JP2002159055A

JP2002159055A - 移動体通信システム

Info

Publication number: JP2002159055A
Application number: JP2000351376A
Authority: JP
Inventors: Chuji Tokunaga; 忠次徳永; Toshiharu Kouchi; 利春古内
Original assignee: NEC Network and System Integration Corp
Current assignee: NEC Network and System Integration Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】移動局の移動速度が速くなることによる通話
チャンネルのハンドオーバの増加を抑えて、通信網全体
の負荷を軽減して通信効率の高い移動体通信システムを
提供すること。【解決手段】地上に設けられた地上基地局からなる固
定レイヤと、空中を移動が可能な移動基地局からなる移
動レイヤにより通信網を形成して、移動基地局が高速で
移動する移動体と同一の移動方向に所定の速度で移動す
ることによりハンドオーバを無くす。また、移動局と基
地局との相対速度を検出して、検出した相対移動速度に
応じて移動型セルの移動基地局又は地上セルの地上基地
局を選択し、選択された移動基地局又は地上基地局にハ
ンドオーバする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信システ
ムに関し、特に、移動が可能な基地局からなる移動型セ
ル網としての移動レイヤで形成した通信網により、高速
で移動中の移動局との通信をハンドオーバ無し又は極端
に少ないハンドオーバで行うことが可能な移動体通信シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の移動体通信におけるセルの通信網
は、複数のセルから構成された固定レイヤ方式が採用さ
れており、カバーエリアが、例えば、１Ｋｍ以内のマイ
クロセル及びカバーエリアが数Ｋｍ程度のマクロセルで
構成されている。

【０００３】マイクロセル及びマクロセルは、電波の届
く範囲の大きさに差はあるが、移動局がアクセスする順
位には差はない。

【０００４】移動局からの電波の発信は、エリア内のマ
イクロセル又はマクロセルの基地局が受信し、移動局へ
の着信は、移動局の位置登録情報に基づき、近接したセ
ルの基地局から一斉に呼び出しの送信を行うことにより
行われる。

【０００５】また、移動局が移動して、最初の呼を確立
したセルの外へ出る場合には、隣接セルの受信電界や空
きチャンネルを調査することにより、感度の高いセルの
基地局へ無瞬断で切り替える（いわゆるハンドオーバと
称される）。したがって、移動体通信は、マイクロセル
及びマクロセルからなる一つのレベルの通信網のみで構
成する通信回線で通話チャンネルの切替を行っている。
また、移動局の通話可能な範囲は、一つの移動体通信回
線網で構成しているため、地上及び陸地に接近した海上
のみである。

【０００６】近年、移動体通信の発展により、音声通話
はもとよりコンピュータによるデータ通信の比重が増し
てきている。また、マルチメディア等による画像情報伝
送での通信データ量も多くなり、通信速度の高速化、通
信品質の向上が望まれている。

【０００７】また、移動速度を比較すると、人は時速４
Ｋｍ、車は１００Kｍ、高速鉄道は時速２７０Ｋｍなど
のように速度範囲が大きく変化しているため、移動体通
信は、人が歩いて音声通話をする範囲から高速鉄道など
による高速移動中での通話、データ通信までの対応が望
まれている。

【０００８】従来のマイクロセル又はマクロセルによる
地上セル網（例えば、マクロセルのカバーエリアを直径
５Ｋｍとする。）では、通話チャンネル切替によるハン
ドオーバは、１時間当たり、人が歩いた場合は０〜１回
で済むが、時速１００Ｋｍの車は２３回程度、時速２７
０Ｋｍの高速鉄道は６３回程度の切替が必要となる。

【０００９】また、従来のセルの基地局は、地上のビ
ル、鉄塔などに固定して設置されており、セルの無線の
カバーエリアは固定したものとなっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通話チャンネル切替
は、移動する移動局のセルへの移行の検出、先行先セル
の決定及びそのセルでの空きチャンネルの選択、移動局
に対するチャンネル切替指令の３段階の手順がふまれ
る。したがって、移動速度が速くなると、通話チャンネ
ル切替が煩雑になり、その情報伝達のための伝送信号の
領域が少なくなる。すなわち、マイクロ及びマクロレイ
ヤのような小レイヤ通信網の負荷が重くなり通信効率が
低下するおそれがある。

【００１１】また、移動中での次のセルの基地局へのハ
ンドオーバで空きチャンネルが無い場合には、通信が切
断するおそれがある。

【００１２】そこで、本発明は、移動が可能な基地局
（移動基地局と称する）を有する通信網により、移動基
地局が高速で移動する移動体と同一の移動方向に所定の
速度で移動することにより、ハンドオーバ無し又は格段
に少ないハンドオーバに長時間の通信が可能な移動体通
信システムを提供することを目的とする。

【００１３】また、移動局と基地局との相対速度を検出
して、検出した相対移動速度に応じて移動型セルの移動
基地局又は地上セルの地上基地局を選択し、選択された
移動基地局又は地上基地局にハンドオーバすることによ
り、通話チャンネルの切替頻度を減らし、通信網全体の
負荷を軽減して通信効率の高い移動体通信システムを提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体通信
システムは、地上に設けられた地上基地局からなる地上
セル網としての固定レイヤと、空中を移動が可能な移動
基地局からなる移動型セル網としての移動レイヤにより
通信網を形成して構成した通信回線と、前記通信回線に
相互に通信可能に接続された移動局とを有するものであ
る。

【００１５】また、本発明による移動体通信システムの
空中を移動が可能な移動基地局は、所定の高度を所定の
速度で所定の方向に移動可能な成層圏プラットフォーム
局又は航空機局で構成したものである。。

【００１６】また、本発明による移動体通信システムの
前記移動基地局は、所定の経路上を移動する移動局との
通信を行うものである。

【００１７】また、本発明による移動体通信システム
は、移動局と移動基地局との相対速度を検出する相対速
度検出手段を備え、前記相対速度検出手段より検出した
前記相対移動速度に応じて前記移動レイヤの移動基地局
又は前記固定レイヤの地上基地局を選択し、選択した移
動基地局又は地上基地局にハンドオーバするものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明による移動体通信シス
テムについての実施の形態について図面を参照して説明
する。

【００１９】図１は、地上に設けられた地上基地局１０
からなる地上セル網Ｅと、空中を移動が可能な移動基地
局３からなる移動型セル網Ｓにより形成された通信網を
示す図である。なお、地上に設けられた地上基地局１０
からなる地上セル網Ｅを以後、固定レイヤＥと称し、ま
た、空中を移動が可能な移動基地局３からなる移動型セ
ル網Ｓを移動レイヤＳと称する。

【００２０】図１に示すように、本実施の形態による移
動体通信システムの通信網は、地上に設けられた無線通
信のカバーエリアの狭いセルＣからなる固定レイヤＥ
と、前記固定レイヤＥのセルＣよりも広いカバーエリア
のセルＣからなる移動レイヤＳとからなる。

【００２１】固定レイヤＥ及び移動レイヤＳ内には、多
数のセルＣが存在しており、各レイヤ内のセルＣ同士
は、無線通信のカバーエリアがほぼ同一である。例え
ば、図１に示す、固定レイヤＥのセルＥＣ１とＥＣ２と
は同一規模のエリアであり、移動レイヤＳのセルＳＣ１
とＳＣ２とは同一規模のエリアであるが、固定レイヤＥ
のレイヤ内のＥＣ１と移動レイヤＳ内のＳＣ１とは同一
エリア規模ではない。そして、図１に示す固定レイヤＥ
におけるｎ番目のセルＣをＥＣｎ（但し、ｎ＝１，２，
・・・）として示し、移動レイヤＳにおけるｎ番目のセ
ルＣをＳＣｎ（但し、ｎ＝１，２，・・・）として示し
ている。

【００２２】通信網は、地上セル網Ｅとしての固定レイ
ヤＥより移動型セル網Ｓとしての移動レイヤＳが重複し
て配置されて階層構造が形成されている。

【００２３】次に、各レイヤを構成するセルＣの基地局
について説明する。

【００２４】セルＣの基地局は、移動局１（図５，図６
に図示）と無線で通信を行うものであり、この移動局１
は、携帯可能で音声通話及びデータ通信が行える移動端
末通信装置であり、前記セルＣの基地局と音声通話、デ
ータ通信が行える構成となっている。

【００２５】地上セル網Ｅとしての固定レイヤＥのセル
Ｃの基地局は地上基地局１０、移動型セル網Ｓとしての
移動レイヤＳのセルＣの基地局は、地上２０Ｋｍ上空の
成層圏を移動飛行する航空機あるいは飛行船などからな
る成層圏プラットフォームに取り付けた移動基地局３
（成層圏プラットフォーム局３）からなる。しかしなが
ら、本実施の形態による移動体通信システムの固定レイ
ヤＥ及び移動レイヤＳは、階層構造とした点に特徴を有
するものであるので、基地局のアンテナの高度及び送信
電力の大きさによってすべてが決定されるものではな
い。けだし、移動レイヤＳの移動基地局３から発せられ
る無線通信の範囲は、無線の発射される角度及び範囲等
を可変設定することが可能な構成となっているからであ
る。また、移動基地局３は成層圏プラットフォーム局３
として説明しているが、定点滞留はできなくとも、上空
約２０ｋｍであればジェット戦闘機や航空機も飛行圏内
であるので、本発明を実施することができる。したがっ
て、これらを航空機局とも称する。

【００２６】本実施の形態による移動体通信システムの
固定レイヤＥのセルＣの基地局である地上基地局１０の
地上でのカバーエリアは、直径５Ｋｍ程度、移動レイヤ
ＳのセルＣの基地局である成層圏プラットフォーム局３
のカバーエリアはエレベーションアングルを１０度とし
た場合直径２２７Ｋｍとなる。

【００２７】なお、成層圏プラットフォーム局３を以後
ＳＰＦ局３と称する。図２はＳＰＦ局３の高度２０Ｋｍ
での通話可能なエリアを示した図である。

【００２８】前記ＳＰＦ局３は、図２に示すように、地
上からエレベーションアングル（仰角）１０度以内が通
信可能なエリアとなっている。このため、ＳＰＦ局３の
カバーエリアは、自動車、高速鉄道などの移動体２が移
動する地上では直径２２７Ｋｍであり、１０Ｋｍ上空を
飛行するジェット旅客機の高度でのカバーエリアは、ほ
ぼ直径１１３Ｋｍである。

【００２９】次に、移動レイヤＳのセルＣの移動基地局
３である成層圏プラットフォーム局３（ＳＰＦ局３）に
ついて図３を用いて説明する。

【００３０】図３は、移動レイヤＳのセルＣの移動基地
局３である成層圏プラットフォーム局３（ＳＰＦ局３）
の構成を示すブロック図ある。

【００３１】図３に示すように、太陽電池パネル３ａ
は、プラットフォームの外周に取り付けられており、太
陽エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。
太陽電池パネル３ａからの電気エネルギーはバッテリ３
ｂに蓄電されて、バッテリ３ｂより駆動部３ｃ、飛行制
御部３ｆ、通信制御部３ｋなどの各部に電源として供給
される。但し、図３ではバッテリ３ｂの電源の供給先は
駆動部３ｃのみを示しており、駆動部３ｃ以外の各部へ
の電源の供給は図示していない。駆動部３ｃは電動モー
タ等で構成され、推力発生部３ｄ及び方向制御部３ｅへ
回転力を伝達する。推力発生部３ｄは、駆動部３ｃから
の回転力によりプロペラを回転させ推力を発生させるも
のである。方向制御部３ｅは駆動部３ｃからの回転力に
より方向舵、昇降舵を動かして成層圏プラットフォーム
局３の移動方向の変更及び上昇下降を制御するものであ
る。前記駆動部３ｃは、成層圏プラットフォーム局３の
飛行を制御する飛行制御部３ｆからの制御信号により適
時回転力を発生するようになっている。前記飛行制御部
３ｆは、コンピュータを内蔵しており、ＧＰＳ３ｇ（Ｇ
ｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）
による自己の位置情報と飛行用通信装置３ｈで受信した
地上からの飛行情報より、記憶装置（図示せず）に記憶
された飛行制御プログラムに基づいて駆動部３ｃを制御
して、成層圏プラットフォーム局３が所定の飛行を行う
ように制御するものである。地上のＳＰＦ制御装置６
（図５に図示）からの飛行情報の受信及び地上のＳＰＦ
制御装置６への飛行情報の送信は、アンテナ３ｍ及び飛
行用通信装置３ｈにより行われる。

【００３２】このように、移動基地局３としての成層圏
プラットフォーム局３は、成層圏上を所定の高度、所定
の速度で所定の方向に移動が可能な構成とされている。

【００３３】また、成層圏プラットフォーム局３に於け
る移動局１との通信及び地上の移動セル制御装置５（図
５に図示）との通信を行う通信装置は以下の構成となっ
ている。

【００３４】アンテナ３ｍ及び移動局用通信装置３ｉ
は、移動局１との無線通信を行うものであり、アンテナ
３ｍ及び地上基地局用通信装置３ｊは地上の移動セル制
御装置５との無線通信を行うものである。また、移動局
用通信装置３ｉ及び地上基地局用通信装置３ｊは、通信
制御部３ｋと接続されており、通信制御部３ｋは、移動
局用通信装置３ｉ及び地上基地局用通信装置３ｊ間の通
信情報の交換、制御等を行うものである。

【００３５】次に、移動基地局３としての前記成層圏プ
ラットフォーム局３（ＳＰＦ局３）の飛行速度ついて図
４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明する。

【００３６】成層圏プラットフォーム局３は、地上より
高度２０Ｋｍの成層圏を無風状態で最大対地速度８０ｍ
／ｓ（２８８Ｋｍ／ｈ）で飛行するように設定されてい
る。しかしながら、成層圏では、例えば日本上空では年
間を通じて風速４０ｍ／ｓ以下の風の流れが観測されて
いる。図４（ａ）は、前記成層圏プラットフォーム局３
が風速４０ｍ／ｓの完全な順風での飛行の状態を示す図
である。また、図４（ｂ）は、前記成層圏プラットフォ
ーム局３が風速４０ｍ／ｓの完全な逆風での飛行の状態
を示す図である。成層圏プラットフォーム局３の飛行速
度の範囲を０から８０ｍ／ｓとすると、図４（ａ）での
完全な順風状態での成層圏プラットフォーム局３の対地
速度の制御範囲は、４０ｍ／ｓ（１４４Ｋｍ／ｈ）から
１２０ｍ／ｓ（４３２Ｋｍ／ｈ）となり、図４（ｂ）で
の完全な逆風状態での成層圏プラットフォーム局３の対
地速度の制御範囲は、−４０ｍ／ｓ（−１４４Ｋｍ／
ｈ）から４０ｍ／ｓ（１４４Ｋｍ／ｈ）となる。

【００３７】例えば、時速２７０Ｋｍで運転中の高速鉄
道に沿って、成層圏プラットフォーム局３が対地速度２
７０Ｋｍ／ｈで飛行すると、高速鉄道と成層圏プラット
フォーム局３との相対速度は０となる。

【００３８】なお、成層圏プラットフォーム局３は、風
向きに対して推進力を制御することにより成層圏の定点
に停留することも可能である。

【００３９】次に、移動体通信システムの構成について
図５を参照して説明する。図５は、本発明による移動体
通信システムの構成を示すブロック図である。

【００４０】図５に示すように、固定レイヤＥの各セル
（ＥＣ１からＥＣｎ）の地上基地局１０は、固定レイヤ
ＥのセルＣの地上基地局１０を総括、制御する地上セル
制御装置４と通信回線とで接続されており、また、移動
レイヤＳの各セル（ＳＣ１からＳＣｎ）の移動基地局３
（ＳＰＦ局３）は、移動レイヤＳのセルＣの移動基地局
３を制御する移動セル制御装置５と無線回線とで接続さ
れている。

【００４１】前記地上セル制御装置４及び移動セル制御
装置５の各セル制御装置は、レイヤ間又はレイヤ内の基
地局のハンドオーバ等の制御を行う中央制御装置７と接
続されており、この中央制御装置７は、交換局と接続さ
れて公衆回線網と接続されている。

【００４２】また、移動レイヤＳの移動基地局３（ＳＰ
Ｆ局３）は、ＳＰＦ局３の飛行制御を行うＳＰＦ制御装
置６と無線回線で接続されている。

【００４３】なお、地上セル制御装置４及び移動セル制
御装置５を総称してセル制御装置と称する。

【００４４】次に、各レイヤのセルＣの基地局と無線通
信を行う移動局１の構成を図６のブロック図を参照して
説明する。各セルＣの基地局と移動局１との通信方式
は、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｏｎＭｕｌｔｉ
ｐｅＡｃｃｅｓｓ）方式である。

【００４５】図６に示すように、移動局１は、電波の送
受信を行うアンテナ１ｆと、電波の分配を行う送受波分
配部１ｇと、受信した電波の増幅、ミキシング等を行う
受信部１ｈと、信号を逆拡散して合成するＲＡＫＥ受信
部１ｉと、制御チャンネル信号や音声信号の分解、合成
を行うチャンネル処理部１ｊと、マイク、スピーカを含
む音声アナログ信号を処理する音声処理部１ｋと、送信
データを拡散処理する拡散処理部１ｌと、直交変調、電
力増幅等を行う送信部１ｍと、前記受信部１ｈ及び送信
部１ｍへ高周波を供給する周波数シンセサイザ部１ｎ
と、演算及び制御を行う制御手段としての制御部１ａ
と、液晶ドライバーと液晶ディスプレイよりなる表示手
段としての表示部１ｂと、番号等を入力する操作手段と
してのキーボード（又はファンクションキー）１ｃと、
外部のコンピュータと接続する入出力部１ｄと、各部に
電源を供給するバッテリ１ｏと、加速度計１ｅとを有し
ている。

【００４６】制御手段としての制御部１ａは、ＣＰＵ
（セントラルプロセッサユニット）又はＤＳＰ（デジタ
ルシグナルプロセッサ）を中心として、プログラム及び
データを記憶するメモリ、表示部１ｂやキーボード（又
はファンクションキー）１ｃ等の入出力制御を行う入出
力回路、時間を計測するタイマ（時計）等で構成されて
いる。なお、加速度計１ｅ以外の各部は、セルＣの基地
局とＣＤＭＡ方式により音声通話、データ通信を行うた
めのものである。

【００４７】図６に示すように、移動速度検出手段とし
ての加速度計１ｅは、移動中の加速度を測定して、この
測定した加速度の信号を制御部１ａに出力し、制御部１
ａで加速度計１ｅの加速度の信号を積分して移動局１の
速度を算出する。

【００４８】また、移動局１は、チャンネル処理部１ｊ
から出力される制御チャンネル信号からの各レイヤのセ
ルＣの基地局の電波の受信レベルを制御部１ａで処理し
て、各レイヤの通話可否を表示する表示手段としての表
示部１ｂは、各レイヤのセルＣの基地局の電波受信レベ
ルも表示する。通話者は、表示部１ｂの表示によってど
のレイヤが通話可能かを知ることができる。

【００４９】また、操作手段としてのキーボード（又は
ファンクションキー）１ｃは、操作スイッチを内蔵して
おり、通話者は、通話可能なレイヤに操作スイッチを操
作することによりレイヤのセルＣの基地局に接続を要求
して通話することが可能である。しかして、本実施の形
態による移動通信システムの移動局１は、操作手段とし
てのキーボード（又はファンクションキー）１ｃを手動
操作してレイヤとの接続も可能であるが、通話可能なレ
イヤを自動探索してセルＣの基地局と接続可能な構成と
なっている。

【００５０】次に、移動局１と基地局との通信に於ける
移動基地局３間又は地上基地局１０へのハンドオーバに
ついて説明する。

【００５１】最初に、移動局１と成層圏プラットフォー
ム局３との相対速度を検出する相対速度検出手段につい
て述べる。

【００５２】移動局１と成層圏プラットフォーム局３と
の相対速度を検出する相対速度検出手段は、図５に示す
地上セル制御装置４、移動セル制御装置５、ＳＰＦ制御
装置６及び中央制御装置７により実行される一連の処理
からなる。

【００５３】本発明による移動体通信システムの相対速
度検出手段は、移動基地局３としての成層圏プラットフ
ォーム局３の飛行速度及び飛行方向と、移動局１の移動
速度及び移動方向とにより検出するものである。すなわ
ち、移動基地局３としての成層圏プラットフォーム局３
の飛行速度及び飛行方向は、成層圏プラットフォーム局
３に搭載されているＧＰＳ３ｇからの位置データにより
算出する。成層圏プラットフォーム局３の飛行制御部３
ｆは、ＧＰＳ３ｇからの時刻ｔ１に於ける位置データｐ
１と時刻ｔ２に於ける位置データｐ２から演算を行っ
て、飛行速度及び飛行方向を決定する。一方、移動局１
の移動速度は、移動局１の加速度計１ｅの加速度データ
を制御部１ａで積分して算出する。また、移動局１の移
動方向は、移動局１からの電波を受信する地上基地局１
０が隣接する地上基地局１０に転移する順序により算出
する。すなわち、移動局１の移動に伴って、前記移動局
１からの電波を受信できる地上基地局１０に転移する。
地上基地局１０の転移の順序を記憶して、該地上基地局
１０の設置位置と照合することにより移動局１の移動方
向を算出する。

【００５４】成層圏プラットフォーム局３の飛行速度及
び飛行方向の各データがＳＰＦ制御装置６経由で中央制
御装置７に送信され、移動局１の移動速度のデータが移
動セル制御装置５経由で中央制御装置７に送信される。
また、移動局１の移動方向の情報が地上セル制御装置４
より中央制御装置７に送信されて、前記中央制御装置で
移動局１の移動方向が算出される。これにより、前記中
央制御装置７は、移動速度及び移動方向の各データより
演算して移動局１とＳＰＦ局３との相対速度を検出す
る。

【００５５】次に、高速鉄道、高速道路を移動中の移動
局１と基地局との通信、ハンドオーバについて、図７、
図８及び図９に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、移動局１は高速鉄道、高速道路など定められた経
路上を高速で移動する移動体２と共に移動するものであ
る。高速鉄道の路線及び高速道路上を走行する移動体２
の移動方向は、上り線又は下り線での走行により決ま
り、また、走行する経路は固定されている。一方、移動
基地局３としての成層圏プラットフォーム局３は高速鉄
道、高速道路など定められた経路上を飛行するように前
もって飛行経路が記憶されている。

【００５６】図７に示すように、通話者は、図６に示す
操作手段としてのキーボード１Ｃの操作スイッチ、即ち
レイヤ指定のファンクションキーにより接続先の番号を
指定して、発信キーを押す。この時、移動局１の制御部
１ａは、移動レイヤ指定の発信かを確認して（ステップ
Ｓ１）、移動レイヤ指定の発信のときは、移動レイヤＳ
の移動基地局３に接続要求信号を発する（ステップＳ
２）。移動レイヤ指定がない場合には、固定レイヤＥの
地上基地局１０に接続要求信号を発する（ステップＳ
３）。ステップＳ２で移動局１が移動レイヤＳに接続要
求信号を送信後、信号を受信した移動レイヤＳの移動基
地局３は、移動局１に対して移動局１自身の移動速度を
出力するよう要求する（ステップＳ４）。移動セル制御
装置５は、受信した移動局１の移動速度データを中央制
御装置７に出力し、中央制御装置７は、移動局１の移動
速度データにより移動局１が高速移動中かを判断する
（ステップＳ５）。移動局１が高速移動中と判断した場
合には、移動セル制御装置５に対して移動局１が移動基
地局３とチャンネル回線を使用できるように指示を出
す。また、移動局１が高速移動中でないと判断した場合
には、ステップＳ１１へ移行する。

【００５７】また、ステップＳ３で移動局１が固定レイ
ヤＥに接続要求信号を送信後、信号を受信した固定レイ
ヤＥの地上基地局１０は、移動局１に対して移動局１自
身の移動速度を出力するよう要求する（ステップＳ
６）。地上セル制御装置４は、受信した移動局１の移動
速度データを中央制御装置７に出力し、中央制御装置７
は、移動局１の移動速度データにより移動局１が高速移
動中かを判断する（ステップＳ７）。移動局１が高速移
動中と判断した場合には、移動レイヤＳのサービスエリ
ア内であるかを判断して（ステップＳ８）、移動レイヤ
Ｓのサービスエリア内であると判断した場合は、地上セ
ル制御装置４より移動局１に対して移動セル制御装置５
にハンドオーバするように指示して（ステップＳ９）、
移動局１が移動基地局３とチャンネル回線を使用できる
ように指示を出す（ステップＳ１０）。ステップＳ７で
移動局１が高速移動中でないと判断したときは、移動局
１が移動基地局１０とチャンネル回線を使用できるよう
に指示を出す（ステップＳ１１）。

【００５８】次に、移動局１が固定レイヤＥの地上基地
局１０と通信している場合には、図８に示すステップＳ
２０に移行する。移動局１が移動レイヤＳの移動基地局
３と通信している場合には、図９に示すステップＳ４０
に移行する。

【００５９】移動局１が固定レイヤＥの地上基地局１０
との呼の確立をしたとき、地上セル制御装置４は通話開
始の時間（時刻）を記憶装置（図示せず）に記憶する
（図８のステップＳ２０）。そして、通話が開始される
（ステップＳ２１）。通話中に、移動局１は、キャリア
レベルの検出を行って（ステップＳ２２）、キャリアレ
ベルが規定値以上であるかを判断する（ステップＳ２
３）。キャリアレベルが規定値以下の場合には、ステッ
プ２６に移行する。キャリアレベルが規定値以上の場合
には、通話の品質検査を行い（ステップＳ２４）、通話
品質レベルが規定値以上であるかを判断する（ステップ
Ｓ２５）。通話品質レベルが規定値以上の場合には、移
動局１と地上基地局１０との通信は正常と判断して、ス
テップ２２からの手順を繰り返す。通話品質レベルが規
定値以下の場合には、通話状態が劣化したと判断して、
そのときの時間（時刻）を地上セル制御装置４の記憶装
置に記憶する（ステップＳ２６）。

【００６０】次に、地上セル制御装置４は、通話開始時
間より通信劣化発生時間までの通話保持時間ｔ１を算出
して（ステップＳ２７）、中央制御装置７に通話保持時
間ｔ１を通知する。中央制御装置７は、通話保持時間ｔ
１と前もって設定した基準通話保持時間Ｔｖとを比較し
て移動局１の移動速度を判断する（ステップＳ２８）。
なお、移動局１の移動速度の判断は、通話保持時間ｔ１
が基準通話保持時間Ｔｖよりも短い場合には、高速であ
ると判断する。

【００６１】次に、中央制御装置７は、移動局１がステ
ップＳ２８で高速で移動していると判断した場合には、
地上基地局１０より移動局１に移動速度の送信を要求す
る（ステップＳ２９）。移動局１からの移動速度によ
り、移動局１が高速移動しているかを判断する（ステッ
プＳ３０）。高速移動中と判断した場合には、移動基地
局３のサービスエリア内かを確認して（ステップＳ３
１）、サービスエリア内に位置していたときには、移動
基地局３へハンドオーバする（ステップＳ３２）。な
お、高速移動中でないと判断した場合、また、サービス
エリア外の場合は、地上基地局１０へハンドオーバする
（ステップＳ３３）。

【００６２】次に、移動局１が移動レイヤＳの移動基地
局３との呼の確立をしたとき、移動セル制御装置５は、
通話開始の時間（時刻）を記憶装置に記憶する（図９の
ステップＳ４０）。そして、通話が開始される（ステッ
プＳ４１）。中央制御装置７は、地上基地局１０に対し
移動局１の電波を受信するよう指示する（ステップＳ４
２）。中央制御装置７は、移動局１からの電波を受信す
る地上基地局１０の転移の時間的変化を記録して、地上
基地局１０の転移により移動局１の移動方向を検出する
（ステップＳ４３）。検出した移動局１の移動方向と移
動基地局３との移動方向が同一であるかをチェックして
（ステップＳ４５）、移動方向が同一である場合は、ス
テップＳ４８へ移行する。移動方向が異なる場合には、
移動局１と同一方向に移動中の移動基地局３を選定して
（ステップＳ４６）、選定した移動基地局３へハンドオ
ーバする（ステップＳ４７）。

【００６３】次に、ステップＳ４８で移動局１と移動基
地局３との相対速度を検出する（ステップＳ４８）。な
お、相対速度は、前述した相対速度検出手段により検出
されるものである。ステップＳ４３で移動局１は地上基
地局１０の無線カバーエリア内に位置していることによ
り、地上基地局１０の設置位置より移動局１の位置を特
定することができる。

【００６４】次に、ステップＳ４８で算出した相対速度
及び移動局１の位置より、移動局１が移動基地局３のカ
バーエリア外に位置する時刻、すなわち、他の移動基地
局３にハンドオーバする時刻を算出する（ステップＳ４
９）。ハンドオーバする時刻であるかを確認し（ステッ
プＳ５０）、ハンドオーバする時刻である場合は、所定
の基地局へハンドオーバする（ステップＳ５３）。ハン
ドオーバする時刻でない場合は、移動局１と移動基地局
３との通話品質の検査を行い（ステップＳ５１）、通話
品質が規定値以上の場合は（ステップＳ５２）、ステッ
プＳ５０に移行する。また、通話品質が規定値以下の場
合は、ステップＳ５３へ移行して他の基地局へハンドオ
ーバする。

【００６５】以上により、高速移動中の移動局１と各レ
イヤの基地局との通信、ハンドオーバが行われる。

【００６６】次に、移動体２による移動中のレイヤ間の
ハンドオーバの一例を図１０を参照して説明する。

【００６７】図１０に示すように、移動体（高速鉄道）
２と共に移動する移動局１は、移動レイヤＳのセルＳＣ
１の移動基地局３としての成層圏プラットフォーム局３
と呼が確立された後、中央制御装置７は、固定レイヤＥ
のセルＥＣ１の地上基地局１０に対し前記移動局１の電
波を受信するよう指示する。移動体２が移動するにつれ
前記移動局１の電波を受信できる固定レイヤＥのセルＣ
は、セルＥＣ１よりセルＥＣ２に移行する。セルＣの移
行により移動体２の移動方向（上り又は下り）が検出さ
れる。検出した移動局１の移動方向と移動基地局３との
移動方向が同一であるかをチェックして、移動方向が同
一の場合は、移動局１と成層圏プラットフォーム局３と
の相対速度を算出する。また、移動局１の位置は、セル
ＥＣ２の無線カバーエリア内に位置していることによ
り、地上基地局１０の設置位置より移動局１の位置を特
定する。

【００６８】次に、算出した相対速度及び移動局１の位
置より、移動局１が成層圏プラットフォーム局３の無線
カバーエリア外に位置する時刻、すなわち、他の移動基
地局３にハンドオーバする時刻を算出する。ハンドオー
バする時刻である場合は、セルＳＣ２の成層圏プラット
フォーム局３へハンドオーバする。

【００６９】このように、移動局１上を成層圏プラット
フォーム局３が移動することにより、ハンドオーバの回
数を減らすことができ、また、ハンドオーバする時刻を
予測できるため通信回線の効率を高めることができる。

【００７０】また、図１１は、成層圏プラットフォーム
局３（ＳＰＦ局３）の移動速度に対する移動体２として
の高速鉄道及び高速車の高速移動時のハンドオーバの回
数を示す図である。但し、ＳＰＦ局３の高度は２０Ｋ
ｍ、通話範囲は直径２２７Ｋｍであり、通話時間は１時
間とし、高速鉄道は時速２７０Ｋｍ、高速車は時速１０
０Ｋｍの移動速度とした。また、高速鉄道及び高速車の
時速の下端には、ＳＰＦ局３との相対速度を示す。

【００７１】図１１に示すように、通話時間１時間での
高速鉄道及び高速車のＳＰＦ局３とのハンドオーバ回数
はいずれも１以下であり、ハンドオーバは発生しない。
これにより、移動局の高速移動時でもハンドオーバを必
要としないため安定した通話、データ通信を行うことが
可能となる。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による移動体
通信システムによれば、定められた経路上を移動する移
動体上の移動局と移動基地局とが同一の移動方向に所定
の速度で移動することにより、ハンドオーバ無しで長時
間の通信が可能となる。

【００７３】また、移動局と基地局との相対速度を検出
して、検出した相対移動速度に応じて移動レイヤの移動
基地局又は固定レイヤの地上基地局を選択して、選択し
た移動基地局又は地上基地局にハンドオーバすることに
より、通話チャンネルの切替頻度を減らし、通信網全体
の負荷を軽減して通信の効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固定レイヤ（地上セル網）及び移動レイヤ（移
動型セル網）が重複して配置した通信網の構成を示す図
である。

【図２】高度２０Ｋｍ、エレベーションアングル（仰
角）が１０度のときの、成層圏プラットフォーム局（Ｓ
ＰＦ局）の通信可能なエリアを示す図である。

【図３】移動レイヤのセルＣの移動基地局である成層圏
プラットフォーム局（ＳＰＦ局）の構成を示すブロック
図ある。

【図４】（ａ）は、前記成層圏プラットフォーム局（Ｓ
ＰＦ局）が風速４０ｍ／ｓの完全な順風での飛行の状態
を示す図であり、（ｂ）は、前記成層圏プラットフォー
ム局が風速４０ｍ／ｓの完全な逆風での飛行の状態を示
す図である。

【図５】本発明による移動体通信システムの構成を示す
ブロック図である。

【図６】移動局の構成を示すブロック図である。

【図７】移動局とレイヤ間のハンドオーバを示すフロー
チャートである。

【図８】移動局が固定レイヤと通信している場合のハン
ドオーバを示すフローチャートである。

【図９】移動局が移動レイヤと通信している場合のハン
ドオーバを示すフローチャートである。

【図１０】移動体による移動中のハンドオーバの一例を
示す図である。

【図１１】ＳＰＦ局の移動速度に対する高速鉄道及び高
速車の高速移動時のハンドオーバの回数を示す図であ
る。

【符号の説明】

１移動局１ａ制御部１ｂ表示部１ｃキーボード（又はファンクションキー）１ｄ入出力部１ｅ加速度計１ｆ、３ｍアンテナ１ｇ送受波分配部１ｈ受信部１ｉＲＡＫＥ受信部１ｊチャンネル処理部１ｋ音声処理部１ｌ拡散処理部１ｍ送信部１ｎ周波数シンセサイザ部１ｏ、３ｂバッテリ２移動体３移動基地局（成層圏プラットフォーム
局、ＳＰＦ局又は航空機局）３ａ太陽電池パネル３ｃ駆動部３ｄ推力発生部３ｅ方向制御部３ｆ飛行制御部３ｇＧＰＳ３ｈ飛行用通信装置３ｉ移動局用通信装置３ｊ地上基地局用通信装置３ｋ通信制御部４地上セル制御装置５移動セル制御装置６ＳＰＦ制御装置７中央制御装置１０地上基地局Ｅ固定レイヤ（地上セル網）Ｓ移動レイヤ（移動型セル網）Ｃセル

フロントページの続きＦターム(参考） 5K051 AA01 CC07 DD15 FF04 FF19 GG06 5K067 AA33 BB04 BB43 DD20 DD44 EE02 EE10 EE12 EE41 HH22 JJ56 5K072 AA15 BB13 DD00 DD11 DD16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地上に設けられた地上基地局からなる地
上セル網としての固定レイヤと、空中を移動が可能な移
動基地局からなる移動型セル網としての移動レイヤによ
り通信網を形成して構成した通信回線と、前記通信回線
に相互に通信可能に接続された移動局とを有することを
特徴とする移動体通信システム。
【請求項２】空中を移動が可能な移動基地局は、所定
の高度を所定の速度で所定の方向に移動可能な成層圏プ
ラットフォーム局又は航空機局で構成されることを特徴
とする請求項１記載の移動体通信システム。
【請求項３】前記移動基地局は、所定の経路上を移動
する移動局との通信を行うことを特徴とする請求項１記
載の移動体通信システム。
【請求項４】請求項１に記載の移動体通信システム
は、移動局と移動基地局との相対速度を検出する相対速
度検出手段を備え、前記相対速度検出手段より検出した
前記相対移動速度に応じて前記移動レイヤの移動基地局
又は前記固定レイヤの地上基地局を選択し、選択した移
動基地局又は地上基地局にハンドオーバすることを特徴
とする移動体通信システム。