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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-28
(45)【発行日】2024-09-05
(54)【発明の名称】移動通信システム
(51)【国際特許分類】
H04W 72/0446 20230101AFI20240829BHJP
H04W 16/14 20090101ALI20240829BHJP
H04W 16/26 20090101ALI20240829BHJP
H04W 16/28 20090101ALI20240829BHJP
H04W 84/06 20090101ALI20240829BHJP
【ＦＩ】
H04W72/0446
H04W16/14
H04W16/26
H04W16/28
H04W84/06
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023102841
(22)【出願日】2023-06-22
【審査請求日】2023-07-11
(73)【特許権者】
【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
(72)【発明者】
【氏名】藤井 隆史
【審査官】松▲崎▼ 祐季
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２２／０４４７２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１６８８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５０１０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】Ericsson，IoT NTN coexisting simulation initial results[online]，3GPP TSG RAN WG4 #105 R4-2219787，Internet<URL:https://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG4_Radio/TSGR4_105/Docs/R4-2219787.zip>，2022年11月07日
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ ７／１４－ ７／２６
Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００
３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４
ＳＡ ＷＧ１－４、６
ＣＴ ＷＧ１、４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する上空中継型基地局と、地上又は海上に配置されたサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する一又は複数の地上基地局とを備え、前記上空中継型基地局と前記地上基地局とは互いに時間同期制御された移動通信システムであって、前記上空中継型基地局及び前記地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行い、
前記サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングは、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間で互いに逆とし、
前記地上基地局は、前記上空中継型基地局のサービスリンクアンテナの方向を推定し、推定した前記上空中継型基地局のサービスリンクアンテナの方向に、前記地上基地局のサービスリンクアンテナの指向性ビームのヌルを向けるように制御する、
ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項2】
請求項１の移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は送受信信号を再生せずに中継するリピータ中継装置で構成されている、ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項3】
請求項１の移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は、送受信信号を再生し、再生した信号を再変調して中継する基地局装置で構成されている、ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間制御装置を更に備え、
前記基地局間制御装置は、前記上空中継型基地局で受信されゲートウェイ装置を介して受信したＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報と前記地上基地局で受信されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報とを用いて、それぞれ送信及び受信を逆とする送信タイミングの調整を行う、ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項5】
請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間制御装置を更に備え、
前記飛行体又は前記浮揚体に搭載されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された位置情報をゲートウェイ装置及び前記基地局間制御装置を介して、前記地上基地局に転送し、前記地上基地局は、自地上基地局の位置情報を基準にして前記中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定する、ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項6】
請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、前記地上基地局は、前記サービスリンクアンテナとしてアレイアンテナを有し、前記アレイアンテナを用いて前記中継通信局のサービスリンクアンテナからの電波到来方向を測定し、その測定結果から前記中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定する、ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項7】
請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体は、通信衛星、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳである、ことを特徴とする移動通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、端末と無線通信可能な基地局を含む移動通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、上空に位置する飛行体又は浮揚体として、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳが知られている。また、上空に位置するＵＡＶ、ＨＡＰＳ（飛行体）等の飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する第１基地局としての上空中継型基地局と、陸上又は海上に配置されたアンテナを介して端末と無線通信する第２基地局としての地上基地局を備え、上空中継型基地局と地上基地局のサービスリンクにおいて同一周波数を共用し、共通仕様の端末との間で無線通信できるようにした移動通信システムが知られている。
【0003】
移動通信システムの上空中継型基地局と地上基地局との間の干渉の低減に適用可能な技術として、上空中継型基地局と地上基地局が互いに時間同期していることを前提とした時間領域（サブフレーム単位）で無線フレームを調整制御する干渉制御技術がある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。この干渉制御技術は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）－Ａｄｖａｎｃｅｄ標準に準拠した技術であり、ｅＩＣＩＣ（enhanced Inter-Cell Interference Coordination）とも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－１２９７９３号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】「Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ３ＧＰＰ」，Ｒｅｌｅａｓｅ １０，Ｖ０．２．１（２０１４－０６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来の干渉制御技術を適用する場合、上空中継型基地局と地上基地局がサービスリンクに割り当てられた周波数を時分割で利用するので、上空中継型基地局と地上基地局が利用する無線信号が時間軸上で直交し、相互の干渉は発生しない。しかしながら、周波数の時分割利用により、上空中継型基地局と地上基地局は共にサービスリンクに割り当てられた全周波数を利用できないため、各サービスリンクの端末の通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）が低下する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書に開示された一態様に係る移動通信システムは、上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナを介して端末と無線通信する上空中継型基地局と、地上又は海上に配置された地上基地局とを備え、前記上空中継型基地局と前記地上基地局とは互いに時間同期制御された移動通信システムである。前記上空中継型基地局及び前記地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行う。前記サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングを前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間で互いに逆とする。前記地上基地局は、前記上空中継型基地局のサービスリンクアンテナの方向を推定し、推定した前記上空中継型基地局のサービスリンクアンテナの方向に、前記地上基地局のサービスリンクアンテナの指向性ビームのヌルを向けるように制御する。
【0008】
前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局はＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された時刻情報を用いてそれぞれ送信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。
【0009】
前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は送受信信号を再生せずに中継するリピータ中継装置（周波数変換リピータ中継装置）で構成してもよい。
【0010】
前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載された前記中継通信局は、送受信信号を再生し、再生した信号を再変調して中継する基地局装置で構成してもよい。
【0011】
前記移動通信システムにおいて、前記地上基地局は、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された位置情報を、ゲートウェイ装置を介して受信し、自基地局の位置情報を基準にして前記中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定してもよい。
【0012】
前記移動通信システムにおいて、前記地上基地局は、前記サービスリンクアンテナとしてアレイアンテナを有し、前記アレイアンテナを用いて前記中継通信局のサービスリンクアンテナからの電波到来方向を測定し、その測定結果から前記中継通信局のサービスリンクアンテナ方向を推定してもよい。
【0013】
前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、前記基地局間連携制御装置は、前記上空中継型基地局で受信されゲートウェイ装置を介して受信したＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報と前記地上基地局で受信されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）の時刻情報とを用いて、それぞれ送信及び受信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。
【0014】
前記移動通信システムにおいて、前記上空中継型基地局と前記地上基地局との間の制御を行う基地局間連携制御装置を更に備え、前記飛行体又は前記浮揚体に搭載されたＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された位置情報をゲートウェイ装置及び前記基地局間連携制御装置を介して、前記地上基地局に転送し、前記地上基地局は、自地上基地局の位置情報を基準にして前記中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定してもよい。
【0015】
前記移動通信システムにおいて、前記飛行体又は前記浮揚体は、通信衛星、高度１８ｋｍ以下を飛行するＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、高度１８ｋｍ以上の成層圏を飛行するＨＡＰＳであってもよい。
【0016】
本書に開示された移動通信システムによれば、上空に位置する飛行体又は浮揚体に設けられた中継通信局のサービスリンクアンテナ（上空中継型基地局アンテナ）からの下り回線の送信信号が地上基地局のサービスリンクアンテナ（地上基地局アンテナ）の上り回線への受信信号に与える干渉を低減できるとともに、地上基地局アンテナからの下り回線の送信信号が上空中継型基地局アンテナの上り回線の受信信号へ与える干渉を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図3】図３（ａ）は、実施形態の移動通信システムを構成するＨＡＰＳ基地局の他の例を構成する中継通信局の構成例を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応するするＨＡＰＳ－ＧＷの構成例を示す図である。
【図4】図４（ａ）は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合の地上基地局端末へのＨＡＰＳ下り回線からの干渉の一例を示す図である。図４（ｂ）は、現状の構成にＨＡＰS基地局を適用した場合の上り回線への地上基地局端末からの干渉の一例を示す図である。
【図5】図５は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合にセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）を適用したＨＡＰＳ基地局及び地上基地局それぞれに設定される無線リソースの時間スロットの配置例を示す図である。
【図6】図６（ａ）は、実施形態に係る移動通信システムにおけるサービスリンクの伝送方式としてＴＤＤ（時分割多重）方式を利用する場合の地上基地局と地上基地局端末との間の上り回線及び下り回線を示す図である。図６（ｂ）は、同ＴＤＤ方式において地上基地局と地上基地局端末との間の上下回線で同一周波数が共用された周波数帯の一例を示す図である。図６（ｃ）は、同ＴＤＤ方式における地上基地局と地上基地局端末との間の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。
【図7】図７（ａ）は、従来のＴＤＤ方式を用いるシステム構成において、複数の地上基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを同期制御により一致させた場合の下り回線の干渉の一例を示す図である。図７（ｂ）は、従来のＴＤＤ方式を用いるシステム構成において、複数の地上基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを同期制御により一致させた場合の上り回線の干渉の一例を示す図である。
【図9】図９は、実施形態に係る移動通信システムにおけるＴＤＤ方式を用いる地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。
【図10】図１０（ａ）は、地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合のＨＡＰＳ基地局の上り回線への地上基地局からの干渉の一例を示す図である。図１０（ｂ）は、地上基地局とＨＡＰＳ基地局の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の地上基地局の上り回線へのＨＡＰＳ基地局からの干渉の一例を示す図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の干渉をまとめて示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照して様々な実施形態について説明する。なお、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ及び位置関係のみに限定されるものではない。また、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
【0019】
本実施形態では、上空中継型基地局としてのＨＡＰＳ基地局（ＨＡＰＳセルラシステム）と地上基地局（地上セルラシステム）とで同一周波数を共用する移動通信システムの例について主に説明するが、本発明は、上空中継型基地局の中継通信局がＨＡＰＳ以外の飛行体又は浮揚体に設けられた移動通信システムにも適用できる。
【0020】
図１は、本発明の一実施形態に係る移動通信システム（携帯電話システム）の構成の一例を示す図である。図１において、本実施形態の移動通信システムは、端末３０と無線通信可能な複数の基地局として、第１基地局（上空中継型基地局）としてのＨＡＰＳ基地局（ＨＡＰＳセルラシステム）１０と、第２基地局としての地上基地局（地上セルラシステム）２０とを備えている。
【0021】
ＨＡＰＳ基地局１０は、上空に位置する飛行体又は浮揚体としてのＨＡＰＳ（「高高度疑似衛星」又は「高高度プラットフォーム局」）１００に設けられた中継通信局１１のサービスリンクアンテナ（「ＨＡＰＳ基地局アンテナ」ともいう。）１１２を介して端末（以下「ＨＡＰＳ基地局端末」ともいう。）３０（１）と無線通信する。ＨＡＰＳ１００は、例えばバッテリー及び太陽光発電システムの少なくとも一方を備え電力で飛行することができる。ＨＡＰＳ１００は、図示のような飛行船型のＨＡＰＳのほか、ソーラープレーン型のＨＡＰＳであってもよい。また、中継通信局１１が設けられる飛行体又は浮揚体は、ＨＡＰＳのほか、人工衛星（例えば、通信衛星）、気球、又は、ドローン、ＵＡＳ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。また、ＨＡＰＳ１００やＵＡＶ等の飛行体又は浮揚体は、動力源として、バッテリー及びエンジンの少なくとも一方を備えて飛行してもよい。ＵＡＶは、例えば、燃料で飛行する無人飛行機、又は、バッテリー等で飛行するドローンであってもよい。
【0022】
中継通信局１１を搭載するＨＡＰＳ１００は、例えば、自律制御又は外部から制御により地面Ｇ（又は海面）からの高度Ｈが１００［ｋｍ］以下の空域（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てもよい。ＨＡＰＳ１００が位置する空域は、例えば、高度Ｈが１８［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域であってもよい。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。また、上記空域は、ＵＡＶに対しては高度０．１［ｋｍ］以上及び１８［ｋｍ］以下の空域であってもよい。また、ドローンに対しては高度０．０５［ｋｍ］以上の空域であってもよい。
【0023】
中継通信局１１は、フィーダリンク用アンテナ部（以下「ＦＬアンテナ」ともいう。）１１１と、サービスリンク用アンテナ部（ＨＡＰＳ基地局アンテナ）１１２と、を備える。中継通信局１１は、ＦＬアンテナ１１１を介して、地上（又は海上）に設けられたＨＡＰＳ用のゲートウェイ装置（以下「ＨＡＰＳ－ＧＷ」という。）１２と間でフィーダリンクＦＬの通信を行うことができる。ＦＬアンテナ１１１は、後述するように例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。
【0024】
また、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と間でサービスリンクＳＬ（１）の通信を行うことができる。ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２は、例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。
【0025】
ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、有線又は無線の通信回線により移動通信網のコアネットワーク４０に接続され、パラボラアンテナ、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナ、等からなるフィーダリンク用アンテナ部（以下「ＦＬアンテナ」ともいう。）１２１を備える。ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、ＦＬアンテナ１２１を介して、ＨＡＰＳ搭載の中継通信局１１と間でフィーダリンクＦＬの通信を行うことができる。
【0026】
地上基地局２０は、アンテナ部（以下「地上基地局アンテナ」ともいう。）２１と、光ファイバ等の有線又は無線の通信回線により移動通信網のコアネットワーク４０に接続された基地局装置２２と、を備える。基地局装置２２は、地上基地局アンテナ２１を介して、端末（以下「地上基地局端末」ともいう。）３０（２）と間でサービスリンクＳＬ（２）の通信を行うことができる。地上基地局アンテナ２１は、例えば指向方向を制御できるアレイアンテナであり、多数のアンテナ素子が２次元配列され、水平方向と垂直方向の指向性を制御できるＭａｓｓｉｖｅアンテナであってもよい。
【0027】
ＨＡＰＳ基地局１０のＨＡＰＳ－ＧＷ１２及び地上基地局２０の基地局装置２２はそれぞれ、光ファイバ等の有線又は無線の通信回線により基地局間連携制御装置（「基地局間ネットワーク連携制御装置」又は「システム間連携制御装置」ともいう。）５０に接続されている。ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は、基地局間連携制御装置５０を介して互いに時間同期され、ＨＡＰＳ基地局１０は地上基地局２０と送受信タイミングが逆となるようにタイミング制御が実行されている。
【0028】
ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０はそれぞれ、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、コアネットワーク４０や基地局間連携制御装置５０に対する外部通信インターフェース部、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と地上基地局端末３０（２）の間の無線通信を行ったり、コアネットワーク４０及び基地局間連携制御装置５０との通信を行ったりすることができる。
【0029】
本実施形態の移動通信システムにおいて、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクＳＬ（１）の通信と地上基地局２０のサービスリンクＳＬ（２）の通信には、同一無線伝送方式が使用され、サービスリンクの周波数効率を高めるために同一周波数が共用されている。同無線伝送方式としては、同一周波数で、時分割により送受信するＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式を対象とし、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの通信方式、第４世代携帯電話の通信方式、第５世代携帯電話又は、その後の次世代携帯電話の通信方式などのＴＤＤ方式を適用できる。
【0030】
ＨＡＰＳ基地局１０に接続して通信可能なＨＡＰＳ基地局端末３０（１）及び地上基地局２０に接続して通信可能な地上基地局端末３０（２）は、同じ仕様の移動通信端末３０である。端末３０は、携帯電話機、スマートフォン、移動通信機能を有する携帯パソコン等であり、携帯端末、ユーザ装置（ＵＥ）、移動局、移動機、携帯型の通信端末とも呼ばれている。端末３０は、自動車等の車両、ドローンなどの移動体に組み込まれたモジュール状の移動局であってもよいし、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスの端末装置であってもよい。
【0031】
端末３０は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれとの間の無線通信等を行うことができる。
【0032】
本実施形態のＨＡＰＳ基地局１０は、上空のＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１で構成され、又は、中継通信局１１及び地上（又は海上）に設けられたＨＡＰＳ－ＧＷ１２で構成されている。
【0033】
図２（ａ）は、実施形態の移動通信システムにおけるＨＡＰＳ基地局１０の一例を構成する中継通信局１１の構成例を示す図である。本構成例において、中継通信局１１は、サービスリンクと周波数の異なるフィーダリンクの周波数を変換する無線中継装置（以下「周波数変換リピータ」という。）である。下り回線では、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２から送信されたフィーダリンクの周波数をサービスリンクの周波数に変換し、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）に送信する。一方、上り回線では、中継通信局１１は、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）から送信されたサービスリンクの周波数をフィーダリンクの周波数に変換し、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２に送信する。
【0034】
本例におけるＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、リピータ１１３と周波数変換装置１１４とを有するリピータ中継装置（周波数変換リピータ）で構成されている。リピータ１１３は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して受信したサービスリンクＳＬ（１）の受信信号を増幅する低ノイズ増幅器、ＨＡＰＳ基地局アンテナ（ＳＬアンテナ）１２を介して送信するサービスリンクＳＬ（１）の送信信号を増幅する電力増幅器等を有する。周波数変換装置１１４は、サービスリンクＳＬ（１）の周波数とフィーダリンクＦＬの周波数との間の変換を行う。
【0035】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に対応するＨＡＰＳ－ＧＷ１２の構成例を示す図である。本例におけるＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、基地局装置１２２と周波数変換装置１２３を有する。基地局装置１２２は、サービスリンクのベースバンド信号を処理するベースバンド処理装置、バックホール回線を介してコアネットワーク４０と通信するための通信インターフェース部等を有する。周波数変換装置１２３は、基地局装置１２２に対して入出力されるサービスリンク信号の周波数と、ＦＬアンテナ１２１を介して送受信されるフィーダリンク信号の周波数との間の変換を行う。また、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、地上基地局２０との間でサービスリンクＳＬの送受信タイミングを調整したりＨＡＰＳ１００の位置情報を転送したりするために、基地局間連携制御装置５０との通信を行う機能も有する。
【0036】
図３（ａ）は、実施形態の移動通信システムにおけるＨＡＰＳ基地局１０の他の例を構成する中継通信局１１の構成例を示す図である。本構成例において、ＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、通常の地上基地局と同様な基地局装置と、ＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１とＨＡＰＳ－ＧＷとの間のフィーダリンクはサービスリンクとは異なる周波数を用いたフィーダリンク送受信機とで構成されている。フィーダリンクでは、サービスリンクとは異なり、適宜最適な無線伝送方式を選択することができる。
【0037】
本例におけるＨＡＰＳ基地局１０の中継通信局１１は、地上基地局装置２２と同等の基地局装置１１５とフィーダリンク送受信機１１６とを有する。基地局装置１１５は、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して受信したサービスリンクＳＬ（１）の受信信号を増幅する低ノイズ増幅器、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２を介して送信するサービスリンクＳＬ（１）の送信信号を増幅する電力増幅器、サービスリンクのベースバンド信号処理するベースバンド処理装置などを有する。フィーダリンク送受信機１１６は、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２との間で、ＦＬアンテナ１１１を介して送受信されるバックホール回線の信号の送信及び受信を行う。
【0038】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応するＨＡＰＳ－ＧＷ１２の構成例を示す図である。本例におけるＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、フィーダリンク送受信機１２４を有する。フィーダリンク送受信機１２４は、ＨＡＰＳ１００に搭載された上空の中継通信局１１との間で、ＦＬアンテナ１２１を介して送受信されるバックホール回線の信号の送信及び受信を行う。更に、フィーダリンク送受信機１２４は、バックホール回線を介してコアネットワーク４０と通信する。また、ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、地上基地局２０との間でサービスリンクＳＬの送受信タイミングを調整したりＨＡＰＳ１００の位置情報を転送したりするために、基地局間連携制御装置５０との通信を行う機能も有する。
【0039】
図１のようなＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０を備える構成で、ＦＤＤ方式あるいはＴＤＤ方式においてＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０が同一タイミングで電波を送信し、又はＨＡＰＳ基地局端末３０(１)と地上基地局端末３０(２)が同一タイミングで信号を送信すれば、上空のＨＡＰＳセルラシステムと地上セルラシステムとの間で干渉が発生するおそれがある。例えば、図４（ａ）に示すように、上空のＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１からＨＡＰＳ基地局端末３０（１）にＨＡＰＳ下り回線の信号を送信しているとき、そのＨＡＰＳ下り回線の送信信号が、地上基地局２０から地上下り回線の信号を受信している地上基地局端末３０（２）に到達し、地上基地局端末３０（２）へのＨＡＰＳ下り回線からの干渉が発生するおそれがある。また、図４（ｂ）に示すように、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０に地上上り回線の信号を送信しているとき、その地上上り回線の送信信号が、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）からＨＡＰＳ上り回線の信号を受信している上空のＨＡＰＳ１００の中継通信局１１に到達し、ＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１のＨＡＰＳ上り回線への地上基地局端末３０（２）からの干渉が発生するおそれがある。
【0040】
従来、複数の基地局の間の干渉を制御する技術として、前述のＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ標準に準拠したｅＩＣＩＣと呼ばれるセル間干渉制御技術が知られている。
【0041】
図５は、参考例のシステム構成にＨＡＰＳ基地局を適用した場合にセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）を適用した場合のＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０それぞれに設定される無線リソースの時間スロットの配置例を示す図である。図５に示すように、従来のセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）では、同一周波数の無線リソースを時分割して、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれに互いに異なる時間スロットを割り当てる。これにより、無線リソースが時間軸上で直交するので、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０との間の同一周波数における干渉を相互に回避することができる。しかしながら、従来のセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）では、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０それぞれにおいて無線リソース（時間スロット）を時分割して利用する。そのため、実施形態の移動通信システムに割り当てられた全周波数（全時間）を利用できず、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれのサービスリンクの通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）が低下する。特に、セル内の端末数が多い地上基地局２０に接続する地上基地局端末の通信容量が低下する。
【0042】
本実施形態では、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を回避するとともにＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０のそれぞれのサービスリンクの通信容量（最大伝送レート、ピークスループット）の低下を防止するため、各基地局１０，２０のサービスリンクの送受信方式として、移動通信の第５世代などの標準規格で採用されているＴＤＤ（時分割複信）方式を用いる。
【0043】
ＴＤＤ（時分割複信）方式では、上り回線及び下り回線で同一周波数を利用し、上り回線及び下り回線で時間スロットを時分割して利用する。例えば地上基地局２０において、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように地上基地局２０と地上基地局端末３０（２）との間の上り回線及び下り回線で同一周波数が利用される。そして、図６（ｃ）に示すように、地上基地局２０から地上基地局端末３０（２）への下り回線の送信（基地局送信）と、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０への上り回線の送信（端末送信）との間で、時間軸上の無線リソース（時間スロット）を時分割多重して利用する。
【0044】
本実施形態のＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０においてＴＤＤ（時分割複信）方式を利用する場合、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を回避する後述の干渉低減技術を適用することにより、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は同一周波数を完全に共用することができる。更に、ＨＡＰＳ基地局１０及び地上基地局２０は、移動通信システムに割り当てられた全周波数（全時間）を利用可能になるため、各基地局１０、２０のサービスリンクの通信容量の低下を防止できる。特に、セル内の端末数が多い地上基地局２０に接続する地上基地局端末の通信容量の低下を防止できる。
【0045】
従来のＴＤＤ方式を利用する複数の基地局で同一周波数を共用するシステムでは、各基地局の上下回線での干渉を回避するために、例えば図７に示すように、複数の基地局２０（１）、２０（２）の間で、基地局から端末へ送信する下り回線の基地局送信の送信タイミングを一致させるとともに、端末から基地局へ送信する上り回線の端末送信の送信タイミングを一致させるように、同期制御を行う。
【0046】
地上基地局２０を用いる地上セルラシステムの通信方式（以下「地上セルラ方式」という。）とＨＡＰＳ基地局１０を用いるＨＡＰＳセルラシステムの通信方式（以下「ＨＡＰＳセルラ方式」という。）を同時に利用すると、図８（ａ）に示すように特にサービスリンクの下り回線においては広域に信号を送信するＨＡＰＳ基地局１０からの干渉波により、地上セル２０Ｃに在圏する多くの地上基地局端末３０（２）の通信品質が劣化し、図８（ｂ）に示すように上り回線においては非常に多くの地上基地局端末３０（２）が送信する信号により、ＨＡＰＳセル１０Ｃに在圏するＨＡＰＳ基地局端末３０（１）の通信品質が劣化するおそれがある。そのため、地上セルラ方式とＨＡＰＳセルラ方式を同時に利用するためには干渉を低減するする必要がある、
【0047】
本実施形態の移動通信システムでは、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間で送信タイミング及び受信タイミングを互いに逆にしている。
【0048】
図９は、実施形態に係る移動通信システムにおけるＴＤＤ方式を用いる地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の間で送信タイミング及び受信タイミングを逆にする同期制御を行った場合の上下回線の時間スロットの配置例を示す図である。図９に示す連続する複数の送受信フレーム（無線フレーム）のそれぞれにおいて、地上基地局２０から地上基地局端末３０（２）への下り回線の送信タイミングおよび送信期間は、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）からＨＡＰＳ基地局１０への上り回線の送信タイミングおよび送信期間に一致している。一方、地上基地局端末３０（２）から地上基地局２０への上り回線の送信タイミングおよび送信期間は、ＨＡＰＳ基地局１０からＨＡＰＳ基地局端末３０（１）への下り回線の送信タイミングおよび送信期間に一致している。
【0049】
ここで、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０はＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された時刻情報を用いてそれぞれ送信を逆とする送信タイミングの調整を行ってもよい。
【0050】
図９に示すようにＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０の送信タイミングと受信タイミングを上下回線で互いに逆にすることにより、図８に示すＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０の送信タイミングと受信タイミングを上下回線で同じ場合と比べて干渉の受け方が大きく変わる。
【0051】
図１０（ａ）に示すように、地上基地局２０の下り回線はＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの上り回線となる。従って、地上基地局アンテナ２１から送信された下り送信の電波は同図に示すようにＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２に到達し、地上基地局２０の下り回線がＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンク上り回線への干渉となる。
【0052】
なお、地上基地局端末３０（２）とＨＡＰＳ基地局端末３０（１）とは比較的離れた距離に位置し、共に地上に位置していることからそれらの端末間には建物などの多くの遮蔽物が存在し、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）の上り回線の送信信号が地上基地局端末３０（２）に到達して受信される干渉信号電力は一般に無視できる程小さい。
【0053】
一方、図１０（ｂ）に示すように地上基地局２０の上り回線はＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの下り回線となる。従って、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２から送信されたサービスリンクの下り送信の電波は同図に示すように地上基地局アンテナ２１に到達し、地上基地局２０の上り回線への干渉となる。
【0054】
なお、ＨＡＰＳ基地局端末３０（１）と地上基地局端末３０（２）とは比較的離れた距離に位置し、共に地上に位置していることからそれらの端末間には建物などの多くの遮蔽物が存在し、地上基地局端末３０（２）の上り回線の送信信号がＨＡＰＳ基地局端末３０（１）に到達して受信される干渉信号電力は一般に無視できる程小さい。
【0055】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）をまとめると、図１０（ｃ）に示すように地上セルラシステムとＨＡＰＳセルラシステムが同一周波数を共用する場合は、地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２間の干渉に集約できる。すなわち、地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２との間の干渉を低減すれば、地上セルラシステムとＨＡＰＳセルラシステムは同一周波数を共用できる。
【0056】
そこで、本実施形態では、地上基地局２０が、上空のＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２の方向を推定し、図１０（ｃ）に示すようにその方向に地上基地局アンテナ２１の指向性ビームのヌルを向けるヌル・フォーミングを適用することにより、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように干渉の低減を同時に実現している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）をまとめると図１１（ｃ）となり、提案するヌル・フォーミングにより地上基地局アンテナ２１とＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナ１１２との間の干渉を同時に低減でき、地上セルラシステムとＨＡＰＳセルラシステムは同一周波数を共用できる。
上記ヌル・フォーミングは、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２の方向に地上基地局アンテナ２１の指向性のヌルを向けて、その方向の送信電力及び受信電力を大幅に抑圧するヌル・フォーミングである。
上記ヌル・フォーミングは、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２の方向に地上基地局アンテナ２１の指向性のヌルを向けて、その方向の送信電力及び受信電力を大幅に抑圧するヌル・フォーミングである。
【0057】
図１２（ａ）は、実施形態に係る地上基地局２０のアンテナ２１及び基地局装置２２の一例を示す図である。図１２（ｂ）は、同地上基地局２０におけるビームフォーミングの一例を示す図である。本実施形態では、図１２（ａ）に示すように地上基地局アンテナ２１に、多数のアンテナ素子２１０を２次元配列したアレイアンテナであるＭａｓｓｉｖｅアンテナを用いている。基地局装置２２は、送受信装置２２１とヌル・フォーミング部２２２を備える。
【0058】
ヌル・フォーミング部２２２は、地上基地局アンテナ２１の複数のアンテナ素子を介して送信する信号それぞれに所定のヌル・フォーミングを行うための振幅及び位相を生成し（以下、送信ヌル・フォーミングウェイト）、送受信装置２２１から出力される各アンテナ素子の送信信号に送信ヌル・フォーミングウェイトを重畳して送信信号を生成する送信信号処理と、地上基地局アンテナ２１の複数のアンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに所定のヌル・フォーミングを行うための振幅及び位相を生成し（以下、受信ヌル・フォーミングウェイト）、それぞれの受信信号に受信ヌル・フォーミングウェイトを重畳して送受信装置２２１への受信信号を生成する受信信号処理を行う。なお、ＴＤＤ方式では送信ヌル・フォーミングウェイトと受信ヌル・フォーミングウェイトは同一であってもよい。
【0059】
送信および受信ヌル・フォーミングウェイトは、例えば自局の地上基地局アンテナ２１の位置情報とＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２の位置情報（ＨＡＰＳ１００の位置情報）とから地上基地局から観測したＨＡＰＳ基地局の方向（水平面における水平角θ、垂直面における仰角φ）に基づいて計算される。
【0060】
地上基地局アンテナ２１のアンテナ素子数が非常に多く、例えばＭａｓｓｉｖｅ アンテナで構成されるような場合は、ヌル・フォーミング部２２２で生成する送信および受信ヌル・フォーミングウェイトを適宜制御することにより、ＨＡＰＳ基地局アンテナ１１２の方向に指向性のヌルを向けつつ、地上基地局端末３０（２）の方向に地上基地局アンテナ２１の指向性ビームＢｎｆを向けることが可能である。
【0061】
上記ヌル・フォーミングを伴うビームフォーミング制御としては、例えば、ＨＡＰＳ搭載のＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）受信機で取得された位置情報を利用してヌル・ビームフォーミングウェイトを作成する方法、地上基地局アンテナのビームフォーミング機能により、水平面、垂直面内を一定角度（Δθ、Δφ）毎にビームを走査して、ＨＡＰＳ基地局のサービスリンクアンテナで送信している下り回線信号の受信電力を測定し、その最大受信電力となる方向をＨＡＰＳの方向と推定してヌル・ビームフォーミングウェイトを作成する制御等を用いることができる。
【0062】
図１３は、実施形態に係る移動通信システムにおける基地局間連携制御装置５０を介したＨＡＰＳ搭載のＧＰＳ受信機１５の利用による地上基地局２０のビームフォーミング制御の一例を示す図である。なお、本例は、ＧＮＳＳ受信機がＧＰＳ人工衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機１５である場合の例であるが、ＧＰＳ以外の他のＧＮＳＳの人工衛星からの信号を受信するＧＮＳＳ受信機を用いてもよい。
【0063】
図１３において、上空の中継通信局１１を搭載するＨＡＰＳ１００はＧＰＳ受信機１５を備える。ＧＰＳ受信機で取得されたＨＡＰＳ１００の位置情報は、中継通信局１１からフィーダリンクＦＬを介してＨＡＰＳ－ＧＷ１２に送信される。ＨＡＰＳ－ＧＷ１２は、中継通信局１１から受信したＨＡＰＳ１００の位置情報を、基地局間連携制御装置５０を介して各地上基地局２０に転送される。
【0064】
図１４は、実施形態に係る地上基地局２０におけるＨＡＰＳ搭載のＧＰＳ受信機の利用によるアンテナのヌル・フォーミングを行う場合のアンテナ２１及び基地局装置２２の要部構成の一例を示す図である。なお、図１４において、前述の図１２（ａ）と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【0065】
図１４において、基地局装置２２は、電波到来方向推定部２２３とウェイト算出部２２４とを備える。電波到来方向推定部２２３は、自局の位置情報と、基地局間連携制御装置５０を介して転送されてきたＨＡＰＳ１００の位置情報とに基づいて、自局の位置を基準にしたＨＡＰＳ１００の方向（ＨＡＰＳ基地局のサービスアンテナの方向）の水平角θ及び仰角φを算出する。ウェイト算出部２２４は、電波到来方向推定部２２３で推定した電波到来方向を既知として、ヌル・フォーミング技術である、例えば方向拘束付出力電力最小化法ＤＣＭＰ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ）により、ヌル・フォーミングウェイトＷを算出する。ウェイト算出部２２４で算出したウェイトＷは、ヌル・フォーミング部２２２に設定され、地上基地局アンテナ２１の各アンテナ素子を介して送信される送信信号及び地上基地局アンテナ２１の各アンテナ素子を介して受信された受信信号に重畳される。
【0066】
図１５は、実施形態に係る地上基地局２０におけるＨＡＰＳ電波到来方向推定をビーム走査により行う場合の地上基地局２０のアンテナ２１及び基地局装置２２の要部構成の一例を示す図である。この例は垂直面である仰角方向のビーム走査によりＨＡＰＳの電波到来方向推定の例である。実際には、水面面及び垂直面内で一定角度（Δθ、Δφ）毎に走査を行い、受信電力が最大の方向（θ、φ）＝（ｎΔθ、ｍΔφ）（ｎ，ｍは整数）を探索する。一般に、受信電力が最大となる方向がＨＡＰＳ基地局のサービスアンテナ方向となる。なお、図１５において、前述の図１２（ａ）及び図１４と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【0067】
図１５において、基地局装置２２は、電波到来方向推定部２２３とビーム走査部２２５と受信電力測定部２２６とを備える。ビーム走査部２２５で上空の垂直面内を一定の角度ビームＢで走査しながら、アンテナ２１を介して受信した受信電力を受信電力測定部２２６で測定する。電波到来方向推定部２２３は、受信電力が最大となるビームＢの方向の水平角θ及び仰角φを、ＨＡＰＳの電波到来方向（水平角θ及び仰角φ）とする。
【0068】
図１６は、実施形態に係る地上基地局におけるＨＡＰＳ電波到来方向推定によるビームフォーミング制御を行う場合の地上基地局２０のアンテナ２１及び基地局装置２２の要部構成の他の例を示す図である。図１６の例は、電波到来角度推定によるＨＡＰＳの電波到来方向推定の例である。なお、図１６において、前述の図１２（ａ）及び図１４と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【0069】
図１６において、基地局装置２２は、電波到来方向推定部２２３と電波到来角度測定部２２７とを備える。電波到来角度測定部２２７は、ＨＡＰＳ基地局１０の下り回線送信時に、アレイアンテナ（Ｍａｓｓｉｖｅアンテナ）２１を用いて、その下り回線の電波到来角度方向（水平角θ、仰角φ）を信号処理により推定する。電波到来角度方向の推定技術としては、例えば電波到来角度測定技術「ＭＵＳＩＣ技術」がある。電波到来方向推定部２２３は、電波到来角度測定部２２７で推定された電波到来角度方向（水平角θ及び仰角φ）を、ＨＡＰＳの電波到来方向（水平角θ及び仰角φ）とする。
【0070】
図１５及び図１６のそれぞれにおいて推定されたＨＡＰＳの電波到来方向（水平角θ及び仰角φ）を既知として、前述のウェイト算出部２２４は、例えばヌル・フォーミング技術である方向拘束付出力電力最小化法ＤＣＭＰ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ）により、ウェイトＷを算出する。
【0071】
図１７及び図１８はそれぞれ、実施形態に係る地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０との間の送受信タイミングの制御の一例を示す図である。本実施形態の移動通信システムでは、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを逆にする必要があるため、システム間（基地局間）連携制御装置５０により、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信フレーム時間が逆になるように、地上基地局２０及びＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを調整する。図１７の例では、送受信タイミングの調整をＨＡＰＳ－ＧＷ１２で行っている。図１８の例では、送受信タイミングの調整をＨＡＰＳ１００に搭載された中継通信局１１で行っている。
【0072】
以上、送受信方式としてＴＤＤ方式を用いる本実施形態によれば、ＨＡＰＳ基地局（第１基地局）のサービスリンクアンテナ（ＨＡＰＳ基地局アンテナ）及び地上基地局（第２基地局）のサービスリンクアンテナ（地上基地局アンテナ）のそれぞれと端末との間の各サービスリンクにおいて同一周波数を共用することを可能とし、図５に示すセル間干渉制御技術（ｅＩＣＩＣ）のように同一周波数の共用を可能とするが端末の通信容量の低下を招くという課題を克服できる。
【0073】
また、本実施形態では、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクアンテナ（ＨＡＰＳ基地局アンテナ）及び地上基地局２０のサービスリンクアンテナ（地上基地局アンテナ）のそれぞれと端末との間の各サービスリンクにおいて、同一周波数を共用するとともに送受信方式としてＴＤＤ方式を用いて、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間で、サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングを互いに逆にする。これにより、地上基地局２０のサービスリンクの下り回線は、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの上り回線と同じタイミングとなり、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンク上り回線への、地上基地局２０と通信している端末（地上基地局端末）３０（２）からの干渉は一切なく、地上基地局２０から送信されるサービスリンクの下り回線干渉だけとなる。一方、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの下り回線は地上基地局２０のサービスリンクの上り回線と同じタイミングとなり、ＨＡＰＳ基地局１０のサービスリンクの下り回線は、地上基地局端末３０（２）の下り回線への干渉は一切なく、地上基地局２０のサービスリンクの上り回線への干渉となる。
以上のことから、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間のサービスリンクの上り回線及び下り回線の干渉は、それぞれの基地局１０、２０と通信している地上基地局端末３０（２）及びＨＡＰＳ基地局端末３０（１）へ与える干渉は一切なく、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間だけの干渉となる。
従って、ＨＡＰＳ基地局１０で構成するセル（ＨＡＰＳセル）１０Ｃと地上基地局２０で構成するセル（地上セル）２０Ｃとの間の干渉を抑圧するためには、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を抑圧するだけで十分となる。
そこで、本実施形態では、ＨＡＰＳ基地局アンテナの方向に地上基地局アンテナの指向性ビームのヌルを向けることにより、ＨＡＰＳ基地局アンテナからの下り回線の送信信号が地上基地局アンテナの上り回線への受信信号に与える干渉を低減できるとともに、地上基地局アンテナからの下り回線の送信信号がＨＡＰＳ基地局アンテナの上り回線の受信信号へ与える干渉を低減できる。
以上のことから、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間のサービスリンクの上り回線及び下り回線の干渉は、それぞれの基地局１０、２０と通信している地上基地局端末３０（２）及びＨＡＰＳ基地局端末３０（１）へ与える干渉は一切なく、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間だけの干渉となる。
従って、ＨＡＰＳ基地局１０で構成するセル（ＨＡＰＳセル）１０Ｃと地上基地局２０で構成するセル（地上セル）２０Ｃとの間の干渉を抑圧するためには、ＨＡＰＳ基地局１０と地上基地局２０との間の干渉を抑圧するだけで十分となる。
そこで、本実施形態では、ＨＡＰＳ基地局アンテナの方向に地上基地局アンテナの指向性ビームのヌルを向けることにより、ＨＡＰＳ基地局アンテナからの下り回線の送信信号が地上基地局アンテナの上り回線への受信信号に与える干渉を低減できるとともに、地上基地局アンテナからの下り回線の送信信号がＨＡＰＳ基地局アンテナの上り回線の受信信号へ与える干渉を低減できる。
【0074】
また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳサービスリンクと地上基地局の周波数を共用することで、周波数利用率を２倍に向上させることができる。
【0075】
また、本実施形態によれば、通常のＴＤＤ方式（５Ｇ等）を用いて、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送受信タイミングを変えることで（特別の変更なしに）実現することができる。
【0076】
また、本実施形態によれば、地上基地局２０では、５Ｇで一般的に用いられている基地局アレイアンテナで上方に位置するＨＡＰＳ方向にヌルを向けるビーム制御で実現することができる。特別な装置の追加は不要である。特に、ＨＡＰＳに搭載されているＧＰＳ等の情報によりＨＡＰＳ方向を容易に推定できるので、その方向にヌルを向けるヌル制御は容易である。
【0077】
また、本実施形態によれば、ＨＡＰＳ基地局１０では周波数を共用するために特別な装置や制御は不要である。
【0078】
また、本実施形態によれば、地上基地局２０とＨＡＰＳ基地局１０の送信タイミング調整は、システム（基地局）間連携制御装置５０により容易に実現することができる。
【0079】
本発明は、ＨＡＰＳ基地局及び地上基地局での周波数利用効率を向上させることができるとともに端末の通信容量の低下を防止することができ、ＨＡＰＳ基地局及び地上基地局に特別な装置を追加することなく、ＨＡＰＳ基地局と地上基地局で周波数共用を実現できるシステムを提供できるため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。
【0080】
なお、本明細書で説明された処理工程並びに移動通信システム、上空中継型基地局、ＨＡＰＳセルラシステム、地上基地局、地上セルラシステム、中継通信局、ＨＡＰＳ－ＧＷ、端末（ユーザ装置、移動局、移動機）及び基地局間連携制御装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの処理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。
【0081】
ハードウェア実装については、実体（例えば、各種の無線通信装置、無線中継装置、ＮｏｄｅＢ、サーバ、ゲートウェイ、交換機、コンピュータ、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）において上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。
【0082】
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、上記構成要素を実現するために用いられる手段は、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上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。
【0083】
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】
【0084】
１０ ：ＨＡＰＳ基地局（上空中継型基地局）
１０Ｃ ：ＨＡＰＳセル
１１ ：中継通信局
１２ ：ＨＡＰＳ－ＧＷ
１５ ：ＧＰＳ受信機
２０ ：地上基地局
２０Ｃ ：地上セル
２１ ：地上基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
２２ ：基地局装置
３０ ：端末
３０（１） ：ＨＡＰＳ基地局端末
３０（２） ：地上基地局端末
４０ ：コアネットワーク
５０ ：基地局間連携制御装置
１００ ：ＨＡＰＳ
１１１ ：ＦＬアンテナ
１１２ ：ＨＡＰＳ基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
１１３ ：リピータ
１１４ ：周波数変換装置
１１５ ：基地局装置
１１６ ：フィーダリンク送受信機
１２１ ：ＦＬアンテナ
１２２ ：基地局装置
１２３ ：周波数変換装置
１２４ ：フィーダリンク送受信機
２１０ ：アンテナ素子
２２１ ：送受信装置
２２２ ：ヌル・フォーミング部
２２３ ：電波到来方向推定部
２２４ ：ウェイト算出部
２２５ ：ビーム走査部
２２６ ：受信電力測定部
２２７ ：電波到来角度測定部
１０Ｃ ：ＨＡＰＳセル
１１ ：中継通信局
１２ ：ＨＡＰＳ－ＧＷ
１５ ：ＧＰＳ受信機
２０ ：地上基地局
２０Ｃ ：地上セル
２１ ：地上基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
２２ ：基地局装置
３０ ：端末
３０（１） ：ＨＡＰＳ基地局端末
３０（２） ：地上基地局端末
４０ ：コアネットワーク
５０ ：基地局間連携制御装置
１００ ：ＨＡＰＳ
１１１ ：ＦＬアンテナ
１１２ ：ＨＡＰＳ基地局アンテナ（サービスリンクアンテナ）
１１３ ：リピータ
１１４ ：周波数変換装置
１１５ ：基地局装置
１１６ ：フィーダリンク送受信機
１２１ ：ＦＬアンテナ
１２２ ：基地局装置
１２３ ：周波数変換装置
１２４ ：フィーダリンク送受信機
２１０ ：アンテナ素子
２２１ ：送受信装置
２２２ ：ヌル・フォーミング部
２２３ ：電波到来方向推定部
２２４ ：ウェイト算出部
２２５ ：ビーム走査部
２２６ ：受信電力測定部
２２７ ：電波到来角度測定部
【要約】
【課題】上空の飛行体等（ＵＡＶ，ＨＡＰＳ，通信衛星を含む）に設けたアンテナを有する上空中継型基地局と地上基地局とを備える移動通信システムにおいて、周波数利用効率の向上を図り、端末の通信容量の低下を防止するとともに、各基地局のサービスリンクの上り回線及び下り回線における干渉を低減する。
【解決手段】上空中継型基地局及び地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行う。サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングは、上空中継型基地局と地上基地局との間で互いに逆である。地上基地局は、中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定し、推定した中継通信局のサービスリンクアンテナの方向に地上基地局のサービスリンクアンテナの指向性ビームのヌルを向けるように制御する。
【選択図】図９
【解決手段】上空中継型基地局及び地上基地局はそれぞれ、同一周波数を用いるＴＤＤ（時分割複信）方式により端末との間のサービスリンクの無線通信を行う。サービスリンクにおけるＴＤＤ方式の無線通信の送信タイミング及び受信タイミングは、上空中継型基地局と地上基地局との間で互いに逆である。地上基地局は、中継通信局のサービスリンクアンテナの方向を推定し、推定した中継通信局のサービスリンクアンテナの方向に地上基地局のサービスリンクアンテナの指向性ビームのヌルを向けるように制御する。
【選択図】図９
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
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【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
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【図16】
【図17】
【図18】