が地上に提供する非地上通信セルを含む、請求項１から７のいずれかに記載の通信制御装置。
9. 　前記非地上基地局は宇宙空間を飛行する通信衛星である、請求項８に記載の通信制御装置。
10. 　基地局と通信して当該基地局が提供する通信セルを拡張可能な中継局の移動に関する移動情報を取得する移動情報取得ステップと、
    　前記移動情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する拡張セル選択ステップと、
    　前記選択された通信セルを提供する基地局に前記中継局を接続する接続制御ステップと、
    　を備える通信制御方法。
11. 　基地局と通信して当該基地局が提供する通信セルを拡張可能な中継局の移動に関する移動情報を取得する移動情報取得ステップと、
    　前記移動情報に基づいて、移動中の前記中継局に拡張させるべき通信セルを選択する拡張セル選択ステップと、
    　前記選択された通信セルを提供する基地局に前記中継局を接続する接続制御ステップと、
    　をコンピュータに実行させる通信制御プログラム。

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