JP2014126380A - ミリ波を発している送信機の位置を受信端末の側に可視化して表示する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観測可能な情報であるところの、送信機（ＴＸ）への仰俯角、並びに、受信端末（ＲＸ）の移動量および傾きのみで、ＬＯＳ／ＮＬＯＳを検出し、ユーザに適切なリンクの方向を提示すること。
【解決手段】ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との第１の仰俯角を計算する。この第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておく。所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、第２の仰俯角を計算する。第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておく。送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定する。推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ミリ波を受信する受信端末の側で、ミリ波を発している送信機の位置と受信端末の位置とによって形成される仰俯角、および、受信端末自身が移動しつつある情報に基づいて、端末の周囲の反射の状況を検出することに関する。

さらに、本発明は、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、受信端末の側の表示画面において、ミリ波を発している送信機の現在位置を可視化して表示することに関する。

代表的な受信端末である今の携帯電話において、受信する電波が弱くリンクが確立できない（つながりにくい）場合には、ユーザは、電波強度マークを見ながら受信端末の向きを変えたり受信端末を窓際に持って行ったりしている。

しかし、電波がミリ波（millimeterwave）になると、指向性および直進性がさらに強くなり、ユーザは、このような作業を一層シビアに調整しなければならなくなる。

この他にも、反射波を捉えるのではなく、なるべくならば、直接波（ＬＯＳ：Line-of-Sight）の方を捉えるべきである。

反射波は、反射面の影響を受けやすく、電波強度、入射してくる方向、偏波面に影響を受けてしまうためである。

ミリ波は電波の回折が少ないので、人体や頭、構造物等で遮られてしまうと、いとも簡単にリンクが切れてしまうこともある。

さらには、反射の影響により複数のＮＬＯＳ（Non-Line-Of-Sight）のパスが発生してしまうため、どれがＬＯＳ（Line-Of-Sight）であるのかどうかが分からなくなってしまう。

メッシュトポロジとハンドオーバーという問題もあり、送信側から電波の届く範囲は数１０ｍ程度であるため、実際のインフラでは複数の送信機からの複数の電波が到達してしまい、ＬＯＳの数、ＮＬＯＳの数が非常に増えてしまう。

携帯デバイスの使われ方の観点から起こりえる問題もあり、携帯端末はユーザの移動や姿勢の変化（デバイスの位置や角度等）で向きや位置が変化するため、動きに伴って一時的にリンクが遮られたり切れたりする。

特許文献１は、方向インディケータとして対になる装置への方向および距離を表示することを開示している。

特許文献２は、反射面である反射壁面を推定し、電波伝搬経路探索することを開示している。

特許文献３は、受信状態に基いて移動局の距離を測定する方法を開示している。

特許文献４は、入射する信号の到来方位などの電波環境を分析することを開示している。

ただし、これら、特許文献２、特許文献３、特許文献４は、端末の周囲の状況を示す技術としては、参考程度の技術にすぎない。

上述してきたような、ミリ波の指向性および直進性の扱いにおいて生じる問題を総合的に勘案して扱っている先行技術は見当たらない

特開２００２−６２３４４ 特開２００７−２８５８１２ 特開２００１−２７５１４８ 特開２０００−１９６５４０

観測可能な情報であるところの、受信端末から送信機への仰俯角、並びに、受信端末の移動量および傾きのみで、これらの情報からＬＯＳ／ＮＬＯＳを検出し、ユーザに適切なリンクの方向を提示したいという要望がある。

携帯端末をユーザが操作する際を含むリンク切れの状態から、どの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示したいという要望がある。

前者の課題に対応して、

（ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算する。

（ｂ）前記（ａ）によって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておく。

（ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）のステップを実行する。

（ｄ）前記（ｃ）によって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておく。

（ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定する。

後者の課題に対応して、さらに発展的に、

（ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示する。

ＬＯＳおよびＮＬＯＳの幾何学的性質を用いて、端末側で測定可能な送信機の仰俯角、端末ＩＤ、受信側の移動情報のみから、周囲の反射面の状況とＬＯＳ／ＮＬＯＳの再現が可能となる。

携帯端末の利用シーンにおける、リンクの通るパスをユーザに提示する際に非常に効果的携帯端末だけでなく、移動端末と通信を行う対象のアクセスポイントを設営する際に、他のアクセスポイントを検出するための測定装置としても利用可能となる。

図１は、本発明の課題を説明する模式図である。 図２は、本発明の方法を説明する流れ図である。 図３は、ＬＯＳおよびＮＬＯＳの検出原理を説明する模式図である。 図４は、何らかの遮蔽物によって一時的にリンクが切れた場合を説明する模式図である。 図５は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。 図６は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。 図７は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。 図８は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。 図９は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。 図１０は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第１の手法を例示する図である。 図１１は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第２の手法を例示する図である。 図１２は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第３の手法を例示する図である。 図１３は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第４の手法を例示する図である。

図１は、本発明の課題を説明する模式図である。

ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）が複数観測される状況がある。

ミリ波を発している送信機（ＴＸ）を複数（ここでは４つ）観測され、各々が、θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)、θ4(t)の仰俯角（θ）から到来する場合には、これらを識別する必要がある。

送信機の識別において、送信機ＩＤは重要である。

この仰俯角（θ）は、送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成されるところの角度であるが、これらを識別にあたっての有力な情報となる。

ただし、この仰俯角（θ）は、受信端末（ＲＸ）自身が移動しつつある場合には、時刻Δｔの間に移動した距離の差分（Δｘ）に伴って、θ1(t+1)、θ2(t+1)、θ3(t+1)、θ4(t+1)へと変化してしまう。

端末の周囲の反射の状況はさらに複雑である。

例えば、ミリ波が到来する方向に十字で示した遮蔽物（十字で示した壁）があると、反射面における反射によって複数のパスが発生してしまう。

十字で示した遮蔽物（十字で示した壁）の各々の象限にわたって、直接波によるＬＯＳ（Line-Of-Sight）以外から、あたかも電波が発生するかのように、電波の発生箇所が分散してしまう。

また、十字で示した遮蔽物（十字で示した壁）が反射面となって、複数のＮＬＯＳ（Non-Line-Of-Sight）のパスが発生してしまうため、ＮＬＯＳの数が増えてしまい、どれがＬＯＳ（Line-Of-Sight）であるのかどうかが分からなくしてしまう。

図２は、本発明の方法を説明する流れ図である。

１００において、ある時刻 t においてn番目に観測された送信機からのリンク情報を at,n = {θt,n, ＩＤn, Pn, p xt} とする。

ただし、θは受信機から送信機への仰俯角であり、ＩＤは送信機の固有のＩＤ、Pはその電波強度、x は受信端末の位置とする。

２００において、時刻 t と t+1 の間に受信端末が動いた場合、ある注目する送信機の固有ＩＤと同じ固有ＩＤを持つ at,, at+1 の要素に関して、その要素数が n としたときに、仰俯角の変動が最も少ないペアのマッチング bt,i = {yt,j,yt+1,k | i = {0,..,n-1)}を行う。

ここで、時間差Δｔ は、ユーザの移動による仰俯角の変動量が小さくマッチングが容易となる程度の時間差 ( ex : < 1s )である。

また、仰俯角がある一点に縮退して区別がつかない状況は、本アプリケーションにおいては LOS/NLOS が一点に集中している状況であるため問題にはならない

３００において、bt,j でマッチングの取れた全てのat, at+1 に関して極座標系での交点 qt,j を求める。

４００において、交点の集合 q 内の２点 qj, qk の全ての組み合わせに関して、その中点rl ( l={ 0…nC2-1 } ) を求めると、２点 qj, qk の線分とその点 rlで垂直に交わる面が反射面の一部となり、反射面の位置が推定される。

５００のように、交点の集合 q 内の２点 qj, qk の全ての組み合わせに関して、その中点rl ( l={ 0…nC2-1 } ) を求めると、２点qj, qk の線分とその点 rlで垂直に交わる面が反射面の一部となり、反射面の位置が推定される。

６００のように、バリエーションとして、電波強度Pn が一定の強度以下のものや、相対的に低いものを演算から除外してもよい。

７００のように、観測データはΔｔ の間隔で取得されるため、交点計算はあるステップ数mだけ遅延させた観測データとの比較でもよい。すなわち、at とat+m の比較でもよい。

これら本発明の方法は、離散的なディジタルデータに基づき、ハードウエア資源とソフトウエア資源とを協働させるコンピュータ計算によって実現させることができる。

図３は、ＬＯＳおよびＮＬＯＳの検出原理を説明する模式図である。

同一ＩＤの送信機に関して一定期間トラッキングしながら反射面の推定を行うことで、周辺環境の反射面の情報が収集される。

ＬＯＳの送信機までの距離はＮＬＯＳの距離に比べ常に小さいことと、反射面の情報からＬＯＳの特定（ＬＯＳ／ＮＬＯＳの選別）が可能となる。

図４は、何らかの遮蔽物によって一時的にリンクが切れた場合を説明する模式図である。

なんらかの遮蔽物によって一時的にリンクが切れた場合は、受信機側で観測されるリンク情報が欠落する。

その場合、過去の履歴の情報から現時点で欠落したリンク部分の表示を変化させる。

記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、処理を行えばよい。

図５は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。

図示した垂直方向の壁における一次反射（primaryreflection）までを考慮している。

図６は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。

図５における垂直方向の壁が、図６においては水平方向の壁になっている。

図７は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。

図示した垂直方向の壁および水平方向の壁の両方によって、完全に遮蔽されてしまうため、二次反射（secondary reflection）までを考慮している。

図８は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。

図９は、本発明における反射面の推定を説明するにあたり、幾何学的関係を説明する図である。

図１０〜図１３は、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示する（ユーザへ提示する）手法を例示するものである。

図１０〜図１３は、言い換えるならば、２次元表示面における表示の工夫であって、いわゆるＧＵＩ（Graphical User Interface）の変形（variant）例である。

図１０は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第１の手法を例示する図である。

方向のみ表示する場合には、携帯の現在の傾きと向きを正面にとり、三次元的に直接表示する例（左）と、方位と仰角を別に表示する例（右）とを挙げることができる。

信号強度を表示する場合には、信号強度を、描写の太さや輝度に反映させることができる。

図１１は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第２の手法を例示する図である。

方位については、方位が真上に向くように端末を回転させるようにユーザに提示してもよい。

傾きについては、バブルが真ん中の丸に近づくように端末を傾けることをユーザに促すように、ユーザに提示してもよい。

これは、水準器と同じような調整動作に相当するであろう。

また、方位についての簡易化表示として、矢印の方向に回転することをユーザに促すように、ユーザに提示してもよい。

傾きについての簡易化表示として、白が真ん中に移動するように端末を傾けることをユーザに促すように、ユーザに提示してもよい。

これも、水準器と同じような調整動作に相当するであろう。

図１２は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第３の手法を例示する図である。

低解像度液晶であって、２次元表示として、３ドット×３ドット、または、５ドット×５ドットという粗いドット数のものであっても、矢印についてのドットを別途設ければよい。

低解像度液晶パターンで使用可能なシンプルな表示方法として有効である。

図１３は、本発明におけるどの方向に送信リンクがあるかを効率的にユーザへ提示する第４の手法を例示する図である。

５ドット×５ドットという粗いものであっても、２５ドットの配列全体を利用することが矢印そのものを表現することもできる。

本発明の方法は、方法を実現するためのシステム、さらには、方法のステップを実現するためにコンピュータに実行させるコードを有する（コンピュータ）プログラムとしても実現することができる。

Claims (10)

1. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータ計算によって検出する方法であって、
   （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算するステップと、
   （ｂ）前記（ａ）のステップによって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくステップと、
   （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）のステップを実行するステップと、
   （ｄ）前記（ｃ）のステップによって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくステップと、
   （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定するステップと、
   （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示するステップとを有する、
   方法。
2. 推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れることが、ＬＯＳ／ＮＬＯＳの再現または選別を含むものである、
   請求項１に記載の方法。
3. （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示するステップが、
   信号強度を、描写の太さや輝度に反映させる
   請求項１に記載の方法。
4. （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示するステップが、
   方位については、方位が真上に向くように端末を回転させることを促すように提示し、
   傾きについては、バブルが真ん中の丸に近づくように端末を傾けることを促すように提示するものである、
   請求項１に記載の方法。
5. （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示するステップが、
   ２次元表示として、粗いドット数のものであって、複数のドットの配列全体を利用した矢印そのもので方位または傾きを提示するものである、
   請求項１に記載の方法。
6. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータ計算によって検出するシステムであって、
   （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算し、
   （ｂ）前記（ａ）によって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておき、
   （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）を実行し、
   （ｄ）前記（ｃ）によって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておき、
   （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定し、
   （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示する、
   システム。
7. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算するコードと、
   （ｂ）前記（ａ）のコードによって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくコードと、
   （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）のコードを実行するコードと、
   （ｄ）前記（ｃ）のコードによって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくコードと、
   （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定するコードと、
   （ｆ）第１の仰附角データまたは第２の仰附角データに基づいて、推定された反射面におけるミリ波の反射を考慮に入れて、ミリ波を発している送信機の現在位置を、受信端末の側の表示画面において、可視化して表示するコードとを有する、
   プログラム。
8. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータ計算によって検出する方法であって、
   （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算するステップと、
   （ｂ）前記（ａ）のステップによって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくステップと、
   （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）のステップを実行するステップと、
   （ｄ）前記（ｃ）のステップによって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくステップと、
   （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定するステップとを有する、
   方法。
9. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータ計算によって検出するシステムであって、
   （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算し、
   （ｂ）前記（ａ）によって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておき、
   （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）を実行し、
   （ｄ）前記（ｃ）によって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておき、
   （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定する、
   システム。
10. ミリ波を受信する受信端末（ＲＸ）の側で、ミリ波を発している送信機（ＴＸ）の位置と受信端末の位置（ｘ）とによって形成される仰俯角（θ）、および、受信端末自身が移動しつつある情報（Δｘ）に基づいて、端末の周囲の反射の状況をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    （ａ）ある時間（ｔ）において、送信機から発せられている電波を受信して、送信機ＩＤを特定して、送信機の位置と受信端末の位置との仰俯角を計算するコードと、
    （ｂ）前記（ａ）のコードによって計算された第１の仰俯角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくコードと、
    （ｃ）所定の間隔（Δｔ）の後の所定の時間（ｔ＋１）において、再び、前記（ａ）のコードを実行するコードと、
    （ｄ）前記（ｃ）のコードによって計算された第２の仰附角データおよび特定された送信機ＩＤデータを記憶しておくコードと、
    （ｅ）記憶されている送信機ＩＤが一致している複数のデータに基づいて、第１の仰附角データと第２の仰附角データとの間の変化量から、送信機と端末との間に存在する反射面を推定するコードとを有する、
    プログラム。

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