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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022117845
(43)【公開日】2022-08-12
(54)【発明の名称】無線通信方法及び無線通信システム
(51)【国際特許分類】
H04W 16/18 20090101AFI20220804BHJP
H04W 4/40 20180101ALI20220804BHJP
G08G 5/00 20060101ALI20220804BHJP
【ＦＩ】
H04W16/18 110
H04W4/40
G08G5/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021014579
(22)【出願日】2021-02-01
(71)【出願人】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504193837
【氏名又は名称】国立大学法人室蘭工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】110003199
【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松井 宗大
(72)【発明者】
【氏名】山下 史洋
(72)【発明者】
【氏名】糸川 喜代彦
(72)【発明者】
【氏名】上羽 正純
【テーマコード（参考）】
5H181
5K067
【Ｆターム（参考）】
5H181AA26
5H181BB04
5H181BB05
5H181CC27
5H181FF04
5H181FF13
5H181FF27
5K067AA23
5K067DD20
5K067EE02
5K067EE10
5K067EE44
(57)【要約】 （修正有）
【課題】飛翔体との間で行う無線通信のブロッキングによる通信品質低下を低減する。
【解決手段】無線通信システムの地上基地において、制御局は、飛翔体の位置を示す位置情報、及び飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得部６０１と、位置情報及び高度情報に基づいて、飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出部６０２と、飛行航路上を飛行する飛翔体の姿勢に起因して発生し得る飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測部６０３と、飛翔体の飛行速度及び飛行航路に基づいて、予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出部６０４と、算出したタイミングに基づいて、予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御部６０５と、を含む。
【選択図】図６
【解決手段】無線通信システムの地上基地において、制御局は、飛翔体の位置を示す位置情報、及び飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得部６０１と、位置情報及び高度情報に基づいて、飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出部６０２と、飛行航路上を飛行する飛翔体の姿勢に起因して発生し得る飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測部６０３と、飛翔体の飛行速度及び飛行航路に基づいて、予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出部６０４と、算出したタイミングに基づいて、予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御部６０５と、を含む。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
飛翔体との間で無線通信を行う無線通信方法において、
前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得工程と、
前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出工程と、
前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測工程と、
前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、予測工程において予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出工程と、
算出したタイミングに基づいて、予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得工程と、
前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出工程と、
前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測工程と、
前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、予測工程において予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出工程と、
算出したタイミングに基づいて、予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項2】
前記飛行航路算出工程では、
無線通信に必要な受信電力に基づいて前記飛行航路を算出し、
前記予測工程では、
前記飛翔体の傾き、アンテナ位置、前記飛翔体の形状、及びアンテナ指向角度に基づいて、発生し得るブロッキングを予測すること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
無線通信に必要な受信電力に基づいて前記飛行航路を算出し、
前記予測工程では、
前記飛翔体の傾き、アンテナ位置、前記飛翔体の形状、及びアンテナ指向角度に基づいて、発生し得るブロッキングを予測すること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項3】
前記対処制御工程では、
通信方式の制御、アンテナの切替、及び前記飛行航路の少なくともいずれかを制御することにより、予測したブロッキングに対処するよう制御すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
通信方式の制御、アンテナの切替、及び前記飛行航路の少なくともいずれかを制御することにより、予測したブロッキングに対処するよう制御すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
【請求項4】
飛翔体との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得部と、
前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出部と、
前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測部と、
前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、前記予測部が予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出部と、
前記タイミング算出部が算出したタイミングに基づいて、前記予測部が予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得部と、
前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出部と、
前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測部と、
前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、前記予測部が予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出部と、
前記タイミング算出部が算出したタイミングに基づいて、前記予測部が予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項5】
前記飛行航路算出部は、
無線通信に必要な受信電力に基づいて前記飛行航路を算出し、
前記予測部は、
前記飛翔体の傾き、アンテナ位置、及びアンテナ指向角度に基づいて、発生し得るブロッキングを予測すること
を特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
無線通信に必要な受信電力に基づいて前記飛行航路を算出し、
前記予測部は、
前記飛翔体の傾き、アンテナ位置、及びアンテナ指向角度に基づいて、発生し得るブロッキングを予測すること
を特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項6】
前記対処制御部は、
通信方式の切替、アンテナの切替、及び前記飛行航路の少なくともいずれかを制御することにより、前記予測部が予測したブロッキングに対処するよう制御すること
を特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信システム。
通信方式の切替、アンテナの切替、及び前記飛行航路の少なくともいずれかを制御することにより、前記予測部が予測したブロッキングに対処するよう制御すること
を特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）を用いた高高度擬似衛星（ＨＡＰＳ：High Altitude Platform Station、又はHigh Altitude Pseudo Satellite）などの飛行体（飛翔体）を媒体とする無線通信システムが検討されている。
【0003】
この種の無線通信システムでは、端末などの無線機は、飛翔体を経由して地上基地局に接続し、ネットワークに接続する。このとき、飛翔体は、端末と地上基地局との間の媒体として通信のリレーを行う。つまり、当該無線通信システムには、地上基地局の設置が困難な海洋や山岳などにおいても通信サービスの提供を可能にするという利点がある。
【0004】
一方、飛翔体を経由する無線通信では、時間の経過とともに無線チャネル状態が変化することがある。例えば、特許文献１には、変動する無線チャネル状態の下でアプリケーションに必要な所要サービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）を保つために、変調及び符号化方式レベルを調整する無線リンクアダプテーション技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２０１３－５０４９５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
飛翔体が端末と地上基地局との間で通信のリレーを行う場合、飛翔体と端末が無線通信を維持可能な位置関係にあっても、飛翔体の姿勢によっては当該飛翔体の翼などが通信リンクをブロッキングして、通信品質が低下してしまうことがある。
【0007】
このとき、特許文献１に記載された無線リンクアダプテーション技術を適用しても、変調及び符号化方式レベルを調整するための演算に時間が必要であるため、リアルタイム性が乏しいという問題があった。例えば、従来の無線リンクアダプテーション技術では、ブロッキングが解消された後に制御が行われる可能性があった。
【0008】
本発明は、飛翔体との間で行う無線通信におけるブロッキングの影響による通信品質低下を低減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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様にかかる無線通信方法は、飛翔体との間で無線通信を行う無線通信方法において、前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得工程と、前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出工程と、前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測工程と、前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、予測工程において予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出工程と、算出したタイミングに基づいて、予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御工程とを含むことを特徴とする。
【0010】
また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、飛翔体との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記飛翔体の位置を示す位置情報、及び前記飛翔体の高度を示す高度情報を取得する取得部と、前記位置情報及び前記高度情報に基づいて、前記飛翔体に対して無線通信を維持可能な位置関係となる前記飛翔体の飛行航路を算出する飛行航路算出部と、前記飛行航路上を飛行する前記飛翔体の姿勢に起因して発生し得る前記飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測する予測部と、前記飛翔体の飛行速度及び前記飛行航路に基づいて、前記予測部が予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するタイミング算出部と、前記タイミング算出部が算出したタイミングに基づいて、前記予測部が予測したブロッキングに対処するよう制御する対処制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、飛翔体との間で行う無線通信におけるブロッキングの影響による通信品質低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態にかかる無線通信システムの構成を例示する図である。
【図2】飛翔体の構成例を示す図である。
【図3】飛翔体が有するＲＦ装置及びその周辺の構成例を示す図である。
【図4】端末の構成例を示す図である。
【図5】地上基地局の構成例及びその周辺を示す図である。
【図6】制御局が有する機能を例示する機能ブロック図である。
【図7】第１実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【図8】無線通信システムを構成する各部の位置関係を模式的に示す図である。
【図9】パラメータを例示する図表である。
【図10】（ａ）は、飛翔体の傾きを例示する図である。（ｂ）は、指向性アンテナの指向角度を例示する図である。
【図12】変調方式と誤り訂正符号化率の組合せ例を示す図表である。
【図13】第２実施形態にかかる無線通信システムの構成を例示する図である。
【図14】飛翔体の構成例を示す図である。
【図15】飛翔体が有するＲＦ装置及びその周辺の構成例を示す図である。
【図16】第３実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【図17】第４実施形態にかかる無線通信システムの制御局が行う処理を示すフローチャートである。
【図18】第４実施形態にかかる無線通信システムにおける各構成の位置関係を模式的に示す図である。
【図19】第５実施形態にかかる無線通信システムの構成を例示する図である。
【図20】飛翔体の構成例を示す図である。
【図21】飛翔体が有するＲＦ装置及びその周辺の構成例を示す図である。
【図22】第５実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【図23】第６実施形態にかかる無線通信システムの構成を例示する図である。
【図24】第６実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【図25】比較例の無線通信システムの構成を示す図である。
【図26】比較例の地上基地局と無線通信を行う飛翔体を正面から見た状態を示す図である。
【図27】比較例における飛翔体が旋回しつつ地上基地局と無線通信を行っている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
まず、本発明がなされるに至った背景について、より具体的に説明する。図２５は、比較例の無線通信システム１の構成を示す図である。無線通信システム１は、飛翔体（飛行体）２を介して端末（又は移動局）３が地上基地局４に接続されている。なお、地上基地局４は、インターネットなどのネットワーク５に接続されている。
【0014】
飛翔体２は、例えば飛行機型の翼（図２６参照）を備えた固定翼型の無人航空機（ＵＡＶ）などであり、端末３と地上基地局４との間でリレー通信を行い、地上基地局４を介してネットワーク５に常時接続されている。なお、飛翔体２は、衛星などと通信を行うものであってもよい。
【0015】
そして、飛翔体２は、機体の下部等に指向性アンテナ（図２６参照）を備え、端末３及び地上基地局４に対して電波を向けることにより、端末３及び地上基地局４それぞれとの間で通信リンクを張る。
【0016】
図２６は、比較例の地上基地局４と無線通信を行う飛翔体２を正面から見た状態を示す図である。飛翔体２は、例えば垂直尾翼６、翼７、及び指向性アンテナ８を備え、当該飛翔体２よりも下方に位置する地上基地局４などに向けて指向性アンテナ８が電波を発射することにより、地上基地局４などと通信リンクを張る。指向性アンテナ８は、例えば飛翔体２の機体の下部に配置されている。
【0017】
飛翔体２は、図２５を用いて説明したように、端末３と地上基地局４との間でリレー通信を行うため、端末３及び地上基地局４それぞれと通信リンクを張ることが可能である空中の領域に留まる必要がある。そこで、飛翔体２のような固定翼型の飛行体は、空中を旋回することにより、端末３及び地上基地局４それぞれと通信リンクを張ることが可能である空中の領域に留まる。
【0018】
図２７は、比較例における飛翔体２が旋回しつつ地上基地局４と無線通信を行っている状態を示す図である。飛翔体２のような固定翼型の飛行体は、旋回航路となる円の内側に機体を傾けて旋回を行う。
【0019】
飛翔体２が機体を傾けて旋回を行うときには、図２７に示したように、機体の下部に配置されている指向性アンテナ８と地上基地局４との間の直線上に飛翔体２の翼７が入り、翼７が飛翔体２と地上基地局４との通信リンクをブロッキングしてしまうことがある。このように、飛翔体２の翼７が通信リンクをブロッキングしてしまうと、一時的に指向性アンテナ８などでの受信電力が低下し、通信品質が低下してしまうことがある。
【0020】
そこで、実施形態にかかる無線通信システムは、飛翔体との間で行う無線通信のブロッキングによる品質低下を軽減するように、以下に説明する構成を有する。
【0021】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる無線通信システム１０の構成を例示する図である。図１に示すように、第１実施形態にかかる無線通信システム１０は、飛翔体（飛行体）２０、端末（又は移動局）３０、及び地上基地局４０を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
図１は、第１実施形態にかかる無線通信システム１０の構成を例示する図である。図１に示すように、第１実施形態にかかる無線通信システム１０は、飛翔体（飛行体）２０、端末（又は移動局）３０、及び地上基地局４０を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
【0022】
飛翔体２０は、例えば飛行機型の翼（図２参照）を備えた固定翼型の無人航空機（ＵＡＶ）などであり、端末３０と地上基地局４０との間でリレー通信を行い、地上基地局４０を介してネットワーク５０及び制御局６０に常時接続されている。
【0023】
そして、飛翔体２０は、機体の下部等に指向性アンテナ（図２参照）を備え、上空を旋回しながら端末３０及び地上基地局４０に対して電波を向けることにより、端末３０及び地上基地局４０それぞれとの間で通信リンクを張る。ここでは、飛翔体２０は、例えば受信した信号に対して周波数変換と信号増幅のみを行って信号を中継する非再生中継を行う。
【0024】
端末３０は、飛翔体２０及び地上基地局４０を介してネットワーク５０に接続する。制御局６０は、端末３０及び飛翔体２０から情報を収集し、飛翔体２０の飛行制御や、地上基地局４０及び端末３０への通信制御及び指示を行う。
【0025】
また、飛翔体２０と地上基地局４０との間では、端末３０とネットワーク５０との間の信号送受信とは別に、テレメトリ信号の送受信が行われている。制御局６０は、地上基地局４０が送受信するテレメトリ信号に基づいて、飛翔体２０の位置を示す位置情報、及び飛翔体２０の高度を示す高度情報を取得し、飛翔体２０の飛行制御等を行う。テレメトリ信号は、端末３０と飛翔体２０との通信リンク、及び、地上基地局４０と飛翔体２０との通信リンクに対する干渉を避けるために、通信リンクそれぞれとは異なる周波数帯が使われている。
【0026】
ここでは、地上基地局４０は、位置や高度が不変であるため、地上基地局４０の位置を示す位置情報、及び、地上基地局４０の高度を示す高度情報は、既知であるとする。
【0027】
図２は、飛翔体２０の構成例を示す図である。飛翔体２０は、機体２００に対して垂直尾翼２０２及び一対の翼２０４が設けられている。また、飛翔体２０は、例えば機体２００の下部にＲＦ（Radio Frequency）装置７０、及びそれぞれレドーム８０に覆われた２つの指向性アンテナ（図３参照）を有する。飛翔体２０は、２つの指向性アンテナが発射する電波を端末３０及び地上基地局４０にそれぞれ向けることにより、端末３０及び地上基地局４０それぞれと通信リンクを張る。
【0028】
また、飛翔体２０は、機体２００に図示しない高度計、ＧＰＳ（Global Positioning System）及びテレメトリ信号用のアンテナや送受信機を有する。高度計は、飛翔体２０の高度情報を取得するために使用される。ＧＰＳは、飛翔体２０の位置情報を取得するために使用される。
【0029】
図３は、飛翔体２０が有するＲＦ装置７０及びその周辺の構成例を示す図である。ＲＦ装置７０は、例えばサーキュレータ７００，７００、周波数変換器７０２，７０２、及び信号増幅器７０４，７０４を有し、レドーム８０，８０にそれぞれ覆われた２つの指向性アンテナ８００，８００が設けられて非再生中継を行う。
【0030】
サーキュレータ７００は、それぞれ指向性アンテナ８００に接続され、指向性アンテナ８００が受信した信号を周波数変換器７０２へ転送するとともに、信号増幅器７０４から入力される信号を指向性アンテナ８００に対して転送する。
【0031】
周波数変換器７０２は、サーキュレータ７００から入力された信号の周波数を所定の周波数に変換し、周波数を変換した信号を信号増幅器７０４に対して出力する。
【0032】
信号増幅器７０４は、周波数変換器７０２から入力された信号の電力を所定値に増幅し、電力を増幅した信号をサーキュレータ７００に対して出力する。
【0033】
指向性アンテナ８００は、それぞれサーキュレータ７００に接続され、端末３０又は地上基地局４０に対してアンテナ指向を向けて通信リンクを張り、端末３０又は地上基地局４０との間で無線信号を送受信する。
【0034】
なお、指向性アンテナ８００は、飛翔体２０が空中を旋回していても端末３０又は地上基地局４０に対する指向を維持できるように追尾機能を有する。レドーム８０は、それぞれ指向性アンテナ８００を保護するために指向性アンテナ８００を覆っている。
【0035】
図４は、端末３０の構成例を示す図である。図４に示すように、端末３０は、例えばアンテナ３１、サーキュレータ３２、低雑音周波数変換器３３、信号処理部３４、上位レイヤ処理部３５、ＧＰＳ３６、制御部３７、周波数変換器３８、及び信号増幅器３９を有する。
【0036】
アンテナ３１は、飛翔体２０との間で無線信号の送受信を行い、飛翔体２０に対して通信リンクを張る。
【0037】
サーキュレータ３２は、信号増幅器３９からの信号をアンテナ３１へ転送するとともに、アンテナ３１が受信した信号を低雑音周波数変換器３３に対して転送する。
【0038】
低雑音周波数変換器３３は、サーキュレータ３２から転送された信号に対して周波数変換を行い、周波数変換した信号を信号処理部３４に対して出力する。
【0039】
信号処理部３４は、例えば復調器３４１、誤り訂正復号器３４２、誤り訂正符号器３４３、及び変調器３４４を有する。
【0040】
復調器３４１は、低雑音周波数変換器３３から入力された信号に対して復調処理を行い、誤り訂正復号器３４２に対して出力する。誤り訂正復号器３４２は、復調器３４１から入力された復調後の信号に対して誤り訂正のための復号処理を行い、上位レイヤ処理部３５に対して出力する。
【0041】
誤り訂正符号器３４３は、上位レイヤ処理部３５から入力された信号に対して誤り訂正用の符号化を行ってバイナリ信号を生成し、生成したバイナリ信号を変調器３４４に対して出力する。変調器３４４は、誤り訂正符号器３４３から入力されたバイナリ信号を変調信号に変換し、周波数変換器３８に対して出力する。
【0042】
上位レイヤ処理部３５は、信号処理部３４から入力された信号に対して上位レイヤ処理を行う。例えば、上位レイヤ処理部３５は、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）用情報の付加や、ＣＲＣによるフレーム内の誤りビット有無の確認、及びルーティング処理などを行う。また、上位レイヤ処理部３５は、上位レイヤ処理後に得られた制御局６０からの制御情報を制御部３７に対して出力する。さらに、上位レイヤ処理部３５は、制御部３７から入力された信号に対して上位レイヤ処理を行い、信号処理部３４に対して出力する。
【0043】
ＧＰＳ３６は、端末３０の位置を示す位置情報を取得し、取得した位置情報を制御部３７に対して出力する。なお、ＧＰＳ３６が取得した位置情報は、飛翔体２０及び地上基地局４０を介して制御局６０へ送信される。
【0044】
制御部３７は、制御局６０から地上基地局４０及び飛翔体２０を介して通知された制御情報に基づいて、端末３０を構成する各部を制御する。また、制御部３７は、ＧＰＳ３６により取得した位置情報を上位レイヤ処理部３５に入力し、制御局６０へ送信する。周波数変換器３８は、信号処理部３４から入力された信号の周波数を所定の周波数に変換し、周波数を変換した信号を信号増幅器３９に対して出力する。信号増幅器３９は、周波数変換器３８から入力された信号の電力を所定値に増幅し、電力を増幅した信号をサーキュレータ３２に対して出力する。
【0045】
図５は、地上基地局４０の構成例及びその周辺を示す図である。図５に示すように、地上基地局４０は、例えばアンテナ４１、サーキュレータ４２、低雑音周波数変換器４３、信号処理部４４、上位レイヤ処理部４５、テレメトリ信号送受信機４６、制御部４７、周波数変換器４８、及び信号増幅器４９を有する。
【0046】
アンテナ４１は、飛翔体２０との間で無線信号の送受信を行い、飛翔体２０に対して通信リンクを張る。
【0047】
サーキュレータ４２は、信号増幅器４９からの信号をアンテナ４１へ転送するとともに、アンテナ４１が受信した信号を低雑音周波数変換器４３に対して転送する。
【0048】
低雑音周波数変換器４３は、サーキュレータ４２から転送された信号に対して周波数変換を行い、周波数変換した信号を信号処理部４４に対して出力する。
【0049】
信号処理部４４は、例えば復調器４４１、誤り訂正復号器４４２、誤り訂正符号器４４３、及び変調器４４４を有する。
【0050】
復調器４４１は、低雑音周波数変換器４３から入力された信号に対して復調処理を行い、誤り訂正復号器４４２に対して出力する。誤り訂正復号器４４２は、復調器４４１から入力された復調後の信号に対して誤り訂正のための復号処理を行い、上位レイヤ処理部４５に対して出力する。
【0051】
誤り訂正符号器４４３は、上位レイヤ処理部４５から入力された信号に対して誤り訂正用の符号化を行ってバイナリ信号を生成し、生成したバイナリ信号を変調器４４４に対して出力する。変調器４４４は、誤り訂正符号器４４３から入力されたバイナリ信号を変調信号に変換し、周波数変換器４８に対して出力する。
【0052】
上位レイヤ処理部４５は、信号処理部４４から入力された信号に対して上位レイヤ処理を行う。例えば、上位レイヤ処理部４５は、ＣＲＣ用情報の付加や、ＣＲＣによるフレーム内の誤りビット有無の確認、及びルーティング処理などを行う。また、上位レイヤ処理部４５は、上位レイヤ処理後に得られた端末３０からの通知情報を制御部４７に対して出力する。さらに、上位レイヤ処理部４５は、制御部４７から入力された信号に対して上位レイヤ処理を行い、信号処理部４４に対して出力する。
【0053】
テレメトリ信号送受信機４６は、飛翔体２０との間でテレメトリ信号の送受信を行う。そして、テレメトリ信号送受信機４６は、飛翔体２０から受信した情報を制御部４７に対して出力するとともに、制御部４７の制御に応じて飛翔体２０に対する制御信号を送信する。
【0054】
制御部４７は、制御局６０から入力される制御情報に基づいて、地上基地局４０を構成する各部を制御する。また、制御部４７は、制御局６０から入力される制御情報に基づいて、飛翔体２０及び端末３０を制御する制御情報を出力するとともに、地上基地局４０が端末３０及び飛翔体２０から取得した情報を制御局６０に対して出力する。
【0055】
周波数変換器４８は、信号処理部４４から入力された信号の周波数を所定の周波数に変換し、周波数を変換した信号を信号増幅器４９に対して出力する。信号増幅器４９は、周波数変換器４８から入力された信号の電力を所定値に増幅し、電力を増幅した信号をサーキュレータ４２に対して出力する。
【0056】
図６は、制御局６０が有する機能を例示する機能ブロック図である。図６に示すように、制御局６０は、例えば取得部６０１、飛行航路算出部６０２、予測部６０３、タイミング算出部６０４、及び対処制御部６０５を有する。
【0057】
取得部６０１は、端末３０の位置を示す位置情報、飛翔体２０の位置を示す位置情報、及び飛翔体２０の高度を示す高度情報を、地上基地局４０を介して取得し、飛行航路算出部６０２に対して出力する。
【0058】
飛行航路算出部６０２は、取得部６０１から入力された位置情報及び高度情報に基づいて、飛翔体２０に対して無線通信を維持可能な位置関係となる飛翔体２０の飛行航路を算出し、算出した飛行航路を予測部６０３及びタイミング算出部６０４に対して出力する。例えば、飛行航路算出部６０２は、無線通信に必要な受信電力に基づいて飛翔体２０の飛行航路を算出する。
【0059】
予測部６０３は、飛行航路算出部６０２が算出した飛行航路上を飛行する飛翔体２０の姿勢に起因して発生し得る飛翔体２０との間の通信リンクに対するブロッキングを予測し、予測したブロッキングの発生を示す情報をタイミング算出部６０４に対して出力する。
【0060】
例えば、予測部６０３は、飛翔体２０の傾き、指向性アンテナ８００（図２，３参照）の位置、及び指向性アンテナ８００の指向角度に基づいて、発生し得るブロッキングを予測する。
【0061】
タイミング算出部６０４は、例えば予め定められた飛翔体２０の飛行速度、及び、飛行航路算出部６０２が算出した飛行航路に基づいて、予測部６０３が予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出し、算出したタイミングを示す情報を対処制御部６０５に対して出力する。
【0062】
対処制御部６０５は、タイミング算出部６０４が算出したタイミングに基づいて、予測部６０３が予測したブロッキングに対処するように、例えば端末３０及び地上基地局４０を制御する制御情報を地上基地局４０に対して出力する。
【0063】
例えば、対処制御部６０５は、通信方式の制御、アンテナの切替、及び飛翔体２０の飛行航路の少なくともいずれかを制御することにより、予測部６０３が予測したブロッキングの影響を軽減、又はブロッキングを回避するよう制御する。
【0064】
なお、制御局６０は、飛翔体２０と端末３０との間の通信リンクに対しても、地上基地局４０と飛翔体２０との間の通信リンクと同様に、位置情報及び高度情報に基づいて、ブロッキングに対処するように制御を行う。
【0065】
また、図６に示した各機能は、制御局６０が備える場合に限定されることなく、例えば端末３０又は地上基地局４０が一部又は全部を備えていてもよい。
【0066】
次に、第１実施形態にかかる無線通信システム１０の動作例について説明する。図７は、第１実施形態にかかる無線通信システム１０の動作例を示すフローチャートである。
【0067】
まず、制御局６０は、例えば定期的に端末３０の位置情報、飛翔体２０の位置情報、及び飛翔体２０の高度情報を、地上基地局４０を介して取得する（Ｓ１００）。
【0068】
そして、制御局６０は、飛翔体２０と端末３０との間、及び、飛翔体２０と地上基地局４０との間それぞれの通信リンクの確立に必要な受信電力を示す情報に基づいて、飛翔体２０の飛行航路（旋回航路）を算出して決定する（Ｓ１０２）。
【0069】
例えば、制御局６０は、端末３０の位置情報、飛翔体２０の位置情報、及び飛翔体２０の高度情報に基づいて、飛翔体２０と地上基地局４０との間の通信リンク、及び、飛翔体２０と端末３０との間の通信リンクを維持するように飛翔体２０の飛行航路を算出する。そして、制御局６０は、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号によって飛翔体２０の航路を制御する。
【0070】
次に、制御局６０は、例えば予測部６０３が飛翔体２０の飛行航路及び飛行速度に基づいて飛翔体２０の傾き（旋回時の機体２００（図２）のバンク角度）を算出して（Ｓ１０４）、ブロッキングの発生を予測する（Ｓ１０６）。このとき、制御局６０は、飛翔体２０の傾き、指向性アンテナ８００（図３）の指向方向、翼２０４の形状や大きさ、指向性アンテナ８００の取付位置などにより、通信リンクに対して発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する。
【0071】
そして、制御局６０は、予測部６０３がブロッキングが発生し得ると予測した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）にはＳ１０８の処理に進み、ブロッキングが発生し得ないと予測した場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）には処理を終了する。
【0072】
Ｓ１０８の処理において、制御局６０は、予測部６０３が発生し得ると予測したブロッキングが発生し得るタイミング（ブロッキングタイミング）を例えば飛翔体２０の飛行航路に基づいてタイミング算出部６０４が算出する。
【0073】
Ｓ１１０の処理において、制御局６０は、予測部６０３が予測したブロッキングに対処するように、対処制御部６０５がブロッキングタイミングを含む端末３０及び地上基地局４０に対する制御情報を地上基地局４０に対して通知する。ここで、地上基地局４０は、端末３０に対する制御情報を、飛翔体２０を介して端末３０へ通知する。
【0074】
そして、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングタイミングを含む制御情報に基づく通信制御を実施する（Ｓ１１２）。例えば、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングが予測される時間帯に送信する信号に対して通信制御を行う。具体的には、端末３０及び地上基地局４０は、ブロッキングに対処する通信制御として、例えば変調方式や誤り訂正の符号化率の制御を行う。
【0075】
【0076】
なお、地上基地局４０は、地表に固定されており、上述したように、位置情報及び高度情報が既知である。また、端末３０も、ここでは位置情報を送信した後には位置を変えないものとする。また、制御局６０は、飛翔体２０の大きさや飛行速度など、飛翔体２０の特徴を示す情報を予め保持しているとする。
【0077】
図８に示すように、端末３０及び地上基地局４０は、同一高度の地表に位置することとする。また、飛翔体２０の高度をＨ、飛翔体２０と端末３０の地表面での距離をＤ１、飛翔体２０と地上基地局４０の地表面での距離をＤ２、飛翔体２０の旋回半径をＲ、飛翔体２０と端末３０との間の仰角をφとする。
【0078】
ここでは、制御局６０が飛翔体２０と端末３０との間で発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する場合について説明する。
【0079】
端末３０は、ＧＰＳ３６（図４）が取得した位置情報を、例えば専用の制御・通知パケットを用いて、飛翔体２０及び地上基地局４０を介して制御局６０へ送信する。飛翔体２０は、図示しない高度計やＧＰＳにより取得した位置情報及び高度情報を、テレメトリ信号を用いて定期的に制御局６０へ送信する。つまり、制御局６０は、端末３０及び飛翔体２０の位置情報及び高度情報を取得することができる。
【0080】
制御局６０は、取得した位置情報及び高度情報に基づいて、飛翔体２０と端末３０との間の通信リンク、及び、飛翔体２０と地上基地局４０との間の通信リンクを確立するための飛翔体２０の飛行範囲を定期的に算出する。
【0081】
ここでは、端末３０と飛翔体２０との間の受信レベル、及び飛翔体２０と地上基地局４０との間の受信レベルは、距離に依存することとする。また、端末３０からＤ１離れた位置、及び地上基地局４０からＤ２離れた位置においては、高度Ｈかつ旋回半径Ｒ以内であれば、端末３０と飛翔体２０との間の最大距離は、下式（１）によって表される。
【0082】
【数1】
【0083】
このとき、地上基地局４０と飛翔体２０との間の最大距離は、下式（２）によって表される。
【0084】
【数2】
【0085】
すなわち、上式（１）,（２）を満たす場合、飛翔体２０は、端末３０及び地上基地局４０の双方と通信リンクを確立できるものとする。そして、制御局６０は、上式（１）,（２）を満たすように、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号を介して飛翔体２０の飛行航路を制御する。
【0086】
次に、制御局６０は、飛翔体２０の旋回半径及び飛行速度に基づいて、旋回時の機体２００（図２）の傾き（バンク角度）を算出する。また、制御局６０は、飛翔体２０及び端末３０の位置情報及び高度情報（Ｄ１、Ｈ、φ）に基づいて、指向性アンテナ８００の端末３０に対する指向角度を算出する。そして、制御局６０は、飛翔体２０のバンク角度及び構造（指向性アンテナ８００の取付位置、翼２０４の大きさや形状）に基づいて、飛翔体２０の旋回時に発生し得るブロッキングを予測する。
【0087】
具体例として、制御局６０は、図９に示したパラメータを用いて指向性アンテナ８００の指向角度を算出する。図１０は、飛翔体２０における指向性アンテナ８００の指向角度を例示する図である。図１０（ａ）は、飛翔体２０の傾きを例示する図である。図１０（ｂ）は、指向性アンテナ８００の指向角度を例示する図である。
【0088】
図１０（ａ）に示したように、飛翔体２０の傾きがＡである場合、図１０（ｂ）に示したように、指向性アンテナ８００の取付平面８０２の傾きもＡとなる。そして、指向性アンテナ８００は、取付平面８０２の傾きＡに対する傾きＢが指向角度となる。
【0089】
図１１は、制御局６０が図９に示したパラメータを用いて指向性アンテナ８００の指向角度を算出した結果を示すグラフである。飛翔体２０は飛行航路が円になるように旋回するので、指向性アンテナ８００の指向角度は周期的に変化する。そして、飛翔体２０は、指向性アンテナ８００の指向角度が小さくになるにつれて、翼２０４によって通信リンクをブロッキングする可能性が高くなる。
【0090】
図１１に示した例では、予測部６０３は、指向角度が－２°以下になる１００ｓ～１３７ｓの間にブロッキングが周期的に発生し得ると予測する。
【0091】
制御局６０は、翼２０４によるブロッキングが発生し得ると予測した場合、ブロッキングが発生し得ると予測したタイミングを含む制御情報を地上基地局４０及び端末３０に対して通知する。このとき、制御局６０は、端末３０に対して例えば専用の制御・通知パケットを用いて通知を行う。
【0092】
そして、地上基地局４０は、ブロッキングが発生し得るタイミングを含む制御情報を受信すると、制御情報に基づいて信号処理部４４を制御し、変調方式や誤り訂正符号化率を変更する。
【0093】
また、端末３０は、ブロッキングが発生し得るタイミングを含む制御情報を受信すると、制御情報に基づいて信号処理部３４を制御し、変調方式や誤り訂正符号化率を変更する。
【0094】
【0095】
そこで、地上基地局４０及び端末３０は、ブロッキングが発生し得るタイミングで送信する信号には、インデクス番号が小さい組合せ（例えばインデクス１の組合せ）を用いて変調及び誤り訂正符号化の処理を行う。
【0096】
一方、地上基地局４０及び端末３０は、ブロッキングが発生し得ないタイミングで送信する信号には、インデクス番号が大きい組合せ用いてスループットを増加させる。
【0097】
このように、無線通信システム１は、ブロッキングが発生し得るタイミングにおいて、例えば誤りに強い変調方式及び誤り訂正符号化率の組合せを選択することにより、ブロッキングが発生して通信品質が劣化し得る状態になっても、通信の持続を可能にし、通信品質の低下を低減することができる。
【0098】
なお、無線通信システム１は、変調方式や誤り訂正符号化率を制御することに限定されず、送信電力など制御して、通信品質の低下を低減することも可能である。
【0099】
また、無線通信システム１は、飛翔体２０と端末３０との間にブロッキングが発生し得る場合に限定されることなく、飛翔体２０と地上基地局４０との間にブロッキングが発生し得る場合にも、同様の処理によって通信品質の低下を低減することも可能である。
【0100】
また、上述した実施形態では、飛翔体２０が非再生中継を行って端末３０及び地上基地局４０が制御を行う場合を例に説明したが、飛翔体２０は再生中継を行ってもよい。この場合、制御局６０は飛翔体２０に対しても同様な制御を行い、飛翔体２０は、自機内の変復調器や誤り訂正符号化・復号器を制御して、通信品質の低下を低減することも可能である。
【0101】
また、上述した実施形態では、端末３０の高度と地上基地局４０の高度が同じである場合を例としたが、端末３０の高度と地上基地局４０の高度とが大きく異なる場合には、端末３０の高度を計測し、端末３０と飛翔体２０との間の高度を算出して同様の制御を行ってもよい。
【0102】
また、上述した実施形態では、制御局６０が、ブロッキングのタイミングを含む制御情報を端末３０及び地上基地局４０に通知する場合を説明したが、端末３０と飛翔体２０との距離情報、及び、飛翔体２０と地上基地局４０との距離情報を制御情報に含めて通知し、距離に応じて変復調や誤り訂正符号化の制御を行って、通信品質の低下を低減するように構成されてもよい。
【0103】
［第２実施形態］
図１３は、第２実施形態にかかる無線通信システム１０ａの構成を例示する図である。図１３に示すように、第２実施形態にかかる無線通信システム１０ａは、ＨＡＰＳ２０ａ、端末３０ａ、及び地上基地局４０を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。以下、上述した構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。
図１３は、第２実施形態にかかる無線通信システム１０ａの構成を例示する図である。図１３に示すように、第２実施形態にかかる無線通信システム１０ａは、ＨＡＰＳ２０ａ、端末３０ａ、及び地上基地局４０を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。以下、上述した構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。
【0104】
ＨＡＰＳ２０ａは、機体の直下にサービスエリアを形成し、サービスエリア内に複数の端末３０ａを収容して通信サービスを提供する。端末３０ａは、それぞれＨＡＰＳ２０ａ及び地上基地局４０を介してネットワーク５０に接続する。
【0105】
第２実施形態にかかる無線通信システム１０ａにおいては、ＨＡＰＳ２０ａと端末３０ａとの間ではブロッキングは発生せず、ＨＡＰＳ２０ａと地上基地局４０との間でブロッキングが発生する可能性が大きい。制御局６０は、第１実施形態にかかる無線通信システム１０における場合と同様に、ＨＡＰＳ２０ａと地上基地局４０との間の通信リンクに対するブロッキングを予測し、予測したブロッキングによる通信品質の低下を低減するような制御を行う。
【0106】
［第３実施形態］
第３実施形態にかかる無線通信システムは、第１実施形態にかかる無線通信システム１０における飛翔体２０が、図１４、１５を用いて示す飛翔体２０ｂに置き換えられている。また、第３実施形態にかかる無線通信システムにおいては、端末３０及び地上基地局４０は、いずれも自局の変調処理や誤り訂正処理に対して、上述した制御情報に基づく制御を行わないこととする。また、制御局６０は、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号により、飛翔体２０ｂに対して制御情報を送信する。
第３実施形態にかかる無線通信システムは、第１実施形態にかかる無線通信システム１０における飛翔体２０が、図１４、１５を用いて示す飛翔体２０ｂに置き換えられている。また、第３実施形態にかかる無線通信システムにおいては、端末３０及び地上基地局４０は、いずれも自局の変調処理や誤り訂正処理に対して、上述した制御情報に基づく制御を行わないこととする。また、制御局６０は、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号により、飛翔体２０ｂに対して制御情報を送信する。
【0107】
図１４は、飛翔体２０ｂの構成例を示す図である。飛翔体２０ｂは、機体２００に対して垂直尾翼２０２及び一対の翼２０４が設けられている。また、飛翔体２０ｂは、例えば機体２００の下部にＲＦ装置７０ｂ、及びそれぞれレドーム８０ａ～８０ｄに覆われた４つの指向性アンテナ（図１５参照）を有する。
【0108】
飛翔体２０ｂは、２つずつの指向性アンテナを端末３０及び地上基地局４０にそれぞれに割り当て、１つずつ切替えて電波を向けることにより、端末３０及び地上基地局４０それぞれと通信リンクを張る。
【0109】
また、飛翔体２０ｂは、機体２００に図示しない高度計、ＧＰＳ及びテレメトリ信号用のアンテナや送受信機を有する。高度計は、飛翔体２０ｂの高度情報を取得するために使用される。ＧＰＳは、飛翔体２０ｂの位置情報を取得するために使用される。
【0110】
図１５は、飛翔体２０ｂが有するＲＦ装置７０ｂ及びその周辺の構成例を示す図である。ＲＦ装置７０ｂは、例えばサーキュレータ７００，７００、周波数変換器７０２，７０２、及び信号増幅器７０４，７０４、スイッチ７０６，７０６、及び制御部７０８を有し、４つのレドーム８０ａ～８０ｄにそれぞれ覆われた４つの指向性アンテナ８００ａ～８００ｄが設けられて非再生中継を行う。
【0111】
なお、指向性アンテナ８００ａ，８００ｂに対し、指向性アンテナ８００ｃ，８００ｄは、翼２０４によるブロッキングが同時に発生しないように、翼２０４の幅以上の間隔をあけて配置されている。
【0112】
指向性アンテナ８００ａ，８００ｃは、それぞれ端末３０との通信リンクに対する１つの通信経路を形成する。指向性アンテナ８００ｂ，８００ｄは、それぞれ地上基地局４０との通信リンクに対する１つの通信経路を形成する。
【0113】
制御部７０８は、制御局６０から通知された制御情報に基づいて、スイッチ７０６，７０６を制御し、端末３０及び地上基地局４０それぞれに対する通信経路を切り替える。つまり、制御部７０８は、制御情報に基づいてブロッキングに対処するように、端末３０に対して指向性アンテナ８００ａと指向性アンテナ８００ｃを切替え、地上基地局４０に対して指向性アンテナ８００ｂと指向性アンテナ８００ｄを切り替える。
【0114】
次に、第３実施形態にかかる無線通信システムの動作例について説明する。図１６は、第３実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【0115】
まず、制御局６０は、例えば定期的に端末３０の位置情報、飛翔体２０ｂの位置情報、及び飛翔体２０ｂの高度情報を、地上基地局４０を介して取得する（Ｓ２００）。このとき、飛翔体２０ｂは、指向性アンテナ８００ａを使用して端末３０と通信を行い、指向性アンテナ８００ｂを使用して地上基地局４０と通信を行っているとする。
【0116】
そして、制御局６０は、飛翔体２０ｂと端末３０との間、及び、飛翔体２０ｂと地上基地局４０との間それぞれの通信リンクの確立に必要な受信電力を示す情報に基づいて、飛翔体２０ｂの飛行航路（旋回航路）を算出して決定する（Ｓ２０２）。
【0117】
例えば、制御局６０は、端末３０の位置情報、飛翔体２０ｂの位置情報、及び飛翔体２０ｂの高度情報に基づいて、飛翔体２０ｂと地上基地局４０との間の通信リンク、及び、飛翔体２０ｂと端末３０との間の通信リンクを維持するように飛翔体２０ｂの飛行航路を算出する。そして、制御局６０は、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号によって飛翔体２０ｂの航路を制御する。
【0118】
次に、制御局６０は、例えば予測部６０３が飛翔体２０ｂの飛行航路及び飛行速度に基づいて飛翔体２０ｂの傾き（旋回時の機体のバンク角度）を算出して（Ｓ２０４）、ブロッキングの発生を予測する（Ｓ２０６）。このとき、制御局６０は、飛翔体２０ｂの傾き、指向性アンテナ８００ａ，８００ｂの指向方向、翼２０４の形状や大きさ、指向性アンテナ８００ａ，８００ｂの取付位置などにより、通信リンクに対して発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する。
【0119】
なお、制御局６０は、指向性アンテナ８００ｃ，８００ｄに対しても同様に、通信リンクに対して発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する。
【0120】
そして、制御局６０は、予測部６０３がブロッキングが発生し得ると予測した場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）にはＳ２０８の処理に進み、ブロッキングが発生し得ないと予測した場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）には処理を終了する。
【0121】
Ｓ２０８の処理において、制御局６０は、予測部６０３が発生し得ると予測したブロッキングが発生し得るタイミング（ブロッキングタイミング）を例えば飛翔体２０ｂの飛行航路に基づいてタイミング算出部６０４が算出する。
【0122】
Ｓ２１０の処理において、制御局６０は、予測部６０３が予測したブロッキングに対処するように、対処制御部６０５がブロッキングタイミングを含む制御情報を飛翔体２０ｂに対して通知する。
【0123】
そして、飛翔体２０ｂは、ブロッキングタイミングを含む制御情報に基づく通信制御を実施する（Ｓ２１２）。例えば、飛翔体２０ｂは、ブロッキングが予測される時間帯に送信する信号に対して通信制御を行う。具体的には、飛翔体２０ｂは、ブロッキングに対処する通信制御として、例えば指向性アンテナ８００ａ，８００ｂを指向性アンテナ８００ｃ，８００ｄに切り替える制御を行う。
【0124】
同様に、飛翔体２０ｂは、指向性アンテナ８００ｃ，８００ｄによる通信においてブロッキングが発生し得ると予測した場合には、指向性アンテナ８００ｃ，８００ｄを指向性アンテナ８００ａ，８００ｂに切り替える制御を行う。
【0125】
［第４実施形態］
第４実施形態にかかる無線通信システムは、第１実施形態にかかる無線通信システム１０と同じ構成であるが、制御局６０が行う処理が異なる。
第４実施形態にかかる無線通信システムは、第１実施形態にかかる無線通信システム１０と同じ構成であるが、制御局６０が行う処理が異なる。
【0126】
図１７は、第４実施形態にかかる無線通信システムの制御局６０が行う処理を示すフローチャートである。
【0127】
まず、制御局６０は、例えば定期的に端末３０の位置情報、飛翔体２０の位置情報、及び飛翔体２０の高度情報を、地上基地局４０を介して取得する（Ｓ３００）。
【0128】
次に、制御局６０は、ブロッキングが発生し得ない飛翔体２０のバンク角度、飛翔体２０と端末３０との間、及び、飛翔体２０と地上基地局４０との間それぞれの通信リンクの確立に必要な受信電力を示す情報に基づいて、飛翔体２０の飛行航路（旋回航路）を算出して決定する（Ｓ３０２）。
【0129】
なお、制御局６０は、飛翔体２０の飛行速度、ブロッキングが発生し得ない飛翔体２０のバンク角度などの情報を予め保持している。
【0130】
そして、制御局６０は、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号によって飛翔体２０を制御し、飛翔体２０によるブロッキングに対処する（Ｓ３０４）。
【0131】
以下に、第４実施形態にかかる無線通信システムにおいて制御局６０が行う制御の例について、図１８を用いてより具体的に説明する。図１８は、第４実施形態にかかる無線通信システムにおける各構成の位置関係を模式的に示す図である。
【0132】
制御局６０は、端末３０及び飛翔体２０の位置情報及び高度情報、ブロッキングが発生し得ないバンク角度に基づいて、飛翔体２０と地上基地局４０が常時通信リンクを確立するための飛行領域（航行領域）を算出する。
【0133】
すなわち、制御局６０は、ブロッキングが発生し得ないバンク角度に基づいて、飛翔体２０の最小旋回半径Ｒｍｉｎを求めた後、飛翔体２０と端末３０の通信リンク、及び飛翔体２０と地上基地局４０の通信リンクの双方を確立できる距離を算出して、飛行領域（航行領域）を算出する。
【0134】
ここでは、端末３０と飛翔体２０との間の受信レベル、及び飛翔体２０と地上基地局４０との間の受信レベルは、距離に依存することとする。図１８に示したように、端末３０と飛翔体２０の通信リンクを確立できる最大距離をＤ１ｍａｘとすると、水平方向の最大距離Ｄ１ｍａｘ＿ｈｏｒは、飛翔体２０の高度Ｈを用いて下式（３）により表される。
【0135】
【数3】
【0136】
飛翔体２０の高度Ｈを不変とすると、飛翔体２０が最小旋回半径Ｒｍｉｎより大きな旋回半径でＤ１ｍａｘ＿ｈｏｒの範囲内の領域を旋回すると、ブロッキングは発生し得ない。この場合、制御局６０は、高度Ｈ上の平面に飛翔体２０と端末３０との間の通信リンクを確立できる飛行領域を算出することができる。
【0137】
同様に、制御局６０は、地上基地局４０と飛翔体２０との間の水平方向最大距離Ｄ２ｍａｘ＿ｈｏｒも算出することができる。
【0138】
そして、制御局６０は、飛翔体２０と端末３０との間の通信リンクを確立できる飛行領域と、地上基地局４０と飛翔体２０との間の通信リンクを確立できる飛行領域とが重複する領域を飛翔体２０が飛行すべき飛行領域とする。
【0139】
その後、制御局６０は、飛翔体２０が飛行すべき飛行領域内を飛行するように、地上基地局４０が送信するテレメトリ信号によって飛翔体２０を制御する。よって、端末３０と地上基地局４０とは、飛翔体２０がブロッキングを発生させることなく、安定した通信を行うことができる。
【0140】
なお、制御局６０は、ブロッキングを発生させないような飛行領域を算出できない場合には、第１実施形態に示したように、ブロッキングタイミングを算出して通信制御を行ってもよい。
【0141】
［第５実施形態］
図１９は、第５実施形態にかかる無線通信システム１０ｂの構成を例示する図である。図１９に示すように、第５実施形態にかかる無線通信システム１０ｂは、飛翔体２０ｃ、端末３０、地上基地局４０、静止衛星９０、及び飛行体管制局９５を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
図１９は、第５実施形態にかかる無線通信システム１０ｂの構成を例示する図である。図１９に示すように、第５実施形態にかかる無線通信システム１０ｂは、飛翔体２０ｃ、端末３０、地上基地局４０、静止衛星９０、及び飛行体管制局９５を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
【0142】
静止衛星９０は、地上基地局４０と飛翔体２０ｃとの間で無線通信を行う。また、静止衛星９０は、データを送受信する無線通信とは別に、テレメトリ信号によって地上基地局４０と通信を行う。
【0143】
飛行体管制局９５は、テレメトリ信号によって飛翔体２０ｃの飛行航路を制御し、飛翔体２０ｃの位置情報及び高度情報を取得する。
【0144】
そして、端末３０は、飛翔体２０ｃ、静止衛星９０、及び地上基地局４０を介してネットワーク５０に接続する。
【0145】
図２０は、飛翔体２０ｃの構成例を示す図である。飛翔体２０ｃは、機体２００に対して垂直尾翼２０２及び一対の翼２０４が設けられている。また、飛翔体２０ｃは、例えば機体２００の上部及び下部にそれぞれＲＦ装置７０ｅ，７０ｆを備える。ただし、ＲＦ装置７０ｅ及びＲＦ装置７０ｆは、配置が分離されているが、互いに接続されて一体に構成されており、実質的にＲＦ装置７０（図３参照）と同じ構成である。
【0146】
ＲＦ装置７０ｅは、レドーム８０ｅに覆われた指向性アンテナ（図２１参照）が接続されており、静止衛星９０と通信リンクを張る。また、ＲＦ装置７０ｆは、レドーム８０ｆに覆われた指向性アンテナ（図２１参照）が接続されており、端末３０と通信リンクを張る。
【0147】
また、飛翔体２０ｃは、機体２００に図示しない高度計、ＧＰＳ及びテレメトリ信号用のアンテナや送受信機を有する。高度計は、飛翔体２０ｃの高度情報を取得するために使用される。ＧＰＳは、飛翔体２０ｃの位置情報を取得するために使用される。
【0148】
図２１は、飛翔体２０ｃが有するＲＦ装置７０ｅ、ＲＦ装置７０ｆ及びその周辺の構成例を示す図である。ＲＦ装置７０ｅ及びＲＦ装置７０ｆは、接続されて一体に構成されており、例えばサーキュレータ７００，７００、周波数変換器７０２，７０２、及び信号増幅器７０４，７０４を有し、レドーム８０ｅ及びレドーム８０ｆに覆われた２つの指向性アンテナ８００ｅ及び指向性アンテナ８００ｆが設けられて非再生中継を行う。
【0149】
指向性アンテナ８００ｅは、サーキュレータ７００に接続され、静止衛星９０に対してアンテナ指向を向けて通信リンクを張り、静止衛星９０との間で無線信号を送受信する。指向性アンテナ８００ｆは、サーキュレータ７００に接続され、端末３０に対してアンテナ指向を向けて通信リンクを張り、端末３０との間で無線信号を送受信する。
【0150】
なお、静止衛星９０も、図３に示したＲＦ装置７０及び２つの指向性アンテナ８００，８００と実質的に同じ構成を有し、飛翔体２０ｃと地上基地局４０との間で非再生中継を行って通信リンクを張る。
【0151】
次に、第５実施形態にかかる無線通信システムの動作例について説明する。図２２は、第５実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【0152】
まず、制御局６０は、例えば定期的に端末３０の位置情報、飛翔体２０ｃの位置情報、及び飛翔体２０ｃの高度情報を、地上基地局４０を介して取得する（Ｓ４００）。このとき、飛翔体２０ｃは、指向性アンテナ８００ｅを使用して静止衛星９０と通信を行い、指向性アンテナ８００ｆを使用して端末３０と通信を行っているとする。
【0153】
静止衛星９０は、地上から見て高度や位置が相対的に不変である。よって、制御局６０は、静止衛星９０の相対的高度情報や位置情報を予め保持しているとする。
【0154】
そして、制御局６０は、端末３０と飛翔体２０ｃとの間、及び飛翔体２０ｃと静止衛星９０との間それぞれの通信リンクの確立に必要な受信電力を示す情報に基づいて、飛翔体２０ｃの飛行航路（旋回航路）を算出して決定する（Ｓ４０２）。
【0155】
次に、制御局６０は、例えば予測部６０３が飛翔体２０ｃの飛行航路及び飛行速度に基づいて飛翔体２０ｃの傾き（旋回時の機体のバンク角度）を算出して（Ｓ４０４）、ブロッキングの発生を予測する（Ｓ４０６）。このとき、制御局６０は、飛翔体２０ｃの傾き、指向性アンテナ８００ｅ及び指向性アンテナ８００ｆの指向方向、翼２０４の形状や大きさ、指向性アンテナ８００ｅ及び指向性アンテナ８００ｆの取付位置などにより、通信リンクに対して発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する。
【0156】
そして、制御局６０は、予測部６０３がブロッキングが発生し得ると予測した場合（Ｓ４０６：Ｙｅｓ）にはＳ４０８の処理に進み、ブロッキングが発生し得ないと予測した場合（Ｓ４０６：Ｎｏ）には処理を終了する。
【0157】
Ｓ４０８の処理において、制御局６０は、予測部６０３が発生し得ると予測したブロッキングが発生し得るタイミング（ブロッキングタイミング）を例えば飛翔体２０ｃの飛行航路に基づいてタイミング算出部６０４が算出する。
【0158】
Ｓ４１０の処理において、制御局６０は、予測部６０３が予測したブロッキングの影響を軽減するように、対処制御部６０５がブロッキングタイミングを含む端末３０及び地上基地局４０に対する制御情報を地上基地局４０に対して通知する。ここで、地上基地局４０は、端末３０に対する制御情報を、静止衛星９０及び飛翔体２０ｃを介して端末３０へ通知する。
【0159】
そして、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングタイミングを含む制御情報に基づく通信制御を実施する（Ｓ４１２）。例えば、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングが予測される時間帯に送信する信号に対して通信制御を行う。具体的には、端末３０及び地上基地局４０は、ブロッキングの影響を軽減する通信制御として、例えば変調方式や誤り訂正の符号化率の制御を行う。
【0160】
なお、第５実施形態にかかる無線通信システムでは静止衛星９０が通信リンクを張る場合を例に説明したが、無線通信システムは、低軌道衛星などが通信リンクを張るように構成されてもよい。
【0161】
低軌道衛星は軌道が決まっているため、制御局６０は、地上に対する低軌道衛星の位置と時間を予め保持しておくことにより、同様に低軌道衛星との通信リンクに対するブロッキングに対処する通信制御を行うことができる。
【0162】
また、第５実施形態にかかる無線通信システムでは、静止衛星９０が非再生中継を行って端末３０及び地上基地局４０が制御を行う場合を例に説明したが、静止衛星９０は再生中継を行ってもよい。この場合、静止衛星９０は、自機内の変復調器や誤り訂正符号化・復号器を制御して、通信品質の低下を低減することも可能である。
【0163】
［第６実施形態］
図２３は、第６実施形態にかかる無線通信システム１０ｃの構成を例示する図である。図２３に示すように、第６実施形態にかかる無線通信システム１０ｃは、飛翔体２０ｄ，２０ｅ、端末３０、地上基地局４０、及び飛行体管制局９６を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
図２３は、第６実施形態にかかる無線通信システム１０ｃの構成を例示する図である。図２３に示すように、第６実施形態にかかる無線通信システム１０ｃは、飛翔体２０ｄ，２０ｅ、端末３０、地上基地局４０、及び飛行体管制局９６を有する。地上基地局４０は、インターネットなどのネットワーク５０及び制御局６０に接続されている。
【0164】
飛翔体２０ｄは、地上基地局４０と飛翔体２０ｅとの間で無線通信を行う。また、飛翔体２０ｅは、飛翔体２０ｄと地上基地局４０との間で無線通信を行う。
【0165】
飛行体管制局９６は、テレメトリ信号によって飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの飛行航路を制御し、飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの位置情報及び高度情報を取得する。
【0166】
そして、端末３０は、飛翔体２０ｄ、飛翔体２０ｅ、及び地上基地局４０を介してネットワーク５０に接続する。なお、飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれは、上述した飛翔体２０（図２，３参照）と実質的に同一の構成を備えている。
【0167】
次に、第６実施形態にかかる無線通信システムの動作例について説明する。図２４は、第６実施形態にかかる無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。
【0168】
まず、制御局６０は、例えば定期的に端末３０の位置情報、飛翔体２０ｄ，２０ｅそれぞれの位置情報、及び飛翔体２０ｄ，２０ｅそれぞれの高度情報を、地上基地局４０を介して取得する（Ｓ５００）。
【0169】
そして、制御局６０は、端末３０と飛翔体２０ｄとの間、飛翔体２０ｄと飛翔体２０ｅとの間、及び飛翔体２０ｅと地上基地局４０との間それぞれの通信リンクの確立に必要な受信電力を示す情報に基づいて、飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの飛行航路（旋回航路）を算出して決定する（Ｓ５０２）。
【0170】
次に、制御局６０は、例えば予測部６０３が飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの飛行航路及び飛行速度に基づいて、飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの傾き（旋回時の機体のバンク角度）を算出して（Ｓ５０４）、ブロッキングの発生を予測する（Ｓ５０６）。このとき、制御局６０は、飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの傾きなどを用いて、通信リンクに対して発生し得るブロッキング（ブロッキングが発生するか否か）を予測する。
【0171】
そして、制御局６０は、予測部６０３がブロッキングが発生し得ると予測した場合（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）にはＳ５０８の処理に進み、ブロッキングが発生し得ないと予測した場合（Ｓ５０６：Ｎｏ）には処理を終了する。
【0172】
Ｓ５０８の処理において、制御局６０は、予測部６０３が発生し得ると予測したブロッキングが発生し得るタイミング（ブロッキングタイミング）を例えば飛翔体２０ｄ及び飛翔体２０ｅそれぞれの飛行航路に基づいてタイミング算出部６０４が算出する。
【0173】
Ｓ５１０の処理において、制御局６０は、予測部６０３が予測したブロッキングに対処するように、対処制御部６０５がブロッキングタイミングを含む端末３０及び地上基地局４０に対する制御情報を地上基地局４０に対して通知する。ここで、地上基地局４０は、端末３０に対する制御情報を、飛翔体２０ｅ及び飛翔体２０ｄを介して端末３０へ通知する。
【0174】
そして、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングタイミングを含む制御情報に基づく通信制御を実施する（Ｓ５１２）。例えば、端末３０及び地上基地局４０は、それぞれブロッキングが予測される時間帯に送信する信号に対して通信制御を行う。具体的には、端末３０及び地上基地局４０は、ブロッキングの影響を軽減する通信制御として、例えば変調方式や誤り訂正の符号化率の制御を行う。
【0175】
このように、各実施形態にかかる無線通信システムは、飛翔体との間の通信リンクに対するブロッキングを予測し、飛翔体の飛行速度及び飛行航路に基づいて、予測したブロッキングが発生し得るタイミングを算出するので、飛翔体との間で行う無線通信のブロッキングによる品質低下を低減することができる。
【0176】
なお、制御局６０が有する各機能は、それぞれ一部又は全部が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。
【0177】
すなわち、制御局６０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。
【符号の説明】
【0178】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・無線通信システム、２０，２０ａ～２０ｅ・・・飛翔体、３０，３０ａ・・・端末、３１・・・アンテナ、３４・・・信号処理部、３６・・・ＧＰＳ、３７・・・制御部、４０・・・地上基地局、４１・・・アンテナ、４４・・・信号処理部、４６・・・テレメトリ信号送受信機、４７・・・制御部、５０・・・ネットワーク、６０・・・制御局、７０，７０ｂ，７０ｅ，７０ｆ・・・ＲＦ装置、８０,８０ａ～８０ｆ・・・レドーム、９０・・・静止衛星、９５，９６・・・飛行体管制局、２００・・・機体、２０４・・・翼、６０１・・・取得部、６０２・・・飛行航路算出部、６０３・・・予測部、６０４・・・タイミング算出部、６０５・・・対処制御部、７０６・・・スイッチ、７０８・・・制御部、８００，８００ａ～８００ｄ・・・指向性アンテナ、８０２・・・取付平面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】