JP6516237B2 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム及び通信方法に関する。

秘匿性の高い情報の共有化をするために，短時間で大容量のデータ通信を実現する超高速無線通信技術（通信速度１Ｇｂｐｓ以上）のニーズが高まっている。無線通信で主流のマイクロ波帯（〜３０ＧＨｚ）は、携帯電話や無線ＬＡＮでの利用が集中し帯域が逼迫しているため，新規に超高速無線通信技術を開発して広帯域を使用することは困難である。一方、広帯域の使用が可能となった場合も、マイクロ波帯の搬送波を使用するため、通信速度は１Ｇｂｐｓ程度が限界である。その為、今後必要となってくるギガビット級の超高速無線通信技術の確立にはミリ波帯（３０〜３００ＧＨｚ）の適用が必要となる。しかし、ミリ波帯は空間減衰が大きく、遠距離（１００ｍ以上）通信時にはパラボラアンテナやレンズホーンアンテナ等で指向性を絞りアンテナゲインを向上させることが必要となる。

なお、特許文献１には、コンピュータ装置などの端末装置間の無線通信において、任意の端末装置に自動検索機能を有する中継用機能を持たせることで、複数の伝送経路を設定できるようにする無線データ通信方法が記載されている。

特開平０８−０３７５３１号公報

また、無線通信において例えば移動局との通信を行うときは、通信相手となる移動局を探索する必要がある。ミリ波による無線通信の場合、指向性が高いアンテナを用いて探索を行うため、探索に時間がかかり通信開始までに待ち時間が発生する。また、通信相手の移動局を探索するのに電波を出しながら探索することになるため、通信の秘匿性の低下や自分の位置情報の漏洩が発生する。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる通信システム及び通信方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、通信システムは、移動局と、前記移動局を制御する移動可能な基地局と、を備え、前記基地局は、前記移動局が発信した電波を受信する受信部と、前記受信部が受信した電波に基づいて電波受信時における前記移動局の位置を特定する位置算出部と、前記位置算出部が特定した位置と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記移動局の移動速度と、現在の自局の位置情報とに基づいて前記移動局の自局に対する位置範囲を推定する移動範囲推定部と、前記推定した位置範囲に基づいてスキャンする探索部と、を備える通信装置を有し、前記基地局が前記移動局へ制御情報を送信するにあたり、前記通信装置は、前記スキャンを行って探索電波を送信し、前記移動局は、前記探索電波を受信すると応答電波を送信し、前記通信装置は、前記応答電波を受信することにより通信リンクが確立すると、前記移動局へ制御情報を送信するとともに、前記位置算出部が前記応答電波に基づいて前記移動局の位置を特定し、特定した前記位置を自局の記憶部へ記録する。

本発明の第２の態様によれば、前記位置算出部は、前記受信部が受信した電波の到来方向に基づいて前記移動局の位置を特定する。

本発明の第３の態様によれば、前記位置算出部は、さらに前記受信部が受信した電波の強度に基づいて前記移動局の位置を特定する。

本発明の第４の態様によれば、前記位置算出部は、前記受信部が受信した電波に含まれる位置情報に基づいて前記移動局の位置を特定する。

本発明の第５の態様によれば、前記位置算出部は、さらに前記受信部が受信した電波に含まれる前記移動局の移動速度及び移動方向に基づいて前記移動局の位置を特定する。

本発明の第６の態様によれば、前記通信装置は、前記移動局との通信が必要な場合に、前記移動局の存在する位置に基づいてスキャンを開始するタイミングを決定する探索開始決定部、をさらに備える。

本発明の第７の態様によれば、前記探索開始決定部は、前記移動局が予め定められた移動経路を移動する場合であって、前記移動局が前記移動経路から外れたことを検出するとスキャンの開始を決定する。

本発明の第８の態様によれば、前記探索開始決定部は、前記移動局が所定の目標位置に到着したと判定したときにスキャンの開始を決定する。

本発明の第９の態様によれば、前記探索開始決定部は、前記移動局が前記自局から所定の距離内に存在すると判定したときにスキャンの開始を決定する。

本発明の第１０の態様によれば、前記探索部は、指向性の高いアンテナを介してスキャンを行う。

本発明の第１１の態様によれば、前記自局と前記移動局とは、ミリ波によって通信を行う。

本発明の第１２の態様によれば、前記通信システムにおいて、前記移動局は、前記基地局が発信した電波を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した電波に基づいて電波受信時における前記基地局の位置を特定する位置算出手段と、前記位置算出手段が特定した位置と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記基地局の移動速度とに基づいて前記基地局の自局に対する位置範囲を推定する移動範囲推定手段と、前記推定した位置範囲に基づいてスキャンする探索手段と、を有し、前記移動局が前記基地局へデータを送信するにあたり、前記移動局は、前記スキャンを行って探索電波を送信し、前記基地局は、前記移動範囲推定部が推定した位置範囲に基づいて、アンテナの方向を調整して前記探索電波を受信して受信準備完了情報を送信し、前記移動局は、前記受信準備完了情報を受信すると、前記基地局へデータを送信する。

本発明の第１３の態様によれば、通信方法は、移動局と、前記移動局を制御する移動可能な基地局とを備える通信システムの通信方法であって、前記基地局は、前記移動局へ制御情報を送信するにあたり、前記移動局からの前回の電波受信時に当該電波に基づいて特定した前記移動局の位置情報と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記移動局の移動速度と、現在の自局の位置情報とに基づいて前記移動局の自局に対する位置範囲を推定し、前記推定した位置範囲に基づいてスキャンを行って探索電波を送信し、前記移動局は、前記探索電波を受信すると応答電波を送信し、前記基地局は、前記応答電波を受信することにより通信リンクが確立すると、前記移動局へ制御情報を送信するとともに、前記応答電波に基づいて前記移動局の位置を特定し、特定した前記位置を自局の記憶部へ記録する処理を含む。

本発明によれば、通信相手の探索時間を短縮し、不要な通信を削除することができる。

本発明に係る第一実施形態における基地局のブロック図である。 本発明に係る第一実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。 本発明に係る第一実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。 本発明に係る第二実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。 本発明に係る第二実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。 本発明に係る第三実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。 本発明に係る第四実施形態における基地局のブロック図である。 本発明に係る第四実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。 本発明に係る第四実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。 本発明に係る第五実施形態における処理フローの一例を示す図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による通信システムを図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態における基地局のブロック図である。
図１が示すように基地局２は、通信装置１０と、制御装置２０と、ＧＰＳ受信機３０と、アンテナ４０を備える。通信装置１０は、制御装置２０による移動局１との通信指示に基づいて、移動局１との通信を行う。制御装置２０は、通信装置１０を介して移動局１に制御情報を送信し、移動局１の制御を行う。ＧＰＳ受信機３０は、基地局２の位置を測位する。アンテナ４０は、ミリ波無線通信に適した指向性の高いアンテナである。

図１が示すように通信装置１０は、送受信部１１と、位置算出部１２と、移動範囲推定部１３と、探索部１４と、記憶部１５とを備える。
送受信部１１は、アンテナ４０を介して後述する移動局１など他局との通信を行う。
位置算出部１２は、送受信部１１が受信した電波に基づいて、電波受信時における他局の位置情報を算出する。
移動範囲推定部１３は、位置算出部１２が算出した電波受信時における他局の位置情報と、電波受信時からの経過時間及び他局の自局に対する移動速度と、に基づいて他局の自局に対する位置範囲を推定する。
探索部１４は、他局との通信を開始する際に、移動範囲推定部１３が推定した位置範囲をスキャンし、他局を検出する。
記憶部１５は、種々のデータを記憶する。

図２は、本発明に係る第一実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。図２を用いて、本実施形態における通信装置１０が通信相手を探索する処理について説明する。
図２（ａ）は、移動局１が電波を送信し、基地局２がその電波を受信する様子を示している。移動局１と基地局２は、例えばミリ波などの指向性の強い電波を介して通信を行う。本実施形態において、移動局１と基地局２の通信は、基地局２が主導して行い、移動局１は、基地局２からの通信要求に応じる形で通信を行うものとする。移動局１は、例えば、無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である。移動局１には、移動局１の位置する周囲の世界の情報を検出するセンサが搭載されている。基地局２は、例えば、車両である。基地局２は、移動しながら、または、停止した状態で移動局１と通信を行う。例えば、基地局２は、移動局１に制御情報を送信し、移動局１を所定の位置に移動させる。また、例えば、基地局２は、移動局１に搭載したセンサ類によって、移動局１の周囲の状況を検出させる。また、例えば、基地局２は、移動局１から検出した情報を受信する。

ここで、基地局２が移動局１と通信を開始する状況を考えると、基地局２及び移動局１は共に移動している可能性があり、基地局２は、通信開始時に移動局１が存在する方向を検出しなければならない。基地局２は、移動局１の存在する方向を検出するためにアンテナ４０から広範囲に探索電波を送信し、その探索電波を受信した移動局１から送信される応答電波の到来方向によって、移動局１の存在する方向を検出するいわゆるスキャンを行う。ここで、基地局２が、全方位スキャンを行うこととなると、その電波を傍受されて、基地局２及び移動局１の位置情報が漏えいしてしまう可能性がある。また、第三者に電波が傍受されることにより、通信の秘匿性が低下する可能性がある。また、移動局１と基地局２が通信に用いるミリ波は、空間減衰が大きいため、基地局２や移動局１は、ミリ波を指向性の高い電波にして送信する必要がある。その為、スキャンする範囲が広いと、ビーム幅の狭い電波によってある範囲をスキャンしなければならない為、それだけスキャンに時間がかかり、例えば、適切な通信のタイミングを逃してしまうことも起こり得る。そこで、本実施形態では、スキャンする範囲を絞ることで、探索時間を短縮し、不要な通信を削減する。

本実施形態では、まず位置算出部１２が、基地局２が移動局１と通信を行った際に、基地局２に対する移動局１の位置情報を算出する。また、移動範囲推定部１３が、位置算出部１２が算出した位置情報にその後の移動局１の移動範囲を加え、さらに基地局２との位置関係を算出することで、スキャン時に基地局２に対して移動局１が存在する位置範囲を推定する。探索部１４は、移動範囲推定部１３が推定した位置範囲をスキャンする。

図２（ｂ）は、基地局２がスキャンする様子を示した図である。位置範囲１００は、図２（ａ）の状態で位置算出部１２が算出した位置情報を用いて、移動範囲推定部１３が推定した移動局１の位置範囲である。探索部１４は、移動範囲推定部１３が推定した位置範囲１００をカバーする区間１０１をスキャンする。

図３は、本発明に係る第一実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。
まず、基地局２が移動局１と通信を行う。この最初の通信においては、基地局２が移動局１の位置を把握しており、スキャンを行わなくても基地局２は、移動局１との無線リンクを確立することができるものとする。送受信部１１は、移動局１から電波を受信する。送受信部１１は、受信した電波強度を検出する。送受信部１１は、その電波の到来方向と電波強度を電波の受信時刻情報とともに位置算出部１２へ出力する。電波の到来方向とは、電波を受信したときのアンテナ４０の方向である。位置算出部１２は、取得した電波強度を用いて移動局１から基地局２までの距離を算出する。例えば、電波強度と通信距離の関係を定めたテーブルなどが記憶部１５に記憶されており、位置算出部１２は、このテーブルに基づいて基地局２から移動局１までの距離を推定する。次に位置算出部１２は、ＧＰＳによる基地局２の位置情報と、取得した電波の到来方向及び算出した距離の情報を用いて移動局１の絶対位置を算出する。位置算出部１２は、算出した移動局１の位置情報を電波の受信時刻情報と対応付けて記憶部１５に記録する（ステップＳ１１）。

次に、送受信部１１は、制御装置２０からデータ送信要求があるかどうかを判定する（ステップＳ１２）。データ送信要求が無い場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、送受信部１１は、データ送信要求があるまでステップＳ１２の判定を繰り返す。データ送信要求がある場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、無線リンクが切断されていないかどうかを判定する（ステップＳ１３）。無線リンクが切断されている場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、無線リンクの確立のため、移動局１のスキャンを探索部１４に指示する。探索部１４は、移動範囲推定部１３に移動局１の存在する位置を問い合わせる。移動範囲推定部１３は、前回移動局１との通信時に記録した移動局１の位置情報と電波の受信時刻情報とを記憶部１５から読み出す。移動範囲推定部１３は、読み出した受信時刻情報に基づいて、受信時刻から現在時刻までの経過時間を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、移動局１の最大速度と算出した経過時間を積算して、経過時間における移動局１の移動範囲を算出する。移動局１の最大速度は、記憶部１５に記録されており、移動範囲推定部１３は、最大速度を記憶部１５から読み出すものとする。このとき移動範囲推定部１３は、移動範囲の算出を、前回の通信時（ステップＳ１１）に記録した移動局１の位置情報が示す位置を中心に全方位について行う。次に、移動範囲推定部１３は、読み出した前回通信時の移動局１の位置情報に算出した移動範囲を加算して、移動局１が取り得る現在の位置範囲（絶対位置）を算出する。次に、基地局２自身の移動を考慮して、移動局１の基地局２に対する相対位置範囲を算出する（ステップＳ１４）。例えば、移動範囲推定部１３は、ＧＰＳ受信機３０から現在の位置情報を取得して、移動局１の絶対位置から基地局２の絶対位置を減算し、基地局２から見た移動局１の相対位置範囲を算出する。移動範囲推定部１３は、算出した位置範囲の情報を探索部１４へ出力する。

次に探索部１４は、アンテナ４０の方向を変化させて、移動範囲推定部１３から取得した位置範囲についてスキャンを行う（ステップＳ１５）。なお、このとき、探索部１４は、移動局１と基地局２の距離に応じて、探索電波の強度を調整してもよい。探索部１４から発信された探索電波を受信した移動局１は、基地局２へ応答電波を返し、無線リンクが確立する。無線リンクが確立すると、あるいは、無線リンクが切断されていない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、送受信部１１は、移動局１へデータを送信する（ステップＳ１６）。送受信部１１は、移動局１から応答電波を受信すると、その受信電波の到来方向と電波強度情報を受信時刻情報とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、ステップＳ１１と同様にして移動局１の位置情報を算出し、記憶部１５に記録した移動局１の位置情報と時刻情報を更新する（ステップＳ１７）。

本実施形態によれば、通信相手となる移動局１の自局に対する位置範囲を推定し、その位置範囲に対してスキャンを行うので探索時間の低減、及び、不要な通信を削減することができる。これにより、移動局１や基地局２の位置情報漏えいや通信の秘匿性低下を防ぐことができる。

なお、上記の説明では、位置算出部１２が電波の到来方向と電波強度によって移動局１の位置を算出する場合を例に説明を行ったが、位置算出部１２は、電波の到来方向によって、移動局１が存在する方向だけを推定してもよい。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による通信システムを図４〜図５を参照して説明する。
図４は、本発明に係る第二実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。図４を用いて、本実施形態における通信装置１０が通信相手を探索する処理について説明する。
図４（ａ）は、移動局１が電波を送信し、基地局２がその電波を受信する様子を示している。移動局１は、ＧＰＳ衛星３から位置情報を取得している。移動局１は、基地局２と通信を行ったときに、基地局２へ自分自身の位置情報を送信する。
図４（ｂ）は、基地局２が移動局１をスキャンする様子を示した図である。第一実施形態では、位置算出部１２は、移動局１からの受信電波の到来方向や電波強度によって移動局１と基地局２との位置関係を算出した。本実施形態では、位置算出部１２は、受信電波に含まれる位置情報に基づいて移動局１の位置情報を特定する。また、移動範囲推定部１３は、位置算出部１２が算出した移動局１の位置に、その後の移動局１の移動範囲を加え、さらに基地局２の位置情報を考慮して基地局２に対する移動局１の位置範囲１００を算出する。探索部１４は、移動範囲推定部１３が推定した位置範囲１００をカバーする区間１０１をスキャンする。

図５は、本発明に係る第二実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。
まず、基地局２が、移動局１と通信を行う。送受信部１１は、移動局１から電波を受信する。送受信部１１は、その電波に含まれる移動局１の位置情報を受信時刻とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、ＧＰＳによる移動局１の位置情報を電波の受信時刻と対応付けて記憶部１５に記録する（ステップＳ２１）。

次に、送受信部１１は、制御装置２０からデータ送信要求があるかどうかを判定する（ステップＳ２２）。データ送信要求が無い場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、送受信部１１は、データ送信要求があるまでステップＳ２２の判定を繰り返す。データ送信要求がある場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、無線リンクが切断されていないかどうかを判定する（ステップＳ２３）。無線リンクが切断されている場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、移動局１のスキャンを探索部１４に指示する。探索部１４は、移動範囲推定部１３に移動局１の存在する位置を問い合わせる。移動範囲推定部１３は、前回移動局１との通信時に記録した移動局１の位置情報と電波の受信時刻情報とを記憶部１５から読み出す。移動範囲推定部１３は、読み出した受信時刻から現在時刻までの経過時間を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、移動局１の最大速度と算出した経過時間を積算して、経過時間における移動局１の移動範囲を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、読み出した前回通信時の移動局１の位置情報に算出した移動範囲を加算して、移動局１が取り得る現在の位置範囲（絶対位置）を算出する。次に、基地局２自身の移動を考慮して、移動局１の基地局２に対する相対位置範囲を算出する（ステップＳ２４）。例えば、移動範囲推定部１３は、ＧＰＳ受信機３０から現在の位置情報を取得して、移動局１の絶対位置から基地局２の絶対位置を減算し、基地局２に対する移動局１の位置範囲を算出する。移動範囲推定部１３は、算出した位置範囲の情報を探索部１４へ出力する。

次に探索部１４は、アンテナ４０の方向を変化させて、移動範囲推定部１３から取得した位置範囲についてスキャンを行う（ステップＳ２５）。探索部１４から発信された探索電波を受信した移動局１は、基地局２へ応答電波を返し、無線リンクが確立する。無線リンクが確立すると、あるいは、無線リンクが切断されていない場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、送受信部１１は、移動局１へデータを送信する（ステップＳ２６）。送受信部１１は、移動局１からの受信電波に含まれる位置情報を受信時刻情報とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、記憶部１５に記録した移動局１の位置情報と時刻情報を、送受信部１１から新たに取得した位置情報と受信時刻情報で更新する（ステップＳ２７）。

基地局２は、ＧＰＳによる測位を行うと誤差数ｍの精度で移動局１の位置を特定することができる。本実施形態によれば、第一実施形態に比べ、さらに精度よく移動局１の位置範囲を推定することができ、スキャン範囲の精度を高めることができる。これにより、第一実施形態の効果を、より安定して得ることができる。

＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態による通信システムを図６を参照して説明する。
図６は、本発明に係る第三実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。
本実施形態では、移動局１は、ＧＰＳによる位置情報に加え、自分自身の移動速度情報と移動方向情報を基地局２に送信する。移動速度及び移動方向については、例えば、予め定められているものとする。移動範囲推定部１３は、ＧＰＳによる位置情報と移動速度情報と移動方向情報とを用いて移動局１の位置範囲を算出する。他の構成については、第二実施形態と同様である。

まず、基地局２が、移動局１と通信を行う。送受信部１１は、移動局１から電波を受信する。送受信部１１は、その電波に含まれる移動局１のＧＰＳによる位置情報、移動方向情報、移動速度情報を受信時刻とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、取得した移動局１の位置情報、移動方向情報、移動速度情報を電波の受信時刻情報と対応付けて記憶部１５に記録する（ステップＳ３１）。

次に、送受信部１１は、制御装置２０からデータ送信要求あるかどうかを判定する（ステップＳ３２）。データ送信要求が無い場合（ステップＳ３２；Ｎｏ）、データ送信要求があるまでステップＳ３２の判定を繰り返す。データ送信要求がある場合（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、無線リンクが切断されていないかどうかを判定する（ステップＳ３３）。無線リンクが切断されている場合（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、移動局１のスキャンを探索部１４に指示する。探索部１４は、移動範囲推定部１３に移動局１の存在する位置を問い合わせる。移動範囲推定部１３は、前回移動局１との通信時に記録した移動局１の位置情報、移動方向情報、移動速度情報と電波の受信時刻情報とを記憶部１５から読み出す。移動範囲推定部１３は、読み出した受信時刻から現在時刻までの経過時間を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、読み出した移動局１の移動速度と算出した経過時間を積算して、経過時間中における移動局１の移動距離を算出する。移動範囲推定部１３は、記憶部１５から読み出した位置情報から、読み出した移動方向へ、算出した移動距離分だけ離れた位置の位置情報を算出し、その絶対位置を移動局１の位置範囲とする。次に、移動範囲推定部１３は、基地局２の現在位置から、算出した移動局１の位置範囲への相対位置範囲を算出する（ステップＳ３４）。移動範囲推定部１３は、算出した相対位置範囲の情報を探索部１４へ出力する。

次に探索部１４は、アンテナ４０の方向を変化させつつ、移動範囲推定部１３から取得した位置範囲についてスキャンを行い（ステップＳ３５）、無線リンクを確立する。無線リンクが確立すると、あるいは、無線リンクが切断されていない場合（ステップＳ３３；Ｎｏ）、送受信部１１は、移動局１へデータを送信する（ステップＳ３６）。送受信部１１は、移動局１からの受信電波に含まれる位置情報、移動方向情報、移動速度情報を受信時刻とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、新たに取得した位置情報、移動方向情報、移動速度情報、電波の受信時刻情報で、記憶部１５に記録した移動局１の位置情報、移動方向情報、移動速度情報、時刻情報を更新する（ステップＳ３７）。

本実施形態によれば、移動局１から受信した位置情報、移動速度情報、移動方向情報に基づき、移動局１の位置範囲を推定するので、移動局１の最大移動速度を用いて全方位について位置範囲を推定する場合と比較して、推定する移動局１の位置範囲を狭くすることができる。これにより、探索時間をより短縮し、不要な通信をより削減することができる。

＜第四実施形態＞
以下、本発明の第四実施形態による通信システムを図７〜図９を参照して説明する。
本実施形態は、第一実施形態から第三実施形態のうちの何れとも組み合わせ可能であるが、図７では第一実施形態と組み合わせた場合を例に説明を行う。
図７は、本発明に係る第四実施形態における基地局のブロック図である。
図７が示すように本実施形態における通信装置１０は、送受信部１１と、位置算出部１２と、移動範囲推定部１３と、探索部１４と、記憶部１５、探索開始決定部１６とを備える。
探索開始決定部１６は、移動局１との通信が必要な場合に、移動局１の存在する位置に基づいてスキャンを開始するタイミングを決定する。例えば、移動局１が予め定められた移動経路上を移動する場合、探索開始決定部１６は、移動局１が移動経路から外れたことを検出するとスキャンの開始を決定する。
他の構成は、第一実施形態と同様である。

図８は、本発明に係る第四実施形態における基地局の探索方法の説明を行う図である。図８を用いて、本実施形態における基地局による探索方法について説明する。
図８は、移動局１が経路１０２に沿って移動する様子を示している。経路１０２は、移動局１が通過すべき経路として予め定められたものである。移動局１は、決められた時間にこの経路１０２上の決められた地点を通過するよう計画されているものとする。（ａ）〜（ｃ）は、移動中のある時点における移動局１と経路１０２との位置関係を示している。目標通過位置１０３〜１０５は、（ａ）〜（ｃ）の各時点において、移動局１が通過することが想定されている経路１０２上の位置である。（ａ）の場合、移動局１と目標通過位置１０３との距離は近い位置関係にある。基地局２は、アンテナ４０を経路１０２上の目標通過位置１０３へ向けて電波を発信すれば移動局１との通信を行うことができる。同様に（ｂ）の場合、基地局２は、アンテナ４０を目標通過位置１０４へ向けて電波を発信すれば移動局１との通信を行うことができる。ところで、基地局２のアンテナ４０は、指向性が高いため、移動局１がアンテナ方向から外れた位置にあるときは、基地局２が受信する電波強度は弱くなったり、電波が届かなくなったりする可能性がある。その為、移動局１と経路１０２が（ｃ）のような関係のとき、基地局２は、アンテナ４０を目標通過位置１０５へ向けて通信を行っても（ａ）や（ｂ）のときのように移動局１との通信が可能とは限らない。本実施形態では、移動局１が経路１０２上を通過している場合、基地局２は、目標通過位置に対してアンテナ４０を向け通信を行う。しかし、受信する電波強度が所定の閾値よりも弱くなったときには、移動局１が計画された経路１０２から外れたとみなす。その場合、基地局２は、直前の移動局１の位置情報などから、移動局１の自局に対する位置範囲を算出し、その位置範囲をスキャンすることで、アンテナ４０の方向を正しく移動局１へ向け、移動局１との通信品質を確保する。このときのスキャン対象となる位置範囲の算出には、第一実施形態〜第三実施形態の方法を適用することが可能である。

図９は、本発明に係る第四実施形態における通信装置の処理フローの一例を示す図である。
まず、基地局２が、移動局１の目標通過位置に対し電波を発信し移動局１と通信を行う。目標通過位置は、絶対位置であって、例えば、移動局１の移動開始からの経過時間と対応付けて記憶部１５に記録されており、送受信部１１は、経過時間に応じた目標通過位置を記憶部１５から読み出すものとする。送受信部１１は、移動局１から電波を受信する。このとき、送受信部１１が受信した電波強度は所定の強度以上であって、移動局１は予め定められた経路１０２上を通過しているものとする。送受信部１１は、既知の移動経路に基づく移動局１の位置情報を時刻情報とともに記憶部１５に記録する（ステップＳ４１）。

次に、送受信部１１は、制御装置２０からデータの送信要求あるかどうかを判定する（ステップＳ４２）。データ送信要求が無い場合（ステップＳ４２；Ｎｏ）、データ送信要求があるまでステップＳ４２の判定を繰り返す。データ送信要求が有る場合（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、送受信部１１は、既知の移動経路における移動局１の目標通過位置に基づいて方向を制御されたアンテナ４０を介して電波を移動局１へ送信する。次に、基地局２は、移動局１からの応答電波を受信する。送受信部１１は、受信電波の電波強度を検出し、電波強度情報を探索開始決定部１６へ出力する。探索開始決定部１６は、電波強度が所定の値より低下していないかどうかを判定する（ステップＳ４３）。なお、電波強度の判定に用いる閾値は、記憶部１５に記録されており、探索開始決定部１６は、この値を記憶部１５から読み込むものとする。

電波強度が低下している場合（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、移動局１が経路１０２を外れたと可能性が高いと判定し、送受信部１１は、移動局１のスキャンを探索部１４に指示する。探索部１４は、移動範囲推定部１３に移動局１の存在する位置を問い合わせる。移動範囲推定部１３は、前回移動局１との通信時に記録した移動局１の位置情報と電波の受信時刻情報とを記憶部１５から読み出す。移動範囲推定部１３は、読み出した受信時刻から現在時刻までの経過時間を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、例えば、移動局１の最大速度と算出した経過時間を積算して、経過時間における移動局１の移動範囲を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、読み出した前回通信時の移動局１の位置情報に算出した移動範囲を加算して、移動局１の現在の位置範囲を算出する。次に、移動範囲推定部１３は、ＧＰＳ受信機３０から取得した基地局２の位置情報を用いて、移動局１の基地局２に対する相対位置範囲を算出する（ステップＳ４４）。移動範囲推定部１３は、算出した位置範囲の情報を探索部１４へ出力する。

次に探索部１４は、移動範囲推定部１３から取得した位置範囲についてスキャンを行う（ステップＳ４５）。スキャンを行って、アンテナ４０の方向と移動局１との位置関係を調整すると、あるいは、電波強度が低下していない場合（ステップＳ４３；Ｎｏ）、送受信部１１は、移動局１へデータ送信する（ステップＳ４６）。送受信部１１は、記憶部１５に記録した移動局１の位置情報と時刻情報を更新する（ステップＳ１７）。具体的には、ステップＳ４３で電波強度が低下していないと判定した場合、移動局１の位置情報は、前回通信を行うときに用いた目標通過位置の位置情報である。送受信部１１は、目標通過位置と電波の受信時刻情報とを位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、取得した情報で記憶部１５に記録した移動局１の位置情報と時刻情報を更新する。一方、ステップＳ４３で電波強度が低下したと判定した場合、送受信部１１は、移動局１からの受信電波の到来方向と電波強度を受信時刻とともに位置算出部１２へ出力する。位置算出部１２は、第一実施形態のステップＳ１１と同様にして移動局１の位置情報を算出し、記憶部１５に記録した移動局１の位置情報と時刻情報を更新する。

本実施形態によれば、移動局１が予め定められた経路に沿って移動する場合に、その経路を外れたときでも、移動局１の位置範囲をスキャンすることで通信品質を確保できる。また、そのときの移動局１の位置範囲は限定された範囲であるため、スキャンにおける探索時間の低減、不要な通信削減による秘匿性低下や位置情報漏えいを防ぐことができる。

これまで、移動局１が予め定められた移動経路を外れたときに、探索開始決定部１６がスキャンの開始を決定する場合を例に説明を行った。探索開始決定部１６がスキャンの開始を決定する他の例として以下のような場合が考えられる。

例えば、移動局１をある目標位置に移動させ、移動局１に搭載した画像センサ（カメラ）で目標位置周辺を撮影し、撮影した画像を基地局２へ送信させるとする。基地局２は、移動局１の移動方向や移動速度を制御し、目標位置に移動させる。すると、探索開始決定部１６は、移動局１の出発時からの経過時間を計測し、その経過時間が目標位置への到達に要する時間に達すると、スキャンの実行を決定する。移動範囲推定部１３は、第一実施形態〜第三実施形態の方法で、基地局２に対する移動局１の存在する位置範囲を推定する。探索部１４は、移動範囲推定部１３の算出した位置範囲をスキャンし、移動局１と通信を行い、画像の送信を指示する。このようにすれば、探索部１４によるスキャンに用いる電波の傍受を最小限にとどめ移動局１との通信を開始することができる。また、スキャン時間を短縮することで、基地局２は、移動局１が撮影した画像を直ぐに受信することができる。

また、探索開始決定部１６は、移動局１が基地局２から所定の距離内に存在すると判定したときにスキャンの開始を決定してもよい。例えば、基地局２が、移動局１が撮影した画像を、移動局１が基地局２の近くに戻ってきてから受信するような場合を考える。基地局２は、移動局１が目標位置へ到着し画像を撮影すると上記の方法でスキャンを行い移動局１と通信を開始する。そして基地局２は、移動局１に基地局２から所定の距離内に相当するある位置まで移動するよう制御情報を送信する。あるいは、基地局２が移動局１から所定の距離内まで移動してもよい。探索開始決定部１６は、制御情報を送信してから移動局１が例えば平均速度で移動した場合に指示した位置まで移動できる時間、または、基地局２が移動する場合、基地局２の移動速度に基づいて、基地局２が移動局１から所定の距離内に到着するのに要する時間、が経過するとスキャンの開始を指示する。移動範囲推定部１３は、第一実施形態〜第三実施形態の方法で、基地局２に対する移動局１の存在する位置範囲を推定する。探索部１４は、位置範囲に対してスキャンを行い、無線リンクを確立する。無線リンクが確立すると、送受信部１１が画像の送信を移動局１に指示し、移動局１から画像を受信する。このようにすれば、比較的近距離でのスキャンに留めることができるので探索電波の強度をある値以下に抑えることができ、位置を推定されたり通信傍受を受けたりするリスクを低減することができる。また、アンテナ４０を「＋Ｘ°〜−Ｘ°」まで変化させて探索電波を発信する場合であっても、比較的近距離でのスキャンであれば実際にスキャンする区間が狭くて済むため、やはり、通信の秘匿性の低下などのリスクを低減することができる。また、スキャンだけでなく無線リンク確率後の実際のデータ通信においても電波強度を弱めることで通信傍受などのリスクを低減することができる。

＜第五実施形態＞
以下、本発明の五実施形態による通信システムを図１０を参照して説明する。
第一実施形態〜第四実施形態は、基地局２が指向性の高いアンテナを有しており、基地局２がスキャンして移動局１を検出し、基地局２が主導して通信を行う構成であった。この第五実施形態では、移動局１も指向性の高いアンテナ及び第一実施形態〜第四実施形態のスキャン機能を有し、移動局１から通信を開始することができる。

図１０は、本発明に係る第五実施形態における処理フローの一例を示す図である。
移動局１が基地局２との通信の際に、基地局２が存在する位置の位置情報を算出し、受信時刻とともに移動局１が備える記憶部に記録する（ステップＳ５１）。基地局２の位置の算出は、例えば、受信電波の到来方向及び受信電波の電波強度に基づいて行う。次に、移動局１から基地局２へデータを送信する必要が生じると、移動局１は、ステップＳ５１で記録した受信時刻情報が示す時刻から現在までに移動局１が移動した距離や方向、及び、基地局２の移動範囲を用い、移動局１に対する基地局２の相対位置範囲を算出する（ステップＳ５２）。基地局２の移動範囲は、例えば、基地局２の最大速度に記憶部に記録した受信時刻から現在までの経過時間を乗じて求める。次に移動局１は、算出した基地局２の位置範囲に探索電波を送信し、スキャンを実行する（ステップＳ５３）。一方、基地局２も指向性の高いアンテナを有しているので、アンテナを移動局１に向けなければ、探索電波を受信できない。基地局２は、移動局１の相対位置範囲を第一実施形態〜第三実施形態の方法で算出し（ステップＳ５４）、その位置範囲から送信される移動局１の探索電波を受信できるようアンテナの方向を変化させながら、移動局１から送信される探索電波を待機する（ステップＳ５５）。基地局２は、待機中に移動局１からの探索電波を受信する（ステップＳ５６）。基地局２は、移動局１からの探索電波を受信すると、最も良く探索電波を受信できる方向にアンテナの方向を調整する。アンテナの方向を調整すると基地局２は、受信準備完了情報を移動局１に送信する（ステップＳ５７）。受信準備完了情報を受信すると、移動局１は、データを送信する（ステップＳ５８）。

本実施形態によれば、移動局と基地局が指向性の高いアンテナを有する場合でも、スキャン範囲を最小限に抑えた通信を行うことができる。これにより、スキャン時間の短縮、位置情報漏えいなどのリスクを低減できる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、第一実施形態と、第二実施形態または第三実施形態とを組み合わせて、ＧＰＳによる測位誤差が無視できるほど移動局１と基地局２の距離が長い場合は、第二実施形態または第三実施形態の方法でスキャンを行い、移動局１と基地局２の距離が短い場合は、第一実施形態の方法でスキャンを行ってもよい。なお、第一実施形態〜第四実施形態において、移動局１は他局の一例であり、基地局２は自局の一例である。また、第五実施形態において基地局２は他局の一例であり、移動局１は自局の一例である。送受信部１１は、受信部の一例である。

１・・・移動局
２・・・基地局
１０・・・通信装置
１１・・・送受信部
１２・・・位置算出部
１３・・・移動範囲推定部
１４・・・探索部
１５・・・記憶部
１６・・・探索開始決定部
２０・・・制御装置
３０・・・ＧＰＳ受信機
４０・・・アンテナ

Claims (13)

1. 移動局と、
   前記移動局を制御する移動可能な基地局と、
   を備え、
   前記基地局は、
   前記移動局が発信した電波を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した電波に基づいて電波受信時における前記移動局の位置を特定する位置算出部と、
   前記位置算出部が特定した位置と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記移動局の移動速度と、現在の自局の位置情報とに基づいて前記移動局の自局に対する位置範囲を推定する移動範囲推定部と、
   前記推定した位置範囲に基づいてスキャンする探索部と、
   を備える通信装置を有し、
   前記基地局が前記移動局へ制御情報を送信するにあたり、前記通信装置は、前記スキャンを行って探索電波を送信し、
   前記移動局は、前記探索電波を受信すると応答電波を送信し、
   前記通信装置は、前記応答電波を受信することにより通信リンクが確立すると、前記移動局へ制御情報を送信するとともに、
   前記位置算出部が前記応答電波に基づいて前記移動局の位置を特定し、特定した前記位置を自局の記憶部へ記録する、通信システム。
2. 前記位置算出部は、前記受信部が受信した電波の到来方向に基づいて前記移動局の位置を特定する、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記位置算出部は、さらに前記受信部が受信した電波の強度に基づいて前記移動局の位置を特定する、
   請求項２に記載の通信システム。
4. 前記位置算出部は、前記受信部が受信した電波に含まれる位置情報に基づいて前記移動局の位置情報を特定する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の通信システム。
5. 前記位置算出部は、さらに前記受信部が受信した電波に含まれる前記移動局の移動速度及び移動方向に基づいて前記移動局の位置を特定する、
   請求項４に記載の通信システム。
6. 前記通信装置が、前記移動局との通信が必要な場合に、前記移動局の存在する位置に基づいてスキャンを開始するタイミングを決定する探索開始決定部、
   をさらに備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の通信システム。
7. 前記探索開始決定部は、前記移動局が予め定められた移動経路を移動する場合であって、前記移動局が前記移動経路から外れたことを検出するとスキャンの開始を決定する、
   請求項６に記載の通信システム。
8. 前記探索開始決定部は、前記移動局が所定の目標位置に到着したと判定したときにスキャンの開始を決定する、
   請求項６から請求項７の何れか１項に記載の通信システム。
9. 前記探索開始決定部は、前記移動局が前記自局から所定の距離内に存在すると判定したときにスキャンの開始を決定する、
   請求項６から請求項８の何れか１項に記載の通信システム。
10. 前記探索部は、指向性の高いアンテナを介してスキャンを行う、
    請求項１から請求項９の何れか１項に記載の通信システム。
11. 前記自局と前記移動局とは、ミリ波によって通信を行う、
    請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の通信システム。
12. 前記移動局は、
    前記基地局が発信した電波を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した電波に基づいて電波受信時における前記基地局の位置を特定する位置算出手段と、前記位置算出手段が特定した位置と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記基地局の移動速度とに基づいて前記基地局の自局に対する位置範囲を推定する移動範囲推定手段と、前記推定した位置範囲に基づいてスキャンする探索手段と、を有し、
    前記移動局が前記基地局へデータを送信するにあたり、前記移動局は、前記スキャンを行って探索電波を送信し、
    前記基地局は、前記移動範囲推定部が推定した位置範囲に基づいて、アンテナの方向を調整して前記探索電波を受信して受信準備完了情報を送信し、
    前記移動局は、前記受信準備完了情報を受信すると、前記基地局へデータを送信する、
    請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の通信システム。
13. 移動局と、前記移動局を制御する移動可能な基地局とを備える通信システムの通信方法であって、
    前記基地局は、前記移動局へ制御情報を送信するにあたり、
    前記移動局からの前回の電波受信時に当該電波に基づいて特定した前記移動局の位置情報と、前記電波受信時からの経過時間及び前記電波受信時からの前記移動局の移動速度と、現在の自局の位置情報とに基づいて前記移動局の自局に対する位置範囲を推定し、
    前記推定した位置範囲に基づいてスキャンを行って探索電波を送信し、
    前記移動局は、前記探索電波を受信すると応答電波を送信し、
    前記基地局は、前記応答電波を受信することにより通信リンクが確立すると、前記移動局へ制御情報を送信するとともに、
    前記応答電波に基づいて前記移動局の位置を特定し、特定した前記位置を自局の記憶部へ記録する、通信方法。

Images