JP7495331B2 - 無線通信方法および無線通信システム - Google Patents

無線通信方法および無線通信システム Download PDF

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Description

本発明は、電波散乱体がサービスエリアに存在する電波環境で電磁波を用いて情報を伝送する無線通信システムに係り、サービスエリアの電波環境が変動する場合に無線システムを構成する無線機の通信特性を安定化させる無線通信システムに関する。
携帯無線情報端末の全世界的な普及によって、周囲環境をきにせず無線通話および無線データ転送等の無線通信サービスを享受したいという要求が高まっている。無線通信サービスを提供するエリア内に電波散乱体が存在すると、該散乱体によって無線通信媒体の電磁波が散乱を受け、送信機から放射された電磁波が受信機に到達する際の電力変動が生じて、多くの場合受信電力の減少が引き起こされる。受信電力の減少は通信品質の劣化を引き起こし通信安定性の確保が困難となる。係る問題を解決するために、無線システムを構成する無線機を、サービスエリア内の電波散乱体の効果を予め考慮して該サービスエリア内に設置する技術が提案されている。
特開2015－080061号にはサービスエリア内の電波散乱体の配置データ(位置、形状、材質)を具備し、同データによりサービスエリア内の電磁波を計算するモデルを作成し同モデルを用いて複数の無線機を該サービスエリア内に配置した場合の電磁界分布を計算し、該複数の無線機の通信状態で決定する無線システムの性能が最適となる無線機の配置場所を決定する技術が述べられている。
特開2015－080061号公報
係る先行技術は、無線通信のサービスエリア内で電波環境が変化しない場合に有効である。しかし、現在の無線システムにおいてはサービスエリア内で散乱体あるいは無線端末が移動するので、無線通信のサービスエリア内の電波環境が変動するために無線システムの性能が最適となる保証は現実的になく、通信安定性の確保が困難となる課題があった。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その好ましい一側面は、無線機の送信電磁波の物理特性を制御する無線通信方法であって、前記無線機のサービスエリア内の物体の位置情報および寸法情報を用いて、前記サービスエリア内の通信環境を推定する電磁界モデルを生成し、前記電磁界モデルを用いて前記無線機の通信特性を推定し、前記通信特性に基づいて前記物理特性を変更して通信を行う無線通信方法である。
本発明の他の好ましい一側面は、複数の通信用無線機と、制御機を備える。前記制御機は、前記通信用無線機の位置を記憶する無線機位置記憶部と、前記通信用無線機のサービスエリア内の物体の位置および寸法の変化に関する計測データを記憶する計測データ記憶部と、前記通信用無線機のサービスエリア内の物体の位置および寸法の情報に関する構造物データを記憶した構造物データ記憶部と、前記通信用無線機の位置、前記計測データおよび前記構造物データに基づいて、前記サービスエリア内の電波環境を計算するためのモデルを生成する電波環境計算部と、前記電波環境に基づいて電波環境が所定の目標値に近づくように物理パラメータを計算する物理パラメータ計算部と、を備える。前記制御機は、前記物理パラメータを前記通信用無線機に送信し、前記通信用無線機は、受信した前記物理パラメータに基づいて送信条件を変更する。
より具体的な手段の一例を挙げるならば、複数の計測用無線機と通信用無線機と制御機からなる無線システムにおいて、該複数の計測用無線機は無線システムのサービスエリア内の物体を検出し、同物体の情報を計測し、該制御機にその情報を送出する。通信用無線機の複数の送信機は、各々固有の送受信に用いる電磁波の物理パラメータで情報通信を行い、その通信品質に関する情報を該制御機に送出する。該制御機はサービスエリア内の構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を保有しており、該複数の計測用無線機からの情報を読込み、この情報と保有している構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を用いてサービスエリア内の通信環境を計算する電磁界モデルを生成する。同電磁界モデルを用いてサービスエリア内で通信を行う該通信用無線機の通信品質を推定する。該複数の通信用無線機からの情報を読込み、読み込んだ通信品質に関する情報を記憶・蓄積し、記憶した通信品質と推定した通信品質とを比較して、両者の差が減少するような該複数の通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータの組合せを、同電磁界モデルを用いて決定する。同物理パラメータの組合せを該複数の無線機に送出し、該複数の通信用無線機の各々が該当する電磁波の物理パラメータを用いて通信を行う。
また、その他のより具体的な一例を挙げるならば、複数の計測用無線機と通信用無線機と制御機からなる無線システムにおいて、該複数の計測用無線機は無線システムのサービスエリア内の物体を検出し、同物体の情報を計測し、該制御機にその情報を送出する。該複数の送信機は、各々固有の送受信に用いる電磁波の物理パラメータで情報通信を行い、その通信品質に関する情報を該制御機に送出する。該制御機はサービスエリア内の構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を保有しており、該複数の計測用無線機からの情報を読込み、この情報と保有している構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を用いてサービスエリア内の通信環境を計算する電磁界モデルを生成する。同電磁界モデルを用いてサービスエリア内の電磁界分布を計算し、計算した電磁界分布を記憶・蓄積し、時間軸上で順次蓄積される電磁界分布の変動が少なくなるように、該複数の通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータの組合せを同電磁界モデルを用いて決定する。同物理パラメータの組合せを該複数の無線機に送出し、該複数の通信用無線機の各々が該当する電磁波の物理パラメータを用いて通信を行う。
また、その他の具体的な一例を挙げるならば、通信用無線機と制御機からなる無線システムにおいて、該複数の通信用無線機は無線システムのサービスエリア内で各々固有の送受信に用いる電磁波の物理パラメータで通信を行い、その通信品質を該制御機に送出する。該制御機はサービスエリア内の構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を保有しており、保有している構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を用いてサービスエリア内の通信環境を計算する電磁界モデルを生成する。同電磁界モデルを用いてサービスエリア内で通信を行う該通信用無線機の通信品質を推定し、該複数の通信用無線機から読み込んだ通信品質に関する情報を記憶・蓄積し、記憶した通信品質と推定した通信品質とを比較して、両者の差が減少するような該複数の通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータの組合せを、同電磁界モデルを用いて決定する。同物理パラメータの組合せを該複数の無線機に送出し、該複数の通信用無線機の各々が該当する電磁波の物理パラメータを用いて通信を行う。
また、その他の具体的な一例を挙げるならば、複数の計測用無線機と通信用無線機と制御機とプラットフォームを提供するサーバーからなる無線システムにおいて、該複数の計測用無線機は無線システムのサービスエリア内の物体を検出し、同物体の情報を計測し該制御機にその情報を送出する。該複数の通信用無線機の送信機は、各々固有の送受信に用いる電磁波の物理パラメータで情報通信を行い、その通信品質に関する情報を該制御機に送出する。該制御機は、サービスエリア内の構造物の配置および性質に関する情報と複数の通信用無線機の配置に関する情報を保有しており、該複数の計測用無線機からの情報を読込み、この情報と保有している構造物の配置および性質に関する情報を用いてサービスエリア内の通信環境を計算する電波環境モデルを生成する。同電波環境モデルをサーバー内のプラットフォームに入力し、該複数の通信用無線機の配置に関する情報を用いて無線機配置データを生成し、同無線機配置データをサーバー内のプラットフォームに入力する。該複数の通信用無線機からの情報を読込み、読み込んだ情報から通信品質データを生成し、同通信品質情報をサーバー内のプラットフォームに入力する。該プラットフォームは入力された電波環境モデルと無線機配置データを用いて、サービスエリア内の電磁界分布を計算する電磁界モデルを生成する。プラットフォームは、同電磁界モデルを用いてサービスエリア内で通信を行う該通信用無線機の通信品質を推定する。プラットフォームは、該複数の通信用無線機からの情報を読込み、読み込んだ通信品質に関する情報を記憶・蓄積し、記憶した通信品質と推定した通信品質とを比較して、両者の差が減少するような該複数の通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータの組合せを、同電磁界モデルを用いて決定し、制御パラメータとして該制御機に出力する。該制御機は入力した制御パラメータを該複数の通信用無線機が用いる個々の電磁波の物理パラメータに変換し、該複数の無線機に送出し、該複数の通信用無線機の各々が該当する電磁波の物理パラメータを用いて通信を行う。
また、その他の具体的な一例を挙げるならば、複数の通信用回転偏波無線機と制御機とプラットフォームを提供するサーバーからなる無線システムにおいて、該複数の通信用無線機は無線システムのサービスエリア内で一対の無線機間の回転偏波通信における送受信偏波角度を計測し、該制御機にその偏波に関するデータを送出する。該複数の通信用無線機の送信機は、各々固有の送受信に用いる電磁波の物理パラメータで情報通信を行い、その通信品質に関する情報を該制御機に送出する。該制御機は偏波データを読込み、サービスエリア内の複数の無線機のすべての対に対する偏波シフトを計算し、同偏波シフトをサーバー内のプラットフォームに入力し、該複数の通信用無線機の配置に関する情報を用いて無線機配置データを生成し、同線機配置データをサーバー内のプラットフォームに入力し、該複数の通信用無線機からの情報を読込み、読み込んだ情報から通信品質データを生成し、同通信品質情報をサーバー内のプラットフォームに入力する。該プラットフォームは入力された偏波シフトと無線機配置データを用いてサービスエリア内の回転偏波電波環境を計算する回転偏波環境モデルを生成する。同回転偏波環境モデルを用いてサービスエリア内で通信を行う該通信用回転偏波無線機の通信品質を推定し、該複数の通信用無線機からの情報を読込み、読み込んだ通信品質に関する情報を記憶・蓄積する。記憶した通信品質と推定した通信品質とを比較して、両者の差が減少するような該複数の通信用回転偏波無線機が用いる電磁波の物理パラメータの組合せを、同回転偏波環境モデルを用いて決定し制御パラメータとして該制御機に出力し、該制御機は入力した制御パラメータを該複数の通信用無線機が用いる個々の電磁波の物理パラメータに変換し該複数の無線機に送出し、該複数の通信用無線機の各々が該当する電磁波の物理パラメータを用いて通信を行うことを特徴とする。
本発明によれば、無線システムの通信品質を安定化させ、高品質な通信サービスを提供することが可能となる。
無線システムの実施例の構成ブロック図。 無線システムの実施例を用いるIoT通信システムの透過斜視図。 無線システムの実施例の制御機の動作を説明するフロー図。 無線システムの実施例の通信用無線機の動作を説明するフロー図。 無線システムの実施例の動作タイミングを説明するラダーチャート。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの他の実施例の制御機の動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例の通信用無線機の動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例の動作タイミングを説明するラダーチャート。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの他の実施例の制御機の動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例のプラットフォームの動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例の動作タイミングを説明するラダーチャート。 無線システムの実施例の他の構成ブロック図。 無線システムの他の実施例の制御機の動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例のプラットフォームの動作を説明するフロー図。 無線システムの他の実施例の動作タイミングを説明するラダーチャート。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の回路構成図。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の他の回路構成図。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の他の回路構成図。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の他の回路構成図。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の他の回路構成図。 無線システムの通信用無線機の送信機の実施例の他の回路構成図。 無線システムの他の実施例を用いるIoT通信システムの透過斜視図。 無線システムの他の実施例を用いるIoT通信システムの透過斜視図。 無線システムの他の実施例を用いるIoT通信システムの透過斜視図。
以下、実施例を図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
以下に説明する実施例の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂおよび図３を用いて、無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの例を説明する。図１Ａは無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの構成を説明する図であり、図１Ｂは、この無線システムを用いるIoT（Internet of Things）通信システムの透過斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂは、無線システムの動作を説明するフロー図であり、図２Ａは制御機10の動作フロー、図２Ｂは通信用無線機22の動作フローを示す。図３は各機器の動作タイミングを説明する図である。
図１Ａにおいて、実施例の無線システム101は、複数の計測用無線機12と、複数の通信用無線機22と、計測用無線機12と通信用無線機22の各々とデータ転送を行う制御機10から構成される。計測用無線機12および通信用無線機22と制御機10間のデータ転送は、有線であってもよいし無線であってもよい。実施例１では、図１Ａ中の実線矢印で示されるデータ転送は有線方式で行うことにした。
計測用無線機12の計測用キャリア周波数はｆｍｉ、通信用無線機22の通信用キャリア周波数はｆｃｉで示される。計測用無線機12は、無線にて計測用信号の送受信を行う。通信用無線機22は、無線にて通常のデータの送受信を行う。
通信用無線機22は、公知の各種方式や規格に基づくデータ送受信用通信機を使用することができる。使用する通信方式に特に制約はない。
計測用無線機12は、例えばレーダーの原理で物体の位置を検出する。周知のように、レーダーは、電波を対象物に向けて発射し、その反射波を測定することにより、対象物までの距離や方向を測る。不規則な移動物体の位置・形状・姿勢等を検出する必要があるので、一般には計測用無線機12の計測用キャリア周波数ｆｍｉは、通信用無線機22の通常のデータのキャリア周波数ｆｃｉより高い周波数とする。一例としては、通信に用いる波長に比べて無視できる長さ(慣習的に1/10以下)の波長、すなわち一桁以上の高いオーダーの周波数を用いるのが現実的である。
計測用無線機12の計測用キャリア周波数ｆｍｉの具体的な例として、28GHz帯は5G（第5世代移動通信システム）で用いられる周波数帯の一つで、数百MHzおよび数GHzの5G用通信周波数に対して一桁オーダー高い周波数であり、且つ同一チップでハードが実現できるので無線機の製造コスト低減が可能である。60-70GHz帯は、レーダー用ミリ波周波数として使用可能であり、検出精度の向上が期待できるが、実用上は無線機の製造コストおよび認証コストの課題がある。赤外線は送信デバイスおよび受信デバイスも小型で安価の為、無線機の製造コスト低減が可能だが、波長が短いために通信距離が短く、数ｍの範囲に限られるため、システム内に多数の計測用無線機を設置する必要がある。本実施例では、計測用無線機12の周波数や設置数は、用途や目的に応じて選択可能である。
図１Ｂは、図１Ａの無線システムを適用した、IoT無線モニタリングシステムの構成図の例である。本実施例の無線モニタリングシステム1101は、複数の固定の構造物1012と移動体1013が存在する建屋1011の内部に、複数の計測用無線機12と複数の通信用無線機22と制御機10を具備する。
IoT無線モニタリングシステムは、例えば、建屋1011内部の状況をカメラで撮影した画像データを、通信用無線機22から他の通信用無線機22（あるいは制御機10や別途設けられた集約基地局（図示せず））に送信する。制御機10や集約基地局は例えば、ネットワークで外部の端末に接続され、制御機10や集約基地局を経由して外部から状況をモニタすることを可能にする。カメラ以外にも音や熱など各種センサのデータをモニタすることができる。またIoT無線モニタリングシステムでは、通信用無線機22から他の通信用無線機22へ必要なデータや命令を送信することができる。
本実施例は、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機22の送信に係る物理パラメータの変更により抑制可能とする。これにより、無線モニタリングシステムの通信性能の安定化に効果がある。
物理パラメータの変更の例として、例えばサブキャリア周波数の分布の変更がある。変更対象となる送信時の物理パラメータは、通信用無線機22の用途や規格に応じて選択可能である。例えば、キャリア周波数ｆｃｉの変更は、ハードウェアが複雑化するが、大きな効果が期待できる。搬送波の偏波面を変更することも有効であり、かつ、構成が容易である。送信電力を変更することも法律等の制約がなければ有効である。アンテナの指向性も変更対象とすることができ、複数のアンテナを備える構成とすることで容易に指向性を変更することができる。特に、偏波面と指向性の変更は、構成が容易で、一般に法律的な制約が少ないので、実用上優れている。本実施例では、任意の物理パラメータを単独あるいは組み合わせて変更してよい。
図１Ａにおいて、計測用無線機12は、計測用無線機キャリア周波数発生器11と計測用アンテナ18を具備する。通信用無線機22は通信用無線機キャリア周波数発生器21と通信用アンテナ28を具備する。
図１Ａにおいて、制御機10は例えば通信機能を持つ一般的なサーバーで構成できる。一般的なサーバーと同様に、制御機10は入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置を備える。図１Ａでは、サーバーが通常備える構成は省略し、機能ブロックを示している。各機能ブロックのうち、点線で示される構成は固定データ（データベース）、一点鎖線で示される要素は時間とともに更新されるデータ（例えばキャッシュメモリ）、実線で示される構成は処理を意味する。本実施例では、各処理の計算や制御等の機能は、記憶装置に格納されたプログラムが処理装置によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。計算機などが実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。また、各データは磁気ディスク装置や半導体メモリ等で構成された記憶装置に格納される。データを記憶する記憶装置の部分を「記憶部」と呼ぶ場合がある。
以上の構成は、単体のサーバーで構成してもよいし、あるいは、入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置の任意の部分が、ネットワークで接続された他のコンピュータで構成されてもよい。なお、本実施例中、ソフトウエアで構成した機能と同等の機能は、FPGA（Field Programmable Gate Array）、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアでも実現できる。
制御機10は計測データ記憶部1を具備し、複数の計測用無線機12からの計測データを読込み格納する。計測データは、サービスエリア内の物体の位置および形状、あるいはこれらの変化を反映するデータである。制御機10は、受信データ記憶部5を具備し、複数の通信用無線機22からその通信状態に関する受信データを読込み格納すると共に、同内容を通信特性蓄積記憶部6に時系列的に蓄積する。通信状態に関するデータは、例えば無線機の受信強度、あるいはこれに関係するエラーレート、信号雑音比など、通信用無線機22の通信品質を評価できるデータであれば任意に選択してよい。実施例１では、最も基本的な受信強度で説明する。
また、制御機10は、サービスエリア内の複数の通信用無線機22の位置情報を無線機位置記憶部9に記憶する。また、サービスエリア内の構造物1012の位置、形状、材質の情報を構造物データ記憶部3に記憶する。構造物データ記憶部3および無線機位置記憶部9の内容は、システム運用前に任意の方式によりデータベース（ＤＢ）として記録しておくものとする。構造物1012や通信用無線機22は通常静止物体なので、ＤＢの内容は基本的に変化しない。ただし、構造物1012に変化があった場合や、通信用無線機22の位置が変更された場合は、その都度構造物データ記憶部3や無線機位置記憶部9の内容を更新するものとする。
電波環境計算部2は、計測データと構造物データに基づいて電波環境を計算する。物理パラメータ計算部4は、通信用無線機22が送信に用いる物理パラメータを計算する。物理パラメータ記憶部7は、通信用無線機22に送信する物理パラメータを記憶する。
図１Ａと図２Ａと図３により本無線システム101の動作を説明する。実施例１では、処理S213～処理S216を定常的な処理ループとする。通信用無線機22からの受信データに基づいて通信特性データを取得し（S213）、通信特性蓄積記憶部6に蓄積記憶し（S214）、通信特性データの経時変化を計算し（S215）、閾値と比較する等して劣化があるかどうかを判定する（S216）。この処理を定期的に繰り返して、通信用無線機22の通信状態をモニタし、特性劣化がある場合に物理パラメータの変更を行う処理としている。
計測用無線機12は、任意のタイミングで、電波を対象物に向けて発射し、その反射波を測定することにより、構造物1012や移動体1013などの対象物までの距離や方向を測る（図３、S301）。位置情報から構造物1012と移動体1013の形状や位置を示す計測データを計算し（S302）、制御機10に計測データを送信する（S303）。実施例１では計測データの取得は、ステップS216の分岐判断によって開始されるものとしたが、定常的に計測データの取得を行うことにしてもよい。
制御機10は複数の計測用無線機12から計測データを受信し、計測データ記憶部1に格納する（S201）。
次に、電波環境計算部2は、格納した計測データを追加構造物データに変換する（S202）。計測用無線機12は固定物体と移動物体を区別せずに計測データとして送信するので、電波環境計算部2では、計測データと構造物データ記憶部3のデータの差分を計算し、追加構造物データとする。計測データは、各計測用無線機12それぞれを基準とした座標系に従うため、無線機位置記憶部9の無線機位置データを用いて、共通の座標軸上のデータに変換する。
また、計測データ記憶部1の内容と無線機位置記憶部9の内容と構造物データ記憶部3の内容を用いて電波環境計算部2により、サービスエリア内の電磁界分布を計算する電磁界計算モデルを生成する。（S203）。
本実施例のシステムにおいて、通信環境をサイバー空間に構築する必要がある。その際、構造物データ記憶部3の内容である、壁、天井、床、什器等の静止物体は通信空間中に占める体積比が大きく、移動体に比べてサイバー空間に蓄えるべきデータが巨大となる。そこで、電磁界計算モデル作成においては、移動体1013に関する追加構造物データのみ更新し、静止物体に関する既存構造物データは更新しないようにするのがよい。
そして、電波環境計算部2は、電磁界計算モデルと無線機位置、および必要に応じて通信用無線機22の送信出力や指向性分布のデータを用いて、電磁界分布計算を行う（S204）。モデルの作成や電波強度分布の計算手法については、特許文献１に開示がある。
加えて、電波環境計算部2は、生成した電磁界計算モデルを用いて、各通信用無線機22の通信状態を推定する（S204）。推定する通信状態は例えば電磁界分布に基づく受信強度（通信用無線機位置における電界強度）である。あるいは、遅延スプレッド(受信点近傍に到達する複数の電磁波を分離し各波の遅延の差分)を計算する。その他、信号雑音比やエラーレートは、例えば電磁界分布を問題とし、通信状態を正解とする教師データで学習したＤＮＮ（Deep Neural Network）等の関数近似器により推定を行ってもよい。実施例１では、電波環境計算部2は、受信強度を推定することにする。
そして、受信データ記憶部5に格納される最新の通信用無線機の通信状態および通信特性蓄積記憶部6に格納される過去の通信用無線機の通信状態と、推定した通信状態を、物理パラメータ計算部4に入力する。これらの情報を用いて、各通信用無線機22が通信に用いる電磁波の物理パラメータの更新必要性の有無を判断し、更新が必要な場合には更新する（S205）。
具体例としては、受信データ記憶部5に格納される最新の通信用無線機の通信状態および通信特性蓄積記憶部6に格納される過去の通信用無線機の通信状態を比較し、理想状態（後述のように初期状態を理想状態とする）あるいは直前の状態から所定閾値以上に劣化している場合には、物理パラメータの更新処理を行う。
物理パラメータの更新処理においては、実際に変更可能な同物理パラメータを変更した結果として、電波環境計算部2が電磁界計算モデルを用いて推定する通信状態が、現状の通信状態より実質的に改善されているかを判断し、改善される場合に、実際に該物理パラメータを変更するという処理を行う。通信システムを構成する無線機が変更可能な電磁波の物理パラメータの種類によっては、変更可能な同物理パラメータを如何に変更しても推定した通信状態が改善しない場合もありうるため、実際に通信用無線機22の物理パラメータを変更する前に、電磁界計算モデル上でシミュレーションを行う。
このため、物理パラメータを電磁界計算モデル上で予め決めたルールで変化させて通信状態を推定し、結果をモニタしながら、理想状態との差が小さくなる物理パラメータを探索する。
一般的な制御方式としては、到達目標がない最適化アルゴリズムにより無線通信品質が向上するように物理パラメータの更新を行うことが考えられるが、通常は無線システムの導入時に、不規則な移動体なしの環境で各無線機のパラメータ調整が最適化されるため、本実施例では、導入時に測定された通信用無線機の通信状態（初期状態）を到達目標値として制御することにより、複雑なアルゴリズムは使用しない。
以上のように更新した物理パラメータを物理パラメータ記憶部7に書込み、該物理パラメータ記憶部7の内容を各通信用無線機22に送出する（S206）。複数の通信用無線機22は、更新された物理パラメータを受信する（S207）。各通信用無線機22は、受信した物理パラメータを用いて通信に使用する電磁波の物理パラメータ（送信パラメータ）を変更する（S208）。その後、通信データを他の通信用無線機22や制御機10あるいは、図示しない基地局等他の無線機に送信する（S209）。各通信用無線機22は他の通信用無線機から通信データを受信する（S210）。そして、通信状況、例えば受信強度を計算する（S211）。計算した通信特性データは制御機10に送信される（S212）。
制御機10は、通信特性データを受信し（S213）、通信特性蓄積記憶部6に蓄積記録する（S214）。そして、通信特性データの経時変化を計算し（S215）、通信特性が劣化しているかどうかを判断する（S216）。
通信特性が劣化していなければ、引き続きステップS213に戻り、通信用無線機22から通信特性データを取得する。劣化していれば、ステップS201に戻り、物理パラメータを再設定する。
本実施例によれば、無線システムを構成する複数の無線機が通信で用いる電磁波の物理パラメータを、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を抑制するように変更して通信を行うことができる。よって、無線システムの通信性能の安定化に効果があり、通信品質の向上が実現できる。
本実施例では、各通信用無線機22は相互に送受信を行い、それぞれが通信特性データを制御機10に送信する。従って、物理パラメータの設定は、通信用無線機22毎に行われる。また、一つの通信用無線機の物理パラメータの設定は、他の複数の通信用無線機の通信特性データを考慮する必要がある。送受信が多対多ではなく、複数の通信用無線機が単一の基地局に向けて送信を行う多対一場合には、基地局において各通信用無線機の通信特性データを計算し、各通信用無線機の物理パラメータを設定すればよいので、より簡単である。
図４、図５Ａ、図５Ｂおよび図６を用いて、無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの他の例を説明する。
図４は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-2の構成を説明する図であり、図５Ａは、制御機10-2の動作を説明するフロー図であり、図５Ｂは、通信用無線機22-2の動作を説明するフロー図である。図６は動作タイミングを説明する図である。
無線システム101-2は、図１Ａの無線システム101と部分的に共通の構成を有するため、差分について説明する。実施例２では、図５Ａの処理S201～処理S204、処理S501～処理S503を定常的な処理ループとする。このループ処理を定期的に繰り返して、通信用無線機22の通信状態をサーバー空間上でモニタし、特性劣化がある場合に物理パラメータの変更を行う処理としている。
電磁界計算モデルを生成し(S203)、そののち電波環境計算部2は、同電磁界計算モデルを用いてサービスエリア内の電磁界分布を計算し(S204)、電磁界分布を電波環境蓄積記憶部8に蓄積する（S501）。
物理パラメータ計算部4を用いて、該電波環境蓄積記憶部8に蓄積された電磁界分布の変動を計算する（S502）。変動が許容範囲以内かを判定し（S503）、電磁界分布に許容以上の変動が生じた場合は、同電磁界計算モデルを用いて複数の通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータを変化させ、同電磁界分布の変動が減少する各通信用無線機が用いる電磁波の物理パラメータの新たな組み合わせを計算する(S205)。
計算した組合せを物理パラメータ記憶部7に書込み、該物理パラメータ記憶部7の内容を各通信用無線機22に送出する(S206)。
該複数の通信用無線機22は送出されたデータを読み込み(S207)、これを用いて通信に使用する電磁波の物理パラメータを変更する(S208)。
実施例２では、実施例１の通信特性を蓄積記憶する通信特性蓄積記憶部6を省略し、代わりに電磁界計算モデルを用いて計算した電波環境の履歴を蓄積記憶する電波環境蓄積記憶部8を設け、電波環境の変動に基づいて物理パラメータの更新必要性を判定する。
実施例１では、物理パラメータ変更の必要性を、通信用無線機22で計算した通信特性データをモニタすることで判定していた（図２ＢのS211、S212）。一方、実施例２では、物理パラメータ変更の必要性を、計測用無線機12からの計測データから電磁界計算モデルを用いて得た電波環境の変動をモニタすることで判定している（図５ＡのS501～S503）。
無線環境に追従して時間的に粒度の細かい制御を行うためには、実施例１では通信用無線機22からの通信特性データを得る間隔を短くし、実施例２では、電磁界計算モデルを用いて電波環境を計算する間隔を短くする必要がある。実施例１と比較すると、実施例２では、図５Ｂと図６に示すように、通信用無線機22-2の負担が小さくなるが、制御機10-2側で計測用無線機12から取り込む移動体に関する計算機処理頻度が増える。特に電磁界計算モデルの生成の負荷が大きい。いずれを採用するかは、用途やハードウェア構成に応じて決めればよい。
本実施例によれば、無線システムを構成する複数の無線機が通信で用いる電磁波の物理パラメータを、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を抑制するように変更して通信を行うことができるので、無線システムの通信性能の安定化に効果があり、通信品質の向上が実現できる。
上記実施例１および２では、通信特性データの変動あるいはモデルを用いて得た電波環境の変動を基に、物理パラメータの変更要否を判定している。通信特性データとモデルを用いて得た電波環境を比較して判定する手法もあり得るが、モデルの精度が高いことが前提である。
図７を用いて、実施例の無線システムの他の例を説明する。図７は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-3の構成を説明する図である。
実施例３は、図１Ａの実施例１と基本的に同じ構成である。実施例１と異なる点を説明する。実施例３では、計測用無線機12が制御機10と交信を行う計測用補助無線機14を具備する。計測用補助無線機14は、計測用補助無線機キャリア周波数発生器13と、計測用補助無線機アンテナ19を具備する。
また、通信用無線機22が制御機10と交信を行う通信用補助無線機24を具備する。通信用補助無線機24は、通信用補助無線機キャリア周波数発生器23と通信用補助無線機アンテナ29を具備する。
制御機10は、計測用補助無線機14と通信を行う第一の制御機用補助無線機34を具備し、第一の制御機用補助無線機34は、第一の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器33と第一の制御機用補助無線機アンテナ39を具備する。制御機10は、さらに通信用補助無線機24と通信を行う第二の制御機用補助無線機44を具備し、該第二の制御機用補助無線機44は、第二の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器43と第二の制御機用補助無線機アンテナ49を具備する。
実施例３では、上記構成によって、計測用補助無線機アンテナ19と第一の制御機用補助無線機アンテナ39の間で、計測用無線機12と制御機10間における計測データの転送を行う。また、通信用補助無線機アンテナ29と第二の制御機用補助無線機アンテナ49の間で、通信用無線機22と制御機10間における受信データおよび物理パラメータの転送を無線で行う。
本実施例によれば実施例１と比べて、計測用無線機12と制御機10間および計測用無線機12と制御機10間にデータ転送用のケーブルが不要となり、計測用無線機12および通信用無線機22の配置の自由度が向上すると共に、無線システム全体のハードウェアコスト低減に効果がある。
図８を用いて、実施例の無線システムの他の例を説明する。図８は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-4の構成を説明する図である。
実施例４は、図１Ａの実施例１と基本的に同じ構成である。実施例１と異なる点を説明する。実施例４では、計測用無線機12は、制御機10と交信を行う計測用補助無線機14を具備する。計測用補助無線機14は計測用補助無線機キャリア周波数発生器13と計測用補助無線機アンテナ19を具備する。
また、制御機10は、計測用補助無線機14と通信を行う第一の制御機用補助無線機34を具備する。第一の制御機用補助無線機34は、第一の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器33と第一の制御機用補助無線機アンテナ39を具備する。
さらに制御機10は、通信用無線機22と通信を行う第三の制御機用補助無線機54を具備する。第三の制御機用補助無線機54は、第三の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器53と第三の制御機用補助無線機アンテナ59を具備する。
上記構成により、計測用補助無線機アンテナ19と第一の制御機用補助無線機アンテナ39と間で、計測用無線機12と制御機10間における計測データの転送を無線で行うことができる。また、通信用アンテナ28と第三の制御機用補助無線機アンテナ59の間で、通信用無線機22と制御機10間における通信特性データおよび物理パラメータの転送を、通信用無線機2間で通信を行っていない時間帯を利用して無線で行うことができる。
本実施例によれば、図７の実施例と比べて、通信用無線機22に付加する通信用補助無線機24が不要となるので、通信用無線機22の製造コストが低減できる。よって、無線システム全体のハードウェアコスト低減に効果がある。
図９を用いて、実施例の無線システムの他の例を説明する。図９は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-5の構成を説明する図である。
実施例５は、図８の実施例４と基本的に同じ構成である。実施例４と異なる点は、計測用無線機12が測定用カメラ機器17と画像処理ユニット16に置換わることである。画像処理ユニット16はカメラ画像から物体への距離を算出して計測データを生成する。本実施例によれば、図８の実施例と比べて、サービスエリア内の物体の位置、形状に関する測定精度を向上できる。よって、サービスエリア内の通信特性を安定させるために変化させる物理パラメータを精度よく計算することが可能となり、システムの通信状態の安定度向上に効果がある。
図１０を用いて、実施例の無線システムの他の例を説明する。図１０は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-6の構成を説明する図である。
実施例５は、図４の実施例２と基本的に同じ構成である。実施例２と異なる点を説明する。計測用無線機12は、制御機10と交信を行う計測用補助無線機14を具備する。計測用補助無線機14は、計測用補助無線機キャリア周波数発生器13と計測用補助無線機アンテナ19を具備する。また、通信用無線機22が、制御機10と交信を行う通信用補助無線機24を具備する。通信用補助無線機24は、通信用補助無線機キャリア周波数発生器23と通信用補助無線機アンテナ29を具備する。
制御機10は、計測用補助無線機14と通信を行う第一の制御機用補助無線機34を具備する。第一の制御機用補助無線機34は、第一の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器33と、第一の制御機用補助無線機アンテナ39を具備する。制御機10は、さらに通信用補助無線機24と通信を行う第二の制御機用補助無線機44を具備する。第二の制御機用補助無線機44は、第二の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器43と第二の制御機用補助無線機アンテナ49を具備する。
上記構成により、計測用無線機12と制御機10間における計測データの転送および通信用無線機22と制御機10間における受信データおよび物理パラメータの転送を無線で行うことができる。
本実施例は図４の実施例２に対して、データ転送用のケーブルが不要となり、計測用無線機12および通信用無線機22の配置の自由度が向上すると共に、無線システム全体のハードウェアコスト低減に効果がある。
図１１を用いて、実施例の無線システムの他の例を説明する。図１１は、無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-7の構成を説明する図である。
図８の実施例４と異なる点は、計測用無線機12が計測用回転偏波無線機92に置換わる点である。計測用回転偏波無線機92は、計測用回転偏波周波数発生器91と、計測用回転偏波アンテナ98を具備する。計測用回転偏波無線機92は、計測用回転偏波周波数発生器91の周波数ｆｍｉで偏波面が回転する電波を送信する。計測用回転偏波無線機92は、先の実施例と同様にレーダー原理を用いて物体の位置や形を測定することができるが、受信する電波の偏波面の変化を測定することにより、物体の位置や形の変化を検知することもできる。電波の伝搬経路上の物体の位置や形の変化により、電波の偏波面が変化するからである。
計測用回転偏波無線機92は、物体の計測と、計測データの制御機10への送信を時分割で行う。計測データの制御機10への送信は、計測に使っていた電波を搬送波に用い、
計測データで変調すればよい。
回転偏波を用いる通信では、送受信機を取り囲む電磁波散乱体の配置の変化によって、送信波と受信波の間の偏波シフトが変化する。よって、計測用回転偏波無線機92はそのシフトを計測する。レーダーの動作は移動体の場所を直接測定するものであるのに対し、本実施例で回転偏波を用いて計測する場合は、回転偏波による無線機同士の通信を行い、互いに偏波シフトを測定する必要がある。偏波シフトを測定するために、例えば各計測用回転偏波無線機92の偏波位相を同期させる。
本実施例では、電波環境計算部2は、例えば計測用回転偏波無線機92間の通信経路で生じる偏波シフトのモデルを生成し、当該モデルによって、通信用無線機22間の通信経路で生じる偏波シフトを推定する。通信用無線機22からは、自局が他局から受信した電波の偏波シフトを通信特性データとして制御機10に送信する。
制御機10は、計測用回転偏波無線機92と通信を行う制御機用回転偏波補助無線機94を具備する。制御機用回転偏波補助無線機94は、制御機用補助回転偏波周波数発生器95と、該制御機用回転偏波補助無線機アンテナ99を具備する。回転偏波通信技術の例として、特開2017－046117号公報がある。
上記の構成により、計測用回転偏波無線機92と制御機10間における計測データの転送を、計測用回転偏波無線機92が計測に係る通信を該計測用回転偏波無線機間で行っていない時間帯を利用して無線で行うことと、通信用無線機22と制御機10間における受信データおよび物理パラメータの転送を通信用無線機間で通信を行っていない時間帯を利用して無線で行うことができる。
本実施例によれば図７の実施例３と比べて、計測用無線機12に付加する補助無線機および通信用無線機22に付加する補助無線機が不要となるので、通信用無線機の製造コストが低減できるので無線システム全体のハードウェアコスト低減に効果がある。
図１２を用いて、無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの他の例を説明する。図１２は、無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システム101-8の構成を説明する図である。
無線システム101-8は、複数の通信用回転偏波無線機20と、該通信用回転偏波無線機20の各々との間でデータ転送を行う制御機10から構成される。通信用回転偏波無線機20は、通信用回転偏波周波数発生器30と通信用回転偏波アンテナ40を具備する。
制御機10は、偏波データ記憶部41を具備し、複数の通信用回転偏波無線機20が送受信で使用する偏波に関するデータを読込み格納する。また、受信データ記憶部5を具備し、複数の通信用回転偏波無線機20の通信状態に関するデータを読込み格納すると共に同内容を通信特性蓄積記憶部6に蓄積する。
また、制御機10は、サービスエリア内の複数の通信用回転偏波無線機20の位置情報を、無線機位置記憶部9に記憶し、サービスエリア内の構造物の位置、形状、材質の情報を構造物データ記憶部3に記憶する。
制御機10は、該偏波データ記憶部41の内容と該無線機位置記憶部9の内容と該構造物データ記憶部3の内容を用いて偏波環境計算ユニット68により、サービスエリア内の偏波分布を計算する偏波環境計算モデルを生成する。そののち同偏波環境計算モデルを用いて各該通信用回転偏波無線機20の通信状態を推定する。
制御機10は、受信データ記憶部5に格納される最新の該通信用回転偏波無線機の通信状態および通信特性蓄積記憶部6に格納される時間を遡る通信用無線機の通信状態と同推定した通信状態を物理パラメータ計算部4により比較して、各該通信用回転偏波無線機20が通信に用いる電磁波の物理パラメータの更新必要性の有無を判断する。
更新が必要な場合には更新して同物理パラメータを物理パラメータ記憶部7に書込み、該物理パラメータ記憶部7の内容を各該通信用回転偏波無線機20に送出する。該複数の該通信用回転偏波無線機20は送出されたデータを用いて通信に使用する電磁波の物理パラメータを変更する。
実施例7で述べたように、偏波分布は物体の位置や形状で変化する。サービスエリア内で位置や形状が変化するのは、移動体1013だけであるから、移動体1013がない初期状態を理想的な電波環境と想定すれば、初期状態の電波環境分布（例えば偏波分布）に近づくように、物理パラメータ（例えば送信電波の偏波面）を制御すればよい。
本実施例によれば、個別の計測用無線機12を省略し、無線システムを構成する複数の無線機が通信で用いる電磁波の物理パラメータを通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を抑制するように変更して通信を行うことができる。よって、無線システムの通信性能の安定化に効果があり、通信品質の向上が実現できる。
図１３、図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１５を用いて、実施例の無線システムの例を説明する。図１３は無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの他の構成を説明する図であり、図１４Ａ、図１４Ｂは動作を説明するフロー図であり、図１５は動作タイミングを説明する図である。
無線システム101-9は、複数の計測用無線機12および複数の通信用無線機22と、該計測用無線機12および通信用無線機22の各々とデータ転送を行う制御機10-9と、制御機10-9とデータ転送を行うプラットフォーム用サーバー70で構成される。
計測用無線機12は、計測用無線機キャリア周波数発生器11と計測用アンテナ18を具備すると共に、計測用補助無線機14と結合される。計測用補助無線機14は、計測用補助無線機キャリア周波数発生器13と計測用補助無線機アンテナ19を具備する。計測用無線機12は制御機10-9との間で計測データを転送する。
通信用無線機22は、通信用無線機キャリア周波数発生器21と通信用アンテナ28を具備すると共に、通信用補助無線機24と結合される。通信用補助無線機24は、通信用補助無線機キャリア周波数発生器23と通信用補助無線機アンテナ29を具備する。通信用無線機22は、制御機10-9との間でデータの転送を行う。
制御機10-9は、第一の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器33と、第一の制御機用補助無線機アンテナ39を具備する第一の制御機用補助無線機34を具備し、計測用無線機12との間で計測データの転送をする。
また、制御機10-9は、第三の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器53と第二の制御機用補助無線機アンテナ59を具備する第二の制御機用補助無線機54を具備し、通信用無線機22との間でデータの転送をする。
また、制御機10-9は、第四の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器84と第四の制御機用補助無線機アンテナ88を具備する第四の制御機用補助無線機86を具備し、プラットフォーム用サーバー70との間でデータの転送をする。
また、プラットフォーム用サーバー70は、サーバー用補助無線機キャリア周波数発生器74とサーバー用補助無線機アンテナ78を具備するサーバー用補助無線機76を具備し、制御機10-9との間でデータの転送をする。
制御機10-9は、計測データ記憶部1を具備し、複数の計測用無線機12の計測データを読込み格納する(S201)。また、サービスエリア内の構造物の位置、形状、材質の情報を構造物データ記憶部3に記憶する。また、該計測データ記憶部1の内容と該構造物データ記憶部3の内容を用いて電波環境モデル計算部62により、サービスエリア内の電波環境を計算する電波環境モデルを生成し(S203)、計算した電波環境モデルを電波環境モデル蓄積記憶部81に格納し、プラットフォーム用サーバー70に送出する(S1401)。
また、制御機10-9は、受信データ記憶部5を具備し、複数の通信用無線機22の通信状態に関するデータを読込み格納する(S1402)。通信状態に関するデータを用いて、通信品質計算ユニット61により通信品質データを計算する(S1403)。得られた通信品質に関するデータを通信品質データ送信バッファ83に格納し、プラットフォーム用サーバー70へ送出する(S1404)。
制御機10-9は、サービスエリア内の複数の通信用無線機22の位置情報を無線機位置記憶部9に記憶する。記憶した位置情報を用いて、無線機配置計算ユニット69により無線機配置データを生成し(S1405)、プラットフォーム用サーバー70に送出する(S1406)。プラットフォーム用サーバー70は、得られたデータを無線機配置データ送信バッファ82に格納する。
プラットフォーム用サーバー70は、電波環境モデルを電波環境モデル受信バッファ71に読込む(S1410)。また、プラットフォーム用サーバー70は、無線機配置データを無線機配置データ受信バッファ72に読込む(S1411)。電波環境モデル受信バッファ71の内容と無線機配置データ受信バッファ72の内容を用いて、電波環境計算部65により、サービスエリア内の電磁界分布を計算する電磁界計算モデルを生成する(S1412)。
そののち同電磁界計算モデルを用いて各通信用無線機22の通信品質を推定し、通信品質データを通信品質データ受信バッファ73に読込むと共にその内容を通信特性蓄積記憶部6に蓄積する(S1414)。通信品質データ受信バッファ73に格納される最新の通信用無線機の通信品質および通信特性蓄積記憶部6に格納される時間を遡る通信用無線機の通信品質と同推定した通信品質を制御パラメータ計算ユニット66により比較して各通信用無線機22が通信に用いる電磁波の物理パラメータの更新必要性の有無を判断する。更新が必要な場合には更新すべき同物理パラメータに関する制御パラメータを制御パラメータ送信バッファ75に書込む(S2316-2320)。
更に、制御機10-9は、制御パラメータを制御パラメータ受信バッファ85に読込み(S1407)、制御パラメータ受信バッファ85の内容を用いて物理パラメータ計算部64により通信用無線機22が用いる電磁波の物理パラメータを決定する(S1408)。
決定した物理パラメータを物理パラメータ記憶部7に格納し、物理パラメータ記憶部7の内容を各通信用無線機22に送出する(S1409)。複数の通信用無線機22は、送出されたデータを用いて通信に使用する電磁波の物理パラメータを変更する。そして情報通信を開始する（S207-S210）。
本実施例によれば、無線システムを構成する複数の無線機が通信で用いる電磁波の物理パラメータを通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を抑制するように変更して通信を行うことができる。よって、無線システムの通信性能の安定化に効果があり、通信品質の向上が実現できる。さらに、一連の動作の中で膨大な計算を必要とする処理を、ネットワークを用いて容易にアクセス可能なサーバー内のプラットフォームで実行できるので、ハードウェア導入コストを大幅に低減する効果がある。
図１６、図１７Ａ、図１７Ｂおよび図１８を用いて、本発明による無線通信環境が変化する場合において通信品質を安定化させる無線システムの例を、説明する。図１６は無線システムの他の構成を説明する図であり、図１７Ａ、図１７Ｂは動作を説明するフロー図であり、図１８は動作タイミングを説明する図である。
無線システム110は、複数の通信用回転偏波無線機20と、該通信用回転偏波無線機20の各々との間でデータ転送を行う制御機100および制御機100とデータ転送を行うプラットフォーム用サーバー90から構成される。
通信用回転偏波無線機20は、通信用回転偏波周波数発生器21と、通信用回転偏波アンテナ40を具備し、通信用回転偏波無線機間で通信を行うと共に、通信用回転偏波無線機と制御機の間の通信を行う。
制御機100は、制御機用補助回転偏波無線機用回転偏波周波数発生器1053と、制御機用補助回転偏波無線機アンテナ1059を具備する制御機用補助回転偏波無線機1054を具備する。制御機100は、通信用回転偏波無線機20との間でデータの転送をする。制御機100はまた、第四の制御機用補助無線機キャリア周波数発生器84と、第四の制御機用補助無線機アンテナ88を具備する第一の制御機用補助無線機86を具備し、該プラットフォーム用サーバー90との間でデータの転送をする。
プラットフォーム用サーバー90は、サーバー用補助無線機キャリア周波数発生器74と、サーバー用補助無線機アンテナ1628を具備するサーバー用補助無線機76を具備し、該制御機100との間でデータの転送をする。
該制御機100は、偏波データ受信バッファ87を具備し複数の通信用回転偏波無線機20の送受信に用いる偏波に関するデータを読込み格納する(S1701)。該偏波データ受信バッファ87の内容を用いて偏波シフト計算ユニット67により、サービスエリア内の偏波環境を計算するために必要となる偏波シフトを生成し偏波シフト送信バッファ89に格納する(S1702)。偏波シフトはプラットフォーム用サーバー90に送信される(S1703)。
制御機100は、受信データ記憶部5を具備し、複数の通信用無線機22の通信状態に関するデータを読込み格納する(S1704)。制御機100は、同データを用いて通信品質計算ユニット61により通信品質データを計算し(S1705)、得られた通信品質に関するデータを通信品質データ送信バッファ83に格納し、プラットフォーム用サーバー90に送信する(S1706)。
制御機100は、サービスエリア内の複数の通信用無線機22の位置情報を無線機位置記憶部9に記憶し、同位置情報を用いて無線機配置計算ユニット69により無線機配置データを生成し(S1707)、得られたデータを無線機配置データ送信バッファ82に格納して、プラットフォーム用サーバー90に送出する(S1708)。
該プラットフォーム用サーバー90は、偏波シフトを偏波シフト受信バッファ1676に読込む(S1713)と共に無線機配置データを無線機配置データ受信バッファ72に読込む(S1712)。
プラットフォーム用サーバー90は、該偏波シフト受信バッファ1676の内容と無線機配置データ受信バッファ72の内容を用いて、偏波環境計算ユニット68により、サービスエリア内の偏波分布を計算する偏波環境計算モデルを生成する(S1714)。そののち同偏波環境計算モデルを用いて各通信用無線機22の通信品質を推定し(S1717)、通信品質データを通信品質データ受信バッファ73に読込む(S1716)。それと共に通信品質データを通信特性蓄積記憶部6に蓄積する(S1715)。
通信品質データ受信バッファ73に格納される最新の通信用無線機の通信品質および通信特性蓄積記憶部6に格納される時間を遡る通信用無線機の通信品質と同推定した通信品質を制御パラメータ計算ユニット66により比較する。そして各通信用無線機22が通信に用いる電磁波の物理パラメータの更新必要性の有無を判断し、更新が必要な場合には更新すべき同物理パラメータに関する制御パラメータを制御パラメータ送信バッファ75に書込む(S1718)。制御パラメータを制御機100に送出する(S1719)。
更に、制御機100は制御パラメータを制御パラメータ受信バッファ85に読込み(S1709)、制御パラメータ受信バッファ85の内容を用いて物理パラメータ計算部64により通信用無線機22が用いる電磁波の物理パラメータを決定する(S1710)。物理パラメータを物理パラメータ記憶部7に格納し、該物理パラメータ記憶部7の内容を各通信用無線機22に送出して(S1711)、該複数の通信用無線機22は送出されたデータを用いて通信に使用する電磁波の物理パラメータを変更する。
本実施例によれば、無線システムを構成する複数の回転偏波無線機が通信で用いる電磁波の物理パラメータである、回転偏波周波数及び送受信タイミングを、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を抑制するように変更して通信を行うことができる。
よって、無線システムの通信性能の安定化に効果があり、通信品質の向上が実現できる。さらに、一連の動作の中で膨大な計算を必要とする処理をネットワークを用いて容易にアクセス可能なサーバー内のプラットフォームで実行でき、且つサービスエリア内の物体の位置・形状・性質を測定するための新規の計測用無線機の導入が不要となる。これにより、本発明の無線システムのユーザーのハードウェア導入コストを大幅に低減する効果がある。
図１９により実施例１１を説明する。本実施例では、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。図１９は、無線システムで用いる送信機の構成図の例である。
送信機221は、情報信号発生回路123と、キャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、可変利得電力増幅器125と、第一のアンテナ128を具備する。情報信号発生回路123で生成された情報信号は、キャリア周波数発生回路121で生成された搬送波により、第一の送信ミキサ124でアップコンバートされ、可変利得電力増幅器125で電力増幅されたのち第一のアンテナ128を介して空間に放射される。
本送信機では、制御機10から与えられる物理パラメータ情報により電磁波の物理パラメータである振幅あるいは送信電力を変化できるので、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機の出力電力分布の変更により抑制可能とし無線システムの通信性能の安定化に効果がある。
図２０により実施例１２を説明する。本実施例では、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。図２０は、無線システムで用いる送信機の構成図の他の例である。
送信機221-2は、情報信号発生回路123と、キャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、可変回転偏波周波数発生回路160と、第三の送信ミキサ126と、第一のアンテナ128を具備する。
情報信号発生回路123で生成された情報信号は、可変回転偏波周波数発生回路160で生成されたサブキャリアにより、サブキャリア用の第三の送信ミキサ126で変調される。引き続き、キャリア周波数発生回路121で生成された搬送波により、第一の送信ミキサ124でアップコンバートされ、第一のアンテナ128を介して空間に放射される。
本送信機では、制御機10から与えられる物理パラメータ情報により電磁波の物理パラメータである周波数を変化できる。無線通信のサービスエリア内に存在する物体の寸法は概略メートルのオーダーであるから、この寸法オーダーと同程度の波長オーダーのサブキャリア周波数ｆｓｃを用いて同サブキャリアの周波数を変化させることにより、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機のサブキャリア周波数の分布の変更により抑制可能とし無線システムの通信性能の安定化に効果がある。
図２１により実施例１３を説明する。本実施例では、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。
図２１は、無線システムで用いる送信機の構成図の他の例である。送信機221-3は、情報信号発生回路123とキャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、第一の可変移相器161と、第二の可変移相器162と、第一のアンテナ128と、該第一のアンテナ128と空間的に直交関係のない第二のアンテナ129を具備する。
情報信号発生回路123で生成された情報信号は、キャリア周波数発生回路121で生成された搬送波により、第一の送信ミキサ124でアップコンバートされ二分岐される。夫々の分岐出力は、第一の可変移相器161および第二の可変移相器162を経由して、第一のアンテナ128および第二のアンテナ129を介して空間に放射される。
第一の可変移相器161および第二の可変移相器162の位相変化のオーダーは、搬送波周波数ｆｃの周期のオーダーに等しい。本送信機では、制御機10から与えられる物理パラメータ情報により電磁波の物理パラメータである相対位相を変化できる。
一般に搬送波の周波数は情報信号の周波数と比べてより高いオーダーであるから、両アンテナから放射される電磁波は搬送波の位相のみが異なると考えてよい。第一の可変移相器161および第二の可変移相器162の位相により、第一のアンテナ128および第二のアンテナ129から放射される電波の搬送波に位相差が生じる。生じた位相差により送信電波の指向性を変化させることにより、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機の送信指向性の分布の変更により抑制可能とする。これにより、無線システムの通信性能の安定化に効果がある。本実施例は、一般的な通信の他、回転偏波を用いた通信にも適用が可能である。
図２２により実施例１４を説明する。本実施例では、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。
図２２は、無線システムで用いる送信機の構成図の他の例である。送信機221-4は、情報信号発生回路123と、キャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、第一の可変移相器161と、第二の可変移相器162と、第一の可変電力増幅器163と、第二の可変電力増幅器164と、第一のアンテナ128と、該第一のアンテナ128と空間的に直交関係のない第二のアンテナ129を具備する。
情報信号発生回路123で生成された情報信号は、キャリア周波数発生回路121で生成された搬送波により、第一の送信ミキサ124でアップコンバートされ二分岐される。夫々の分岐出力は、第一の可変移相器161および第二の可変移相器162を経由して、第一の可変電力増幅器163および第二の可変電力増幅器164により電力に重みを付けて、第一のアンテナ128および第二のアンテナ129を介して空間に放射される。
本実施例では図２１の実施例と同様に送信電波の指向性を変化させることができるが、その指向性変化の制御を、電磁波の物理パラメータである振幅と位相の二種類を用いてより精度よく調整することが可能となり、図２１の実施例と比べて無線システムの通信性能の安定化機能を向上させることができる。
図２３により実施例１５を説明する。本実施例では、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。図２３は、回転偏波を用いて通信を行う無線システムで用いる送信機の構成図の他の例である。
送信機221-5は、情報信号発生回路123と、キャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、余弦振幅重み回路165と、正弦振幅重み回路166と、第一のアンテナ128と、該第一のアンテナ128と空間的に直交関係にある第二のアンテナ129oを具備する。
情報信号発生回路123で生成された情報信号は、キャリア周波数発生回路121で生成された搬送波により、第一の送信ミキサ124でアップコンバートされ二分岐される。夫々の分岐出力は、余弦振幅重み回路165と正弦振幅重み回路166により振幅に重みを付けて、第一のアンテナ128および第二のアンテナ129oを介して空間に放射される。本実施例では電磁波の物理パラメータである送信電波の偏波面の角度を可変とできる。
無線通信のサービスエリア内に存在する構造物および物体によって引き起こされる電磁波の反射および透過の際に電磁波はその偏波を変化させ、良好な通信品質を得る為の条件である送信偏波と受信偏波の一致が保たれなくなる。送信電波の偏波を変化させることで送受信偏波の一致が可能となる。
本実施例は、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機の送信電波の偏波を変化させることにより抑制可能とし無線システムの通信性能の安定化に効果がある。
図２４により実施例１６を説明する。本実施例では、既に述べた実施例に適用可能な、通信に用いる電磁波の物理パラメータを変更する通信用無線機の送信回路の動作を説明する。
図２４は、回転偏波を用いて通信を行う無線システムで用いる送信機の構成図の例である。送信機221-6は、情報信号発生回路123と、キャリア周波数発生回路121と、第一の送信ミキサ124と、第二の送信ミキサ127と、第三の送信ミキサ126と、第四の送信ミキサ169と、可変回転偏波周波数発生回路160と、回転偏波周波数帯90°移相器167と、第一のアンテナ128と、該第一のアンテナ128と空間的に直交関係にある第二のアンテナ129oを具備する。
情報信号発生回路123で生成された情報信号は二分岐される。夫々の分岐出力は第一の送信ミキサ124および第二の送信ミキサ127によりキャリア周波数発生回路121で生成された搬送波によりアップコンバートされ、第一のアンテナ128および第二のアンテナ129oを介して空間に放射される。
本実施例では、第三の送信ミキサ126と、第四の送信ミキサ169と、可変回転偏波周波数発生回路160と、回転偏波周波数帯90°移相器167により、送信電波の偏波が回転偏波周波数ｆｓｃで回転する。
無線通信のサービスエリア内に存在する物体の寸法は概略メートルのオーダーである。よって、この寸法オーダーと同程度の波長オーダーの回転偏波周波数ｆｓｃを用いて回転偏波を変化させることにより、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機の回転偏波周波数の分布の変更により抑制可能とし、無線システムの通信性能の安定化に効果がある。
図２５により実施例１７を説明する。本実施例のIoT無線モニタリングシステム1101-2は、複数の固定の構造物1012と移動体1013が存在する建屋1011の内部に、複数の計測用無線機12と、複数の通信用無線機22と、制御機10を具備する。
通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機22の送信電波の指向性の分布の変更により抑制可能とし、IoT無線モニタリングシステムの通信性能の安定化に効果がある。本実施例によればサービスエリア内の構造物および移動体の変化によらず安定した通信性能を維持可能なIoT無線モニタリングシステムを実現することができる。
図２６により実施例１８を説明する。本実施例のIoT無線モニタリングシステム1101-3は、複数の固定の構造物1012と移動体1013が存在する建屋1011の内部に、複数の計測用無線機12と、複数の通信用無線機22と、制御機10を具備する。
既に述べた構成により、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用無線機22の送信電波の偏波の分布の変更により抑制可能とし、IoT無線モニタリングシステムの通信性能の安定化に効果がある。本実施例によればサービスエリア内の構造物および移動体の変化によらず安定した通信性能を維持可能なIoT無線モニタリングシステムを実現することができる。
図２７により実施例１９を説明する。本実施例のIoT無線モニタリングシステム1101-4は、複数の固定の構造物1012と移動体1013が存在する建屋1011の内部に、複数の計測用無線機12と、複数の通信用回転偏波無線機22Pと、制御機10と、サーバー1008を具備する。
既に述べた構成により、通信サービスエリア内の電波環境の物質的変動により生じる電波環境の変動を、無線システムを構成する複数の通信用回転偏波無線機22Pの回転偏波周波数の分布の変更により抑制可能とする。本実施例によればサービスエリア内の構造物および移動体の変化によらず安定した通信性能を維持可能なIoT無線モニタリングシステムを実現することができる。
無線通信システムを設計する場合、例えば、通信環境に不確定要因(移動体や大気の変動)がないものとして基本設計を行ったうえで、不確定要因を吸収するために、そのシステムによって得られる受信電界強度などの受信品質に所定のマージンを加えてシステムとする場合がある。以上説明した実施例によれば、不確定要因である無線環境の動的変化に追随して、動的に無線機の性能を変化させることかできる。よって、静的環境を想定して設計した無線システムの上記マージン部分を圧縮することができ、システムのコスト削減に有効である。
1…計測データ記憶部
2…電波環境計算部
3…構造物データ記憶部
4…物理パラメータ計算部
5…受信データ記憶部
6…通信特性蓄積記憶部
7…物理パラメータ記憶部
8…電波環境蓄積記憶部
9…無線機位置記憶部
10…制御機

Claims (15)

  1. 無線機の送信電磁波の物理特性を制御する無線通信方法であって、
    前記無線機のサービスエリア内の物体の位置情報および寸法情報を用いて、前記サービスエリア内の通信環境を推定する電磁界モデルを生成し、
    前記電磁界モデルを用いて前記無線機の通信特性を推定し、
    前記物体の位置情報および寸法情報は、前記物体の位置および寸法の変化に関する情報を、受信された電波の偏波面の変化により測定した情報を含み、
    前記通信特性に基づいて前記物理特性を変更して通信を行う無線通信方法。
  2. 前記物体の位置情報および寸法情報は、前記物体の位置および寸法の変化に関する情報を、レーダーの原理により測定した情報を含む、
    請求項１記載の無線通信方法。
  3. 回転偏波による計測用無線機同士の通信を行い、前記偏波面の変化を測定するために、前記計測用無線機同士は偏波位相を同期させる、
    請求項１記載の無線通信方法。
  4. 前記物体の位置情報および寸法情報は、レーダーの原理あるいは受信された電波の偏波面の変化により測定した情報と、前記物体に関してデータベースに記録された情報を含む、
    請求項１記載の無線通信方法。
  5. 前記無線機で測定した通信特性に関する情報の履歴を蓄積して、当該通信特性の変化に基づいて前記物理特性の変更の必要性を判定し、
    前記電磁界モデルを用いて前記物理特性の変更による前記無線機の通信特性を推定し、
    前記通信特性の推定結果に基づいて、前記無線機の物理特性の変更を行う、
    請求項２記載の無線通信方法。
  6. 複数の通信用無線機と、制御機を備え、
    前記制御機は、
    前記通信用無線機の位置を記憶する無線機位置記憶部と、
    前記通信用無線機のサービスエリア内の物体の位置および寸法の変化に関する計測データを記憶する計測データ記憶部と、
    前記通信用無線機のサービスエリア内の物体の位置および寸法の情報に関する構造物データを記憶した構造物データ記憶部と、
    前記通信用無線機の位置、前記計測データおよび前記構造物データに基づいて、前記サービスエリア内の電波環境を計算するためのモデルを生成する電波環境計算部と、
    前記電波環境に基づいて電波環境が所定の目標値に近づくように物理パラメータを計算する物理パラメータ計算部と、を備え、
    前記制御機は、
    前記物理パラメータを前記通信用無線機に送信し、
    前記通信用無線機は、
    受信した前記物理パラメータに基づいて送信条件を変更し、
    前記通信用無線機は回転偏波無線機であり、
    前記計測データは前記回転偏波無線機の偏波情報であり、
    前記電波環境は偏波の状態であり、
    前記送信条件として、
    前記回転偏波無線機が送出する回転偏波の偏波の状態を変化させることを特徴とする、
    無線通信システム。
  7. 前記構造物データは、さらに前記サービスエリア内の物体の材質に関する情報を含む、
    請求項６記載の無線通信システム。
  8. さらに複数の計測用無線機を具備し、
    前記計測用無線機が計測した前記計測データを、前記計測用無線機から前記制御機に送信する、
    請求項６記載の無線通信システム。
  9. 前記送信条件として、
    前記通信用無線機の送信電力を変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
  10. 前記送信条件として、
    前記通信用無線機の送信する電磁波の偏波角度を変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
  11. 前記送信条件として、
    前記通信用無線機の送信する電磁波の伝播周波数を変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
  12. 前記送信条件として、
    前記通信用無線機の送信指向性を変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
  13. 前記通信用無線機の送信指向性を、電磁波の振幅と位相の二種類を用いて制御することを特徴とする、
    請求項１２記載の無線通信システム。
  14. 前記回転偏波無線機の送受信タイミングを変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
  15. 前記回転偏波無線機の偏波回転周波数を変化させることを特徴とする、
    請求項６記載の無線通信システム。
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