JP6670193B2

JP6670193B2 - 通信システム

Info

Publication number: JP6670193B2
Application number: JP2016135907A
Authority: JP
Inventors: 山本　和弘; 和弘山本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: JP2018007197A

Description

本開示は通信システムに関し、例えば、周波数帯としてＨＦ帯（短波帯）を用いる通信システム（以下、短波通信システムという。）に適用することができる。

ＨＦ帯（周波数が３〜３０ＭＨｚ）は、一般的に電離層伝搬を利用して通信を行う。この電離層伝搬を利用することにより、見通し外の長距離通信を可能としているが、電離層は季節や時間帯及び、太陽活動等に影響を受けるため、季節や時間帯によって目的とする通信エリアをカバーできる周波数が変化する。
また、短波通信システムは、長距離通信が特長であるため、通信局は移動体である船舶や航空機が対象となる。

特開２００２−３０００７２号公報

季節や時間帯によって変化する通信エリア及び移動する通信局に対して複数の通信拠点と複数の周波数を持つことで対応することは可能であるが、短波周波数は世界規模で割り当てられているため、一年３６５日２４時間、必要とする通信エリアをカバーする周波数を持つことは困難である。
本開示の課題は、通信局に最適な通信拠点および周波数を割り当てる通信ステムを提供することにある。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、通信システム、周波数帯として短波帯（ＨＦ帯）を用い、複数の周波数、複数の通信拠点及び複数の移動する通信局を持つ複数の短波通信システムに対し、電波伝搬シミュレーションの結果、通信実績情報および通信局の位置の外部からの情報を基にそれぞれの短波通信システムに対する最適な通信拠点を予測して動的に配置し、併せて、前記通信拠点と前記移動する通信局の位置に対して前記情報を基に最適な使用周波数を割り当てる。

本開示によれば、通信局に最適な通信拠点および周波数を割り当てることができる。

比較例に係る第一短波通信システムの構成を説明するための図比較例に係る第二短波通信システムの構成を説明するための図実施形態に係る通信システムの構成を説明するための図実施形態に係る通信システムの動作を説明するためのフローチャート図３のＤ４におけるシミュレーション結果と通信実績情報の一例を示す図

以下、実施形態および比較例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

まず、本願発明者らが検討した技術（比較例）について図１および図２を用いて説明する。図１は比較例に係る第一短波通信システムの構成を示す図である。図２は比較例に係る第二短波通信システムの構成を示す図である。

比較例の第一短波通信システム１Ｒ１は陸上通信拠点から海上移動通信局に対して情報を送信するシステムである。第一短波通信システム１Ｒ１は複数の周波数の電波＃１−ｆ１、＃１−ｆ２、＃１−ｆ３を複数の通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３を使って送信することにより、通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２、＃１−Ｍ３は受信可能な通信拠点、周波数の電波を受信し、季節や時間帯によって変化する通信エリアに対応する。

比較例の第二短波通信システム１Ｒ２は海上移動通信局からの情報を陸上通信拠点で受信するシステムである。第二短波通信システム１Ｒ２も第一短波通信システム１Ｒ１と同様に複数の周波数の電波＃２−ｆ１、＃２−ｆ２、＃２−ｆ３を複数の通信拠点＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３で受信するようにし、季節や時間帯及び通信局＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２、＃２−Ｍ３の位置から最適と考えられる周波数で情報を送信し、通信拠点＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３のいずれかで受信する。

第一短波通信システム１Ｒ１および第二短波通信システム１Ｒ２のそれぞれは、複数の通信拠点と複数の周波数を持つことで、季節や時間帯によって変化する通信エリア及び移動する通信局に対応しているが、短波周波数は世界規模で割り当てられているため、一年３６５日２４間、必要とする通信エリアをカバーする周波数を持つことは困難である。更に、第二短波通信システム１Ｒ２の場合は、オペレータが送信する周波数を決めるに当たっては、短波電波伝搬の知識や、これまでの経験値に頼っている部分が多い。

また、第一短波通信システム１Ｒ１および第二短波通信システム１Ｒ２のそれぞれの通信拠点はシステム毎に固定化されており、第一短波通信システム１Ｒ１の通信拠点を第二短波通信システム１Ｒ２で利用することができない。また、その逆も同様である。

次に、実施形態に係る通信システムについて図３〜５を用いて説明する。図３は実施形態に係る通信システムの一構成例を示す図である。図４は実施形態に係る通信システムの動作を説明するためのフローチャートである。図５は図３のＤ４におけるシミュレーション結果と通信実績情報の一例を示す図である。

実施形態に係る通信システム１は陸上通信拠点から海上移動通信局に対して情報を送信する第一短波通信システムと、海上移動通信局からの情報を陸上通信拠点で受信する第二短波通信システムと、で構成される。

第一短波通信システムは複数の周波数の電波＃１−ｆ１、＃１−ｆ２、＃１−ｆ３、＃２−ｆ１、＃２−ｆ２、＃２−ｆ３を複数の通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３を使って送信することにより、通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２、＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２で受信可能な通信拠点、周波数の電波を受信し、季節や時間帯によって変化する通信エリアに対応する。通信拠点と電波周波数の組み合わせは、季節や時間帯、通信局の位置によって動的に変化する。

図３では、第一短波通信システムは通信拠点＃１＿Ｌ１が電波周波数＃１−ｆ１を送信し、通信拠点＃１＿Ｌ２が電波周波数＃１−ｆ２を送信し、通信拠点＃１＿Ｌ３が電波周波数＃１−ｆ３を送信する例が示されている。なお、通信拠点＃１−Ｌ１は北海道、通信拠点＃１−Ｌ２は関東、通信拠点＃１−Ｌ３は九州、通信拠点＃２−Ｌ１は東北、通信拠点＃２−Ｌ２は北陸、通信拠点＃２−Ｌ３は沖縄に位置している。

第二短波通信システムも第一短波通信システムと同様に複数の周波数の電波＃１−ｆ１、＃１−ｆ２、＃１−ｆ３、＃２−ｆ１、＃２−ｆ２、＃２−ｆ３を複数の通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３で受信するようにし、季節や時間帯及び通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２、＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２、の位置から最適と考えられる周波数で情報を送信し、通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３のいずれかで受信する。通信拠点と電波周波数の組み合わせは、季節や時間帯、通信局の位置によって動的に変化する。ただし、第二短波通信システムは第一短波通信システムの組み合わせと異なるものが割り当てられる。

図３では、第二短波通信システムは通信拠点＃２＿Ｌ１が電波周波数＃２−ｆ１を受信し、通信拠点＃２＿Ｌ２が電波周波数＃２−ｆ２を受信し、通信拠点＃２＿Ｌ３が電波周波数＃２−ｆ３を受信する例が示されている。

通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３は固定回線網またはインターネットやイントラネット等のＩＰネットワーク網（以下、回線網という。）で接続されている。通信システム１は通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３のいずれか１つが中央拠点として動作する。例えば、通信拠点＃１−Ｌ２を中央拠点とする。

実施形態に係る通信システムの動作について説明する。

第一短波通信システムを利用する通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２の位置を図３のＤ４とし、第二短波通信システムを利用する通信局＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２の位置を図３のＢ５とする。ここで、Ｄ４は経度領域Ｄと緯度領域４との交わる領域であり、Ｂ５は経度領域Ｂと緯度領域５との交わる領域である。

ステップＳ１（通信システム優先度比較）：第１および第二短波通信システムの優先度を比較し、優先度の高い短波通信システムに優先的に通信拠点と周波数を割り当てる。

ステップＳ２（シミュレーションと通信実績情報から予測）：本実施形態では、第一短波通信システムの優先度が高い設定で説明する。

まず、中央拠点は、季節、時間帯、太陽活動等の情報を基に、各通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３とＤ４間の電波伝搬のシミュレーションを実施する。このとき、電波予報等を考慮するのが好ましい。

次に、中央拠点は、季節、時間帯、各通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３とＤ４間の通信実績情報をデータベースから抽出する。

次に、中央拠点は、図５に示すシミュレーション結果と通信実績情報のマトリクスの結果から予測値を求め、それに基づいて第一短波通信システムに通信拠点＃１−Ｌ１から周波数＃２−ｆ１、通信拠点＃１−Ｌ３から周波数＃２−ｆ３、通信拠点＃２−Ｌ３から周波数＃２−ｆ２を割り当てる。予測値（図５の結果）はシミュレーションの値と重み付けを掛け合わせ、実績情報の値と重み付けを掛け合わせ、それらを加算して求める。予想値が大きい方から通信拠点と周波数の組み合わせが割り当てられるが、必ずしも最も大きい値のものが割り当てられるわけではない。上記で割り当てられた通信拠点と周波数の組み合わせにおける予測値は下記のとおりである。

通信拠点＃１−Ｌ１、周波数＃２−ｆ１：４×０．５＋１６×０．５＝１０
通信拠点＃１−Ｌ３、周波数＃２−ｆ３：１８×０．５＋１２×０．５＝１５
通信拠点＃２−Ｌ３、周波数＃２−ｆ２：１７×０．５＋１１×０．５＝１４
第二短波通信システムについては、中央拠点は、上記の通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ３と周波数＃２−ｆ１、＃２−ｆ３、＃２−ｆ２を除いて、同様にＢ５に対するシミュレーション結果と通信実績情報をマトリクスにし、通信拠点と周波数の最適な組み合わせを導出する。本ステップＳ２の処理におけるシミュレーションと通信実績の値は、受信電界強度やＳ／Ｎ、等化誤差等の情報を単独もしくは組み合わせて使用する方法が考えられ、値及び値の組み合わせをプログラミング可能な仕組みとする。

ステップＳ３（予測値による運用）：予測値に基づいて割り当てられた通信拠点と周波数による第一短波通信システムおよび第二短波通信システムを運用し、通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３及び通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２、＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２において、実績情報を取得する。

ステップＳ４（実績情報の取得）：中央拠点は、通信局＃１−Ｍ１、＃１−Ｍ２、＃２−Ｍ１、＃２−Ｍ２から衛星通信等を用いて、通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３から回線網を用いて定期的に実績情報を取得する。

ステップＳ５（予測値の評価）：中央拠点は、予測値による運用で得た実績情報を用いて、予測値をシミュレーション結果と過去の実績情報のどちらに近似していたかを評価する。

ステップＳ５（重み付けの改定）：中央拠点は、予測値の評価結果から、シミュレーション結果に対する重み付けと実績情報に対する重み付けを改訂する。改訂の例としては、予測値の評価結果としてシミュレーションの方が近似していた場合は、シミュレーション結果の重み付けを０．１プラスし、実績情報の重み付けを０．１マイナスにする。予測値の評価結果として実績情報の方が近似していた場合は、実績情報の重み付けを０．１プラスし、シミュレーション結果の重み付けを０．１マイナスにする。この重み付けの改定もプログラミング可能な仕組みとする。

中央拠点は、ステップＳ１〜Ｓ６の処理を繰り返し行い、シミュレーション結果と実績情報ではどの情報を使用するのがもっとも効果的なのか、重み付けの改定方法を学習することで、精度の高い予測が可能となる。

また、各通信拠点＃１−Ｌ１、＃１−Ｌ２、＃１−Ｌ３、＃２−Ｌ１、＃２−Ｌ２、＃２−Ｌ３に対する短波通信システムの変更は、公知の技術であるソフトウェア無線機の技術を活用することで実現する。

本実施形態は、電波伝搬シミュレーション結果および通信実績情報の外部情報を基に、最適化する通信システムである。

これにより、季節、時間で変動するＨＦ帯の電波伝搬特性に柔軟に対応して最適な通信拠点に最適な短波通信システム及び周波数を動的に割り当て、通信相手である通信局に対して最適な通信を提供することが可能となり、通信システムの可用性向上が期待できる。また、ＨＦ帯の電波伝搬特性に対する知識や経験が無くても、通信システムを利用することが可能となり、利便性向上も期待できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

実施形態では陸上通信拠点と海上移動通信局との短波通信システムについて説明したがこれに限定されるものではなく、陸上通信拠点と航空移動通信局との短波通信システムに適用することができる。

実施形態では、複数の通信拠点のいずれかを中央拠点として説明したがこれに限定されるものではなく、複数の通信拠点のいずれとも異なる拠点を中央拠点してもよい。この場合、中央拠点は、複数の拠点と回線網で接続される。

実施形態では通信システムが２つの短波通信システムで構成される例について説明したがこれに限定されるものではなく、３つ以上の短波通信システムで構成してもよい。

１・・・通信システム
＃１−Ｌ１，＃１−Ｌ２，＃１−Ｌ３，＃２−Ｌ１，＃２−Ｌ２，＃２−Ｌ３・・・通信拠点
＃１−Ｍ１，＃１−Ｍ２，＃２−Ｍ１，＃２−Ｍ２・・・通信局

Claims

周波数帯として短波帯（ＨＦ帯）を用い、複数の周波数、複数の通信拠点及び複数の移動する通信局を持つ複数の短波通信システムに対し、
電波伝搬シミュレーションの結果、通信実績情報および通信局の位置の外部からの情報を基にそれぞれの短波通信システムに対する最適な通信拠点を予測して動的に配置し、併せて、前記通信拠点と前記移動する通信局の位置に対して前記通信実績情報および前記外部からの情報を基に最適な使用周波数を割り当て、
前記電波伝搬シミュレーションは前記複数の拠点と前記通信局との間で実施し、前記電波伝搬シミュレーションおよび前記通信実績情報に基づいて最適な通信拠点および周波数を予測し、
前記通信局と前記予測した通信拠点との通信を前記予測した周波数で運用し、通信情報実績を取得し、
予測値による運用で得た通信実績情報を用いて、予測値をシミュレーション結果と過去の通信実績情報のどちらに近似していたかを評価し、
予測値の評価結果から、シミュレーション結果に対する重み付けと通信実績情報に対する重み付けを改訂する
通信システム。
請求項１において、
前記予測による運用で得た通信実績情報を前記通信局から定期的に取得する
通信システム。
請求項２において、
複数の短波通信システムに優先度を付与し、優先度の高い短波システムに優先的に前記通信拠点および周波数を割り当てる
通信システム。
請求項３において、
前記複数の短波通信システムは、前記通信拠点から前記通信局に送信する短波通信システムおよび前記通信局から前記通信拠点が受信する短波通信システムである
通信システム。