WO2024069686A1 - 無線通信システム、中央制御装置、および無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、中央制御装置、および無線通信方法 Download PDF

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WO2024069686A1
WO2024069686A1 PCT/JP2022/035658 JP2022035658W WO2024069686A1 WO 2024069686 A1 WO2024069686 A1 WO 2024069686A1 JP 2022035658 W JP2022035658 W JP 2022035658W WO 2024069686 A1 WO2024069686 A1 WO 2024069686A1
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WO
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feeder link
radio station
wireless communication
terrestrial
combination
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Application number
PCT/JP2022/035658
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English (en)
French (fr)
Inventor
正樹 嶋
史洋 山下
武 鬼沢
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/16—Performing reselection for specific purposes
    • 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

  • This disclosure relates to a wireless communication system, a central control device, and a wireless communication method using a non-terrestrial network.
  • NTNs Non-Terrestrial Networks
  • a communication system uses mobile objects that move in the sky, including outer space, or stationary mobile objects/floating objects that move in the sky, including outer space, but appear to be stationary relative to the ground, as radio stations for service links (hereinafter referred to as airborne radio stations).
  • an airborne network is constructed by interconnecting multiple airborne radio stations via wireless or optical signal communication, and radio waves transmitted from mobile terminals on the ground are relayed through the airborne network to connect to terrestrial radio stations.
  • an overhead radio station is a GEO (Geostationary Orbit) satellite, or a LEO (Low Earth Orbit) satellite located in a low Earth orbit with an altitude of 2000 km or less, which is capable of wireless communication with higher capacity and lower latency than a GEO satellite (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, there is known a High Altitude Platform System (HAPS), which is capable of even higher capacity and lower latency than a LEO satellite.
  • GEO Globalstar
  • LEO Low Earth Orbit
  • feeder link circuits which are wireless communications between airborne radio stations and terrestrial radio stations
  • millimeter wave band radio to ensure the radio bandwidth required for large-volume communications.
  • millimeter wave radio signals are significantly attenuated by rainfall, clouds, and water vapor.
  • site diversity is required to select a line switch destination from multiple terrestrial radio stations.
  • satellite diversity is required to select a line switch destination from multiple overhead radio stations (for example, see Non-Patent Document 2).
  • the first objective of this disclosure is to provide a wireless communication system that can effectively utilize the facilities of terrestrial wireless stations and airborne wireless stations and improve the data rate of wireless communication in the NTN.
  • a second objective of this disclosure is to provide a central control device that can effectively utilize the facilities of terrestrial radio stations and airborne radio stations and improve the data rate of wireless communications in the NTN.
  • a third objective of this disclosure is to provide a wireless communication method that can effectively utilize the facilities of terrestrial wireless stations and airborne wireless stations and improve the data rate of wireless communication in the NTN.
  • a first aspect of the present disclosure is a wireless communication system that performs communication using a non-terrestrial network, A plurality of terrestrial radio stations; a plurality of airborne radio stations which perform one-to-one wireless communication with the terrestrial radio stations through feeder link circuits while moving in the air, including outer space, or while moving in the air, including outer space, but remaining stationary relative to the ground; Equipped with a combination calculation process for calculating a combination of the feeder link lines in the terrestrial radio station and the airborne radio station; a data rate calculation process for calculating a data rate for each of the feeder link lines represented by the combination; a sum calculation process for calculating a sum of the data rates for each of the combinations; a line switching process for switching the feeder link line to the combination that maximizes the total value;
  • the system is configured to execute:
  • a second aspect of the present disclosure provides a system for transmitting a radio signal to a plurality of terrestrial radio stations, An airborne radio station that performs radio communication while moving in the air, including outer space, or while moving in the air, including outer space, but remaining stationary relative to the ground;
  • a central control device for controlling a feeder link line established between a combination calculation process for calculating a combination of the feeder link lines in the terrestrial radio station and the airborne radio station; a data rate calculation process for calculating a data rate for each of the feeder link lines represented by the combination; a sum calculation process for calculating a sum of the data rates for each of the combinations; a process of transmitting a control message including information of the combination that maximizes the total value to the plurality of terrestrial radio stations;
  • the system is configured to execute:
  • a third aspect of the present disclosure provides a system for transmitting a radio signal to a plurality of terrestrial radio stations, a plurality of airborne radio stations which perform one-to-one wireless communication with the terrestrial radio stations through feeder link circuits while moving in the air, including outer space, or while moving in the air, including outer space, but remaining stationary relative to the ground;
  • a wireless communication method for performing communication using a non-terrestrial network comprising: a combination calculation process for calculating a combination of the feeder link lines in the terrestrial radio station and the airborne radio station; a data rate calculation process for calculating a data rate for each of the feeder link lines represented by the combination; a sum calculation process for calculating a sum of the data rates for each of the combinations; a line switching process for switching the feeder link line to the combination that maximizes the total value;
  • the system is configured to execute:
  • the first to third aspects of the present disclosure make it possible to provide a wireless communication system, a central control device, and a wireless communication method that can effectively utilize the facilities of terrestrial wireless stations and airborne wireless stations and improve the data rate of wireless communication in the NTN.
  • FIG. 1 is a configuration example of a wireless communication system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing an overhead radio station moving in the sky in a wireless communication system according to a first embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a role of a central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a terrestrial radio station according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a configuration example of an airborne network according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a communication function of an overhead radio station according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 4 is a flowchart of a process executed by a central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a wireless communication system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • overhead radio station 110 when a term is common to all of the overhead radio stations 110(1), 110(2), ... 110(M), the (number) at the end of the reference number will be omitted and the term will be referred to as overhead radio station 110. Only when referring to a specific overhead radio station 110 will the (number) be added to the end of the reference number, for example, overhead radio station 110(1). The same description will be used for the ground radio station 120 and the multiple components that appear thereafter.
  • the airborne radio station 110 is a radio relay station that moves in the sky, including outer space, or that moves in the sky, including outer space, but appears to be stationary relative to the ground.
  • the airborne radio station 110 is, for example, a GEO satellite communication station, a MEO (Medium Earth Orbit) satellite communication station, or a LEO satellite communication station.
  • Each airborne radio station 110 performs wireless communication with a terrestrial mobile station 130 via a service link line, and relays radio waves transmitted from the terrestrial mobile station 130 to the airborne network.
  • the ground mobile station 130 is a wireless terminal such as a smartphone that performs wireless communication with the overhead radio station 110.
  • the ground mobile station 130 transmits and receives packet data such as Internet traffic between the ground mobile station 130 and the overhead radio station 110 via the service link line 200.
  • the airspace network 140 is a communication network formed by M airspace radio stations 110 interconnected by wireless communication or optical signal communication.
  • the airspace network 140 relays packet data received by each of the airspace radio stations 110 from the ground mobile station 130, via one or more airspace radio stations 110, to an airspace radio station 110 that can communicate with the ground radio station 120.
  • the terrestrial radio station 120 receives radio waves transmitted from an overhead radio station 110 with which it can communicate, and transmits the packet data contained in the radio waves to the terrestrial network 150.
  • the terrestrial radio station 120 functions as a gateway station for the terrestrial network 150.
  • the terrestrial network 150 is a network of terrestrial lines that is composed of transmission paths such as optical fibers, wireless base stations, wireless relay stations, etc.
  • the UPF (User Plane Function) 160 is the part that handles the sending and receiving of user data packets.
  • the core network 170 is the backbone network of the 5G mobile communications system that connects exchanges with each other and connects to the Internet or other communications networks.
  • the DN (Data Network) 175 is an external network, such as the Internet, to which the core network 170 connects via the UPF 160.
  • the central control device 180 is the part that determines the connection combinations of lines for wireless communication between the airborne radio station 110 and the terrestrial radio station 120 via the terrestrial network 150, and controls the line switching.
  • the weather forecast data distribution system 190 is an external system that performs weather forecasts at regular intervals and distributes them. For example, it is the weather information distribution system (high-resolution precipitation nowcast data) of the Japan Meteorological Business Support Center, a general incorporated foundation, shown in Non-Patent Document 3.
  • the feeder link line 210 is a wireless communication line established between the airborne radio station 110 and the ground radio station 120 under the control of the central control device 180.
  • One airborne radio station 110 can wirelessly connect to only one ground radio station at a time and allocate a transmission speed to it.
  • the feeder link line 210 is a one-to-one communication line.
  • feeder link circuits 210(1), 210(2), ... 210(n) are also established.
  • FIG. 1 shows that, of the M airborne radio stations 110, m airborne radio stations 110 are approaching the airspace above the terrestrial radio station 120. These m airborne radio stations 110 function as gateway stations for the airborne network 140.
  • a plurality of airborne radio stations 110 form an airborne network 140.
  • Radio waves transmitted from a ground mobile station 130 are relayed to a ground wireless station 120 via the airborne network 140. This allows packet data contained in the radio waves transmitted from the ground mobile station 130 to be connected to a ground communication network.
  • the terrestrial communication network is a service network for a 5G mobile communication system.
  • the standard of the wireless communication system 100 does not have to be limited to 5G.
  • an uplink case has been described in which packet data transmitted by the terrestrial mobile station 130 to the overhead radio station 110 via radio waves is connected to a terrestrial communication network.
  • a downlink case in which the terrestrial mobile station 130 receives data may also be used.
  • communication is performed in the opposite direction to that described above.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing how an overhead radio station moves in the sky in a wireless communication system according to embodiment 1 of the present disclosure.
  • the overhead radio station 110 is a satellite station that moves in the sky, such as a LEO satellite station.
  • multiple overhead radio stations 110 are shown traveling on orbits represented by northbound orbit 230(1), northbound orbit 230(2), southbound orbit 240(1), and southbound orbit 240(2).
  • overhead radio station 110(1) is traveling on northbound orbit 230(1).
  • the overhead radio stations 110 that can be seen at the same time from a certain area on the ground change from moment to moment.
  • coverage area 250(1) is the radio relay area of airborne radio station 110(1).
  • Airborne radio station 110(1) establishes a feeder link circuit 210 between itself and a terrestrial radio station 120(1) located in its coverage area 250(1), and can relay radio waves from terrestrial mobile stations 130 within its area.
  • the installation location of the terrestrial radio station 120 is appropriately selected so that it can see multiple overhead radio stations 110 at the same time.
  • the design of the overhead radio station 110 is optimized for the six elements of Kepler's orbit, namely the semi-major axis, eccentricity, orbital inclination, right ascension of ascending node (RAAN), argument of perigee, and mean anomaly. This also makes it possible to open a new line even if the coverage area 250 of the overhead radio station 110, which moves in the sky over time, moves away from the currently used terrestrial radio station 120, causing a line interruption in the currently used feeder link line 210.
  • RAAN right ascension of ascending node
  • FIG. 3 is a diagram explaining the role of the central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is similar to FIG. 2, but one-to-one feeder link circuits 210 are established between multiple airborne radio stations 110 and multiple terrestrial radio stations 120.
  • the central control device 180 determines the combinations in which feeder link circuits 210 should be established for multiple overhead radio stations 110 that move over time and multiple terrestrial radio stations 120, without overlapping. Furthermore, it performs handover (hereinafter referred to as HO) control to switch the currently used feeder link circuit 210 based on the determined combination.
  • HO handover
  • the optimal combination is determined based on the weather forecast data distributed by the weather forecast data distribution system 190.
  • the central control device 180 determines a combination of multiple overhead radio stations 110 and multiple terrestrial radio stations 120 to establish a feeder link circuit 210, and performs HO control.
  • the optimal combination is determined based on weather forecast data. This makes it possible to perform HO control that takes into account the effects of rainfall, etc.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the central control device 180 periodically downloads necessary weather forecast data 181 from an external weather forecast data distribution system 190 and stores it in a data storage unit 182.
  • the weather forecast data 181 is data expressed as numerical values such as precipitation intensity.
  • the data storage unit 182 is a storage device such as a hard disk drive or SSD (Solid State Drive) that stores data calculated by the central control unit 180 or data acquired from the outside.
  • SSD Solid State Drive
  • the orbit coordinate prediction unit 183 calculates and predicts the future orbit coordinate position of the overhead radio station 110 from the orbit observation data of the overhead radio station 110, and stores the result in the data storage unit 182 as position coordinate data 184.
  • connection line parameter calculation unit 185 derives a combination for opening a feeder link line 210 based on the weather forecast data 181, position coordinate data 184, line connection information 186, and line parameter information 187 stored in the data storage unit 182. Furthermore, for each combination, a calculation is performed to predict the amount of signal degradation of the wireless transmission path in the feeder link line 210. Based on the result of this calculation, a combination for opening a feeder link line 210 is determined from among a plurality of overhead radio stations 110 and a plurality of terrestrial radio stations 120.
  • the number of combinations of feeder link circuits that can be established is calculated to be n P m when n ⁇ m, and m P n when m>n.
  • connection line parameter calculation section 185 determines the optimum combination from among the n P m or m P n combinations.
  • the line connection control unit 188 transmits a control message 189 including information on the optimal combination determined by the connection line parameter calculation unit 185 to each of the n terrestrial radio stations 120.
  • the control message 189 is transmitted to each of the terrestrial radio stations 120 via the terrestrial network.
  • the control messages 189 to be sent to terrestrial radio station 120(1), terrestrial radio station 120(2), ... terrestrial radio station 120(n) are respectively referred to as control message 189(1), control message 189(2), ... control message 189(n).
  • the central control device 180 performs handover control of the feeder link lines 210 for the terrestrial radio stations 120.
  • a suitable combination is selected from among n P m or m P n combinations. In this manner, by performing integrated connection control of the multiple feeder link lines 210, it becomes possible to effectively utilize the facilities of the terrestrial radio stations 120 and the airborne radio stations 110 provided in the wireless communication system 100.
  • the processing performed by the central control device 180 may be executed by a program using a computer having a CPU and a memory and storing a program in the memory.
  • the processing may be executed by a program using an integrated circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the program may be provided by being recorded on a storage medium, or may be provided via a network.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a terrestrial radio station according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the line connection control unit 260 of the terrestrial radio station 120 includes a tracking control unit 261, an orbit coordinate prediction unit 183, a line connection control unit 262, and a data storage unit 263.
  • the tracking control unit 261 is a part that tracks and controls the overhead radio station 110 based on position coordinate data 184.
  • the orbit coordinate prediction unit 183 is the same as in FIG. 4, so a description thereof will be omitted.
  • the line connection control unit 262 receives a control message 189 sent from the central control device 180. Furthermore, it performs handover of the feeder link line based on the control message 189. Furthermore, when the wireless connection is started, the line connection control unit 262 sends a first control message 264 to the connecting partner, the overhead radio station 110, via the network function unit 270 and the feeder link function unit 290. This allows the line connection control unit 262 to instruct the connecting partner, the overhead radio station 110, to start connection processing between the station and the feeder link line 210.
  • the line connection control unit 262 sends a second control message 265 to the network control unit 271 in the network function unit 270 at the time of HO.
  • the network control unit 271 executes a program based on the received second control message 265 and performs buffering control of the switch control unit 274.
  • the switch control unit 274 When the ground radio station 120 receives packet data at the first port 275 to be sent to the airborne radio station 110, the switch control unit 274 performs buffering based on control from the network control unit 271. The packet data is held there until the feeder link line 210 is opened. When HO is completed and a new feeder link line 210 is opened, the packet data is output from the second port 276 to the feeder link functional unit 290. In this way, by performing packet buffering during HO, it is possible to prevent the feeder link line 210 from being temporarily disconnected and transmission packet loss from occurring.
  • the network function unit 270 of the terrestrial radio station 120 comprises a network control unit 271, a memory 272, a flash memory 273, a switch control unit 274, a first port 275, and a second port 276.
  • the network control unit 271 is a processor that executes programs and the like for implementing the functions of the terrestrial radio station 120. Furthermore, when the network control unit 271 receives a second control message 265 from the line connection control unit 262, it outputs this to the switch control unit 274 for transmission to the overhead radio station 110.
  • Memory 272 may be, for example, a volatile or non-volatile semiconductor memory such as RAM or ROM, or a magnetic disk. Flash memory 273 is a non-volatile semiconductor memory. Memory 272 or flash memory 273 stores programs for implementing the functions of terrestrial radio station 120. Furthermore, during the above-mentioned buffering, transmission packet data is temporarily stored.
  • the switch control unit 274 is a network connection switch based on the Ethernet (registered trademark) communication standard.
  • the switch control unit 274 performs the above-mentioned buffering. Furthermore, when the first control message 264 is received from the network control unit 271, it outputs it to the second port 276 for transmission to the overhead radio station 110.
  • the first port 275 includes a first interface unit 277 and a first input/output control unit 278.
  • the first interface unit 277 transmits and receives packet data to and from the terrestrial network 150 in accordance with the Ethernet communication standard.
  • the first input/output control unit 278 controls the input and output of packet data to and from the switch control unit 274.
  • the second port 276 includes a second I/O control unit 279 and a second interface unit 280.
  • the second I/O control unit 279 controls the input and output of packet data to the switch control unit 274.
  • the second interface unit 280 transmits and receives packet data to and from the feeder link function unit 290 in accordance with the Ethernet communication standard.
  • the feeder link function unit 290 of the ground radio station 120 includes a baseband processing unit 291, a DBF (Digital Beam Forming) processing unit 292, a DAC/ADC unit 293, an RF unit 294, and an antenna 295.
  • the baseband processing unit 291 performs processing such as modulation and encoding on the carrier wave carrying the packet data received from the network function unit 270.
  • the DBF processing unit 292 performs processing to form a carrier wave beam so that it heads toward the connected overhead radio station 110.
  • the DAC/ADC unit 293 converts the digitally modulated carrier wave into analog.
  • the RF unit 294 converts the analog-converted intermediate frequency carrier wave into RF (Radio Frequency) radio waves.
  • the antenna 295 is an antenna capable of simultaneously tracking multiple overhead radio stations 110, such as an active multi-beam forming array antenna, which transmits and receives radio waves.
  • the terrestrial radio station 120 performs HO of the feeder link line 210 to the connected overhead radio station 110. Furthermore, it buffers the transmitted packets until the HO is completed and a new feeder link line 210 is established. This makes it possible to prevent packet loss from occurring between the start and completion of the HO sequence.
  • the network function unit 270 performs processing in the reverse order of transmission. That is, the second port receives packet data from the feeder link function unit 290 and outputs it to the switch control unit 274.
  • the switch control unit 274 outputs the packet data input from the second port 276 to the first port 275.
  • the first port 275 transmits the packet data input from the switch control unit 274 to the ground network 150.
  • the feeder link function unit 290 also performs the above-mentioned processing in the reverse order. That is, the antenna 295 receives radio waves. The RF section 294 then converts the radio waves to an intermediate frequency. The DAC/ADC section 293 converts the analog carrier wave to digital. The DBF processing section 292 performs reception processing of the shaped beam. The baseband processing section 291 performs processing such as demodulation and decoding of the carrier wave.
  • FIG. 6 shows an example of the configuration of an airspace network according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the airspace radio stations 110 are LEO satellite stations.
  • the airspace network 140 includes multiple airspace radio stations 110 traveling on the same satellite orbit 141.
  • satellite orbit 141 is represented from the top of the drawing as satellite orbit 141(1), satellite orbit 141(2), satellite orbit 141(3), etc.
  • overhead radio stations 110 traveling on satellite orbit 141(i) are represented in a matrix form from the left of the drawing as overhead radio station 110(i,1), overhead radio station 110(i,2), etc., overhead radio station 110(i,j).
  • the (number) at the end of the reference number is omitted except when it is necessary to specify them by adding a (number) at the end of the reference number.
  • the overhead radio station 110 (2, 1) establishes an optical feeder link connection 142 with the overhead radio stations 110 (2, 0) and 110 (2, 2) that are adjacent to the station on the same orbit.
  • the optical feeder link connection 142 is also established between the overhead radio stations 110 (1, 1) and 110 (3, 1) that are located close to the station on the adjacent orbit.
  • an overhead radio station 110 establishes optical feeder link connections 142 with an overhead radio station 110 that is close to itself on the same orbit, and with an overhead radio station 110 that is located close to itself on a nearby orbit. This makes it possible to form an overhead network 140 with a grid topology.
  • the arrangement of the overhead radio stations 110 is not limited to the example shown in Fig. 6, but may be appropriately arranged depending on the usage environment of the overhead network 140. Also, the connection between the overhead radio stations 110 does not have to be the optical feeder link connection 142, and may be a feeder link connection by wireless communication.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the communication function of an airborne radio station according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the airborne radio station 110 is a LEO satellite station.
  • the feeder link control unit 300 of the overhead radio station 110 includes a feeder link direction control unit 301, a data storage unit 302, and a line connection control unit 303.
  • the feeder link direction control unit 301 controls the direction of the feeder link line 210 based on the terrestrial radio station position coordinate data 304 stored in the data storage unit 302.
  • the line connection control unit 303 receives the first control message 264 transmitted from the terrestrial radio station 120 via the feeder link function unit 310 and the network function unit 320. Furthermore, based on the first control message 264, it performs HO to establish a feeder link line 210 with the source terrestrial radio station 120.
  • the line connection control unit 303 sends a third control message 305 to the network control unit 271 in the network function unit 320 during HO.
  • the network control unit 271 executes a program based on the received third control message 305, and controls the buffering of the switch control unit 274. This makes it possible to prevent packet loss from occurring in the overhead radio station 110 from the start to the completion of the HO sequence.
  • the switch control unit 274 is omitted here, as it is the same as in FIG. 5.
  • the network function unit 320 of the airborne radio station 110 includes a network control unit 271, a memory 272, a flash memory 273, a switch control unit 274, a feeder link port 321, a service link port 322, and a number of optical signal ports 327.
  • the explanation of the network control unit 271, the memory 272, the flash memory 273, and the switch control unit 274 is omitted since it is the same as that of FIG. 5.
  • the feeder link port 321 includes an interface unit 323 and an input/output control unit 324, and transmits and receives packet data between the feeder link function unit 310.
  • the service link port 322 includes an interface unit 325 and an input/output control unit 326, and transmits and receives packet data between the service link function unit 330.
  • each of the multiple optical signal ports 327 has an interface section 328 and an input/output control section 329, and transmits and receives packet data between the optical signal function unit 340.
  • interface unit 323, interface unit 325, and interface unit 328 can be obtained by replacing terrestrial network 150 with feeder link function unit 310, service link function unit 330, and optical signal function unit 340 in the explanation of first interface unit 277 in FIG. 5.
  • the explanations of input/output control unit 324, input/output control unit 326, and input/output control unit 329 are omitted because they are the same as those of first input/output control unit 278 in FIG. 5.
  • the feeder link function unit 310 of the airborne radio station 110 transmits and receives radio waves to and from the ground radio station 120.
  • the components of the feeder link function unit 310 are the same as those of the feeder link function unit 290 in FIG. 5, so an explanation of each component will be omitted.
  • the service link control unit 350 of the airborne radio station 110 comprises a service link direction control unit 351, a data storage unit 352, and a line connection control unit 353.
  • the service link direction control unit 351 controls the service link direction based on the beam projection position coordinates and frequency information 354 stored in the data storage unit 352.
  • the line connection control unit 353 controls the connection of the service link line 200 with the ground mobile station 130.
  • the service link function unit 330 of the airborne radio station 110 transmits and receives radio waves with the ground mobile station 130.
  • the explanation here is the same as that of the feeder link function unit 290 in FIG. 5, so it will be omitted.
  • the 5G/6G gNB function unit 360 of the airborne radio station 110 has base station functions in a 5G/6G standard communication system.
  • the optical line connection control unit 370 of the overhead radio station 110 includes a tracking control unit 261, an orbit coordinate prediction unit 183, a data storage unit 263, and an optical line connection control unit 371.
  • the optical line connection control unit 371 controls the connection of the optical feeder link connection 142 to an overhead radio station 110 adjacent to the own station on the same orbit, and to an overhead radio station 110 located close to the own station on an adjacent orbit. Note that the functions of the tracking control unit 261, the orbit coordinate prediction unit 183, and the data storage unit 263 are omitted since they are the same as those explained in FIG. 5.
  • the optical signal function unit 340 of the airborne radio station 110 is a part that performs optical signal communication by establishing an optical feeder link connection 142 with other airborne radio stations 110.
  • the optical signal function unit 340 has multiple optical connection units 345 each equipped with an optical-electrical signal conversion unit 341, a gimbal 342, and an optical signal transmission/reception unit 343.
  • the optical-electrical signal conversion unit 341 receives data transmitted from the optical signal port 327 of the network function unit 320, and converts the electrical signal into an optical signal.
  • the gimbal 342 is equipped with the optical signal transmission/reception unit 343, and maintains the attitude of the optical signal transmission/reception unit 343.
  • the optical signal transmission/reception unit 343 is a part that transmits its own packet data as an optical signal to multiple adjacent airborne radio stations 110.
  • the gimbal control unit 344 controls the direction of each of the multiple gimbals 342 based on the position information of the overhead radio station 110 close to the station, etc., obtained from the satellite station tracking control unit 346.
  • the optical signal control unit 347 controls the photoelectric conversion process in the photoelectric signal conversion unit 341.
  • the airborne radio station 110 disclosed herein communicates with the terrestrial radio station 120, the terrestrial mobile station 130, and airborne radio stations 110 in close proximity to the station itself. Furthermore, when a first control message 264 is received from a terrestrial radio station 120, a handover is performed based on this message to establish a feeder link line 210 with the source terrestrial radio station 120. Furthermore, during handover, transmitted packets are buffered.
  • the line connection control unit 303 performs HO based on the first control message 264 received from the terrestrial radio station 120. However, even if the first control message 264 is not present, the line connection control unit 303 may perform HO of the feeder link line 210 to the terrestrial radio station 120 spontaneously by a built-in line connection control program.
  • the overhead radio station 110 may send a fourth control message 306 to the connected terrestrial radio station 120 via the network function unit 320 and the feeder link function unit 310 when the wireless connection is started. This allows the connected terrestrial radio station 120 to be instructed to start connection processing between the station and the feeder link line 210.
  • the optical signal function unit 340 performs processing in the reverse order to that of transmission. That is, the optical signal transmitter/receiver 343 receives the packet data as an optical signal.
  • the optical-electrical signal converter 341 converts the optical signal into an electrical signal and performs processing to input the signal to the optical signal port 327 of the network function unit 320.
  • FIG 8 is a flowchart of the process executed by the central control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the central control device 180 starts the process (step S380).
  • the central control device 180 obtains weather forecast data 181 for the target area at time (T Cu +T RF ), which is a time T RF after the current time T Cu , from the weather forecast data distribution system 190 (step S381).
  • the central control device 180 creates a list S 1 (T Cu +T RF ), ...S m (T Cu +T RF ) of the airborne radio stations 110 that exist in the target area at time (T Cu +T RF ) from the position coordinate data 184 of the airborne radio stations 110 at time (T Cu +T RF ) (step S382).
  • each one-to-one feeder link line represented by the connection combination CL( En , Sm , TCU + TRF ) is represented as L( En , Sm , TCU + TRF ).
  • the transmission distance is calculated using the position coordinate data 184 of the airborne radio station 110 and the terrestrial radio station position coordinate data 304 (step S384). From this transmission distance and the rain attenuation prediction data, the MCS (Modulation and Coding Scheme) at time (T Cu + T RF ) for each of the feeder link lines L (E n , S m , T Cu + T RF ) is calculated based on the rain attenuation model (step S385).
  • MCS Modulation and Coding Scheme
  • a data rate LR(E n , S m , T Cu +T RF ) at time (T Cu +T RF ) is calculated for each of the feeder links L(E n , S m , T Cu +T RF ) (step S386).
  • step S387 the sum ⁇ LR(E n , S m , T Cu + T RF ) of the data rates LR(E n , S m , T Cu + T RF ) is calculated (step S387). Furthermore, in order to switch to the combination CL max (E n , S m , T Cu + T RF ) that maximizes the sum ⁇ LR(E n , S m , T Cu + T RF ) at time ⁇ (T Cu + T RF )/2 ⁇ , a control message 189 is transmitted to each terrestrial radio station 120 (step S388). Finally, the process ends (step S389).
  • the central control device 180 can determine a combination that maximizes the total communication data rate of the feeder link line in which m airborne radio stations 110 and n terrestrial radio stations 120 form a multi-session configuration. Furthermore, HO control can be performed based on this combination.
  • ⁇ Modification> The process of the above flowchart does not necessarily have to be performed by the central control device. For example, it may be performed by any one of the terrestrial radio stations 120. In that case, in step 388, a control message including information on the combination CLmax ( En , Sm , Tcu + TRF ) may be transmitted from the terrestrial radio station 120 that has executed the above flowchart to the other terrestrial radio stations 120.
  • the present disclosure makes it possible to provide a wireless communication system 100, a central control device 180, and a wireless communication method that can effectively utilize the facilities of the terrestrial wireless stations 120 and the airborne wireless stations 110 and improve the data rate of wireless communication in the NTN.
  • the process of calculating the combination of the feeder link lines 210 in the terrestrial radio station 120 and the overhead radio station 110 performed by the wireless communication system 100 of the present disclosure is called a combination calculation process.
  • the combination calculation process is, for example, the process of step S383.
  • the process of calculating the data rate for each of the feeder link lines 210 represented by the combination is called a data rate calculation process.
  • the data rate calculation process is, for example, the process of step S386.
  • the process of calculating the total value of the data rates for each combination is called a total value calculation process.
  • the total value calculation process is, for example, the process of step S387.
  • the line switching process is, for example, the process of step S388, the process performed by the line connection control unit 260 of the terrestrial radio station 120, and the process performed by the feeder link control unit 300 of the overhead radio station 110.
  • Wireless communication system 100 overhead radio station 110; ground radio station 120; ground mobile station 130; overhead network 140; satellite orbit 141; optical feeder link connection 142; ground network 150; UPF 160; core network 170; DN 175; central control unit 180; weather forecast data 181; data storage unit 182; orbit coordinate prediction unit 183; position coordinate data 184; connection line parameter calculation unit 185; line connection information 186; line parameter information 187; line connection control unit 188; control message 189; weather forecast data distribution system 190; service link line 200; feeder link line 210; northbound orbit 230; southbound orbit road 240; coverage area 250; line connection control unit 260; tracking control unit 261; line connection control unit 262; data storage unit 263; first control message 264; second control message 265; network function unit 270; network control unit 271; memory 272; flash memory 273; switch control unit 274; first port 275; second port 276; first interface unit 277; first input/output control unit 278; second input/output control unit 279; second interface

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Abstract

本開示は、非地上系ネットワークを用いた無線通信システムに関し、地上無線局および上空無線局の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることを目的とする。本開示の無線通信システムは、複数の地上無線局と、宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら、地上無線局と１対１のフィーダリンク回線による無線通信を行う複数の上空無線局とを備える。そこでは、地上無線局と上空無線局におけるフィーダリンク回線の組合せを算出する処理と、組合せが表すフィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する処理と、組合せごとにデータレートの合計値を算出する処理と、合計値が最大となる組合せに、フィーダリンク回線を切り替える処理とを実行するように構成される。

Description

無線通信システム、中央制御装置、および無線通信方法
　本開示は、非地上系ネットワークを用いた無線通信システム、中央制御装置、および無線通信方法に関する。
　昨今の４Ｇ／５Ｇサービスの普及等によりネットワークの通信帯域の利用需要は年々増大している。また、将来のＢ５Ｇ／６Ｇサービスに向けて、更なる通信の低遅延化も求められている。Ｂ５Ｇ／６Ｇサービスでは、カバレッジ・エリアを拡大する為に、ＮＴＮ（Ｎｏｎ－Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ、非地上系ネットワーク）の利用が見込まれている（例えば、非特許文献１参照）。そこでは、宇宙空間を含む上空を移動する移動体、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しているように見える停止移動体・空中浮遊体を、サービスリンク用無線局（以下、上空無線局と称する）として用いる通信システムが構想されている。
　さらに、近年では、複数の上空無線局を無線通信又は光信号通信で相互接続した上空ネットワークを構成し、地上の移動端末からの送信電波を上空ネットワークの中継により地上無線局へと接続する方法が考案されている。
　上空無線局の一例としては、ＧＥＯ（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　Ｏｒｂｉｔ）衛星、またはＧＥＯ衛星よりも大容量・低遅延な無線通信が可能であり、軌道高度２０００ｋｍ以下の地球低軌道に位置するＬＥＯ（Ｌｏｗ　Ｅａｒｔｈ　Ｏｒｂｉｔ）衛星が知られる（例えば、特許文献１参照）。さらには、ＬＥＯ衛星よりも更に大容量・低遅延化が可能なＨＡＰＳ（Ｈｉｇｈ　Ａｌｔｉｔｕｄｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｓｙｓｔｅｍ）等が知られる。
　上空無線局と、地上無線局との間の無線通信であるフィーダリンク回線においては、大容量通信に必要な無線帯域を確保する為、ミリ波帯無線の利用が求められている。
　しかしながら、ミリ波帯無線は降雨、雲及び水蒸気による無線信号の減衰が大きいことが知られる。上述のフィーダリンク回線にミリ波帯無線を利用する際、降水量の多い地域においては、複数の地上無線局から回線切り替え先を選択するサイトダイバーシティが必要となる。もしくは、複数の上空無線局から回線切り替え先を選択するサテライトダイバーシティが必要となる（例えば、非特許文献２参照）。
　また、地域によっては、季節により降雨範囲、雲天域が広範囲であり、さらに近年は局地的な豪雨の発生も頻発する様になってきている。そのため、降雨対策が特に必要な地域では、サイトダイバーシティの選択候補を増やすため、降雨や雲天との相関が小さくなるまで互いに距離を離した地上無線局を増設し、フィーダリンク回線の稼働率を上げる対策が取られる。
　このように、従来技術においては、１、２基程度の上空無線局と、降雨との相関がなくなるまで離れた複数の地上無線局を配置する。そこでは、１つの地上無線局を現用系とし、他のｎ基の地上無線局は待機系とする１対ｎの冗長切り替え方式の下に、サイトダイバーシティ、サテライトダイバーシティが実施される（例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献２参照）。
　従来技術においては、降雨等により受信信号が減衰し現用系の回線が切断されると、地上ネットワークを経由して、予備系の地上無線局により現用回線の切断が検知される。すると、予め定められている回線切り替え先の優先度に従い、システムが自動で、又はオペレーターが手動で、予備系への回線切り替え制御を行う。これにより、簡便な制御・運用方法のもとで降雨等によるサービス断を防ぐことができる。
　なお、日本における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、２５０ｍメッシュ毎または１ｋｍメッシュ毎に、降水強度予測がされている（例えば、非特許文献３参照）。
特開２００１－０８６０５４号公報 特表２００７－５２９９６４号公報 特開２０１４－０５３７５１号公報
3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;Solutions for NR to support non-terrestrial networks (NTN)(Release 16)、38.821、V16.1.0 (2021-05). Ku帯衛星回線のサイトダイバーシティ改善度と雨域通過方向との関係(Improvement Factor of Ku-Band Satellite Diversity Effects Related to Rain Area Motion)、電子情報通信学会技術研究報告. A・P, アンテナ・伝播 108(148), 35-40, 2008-07-16. 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、従来技術においては、予備系設備が有効利用されず設備コストが増大してしまう課題がある。さらには、複数の上空無線局を無線通信又は光信号通信により接続する上空ネットワークに対して、従来の１対ｎの冗長切り替え方式で対応しようとすると、ｍ基の上空無線局に対して地上無線局は（ｍ×ｎ）基必要となる。このため、地上無線局の設備コストが更に増大してしまう課題がある。
　本開示は上述の課題を解決するため、地上無線局および上空無線局の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることができる無線通信システムを提供することを第一の目的とする。
　また本開示は、地上無線局および上空無線局の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることができる中央制御装置を提供することを第二の目的とする。
　また本開示は、地上無線局および上空無線局の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることができる無線通信方法を提供することを第三の目的とする。
　本開示の第一の態様は、非地上系ネットワークを用いて通信を行う無線通信システムであって、
　複数の地上無線局と、
　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら、前記地上無線局と１対１のフィーダリンク回線による無線通信を行う複数の上空無線局と、
　を備え、
　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
　前記合計値が最大となる前記組合せに、前記フィーダリンク回線を切り替える、回線切り替え処理と、
　を実行するように構成されることが好ましい。
　本開示の第二の態様は、複数の地上無線局と、
　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら無線通信を行う上空無線局と、
　の間で開設されるフィーダリンク回線を制御する中央制御装置であって、
　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
　前記合計値が最大となる前記組合せの情報を含む制御電文を前記複数の地上無線局に送信する処理と、
　を実行するように構成されることが好ましい。
　本開示の第三の態様は、複数の地上無線局と、
　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら、前記地上無線局と１対１のフィーダリンク回線による無線通信を行う複数の上空無線局と、
　を備える非地上系ネットワークを用いて通信を行う無線通信方法であって、
　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
　前記合計値が最大となる前記組合せに、前記フィーダリンク回線を切り替える、回線切り替え処理と、
　を実行するように構成されることが好ましい。
　本開示の第一から第三の態様によれば、地上無線局および上空無線局の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることができる無線通信システム、中央制御装置、および無線通信方法を提供することが可能となる。
本開示の実施の形態１に係る無線通信システムの構成例である。 本開示の実施の形態１に係る無線通信システムにおいて、上空無線局が上空を移動する様子を示す模式図である。 本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置の役割を説明する図である。 本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置の機能構成例を表すブロック図である。 本開示の実施の形態１に係る、地上無線局の機能構成例を表すブロック図である。 本開示の実施の形態１に係る、上空ネットワークの構成例である。 本開示の実施の形態１に係る、上空無線局の通信機能の機能構成例を表すブロック図である。 本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置が実行する処理のフローチャートである。
実施の形態１
　図１は本開示の実施の形態１に係る無線通信システムの構成例である。無線通信システム１００は、Ｍ基の上空無線局１１０（１）、１１０（２）、…１１０（Ｍ）、およびｎ基の地上無線局１２０（１）、１２０（２）、…１２０（ｎ）を備える。ただしＭ≧２であり、ｍ≧２である。
　なお、以降では上空無線局１１０（１）、１１０（２）、…１１０（Ｍ）のすべてに共通する場合は符号末尾の（番号）を省略して上空無線局１１０と記載する。特定の上空無線局１１０を指す場合のみ、符号末尾に（番号）を付加して、上空無線局１１０（１）のように記載する。また、地上無線局１２０、およびこれ以降に登場する複数の構成要素についても同様に記載する。
　上空無線局１１０は、宇宙空間を含む上空を移動する、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しているように見える無線中継局である。上空無線局１１０は、例えば、ＧＥＯ衛星通信局、ＭＥＯ（Ｍｅｄｉｕｍ　Ｅａｒｔｈ　Ｏｒｂｉｔ）衛星通信局、またはＬＥＯ衛星通信局である。上空無線局１１０は各々が地上移動局１３０とサービスリンク回線を介した無線通信を行い、地上移動局１３０から送信された無線電波を上空ネットワークに中継する。
　地上移動局１３０は、上空無線局１１０と無線通信を行うスマートフォンなどの無線端末のことである。地上移動局１３０はサービスリンク回線２００を介して上空無線局１１０との間でインターネットトラヒック等のパケットデータの送受信を行う。
　上空ネットワーク１４０は、無線通信又は光信号通信で相互に接続されたＭ基の上空無線局１１０が形成する通信ネットワークである。上空ネットワーク１４０は、上空無線局１１０のそれぞれが地上移動局１３０から受信したパケットデータを、１もしくは複数の上空無線局１１０を介して、地上無線局１２０と通信可能な上空無線局１１０へと中継する。
　地上無線局１２０は、自身と通信可能な上空無線局１１０から送信された無線電波を受信し、無線電波に含まれる、パケットデータを地上ネットワーク１５０に伝送する。すなわち、地上無線局１２０は、地上ネットワーク１５０のゲートウェイ局として機能する。
　地上ネットワーク１５０は、光ファイバー等の伝送路と無線基地局、無線中継局等から構成される、地上回線によるネットワークである。
　ＵＰＦ（Ｕｓｅｒ　Ｐｌａｎｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）１６０は、ユーザデータのパケットの送受信処理を行う部分である。
　コアネットワーク１７０は、交換機同士を結び、インターネット、または他の通信網と接続する５Ｇ移動通信システムの基幹通信網である。
　ＤＮ（Ｄａｔａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）１７５は、インターネットなど、コアネットワーク１７０がＵＰＦ１６０を介して接続する外部のネットワークである。
　中央制御装置１８０は、地上ネットワーク１５０を介して上空無線局１１０と地上無線局１２０間の無線通信における回線の接続組合わせを決定し、回線の切り替え制御を実施する部分である。
　気象予報データ配信システム１９０は、一定時間ごとに気象予測を行い、配信する外部のシステムである。例えば非特許文献３に示した、一般財団法人気象業務支援センターの気象情報配信システム（高解像度降水ナウキャストデータ）などである。
　フィーダリンク回線２１０は、中央制御装置１８０の制御に基づき、上空無線局１１０と地上無線局１２０の間で開設される無線通信回線である。１基の上空無線局１１０が無線接続し同時に伝送速度を割り振ることができる地上無線局は１基のみである。すなわち、フィーダリンク回線２１０は、１対１の通信回線である。
　したがって、図１のように地上無線局１２０がｎ基存在する場合は、開設されるフィーダリンク回線２１０の数は、最大でｎとなる。図１においても、フィーダリンク回線２１０（１）、２１０（２）、…２１０（ｎ）が開設されている。
　ここで、上空無線局１１０は、地上無線局１２０の上空に接近しなければ地上無線局１２０と無線接続できず、フィーダリンク回線２１０を開設できない。図１は、Ｍ基の上空無線局１１０のうち、ｍ基の上空無線局１１０が地上無線局１２０の上空に接近している様子を示している。これらｍ基の上空無線局１１０は、上空ネットワーク１４０のゲートウェイ局として機能する。
　以上説明したように、本開示の無線通信システム１００では、複数の上空無線局１１０が上空ネットワーク１４０を形成する。地上移動局１３０から送信された無線電波は、上空ネットワーク１４０を経由し、地上無線局１２０へと中継される。これにより、地上移動局１３０から送信された無線電波に含まれるパケットデータを、地上通信網へと接続することができる。
　なお、図１においては、地上通信網が５Ｇ移動通信システムのサービス網である場合を説明した。しかしながら、無線通信システム１００の規格は５Ｇに限らずともよい。
　なお、図１においては、無線通信システム１００におけるＭ基の上空無線局１１０のすべてが上空ネットワーク１４０を形成する場合を説明した。しかしながら、必ずしもすべての上空無線局１１０が上空ネットワーク１４０を形成しなくともよい。
　また、図１においては、地上移動局１３０が上空無線局１１０に無線電波で送信したパケットデータが地上通信網へと接続される、アップリンクの場合を説明した。しかしながら、地上移動局１３０がデータを受信するダウンリンクの場合であってもよい。ダウンリンクの場合は、上述の説明と逆の方向に通信が行われる。
　図２は、本開示の実施の形態１に係る無線通信システムにおいて、上空無線局が上空を移動する様子を示す模式図である。ここでは、図１で説明した無線通信システム１００の構成例から、説明に必要な構成のみを表示している。また、上空無線局１１０はＬＥＯ衛星局等、上空を移動する衛星局であるとする。
　図２では、複数の上空無線局１１０がそれぞれ北行軌道２３０（１）、北行軌道２３０（２）、南行軌道２４０（１）、南行軌道２４０（２）のいずれかで表される軌道上を進行している様子を示している。例えば上空無線局１１０（１）は、北行軌道２３０（１）上を進行している。このような場合において、地上のある地域から同時に見通すことができる上空無線局１１０は時々刻々と変わっていくことになる。
　また、図２において、カバレッジ・エリア２５０（１）は、上空無線局１１０（１）の無線中継エリアである。上空無線局１１０（１）は、自己のカバレッジ・エリア２５０（１）に存在する地上無線局１２０（１）との間にフィーダリンク回線２１０を開設し、エリア内の地上移動局１３０からの無線電波を中継することができる。
　地上無線局１２０は、同時に複数の上空無線局１１０を見通すことができるよう設置場所が適切に選択されている。また、上空無線局１１０は、ケプラーの軌道６要素、すなわち軌道長半径、離心率、軌道傾斜角、昇交点赤経（ＲＡＡＮ、Ｒｉｇｈｔ　Ａｓｃｅｎｓｉｏｎ　ｏｆ　Ａｓｃｅｎｄｉｎｇ　Ｎｏｄｅ）、近地点引数、平均近点離角の設計が最適化されている。またこれにより、時間とともに上空を移動する上空無線局１１０のカバレッジ・エリア２５０が現用系の地上無線局１２０から離れる等、現用のフィーダリンク回線２１０の回線断が発生する場合にも、新たな回線を開設することができる。
　図３は、本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置の役割を説明する図である。図３は、図２と同様であるが、複数の上空無線局１１０と複数の地上無線局１２０との間で、１対１のフィーダリンク回線２１０が開設されている。
　中央制御装置１８０は、時間とともに移動する複数の上空無線局１１０と、複数の地上無線局１２０に対して、フィーダリンク回線２１０を開設すべき組合わせを、重複しないように決定する。さらに、決定した組合わせに基づき現用系のフィーダリンク回線２１０を切り替えるハンドオーバー（Ｈａｎｄ　Ｏｖｅｒ、以下ＨＯと称する）制御を行う。そこでは、気象予報データ配信システム１９０により配信された気象予側データに基づき、好適な組合せを決定する。
　以上図２および３を用いて説明したように、本開示の無線通信システム１００では、中央制御装置１８０が、複数の上空無線局１１０と複数の地上無線局１２０の中から、フィーダリンク回線２１０を開設する組合わせを決定し、ＨＯ制御を実施する。そこでは、気象予側データに基づき、好適な組合せが決定される。これにより、降雨などの影響を考慮したＨＯ制御を実施することができる。
　図４は、本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置の機能構成例を表すブロック図である。中央制御装置１８０は、外部の気象予報データ配信システム１９０から、必要な気象予測データ１８１を定期的にダウンロードし、データ収容部１８２に保存する。気象予測データ１８１は、降水強度等の数値で示されたデータである。非特許文献３に示したような外部の気象予報データ配信システム１９０にアクセスすることで、時間的および地理的に区切りの細かい、高解像度な気象予測データ１８１を取得することができる。
　データ収容部１８２は、中央制御装置１８０が演算したデータ、もしくは外部から取得したデータ等を保持するハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）などの記憶装置である。
　軌道座標予測部１８３は、上空無線局１１０の軌道観測データから、今後の上空無線局１１０の軌道座標位置を演算予測し、結果を位置座標データ１８４としてデータ収容部１８２に保存する。
　接続回線パラメータ演算部１８５は、データ収容部１８２に収容された気象予測データ１８１、位置座標データ１８４、回線接続情報１８６、および回線パラメーター情報１８７に基づき、フィーダリンク回線２１０を開設する組合わせを導出する。さらに、各組合せに対して、フィーダリンク回線２１０における無線伝送路の信号劣化量を予測する演算を行う。この演算結果をもとに、複数の上空無線局１１０と複数の地上無線局１２０の中から、フィーダリンク回線２１０を開設する組合わせを決定する。
　ここで、ｎ基の地上無線局１２０に対して、接続可能な上空無線局１１０がｍ基ある場合に、開設され得るフィーダリンク回線の組合せの数は、ｎ≧ｍの場合、ｎＰｍ個と計算される。一方、ｍ＞ｎの場合は、ｍＰｎ個と計算される。
　すなわち、接続回線パラメータ演算部１８５は、ｎＰｍ個またはｍＰｎ個の組合せの中から、最適な組合わせを決定する。
　回線接続制御部１８８は、接続回線パラメータ演算部１８５において決定された最適な組合せの情報を含む制御電文１８９をｎ基の地上無線局１２０それぞれに対して送信する。制御電文１８９は、地上ネットワークを介して地上無線局１２０のそれぞれに対して送信される。なお、図４においては、地上無線局１２０（１）、地上無線局１２０（２）、・・・地上無線局１２０（ｎ）に送る制御電文１８９を、それぞれ制御電文１８９（１）、制御電文１８９（２）、・・・制御電文１８９（ｎ）とする。
このように、本開示の無線通信システム１００において中央制御装置１８０は、地上無線局１２０に対してフィーダリンク回線２１０のＨＯ制御を行う。そこでは、ｎＰｍ個またはｍＰｎ個の組合せの中から、好適な組合せを選択する。このように、複数のフィーダリンク回線２１０の統合接続制御を行うことにより、無線通信システム１００が備える地上無線局１２０および上空無線局１１０の設備の有効利用が可能となる。
＜変形例＞
　なお、本開示において中央制御装置１８０が行う処理は、ＣＰＵとメモリを備え、メモリにプログラムを格納したコンピュータを用いて、プログラムで実行するようにしてもよい。もしくはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などの集積回路を用いて、プログラムで実行するようにしてもよい。尚、プログラムは、記憶媒体に記録して提供されてもよいし、ネットワークを通して提供されてもよい。
　図５は、本開示の実施の形態１に係る、地上無線局の機能構成例を表すブロック図である。地上無線局１２０の回線接続制御ユニット２６０は、追尾制御部２６１、軌道座標予測部１８３、回線接続制御部２６２、およびデータ収容部２６３を備える。追尾制御部２６１は、位置座標データ１８４に基づき、上空無線局１１０の追尾・制御を行う部分である。軌道座標予測部１８３は、図４と同様であるので説明は省略する。
　回線接続制御部２６２は、中央制御装置１８０から送信された制御電文１８９を受信する。さらに、制御電文１８９に基づいてフィーダリンク回線のＨＯを行う。また、回線接続制御部２６２は、無線接続開始に伴い、ネットワーク機能ユニット２７０およびフィーダリンク機能ユニット２９０を介して、接続相手の上空無線局１１０に対して第一の制御電文２６４を送る。これにより、接続相手の上空無線局１１０に対しても、自局とフィーダリンク回線２１０の接続処理を開始するように指令することができる。
　また、回線接続制御部２６２は、ＨＯ時に、ネットワーク機能ユニット２７０内のネットワーク制御部２７１に第二の制御電文２６５を送る。ネットワーク制御部２７１は、受信した第二の制御電文２６５に基づきプログラムを実行し、スイッチ制御部２７４をバッファリング制御する。
　スイッチ制御部２７４は、地上無線局１２０が上空無線局１１０に送るべきパケットデータを第一ポート２７５で受信すると、ネットワーク制御部２７１からの制御に基づき、バッファリングを行う。そこでは、フィーダリンク回線２１０が開設されるまでパケットデータを保持する。ＨＯが完了し、新たなフィーダリンク回線２１０が開設されると、パケットデータを第二ポート２７６からフィーダリンク機能ユニット２９０に出力する。このように、ＨＯ時にパケットバッファリングを行うことで、フィーダリンク回線２１０が一時的に切断し送信パケットロスが発生するのを防ぐことができる。
　地上無線局１２０のネットワーク機能ユニット２７０は、ネットワーク制御部２７１、メモリ２７２、フラッシュメモリ２７３、スイッチ制御部２７４、第一ポート２７５、第二ポート２７６を備える。ネットワーク制御部２７１は、地上無線局１２０の機能を実現するためのプログラム等を実行するプロセッサである。また、回線接続制御部２６２から第二の制御電文２６５を受信した場合は、上空無線局１１０に送信するために、これをスイッチ制御部２７４に出力する。
　メモリ２７２は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、などの揮発性または不揮発性の半導体メモリ、または磁気ディスク等が該当する。フラッシュメモリ２７３は不揮発性の半導体メモリである。メモリ２７２またはフラッシュメモリ２７３は地上無線局１２０の機能を実現するためのプログラムを格納する。さらには上述のバッファリング時に、送信パケットデータを一時的に保管する。
　スイッチ制御部２７４は、イーサネット（登録商標）通信規格に基づくネットワークの接続スイッチである。スイッチ制御部２７４は、上述のバッファリングを行う。また、ネットワーク制御部２７１から第一の制御電文２６４を受信した場合は、上空無線局１１０へと送信するため、これを第二ポート２７６に出力する。
　第一ポート２７５は第一インターフェース部２７７と第一入出力制御部２７８を備える。第一インターフェース部２７７はイーサネット通信規格に従って地上ネットワーク１５０とパケットデータの送受信を行う。第一入出力制御部２７８はスイッチ制御部２７４へのパケットデータの入出力を制御する。
　第二ポート２７６は第二入出力制御部２７９と第二インターフェース部２８０を備える。第二入出力制御部２７９はスイッチ制御部２７４へのパケットデータの入出力の制御を行う。第二インターフェース部２８０はイーサネット通信規格に従って、フィーダリンク機能ユニット２９０とパケットデータの送受信を行う。
　地上無線局１２０のフィーダリンク機能ユニット２９０は、ベースバンド処理部２９１、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ　ＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ）処理部２９２、ＤＡＣ／ＡＤＣ部２９３、ＲＦ部２９４およびアンテナ２９５を備える。ベースバンド処理部２９１は、ネットワーク機能ユニット２７０から受信したパケットデータを搬送する搬送波に対し、変調と符号化等の処理を行う。ＤＢＦ処理部２９２は、接続相手の上空無線局１１０に向かうよう搬送波のビームを成形する処理を行う。
　ＤＡＣ／ＡＤＣ部２９３は、デジタル変調された搬送波をアナログ変換する部分である。ＲＦ部２９４は、アナログ変換された中間周波数の搬送波をＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の無線電波に変換する。アンテナ２９５は、無線電波の送受信を行う、アクティブマルチビームフォーミングアレイアンテナなどの、複数の上空無線局１１０を同時に追尾可能なアンテナである。
　以上説明したように、地上無線局１２０は、接続相手の上空無線局１１０に対してフィーダリンク回線２１０のＨＯを行う。さらに、ＨＯが完了し新たなフィーダリンク回線２１０が開設されるまで、送信パケットに対するバッファリングを行う。これにより、ＨＯシーケンス開始から完了までの間にパケットロスが発生するのを防ぐことができる。
〈変形例〉
　上述のネットワーク機能ユニット２７０およびフィーダリンク機能ユニット２９０の説明では、地上無線局１２０が上空無線局１１０に対してパケットデータを送信する場合を主に説明した。以下では、地上無線局１２０が上空無線局１１０からパケットデータを受信した場合に、これらのユニットが実施する処理を説明する。
　ネットワーク機能ユニット２７０は、送信時とは逆の順序で処理を行う。すなわち、第二ポートは、フィーダリンク機能ユニット２９０からパケットデータの受信を行い、スイッチ制御部２７４に出力する。スイッチ制御部２７４は、第二ポート２７６から入力されたパケットデータを第一ポート２７５に出力する。第一ポート２７５はスイッチ制御部２７４から入力されたパケットデータを地上ネットワーク１５０に送信する。
　フィーダリンク機能ユニット２９０も、上述の処理と逆順序で処理を行う。すなわち、アンテナ２９５が、無線電波の受信を行う。さらにＲＦ部２９４が、無線電波を中間周波数に変換する。ＤＡＣ／ＡＤＣ部２９３は、アナログの搬送波をデジタルに変換する。ＤＢＦ処理部２９２は、成形されたビームの受信処理を行う。ベースバンド処理部２９１は搬送波の複調と復号化等の処理を行う。
　図６は、本開示の実施の形態１に係る、上空ネットワークの構成例である。ここでは、上空無線局１１０をＬＥＯ衛星局とする。図６が示すように、上空ネットワーク１４０は、同一の衛星軌道１４１上を進行する複数の上空無線局１１０を備える。
　ここで、衛星軌道１４１に対して、図面の上から順に衛星軌道１４１（１）、衛星軌道１４１（２）、衛星軌道１４１（３）・・・と表記する。さらに、衛星軌道１４１（ｉ）上を進行する上空無線局１１０に対して、図の左から上空無線局１１０（ｉ，１）、上空無線局１１０（ｉ，２）、・・・上空無線局１１０（ｉ，ｊ）のように行列表示する。ただし、衛星軌道１４１についても、上空無線局１１０についても、符号末尾に（番号）をつけて特定しなければならない場合を除いては、符号末尾の（番号）を省略する。
　図６が示すように、上空無線局１１０（２，１）は、同軌道上で自局と近接する上空無線局１１０（２，０）および上空無線局１１０（２，２）と光フィーダリンク接続１４２を結ぶ。さらに、近接する軌道上で自局から近い位置にある上空無線局１１０（１，１）および上空無線局１１０（３，１）との間にも光フィーダリンク接続１４２を結ぶ。
　このように、上空無線局１１０は、同軌道上で自局と近接する上空無線局１１０、および近接する軌道上で自局から近い位置にある上空無線局１１０に対して、光フィーダリンク接続１４２を結ぶ。これにより、グリッドトポロジーの上空ネットワーク１４０を形成することができる。
　〈変形例〉
　なお、上空無線局１１０の配置は図６の例に限定されるものではなく、上空ネットワーク１４０の使用環境等に応じて好適に配置されていればよい。また、上空無線局１１０間の接続は光フィーダリンク接続１４２でなくともよく、無線通信によるフィーダリンク接続でもよい。
　図７は、本開示の実施の形態１に係る、上空無線局の通信機能の機能構成例を表すブロック図である。ここでは、図６と同様に上空無線局１１０をＬＥＯ衛星局とする。
　上空無線局１１０のフィーダリンク制御ユニット３００は、フィーダリンク方向制御部３０１、データ収容部３０２、および回線接続制御部３０３を備える。フィーダリンク方向制御部３０１は、データ収容部３０２に収容された地上無線局位置座標データ３０４に基づき、フィーダリンク回線２１０の方向制御を行う。
　回線接続制御部３０３は、地上無線局１２０から送信された第一の制御電文２６４をフィーダリンク機能ユニット３１０およびネットワーク機能ユニット３２０を介して受信する。さらに、第一の制御電文２６４に基づき、送信元の地上無線局１２０とフィーダリンク回線２１０を開設するためのＨＯを行う。
　また、回線接続制御部３０３は、ＨＯ時に、ネットワーク機能ユニット３２０内のネットワーク制御部２７１に第三の制御電文３０５を送る。ネットワーク制御部２７１は、受信した第三の制御電文３０５に基づきプログラムを実行し、スイッチ制御部２７４をバッファリング制御する。これにより、上空無線局１１０においてもＨＯシーケンス開始から完了までの間にパケットロスが発生するのを防ぐことができる。なお、スイッチ制御部２７４の説明は図５と同様であるのでここでは省略する。
　上空無線局１１０のネットワーク機能ユニット３２０は、ネットワーク制御部２７１、メモリ２７２、フラッシュメモリ２７３、スイッチ制御部２７４、フィーダリンクポート３２１、サービスリンクポート３２２、および複数の光信号ポート３２７を備える。ネットワーク制御部２７１、メモリ２７２、フラッシュメモリ２７３、スイッチ制御部２７４の説明は図５と同様であるので省略する。
　フィーダリンクポート３２１はインターフェース部３２３と入出力制御部３２４を備え、フィーダリンク機能ユニット３１０との間でパケットデータの送受信を行う。また、サービスリンクポート３２２はインターフェース部３２５と入出力制御部３２６を備え、サービスリンク機能ユニット３３０との間でパケットデータの送受信を行う。
　また、複数の光信号ポート３２７はそれぞれがインターフェース部３２８と入出力制御部３２９を備え、光信号機能ユニット３４０との間でパケットデータの送受信を行う。
　なお、インターフェース部３２３、インターフェース部３２５、インターフェース部３２８の説明は図５の第一インターフェース部２７７の説明において、地上ネットワーク１５０をフィーダリンク機能ユニット３１０、サービスリンク機能ユニット３３０、光信号機能ユニット３４０にそれぞれ読み替えればよい。同様に、入出力制御部３２４、入出力制御部３２６、入出力制御部３２９の説明は図５の第一入出力制御部２７８と同様であるので省略する。
　上空無線局１１０のフィーダリンク機能ユニット３１０は、地上無線局１２０との間で無線電波の送受信を行う。フィーダリンク機能ユニット３１０の各構成要素の説明は図５のフィーダリンク機能ユニット２９０と同様であるので省略する。
　上空無線局１１０のサービスリンク制御ユニット３５０は、サービスリンク方向制御部３５１、データ収容部３５２、および回線接続制御部３５３を備える。サービスリンク方向制御部３５１は、データ収容部３５２に収容されたビーム投射位置座標、周波数情報３５４に基づきサービスリンク方向の制御を行う。回線接続制御部３５３は、地上移動局１３０との間のサービスリンク回線２００の接続を制御する。
　また、上空無線局１１０のサービスリンク機能ユニット３３０は、地上移動局１３０との間で無線電波の送受信を行う。ここでの説明は図５のフィーダリンク機能ユニット２９０と同様であるので省略する。
　上空無線局１１０の５Ｇ／６ＧｇＮＢ機能ユニット３６０は、５Ｇ／６Ｇ規格の通信システムにおける基地局機能を有する。
　上空無線局１１０の光回線接続制御ユニット３７０は、追尾制御部２６１、軌道座標予測部１８３、データ収容部２６３、および光回線接続制御部３７１を備える。光回線接続制御部３７１は、同軌道上で自局と近接する上空無線局１１０、および近接する軌道上で自局から近い位置にある上空無線局１１０に対して、光フィーダリンク接続１４２の接続制御を行う。なお、追尾制御部２６１、軌道座標予測部１８３、データ収容部２６３の機能については図５の説明と同様であるので省略する。
　上空無線局１１０の光信号機能ユニット３４０は、他の上空無線局１１０と光フィーダリンク接続１４２を行い、光信号通信を行う部分である。光信号機能ユニット３４０は、光電信号変換部３４１、ジンバル３４２、光信号発信／受信部３４３を備えた光接続部３４５を複数備える。光電信号変換部３４１は、ネットワーク機能ユニット３２０の光信号ポート３２７から送信されたデータを受信し、電気信号を光信号に変換する。ジンバル３４２は、光信号発信／受信部３４３を搭載し、光信号発信／受信部３４３の姿勢を保持する。光信号発信／受信部３４３は、隣接する複数の上空無線局１１０に対して、自己のパケットデータを光信号として送信する部分である。
　ジンバル制御部３４４は、衛星局追尾制御部３４６から取得した、自局に近接する上空無線局１１０の位置情報等に基づき、複数のジンバル３４２の方向をそれぞれ制御する。光信号制御部３４７は、光電信号変換部３４１における光電変換処理を制御する。
　以上説明したように、本開示の上空無線局１１０は地上無線局１２０、地上移動局１３０、および自局に近接する上空無線局１１０のとの間でそれぞれ通信を行う。また地上無線局１２０から第一の制御電文２６４を受信した場合は、これに基づき、送信元の地上無線局１２０とフィーダリンク回線２１０を開設するためのＨＯを行う。さらに、ＨＯ時には送信パケットのバッファリングを行う。
〈変形例〉
　上述のフィーダリンク制御ユニット３００の説明では、回線接続制御部３０３は、地上無線局１２０から受信した第一の制御電文２６４に基づき、ＨＯを行うことを説明した。しかしながら、第一の制御電文２６４が無い場合でも、内蔵する回線接続制御プログラムによって自発的に、地上無線局１２０に対するフィーダリンク回線２１０のＨＯを行ってもよい。
　このように上空無線局１１０が自発的にＨＯを行う場合は、無線接続開始に伴い、ネットワーク機能ユニット３２０およびフィーダリンク機能ユニット３１０を介して、接続相手の地上無線局１２０に対して第四の制御電文３０６を送ってもよい。これにより、接続相手の地上無線局１２０に対しても、自局とフィーダリンク回線２１０の接続処理を開始するように指令することができる。
　なお、上述の光信号機能ユニット３４０の説明では、上空無線局１１０が近接する他の上空無線局１１０に対して光信号通信でパケットデータを送信する場合を説明した。一方、他の上空無線局１１０からパケットデータを受信する場合、光信号機能ユニット３４０は、送信時とは逆の順序で処理を行う。すなわち、光信号発信／受信部３４３はパケットデータを光信号として受信する。光電信号変換部３４１は、光信号を電気信号に変換し、ネットワーク機能ユニット３２０の光信号ポート３２７に入力する処理を行う。
　図８は、本開示の実施の形態１に係る、中央制御装置が実行する処理のフローチャートである。ここでは、ｍ基の上空無線局１１０に対して、接続可能な地上無線局１２０がｎ基あるとする。まず、中央制御装置１８０が処理を開始する（ステップＳ３８０）。次に、現在時刻をＴＣｕから時間ＴＲＦ経過後の、時刻（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）における対象地域の気象予測データ１８１を、気象予報データ配信システム１９０から取得する（ステップＳ３８１）。さらに、時刻（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）における上空無線局１１０の位置座標データ１８４から、時刻（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）において対象地域に存在する上空無線局１１０のリストＳ１（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）、…Ｓｍ（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）を作成する（ステップＳ３８２）。
　次に、対象地域に配置された地上無線局１２０のリストＥ１、…Ｅｎと、上空無線局１１０のリストＳ１（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）、…Ｓｍ（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）をもとに、これらの組合せＣＬ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）を算出する（ステップＳ３８３）。ここで、接続組合せＣＬ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）が表す、１対１のフィーダリンク回線のそれぞれを、Ｌ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）とする。
　つぎに、フィーダリンク回線Ｌ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）のそれぞれに対して、上空無線局１１０の位置座標データ１８４と、地上無線局位置座標データ３０４を用いて伝送距離を算出する（ステップＳ３８４）。この伝送距離と、降雨減衰予測データから、フィーダリンク回線Ｌ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）のそれぞれに対して時刻（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）におけるＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｄｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ）を降雨減衰モデルに基づき算出する（ステップＳ３８５）。
　さらに、算出されたＭＣＳから、フィーダリンク回線Ｌ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）のそれぞれに対して、時刻（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）におけるデータレートＬＲ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）を算出する（ステップＳ３８６）。
　さらに、組合せＣＬ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）ごとに、データレートＬＲ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）の合計値ΣＬＲ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）を算出する（ステップＳ３８７）。さらに、時刻｛（ＴＣｕ＋ＴＲＦ）／２｝に合計値ΣＬＲ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）が最大となる組合わせＣＬｍａｘ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）に切り替えるために、各々の地上無線局１２０に対して制御電文１８９を送信する（ステップＳ３８８）。最後に、処理を終了する（ステップＳ３８９）。
　以上フローチャートで説明したように、中央制御装置１８０は、ｍ基の上空無線局１１０とｎ基の地上無線局１２０がマルチセッション構成を成すフィーダリンク回線の通信データレートの合計を最大化する様に、組み合わせを決定することができる。さらに、この組み合わせに基づきＨＯ制御を実施することができる。
〈変形例〉
　なお、以上のフローチャートの処理は必ずしも中央制御装置で実施しなくともよい。たとえば地上無線局１２０のうちのいずれか１局において実施してもよい。その場合はステップ３８８において、上述のフローチャートを実施した地上無線局１２０から他の地上無線局１２０へと、組合せＣＬｍａｘ（Ｅｎ，Ｓｍ，ＴＣｕ＋ＴＲＦ）の情報を含む制御電文を送信すればよい。
　以上説明したように、本開示によれば、地上無線局１２０および上空無線局１１０の設備を有効利用し、ＮＴＮにおける無線通信のデータレートを向上させることができる無線通信システム１００、中央制御装置１８０、および無線通信方法を提供することが可能となる。
〈請求項で使用する用語との対応〉
　本開示の無線通信システム１００が行う、地上無線局１２０と上空無線局１１０におけるフィーダリンク回線２１０の組合せを算出する処理を、組合わせ算出処理と呼ぶ。組合わせ算出処理は、例えばステップＳ３８３の処理である。また、組合せが表すフィーダリンク回線２１０のそれぞれに対してデータレートを算出する処理を、データレート算出処理と呼ぶ。データレート算出処理は、例えばステップＳ３８６の処理である。さらに、組合せごとにデータレートの合計値を算出する処理を、合計値算出処理と呼ぶ。合計値算出処理は、例えばステップＳ３８７の処理である。さらに、合計値が最大となる組合せに、フィーダリンク回線を切り替える処理を回線切り替え処理と呼ぶ。回線切り替え処理は、例えばステップＳ３８８の処理、および地上無線局１２０の回線接続制御ユニット２６０が行う処理、および上空無線局１１０のフィーダリンク制御ユニット３００が行う処理である。
　無線通信システム１００；上空無線局１１０；地上無線局１２０；地上移動局１３０；上空ネットワーク１４０；衛星軌道１４１；光フィーダリンク接続１４２；地上ネットワーク１５０；ＵＰＦ１６０；コアネットワーク１７０；ＤＮ１７５；中央制御装置１８０；気象予測データ１８１；データ収容部１８２；軌道座標予測部１８３；位置座標データ１８４；接続回線パラメータ演算部１８５；回線接続情報１８６；回線パラメーター情報１８７；回線接続制御部１８８；制御電文１８９；気象予報データ配信システム１９０；サービスリンク回線２００；フィーダリンク回線２１０；北行軌道２３０；南行軌道２４０；カバレッジ・エリア２５０；回線接続制御ユニット２６０；追尾制御部２６１；回線接続制御部２６２；データ収容部２６３；第一の制御電文２６４；第二の制御電文２６５；ネットワーク機能ユニット２７０；ネットワーク制御部２７１；メモリ２７２；フラッシュメモリ２７３；スイッチ制御部２７４；第一ポート２７５；第二ポート２７６；第一インターフェース部２７７；第一入出力制御部２７８；第二入出力制御部２７９；第二インターフェース部２８０；フィーダリンク機能ユニット２９０；ベースバンド処理部２９１；ＤＢＦ処理部２９２；ＤＡＣ／ＡＤＣ部２９３；ＲＦ部２９４；アンテナ２９５；フィーダリンク制御ユニット３００；フィーダリンク方向制御部３０１；データ収容部３０２；回線接続制御部３０３；地上無線局位置座標データ３０４；第三の制御電文３０５；第四の制御電文３０６；フィーダリンク機能ユニット３１０；ベースバンド処理部３１１；ＤＢＦ処理部３１２；ＤＡＣ／ＡＤＣ部３１３；ＲＦ部３１４；アンテナ３１５；ネットワーク機能ユニット３２０；フィーダリンクポート３２１；サービスリンクポート３２２；インターフェース部３２３；入出力制御部３２４；インターフェース部３２５；入出力制御部３２６；光信号ポート３２７；インターフェース部３２８；入出力制御部３２９；サービスリンク機能ユニット３３０；ベースバンド処理部３３１；ＤＢＦ処理部３３２；ＤＡＣ／ＡＤＣ部３３３；ＲＦ部３３４；アンテナ３３５；光信号機能ユニット３４０；光電信号変換部３４１；ジンバル３４２；光信号発信／受信部３４３；光接続部３４５；ジンバル制御部３４４；衛星局追尾制御部３４６；光信号制御部３４７；サービスリンク制御ユニット３５０；サービスリンク方向制御部３５１；データ収容部３５２；回線接続制御部３５３；ビーム投射位置座標、周波数情報３５４；５Ｇ／６ＧｇＮＢ機能ユニット３６０；光回線接続制御ユニット３７０；光回線接続制御部３７１

Claims (8)

  1. 　非地上系ネットワークを用いて通信を行う無線通信システムであって、
    　複数の地上無線局と、
    　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら、前記地上無線局と１対１のフィーダリンク回線による無線通信を行う複数の上空無線局と、
    　を備え、
    　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
    　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
    　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
    　前記合計値が最大となる前記組合せに、前記フィーダリンク回線を切り替える、回線切り替え処理と、
    　を実行するように構成される無線通信システム。
  2. 　中央制御装置をさらに備え、
    　前記中央制御装置は、
    　前記組合わせ算出処理と、
    　前記データレート算出処理と、
    　前記合計値算出処理と、
    　前記合計値が最大となる前記組合せの情報を含む制御電文を前記複数の地上無線局に送信する処理と、
    　を実行するように構成され、
    　前記複数の地上無線局は、
    　前記制御電文に基づき前記回線切り替え処理を実行するように構成される、請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記データレート算出処理においては、
    　数値で示された気象予測データを取得する処理と、
    　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対して、伝送距離を算出する処理と、
    　前記気象予測データと前記伝送距離に基づき、前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する処理と、
    　を含む、請求項１に記載の無線通信システム。
  4. 　前記地上無線局および前記上空無線局は、前記回線切り替え処理においては、回線切り替えが完了し新たなフィーダリンク回線が開設されるまで、送信パケットデータのバッファリングを行う、請求項１に記載の無線通信システム。
  5. 　前記回線切り替え処理においては、
    　前記地上無線局は、無線接続の開始に伴い、接続相手の前記上空無線局に対して第一の制御電文を送信する処理を含み、
    　前記接続相手の前記上空無線局は、
    　前記第一の制御電文に基づき、送信元の前記地上無線局への無線接続を開始する処理を含む、請求項１に記載の無線通信システム。
  6. 　前記複数の上空無線局のいずれか２以上は、自局と近接する前記上空無線局との間で光信号通信または無線通信により接続され、前記地上無線局または地上移動局から送信される無線電波を中継する請求項１に記載の無線通信システム。
  7. 　複数の地上無線局と、
    　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら無線通信を行う上空無線局と、
    　の間で開設されるフィーダリンク回線を制御する中央制御装置であって、
    　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
    　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
    　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
    　前記合計値が最大となる前記組合せの情報を含む制御電文を前記複数の地上無線局に送信する処理と、
    　を実行するように構成される中央制御装置。
  8. 　複数の地上無線局と、
    　宇宙空間を含む上空を移動しながら、または宇宙空間を含む上空を移動するが地上に対しては相対的に静止しながら、前記地上無線局と１対１のフィーダリンク回線による無線通信を行う複数の上空無線局と、
    　を備える非地上系ネットワークを用いて通信を行う無線通信方法であって、
    　前記地上無線局と前記上空無線局における前記フィーダリンク回線の組合せを算出する、組合わせ算出処理と、
    　前記組合せが表す前記フィーダリンク回線のそれぞれに対してデータレートを算出する、データレート算出処理と、
    　前記組合せごとに前記データレートの合計値を算出する、合計値算出処理と、
    　前記合計値が最大となる前記組合せに、前記フィーダリンク回線を切り替える、回線切り替え処理と、
    　を実行するように構成される無線通信方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020198481A (ja) * 2019-05-31 2020-12-10 Ｈａｐｓモバイル株式会社 無線通信システム、プログラム、システム及び通信方法
JP7019091B1 (ja) * 2021-10-20 2022-02-14 ソフトバンク株式会社 制御装置、プログラム、システム、及び制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020198481A (ja) * 2019-05-31 2020-12-10 Ｈａｐｓモバイル株式会社 無線通信システム、プログラム、システム及び通信方法
JP7019091B1 (ja) * 2021-10-20 2022-02-14 ソフトバンク株式会社 制御装置、プログラム、システム、及び制御方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GHARANJIK AHMAD; SHANKAR BHAVANI; ARAPOGLOU PANTELIS-DANIEL; OTTERSTEN BJORN: "Multiple Gateway Transmit Diversity in Q/V Band Feeder Links", IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ. USA., vol. 63, no. 3, 1 March 2015 (2015-03-01), PISCATAWAY, NJ. USA. , pages 916 - 926, XP011575482, ISSN: 0090-6778, DOI: 10.1109/TCOMM.2014.2385703 *

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