HAPS协同飞行系统的制作方法

本发明涉及对适于构筑第五代通信的三维化网络的haps(高空平台站)等无线中继装置的飞行进行控制的系统和方法。

背景技术：

以往，已知将作为移动通信系统的通信规范的3gpp的lte(longtermevolution：长期演进)-advanced(参照非专利文献1)发展而成的被称为lte-advancedpro的通信规范(参照非专利文献2)。在该lte-advancedpro中，制定了用于提供与近年来的面向iot(internetofthings：物联网)的设备进行通信的规格。而且，已在研究支持与面向iot的设备等众多终端装置(也称为“ue(用户装置)”、“移动台”、“通信终端”。)的同时连接、低延迟化等的第五代移动通信(例如，参照非专利文献3)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：3gppts36.300v10.12.0(2014-12).

非专利文献2：3gppts36.300v13.5.0(2016-09).

非专利文献3：g.romano，“3gppranprogresson“5g””，3gpp，2016.

技术实现要素：

发明要解决的问题

在上述第五代移动通信等中，当为了在与包含面向iot的设备在内的终端装置之间的无线通信中实现三维化网络而配置能在上空移动的多个无线中继装置的情况下，有可能会因为在由多个无线中继装置形成的多个小区的小区边界处频繁发生切换(handover)或者来自相邻小区的干扰增大而导致通信质量劣化。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的一方面所涉及的系统是具备与终端装置进行无线通信的多个无线中继装置的系统，上述多个无线中继装置分别设置为能在上空飞行移动，并具备朝向地上或海上形成小区来与存在于上述小区的终端装置进行无线通信的无线中继站，通过自主控制或通过来自外部的控制，以维持无线中继装置之间的位置关系的方式相互协同飞行。

在上述系统中，也可以是，上述多个无线中继装置分别进行维持水平方向上的无线中继装置之间的位置关系的协同飞行。

另外，在上述系统中，也可以是，上述多个无线中继装置分别以维持高度方向上的无线中继装置之间的位置关系的方式进行协同飞行。

另外，在上述系统中，也可以是，上述多个无线中继装置分别以使上述无线中继装置的飞行方向和相对于飞行方向的姿势在无线中继装置之间彼此相同的方式进行协同飞行。

另外，在上述系统中，也可以是，在上述多个无线中继装置中的任一无线中继装置的飞行模式发生了变化时，其它无线中继装置被控制为以与上述任一无线中继装置的变化后的飞行模式相同的飞行模式进行飞行。

另外，在上述系统中，也可以是，上述多个无线中继装置基于各无线中继装置的位置而被分类为与地上或海上的相互不同的多个区域对应的多个组，按每个上述组进行上述无线中继装置的协同飞行的控制。

另外，在上述系统中，也可以是，将上述多个无线中继装置中的任一无线中继装置设定为成为上述飞行的控制的基准的无线中继装置，以上述基准的无线中继装置为中心，以与上述基准的无线中继装置协同飞行的方式控制其它无线中继装置的飞行，由此，控制上述多个无线中继装置的全体的协同飞行。

另外，在上述系统中，也可以是，具备管理上述多个无线中继装置的管理装置，上述管理装置经由地上或海上的网关站分别从上述多个无线中继装置取得包含上述多个无线中继装置各自的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，基于上述无线中继装置的信息，将用于进行上述协同飞行的控制信息经由上述网关站分别发送到上述多个无线中继装置。

另外，在上述系统中，也可以是，具备管理上述多个无线中继装置的管理装置，上述多个无线中继装置中的任意一个无线中继装置从其它无线中继装置取得包含上述其它无线中继装置各自的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，上述管理装置经由地上或海上的网关站从上述任意一个无线中继装置取得包含上述多个无线中继装置各自的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，基于上述无线中继装置的信息，将用于进行上述协同飞行的控制信息经由上述网关站发送到上述任意一个无线中继装置，并经由上述网关站和上述任意一个无线中继装置发送到上述其它无线中继装置。

另外，上述系统的特征在于，上述无线中继装置从位于该无线中继装置的附近的其它无线中继装置取得包含上述其它无线中继装置的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，基于上述无线中继装置的信息以与上述其它无线中继装置协同飞行的方式进行控制。

本发明的另一方面所涉及的无线中继装置是与终端装置进行无线通信的无线中继装置，设置为能在上空飞行移动，并具备朝向地上或海上形成小区来与存在于上述小区的终端装置进行无线通信的无线中继站，通过自主控制或通过来自外部的控制，以维持与位于该无线中继装置的附近的其它无线中继装置的位置关系的方式与上述其它无线中继装置协同飞行。

本发明的再一方面所涉及的管理装置是管理与终端装置进行无线通信的多个无线中继装置的管理装置，经由地上或海上的网关站分别从多个无线中继装置取得包含上述多个无线中继装置各自的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，上述多个无线中继装置设置为能在上空飞行移动、并朝向地上或海上形成小区来与存在于上述小区的终端装置进行无线通信，基于上述多个无线中继装置的信息，将用于以维持无线中继装置之间的位置关系的方式使上述多个无线中继装置相互协同飞行的控制信息经由上述网关站分别发送到上述多个无线中继装置。

本发明的再一方面所涉及的管理装置是管理与终端装置进行无线通信的多个无线中继装置的管理装置，经由地上或海上的网关站从多个无线中继装置中的任意一个无线中继装置取得包含上述多个无线中继装置各自的当前位置、高度和姿势中的至少一种的信息，上述多个无线中继装置设置为能在上空飞行移动、并朝向地上或海上形成小区来与存在于上述小区的终端装置进行无线通信，基于上述多个无线中继装置的信息，将用于以维持无线中继装置之间的位置关系的方式使上述多个无线中继装置相互协同飞行的控制信息经由上述网关站发送到上述任意一个无线中继装置，并经由上述网关站和上述任意一个无线中继装置发送到其它无线中继装置。

本发明的再一方面所涉及的方法是与终端装置进行无线通信的多个无线中继装置的飞行方法，设置为能在上空飞行移动、并朝向地上或海上形成小区来与存在于上述小区的终端装置进行无线通信的多个无线中继装置通过自主控制或通过来自外部的控制，以维持无线中继装置之间的位置关系的方式相互协同飞行。

发明效果

根据本发明，能够抑制由能在上空移动的多个无线中继装置形成的多个小区的小区边界处的切换的频繁发生或来自相邻小区的干扰的增大所导致的通信质量的劣化。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。

图2是示出实施方式的通信系统所使用的haps的一例的立体图。

图3是示出实施方式的通信系统所使用的haps的另一例的侧视图。

图4是示出实施方式的由多个haps在上空形成的无线网络的一例的说明图。

图5是示出再一个实施方式所涉及的实现三维化网络的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。

图6是示出实施方式的haps的无线中继站的一构成例的框图。

图7是示出实施方式的haps的无线中继站的另一构成例的框图。

图8是示出实施方式的haps的无线中继站的再一构成例的框图。

图9a是示出实施方式所涉及的多个haps的协同飞行的一例的说明图。

图9b是示出实施方式所涉及的多个haps的协同飞行的一例的说明图。

图10a是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps的一例的说明图。

图10b是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps的一例的说明图。

图11a是示出实施方式所涉及的多个haps的协同飞行的另一例的说明图。

图11b是示出实施方式所涉及的多个haps的协同飞行的另一例的说明图。

图12a是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps的另一例的说明图。

图12b是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps的另一例的说明图。

图13a是示出根据haps所飞行的上空的风的强度决定的飞行路线的形状的例子的说明图。

图13b是示出根据haps所飞行的上空的风的强度决定的飞行路线的形状的例子的说明图。

图13c是示出根据haps所飞行的上空的风的强度决定的飞行路线的形状的例子的说明图。

图14是示出实施方式所涉及的haps的按组协同飞行的一例的说明图。

图15是示出实施方式所涉及的haps的以锚点机体为中心的协同飞行的一例的说明图。

图16是示出实施方式所涉及的能控制haps的协同飞行的集中控制型的控制系统的一例的说明图。

图17是示出实施方式所涉及的能控制haps的协同飞行的集中控制型的控制系统的另一例的说明图。

图18是示出实施方式所涉及的能控制haps的协同飞行的自主控制侧的控制系统的一例的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。

本实施方式所涉及的通信系统适于实现支持与众多终端装置的同时连接、低延迟化等的第五代移动通信的三维化网络。另外，能在本说明书所公开的通信系统、无线中继站、基站、转发器和终端装置中应用的移动通信的标准规范包含第五代的移动通信的标准规范、以及第五代以后的一代接一代移动通信的标准规范。

如图1所示，通信系统具备多个作为空中漂浮型的通信中继装置(无线中继装置)的高空平台站(haps)(也称为“高空伪卫星”。)10、20。haps10、20位于规定高度的空域，在规定高度的小区形成目标空域40形成如图中影线区域所示那样的三维小区(三维区域)41、42。haps10、20是在漂浮体(例如，太阳能飞机、飞艇)搭载无线中继站而成的，该漂浮体通过自主控制或来自外部的控制而被控制为以悬浮或者飞行的方式位于离地面或海面100[km]以下的高空的空域(漂浮空域)50。

haps10、20所在的空域50例如是高度为11[km]以上和50[km]以下的平流层的空域。该空域50也可以是气象条件比较稳定的高度为15[km]以上25[km]以下的空域，尤其可以是高度为大致20[km]的空域。图中的hrsl和hrsu分别表示出以地面(gl)为基准的haps10、20所在的空域50的下端和上端的相对高度。

小区形成目标空域40是由本实施方式的通信系统中的1个或2个以上的haps形成三维小区的目标空域。小区形成目标空域40是位于haps10、20所在的空域50与以往的宏小区基站等基站(例如lte的enodeb)90所覆盖的地面近旁的小区形成区域之间的、规定高度范围(例如，50[m]以上1000[m]以下的高度范围)的空域。图中的hcl和hcu分别表示出以地面(gl)为基准的小区形成目标空域40的下端和上端的相对高度。

此外，本实施方式的形成三维小区的小区形成目标空域40也可以是海、河或湖的上空。

haps10、20的无线中继站分别朝向地面形成用于与作为移动台的终端装置进行无线通信的波束100、200。终端装置可以是集成于作为可远程操纵的小型直升机等飞行器的无人机60的通信终端模块，也可以是在飞机65中用户所使用的用户装置。在小区形成目标空域40中波束100、200所通过的区域为三维小区41、42。在小区形成目标空域40中相互相邻的多个波束100、200也可以部分地重叠。

haps10、20的无线中继站分别是例如与地上(或海上)侧的连接于核心网络的作为中继站的网关站(也称为“馈线站”。)70进行无线通信的基站、或者与地上(或海上)侧的连接于基站的作为中继站的馈线站(转发器母机)70进行无线通信的转发器子机。haps10、20的无线中继站分别经由设置在地上或海上的馈线站70连接于移动通信网80的核心网络。haps10、20与馈线站70之间的通信可以是通过微波等电波进行的无线通信，也可以是使用了激光等的光通信。

haps10、20也可以分别通过由集成于内部的计算机等构成的控制部执行控制程序，来对自身的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理进行自主控制。例如，haps10、20分别可以取得自身的当前位置信息(例如gps位置信息)、预先存储的位置控制信息(例如，飞行计划信息)、位于周边的其它haps的位置信息等，基于这些信息对漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理进行自主控制。

另外，haps10、20各自的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理也可以设为能够由设置于移动通信网80的通信中心等的作为管理装置的管理装置(也称为“远程控制装置”。)85来控制。管理装置85例如能够由pc等计算机装置、服务器等构成。在该情况下，haps10、20也可以为了能够接收来自管理装置85的控制信息或向管理装置85发送监视信息等各种信息而集成有控制用通信终端装置(例如，移动通信模块)，并为了能够从管理装置85进行识别而被分配终端识别信息(例如，ip地址、电话号码等)。控制用通信终端装置的识别也可以使用通信接口的mac地址。另外，haps10、20也可以分别将与自身或周边的haps的漂浮移动(飞行)、无线中继站中的处理相关的信息、与haps10、20的状态相关的信息、由各种传感器等取得的观测数据等监视信息发送到管理装置85等规定的发送目的地。控制信息可以包含haps的目标飞行路线信息。监视信息可以包含haps10、20的当前位置、飞行路线历史信息、空速、地速和推进方向、haps10、20的周边的气流的风速和风向、以及haps10、20的周边的气压和气温中的至少一种信息。

在小区形成目标空域40中，有可能产生haps10、20的波束100、200未通过的区域(未形成三维小区41、42的区域)。为了填补该区域，也可以如图1的构成例那样具备从地上侧或海上侧朝向上方形成放射状的波束300来形成三维小区43而进行atg(airtoground：空对地)连接的基站(以下称为“atg站”。)30。

另外，也可以不使用atg站30，而是调整haps10、20的位置、波束100、200的发散角(波束宽度)等，由此，haps10、20的无线中继站以使得在小区形成目标空域40无漏洞地形成三维小区的方式，形成将小区形成目标空域40的上端面的整体覆盖的波束100、200。

此外，由上述haps10、20形成的三维小区也可以形成为到达地面或海面，以使得与位于地上或海上的终端装置之间也能够进行通信。

图2是示出实施方式的通信系统所使用的haps10的一例的立体图。

图2的haps10是太阳能飞机类型的haps，具备长边方向的两端部侧沿着上方的主机翼部101、以及在主机翼部101的短边方向的一端缘部具备作为总线动力系的推进装置的多个由马达驱动的螺旋桨103。在主机翼部101的上表面，设置有作为具有太阳能发电功能的太阳能发电部的太阳能发电板(以下称为“太阳能板”。)102。另外，在主机翼部101的下表面的长边方向的2个部位，经由板状的连结部104连结有作为收纳任务设备的多个设备收纳部的吊舱105。在各吊舱105的内部收纳有作为任务设备的无线中继站110、以及电池106。另外，在各吊舱105的下表面侧设置有起飞和着陆时使用的车轮107。由太阳能板102发出的电力蓄积到电池106，利用从电池106供应的电力，对螺旋桨103的马达进行旋转驱动，由无线中继站110执行无线中继处理。

太阳能飞机类型的haps10例如通过基于规定的目标飞行路线按圆形进行盘旋飞行或进行“d”字型飞行或进行“8”字型飞行而以升力漂浮，能够以按规定的高度停留于水平方向的规定的范围的方式进行漂浮。此外，太阳能飞机类型的haps10在螺旋桨103未被进行旋转驱动时，也能够如滑翔机那样飞翔。例如，可以在白天等通过太阳能板102的发电而电池106的电力有富余时上升到高的位置，在夜晚等无法通过太阳能板102发电时停止从电池106向马达供电而如滑翔机那样飞翔。

另外，haps10具备作为用于与其它haps、人造卫星进行光通信的通信部的三维兼容指向性的光天线装置130。此外，在图2的例子中，在主机翼部101的长边方向的两端部配置有光天线装置130，但也可以在haps10的其它部位配置光天线装置130。此外，用于与其它haps、人造卫星进行光通信的通信部不限于进行这样的光通信，也可以是进行通过微波等电波的无线通信等通过其它方式的无线通信。

图3是示出实施方式的通信系统所使用的haps20的另一例的立体图。

图3的haps20是无人飞艇类型的haps，有效载荷大，因此能够搭载大容量的电池。haps20具备：飞艇主体201，其填充有用于以浮力进行漂浮的氦气等气体；由马达驱动的螺旋桨202，其作为总线动力系的推进装置；以及设备收纳部203，其收纳任务设备。在设备收纳部203的内部收纳有无线中继站210和电池204。利用从电池204供应的电力，对螺旋桨202的马达进行旋转驱动，由无线中继站210执行无线中继处理。

此外，也可以在飞艇主体201的上表面设置具有太阳能发电功能的太阳能板，将由太阳能板发出的电力蓄积到电池204。

另外，无人飞艇类型的haps20也具备作为用于与其它haps、人造卫星进行光通信的通信部的三维兼容指向性的光天线装置230。此外，在图3的例子中，在飞艇主体201的上表面部和设备收纳部203的下表面部配置有光天线装置230，但也可以在haps20的其它部分配置光天线装置230。此外，用于与其它haps、人造卫星进行光通信的通信部不限于进行这样的光通信，也可以是进行通过微波等电波的无线通信等通过其它方式的无线通信。

图4是示出实施方式的由多个haps10、20在上空形成的无线网络的一例的说明图。

多个haps10、20以能够在上空相互通过光通信进行haps间通信的方式构成，形成能够在广大区域内稳定地实现三维化网络的鲁棒性优异的无线通信网络。该无线通信网络也能够作为根据各种环境、各种信息进行动态路由的自组织网络发挥功能。上述无线通信网络能够以具有二维或三维的各种拓扑的方式形成，例如，可以如图4所示的那样是网格型的无线通信网络。

图5是示出另一个实施方式所涉及的通信系统的整体构成的一例的概略构成图。

此外，在图5中，对于与前述的图1共同的部分标注相同的附图标记，省略其说明。

在图5的实施方式中，haps10与移动通信网80的核心网络之间的通信是经由馈线站70和低轨道的人造卫星72来进行的。在该情况下，人造卫星72与馈线站70之间的通信可以通过由微波等电波进行的无线通信来进行，也可以通过使用了激光等的光通信来进行。另外，haps10与人造卫星72之间的通信是通过使用了激光等的光通信来进行的。

图6是示出实施方式的haps10、20的无线中继站110、210的一构成例的框图。

图5的无线中继站110、210是转发器类型的无线中继站的例子。无线中继站110、210分别具备3d小区形成天线部111、收发部112、馈送用天线部113、收发部114、转发器部115、监视控制部116以及电源部117。而且，无线中继站110、210分别具备用于haps间通信等的光通信部125、以及波束控制部126。

3d小区形成天线部111具有朝向小区形成目标空域40形成放射状的波束100、200的天线，形成能与终端装置进行通信的三维小区41、42。收发部112与3d小区形成天线部111一起构成第一无线通信部，具有收发共用器(dup：duplexer)、放大器等，经由3d小区形成天线部111向存在于三维小区41、42的终端装置发送无线信号或从终端装置接收无线信号。

馈送用天线部113具有用于与地上或海上的馈线站70进行无线通信的指向性天线。收发部114与馈送用天线部113一起构成第二无线通信部，具有收发共用器(dup：duplexer)、放大器等，经由馈送用天线部113向馈线站70发送无线信号或从馈线站70接收无线信号。

转发器部115对与终端装置之间进行收发的收发部112的信号、以及与馈线站70之间进行收发的收发部114的信号进行中继。转发器部115具有将规定频率的中继对象信号放大至规定的电平的放大器功能。转发器部115也可以具有对中继对象信号的频率进行转换的频率转换功能。

监视控制部116例如由cpu和存储器等构成，通过执行预先装入的程序来监视haps10、20内的各部的动作处理状况或控制各部。特别是，监视控制部116通过执行控制程序来控制对螺旋桨103、202进行驱动的马达驱动部141，使haps10、20向目标位置移动，并且，控制它们留在目标位置附近。

电源部117将从电池106、204输出的电力供应到haps10、20内的各部。电源部117也可以具有使由太阳能发电板等发出的电力、从外部供应的电力蓄积到电池106、204的功能。

光通信部125经由激光等光通信介质与周边的其它haps10、20、人造卫星72进行通信。通过该通信，对无人机60等的终端装置与移动通信网80之间的无线通信动态地进行中继的动态路由成为可能，并且在任意一个haps发生了故障时，其它haps作为后备进行无线中继，从而能够提高移动通信系统的鲁棒性。

波束控制部126对haps间通信、与人造卫星72的通信所使用的激光等的波束的方向和强度进行控制，或者以根据与周边的其它haps(无线中继站)之间的相对位置的变化来切换通过激光等的光束进行通信的其它haps(无线中继站)的方式进行控制。该控制例如可以基于haps自身的位置和姿势、周边的haps的位置等来进行。haps自身的位置和姿势的信息可以基于集成于该haps的gps接收装置、陀螺仪传感器、加速度传感器等的输出来取得，周边的haps的位置的信息可以从设置于移动通信网80的管理装置85、或者haps管理服务器、应用程序服务器等服务器86取得。

图7是示出实施方式的haps10、20的无线中继站110、210的另一构成例的框图。

图7的无线中继站110、210是基站类型的无线中继站的例子。

此外，在图7中，对于与图6同样的构成要素标注相同的附图标记，省略说明。图7的无线中继站110、210分别还具备调制解调器部118，并取代转发器部115而具备基站处理部119。而且，无线中继站110、210分别具备光通信部125和波束控制部126。

调制解调器部118例如对从馈线站70经由馈送用天线部113和收发部114接收到的接收信号执行解调处理和解码处理，生成向基站处理部119侧输出的数据信号。另外，调制解调器部118对从基站处理部119侧收到的数据信号执行编码处理和调制处理，生成经由馈送用天线部113和收发部114向馈线站70发送的发送信号。

基站处理部119例如具有作为基于遵循lte/lte-advanced的标准规范的方式进行基带处理的e-nodeb的功能。基站处理部119也可以是以遵循第五代等的将来的移动通信的标准规范的方式进行处理。

基站处理部119例如对从存在于三维小区41、42的终端装置经由3d小区形成天线部111和收发部112接收到的接收信号执行解调处理和解码处理，生成向调制解调器部118侧输出的数据信号。另外，基站处理部119对从调制解调器部118侧收到的数据信号执行编码处理和调制处理，生成经由3d小区形成天线部111和收发部112向三维小区41、42的终端装置发送的发送信号。

图8是示出实施方式的haps10、20的无线中继站110、210的再一构成例的框图。

图8的无线中继站110、210是具有边缘计算功能的高功能的基站类型的无线中继站的例子。此外，在图8中，对于与图6和图7同样的构成要素标注相同的附图标记，省略说明。图8的无线中继站110、210分别在图7的构成要素的基础上还具备边缘计算部120。

边缘计算部120例如由小型的计算机构成，通过执行预先装入的程序，能够执行与haps10、20的无线中继站110、210中的无线中继等相关的各种信息处理。

例如，边缘计算部120基于从存在于三维小区41、42的终端装置接收到的数据信号，判定该数据信号的发送目的地，基于其判定结果执行对通信的中继目的地进行切换的处理。更具体地说，在从基站处理部119输出的数据信号的发送目的地为存在于自身的三维小区41、42的终端装置的情况下，不将该数据信号传到调制解调器部118，而是将其返回给基站处理部119而发送到存在于自身的三维小区41、42的发送目的地的终端装置。另一方面，在从基站处理部119输出的数据信号的发送目的地为存在于自身的三维小区41、42以外的其它小区的终端装置的情况下，将该数据信号传到调制解调器部118而发送到馈线站70，经由移动通信网80发送到存在于发送目的地的其它小区的发送目的地的终端装置。

边缘计算部120也可以执行对从存在于三维小区41、42的众多终端装置接收到的信息进行分析的处理。该分析结果也可以发送到存在于三维小区41、42的众多终端装置，或者发送到设置于移动通信网80的管理装置85、或作为管理装置的haps管理服务器、应用程序服务器(应用服务器)等服务器86等。

经由无线中继站110、210的与终端装置的无线通信的上行链路和下行链路的双工方式不限于特定的方式，例如，可以是时分双工(timedivisionduplex：tdd)方式，也可以是频分双工(frequencydivisionduplex：fdd)。另外，经由无线中继站110、210的与终端装置的无线通信的接入方式不限于特定的方式，例如，可以是fdma(frequencydivisionmultipleaccess：频分多址)方式、tdma(timedivisionmultipleaccess：时分多址)方式、cdma(codedivisionmultipleaccess：码分多址)方式或ofdma(orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess：正交频分多址)。另外，在上述无线通信中，也可以使用mimo(多输入多输出：multi-inputandmulti-output)技术，上述mimo技术具有分集编码、发送波束成形、空分复用(sdm：spatialdivisionmultiplexing)等功能，通过由收发双方同时利用多个天线，能够增大每单位频率的传输容量。另外，上述mimo技术可以是1个基站与1个终端装置在同一时刻·同一频率发送多个信号的su-mimo(single-usermimo：单用户mimo)技术，也可以是1个基站向多个不同的终端装置在同一时刻·同一频率发送信号或多个不同的基站向1个终端装置在同一时刻·同一频率发送信号的mu-mimo(multi-usermimo：多用户mimo)技术。

以下，对与终端装置进行无线通信的无线中继装置为具有无线中继站110的太阳能飞机类型的haps10的情况进行说明，但以下的实施方式也同样能够应用于具有无线中继站210的无人飞艇类型的haps20等能在上空移动的其它无线中继装置。

另外，将具有无线中继站110的haps10与经由作为馈线站的网关站(以下略称为“gw站”。)70的基站90之间的链路称为“馈线链路”，将haps10与终端装置61之间的链路称为“服务链路”。特别是，将haps10与gw站70之间的区间称为“馈线链路的无线区间”。另外，将从gw站70经由haps10去往终端装置61的通信的下行链路称为“正向链路(forwardlink)”，将从终端装置61经由haps10去往gw站70的通信的上行链路称为“反向链路(reverselink)”。

当由本实施方式的能在上空移动的多个haps10在地上或海上形成多个小区100a的情况下，有可能小区边界部分的大小或小区之间的距离发生变化，在小区边界处频繁发生切换而导致通信质量劣化。

因此，本实施方式的haps10通过自主控制或通过来自外部的控制而被控制为以维持haps之间的位置关系的方式按相同的飞行形态相互协同飞行。由此，作为通信质量的sinr(所需信号与干扰/噪声功率之比)出现劣化的sinr劣化区域的大小成为一定。

图9a和图9b是示出实施方式所涉及的多个haps10的协同飞行的一例的说明图。另外，图10a和图10b是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps10的一例的说明图。图9a、图9b、图10a和图10b是分别从竖直方向的上方观看飞行控制对象的多个haps10(1)～10(6)、它们的飞行路线10f(1)～10f(6)、以及小区100a(1)～100a(6)的图。另外，图中的小区边界处的由交叉影线示出的区域为sinr劣化区域a。此外，在图9a和图9b的例子中，示出了haps10的数量为6个的情况，但haps10的数量也可以是2～5个，还可以是7个以上。

在图9a和图9b中，多个haps10分别通过自主控制或通过来自外部的控制而被控制为一边在竖直方向的下方形成小区100a(1)～100a(6)，一边沿着彼此相同的圆形的飞行路线10f(1)～10f(6)反复进行循环飞行。并且，各haps10通过自主控制或通过来自外部的控制而被控制为以维持haps之间的水平方向的位置关系(例如haps之间的距离)的方式相互协同飞行。

例如，在图9a所示的飞行定时，多个haps10(1)～10(6)分别被控制为一边在竖直方向的下方形成小区100a(1)～100a(6)，一边在水平方向上的飞行路线10f(1)～10f(6)的图中右端的位置进行去往图中上方的协同飞行。其后，在图9b所示的飞行定时，多个haps10(1)～10(6)分别被控制为一边在竖直方向的下方形成小区100a(1)～100a(6)，一边在水平方向上的飞行路线10f(1)～10f(6)的图中上端的位置进行去往图中左方的协同飞行。如图9a和图9b所示，即使经过了飞行时间，由多个haps10(1)～10(6)形成的小区100a(1)～100a(6)的sinr劣化区域a的大小也被维持。通过这样飞行，能够抑制sinr劣化，另一方面，通过以使小区边界线不发生变化的方式进行协同飞行，能够抑制切换的发生。

相对于此，在如图10a和图10b的比较例那样多个haps10(1)～10(6)不相互协同而无秩序地飞行的情况下，小区边界的sinr劣化区域a的大小会有差别，并且，小区之间容易产生sinr劣化区域b。而且，这些sinr劣化区域a、b的大小会根据haps10(1)～10(6)的飞行而变化。

此外，在图9a和图9b的例子中，多个haps10(1)～10(6)也可以分别以维持高度方向上的haps之间的位置关系的方式进行协同飞行。例如，多个haps10(1)～10(6)也可以是以彼此维持相同的高度的方式进行协同飞行。在该情况下，haps10(1)～10(6)会一起上升和下降，由此，期望信号与干扰信号会一起减少和增加，因此，sinr的劣化成为一定。

另外，在图9a和图9b的例子中，多个haps10(1)～10(6)也可以分别以使相对于飞行方向的姿势(例如，相对于行进方向的横摇(rolling)、纵摇(pitching)等的倾斜)在haps之间彼此相同的方式进行协同飞行。

图11a和图11b是示出实施方式所涉及的多个haps10的协同飞行的另一例的说明图。另外，图12a和图12b是示出比较例所涉及的无秩序飞行状态的多个haps10的另一例的说明图。图11a、图11b、图12a和图12b是haps10在从竖直方向倾斜的方向上形成小区的例子。此外，在图11a、图11b、图12a和图12b中，对于与前述的图9a、图9b、图10a和图10b共同的部分，省略说明。

多个haps10分别通过自主控制或通过来自外部的控制而被控制为一边由于自身的横摇而在从竖直方向倾斜的方向上形成小区100a(1)～100a(6)，一边沿着彼此相同的圆形的飞行路线10f(1)～10f(6)反复进行循环飞行。并且，各haps10通过自主控制或通过来自外部的控制而被控制为以维持haps之间的水平方向的位置关系(例如haps之间的距离)的方式相互协同飞行。

例如，在图11a所示的飞行定时，多个haps10(1)～10(6)分别被控制为一边由于图中右侧端变得比左侧端高的横摇而在从竖直方向的下方向图中右方向发生了偏移的位置上形成小区100a(1)～100a(6)，一边在水平方向上的飞行路线10f(1)～10f(6)的图中右端的位置进行去往图中上方的协同飞行。其后，在图11b所示的飞行定时，多个haps10(1)～10(6)分别被控制为一边由于图中上侧端变得比下侧端高的横摇而在从竖直方向的下方向图中上方向发生了偏移的位置上形成小区100a(1)～100a(6)，一边在水平方向上的飞行路线10f(1)～10f(6)的图中上端的位置进行去往图中左方的协同飞行。如图11a和图11b所示，即使经过了飞行时间，由一边横摇一边飞行的多个haps10(1)～10(6)形成的小区100a(1)～100a(6)的sinr劣化区域a的大小也被维持。通过这样飞行，能够抑制sinr劣化，另一方面，通过以使小区边界线不产生变化的方式进行协同飞行，能够抑制切换的发生。

相对于此，在如图12a和图12b的比较例那样多个haps10(1)～10(6)不相互协同而无秩序地飞行的情况下，小区边界的sinr劣化区域a的大小会有差别，并且，容易产生小区之间的sinr出现劣化的sinr劣化区域b。而且，这些sinr劣化区域a、b的大小会根据haps10(1)～10(6)的飞行而变化。

此外，在图11a和图11b的例子中，多个haps10(1)～10(6)也可以分别以维持高度方向上的haps之间的位置关系的方式进行协同飞行。

另外，在图9a、图9b、图11a和图11b的例子中，说明了多个haps10被控制为进行协同飞行的飞行路线的形状为圆形的情况，但协同飞行控制对象的haps10的飞行路线也可以是圆形以外的形状。

图13a～图13c是示出根据haps10所飞行的上空的风w的强度决定的飞行路线10f的形状的例子的说明图。如图13a、图13b和图13c所示，有时会根据haps10所飞行的高度的空域(例如平流层)中的风速来变更飞行路线的形状。例如，在图13a的几乎无风时，无论风w的方向如何，都将haps10的飞行路线决定为圆形的飞行路线。另外，在图13b的和风时，为了使朝向风吹的方向(逆着风w)飞行的时间段尽量短，而将haps10的飞行路线决定为圆形的一部圆弧的部分变为了直线的“d”字型的飞行路线。另外，在图13c的强风时，为了使朝向风吹的方向(逆着风w)飞行的时间段更短，将haps10的飞行路线决定为“8”字型的飞行路线。在这样根据上空的风w的强度变更了飞行路线10f的形状的情况下，在本实施方式中，控制多个haps10按照该变更后的形状的飞行路线10f，进行上述协同飞行。

另外，多个haps10有时会在能够接受太阳光的白天的时间段内一边通过太阳能发电对电池进行充电一边以螺旋状上升的方式飞行，在无法接受太阳光的夜晚的时间段内通过螺旋状下降的滑翔飞行来进行飞行以利用从势能转换的螺旋桨的旋转能量对电池进行充电。在这样以白天的螺旋状的上升或夜晚的螺旋状的下降的飞行路线进行飞行的情况下，在本实施方式中，也控制多个haps10按照该白天或夜晚的螺旋状的飞行路线，进行上述协同飞行。

另外，在本实施方式中，相互相邻的hpas之间的距离有数百km(例如约200km)，虽说是稳定的平流层但气象条件等环境不同，协同地采取相同飞行形态有时并不高效。因此，也可以根据haps10所飞行的高度的空域(例如，平流层)的气象环境条件将多个haps10分组来进行协同飞行。haps10的组也可以根据气象环境条件来改变。

图14是示出实施方式所涉及的haps的按组协同飞行的一例的说明图。在图14中，考虑到天气、上空的风速等气象环境条件，覆盖日本的多个haps10被分成以下多个组：主要覆盖日本的北海道地区的多个haps的组g1；主要覆盖除北海道以外的东日本地区的haps的组g2；以及主要覆盖包含冲绳在内的西日本地区的haps的组g3。通过按这些组g1、g2、g3中的每个组进行前述的haps10的协同飞行的控制，能够以与天气、上空的风速等气象环境条件相应的飞行路线的形状(飞行形态)使haps10飞行，而无需使haps10进行勉强的飞行。

图15是示出实施方式所涉及的haps10的以锚点机体为中心的协同飞行的一例的说明图。图15中的haps之间的箭头示出控制信息的发送方向。在图15的例子中，将协同飞行控制对象的多个haps10中的任意一个haps设定为成为飞行的控制的基准的haps(以下称为“锚点haps”。)10a。然后，以该基准的锚点haps10a为中心依次发送各haps10的控制信息，由此控制多个haps10的全体相互进行协同飞行。由此，提供有使用了haps10的通信服务的区域中的协同飞行控制对象的全部haps能够相互进行协同飞行，在该通信服务提供区域中能够更可靠地抑制小区边界处的切换的频繁发生或者来自相邻小区的干扰的增大所导致的通信质量的劣化。此外，锚点haps10a也可以是多个。

图16是示出实施方式所涉及的能控制haps10的协同飞行的集中控制型的控制系统的一例的说明图。在图16中，设置于地上或海上的控制中心的管理装置85经由能与多个haps10分别进行通信的gw站(中继装置)70接收多个haps10各自的作为前述的监视信息的机体的信息(例如，纬度、经度、高度、飞行方向的方位、从水平面的倾斜)。管理装置85将从各haps10接收到的机体的信息汇总到作为存储单元的haps数据库进行存储。另外，管理装置85按每个haps10基于对应的机体的信息生成或选择用于进行上述协同飞行的控制信息，并将该控制信息经由gw站(中继装置)70发送到haps10。各haps10基于接收到的控制信息，以进行上述协同飞行的方式来控制。如上所示，在图16的例子中，能够从地上或海上的管理装置85以使多个haps10的全体相互进行协同飞行的方式对各haps10进行集中控制。

图17是示出实施方式所涉及的能控制haps10的协同飞行的集中控制型的控制系统的另一例的说明图。在图17中，设置于地上或海上的控制中心的管理装置85经由多个haps10中的任意一个锚点haps10a接收多个haps10的全部机体的信息(例如，纬度、经度、高度、飞行方向的方位、从水平面的倾斜)。管理装置85将经由锚点haps10a接收到的多个haps10的全部机体的信息汇总到haps数据库进行存储。另外，管理装置85针对多个haps10的全部，基于机体的信息生成或选择用于进行上述协同飞行的控制信息，将该多个控制信息经由gw站(中继装置)70和锚点haps10a发送到各haps10。各haps10基于接收到的控制信息，以进行上述协同飞行的方式来控制。如上所示，在图17的例子中，能够从地上或海上的管理装置85以使多个haps10的全体相互进行协同飞行的方式对各haps10进行集中控制。特别是，在图17的例子中，即使在多个haps10中的任一haps10处于无法与gw站70通信的状况的情况下，也能够控制haps10的协同飞行。此外，在图17的例子中，机体的信息和控制信息的收发所使用的锚点haps10a和gw站70也分别可以是多个。

图18是示出实施方式所涉及的能控制haps10的协同飞行的自主控制侧的控制系统的一例的说明图。在图18中，多个haps10分别与相邻的haps10之间交换机体的信息(例如，纬度、经度、高度、飞行方向的方位、从水平面的倾斜)，生成或选择用于进行上述协同飞行的控制信息，基于该控制信息以进行上述协同飞行的方式来控制。如上所示，图18中的多个haps10能够以使多个haps10的全体相互进行协同飞行的方式进行自主控制。特别是，在图18的例子中，即使在多个haps10全部处于无法与gw站70通信的状况的情况下，也能够控制haps10的协同飞行。

此外，本说明书中说明的处理工序以及haps10、20等通信中继装置的无线中继站、馈线站、网关站、管理装置、监视装置、远程控制装置、服务器、终端装置(用户装置、移动台、通信终端)、基站和基站装置的构成要素能够通过各种各样的手段来实现。例如，这些工序和构成要素可以通过硬件、固件、软件或者它们的组合来实现。

关于硬件实现，在实体(例如，无线中继站、馈线站、网关站、基站、基站装置、无线中继站装置、终端装置(用户装置、移动台、通信终端)、管理装置、监视装置、远程控制装置、服务器、硬盘驱动器装置或光盘驱动器装置)中为了实现上述工序和构成要素而使用的处理单元等手段可以在1个或者多个特定用途ic(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子设备、设计成执行本说明书中说明的功能的其它电子单元、计算机或者它们的组合之中实现。

另外，关于固件和/或软件实现，为了实现上述构成要素而使用的处理单元等手段可以由执行本说明书中说明的功能的程序(例如，过程(procedure)、函数、模块、指令等的代码)来实现。一般而言，有形地体现固件和/或软件的代码的任意的计算机/处理器可读取的介质也可以用于为了实现本说明书中说明的上述工序和构成要素而使用的处理单元等手段的实现。例如，固件和/或软件代码也可以在例如控制装置中、存储于存储器，由计算机、处理器来执行。该存储器可以实现在计算机、处理器的内部，或者也可以实现在处理器的外部。另外，固件和/或软件代码例如也可以存储在如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、非易失性随机存取存储器(nvram)、可编程只读存储器(prom)、电可擦除prom(eeprom)、闪存、软(注册商标)盘、光盘(cd)、数字多功能磁盘(dvd)、磁或光数据存储装置等这样的计算机、处理器可读取的介质中。该代码可以由1个或者多个计算机、处理器执行，另外，也可以使计算机、处理器执行本说明书中说明的功能性的某一方面。

另外，上述介质也可以是非暂时性的记录介质。另外，上述程序的代码只要能由计算机、处理器、或者其它设备或装置机器读入并执行即可，其形式不限于特定的形式。例如，上述程序的代码可以是源代码、目标代码以及二进制代码之中的任意一种代码，另外，也可以是这些代码之中的2种以上混杂在一起。

另外，本说明书中公开的实施方式的说明是为了使本领域技术人员能制造或者使用本发明而提供的。对本领域技术人员而言，对本发明的各种各样的修正是容易明白的，本说明书中定义的一般性原理无需脱离本发明的宗旨或者范围就能应用于其它变型。因此，本发明不限于本说明书中说明的例子和设计，应认为其范围是与本说明书中公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

附图标记说明

10、10(1)～10(6)haps(太阳能飞机类型)

10a锚点haps

10f(1)～10f(6)飞行路线

20haps(飞艇类型)

40小区形成目标空域

41、42、43三维小区

50haps所在的空域

60无人机

61终端装置

65飞机

70网关站(gw站)

72人造卫星

80移动通信网

85管理装置(管制中心，控制中心)

86服务器

90基站(enodeb)

100、200、300波束

100a、100a(1)～100a(6)小区

110、210无线中继站

a、bsinr劣化区域。