JP7448036B2 - 無線通信方法、無線通信システム、及び中継装置 - Google Patents

無線通信方法、無線通信システム、及び中継装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信方法、無線通信システム、及び中継装置に関する。
高周波数帯を利用する無線通信システムでは、例えば基地局と無線端末との間で電波を反射させて通信を中継する中継装置が知られている。また、中継装置には、電波を反射させるときに到来波の位相を制御可能な動的反射板を備えているものがある。そして、動的反射板を備えている中継装置は、電波の反射方向を変えることによって無線通信を行うことができる範囲を拡大させることが可能である。
また、特許文献１には、カメラによって基地局の周囲の状況を示す画像を撮像し、基地局とユーザ端末との無線通信を劣化させる遮蔽物の有無を判定する技術が開示されている。
特許第６５３４６４１号公報
しかしながら、人間（人）が無線端末を保持して利用する場合、人体の向きによっては電波を遮蔽してしまうことがある。つまり、中継装置が電波を無線端末に向けて放射しても、人体が電波を遮蔽してしまうことにより、無線端末に電波が十分に届かなくなるという問題があった。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、人が利用している無線端末に対して、人体が電波を遮蔽してしまうことを防止することができる無線通信方法、無線通信システム、及び中継装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる無線通信方法は、人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を複数の中継装置が中継する無線通信方法において、前記中継装置それぞれが電波の放射方向を可変にされた放射部により放射方向を変更しつつ電波を放射させる放射工程と、前記中継装置それぞれが画像を撮影する撮像工程と、前記中継装置それぞれが撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出工程と、検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定工程と、前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定工程と、判定した結果を示す見通し情報それぞれに基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置を選択する選択工程と、測定した電波の強度それぞれを示す強度情報それぞれに基づいて、前記中継装置それぞれに対して、前記放射部が放射させる電波が最も強くなる方向を特定する方向特定工程と、選択した前記中継装置が、特定した方向に放射する電波によって前記無線端末と前記基地局とが無線通信を行うように制御する制御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無線通信システムは、人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を複数の中継装置が中継する無線通信システムにおいて、前記中継装置それぞれが、電波を放射させる方向を可変にされた放射部と、画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出部と、前記検出部が検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定部と、前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定部と、前記判定部が判定した結果を示す見通し情報、及び前記測定部が測定した電波の強度それぞれを示す強度情報を前記基地局へ送信する送信部とを有し、前記基地局が、前記中継装置それぞれから前記見通し情報及び前記強度情報を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記見通し情報それぞれに基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置を選択する選択部と、前記受信部が受信した前記強度情報それぞれに基づいて、前記中継装置それぞれに対して、前記放射部が放射させる電波が最も強くなる方向を特定する方向特定部と、前記選択部が選択した前記中継装置が、前記方向特定部が特定した方向に放射する電波によって前記無線端末と前記基地局とが無線通信を行うように制御する制御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中継装置は、人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を中継する中継装置において、電波を放射させる方向を可変にされた放射部と、画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出部と、前記検出部が検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定部と、前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定部と、前記判定部が判定した結果を示す見通し情報、及び前記測定部が測定した電波の強度それぞれを示す強度情報を前記基地局へ送信する送信部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、人が利用している無線端末に対して、人体が電波を遮蔽してしまうことを防止することができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を模式的に示す図である。 一実施形態にかかる中継装置が有する機能を示す機能ブロック図である。 基地局が有する機能を例示する機能ブロック図である。 一実施形態にかかる中継装置の動作例を示すフローチャートである。 基地局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中継装置がリピータである場合の動作例を示すフローチャートである。
以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態について説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を模式的に示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、例えば２つの基地局２－１，２－２と、５つの中継装置３－１～３－５とを有し、人間（人）Ａが無線端末４を用いて高周波数帯の無線通信を行うことを可能にしている。
無線端末４は、例えば表面に表示画面４０を備えるスマートフォンなどである。また、無線端末４は、当該無線端末が向けられている方位を示すコンパス情報を送信可能にされている。例えば、無線端末４は、人Ａが表示画面４０を見ている状態でもコンパス情報を送信可能となっている。
例えば、無線端末４は、北の方角を向いている人Ａが自分の正面で表示画面４０を見ながら操作を行っているときに、北の方角を示すコンパス情報を送信する。そして、無線端末４は、基地局２－１，２－２のいずれを介しても他の通信装置と通信をすることができるように構成されている。
中継装置３－１は、後述する中継部５及び撮像部６を有し、例えば無線端末４の北側に設置されており、基地局２－１が送信する電波を中継する。
中継装置３－２は、中継部５及び撮像部６を有し、例えば無線端末４の北西側に設置されており、基地局２－１が送信する電波を中継する。
中継装置３－３は、中継部５及び撮像部６を有し、例えば無線端末４の西側に設置されており、基地局２－１が送信する電波を中継する。
中継装置３－４は、中継部５及び撮像部６を有し、例えば無線端末４の南側に設置されており、基地局２－２が送信する電波を中継する。
中継装置３－５は、中継部５及び撮像部６を有し、例えば無線端末４の南東側に設置されており、基地局２－２が送信する電波を中継する。
例えば、中継装置３－１～３－５は、それぞれ複数の素子（反射素子など）を備えた放射部（動的反射板など）を制御することにより、基地局２－１，２－２が送信する信号を無線端末４に向けて中継し、無線端末４が送信する信号を基地局２－１，２－２へ中継する。
以下、無線端末４自体は、基地局２－１が送信する電波を中継装置３－１～３－３のいずれが中継しても、基地局２－１との間で通信を行うことができ、基地局２－２が送信する電波を中継装置３－４，３－５のいずれが中継しても、基地局２－２との間で通信を行うことができる位置にある場合を例に説明する。
ここでは、中継装置３－１～３－５は、反射する電波の位相を動的に制御する場合を例に説明するが、電力増幅器を備えて受信した電波の再放射時にビームを形成するリピータによって電波を中継する中継装置として構成されてもよい。また、中継装置３－１～３－５は、任意に設定されたタイミングで電波の放射方向（反射方向又は再放射方向）を動的に制御してもよい。
なお、基地局２－１，２－２がそれぞれ送信する電波は、伝搬路内に人Ａがいる場合には人体によって遮蔽されることがある高周波数帯の電波である。
したがって、図１に示した例では、無線端末４は、基地局２－１が送信する電波を中継装置３－１～３－３のいずれが中継しても、基地局２－１との間で通信を行うことができ、中継装置３－４，３－５が中継する基地局２－２が送信した電波を人Ａによって遮蔽されている状態を示している。なお、無線通信システム１の具体的な動作例については後述する。
以下、中継装置３－１～３－５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、単に中継装置３などと略記する。
次に、無線通信システム１を構成する各部の具体的な構成例について説明する。図２は、中継装置３が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、中継装置３は、中継部５及び撮像部６を有する。
撮像部６は、例えばカメラなどであり、中継装置３の周囲を画像として撮影し、撮影した画像を中継部５に対して出力する。
中継部５は、電波を放射させる方向を可変にされて、ビームを形成する放射部５０と、放射部５０を制御する中継制御部５２を備えて電波を中継する。
放射部５０は、複数の素子５００を備え、例えば複数の素子５００がアレー状に配置された動的反射板である。素子５００は、基地局２が送信する電波、及び、無線端末４が送信する電波を中継制御部５２の制御に応じて反射させる。例えば、素子５００は、いわゆるメタマテリアルであり、電波を反射させるときに位相をシフトさせる特性を有する。
また、素子５００は、電力増幅器を備え、受信した電波を再放射してビームを形成するリピータであってもよい。つまり、放射部５０は、複数の素子５００それぞれが電波を放射することによって所定の方向にビームを形成する。
中継制御部５２は、送信部５２０、受信部５２１、測定部５２２、検出部５２３、判定部５２４、記憶部５２５、制御部５２６、位相制御部５２７、及び複数の位相変換部５２８を有する。
送信部５２０は、基地局２に対して電波（信号）を送信する。例えば、送信部５２０は、後述する見通し情報及び強度情報などを基地局２へ送信する。
受信部５２１は、無線端末４又は基地局２が送信する電波を受信し、測定部５２２及び制御部５２６に対して出力する。例えば、受信部５２１は、無線端末４が送信するコンパス情報、及び無線端末４の端末識別符号などを受信し、制御部５２６を介して記憶部５２５へ記憶させる。
測定部５２２は、例えば放射部５０が電波を放射させる方向を変化させるごとに無線端末４が送信する電波の強度をそれぞれ測定する。そして、測定部５２２は、測定した電波の強度それぞれを示す強度情報を、制御部５２６を介して記憶部５２５に記憶させる。
検出部５２３は、撮像部６が撮影した画像を取得し、当該画像内に撮影された人の位置を解析して検出し、検出した位置を例えば無線端末４の位置とみなして判定部５２４へ出力する。また、検出部５２３は、撮像部６が人を撮影した角度などにより、中継装置３（放射部５０）から無線端末４へ向かう方向（伝搬路方向情報）を検出する。
判定部５２４は、検出部５２３が検出した人の位置（無線端末４の位置情報）及び伝搬路方向情報を検出部５２３から取得し、無線端末４が送信したコンパス情報を記憶部５２５から取得する。そして、判定部５２４は、無線端末４の位置情報、伝搬路方向情報、及びコンパス情報に基づいて、放射部５０と無線端末４との間の伝搬路が見通し（ＬＯＳ：Line Of Sight）となるか否かを判定し、判定した結果を示す見通し情報を記憶部５２５に対して出力する。
記憶部５２５は、上述したコンパス情報、端末識別符号、無線端末４の位置情報、伝搬路方向情報、強度情報及び見通し情報などを記憶し、制御部５２６の制御に応じて記憶した情報を出力する。
制御部５２６は、中継装置３を構成する各部を制御する。具体的には、制御部５２６は、撮像部６の動作、放射部５０の動作、及び中継装置３と基地局２の間の通信などを制御する。
位相制御部５２７は、制御部５２６の制御に基づく方向に放射部５０がビームを形成するように、複数の位相変換部５２８をそれぞれ制御することにより、複数の素子５００それぞれが放射する電波の位相を制御する。
位相変換部５２８は、例えば素子５００それぞれに対して個別に設けられ、素子５００が放射する電波の位相を位相制御部５２７からの制御に応じて変化させる変換を行う。
図３は、基地局２が有する機能を例示する機能ブロック図である。図３に示すように、基地局２は、アンテナ部２０及び本体部２１を有する。
アンテナ部２０は、例えば複数のアンテナ（図示せず）を備えて位相差により所定の方向に電波を放射させる。
本体部２１は、受信部２２、記憶部２３、伝搬路処理部２４、送信部２５、通信処理部２６、及び制御部２７を有する。
受信部２２は、アンテナ部２０を介して中継装置３及び無線端末４が送信する電波（信号）を受信し、記憶部２３及び通信処理部２６に対して所定の信号を出力する。例えば、受信部２２は、中継装置３それぞれから上述した見通し情報及び強度情報、及び無線端末４が送信した中継すべき送信信号（中継信号）などを受信する。
記憶部２３は、例えば受信情報記憶部２３０及び端末情報記憶部２３２を有する。受信情報記憶部２３０は、例えば中継装置３が送信した見通し情報及び強度情報など記憶し、制御部２７の制御に応じて出力する。端末情報記憶部２３２は、例えば無線端末４が送信した端末識別情報などを記憶し、制御部２７の制御に応じて出力する。
伝搬路処理部２４は、例えば照会信号生成部２４０、選択部２４２、及び方向特定部２４４を有する。
照会信号生成部２４０は、伝搬路が見通しとなるか否かを中継装置３が判定するために用いる照会信号を生成し、送信部２５に対して出力する。
選択部２４２は、受信情報記憶部２３０から見通し情報それぞれを取得し、見通し情報に基づいて放射部５０と無線端末４との間の伝搬路が見通しとなる中継装置３を選択し、選択した結果を送信部２５に対して出力する。
また、選択部２４２は、放射部５０と無線端末４との間の伝搬路が見通しとなる中継装置３が複数ある場合、放射部５０と無線端末４との距離が最も短い中継装置３を選択するように構成されてもよい。また、選択部２４２は、中継装置３と無線端末４との間の上り通信又は下り通信の通信品質に基づいて、中継装置３を選択してもよい。
方向特定部２４４は、受信情報記憶部２３０から強度情報それぞれを取得し、強度情報それぞれに基づいて、中継装置３それぞれに対して、放射部５０が放射させる電波が最も強くなる方向を特定し、特定した結果を送信部２５に対して出力する。
送信部２５は、記憶部２３、伝搬路処理部２４、及び通信処理部２６から入力される信号に基づく信号を、アンテナ部２０を介して送信する。
通信処理部２６は、無線端末４が他の通信装置と通信を行うための通信処理を行う。例えば、通信処理部２６は、無線端末４が送信した中継すべき信号（中継信号）を、アンテナ部２０及び受信部２２を介して取得して処理し、送信部２５及びアンテナ部２０を介して送信するための処理を行う。
制御部２７は、基地局２を構成する各部を制御し、無線端末４に対して信号を中継する中継装置３を選択するための制御、及び無線端末４が他の通信装置と通信を行うための制御などを行う。例えば、制御部２７は、選択部２４２が選択した中継装置３が、方向特定部２４４が特定した方向に放射する電波によって無線端末４と基地局２とが無線通信を行うように制御する。
次に、無線通信システム１の具体的な動作例について説明する。図４は、中継装置３の動作例を示すフローチャートである。ここでは、中継装置３は、所定のタイミングで放射部５０により放射方向を変更しつつ電波を放射させることとする。
まず、中継装置３それぞれは、図４に示すように、画像を撮影し（Ｓ１００）、撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する（Ｓ１０２）。
そして、中継装置３は、検出した人の位置（無線端末４の位置情報）、及び無線端末４が送信したコンパス情報に基づいて、放射部５０と無線端末４との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する（Ｓ１０４）。
また、中継装置３は、放射部５０が電波を放射させる方向を変化させるごとに無線端末４が送信する電波の強度をそれぞれ測定する（Ｓ１０６）。
また、中継装置３は、コンパス情報、無線端末４の位置情報、強度情報及び見通し情報などを記憶する（Ｓ１０８）。
図５は、基地局２の動作例を示すフローチャートである。図５に示すように、基地局２は、中継装置３から受信した見通し情報それぞれに基づいて、放射部５０と無線端末４との間の伝搬路が見通しとなる中継装置３を選択する（Ｓ２００）。
また、基地局２は、中継装置３から受信した強度情報それぞれに基づいて、中継装置３それぞれに対して、放射部５０が放射させる電波が最も強くなる方向を特定する（Ｓ２０２）。
そして、基地局２は、選択した中継装置３が、特定した方向に放射する電波によって無線端末４と当該基地局２とが無線通信を行うように制御する（Ｓ２０４）。
次に、中継装置３が受信した電波を再放射してビームを形成するリピータである場合について説明する。図６は、中継装置３がリピータである場合の動作例を示すフローチャートである。
図６に示すように、中継装置３は、無線端末４又は基地局２が送信した中継信号を受信する（Ｓ３００）。そして、中継装置３は、基地局２が特定した方向（伝搬路方向情報）を取得し（Ｓ３０２）、特定した方向に電波を再放射して無線端末４及び基地局２が相互に送信する信号を中継する（Ｓ３０４）。
このように、無線通信システム１は、基地局２が選択した中継装置３により、基地局２が特定した方向に放射する電波によって無線端末４と基地局２とが無線通信を行うように制御するので、人が利用している無線端末４に対して、人体が電波を遮蔽してしまうことを防止することができる。
なお、基地局２及び中継装置３が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の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。
例えば、本発明にかかる中継装置３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。
１・・・無線通信システム、２－１，２－２・・・基地局、３－１～３－５・・・中継装置、４・・・無線端末、５・・・中継部、６・・・撮像部、２０・・・アンテナ部、２１・・・本体部、２２・・・受信部、２３・・・記憶部、２４・・・伝搬路処理部、２５・・・送信部、２６・・・通信処理部、２７・・・制御部、４０・・・表示画面、５０・・・放射部、５２・・・中継制御部、２３０・・・受信情報記憶部、２３２・・・端末情報記憶部、２４０・・・照会信号生成部、２４２・・・選択部、２４４・・・方向特定部、５００・・・素子、５２０・・・送信部、５２１・・・受信部、５２２・・・測定部、５２３・・・検出部、５２４・・・判定部、５２５・・・記憶部、５２６・・・制御部、５２７・・・位相制御部、５２８・・・位相変換部

Claims (5)

  1. 人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を複数の中継装置が中継する無線通信方法において、
    前記中継装置それぞれが電波の放射方向を可変にされた放射部により放射方向を変更しつつ電波を放射させる放射工程と、
    前記中継装置それぞれが画像を撮影する撮像工程と、
    前記中継装置それぞれが撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出工程と、
    検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定工程と、
    前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定工程と、
    判定した結果を示す見通し情報それぞれに基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置を選択する選択工程と、
    測定した電波の強度それぞれを示す強度情報それぞれに基づいて、前記中継装置それぞれに対して、前記放射部が放射させる電波が最も強くなる方向を特定する方向特定工程と、
    選択した前記中継装置が、特定した方向に放射する電波によって前記無線端末と前記基地局とが無線通信を行うように制御する制御工程と
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
  2. 前記選択工程では、
    前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置が複数ある場合、前記放射部と前記無線端末との距離が最も短い前記中継装置を選択すること
    を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
  3. 人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を複数の中継装置が中継する無線通信システムにおいて、
    前記中継装置それぞれは、
    電波を放射させる方向を可変にされた放射部と、
    画像を撮影する撮像部と、
    前記撮像部が撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出部と、
    前記検出部が検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定部と、
    前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定部と、
    前記判定部が判定した結果を示す見通し情報、及び前記測定部が測定した電波の強度それぞれを示す強度情報を前記基地局へ送信する送信部と
    を有し、
    前記基地局は、
    前記中継装置それぞれから前記見通し情報及び前記強度情報を受信する受信部と、
    前記受信部が受信した前記見通し情報それぞれに基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置を選択する選択部と、
    前記受信部が受信した前記強度情報それぞれに基づいて、前記中継装置それぞれに対して、前記放射部が放射させる電波が最も強くなる方向を特定する方向特定部と、
    前記選択部が選択した前記中継装置が、前記方向特定部が特定した方向に放射する電波によって前記無線端末と前記基地局とが無線通信を行うように制御する制御部と
    を有することを特徴とする無線通信システム。
  4. 前記選択部は、
    前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなる前記中継装置が複数ある場合、前記放射部と前記無線端末との距離が最も短い前記中継装置を選択すること
    を特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
  5. 人が表示画面を見ている状態でコンパス情報を送信可能な無線端末に向けて基地局が送信する電波を中継する中継装置において、
    電波を放射させる方向を可変にされた放射部と、
    画像を撮影する撮像部と、
    前記撮像部が撮影した画像に基づいて、当該画像内に撮影された人の位置を検出する検出部と、
    前記検出部が検出した人の位置、及び前記無線端末が送信したコンパス情報に基づいて、前記放射部と前記無線端末との間の伝搬路が見通しとなるか否かを判定する判定部と、
    前記放射部が電波を放射させる方向を変化させるごとに前記無線端末が送信する電波の強度をそれぞれ測定する測定部と、
    前記判定部が判定した結果を示す見通し情報、及び前記測定部が測定した電波の強度それぞれを示す強度情報を前記基地局へ送信する送信部と
    を有することを特徴とする中継装置。
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