JP2023056340A - 情報処理装置、システム、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電波マップの補間を行うことができる情報処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、情報処理装置は、処理部を具備する。処理部は、所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する第２無線機との間の時変動を含む伝搬路の状況に基づき、所定の地理的範囲の各地点における受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップ上の欠落部分のデータを生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、情報処理装置、システム、方法およびプログラムに関する。

近年、第５世代移動通信システム（５Ｇ）が注目を集めている。また、５Ｇの普及に伴って、工場や流通センタなどにおいてモバイルエッジコンピューティング（ＭＥＣ）の導入が進むことが予測されている。たとえば、あらかじめ決められた経路を移動する無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に代わり、経路を適応的に選択して移動する自律走行搬送ロボット（ＡＭＲ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒｏｂｏｔ）によって荷物などを搬送することが主流になると考えられている。

現在、自律的に動作する搬送ロボットに限らず、外部からの指示に基づいて動作する搬送ロボットもＡＭＲの範疇に含まれている。後者のタイプのＡＭＲは、ＭＥＣサーバとの間で通信を行う。より具体的には、ＡＭＲは、たとえば工場内や流通センタ内に設置されている基地局（アクセスポイント）との間で無線通信を行う。

ＭＥＣサーバの制御の下、工場内や流通センタ内などにおいてＡＭＲを適切な経路で移動させるためには、常時、ＭＥＣサーバとＡＭＲとの間の通信、より具体的には、基地局とＡＭＲとの間の無線通信が快適に行われ得ることが必要である。これまでも、無線通信を快適に行うための様々な技術が提案されている。

特開２０１９－１４０５８５号公報

A. Narzullaev, Y. Park, K. Yoo, and J. Yu, A fast and accurate calibration algorithm for real-time locating systems based on the received signal strength indication. AEU Int J Electron Commun 65(4):305-311

ＡＭＲを適切な経路で移動させるための一工程として、基地局とＡＭＲとの間の無線通信に関して、ＡＭＲを使って、工場内や流通センタ内などの各地点における受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップを生成することが行われる場合がある。この電波マップを生成するにあたっては、電波マップ上に生じ得るデータの欠落部分を如何に補間するかが重要である。

本発明の１つの実施形態は、電波マップの補間を行うことができる情報処理装置、システム、方法およびプログラムを提供する。

実施形態によれば、情報処理装置は、処理部を具備する。処理部は、所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、第１無線機と通信を行う第２無線機との間の時変動を含む伝搬路の状況に基づき、所定の地理的範囲の各地点における受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップ上の欠落部分のデータを生成する。

実施形態の情報処理装置の一構成例を示す図 実施形態の情報処理装置の一適用例を示す図 フリスの伝搬公式によって得られる電波マップの一例を示す図 欠けが生じている電波マップの一例を示す図 変動成分を含む電波マップの一例を示す図 変動成分を含み、かつ、欠けが生じている電波マップの一例を示す図 短区間変動を追跡する電波マップの一例を、瞬時変動を追跡する電波マップと比較して示す図 実施形態の情報処理装置における受信電力の取得の一例を示す図 実施形態の情報処理装置における電波マップの実測値の一例を示す図 図９の経路［１］（Ｙ＝０）についてアクセスポイントからの距離とＲＳＳＩとの関係をプロットした図 図９の経路［２］（Ｙ＝３）についてアクセスポイントからの距離とＲＳＳＩとの関係をプロットした図 図９の経路［３］（Ｙ＝６）についてアクセスポイントからの距離とＲＳＳＩとの関係をプロットした図 図９の経路［２］（Ｙ＝３）について補間を適用した結果の一例を示す図 実施形態の情報処理装置による電波マップの補間の誤差の累積確率分布を示す図 実施形態の情報処理装置の動作手順を示すフローチャート 図１５のＳ１０３の電波マップの補間における補間の方法の使い分けの手順を示すフローチャート 実施形態の情報処理装置の一変形例を示す図

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の情報処理装置１の一構成例を示す図である。情報処理装置１の適用例については後述するが、情報処理装置１は、工場や流通センタなどにおけるＡＭＲの経路選択のための電波マップを生成する装置である。実施形態の情報処理装置１は、電波マップを生成するにあたって、電波マップ上のデータの欠落部分を適切に補間する機能を備えたものであり、以下、この点について詳述する。

図１に示すように、情報処理装置１は、取得部１０と、処理部２０と、記憶部３０と、出力部４０とを有する。また、処理部２０は、制御部２１と、電波マップ生成部２２と、伝搬路状況把握部２３と、電波マップ補間部２４とを有する。

取得部１０は、工場内などの所定の地理的範囲を移動する移動体であるＡＭＲからの伝搬路情報と端末情報とを含む各種情報を取得するモジュールである。取得部１０は、工場内などに設置されている基地局を介してＡＭＲからの各種情報を取得する。基地局は、ＡＭＲが移動する工場内などの所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する無線機である。基地局は、無線通信エリア内のＡＭＲ、より具体的には、ＡＭＲに搭載されている無線機と無線通信を行う。情報処理装置１と基地局とは、有線接続されてもよいし、無線接続されてもよい。つまり、取得部１０の概念は、有線経由で各種情報を取得するモジュールと、無線経由で各種情報を取得するモジュールとを包括する。

伝搬路情報は、たとえば工場内のＡＭＲが位置する地点における基地局とＡＭＲとの間の電波の伝搬路の状況を把握するための一材料となる情報である。伝搬路情報の詳細については後述する。端末情報は、たとえば、ＡＭＲに設置されているＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）のスキャンデータと、ＡＭＲの移動速度や向きのデータとの一方または両方である。

処理部２０は、取得部１０によって取得された情報を処理する。処理部２０は、制御装置と演算装置を含む１つ以上の電子回路である。電子回路は、アナログ又はデジタル回路等で実現される。例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－Ｏｎ－Ｃｈｉｐ）、及びその組み合わせが可能である。また、処理部２０内の各部のうち少なくとも一部は、ソフトウェア、プログラムによってこれらの電子回路で実行されてもよい。

電波マップ生成部２２、伝搬路状況把握部２３および電波マップ補間部２４の詳細については後述するが、ここで、まず、処理部２２内の各部の概要について説明する。

制御部２１は、取得部１０が取得した各種情報を記憶部３０に保持させ、また、この各種情報を記憶部３０から読み取って電波マップ生成部２２や伝搬路状況把握部２３に引き渡す。記憶部３０は、たとえばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ［Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ］といった揮発性の記憶媒体、または、たとえばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）といった不揮発性の記憶媒体である。前者の場合、記憶部３０はバッファとして機能し、後者の場合、記憶部３０はストレージとして機能する。

電波マップ生成部２２は、伝搬路情報、端末情報（端末情報から把握されるＡＭＲの現在位置）、地図情報から電波マップを生成する。電波マップは、たとえば工場内の受信電力の分布を示す情報である。換言すると、たとえば工場内の各地点における受信電力に関するデータがマッピングされた情報である。電波マップの詳細については後述する。地図情報は、たとえば工場内のレイアウトに関する情報であり、端末情報の１つであるＬＲＦスキャンデータから生成される情報である。地図情報の詳細についても後述する。

伝搬路状況把握部２３は、伝搬路情報から伝搬路の状況を把握（判定）する。電波マップ補間部２４は、伝搬路の状況に基づき、電波マップ生成部２２によって生成された電波マップ上の欠落部分を補間する。より具体的には、電波マップ補間部２４は、伝搬路の状況に応じて、電波マップを補間する方法を適宜決定する。また、電波マップ補間部２４は、補間したデータの信頼度を算出する。

出力部４０は、電波マップ生成部２２によって生成され、電波マップ補間部２４によって欠落部分が補間された電波マップと、電波マップ補間部２４によって算出された信頼度を示す信頼度情報とを含む各種情報を出力するモジュールである。各種情報の出力は、有線経由で行われ得るし、無線経由でも行われ得る。つまり、出力部４０の概念は、有線経由で各種情報を出力するモジュールと、無線経由で各種情報を取得するモジュールとを包括する。

以上の構成の情報処理装置１では、電波マップのデータが欠けて補間する際、伝搬路状況に応じて補間の仕方を変えることで、より正確な電波マップを再現できる。また、マルチパスが多いような環境では、正確に補間するのが難しいため、信頼度情報を電波マップと対応づけて出力することにより、電波マップを用いて行われるＡＭＲの経路選択などにおいて、その情報を参照できるといった効果を奏する。

次に、実施形態の情報処理装置１の一適用例について説明する。図２は、実施形態の情報処理装置１の一適用例を示す図である。

たとえば工場内で搬送ロボット（ＡＭＲ）が動き回ることを考える。通路に沿って範囲限定で直線上に動く場合には、制御は簡易なものでも良いが、カーブを曲がる、障害物を避ける、といった高度な動きを要求する場合には、より制御も高度なものとなる。こうした制御を有線で行う場合、線が届く範囲に制御が限定される、断線により制御が効かなくなる、線が絡まる、といった課題が考えられる。特に、多数のロボットを制御する場合には、このようなことが顕著になる。それに対して、無線で制御できれば、これらの問題は解決される。この無線制御は、たとえば、無線ＬＡＮやＬｏｃａｌ ５Ｇにより行うことができる。ここで、ロボットの種類を大別すると、自律的に動作するものと、外部からの指令に基づいて動作するものの２つに分けることができる。前者のようにロボット各々が状況を判断できれば有用であるものの、１台１台のコストが高くなり、多数のロボットを使用する場合にはその影響は大きい。それに対して、後者の場合、外部から指令する装置に機能を集約することにより、トータルコストを下げることができる。また、各ロボットの情報を一括で把握できることも、管理上都合が良い。

そこで、ここでは、ＭＥＣサーバ１００が基地局１１０経由でＡＭＲ２００を一元的に制御するシステムを想定する。また、実施形態の情報処理装置１は、受信電力データ処理装置として、その機能がＭＥＣサーバ１００に組み込まれていることを想定する。ＡＭＲ２００を一元的に制御するシステムとしては、クラウドシステムを想定することも可能である。この場合、クラウド上のサーバに情報処理装置１の機能が組み込まれる。

続いて、無線によるＡＭＲ２００の制御と電波マップについて説明する。以下、ＭＥＣサーバ１００と基地局１１０とを基地局１１０側と総称することがある。

一例として、Ｌｏｃａｌ ５Ｇを用いて、基地局１１０側で端末（ＡＭＲ２００）の制御を行うことを考える。より具体的には、ＭＥＣサーバ１００にて制御を行い、ＡＭＲ２００を動かす。適切な経路でＡＭＲ２００を動かすために、ＡＭＲ２００側では各場所で基地局１１０からの信号（下りリンク［回線］）の受信電力を取得する。ＭＥＣサーバ１００では、ＡＭＲ２００を動き回らせて作った地図情報、推定した位置、受信電力を対応づけて、各位置の受信電力のヒートマップ、即ち、電波マップを作成する。地図情報、推定した位置、受信電力の情報は、上りリンクでＡＭＲ２００から基地局１１０側に送信する。ＭＥＣサーバ１００では、電波マップの情報を頼りに、ＡＭＲ２００の適切な経路を選択する。たとえば、弱い受信電力の地点はＡＭＲ２００が制御不能になる可能性があるので、通らないようにする等の制御が可能となる。

次に、地図情報と電波マップの事前準備について説明する。
ＡＭＲ２００が動き回る環境がある程度静的な環境の場合、固定の地図情報を保持しておけばよい。しかし、工場のように時間に応じて物の配置が変わるような環境では、地図情報を適宜更新する必要があり、状況が異なる。そこで、最初に地図作成を行う。ＭＥＣサーバ１００の制御の下、ＡＭＲ２００が搬送で移動する可能性がある範囲全体を動く。ＡＭＲ２００は、ＬＲＦ等でＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を測定することにより、壁や障害物までの距離を把握する。そして、ＬＲＦスキャンデータ、速度、（車輪の）向きを上りリンクで基地局１１０側に送り、地図およびＡＭＲ２００の位置を把握する。続いて、地図情報に基づいて、ＭＥＣサーバ１００の制御の下、ＡＭＲ２００が再度範囲全体を動き回り、電波マップを作成する。基地局１１０側は、同期信号をブロードキャストしており、ＡＭＲ２００は、この同期信号を受信し、たとえば、ＳＳＳ－ＲＳＲＰ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）、ＰＳＳ－ＲＳＲＰ（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）のような受信電力の情報を、上りリンクで基地局１１０側に返送する。このとき、ＡＭＲ２００は、地図作成時と同様に、ＬＲＦスキャンデータ、速度、（車輪の）向きも基地局１１０側に送信する。これは、地図作成時からの地図更新の意味合いと、受信電力と地図／自己位置との紐づけの意味合いがある。後者に関しては、受信電力が測れても、それがどの場所なのか特定できないと、電波マップとしての意味をなさない。なお、前述の手順では、地図作成と電波マップ作成とを分けているが、最初から同時に行ってもよい。

続いて、地図情報と電波マップの更新について説明する。
前述の事前準備で算出した電波マップに基づき、ある特定の経路を選択して、ＡＭＲ２００は本運用を開始する。たとえば工場だと、荷物の搬送を行うことが一例として考えられる。本運用時も前述と同様に、受信電力と地図／自己位置の測定を行い、情報を更新する。ＭＥＣサーバ１００は、時間的に異なる電波マップを個別に保持してもよいし、最新の電波マップのみを保持してもよいし、最新の電波マップと直近の電波マップをマージして保持してもよい。ＭＥＣサーバ１００は、信頼度情報に基づいて更新の有無を判断してもよい。また、複数のＡＭＲ２００が運用をしている場合には、それぞれに対する電波マップをマージして保存してもよい。

次に、電波マップのデータ欠けについて説明する。
電波マップをＭＥＣサーバ１００で生成するとき、場所的に受信電力データが欠けることがある。このことを、Ｌｏｃａｌ ５Ｇの場合を例として考える。基地局１１０は、同期信号に関して、５ｍｓ連続して送り、２０ｍｓのインターバルを空けて、再度５ｍｓ連続して送信することを繰り返す。周波数３～６ＧＨｚ、サブキャリア間隔１５ｋＨｚの場合には、５ｍｓの間に８回のＳＳ／ＰＢＣＨ （Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ／Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）ブロックが送信される。ＳＳ／ＰＢＣＨ内にそれぞれ1つずつのＰＳＳ、ＳＳＳが含まれているため、ＡＭＲ２００は、５ｍｓで８回のＰＳＳ－ＲＳＲＰ、ＳＳＳ－ＲＳＲＰの情報が取得できる。ここで、電波マップを５ｃｍ角のピクセルで作成することを考える。ＡＭＲが１ｍ／ｓで走行すると、１ピクセル分走行するのにかかる時間は５０ｍｓである。つまり、１ピクセルにつき１６回のＰＳＳ－ＲＳＲＰ、ＳＳＳ－ＲＳＲＰの情報が取得されるので、受信電力の情報としては十分である。しかしながら、電波マップを作成するためには、地図の中の場所と対応づけないと意味を持たない。ＬＲＦスキャンデータ、受信電力情報、自己位置情報を上りリンクで送ると、データ量の多さによる通信遅延、ＭＥＣサーバ１００での処理遅延等でこれらの対応付けが遅れ、電波マップ内に情報がないピクセルが生じる可能性がある。また、上りリンクのリソースは、それ以前の下りリンクで割り当てを受けなければならず、割り当てられたタイミングによっては、データ発生時にすぐに上りリンクでデータの送信が行えず、遅延する場合もある。

次に、電波マップの空間的な補間と伝搬路について説明する。
図３は、周波数４．８ＧＨｚを想定し、フリスの伝搬公式によって得られる、各地点の受信電力をマッピングした電波マップの一例を示す図である。フリスの伝搬公式では、受信電力が距離に対して単調に減少し、直接波が支配的なチャネルを模擬する。図３のようにすべての地点に対して受信電力を取得できれば良いが、前述の通り、たとえば図４に示すように、電波マップに欠けが生じる場合がある。ただし、この場合は受信電力が単調減少なので、補間が容易と考えられる。

一方、図５は、フリスの伝搬公式で得られる受信電力に対してランダムで０～６ｄＢの変動を加えたものである。反射波が存在する場合、受信地点での直接波と反射波の位相関係、反射波同士の位相関係により強弱が発生し、このように受信電力が距離に対して単調減少しない。この状態で、たとえば図６に示すように電波マップに欠けが生じると、補間の難易度が高くなる。つまり、伝搬路の状況により、補間の方法を変える必要性が示唆される。なお、図３～図６の電波マップは、ｘｙ平面の２次元で考えているが、これにｚ軸を加えて３次元で考えてもよいし、ｚ軸でスライスして、高さ毎にｘｙ平面の２次元の電波マップを考えてもよい。

電波マップの空間的な補間と伝搬路についてさらに説明する。
セルラ通信で、速度１ｍ／ｓのＡＭＲ２００が動き回る場合は、前述の通り、受信電力は高頻度で取得される。仮にアップリンクの通信が遅滞なく行われれば、前述した５ｃｍ角の電波マップの取得が可能である。そして、各ピクセルで細かく取得している受信電力データに基づいて、直接波が支配的な環境であれば、一定の精度で補間できる。しかしながら、マルチパスが多い場合や空間分解能が細かく必要でない場合には、このような補間のアプローチは適さない。

ここで、電波伝搬の理論として、［１］瞬時変動（フェージング）、［２］短区間変動（シャドーイング）、［３］長区間変動（伝搬距離特性）の３つの考え方がある。［１］瞬時変動（フェージング）では、波長以下の分解能で、数波長程度までの区間を見る。到来する多重波による空間的な定在波分布が把握できる。［２］短区間変動（シャドーイング）では、１～１０ｍの分解能で、１００ｍ程度までの区間を見る。セルラ環境だと、移動することにより建物などから受ける遮蔽度合いが変わるので、場所によりその影響が現れる。［３］長区間変動（伝搬距離特性）では、１０～１００ｍの分解能で、ｋｍオーダーの区間を見る。たとえば、マクロセルでは３～４乗で減衰するマクロな傾向が把握できる。

そこで、実施形態の情報処理装置１は、伝搬路の状況に基づき、電波マップの補間の方法を適宜選択する。即ち、情報処理装置１は、瞬時変動（第１変動）を追跡する方法と、短区間変動（第２変動）を追跡する方法と、長区間変動（第３変動）を追跡する方法とを適応的に使い分ける。

たとえば、マルチパスが多い場合や空間分解能が細かく必要でない場合、情報処理装置１は、電波マップの補間について、［１］瞬時変動（フェージング）ではなく、［２］短区間変動（シャドーイング）または［３］長区間変動（伝搬距離特性）を想定する。電波マップのピクセルの分解能と、［１］瞬時変動（フェージング）、［２］短区間変動（シャドーイング）および［３］長区間変動（伝搬距離特性）とには関連があり、［２］短区間変動（シャドーイング）または［３］長区間変動（伝搬距離特性）を想定する場合、情報処理装置１は、電波マップのピクセルを、図７に示すように、（Ａ）のような細かい分解能（たとえば５ｃｍ）から、（Ｂ）のような粗い分解能（たとえば１～１０ｍまたは１０～１００ｍ）に変更する。また、場所により分解能を変えてもよい。

情報処理装置１は、電波マップを経路選択で利用する際の利便性や障害物に衝突する可能性がある領域か否かなど、要求に即して分解能を変えてもよい。要求により瞬時変動まで追跡する必要があり、マルチパスの影響が大きい場合には、情報処理装置１は、アレーアンテナによる空間的なダイバーシティ技術や、周波数方向や時間方向の受信電力の平均によりマルチパスの影響を抑圧した状態で補間してもよいし、補間した値の信頼度の指標を合わせて用いてもよい。

次に、伝搬路情報について説明する。
情報処理装置１は、伝搬路情報として、基地局１１０からの同期信号もしくは参照信号によりＡＭＲ２００側で測定した受信電力を用いる。指標としては、ＲＳＲＰ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などを用いる。たとえば５Ｇでは、基地局１１０からの同期信号がブロードキャストされており、端末（ＡＭＲ２００）側で同期信号のＳＳＳやＰＳＳの受信電力を取得することが可能である。

また、５Ｇでは、チャネル情報推定用の参照信号ＣＳＩ－ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）や復調用の参照信号ＤＭＲＳ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）などの参照信号が複数用意されており、情報処理装置１は、周波数毎の受信電力や伝搬路のインパルス応答を伝搬路情報としてもよい。

基地局１１０側、より具体的には、ＭＥＣサーバ１００は、ＡＭＲ２００側で測定した受信電力の情報を上りリンクで取得する。このように取得される各地点、各時間における受信電力の情報を、ＭＥＣサーバ１００（情報処理装置１）は、伝搬路の状態を把握するための一材料とすることができる。

続いて、現在位置および地図情報について説明する。
ＭＥＣサーバ１００は、ＡＭＲ２００のＬＲＦスキャンデータ、移動速度、向きの情報を受け取って、現在位置や地図情報を把握する。地図情報に関しては、たとえば工場内を想定した場合には、既知の初期レイアウトを参照し、順次更新してもよい。また、一例として、ＡＭＲ２００に高さ方向の上部を見るＬＲＦと下部を見るＬＲＦとの２つが搭載されている場合、それらの情報を取得することで、ＭＥＣサーバ１００側で、工場内で荷物もしくは障害物が積み上がっていることが把握できる。情報処理装置１の伝搬路状況把握部２３においては、伝搬路情報の変動のみだと、それが何に起因しているのかを把握することが難しいが、地図情報を伝搬路情報と結びつけて総合的に判断することにより、より正確に伝搬路の状況を把握できる。

仮に、荷物もしくは障害物が積み上がっていることにより、伝搬路情報が変化しているとき、信頼度の指標は下げずに、その地点を境に補間に使用するデータを分けるといった方法が取れる。逆に、荷物もしくは障害物が積みあがっていないのに、伝搬路情報が変化しているときは、その地点の信頼度の指標を下げて受信電力を補間するといった方法が取れる。

以上を踏まえて、情報処理装置１の処理部２０の各部について詳細に説明する。
まず、電波マップ生成部２２について説明する。

電波マップ生成部２２は、地図上でＡＭＲ２００が動き回る範囲に関して、位置と受信電力とを紐づけたマップを生成する。

位置に関しては、１ピクセルの大きさを決めて基準点からの座標で示してもよいし、距離そのもので示してもよい。また、１ピクセルの大きさを部分的に変えることで、分解能を変えてもよい。また、１ピクセルの大きさは識別できる障害物の最小単位に基づいて決定してもよい。受信電力に関しては、スループット、ビットエラーレートで置き換えてもよい。

電波マップ生成部２２が、このように電波マップを生成することで、ＭＥＣサーバ１００で行われる、基地局１１０－ＡＭＲ２００間の通信状況の良いＡＭＲ２００の経路選択に活用でき、ＡＭＲ２００の安定した稼働が実現できる。

次に、伝搬路状況把握部２３について説明する。
図８は、実施形態の情報処理装置１における受信電力の取得の一例を示す図である。

図８に示すように、ＡＭＲ２００は、基地局側１１０からの同期信号／参照信号により第１受信電力を取得する（１）。ＡＭＲ２００は、その情報を上りリンクのパケットへ格納して基地局１１０側に送る（２）。これにより、基地局１１０側において、各地点での受信電力（第１受信電力）を把握することができる（３）。また、このときの上りリンクのパケットにも参照信号が付加されているので、基地局側１１０においては、この参照信号を利用して、第２受信電力を取得することができる（４）。

電波伝搬では、双対性により、理論的には第１受信電力と第２受信電力とは等しい。したがって、伝搬路状況把握部２３は、第１受信電力と第２受信電力とに大きな隔たりがあれば、そこに何らかの伝搬変動があったと予想され、時変動を把握することができる。

ここで、ＡＭＲ２００が移動することによっても第１受信電力と第２受信電力との差は生まれるため、ＡＭＲ２００において受信電力を測定するのは、ブロードキャストする同期信号よりも第１受信電力の取得時と第２受信電力の取得時との時間差が小さい参照信号の方が望ましい。たとえば下りリンクでは参照信号ＣＳＩ－ＲＳのＲＳＲＰを取得し、上りリンクでは参照信号ＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）のＲＳＲＰを取得することで、より適切に時変動を把握することを実現できる。

時変動把握の別の方法として、伝搬路状況把握部２３は、電波マップの最小分解能に対して第１受信電力を複数取得して、その差を把握してもよい。前述の通り、電波マップを５ｃｍ角のピクセルで作成し、ＡＭＲ２００が１ｍ／ｓで走行すると、１ピクセル分走行するのにかかる時間は５０ｍｓである。たとえば、その５０ｍｓの間に複数回取得した同期信号の電力差を把握する方法がある。このとき、逆に同期信号のインターバルと１ピクセルのサイズとを考慮して、ＡＭＲ２００の速度を定めてもよい。なお、時変動を優先的に把握する際は、ＡＭＲ２００を等速で動かして、一時的に上りリンクで送るＬＲＦスキャンデータや位置情報を止め、上りリンクで受信電力データを瞬時に送ることを優先させてもよい。

このように、電波マップの１ピクセルに対してオーバーサンプリングする形で受信電力を取得し、その変動を見ることにより、伝搬路状況把握部２３は、時変動が大きい伝搬路なのか否かを把握することができる。

また、電波伝搬では、直接波と反射波との電力の比を表すライスファクタという指標がある。反射波強度が弱い場合には、ライスファクタは大きくなり、反射波強度が強い場合には、ライスファクタは小さくなる。たとえば、時間的に複数取得したＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の各サブキャリアの受信電力と、ライスファクタを複数振って理論的に導出した伝搬路の受信電力とを比較することによって、その環境のライスファクタを導出することができる。

さらには、複数の素子を有するアレーアンテナで信号を受信するとき、各素子に入る信号の類似度を示す指標として空間相関がある。空間相関が高い場合には、直接波の影響が強く、低い場合には直接波の影響が弱いことが判断できる。

このようにして、ライスファクタや空間相関により、多重波(マルチパス)の度合いを把握することができる。直接波の影響が強い場合には、距離に対して受信電力が単調に減少する傾向が強くなる。反射波の影響が強い場合には、位相の強め合いや打消しにより、距離に対して受信電力が変動する傾向が強くなる。このように伝搬路状況把握部２３が伝搬路の状況を把握することで、それに基づき、電波マップ補間部２４が補間の方法を変えることができる。なお、直接波が支配的なチャネルと反射波が支配的なチャネルとの分類に関しては、ライスファクタＸｄＢ以上／以下のように閾値を設けてもよいし、合わせて空間相関Ｙ以上／以下のように閾値を設けてもよい。

また、５Ｇでは復調用参照信号ＤＭＲＳが周波数方向に配置されている。ＤＭＲＳを用いて、周波数に対する受信電力や伝搬路のインパルス応答を算出し、周波数特性を把握することができる。広帯域伝送の場合、受信電力の周波数特性がフラットであれば直接波の影響が強く、変動が大きければ多重波の影響が強い。それを伝搬路状況把握部２３が把握すれば、この伝搬路の状況に応じて電波マップ補間部２４が補間の方法を変えることができる。

図９は、あるオフィス環境における電波マップの実測値の一例を示す図である。ここでは、５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮのアクセスポイント（ＡＰ）１１０Ａを、高さ１．２ｍに設置し、ビーコンを受信する端末（ＡＭＲ２００）を、高さ０．２ｍの経路上を直線的に等速０．１ｍ／ｓで移動させる。なお、ＡＰ１１０Ａ側はシングルアンテナ、ＡＭＲ２００側はマルチアンテナでダイバーシティを適用している。３つの経路共にＡＰ１１０Ａから遠ざかるほど、受信電力は低下する傾向にある。

図１０～図１２は、図９のＹ＝０，３，６の３つの経路に対してＡＰからの距離とＲＳＳＩの関係をプロットしたものである。なお、ＡＰ１１０Ａからの距離は４～１５ｍの範囲であり、理論的には受信電力は距離のｘ乗に比例するため、片対数グラフでプロットしている。回帰線も併せて表示している。図１１のＹ＝３と、図１２のＹ＝６とは、図９で示されているように、いずれの受信点も見通し内にあることから、おおよそ回帰線から５ｄＢ程度の範囲には収まり距離に対して単調に減少する傾向にある。また、回帰線の傾きによりＹ＝３は１．２乗則、Ｙ＝６は０．８乗則であった。しかし、見通し内／見通し外を含むＹ＝０では、図９に示されているパーティションを境に見通し内／見通し外が変わるので、傾向が大きく変化し、回帰線から１０ｄＢ程度データが外れる場合もある。したがって、電波伝搬の減衰の乗数が障害物を境に変わると考えてよい。

このように、伝搬路状況把握部２３は、減衰乗数が大きく変化する地点に障害物があることを判断でき、データの欠けがある場合には、電波マップ補間部２４は、そこを境に補間の仕方を変えることができる。

次に、電波マップ補間部２４について説明する。
電波マップ補間部２４は、伝搬路状況把握部２３で把握した伝搬路状況に応じて、電波マップの欠けを補間する。まずは時変動の有無を確認する。時変動の有無に関しては、前述の通り、伝搬路状況把握部２３のアップリンクとダウンリンクとの受信電力差、オーバーサンプリングした電力データの差異により確認することができる。時間変動がある場合には、電波マップ補間部２４は、障害物等によるレイアウトの変化を疑い、前述のように２つ以上のＬＲＦスキャンデータや伝搬乗数の変化があった場合には、予想される障害物を境に補間に使用するデータを分ける。LRFスキャンデータや伝搬乗数の変化がない場合には、電波マップ補間部２４は、補間を行うものの補間したデータの信頼度を下げる。

また、伝搬路状況把握部２３で多重波が少ないと判定された場合には、受信電力は距離に対して単調減少するので、電波マップ補間部２４は、波長オーダー、つまり、瞬時変動（フェージング）を想定して電波マップのデータを補間する。その際、電波マップ補間部２４は、図１０に示すような横軸片対数でリニアに補間してもよいし、取得した受信電力データから回帰線を引き、それに基づいて補間してもよい。内挿補間のみならず、同じように多重波が少ないと予想される場所について、電波マップ補間部２４は、取得した受信電力データの回帰線より、外挿補間してもよい。基地局１１０－ＡＭＲ２００間の距離が離れるに従い、ＡＭＲ２００の移動に対する基地局１１０－ＡＭＲ２００間の距離の変化は小さくなる。その性質を利用して、隣のピクセルの受信電力値をコピーしてもよい。すべての実測データを補間に使用するのではなく、補間に使用するものと、その精度を検証するもので分けてもよい。電波マップ補間部２４は、取得した受信電力データの回帰線から大きく乖離したプロット点、たとえば２０ｄＢ乖離したプロット点を外れ値として補間に使用するデータから外してもよい。電波マップ補間部２４は、最小受信感度に近い受信電力の地点では、補間の分解能を上げる、もしくは最小受信感度を下回る地点を外挿補間するなどしてもよい。また、時間変動が少なく、多重波も少ない場合には、電波マップ補間部２４は、補間したデータの信頼度を高くする。

さらに、電波マップ補間部２４は、伝搬路状況把握部２３で多重波が多いと判定された場合には、受信電力は距離に対して大きく変動するので、波長オーダーよりも長い短区間変動（シャドーイング）もしくはそれ以上の長区間変動（伝搬距離特性）を想定して、電波マップのデータを補間する。その際、電波マップ補間部２４は、図７を参照して説明したように、電波マップの空間分解能を下げる。隣接する電波マップの受信電力値により線形補間してもよいし、受信電力自体は多重波が少ない場合と同じ分解能で、Ｋｒｉｇｉｎｇやグラフ理論、圧縮センシング等の手法を用いて補間してから、空間分解能を下げて、平均化してもよい。また、時間変動が少なくても、多重波が多い場合には、電波マップ補間部２４は、補間したデータの信頼度を低くする。

一方で、基地局１１０側もしくはＡＭＲ２００側で複数のアンテナを用いた空間ダイバーシティが活用できる場合、または、使用する周波数の帯域幅やＡＭＲ２００の速度調整により受信信号を周波数的、時間的に十分平均化できる場合には、多重波の影響を抑圧できるので、電波マップ補間部２４は、細かい分解能のまま線形補間してもよく、補間したデータの信頼度を高くしてもよい。

電波マップ補間部２４は、電波マップの各ピクセルと対応づけた信頼度を出力する。電波マップ補間部２４は、信頼度が低い点のみを出力してもよい。電波マップの補間時、このように信頼度も合わせてマップ化することにより、ＡＭＲ２００の経路選択時の利便性を高める効果を奏する。前述の第１受信電力と第２受信電力との差が大きい場合に、時変動の影響が大きいものとして、電波マップ補間部２４は、そのデータを使って補間した電波マップのピクセルの信頼度を下げても良い。また、多重波の度合いが大きい受信点のデータを用いて補間する際は、電波マップ補間部２４は、同じくピクセルの信頼度を下げてもよい。

また、電波マップ補間部２４は、ピクセルごとに区切った１次元、２次元あるいは３次元の座標とその座標に対応する受信電力を出力する。電波マップ補間部２４は、設定した原点からのｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の距離と受信電力との対応関係を出力してもよい。

図１３は、図９の経路［２］（Ｙ＝３）に関して、補間を適用した結果である。
実験データはＡＭＲ２００側で細かく１ｃｍ置きに取得している。符号ａ１が示す丸印は、この実測値（データ）を表している。一例として、上りリンクで送るときに遅延するなどして、基地局側で２０ｃｍ置きにしかデータが取得できなかった場合を想定する。符号ａ２が示す星印は、基地局１１０側で取得できたデータを表している。そして、この２０ｃｍ置きのデータから情報処理装置１が補間したデータと、実測の１ｃｍ置きのデータと値を比較した。符号ａ３が示す三角印は、この補間されたデータを表している。なお、本環境は見通し内で空間ダイバーシティも適用しているため、補間は線形補間により行っている。

図１４は、その結果を累積確率分布（ＣＤＦ：Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で示す図である。
電波伝搬では３ｄＢは誤差とみなされるレベルであり、図１４から、９０％近くのデータが誤差３ｄＢ以内に収まっていることが確認できる。これにより、伝搬路の状況によっては簡易な線形補間でも一定の精度で補間できることが確認できる。

図１５は、実施形態の情報処理装置１の動作手順を示すフローチャートである。この手順は、プログラムによって前述のような電子回路で実行されてもよい。
情報処理装置１は、まず、電波マップを作成する（Ｓ１０１）。情報処理装置１は、基地局１１０とＡＭＲ２００との間の伝搬路の状況を把握する（Ｓ１０２）。情報処理装置１は、伝搬路の状況に基づき、電波マップの補間を行う（Ｓ１０３）。

図１６は、図１５のＳ１０３の電波マップ補間における補間の方法の使い分けの手順を示すフローチャートである。

情報処理装置１は、まず、多重波が多い（マルチパスリッチな)環境か否かを判定する（Ｓ２０１）。多重波が少ない環境の場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、情報処理装置１は、瞬時変動（フェージング）を想定した電波マップの補間を実行する（Ｓ２０２）。つまり、細かい粒度で補間を行う。

一方、多重波が多い環境の場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、情報処理装置１は、基地局１１０またはＡＭＲ２００がマルチアンテナでダイバーシティを適用しているか否かを判定する（Ｓ２０３）。ダイバーシティを適用していない場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、情報処理装置１は、短区間変動（シャドーイング）または長区間変動（伝搬距離特性）を想定した電波マップの補間を実行する（Ｓ０４）。つまり、粗い粒度で補間を行う。なお、情報処理装置１は、ダイバーシティを適用していない場合の別の方法として、Ｋｒｉｇｉｎｇやグラフ理論、圧縮センシング等の手法を用いて補間してから、空間分解能を下げて、平均化してもよい。この場合、多重波が多い環境であり、かつ、ダイバーシティを適用していない状況下において、細かい粒度での補間が行われることとなる。

ダイバーシティを適用している場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、情報処理装置１は、多重波が多い環境であっても、瞬時変動（フェージング）を想定した電波マップの補間を実行する（Ｓ２０２）。つまり、細かい粒度で補間を行う。

以上のように、実施形態の情報処理装置１は、伝搬路状況に応じて、電波マップの補間方法を変えることで、より正確な電波マップを再現できる。つまり、実施形態の情報処理装置１は、電波マップの補間を適切に行うことができる。

（変形例）
図１７は、実施形態の情報処理装置１の一変形例を示す図である。
前述の説明では、電波マップを生成し、かつ、伝搬路の状況に応じて、電波マップの補間を行う受信電力データ処理装置として実現されている例を示した。受信電力データ処理装置としての情報処理装置１の機能は、たとえばＡＭＲ２００を一元的に管理するＭＥＣサーバ１００に組み込まれ、ＭＥＣサーバ１００は、情報処理装置１から出力される電波マップおよび信頼度情報に基づき、ＡＭＲ２００の経路選択を実行する。

図１７に示す一変形例の情報処理装置１は、処理部２０が、経路生成部２５をさらに有する。経路生成部２５は、電波マップ補間部２４から出力される電波マップおよび信頼度情報に基づき、ＡＭＲ２００の経路選択（経路生成）を実行する。

つまり、一変形例の情報処理装置１は、受信電力データ処理に加えて、経路生成をも実行する経路生成装置として実現されている。経路生成装置としての情報処理装置１の機能を組み込んだＭＥＣサーバ１００は、電波マップや信頼度情報に代わり、情報処理装置１から経路情報を得ることができる。

あるいは、実施形態の情報処理装置１の処理部２０から電波マップ生成部２２を削除する変形例も考えることができる。つまり、情報処理装置１は、電波マップを生成する機能は持たず、伝搬路の状況に応じて、電波マップの補間を行う機能のみを持つ受信電力データ処理装置として実現されてもよい。

これらの変形例においても、情報処理装置１は、電波マップの補間を適切に行うことができるという効果を奏する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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…情報処理装置、１０…取得部、２０…処理部、２１…制御部、２２…電波マップ生成部、２３…伝搬路状況把握部、２４…電波マップ補間部、２５…経路生成部、３０…記憶部、４０…出力部、１００…ＭＥＣサーバ、１１０…基地局、２００…ＡＭＲ。

Claims (18)

1. 所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、前記所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する第２無線機との間の伝搬路の状況に基づき、前記所定の地理的範囲の各地点における無線信号の受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップ上の欠落部分のデータを生成する処理部、
   を具備する情報処理装置。
2. 前記処理部は、前記第１無線機と前記第２無線機との間で送受信される同期信号または参照信号から測定される受信電力を用いて、前記伝搬路の状況を判定する請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記処理部は、さらに、前記所定の地理的範囲の地図情報を用いて、前記伝搬路の状況を判定し、
   前記地図情報は、前記第１無線機または前記第１無線機を搭載する移動体に設置される１以上のＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）のスキャンデータに基づいて随時更新される、
   請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記処理部は、前記第１無線機側で測定される第１受信電力と、前記第２無線機側で測定される第２受信電力との差に基づいて、前記伝搬路の状況を判定する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の情報処理装置。
5. 前記処理部は、前記電波マップの所定の分解能に対して前記第１受信電力を複数取得し、前記複数の第１受信電力の間の差に基づいて、前記伝搬路の状況を判定する請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記電波マップは、第１分解能および前記第１分解能よりも低い第２分解能を含み、
   前記所定の分解能は、前記第１分解能である、
   請求項５に記載の情報処理装置。
7. 前記処理部は、ライスファクタまたは空間相関によって得られる直接波および反射波に関する情報に基づいて、前記伝搬路の状況を判定する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
8. 前記処理部は、前記第１無線機と前記第２無線機との間で送受信される復調用の参照信号（ＤＭＲＳ：Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を用いて、周波数に対する受信電力または前記伝搬路のインパルス応答を算出し、前記周波数に対する受信電力または前記伝搬路のインパルス応答から得られる周波数特性に基づいて、前記伝搬路の状況を判定する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の情報処理装置。
9. 前記処理部は、前記第１無線機と前記第２無線機との間の距離に対する受信電力の減衰乗数の変化に基づいて、前記伝搬路の状況を判定する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の情報処理装置。
10. 前記処理部は、直接波の受信電力が反射波の受信電力よりも大きい場合、受信電力の第１変動に基づいて前記電波マップ上の欠落部分のデータを生成する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の情報処理装置。
11. 前記処理部は、反射波の受信電力が直接波の受信電力よりも大きい場合、受信電力の第２変動または前記第２変動よりも長い区間における第３変動に基づいて前記電波マップ上の欠落部分のデータを生成する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の情報処理装置。
12. 前記処理部は、反射波の受信電力が直接波の受信電力よりも大きい場合、受信電力の第２変動または前記第２変動よりも長い区間における第３変動に基づいて前記電波マップ上の欠落部分のデータを生成し、
    前記第２変動は、前記第１変動よりも長い区間における変動である、
    請求項１０に記載の情報処理装置。
13. 前記処理部は、前記電波マップ中の少なくとも前記生成した欠落部分のデータの信頼度を出力する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の情報処理装置。
14. 前記処理部は、前記第１無線機側で測定された第１受信電力と、前記第２無線機側で測定された第２受信電力との差が所定以上のデータを用いて生成した前記欠落部分のデータの信頼度を、前記欠落部分以外のデータの信頼度よりも低下させる請求項１２に記載の情報処理装置。
15. 前記処理部は、前記欠落部分のデータを生成して補間した前記電波マップに基づき、前記第１無線機が移動すべき前記所定の地理的範囲上の経路を生成し、
    前記処理部によって生成された前記経路を前記第１無線機へ出力する出力部をさらに具備する、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の情報処理装置。
16. 所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、
    前記所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する第２無線機と、
    請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の情報処理装置と、
    を具備するシステム。
17. 所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、前記所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する第２無線機との間の伝搬路の状況に基づき、前記所定の地理的範囲の各地点における無線信号の受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップ上の欠落部分のデータを生成する、
    方法。
18. 情報処理装置に、
    所定の地理的範囲を移動する第１無線機と、前記所定の地理的範囲を含む無線通信エリアを形成する第２無線機との間の時変動を含む伝搬路の状況に基づき、前記所定の地理的範囲の各地点における無線信号の受信電力に関するデータがマッピングされた電波マップ上の欠落部分のデータを生成させる、
    プログラム。

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