JP7315098B2

JP7315098B2 - 通信制御方法、通信制御装置、通信制御システム、及び通信制御プログラム

Info

Publication number: JP7315098B2
Application number: JP2022522134A
Authority: JP
Inventors: 陸大宮; 友規村上; 智明小川; 泰司鷹取
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: WO2021229681A1; JPWO2021229681A1

Description

本発明は、通信制御方法、通信制御装置、通信制御システム、及び通信制御プログラムに関する。

近年、スマートフォンやタブレットをはじめとする無線端末の急速な普及に伴い、無線ネットワーク上のトラヒック量が急激に増大している。このような無線トラヒックを収容するために、時空間的に空いている周波数を動的かつ二次的に利用し、無線容量を増大させる周波数共用技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

例えば、複数の無線局は、異なる空間で同一周波数の電波を繰り返し利用する。より具体的には、各無線局に対し、アンテナの指向性を高めたり、地理的な離隔をもたせることにより、希望する受信電力と、干渉してくる受信電力とを隔てる（受信にマージンをもたせる）ことが可能となる。

複数の無線局によって周波数を共用する場合、二次的に周波数を利用する無線局は、周波数の一次利用局に干渉を与えないことが大前提である。つまり、二次的に周波数を利用する無線局は、一次利用局からの距離を所定値以上にして干渉に対するマージンを確保したり、電波の出力を制限するなどの制約条件の下で周波数を二次利用する。

Qing Zhao and Brain M.Sadler, "A Survey of Dynamic Spectrum Access," in IEEE Signal Processing Magazine, May 2007, vol.24, no.3, pp.79-89

周波数の二次利用局は、一次利用局との間で電波の干渉に対するマージンを得るためには、一次利用局の位置やアンテナの指向性を把握することが重要となる。無線局免許を得て設置された移動しない無線局（無線送信局）の位置は、無線局免許状に示されている通りである。しかし、移動する無線局の位置は、移動範囲で示されているため、正確な位置を無線局免許状からは把握できない。

また、無線局（無線送信局）については、位置を把握することができても、指向性アンテナの向きまで登録情報などから調べることはできない。また、無線端末（無線受信局）については、位置がそもそも登録されていないため、位置を登録情報などから調べることができない。

本発明は、無線局が移動する場合にも、周波数を効率的に共用することを可能にする通信制御方法、通信制御装置、通信制御システム、及び通信制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる通信制御方法は、アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出工程と、他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる通信制御装置は、アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出部と、他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる通信制御システムは、アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラと、前記カメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出部と、他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出部と、前記共用可能領域に基づいて、前記発射領域が占める範囲を設定する設定部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、無線局が移動する場合にも、周波数を効率的に共用することを可能にする。

一実施形態にかかる通信制御システムの概要を例示する図である。一実施形態にかかる通信制御装置が有する機能の概要を例示する機能ブロック図である。画像取得部が取得した画像の例を模式的に示す図である。位置特定部が特定した位置情報、及び方向特定部が特定した方向情報を例示する図である。一実施形態にかかる通信制御装置の動作例を示すフローチャートである。一実施形態にかかる通信制御装置のハードウェア構成例を示す図である。

以下に、図面を用いて通信制御システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる通信制御システム１の概要を例示する図である。通信制御システム１は、例えば複数のカメラ１０、通信制御装置２０、及び複数台の移動する無線局３０－１～３０－３を有するシステムである。

カメラ１０は、それぞれ予め定められた位置で例えば動画（画像）を撮影する定点カメラなどである。例えば、カメラ１０は、それぞれ設置されている緯度、経度、及び高さなどが予め定められることにより、撮影位置が定められている。また、カメラ１０は、撮影方向が固定されていてもよいし、所定の範囲内で撮影方向や位置が可変となっていてもよい。

通信制御装置２０は、複数のカメラ１０それぞれが撮影した動画を受信し、受信した動画を処理した結果に基づいて、無線局３０－１～３０－３に対して制御信号を送信する。通信制御装置２０の具体的な構成例及び動作例は、図２等を用いて後述する。

無線局３０－１～３０－３は、例えばそれぞれ２つのアンテナ３００を備え、任意の位置へ移動可能にされており、図示しない無線端末などと無線通信を行う。アンテナ３００は、例えば指向性アンテナであり、所定の方向（三次元方向）に所定レベルの電波を発射する。

例えば、無線局３０－１は、２つのアンテナ３００それぞれから異なる方向へ電波を発射し、電波の電力が所定レベル以上となる２つの発射領域Ａ－１を形成する。同様に、無線局３０－２は２つの発射領域Ａ－２を形成し、無線局３０－３は２つの発射領域Ａ－３を形成する。以下、無線局３０－１～３０－３のように複数ある構成のいずれかを特定しない場合には、単に無線局３０などと略記する。

ここで、通信制御システム１は、増大する通信トラヒックを効率的に収容するために、例えば同一周波数を繰り返し利用する周波数共用を行う。例えば、発射領域Ａ－１～発射領域Ａ－３は、同一周波数の電波が使用されているとする。また、無線局３０は、それぞれ移動するため、予め同一周波数の電波が使用されている領域（被干渉領域）以外の領域（共用可能領域）に発射領域Ａを形成する。

例えば、２つの発射領域Ａ－１を形成している無線局３０－１に対して無線局３０－２が近づいていく場合、無線局３０－１を一次利用局とし、無線局３０－２を二次利用局とする。

このとき、無線局３０－１が形成する２つの発射領域Ａ－１は、被干渉領域となる。そして、無線局３０－２は、通信制御装置２０から送信された制御信号に基づいて、２つの発射領域Ａ－１（被干渉領域）以外の領域（共用可能領域）に２つの発射領域Ａ－２を形成することにより、周波数共用を行う。

次に、通信制御装置２０の具体的な構成例について説明する。図２は、一実施形態にかかる通信制御装置２０が有する機能の概要を例示する機能ブロック図である。図２に例示するように、通信制御装置２０は、通信Ｉ／Ｆ２００、画像取得部２０２、位置特定部２０４、方向特定部２０６、特性特定部２０８、第１算出部２１０、第２算出部２１２、設定部２１４、送受信部２１６、及びアンテナ２１８を有する。

通信Ｉ／Ｆ２００は、例えば各カメラ１０が撮影した動画を受信し、画像取得部２０２に対して出力する通信インターフェースである。

画像取得部２０２は、通信Ｉ／Ｆ２００が受信した動画の各フレームから時々刻々と変化する画像を取得し、取得した画像を位置特定部２０４、方向特定部２０６、及び特性特定部２０８に対して出力する。

図３は、画像取得部２０２が取得した画像の例を模式的に示す図である。図３に示すように、画像取得部２０２が取得した画像４０内に無線局３０が被写体の一部として撮影されている場合、通信制御装置２０は、当該画像４０を用いて後述する処理を行う。なお、画像取得部２０２が取得した画像には、カメラ１０の撮影位置を示す撮影位置情報が付されていてもよい。

位置特定部２０４（図２）は、カメラ１０の撮影位置を示す撮影位置情報と、画像取得部２０２から入力された画像４０とを用いて所定の処理を行い、画像４０内に含まれる無線局３０及び無線局３０のアンテナ３００それぞれの位置を特定し、特定した位置を示す位置情報を第１算出部２１０に対して出力する。

このとき、位置特定部２０４は、例えば機械学習を伴う画像認識を適用する。また、位置特定部２０４は、１つの画像４０内に複数の無線局３０が撮影されている場合、１つの画像４０から無線局３０それぞれの位置を特定してもよい。また、位置特定部２０４は、各カメラ１０からの画像４０を用い、点群データを処理して無線局３０及びアンテナ３００の位置を特定してもよい。

方向特定部２０６は、カメラ１０の撮影位置を示す撮影位置情報と、画像取得部２０２から入力された画像４０とを用いて所定の処理を行い、画像４０内に含まれる無線局３０のアンテナ３００それぞれの指向性の方向を特定し、特定した方向を示す方向情報を第１算出部２１０に対して出力する。

図４は、位置特定部２０４が特定した位置情報、及び方向特定部２０６が特定した方向情報を例示する図である。図４に例示するように、位置特定部２０４及び方向特定部２０６は、無線局３０－１～３０－３それぞれに対し、アンテナ３００（図４においては１つのアンテナ３００）の緯度、経度、高さ、及び指向性の方向を特定する。

例えば、アンテナ３００の指向性の方向は、北の方向を０°とした３６０°の方位角を用いて示される。さらに、アンテナ３００の指向性は、別途に高さ方向（又は仰角）を含めて三次元の方向を特定されてもよい。

特性特定部２０８は、例えば画像取得部２０２から入力された画像４０からアンテナ３００の画像を抽出し、アンテナの種類を示す参照画像データとの対比などによってアンテナの種類を特定する。つまり、特性特定部２０８は、画像４０内に撮影されているアンテナ３００の種類を特定することによってアンテナ３００の特性（例えば周波数帯及び方式など）を特定し、特定した特性を示す特性情報を第１算出部２１０及び設定部２１４に対して出力する。

なお、位置特定部２０４、方向特定部２０６、及び特性特定部２０８は、それぞれ任意の画像処理及び機械学習などにより、特定する精度を徐々に向上させるように構成されてもよい。

第１算出部２１０は、上述した位置情報、方向情報、及び特性情報に基づいて、アンテナ３００それぞれが形成する発射領域Ａ－１～Ａ－３を個別の三次元領域として算出し、算出した発射領域Ａ－１～Ａ－３を第２算出部２１２に対して出力する。

第２算出部２１２は、他の無線局３０が備える他のアンテナ３００が所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、新たな発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出し、算出結果を設定部２１４に対して出力する。

例えば、第２算出部２１２は、無線局３０－１が備える２つのアンテナ３００が所定レベルの電波を発射する２つの発射領域Ａ－１（被干渉領域）に対し、新たな発射領域（例えば発射領域Ａ－２）内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する。

より具体的には、２つの発射領域Ａ－１（被干渉領域）に含まれない領域は、無線局３０－１との間で同時刻に同一周波数の電波を共用可能な共用可能領域となる。

設定部２１４は、上述した特性情報及び共用可能領域に基づいて、被干渉領域に対する電波の干渉が相互に所定値未満となるように、発射領域Ａ－１～Ａ－３それぞれが占める範囲を設定し、当該設定を示す設定情報を送受信部２１６に対して出力する。

例えば、設定部２１４は、無線局３０－１が周波数の一次利用局であり、無線局３０－２が周波数の二次利用局である場合、発射領域Ａ－１に重ならないように発射領域Ａ－２が占める範囲を設定する。

より具体的には、設定部２１４は、発射領域Ａ－２内の電波が発射領域Ａ－１内の電波に干渉しないように、無線局３０－２が発射する電波の出力を制限したり、無線局３０－２が無線局３０－１から所定距離以上離れるように促す設定を行う。

なお、設定部２１４は、無線局３０－１～３０－３が効率的に周波数共用を行うようにする設定であれば、どのような設定を行ってもよい。つまり、設定部２１４は、無線局３０相互の距離、アンテナ３００それぞれの出力電力、及びアンテナ３００それぞれの指向性などのいずれに基づく設定を行ってもよい。例えば、設定部２１４は、無線局３０がアンテナ３００の指向性の方向を変更する機能を備えている場合には、アンテナ３００の指向性の方向を変更する設定を行ってもよい。

送受信部２１６は、例えばアンテナ２１８を介して各無線局３０との間で双方向の無線通信を行う機能を備える。例えば、送受信部２１６は、設定部２１４から入力された設定情報を、アンテナ２１８を介して各無線局３０へ送信する。

次に、通信制御装置２０の動作例について説明する。図５は、一実施形態にかかる通信制御装置２０の動作例を示すフローチャートである。

まず、通信制御装置２０は、カメラ１０が撮影した動画像（画像４０など）内で無線局３０の検出を試みる（Ｓ１００）。通信制御装置２０は、無線局３０を検出できた場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）にはＳ１０４の処理に進み、無線局３０を検出できなかった場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）には処理を終了する。

位置特定部２０４は、カメラ１０による撮影位置から無線局３０までの距離及び方向を算出できた場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）には、算出した距離及び方向に基づいて無線局３０の位置を特定する（Ｓ１０６）。また、位置特定部２０４は、カメラ１０による撮影位置から無線局３０までの距離及び方向を算出できなかった場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）には、カメラ１０による撮影位置を無線局３０（又はアンテナ３００）の位置とする（Ｓ１０８）。

また、方向特定部２０６は、アンテナ３００の方向を検出できた場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）には、アンテナ３００の指向性の方向を特定し（Ｓ１１２）、アンテナ３００の方向を検出できなかった場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）には処理を終了する。

また、特性特定部２０８は、アンテナ３００の種類を検出できた場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）にはアンテナ３００の特性を特定し（Ｓ１１６）、アンテナ３００の種類を検出できなかった場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）には処理を終了する。

次に、第１算出部２１０は、各無線局３０のアンテナ３００それぞれが形成する発射領域Ａ－１～Ａ－３を個別の三次元領域として算出する（Ｓ１１８）。

第２算出部２１２は、被干渉領域に対し、新たな発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する（Ｓ１２０）。

そして、設定部２１４は、被干渉領域に対する電波の干渉が相互に所定値未満となるように、発射領域Ａ－１～Ａ－３それぞれが占める範囲を設定する（Ｓ１２２）。

このように、通信制御装置２０は、アンテナ３００が所定レベルの電波を発射する発射領域を算出し、被干渉領域に対する干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出するので、無線局３０が移動する場合にも、周波数を効率的に共用することを可能にする。

なお、通信制御装置２０が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

すなわち、本発明にかかる通信制御装置２０は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

図６は、一実施形態にかかる通信制御装置２０のハードウェア構成例を示す図である。図６に示すように、通信制御装置２０は、例えば入力部５０、出力部５１、通信部５２、ＣＰＵ５３、メモリ５４及びＨＤＤ５５がバス５６を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、通信制御装置２０は、記憶媒体５７との間でデータを入出力することができるようにされている。

入力部５０は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部５１は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部５２は、例えば無線及び有線のネットワークインターフェースである。

ＣＰＵ５３は、通信制御装置２０を構成する各部を制御し、上述した処理を行う。メモリ５４及びＨＤＤ５５は、データを記憶する。例えば、メモリ５４及びＨＤＤ５５は、上述した位置情報、方向情報、及び特性情報などのデータを記憶する。したがって、通信制御装置２０は、予めメモリ５４及びＨＤＤ５５が記憶している情報を用いて処理を行うように構成されてもよい。

記憶媒体５７は、通信制御装置２０が有する機能を実行させる通信制御プログラム等を記憶可能にされている。なお、通信制御装置２０を構成するアーキテクチャは、図６に示した例に限定されない。また、カメラ１０及び無線局３０も、通信制御装置２０と同様の構成を備えていてもよい。

１・・・通信制御システム、１０・・・カメラ、２０・・・通信制御装置、３０－１～３０－３・・・無線局、４０・・・画像、５０・・・入力部、５１・・・出力部、５２・・・通信部、５３・・・ＣＰＵ、５４・・・メモリ、５５・・・ＨＤＤ、５６・・・バス、５７・・・記憶媒体、２００・・・通信Ｉ／Ｆ、２０２・・・画像取得部、２０４・・・位置特定部、２０６・・・方向特定部、２０８・・・特性特定部、２１０・・・第１算出部、２１２・・・第２算出部、２１４・・・設定部、２１６・・・送受信部、２１８・・・アンテナ、３００・・・アンテナ、Ａ－１～Ａ－３・・・発射領域

Claims

アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出工程と、
他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出工程と
を含むことを特徴とする通信制御方法。
前記カメラが撮影した画像、及び前記撮影位置に基づいて、前記無線局の位置を特定する位置特定工程と、
前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記無線局が備える前記アンテナの指向性の方向を特定する方向特定工程と
を含み、
前記第１算出工程では、
前記位置特定工程により特定した位置、及び前記方向特定工程により特定した方向に基づいて、前記発射領域を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
前記共用可能領域に基づいて、前記発射領域が占める範囲を設定する設定工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御方法。
アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出部と、
他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出部と
を有することを特徴とする通信制御装置。
前記カメラが撮影した画像、及び前記撮影位置に基づいて、前記無線局の位置を特定する位置特定部と、
前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記無線局が備える前記アンテナの指向性の方向を特定する方向特定部と
を有し、
前記第１算出部は、
前記位置特定部が特定した位置、及び前記方向特定部が特定した方向に基づいて、前記発射領域を算出すること
を特徴とする請求項４に記載の通信制御装置。
前記共用可能領域に基づいて、前記発射領域が占める範囲を設定する設定部をさらに有すること
を特徴とする請求項４又は５に記載の通信制御装置。
アンテナを備えて移動する無線局を予め定められた位置で撮影する１台以上のカメラと、
前記カメラが撮影した画像、及び前記カメラが撮影した撮影位置に基づいて、前記アンテナが所定レベルの電波を発射する発射領域を算出する第１算出部と、
他の無線局が備える他のアンテナが所定レベルの電波を発射する被干渉領域に対し、前記発射領域内の電波による干渉が所定値未満となる電波の共用可能領域を算出する第２算出部と、
前記共用可能領域に基づいて、前記発射領域が占める範囲を設定する設定部と
を有することを特徴とする通信制御システム。
請求項４～６のいずれか１項に記載の通信制御装置の各部としてコンピュータを機能させるための通信制御プログラム。