JP6683061B2 - 無線機設置判定装置および無線機設置判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、設置判定機能を有する無線機を用いて、小型無線機を固定して通信を行う無線通信システムの小型無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する技術に関する。

小型無線機を固定して通信を行うような無線通信システムは、従来から小型無線機を固定する場所に仮置きし、適切な電波強度が得られるかを確認する一方、スペクトルアナライザ等からなる設置判定装置を併用し、小型無線機と同じ位置に設置して小型無線機に相当する信号(電波)強度を得られるとして小型無線機の設置判定を行うようにしていた。

つまり、小型無線機から得られる電波強度が、スペクトルアナライザ等からなる設置判定装置にて得られた信号(電波)強度の値に裏付けられると判定できれば、その場所に小型無線機を設置可能として設置場所を決めていた。

下記特許文献１には、携帯可能無線機から特定の電波を発射し、これを固定局が受信し、固定局は受信した信号によって特定の電波を固定局の親送信機から発射することでこの特定の電波を携帯可能無線機の指向性アンテナによって受信し、その電波が放射された到来方向で最大の受信強度(電界強度)を示す方向を検知する方位検知システムが開示されている。

下記特許文献２には、他方の無線局において、受信電力を計測し、計測した受信電力値を、他方の無線局から一方の無線局に送信する信号に重畳させて伝送する送信データ部を設け、一方の無線局には、他方の無線局から伝送された受信電力値に応じて送信電力制御信号を発生し、一方の無線局から送信される送信電力を前記電力制御信号に応じて制御する送信電力制御部と、一方の無線局の受信部から入力される電界強度レベルを前記送信電力制御部より出力される前記送信電力制御信号により補正し、アナログ強度レベル電圧を算出するモニター電圧演算部を設け、一方の無線局において、前記アナログ強度レベル電圧の値から指向性アンテナのアライメント調整が可能になるようにした無線通信システムが開示されている。

特開平０６−０６６９３３号公報 特許第５３１７５４３号公報

無線装置(小型無線機を含む)は、一般にアンテナの指向性パターン(放射特性)を持っており、到来する電波の方向によって電波の強度(電界強度)を強く測定する方向(アンテナゲイン大の方向)と弱く測定する方向(アンテナゲイン小の方向;一般にヌルポイント)とを有している。

小型無線機の指向性パターン(放射特性)と設置判定装置の指向性パターン(放射特性)との形状が異なっていることによって、適合性を設置判定装置の指向性パターン(放射特性)を知ることによって小型無線機の設置判定を行っても適合性のある設置判定を行うことはできなかった。

そこで本発明の目的は、アンテナの放射特性が異なる設置判定装置によって小型無線機の設置方法（設置方向、傾きなど）を決定することが可能な無線機設置判定装置および無線機設置判定方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の無線機設置判定装置の態様は、
無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定装置であって、該無線機設置判定装置は、
固定設置しようとする無線機のアンテナ放射特性と自装置のアンテナ放射特性を、アンテナ放射特性を測定する機器を用いて事前に測定してその測定結果を自装置内に記憶する手段と、
無線機を設置すべき位置に自装置を設置して基準位置とし、自装置が受信した電波到来方向の電波の強度を、自装置内に記憶した上記無線機のアンテナ放射特性が示す電波の強度に補正して表示部に表示する手段と、を有することを特徴とする。

上記の態様において、
上記無線機設置判定装置は、
自装置が受信した電波強度の最大方向を電波の到来方向として決める手段と、
決めた上記電波の到来方向を基準に、自装置に記憶されている上記無線機のアンテナ放射特性の電波の到来方向を合わせるとともに、自装置内に備える方位センサ及び又は傾斜センサにより、上記電波の到来方向を基準に、回転及び又は傾斜を行って、上記電波の強度の増減を測定する手段と、
自装置の上記表示部に表示する際、測定された上記方位センサ及び又は上記傾斜センサの値に基づいて、設置される無線機の設置方向と傾斜を補正して表示する、ことを特徴とする。

上記の態様において、
上記無線機設置判定装置は、
自装置の上記表示部に表示する場合に、上記電波の到来方向を基準に、自装置内に記憶されている上記無線機のアンテナ放射特性の電波の到来方向を合わせるとともに、測定された上記方位センサ及び又は上記傾斜センサの値に基づいて、設置される無線機の設置方向及び又は傾斜を補正して表示する際に、補正する上記無線機の設置方向及び又は傾斜の補正値を上記無線機の型番及び設置環境の情報とともに保存し、設置した無線機の管理を行う、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の無線機設置判定装置の他の態様は、
小型無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定装置であって、該無線機設置判定装置は、
アンテナ放射特性を測定する機器を用いて、事前に小型無線機の放射特性と自装置の放射特性を測定し、その測定結果を自装置内に記憶する手段と、
小型無線機の設置判定の適合性を決める際、上記自装置に記憶されている自装置の放射特性に基づく電波到来方向と上記小型無線機の放射特性に基づく電波到来方向を合わせた上で受信電波の強度を補正する手段と、
上記自装置の設置した方位及び角度を上記小型無線機の設置位置、設置方法として上記自装置の画面に表示する手段、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の無線機設置判定方法は、
小型無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定方法であって、
上記無線機設置判定方法は、
アンテナ放射特性を測定する機器を用いて、事前に小型無線機のアンテナ放射特性と設置判定装置のアンテナ放射特性を測定し、その測定結果を設置判定装置内に記憶する過程、
小型無線機の設置判定の適合性を決める際、上記設定判定装置に記憶された自装置のアンテナ放射特性に基づく電波到来方向と小型無線機のアンテナ放射特性に基づく電波到来方向を合わせた上で受信電波の強度を補正する過程、および、
上記設定判定装置の設置した向き及び角度を小型無線機の向き及び角度として上記設定判定装置の画面に表示する過程、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、補正した結果を表示する設置判定装置の位置、方位及び角度に、小型無線機を設置することで、適合性のある小型無線機の設置方法（小型無線機の向きや設置角度）を決定することが可能である。

また設置判定装置に内蔵された方位センサや傾斜センサの測定値を記憶しておくことで小型無線機の設置状態を保存することが可能となる。したがって小型無線機が通信障害を起こした時などに小型無線機の設置状態が現場で維持されているかどうかを判定することによって障害原因の究明に利用することができる。

また本発明によれば、設置位置を固定して使用する小型無線機と基地局間で通信を行う無線通信システムにおいて、アンテナの放射特性が異なる設置判定装置を用いるだけで固定して使用する小型無線機の設置状態（設置方向、傾きなど）を決定することが可能となる。

本発明で使用される小型無線機の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る設置判定装置の機能を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る設置判定装置のハードウェア構成を示す図である。 無線機における一般的なアンテナ指向特性を説明する図である。 本発明が適用される前提となる無線機のアンテナ指向特性を測定する装置の具体例を示す図である。 本発明の実施形態に係る設置判定装置によって受信電波強度を補正するイメージを示す図である。 本発明の設置判定装置が決定した状態に小型無線機を配置する例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明で使用される小型無線機の構成を示す機能ブロック図である。図１に示す本発明で使用される小型無線機１０は、データ発生部２０に接続され、データ発生部２０から発生されたデータを処理するデータ処理部１１と、通信するための無線送受信部１２と、各部に電源を供給する電源部１３と、電波を送受するためのアンテナ１４と、から成る。

図１に示す小型無線機１０は、データ発生部２０から発生されたデータをデータ処理部１１で処理し、処理したデータを無線送受信部１２に受け渡してデータ送受信を行う。無線送受信部１２は、電源部１３から電源が供給され、送信及び受信を行うための回路を備えている。

電源部１３は、ここでは電池を想定しているが、これに限定されず、商用ＡＣ電源を入力してＤＣ電源に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ等であってもよい。
またデータ発生部２０は、例えば、所定の周期で計測を行って計測データを取得し、取得したデータをデータ処理部１１、無線送受信部１２、アンテナ１４を介して上位系（図示せず）に送信する。データ発生部２０は発生したデータを上位系に通信するものであれば必ずしもこの構成に限定されず、他の構成であっても良い。

図２Ａは、本発明の実施形態に係る設置判定装置の機能を示す概略構成図である。図２Ａに示す本発明の実施形態に係る設置判定装置３０は、電波を受信するための受信部３１と、受信部３１で受信した信号を解析して結果を記憶し表示する、データ解析・表示・記憶部３２と、から構成されている。

また図２Ｂは、本発明の実施形態に係る設置判定装置のハードウェア構成を示す図であり、設置判定装置本体部(以下、本体部という)５０と、それに結合される受信機４０と、から成る。

ここでは、本体部５０は、当業者によく知られているタッチパネルを有するタブレットＰＣ(パソコン)で構成され、タブレットＰＣの機能を利用して図２Ａに概略的に示すデータ解析・表示・記憶部３２の機能を実現する。

また受信機４０としては、本体部５０から電力の供給を受け、受信したデータを本体部５０に結合するものであれば、その種類を問わない。一例を挙げれば、ＵＳＢによる接続機能を有するドングル型受信機を用いることができる。ドングル型受信機は、ここではブロードバンドで使用されるＵＳＢモデム端末と同等のものを想定している。

なお受信機４０は、本体部５０を可搬して現場使用することに伴ってその接続部分が本体部５０から安易に外れないように固定できるものであることが重要である。
ここで本体部５０の構成は、ＰＣ(Personal Computer)のハードウェア構成と同等のものである。すなわち、ＰＣ(パソコン)は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ(読取専用メモリ)５２、ＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)５３、入力部５４、インターフェース部５５、及び表示部（出力部）５８を有し、これらがバス５９に接続される構成である。

ここで改めて説明するまでもないが、ＣＰＵ５１は、コンピュータ内の資源全体を制御する中央処理装置である。
またＲＯＭ５２，ＲＡＭ５３は、プログラムの実行、データ更新等の際に、当該記憶部に記憶されているプログラムあるいはデータを蓄積するメモリであって、ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５３から読み出したプログラム／データを用いて、各種処理を実行する。

入力部５４は、ここでは、タッチパネルを想定しているが、キーボード、マウス等であっても良い。また表示部(出力部)５８は、ここでは液晶ディスプレイを想定しているが、他のディスプレイ等であっても良いし、またプリンタ等であっても良い。

またインターフェース部５５は、バス５９に接続されており、インターフェース部５５に接続されている、受信機４０、傾斜センサ５６、方位センサ５７からのデータを、バス５９を介してＣＰＵ５１、ＲＡＭ５３に受け渡すことができる。なお、受信機４０はインターフェース部５５に外部接続されるとしているが、この接続に限定されない。

因みに、傾斜センサ５６、方位センサ５７は、設置判定装置３０により小型無線機１０の良好な設置状態を決定するために、設置判定装置３０を基準位置に置き、それを基準にして傾きと回転を与えたときの回転角度を計測して、基準位置における、傾きと、方位(向き)を決定し、決定した値を保存して管理に利用することができる（これについては後述する）。

なお、ここに示すインターフェース部５５の構成例は、単なる例にすぎずこれに限られるものではなく、必要に応じて他のセンサ等をインターフェース部５５に接続することが可能である。

図３は、無線機における一般的なアンテナ指向特性(放射特性)を説明する図である。図３に示されるように、略中心に置かれた設置判定装置３０の周囲に示される円形の破線によりアンテナ指向特性が一般に表現される。

因みにアンテナ指向特性(放射特性)を表す破線グラフにおいて、膨らんでいる部分は、ゲインが高く、また、凹んでいる部分は、ゲインが低いことを表している。なお、凹んでいる部分は、一般に、“ヌルポイント”と呼ばれている。

アンテナ指向特性(放射特性)を表す破線グラフを見ることで、図示のＢ方向から到来する電波よりも図示のＡ方向から到来する電波の方を強く受信していることが分かる。
なおアンテナ指向特性(放射特性)は、アンテナと、アンテナが取り付けられた装置の構造によって決まるため、無線機としての構造が異なる小型無線機と設置判定装置とでは、アンテナ指向特性(放射特性)が異なるものになっている(同じにならない)。

図４は、本発明が適用される前提となる無線機のアンテナ指向特性を測定する装置の具体例を示す図である。
図４において、無線機のアンテナ指向特性(放射特性)を測定する際には、回転台７１の回転中心(回転台支柱７２の軸中心)と基準アンテナ６１とを一定の距離はなして被試験装置を回転台７１に設置する。

そのうえで回転台７１を回転台支柱７２の軸中心の周りに所定の角度ずつ回転させる。ここで被試験装置は、小型無線機１０と設置判定装置３０とになる。
被試験装置から電波を発射しながら、回転台支柱７２を少しずつ回転駆動しては停止する操作を回転台７１が一回転するまで繰り返して３６０度回転させる。

回転台７１を回転台支柱７２の軸中心の周りに少しずつ回転駆動しては停止しながら被試験装置を３６０度回転させる間に、基準アンテナ６１の基準アンテナ固定部６２及び測定ケーブル６４に接続された受信電波強度測定器６５によって受信電波の強さを測定し記録する。

因みに受信電波強度測定器そのものは当業者には既に知られた部材であるため、ここではその詳細を割愛する。そして基準アンテナ支柱６３は、基準アンテナ６１を固定する基準アンテナ固定部６２の位置ずれが起きないようにするために強く支持するものである。

一つの被試験装置に対する測定が終了したら、その作業における被試験装置の縦横の位置関係を変えて、同じように測定することによって被試験装置の縦横の位置関係を変えた時のアンテナ指向特性も測定する。それが終了したら他の被試験装置を同様に測定する。

一般に送信時と受信時のアンテナ指向特性は等しいことが知られているから、これらの作業によって、小型無線機１０のアンテナ指向特性および設置判定装置３０のアンテナ指向特性を測定することができる。またこれらの測定に合わせて被試験装置の設置状態（設置方向、傾きなど）についても測定・記録することが可能となる。

ここで注意すべきは、上記した小型無線機は１台とは限らず、種類の異なる複数の、又は、ロット番号が異なる多数の小型無線機について同様に計測してそのデータを無線機種ごと、ロットごとに受信電波強度測定器に保存することで、設置に際して実際に設置する小型無線機を置いて電波強度を計測しなくても異なる小型無線機の設置判定が可能なる。

図５は、本発明の実施形態に係る設置判定装置によって受信電波強度を補正するイメージを示す図である。すなわち、図５に示された本発明の実施形態に係る設置判定装置３０による受信電波強度の補正は、まず、設置判定装置３０を基準位置（小型無線機１０の設置位置(既知のＧＰＳ機能等で同定)）に載置し、その状態で回転及び傾斜させて、内蔵した方位センサ５７(図２Ｂ参照)及び傾斜センサ５６(図２Ｂ参照)によって自無線機における電波の強度が最大となる方向を検出して電波到来方向を決定してデータ解析・表示・記憶部３２(図２Ａ参照)上に表示する。

その際、方位センサ５７及び傾斜センサ５６によって計測された値をＲＡＭ５３(図２Ｂ参照)に記憶する。
次に、図４で既に説明したようにして測定され、上述の図２Ｂに示された本体部５０内のＲＡＭ５３に格納された、小型無線機１０のアンテナ放射特性（細かい破線グラフ）を設置判定装置３０のデータ解析・表示・記憶部３２(図２Ａ参照)を用いて、決定された電波到来方向に合わせるように本体部５０の入力部５４(図２Ｂ参照)からの入力(タッチパネル入力)操作により調整して表示する。この入力操作によって画面上には電波到来方向の電波の強度が補正されて表示される。

こうして小型無線機１０の受信電波の強度を、設置判定装置３０で設定した基準位置及び基準状態（小型無線機１０の設置位置及び方位）に合わせるようにして表示させることができる。

つまり、図４に示す装置によって事前に測定された設置判定装置３０のアンテナ放射特性（粗い破線グラフ）と同じく図４に示す装置によって事前に測定された小型無線機１０のアンテナ放射特性（細かい破線グラフ）との電波到来方向を一致させることで、電波到来方向の電波の強度を、差分を補正して画面に表示可能となる。

以上により、小型無線機１０の設置位置及び方位を、設置判定装置３０をその基準位置・基準状態に載置するだけで、従来のような小型無線機そのものを使用して設置位置及び方位を決定せずとも、設置判定装置３０のデータ解析・表示・記憶部３２の表示部に、小型無線機１０の受信電波強度との差分を補正して小型無線機１０の受信電波強度を表示させることが可能となる。

図６は、本発明の設置判定装置が決定した状態に小型無線機を配置する例を示す図である。つまり、図６に示した設置判定装置３０が決定した電波到来方向(基地局)への方位及び傾きにしたがって小型無線機１０を設置するだけで、従来技術のように実際に小型無線機１０を設置位置に置いたうえで電波到来方向(基地局)への方位及び傾きを決めることなく、小型無線機１０の最適な設置位置および設置方法（向き、傾きなど）を決定することができる。

また、設置判定装置３０の電波到来方向(基地局)への方位及び傾きにしたがって配置することによって計測されたデータ、すなわち小型無線機１０を設置した状態の絶対方位、絶対傾斜角を保存しておくことが可能になる。

そして上記のようにして設置した小型無線機に通信異常が発生したとき、設置状態を保存したデータを用いて当初の設置状態を再現することが可能となるため、小型無線機の通信異常に対して迅速に対処することが可能になる。

以上に説明したことを概括して本発明の設置判定装置の優位性を記述すると、本発明の設置判定装置は、タブレットＰＣ機能と外付け受信機によって実現されるため、複数種類或いは多数の型番の異なる小型無線機について上述したアンテナ放射特性を採って保存しておくことができるため、異なる場所に種類の異なる小型無線機を設置する際に、実際の小型無線機を配置しなくても小型無線機の設置判定または設置方法を適切に行うことが可能である。この点は、従来技法とは隔絶した本発明の優位性である。

１０ 小型無線機
１１ データ処理部
１２ 無線送受信部
１３ 電源部
１４ アンテナ
２０ データ発生部
３０ 設置判定装置
３１ 受信部
３２ データ解析・表示・記憶部
４０ 受信機
５０ 設置判定装置本体部
６１ 基準アンテナ
６２ 基準アンテナ固定部
６３ 基準アンテナ支柱
６４ 測定ケーブル
６５ 受信電波強度測定器
７１ 回転台
７２ 回転台支柱

Claims (5)

1. 無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定装置であって、該無線機設置判定装置は、
   固定設置しようとする無線機のアンテナ放射特性と自装置のアンテナ放射特性を、アンテナ放射特性を測定する機器を用いて事前に測定してその測定結果を自装置内に記憶する手段と、
   無線機を設置すべき位置に自装置を設置して基準位置とし、自装置が受信した電波到来方向の電波の強度を、自装置内に記憶した前記無線機のアンテナ放射特性が示す電波の強度に補正して表示部に表示する手段と、
   を有することを特徴とする無線機設置判定装置。
2. 請求項１記載の無線機設置判定装置において、
   前記無線機設置判定装置は、
   自装置が受信した電波強度の最大方向を電波の到来方向として決める手段と、
   決めた前記電波の到来方向を基準に、自装置に記憶されている前記無線機のアンテナ放射特性の電波の到来方向を合わせるとともに、自装置内に備える方位センサ及び又は傾斜センサにより、前記電波の到来方向を基準に、回転及び又は傾斜を行って、前記電波の強度の増減を測定する手段と、
   自装置の前記表示部に表示する際、測定された前記方位センサ及び又は前記傾斜センサの値に基づいて、設置される無線機の設置方向と傾斜を補正して表示する、
   ことを特徴とする無線機設置判定装置。
3. 請求項１又は２記載の無線機設置判定装置において、
   前記無線機設置判定装置は、
   自装置の前記表示部に表示する場合に、前記電波の到来方向を基準に、自装置内に記憶されている前記無線機のアンテナ放射特性の電波の到来方向を合わせるとともに、測定された前記方位センサ及び又は前記傾斜センサの値に基づいて、設置される無線機の設置方向及び又は傾斜を補正して表示する際に、補正する前記無線機の設置方向及び又は傾斜の補正値を前記無線機の型番及び設置環境の情報とともに保存し、設置した無線機の管理を行う、
   ことを特徴とする無線機設置判定装置。
4. 小型無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定装置であって、該無線機設置判定装置は、
   アンテナ放射特性を測定する機器を用いて、事前に小型無線機の放射特性と自装置の放射特性を測定し、その測定結果を自装置内に記憶する手段と、
   小型無線機の設置判定の適合性を決める際、前記自装置に記憶された自装置の放射特性に基づく電波到来方向と前記小型無線機の放射特性に基づく電波到来方向を合わせた上で受信電波の強度を補正する手段と、
   前記自装置の設置した方位及び角度を前記小型無線機の設置位置、設置方法として前記自装置の画面に表示する手段、を含む、
   ことを特徴とする無線機設置判定装置。
5. 小型無線機を固定して通信を行う無線通信システムの無線機の設置判定又は設置方法の適合性を決定する無線機設置判定方法であって、
   前記無線機設置判定方法は、
   アンテナ放射特性を測定する機器を用いて、事前に小型無線機のアンテナ放射特性と設置判定装置のアンテナ放射特性を測定し、その測定結果を設置判定装置内に記憶する過程、
   小型無線機の設置判定の適合性を決める際、前記設定判定装置に記憶された自装置のアンテナ放射特性に基づく電波到来方向と小型無線機のアンテナ放射特性に基づく電波到来方向を合わせた上で受信電波の強度を補正する過程、および、
   前記設定判定装置の設置した向き及び角度を小型無線機の向き及び角度として前記設定判定装置の画面に表示する過程、
   を含む無線機設置判定方法。