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特許7184690複数ゲートウェイＨＡＰＳシステムにおけるフィーダリンク送信帯域の固定分割による干渉キャンセリング
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】複数ゲートウェイＨＡＰＳシステムにおけるフィーダリンク送信帯域の固定分割による干渉キャンセリング
(51)【国際特許分類】
H04B 7/185 20060101AFI20221129BHJP
H04W 84/06 20090101ALI20221129BHJP
H04B 7/026 20170101ALI20221129BHJP
H04J 1/10 20060101ALI20221129BHJP
H04B 7/08 20060101ALI20221129BHJP
H04B 7/0413 20170101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
H04B7/185
H04W84/06
H04B7/026
H04J1/10
H04B7/08 372Z
H04B7/0413 210
H04B7/08 600
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019059852
(22)【出願日】2019-03-27
(65)【公開番号】P2020162002
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-09-02
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （１）平成３０年８月２８日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１８年ソサイエティ大会講演論文集（ＤＶＤ），Ｂ－５－４０（一般社団法人電子情報通信学会）にて公開 （２）平成３０年９月１２日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１８年ソサイエティ大会，金沢大学 角間キャンパス（石川県金沢市角間町）にて発表 （３）平成３０年１１月１３日に、電子情報通信学会技術研究報告，Ｖｏｌ．１１８，Ｎｏ．３１１，ＲＣＳ２０１８－２０３（一般社団法人電子情報通信学会）にて公開 （４）平成３０年１１月２２日に、電子情報通信学会 無線通信システム（ＲＣＳ）研究会，沖縄産業支援センター（沖縄県那覇市字小禄１８３１番地１）にて発表 （５）平成３１年３月５日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１９年電子情報通信学会総合大会講演論文集（ＤＶＤ－ＲＯＭ），Ｂ－５－２３（一般社団法人電子情報通信学会）にて公開 （６）平成３１年３月１９日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１９年電子情報通信学会総合大会，早稲田大学 西早稲田キャンパス（東京都新宿区大久保）にて発表
(73)【特許権者】
【識別番号】318002806
【氏名又は名称】ＨＡＰＳモバイル株式会社
(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 隆史
(72)【発明者】
【氏名】藤井 輝也
【審査官】前田 典之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／２０７６１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第９７９８３２９（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２６３０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】丸田 一輝 他，マルチセルＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯシステムにおけるパイロット汚染除去のための干渉抑圧方式，電子情報通信学会技術研究報告，日本，一般社団法人電子情報通信学会 The Institute of Electronics,Information and Communication Engineers，2018年10月11日，Vol.118, No.254，第143-148頁
【文献】Iskandar et al.，Interference analysis of border area technology: HAPS and GEO satellite in EXT-C band，2017 3rd International Conference on Wireless and Telematics (ICWT)，IEEE，2017年07月27日，pp.118-122
【文献】Alexander Hilario-Tacuri et al.，Probabilistic Model for the Interference Analysis from FWA-TDMA Systems Into HAPS，2019 42nd International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP)，IEEE，2019年07月01日，pp.286-289
【文献】藤井 隆史 他，HAPS マルチゲートウェイフィーダリンクシステムにおけるリバースリンク対応送信干渉キャンセラーの検討，２０１９年通信ソサイエティ大会，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2019年08月27日，通信講演論文集１，第314頁
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ ７／１８５
Ｈ０４Ｗ ８４／０６
Ｈ０４Ｂ ７／０２６
Ｈ０４Ｊ １／１０
Ｈ０４Ｂ ７／０８
Ｈ０４Ｂ ７／０４１３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
端末装置の無線通信を中継する中継通信局を含む空中滞在型の通信中継装置を備えるシステムであって、互いに時間同期され、前記空中滞在型の通信中継装置の前記中継通信局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のゲートウェイ局を備え、
前記中継通信局は、前記複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部とを備え、
前記複数のゲートウェイ局はそれぞれパイロット信号を送信し、
前記フィーダリンク通信部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信し、前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離し、
前記干渉抑圧部は、
前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定し、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算し、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項2】
請求項１のシステムにおいて、前記複数の分割周波数帯は、前記フィーダリンクの送信信号帯域を等分割した周波数帯であることを特徴とするシステム。
【請求項3】
請求項１のシステムにおいて、前記複数の分割周波数帯は、前記フィーダリンクの送信信号帯域における前記干渉信号の分布に応じて前記フィーダリンクの送信信号帯域を非等分割した周波数帯であることを特徴とするシステム。
【請求項4】
空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局であって、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、
前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部と、を備え、
前記フィーダリンク通信部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信し、前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離し、
前記干渉抑圧部は、
前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定し、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算し、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算する、
ことを特徴とする中継通信局。
【請求項5】
請求項４の中継通信局を有することを特徴とする空中滞在型の通信中継装置。
【請求項6】
空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法であって、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信することと、
前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離することと、
前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定することと、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算することと、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算することと、
を含むことを特徴とする干渉抑圧方法。
【請求項7】
空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムであって、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するためのプログラムコードと、
前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信するためのプログラムコードと、
前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離するプログラムコードと、
前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定するためのプログラムコードと、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算するためのプログラムコードと、
前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算するためのプログラムコードと、
を含むことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、３次元化ネットワークの構築に適したＨＡＰＳ等の空中浮揚型の無線中継装置のマルチフィーダリンクにおける干渉キャンセリングに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、空中に浮揚して滞在可能な高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）等の通信中継装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この空中浮揚型の通信中継装置における通信回線は、その通信中継装置と移動通信網側のゲートウェイ（ＧＷ）局との間のフィーダリンクと、通信中継装置と端末装置との間のサービスリンクとで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４６３８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記空中浮揚型の通信中継装置（以下「上空中継装置」という。）のサービスリンクの通信容量はその中継周波数であるフィーダリンクの通信容量に依存するため、フィーダリンクの周波数有効利用は必要不可欠である。そのため、地上のＧＷ局を互いに離れた場所に複数設置し、それぞれのＧＷ局から同一周波数で異なるフィーダリンク信号を送受信するマルチフィーダリンクを形成する方式が考えられる。しかし、上空中継装置は固定局と異なり所定の空域内を飛び回るので、上空中継装置と複数のＧＷ局と間の同一周波数のマルチフィーダリンクにおいて動的な干渉が発生するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様に係るシステムは、端末装置の無線通信を中継する中継通信局を含む空中滞在型の通信中継装置を備えるシステムである。前記システムは、互いに時間同期され、前記空中滞在型の通信中継装置の前記中継通信局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のゲートウェイ局を備える。前記中継通信局は、前記複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部とを備える。前記複数のゲートウェイ局はそれぞれパイロット信号を送信し、前記フィーダリンク通信部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信し、前記受信した複数のパイロット信号をフィルターで分離する。前記干渉抑圧部は、前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定し、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算し、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算する。
【0006】
本発明の他の態様に係る中継通信局は、空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局である。前記中継通信局は、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するフィーダリンク通信部と、前記複数のゲートウェイ局との間に形成する複数のフィーダリンク間の干渉を抑圧する干渉抑圧部と、を備える。前記フィーダリンク通信部は、前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信し、前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離する。前記干渉抑圧部は、前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定し、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算し、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算する
【0007】
本発明の更に他の態様に係る空中滞在型の通信中継装置は、前記中継通信局を備える。
【0008】
本発明の更に他の態様に係る干渉抑圧方法は、空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局におけるフィーダリンクの干渉抑圧方法である。前記干渉抑圧方法は、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信することと、前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離することとを含む。更に、前記干渉抑圧方法は、前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算することと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算することと、を含む。
【0009】
本発明の更に他の態様に係るプログラムは、空中滞在型の通信中継装置に組み込まれ端末装置の無線通信を中継する中継通信局に設けられたコンピュータ又はプロセッサで実行されるプログラムである。前記プログラムは、互いに時間同期された複数のゲートウェイ局との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれから送信されたパイロット信号を受信するためのプログラムコードと、前記受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離するプログラムコードと、を含む。更に、前記プログラムは、前記フィーダリンクの送信信号帯域を複数の分割周波数帯に分割し、前記複数のゲートウェイ局それぞれから受信して分離した前記パイロット信号の受信結果に基づいて、前記複数のゲートウェイ局それぞれと前記通信中継装置のフィーダリンク用アンテナとの間の複数の伝搬路応答を、前記複数の分割周波数帯それぞれの中心周波数を推定周波数として、前記複数の分割周波数帯それぞれについて推定するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局から送信した送信信号が他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトを、前記複数の伝搬路応答に基づいて計算するためのプログラムコードと、前記複数のゲートウェイ局それぞれについて、前記分割周波数帯ごとに、前記ゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のゲートウェイ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のゲートウェイ局に対応する前記ウェイトを掛けて減算するためのプログラムコードと、を含む。
【0010】
前記システム、前記中継通信局、前記空中滞在型の通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記複数の分割周波数帯は、前記フィーダリンクの送信信号帯域を等分割した周波数帯であってもよいし、前記フィーダリンクの送信信号帯域における前記干渉信号の分布に応じて前記フィーダリンクの送信信号帯域を非等分割した周波数帯であってもよい。
【0011】
前記システム、前記中継通信局、前記空中滞在型の通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記パイロット信号は複数であり、前記複数のパイロット信号は、前記フィーダリンクの送信信号帯域の両隣に位置する複数のガードバンドに分散されて送信されてもよい。
【0012】
前記システム、前記中継通信局、前記空中滞在型の通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記複数のウェイトはそれぞれ、前記伝搬路応答の行列を用いたＺＦ（Zero-Forcing）法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法により計算してもよい。
【0013】
前記システム、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記複数のゲートウェイ局はそれぞれ、前記空中滞在型の通信中継装置を追尾するようにフィーダリンク用アンテナを制御するアンテナ制御部を備えてもよい。
【0014】
前記システム、前記空中滞在型の通信中継装置、前記干渉抑圧方法及び前記プログラムにおいて、前記空中滞在型の通信中継装置は、前記複数のゲートウェイ局それぞれに対応する複数の指向性ビームを有するフィーダリンク用アンテナと、前記複数のビームがそれぞれ対応するゲートウェイ局の方向に向くように前記フィーダリンク用アンテナを制御するアンテナ制御部と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、空中浮揚型の通信中継装置と複数のゲートウェイ局との間の同一周波数のマルチフィーダリンクにおける干渉を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳのセル構成の一例を示す説明図。
【図2】（ａ）は実施形態に係る複数ＧＷシステムの概略構成の一例を示す側面図。（ｂ）はＨＡＰＳの複数のフィーダリンク用アンテナと複数のＧＷ局との関係を上方から見た説明図。
【図3】実施形態に係る複数のＧＷ局のＧＷアンテナがＨＡＰＳを追尾する様子の一例を示す説明図。
【図4】実施形態に係るＨＡＰＳの複数のＦＬアンテナの指向性ビームの一例を示す説明図。
【図5】実施形態に係るＨＡＰＳにおけるＦＬアンテナの指向性ビーム制御の一例を示す説明図。
【図6】実施形態に係るＨＡＰＳにおけるＦＬアンテナの指向性ビーム制御の他の例を示す説明図。
【図7】実施形態に係るＨＡＰＳにおけるＦＬアンテナの指向性ビーム制御の更に他の例を示す説明図。
【図8】複数ＧＷシステムにおけるＧＷ局間（フィーダリンク間）の干渉の一例の説明図。
【図9】ウェイトＷを近似式で求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラの一例を示す説明図。
【図10】ＨＡＰＳに搭載した干渉キャンセラ部の概略構成の一例を示す説明図。
【図11】ＺＦ法によりウェイトＷを求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラの一例を示す説明図。
【図12】複数ＧＷシステムにおけるフィーダリンクの送信信号帯域の一参考例を示す説明図。
【図13】参考例に係る互いに異なるパイロット周波数でウェイトを求めたときの干渉低減効果を評価した計算機シミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図14】ＨＡＰＳの機体を回転した場合のフィーダリンクの送信信号帯域全体のＳＩＮＲ特性の計算機シミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図15】複数のＧＷ局がそれぞれ単一のパイロット信号を送信する場合の各パイロット信号の周波数の一参考例を示す説明図。
【図17】複数のＧＷ局がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合の各パイロット信号の周波数の配置の一参考例を示す説明図。
【図19】複数のＧＷ局がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合のパイロット周波数の配置の他の参考例を示す説明図。
【図20】複数のＧＷ局がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合のパイロット周波数の配置の更に他の参考例を示す説明図。
【図21】フィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの中心周波数及び低周波側端部の周波数それそれを推定周波数として推定した伝搬路応答に基づいてウェイトを求めたときの干渉低減効果の一例を示すグラフ。
【図22】本実施形態に係るフィーダリンク干渉抑圧処理におけるフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの周波数分割及び干渉量低減の一例を示す説明図。
【図23】本実施形態に係るフィーダリンク干渉抑圧処理における送信信号帯域ＦＢの分割数とＨＡＰＳのフィーダリンク受信時のＳＩＮＲとの関係の一例を示すグラフ。
【図24】本実施形態に係るフィーダリンク干渉抑圧処理におけるフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの周波数分割及び干渉量低減の他の例を示す説明図。
【図25】本実施形態に係るＨＡＰＳの中継通信局の主要構成の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳ２０のセル構成の一例を示す説明図である。本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるＨＡＰＳ２０のセル構成の一例を示す説明図である。本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
【0018】
図１に示すように、通信システムは、複数の空中浮揚型の通信中継装置（無線中継装置）としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」、「成層圏プラットフォーム」ともいう。）２０を備えている。ＨＡＰＳ２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域に３次元セル（３次元エリア）を形成する。ＨＡＰＳ２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体としての飛行船に、中継通信局２１が搭載されたものである。
【0019】
ＨＡＰＳ２０の位置する空域は、例えば、地上（又は海や湖などの水上）の高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。
【0020】
本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域であるセル形成目標空域は、ＨＡＰＳ２０が位置する空域と従来のマクロセル基地局等の基地局（例えばＬＴＥのｅＮｏｄｅＢ）がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。
【0021】
なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域は、海、川又は湖の上空であってもよい。また、ＨＡＰＳ２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置６１との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。
【0022】
ＨＡＰＳ２０の中継通信局はそれぞれ、サービスリンク用アンテナ（以下「ＳＬアンテナ」という。）２１５により、移動局である端末装置６１と無線通信するための複数のビームを地面に向けて形成する。端末装置６１は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローンに組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域においてビームが通過する領域が３次元セルである。セル形成目標空域において互いに隣り合う複数のビームは部分的に重なってもよい。
【0023】
ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１はそれぞれ、例えば、地上（又は海上）側のコアネットワークに接続された中継局としてのゲートウェイ局（「フィーダ局」ともいう。）７０と無線通信する基地局、又は、地上（又は海上）側の基地局に接続された中継局としてのフィーダ局（リピーター親機）７０と無線通信するリピーター子機である。
【0024】
ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１は、フィーダリンク用アンテナ（以下「ＦＬアンテナ」という。）２１１により無線通信可能な地上又は海上に設置されたフィーダ局７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ２０とフィーダ局７０との間のフィーダリンクの通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。
【0025】
ＨＡＰＳ２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理を自律制御してもよい。
【0026】
また、ＨＡＰＳ２０それぞれの浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理は、移動通信網の通信センター等に設けられた管理装置としての管理装置（「遠隔制御装置」ともいう。）によって制御できるようにしてもよい。管理装置は、例えば、ＰＣなどのコンピュータ装置やサーバ等で構成することができる。この場合、ＨＡＰＳ２０は、管理装置からの制御情報を受信したり管理装置に監視情報などの各種情報を送信したりできるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、管理装置８ら識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。
【0027】
また、ＨＡＰＳ２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの浮揚移動（飛行）や中継通信局２１での処理に関する情報、ＨＡＰＳ２０の状態に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの監視情報を、管理装置等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。制御情報は、ＨＡＰＳの目標飛行ルート情報を含んでもよい。監視情報は、ＨＡＰＳ２０の現在位置、飛行ルート履歴情報、対気速度、対地速度及び推進方向、ＨＡＰＳ２０の周辺の気流の風速及び風向、並びに、ＨＡＰＳ２０の周辺の気圧及び気温の少なくとも一つの情報を含んでもよい。
【0028】
中継通信局２１と端末装置６１との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、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、中継通信局２１と端末装置６１との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。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、前記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ－ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ－ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）技術であってもよい。
【0029】
なお、以下の実施形態では、端末装置６１と無線通信する中継通信局２１を有する通信中継装置が、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０の場合について図示して説明するが、通信中継装置はソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであってもよい。また、以下の実施形態は、ＨＡＰＳ以外の他の空中浮揚型の通信中継装置にも同様に適用できる。
【0030】
また、ＨＡＰＳ２０とフィーダ局としてのゲートウェイ局（以下「ＧＷ局」と略す。）７０を介した基地局９０との間のリンクを「フィーダリンク」といい、ＨＡＰＳ１０と端末装置６１の間のリンクを「サービスリンク」という。特に、ＨＡＰＳ２０とＧＷ局７０との間の区間を「フィーダリンクの無線区間」という。また、ＧＷ局７０からＨＡＰＳ２０を経由して端末装置６１に向かう通信のダウンリンクを「フォワードリンク」といい、端末装置６１からＨＡＰＳ２０を経由してＧＷ局７０に向かう通信のアップリンクを「リバースリンク」ともいう。
【0031】
図１において、通信中継装置は無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０であるが、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳあってもよい。また、図示の例において、ＨＡＰＳ２０の高度が約２０ｋｍの成層圏に位置し、ＨＡＰＳ２０が複数のセル２００Ｃ（１）～２００Ｃ（７）を形成し、その複数セル（７セル）構成のセル２００Ｃ（１）～２００Ｃ（７）のフットプリント２００Ｆ（１）～２００Ｆ（７）からなるサービスエリア２０Ａの直径は１００～２００ｋｍであるが、これらに限定されるものではない。
【0032】
図１において、成層圏に位置するＨＡＰＳ２０を用いた地上（又は水上）の端末装置６１と直接通信する通信サービスは、サービスエリアの拡大、災害時の通信手段として非常に魅力的である。ＨＡＰＳ２０の通信回線はＧＷ局７０とＨＡＰＳ２０との間を結ぶフィーダリンクＦＬと、ＨＡＰＳ２０と端末装置６１との間を結ぶサービスリンクＳＬから成る。サービスリンクの通信容量はその中継周波数であるフィーダリンクの通信容量で決まることから、フィーダリンクの周波数利用効率を高める必要がある。特に図９に示すようにサービスリンクが多セル構成になった場合はフィーダリンクの通信容量が不足しやすくなるため、フィーダリンクの周波数有効利用技術が不可欠である。しかしながら、ＨＡＰＳ２０とＧＷ局７０を一対一で構成した場合、フィーダリンクの周波数利用効率を高めることが難しい。
【0033】
そこで、本実施形態では、ＨＡＰＳ２０との間のフィーダリンクにおいて同一周波数で互いに異なる中継信号を送受信する複数のＧＷ局を備え、一つのＨＡＰＳ２０と複数のＧＷ局との間に形成したマルチフィーダリンクにおいて空間分割多重通信を行う複数ゲートウェイシステム（以下「複数ＧＷシステム」ともいう。）を構築している。この複数ＧＷシステムでは、複数のフィーダリンク間の干渉を除去することにより、設置するＧＷ局の数の分だけ周波数利用効率を向上できる。
【0034】
なお、以下の実施形態では、ＨＡＰＳ２０と複数のＧＷ局との間の空間分割多重通信をフィーダリンクのフォワードリンクのみで行う場合について説明するが、当該空間分割多重通信は、フィーダリンクのリバースリンクのみで行ってもよいし、フォワードリンクとリバースリンクの両方で行うようにしてもよい。
【0035】
図２（ａ）は実施形態に係る複数ＧＷシステムの概略構成の一例を示す側面図であり、図２（ｂ）はＨＡＰＳ２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との関係を上方から見た説明図である。図示の例では、ＦＬアンテナの数（Ｎ）及びＧＷ局の数（Ｎ）はそれぞれ同数（図示の例では３）であり、同数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）及びＧＷ局７０（１）～７０（３）を互いに１対１で対応させて設けている。また、ＦＬアンテナ２１１及びＧＷ局７０の組数は２組でもよいし、４組以上であってもよい。また、図示の例では複数のＧＷ局７０は、ＨＡＰＳ２０からの距離及びＧＷ局間の間隔が互いに等しくなるように配置されているが、当該距離及び当該間隔の少なくとも一方は互いに異ならせてもよい。各ＧＷ局７０は、ＨＡＰＳ２０の各ＦＬアンテナ２１１（「ＨＡＰＳ局アンテナ」ともいう。）の受信する複素振幅が無相関となるように配置する。また、ＧＷ局７０（１）～７０（３）のフィーダリンク用アンテナ（以下「ＧＷアンテナ」という。）７１（１）～７１（３）は互いに直交する垂直偏波（Ｖ）及び水平偏波（Ｈ）の２偏波で送受信可能である。また、図示の例ではＨＡＰＳ２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）は、ＨＡＰＳ２０の中心からの距離及びＦＬアンテナ間の間隔が互いに等しくなるように配置されているが、当該距離及び当該間隔の少なくとも一方はＦＬアンテナ間で互いに異ならせてもよい。例えば、当該距離及び当該間隔はＦＬアンテナ間で互いに異ならせてもよい。
【0036】
また、図３に示すように、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）はそれぞれ、空中で移動するＨＡＰＳ２０を追尾するようにＧＷアンテナ７１（１）～７１（３）を制御するアンテナ制御部を備えてもよい。図中の破線のＨＡＰＳ２０’は移動前の位置を示し、図中の実線のＨＡＰＳ２０は移動後の位置を示している。ＧＷアンテナ７１（１）～７１（３）それぞれがＨＡＰＳ２０を追尾することにより、パラボラアンテナなどの高い指向性を有するＧＷアンテナ７１（１）～７１（３）を用いた場合でも、ＨＡＰＳ２０の移動によるフィーダリンクの通信品質の低下を抑制できる。
【0037】
また、図４に示すように、ＨＡＰＳ２０の複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）はそれぞれ、ＧＷ局７０（１）～７０（３）に対応するアンテナ指向性ビーム（以下「指向性ビーム」又は「ビーム」という。）２１２（１）～２１２（３）を有し、ＨＡＰＳ２０は、複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）がそれぞれ対応するＧＷ局７０（１）～７０（３）の方向に向くようにＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を制御するアンテナ制御部を備えてもよい。ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）はそれぞれ、例えば、自身に最も対向しているＧＷ局７０の方向を向き、その他のＧＷ局には干渉を与えないように、すなわち、主ビームの利得と反対方向の利得の比（Ｆ／Ｂ）が十分に大きくなるように形成される。これにより、ＨＡＰＳ２０が移動したり回転したりした場合もで、そのＨＡＰＳ２０の移動及び回転によるフィーダリンクの通信品質の低下を抑制できる。
【0038】
ＨＡＰＳ２０のアンテナ制御部による複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）の制御方式としては、ジンバル方式、電気方式（３６０度のビームフォーミング制御方式）、電気方式（角度限定のビームフォーミング制御方式＋アンテナ切替）など、各種の方式を用いることができる。
【0039】
例えば、図５のジンバル方式では、ＨＡＰＳ２０の上下方向の軸（ヨーイング軸、Ｚ軸）を中心とした回転（旋回）に応じて、その軸を中心として複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の全体を機械的に回転駆動制御可能である。例えば、図５において、ＨＡＰＳ２０が左回転方向Ｒｂに約４５度回転すると、その回転方向とは逆の右回転方向Ｒａに複数のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の全体を機械的に回転駆動させる。
【0040】
各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の角度調整の回転駆動制御は、ＨＡＰＳの位置や姿勢の情報を参照して行ってもよいが、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の受信レベルの値を参照して各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の回転駆動制御を行ってもよい。例えば、各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を小刻みに回転させ、各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の受信レベルが最大となるような角度を見つけ、その角度に向くように各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の回転駆動制御を行う。ここで、各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の受信レベルそれぞれに閾値を設定し、その値を下回ったときに各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を既定の角度回転させ、上記受信レベルが最大となる角度へのＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の回転駆動制御を行ってもよい。上記受信レベルの閾値は例えば予め実験により求め、上記既定の角度は例えば３６０度／ＦＬアンテナ数（図示の例では１２０度）であってもよい。各また、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）から対応するＧＷ局以外からの受信レベルを比較するためのモニタリングビームを作り、最大レベルとなるＧＷ局を選択し、その方向に指向性ビームが向くように各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を回転駆動制御してもよい。
【0041】
なお、図５では各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の水平方向の角度調整について示しているが、垂直方向についても同様に角度調整を行ってもよい。
【0042】
上記ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の回転駆動制御により、ＨＡＰＳ２０が回転しても、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）がそれぞれ対応するＧＷ局７０（１）～７０（３）の方向に向くので、フィーダリンクの通信品質の低下を防止できる。
【0043】
また、図６の電気方式（３６０度のビームフォーミング制御方式）では、ＦＬアンテナとして、複数のアンテナ素子２１３ａを円周形状に沿って配置したサーキュラーアレイアンテナ２１３を備える。そして、ＨＡＰＳ２０の位置及び姿勢情報に基づいて、複数のアンテナ素子２１３ａそれぞれを介して送受信される信号（振幅、位相）に適用するウェイトを制御する。例えば、ＨＡＰＳ２０の位置及び姿勢の情報は、ＨＡＰＳ２０に組み込んだＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）システムと慣性測定ユニット（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）とを組み合わせたＧＮＳＳ慣性航法システム（ＧＮＳＳ／ＩＮＳ）の出力に基づいて取得してもよい。
【0044】
上記サーキュラーアレイアンテナ２１３の各アンテナ素子２１３ａのウェイトの制御は、ＨＡＰＳの位置や姿勢の情報を参照して行ってもよいが、サーキュラーアレイアンテナ２１３の各アンテナ素子２１３ａの受信レベルの値を参照し、各ＧＷ局に対応する位置で最大の受信レベルとなる指向性ビームを形成するように、各アンテナ素子２１３ａのウェイトの制御を行ってもよい。例えば、サーキュラーアレイアンテナ２１３の各アンテナ素子２１３ａの位相を小刻みに変化させ、受信レベルが最大となるような角度を見つけ、その角度方向にビームが形成されるように各各アンテナ素子２１３ａのウェイトの制御を行う。また、サーキュラーアレイアンテナ２１３から対応するＧＷ局以外からの受信レベルを比較するためのモニタリングビームを作り、最大レベルとなるＧＷ局を選択し、その方向にビームを形成してもよい。
【0045】
なお、図６では水平方向のビーム角度調整について示しているが、垂直方向についても同様にビーム角度調整を行ってもよい。
【0046】
上記サーキュラーアレイアンテナ２１３の各アンテナ素子２１３ａのウェイトの制御により、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれの方向に向く指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）を形成する。これにより、ＨＡＰＳ２０が回転しても、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）がそれぞれ対応するＧＷ局７０（１）～７０（３）の方向に向くので、フィーダリンクの通信品質の低下を防止できる。
【0047】
図７の電気方式（角度限定のビームフォーミング制御方式＋アンテナ切替）では、ＦＬアンテナとして、複数のアンテナ素子２１４ａを平面状に２次元配置した複数の平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）を備える。そして、ＧＮＳＳ／ＩＮＳなどによって取得されたＨＡＰＳ２０の位置及び姿勢情報に基づいて、複数の平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の複数のアンテナ素子２１４ａそれぞれを介して送受信される信号（振幅、位相）に適用するウェイトを制御するビームフォーミング制御を行う。
【0048】
上記平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の切り替え及びビームフォーミングの制御は、ＨＡＰＳの位置や姿勢の情報を参照して行ってもよいが、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の受信レベルの値を参照し、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）が最大の受信レベルとなるようにアンテナ切り替えとビームフォーミングの制御を行ってもよい。例えば、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）を小刻みに回転させ、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の受信レベルが最大となるような角度を見つけ、その角度に向くように各の回転駆動制御を行う。ここで、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の受信レベルそれぞれに閾値を設定し、その値を下回ったときに、平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の切り替えを行うとともに、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）を既定の角度回転させ、上記受信レベルが最大となる角度へビームを形成するビームフォーミングを行ってもよい。上記受信レベルの閾値は例えば予め実験により求め、上記既定の角度は例えば３６０度／ＦＬアンテナ数（図示の例では１２０度）であってもよい。また、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）から対応するＧＷ局以外からの受信レベルを比較するためのモニタリングビームを作り、各平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）が最大レベルとなるＧＷ局を選択し、その方向にビームを形成するようにアンテナ切り替えとビームフォーミングを行ってもよい。
【0049】
なお、図７では水平方向のビーム角度調整について示しているが、垂直方向についても同様にビーム角度調整を行ってもよい。
【0050】
上記平面アレイアンテナ２１４（１）～２１４（３）の切り替え及びビームフォーミングの制御により、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれの方向に向く指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）を形成する。ここで、例えば、平面アレイアンテナ２１４（１）の平面に垂直な法線方向に対して指向性ビーム２１２（１）が傾いている角度（図中のθ）が予め設定した所定角度θｔｈ度よりも大きくなったときに、ＧＷ局７０（１）に対応するＦＬアンテナを平面アレイアンテナ２１４（２）に切り替える。これにより、ＨＡＰＳ２０が回転しても、ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の指向性ビーム２１２（１）～２１２（３）がそれぞれ対応するＧＷ局７０（１）～７０（３）の方向に向くので、フィーダリンクの通信品質の低下を防止できる。
【0051】
上記構成の複数ＧＷシステムではＧＷ局間（フィーダリンク間）の干渉が大きくなるおそれがある。例えば、図８に示すように、ＧＷ局７０（１）から送信された希望信号（所望信号）Ｓ１がＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）で受信されているときに、他のＧＷ局７０（２），７０（３）から送信された信号が干渉信号Ｉ２，Ｉ３としてＦＬアンテナ２１１（１）で受信される。そのため、フィーダリンクのＳＩＮＲ特性が悪化するおそれがある。
【0052】
そこで、本実施形態では、以下に示すように見通し環境（ＬＯＳ：Line-Of-Sight）対応のＭＩＭＯ干渉キャンセラをＧＷ局間（フィーダリンク間）に適用し、ＧＷ局間（フィーダリンク間）の干渉を低減することにより、フィーダリンクのＳＩＮＲ特性を向上させている。
【0053】
図９は、ウェイトＷを近似式で求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラの一例を示す説明図である。図１０は、ＨＡＰＳ２０に搭載した干渉キャンセラ部２２０の概略構成の一例を示す説明図である。
ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）は、ＧＷ局７０（１）から送信された希望信号Ｓ１（Ｙ１１）と、ＧＷ局７０（２）から送信された干渉信号Ｉ２（Ｙ１２）と、ＧＷ局７０（３）から送信された干渉信号Ｉ３（Ｙ１３）とを受信する。その受信信号ＡＮ１は、次式（１）で表される。
ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）は、ＧＷ局７０（１）から送信された希望信号Ｓ１（Ｙ１１）と、ＧＷ局７０（２）から送信された干渉信号Ｉ２（Ｙ１２）と、ＧＷ局７０（３）から送信された干渉信号Ｉ３（Ｙ１３）とを受信する。その受信信号ＡＮ１は、次式（１）で表される。
【数1】
【0054】
ＨＡＰＳ２０の干渉キャンセラ部２２０では、次式（２）に示すように他のＦＬアンテナ２１１（２）及び２１１（３）で受信された信号Ｓ２，Ｓ３にそれぞれ対応するウェイトＷ２，Ｗ３を掛け、減算することにより、上記干渉信号Ｉ２，Ｉ３をキャンセルした希望信号Ｓ１（Ｙ１１）を出力することができる。ＧＷ局７０（２），７０（３）から送信された希望信号Ｓ２（Ｙ２２）及びＳ３（Ｙ３３）についても同様に他のＧＷ局からの干渉信号をキャンセルすることができる。
【数2】
【0055】
図１１は、ＺＦ（Zero-Forcing）法によりウェイトＷを求めて適用したＭＩＭＯ干渉キャンセラの一例を示す説明図である。例えばＧＷ局７０（１）から送信された信号は、ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）で希望信号Ｓ１（Ｙ１１）として受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ１（Ｙ１２），Ｉ１’（Ｙ１３）としてＦＬアンテナ２１１（２）及び２１１（３）に受信されル。更に、ＧＷ局７０（２）から送信された信号は、干渉信号Ｉ２（Ｙ２１）としてＦＬアンテナ２１１（１）に受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ２’（Ｙ２３）としてＦＬアンテナ２１１（３）に受信される。更に、ＧＷ局７０（３）から送信された信号は、干渉信号Ｉ３（Ｙ３１）としてＦＬアンテナ２１１（１）に受信されるだけでなく、干渉信号Ｉ３’（Ｙ３２）としてＦＬアンテナ２１１（２）に受信される。図１１のＭＩＭＯ干渉キャンセラでは、これらの干渉信号Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ２’及びＩ３’を考慮し、例えば次式（３）に示すように希望信号Ｓ１（Ｙ１１）を出力する。これにより、ＧＷ局間（フィーダリンク間）の干渉抑圧の精度を高めることができる。
【数3】
【0056】
上記ＭＩＭＯ干渉キャンセラに用いるウェイトＷを計算するには、ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の伝搬路応答Ｈを把握する必要がある。特に、本実施形態の複数ＧＷシステムでは、ＧＷ局７０（１）～７０（３）に対してＨＡＰＳ２０の機体が相対的に動くため、その動きに応じて伝搬路応答も変化する。
【0057】
そこで、本実施形態では、伝搬路応答を把握するため、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）からパイロット信号を送信している。パイロット信号の周波数帯域は狭帯域であり、各パイロット信号は送信周波数が互いに異なる（直交している）。ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１では、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から受信したパイロット信号に基づいて、例えばフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの中心周波数ｆｓｃ（図１２のｆsｃ参照）の伝搬路応答を推定し、ウェイトＷを導出する。
【0058】
上記ウェイトＷを求める周波数とフィーダリンクの送信信号帯域との差が大きくなるほど、干渉キャンセル量は減少する。例えば、前述の図２の複数ＧＷシステムでは、ＧＷ局７０（１）～７０（３）を１２０°毎に３台設置し、ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）を半径Δｄの円周上に１２０°毎に３つ設置している。ＨＡＰＳ２０の機体は一般に成層圏を回転しながら飛行することから、例えば前述の図５に示すように中継通信局２１のＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）は対向するＧＷ局７０（１）～７０（３）に主ビームが向くようにビーム制御する。ここで、ＨＡＰＳ２０の機体の回転角度Φを、各ＧＷ局方向を０°とした相対回転角度としている。ＨＡＰＳ２０の機体の回転に伴い、半径Δｄの円周上にある各ＦＬアンテナ２１１（１）～２１１（３）の伝搬路（主に経路長差による位相）が変化する。パイロット信号の周波数（以下「パイロット周波数」という。）によりウェイトＷを決定するため、パイロット周波数と異なる信号帯域での干渉キャンセル量は減少し、その周波数差が大きい程キャンセル量は少なくなる。
【0059】
図１３は、互いに異なるパイロット周波数でウェイトＷを求めたときの干渉低減効果を評価した計算機シミュレーションの結果の一例を示すグラフである。また、図１４は、ＨＡＰＳ２０の機体を回転した場合のフィーダリンクの送信信号帯域全体のＳＩＮＲ特性の計算機シミュレーションの結果の一例を示すグラフである。評価パラメータを表１に示す。
【表1】
【0060】
ＦＬアンテナ（中継アンテナ）２１１の半径Δｄを０．５［ｍ］、ＦＬアンテナ２１１の利得を２０［ｄＢｉ］、フロントバック比（Ｆ／Ｂ比）を２０［ｄＢ］とする。無指向性アンテナで受信した中継通信局２１の受信ＳＮＲを２０［ｄＢ］とすると、ＦＬアンテナ２１１で受信した中継通信局２１の受信ＳＮＲは４０［ｄＢ］となる。また、フィーダリンクの送信信号帯域幅を１８［ＭＨｚ］とする。一例として，パイロット周波数をフィーダリンクの送信信号帯域幅の端と中央に設定した場合について評価する。
【0061】
図１３に示すように、パイロット周波数に応じて、フィーダリンクの送信信号帯域内の干渉低減量が異なることがわかる。パイロット周波数を送信信号帯域の中央（図中のＣ２）にした場合、送信信号帯域幅全体に渡って干渉を低減できる。また、図１４に示すように送信信号帯域の中央（図中のＣ２）にした場合、干渉キャンセラなしと比較して、ＳＩＮＲを１５ｄＢ以上改善できることがわかる。
【0062】
図１５は、ＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ単一のパイロット信号を送信する場合の各パイロット信号の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の一例を示す説明図である。図１６は、図１５のパイロット信号を用いたフィーダリンクの伝搬路応答の導出モデルの一例を示す説明図である。図示の例では、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）からパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３が一つずつ送信される。このパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３は、希望信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が送信されるフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢに低周波側から隣接する第１の隣接帯域である第１ガードバンドＧＢ１に配置されている。
【0063】
例えば、ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）が受信するパイロット信号ｈ１１，ｈ２１はそれぞれ次式（４）及び（５）で表され、それらの信号の比は、次式（６）で表される。
【数4】
【数5】
【数6】
【0064】
上記式（４）～（６）中のｄ１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）との間の経路長であり、Δｄ２１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）それぞれとの間の経路長の差（経路差）であり、Δｄ３１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（３）それぞれとの間の経路長の差（経路差）である。ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（２）との間の経路長はｄ１＋Δｄ２１で表され、ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（３）との間の経路長はｄ１＋Δｄ３１で表される。
【0065】
上記式（６）から、上記経路差Δｄ２１は次式（７）で求めることができる。式中のθは、ｈ２１とｈ１１との位相差である。上記経路差Δｄ３１等の他の経路差についても同様に求めることができる。
【数7】
【0066】
上記経路差Δｄ３１及びその他の経路差Δｄ１２，Δｄ１３，Δｄ２３，Δｄ３２についても同様に求めることができる。
【0067】
上記経路差Δｄ２１，Δｄ３１，Δｄ１２，Δｄ１３，Δｄ２３，Δｄ３２を用いて、上記フィーダリンクの送信信号帯域の中心周波数ｆｓｃにおける伝搬路応答は、次式（８）のように推定できる。
【数8】
【0068】
しかしながら、図１５及び図１６に示すようにＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ第１ガードバンドＧＢ１で一つのパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３を送信する場合、各パイロット信号の波長λ１、λ２、λ３以上の経路差を検知することができない。例えば、ＧＷ局７０（１）のパイロット信号ＳＰ１の周波数ｆ１が３．３ＧＨｚとすると、Δｄ２１は０＜Δｄ２１＜０．０９［ｍ］の範囲でしか推定することができない。
【0069】
そこで、本実施形態では、各パイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の波長λ１、λ２、λ３以上の経路差を検知することができるように、ＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから互いに周波数が異なる複数のパイロット周波数を送信している。なお、以下の実施形態の例では、ＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ、互いに周波数が異なる２つ複数のパイロット信号をする場合について例示しているが、ＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ送信するパイロット信号の数は３以上であってもよい。また、パイロット信号の数はＧＷ局７０（１）～７０（３）の間で異なってもよい。
【0070】
図１７は、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合の各パイロット信号の周波数の配置の一例を示す説明図である。図１８は、図１７のパイロット信号を用いたフィーダリンクの伝搬路応答の導出モデルの一例を示す説明図である。図示の例では、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から希望信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が送信されるフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢに低周波側及び高周波側から隣接する第１の隣接帯域である第１ガードバンドＧＢ１及び第２の隣接帯域である第２ガードバンドＧＢ２それぞれに、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される複数のパイロット信号が分散配置されている。具体的には、第１ガードバンドＧＢ１に各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３が異なるパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３が位置している。また、第２ガードバンドＧＢ２に各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ１’，ｆ２’，ｆ３’が異なるパイロット信号ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’が位置している。ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１は、ＧＷ局７０（１）、７０（２）及び７０（３）から受信した第１ガードバンドＧＢ１の複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３をそれぞれフィルターで分離し、ＧＷ局７０（１）、７０（２）及び７０（３）から受信した第２ガードバンドＧＢ２の複数のパイロット信号ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’をそれぞれフィルターで分離する。
【0071】
例えば、ＨＡＰＳ２０のＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）が受信するパイロット信号ｈ１１，ｈ１１’，ｈ２１及びｈ２１’はそれぞれ次式（９）、（１０）、（１１）及び（１２）で表され、それらの信号の比／及び／はそれぞれ、次式（１３）及び（１４）で表される。
【数9】
【数10】
【数11】
【数12】
【数13】
【数14】
【0072】
上記式（９）～（１４）中のｄ１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）との間の経路長であり、Δｄ２１はＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（２）それぞれとの間の経路長の差（経路差）である。ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（２）との間の経路長はｄ１＋Δｄ２１で表される。
【0073】
上記式（１３）及び（１４）から、上記経路差Δｄ２１は次式（１５）で求めることができる。なお、式（１５）中のθは、ｈ１１’とｈ１１の位相差と、ｈ２１とｈ２１’の位相差とを加算した位相差である。すなわち、θ＝（ｈ１１’とｈ１１の位相差）＋（ｈ２１とｈ２１’の位相差）である。
【数15】
【0074】
ＧＷ局７０（１）とＦＬアンテナ２１１（１）及び２１１（３）それぞれとの間の経路差Δｄ３１及びその他の経路差Δｄ１２，Δｄ１３，Δｄ２３，Δｄ３２についても、同様に求めることができる。
【0075】
上記経路差Δｄ２１，Δｄ３１，Δｄ１２，Δｄ１３，Δｄ２３，Δｄ３２を用いて、上記フィーダリンクの送信信号帯域の中心周波数ｆsｃにおける伝搬路応答は、前述の式（８）のように推定できる。
【0076】
図１７及び図１８に示すようにＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合、各パイロット信号の波長λ１、λ２、λ３以上の経路差を検知することができる。例えば、ＬＴＥを想定するとフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの帯域幅Ｂは１８ＭＨｚであるので、上記式（１５）に示すようにΔｄ２１をパイロット周波数差Bの波長以内の範囲で推定可能となる。本例では、実装上必要な範囲である０＜Δｄ２１＜１６［ｍ］の範囲まで精度よく推定することができる。
【0077】
また、図１７及び図１８の例では、各ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ１’，ｆ２’，ｆ３’が異なる複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３及びパイロット信号ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’が、第１ガードバンドＧＢ１及び第２ガードバンドＧＢ２に均等に分散されて配置されているので、各パイロット信号をフィルターで分離して容易に個別検出することができる。
【0078】
図１９は、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合のパイロット信号の配置の他の例を示す説明図である。図示の例では、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から送信される互いに周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ１’，ｆ２’，ｆ３’が異なる複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３及びパイロット信号ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’をすべて第１ガードバンドＧＢ１に配置した例である。ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１は、ＧＷ局７０（１）～７０（３）から受信した第１ガードバンドＧＢ１の複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’をそれぞれフィルターで分離する。
【0079】
図２０は、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）がそれぞれ複数のパイロット信号を送信する場合のパイロット信号の配置の更に他の例を示す説明図である。図示の例は、第１ガードバンドＧＢ１及び第２ガードバンドＧＢ２に配置するパイロット信号の数が互いに異なる場合の例である。具体的には、第１ガードバンドＧＢ１にＧＷ局７０（１）から送信される互いに周波数ｆ１，ｆ１’が異なるパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ１’が位置し、第２ガードバンドＧＢ２にＧＷ局７０（２）及び７０（３）から送信される互いに周波数ｆ２，ｆ２’，ｆ３，ｆ３’が異なるパイロット信号ＳＰ２，ＳＰ２’，ＳＰ３，ＳＰ３’が位置している。ＨＡＰＳ２０の中継通信局２１は、ＧＷ局７０（１）から受信した第１ガードバンドＧＢ１の複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ１’をそれぞれフィルターで分離し、ＧＷ局７０（２）及び７０（３）から受信した第２ガードバンドＧＢ２の複数のパイロット信号ＳＰ２，ＳＰ２’，ＳＰ３，ＳＰ３’をそれぞれフィルターで分離する。
【0080】
特に，図２０のパイロット信号の配置例では、各ＧＷ局７０（ｉ）（ｉ＝１，２，３）から送信されるパイロット信号ＳＰｉ，ＳＰｉ’を同じガードバンドに配置している。具体的には、ＧＷ局７０（１）から送信されるパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ１’を第１ガードバンドＧＢ１に配置し、ＧＷ局７０（２）及び７０（３）から送信されるパイロット信号ＳＰ２，ＳＰ２’，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ３’を第２ガードバンドＧＢ２に位置している。このように同一のＧＷ局７０（ｉ）から周波数ｆ１，ｆ１’で送信されるパイロット信号ＳＰｉ，ＳＰｉ’を同一ガードバンドに配置すると、ｆ１－ｆ１’の周波数差が小さくなるので、前述の式（１５）に示すようにΔｄ２１の推定距離は大きくなる。
【0081】
なお、上記伝搬路応答の行列Ｈｆｃを用いて、干渉キャンセラに用いるウェイトは、例えば、伝搬路応答の行列を用いたＺＦ（Zero-Forcing）法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法により計算することができる。
【0082】
例えば、ＺＦ法では、次式（１６）のように伝搬路応答の行列Ｈｆｃの逆行列でウェイトＷを求めることができる。
【数16】
【0083】
また、ＭＭＳＥ法では、次式（１７）によりウェイトＷを用いることができる。ここで、ＮＴは送信アンテナ数であり、γはＳＮＲである。
【数17】
【0084】
以上示した図１２～図２０の例では、ＧＷ局から受信したパイロット信号により、送信信号帯域ＦＢ内の一つの推定周波数ｆｉにおける伝搬路応答Ｈｓ（ｆｉ）を推定し、その推定周波数ｆｉにおける伝搬路応答Ｈｓ（ｆｉ）に基づいてウェイトＷｐを導出している。このウェイトＷｐを他のＧＷ局からの受信信号Ｅｓに掛けたＳｓ’（目標のＧＷ局からの受信信号から減算する信号）は、例えば次式（１８）で算出される。式中のＳｓは他のＧＷ局から送信された送信信号であり、Ｎは雑音であり、Ｈｓ（ｆｓ）は送信信号帯域ＦＢ内の送信信号Ｓｓの送信周波数ｆｓにおける伝搬路応答である。
【数18】
【0085】
上記式（１８）において、推定周波数ｆｉと送信周波数ｆｓが等しい場合（ｆｉ＝ｆｓ）は、（Ｈｓ（ｆｉ）－１Ｈｓ（ｆｓ））Ｓｓが単位行列Ｉになるので、干渉抑圧量（干渉キャンセル量）が最大になり、推定周波数ｆｉと送信周波数ｆｓとの差（Δｆｉ）が大きくなるほど干渉抑圧量（干渉キャンセル量）は減少する。例えば、図２１のＣ１に示すように伝搬路応答Ｈｓ（ｆｉ）を推定した推定周波数ｆｉがフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの中心周波数ｆｓｃに位置する場合は、送信周波数ｆｓが中心周波数ｆｓｃのときに干渉抑圧量（干渉キャンセル量）ΔＩｓが最大になり、送信周波数ｆｓが送信信号帯域ＦＢの端部に近づくほどΔｆｉは大きくなり、干渉抑圧量（干渉キャンセル量）が減少し、端末にてΔｆｉは最大となりΔＩｓは最小となる。また、図２１のＣ２に示すように伝搬路応答Ｈｓ（ｆｉ）を推定した推定周波数ｆｉがフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの低周波側端部（ｆｓｃ－Ｂ／２）に位置する場合は、Δｆｉは最大となり、送信周波数ｆｓが当該低周波側端部（ｆｓｃ－Ｂ／２）のときに干渉抑圧量（干渉キャンセル量）が最大になり、送信周波数ｆｓが送信信号帯域ＦＢの高周波側端部（ｆｓｃ＋Ｂ／２）に近づくほどΔｆｉは大きくなり干渉抑圧量（干渉キャンセル量）ΔＩｓは減少し、側端部にてΔｆｉは最大となりΔＩｓは最小となる。送信周波数ｆｓが、中心周波数ｆｓｃの場合、Δｆｉの最大値は最小となりΔＩｓの最小値は最大となるため干渉低減効果が最も高い。
【0086】
そこで、本実施形態では、送信信号帯域ＦＢの全域にわたって干渉抑圧量（干渉キャンセル量）を大きくするために、図２２及び下記（１）～（３）に示すように、全体の帯域幅Ｂを有する送信信号帯域ＦＢを、帯域幅Ｂ／ｎを有する複数（ｎ）の周波数帯（以下、「分割周波数帯」という。）ＦＢ１～ＦＢｎに分割して上記伝搬路応答Ｈの推定とウェイトＷの計算とを含むフィーダリンク間の干渉抑圧処理を行っている。
【0087】
（１）分割周波数帯ごとの伝搬路応答の推定：
複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから受信したパイロット信号の受信結果に基づいて、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれとＨＡＰＳ２０のフィーダリンク用アンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の複数の伝搬路応答Ｈ（ｆｓｃ１）～Ｈ（ｆｓｃｎ）を、複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎそれぞれの中心周波数ｆｓｃ１～ｆｓｃｎを推定周波数ｆｉとして、複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎそれぞれについて推定する。
複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから受信したパイロット信号の受信結果に基づいて、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれとＨＡＰＳ２０のフィーダリンク用アンテナ２１１（１）～２１１（３）との間の複数の伝搬路応答Ｈ（ｆｓｃ１）～Ｈ（ｆｓｃｎ）を、複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎそれぞれの中心周波数ｆｓｃ１～ｆｓｃｎを推定周波数ｆｉとして、複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎそれぞれについて推定する。
【0088】
（２）分割周波数ごとのウェイトの計算：
複数のＧＷ局７０（１）～７０（ｎ）それぞれについて、ｎ分割された分割周波数帯（ＦＢ１～ＦＢｎ）ごとに、ＧＷ局から送信した送信信号が他のＧＷ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトＷｐ１～Ｗｐｎを、複数の伝搬路応答Ｈ（ｆｓｃ１）～Ｈ（ｆｓｃｎ）に基づいて計算する。
複数のＧＷ局７０（１）～７０（ｎ）それぞれについて、ｎ分割された分割周波数帯（ＦＢ１～ＦＢｎ）ごとに、ＧＷ局から送信した送信信号が他のＧＷ局に対応する指向性ビームで受信されて干渉する干渉信号を抑圧するためのウェイトＷｐ１～Ｗｐｎを、複数の伝搬路応答Ｈ（ｆｓｃ１）～Ｈ（ｆｓｃｎ）に基づいて計算する。
【0089】
（３）分割周波数ごとの干渉キャンセル信号処理：
複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれについて、ｎ分割された分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎごとに、ＧＷ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のＧＷ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のＧＷ局に対応するウェイトＷｐ１～Ｗｐｎを掛けて減算する。
複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれについて、ｎ分割された分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎごとに、ＧＷ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号から、他のＧＷ局に対応する指向性ビームで受信した受信信号に前記他のＧＷ局に対応するウェイトＷｐ１～Ｗｐｎを掛けて減算する。
【0090】
ここで、複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎにおける受信信号をＥｓ１～Ｅｓｎとすると、Ｓｓ’（目標のＧＷ局からの受信信号から減算する信号）は、例えば次式（１９）で算出される。式中のＳｓは他のＧＷ局から送信された送信信号であり、Ｎは雑音である。また、Ｈｓ（ｆｓｃ１）～Ｈｓ（ｆｓｃｎ）はそれぞれ分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎの中心周波数ｆｓｃ１～ｆｓｃｎを推定周波数として推定した伝搬路応答であり、Ｈｓ（ｆｓ１）～Ｈｓ（ｆｓｎ）はそれぞれ分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎ内の送信信号Ｓｓの送信周波数ｆｓ１～ｆｓｎにおける伝搬路応答である。
【数19】
【0091】
フィーダリンクの送信信号帯域ＦＢを複数の分割周波数帯ＦＢ１～ＦＢｎに分割して上記伝搬路応答Ｈの推定とウェイトＷの計算とを含むフィーダリンク間の干渉抑圧処理を行うことにより、図２２に示すように、伝搬路応答Ｈを推定した推定周波数ｆｉとフィーダリンクの送信周波数ｆｓとの差（Δｆｉ）が小さくなり、送信信号帯域ＦＢの全体にわたって干渉抑圧量（干渉キャンセル量）ΔＩｓを大きくすることができる。
【0092】
図２３は、本実施形態に係るフィーダリンク干渉抑圧処理における送信信号帯域ＦＢの分割数（ｎ）とＨＡＰＳ２０のフィーダリンク受信時のＳＩＮＲ［ｄＢ］との関係の一例を示すグラフである。図中の縦軸は、ＨＡＰＳ２０が一回転（図５～図７参照）したときのＳＩＮＲ［ｄＢ］の平均値である。図２３に示すようにフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢの分割数（ｎ）が増加するとフィーダリンク間の干渉抑圧効果が高まり、フィーダリンクの通信品質（ＳＩＮＲ）が向上する。
【0093】
なお、図２２の例ではフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢを均等に分割しているが、フィーダリンクの送信信号帯域ＦＢを非等分割してもよい。この送信信号帯域ＦＢの非等分割は、そのフィーダリンクの送信信号帯域ＦＢにおけるフィーダリンクの干渉信号の分布に応じて行ってもよい。例えば、図２４に示すように、送信信号帯域ＦＢのうちフィーダリンクの干渉信号が多い又は大きい帯域ＦＢ１のみ分割して干渉抑圧効果を高め、フィーダリンクの干渉信号が少ない又は小さい残りの帯域ＦＢ２は分割しないようにしてもよい。
【0094】
図２５は、実施形態に係るＨＡＰＳ２０の中継通信局２１の主要構成の一例を示す説明図である。図２５において、中継通信局２１は、フィーダリンク通信部２２１とサービスリンク通信部２２２と周波数変換部２２３と各部を制御する制御部２２４と干渉抑圧部２２５を備える。
【0095】
フィーダリンク通信部２２１は、ＦＬアンテナ２１１を介してＧＷ局７０との間でフィーダリンク用の第１周波数Ｆ１の無線信号を送受信する。また、フィーダリンク通信部２２１は、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから送信された複数のパイロット信号を受信し、受信した複数のパイロット信号をそれぞれフィルターで分離する。サービスリンク通信部２２２は、サービスリンク用アンテナ１１５を介して端末装置６１との間でサービスリンク用の第２周波数Ｆ２の無線信号を送受信する。周波数変換部２２３は、フィーダリンク通信部２２１とサービスリンク通信部２２２との間で第１周波数Ｆ１と第２周波数Ｆ２との周波数変換を行う。中継通信局２１で中継される無線信号は、例えば、ＬＴＥ又はＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠したＯＦＭＤＡ通信方式を用いて送受信してもよい。この場合は、無線信号の遅延が異なるマルチパスが発生しても良好な通信品質を維持できる。
【0096】
制御部２２４は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより各部を制御することができる。
【0097】
干渉抑圧部２２５は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、前述の（１）分割周波数帯ごとの伝搬路応答の推定、（２）分割周波数ごとのウェイトの計算及び（３）分割周波数ごとの干渉キャンセル信号処理を行う。
【0098】
なお、移動通信網の通信オペレータの遠隔制御装置（制御元）からの制御情報を受信したり遠隔制御装置に情報を送信したりする場合は、制御部２２４に接続されたユーザ端末（移動局）２２６を備えてもよい。制御部２２４は、例えば、遠隔制御装置から送信されてきた制御情報をユーザ端末（移動局）２２６で受信し、その制御情報に基づいて各部を制御してもよい。ここで、遠隔制御装置とユーザ端末（移動局）２２６との間の通信は、例えば遠隔制御装置及びユーザ端末（移動局）２２６それぞれに割り当てられたＩＰアドレス（又は電話番号）を用いて行ってもよい。
【0099】
以上、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ２０と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との間の同一周波数のマルチフィーダリンクにおける干渉を抑圧することができる。
【0100】
特に、本実施形態によれば、フィーダリンクの送信信号帯域ＦＢを複数に分割し、その分割した分割周波数帯ごとに伝搬路応答の推定とウェイトＷの計算とそのウェイトＷを用いた干渉キャンセル信号処理とを行うことにより、送信信号帯域ＦＢの全体における干渉抑圧量（干渉キャンセル量）ΔＩｓの最小値を低め、干渉抑圧効果を高めることができる。
【0101】
また、本実施形態によれば、複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）それぞれから、互いに異なる周波数の複数のパイロット信号ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ１’，ＳＰ２’，ＳＰ３’を送信することにより、マルチフィーダリンクにおける干渉の動的な抑圧に必要となるＨＡＰＳ２０と複数のＧＷ局７０（１）～７０（３）との経路差を実装上必要な範囲まで推定して把握することができるので、マルチフィーダリンクにおける干渉を精度よく抑圧することができる。
【0102】
また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ２０のフィーダリンクのＳＮＩＲの低下を抑制しつつ、フィーダリンクの周波数利用効率の向上を図ることができる。
【0103】
なお、本明細書で説明された処理工程並びにＨＡＰＳ等の通信中継装置の中継通信局、フィーダ局、ゲートウェイ局、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、基地局及び基地局装置の構成要素は、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。
【0104】
ハードウェア実装については、実体（例えば、無線中継局、フィーダ局、ゲートウェイ局、基地局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、管理装置、監視装置、遠隔制御装置、サーバ、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。
【0105】
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処理ユニット等の手段は、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）、ＦＬＡＳＨ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。
【0106】
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。
【0107】
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】
【0108】
２０ ＨＡＰＳ（通信中継装置）
２１ 中継通信局
６１ 端末装置
７０，７０（１）～７０（３） ゲートウェイ局（ＧＷ局）
７１，７１（１）～７１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＧＷアンテナ）
２００Ｃ，２００Ｃ（１）～２００Ｃ（７） ３次元セル
２００Ｆ，２００Ｆ（１）～２００Ｆ（７） フットプリント
２１１、２１１（１）～２１１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）
２１２、２１２（１）～２１２（３） アンテナ指向性ビーム
２１５ サービスリンク用アンテナ（ＳＬアンテナ）
２１ 中継通信局
６１ 端末装置
７０，７０（１）～７０（３） ゲートウェイ局（ＧＷ局）
７１，７１（１）～７１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＧＷアンテナ）
２００Ｃ，２００Ｃ（１）～２００Ｃ（７） ３次元セル
２００Ｆ，２００Ｆ（１）～２００Ｆ（７） フットプリント
２１１、２１１（１）～２１１（３） フィーダリンク用アンテナ（ＦＬアンテナ）
２１２、２１２（１）～２１２（３） アンテナ指向性ビーム
２１５ サービスリンク用アンテナ（ＳＬアンテナ）
【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】