JP7286572B2 - 無線通信システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、無線通信システムに関する。
近年、近接無線通信のBluetooth（登録商標）の新規格としてBluetooth5.1がリリースされた。この新規格では方位推定機能が追加されている。この方位推定機能は、探し物検出や商品管理等に用いられることが予想される。
方位推定を行う無線通信システムは、制御局と、複数のロケータを有している。複数のロケータは、ＣＴＥ（Constant Tone Extension）が付加されたパケット（方位推定用信号）を商品等に付けられるタグから受信し、方位推定を行う。制御局は、複数のロケータからの方位推定の結果を用いて、タグの位置を推定する。
しかしながら、ロケータが行う方位推定の処理には大きな時間がかかってしまうため、タグの数が増加すると、各タグの方位推定の更新間隔も長くなり、ユーザの利便性が悪くなる虞がある。
特表２０１８－５１２０７６号公報
実施形態は、方位推定の更新間隔を短くし、ユーザの利便性を向上させることができる無線通信システムを提供することを目的とする。
実施形態の無線通信システムは、制御局と、複数の第２の無線通信装置とを有する。制御局は、方位推定用補助信号の送付を要求するパケットを送信するか否かを示す送付許可情報を保持した管理テーブルを有する。複数の第２の無線通信装置は、管理テーブルを参照し、送付許可情報に応じてパケットを第１の無線通信装置に送信し、第１の無線通信装置から送信された方位推定用補助信号を用いて方位推定を行う。制御局は、第１の無線通信装置が同じ位置に留まっている滞在時間に応じて管理テーブルを更新する。
第１の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。 第１の実施形態のロケータの詳細な構成を示すブロック図である。 制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。 制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。 制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。 第４の実施形態のロケータの詳細な構成を示すブロック図である。 制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。 第５の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。
無線通信システム１０は、制御局２０と、複数のロケータ３０、３１、３２とを有する。無線通信装置１０は、例えば、倉庫や工場などの広い施設内での商品管理に用いられる。複数のロケータ３０、３１、３２は、施設内の天井に所定の間隔で設置される。タグ０～Ｎは、商品に取り付けられる。ロケータ３０、３１、３２とタグ０～Ｎとの間でパケットを送受信する。タグから送信されるパケットにはＣＴＥ（Constant Tone Extension）が付加されている。具体的には、ロケータ３０、３１、３２は、ＣＴＥ要求パケットをタグ０～Ｎに送信する。タグ０～Ｎは、ＣＴＥ要求パケットを受信すると、方位推定用補助信号としてのＣＴＥを付加したパケットをロケータ３０、３１、３２に送信する。
ロケータ３０、３１、３２は、各タグ０～Ｎから送信されたパケットの受信強度を検出し、制御局２０に出力する。合わせて、ロケータ３０、３１、３２は、周波数チャネルを制御局２０に出力する。また、ロケータ３０、３１、３２は、各タグ０～Ｎの方位推定結果を制御局２０に出力する。
パーソナルコンピュータ等により構成される制御局２０は、入力された受信強度から各タグ０～Ｎに対する方位推定処理許可情報をロケータ３０、３１、３２に出力する。ロケータ３０、３１、３２は、制御局２０からの方位推定処理許可情報に応じて、方位推定処理を実行するか否かを選択する。なお、制御局２０は、パーソナルコンピュータに限定されることなく、例えば、タブレット等の持ち運び可能な端末であってもよい。この場合、ユーザは、端末を持ち運びながら施設内の商品の位置や個数を即座に確認することができる。
ロケータ３０の具体的な構成について説明する。図２は、第１の実施形態のロケータの詳細な構成を示すブロック図である。なお、ロケータ３１及び３２は、ロケータ３０と同様の構成である。
無線通信装置を構成するロケータ３０は、複数のアンテナ４０、アンテナスイッチ４１、パケット受信処理部４２、パケット送信処理部４３、制御部４４、スイッチ４５及び方位推定部４６を有する。方位推定部４６は、前処理部５０及び方位推定処理部５１を有する。前処理部５０は、複数の前処理回路６０_０、・・・、６０_Ｎ及び選択部６１を有する。
ロケータ３０は、ＣＴＥ要求パケットを各タグ０～Ｎ送信する。各タグ０～Ｎは、ＣＴＥ要求パケットを受信すると、ＣＴＥが付加されたパケットをロケータ３０に送信する。ロケータ３０は、各タグ０～Ｎから送信されたパケットを受信する。
制御部４４は、パケット受信処理部４２及びパケット送信処理部４３を制御する。パケット送信処理部４３は、アンテナ４０を経由してＣＴＥ要求パケットをタグ０～Ｎに送信する。アンテナスイッチ４１は、パケット受信処理部４２からのアンテナ切替信号に応じてＣＴＥ受信中のみアンテナを切り替えてパケットを受信する。受信したパケットは、パケット受信処理部４２に出力される。このように、パケット受信処理部４２及びパケット送信処理部４３は、各タグ０～ＮにＣＴＥ要求パケットを送信し、各タグ０～ＮからＣＴＥが付加されたパケットを受信する、送受信部を構成する。上記及び図２はAoA（Angle Of Arrival）方式を用いた方位推定方法であるが、AoD（Angle of Departure）方式で行っても構わない。AoA方式は、１つのアンテナから送信された電波（パケット）を複数のアンテナを切り替えて受信することで、到来角の違いを検出し、方位推定を行う方式である。一方、AoD方式は、複数のアンテナを切り替えて送信された電波を１つのアンテナを用いて受信することで、放射角（出発角）の違いを検出し、方位推定を行う方式である。
パケット受信処理部４２は、受信した各タグ０～ＮのパケットからＣＴＥを抽出し、ＣＴＥに対してBluetooth5.1で規定された所定の処理（IQ SAMPLING）を行った後、方位推定部４６に出力する。パケット受信処理部４２は、スイッチ４５を切り替えて、各タグ０～ＮのＣＴＥを前処理回路６０_０～６０_Ｎに出力する。
前処理回路６０_０にはタグ０のＣＴＥのIQ SAMPLING値が入力され、前処理回路６０_ＮにはタグＮのＣＴＥが入力される。各前処理回路６０は、入力されたタグのＣＴＥを平均化して選択部６１に出力する。なお、上記平均処理は後段の方位推定処理部５１の処理方法に応じた処理方法とする。例えば、方位推定処理部５１でMUSICアルゴリズムを用いる場合は、相関行列演算を施した後に平均を行う。
選択部６１は、制御局２０から入力される各タグの方位推定処理許可情報に応じて、各前処理回路６０から入力された値を方位推定処理部５１に出力する。
方位推定処理部５１は、入力された値から各タグの方位を推定し、方位推定結果を制御局２０に出力する。方位推定方法は任意で良く、例えば、MUSICアルゴリズムやBeamformerアルゴリズムでも良い。
また、パケット受信処理部４２は、入力されたパケットからタグ０～Ｎの周波数チャネルごとの受信強度を検出し、受信強度情報を制御局２０に出力する。すなわち、制御局２０には、ロケータ３０から各タグ０～Ｎの受信強度情報が入力される。同様に、制御局２０には、ロケータ３１、３２から各タグ０～Ｎの受信強度情報が入力される。
制御局２０は、入力された各タグ０～Ｎの受信強度情報から受信強度の管理テーブル７０を作成する。また、制御局２０は、管理テーブル７０から方位推定処理許可情報の管理テーブル７１を作成する。図３は、制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。図３の例では、タグごとに受信強度が対応づけられている。なお、管理テーブル７０は周波数チャネルごとに作成しても良く、全周波数チャネル分の受信強度を平均して作成しても良い。受信強度情報が入力されるたびに、受信強度の管理テーブル７０及び、方位推定処理許可情報の管理テーブル７１を更新する。制御局２０は、管理テーブル７１が更新されると、管理テーブル７１を参照し方位推定処理許可情報を複数のロケータ３０、３１、３２に出力する。
最低２つのロケータからの方位推定結果があれば平面での位置を推定することができる。そこで、制御局２０は、受信強度が大きい２つのロケータに方位推定処理許可情報を出力する。
図３の例において、タグ０は、ロケータ３０及び３１に接続されているが、ロケータ３２には接続されていない。そのため、管理テーブル７１に示すように、制御局２０は、ロケータ３０及び３１に方位推定処理許可情報を出力する。
また、タグ１は、全てのロケータ３０、３１、３２に接続されている。接続されているロケータのうち、ロケータ３０、３１の受信強度が大きい。これにより、制御局２０は、ロケータ３０及び３１に方位推定処理許可情報を出力する。
この結果、ロケータ３０は、タグ０、１、２、３及びＮについては方位推定処理を実行し、タグ４及び５については方位推定処理を実行しない。また、ロケータ３１は、タグ０、１、３、４及び５については方位推定処理を実行し、タグ２及びＮについては方位推定処理を実行しない。また、ロケータ３２は、タグ２、４、５及びＮについては方位推定処理を実行し、タグ１及び３については方位推定処理を実行しない。
このように、ロケータ３０、３１、３２は、方位推定処理許可情報に応じて方位推定処理を行うタグが間引かれることになる。よって、本実施形態の無線通信システムによれば、ロケータ３０、３１、３２での方位推定処理の時間、すなわち、方位推定の更新間隔を短縮することができ、制御局２０における位置推定の頻度かつユーザの利便性を向上させることができる。また、方位推定の間隔を短くすることにより、ユーザは、リアルタイムでの商品の正確な位置や正確な個数を把握することができ、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
なお、制御局２０の機能は、ロケータ３０、３１、３２のいずれか１つが有していてもよい。例えば、ロケータ３０が制御局２０の機能を有している場合、ロケータ３０がロケータ３１及び３２から各タグ０～Ｎの受信強度の情報を受け取る。そして、ロケータ３０は、自身が検出した受信強度の情報と、受け取った受信強度の情報とに基づいて、方位推定処理許可情報をロケータ３１及び３２に送信する。これにより、同様に、方位推定の更新間隔を短縮することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、受信強度に応じて方位推定処理を行うタグを選択していたが、第２の実施形態では、ロケータとタグとの各距離に応じて方位推定処理を行うタグを選択する。
図４は、制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。制御局２０は、各タグ０～Ｎの方位推定結果から、例えば三角測量の原理により、ロケータ３０、３１、３２とタグ０～Ｎとの各距離を算出する。これにより、制御局２０は、距離の管理テーブル７２を作成する。
そして、制御局２０は、距離が所定の閾値より小さいか否かを判定し、方位推定処理許可情報の管理テーブル７３を作成する。制御局２０は、方位推定結果が入力されるたびに距離を算出し、管理テーブル７２及び７３を更新する。
図４の例において、タグ０は、ロケータ３０及び３１に接続されているが、ロケータ３２には接続されていない。そのため、管理テーブル７３に示すように、制御局２０は、ロケータ３０及び３１に方位推定処理許可情報を出力する。
また、タグ１は、全てのロケータ３０、３１、３２に接続されている。制御局２０は、管理テーブル７２から各ロケータ３０、３１、３２と各タグ０～Ｎとの距離が所定の閾値より小さいか否かを判定する。例えば、所定の閾値を２０［ｍ］とした場合、ロケータ３０、３１は、タグ１との距離が所定の閾値より小さい。これにより、制御局２０は、ロケータ３０及び３１に方位推定処理許可情報を出力する。
これにより、ロケータ３０、３１、３２は、制御局２０からの方位推定処理許可情報に応じて方位推定処理を行うタグが間引かれることになる。よって、本実施形態の無線通信システムによれば、ロケータでの方位推定処理の時間、すなわち、方位推定の更新間隔を短縮することができ、位置推定の頻度を向上させることができる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、受信強度に応じて方位推定処理を行うタグを選択していたが、第３の実施形態では、各タグ０～Ｎが例えば施設内の同じ場所に留まっている時間（滞在時間）に応じて方位推定処理を行うタグを選択する。
図５は、制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。制御局２０は、各タグ０～Ｎの方位推定結果から、各タグ０～Ｎの推定位置、例えば座標を算出する。そして、制御局２０は、各タグ０～Ｎが算出した推定位置に留まっている時間を計測する。これにより、制御局２０は、滞在時間の管理テーブル７４を作成する。
そして、制御局２０は、滞在時間が所定時間より小さいか否かを判定し、方位推定処理許可情報の管理テーブル７５を作成する。制御局２０は、滞在時間が所定時間より小さい場合、方位推定処理許可情報を出力し、滞在時間が所定時間以上の場合、方位推定処理許可情報を出力しない。方位推定結果が入力されるたびに、管理テーブル７４及び７５を更新する。
所定時間を２［秒］とした場合、図５の例において、タグ１、３、４、及び、Ｎが所定時間より小さくなり、タグ０、２、５が所定時間以上となる。これにより、制御局２０は、タグ１、３、４及びＮについて方位推定処理を行うように、ロケータ３０、３１、３２に方位推定処理許可情報を出力する。
この結果、ロケータ３０、３１、３２は、タグ１、３、４及びＮについては方位推定処理を実行し、タグ０、２及び５については方位推定処理を実行しない。よって、本実施形態の無線通信システムによれば、ロケータ３０、３１、３２での方位推定処理の時間、すなわち、方位推定の更新間隔を短縮することができ、制御局２０における位置推定の頻度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、滞在時間に応じて方位推定処理を行うタグを選択しているが、これに限定されるものではない。例えば、制御局２０は、各タグ０～Ｎの移動速度を所定の閾値と比較し、移動速度が所定の閾値よりも小さい場合、方位推定処理の実行を許可しないようにしてもよい。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図６は、第４の実施形態のロケータの詳細な構成を示すブロック図である。なお、図６において、図２と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、無線通信システム１０の全体構成は、第１の実施形態と同様である。
図６のロケータ３０は、図２の制御部４４及び選択部６１に代わり、制御部４４Ａ及び選択部６１Ａを有する。選択部６１には、各タグに対する方位推定処理許可情報が制御局２０から入力されていた。選択部６１Ａには、各タグに対する方位推定処理許可情報が制御局２０から入力されないようになっている。
また、制御部４４Ａには、各タグに対するＣＴＥリクエスト送付許可情報が制御局２０から入力されるようになっている。制御部４４Ａは、ＣＴＥリクエスト送付許可情報に応じてパケット送信処理部４３を制御し、ＣＴＥ要求パケットを各タグ０～Ｎに送付するか否かを制御する。
図７は、制御局が備える管理テーブルの一例を示す図である。制御局２０は、各タグ０～Ｎの受信強度の情報から受信強度の管理テーブル７０を作成する。この管理テーブル７０は、図３と同様である。制御局２０は、管理テーブル７０からＣＴＥリクエスト送付許可情報の管理テーブル７６を作成する。制御局２０は、受信強度が大きい２つのロケータに対して、ＣＴＥ要求パケットを任意のタグに送付するように、ＣＴＥリクエスト送付許可情報を出力する。
これにより、ロケータ３０は、タグ０、１、２、３及びＮについてはＣＴＥ要求パケットを送付し、タグ４及び５についてはＣＴＥ要求パケットを送付しない。よって、ロケータ３０では、タグ４及び５については、方位推定（前処理＋方位推定処理）は動作しない。ロケータ３１及び３２についても同様の処理が実行される。
これにより、ロケータ３０、３１、３２は、ＣＴＥリクエスト送付許可情報に応じて方位推定処理を行うタグが間引かれることになる。この結果、ロケータ３０、３１、３２での方位推定（前処理＋方位推定処理）の時間、すなわち、方位推定の更新間隔を短縮することができ、制御局２０における位置推定の頻度を向上させることができる。よって、本実施形態の無線通信システムによれば、方位推定の更新間隔を短くし、ユーザの利便性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、制御局２０は、各タグ０～Ｎの受信強度からＣＴＥ要求パケットを送付するタグを選択しているが、これに限定されるものではない。例えば、制御局２０は、各ロケータ３０、３１、３２と各タグ０～Ｎとの距離に応じて、あるいは、各タグ０～Ｎの滞在時間に応じて、ＣＴＥが付加されたパケットを送付するタグを選択してもよい。
（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。なお、図８において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の無線通信装置１０Ａは、第１の実施形態の無線通信装置１０の制御局２０に代わり、サーバ２１及び表示装置２２を用いて構成されている。
サーバ２１には、ロケータ３０、３１、３２から受信強度情報が入力される。サーバ２１は、受信強度情報から管理テーブル７０及び７１を生成する。サーバ２１は、生成した管理テーブル７１を参照し、ロケータ３０、３１、３２のうち、２つのロケータに方位推定処理許可情報を出力する。
また、サーバ２１には、ロケータ３０、３１、３２から方位推定結果が入力される。サーバ２１は、方位推定結果からタグ０～Ｎの位置を示す表示データを生成して表示装置２２に出力する。表示装置２２は、表示データに基づいてタグ０～Ｎの位置を表示する。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，２，・・・，Ｎ…タグ、１０…無線通信システム、２０…制御局、２１…サーバ、２２…表示装置、３０，３１，３２…ロケータ、４０…アンテナ、４１…アンテナスイッチ、４２…パケット受信処理部、４３…パケット送信処理部、４４，４４Ａ…制御部、４５…スイッチ、４６…方位推定部、５０…前処理部、５１…方位推定処理部、６０…前処理回路、６１，６１Ａ…選択部、７０～７６…管理テーブル。

Claims (2)

  1. 方位推定用補助信号の送付を要求するパケットを送信するか否かを示す送付許可情報を保持した管理テーブルを有する制御局と、
    前記管理テーブルを参照し、前記送付許可情報に応じて前記パケットを第１の無線通信装置に送信し、前記第１の無線通信装置から送信された前記方位推定用補助信号を用いて方位推定を行う複数の第２の無線通信装置と、
    を有し、
    前記制御局は、前記第１の無線通信装置が同じ位置に留まっている滞在時間に応じて前記管理テーブルを更新することを特徴とする無線通信システム。
  2. 方位推定を行うか否かを示す許可情報を保持した管理テーブルを有する制御局と、
    方位推定用補助信号が付加されたパケットを送信する第１の無線通信装置と、
    前記パケットを受信すると、前記管理テーブルの前記許可情報に基づき、前記方位推定用補助信号を用いて前記第１の無線通信装置の方位推定を行う複数の第２の無線通信装置と、
    を有し、
    前記制御局は、前記第１の無線通信装置が同じ位置に留まっている滞在時間に応じて前記管理テーブルを更新することを特徴とする無線通信システム。
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