特開 2023-26576 基地局及び無線通信システム

(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】P2023026576

(43)【公開日】2023-02-24

(54)【発明の名称】基地局及び無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/14 20090101AFI20230216BHJP

   H04W 72/0453 20230101ALI20230216BHJP

   H04W 72/0446 20230101ALI20230216BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20230216BHJP

   H04W 72/51 20230101ALI20230216BHJP

【ＦＩ】

H04W52/14

H04W72/0453

H04W72/0446

H04W16/28

H04W72/51

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000099

(22)【出願日】2023-01-04

(62)【分割の表示】P 2021032953の分割

【原出願日】2021-03-02

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）令和２年３月３日に、２０２０年電子情報通信学会総合大会講演論文集（ＤＶＤ及びＷＥＢ公開）にて公開 （２）令和２年９月１日に、２０２０年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集（ＤＶＤ及びＷＥＢ公開）にて公開 （３）令和２年９月１７日に、２０２０年電子情報通信学会ソサイエティ大会にて公開 （４）令和２年１１月１８日に、電子情報通信学会技術研究報告，Ｖｏｌ．１２０，Ｎｏ．２４９，ＲＣＳ２０２０－１１８にて公開 （５）令和２年１１月２５日に、電子情報通信学会 無線通信システム研究会にて公開 （６）令和２年７月２８日に、電子情報通信学会 ＩＥＩＣＥ ＩＣＴ ＰＩＯＮＥＥＲＳ ＷＥＢＩＮＡＲシリーズ〔第２弾〕移動体通信の未来～地上２次元セルから３次元空間セルへ～にて公開

(71)【出願人】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(74)【代理人】

【識別番号】100128691

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 弘通

(72)【発明者】

【氏名】藤井 輝也

(57)【要約】

【課題】端末装置を上空エリアで利用する場合に、上空エリアのセルと地上エリアのセルの干渉の影響を抑制して所望の通信品質が得られる基地局及び無線通信システムを提供する。
【解決手段】移動通信の基地局２０Ａは、アンテナ２６と、同一周波数帯を使用可能な下方の第一セル１００Ａと第一セルの上方の第二セル２００Ａとを形成し、第一セル内の端末装置３０Ａ及び第二セル内の端末装置４０Ａとの間でアンテナを介して無線通信を行う無線通信部２３と、同一時間帯において、第一セル及び第二セルのいずれか一方のセル内の端末装置との通信に同一周波数帯の無線リソースを割り当て、他方のセル内の端末装置との通信に同一周波数帯の無線リソースを割り当てないリソース割当部と有する。第二セル内の端末装置に同一周波数帯の無線リソースを割り当てたとき、同一周波数帯の無線リソースを割り当てた端末装置に対して、送信電力を低減させる送信電力制御を適用させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動通信の基地局であって、
アンテナと、
同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、
同一時間帯において、前記第一セル及び前記第二セルのいずれか一方のセル内の端末装置との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当て、他方のセル内の端末装置との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てないリソース割当部と、を有し、
前記第二セル内の端末装置に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てたとき、前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てた端末装置に対して、送信電力を低減させる送信電力制御を適用させる、ことを特徴とする基地局。

【請求項2】

移動通信の基地局であって、
アンテナと、
同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、
同一時間帯において、前記第一セル内の端末装置との通信及び前記第二セル内の端末装置との通信のそれぞれに前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てるリソース割当部と、を有し、
前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てた前記第二セル内の端末装置に対して、送信電力を低減させる送信電力制御を適用させる、ことを特徴とする基地局。

【請求項3】

移動通信の基地局であって、
アンテナと、
同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、
前記第二セル内の端末装置の高度を特定する高度特定部と、
前記第二セル内の端末装置の高度が所定高度未満となった場合に、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置が前記同一周波数帯を時分割利用し、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となった場合に、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置が前記同一周波数帯を同時利用するように、前記第一セル内の端末装置との通信及び前記第二セル内の端末装置との通信のそれぞれに前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てるリソース割当部と、を有する、
ことを特徴とする基地局。

【請求項4】

請求項３に記載の基地局において、
前記アンテナは、前記第一セルのビームと前記第二セルのビームとを形成可能なアンテナであり、
前記第二セル内の端末装置が前記第二セルのビームを選択した場合に、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となったと判断する、ことを特徴とする基地局。

【請求項5】

請求項３に記載の基地局において、
前記アンテナは、当該アンテナを中心とした仮想垂直面内のビームの方向を連続的に変化させることができるアンテナであり、
前記アンテナの仮想垂直面内のビームの方向の水平面に対する上向きの角度が所定角度以上の場合に、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となったと判断する、ことを特徴とする基地局。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基地局において、
前記アンテナは、当該アンテナを中心とした仮想垂直面内の互いに異なる方向に指向性を有する複数のビームを形成可能なアンテナであり、
前記第一セルを形成する一又は複数のビームと前記第二セルを形成する一又は複数のビームを形成するよう前記アンテナのビームフォーミング制御を行う制御部を有することを特徴とする基地局。

【請求項7】

請求項６に記載の基地局において、
前記アンテナは、複数のアンテナ素子が配列されたＭｉｓｓｉｖｅアンテナであり、
前記制御部は、
予め設定された互いに異なる方向の複数のビーム候補について前記アンテナの各アンテナ素子に対する振幅及び位相の値を記憶し、
前記端末装置から受信したビーム選択情報に基づいて前記複数のビーム候補の一つを選択し、
前記選択したビーム候補について記憶されている各アンテナ素子の振幅及び位相に基づいて、前記端末装置との通信に用いるビームを形成するようにビームフォーミング制御を行う、ことを特徴とする基地局。

【請求項8】

請求項６に記載の基地局において、
前記アンテナは、複数のアンテナ素子が配列されたＭｉｓｓｉｖｅアンテナであり、
前記制御部は、
前記アンテナを中心とした仮想垂直面内で前記アンテナの指向方向を変化させながら前記端末装置からの電波を受信し、
前記端末装置からの電波の受信電力が最大となる方向を検出し、
前記検出した方向に、前記端末装置との通信に用いるビームを形成するようにビームフォーミング制御を行う、ことを特徴とする基地局。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基地局において、
前記第二セル内の端末装置のアンテナで形成されるビームが当該基地局に向かうように前記端末装置に制御情報を送信する端末制御部を有することを特徴とする基地局。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基地局と、前記基地局と無線通信を行う端末装置とを含むことを特徴とする無線通信システム。

【請求項11】

請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基地局が同一エリア内に複数配置されたことを特徴とする無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動通信の基地局及び無線通信システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の移動通信では、移動局である端末装置と無線通信するマクロセル基地局やスモールセル基地局（例えば特許文献１、２参照）などの固定の基地局が地上に設置され、基地局は複数の端末装置と無線通信を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－０９３７７８号公報

【特許文献2】特開２００７－２５９２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、移動通信では、上空エリアでの端末装置の利用が要求されてきている。例えば、ドローン（無人航空機）との通信方法として、地上設置の基地局を介した移動通信を利用することが検討されている。しかしながら、従来の地上設置の基地局は、一般に、地上エリア（地上から一定の高さまでのエリア。例えば基地局のアンテナよりも下方のエリア）に端末装置が位置することを前提に設計されており、端末装置の上空エリアでの利用は想定外である。そのため、地上エリアに形成するセルと上空エリアに形成するセルとの間で干渉が発生し、端末装置を上空エリアで利用する場合に所望の通信品質が得られないおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係る移動通信の基地局は、アンテナと、同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、同一時間帯において、前記第一セル及び前記第二セルのいずれか一方のセル内の端末装置との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当て、他方のセル内の端末装置との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てないリソース割当部と、を有し、前記第二セル内の端末装置に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てたとき、前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てた端末装置に対して、送信電力を低減させる送信電力制御を適用させる。

【0006】

本発明の他の態様に係る移動通信の基地局は、アンテナと、同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、同一時間帯において、前記第一セル内の端末装置との通信及び前記第二セル内の端末装置との通信のそれぞれに前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てるリソース割当部と、を有し、前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てた前記第二セル内の端末装置に対して、送信電力を低減させる送信電力制御を適用させる。

【0007】

本発明の更に他の態様に係る移動通信の基地局は、アンテナと、同一周波数帯を使用可能な、前記アンテナの下方の第一セルと前記第一セルの上方の第二セルとを形成し、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置との間で前記アンテナを介して無線通信を行う無線通信部と、前記第二セル内の端末装置の高度を特定する高度特定部と、前記第二セル内の端末装置の高度が所定高度未満となった場合に、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置が前記同一周波数帯を時分割利用し、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となった場合に、前記第一セル内の端末装置及び前記第二セル内の端末装置が前記同一周波数帯を同時利用するように、前記第一セル内の端末装置との通信及び前記第二セル内の端末装置との通信のそれぞれに前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てるリソース割当部と、を有する。

【0008】

前記基地局において、前記アンテナは、前記第一セルのビームと前記第二セルのビームとを形成可能なアンテナであってもよく、前記第二セル内の端末装置が前記第二セルのビームを選択した場合に、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となったと判断してもよい。
また、前記基地局において、前記アンテナは、当該アンテナを中心とした仮想垂直面内のビームの方向を連続的に変化させることができるアンテナであってもよく、前記アンテナの仮想垂直面内のビームの方向の水平面に対する上向きの角度が所定角度以上の場合に、前記第二セル内の端末装置の高度が前記所定高度以上となったと判断してもよい。
また、前記基地局において、前記アンテナは、当該アンテナを中心とした仮想垂直面内の互いに異なる方向に指向性を有する複数のビームを形成可能なアンテナであってもよく、前記第一セルを形成する一又は複数のビームと前記第二セルを形成する一又は複数のビームを形成するよう前記アンテナのビームフォーミング制御を行う制御部を有してもよい。
また、前記基地局において、前記アンテナは、複数のアンテナ素子が配列されたＭｉｓｓｉｖｅアンテナであってもよく、前記制御部は、予め設定された互いに異なる方向の複数のビーム候補について前記アンテナの各アンテナ素子に対する振幅及び位相の値を記憶し、前記端末装置から受信したビーム選択情報に基づいて前記複数のビーム候補の一つを選択し、前記選択したビーム候補について記憶されている各アンテナ素子の振幅及び位相に基づいて、前記端末装置との通信に用いるビームを形成するようにビームフォーミング制御を行ってもよい。
また、前記基地局において、前記アンテナは、複数のアンテナ素子が配列されたＭｉｓｓｉｖｅアンテナであってもよく、前記制御部は、前記アンテナを中心とした仮想垂直面内で前記アンテナの指向方向を変化させながら前記端末装置からの電波を受信し、前記端末装置からの電波の受信電力が最大となる方向を検出し、前記検出した方向に、前記端末装置との通信に用いるビームを形成するようにビームフォーミング制御を行ってもよい。
また、前記基地局において、前記第二セル内の端末装置のアンテナで形成されるビームが当該基地局に向かうように前記端末装置に制御情報を送信する端末制御部を有してもよい。

【0009】

また、本発明の更に他の態様に係る無線通信システムは、上述した基地局と、前記基地局と無線通信を行う端末装置とを含む。
また、本発明の更に他の態様に係る無線通信システムは、上述した基地局が同一エリア内に複数配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、端末装置を上空エリアで利用する場合に、上空エリアのセルと地上エリアのセルの干渉の影響を抑制して所望の通信品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す説明図。

【図2】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、比較参考例の無線通信システムの上り回線及び下り回線の通信における干渉の発生の様子を示す説明図。

【図3】比較参考例に係る地上セルの基地局とは別の基地局によって上空セルを形成する無線通信システムの構成を示す説明図。

【図4】（ａ）は本実施形態の基地局のアンテナの構成の一例を示す説明図。（ｂ）は本実施形態の基地局のアンテナで形成する上空用ビーム及び地上ビームの一例を示す説明図。

【図5】実施形態における基地局の基地局装置の主要部構成の一例を示す説明図。

【図6】実施形態に係る無線通信システムの一構成例（構成例１）における三次元空間セル構成の一例を示す説明図。

【図7】実施形態に係る無線通信システムの他の構成例（構成例２）における三次元空間セル構成の一例を示す説明図。

【図8】（ａ）は、上空端末の高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満である例を示す説明図。（ｂ）は、同じ周波数リソースＦ１が割り当てられた地上端末及び上空端末に対して実行される時分割処理を示す説明図。

【図9】（ａ）は、上空端末の高度が所定高度ｈ_ｔｈ以上である例を示す説明図。（ｂ）は、同じ周波数リソースＦ１が割り当てられた地上端末と上空端末とに対して実行される同時通信処理を示す説明図。

【図10】実施形態に係る無線通信システムの更に他の構成例（構成例３）における三次元空間セル構成の形成する基地局装置の主要部構成の一例を示す説明図。

【図11】（ａ）～（ｃ）は、ドローンの動きに応じた時分割処理と同時通信処理との切り替えを示す説明図。

【図12】（ａ）は、プリコーディング制御によるビームフォーミング機能を利用して上空端末の高度を特定する例を示す説明図。（ｂ）は、連続追従制御によるビームフォーミング機能を利用して上空端末の高度を特定する例を示す説明図。

【図13】上空端末にビームフォーミング機能を持たせた例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係るシステムは、携帯通信の地上サービスエリアとともに、ドローン、空飛ぶ自動車（タクシー）等の実現により期待される携帯通信の「上空サービスエリア」を構築するにあたって、地上セルと上空セルで同一周波数共用を実現する無線通信システムである。

【0013】

図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す説明図である。
本実施形態に係る無線通信システム１０は、複数の基地局２０Ａ～２０Ｃを含む。無線通信システム１０は、複数の基地局２０Ａ～２０Ｃと、これらの基地局と無線通信を行う複数の端末装置３０Ａ～３０Ｃ，４０Ａ～４０Ｃとを含んでもよい。なお、図１には、３つの基地局２０Ａ～２０Ｃと６つの端末装置３０Ａ～３０Ｃ，４０Ａ～４０Ｃが図示されているが、基地局や端末装置の数は任意である。

【0014】

本実施形態の無線通信システム１０における無線技術は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）／ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した無線技術である。無線通信システム１０における無線技術は、第５世代（５Ｇ）等の次世代の標準規格における無線技術など他の無線技術であってもよい。

【0015】

基地局２０Ａ～２０Ｃは、例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｇＮｏｄｅＢ等と呼ばれ、端末装置３０Ａ～３０Ｃ，４０Ａ～４０Ｃと移動通信網との間の通信を中継する。

【0016】

端末装置３０Ａ～３０Ｃ，４０Ａ～４０Ｃは、基地局２０Ａ～２０Ｃを介して移動通信網に接続して各種の通信を行うことができる。端末装置は、例えば、通信サービスの利用者によって使用されるためユーザー装置（ＵＥ：Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）と呼ばれる。また、端末装置は、移動可能なものであるため移動局又は移動機と呼ばれたり、また、無線機と呼ばれたりする場合もある。

【0017】

本実施形態の各基地局２０Ａ～２０Ｃが形成する無線通信エリアとしてセルは、地上サービスエリア（以下「地上エリア」という。）Ａ１に形成される第一セルとしての地上セル１００Ａ～１００Ｃと、上空サービスエリア（以下「上空エリア」という。）Ａ２に形成される第二セルとしての上空セル２００Ａ～２００Ｃとを含む。

【0018】

地上セル１００Ａ～１００Ｃは、既存の一般的な基地局と同様、地上エリアＡ１（地上から一定の高さまでのエリア。例えば基地局のアンテナよりも下方のエリア）に位置する端末装置（以下「地上端末」ともいう。）３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとの無線通信を行うための２次元的又は３次元的な無線通信エリアである。一方、上空セル２００Ａ～２００Ｃは、地上エリアＡ１よりも上方の上空エリアＡ２に位置する端末装置（以下「上空端末」ともいう。）４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとの無線通信を行うための２次元的又は３次元的な無線通信エリアである。

【0019】

地上エリアＡ１に位置する地上端末３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、例えば、歩行者が所持しているスマートフォン、タブレット端末等の携帯型の通信端末、地上の建物などに設置されるＩｏＴ機器（センサやカメラなど）に搭載されている通信端末、自動車や鉄道などの地上移動体に搭載されている通信端末などである。

【0020】

上空エリアＡ２に位置する上空端末４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、例えば、無人のドローン（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、有人のドローン、空飛ぶ自動車（タクシー）、ヘリコプター等の飛行体に搭載されている通信端末である。上空端末４０Ｂは、航空機、ヘリコプター等の飛行体に搭乗している搭乗者が所持するスマートフォン、タブレット端末などの携帯型の通信端末であってもよい。なお、本実施形態では、図１に示すように、上空端末４０Ｂがドローン５０Ｂに搭載された通信端末である場合について説明する。

【0021】

本実施形態において、基地局２０Ａ～２０Ｃと地上端末３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及び上空端末４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃはそれぞれ、所定の周波数帯において、各セルで割り当てられた無線リソース（周波数リソース、時間リソース）を用いて無線通信を行う。無線リソースの割り当ては、例えば基地局２０Ａ～２０Ｃで管理される。

【0022】

基地局２０Ａ～２０Ｃと地上端末３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及び上空端末４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとの無線通信の上り回線及び下り回線の複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。

【0023】

図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、比較参考例の無線通信システムの上り回線及び下り回線のそれぞれの通信において干渉の発生の様子を示す説明図である。図２に示すように、複数の基地局８０Ａ～８０Ｃがそれぞれ上空セルを形成しないで地上セル８００Ａ～８００Ｃを形成するセル構成において、上空エリアＡ２に位置するドローン等に搭載した上空端末４０Ｘを利用する場合、上り回線及び下り回線のそれぞれの通信において干渉が発生するおそれがある。

【0024】

例えば、図２（ａ）に示すドローン５０Ｘに搭載された上空端末４０Ｘから地上の基地局８０Ｂへの上り回線の通信では、上空端末４０Ｘから複数の基地局８０Ａ～８０Ｃが障害物のない見通しとなるため、周辺の他セル８００Ａ，８００Ｃの地上端末３０Ｘに強い干渉を与える与干渉が発生するおそれがある。上り回線において上空端末４０Ｘの送信電力を低減する送信電力制御を適用することが考えられるが、その送信電力制御では上記与干渉を十分に抑制することができないおそれがある。

【0025】

また、図２（ｂ）に示す地上の基地局８０Ｂから上空端末４０Ｘへの下り回線の通信では、地上の複数の基地局８０Ａ～８０Ｃそれぞれから上空端末４０Ｘが障害物のない見通しとなるため、上空端末４０Ｘが周辺の他セル８００Ａ，８００Ｃの基地局８０Ａ，８０Ｃから強い干渉を受ける被干渉が発生するおそれがある。

【0026】

上記干渉を回避するために、図３に示すように、地上セル８００Ａ～８００Ｃの基地局８０Ａ～８０Ｃとは別の基地局９０Ｄ，９０Ｅによって、上空専用の上空セル２００Ｄ，２００Ｅを形成する三次元セル構成が考えられる。このセル構成において上空専用の基地局９０Ｄ，９０Ｅは、上空エリアＡ２に位置するドローン５０Ｄ，５０Ｅ１，５０Ｅ２二搭載の上空端末４０Ｄ，４０Ｅ１，４０Ｅ２と無線通信することができる。しかしながら、このセル構成では、地上セル８００Ａ～８００Ｃの基地局８０Ａ～８０Ｃとは別に、上空セル２００Ｄ，２００Ｅの基地局９０Ｄ，９０Ｅが必要になる。また、地上セル８００Ａ～８００Ｃと上空セル２００Ｄ，２００Ｅとの間の干渉を回避するために、上空セル２００Ｄ，２００Ｅの周波数帯として、地上セル８００Ａ～８００Ｃの周波数帯と異なる周波数帯（Ｂａｎｄ）が必要になる。

【0027】

そこで、本実施形態では、図１及び後述の図４～図１３に示すように、上下に隣り合う上空セル２００Ａ～２００Ｃと地上セル１００Ａ～１００Ｃとを共用可能な基地局２０Ａ～２０Ｃによって形成し、上空セル２００Ａ～２００Ｃと地上セル１００Ａ～１００Ｃとに同一周波数帯を使用している。

【0028】

特に、図１の無線通信システムでは、上記共用の基地局２０Ａ～２０Ｃにより、同一周波数帯を使用する上下に隣り合う上空セル２００Ａ～２００Ｃ及び地上セル１００Ａ～１００Ｃについて、無線リソース（周波数リソース、時間リソース）を一元管理することにより、地上セル１００Ａ～１００Ｃと上空セル２００Ａ～２００Ｃとの間の相互干渉を回避している。

【0029】

しかも、図１の無線通信システムの例では、上空セル２００Ａ～２００Ｃと地上セル１００Ａ～１００Ｃは、基地局２０Ａ～２０Ｃから見て別々のエリア（地上エリアＡ１と上空エリアＡ２）に形成される（すなわち、空間的に分割されている）ことから、比較的指向性の高いアレイアンテナを用いた垂直面内ビームフォーミング制御により空間分割多重を行って各セル１００Ａ～１００Ｃ、２００Ａ～２００Ｃを形成することにより、上記地上セル１００Ａ～１００Ｃと上空セル２００Ａ～２００Ｃとの間の相互干渉をより確実に回避できる。

【0030】

図４（ａ）は本実施形態の基地局２０Ａ～２０Ｃのアンテナ２６の構成の一例を示す説明図である。本実施形態の基地局２０Ａ～２０Ｃのアンテナ２６は、例えば、当該アンテナを中心とした仮想垂直面内の互いに異なる方向に指向性を有する複数のビームを形成可能なアンテナである。アンテナ２６は、複数のダイポールアンテナ、パッチアンテナ（平面アンテナ）などからなるアンテナ素子を配列したアレイアンテナを用い、各アンテナ素子の信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するものであってもよい。

【0031】

本実施形態では、アンテナ２６として、図４（ａ）に示すように複数のアンテナ素子２６ａが２次元的に又は３次元的に配列されたアレイアンテナで構成され、アンテナビーム２６ｂの本数、ビーム幅及びビーム方向を制御可能なビームフォーミング機能を有するＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）伝送方式に用いることができるアンテナ（以下「Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ」ともいう。）を用いている。

【0032】

Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６の形状は特定の形状に限定されない。例えば、Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６は、図４（ａ）に例示するように複数のアンテナ素子２６ａを平面状に配置した平面状のＭａｓｓｉｖｅアンテナ２６である。平面状のＭａｓｓｉｖｅアンテナ２６は、基地局を中心とした水平面内における互いに異なる複数方向のそれぞれにセクタセルのビームを形成するように複数設けてもよい。また、Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６は、複数のアンテナ素子２６ａを円筒状の外周面や底面に配置した円筒状のＭａｓｓｉｖｅアンテナ２６でもよい。

【0033】

Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６で形成するビーム２６ｂのビーム幅及びビーム方向は、水平方向及び垂直方向について制御可能である。Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６は、例えば最大１２８個の多数のアンテナ素子を有することで、ビームフォーミングや空間多重などの技術を用いて、ユーザーごとに専用の電波を割り当てることもできる。

【0034】

図４（ｂ）は本実施形態の基地局２０Ａ～２０Ｃのアンテナ２６で形成する上空用ビーム２０５及び地上用ビーム１０５の一例を示す説明図である。本実施形態の基地局２０Ａ～２０Ｃはそれぞれ、Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ２６を用いた垂直面内ビームフォーミングにより同一周波数帯で地上用ビーム１０５と上空用ビーム２０５を別々に形成する空間分割多重を行い、地上セル１００Ａ～１００Ｃと上空セル２００Ａ～２００Ｃの干渉を抑圧している。

【0035】

図５は、本実施形態に係る基地局２０Ａ～２０Ｃの基地局装置２１の主要部構成の一例を示す説明図である。
図５において、基地局２０Ａ～２０Ｃの基地局装置２１は、スケジューラ２２と、アンテナ２６を介して端末装置４０Ａ～４０Ｃとの間で無線通信を行う無線通信部２３とを備えている。なお、そのほか、基地局装置２１の全体の制御、処理を担う制御部や記憶部なども備えている。なお、図５に示す基地局装置２１は、上空セル２００Ａ及び地上セル１００Ａを形成する基地局２０Ａのものを例示しているが、他の基地局２０Ｂ，２０Ｃの基地局装置も図５と同様な主要部構成を備える。

【0036】

スケジューラ２２は、上空セル２００Ａ及び地上セル１００Ａ内の端末装置３０Ａ，４０Ａに無線リソースとして時間リソースとともに同一周波数帯における所定の周波数リソース（例えば、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・）を割り当てるリソース割当部としての機能を備えている。これにより、上下に隣り合う上空セル２００Ａと地上セル１００Ａについて無線リソースが一元管理される。

【0037】

基地局２０Ａの無線通信部２３は、上空セル２００Ａを形成するための上空セル用無線通信部２３－１と、地上セル１００Ａを形成するための地上セル用無線通信部２３－２とから構成される。上空セル用無線通信部２３－１及び地上セル用無線通信部２３－２は、それぞれ、送受信部２３ａ－１，２３ａ－２と、プリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２と、ビーム制御部２３ｃ－１，２３ｃ－２とから構成されており、各無線通信部２３－１，２３－２の構成はほぼ同様である。

【0038】

各無線通信部２３－１，２３－２の送受信部２３ａ－１，２３ａ－２は、例えば、送信信号及び受信信号を増幅する信号増幅部、送信信号及び受信信号の周波数をスケジューラ２２に従った周波数に変換する周波数変換部、無線信号経路切り換え部、送受共用部（ＤＵＰ：Duplexer）等を備える。

【0039】

本実施形態の各基地局２０Ａ～２０Ｃでは、ビームフォーミング機能によってアンテナ２６のビームの本数、幅及び方向を変更可能とすることで、図１に示すように、地上セル１００Ａ～１００Ｃ及び上空セル２００Ａ～２００Ｃの両セルを形成する。本実施形態では、上述したように、基地局装置２１の無線通信部２３が、上空セル用無線通信部２３－１と地上セル用無線通信部２３－２とで構成され、地上セル１００Ａ～１００Ｃと上空セル２００Ａ～２００Ｃとで別構成をとっている。しかしながら、基地局装置２１の他の構成部（スケジューラ２２、アンテナ２６、スケジューラ２２よりもコアネットワーク側の構成部等）については、地上セル１００Ａ～１００Ｃと上空セル２００Ａ～２００Ｃとで共用している。したがって、上空セル２００Ｄ，２００Ｅを地上セル１００Ａ～１００Ｃの基地局２０Ａ～２０Ｃとは別の基地局２０Ｄ，２０Ｅによって形成する場合（図３参照）と比べて、部品点数の削減等による設置コストの削減を図ることができる。

【0040】

基地局２０Ａにおける各無線通信部２３－１，２３－２は、地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａの端末装置３０Ａ，４０Ａへデータを送信する場合、送受信部２３ａ－１，２３ａ－２から送信される送信ベースバンド信号に対し、ビーム制御部２３ｃ－１，２３ｃ－２により制御されるプリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２によってプリコーディング制御を行い、アレイアンテナで構成されるアンテナ２６へ送信信号を送る。また、端末装置３０Ａ，４０Ａからデータを受信する場合には、アンテナ２６により受信した受信信号を、プリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２を介して送受信部２３ａ－１，２３ａ－２により受信データを取得する。

【0041】

各無線通信部２３－１，２３－２は、ビーム制御部２３ｃ－１，２３ｃ－２の制御の下で動作するプリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２により、アンテナ２６を用いて予め定めたビーム本数、ビーム幅及びビーム方向で送信及び受信を行うビームフォーミング機能を備えている。ビームフォーミング機能で用いることのできる複数種類のプリコーディングウェイト（ビームパターン）の候補データは、基地局装置２１の記憶部に記憶されている。

【0042】

ここで、プリコーディングによるビームフォーミング機能とは、特定の方向へ送信されるビーム又は特定の方向からのビームを受信するように、アンテナ２６（アレイアンテナ）の各アンテナ素子２６ａの信号位相の組（プリコーディングウェイト行列）を複数種類（Ｎ個）用意しておき、その中から一つのプリコーディングウェイト行列を選択してプリコーディング制御を行い、ビームを制御する機能である。プリコーディングウェイト行列は、無線信号の送信時又は受信時に多素子アンテナ２０１に設定する位相及び振幅の制御量を示す行列である。

【0043】

本実施形態では、基地局２０Ａの地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ（アンテナ２６のビーム形成可能エリア）内に存在する端末装置３０Ａ，４０Ａ側でビームの受信電力を測定し、受信電力が最大となるビームを選択する。この選択結果情報は、端末装置３０Ａ，４０Ａから基地局２０Ａへ送られ、基地局２０Ａのビーム制御部２３ｃ－１，２３ｃ－２は、この選択結果情報に基づいてビームパターン（プリコーディングウェイト行列）を選択し、プリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２を制御する。これにより、選択されたプリコーディングウェイト行列に従ってアンテナ２６のビームが制御され、当該端末装置３０Ａ，４０Ａに向かう指向性の高いビームが形成される。

【0044】

このように、本実施形態における基地局２０Ａは、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内にそれぞれ存在する端末装置３０Ａ，４０Ａとの間で、ビームフォーミング機能による指向性の高いビームによって無線通信を行う。したがって、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内の各端末装置３０Ａ，４０Ａ間のビームを空間的に十分に離間させることができる。

【0045】

また、このようなビームフォーミング機能により送信・受信電力を端末装置の方向に集中させることで、アンテナ利得が向上し、通信品質の向上等が図られる。また、アンテナ利得が向上することで、基地局２０Ａでの受信電力が向上する結果、端末装置３０Ａ，４０Ａ側で送信電力制御を行うことにより、端末装置３０Ａ，４０Ａ側の送信電力を低減することが可能となる。端末装置３０Ａ，４０Ａ側の送信電力を低減することにより、上下に隣接する地上セル１００Ａと上空セル２００Ａとの間での干渉は更に抑制できる。
また、端末装置３０Ａ，４０Ａ側の送信電力を低く抑えることで、電波の届く範囲を狭めることができる。したがって、例えば、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａからの上り回線の電波が、周辺の他セルの基地局に到達しにくくなり、電波干渉が抑制できる。

【0046】

なお、本実施形態の基地局２０Ａでは、プリコーディング制御によるビームフォーミング機能を採用しているが、例えば、端末装置の方向にビームを連続的に追従させる連続追従制御によるビームフォーミング機能を採用してもよい。この連続追従制御は、例えば、地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内に存在する端末装置３０Ａ，４０Ａからの電波を基地局２０Ａ側で受信したときの受信電力を測定し、アンテナ２６の施行方向をスイープして受信電力が最大となる方向を検出し、その検出方向にビーム方向を設定することで実現される。

【0047】

次に、本実施形態における同一周波数帯での無線リソースの割当処理による三次元空間セル構成について説明する。

【0048】

〔構成例１〕
図６は本実施形態に係る無線通信システムの一構成例（構成例１）における三次元空間セル構成の一例を示す説明図である。図６を参照して、本実施形態における無線リソースの割当処理によって形成する三次元空間セル構成の一例（以下、本例を「構成例１」という。）について説明する。

【0049】

本構成例１の三次元空間セル構成における無線リソースの割当処理は、同一時間帯において、地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａのいずれか一方のセル内の端末装置との通信に同一周波数帯の無線リソースを割り当て、他方のセル内の端末装置との通信に同一周波数帯の無線リソースを割り当てない非重複割当処理である。

【0050】

図６の例において、中央の基地局２０Ｂは、同一時間帯において、上空セル２００Ａ内のドローン５Ｂに搭載の上空端末４０Ｂとの通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当て、地上セル１００Ｂ内の端末装置との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てない。一方、図６中両側の基地局２０Ａ，２０Ｃはそれぞれ、同一時間帯において、地上セル１００Ａ，１００Ｃ内の地上端末３０Ａ，３０Ｃとの通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当て、上空セル２００Ａ，２００Ｃ内の上空端末との通信に前記同一周波数帯の無線リソースを割り当てない。

【0051】

具体的には、例えば、上空セル２００Ｂ内の上空端末４０Ｂに対して同一周波数帯の無線リソースを割り当てる場合、本構成例１の基地局装置２１におけるスケジューラ２２は、地上セル１００Ｂ内の地上端末に同一周波数帯の無線リソースが割り当てられていないことを確認するとともに、上空セル２００Ｂ内の他の上空端末に既に割り当てられている同一周波数帯の無線リソースを確認し、他の上空端末にまだ割り当てられていない前記同一周波数帯の無線リソースを上空セル２００Ｂ内の上空端末４０Ｂに割り当てる。

【0052】

同様に、例えば、地上セル１００Ａ内の地上端末３０Ａに対して無線リソースを割り当てる場合には、スケジューラ２２は、上空セル２００Ａ内の端末装置に同一周波数帯の無線リソースが割り当てられていないことを確認するとともに、地上セル１００Ａ内の他の地上端末に既に割り当てられている同一周波数帯の無線リソースを確認し、他の地上端末にまだ割り当てられていない前記周波数帯の無線リソースを地上セル１００Ａ内の地上端末３０Ａに割り当てる。

【0053】

更に、本構成例１では、同一周波数帯の無線リソースが基地局２０Ｂとの通信に割り当てられた上空セル２００Ｂの上空端末４０Ｂに、送信電力を低減する送信電力制御を適用している。

【0054】

本構成例１によれば、図６に示すように、各基地局２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、上空端末地上端末のいずれか一方の端末装置にしか同一周波数帯の通信を割り当てないので、同一基地局のセルで上空端末及び地上端末が同時に利用されないことから、これらのセル間における干渉を安定して抑制することができ、各端末装置の通信品質が向上する。

【0055】

しかも、本構成例１によれば、各基地局においてアンテナ利得が向上し、各基地局での受信電力を向上できるので、上空セル２００Ｂ内の上空端末４０Ｂの送信電力制御により送信電力を大きく低減できることから、他の地上セル１００Ａ，１００Ｃへの干渉を大きく低減できる。

【0056】

〔構成例２〕
次に、本実施形態における無線リソースの割当処理によって形成する三次元空間セル構成の他の例（以下、本例を「構成例２」という。）について説明する。なお、本構成例２の説明においては、基地局２０Ａを例にあげて説明するが、他の基地局２０Ｂ，２０Ｃにおいても同様である。

【0057】

図７は、本実施形態に係る無線通信システムの他の構成例（構成例２）における三次元空間セル構成の一例を示す説明図である。本構成例２における無線リソースの割当処理は、同一時間帯において、地上セル１００Ａ内の地上端末３０Ａとの通信及び上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａとの通信のそれぞれに同一周波数帯の無線リソースを割り当てる重複割当処理である。

【0058】

具体的には、例えば、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａに対して無線リソースを割り当てる場合、本構成例１の基地局装置２１におけるスケジューラ２２は、上空セル２００Ａ内の他の上空端末にすでに割り当てられている同一周波数帯の無線リソースを確認し、他の上空端末にまだ割り当てられていない同一周波数帯の無線リソースを上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａに割り当てる。

【0059】

地上セル１００Ａ内の地上端末３０Ａに対して無線リソースを割り当てる場合も同様である。

【0060】

また、本構成例２においても、上空セル２００Ａの上空端末４０Ａに送信電力を低減する送信電力制御を適用している。

【0061】

本構成例２によれば、図７に示すように、基地局２０Ａにおいて、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａと地上セル１００Ａ内の地上端末３０Ａの両方に同一周波数帯の無線リソースが同時間帯に割り当てられる。そのため、周波数の利用効率の向上を図ることができる。

【0062】

一方で、本構成例２によれば、上下に隣り合う地上セル１００Ａと上空セル２００Ａとの間で互いに同じ同一周波数帯の無線リソースで同一時間帯に通信されるケースが出てくる。この場合でも、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内の各端末装置３０Ａ，４０Ａ間のビームを空間的に十分に離間させているので、これらの端末装置３０Ａ，４０Ａとの通信に同一周波数帯の無線リソースが同時期に割り当てられても、干渉を抑制することができる。

【0063】

しかも、本構成例２によれば、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａの送信電力制御により送信電力を低減できることから、周辺の他の基地局の地上セルへの干渉を低減できる。

【0064】

ここで、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内の各端末装置３０Ａ，４０Ａ間のビームを空間的に十分に離間できていない場合には、これらの端末装置３０Ａ，４０Ａ間で同一周波数帯の無線リソースを同時期に割り当てると、干渉が十分に抑制されないおそれがある。例えば、図８（ａ）に示すように、上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａの高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満である場合には、上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａの位置が地上セル１００Ａに近いため、干渉が十分に抑制されないおそれがある。

【0065】

したがって、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａのうち、所定高度ｈ_ｔｈ未満である端末装置４０Ａについては、例えば上述した構成例１のような同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１の非重複割当処理を採用し、所定高度ｈ_ｔｈ以上である端末装置４０Ａについては、本構成例２のような同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１の重複割当処理を採用するようにしてもよい。この場合、より安定して干渉を抑制することができる。

【0066】

また、所定高度ｈ_ｔｈ未満である端末装置４０Ａについては、例えば、図８（ｂ）に示すように、無線通信部２３は、スケジューラ２２により同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１が割り当てられた地上セル１００Ａ内の端末装置３０Ａと上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａとに対し、時分割（ＴＤＤ：Time Division Duplex）で通信する時分割処理を実行し、同一周波数リソースを時分割利用してもよい。これによれば、同一周波数帯において同じ周波数リソースＦ１が割り当てられた地上端末３０Ａと上空端末４０Ａとの間で、通信が行われるタイミングを時間的にずらすことができるので、これらの端末装置３０Ａ，４０Ａの間で同じ周波数リソースＦ１での電波が同時に（同じ時間リソースで）使用されることがない。したがって、上空端末４０Ａの高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満であっても、干渉が抑制される。なお、この時分割処理は、所定高度ｈ_ｔｈ以上である上空端末４０Ａについても適用してもよい。

【0067】

一方、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内の各端末装置３０Ａ，４０Ａ間のビームを空間的に十分に離間できている場合には、これらの端末装置３０Ａ，４０Ａ間で同一周波数帯における同じ周波数リソースの通信を同時に行っても、干渉は抑制される。例えば、図９（ａ）に示すように、上空端末４０Ａの高度が所定高度ｈ_ｔｈ以上である場合には、上空端末４０Ａの位置が地上セル１００Ａから十分に離れているため、干渉が十分に抑制される。

【0068】

このように上空端末４０Ａの高度が所定高度ｈ_ｔｈ以上である場合、例えば、図９（ｂ）に示すように、無線通信部２３は、スケジューラ２２により同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１が割り当てられた地上端末３０Ａと上空端末４０Ａとに対して同時に通信する同時通信処理を実行し、同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１を同時利用してもよい。これによれば、同一周波数帯を用いる地上端末３０Ａと上空端末４０Ａとの間で、同一周波数帯における同じ周波数リソースＦ１による通信を同時に行うことができるので、上述した時分割処理よりも更に周波数の利用効率を向上させることができる。

【0069】

〔構成例３〕
次に、本実施形態における無線リソースの割当処理によって形成する三次元空間セル構成の更に他の例（以下、本例を「構成例３」という。）について説明する。なお、本構成例３の説明においても、基地局２０Ａを例にあげて説明するが、他の基地局２０Ｂ，２０Ｃにおいても同様である。

【0070】

図１０は、本実施形態に係る無線通信システムの更に他の構成例（構成例３）における三次元空間セル構成の形成する基地局装置２１の主要部構成の一例を示す説明図である。
本構成例３に係る基地局装置２１は、上述した図８に示した時分割処理と図９に示した同時通信処理とを組み合わせて実行することができる。

【0071】

具体的には、図１０に示すように、基地局装置２１は、上空セル２００Ａ内における上空端末４０Ａの高度を特定する高度特定部２３ｄを備える。この高度特定部２３ｄにより高度が所定高度ｈ_ｔｈ以上であると特定された上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａに対しては同時通信処理（同一周波数リソースの同時利用）が実行される。また、高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満であると特定された上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａに対しては時分割処理（同一周波数リソースの時分割利用）が実行される。

【0072】

本構成例３において、同時通信処理と時分割処理との切り替えは、切替制御部２３ｅと切替スイッチ２３ｆにより行う。具体的には、高度特定部２３ｄは、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａの高度を特定（推定）する処理を行い、その処理結果（特定された高度）を切替制御部２３ｅへ送る。

【0073】

切替制御部２３ｅは、受け取った処理結果に係る高度が所定高度ｈ_ｔｈ以上であるか否かを判断し、所定高度ｈ_ｔｈ以上であると判断したら、切替スイッチ２３ｆの処理モードを同時通信処理に切り替える。これにより、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａと、地上セル１００Ａ内において上空端末４０Ａと同じ周波数リソースが割り当てられている地上端末３０Ａとに対し、同時通信処理が実行される。

【0074】

一方、切替制御部２３ｅは、受け取った処理結果に係る高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満であると判断したら、切替スイッチ２３ｆの処理モードを時分割処理に切り替える。これにより、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａと、地上セル１００Ａ内において上空端末４０Ａと同じ周波数リソースが割り当てられている地上端末３０Ａとに対し、時分割処理が実行される。

【0075】

本構成例３によれば、上下に隣接する地上セル１００Ａ及び上空セル２００Ａ内の各端末装置３０Ａ，４０Ａ間の干渉を安定して抑制することと、周波数の利用効率を向上させることとを高いレベルで両立することができる。

【0076】

また、本構成例３によれば、例えば、図１１（ａ）～図１１（ｃ）に示すようなドローン５０Ａの動きにも適切に対応することができる。すなわち、ドローン５０Ａは、通常、まず、図１１（ａ）に示すように、地上セル１００Ａ内から上空セル２００Ａに向かって目標高度まで上昇する。そして、このドローン５０Ａの高度が上空セル２００Ａ内において所定高度ｈ_ｔｈ未満であるうちは、時分割処理を実行する。その後、図１１（ｂ）に示すように、ドローン５０Ａが上空セル２００Ａ内において所定高度ｈ_ｔｈ以上の高度になったら、時分割処理から同時通信処理に切り替える。一方、図１１（ｃ）に示すように、ドローン５０Ａが地上セル１００Ａに向かって上空セル２００Ａ内を下降し、高度が所定高度ｈ_ｔｈ未満になったら、同時通信処理から時分割処理に切り替える。

【0077】

高度特定部２３ｄが行う高度推定処理は、上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａの高度を特定（推定）できるものであれば、特に制限はない。例えば、ドローン５０Ａに搭載されている高度計の計測結果を端末装置４０Ａから基地局２０Ａの基地局装置２１で受信し、高度特定部２３ｄにおいて、受信した当該計測結果に基づいて端末装置４０Ａの高度を特定するようにしてもよい。

【0078】

また、例えば、高度特定部２３ｄは、上空端末４０Ａの高度を、ビーム制御部２３ｃ－１がビームの制御を行うときの制御情報に基づいて特定してもよい。

【0079】

例えば、図１２（ａ）に示すように、ビーム制御部２３ｃ－１がプリコーディング制御部２３ｂ－１，２３ｂ－２を制御してコードブック型のビームフォーミング制御を行うときのビームパターン（プリコーディングウェイト行列）の選択結果（制御情報）を利用して、上空端末４０Ａの高度を特定してもよい。この場合、予め用意されている複数のビームパターン（プリコーディングウェイト行列）Ｐ１～Ｐ６は、それぞれ、図１２（ａ）に示すように、指向性の高い複数のビームの方向（上下方向におけるビームの向き）が互いに異なっているものを含む。したがって、上空端末４０Ａに対して選択されたビームパターン（例えばビームパターンＰ５）の選択結果から、基地局２０Ａから見た上空端末４０Ａの方向を特定することができ、上空端末４０Ａの高度を推定することができる。このとき、当該端末装置４０Ａとの通信時における受信電力や送信電力などに基づいて当該端末装置４０Ａと基地局２０Ａとの距離の情報も利用すれば、より高い精度で高度の推定を行うことができる。

【0080】

また、例えば、端末装置の方向にビームを連続的に追従させる連続追従制御によるビームフォーミング機能を採用する場合には、図１２（ｂ）に示すように、連続追従制御の制御情報であるビーム角度φ（アンテナ２６の仮想垂直面内のビームの方向の水平面に対する角度）の情報を利用して上空端末４０Ａの高度を特定してもよい。この場合、ビーム角度φから、基地局２０Ａから見た上空端末４０Ａの方向を特定することができ、上空端末４０Ａの高度を推定することができる。このときも、上空端末４０Ａとの通信時における受信電力や送信電力などに基づいて上空端末４０Ａと基地局２０Ａとの距離の情報も利用すれば、より高い精度で高度の推定を行うことができる。

【0081】

また、上述した実施形態（各構成例を含む。）において、上空端末４０Ａにビームフォーミング機能を持たせ、図１３に示すように、上空端末４０Ａのアンテナで形成されるビームが基地局２０Ａに向かうように制御してもよい。具体的には、例えば、基地局装置２１に端末制御部を設け、上空端末４０Ａから見た基地局装置２１の方向を特定するための情報を端末制御部により生成して、基地局２０Ａの基地局装置２１から上空端末４０Ａへ送る。上空端末４０Ａでは、基地局２０Ａから受信した情報に基づいて特定される基地局２０Ａの方向にビームが向くようにビームフォーミング機能によってビームを形成する。

【0082】

このような上空端末４０Ａでのビームフォーミング機能により、上空セル２００Ａ内の端末装置４０Ａの送信・受信電力が基地局２０Ａの方向に集中することで、アンテナ利得が向上し、通信品質の向上等が図られる。

【0083】

また、図１３に示すように、上空セル２００Ａ内の上空端末４０Ａのアンテナで形成されるビームが基地局２０Ａに向かうように制御することで、アンテナ利得が向上するので、上空端末４０Ａ側で送信電力制御を行うことにより、端末装置３０Ａ，４０Ａ側の送信電力を低減することが可能となる。これにより、上下に隣接する地上セル１００Ａと上空セル２００Ａとの間での干渉は更に抑制できる。

【0084】

また、上述したようにアンテナ利得が向上することで、基地局２０Ａの方向以外の方向についての上空端末４０Ａでの送信電力が低減される。これにより、上空端末４０Ａからの上り回線の電波が周辺の他の基地局２０Ｂ，２０Ｃに影響を及ぼしにくくなり、上空端末４０Ａの与干渉が抑制できる。

【0085】

なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線通信システム、基地局及び端末装置（ＵＥ、ユーザー端末装置、移動局）の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

【0086】

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

【0087】

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる各部は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置や記憶装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

【0088】

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

【0089】

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

【符号の説明】

【0090】

１０ ：無線通信システム
２０Ａ～２０Ｃ：基地局
２１ ：基地局装置
２２ ：スケジューラ
２３ ：無線通信部
２３－１ ：上空セル用無線通信部
２３－２ ：地上セル用無線通信部
２３ａ－１，２３ａ－２：送受信部
２３ｂ－１，２３ｂ－２：プリコーディング制御部
２３ｃ－１，２３ｃ－２：ビーム制御部
２３ｄ ：高度特定部
２３ｅ ：切替制御部
２３ｆ ：切替スイッチ
２６ ：アンテナ
２６ａ ：アンテナ素子
３０Ａ～３０Ｃ：端末装置（地上端末）
４０Ａ～４０Ｃ：端末装置（上空端末）
５０Ａ～５０Ｃ：ドローン
１００Ａ～１００Ｃ：地上セル
１０５ ：地上用ビーム
２００Ａ～２００Ｃ：上空セル
２０５ ：上空用ビーム
Ａ１ ：地上エリア
Ａ２ ：上空エリア

【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】