JP7388442B2 - 伝搬特性測定システム及び伝搬特性測定方法 - Google Patents

伝搬特性測定システム及び伝搬特性測定方法 Download PDF

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Description

本発明は、伝搬特性測定システム及び伝搬特性測定方法に関する。
従来、電波の伝搬特性を測定するときに、送信アンテナ又は受信アンテナの高さが変化する場合、次のような方法によって測定を行っていた。
例えば、高所作業車を用いてアンテナの高さを変化させて、電波の伝搬特性を測定する方法がある。このとき、アンテナの高さは、高所作業車の高さに基づく。
また、無人航空機（ドローンなど）を用いてアンテナの高さを変化させて、電波の伝搬特性を測定する方法もある（非特許文献１参照）。このとき、アンテナの高さは、無人航空機の高さに基づく。無人航空機の高さを示す高度情報は、無人航空機に搭載されているＧＰＳアンテナや気圧センサを用いて算出される。
特開２０１４－１５８１１０号公報
佐々木元晴、外３名、「ドローンを用いた多周波数帯測定による単一ビルに対するクラッターロスのアンテナ高特性」、電子情報通信学会、A・P2018-18（2018年5月）、p.29-33
しかしながら、高所作業車を用いてアンテナの高さを変化させるときに、アンテナの位置も変化させる場合、高所作業車そのものを移動させる必要があるため、伝搬特性の測定に時間を要する。さらに、高所作業車を進入させることができない屋内などの環境では、伝搬特性の測定を行うことができない。
また、無人航空機を用いてアンテナの高さを変化させる場合には、アンテナの位置を変化させることは容易であり、伝搬特性の測定時間を短縮させることができる。しかし、ＧＰＳアンテナや気圧センサを用いて無人航空機の高さを示す高度情報を算出する場合、天候や測定環境によって高度情報の精度が左右されてしまっていた。
本発明は、三次元空間内の任意の位置で電波の伝搬特性を精度よく容易に測定することができる伝搬特性測定システム及び伝搬特性測定方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる伝搬特性測定システムは、第１無線局と、三次元空間内で任意の位置へ移動可能にされ、前記第１無線局との間で電波による無線通信を行う第２無線局と、前記第２無線局の三次元空間内の位置を、光の照射により測量して測量情報とする測量装置とを有し、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置の少なくともいずれかは、前記第１無線局又は前記第２無線局が受信した受信信号情報を取得する取得部と、前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけて、前記第１無線局と前記第２無線局との間の伝搬特性を算出する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伝搬特性測定方法は、第１無線局と、三次元空間内で任意の位置へ移動可能にされて、前記第１無線局との間で電波による無線通信を行う第２無線局との間の伝搬特性を測定する伝搬特性測定方法において、前記第２無線局の三次元空間内の位置を、測量装置が光の照射により測量して測量情報とする測量工程と、前記第１無線局又は前記第２無線局が受信した受信信号情報を、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置のいずれかが取得する取得工程と、前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけて、前記第１無線局と前記第２無線局との間の伝搬特性を、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置のいずれかが算出する算出工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、三次元空間内の任意の位置で電波の伝搬特性を精度よく容易に測定することができる。
一実施形態にかかる伝搬特性測定システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる伝搬特性測定システムが有する機能の概要を示す図である。 伝搬特性測定システムにおいて、固定局と移動局とが行う無線通信の伝搬特性を測定する手順を例示するフローチャートである。 伝搬特性測定システムの変形例の構成を示す図である。
以下に、図面を用いて伝搬特性測定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伝搬特性測定システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、伝搬特性測定システム１は、例えば固定局（第１無線局）２、無人航空機３に搭載された移動局（第２無線局）４、及び測量装置５を有する。伝搬特性測定システム１は、固定局２と移動局４とが行う無線通信の伝搬特性を測定するシステムである。
以下、固定局２を受信局とし、移動局４を送信局として、伝搬特性測定システム１の構成例を説明するが、伝搬特性測定システム１の構成はこれに限定されない。例えば、固定局２が送信局であり、移動局４が受信局であってもよい。また、固定局２、無人航空機３、移動局４及び測量装置５それぞれは、例えば図示しないＣＰＵ及びタイマなどを備え、コンピュータとしての機能を有する。
固定局２は、電波を送受信するアンテナ２０を有し、移動局４との間で無線通信を行う。
無人航空機３は、例えば複数のプロペラ３０を有するドローンなどであり、無線による外部からの制御により、又はプログラムなどによる自立的な制御により、三次元空間内の計画された経路を飛行する。
移動局４は、無人航空機３に搭載されており、無人航空機３と一体となって三次元空間内を移動する。また、移動局４は、電波を送受信するアンテナ４０と、コーナーキューブリフレクタ（リトロリフレクタ）等のプリズム４２とを有する。
アンテナ４０は、固定局２が有するアンテナ２０との間で電波の送受信を行う。なお、移動局４は、固定局２に設けられたアンテナ２０に対する見通し線が遮られない位置にアンテナ４０を有する。例えば、固定局２のアンテナ２０が地上に設けられている場合には、アンテナ４０は、無人航空機３の下部に配置される。
プリズム４２は、測量装置５が照射する光（図２等を用いて後述）を測量装置５に向けて再帰反射させる。
測量装置５は、レンズ５０を介して移動局４が有するプリズム４２に光を照射し、プリズム４２を自動的に視準するいわゆる自動追尾機能を備えている。
次に、伝搬特性測定システム１が有する機能について説明する。図２は、伝搬特性測定システム１が有する機能の概要を示す図である。上述したように、伝搬特性測定システム１は、固定局２、無人航空機３、移動局４及び測量装置５を有する。
無人航空機３に搭載された移動局４は、アンテナ４０、プリズム４２、制御部４４及び送信部４６を有する。制御部４４の制御に応じて、送信部４６は、アンテナ４０を介して送信信号を固定局２へ送信する。
測量装置５は、測量部５２、位置取得部（記憶部）５４、通信部５６及び制御部５８を有し、移動局４の三次元空間内の位置を測量して測量情報とする。
測量部５２は、上述したレンズ５０を備え、プリズム４２に対して光を照射するとともに、プリズム４２が再帰反射させた光を受光して、プリズム４２の位置を測量する。例えば、測量部５２は、予め割当てられた絶対座標に基づいて、移動局４に関する鉛直角、水平角及び斜距離などを測定することにより、移動局４の位置を測量する。
位置取得部５４は、測量部５２が測量した移動局４の位置（測量情報）を取得して記憶するメモリなどの記憶部としての機能を備える。
通信部５６は、固定局２との間で例えば無線通信を行う。通信部５６は、例えば位置取得部５４が取得した測量情報を固定局２に対して送信する。また、通信部５６は、測量装置５と固定局２の時刻を同期させるために、固定局２との間で時刻情報を送受信する。
制御部５８は、測量装置５を構成する各部を制御する。例えば、制御部５８は、移動局４を自動追尾するための制御を行う。また、制御部５８は、通信部５６を介して測量装置５と固定局２の時刻を同期させ、測量部５２が測量するタイミング、及び位置取得部５４が測量情報を取得するタイミングを制御する。
固定局２は、アンテナ２０、受信部２１、制御部２２、取得部（記憶部）２３、通信部２４及び算出部２５を有する。
受信部２１は、アンテナ２０を介して移動局４が送信する信号を受信する。制御部２２は、固定局２を構成する各部を制御する。例えば、制御部２２は、測量装置５が移動局４の位置を測量する時刻と、固定局２が移動局４から信号を受信する時刻とを同期させる制御を行う。
取得部２３は、受信部２１が受信した信号（受信信号情報）及び時刻情報を取得して記憶するメモリなどの記憶部としての機能を備える。また、取得部２３は、通信部２４を介して、測量装置５が測量した移動局４の位置（測量情報）を取得する。
通信部２４は、測量装置５との間で例えば無線通信を行う。例えば、通信部２４は、測量装置５が測量した測量情報を測量装置５から受信し、取得部２３に対して出力する。また、通信部２４は、制御部２２の制御に応じて、測量装置５と固定局２の時刻を同期させるために、測量装置５との間で時刻情報を送受信する。
算出部２５は、測量情報及び受信信号情報を取得部２３から取得し、測量情報と受信信号情報とを対応づけて、固定局２と移動局４との間の伝搬特性を算出する。ここで、算出部２５は、制御部２２が同期させた時刻に基づいて、測量情報と受信信号情報とを対応づける。
なお、伝搬特性測定システム１において、固定局２、移動局４及び測量装置５が備える各機能は、図２に示した構成例に限定されない。例えば、固定局２が送信局として機能し、移動局４が受信局として機能してもよく、移動局４又は測量装置５が取得部２３及び算出部２５の機能を備えていてもよい。
次に、伝搬特性測定システム１において、固定局２と移動局４とが行う無線通信の伝搬特性を測定する手順について説明する。図３は、伝搬特性測定システム１において、固定局２と移動局４とが行う無線通信の伝搬特性を測定する手順を例示するフローチャートである。
図３に示すように、伝搬特性測定システム１は、例えば測量装置５と固定局（受信局）２の時刻を同期させる（Ｓ１００）。
ユーザは、測量装置５に絶対座標を割当て（Ｓ１０２）、移動局（送信局）４にも絶対座標を割当てる（Ｓ１０４）。
また、ユーザは、測量装置５から受信局に対して基準軸を設定し（Ｓ１０６）、測量装置５から送信局に対して自動照準設定を行い（Ｓ１０８）、無人航空機３の飛行を開始させる（Ｓ１１０）。
受信局は受信強度を取得（記憶）し（Ｓ１１２）、測量装置５は送信局の相対座標を取得（記憶）する（Ｓ１１４）。
ユーザは、無人航空機３における計画された経路の飛行が終了したか否かを判定する（Ｓ１１６）。計画された経路の飛行が終了していないと判定された場合（Ｓ１１６：Ｎｏ）にはＳ１１２の処理に戻り、計画された経路の飛行が終了したと判定された場合（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）には無人航空機３の飛行を終了させる（Ｓ１１８）。
受信局は、受信強度と送信局の相対座標とを対応させ（Ｓ１２０）、伝搬特性を算出する（Ｓ１２２）。
なお、伝搬特性測定システム１は、ユーザの操作に応じて無線通信の伝搬特性を測定してもよいし、固定局２、無人航空機３、移動局４及び測量装置５の少なくともいずれかに含まれるプログラムによって自立的に無線通信の伝搬特性を測定してもよい。
次に、伝搬特性測定システム１の変形例について説明する。図４は、伝搬特性測定システム１の変形例（伝搬特性測定システム１ａ）の構成を示す図である。
図４に示すように、伝搬特性測定システム１ａは、例えば固定局（第１無線局）２、無人航空機３に搭載された移動局（第２無線局）４ａ、及び測量装置５を有する。ここでは、固定局２は、ビルなどの建造物６の屋上に設置されているとする。なお、図４に示した伝搬特性測定システム１ａにおいて、図１に示した伝搬特性測定システム１の構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。
移動局４ａは、無人航空機３に搭載されており、無人航空機３と一体となって三次元空間内を移動する。また、移動局４ａは、電波を送受信するアンテナ４０ａと、コーナーキューブリフレクタ（リトロリフレクタ）等のプリズム４２とを有する。
アンテナ４０ａは、固定局２が有するアンテナ２０との間で電波の送受信を行う。なお、移動局４ａは、固定局２に設けられたアンテナ２０に対する見通し線がプロペラ３０などによって遮られない位置にアンテナ４０ａを有する。
例えば、固定局２のアンテナ２０が建造物６の屋上に設置されている場合には、アンテナ４０ａは、無人航空機３の上部に配置される。移動局４が地上から建造物６の高さまで浮上する間に、電波がプロペラ３０などによって遮られて、電波の回折成分や反射成分が発生することを防ぐためである。
このように、伝搬特性測定システム１及び伝搬特性測定システム１ａは、例えば測量装置５が測量した測量情報と、固定局２が受信した受信信号情報とを対応づけて、固定局２と移動局４との間の伝搬特性を算出するので、三次元空間内の任意の位置で電波の伝搬特性を精度よく容易に測定することができる。
例えば、伝搬特性測定システム１は、測量装置５が移動局４の位置を連続的に測定し、固定局２が測量装置５の測定に同期して受信信号情報を取得することにより、任意の三次元空間内の位置での電波の伝搬特性を連続的に測定することも可能である。
以上述べた実施形態は、本発明の実施形態を例示的に示すものであって、限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様でも実施することができる。
１，１ａ・・・伝搬特性測定システム、２・・・固定局、３・・・無人航空機、４，４ａ・・・移動局、５・・・測量装置、６・・・建造物、２０，４０，４０ａ・・・アンテナ、２１・・・受信部、２２・・・制御部、２３・・・取得部、２４・・・通信部、２５・・・算出部、３０・・・プロペラ、４２・・・プリズム、４４・・・制御部、４６・・・送信部、５０・・・レンズ、５２・・・測量部、５４・・・位置取得部、５６・・・通信部、５８・・・制御部

Claims (8)

  1. 第１無線局と、
    三次元空間内で任意の位置へ移動可能にされ、前記第１無線局との間で電波による無線通信を行う第２無線局と、
    前記第２無線局の三次元空間内の位置を、光の照射により測量して測量情報とする測量装置と
    を有し、
    前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置の少なくともいずれかは、
    前記第１無線局又は前記第２無線局が受信した受信信号情報を取得する取得部と、
    前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけて、前記第１無線局と前記第２無線局との間の伝搬特性を算出する算出部と
    を有することを特徴とする伝搬特性測定システム。
  2. 前記測量装置が前記第２無線局の位置を測量する時刻と、前記第１無線局又は前記第２無線局が前記受信信号情報を受信する時刻とを同期させる制御を行う制御部をさらに有し、
    前記算出部は、
    前記制御部が同期させた時刻に基づいて、前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけること
    を特徴とする請求項１に記載の伝搬特性測定システム。
  3. 前記第２無線局は、
    前記第１無線局に設けられたアンテナに対する見通し線が遮られない位置に、電波を送受信するアンテナを有すること
    を特徴とする請求項１又は２に記載の伝搬特性測定システム。
  4. 前記測量装置は、
    前記第２無線局が備えるプリズムに光を照射して前記第２無線局を追尾しつつ、前記第２無線局の三次元空間内の位置を測量すること
    を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬特性測定システム。
  5. 第１無線局と、三次元空間内で任意の位置へ移動可能にされて、前記第１無線局との間で電波による無線通信を行う第２無線局との間の伝搬特性を測定する伝搬特性測定方法において、
    前記第２無線局の三次元空間内の位置を、測量装置が光の照射により測量して測量情報とする測量工程と、
    前記第１無線局又は前記第２無線局が受信した受信信号情報を、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置のいずれかが取得する取得工程と、
    前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけて、前記第１無線局と前記第２無線局との間の伝搬特性を、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置のいずれかが算出する算出工程と
    を含むことを特徴とする伝搬特性測定方法。
  6. 前記第２無線局の位置を測量する時刻と、前記第１無線局又は前記第２無線局が前記受信信号情報を受信する時刻とを、前記第１無線局、前記第２無線局及び前記測量装置のいずれかが同期させる制御を行う制御工程をさらに含み、
    前記算出工程は、
    前記制御工程により同期させた時刻に基づいて、前記測量情報と前記受信信号情報とを対応づけること
    を特徴とする請求項５に記載の伝搬特性測定方法。
  7. 前記第２無線局は、
    前記第１無線局に設けられたアンテナに対する見通し線が遮られない位置に、電波を送受信するアンテナを有すること
    を特徴とする請求項５又は６に記載の伝搬特性測定方法。
  8. 前記測量工程は、
    前記第２無線局が備えるプリズムに対して、前記測量装置が光を照射して前記第２無線局を追尾しつつ、前記第２無線局の三次元空間内の位置を測量すること
    を特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の伝搬特性測定方法。
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