特許 7572640 無線通信システム、通信装置、中継装置及び無線通信方法

(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】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】無線通信システム、通信装置、中継装置及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/005 20060101AFI20241017BHJP

   H04B 7/155 20060101ALN20241017BHJP

   H04B 7/185 20060101ALN20241017BHJP

【ＦＩ】

H04B7/005

H04B7/155

H04B7/185

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022570855

(86)(22)【出願日】2020-12-23

(86)【国際出願番号】 JP2020048183

(87)【国際公開番号】W WO2022137391

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-05-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂元 一光

(72)【発明者】

【氏名】吉澤 健人

(72)【発明者】

【氏名】藤野 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】五藤 大介

(72)【発明者】

【氏名】小島 康義

(72)【発明者】

【氏名】糸川 喜代彦

【審査官】後澤 瑞征

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－１０７３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２６１２１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／００５

Ｈ０４Ｂ ７／１５５

Ｈ０４Ｂ ７／１８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信対象エリアに位置している１以上の通信装置と、移動体に搭載可能な中継装置とを備える無線通信システムであって、
前記中継装置は、
アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成するタイミング制御部と、
前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信する第１送信部とを有し、
前記通信装置は、
前記送信許可信号を前記中継装置から取得する受信部と、
前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定める送信制御部と、
前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する第２送信部とを有し、
前記送信制御部は、所定の上限値に基づいて導出された０以上のバックオフカウンタ値から、減算に用いられる変数値である減算値を減算し、前記バックオフカウンタ値が０以下となったタイミングを前記送信タイミングと定め、
前記バックオフカウンタ値は、前記所定の上限値を上限とする乱数値であり、
前記タイミング制御部は、前記送信タイミングの予測値に基づいて、前記所定の上限値を更新する、
無線通信システム。

【請求項2】

前記タイミング制御部は、前記送信許可信号の送信レベルを定め、
前記第１送信部は、定められた前記送信レベルのビームで前記送信許可信号を前記通信対象エリアに送信し、
前記送信制御部は、前記減算値を前記送信許可信号の受信レベルが高いほど大きい値に導出し、前記所定の上限値に基づいて導出された０以上のバックオフカウンタ値から前記減算値を減算し、前記バックオフカウンタ値が０以下となったタイミングを前記送信タイミングと定める、
請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記第１送信部は、前記通信対象エリアにおいて前記ビームのパターンが前記中継装置の移動方向の後方に広がるように、アンテナを用いて、前記中継装置の移動方向の後方に前記ビームを傾ける、
請求項２に記載の無線通信システム。

【請求項4】

前記タイミング制御部は、前記通信装置の密集度が所定閾値以上である地域が前記中継装置の移動方向における地上の前記通信対象エリアにある場合、前記密集度が所定閾値以上である地域の前記通信装置における前記送信許可信号の受信レベルが所定レベル以上となるように、前記送信許可信号のビームの方向と前記送信許可信号の送信レベルとを制御する、
請求項３に記載の無線通信システム。

【請求項5】

通信対象エリアに位置している１以上の通信装置と、移動体に搭載可能な中継装置とを備える無線通信システムであって、
前記中継装置は、
アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成するタイミング制御部と、
前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信する第１送信部とを有し、
前記通信装置は、
前記送信許可信号を前記中継装置から取得する受信部と、
前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定める送信制御部と、
前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する第２送信部とを有し、
前記タイミング制御部は、前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど前記アップリンク信号の送信タイミングを早くするパラメータを、前記送信許可信号に含め、
前記第１送信部は、前記パラメータを含む前記送信許可信号を、前記通信対象エリアの各小エリアに時分割で送信し、
前記送信制御部は、前記パラメータに基づいて前記送信タイミングを定める、
無線通信システム。

【請求項6】

前記移動体は、低軌道衛星である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無線通信システム。

【請求項7】

通信対象エリアに位置しており、移動体に搭載可能な中継装置にアップリンク信号を送信する通信装置であって、
前記アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を、前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信する前記中継装置から取得する受信部と、
前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定める送信制御部と、
前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する送信部と
を備え、
前記送信制御部は、所定の上限値に基づいて導出された０以上のバックオフカウンタ値から、減算に用いられる変数値である減算値を減算し、前記バックオフカウンタ値が０以下となったタイミングを前記送信タイミングと定め、
前記バックオフカウンタ値は、前記所定の上限値を上限とする乱数値であり、
前記中継装置は、前記送信タイミングの予測値に基づいて、前記所定の上限値を更新する、
通信装置。

【請求項8】

移動体に搭載可能な中継装置であり、通信対象エリアの各小エリアに位置している１以上の通信装置から、アップリンク信号を取得する中継装置であって、
前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど前記アップリンク信号の送信タイミングを早くするパラメータを、前記アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号に含めるタイミング制御部と、
前記パラメータを含む前記送信許可信号を、前記通信対象エリアの各小エリアに時分割で送信する送信部と、
を備える中継装置。

【請求項9】

無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
通信対象エリアに位置している１以上の通信装置と、移動体に搭載可能な中継装置とを備える無線通信システムであって、
前記中継装置は、
アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成し、
前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信し、
前記通信装置は、
前記送信許可信号を前記中継装置から取得し、
前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定め、
前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信することを含み、
前記通信装置は、所定の上限値に基づいて導出された０以上のバックオフカウンタ値から、減算に用いられる変数値である減算値を減算し、前記バックオフカウンタ値が０以下となったタイミングを前記送信タイミングと定め、
前記バックオフカウンタ値は、前記所定の上限値を上限とする乱数値であり、
前記中継装置は、前記送信タイミングの予測値に基づいて、前記所定の上限値を更新することを含む、
無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システム、通信装置、中継装置及び無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

小型の端末装置をインターネットに接続させることによって様々なアプリケーションを実現するＩｏＴ（Internet of Things）システムが普及している。センシングによって得られた環境情報（例えば、気温、室温、加速度、及び光度など）を複数のＩｏＴ端末が無線信号によりクラウド側に送信し、クラウド側が環境情報を収集するシステムが、ＩｏＴシステムの応用例として知られている。各種センサを備えるＩｏＴ端末は、様々な場所（例えば、海上のブイ、船舶、及び山岳地帯）に設置される。基地局の設置が困難な場所のデータを収集するためにＩｏＴを活用することも想定されている。

【0003】

一方で、通信衛星又は無人航空機（Unmanned Aerial Vehicle：UAV）などを中継局として、地上の複数の通信装置と中継局との間で無線通信を行う無線システムがある。通信衛星を中継局とする無線システムとして、高度１，０００ｋｍ前後の低い軌道を周回する低軌道衛星（ＬＥＯ：Low Earth Orbit）が用いられる場合と、高度３６，０００ｋｍを周回する静止衛星（ＧＥＯ：Geostationary Orbit）が用いられる場合とがある。低軌道衛星の無線信号の伝搬距離は、静止衛星の無線信号の伝搬距離に比べて短い。このため、低軌道衛星が無線信号の中継局とされた場合、低遅延かつ低伝搬損失な通信の実現が可能である。また、この場合、低軌道衛星や地上の通信装置に備えられる高周波回路の構成は簡易になる。しかしながら、静止衛星とは異なり、低軌道衛星は地球の上空を周回するので、地上の通信装置から見た低軌道衛星の方向は常時変化する。地上の各通信装置における低軌道衛星の一周回当たりの可視時間は数分である。そのため、低軌道衛星と地上の各通信装置とが通信可能な時間帯は制限される。

【0004】

一方で、ＩｏＴ端末の通信に適した低電力かつ低伝送レートで広域通信が可能な無線システムとして、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）が知られている。昨今、ＬＰＷＡを用いてＩｏＴ端末からデータを収集する通信衛星を備える衛星ＩｏＴシステムの検討が行われている。一般的に、通信衛星と地上の通信装置との間の無線通信は、地上の複数の通信装置の間で直接通信を行う無線通信に比べて伝搬距離が長い。しかしながら、低軌道衛星を用いることによりＬＰＷＡの適用が可能になる。このような衛星ＩｏＴシステムの場合、通常のＬＰＷＡのみでは困難であった、航空分野、船舶分野、及びルーラルエリアでのＩｏＴ端末の収容が可能になる。また、この場合、ハブ局を必要としないためサービス展開が容易になる。

【0005】

昨今、ＩｏＴ端末数は増加の一途をたどっている。また、ＬＰＷＡはデータレートが低いため、ＩｏＴ端末がデータを送信している時間が相対的に長くなる。そのため、ＩｏＴ端末数の増加とともにデータパケットの衝突の増加が懸念される。これに対し、ＬＰＷＡネットワークにおける端末の自律分散的な送信スケジュール制御により、基地局におけるデータ受信時の衝突を回避する手法がある。この手法では、各端末の送信タイミングが位相振動子モデルで表現される。各端末は、送信するデータが発生した際には、自身の位相が０になるまで待機してから送信を行う。当該手法は、全端末の位相が互いに等間隔となる逆相同期状態を実現することでデータの衝突を回避させるものである。

【0006】

また、低軌道衛星からの送信許可信号を契機に地上の多数のＩｏＴ端末が端末アップリンク信号を低軌道衛星に送信する際の衝突回避手段として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式におけるバックオフアルゴリズムを活用することが有効である（非特許文献１参照）。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、ＩＥＥＥ８０２．１１で標準規格化された無線ＬＡＮシステムで採用されている方式である。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、低軌道衛星からの送信許可信号を受信したＩｏＴ端末が、０からＣＷ（Contention Window）までの範囲で一様分布する乱数を、バックオフカウンタに設定する。ＩｏＴ端末がバックオフカウンタを単位時間毎に１ずつ減少させて、バックオフカウンタが０になったタイミングで、ＩｏＴ端末が端末アップリンク信号を低軌道衛星に送信する。これによって、多数のＩｏＴ端末の送信タイミングを均一に分散させ、衝突確率を低減することが可能である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】IEEE Std 802.11-2012, “9.3.3 Random backoff time,” pp.836-837, March 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ＩｏＴシステムでは、通信の信頼性を確保するため、各ＩｏＴ端末が基地局へそれぞれ複数回データ送信を繰り返すことがある。また、多数のＩｏＴ端末がデータを送信することから、スロット数を超える送信機会が生じることがある。このように、ＩｏＴシステムでは、通信の混雑度が変動する場合がある。しかしながら、従来では、各端末に与えられた互いに異なるタイミングで、単に一律に、端末がデータを送信する。また、当該手法は、基地局の占有状況に応じて送信スケジュールを制御するものではない。そのため、従来では、通信の混雑度が変動する場合において、データの衝突が発生し、通信の信頼性が低下することがある。また、非特許文献１に記載の方法によってデータの送信タイミングを単に分散させる送信タイミング制御では、通信の信頼性低下を抑制することができない場合がある。

【0009】

上記事情に鑑み、本発明は、通信の信頼性低下を抑制することができる無線通信システム、通信装置、中継装置及び無線通信方法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】

【0010】

本発明の一態様は、通信対象エリアに位置している１以上の通信装置と、移動体に搭載可能な中継装置とを備える無線通信システムであって、前記中継装置は、アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成するタイミング制御部と、前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信する第１送信部とを有し、前記通信装置は、前記送信許可信号を前記中継装置から取得する受信部と、前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定める送信制御部と、前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する第２送信部とを有する、無線通信システムである。

【0011】

本発明の一態様は、無線通信システムが実行する無線通信方法であって、通信対象エリアに位置している１以上の通信装置と、移動体に搭載可能な中継装置とを備える無線通信システムであって、前記中継装置は、アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成し、前記送信許可信号をビームで前記通信対象エリアに送信し、前記通信装置は、前記送信許可信号を前記中継装置から取得し、前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定め、前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する、を含む無線通信方法である。

【0012】

本発明の一態様は、通信対象エリアに位置しており、移動体に搭載可能な中継装置にアップリンク信号を送信する通信装置であって、前記アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号を前記中継装置から取得する受信部と、前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど早い送信タイミングを前記送信許可信号に基づいて定める送信制御部と、前記送信タイミングにおいて前記アップリンク信号を前記中継装置に送信する送信部とを備える通信装置である。

【0013】

本発明の一態様は、移動体に搭載可能な中継装置であり、通信対象エリアの各小エリアに位置している１以上の通信装置から、アップリンク信号を取得する中継装置であって、前記通信装置から見た前記中継装置の仰角が大きいほど前記アップリンク信号の送信タイミングを早くするパラメータを、前記アップリンク信号の送信許可を表す信号である送信許可信号に含めるタイミング制御部と、前記パラメータを含む前記送信許可信号を、前記通信対象エリアの各小エリアに時分割で送信する送信部と、を備える中継装置である。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、通信の信頼性低下を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態による、無線通信システムの構成図である。

【図2】第１の実施形態による、各端末局に対する移動中継局の位置と、各端末局における送信許可信号の受信レベルに基づく変数値との関係例を示す図である。

【図3】第１の実施形態による、無線通信システムのデータ収集処理を示すフロー図である。

【図4】第１の実施形態による、無線通信システムのデータ収集処理を示すフロー図である。

【図5】第１の実施形態による、無線通信システムの送信制御処理を示すフロー図である。

【図6】第２の実施形態による、無線通信システムの構成図である。

【図7】第２の実施形態による、各端末局に対する移動中継局の位置と、特定の端末局における送信許可信号の受信レベルに基づく変数値との関係例を示す図である。

【図8】第３の実施形態による、無線通信システムのデータ収集処理を示すフロー図である。

【図9】第５の実施形態による、無線通信システムの構成図である。

【図10】第５の実施形態による、通信対象エリアの近傍の上空を移動中の移動中継局から見た地上の通信対象エリアの図である。

【図11】第５の実施形態による、無線通信システムのデータ収集処理を示すフロー図である。

【図12】第５の実施形態による、無線通信システムの送信制御処理を示すフロー図である。

【図13】第５の実施形態の第１の変形例による、無線通信システムの構成図である。

【図14】第５の実施形態の第２の変形例による、無線通信システムの構成図である。

【図15】第５の実施形態の第３の変形例による、無線通信システムの構成図である。

【図16】第５の実施形態の第４の変形例による、無線通信システムの構成図である。

【図17】各実施形態による、移動中継局のハードウェア構成の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４のそれぞれの数は任意であるが、端末局３の台数は多数であることが想定される。無線通信システム１は、即時性が要求されない情報の伝送を行う通信システムである。複数の端末局３からそれぞれ送信された情報は、移動中継局２を介して伝送され、基地局４によって収集される。

【0017】

移動中継局２は、移動体に搭載され、通信可能なエリアが時間の経過により移動する中継装置の一例である。移動中継局２は、例えば、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。ＬＥＯ衛星の高度は２０００ｋｍ以下であり、ＬＥＯ衛星は地球の上空を１周約１．５時間程度で周回する。端末局３及び基地局４は、地上や海上など地球上に設置される。複数の端末局３は、互いに異なる場所に存在する。端末局３は、例えば、ＩｏＴ端末である。端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、無線信号により移動中継局２に送信する。図１では、２台の端末局３のみが示されている。移動中継局２は、複数の端末局３のそれぞれから送信されたデータを、地球の上空を移動しながら、無線信号により受信する。移動中継局２は、受信したこれらの無線信号から抽出されたデータを蓄積する。移動中継局２は、基地局４との通信が可能なタイミングで、蓄積されたデータを一括して基地局４に無線送信する。基地局４は、端末局３が収集したデータを、移動中継局２から取得する。

【0018】

静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を移動中継局２として用いることが考えられる。しかし、中継局が静止衛星に搭載された場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、静止衛星の高度が高いので、地上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、中継局がドローンやＨＡＰＳに搭載された場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアは狭い。さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳには太陽光パネルが必要である。本実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は大気圏外を周回するので、ＬＥＯ衛星への空気抵抗が小さく、ＬＥＯ衛星の燃料消費は少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局が搭載された場合と比較して、ＬＥＯ衛星のフットプリントも大きい。

【0019】

ＬＥＯ衛星に搭載された移動中継局２は、高速で移動しながら通信を行うので、個々の端末局３や基地局４が移動中継局２と通信可能な時間は限られる。具体的には、移動中継局２を地上の端末局３から見ると、移動中継局２は、端末局３の上空を数分程度で通り過ぎる。また、端末局３には、様々な仕様の無線通信方式が使用される。そこで、移動中継局２は、移動中の現在位置におけるカバレッジ内の端末局３から、端末アップリンク信号を受信する。移動中継局２は、受信した端末アップリンク信号の波形データを保存する。移動中継局２は、カバレッジに基地局４が存在するタイミングにおいて、端末アップリンク信号の波形データを含む基地局ダウンリンク信号を、基地局４に無線送信する。基地局４は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号の波形データを得る。基地局４は、波形データが表す端末アップリンク信号のシンボルに対して復号を行うことにより、端末局３が送信したデータである端末送信データを得る。

【0020】

なお、本実施形態による無線通信システム１では、移動中継局２と端末局３とが、一例としてＬＰＷＡを用いて無線通信を行う。各々の端末局３は、通信の信頼性を確保するために、同一の端末アップリンク信号を移動中継局２に複数回送信することがある。さらに、前述のとおり、端末局３の台数は多数であることが想定される。このような構成により、移動中継局２に端末局３から送信される端末アップリンク信号（データ）の通信量が増大し、通信帯域が逼迫する場合がある。本実施形態による無線通信システム１は、通信帯域の逼迫を防ぐために、端末局３から移動中継局２への端末アップリンク信号の送信における送信タイミングを制御する。

【0021】

具体的には、移動中継局２は、端末アップリンク信号（移動中継局への無線信号）を送信することを許可することを示す送信許可信号を、端末ダウンリンク信号（端末局への無線信号）を用いて端末局３に事前に送信する。端末局３は、端末ダウンリンク信号に含まれている送信許可信号の受信レベル（電力レベル）に応じて、移動中継局２への端末アップリンク信号の送信タイミングを調整する。このように、移動中継局２は、端末ダウンリンク信号の送信方法を工夫することによって、端末局３の端末アップリンク信号の送信確率を制御する。

【0022】

また、端末ダウンリンク信号には、上限値が含まれる。この上限値は、コンテンション・ウィンドウ（Contention Window : CW）の値である。この上限値は、例えば、１時間における端末アップリンク信号の送信回数の平均又は上限が２回であることを表してもよい。低軌道衛星に搭載されている移動中継局２は、地球を周回することによって、通信対象エリア又はその近傍の上空を１回以上通過する。端末局３は、受信した端末ダウンリンク信号に含まれている上限値に基づいて、単位時間における端末アップリンク信号の送信回数を決定する。

【0023】

なお、端末局３から移動中継局２への端末アップリンク信号の送信において送信タイミング及び送信回数を制御するための処理（以下、「送信制御処理」という。）における各装置の構成及び動作の詳細については後述される。以下、各々の端末局３から送信された環境データ等のデータを、移動中継局２を介して基地局４が収集するための処理（以下、「データ収集処理」という。）における各装置の構成及び動作の詳細についてまず説明する。

【0024】

（データ収集処理）
データ収集処理における各装置の構成を説明する。
移動中継局２は、複数のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４と、アンテナ２５とを備える。

【0025】

端末通信部２２は、複数の受信部２２１と、複数の受信波形記録部２２２と、複数の周波数変換部２２７とを有する。受信部２２１は、複数のアンテナ２１を用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により、端末アップリンク信号を受信する。周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号（ＲＦ（Radio Frequency）信号）に対して、周波数変調処理を実行する。すなわち、周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号を、直交復調器等を用いてベースバンド信号に変換する。受信波形記録部２２２は、端末アップリンク信号の受信波形（ベースバンド信号）をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。受信波形記録部２２２は、アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、生成した波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込む。データ記憶部２３は、受信波形記録部２２２によって書き込まれた受信波形情報を記憶する。

【0026】

基地局通信部２４は、任意の無線通信方式の基地局ダウンリンク信号により、受信波形情報を基地局４に送信する。基地局通信部２４は、記憶部２４１と、制御部２４２と、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。記憶部２４１は、ＬＥＯの軌道情報に基づいて導出された送信タイミングを記憶する。送信時刻は、例えば、送信タイミングからの所定経過時間で表されてもよい。なお、ＬＥＯの軌道情報は、任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。

【0027】

制御部２４２は、軌道情報に基づいて導出された送信タイミングにおいて受信波形情報を基地局４に送信するように、送信データ変調部２４３及び送信部２４４を制御する。送信データ変調部２４３は、受信波形情報を送信データとしてデータ記憶部２３から読み出し、読み出した送信データを変調して基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、基地局ダウンリンク信号を電気信号（ベースバンド信号）から無線信号（ＲＦ信号）に変換し、無線信号をアンテナ２５から送信する。

【0028】

端末局３は、データ記憶部３１と、送信部３２と、１本または複数本のアンテナ３３とを備える。データ記憶部３１は、センサデータなどを記憶する。送信部３２は、センサデータを端末送信データとしてデータ記憶部３１から読み出し、読み出した端末送信データを含む端末アップリンク信号を、無線信号によりアンテナ３３から送信する。送信部３２は、ＬＰＷＡにより信号を送信する。ＬＰＷＡには、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）、Ｓｉｇｆｏｘ（登録商標）、ＬＴＥ－Ｍ（Long Term Evolution for Machines）、ＮＢ（Narrow Band）－ＩｏＴ等があるが、任意の無線通信方式を用いることができる。また、送信部３２は、時分割多重又は直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：OFDM）などにより、他の端末局３との送信を行ってもよい。送信部３２は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末アップリンク信号の送信に使用するチャネル及び送信タイミングを決定する。また、送信部は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、複数本のアンテナ３３から送信する信号のビーム形成を行ってもよい。

【0029】

基地局４は、アンテナ４１と、受信部４２と、基地局信号受信処理部４３と、端末信号受信処理部４４とを備える。

【0030】

受信部４２は、アンテナ４１により受信した基地局ダウンリンク信号を、電気信号（ＲＦ信号）に変換する。基地局信号受信処理部４３は、受信部４２によって電気信号に変換された受信信号（ベースバンド信号）から、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。

【0031】

端末信号受信処理部４４は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４４は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って、端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４４は、信号処理部４４１と、端末信号復号部４４２とを備える。

【0032】

信号処理部４４１は、受信波形情報から同じ受信時刻の波形データを読み出す。信号処理部４４１は、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子に対応付けられた波形データが表す信号に対して、周波数変換処理を実行する。信号処理部４４１は、得られたそれぞれの受信波形情報（ベースバンド信号）に対してフレーム検出やドップラーシフト補償、オフラインビーム制御等を実行することによって、シンボルを得る。信号処理部４４１は、得られたシンボルを端末信号復号部４４２に出力する。信号処理部４４１は、移動中継局２のアンテナ２１が受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を波形データが示す信号に対して行ってから、フレーム検出を行ってもよい。アンテナ２１が受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２が搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め導出される。オフラインビーム制御とは、移動中継局２が受信ビーム制御を行うのではなく、記録された波形データが基地局４に移動中継局２から送信され、基地局４が後処理として実行する受信ビーム制御である。端末信号復号部４４２は、信号処理部４４１から入力されたシンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。

【0033】

以下、バックオフカウンタに設定される値を「バックオフカウンタ値」という。以下、バックオフカウンタ値の減算に用いられる変数値を「減算値」という。減算値は、例えば、０から１までの範囲内の値（実数）である。例えば、減算値がバックオフカウンタ値から減算されることによって、バックオフカウンタは更新される。バックオフカウンタ値「ｘ」は、例えば、予め定められたコンテンション・ウィンドウ・サイズ（上限値）を上限とする乱数値である。

【0034】

端末信号受信処理部４４は、各端末局３の位置情報を記憶部４５に記録する。記憶部４５は、各端末局３の位置情報を記憶する。また、記憶部４５は、移動中継局２の軌道情報を予め記憶している。また、記憶部４５は、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４の位置とに基づいて予め計算された送信開始タイミングを記憶する。

【0035】

図２は、各端末局３に対する移動中継局２の位置と、各端末局３における送信許可信号の受信レベルに基づく変数値（減算値）との関係例を示す図である。図２では、通信対象エリア又はその近傍の上空を移動中の低軌道衛星に、移動中継局２が搭載されている。一般に、移動中継局２の仰角が大きいほど、各端末局３から送信された端末アップリンク信号の分離は容易になる。

【0036】

各端末局３は、ビーム１００を用いてアンテナ２１から送信された送信許可信号の受信レベルが高いほど、減算値を大きい値に定める。図２では、Ｍ台（Ｍは１以上の整数）が、通信対象エリア内に位置している。図２に示された各端末局３に記載の値は、減算値の例を表す。例えば、端末局３－１の減算値は、一例として、「０．２」である。

【0037】

端末局３は、送信許可信号の受信レベルに応じて、送信確率を変化させる。例えば、移動中継局２の仰角が大きいほど、送信許可信号の受信レベルは高い。そこで、端末局３は、送信許可信号の受信レベルが高いほど、端末アップリンク信号の送信確率を高くする。すなわち、端末局３は、移動中継局２の仰角が大きいほど、端末アップリンク信号の送信確率を高くする。

【0038】

各端末局３は、移動中継局２と通信可能なタイミングで、自己位置を示す位置情報を移動中継局２へ送信してもよい。移動中継局２は、各々の端末局３の位置情報を含む波形データを収集し、蓄積してもよい。移動中継局２は、基地局４と通信可能なタイミングで、蓄積された各々の端末局３の位置情報を含む波形データを基地局４へ送信してもよい。

【0039】

移動中継局２は、送信ビームを用いて地上の通信対象エリアに照射される送信許可信号の送信ビームパターンを制御することによって、通信対象エリア内の端末局３における送信許可信号の受信レベルを制御する。これによって、移動中継局２は、各端末局３の端末アップリンク信号の送信確率を、通信対象エリアを分割する小エリアごとに制御する。

【0040】

なお、移動中継局２は、地上の通信対象エリアにおいて送信ビームパターンが移動中継局２の移動方向の後方に広がるように、移動中継局２の移動方向の後方にビーム１００（送信ビーム）を傾けてもよい。これによって、移動中継局２が上空を過ぎ去った端末局３の端末アップリンク信号の送信確率を高くすることが可能である。

【0041】

データ収集処理における無線通信システム１の動作を説明する。
図３は、端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。端末局３は、外部又は内部に備えられた図示しないセンサが検出したデータを随時取得し、取得したデータをデータ記憶部３１に書き込む（ステップＳ１１１）。送信部３２は、センサデータを端末送信データとしてデータ記憶部３１から読み出す。送信部３２は、移動中継局２を搭載したＬＥＯ衛星から送信された送信許可信号の受信レベルに基づいて予め得られた送信タイミングにおいて、端末送信データを含む端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線送信する（ステップＳ１１２）。端末局３は、ステップＳ１１１からの処理を繰り返す。

【0042】

移動中継局２の受信部２２１は、端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信する（ステップＳ１２１）。送信元の端末局３の無線通信方式によって、同一の周波数については時分割で１台の端末局３からのみ端末アップリンク信号を受信する場合がある。受信波形記録部２２２は、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の波形を表す波形データと、受信時刻とを対応付けた受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む（ステップＳ１２２）。移動中継局２は、ステップＳ１２１からの処理を繰り返す。

【0043】

図４は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。移動中継局２の基地局通信部２４が有する制御部２４２は、軌道情報に基づいて導出された送信タイミングになったことを検出した場合、受信波形情報の送信を送信データ変調部２４３及び送信部２４４に指示する（ステップＳ２１１）。送信データ変調部２４３は、データ記憶部２３に蓄積していた受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データを変調し、基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が生成した基地局ダウンリンク信号を、無線信号によりアンテナ２５から送信する（ステップＳ２１２）。移動中継局２は、ステップＳ２１１からの処理を繰り返す。

【0044】

基地局４のアンテナ４１は、基地局ダウンリンク信号を移動中継局２から受信する（ステップＳ２２１）。受信部４２は、アンテナ４１が受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号の受信信号に変換して、基地局信号受信処理部４３に出力する。基地局信号受信処理部４３は、受信信号から受信波形情報を得る（ステップＳ２２２）。基地局信号受信処理部４３は、得られた受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。

【0045】

端末信号受信処理部４４は、受信波形情報に含まれる波形データが表す端末アップリンク信号の受信処理を行う（ステップＳ２２３）。具体的には、信号処理部４４１は、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいてフレーム検出を実行することによって、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。信号処理部４４１は、波形データが表す受信信号に対してフレーム検出やドップラーシフト補償、オフラインビーム制御等を実行することによって、シンボルを得る。信号処理部４４１は、シンボルを端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復号部４４２は、信号処理部４４１から入力されたシンボルを、特定された無線通信方式により復号する。これによって、端末信号復号部４４２は、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４４２は、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）のように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。基地局４は、ステップＳ２２１からの処理を繰り返す。

【0046】

（送信制御処理）
送信制御処理における各装置の構成を説明する。
移動中継局２と基地局４の一部との構成について説明する。図１に示されるように、移動中継局２は、タイミング制御部２２４と、記憶部２２５と、送信部２２６とをさらに備える。

【0047】

移動中継局２のタイミング制御部２２４は、送信許可信号を含む端末ダウンリンク信号を、端末局３に送信するタイミングを制御する。前述のとおり、送信許可信号は、端末局３に対し、環境データ等のデータを移動中継局２に送信することを許可することを示す制御信号である。タイミング制御部２２４は、上限値を含む端末ダウンリンク信号を生成する。

【0048】

送信部２２６は、タイミング制御部２２４によって生成された端末ダウンリンク信号を取得する。送信部２２６は、送信許可信号と上限値とを含む端末ダウンリンク信号を、無線信号によりアンテナ２１から送信する。送信部２２６は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末ダウンリンク信号の送信に使用するチャネルを決定する。送信部２２６が端末ダウンリンク信号を送信するタイミングは、タイミング制御部２２４によって制御される。

【0049】

前述の通り、移動中継局２は、例えば、地球の上空を所定の周期で周回するＬＥＯ衛星などに備えられる。タイミング制御部２２４は、上限値を端末ダウンリンク信号に含める。タイミング制御部２２４は、例えば、過去のほぼ同一時間帯においてほぼ同一の端末局３から端末アップリンク信号を受信した際に生成された上限値を、端末ダウンリンク信号に含めてもよい。また、タイミング制御部２２４は、端末局３に端末ダウンリンク信号を送信するタイミングの直前（例えば１分前）に生成された上限値を、端末ダウンリンク信号に含めてもよい。

【0050】

記憶部２２５は、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星から送信された送信許可信号の受信レベルに基づいて端末局３において予め導出された送信タイミングの予測値を、端末局３ごとに記憶してもよい。また、各端末局３の送信タイミングの予測値に基づいて、上限値が更新されてもよい。

【0051】

また、記憶部２２５は、端末局３を識別する端末識別情報、及び端末局３の位置を示す位置情報を予め記憶している。タイミング制御部２２４は、現在の自局の位置と端末局３の位置とに基づいて、送信許可信号の通知対象とされる端末局３を決定する。タイミング制御部２２４は、特定された端末局３の端末識別情報を特定する。タイミング制御部２２４は、特定された端末識別情報を送信許可信号に含めてもよい。

【0052】

端末局３の構成について説明する。図１に示されるように、端末局３は、受信部３４と、送信制御部３５とをさらに備える。

【0053】

受信部３４は、アンテナ３３により端末ダウンリンク信号を受信する。
送信制御部３５は、受信部３４によって受信された端末ダウンリンク信号から、送信許可信号を取得する。なお、送信制御部３５は、抽出された送信許可信号に含まれる端末識別情報を取得してもよい。送信制御部３５は、取得された端末識別情報が自端末局に対応付けられた識別情報である場合に、上限値の情報を送信許可信号から抽出してもよい。送信制御部３５は、取得された端末識別情報が自端末局に対応付けられた識別情報ではない場合には、送信部３２から移動中継局２への端末アップリンク信号の送信を保留してもよい。

【0054】

送信制御部３５は、移動中継局２へ同一の端末アップリンク信号を繰り返し送信する回数を、取得された上限値に基づいて決定してもよい。

【0055】

送信部３２は、端末アップリンク信号の送信を開始する。送信部３２は、センサデータを端末送信データとしてデータ記憶部３１から読み出し、読み出した端末送信データを含む端末アップリンク信号を、無線信号によりアンテナ３３から送信する。送信部３２は、例えばＬＰＷＡにより、信号を送信する。また、送信部３２は、同一の端末アップリンク信号について、送信制御部３５によって決定された送信回数だけ繰り返し送信を行う。

【0056】

移動中継局２の受信部２２１は、アンテナ２１により端末アップリンク信号を受信する。周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号（ＲＦ信号）に対して、周波数変調処理を実行する。すなわち、周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号を、直交復調器等を用いてベースバンド信号に変換する。受信波形記録部２２２は、端末アップリンク信号の受信波形（ベースバンド信号）をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。センサデータごとに複数回の送信が端末局３において行われているので、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データが生成されることになる。

【0057】

受信波形記録部２２２は、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データの中から、例えば最も受信状態が良好な波形データを選定する。受信波形記録部２２２は、アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、選定された波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込む。データ記憶部２３は、受信波形記録部２２２により書き込まれた受信波形情報を記憶する。なお、受信波形記録部２２２は、例えば、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データを平均化することによって生成される波形データを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込んでもよい。

【0058】

送信制御処理における無線通信システム１の動作を説明する。
図５は、移動中継局２から端末局３へ端末ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。タイミング制御部２２４は、上限値を生成する（ステップＳ３１１）。タイミング制御部２２４は、送信許可信号の通知対象である端末局３の端末識別情報と上限値とを含む送信許可信号を生成する。送信部２２６は、送信許可信号をタイミング制御部２２４から取得する。送信部２２６は、取得された送信許可信号を含む端末ダウンリンク信号を、無線信号によりアンテナ２１から送信する。ここで、送信部２２６は、端末局３において送信許可信号が所定の受信レベルとなるように端末ダウンリンク信号の送信電力を調節して、端末ダウンリンク信号をアンテナ２１から送信する（ステップＳ３１２）。移動中継局２は、ステップＳ３１１からの処理を繰り返す。

【0059】

端末局３の受信部３４は、移動中継局２から送信された端末ダウンリンク信号を、アンテナ３３により受信する（ステップＳ３２１）。送信制御部３５は、端末ダウンリンク信号における送信許可信号に含まれている端末識別情報が自局に対応付けられた端末識別情報である場合、送信許可信号の受信レベルに基づいて、減算値「ｗ」を導出する。送信制御部３５は、送信許可信号から抽出された上限値に基づいて、０以上のバックオフカウンタ値「ｘ」を導出する。バックオフカウンタ値「ｘ」は、例えば、予め定められたコンテンション・ウィンドウ・サイズを上限とするランダムな正値である（ステップＳ３２２）。送信制御部３５は、時刻カウンタ「ｔ」を初期化「ｔ＝１」する（ステップＳ３２３）。送信制御部３５は、上限値に基づくバックオフカウンタ値「ｘ」から、減算値「ｗ」を減算する。これによって、送信制御部３５は、バックオフカウンタ値を更新「ｘ＝ｘ－ｗ」する（ステップＳ３２４）。

【0060】

送信制御部３５は、バックオフカウンタ値「ｘ」が０であるか否かを判定する。なお、送信制御部３５は、バックオフカウンタ値が０以下であるか否かを判定してもよい（ステップＳ３２５）。バックオフカウンタ値「ｘ」が０ではないと判定された場合（ステップＳ３２５・Ｎｏ）、送信制御部３５は、時刻カウンタ「ｔ」を更新「ｔ＋１」し（ステップＳ３２６）、ステップＳ３２４に処理を戻す。バックオフカウンタ値「ｘ」が０であると判定された場合（ステップＳ３２５・Ｙｅｓ）、送信制御部３５は、アンテナ２１を用いて、端末アップリンク信号を送信する（ステップＳ３２７）。

【0061】

送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを含む端末アップリンク信号を、無線信号によりアンテナ３３から送信する。ここで、送信部３２は、同一の端末アップリンク信号を、上限値を用いて決定された送信回数だけ複数回送信してもよい（ステップＳ３２７）。端末局３は、ステップＳ３２１からの処理を繰り返す。

【0062】

なお、送信制御部３５は、所定周期で、ステップＳ３２６からステップＳ３２１に処理を戻してもよい。この場合、ステップＳ３２１の次のステップＳ３２２において、減算値は更新されなくてもよい。

【0063】

移動中継局２の受信部２２１は、端末局３から送信された端末アップリンク信号を、アンテナ２１により複数回受信する（ステップＳ３３１）。受信波形記録部２２２は、受信部２２１によって受信された複数の端末アップリンク信号の受信波形をそれぞれサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データをそれぞれ生成する。受信波形記録部２２２は、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データの中から、例えば最も受信状態が良好な波形データを選定する（ステップＳ３３２）。受信波形記録部２２２は、アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、選定された波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に記録する（ステップＳ３３３）。移動中継局２は、ステップＳ３３１からの処理を繰り返す。

【0064】

以上のように、第１の実施形態による無線通信システム１は、通信対象エリアに位置している１以上の端末局３（通信装置）と、移動体に搭載可能な移動中継局２（中継装置）とを備える。タイミング制御部２２４は、端末アップリンク信号（アップリンク信号）の送信許可を表す信号である送信許可信号を生成する。タイミング制御部２２４は、送信許可信号の送信レベルを定める。送信部２２６（第１送信部）は、送信許可信号をビーム（送信ビーム）で、通信対象エリアに送信する。ここで、送信部２２６は、タイミング制御部２２４によって定められた送信レベルのビームで、送信許可信号を通信対象エリアに送信する。受信部３４は、送信許可信号を移動中継局２から取得する。送信制御部３５は、端末局３から見た移動中継局２の仰角が大きいほど早い送信タイミングを、送信許可信号に基づいて定める。移動中継局２の仰角が大きいほど送信許可信号の受信レベルは高いので、送信制御部３５は、送信許可信号の受信レベルが高いほど早い送信タイミングを定めてもよい。例えば、送信制御部３５は、減算に用いられる変数値である減算値を送信許可信号の受信レベルが高いほど大きい値に導出する。送信制御部３５は、所定の上限値に基づいて導出された０以上のバックオフカウンタ値から減算値を減算する。送信制御部３５は、バックオフカウンタ値が０以下となったタイミングを、送信タイミングと定める。送信部３２（第２送信部）は、導出された送信タイミングにおいてアップリンク信号を移動中継局２に送信する。

【0065】

これによって、無線通信システム１は、通信の信頼性低下を抑制することができる。また、無線通信システム１は、端末局３から移動中継局２への端末アップリンク信号の送信タイミングを制御することができる。

【0066】

また、送信部２２６（第１送信部）は、通信対象エリアにおいてビームのパターンが移動中継局２の移動方向の後方に広がるように、複数のアンテナ２１を用いて、移動中継局２の移動方向の後方にビームを傾けてもよい。

【0067】

また、移動中継局２は、上限値を生成する。移動中継局２は、送信許可信号と上限値とを端末ダウンリンク信号に含めて、端末局３に送信してもよい。端末局３は、受信した端末ダウンリンク信号が示す送信許可信号を取得する。端末局３は、送信許可信号の受信レベルに基づいて、送信タイミングを定める。端末局３は、移動中継局２への端末アップリンク信号を、送信タイミングにおいて送信する。

【0068】

また、端末局３は、端末アップリンク信号を繰り返し送信する送信回数を、端末ダウンリンク信号に含まれる上限値に基づいて決定する。これによって、無線通信システム１は、端末アップリンク信号が端末局３から送信される回数を少なくするように、上限値を用いて制御することができる。また、より多くの端末局３から送信されるセンサデータを、移動中継局２を介して基地局４へ伝送することができる。

【0069】

（第２の実施形態）
第２実施形態では、端末局の密集度の高い地域を基地局が推定する。基地局は、端末局が通知する位置情報に基づいて、端末局の密集度をエリアごとに推定する。移動中継局は、その地域の端末局からのデータ収集を、その地域に移動中継局が近づく早い段階から始める。移動中継局は、端末局の密集度の高い地域に位置している端末局において送信許可信号の受信レベルが上がるように、送信ビーム制御を行う。

【0070】

図６は、第２の実施形態による無線通信システム１ａの構成図である。同図において、図１に示す第１の実施形態における無線通信システム１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ａは、移動中継局２ａと、端末局３と、基地局４ａとを有する。

【0071】

移動中継局２ａは、複数のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、複数のアンテナ２５と、基地局通信部２６とを備える。基地局通信部２６は、ＭＩＭＯにより基地局４ａへ受信波形情報を送信する。基地局通信部２６は、記憶部２６１と、制御部２６２と、送信データ変調部２６３と、ＭＩＭＯ送信部２６４とを備える。

【0072】

記憶部２６１は、移動中継局２ａを搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報を記憶する。さらに、記憶部２６１は、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎のウェイト（重み係数）を、予め記憶している。このウェイトは、ＭＩＭＯ演算又はビームフォーミングに用いられる。送信時刻毎のウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４ａが備える各アンテナ局４１０の位置とに基づいて計算される。なお、送信時刻によらず、一定のウェイトを使用してもよい。

【0073】

制御部２６２は、基地局ダウンリンク信号に関して導出された送信タイミングにおいて受信波形情報を基地局４ａに送信するように、送信データ変調部２６３及びＭＩＭＯ送信部２６４を制御する。さらに、制御部２６２は、記憶部２６１から読み出した送信時刻毎のウェイトを、ＭＩＭＯ送信部２６４に指示する。送信データ変調部２６３は、受信波形情報を送信データとしてデータ記憶部２３から読み出し、読み出した送信データをパラレル信号に変換した後、受信波形情報を変調する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、制御部２６２から指示されたウェイトにより、変調されたパラレル信号に対して重み付けを実行する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、各アンテナ２５から送信される基地局ダウンリンク信号を、重み付けの実行結果に基づいて生成する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、生成された基地局ダウンリンク信号を、ＭＩＭＯによりアンテナ２５から送信する。なお、ＭＩＭＯ送信部２６４は、ＭＩＭＯにより、基地局アップリンク信号を受信してもよい。

【0074】

基地局４ａは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４４と、通信状況測定部４２３とを備える。通信状況測定部４２３は、記憶部４５と、密集地域解析部４６と、基地局信号送信処理部４７と、送信部４８とを備える。通信状況測定部４２３は、端末信号受信処理部４４を備えてもよい。すなわち、通信状況測定部４２３は、端末信号復号部を備えてもよい。なお、密集地域解析部４６の少なくとも一部の機能が、基地局４ａ側ではなく移動中継局２ａ側に搭載されている構成であってもよい。

【0075】

移動中継局２ａの複数のアンテナ２５から送信された各無線信号の到来角差が大きくなるように、アンテナ局４１０は、他のアンテナ局４１０から離れた位置に配置される。各アンテナ局４１０は、移動中継局２ａから受信された基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換して、電気信号をＭＩＭＯ受信部４２０に出力する。

【0076】

ＭＩＭＯ受信部４２０は、複数のアンテナ局４１０から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０が受信した基地局ダウンリンク信号に対する受信時刻毎のウェイトを記憶する。受信時刻毎のウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と各アンテナ局４１０の位置とに基づいて定まる。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、その基地局ダウンリンク信号の受信時刻に対応したウェイトを乗算することによって、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。なお、受信時刻によらず同じウェイトが用いられてもよい。基地局信号受信処理部４３０は、ＭＩＭＯ受信部４２０によって電気信号に変換された受信信号（ベースバンド信号）から、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３０は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。

【0077】

基地局４ａは、以下に示された（１）に例示された方法で、端末局３の密集度（通信の混雑度）を推定する。

【0078】

（１）地上の通信対象エリアには、その通信対象エリアを分割する複数の小エリアが予め割り当てられている。各小エリアの面積は、例えば同一である。各端末局３は、自端末局の位置情報を、端末アップリンク信号等で移動中継局２ａに通知する。移動中継局２ａは、波形データを基地局４ａに送信する。基地局４ａは、端末信号復号部４４２を用いて、波形データを復号することで、端末の位置情報を取得する。密集地域解析部４６は、取得した位置情報（端末局の密集度）に基づく上限値を、移動中継局２ａへの上り通信で通知する。なお、端末信号復号部が移動中継局２ａに備えられている場合には、移動中継局２ａは、端末信号復号部を用いて、端末の位置情報を取得してもよい。密集地域解析部４６は、複数の端末局３の位置情報に基づいて、端末局３の台数を小エリアごとに計数する。密集地域解析部４６は、端末局３群の密集度を、小エリアごとに記憶部に蓄積（記録）する。密集地域解析部４６は、端末局３群の密集度を、端末局３群の位置ごとに、移動中継局２ａへの上り通信で通知する。

【0079】

図７は、第２の実施形態による、各端末局３に対する移動中継局２ａの位置と、特定の端末局３における送信許可信号の受信レベルに基づく変数値（減算値）との関係例を示す図である。

【0080】

都市部等の特定の地域では、端末局３の密集度が高い場合がある。端末局３の密集度が所定閾値以上である地域が移動中継局２ａの移動方向（前方）における地上の通信対象エリアにある場合、移動中継局２ａは、端末局３の密集度が閾値未満である地域の端末局３からのデータ収集のタイミングと比較して早いタイミングから、密集度が所定閾値以上である地域の端末局３からのデータ収集を開始する。すなわち、移動中継局２ａの仰角が小さいうちから、移動中継局２ａは端末局３からのデータ収集を開始する。

【0081】

図７では、都市部に位置している端末局は、一例として、端末局３－１である。移動中継局２ａは、ビーム１０１（送信ビーム）の方向を端末局３の密集度が高い地域に向ける。また、移動中継局２ａは、その地域の端末局３－１における送信許可信号の受信レベルが所定レベル以上となるように、送信許可信号の送信レベルを制御する。これによって、端末局３－１は、端末局３－１から見て移動中継局２ａの仰角が小さいうちから、端末アップリンク信号を移動中継局２ａに送信する。移動中継局２ａは、移動中継局２ａの仰角が小さいうちから、端末局３からのデータ収集を開始する。

【0082】

各端末局３は、ビーム１００又はビーム１０１を用いてアンテナ２１から送信された送信許可信号の受信レベルが高いほど、減算値を大きい値に定める。ビーム１０１は、ビーム１００よりも鋭いビーム（狭ビーム）である。図７に示された各端末局３に記載の値は、減算値の例を表す。例えば、端末局３－１の減算値は、一例として、「１．０」である。

【0083】

以上のように、第２の実施形態による無線通信システム１では、送信部２２６（第１送信部）又はタイミング制御部２２４は、端末局３－１を含む端末局３群の密集度が所定閾値以上である地域が移動中継局２ａの移動方向における地上の通信対象エリアにある場合、密集度が所定閾値以上である地域の端末局３－１を含む端末局３群における送信許可信号の受信レベルが所定レベル以上となるように、送信許可信号のビーム１０１の方向と送信許可信号の送信レベルとを制御してもよい。これによって、無線通信システム１は、都市部等において複数の端末局３が密集していても、移動中継局２ａの仰角が小さいうちからデータ収集を開始することで都市部等の複数の端末局の送信タイミングを時間的に分散させ、同一タイミングでの送信確率を低減することができるため、通信の信頼性低下を抑制することができる。

【0084】

また、移動中継局２ａは、複数本のアンテナ２５により、基地局ダウンリンク信号を送信する。これによって、移動中継局２ａは、複数の端末局３から受信し、蓄積しておいたデータを、基地局４ａと通信可能なタイミングで、短い時間で一括して品質良く送信することができる。

【0085】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、基地局は、端末局の密集度の高い地域の推定を、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報に基づいて行う。第３の実施形態では、移動中継局は、基地局ダウンリンク信号の送信に、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を用いる。第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態との差分を中心に説明する。

【0086】

基地局４ａは、以下に示された（２）に例示された方法で、端末局３の密集度（通信の混雑度）を推定する。

【0087】

（２）密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報と、移動中継局２ａの軌道情報とを記憶部４５から取得する。密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報と移動中継局２ａの軌道情報とに基づいて、密集度情報を生成する。密集地域解析部４６は、生成された密集度情報を、基地局信号送信処理部４７へ出力する。

【0088】

基地局信号送信処理部４７は、密集地域解析部４６から密集度情報を取得する。基地局信号送信処理部４７は、密集度情報を送信データとし、当該送信データを変調する。基地局信号送信処理部４７は、記憶部４５ａに記憶された送信開始タイミングにおいて、密集地域情報を移動中継局２ａへ送信するように、送信部４８を制御する。

【0089】

送信部４８は、変調されたパラレル信号にウェイトによる重み付けを行い、密集度情報を示す送信データが設定された基地局アップリンク信号を生成する。送信部４８は、生成された基地局アップリンク信号を複数のアンテナ局４１０からＭＩＭＯにより移動中継局２ａへ送信する。

【0090】

このように、通信状況測定部４２３は、複数の受信部２２１における、複数の端末局３からの端末アップリンク通信の通信状況を測定する。

【0091】

より詳細には、以下のように密集度情報を生成する。
基地局４ａは、計測された単位時間ごとの受信信号強度に基づいて、端末局３の密集地域（密集度）を特定する。なお、単位時間ごとの受信信号強度が強いほど、移動中継局２ａのアンテナ２１のその時点での受信方向に、より多くの端末局３が密集していると推定される。

【0092】

なお、もし移動中継局２ａの受信アンテナが１本のみであった場合、受信アンテナの半値幅の広さのため、移動中継局２ａは、例えば地上の半径数百［ｋｍ］程度の地域内に存在する各端末局３から到来する端末アップリンク信号をまとめて受信することになる。よって、受信アンテナが１本のみでは、受信信号強度から地上の地域ごとの端末密集度を推定することは困難である。そのため、移動中継局２ａは、複数の受信アンテナによって鋭い受信ビーム（狭ビーム）を形成する。

【0093】

なお、鋭い受信ビームは、例えば、移動中継局２ａでサンプリングにより取得および記録した受信波形情報（波形データ）を基地局４ａに送信し、基地局４ａにて波形データを用いて後処理として形成される。基地局４ａでの後処理により、地上の各地域の方向に順番に鋭い受信ビームを形成し（スイープし）、この受信ビーム処理の結果として得られる受信信号強度を計測していくことで、地上の地域ごとの端末密集度が推定可能になる。

【0094】

なお、上記の通り、受信信号強度の計測においては、ある時刻における波形データを繰り返し用いて鋭い受信ビームを形成し、地上の各エリアをスイープしながら計測するという計算量の多い処理が必要となる。さらに、各時刻において同様の計算処理を行う必要がある。そのため、受信信号強度の計測は、移動中継局２ａと比べて計算リソースに余裕がある場合が多い基地局４ａにおいて行われることが望ましい。

【0095】

移動中継局２ａの基地局通信部２６は、複数のアンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信する。なお、ＭＩＭＯ送信部２６４は、ＭＩＭＯにより、基地局アップリンク信号を受信してもよい。

【0096】

基地局４ａのＭＩＭＯ受信部４２０は、複数のアンテナ局４１０により受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１０の位置とに基づいて、各アンテナ局４１０のそれぞれが受信した基地局ダウンリンク信号に対する受信時刻毎のウェイトを記憶している。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、その基地局ダウンリンク信号の受信時刻に対応したウェイトを乗算し、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。基地局信号受信処理部４３０は、合成された受信信号の復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３０は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。

【0097】

端末信号受信処理部４４の信号処理部４４１は、受信波形情報を解析し、単位時間ごとの受信信号強度を計測する。端末信号復号部４４２は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報を記憶部４５に記録する。

【0098】

記憶部４５は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報を記憶する。また、記憶部４５は、移動中継局２ａの軌道情報を予め記憶している。また、記憶部４５は、移動中継局２ａを搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４ａの位置とに基づいて予め計算された送信開始タイミングを記憶する。

【0099】

密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報と、移動中継局２ａの軌道情報とを記憶部４５から取得する。密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号強度を示す情報と移動中継局２ａの軌道情報とに基づいて、端末局３の密集地域の位置を示す密集度情報を生成する。また、密集地域解析部４６は、密集度情報に基づく上限値を生成する。

【0100】

基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を、密集地域解析部４６から取得する。基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を送信データとし、当該送信データを変調する。基地局信号送信処理部４７は、記憶部４５に記憶された送信開始タイミングにおいて、密集度情報に基づく上限値を移動中継局２ａへ送信するように、送信部４８を制御する。

【0101】

送信部４８は、変調されたパラレル信号にウェイトによる重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する上限値を示す送信データが設定された基地局アップリンク信号を生成する。送信部４８は、生成された基地局アップリンク信号を複数のアンテナ局４１０からＭＩＭＯにより移動中継局２ａへ送信する。

【0102】

無線通信システム１ａの動作を説明する。
端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理は、図３に示す第１の実施形態の無線通信システム１の処理と同様である。

【0103】

図８は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理を示すフロー図である。移動中継局２ａの基地局通信部２６が有する制御部２６２は、基地局ダウンリンク信号に関して導出された送信タイミングが現在時刻であることを検出すると、受信波形情報の送信を送信データ変調部２６３及びＭＩＭＯ送信部２６４に指示する（ステップＳ４１１）。送信データ変調部２６３は、データ記憶部２３に蓄積していた受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データをパラレル変換した後、送信データを変調する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、送信データ変調部２６３が変調した送信データに制御部２６２から指示されたウェイトにより重み付けを行って、各アンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、生成した各基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ４１２）。移動中継局２ａは、ステップＳ４１１からの処理を繰り返す。

【0104】

基地局４ａの各アンテナ局４１０は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を受信する（ステップＳ４２１）。各アンテナ局４１０は、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号をＭＩＭＯ受信部４２０に出力する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から受信した受信信号のタイミングを同期させる。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０が受信した受信信号にウェイトを乗算して加算する。基地局信号受信処理部４３０は、ＭＩＭＯ受信部４２０によって電気信号に変換された受信信号（ベースバンド信号）から、受信波形情報を得る（ステップＳ４２２）。基地局信号受信処理部４３０は、得られた受信波形情報を、端末信号受信処理部４４に出力する。

【0105】

端末信号受信処理部４４は、図４に示す第１の実施形態の処理フローにおけるステップＳ２２３と同様の処理により、受信波形情報に含まれる波形データが表す端末アップリンク信号の受信処理を行う（ステップＳ４２３）。すなわち、信号処理部４４１は、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいて、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。信号処理部４４１は、特定した無線通信方式に従って、波形データが表す受信信号（ベースバンド信号）に対してフレーム検出やドップラーシフト補償、オフラインビーム制御等を実行することによって、シンボルを得る。信号処理部４４１は、得られたシンボルを端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復号部４４２は、信号処理部４４１から入力したシンボルを、特定された無線通信方式により復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４４２は、ＳＩＣのように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。基地局４ａは、ステップＳ４２１からの処理を繰り返す。

【0106】

以上のように、第３の実施形態による無線通信システム１ａでは、単位時間ごとの端末アップリンク信号の受信信号強度に基づいて、端末局３が密集して存在する密集地域を推定する。これによって、無線通信システム１ａは、都市部等において複数の端末局３が密集していても、通信の信頼性低下を抑制することができる。

【0107】

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、基地局が、端末局の密集度の高い地域の推定を、単位時間ごとの受信信号数（端末アップリンク信号数）を示す情報に基づいて行う。第４の実施形態では、第１の実施形態から第３の実施形態までの各実施形態との差分を中心に説明する。

【0108】

基地局４ａは、以下に示された（３）に例示された方法で、端末局３の密集度（通信の混雑度）を推定する。

【0109】

（３）密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号数（端末アップリンク信号数）を示す情報と、移動中継局２ａの軌道情報とを記憶部４５から取得する。密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号数を示す情報と移動中継局２ａの軌道情報とに基づいて、端末局３の密集度情報を生成する。密集地域解析部４６は、密集度情報に基づく上限値を基地局信号送信処理部４７へ出力する。

【0110】

基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を、密集地域解析部４６から取得する。基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を送信データとし、当該送信データを変調する。基地局信号送信処理部４７は、記憶部４５に記憶された送信開始タイミングにおいて、密集度情報に基づく上限値を移動中継局２ａへ送信するように、送信部４８を制御する。

【0111】

送信部４８は、変調されたパラレル信号にウェイトによる重み付けを行い、上限値を含む基地局アップリンク信号を生成する。送信部４８は、生成された基地局アップリンク信号を複数のアンテナ局４１０からＭＩＭＯにより移動中継局２ａへ送信する。

【0112】

このように、通信状況測定部４２３は、複数の受信部２２１における、複数の端末局３からの端末アップリンク通信の通信状況を測定する。

【0113】

より詳細には、以下のように密集度情報を生成する。
基地局４ａは、計測された単位時間ごとの受信信号数に基づいて、端末局３の密集地域（密集度）を特定する。なお、単位時間ごとの受信信号数が多いほど、移動中継局２ａのアンテナ２１のその時点での受信方向に、より多くの端末局３が密集していると推定される。

【0114】

なお、もし移動中継局２ａの受信アンテナが１本のみであった場合、受信アンテナの半値幅の広さのため、移動中継局２ａは、例えば地上の半径数百［ｋｍ］程度の地域内に存在する各端末局３から到来する端末アップリンク信号をまとめて受信することになる。よって、受信アンテナが１本のみでは、受信信号数から地上の地域ごとの端末密集度を推定することは困難である。そのため、移動中継局２ａは、複数の受信アンテナによって鋭い受信ビーム（狭ビーム）を形成する。

【0115】

なお、鋭い受信ビームは、例えば、移動中継局２ａでサンプリングにより取得および記録した受信波形情報（波形データ）を基地局４ａに送信し、基地局４ａにて波形データを用いて後処理として形成される。基地局４ａでの後処理により、地上の各地域の方向に順番に鋭い受信ビームを形成し（スイープし）、この受信ビーム処理の結果として得られる受信信号数を計測していくことで、地上の地域ごとの端末密集度が推定可能になる。

【0116】

なお、上記の通り、受信信号数の計測においては、ある時刻における波形データを繰り返し用いて鋭い受信ビームを形成し、地上の各エリアをスイープしながら計測するという計算量の多い処理が必要となる。さらに、各時刻において同様の計算処理を行う必要がある。そのため、端末数の計測は、移動中継局２ａと比べて計算リソースに余裕がある場合が多い基地局４ａにおいて行われることが望ましい。

【0117】

移動中継局２ａの基地局通信部２６は、複数のアンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信する。なお、ＭＩＭＯ送信部２６４は、ＭＩＭＯにより、基地局アップリンク信号を受信してもよい。

【0118】

基地局４ａのＭＩＭＯ受信部４２０は、複数のアンテナ局４１０により受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１０の位置とに基づいて、各アンテナ局４１０のそれぞれが受信した基地局ダウンリンク信号に対する受信時刻毎のウェイトを記憶している。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、その基地局ダウンリンク信号の受信時刻に対応したウェイトを乗算し、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。基地局信号受信処理部４３０は、合成された受信信号の復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３０は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。

【0119】

端末信号受信処理部４４の信号処理部４４１は、受信波形情報を解析し、単位時間ごとの受信信号数を計測する。端末信号復号部４４２は、単位時間ごとの受信信号数を示す情報を記憶部４５に記録する。

【0120】

記憶部４５は、単位時間ごとの受信信号数を示す情報を記憶する。また、記憶部４５は、移動中継局２ａの軌道情報を予め記憶している。また、記憶部４５は、移動中継局２ａを搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４ａの位置とに基づいて予め計算された送信開始タイミングを記憶する。

【0121】

密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号数を示す情報と、移動中継局２ａの軌道情報とを記憶部４５から取得する。密集地域解析部４６は、単位時間ごとの受信信号数を示す情報と移動中継局２ａの軌道情報とに基づいて、端末局３の密集地域の位置を示す密集度情報を生成する。また、密集地域解析部４６は、密集度情報に基づく上限値を生成する。

【0122】

基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を、密集地域解析部４６から取得する。基地局信号送信処理部４７は、密集度情報に基づく上限値を送信データとし、当該送信データを変調する。基地局信号送信処理部４７は、記憶部４５に記憶された送信開始タイミングにおいて、密集度情報に基づく上限値を移動中継局２ａへ送信するように、送信部４８を制御する。

【0123】

送信部４８は、変調されたパラレル信号にウェイトによる重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する上限値を示す送信データが設定された基地局アップリンク信号を生成する。送信部４８は、生成された基地局アップリンク信号を複数のアンテナ局４１０からＭＩＭＯにより移動中継局２ａへ送信する。

【0124】

以上のように、第４の実施形態による無線通信システム１ａでは、単位時間ごとの受信信号数（端末アップリンク信号数）に基づいて、端末局３が密集して存在する密集地域を推定する。これによって、無線通信システム１は、都市部等において複数の端末局３が密集していても、通信の信頼性低下を抑制することができる。

【0125】

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、端末局が送信許可信号の受信レベルに応じて減算値を調整するのではなく、エリアごとの減算値を時分割で移動中継局が各エリアの端末局に対して通知する。以下では、第１実施形態から第４実施形態までの各実施形態との差分を中心に説明する。

【0126】

図９は、第５の実施形態による無線通信システム１ｂの構成図である。同図において、図６に示された第２の実施形態における無線通信システム１ａと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ｂは、移動中継局２ｂと、端末局３と、基地局４ｂとを有する。

【0127】

移動中継局２ｂは、Ｎ本のアンテナ２１（Ｎは２以上の整数）と、端末通信部２２ｂと、データ記憶部２３と、基地局通信部２６と、複数本のアンテナ２５とを備える。Ｎ本のアンテナ２１をそれぞれ、アンテナ２１－１～２１－Ｎと記載する。

【0128】

端末通信部２２ｂは、Ｎ個の受信部２２１ｂと、Ｎ個の受信波形記録部２２２ｂとを有する。Ｎ個の受信部２２１ｂを、受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎと記載し、Ｎ個の受信波形記録部２２２ｂを、受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎと記載する。受信部２２１ｂ－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、アンテナ２１－ｎにより端末アップリンク信号を受信する。受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、受信部２２１ｂ－ｎによって受信された端末アップリンク信号の受信波形をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子と、アンテナ２１－ｎにおける端末アップリンク信号の受信時刻と、生成した波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込む。アンテナ識別子は、アンテナ２１－ｎを特定する情報である。データ記憶部２３は、アンテナ２１－１～２１－Ｎそれぞれが受信した端末アップリンク信号の波形データを含む受信波形情報を記憶する。

【0129】

基地局４ｂは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４５０と、通信状況測定部４２３とを備える。

【0130】

端末信号受信処理部４５０は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４５０は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って、端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４５０は、分配部４５１と、Ｎ個の周波数変換部４５２と、信号処理部４５３と、端末信号復号部４５４とを備える。Ｎ個の周波数変換部４５２をそれぞれ、周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎと記載する。

【0131】

分配部４５１は、受信波形情報から同じ受信時刻の波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎに出力する。つまり、分配部４５１は、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子に対応付けられた波形データを、周波数変換部４５２－ｎに出力する。周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎはそれぞれ、波形データが表す信号に対して、周波数変換処理を実行する。周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎは、得られたそれぞれのベースバンド信号を、信号処理部４５３に出力する。

【0132】

信号処理部４５３は、フレーム検出（端末アップリンク信号の検出）やドップラーシフト補償、オフラインビーム制御等の処理を、それぞれのベースバンド信号に対して実行する。フレーム検出とは、端末送信信号（端末アップリンク信号のフレーム）が含まれる区間を、波形データから検出する処理である。オフラインビーム制御とは、移動中継局２ｂで受信ビーム制御を行うのではなく、記録された波形データが基地局に送信され、基地局が後処理として実行する受信ビーム制御である。

【0133】

信号処理部４５３は、波形データが表す信号に対して、移動中継局２ｂのアンテナ２１が受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を行ってから、フレーム検出を行ってもよい。各アンテナ２１が受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２ｂが搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め導出される。

【0134】

オフラインビーム制御において、信号処理部４５３は、周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力されたベースバンド信号（各受信系統において受信された端末アップリンク信号）が互いに強め合って合成されるように、振幅補正及び位相補正するためのウェイトが乗算された各ベースバンド信号を加算合成する。これによって、信号処理部４５３は、シンボルを得る。なお、信号処理部４５３は、周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力されたベースバンド信号を、単純に加算合成してもよい。信号処理部４５３は、シンボルを端末信号復号部４５４に出力する。端末信号復号部４５４は、シンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。

【0135】

また、図９に示されるように、移動中継局２ｂは、タイミング制御部２２４ｂと、記憶部２２５と、送信部２２６ｂとをさらに備える。

【0136】

基地局４ｂは、通信対象エリアの小エリアごとに、端末の位置情報を取得してもよい。基地局４ｂは、通信対象エリアの小エリアごとに、端末アップリンク信号の受信信号強度を計測してもよい。基地局４ｂは、通信対象エリアの小エリアごとに、端末アップリンク信号数（受信信号数）を計測してもよい。基地局４ｂは、上限値を移動中継局２ｂへの上り通信で送信する。

【0137】

タイミング制御部２２４ｂは、送信許可信号を含む端末ダウンリンク信号を端末局３に送信するタイミングを制御する。タイミング制御部２２４ｂは、通信状況測定部４２３によって生成された上限値を取得する。タイミング制御部２２４ｂは、取得された上限値を含む送信許可信号を生成する。

【0138】

送信部２２６ｂは、タイミング制御部２２４ｂによって生成された送信許可信号を取得し、取得された送信許可信号を含む端末ダウンリンク信号を、無線信号により複数のアンテナ２１から送信する。送信部２２６ｂは、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末ダウンリンク信号の送信に使用するチャネルを決定する。送信部２２６ｂが端末ダウンリンク信号を送信するタイミングは、タイミング制御部２２４ｂによって制御される。

【0139】

記憶部２２５は、移動中継局２ｂを搭載しているＬＥＯ衛星から送信された送信許可信号の受信レベルに基づいて端末局３において予め導出された送信タイミングの予測値を、端末局３ごとに記憶してもよい。また、各端末局３の送信タイミングの予測値に基づいて、上限値が更新されてもよい。

【0140】

また、記憶部２２５は、端末局３を識別する端末識別情報と、端末局３の位置を示す位置情報とを、予め記憶している。タイミング制御部２２４ｂは、現在の自局の位置と端末局３の位置とに基づいて、送信許可信号の通知対象である端末局３の端末識別情報を特定してもよい。タイミング制御部２２４ｂは、特定された端末識別情報を、送信許可信号に含める。

【0141】

また、図９に示されるように、端末局３は、受信部３４と、送信制御部３５とをさらに備える。受信部３４は、アンテナ３３により端末ダウンリンク信号を受信する。送信制御部３５は、受信部３４によって受信された端末ダウンリンク信号から送信許可信号を取得する。なお、送信制御部３５は、抽出された送信許可信号に含まれる端末識別情報を取得してもよい。送信制御部３５は、取得された端末識別情報が自端末局に対応付けられた識別情報である場合に、上限値の情報を送信許可信号から抽出してもよい。送信制御部３５は、取得された端末識別情報が自端末局に対応付けられた識別情報ではない場合には、端末局３は移動中継局２ｂへの端末アップリンク信号の送信を保留してもよい。

【0142】

送信制御部３５は、移動中継局２ｂへ同一の端末アップリンク信号を繰り返し送信する回数を、取得された上限値に基づいて決定する。

【0143】

送信部３２は、端末アップリンク信号の送信を開始する。送信部３２は、センサデータを端末送信データとしてデータ記憶部３１から読み出し、読み出した端末送信データを含む端末アップリンク信号を、無線信号によりアンテナ３３から送信する。送信部３２は、例えばＬＰＷＡにより信号を送信する。また、送信部３２は、同一の端末アップリンク信号について、送信制御部３５によって決定された送信回数だけ繰り返し送信を行う。

【0144】

受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎは、複数のアンテナ２１により端末アップリンク信号を受信する。受信波形記録部２２２は、受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎが受信した端末アップリンク信号の受信波形をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。センサデータごとに複数回の送信が端末局３において行われているので、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データが生成されることになる。

【0145】

受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データの中から、例えば最も受信状態が良好な波形データを選定する。受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、選定された波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込む。データ記憶部２３は、受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎにより書き込まれた受信波形情報を記憶する。なお、受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、例えば、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データを平均化することによって生成される波形データを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に書き込むようにしてもよい。

【0146】

図１０は、通信対象エリアの近傍の上空を移動中の移動中継局２ｂから見た地上の通信対象エリアの図（俯瞰図）である。図１０では、通信対象エリアは、複数の小エリア１０２で分割されている。図１０では、小エリア１０２の形状は、一例として、矩形である。照射範囲１０３は、小エリア１０２に照射されたビーム１０１の照射範囲を表す。

【0147】

移動中継局２ｂは、移動中継局２ｂの仰角が大きいほど、減算値を大きく定める。例えば、移動中継局２ｂは、小エリア１０２－２に位置している端末局３が用いる減算値を「１．０」に定める。同様に、移動中継局２ｂは、小エリア１０２－５に位置している端末局３が用いる減算値を「１．０」に定める。

【0148】

移動中継局２ｂは、鋭い送信ビーム（狭ビーム）を用いて、小エリア１０２内の各端末局３に減算値を、小エリア１０２ごとに時分割で通知する。例えば、小エリア１０２－１内の各端末局３に減算値「０．５」を通知した後で、小エリア１０２－２内の各端末局３に減算値「１．０」を通知する。これによって、端末アップリンク信号の送信確率を小エリア１０２ごとに制御することが可能である。

【0149】

なお、小エリア１０２同士の境界付近に位置している端末局３には、複数の減算値が通知されてもよい。この場合、端末局３は、通知された複数の減算値のうち、いずれかの減算値「ｗ」を用いて、バックオフカウンタ値を更新「ｘ＝ｘ－ｗ」してもよい。

【0150】

図１０において各小エリア１０２に記載されている値は、その小エリア１０２内の各端末局３に対して移動中継局２ｂから通知された減算値「ｗ」を表す。例えば、小エリア１０２－１に記載されている値「０．５」は、その小エリア１０２内の各端末局３に通知された減算値「０．５」を表す。

【0151】

無線通信システム１ｂの動作を説明する。
図１１は、端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ｂの処理を示すフロー図である。同図において、図３に示す第１の実施形態と処理フローと同じ処理には、同一の符号を付している。端末局３は、図３に示す第１の実施形態の処理フローにおけるステップＳ１１１～ステップＳ１１２の処理と同様の処理を行う。なお、端末局３は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ、ＭＩＭＯなどにより送信を行ってもよい。

【0152】

移動中継局２ｂの受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎは、端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信する（ステップＳ５２１）。送信元の端末局３の無線通信方式によって、同一の周波数については時分割で１台の端末局３からのみ端末アップリンク信号を受信する場合と、同一の周波数で同時に複数台の端末局３から端末アップリンク信号を受信する場合がある。受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、受信部２２１ｂ－ｎが受信した端末アップリンク信号の波形を表す波形データと、受信時刻と、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子とを対応付けた受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む（ステップＳ５２２）。移動中継局２ｂは、ステップＳ５２１からの処理を繰り返す。

【0153】

移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ｂの処理は、以下の処理を除いて、図８に示す第３の実施形態の処理フローと同様である。すなわち、ステップＳ４２３において、端末信号受信処理部４５０は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。具体的には、分配部４５１は、受信波形情報から受信時刻が同じ波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎに出力する。周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎはそれぞれ、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいて、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎは、特定した無線通信方式に従って、波形データが表す受信信号に対して、周波数変換処理を実行する。

【0154】

オフラインビーム制御において、信号処理部４５３は、周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力されたベースバンド信号（各受信系統において受信された端末アップリンク信号）が互いに強め合って合成されるように、振幅補正及び位相補正するためのウェイトが乗算された各ベースバンド信号を加算合成する。これによって、信号処理部４５３は、シンボルを得る。なお、信号処理部４５３は、周波数変換部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力されたベースバンド信号を、単純に加算合成してもよい。加算合成により、端末局３が送信した信号は相関があるために強調されるが、ランダムに付加される雑音の影響は低減される。そのため、移動中継局２ｂが同時に１台の端末局３からのみ受信した端末アップリンク信号についてはダイバーシティー効果が得られる。また、移動中継局２ｂが同時に複数台の端末局３から受信した端末アップリンク信号についてはＭＩＭＯ通信を行うことに相当する。信号処理部４５３は、加算合成したシンボルを端末信号復号部４５４に出力する。端末信号復号部４５４は、信号処理部４５３により加算合成されたシンボルを、特定された無線通信方式により復号する。これによって、端末信号復号部４５４は、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４５４は、ＳＩＣのように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。

【0155】

図１２は、移動中継局２ｂから端末ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ｂの処理を示すフロー図である。基地局４ｂの通信状況測定部４２３は、受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎにおける、複数の端末局３からの端末アップリンク通信の通信状況を測定する（ステップＳ６１１）。

【0156】

通信状況測定部４２３は、各受信部２２１ｂを用いて測定された情報に基づいて、上限値を生成する（ステップＳ６１２）。タイミング制御部２２４ｂは、送信許可信号の通知対象である端末局３の端末識別情報と上限値とを含む送信許可信号と、減算値「ｘ」とを生成する。送信部２２６ｂは、生成された送信許可信号と減算値「ｘ」とを、タイミング制御部２２４ｂから取得する。送信部２２６ｂは、取得された送信許可信号と減算値「ｘ」とを含む端末ダウンリンク信号を、無線信号により複数のアンテナ２１から送信する（ステップＳ６１３）。移動中継局２ｂは、ステップＳ６１１からの処理を繰り返す。

【0157】

端末局３の受信部３４は、移動中継局２ｂから送信された端末ダウンリンク信号を、アンテナ３３により受信する（ステップＳ６２１）。送信制御部３５は、受信部３４によって受信された端末ダウンリンク信号が示す端末識別情報と、送信許可信号と、減算値「ｘ」とを取得する（ステップＳ６２２）。

【0158】

端末局３の受信部３４は、移動中継局２ｂから送信された端末ダウンリンク信号を、アンテナ３３により受信する（ステップＳ６２１）。送信制御部３５は、端末ダウンリンク信号における送信許可信号に含まれている端末識別情報が自局に対応付けられた端末識別情報である場合、減算値「ｗ」を端末ダウンリンク信号から抽出する。送信制御部３５は、上限値を送信許可信号から抽出する。送信制御部３５は、送信許可信号から抽出された上限値に基づいて、０以上のバックオフカウンタ値「ｘ」を導出する。バックオフカウンタ値「ｘ」は、抽出された上限値を上限とする乱数値である（ステップＳ６２２）。送信制御部３５は、時刻カウンタ「ｔ」を初期化「ｔ＝１」する（ステップＳ６２３）。送信制御部３５は、上限値に基づくバックオフカウンタ値「ｘ」から、減算値「ｗ」を減算する。これによって、送信制御部３５は、バックオフカウンタ値を更新「ｘ＝ｘ－ｗ」する。すなわち、送信制御部３５は、バックオフカウンタをカウントダウンする（ステップＳ６２４）。

【0159】

送信制御部３５は、バックオフカウンタ値「ｘ」が０であるか否かを判定する。なお、送信制御部３５は、バックオフカウンタ値が０以下であるか否かを判定してもよい（ステップＳ６２５）。バックオフカウンタ値「ｘ」が０ではないと判定された場合（ステップＳ６２５・Ｎｏ）、送信制御部３５は、時刻カウンタ「ｔ」を更新「ｔ＋１」し（ステップＳ６２６）、ステップＳ６２４に処理を戻す。バックオフカウンタ値「ｘ」が０であると判定された場合（ステップＳ６２５・Ｙｅｓ）、送信制御部３５は、アンテナ２１を用いて、端末アップリンク信号を送信する（ステップＳ６２７）。

【0160】

送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを含む端末アップリンク信号を、無線信号によりアンテナ３３から送信する。ここで、送信部３２は、同一の端末アップリンク信号を、上限値を用いて決定された送信回数だけ複数回送信してもよい（ステップＳ６２７）。端末局３は、ステップＳ６２１からの処理を繰り返す。

【0161】

なお、送信制御部３５は、所定周期で、ステップＳ６２６からステップＳ６２１に処理を戻してもよい。この場合、ステップＳ６２１の次のステップＳ６２２において、減算値は更新されなくてもよい。すなわち、減算値は抽出されなくてもよい。

【0162】

移動中継局２ｂの受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎは、端末局３から送信された端末アップリンク信号を複数のアンテナ２１により複数回受信する（ステップＳ６３１）。受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎによって受信された複数の端末アップリンク信号の受信波形をそれぞれサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データをそれぞれ生成する。受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、同一の端末アップリンク信号に対応する複数の波形データの中から、例えば最も受信状態が良好な波形データを選定する（ステップＳ６３２）。受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎは、各アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、選定された波形データとを含む受信波形情報を、データ記憶部２３に記録する（ステップＳ６３３）。移動中継局２ｂは、ステップＳ６３１からの処理を繰り返す。

【0163】

以上のように、第５の実施形態の無線通信システム１ｂによれば、タイミング制御部２２４ｂは、端末局３（通信装置）から見た移動中継局２ｂ（中継装置）の仰角が大きいほど端末アップリンク信号の送信タイミングを早くする減算値「ｗ」を、送信許可信号に含める。例えば、タイミング制御部２２４ｂは、移動中継局２ｂの仰角が大きいほど大きな値である減算値「ｗ」を、送信許可信号に含める。送信部２２６ｂ（第１送信部）は、減算値「ｗ」を含む送信許可信号を、通信対象エリアの各小エリア１０２に、時分割で送信する。送信制御部３５は、例えば図１２に示すように、減算値「ｗ」に基づいて送信タイミングを定める。

【0164】

これによって、第５の実施形態による無線通信システム１ｂは、通信の信頼性低下を抑制することが可能となる。また、移動中継局２ｂと端末局３との間の通信のリンクバジェットを向上させることができる。

【0165】

また、移動中継局２ｂは、端末局３から送信された端末アップリンク信号をダイバーシティ受信などにより受信してもよい。

【0166】

（第５の実施形態の第１の変形例）
図１３は、第５の実施形態の第１の変形例による、無線通信システムの構成図である。上述の実施形態との差分の一つは、端末通信部２２ｃが、周波数変換部を備えている点である。図９に示す第２の実施形態における無線通信システム１ｂと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0167】

無線通信システム１ｃは、移動中継局２ｃと、端末局３と、基地局４ｃとを有する。移動中継局２ｃは、端末通信部２２ｃと、データ記憶部２３と、基地局通信部２６とを備える。

【0168】

端末通信部２２ｃは、Ｎ個の受信部２２１ｂと、Ｎ個の受信波形記録部２２２ｂと、タイミング制御部２２４ｂと、記憶部２２５と、送信部２２６ｂと、Ｎ個の周波数変換部２２７とを有する。

【0169】

Ｎ個の周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号を、直交復調器等を用いてベースバンド信号に変換する。受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、周波数変換部２２７－ｎによって生成されたベースバンド信号の受信波形をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。

【0170】

基地局４ｃは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４５０ｃと、通信状況測定部４２３とを備える。端末信号受信処理部４５０ｃは、分配部４５１と、信号処理部４５３と、端末信号復号部４５４とを備える。

【0171】

分配部４５１は、受信波形情報から同じ受信時刻の波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて信号処理部４５３に出力する。信号処理部４５３は、分配部４５１から入力された波形データ（ベースバンド信号）に対して、フレーム検出（端末アップリンク信号の検出）やドップラーシフト補償、オフラインビーム制御等の処理を実行することによって、シンボルを得る。

【0172】

（第５の実施形態の第２の変形例）
図１４は、第５の実施形態の第２の変形例による、無線通信システムの構成図である。第５の実施形態の第１の変形例との差分の一つは、端末通信部２２ｃが、信号処理部を備えている点である。また図１４では、移動中継局２ｄがシンボルを一時記録せず、移動中継局２ｄがシンボルを基地局に送信し、基地局の端末信号受信処理部がシンボルを復号することによって、基地局が端末送信データを得る。図１３に示す第５の実施形態の第１の変形例における無線通信システム１ｃと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0173】

無線通信システム１ｄは、移動中継局２ｄと、端末局３と、基地局４ｄとを有する。移動中継局２ｄは、端末通信部２２ｄと、基地局通信部２６とを備える。端末通信部２２ｄは、Ｎ個の受信部２２１ｂと、タイミング制御部２２４ｂと、記憶部２２５と、送信部２２６ｂと、Ｎ個の周波数変換部２２７と、信号処理部２２８とを有する。

【0174】

周波数変換部２２７は、端末アップリンク信号を、直交復調器等を用いてベースバンド信号に変換する。信号処理部２２８は、ベースバンド信号に対して、フレーム検出やドップラーシフト補償、受信ビーム制御等の処理を実行することによって、シンボルを得る。信号処理部２２８は、シンボルを送信データ変調部２６３に出力する。

【0175】

基地局４ｄは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４４０と、通信状況測定部４２３とを備える。基地局信号受信処理部４３０は、ＭＩＭＯ受信部４２０によって電気信号に変換された受信信号（ベースバンド信号）から、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３０は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４０に出力する。端末信号受信処理部４４０は、基地局信号受信処理部４３０から入力されたシンボルを復号することによって、端末局３から送信された端末送信データを得る。

【0176】

（第５の実施形態の第３の変形例）
図１５は、第５の実施形態の第３の変形例による、無線通信システムの構成図である。第５の実施形態の第２の変形例との差分の一つは、端末通信部２２ｅが、端末信号復号部を備えている点である。図１４に示す第５の実施形態の第２の変形例における無線通信システム１ｄと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0177】

無線通信システム１ｅは、移動中継局２ｅと、端末局３と、基地局４ｅとを有する。移動中継局２ｅは、端末通信部２２ｅと、基地局通信部２６とを備える。端末通信部２２ｅは、Ｎ個の受信部２２１ｂと、タイミング制御部２２４ｂと、記憶部２２５と、送信部２２６ｂと、Ｎ個の周波数変換部２２７と、信号処理部２２８と、端末信号復号部２２９とを有する。

【0178】

信号処理部２２８は、ベースバンド信号に対して、フレーム検出やドップラーシフト補償、受信ビーム制御等の処理を実行することによって、シンボルを得る。信号処理部２２８は、シンボルを端末信号復号部２２９に出力する。端末信号復号部２２９は、シンボルに対して復号を行うことにより、端末局３が送信したデータである端末送信データを得る。端末信号復号部２２９は、端末送信データを送信データ変調部２６３に出力する。

【0179】

基地局４ｅは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、通信状況測定部４２３とを備える。基地局信号受信処理部４３０は、ＭＩＭＯ受信部４２０によって電気信号に変換された受信信号（ベースバンド信号）から、端末局３から送信された端末送信データを得る。

【0180】

（第５の実施形態の第４の変形例）
図１６は、第５の実施形態の第４の変形例による、無線通信システムの構成図である。第５の実施形態の第３の変形例との差分の一つは、移動中継局２ｆがデータ記憶部を備えている点である。図１５に示す第５の実施形態の第３の変形例における無線通信システム１ｅと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0181】

無線通信システム１ｆは、移動中継局２ｆと、端末局３と、基地局４ｅとを有する。移動中継局２ｆは、端末通信部２２ｅと、データ記憶部２３と、基地局通信部２６とを備える。端末信号復号部２２９は、端末送信データをデータ記憶部２３に記録する。データ記憶部２３は、端末送信データを記憶する。データ記憶部２３は、端末送信データを送信データ変調部２６３に出力する。

【0182】

なお、上記の各実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、静止衛星、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。

【0183】

上述した各実施形態によれば、無線通信システムは、互いに異なる場所に存在する複数の通信装置と、移動体に備えられ複数の通信装置と無線通信する中継装置と、基地局装置とを有する。例えば、通信装置は、実施形態における端末局３であり、中継装置は、実施形態における移動中継局２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅであり、基地局装置は、実施形態における基地局４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅである。

【0184】

移動体は低軌道衛星であり、通信装置は例えばＩｏＴ端末に備えられる。通信装置から送信される信号は、ＩｏＴ端末によって測定されたセンサデータを示す信号でもよい。

【0185】

図１７は、移動中継局２のハードウェア構成の例を示す図である。移動中継局２の各機能部のうちの一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ２００が、不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有するメモリ２０２に記憶されたプログラムを実行することにより、ソフトウェアとして実現される。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置２０１などの非一時的な記録媒体である。移動中継局２の各機能部のうちの一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）又はＦＰＧＡ等を用いた電子回路（electronic circuit又はcircuitry）を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。

【0186】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0187】

１、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…無線通信システム，
２、２ａ、２ｂ、２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ、４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ…基地局，
２１、２１－１～２１－Ｎ…アンテナ，
２２、２２ｂ、２２ｃ…端末通信部，
２３…データ記憶部，
２４…基地局通信部，
２５…アンテナ，
２６…基地局通信部，
２７…中継局間通信部，
２８…アンテナ，
３１…データ記憶部，
３２…送信部，
３３…アンテナ，
３４…受信部，
３５…送信制御部，
４１…アンテナ，
４２…受信部，
４３…基地局信号受信処理部，
４４…端末信号受信処理部，
１００…ビーム、１０１…ビーム、１０２…小エリア，１０３…照射範囲，
２００…プロセッサ、２０１…記憶装置、２０２…メモリ，
２２１、２２１ｂ、２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎ…受信部，
２２２、２２２ｂ、２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎ…受信波形記録部，
２２３、２２３ｂ…通信状況測定部，
２２４、２２４ｂ…タイミング制御部，
２２５…記憶部，
２２６、２２６ｂ…送信部，
２２７…周波数変換部、
２４１…記憶部，
２４２…制御部，
２４３…送信データ変調部，
２４４…送信部，
２６１…記憶部，
２６２…制御部，
２６３…送信データ変調部，
２６４…ＭＩＭＯ送信部，
４１０…アンテナ局，
４２０…ＭＩＭＯ受信部，
４３０…基地局信号受信処理部，
４４０…端末信号受信処理部，
４４１…信号処理部，
４４２…端末信号復号部，
４５０…端末信号受信処理部，
４５１…分配部，
４５２、４５２－１～４５２－Ｎ…周波数変換部，
４５３…信号処理部，
４５４…端末信号復号部

【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】