WO2023218556A1 - 無線通信方法及び無線通信システム - Google Patents

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耕一 原田
順一 阿部
史洋 山下
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    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication method and a wireless communication system.
  • Super coverage refers to expanding the service area to places where it is expensive to install existing base stations or where it is difficult to install base stations, such as in the mountains, at sea, and in the air. There is also a need to strengthen national resilience against natural disasters, and it is hoped that a communication system that can withstand ground disasters will emerge.
  • GEO geostationary orbit satellites
  • MEO medium earth orbit satellites
  • LEO low earth orbit satellites
  • HAPS high altitude pseudosatellites
  • NTN Non-terrestrial networks using high altitude platform stations, unmanned aerial vehicles (UAVs), and drones have been in the spotlight (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the above-mentioned satellites, HAPS, etc. connect communication links to each other to form a network, and are further connected to a terrestrial mobile network via a terrestrial base station. Satellites and HAPS are equipped with relay communication functions.
  • the communication line in HAPS consists of a feeder link (FL) between HAPS and a terrestrial gateway station (ground station) on the terrestrial communication network side, and a service link (SL) between a communication relay device and a terminal.
  • FL feeder link
  • ground station terrestrial gateway station
  • SL service link
  • HAPS is located at an altitude of approximately 20 km, and the ground area (cell) radius is approximately 50 km.
  • the HAPS service link is expected to use a frequency of 2 GHz, but the use of millimeter waves in a higher frequency band (eg, 38 GHz band) is being considered for the feeder link.
  • the traffic packets transmitted by the terminal are forwarded to the HAPS connected to the ground station by the routing function, and sent to the Internet network. Similar processing is performed on packets sent from the Internet network to other terminals by the routing function.
  • NTN uses radio waves in a high frequency band, and it is assumed that the quality of wireless communication will deteriorate due to the influence of rain. For example, if there is an influence of rain, there is a risk that the service of NTN's FL (feeder link), which uses a high frequency band, may be cut off due to the rain.
  • NTN's FL feeder link
  • Non-Patent Document 2 a method of switching feeder links within an area (cell) covered by one HAPS using rainfall prediction is being considered (e.g., Non-Patent Document 2). reference).
  • FIGURE 1 shows the characteristics for each hourly rainfall intensity (mm/h) (for example, non-patent literature (See 3).
  • FIGURE 1 shows the concept of rain propagation path length and elevation angle (for example, see Non-Patent Document 4).
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is aimed at preventing deterioration of communication quality even when the entire area covered by one relay station moving in the sky in the NTN is affected by rain.
  • the purpose of the present invention is to provide a wireless communication method and a wireless communication system that enable the following.
  • a wireless communication method is a wireless communication method involving an NTN, in which a plurality of relay stations moving above the NTN and the relay An extraction step of extracting rainfall data at predetermined intervals between each cell formed by the station and a plurality of ground stations placed on the ground; a prediction step of predicting communication deterioration of each feeder link due to rainfall, and whether or not the feeder links of each of the plurality of relay stations satisfy a predetermined communication quality based on each of the predicted communication deteriorations of the feeder links. and a control step of controlling the feeder link so that it satisfies a predetermined communication quality when it is determined that the feeder link of the relay station to which the service link is connected does not satisfy a predetermined communication quality. It is characterized by including.
  • a wireless communication system is capable of connecting a plurality of relay stations moving above the NTN based on rainfall prediction for each predetermined area based on observation data of a weather radar.
  • an extraction unit that extracts rainfall data between each cell formed by the relay station and a plurality of ground stations placed on the ground at predetermined time intervals; a prediction unit that predicts the communication deterioration of the feeder links due to rain at the plurality of relay stations; and a prediction unit that predicts the communication deterioration of the feeder links due to rain at the plurality of relay stations, and the feeder link of each of the plurality of relay stations based on the communication deterioration of the feeder links predicted by the prediction unit.
  • a determination unit that determines whether or not the relay station satisfies a predetermined communication quality;
  • the present invention is characterized by comprising a control unit that controls the feeder link so that it satisfies predetermined communication quality.
  • the present invention it is possible to prevent communication quality from deteriorating even when the entire area covered by one relay station moving in the sky in the NTN is affected by rain.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a wireless communication system in which cells C2 to C9 are arranged around cell C1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a case where rain clouds cover a plurality of cells in the wireless communication system shown in FIG. 3.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between a ground station, a relay station, and a rain cloud in a wireless communication system according to an embodiment.
  • 2 is a flowchart illustrating an example of overall processing of a wireless communication system. It is a flowchart which shows the details of the process which acquires FL frequency, 1-hour rainfall intensity, and attenuation amount.
  • 12 is a flowchart showing details of processing for obtaining the latitude and longitude of the ground station of each cell. It is a flowchart which shows the details of the process which extracts the rainfall intensity data of each cell. It is a flowchart which shows the details of the process which extracts the predicted value of the rainfall intensity data of each cell. 12 is a flowchart showing details of processing for considering cell switching.
  • FIG. 12 is a flowchart showing details of processing for considering a cell switching destination.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between rainfall intensity (mm/h) and attenuation (dB).
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between rainfall intensity (mm/h) and attenuation amount (dB) for each frequency. It is a figure which shows the example of the predicted value of the rainfall intensity of the high-resolution precipitation nowcast of cell C1 point. It is a figure which shows the example of the predicted value of the rainfall intensity of the high-resolution precipitation nowcast of cell C2 point. It is a figure which shows the example of the predicted value of the rainfall intensity of the high-resolution precipitation nowcast of cell C3 point.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing how rainfall intensity is converted into rainfall attenuation amount.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system according to an embodiment including an NTN.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of the configuration of a wireless communication system including a cell formed by one relay station moving in the sky.
  • FIG. 1(b) is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system including a cell formed by two relay stations moving in the sky. Note that the number of cells in the wireless communication system according to one embodiment is not limited.
  • a terminal 10 and a ground station 20 perform wireless communication via a relay station 30 that moves in the sky, such as a HAPS.
  • Relay station 30 forms an area (cell C1) that covers wireless communication.
  • the relay station 30 may be a low orbit satellite (LEO) or the like.
  • ground station 20 is placed on the ground and is connected to other base stations, other terminals 10, a control station, etc. (not shown) via the network 100.
  • the terminal 10 transmits a signal to the relay station 30 using, for example, a service link of S-band radio waves.
  • the relay station 30 transmits the signal to the ground station 20 using, for example, a Q/V band radio wave feeder link.
  • the wireless communication system equipped with NTN transmits radio waves in the Q/V band, for example, from the relay station 30 forming the cell C1 to the relay station 30 forming the adjacent cell C2. Connections that transmit signals are made possible using .
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions included in a wireless communication system according to an embodiment. Note that each function shown in FIG. 2 may be provided in whole or in part by any of the terminal 10, the ground station 20, the relay station 30, and a control station (not shown).
  • the wireless communication system includes an extraction section 40, an interval calculation section 41, a loss amount calculation section 42, a prediction section 43, a determination section 44, and a control section 45.
  • the extraction unit 40 calculates rainfall between the plurality of relay stations 30 and the plurality of ground stations 20 for each cell formed by the relay stations 30, based on rainfall prediction for each predetermined area based on observation data of a weather radar. Data is extracted at predetermined time intervals and output to the section calculation unit 41. For example, the extraction unit 40 obtains rainfall predictions such as high-resolution precipitation nowcasts and extracts rainfall data at predetermined intervals.
  • the high-resolution precipitation nowcast provides rainfall mesh data predicted and analyzed by a supercomputer based on international rules (GRIB format).
  • GPIB format international rules
  • high-resolution precipitation nowcasts provide detailed analysis of rain clouds and predict their movement, development, weakening, and new occurrences.
  • the analysis time is every 5 minutes
  • the grid interval is 250 m
  • the prediction time/time resolution is every 1 hour/5 minutes
  • the prediction grid interval is 250 m up to 30 minutes
  • the section calculation section 41 calculates each rainfall section between the relay station 30 and the ground station 20 based on the rainfall data extracted by the extraction section 40, and outputs it to the loss amount calculation section 42.
  • the loss amount calculation section 42 calculates the amount of radio wave propagation loss caused by the rainy section calculated by the section calculation section 41, and outputs it to the prediction section 43.
  • the prediction unit 43 predicts the communication deterioration of the feeder links caused by rain at the plurality of relay stations 30 based on each of the radio wave propagation losses calculated by the loss calculation unit 42, and outputs the prediction to the determination unit 44. do.
  • the determining unit 44 determines whether the feeder links of each of the plurality of relay stations 30 satisfy a predetermined communication quality based on the communication deterioration of the feeder links predicted by the predicting unit 43, and transmits the determination result to the control unit. 45.
  • the control unit 45 controls the feeder link so that the feeder link satisfies the predetermined communication quality. conduct.
  • control unit 45 may control the feeder link of the relay station 30 to which the service link is connected. Control is performed to switch the propagation path so that one of the other relay stations 30, which the determination unit 44 has determined to satisfy a predetermined communication quality, relays to one of the ground stations 20.
  • control unit 45 increases the transmission power of the relay station 30. control, or control may be performed to change the modulation method or coding rate of the relay station 30.
  • the wireless communication system extracts rainfall intensity data in the NTN direction from the NTN ground station using the rainfall data of the high-resolution precipitation nowcast, and extracts rainfall intensity data in the NTN direction from the NTN ground station, and extracts rainfall intensity data in the NTN direction based on the current value and predicted value of the rainfall data. , predict communication degradation due to rain, compare communication quality within a cell with data from other cells, and consider and decide to switch the propagation path to a cell that is not affected by rain.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a wireless communication system in which cells C2 to C9 are arranged around cell C1.
  • a plurality of relay stations 30 forming cells C1 to C9 are each connectable to other relay stations 30 forming adjacent cells. Note that the configuration of each cell is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a case where rain clouds cover a plurality of cells in the wireless communication system shown in FIG. 3. In a cell covered with rain clouds, wireless communication may be affected as will be described later.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the ground station 20, the relay station 30, and rain clouds in the wireless communication system according to one embodiment.
  • the altitude at which the raindrops are located and the assumed horizontal distance of the rain cloud radar are shown.
  • the wireless communication system uses high-resolution precipitation nowcast data obtained from rain cloud radar and can select a cell to connect to based on rainfall prediction. Note that high-resolution precipitation nowcasts contain only data in the horizontal direction, so only the horizontal direction will be considered.
  • a relay station 30 such as HAPS stays at an altitude of 20 km and has an area with a radius of about 50 km, so the elevation angle when viewing the relay station 30 from the ground station 20 is 90 degrees at the center of the area and 90 degrees at the edge of the area. It will be about 21.8 degrees.
  • the horizontal distance affected by raindrops is 4 km, the same as the altitude, as shown in equations (1) and (2) below.
  • the high-resolution precipitation nowcast uses 250m mesh rainfall data, so 16 meshes corresponds to 4km.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the altitude to be considered, the area, and the number of meshes.
  • the altitude to be considered 2 km
  • 2 km/tan (45°) 2 km
  • the altitude to be considered 4 km
  • 4 km/tan (45°) 4 km
  • the altitude to be considered 7 km
  • 7 km/tan (45°) 7 km, and there are 28 250 m meshes (c).
  • the high-resolution precipitation nowcast data is a GRIB2 format file, but the necessary information can be extracted as a CSV file.
  • CSV file based on the location (latitude and longitude) of the ground station 20 of the switching source cell C1 and the switching destination cells C2 to C4, 60 minutes after the current value of the target 16 meshes in the direction of the relay station 30 of each cell. (See Figures 16 to 19).
  • the wireless communication system predicts rain attenuation based on rainfall intensity data, selects ground stations 20 of cells that are not affected by rain, and maintains communication, thereby achieving improved availability ( Figure 7 (See ⁇ 13).
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the overall processing of the wireless communication system.
  • the wireless communication system acquires (A) the FL frequency, 1h rainfall intensity and attenuation amount (S100), and (B) acquires the latitude and longitude of the ground station of each cell as initial parameter settings. (S200).
  • the wireless communication system extracts the rainfall intensity data of each cell (S300), and (D) extracts the predicted value of the rainfall intensity data of each cell (S400).
  • the wireless communication system (E) considers cell switching (S500), and (F) considers the cell switching destination (S600).
  • FIG. 8 is a flowchart showing details of the process for acquiring (A) FL frequency, 1-h rainfall intensity, and attenuation amount.
  • the wireless communication system calculates the rainfall intensity for each hour of the set frequency (f) based on the frequency (GHz) characteristics of rainfall attenuation (dB/km) of CCIR Rep. 721-3 shown in Figure 14.
  • Rain attenuation (dB/km) of (mm/h) is extracted (S104).
  • the signal in the 38 GHz band, if it rains at 5 mm/h for 1 km, the signal will be attenuated by 1.5 dB. For example, in the 38 GHz band, if rain continues for 1 km at a rate of 25 mm/h, the signal will be attenuated by 6 dB.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the details of (B) the process of obtaining the latitude and longitude of the ground station of each cell.
  • the wireless communication system sets the latitude and longitude of the ground station 20 of each cell of the relay station 30 (S204).
  • the wireless communication system sets cell C1: (22.1625,121.75625), cell C2: (22.15833,122.8813), cell C3: (22.15625,124.0063), and cell C4: (22.15417,125.1313).
  • the process of acquiring the latitude and longitude of the cell's ground station ends.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the details of (C) the process of extracting rainfall intensity data for each cell.
  • the wireless communication system sets the latitude and longitude of the ground station 20 of the target cell as (22.1625, 121.75625) for the C1 cell, for example.
  • FIG. 16 shows an example of predicted values of rainfall intensity from high-resolution precipitation nowcast (5 minutes) at cell C1 point. For example, attenuation of 5 dB/km in the 38 GHz band occurs when the rainfall intensity is approximately 20 mm/h. Therefore, considering 1 km, the time will come in 50 minutes, and the wireless communication system determines that it is necessary to switch to another relay station 30 by then.
  • the time will come in 40 minutes
  • the time will come in 35 minutes
  • you think up to 4km in the above example, the time will come in 30 minutes.
  • the wireless communication system extracts the current value of the rainfall intensity (mm/h) for a horizontal distance of X km (S312), and extracts the predicted value of the rainfall intensity for 60 minutes every 5 minutes. Extract (S314).
  • the wireless communication system calculates the average of the current value and predicted value of the rainfall intensity (250 m mesh x 4) for each 1 km in the horizontal direction.
  • the wireless communication system calculates the rainfall intensity for each 1 km and calculates the cumulative value of the rainfall intensity.
  • 0 to 1 km is shown in row (1), up to 2 km is shown in (2), and the following are shown in rows (3) and (4).
  • the wireless communication system calculates the cumulative value of rainfall intensity over a horizontal distance of X km. In FIG. 16, it is shown as "(1)+(2)+(3)+(4) equivalent to 4 km".
  • the wireless communication system calculates the rainfall intensity in the rainy section.
  • the actual rain section on the propagation path is (sin(El)) -1 times the horizontal distance Xkm using the elevation angle El.
  • the rain section is multiplied by ⁇ 2 (see FIG. 16).
  • FIG. 11 is a flowchart showing the details of (D) the process of extracting predicted values of rainfall intensity data for each cell.
  • the wireless communication system determines whether the prediction target time (t) is equal to or greater than the final prediction target time (60 minutes), and if it is equal to or greater than the final prediction target time (S404: Yes). (D) ends the process of extracting the predicted rainfall intensity data value for each cell, and if it is not longer than the final prediction target time (S404: No), the process proceeds to S406.
  • the prediction target time will be explained as 30 minutes.
  • the wireless communication system extracts the rainfall intensity of each cell after t minutes.
  • the wireless communication system extracts the rainfall intensity and actual rainfall section for each 250m mesh, for each 1km, and for the horizontal distance of Xkm.
  • the wireless communication system calculates the predicted rainfall intensity (R) for each mesh after 30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes for each cell by calculating the predicted value for each mesh during the t minutes of the actual rainfall period. Extract as post data. Furthermore, the wireless communication system simultaneously extracts predicted values of rainfall intensity (1) to (4). For example, as shown in FIG. 20, the wireless communication system extracts the predicted value of rainfall intensity of "4 km (1) + (2) + (3) + (4)" and the actual rain area.
  • FIG. 21 for example, only predicted values of rainfall intensity in "actual rainfall sections" 30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes after each cell are extracted.
  • the wireless communication system extracts the amount of attenuation (dt) using the rainfall intensity (R) and FIG. 15. For example, the wireless communication system calculates the amount of rainfall attenuation in the 38 GHz band using the predicted rainfall intensity of "4 km (1) + (2) + (3) + (4)" for each cell and Figure 15. is extracted, and the result shown in FIG. 21 is obtained.
  • FIG. 12 is a flowchart showing details of (E) processing for considering cell switching.
  • the wireless communication system extracts the amount of attenuation (dt) of the actual rainfall section after the prediction target time (t minutes) of cell C1 from FIG. 21, and confirms the amount of attenuation.
  • the wireless communication system determines whether the attenuation amount (dt) of the actual rainfall section after the prediction target time (t minutes) of cell C1 is larger than the threshold value (d), and determines whether dt>d If so (S506: Yes), the process advances to S508, and if dt>d does not hold (S506: No), the process advances to S510.
  • the wireless communication system determines that the cell should be switched, and moves to (F) the process of considering the cell switch destination.
  • the wireless communication system determines that cell switching will not be performed because the attenuation after t minutes exceeds the cell switching threshold (d), and performs (E) processing to consider cell switching. finish.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the details of (F) the process of considering the cell switching destination.
  • the wireless communication system uses FIG. 21 to extract the predicted value dt of the Ci cell after t minutes (S608). At this time, the predicted value of cell C2 after 30 minutes is 4 dB.
  • the wireless communication system determines whether the predicted value dt is larger than the threshold value d, and if it is larger (S610: Yes), the process proceeds to S618, and if it is not larger (S610: No), the wireless communication system proceeds to the process of S618.
  • the process advances to step S612.
  • d 5 dB
  • the wireless communication system determines whether the predicted confirmation time t is greater than or equal to the safety confirmation time tt, and if it is greater than or equal to the safety confirmation time tt (S612: Yes), the wireless communication system proceeds to the process of S616, If it is not longer than the safety confirmation time tt (S612: No), the process advances to S614.
  • the wireless communication system determines the switching destination to be the cell Cii.
  • the wireless communication system determines that no switching destination that does not exceed the threshold d is found until after the safety confirmation time tt, and proceeds to the process of S624.
  • the wireless communication system changes the safety confirmation time tt (15 minutes earlier) and considers a switching destination that does not exceed the threshold value d.
  • the wireless communication system determines that the switching destination cell is not found, and ends the (F) switching destination cell consideration process.
  • the wireless communication system is expected to experience attenuation of 5 dB or more after 30 minutes at the cell C1 location, so switching to another location is considered.
  • the wireless communication system switches to point C4, which is less affected by rain (up to about 1.5 dB), after 30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes.
  • the feeder link of the relay station to which the service link is connected when it is determined that the feeder link of the relay station to which the service link is connected does not satisfy the predetermined communication quality, the feeder link satisfies the predetermined communication quality. Since such control is performed, deterioration in communication quality can be prevented even if the entire area covered by one relay station moving in the sky in the NTN is affected by rain.
  • the wireless communication system uses transmitter power control (TCP) to amplify transmission power according to the amount of loss by using the estimation result of the amount of propagation loss such as rain attenuation. ) and AMC that adjusts the required CNIR (Carrier to Noise and Interference Ratio) by adaptively controlling the modulation and coding scheme (MCS) according to the loss. It also has an adaptive modulation and channel coding function.
  • TCP transmitter power control
  • AMC Carrier to Noise and Interference Ratio
  • MCS modulation and coding scheme
  • each function shown in FIG. 2 possessed by at least one of the terminal 10, the ground station 20, the relay station 30, and a control station may be partially or completely implemented using a PLD (Programmable Logic Device) or an FPGA (Field Programmable Device). Gate Array) or the like, or may be configured as a program executed by a processor such as a CPU.
  • PLD Processable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Device
  • Gate Array Gate Array
  • the wireless communication system according to the present invention can be realized using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network.

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Abstract

一実施形態にかかる無線通信方法は、気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、ＮＴＮの上空で移動する複数の中継局と、中継局が形成するセルそれぞれに対して地上に配置された複数の地上局との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出し、抽出した降雨データに基づいて、複数の中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測し、予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の中継局それぞれのフィーダリンクの通信品質を判定し、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御することを特徴とする。

Description

無線通信方法及び無線通信システム
　本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。
　近年では、モバイル通信システムが発展し、地上の大部分においてモバイルサービスを享受することができるようになっている。また、今後に商用化が期待される第５世代（Beyond 5G）又は第６世代のモバイル通信システムにおける要求条件の１つとして、超カバレッジ化がある。
　超カバレッジ化とは、山岳、海上、及び空中など、既存の基地局を敷設するコストが高価である場合、又は基地局の敷設が困難な場所などへサービスエリアを拡大することである。また、自然災害などに対する国土強靭化も必要とされており、地上災害に強い通信システムの登場が望まれている。
　このような無線通信システムを実現するために、静止衛星（GEO：Geostationary Orbit）・中軌道衛星（MEO：Medium Earth Orbit）・低軌道衛星（LEO：Low Earth Orbit）・高高度疑似衛星（HAPS：High Altitude Platform Station）、無人飛行体（UAV：Unmanned Aerial Vehicle ）、及びドローンなどを用いた非地上系ネットワーク（NTN：Non Terrestrial Network）が脚光を浴びている（例えば、非特許文献１参照）。
　ＮＴＮでは、上述の衛星及びＨＡＰＳなどは、互いに通信リンクを接続してネットワークを形成し、さらに地上基地局を介して地上のモバイルネットワークと接続している。衛星及びＨＡＰＳは、中継通信機能を搭載している。
　ＨＡＰＳにおける通信回線は、ＨＡＰＳと地上通信網側の地上ゲートウェイ局（地上局）との間のフィーダリンク（ＦＬ）と、通信中継装置と端末との間のサービスリンク（ＳＬ）とにより構成されている。例えば、ＨＡＰＳは高度約２０ｋｍに位置し、地上エリア（セル）半径は５０ｋｍ程度となる。ＨＡＰＳのサービスリンクでは、２ＧＨｚの周波数利用が想定されるが、フィーダリンクではより高い周波数帯のミリ波の利用（例えば３８ＧＨｚz帯）が検討されている。
　そして、端末が送信したトラフィックのパケットは、ルーティング機能によって地上局と接続しているＨＡＰＳにパケット転送され、インターネット網に送られる。インターネット網から他の端末へ送信されるパケットも、ルーティング機能によって同様な処理が行われる。
　ＮＴＮにおいては、高い周波数帯の電波が用いられており、降雨の影響による無線通信品質の劣化が想定されている。例えば、降雨の影響がある場合には、高い周波数帯を利用するＮＴＮのＦＬ（フィーダリンク）では降雨によってサービスが切断されるおそれがある。
　フィーダリンクの切断を防止するために、例えば、ひとつのＨＡＰＳがカバーするエリア（セル）内において、降雨予測を用いてエリア内のフィーダリンクを切り替える方法が検討されている（例えば、非特許文献２参照）。
　降雨減衰(dB/km)の周波数(GHz)特性については、CCIR Rep.721-3 FIGURE 1 に、１時間の降雨強度（mm/h）ごとの特性が示されている（例えば、非特許文献３参照）。
　また、ＨＡＰＳと地上局との間の斜め伝搬路は、ITU-R P618-13 FIGURE 1 に、降雨伝搬路長や仰角の考え方が示されている（例えば、非特許文献４参照）。
　なお、降雨の予測については、気象庁から提供される高解像度降水ナウキャストデータにより、日本全国の２５０ｍメッシュごとの降水強度予測（５分ごとに６０分後まで）が可能である（例えば、非特許文献５参照）。
米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７号明細書
山下,"IOWN宇宙センシング_宇宙RANの研究開発", SAT2021-29. 北之園,鈴木,岸山,外園,外山,大内,三浦,辻,"ＨＡＰＳを用いたミリ波帯バックホールシステ ムの開発状況－Beyond 5G/6G時代の 時代の ＨＡＰＳ搭載 ＮＴＮシステムの開発と実証 －",SAT2021-30. CCIR Rep.721-3　大気水象、特に降水量、およびその他の大気粒子による減衰（降雨減衰(dB/km)の周波数(GHz)特性） ITU-R P618-13　衛星通信の回線設計に必要な伝搬データと予測方法 （地球局と衛星間の伝搬路経路） 気象庁　高解像度降水ナウキャスト　https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/kurashi/highres_nowcast.html
　しかしながら、従来は、ひとつのサービスエリア（セル）全体に降雨の影響がある場合には、高い周波数帯を利用するＮＴＮのＦＬでは降雨によってサービスが切断されるおそれがあった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、ＮＴＮにおける上空で移動するひとつの中継局がカバーするエリアの全体が降雨の影響を受ける場合にも、通信品質の劣化を防止することができる無線通信方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態にかかる無線通信方法は、ＮＴＮをともなう無線通信方法において、気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、ＮＴＮの上空で移動する複数の中継局と、前記中継局が形成するセルそれぞれに対して地上に配置された複数の地上局との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出する抽出工程と、抽出した降雨データに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測する予測工程と、予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の前記中継局それぞれのフィーダリンクが所定の通信品質を満たしているか否かを判定する判定工程と、サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
　また、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムは、ＮＴＮを備えた無線通信システムにおいて、気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、ＮＴＮの上空で移動する複数の中継局と、前記中継局が形成するセルそれぞれに対して地上に配置された複数の地上局との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出する抽出部と、前記抽出部が抽出した降雨データに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測する予測部と、前記予測部が予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の前記中継局それぞれのフィーダリンクが所定の通信品質を満たしているか否かを判定する判定部と、サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御する制御部とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、ＮＴＮにおける上空で移動するひとつの中継局がカバーするエリアの全体が降雨の影響を受ける場合にも、通信品質の劣化を防止することができる。
（ａ）は、上空で移動する１つの中継局が形成するセルを含む無線通信システムの構成例を示す図である。（ｂ）は、上空で移動する２つの中継局が形成するセルを含む無線通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる無線通信システムが備える機能を例示する機能ブロック図である。 セルＣ１の周囲にセルＣ２～Ｃ９が配置された無線通信システムを例示する図である。 図３に示した無線通信システムに対し、雨雲が複数のセルの範囲にかかった場合を例示する図である。 一実施形態にかかる無線通信システムにおける地上局、中継局、及び雨雲の関係を例示する図である。 考慮すべき高度と、エリア及びメッシュ数の関係を示す図である。 無線通信システムの全体処理例を示すフローチャートである。 ＦＬ周波数、１ｈ降雨強度と減衰量を取得する処理の詳細を示すフローチャートである。 各セルの地上局の緯度経度を所得する処理の詳細を示すフローチャートである。 各セルの降雨強度データを抽出する処理の詳細を示すフローチャートである。 各セルの降雨強度データの予測値を抽出する処理の詳細を示すフローチャートである。 セルの切替を検討する処理の詳細を示すフローチャートである。 セルの切替先を検討する処理の詳細を示すフローチャートである。 降雨強度(mm/h)と減衰量(dB)の関係を示す図である。 降雨強度(mm/h)と減衰量(dB)の関係を周波数ごとに示す図である。 セルＣ１地点の高解像度降水ナウキャストの降雨強度の予測値例を示す図である。 セルＣ２地点の高解像度降水ナウキャストの降雨強度の予測値例を示す図である。 セルＣ３地点の高解像度降水ナウキャストの降雨強度の予測値例を示す図である。 セルＣ４地点の高解像度降水ナウキャストの降雨強度の予測値例を示す図である。 降雨強度の予測値、及び実際の降雨区間を示す図である。 降雨強度から降雨減衰量に変換する様子を模式的に示す図である。
　以下に、図面を用いて一実施形態にかかる無線通信システムについて説明する。図１は、ＮＴＮを備えた一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。図１（ａ）は、上空で移動する１つの中継局が形成するセルを含む無線通信システムの構成例を示す図である。図１（ｂ）は、上空で移動する２つの中継局が形成するセルを含む無線通信システムの構成例を示す図である。なお、一実施形態にかかる無線通信システムのセルは、数を限定されないこととする。
　図１（ａ）に示すように、ＮＴＮを備えた無線通信システムは、端末１０と地上局２０とが、ＨＡＰＳなどの上空で移動する中継局３０を介して無線通信を行う。中継局３０は、無線通信をカバーするエリア（セルＣ１）を形成する。また、中継局３０は、低軌道衛星（ＬＥＯ）などであってもよい。
　また、地上局２０は、地上に配置され、ネットワーク１００を介して図示しない他の基地局、他の端末１０、及び制御局などに接続されている。
　端末１０は、例えばＳ帯の電波のサービスリンクにより信号を中継局３０へ伝送する。中継局３０は、例えばＱ／Ｖ帯の電波のフィーダリンクにより信号を地上局２０へ伝送する。
　また、図１（ｂ）に示すように、ＮＴＮを備えた無線通信システムは、セルＣ１を形成する中継局３０から、隣接するセルＣ２を形成する中継局３０へ、例えばＱ／Ｖ帯の電波を用いて信号を伝送する接続が可能にされている。
　図２は、一実施形態にかかる無線通信システムが備える機能を例示する機能ブロック図である。なお、図２に示した各機能は、端末１０、地上局２０、中継局３０、及び図示しない制御局などのいずれが全部又は一部を備えていてもよい。
　図２に示すように、無線通信システムは、抽出部４０、区間算出部４１、損失量算出部４２、予測部４３、判定部４４、及び制御部４５を有する。
　抽出部４０は、例えば気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、複数の中継局３０と、中継局３０が形成するセルそれぞれに対して複数の地上局２０との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出し、区間算出部４１に対して出力する。例えば、抽出部４０は、高解像度降水ナウキャストなどの降雨予測を取得して、降雨データを所定の時間ごとに抽出する。
　高解像度降水ナウキャストは、スーパーコンピュータで予測・解析された降雨のメッシュデータを国際的ルール（GRIB形式）に基づいて提供する。例えば、高解像度降水ナウキャストは、雨雲の詳細な解析と移動、発達や衰弱、新たな発生などを予測する。このとき、例えば解析時間は５分ごと、格子間隔は２５０ｍ、予測時間／時間分解能は１時間／５分ごと、予測格子間隔は３０分までは２５０ｍ、３５～６０分は１ｋｍなどとする。
　区間算出部４１は、抽出部４０が抽出した降雨データに基づいて、中継局３０と地上局２０との間それぞれの降雨区間を算出し、損失量算出部４２に対して出力する。
　損失量算出部４２は、区間算出部４１が算出した降雨区間により生じる電波の伝搬損失量をそれぞれ算出し、予測部４３に対して出力する。
　予測部４３は、損失量算出部４２が算出した電波の伝搬損失量それぞれに基づいて、複数の中継局３０の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測し、判定部４４に対して出力する。
　判定部４４は、予測部４３が予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の中継局３０それぞれのフィーダリンクが所定の通信品質を満たしているか否かを判定し、判定結果を制御部４５に対して出力する。
　制御部４５は、サービスリンクが接続された中継局３０のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定部４４が判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御を行う。
　例えば、制御部４５は、サービスリンクが接続された中継局３０のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定部４４が判定した場合に、当該中継局３０のフィーダリンクを、フィーダリンクが所定の通信品質を満たしていると判定部４４が判定した他の中継局３０のいずれかが地上局２０のいずれかに中継するように伝搬路を切替える制御を行う。
　また、制御部４５は、サービスリンクが接続された中継局３０のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定部４４が判定した場合に、当該中継局３０の送信電力を増加させるように制御、又は、当該中継局３０の変調方式若しくは符号化率を変化させるように制御を行ってもよい。
　そして、一実施形態にかかる無線通信システムは、高解像度降水ナウキャストの降雨データを用いて、ＮＴＮの地上局からＮＴＮ方向の降雨強度データを抽出し、降雨データの現在値と予測値に基づいて、降雨による通信劣化を予測し、セル内の通信品質を他のセルのデータと比較し、降雨の影響のないセルへ伝搬路を切替える検討及び決定を行う。
　次に、一実施形態にかかる無線通信システムの具体的な動作例について説明する。図３は、セルＣ１の周囲にセルＣ２～Ｃ９が配置された無線通信システムを例示する図である。セルＣ１～Ｃ９を形成する複数の中継局３０は、それぞれ隣接するセルを形成する他の中継局３０と接続可能にされている。なお、各セルの構成は、図１に示した構成と同様とする。
　図４は、図３に示した無線通信システムに対し、雨雲が複数のセルの範囲にかかった場合を例示する図である。雨雲がかかったセルでは、後述するように無線通信に影響が生じる可能性がある。
　図４に示した例では、複数のセルに降雨の影響があり、セルＣ１での地上局２０への接続（ＦＬ）ができない状況において、セルＣ２，Ｃ３においても同様に降雨の影響があるため地上局２０へ接続できない。しかし、セルＣ４では、降雨の影響が少なく地上局２０への接続ができる状態である。また、セルＣ１から地上局２０への接続には、中継局３０間の通信を利用してセルＣ４の地上局２０へ接続することにより、セルＣ１内の通信を接続・維持することが可能である。
　図５は、一実施形態にかかる無線通信システムにおける地上局２０、中継局３０、及び雨雲の関係を例示する図である。図５においては、雨滴のある高度と雨雲レーダーの想定水平距離が示されている。
　セルＣ１の通信サービスが切断されることなく接続を維持するためには、降雨による影響を予測して切替え先セルを選定する必要がある。無線通信システムは、雨雲レーダーから取得された高解像度降水ナウキャストデータを利用し、降雨予測により接続先のセルを選定することが可能である。なお、高解像度降水ナウキャストは、水平方向のデータのみであるため、水平方向でのみ考える。
　降雨の影響は、実際には雨滴による影響が大きく、雨雲によるものは影響が少ないため、ここでは考慮すべき高度を４ｋｍと考えることとする。例えばＨＡＰＳなどの中継局３０は、高度２０ｋｍで停滞し、半径５０ｋｍ程度をエリアとすることから、地上局２０から中継局３０を見た仰角は、エリアの中心で仰角９０度、エリア端であれば２１．８度程度となる。
　例えば、仰角を４５度として考えると、雨滴の影響のある水平距離は、下式（１）、（２）に示すように、高度と同じく４ｋｍとなる。高解像度降水ナウキャストでは、２５０ｍメッシュの降雨データとなっていることから、１６メッシュ分が４ｋｍに相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図６は、考慮すべき高度と、エリア及びメッシュ数の関係を示す図である。上述したように、考慮すべき高度が２ｋｍである場合には、２ｋｍ／ｔａｎ（４５°）＝２ｋｍとなり、２５０ｍメッシュが８個となる（ａ）。考慮すべき高度が４ｋｍである場合には、４ｋｍ／ｔａｎ（４５°）＝４ｋｍとなり、２５０ｍメッシュが１６個となる（ｂ）。考慮すべき高度が７ｋｍである場合には、７ｋｍ／ｔａｎ（４５°）＝７ｋｍとなり、２５０ｍメッシュが２８個となる（ｃ）。
　高解像度降水ナウキャストデータは、GRIB2形式ファイルであるが、必要な情報をCSVファイルとして抽出することができる。ここでは、切替元のセルＣ１、及び切替先のセルＣ２～Ｃ４の地上局２０の位置（緯度・経度）を基準として、各セルの中継局３０方向に対象１６メッシュの現在値から６０分後までの５分ごとの降雨強度データを抽出する（図１６～１９参照）。
　そして、無線通信システムは、降雨強度データに基づいて降雨減衰を予測し、降雨の影響のないセルの地上局２０を選定し、通信を維持させることにより、稼働率の向上を実現する（図７～１３参照）。
　図７は、無線通信システムの全体処理例を示すフローチャートである。図７に示すように、無線通信システムは、初期パラメータの設定として、（Ａ）ＦＬ周波数、１ｈ降雨強度と減衰量を取得し（Ｓ１００）、（Ｂ）各セルの地上局の緯度経度を取得する（Ｓ２００）。
　次に、無線通信システムは、（Ｃ）各セルの降雨強度データを抽出し（Ｓ３００）、（Ｄ）各セルの降雨強度データの予測値を抽出する（Ｓ４００）。
　そして、無線通信システムは、（Ｅ）セルの切替えを検討し（Ｓ５００）、（Ｆ）セルの切替先を検討する（Ｓ６００）。
　次に、無線通信システムが行う上述の（Ａ）～（Ｆ）の各処理についてさらに詳述する。
　図８は、（Ａ）ＦＬ周波数、１ｈ降雨強度と減衰量を取得する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、例えば３８ＧＨｚ（ｆ＝３８）をＦＬ周波数（ｆ）として設定する（Ｓ１０２）。
　次に、無線通信システムは、図１４に示されたCCIR Rep.721-3の降雨減衰(dB/km)の周波数(GHz)特性に基づいて、設定した周波数（ｆ）の各１時間降雨強度(mm/h)の降雨減衰（dB/km)を抽出する（Ｓ１０４）。ここでは、ｆ＝３８ＧＨｚ、１２．５ＧＨｚ、２ＧＨｚとして抽出した降雨減衰量を図１５に示す。
　２５０ｍメッシュごとに１時間降雨強度が示されるため、その１時間降雨強度が１ｋｍ（４メッシュ）続けば、ＩＴＵ－Ｒの減衰量を適用することが可能である。
　例えば、３８ＧＨｚ帯で、５ｍｍ／ｈの雨が１ｋｍ続いたら、信号は１．５ｄＢ減衰する。また、例えば３８ＧＨｚ帯で、２５ｍｍ／ｈの雨が１ｋｍ続いたら、信号は６ｄＢ減衰する。
　そして、無線通信システムは、降雨を考慮する高度（ｈ）を設定する（Ｓ１０６）。例えば、４ｋｍ（ｈ＝４）を設定して、（Ａ）ＦＬ周波数と１時間降雨強度と減衰量を取得する処理を終了する。
　図９は、（Ｂ）各セルの地上局の緯度経度を所得する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、中継局３０のセル数（Ｍ）を４（Ｍ＝４）として設定する（Ｓ２０２）。次に、無線通信システムは、中継局３０の各セルの地上局２０の緯度経度を設定する（Ｓ２０４）。
　例えば、無線通信システムは、セルＣ１：（22.1625,121.75625）、セルＣ２：（22.15833,122.8813）、セルＣ３：（22.15625,124.0063）、セルＣ４：（22.15417,125.1313）を設定して（Ｂ）各セルの地上局緯度経度を取得する処理を終了する。
　図１０は、（Ｃ）各セルの降雨強度データを抽出する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、対象セル（Ｃｉ）のセル番号（ｉ）を初期化して、ｉ＝１とする初期値の設定を行う（Ｓ３０２）。
　次に、対象セル（ｉ）が、最終セル（Ｍ）であるか否かを判定し（Ｓ３０４）、ｉ＝Ｍである場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）には（Ｃ）各セルの降雨強度データを抽出する処理を終了し、ｉ＝Ｍでない場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）にはＳ３０６の処理に進む。以降、セルＣ１を例として、説明する。
　Ｓ３０６の処理において、無線通信システムは、対象セルの地上局２０の緯度、経度を、例えば、Ｃ１セルの場合は（２２．１６２５，１２１．７５６２５）として設定する。
　Ｓ３０８の処理において、無線通信システムは、地上局２０から中継局３０を見た、仰角（Ｅｌ）を、例えば、４５度（Ｅｌ＝４５）として算出する。
　Ｓ３１０の処理において、無線通信システムは、地上局２０から中継局３０方向の水平距離Ｘｋｍを、Ｘ＝ｈ／ｔａｎ（Ｅｌ）により算出する（Ｓ３１０）。例えば、Ｘ＝４／ｔａｎ（４５度）＝４（ｋｍ）とする。
　その後、無線通信システムは、高解像度降水ナウキャストより、２５０ｍメッシュデータの降雨強度を抽出する。例えば、無線通信システムは、Ｘ＝４ｋｍとし、以降を図１６に示す。
　図１６は、セルＣ１地点の高解像度降水ナウキャスト（５分）の降雨強度の予測値例を示す。例えば、３８ＧＨｚ帯で５ｄＢ／ｋｍ減衰となるのは、降雨強度２０ｍｍ／ｈ程度である。よって、１ｋｍで考えると、５０分後にその時を迎えるので、無線通信システムは、それまでに別の中継局３０に切り替える必要があると判断する。
　また、２ｋｍまで考えると、４０分後にその時を迎え、３ｋｍまで考えると、３５分後にその時を迎え、４ｋｍまで考えても、上記の例では３０分後にその時を迎える。
　無線通信システムは、図１６に示したように、水平距離Ｘｋｍ分の降雨強度（ｍｍ／ｈ）の現在値を抽出し（Ｓ３１２）、５分ごとに６０分後までの降雨強度の予測値を抽出する（Ｓ３１４）。
　Ｓ３１６の処理において、無線通信システムは、水平方向１ｋｍごとの降雨強度（２５０ｍメッシュ×４）の現在値及び予測値の平均を算出する。
　Ｓ３１８の処理において、無線通信システムは、１ｋｍごとの降雨強度を算出して、降雨強度の累積値を算出する。図１６において、０～１ｋｍを（１）行に、２ｋｍまでを（２）に、以降を（３）、（４）に示す。ここで、無線通信システムは、水平距離Ｘｋｍの降雨強度の累積値を算出する。図１６においては、「４ｋｍ相当の（１）＋（２）＋（３）＋（４）」に示されている。
　Ｓ３２０の処理において、無線通信システムは、降雨区間の降雨強度を算出する。実際の伝搬路上での降雨区間は、水平距離Ｘｋｍに対し、仰角Ｅｌを用いて、（ｓｉｎ（Ｅｌ））－１倍となる。仰角Ｅｌ＝４５度である場合、降雨区間は√２倍となる（図１６参照）。
　そして、無線通信システムは、次の対象セルに移行するために、ｉ＝ｉ＋１として、Ｓ３０４の処理に戻る（Ｓ３２２）。
　なお、図１６と同様に、セルＣ２に対して抽出したデータを図１７に示し、セルＣ３に対して抽出したデータを図１８に示し、セルＣ４に対して抽出したデータを図１９に示す。
　図１１は、（Ｄ）各セルの降雨強度データの予測値を抽出する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、予測対象時間（ｔ）を例えば３０分（ｔ＝３０）として設定する（Ｓ４０２）。
　Ｓ４０４の処理において、無線通信システムは、予測対象時間（ｔ）が、予測対象最終時間（６０分）以上であるか否かを判定し、予測対象最終時間以上である場合（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）には（Ｄ）各セルの降雨強度データ予測値を抽出する処理を終了し、予測対象最終時間以上でない場合（Ｓ４０４：Ｎｏ）にはＳ４０６の処理に進む。以降、予測対象時間を３０分として、説明する。
　Ｓ４０６の処理において、無線通信システムは、各セルのｔ分後の降雨強度を抽出する。
　Ｓ４０８の処理において、無線通信システムは、２５０ｍメッシュごと、１ｋｍごと、水平距離Ｘｋｍの降雨強度、実際の降雨区間を抽出する。
　無線通信システムは、図１６～１９に示したように、各セルの３０分後、４５分後、６０分後のメッシュごとの降雨強度（Ｒ）の予測値を、実際の降雨区間のｔ分後データとして抽出する。また、無線通信システムは、同時に、（１）～（４）の降雨強度の予測値を抽出する。例えば、無線通信システムは、図２０に示したように、「４ｋｍの（１）＋（２）＋（３）＋（４）」の降雨強度の予測値、及び実際の降雨区間を抽出する。ここでは、例えば図２１に示したように、各セルの３０分後、４５分後、６０分後の「実際の降雨区間」の降雨強度の予測値のみを抽出する。
　Ｓ４１０の処理において、無線通信システムは、降雨強度（Ｒ）と図１５を用いて減衰量（ｄｔ）を抽出する。例えば、無線通信システムは、各セルの「４ｋｍの（１）＋（２）＋（３）＋（４）」の降雨強度の予測値と、図１５とを用いて、３８ＧＨｚ帯の降雨減衰量を抽出し、図２１に示した結果を得る。
　そして、無線通信システムは、次の予測対象時間に移行するために、ｔ＝ｔ＋１５とし（Ｓ４１２）、Ｓ４０４の処理に戻る。
　図１２は、（Ｅ）セルの切替えを検討する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、セル切替えるべき減衰量の閾値（ｄ）を、例えば５ｄＢ（ｄ＝５）設定する（Ｓ５０２）。
　Ｓ５０４の処理において、無線通信システムは、セルＣ１の予測対象時間（ｔ分）後の実際の降雨区間の減衰量（ｄｔ）を図２１から抽出し、減衰量を確認する。
　例えば、無線通信システムは、ｔ＝３０分後の実際の降雨区間の減衰量ｄｔを、セルＣ１の減衰量ｄｔ＝５ｄＢとして図２１から抽出する。
　Ｓ５０６の処理において、無線通信システムは、セルＣ１の予測対象時間（ｔ分）後の実際の降雨区間の減衰量（ｄｔ）が閾値（ｄ）よりも大きいか否かを判定し、ｄｔ＞ｄである場合（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）にはＳ５０８の処理に進み、ｄｔ＞ｄでない場合（Ｓ５０６：Ｎｏ）にはＳ５１０の処理に進む。
　Ｓ５０８の処理において、無線通信システムは、セルを切替えるべきと判断し、（Ｆ）セルの切替先を検討する処理に移行する。
　また、Ｓ５１０の処理において、無線通信システムは、ｔ分後の減衰量がセル切替えの閾値（ｄ）を超えるため、セルの切替えをしないと判断し、（Ｅ）セルの切替えを検討する処理を終了する。
　図１３は、（Ｆ）セルの切替先を検討する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、無線通信システムは、安全確認時間をｔｔ分後(初期値：ｔｔ＝６０)までと設定する（Ｓ６０２）。
　つぎに、無線通信システムは、切替先セルＣｉｉ（初期値：ｉｉ＝２：セルＣ２）として検討を開始し（Ｓ６０４）、予測確認時間ｔ分後（初期値：ｔ＝３０：３０分後）の予測値を確認する（Ｓ６０６）。
　つぎに、無線通信システムは、図２１を用いてＣｉセルのｔ分後の予測値ｄｔを抽出する（Ｓ６０８）。このとき、セルＣ２の３０分後の予測値は、４ｄＢである。
　Ｓ６１０の処理において、無線通信システムは、予測値ｄｔが閾値ｄより大きいか否かを判定し、大きい場合（Ｓ６１０：Ｙｅｓ）にはＳ６１８の処理に進み、大きくない場合（Ｓ６１０：Ｎｏ）にはＳ６１２の処理に進む。ここでは、ｄ＝５ｄＢであるため、ｄｔ＝４ｄＢ＜ｄ＝５ｄＢである。
　Ｓ６１２の処理において、無線通信システムは、予測確認時間ｔが安全確認時間ｔｔ以上であるか否かを判定し、安全確認時間ｔｔ以上である場合（Ｓ６１２：Ｙｅｓ）にはＳ６１６の処理に進み、安全確認時間ｔｔ以上でない場合（Ｓ６１２：Ｎｏ）にはＳ６１４の処理に進む。
　Ｓ６１４の処理において、無線通信システムは、次の予測確認時間に移行するため、ｔ＝ｔ＋１５とし、Ｓ６０８の処理に戻る。
　Ｓ６１６の処理において、無線通信システムは、安全確認時間ｔｔ分後まで閾値ｄをわらないため、切替先をセルＣｉｉに決定する。
　Ｓ６１８の処理において、無線通信システムは、最終セルであるか否か（ｉｉ＝Ｍ）を判定し、ｉｉ＝Ｍである場合（Ｓ６１８：Ｙｅｓ）にはＳ６２２の処理に進み、ｉｉ＝Ｍでない場合（Ｓ６１８：Ｎｏ）にはＳ６２０の処理に進む。
　Ｓ６２０の処理において、無線通信システムは、最終セルでないためにｉｉ＝ｉｉ＋１とし、Ｓ６０６の処理に進む。例えば、無線通信システムは、セルＣ２が最終セルでない場合には、次のセルＣ３の検討に入る。
　Ｓ６２２の処理において、無線通信システムは、安全確認時間ｔｔ分後まで閾値ｄをわらない切替先が見つからないとし、Ｓ６２４の処理に進む。
　Ｓ６２４の処理において、無線通信システムは、安全確認時間ｔｔが予測対象時間ｔであるか否か（ｔｔ＝ｔ）を判定し、ｔｔ＝ｔである場合（Ｓ６２４：Ｙｅｓ）にはＳ６３０の処理に進み、ｔｔ＝ｔでない場合（Ｓ６２４：Ｎｏ）にはＳ６２６の処理に進む。
　Ｓ６２６の処理において、無線通信システムは、安全確認時間ｔｔを変更（１５分前）し、閾値ｄをわらない切替先を検討する。
　Ｓ６２８の処理において、無線通信システムは、ｔｔ＝ｔｔ－１５とし、Ｓ６０４の処理に戻る。
　Ｓ６３０の処理において、無線通信システムは、切り替え先セルが見つからないとし、（Ｆ）切替先セル検討の処理を終了する。
　例えば、図２１に示した例では、無線通信システムは、セルＣ１の地点で３０分後以降、５ｄＢ以上の減衰が予想されるため、他地点への切替えを検討する。例えば、無線通信システムは、３０分後、４５分後、６０分後、共に降雨による影響の少ない（１．５ｄＢ程度まで）のＣ４地点へ切り替える。
　このように、一実施形態にかかる無線通信システムは、サービスリンクが接続された中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御を行うので、ＮＴＮにおける上空で移動するひとつの中継局がカバーするエリアの全体が降雨の影響を受ける場合にも、通信品質の劣化を防止することができる。
　なお、一実施形態にかかる無線通信システムは、上述したように、降雨減衰などの伝搬損失量の推定結果を用いて、損失分に応じて送信電力を増幅する送信電力制御（ＴＣＰ：Transmitter Power Control）や、損失分に応じて変調方式・チャネル符号化率（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を適応制御して所要ＣＮＩＲ（Carrier to Noise and Interference Ratio（搬送波対雑音・干渉比））を調整するＡＭＣ（Adaptive Modulation and Coding（適応変調・チャネル符号化））の機能も備える。
　また、端末１０、地上局２０、中継局３０、及び図示しない制御局の少なくともいずれかが有する図２に示した各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
　例えば、本発明にかかる無線通信システムは、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　１０・・・端末、２０・・・地上局、３０・・・中継局、４０・・・抽出部、４１・・・区間算出部、４２・・・損失量算出部、４３・・・予測部、４４・・・判定部、４５・・・制御部

Claims (8)

  1. 　ＮＴＮをともなう無線通信方法において、
    　気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、ＮＴＮの上空で移動する複数の中継局と、前記中継局が形成するセルそれぞれに対して地上に配置された複数の地上局との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出する抽出工程と、
    　抽出した降雨データに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測する予測工程と、
    　予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の前記中継局それぞれのフィーダリンクが所定の通信品質を満たしているか否かを判定する判定工程と、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御する制御工程と
    　を含むことを特徴とする無線通信方法。
  2. 　前記制御工程では、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定した場合に、当該中継局のフィーダリンクを、フィーダリンクが所定の通信品質を満たしていると判定した他の前記中継局のいずれかが前記地上局のいずれかに中継するように伝搬路を切替える制御を行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
  3. 　前記制御工程では、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと判定した場合に、当該中継局の送信電力を増加させるように制御、又は、当該中継局の変調方式若しくは符号化率を変化させるように制御を行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
  4. 　抽出した降雨データに基づいて、前記中継局と前記地上局との間それぞれの降雨区間を算出する区間算出工程と、
    　算出した降雨区間により生じる電波の伝搬損失量をそれぞれ算出する損失量算出工程と
    　を含み
    　前記予測工程では、
    　算出した電波の伝搬損失量それぞれに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測すること
    　を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
  5. 　ＮＴＮを備えた無線通信システムにおいて、
    　気象レーダーの観測データに基づく所定領域ごとの降雨予測から、ＮＴＮの上空で移動する複数の中継局と、前記中継局が形成するセルそれぞれに対して地上に配置された複数の地上局との間それぞれの降雨データを所定の時間ごとに抽出する抽出部と、
    　前記抽出部が抽出した降雨データに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測する予測部と、
    　前記予測部が予測したフィーダリンクの通信劣化それぞれに基づいて、複数の前記中継局それぞれのフィーダリンクが所定の通信品質を満たしているか否かを判定する判定部と、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、当該フィーダリンクが所定の通信品質を満たすように制御する制御部と
    　を有することを特徴とする無線通信システム。
  6. 　前記制御部は、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、当該中継局のフィーダリンクを、フィーダリンクが所定の通信品質を満たしていると前記判定部が判定した他の前記中継局のいずれかが前記地上局のいずれかに中継するように伝搬路を切替える制御を行うこと
    　を特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
  7. 　前記制御部は、
    　サービスリンクが接続された前記中継局のフィーダリンクが所定の通信品質を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、当該中継局の送信電力を増加させるように制御、又は、当該中継局の変調方式若しくは符号化率を変化させるように制御を行うこと
    　を特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
  8. 　前記抽出部が抽出した降雨データに基づいて、前記中継局と前記地上局との間それぞれの降雨区間を算出する区間算出部と、
    　前記区間算出部が算出した降雨区間により生じる電波の伝搬損失量をそれぞれ算出する損失量算出部と
    　を有し、
    　前記予測部は、
    　前記損失量算出部が算出した電波の伝搬損失量それぞれに基づいて、複数の前記中継局の降雨に起因するフィーダリンクの通信劣化をそれぞれ予測すること
    　を特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
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