JP2024053797A

JP2024053797A - 無線通信システム、ユーザ端末、及び通信制御方法

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Publication number: JP2024053797A
Application number: JP2022160225A
Authority: JP
Inventors: 裕司大植; 慎太郎村松; 弘明浅野; 宜昭品川; 充上杉; 努淺沼; 剛上野
Original assignee: PANASONIC CONNECT CO., LTD.
Current assignee: PANASONIC CONNECT CO., LTD.
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2024-04-16
Also published as: WO2024075317A1

Abstract

【課題】移動体の向きの変更による通信品質の劣化や、遮蔽による通信品質の劣化が発生する状況でも、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保できるようにする。【解決手段】道路上を移動可能な移動体としての自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７とアクセスポイント４とが無線通信を行う無線通信システムにおいて、ユーザ端末は、指向性を制御可能な指向性通信部７８，７９でアクセスポイントと無線通信を行い、自装置が搭載された自動車が向きを変更する場合、例えば交差点において右左折を行う場合に、アクセスポイントとの通信品質が向上するように、指向性通信部の指向性を制御する。特に、ユーザ端末は、自装置の指向性通信部のカバーエリアの幅及び方向の少なくともいずれかを変化させるように指向性通信部を制御する。また、ユーザ端末は、前方に指向性を有する前方指向性通信部７８と、後方に指向性を有する後方指向性通信部７９とを備える。【選択図】図１２

Description

本開示は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システム、道路上を移動可能な移動体に搭載されて、基地局と無線通信を行うユーザ端末、及び道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末において、基地局との無線通信を制御する通信制御方法に関するものである。

モバイルネットワークの分野では、５Ｇ（第５世代移動体通信システム）が商用化の段階にある。このような５Ｇでは、利用される周波数が高く、１つの基地局のサービスエリアが小さくなるため、基地局をより高密度に配置する必要が生じる。そのため、複数の基地局間の無線マルチホップ通信によりバックホール回線のネットワークを構築することが考えられる。

このようなマルチホップ通信によりバックホール回線のネットワークを構築する技術として、基地局がグループ化され、同じグループに属する基地局間のマルチホップ通信によって無線通信経路が構築されると共に、基地局のグループに対応してエッジサーバが配置される技術が知られている（特許文献１参照）。また、移動体（列車など）に搭載された通信端末が、移動方向に指向性を有する通信部を備え、通信先の電波強度に基づいて通信先を選択する技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２０２１－５７７３８号公報特開２００９－１８８９８３号公報

特許文献１に開示された技術では、エッジサーバが配置されたネットワークにおいて、エッジサーバとユーザ端末との通信に用いられる無線通信経路が適切に構築される。また、特許文献２に開示された技術では、基地局の切り換え時における無線通信の途切れを防止することができる。

一方、道路上を移動可能な移動体、特に比較的高速で走行する自動車に搭載されたユーザ端末では、移動体自体の状況が急激に変化し、また、移動体の周辺の状況も急激に変化する。このため、移動体やその周辺の状況の変化に影響されずに、移動体に搭載されたユーザ端末とその周辺の基地局との良好な通信を確保することが望まれる。また、５Ｇで利用されるミリ波の通信では、カバーエリア（ビーム）が狭いため、移動体の向きの変更による通信品質の劣化が著しい。また、５Ｇで利用されるミリ波は、直進性が強いために遮蔽に弱く、遮蔽による通信品質の劣化が著しい。しかしながら、従来の技術では、このような問題を十分に解決できない。

そこで、本発明は、移動体の向きの変更による通信品質の劣化や、遮蔽による通信品質の劣化が発生する状況でも、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる無線通信システム、ユーザ端末、及び通信制御方法を提供することを主な目的とする。

本発明の無線通信システムは、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、前記ユーザ端末は、前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える構成とする。

また、本発明のユーザ端末は、道路上を移動可能な移動体に搭載されて、基地局と無線通信を行うユーザ端末であって、前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える構成とする。

また、本発明の通信制御方法は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末において、基地局との無線通信を制御する通信制御方法であって、前記ユーザ端末の制御部は、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、指向性通信部の指向性を制御する構成とする。

本発明によれば、ユーザ端末が搭載された移動体の向きの変更に応じてユーザ端末と基地局との通信品質が劣化して通信が途切れることを防止し、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

第１実施形態に係る無線通信システムの全体構成図ＮＷ制御サーバによるユーザ端末とエッジサーバとの通信経路の制御の一例を示す説明図アクセスポイントの概略構成を示すブロック図エッジサーバの概略構成を示すブロック図ＮＷ制御サーバの概略構成を示すブロック図ユーザ端末の概略構成を示すブロック図第１実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図ユーザ端末７で行われる処理の流れを示すフロー図第２実施形態に係るアクセスポイントの概略構成を示すブロック図第２実施形態に係るユーザ端末の概略構成を示すブロック図第２実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図第２実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図ユーザ端末７で行われる処理の流れを示すフロー図第２実施形態の変形例に係るアクセスポイントの通信制御の状況を示す説明図第３実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図第３実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図ユーザ端末で行われる処理の流れを示すフロー図第４実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図第４実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図第５実施形態に係るアクセスポイントのカバーエリアの概要を示す説明図第５実施形態に係るアクセスポイントのカバーエリアの概要を示す説明図ユーザ端末とアクセスポイントとの通信の遷移状況を示す説明図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、前記ユーザ端末は、前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える構成とする。

これによると、ユーザ端末が搭載された移動体の向きの変更に応じてユーザ端末と基地局との通信品質が劣化して通信が途切れることを防止し、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第２の発明は、前記ユーザ端末は、前記移動体としての車両に搭載され、前記ユーザ端末の制御部は、自装置が搭載された車両が交差点において右左折を行う場合に、前記指向性通信部の指向性を制御する構成とする。

これによると、ユーザ端末が搭載された車両が交差点において右左折を行う場合に、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第３の発明は、前記ユーザ端末の制御部は、自装置の前記指向性通信部のカバーエリアの幅及び方向の少なくともいずれかを変化させるように前記指向性通信部を制御する構成とする。

これによると、指向性通信部の指向性を適切に制御して、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。なお、指向性通信部の指向性の制御は、ビームフォーミングにより行うことができるが、指向性通信部の指向性が機械的に制御されてもよい。

また、第４の発明は、前記ユーザ端末は、前方に指向性を有する前方指向性通信部と、後方に指向性を有する後方指向性通信部とを備える構成とする。

これによると、前後にカバーエリア（良好な通信品質が得られるエリア）が形成されるため、状況に応じて、前方に位置する基地局を利用したり後方に位置する基地局を利用したりすることで、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第５の発明は、前記基地局は、車線の上流側に指向性を有する指向性通信部を有する構成とする。

これによると、車線の上流側にカバーエリアが形成されるため、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第６の発明は、前記基地局は、車線の上流側に指向性を有する上流側指向性通信部と、車線の下流側に指向性を有する下流側指向性通信部とを有する構成とする。

これによると、車線の上流側と下流側との両方にカバーエリアが形成されるため、ユーザ端末と基地局との良好な通信をより一層安定して確保することができる。

また、第７の発明は、前記基地局は、隣り合う他の基地局のカバーエリアとオーバラップするように自身のカバーエリアを形成する構成とする。

これによると、ユーザ端末の位置に関係なく、ユーザ端末と基地局との良好な通信を確保することができる。

また、第８の発明は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、前記ユーザ端末の制御部は、まず、自車線側の前方の前記基地局を接続先に選択し、自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、後方の前記基地局に接続先を切り替える構成とする。

これによると、遮蔽によりユーザ端末と基地局との通信品質が劣化して通信が途切れることを防止し、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第９の発明は、前記ユーザ端末の制御部は、自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、反対車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替える構成とする。

これによると、ユーザ端末は、良好な通信を確保可能な基地局と通信を行うことができる。

また、第１０の発明は、前記ユーザ端末の制御部は、自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、自車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替え、自車線側の後方の前記基地局の通信が不良である場合、反対車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替える構成とする。

また、第１１の発明は、前記ユーザ端末の制御部は、周辺に存在する前記基地局との通信が不良である場合、周辺に存在する他の移動体に搭載されたユーザ端末を中継装置として利用して、そのユーザ端末を介した通信を実施する構成とする。

これによると、周辺に存在する基地局との通信が不良である場合でも、比較的高速の通信を確保することができる。なお、中継装置としてのユーザ端末は、反対車線を走行する自動車に搭載されたユーザ端末、及び上空を飛翔する飛翔体に搭載されたユーザ端末のいずれかであるとよい。これにより、周辺に存在する基地局との通信が不良で、しかも、中継装置として利用できる他のユーザ端末との通信も不良である場合でも、比較的高速の通信を確保することができる。

また、第１２の発明は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、前記基地局は、前記ユーザ端末と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、前記ユーザ端末が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記ユーザ端末との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える構成とする。

また、第１３の発明は、前記基地局は、グループ化されて、同じグループに属する他の基地局とマルチホップ通信を実行する構成とする。

これによると、ユーザ端末の通信に用いられる無線通信経路を適切に構築することができる。

また、第１４の発明は、道路上を移動可能な移動体に搭載されて、基地局と無線通信を行うユーザ端末であって、前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える構成とする。

これによると、第１の発明と同様に、ユーザ端末が搭載された移動体の向きの変更に応じてユーザ端末と基地局との通信品質が劣化して通信が途切れることを防止し、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる。

また、第１５の発明は、道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末において、基地局との無線通信を制御する通信制御方法であって、前記ユーザ端末の制御部は、自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、指向性通信部の指向性を制御する構成とする。

以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る無線通信システム１の全体構成図である。

無線通信システム１（システム１と略称する。）は、マクロセル基地局２、スモールセル基地局３、アクセスポイント（又は基地局）４、エッジサーバ５、ネットワーク制御サーバ（ＮＷ制御サーバ６と略称する。）、及びユーザ端末７を備える。

システム１が適用されるネットワークでは、複数のスモールセル基地局３の通信エリアであるスモールセルエリア１１が、マクロセル基地局２の通信エリアであるマクロセルエリア１２上にそれぞれ重畳される。

マクロセル基地局２は、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）などのＵＨＦ帯（周波数：３００ＭＨｚ～３ＧＨｚ）を代表とするより大きなセルを構築しやすい周波数帯を利用して無線通信を行うものである。マクロセル基地局２は、制御信号を伝送するための制御プレーン（ＣＰｌａｎｅ）の基地局となる。また、マクロセル基地局２は、ユーザデータを伝送するためのユーザプレーン（Ｕ－Ｐｌａｎｅ）の基地局として使用される場合もある。

スモールセル基地局３は、例えば低ＳＨＦ帯（周波数：３ＧＨｚ～６ＧＨｚ）などのマクロセル基地局２よりも高い周波数を利用して無線通信を行うものである。なお、スモールセル基地局３は、高ＳＨＦ帯（周波数：６ＧＨｚ～３０ＧＨｚ帯）を利用するものであってもよい。スモールセル基地局３は、ユーザプレーンの基地局として使用される。

アクセスポイント４は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）による比較的小容量の無線通信や、ＷｉＧｉｇ（登録商標）による比較的大容量の無線ＬＡＮ通信を行うものである。アクセスポイント４の通信エリア１３は、スモールセルエリア１１及びマクロセルエリア１２の少なくとも一方に重畳される。

ただし、アクセスポイント４は、スモールセル基地局３よりも高い周波数帯を利用して無線通信を行うマイクロセル基地局であってもよい。その場合、アクセスポイント４による無線通信は、５ＧのＮＲ（New Radio）となる高ＳＨＦ帯またはＥＨＦ帯（ここでは、２８ＧＨｚ帯、４０ＧＨｚ帯、及び７０ＧＨｚ帯など）を利用して行うことができる。また、複数のアクセスポイント４には、そのようなマイクロセル基地局と、無線ＬＡＮ通信を行う基地局とが共に含まれてもよい。アクセスポイント４としてマイクロセル基地局が用いられる場合、通信エリア１３は、マイクロセル基地局の通信エリアであるマイクロセルに相当する。

システム１では、複数のＲＡＴ（無線通信方式）が混在する通信環境、いわゆるヘテロジーニアスネットワークが構成される。マクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及び一部のアクセスポイント４は、コアネットワーク１５及びインターネット１６からなる有線ネットワークに有線接続されている。コアネットワーク１５には、ＬＴＥのコアネットワークに相当するＥＰＣ（Evolved Packet Core）を構成するＭＭＥ（Mobility Management Entity）、Ｓ－ＧＷ（Serving Gateway）、及びＰ－ＧＷ（Packet data network Gateway）や５Ｇのコアネットワークに相当する５ＧＣ(5G Core network)を構成するＡＭＦ（Access and Mobility Management Function）、及びＵＰＦ（User Plane Function）などが含まれる。また、システム１において、マクロセル基地局２、スモールセル基地局３、アクセスポイント４、エッジサーバ５、ＮＷ制御サーバ６、及びユーザ端末７の数や配置は適宜変更することが可能である。

エッジサーバ５は、移動するユーザ端末７と物理的に近い位置において、ユーザ端末７に提供するサービスとして種々のアプリケーション（プログラム）を実行する。各エッジサーバ５の配置には、特に制限はないが、ここではアクセスポイント４のいずれかに接続される。

ＮＷ制御サーバ（ネットワーク制御装置）６は、システム１が適用されたネットワークにおけるエッジサーバ５とユーザ端末７との通信に用いられる通信経路を制御する。ＮＷ制御サーバ６は、コアネットワーク１５に接続される。ただし、ＮＷ制御サーバ６は、コアネットワーク１５の一部を構成してもよいし、インターネット１６に接続されてもよい。

ユーザ端末７は、各ユーザ（図示せず）によって携帯されるスマートフォンやタブレット端末などの無線通信機能を有する情報機器である。ユーザ端末７は、マクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及びアクセスポイント４にそれぞれ無線接続することができる。また、ユーザ端末７は、それらマクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及びアクセスポイント４を介してエッジサーバ５と通信することにより、エッジサーバ５のアプリケーションを利用することができる。また、ユーザ端末７は、コアネットワーク１５及びインターネット１６からなる有線ネットワークを介して任意のサーバ（図示せず）と通信することにより、当該サーバのアプリケーションを利用することもできる。

図２は、ＮＷ制御サーバ６によるユーザ端末７とエッジサーバ５との通信経路の制御の一例を示す説明図である。図２（Ａ）は、従来の通信経路（比較例）であり、図２（Ｂ）は、ＮＷ制御サーバ６によって構築された通信経路である。

図２では、有線ネットワークの接続点１８を起点としてツリー状またはメッシュ状に複数のアクセスポイント４が配置されている。各アクセスポイント４は、無線通信によって相互に接続されることにより、バックホールを形成する。なお、図２では、アクセスポイント４を相互に区別するために符号ＡＰ１－ＡＰ１２が付されている。

図２（Ａ）では、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信において、無線品質を基準にアクセスポイントが選択される例が示されている。この場合、ユーザ端末７は、最も高い無線品質を得られる近隣のアクセスポイントＡＰ１を接続先として選択するため、結果として、より多くのアクセスポイントＡＰ１－ＡＰ９を介してエッジサーバ５と通信を行う必要が生じる。図２（Ａ）では、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信経路Ｒ１には、各アクセスポイントを有線ネットワークの接続点１８に接続するためのバックホールを利用することになる。

これに対し、図２（Ｂ）では、エッジサーバ５が接続されたアクセスポイントＡＰ９を含む複数のアクセスポイントＡＰ９－ＡＰ１２がグループ化される（図中の破線の円を参照）。また、ＮＷ制御サーバ６は、それらグループ化されたアクセスポイントＡＰ９－ＡＰ１２によって無線通信経路Ｒ２、Ｒ３を形成する。さらに、ＮＷ制御サーバ６は無線通信経路Ｒ２、Ｒ３を優先的に利用するようアクセス回線の接続先優先度を決定しユーザ端末７に提供する。これにより、ユーザ端末７は、アクセスポイントＡＰ１０またはＡＰ１１を接続先として選択し、無線通信経路Ｒ２、Ｒ３を利用してエッジサーバ５と通信することが可能となる。

図３は、アクセスポイント４の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態では、アクセスポイント４は道路のわき（路側）や交差点に設置された路側機を構成する。だたし、アクセスポイント４は実質的に路側機を構成すればよく、例えば、既設の路側機及びそれと協働する通信装置から構成されてもよい。

アクセスポイント４は、無線通信部２１、バックホール通信部２２、有線通信部２３、記憶部２４、及び制御部２５を備える。

無線通信部２１は、ユーザ端末７と無線通信を行うためのアンテナや通信回路を備える。無線通信部２１は、指向性通信部２６を有する。指向性通信部２６は、車線方向の上流側に指向性を有する。また、指向性通信部２６は、可変指向性、すなわち、指向性を制御可能である。具体的には、ビームフォーミング技術などに基づいて指向性通信部２６によるカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御可能である。また、指向性通信部自体の方向を変化させることが可能である。

バックホール通信部２２は、周辺のアクセスポイント４と無線通信を行うためのアンテナや回路を備える。これにより、複数のアクセスポイント４によるマルチホップ通信が行われ、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信に用いられる無線通信経路が形成される。

有線通信部２３は、コアネットワーク１５との有線通信を行うための通信回路を備える。ただし、有線通信部２３は、必ずしも全てのアクセスポイント４に設けられる必要はなく、有線ネットワークの近隣のアクセスポイント４に必要に応じて設けられる。

記憶部２４は、ユーザ端末７に関する情報、周辺にあるマクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及び他のアクセスポイント４に関する情報、並びに制御部２５を構成するプロセッサで実行されるプログラムなどを記憶する。

制御部２５は、無線品質測定部３１、位置情報取得部３２、経路接続部３３、無線制御部３４、有線制御部３５、及び指向性制御部３６を備える。

無線品質測定部３１は、他の周辺のアクセスポイント４との無線通信の品質を受信信号強度などの公知の指標に基づき測定する。また、無線品質測定部３１は、無線通信の品質の測定結果に基づき無線品質情報を生成する。

位置情報取得部３２は、自身（アクセスポイント４）の位置情報を取得する。位置情報取得部３２は、自装置の位置を適宜測定することにより位置情報を取得するか、記憶部２４等に予め記憶された位置情報を用いることができる。

経路接続部３３は、エッジサーバ５から受信する経路確立指示に基づき、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信に用いられる通信経路を確立する。経路接続部３３は、そのような通信経路の確立にあたり、バックホール通信部２２による無線通信を制御することにより、周辺のアクセスポイント４とのマルチホップ通信を実現する。

無線制御部３４は、無線通信部２１によるユーザ端末７との無線通信を制御する。

有線制御部３５は、有線通信部２３による通信を制御する。また、有線制御部３５は、有線ネットワークにおける通信制御装置や、周辺にあるマクロセル基地局２やスモールセル基地局３との有線通信により、ユーザ端末７の接続先などに関する情報を交換することができる。

指向性制御部３６は、指向性通信部２６の指向性を制御する。具体的には、ユーザ端末７との間の通信品質が良好になるように、指向性通信部２６によるカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。また、指向性通信部自体の方向の制御を実施する。なお、指向性制御はユーザ端末７ごとに個別に実施することができる。

なお、上述の制御部２５における各部の機能の少なくとも一部は、１以上のプロセッサが所定の制御プログラムを実行することにより実現可能である。

図４は、エッジサーバ５の概略構成を示すブロック図である。

エッジサーバ５は、通信部４１、記憶部４２、及び制御部４３を備える。

通信部４１は、自装置が接続されたアクセスポイント４と通信を行うための通信回路を備える。

記憶部４２は、ユーザ端末７に関する情報、周辺にあるマクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及びアクセスポイント４に関する情報、並びに制御部４３を構成するプロセッサで実行されるプログラムなどを記憶する。

制御部４３は、経路確立指示部４５、トラフィック情報収集部４６、アクセスポイント動作指示部４７、通信制御部４８、及びアプリケーション部４９を備える。

経路確立指示部４５は、ＮＷ制御サーバ６から受信する情報に基づき、アクセスポイント４に通信経路を確立させるための経路確立指示を送信する。

トラフィック情報収集部４６は、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信に関し、無線通信経路を形成する各アクセスポイント４間のトラフィックの情報を収集する。なお、トラフィック情報収集部４６は、適宜省略されてもよい。

アクセスポイント動作指示部４７は、ＮＷ制御サーバ６から受信する情報に基づき、アクセスポイント４に対して動作指示を送信する。そのような動作指示には、アクセスポイント４に対する起動または停止の指示が含まれる。なお、アクセスポイント動作指示部４７は、適宜省略されてもよい。

通信制御部４８は、通信部４１による通信を制御する。また、通信制御部４８は、周辺のアクセスポイント４やユーザ端末７と必要な情報を交換する。

アプリケーション部４９は、ユーザ端末７へのサービス内容に応じて種々のアプリケーションを実行する。アプリケーションによる処理には、例えば、スマート工場に設置されたセンサの出力（検出結果）の格納または提供や、交差点などの交通映像その他の検出情報の格納または提供などが含まれる。

なお、上述の制御部４３における各部の機能の少なくとも一部は、１以上のプロセッサが所定の制御プログラムを実行することにより実現可能である。

図５は、ＮＷ制御サーバ６の概略構成を示すブロック図である。

ＮＷ制御サーバ６は、通信部５１、記憶部５２、及び制御部５３を備える。

通信部５１は、コアネットワーク１５を介してエッジサーバ５やユーザ端末７と通信を行うための通信回路を備える。

記憶部５２は、ユーザ端末７に関する情報、周辺にあるマクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及びアクセスポイント４に関する情報、並びに制御部５３を構成するプロセッサで実行されるプログラムなどを記憶する。

制御部５３は、情報収集部６１、グループ化部６２、経路設定部６３、トラフィック分析部６４、接続先優先度設定部６５、サービスエリア設定部６６、エッジサーバ動作制御部６７、アクセスポイント動作制御部６８、及び通信制御部６９を備える。

情報収集部６１は、各アクセスポイント４から周辺機器情報を収集する。この周辺機器情報には、各アクセスポイント４間の無線通信の品質に関する無線品質情報、各アクセスポイント４の位置情報、及び各アクセスポイント４に接続されたエッジサーバ５の有無に関するエッジサーバ情報が含まれる。

グループ化部６２は、収集された周辺機器情報に基づき、管理下にある複数のアクセスポイント４から、特定のエリアでネットワークを構成するアクセスポイント４を抽出し、それらをグループ化する。これにより、少なくとも１組以上のアクセスポイント４のグループが生成される。「特定のエリア」には、例えば、スマート工場内や、交差点を含む所定領域などが含まれる。なお、アクセスポイント４のグループの少なくとも一部は、オペレータによって設定されてもよい。また、グループ化部６２は、後述するトラフィック分析部６４によるトラフィックの分析結果に基づき、既存のアクセスポイント４のグループを再構成することができる。なお、本実施形態では、各アクセスポイント４は、それぞれ対応する路側機を構成し得る。

経路設定部６３は、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信に用いられる１以上の無線通信経路を設定する。そのような無線通信経路は、グループ化されたアクセスポイント４のマルチホップ通信によって形成される。なお、そのような無線通信経路の少なくとも一部は、オペレータによって設定されてもよい。

トラフィック分析部６４は、ユーザ端末７とエッジサーバ５との通信に用いられた無線通信経路におけるトラフィック情報をエッジサーバ５から順次取得する。それらの取得されたトラフィック情報は記憶部５２に蓄積される。また、トラフィック分析部６４は、蓄積されたトラフィック情報に基づき、例えば経路設定部６３によって設定された無線通信経路のトラフィックの分布を予測するなどのトラフィックの分析を行う。トラフィック分析部６４は、対象のグループに含まれないグループ外のアクセスポイント４を用いる迂回経路の検出を行うこともできる。

接続先優先度設定部６５は、ユーザ端末７が利用するエッジサーバ５のサービスの種別に応じて、ユーザ端末７の接続先の候補の優先度を設定する。また、接続先優先度設定部６５は、設定した接続先の候補の優先度に基づき接続先優先度情報を生成する。ユーザ端末７の接続先の候補は、通常はアクセスポイント４のいずれかであるが、必要に応じてマクロセル基地局２やスモールセル基地局３が接続先の候補となり得る。また、接続先優先度情報には、接続先の候補の優先順位が含まれる。これに限らず、接続先優先度情報には、例えば、接続先の候補の優先順位を決定するための基準（ルール）に関する情報が含まれてもよい。

サービスエリア設定部６６は、各アクセスポイント４からの周辺機器情報に基づき、それらのサービスエリア（通信エリアの範囲）を設定する。そのようなサービスエリアは、ユーザ端末７が利用するエッジサーバ５のサービスの種別に応じて設定される。また、サービスエリア設定部６６は、設定したサービスエリアの範囲に関するサービスエリア情報を生成する。なお、サービスエリア情報の少なくとも一部は、オペレータによって設定されてもよい。

エッジサーバ動作制御部６７は、エッジサーバ５におけるアプリケーションの起動などを含めエッジサーバ５の動作を制御する。

アクセスポイント動作制御部６８は、アクセスポイント４の起動及び停止を含めアクセスポイント４の動作を制御する。

通信制御部６９は、通信部５１による通信を制御する。また、通信制御部６９は、周辺のアクセスポイント４、エッジサーバ５、及びユーザ端末７と必要な情報を交換することができる。

なお、上述の制御部５３における各部の機能の少なくとも一部は、１以上のプロセッサが所定の制御プログラムを実行することにより実現可能である。

図６は、ユーザ端末７の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態では、ユーザ端末７は、移動体（ここでは、自動車）に搭載される端末装置である。ユーザ端末７は、例えば、自動車に設けられた車載器によって構成され得る。また、ユーザ端末７は、自動車のユーザ（運転者や乗員）によって携帯される携帯型のコンピュータであってもよい。

ユーザ端末７は、無線通信部７１、記憶部７２、位置情報取得部７３、及び制御部７４を備える。

無線通信部７１は、マクロセル・スモールセル通信部７５、及びアクセスポイント通信部７６を備える。

マクロセル・スモールセル通信部７５は、マクロセル基地局２またはスモールセル基地局３と無線通信を行うためのアンテナや通信回路を備える。

アクセスポイント通信部７６は、アクセスポイント４と無線通信を行うためのアンテナや通信回路を備える。アクセスポイント通信部７６は、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９を備える。前方指向性通信部７８は、前方（自動車の移動方向）に指向性を有する。後方指向性通信部７９は、後方（自動車の移動方向とは逆の方向）に指向性を有する。また、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９は、可変指向性、すなわち、指向性を制御可能である。具体的には、ビームフォーミング技術などに基づいて前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９の各々によるカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御可能である。

記憶部７２は、自装置に関する情報、周辺にあるマクロセル基地局２、スモールセル基地局３、及びアクセスポイント４に関する情報、並びに制御部７４を構成するプロセッサで実行されるプログラムなどを記憶する。

位置情報取得部７３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）や、ビーコン発信器を用いたシステムなどの公知の測位システムにより、自装置の位置情報を取得する。なお、位置情報取得部７３は、例えばアクセスポイント４や路側などに設置されたＬｉＤＡＲ、カメラ、レーダーなど、ユーザ端末７以外の装置で取得した位置情報を、アクセスポイント４などを経由して取得してもよい。

制御部７４は、接続先選択部８１、アプリケーション部８２、及び無線制御部８３を備える。

接続先選択部８１は、ＮＷ制御サーバ６から受信するグループ化情報、接続先優先度情報、及びサービスエリア情報に基づき、アクセスポイント４等の接続先を選択する。これにより、ユーザ端末７は、その選択された接続先及びそれを含む無線通信経路を介してエッジサーバ５と通信可能である。

アプリケーション部８２は、ユーザ端末７で実行されるアプリケーションの内容に応じた処理を実行し、無線通信部７１を介してエッジサーバ５との間でアプリケーションデータを送受信する。

無線制御部８３は、無線通信部７１によるアクセスポイント４との無線通信や、マクロセル基地局２及びスモールセル基地局３との無線通信を制御する。

指向性制御部８４は、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９の指向性を制御する。具体的には、アクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９の各々によるカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。

なお、上述の制御部７４における各部の機能の少なくとも一部は、１以上のプロセッサが所定の制御プログラムを実行することにより実現可能である。

図７は、第１実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図である。図７（Ａ）は、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が前方の交差点から離れた状態の場合を示す。図７（Ｂ）は、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が前方の交差点に近づいた状態の場合を示す。

アクセスポイント４は、道路の交差点などに配置された信号機Ｌに設置されている。アクセスポイント４では、指向性通信部２６により、車線の幅方向の略中央から車線方向の上流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１（良好な通信品質が得られるエリア）が形成される（片方向エリア通信）。すなわち、対応する車線を走行する自動車に対して前方から電波が放射されるようにビームを形成される。なお、Ｃ１はアクセスポイント４の地点からカバー範囲として図示しているが、実際はアクセスポイント４からのビームは上下方向の指向性も有するため、ユーザ端末７の高さにおいては、アクセスポイント４の直下付近は通信品質が劣化する。

一方、ユーザ端末７では、前方指向性通信部７８により、前方（自動車の移動方向）に向けて延びた状態でカバーエリアＣ２１が形成されると共に、後方指向性通信部７９により、後方（自動車の移動方向とは逆の方向）に向けて延びた状態でカバーエリアＣ２２が形成される。

ユーザ端末７では、前方指向性通信部７８が自車線（ユーザ端末７が搭載された自動車が走行する車線）側の前方のアクセスポイント４に接続して通信を行う。ここで、図７（Ａ）に示すように、ユーザ端末７、すなわち、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が、前方の交差点から離れた状態では、接続先のアクセスポイント４の通信品質は良好である。

一方、図７（Ｂ）に示すように、ユーザ端末７、すなわち、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が前方の交差点に近づくと、自車線側の前方のアクセスポイント４にユーザ端末７が近づき過ぎることで、アクセスポイント４の通信品質が劣化する。この場合、ユーザ端末７では、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが行われ、後方指向性通信部７９が反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う。

このとき、ユーザ端末７は、後方指向性通信部７９の指向性を制御する。具体的には、反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリアＣ２２（ビーム）の幅及び方向が制御される。なお、カバーエリアＣ２２（ビーム）の方向の制御では、放射されるビームを左右に振る走査が行われて、カバーエリアＣ２２（ビーム）の最適な方向が探索される。また、後方指向性通信部７９のカバーエリアＣ２２（ビーム）は、反対車線側の後方のアクセスポイント４に向けて斜め後方に形成され、その方向は、反対車線側の後方のアクセスポイント４とユーザ端末７との距離に応じて変化する。

図８は、ユーザ端末７で行われる処理の流れを示すフロー図である。

ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ１０１）、そのアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ１０２）。次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化したか否かを判定する（ＳＴ１０３）。ここで、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化していない場合には（ＳＴ１０３でＮｏ）、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化した場合には（ＳＴ１０３でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が良好であるか否かを判定する（ＳＴ１０４）。ここで、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が良好でない場合には（ＳＴ１０４でＮｏ）、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が良好である場合には（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先に選択して（ＳＴ１０５）、その反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ１０６）。次に、ユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化したか否かを判定する（ＳＴ１０７）。ここで、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化していない場合には（ＳＴ１０７でＮｏ）、反対車線側の後方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化した場合には（ＳＴ１０７でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質より良好であるか否かを判定する（ＳＴ１０８）。ここで、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質より、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が良好である場合には（ＳＴ１０８でＮｏ）、次に、ユーザ端末７は、後方指向性通信部７９の指向性を制御する（ＳＴ１０９）。このとき、反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。

一方、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質より良好である場合には（ＳＴ１０８でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ１１０）、その自車線側の前方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自車線側の前方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ１１１）。

このようにユーザ端末７では、まず、自車線側の前方のアクセスポイント４と通信が行われ（図２２（Ａ）参照）ユーザ端末７が搭載された自動車が走行して、ユーザ端末７が自車線側の前方のアクセスポイント４の直近に到来して、そのアクセスポイント４の通信品質が劣化すると、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが実施され（図２２（Ｂ）参照）、さらに、ユーザ端末７が搭載された自動車が走行して、自車線側の１つ先の前方のアクセスポイント４の通信品質が、反対車線側の後方のアクセスポイント４より高くなると、その自車線側の１つ先の前方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが実施される（図２２（Ｃ）参照）。

また、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質より、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が良好である場合には、反対車線側の後方のアクセスポイント４との通信が継続されると共に、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質をより一層改善するため、後方指向性通信部７９の指向性を制御する指向性制御が行われる。この場合、自動車の走行に伴ってユーザ端末７が反対車線側の後方のアクセスポイント４から遠ざかるため、反対車線側の後方のアクセスポイント４とユーザ端末７との位置関係の変化に応じて、指向性制御により後方指向性通信部７９の指向性が次第に変化する。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係るアクセスポイント４の概略構成を示すブロック図である。図９では、図３に示した第１実施形態に係るアクセスポイント４と同様の構成要素については、同一の符号が付されている。図１０は、第２実施形態に係るユーザ端末７の概略構成を示すブロック図である。図１０では、図６に示した第１実施形態に係るユーザ端末７と同様の構成要素については、同一の符号が付されている。第２実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様であるため詳細な説明を省略する。

図９に示すように、第２実施形態に係るアクセスポイント４では、無線通信部２１が、上流側指向性通信部２７及び下流側指向性通信部２８を備える。上流側指向性通信部２７は、信号機の向きと同様に車線の上流側の方向に指向性を有する。下流側指向性通信部２８は、信号機の向きと逆の車線の下流側の方向に指向性を有する。また、上流側指向性通信部２７及び下流側指向性通信部２８は、可変指向性、すなわち、指向性を制御可能である。具体的には、ビームフォーミング技術などに基づいて上流側指向性通信部２７及び下流側指向性通信部２８の各々によるカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御可能である。

図１０に示すように、第２実施形態に係るユーザ端末７は、方位センサ８０を備えている。方位センサ８０は、ユーザ端末７が搭載された移動体としての自動車の進行方向（車体の向き）を検出する。制御部７４は、方位センサ８０の検出結果に基づいて、ユーザ端末７が搭載された自動車が、交差点において右左折を行っていることを検知することができる。

なお、エッジサーバ５、及びＮＷ制御サーバ６の構成は第１実施形態（図４，図５参照）と同様である。

図１１，図１２は、第２実施形態に係る無線通信システムで行われる通信制御の概要を示す説明図である。図１１は、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が道路を直進している状態でのユーザ端末７の通信制御の状況を示す。図１２は、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が交差点で右折している状態でのユーザ端末７の通信制御の状況を示す。なお、自動車Ｖ１が交差点で左折する場合も図１２に示される右折の場合と同様である。

図１１に示すように、アクセスポイント４では、上流側指向性通信部２７により、車線の幅方向の略中央から車線方向の上流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１１が形成される共に、下流側指向性通信部２８により、車線方向の下流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１２が形成される（両方向エリア通信）。

また、図１１（Ａ）に示すように、移動体としての自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７では、前方指向性通信部７８が自車線側の前方のアクセスポイント４に接続して通信を行う。ここで、ユーザ端末７、すなわちユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が、前方の交差点から離れた状態では、自車線の前方のアクセスポイント４の通信品質は良好である。

一方、図１１（Ｂ）に示すように、ユーザ端末７、すなわちユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が前方の交差点に近づくと、自車線側の前方のアクセスポイント４にユーザ端末７が近づき過ぎることで、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化する。この場合、ユーザ端末７では、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが行われ、後方指向性通信部７９が自車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う。

また、図１２に示すように、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が、交差点に進入して右折を開始すると、ユーザ端末７では、後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化するため、後方指向性通信部７９の指向性が制御される。また、交差点において自動車Ｖ１の右折が進行すると、後方のアクセスポイント４の通信品質より、交差道路の前方のアクセスポイント４の通信品質が高くなるため、交差道路の前方のアクセスポイント４を接続先に切り替えるハンドオーバーが実施される。このとき、前方指向性通信部７８の指向性が制御される。

ここで、図１２（Ａ）に示す例では、ユーザ端末７の後方指向性通信部７９及び前方指向性通信部７８の各々において、カバーエリアＣ２１，Ｃ２２（ビーム）の方向を調整する制御が行われている。このとき、放射されるビームを左右に振る走査を行って、カバーエリアＣ２１，Ｃ２２（ビーム）の最適な方向が探索される。図１２（Ｂ）に示す例では、後方指向性通信部７９及び前方指向性通信部７８の各々において、カバーエリアＣ２１，Ｃ２２（ビーム）の幅を左右に拡大する制御が行われている。また、図１２（Ａ）に示すカバーエリアＣ２１，Ｃ２２（ビーム）の方向の調整と図１２（Ｂ）に示すカバーエリアＣ２１，Ｃ２２（ビーム）の幅の拡大とを組み合わせた制御が行われてもよい。なお、ビーム幅を拡大すると通信距離が短くなるため、図１２（B）に示される制御は、ユーザ端末７がアクセスポイント４に近づいた時のみ実施されてもよい。

ところで、図１２（Ａ）に示す例では、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が交差点で右折を行う場合に、ユーザ端末７の後方指向性通信部７９が、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続された状態に維持されて、そのときの通信品質が良好となるように、カバーエリアＣ２２の方向を調整する制御が行われる（図中の第１の状態）。一方、交差点において自動車Ｖ１の右折が進むと、ユーザ端末７の後方指向性通信部７９は、交差道路における反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続できる状態になる。このため、ユーザ端末７の後方指向性通信部７９と、交差道路における反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好となるように、カバーエリアＣ２２の方向を調整する制御が行われてもよい（図中の第２の状態）。

図１３は、ユーザ端末７で行われる処理の流れを示すフロー図である。

ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ２０１）、そのアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ２０２）。次に、ユーザ端末７は、方位センサ８０の検出結果である方位情報を取得して、方位が所定値以上変化したか否かを判定する（ＳＴ２０３）。ここで、方位が所定値以上変化していない場合、すなわち、ユーザ端末７が搭載された自動車が直進している場合には（ＳＴ２０３でＮｏ）、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、方位が所定値以上変化した場合、すなわち、ユーザ端末７が搭載された自動車が交差点において右左折を開始した場合には（ＳＴ２０３でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化したか否かを判定する（ＳＴ２０４）。ここで、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化していない場合には（ＳＴ２０４でＮｏ）、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化した場合には（ＳＴ２０４でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先に選択して（ＳＴ２０５）、その自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ２０６）。

次に、ユーザ端末７は、後方指向性通信部７９の指向性を制御する（ＳＴ２０７）。このとき、反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。

次に、ユーザ端末７は、前方のアクセスポイント４の通信品質が、後方のアクセスポイント４の通信品質より良好であるか否かを判定する（ＳＴ２０８）。このとき、自動車が右左折の途中であるため、前方のアクセスポイント４は、交差道路（交差点において右左折を行った先の道路）側の前方に位置するアクセスポイント４である。ここで、前方のアクセスポイント４の通信品質より、後方のアクセスポイント４の通信品質が良好である場合には（ＳＴ２０８でＮｏ）、自車線側の後方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、前方のアクセスポイント４の通信品質が、後方のアクセスポイント４の通信品質より良好である場合には（ＳＴ２０８でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、交差道路側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ２０９）、その交差道路側の前方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、交差道路側の前方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ２１０）。

次に、ユーザ端末７は、前方指向性通信部７８の指向性を制御する（ＳＴ２１１）。このとき、前方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、前方指向性通信部７８のカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。

このようにユーザ端末７では、まず、交差点においてユーザ端末７が搭載された自動車が右左折を開始すると、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化するため、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが実施される。そして、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質をより一層改善するため、後方指向性通信部７９の指向性を制御する指向性制御が行われる。さらに、交差点において自動車の右左折が進行すると、交差道路の前方のアクセスポイント４の通信品質が高くなるため、交差道路の前方のアクセスポイント４を接続先に切り替えるハンドオーバーが実施される。そして、交差道路の前方のアクセスポイント４の通信品質をより一層改善するため、前方指向性通信部７８の指向性を制御する指向性制御が行われる。なお、これら指向性制御においては、図１２（B）に示すようなビーム幅の拡大、および指向性制御とビーム幅の拡大の組合せを用いてもよい。

（第２実施形態の変形例）
図１４は、第２実施形態の変形例に係るアクセスポイント４の通信制御の状況を示す説明図である。

第２実施形態では、ユーザ端末７が搭載された自動車Ｖ１が交差点で右左折している状態において、ユーザ端末７が、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９の指向性を制御するが、本変形例では、アクセスポイント４が、上流側指向性通信部２７の指向性を制御する。

ここで、図１４（Ａ）に示す例では、アクセスポイント４の上流側指向性通信部２７において、カバーエリアＣ１１（ビーム）の方向を調整する制御が行われている。このとき、放射されるビームを左右に振る走査を行って、カバーエリアＣ１１（ビーム）の最適な方向が探索される。図１４（Ｂ）に示す例では、上流側指向性通信部２７において、カバーエリアＣ１１（ビーム）の幅を左右に拡大する制御が行われている。また、図１４（Ａ）に示すカバーエリアＣ１１（ビーム）の方向の調整と図１４（Ｂ）に示すカバーエリアＣ１１（ビーム）の幅の拡大とを組み合わせた制御が行われてもよい。なお、ビーム幅を拡大すると通信距離が短くなるため、図１４（B）に示される制御は、ユーザ端末７がアクセスポイント４に近づいた時のみ実施されてもよい。

なお、アクセスポイント４における指向性の制御は、例えば時分割制御によりユーザ端末７ごとに個別に行われる。具体的には、例えば、交差点で右左折中の自動車に搭載されたユーザ端末７に対しては広いビームに制御され、交差点を直進する自動車に搭載されたユーザ端末７に対しては細いビームに制御されてもよい。

（第３実施形態）
図１５，図１６は、第３実施形態に係る無線通信システム１で行われる通信制御の概要を示す説明図である。第３実施形態において、以下で特に言及しない事項については、前記の実施形態の場合と同様であるため詳細な説明を省略する。なお、アクセスポイント４の構成は第２実施形態（図９参照）と同様である。また、エッジサーバ５、ＮＷ制御サーバ６、及びユーザ端末７の構成は第１実施形態（図４，図５，図６参照）と同様である。

本実施形態では、第２実施形態と同様に、アクセスポイント４の無線通信部２１が、上流側指向性通信部２７及び下流側指向性通信部２８を備える。

また、本実施形態では、移動体に搭載されたユーザ端末７とアクセスポイント４との通信が、別の移動体による遮蔽により不良となった場合に、別のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーが実施される。特にここでは、通信に利用するアクセスポイント４に優先順位が設定されている。具体的には、自車線側の前方のアクセスポイント４、自車線側の後方のアクセスポイント４、反対車線側の後方のアクセスポイント４の順に接続先が選択される。

図１５（Ａ）に示す例では、移動体としての自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４と通信を行う。

図１５（Ｂ）に示す例では、自車線側の前方にある別の移動体としての自動車Ｖ２による遮蔽が発生し、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７と、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が不良となっている。この場合、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自車線側の後方のアクセスポイント４と通信を行う。

図１６に示す例では、自車線側の後方にある別の移動体としての自動車Ｖ３による遮蔽が発生し、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７と、自車線側の後方のアクセスポイント４との通信が不良となっている。この場合、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、反対車線側の後方のアクセスポイント４と通信を行う。

このとき、ユーザ端末７は、後方指向性通信部７９の指向性を制御する。具体的には、反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリアＣ２２（ビーム）の幅及び方向が制御される。なお、カバーエリアＣ２２（ビーム）の方向の制御では、放射されるビームを左右に振る走査が行われて、カバーエリアＣ２２（ビーム）の最適な方向が探索される。また、後方指向性通信部７９のカバーエリアＣ２２（ビーム）は反対車線側の後方のアクセスポイント４に向けて斜め後方に形成され、その方向は、反対車線側の後方のアクセスポイント４とユーザ端末７との距離に応じて変化する。

図１７は、ユーザ端末７で行われる処理の流れを示すフロー図である。

ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ３０１）、そのアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ３０２）。次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化したか否かを判定する（ＳＴ３０３）。ここで、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化していない場合には（ＳＴ３０３でＮｏ）、自車線側の前方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、自車線側の前方のアクセスポイント４の通信品質が劣化した場合には（ＳＴ３０３でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先に選択して（ＳＴ３０４）、その自車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ３０５）。このとき、自車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御されてもよい。

次に、ユーザ端末７は、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化したか否かを判定する（ＳＴ３０６）。ここで、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化していない場合には（ＳＴ３０６でＮｏ）、自車線側の後方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、後方のアクセスポイント４の通信品質が劣化した場合には（ＳＴ３０６でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質より良好であるか否かを判定する（ＳＴ３０７）。ここで、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質より良好でない場合には（ＳＴ３０７でＮｏ）、自車線側の後方のアクセスポイント４との通信が継続される。

一方、反対車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質が、自車線側の後方のアクセスポイント４の通信品質より良好である場合には（ＳＴ３０７でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、前方のアクセスポイント４の通信品質が、後方のアクセスポイント４の通信品質より良好であるか否かを判定する（ＳＴ３０８）。ここで、前方のアクセスポイント４の通信品質より、後方のアクセスポイント４の通信品質が良好である場合には（ＳＴ３０８でＮｏ）、次に、ユーザ端末７は、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先に選択して（ＳＴ３０９）、その反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、反対車線側の後方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ３１０）。

次に、ユーザ端末７は、後方指向性通信部７９の指向性を制御する（ＳＴ３１１）。このとき、反対車線側の後方のアクセスポイント４との間の通信品質が良好になるように、後方指向性通信部７９のカバーエリア（ビーム）の幅及び方向が制御される。

一方、前方のアクセスポイント４の通信品質が、後方のアクセスポイント４の通信品質より良好である場合には（ＳＴ３０８でＹｅｓ）、次に、ユーザ端末７は、自車線側の前方のアクセスポイント４を接続先に選択して（ＳＴ３１２）、その自車線側の前方のアクセスポイント４に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自車線側の前方のアクセスポイント４に接続して通信を行う（ＳＴ３１３）。

（第４実施形態）
図１８，図１９は、第４実施形態に係る無線通信システム１で行われる通信制御の概要を示す説明図である。第４実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様であるため詳細な説明を省略する。なお、アクセスポイント４の構成は第２実施形態（図９参照）と同様である。また、エッジサーバ５、ＮＷ制御サーバ６、及びユーザ端末７の構成は第１実施形態（図４，図５，図６参照）と同様である。

第３実施形態では、移動体としての自動車に搭載されたユーザ端末７が、周辺のアクセスポイント４に接続する制御が行われるが、周辺に存在する他の移動体などによる遮蔽により、周辺のアクセスポイント４、具体的には、自車線側の前方のアクセスポイント４、自車線側の後方のアクセスポイント４、及び反対車線側の後方のアクセスポイント４の全てで通信が不良となる場合がある。このような場合に、本実施形態では、周辺に存在する他の移動体に搭載されたユーザ端末７を中継装置として利用して、そのユーザ端末７を介した通信が行われる。なお、中継装置としてのユーザ端末７は、周辺の接続可能なアクセスポイント４に接続して、中継装置としての通信と共に、自身にとって必要な通信を行うことができる。

図１８（Ａ）に示す例では、反対車線側の後方にある自動車Ｖ４による遮蔽が発生し、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７と、反対車線側の後方のアクセスポイント４との通信が不良となっている。この場合、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、反対車線を走行する別の移動体としての自動車Ｖ５に搭載されたユーザ端末７を中継装置として利用して、そのユーザ端末７を介した通信モードに遷移する。この通信モードでは、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、自動車Ｖ５に搭載されたユーザ端末７に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、自動車Ｖ５に搭載されたユーザ端末７と通信を行う。

図１８（Ｂ）に示す例では、反対車線を走行する自動車Ｖ６による遮蔽が発生し、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７と、反対車線を走行する自動車Ｖ５に搭載されたユーザ端末７との通信が不良となっている。この場合、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、上空を飛翔するドローンＤ（飛翔体）に搭載された中継装置としてのユーザ端末７を介した通信モードに遷移する。この通信モードでは、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、ドローンＤに搭載されたユーザ端末７に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、ドローンＤに搭載されたユーザ端末７と通信を行う。

なお、ユーザ端末７が搭載された飛翔体は、ドローンＤに限定されず、例えば気球などであってもよい。

また、ユーザ端末７では、アクセスポイント４と通信するために前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９を備えるが、飛翔体との通信を良好とするために、上空に指向性を有する上方指向性通信部が設けられてもよい。この場合、上方指向性通信部において、上空に向けた円状の偏波が形成されるとよい。また、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９において、水平偏波から垂直偏波に切り替える制御が行われてもよい。

図１９に示す例では、建物などによる遮蔽が発生し、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７とドローンＤに搭載されたユーザ端末７との通信が不良となっている。この場合、自動車Ｖ１に搭載されたユーザ端末７は、広域通信網の基地局としてのスモールセル基地局３またはマクロセル基地局２に接続先を切り替えるハンドオーバーを実施し、スモールセル基地局３またはマクロセル基地局２と通信を行う。

（第５実施形態）
図２０，図２１は、第５実施形態に係るアクセスポイント４のカバーエリアの概要を示す説明図である。第５実施形態において、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様であるため詳細な説明を省略する。

アクセスポイント４の指向性通信部２６によるカバーエリアＣ１（ビーム）は、左右方向に加えて上下方向の指向性も有するため、アクセスポイント４の直近の位置では通信品質が劣化する。そこで、図２０，図２１に示すように、カバーエリアＣ１が形成されるようにアクセスポイント４が構成されるとよい。これにより、アクセスポイント４の直近の位置が、別のカバーエリアＣ１で覆われることで、これにより、ユーザ端末７の道路上の位置に関係なく、前方指向性通信部７８及び後方指向性通信部７９のいずれかがアクセスポイント４に良好な通信品質で接続することができる。

図２０（Ａ），（Ｂ）に示す例は、アクセスポイント４が、第１実施形態と同様に、片方向エリア通信の構成を備える場合である。具体的には、アクセスポイント４の無線通信部２１が、車線方向の上流側に指向性を有する指向性通信部２６を備える。指向性通信部２６は、車線方向の上流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１（良好な通信品質の得られるエリア）を形成する。

図２０（Ａ）に示す例では、アクセスポイント４の指向性通信部２６のカバーエリアＣ１と、隣り合うアクセスポイント４の指向性通信部２６のカバーエリアＣ１とが一部オーバラップする状態になっている。

図２０（Ｂ）に示す例では、道路の上り車線側に設置されたアクセスポイント４と、下り車線側に設置されたアクセスポイント４とで、カバーエリアＣ１が一部オーバラップするように交互に形成され、アクセスポイント４のカバーエリアＣ１が道路を全体的に覆うように形成される。

図２１（Ａ），（Ｂ）に示す例は、アクセスポイント４が、第２実施形態と同様に、両方向エリア通信の構成を備える場合である。具体的には、アクセスポイント４の無線通信部２１が、車線の上流側に指向性を有する上流側指向性通信部２７と、車線の下流側に指向性を有する下流側指向性通信部２８とを備える。上流側指向性通信部２７は、車線方向の上流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１１を形成する。下流側指向性通信部２８は、車線方向の下流側に向けて延びた状態でカバーエリアＣ１２を形成する。

図２１（Ａ）に示す例では、アクセスポイント４の上流側指向性通信部２７のカバーエリアＣ１１と、車線の上流側で隣り合うアクセスポイント４の下流側指向性通信部２８のカバーエリアＣ１２とが一部オーバラップする状態になっている。

図２１（Ｂ）に示す例では、アクセスポイント４が、車線の下流側で隣り合うアクセスポイント４の上流側指向性通信部２７のカバーエリアＣ１１に含まれると共に、アクセスポイント４が、車線の上流側で隣り合うアクセスポイント４の下流側指向性通信部２８のカバーエリアＣ１２に含まれる状態になっている。

図２１（Ｃ）に示す例では、１つのアクセスポイント４において、上流側指向性通信部２７のカバーエリアＣ１１と下流側指向性通信部２８のカバーエリアＣ１２とが一部オーバラップする状態になっている。すなわち、下流側指向性通信部２８が上流側指向性通信部２７のカバーエリアＣ１１に含まれると共に、上流側指向性通信部２７が下流側指向性通信部２８のカバーエリアＣ１２に含まれる状態になっている。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

例えば、本開示では、ユーザ端末７が搭載される移動体が自動車であるが、ユーザ端末７が搭載される移動体は自動車に限定されない。ユーザ端末７が搭載される移動体は、自転車、シニアカー、車椅子等のその他の車両であってもよく、また、歩行者などの車両以外の移動体であってよい。

また、本開示では、ユーザ端末７が搭載される移動体としての自動車が道路上を移動するが、ユーザ端末７が搭載される移動体が移動可能な経路は道路に限定されない。ユーザ端末７が搭載される移動体は所定の経路に沿って移動するものであればよく、例えば、移動体が、所定の飛行ルートに沿って飛行する飛翔体（ドローンなど）である場合に、移動体が移動可能な経路は飛行ルートになる。

また、本開示では、ユーザ端末７が搭載される移動体としての自動車が走行する道路の車線に対応するように、アクセスポイント４及びユーザ端末７によるカバーエリア（ビーム）が形成される。一方、飛行ルートのように道路以外の経路に沿って移動体が移動する場合では、道路の場合の車線に相当する複数の通行区分が移動体の経路上に設定されるとよい。複数の通行区分では、２以上の移動体が対向（または並行）して移動できるように、移動体が進む際の位置や方向が予め規定される。

また、本開示では、アクセスポイント４及びユーザ端末７で行われる無線通信の指向性の制御において、ビームフォーミング技術に基づいてカバーエリア（ビーム）の幅及び方向の少なくともいずれかを変化させるが、これに限定されない。例えば、ジンバル機構などを利用して指向性が機械的に制御されてもよい。

また、本開示では、ユーザ端末７が搭載される移動体としての自動車が、交差点での右左折時に無線通信の指向性の制御が行われるが、これに限定されない。例えば、道路が曲がっているために、基地局における無線通信の指向性と自動車の方向とがずれる場合にも、無線通信の指向性の制御が有用である。

また、本開示では、アクセスポイント４及びユーザ端末７で行われる無線通信の指向性の制御では、通信品質に基づいて指向性を制御する、すなわち、通信品質が良好となるように指向性を制御するが、ユーザ端末７の道路上の位置、すなわちユーザ端末７とアクセスポイント４との位置関係に関する情報を取得して、それに基づいて指向性制御が行われてもよい。

本発明に係る無線通信システム、ユーザ端末、及び通信制御方法は、移動体の向きの変更による通信品質の劣化や、遮蔽による通信品質の劣化が発生する状況でも、ユーザ端末と基地局との良好な通信を安定して確保することができる効果を有し、路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システム、道路上を移動可能な移動体に搭載されて、基地局と無線通信を行うユーザ端末、及び道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末において、基地局との無線通信を制御する通信制御方法などとして有用である。

１：無線通信システム
２：マクロセル基地局
３：スモールセル基地局
４：アクセスポイント（基地局）
５：エッジサーバ
６：ＮＷ制御サーバ
７：ユーザ端末
１１：スモールセルエリア
１２：マクロセルエリア
１３：通信エリア
１５：コアネットワーク
１６：インターネット
１８：接続点
２１：無線通信部
２２：バックホール通信部
２３：有線通信部
２４：記憶部
２５：制御部
２６：指向性通信部
２７：上流側指向性通信部
２８：下流側指向性通信部
３１：無線品質測定部
３２：位置情報取得部
３３：経路接続部
３４：無線制御部
３５：有線制御部
３６：指向性制御部
４１：通信部
４２：記憶部
４３：制御部
４５：経路確立指示部
４６：トラフィック情報収集部
４７：アクセスポイント動作指示部
４８：通信制御部
４９：アプリケーション部
５１：通信部
５２：記憶部
５３：制御部
６１：情報収集部
６２：グループ化部
６３：経路設定部
６４：トラフィック分析部
６５：接続先優先度設定部
６６：サービスエリア設定部
６７：エッジサーバ動作制御部
６８：アクセスポイント動作制御部
６９：通信制御部
７１：無線通信部
７２：記憶部
７３：位置情報取得部
７４：制御部
７５：スモールセル通信部
７６：アクセスポイント通信部
７８：前方指向性通信部
７９：後方指向性通信部
８０：方位センサ
８１：接続先選択部
８２：アプリケーション部
８３：無線制御部
８４：指向性制御部
Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２：カバーエリア
Ｃ２１，Ｃ２２：カバーエリア
Ｄ：ドローン
Ｌ：信号機
Ｖ１－Ｖ６：自動車

Claims

道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、
前記ユーザ端末は、
前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、
自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える、無線通信システム。
前記ユーザ端末は、前記移動体としての車両に搭載され、
前記ユーザ端末の制御部は、
自装置が搭載された車両が交差点において右左折を行う場合に、前記指向性通信部の指向性を制御する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記ユーザ端末の制御部は、
自装置の前記指向性通信部のカバーエリアの幅及び方向の少なくともいずれかを変化させるように前記指向性通信部を制御する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記ユーザ端末は、
前方に指向性を有する前方指向性通信部と、後方に指向性を有する後方指向性通信部とを備える、請求項１に記載の無線通信システム。
前記基地局は、
車線の上流側に指向性を有する指向性通信部を有する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記基地局は、
車線の上流側に指向性を有する上流側指向性通信部と、車線の下流側に指向性を有する下流側指向性通信部とを有する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記基地局は、
隣り合う他の基地局のカバーエリアとオーバラップするように自身のカバーエリアを形成する、請求項１に記載の無線通信システム。
道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、
前記ユーザ端末の制御部は、
まず、自車線側の前方の前記基地局を接続先に選択し、
自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、後方の前記基地局に接続先を切り替える、無線通信システム。
前記ユーザ端末の制御部は、
自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、反対車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替える、請求項８に記載の無線通信システム。
前記ユーザ端末の制御部は、
自車線側の前方の前記基地局との通信が不良である場合、自車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替え、
自車線側の後方の前記基地局の通信が不良である場合、反対車線側の後方の前記基地局に接続先を切り替える、請求項８に記載の無線通信システム。
前記ユーザ端末の制御部は、
周辺に存在する前記基地局との通信が不良である場合、周辺に存在する他の移動体に搭載されたユーザ端末を中継装置として利用して、そのユーザ端末を介した通信を実施する、請求項８に記載の無線通信システム。
道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末と基地局とが無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局は、
前記ユーザ端末と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、
前記ユーザ端末が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記ユーザ端末との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える、無線通信システム。
前記基地局は、グループ化されて、同じグループに属する他の基地局とマルチホップ通信を実行する、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の無線通信システム。
道路上を移動可能な移動体に搭載されて、基地局と無線通信を行うユーザ端末であって、
前記基地局と無線通信を行うと共に指向性を制御可能な指向性通信部と、
自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、前記指向性通信部の指向性を制御する制御部と、を備える、ユーザ端末。
道路上を移動可能な移動体に搭載されたユーザ端末において、基地局との無線通信を制御する通信制御方法であって、
前記ユーザ端末の制御部は、
自装置が搭載された移動体が向きを変更する場合に、前記基地局との通信品質が向上するように、指向性通信部の指向性を制御する、通信制御方法。