JP7585472B2 - 固定無線機及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、固定無線機における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整する無線通信システムに係り、特に、固定無線機の設置状態に応じて指向性ビーム制御を行う固定無線機及び無線通信システムに関する。

［従来の技術］
ＲＲＨ（Remote Radio Head）、ＲＯＦ（Radio Over Fiber）、ＤＡＳ（Distributed Antenna System：分散型アンテナシステム）等のシステムに代表される、無線通信に対する３ＧＰＰ（登録商標）（3rd Generation Partnership Project）、３ＧＰＰ（登録商標） ＬＴＥ無線規格に対応した光伝送装置がある。

これら光伝送装置において、高速シリアル通信規格である、ＳＥＲＤＥＳ（SERializer／DESerializer）、例えば、ＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）などの技術を用いた、ＳｌａｖｅＰｏｒｔ光変換部、並びにＭａｓｔｅｒＰｏｒｔ光変換部を保有し、光トランシーバを搭載し、親局（親機）と子局（子機）との間でデータ通信を行う機能を有するものがある。

従来、指向性アンテナを備える無線機が、当該指向性アンテナを介して無線通信を行う無線通信システムにおいて、アンテナ張り出しを行う無線基地局アンテナ張出装置として、ＤＡＳ装置又はＲＯＦ装置がある。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１４－１５０３８８号公報「無線通信装置、制御方法及び制御プログラム」（特許文献１）がある。
特許文献１には、指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整する無線通信システムにおいて、高速にビーム角度を調整可能な指向性制御方法が示されている。

特開２０１４－１５０３８８号公報

しかしながら、従来の指向性アンテナを備える無線機では、ビル屋内、トンネル、地下等の閉空間に設置する際に、当該アンテナの指向性は固定、あるいは準固定であり、指向性アンテナのビーム方向の調整は個々に行わなければならず、調整に手間が掛かるという問題点があった。

尚、特許文献１は、移動状態を取得する移動状態取得部から得られる移動情報に基づき、水平面に対する指向性アンテナの垂直方向の向きを決定する際の操作範囲を設定する方法が示されているが、無線機の設置状態に応じて自動的に指向性ビーム制御を行うことについての記載がない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、固定無線機の設置状態に応じて自動的に指向性ビーム制御を行う固定無線機及び無線通信システムを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線通信における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整する固定無線機であって、当該無線機の設置方向、傾きを検出する検出部と、検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整する制御部と、を備え、制御部が、起動時に、検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整し、接続する上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正することを特徴とする。

本発明は、上記固定無線機において、検出部が、三軸センサであり、制御部が、指向性アンテナのビーム角度とビーム幅を制御することでビーム方向を調整することを特徴とする。

本発明は、上記固定無線機において、検出部には、温度を検出する温度センサを備え、制御部が、温度センサで検出された温度が特定のしきい値以上の温度になると、指向性アンテナのビーム方向の制御を行わず、無指向性とすることを特徴とする。

本発明は、上記固定無線機において、制御部が、接続する上位装置に指向性アンテナのビーム方向に関する情報を送信することを特徴とする。

本発明は、上記固定無線機を複数備え、複数の固定無線機に接続する上位装置を有する無線通信システムであって、上位装置が、複数の固定無線機からの指向性アンテナのビーム方向に関する情報を受信して、複数の固定無線機によって形成される総合的なビームエリアを最適化するよう各固定無線機における指向性アンテナのビーム方向を個別に補正する指示を各固定無線機に送信し、各固定無線機が、上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正することを特徴とする。

本発明によれば、無線通信における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整する固定無線機であって、当該無線機の設置方向、傾きを検出する検出部と、検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整する制御部と、を備え、制御部が、起動時に、検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整し、接続する上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正するものとしているので、設置状態に応じて起動時に自動的に指向性ビーム制御を行い、更に上位装置からの指示で指向性ビーム補正を行うことができる効果がある。

本発明によれば、検出部には、温度を検出する温度センサを備え、制御部が、温度センサで検出された温度が特定のしきい値以上の温度になると、指向性アンテナのビーム方向の制御を行わず、無指向性とする上記固定無線機としているので、熱を消費する指向性制御を停止して熱上昇を防止できる効果がある。

本発明によれば、制御部が、接続する上位装置に指向性アンテナのビーム方向に関する情報を送信する上記固定無線機としているので、上位装置は接続する固定無線機のビーム方向の状況を容易に管理することができる効果がある。

本発明によれば、上記固定無線機を複数備え、複数の固定無線機に接続する上位装置を有する無線通信システムであって、上位装置が、複数の固定無線機からの指向性アンテナのビーム方向に関する情報を受信して、複数の固定無線機によって形成される総合的なビームエリアを最適化するよう各固定無線機における指向性アンテナのビーム方向を個別に補正する指示を各固定無線機に送信し、各固定無線機が、上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正するものとしているので、複数の固定無線機によって総合的に形成されるビームエリアを上位装置が容易に最適化できる効果がある。

本無線機を天井や壁に設置した場合のビームの垂直方向の広がりを示す本システムの概略図である。 本無線機を壁に設置した場合のビームの水平方向の広がりを示す本システムの概略図である。 子機の構成ブロック図である。 子機の起動時の処理を示すフロー図である。 子機のビーム設定処理を示すフロー図である。 子機の上位設定指示の処理を示すフロー図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る固定無線機（本無線機）は、無線通信における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整するものであり、検出部が、当該無線機の設置方向、傾きを検出し、制御部が、検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整するようにしているので、設置状態に応じて自律的に指向性ビームの制御を行うことができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本システム）は、複数の本無線機に接続する上位装置を有する無線通信システムであって、上位装置が、複数の本無線機からの指向性アンテナのビーム方向に関する情報を受信して、複数の本無線機によって形成される総合的なビームエリアを最適化するよう各本無線機における指向性アンテナのビーム方向を個別に補正する指示を各本無線機に送信し、各本無線機が、上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正するものとしているので、複数の本無線機によって総合的に形成されるビームエリアを上位装置が容易に最適化できるものである。

［本システム：図１，２］
本システムについて図１，２を参照しながら説明する。図１は、本無線機を天井や壁に設置した場合のビームの垂直方向の広がりを示す本システムの概略図であり、図２は、本無線機を壁に設置した場合のビームの水平方向の広がりを示す本システムの概略図である。尚、図１が加速度センサで設置方向を選択したイメージであり、図２がエリア設計や電力制御によるビームフォーミングを行ったエリア選択のイメージである。
本システムは、図１，２に示すように、サーバ等の上位装置１と、集約装置（親局装置／親機）２と、複数の本無線機（子局装置／子機）３と、複数の移動機４とを備えている。
上位装置１と親機２とは有線又は無線で接続し、親機２と子機３とは光ファイバーケーブル１０等の有線ケーブルで有線接続し、子機３と移動機４とは無線接続している。

図１，２に示すように、子機３を設置する場所に応じて、要求される指向性アンテナのビームは変化する。
例えば、図１に示すように、子機３を天井又は壁に設置した場合、いずれも下向きのビームとなるが、天井に設置する場合には垂直方向に大きく広がるビームが必要であり、壁に設置する場合には狭いビームで十分有効である。
また、図２に示すように、子機３を全て壁に設置する場合でも、設置場所の形状や奥行きに応じて、要求されるビームの水平方向の向きや広がりは異なる。

本システムでは、子機３が、設置場所に応じて、指向性アンテナのビーム方向及び広がり（角度）を自律的に制御すると共に、上位装置１が、複数の子機３からの情報に基づいて、それぞれの子機３のビーム方向を個別に補正して、最適なビームエリアを形成するようにしている。

［本システムの各部］
［上位装置１］
上位装置１は、サーバ等のコンピュータ装置で、複数の子機３、移動機４を管理している。
具体的には、上位装置１は、子機３の識別番号（子機ＩＤ）とその設置場所（ロケーション）を記憶し、子機３内の三軸センサで得られた子機３の傾き、設置方向の情報と、その情報によって制御される指向性アンテナのビーム方向の情報（角度方向［ビーム角度］、半値幅［ビーム幅］）を子機３から取得して子機ＩＤに関連付けて記憶している。

また、上位装置１は、子機３の指向性アンテナのビーム方向（ビームフォーミング）を制御するため、ビーム方向を補正する指示を、親機２を介して子機３に送信する。
当該指示は、ビーム角度、ビーム幅のデータであってもよいし、運用しているビーム方向を補正する補正パラメータ（設定パラメータ）であってもよい。
上位装置１は、各子機３のビーム方向を個々に制御することで、子機３全体で形成されるビームエリアを最適化できるものである。

［親機２］
親機２は、上位装置１と接続すると共に、複数の子機３と光ファイバーケーブル１０で接続している。
親機２の通信インタフェース部は、子機３からの光信号を受信して電気信号に変換する光／電気変換部と、子機３向けの電気信号を送信用として光信号に変換する電気／光変換部とを備え、更に上位装置１との通信用のインタフェース部を備えている。
尚、上位装置１が行う処理を親機２で代わりに行うようにしてもよい。

［子機３：図３］
子機３は、地下街、ビル屋内の通路に沿って、天井、壁、床等に複数配置され、指向性アンテナを有し、近くを移動又は静止する移動機４と無線通信を行う。
そして、内蔵する三軸センサ（加速度センサ）で子機３の傾き、設置方向の情報を検出し、検出された情報に基づいて指向性アンテナのビーム方向（ビーム角度、ビーム幅）を調整する。
上述したように、子機３は、設置される場所によって傾きや設置方向が異なるため、本システムの子機３では、これらの情報に基づいて適切なビーム方向となるよう自律的に調整する。

次に、子機３について図３を参照しながら説明する。図３は、子機の構成ブロック図である。
子機３は、図３に示すように、アンテナ部３１と、無線処理本体部３２と、無線処理部３３と、センサ部３４と、補正部（フォーミングパターン補正部）３５と、フォーミングパラメータ選択部３６と、復調部３７と、変調部３８と、有線インタフェース部３９ａと、有線インタフェース部３９ｂとを有している。

アンテナ部３１は、指向性アンテナで、移動機４との間で無線の送受信を行う。
無線処理本体部３２は、無線処理部３３と、センサ部３４と、補正部３５と、フォーミングパラメータ選択部３６と、復調部３７と、変調部３８と、有線インタフェース部３９ａと、有線インタフェース部３９ｂとを内蔵している。

無線処理部３３は、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、ＲＦ信号変換の機能を備え、有線インタフェース部３９ａを介して親機２からの信号を入力して復調処理を行って受信し、更に変調処理を行ってアンテナ部３１に出力して移動機４に送信する。
また、無線処理部３３は、アンテナ部３１から入力された移動機４からの信号を復調処理して受信し、更に変調処理して有線インタフェース部３９ｂから親機２に送信する。

無線処理部３３は、フォーミングパラメータ選択部３６から設定されるパラメータに従い、指向性アンテナのビームを形成する。
具体的には、補正部３５で、センサ部３４からの検出データに基づいて、垂直方向のビーム方向・幅が補正され、上位装置１からの指示のデータに基づいて、水平方向のビーム方向・幅が補正される。尚、上位装置１からの指示のデータで垂直方向のビーム方向・幅を補正してもよい。

つまり、補正部３５で、補正値によりパラメータが修正され、修正したらパラメータをフォーミングパラメータ選択部３６が選択して、無線処理部３３に設定して、上記のビームの方向・幅の補正が実現される。従って、補正部３５は、フォーミングパターンを補正し、フォーミングパラメータ選択部３６は、フォーミングパターンを選択するものである。

センサ部３４は、三軸センサ（加速度センサ）であり、子機３の傾き、設置方向の情報を検出する。センサ部３４は、請求項で検出部としている。
また、センサ部３４に温度センサを含め、特定のしきい値以上の温度になったか否かを検出する。この温度センサの検出結果も指向性アンテナのビーム方向制御に関係する。詳細は後述する。

補正部３５は、センサ部３４からの傾き、設置方向の情報に基づいて垂直方向のビーム角度・幅の補正を行う補正値を取得する。補正部３５には、レジストリ（対応テーブル）を備え、傾き、設置方向の情報に対応する補正値を出力するようになっている。つまり、補正部３５で、指向性アンテナのビーム方向を形成するビームフォーミングパラメータにレジストリから得られる補正値を加算することになる。

ここで、傾きは、子機３の傾き具合（傾き状態）を示す数値であり、設置方向は、天井、壁又は床等の設置位置から得られるアンテナが向けられた方向を示すものである。
つまり、補正部３５は、ビームフォーミングパラメータに補正値を加算し、フォーミングパラメータ選択部３６に加算されたフォーミングパラメータを出力する。

また、補正部３５は、センサ部３４の温度センサが特定のしきい値以上の温度になったことを検出すると、指向性アンテナのビーム方向の制御を行わず、無指向性とする。
これは、例えば、天井近辺で熱がこもって特定のしきい値以上の温度になると、熱を消費する指向性制御を停止して、熱が上がらないようにするための措置である。

フォーミングパラメータ選択部３６は、無線で行うビーム形成（ビームフォーミング）のためのパラメータを選択して無線処理部３３に設定する。
復調部３７は、上位装置１からの設定パラメータを有線インタフェース部３９ａから入力して復調し、補正部３５に出力する。
変調部３８は、設定パラメータを変調して上位装置１向けの伝送用コードに変換して有線インタフェース部３９ｂに出力する。
尚、補正部３５、フォーミングパラメータ選択部３６、復調部３７、変調部３８は、請求項では制御部としている。

有線インタフェース部３９ａは、親機２からの光信号を入力し、電気信号に変更し、無線処理部３３に出力すると共に、復調部３７に設定パラメータの信号を出力する。
有線インタフェース部３９ｂは、無線処理部３３からの信号と変調部３８からの設定パラメータの信号を入力し、電気信号を光信号に変換して親機２に送信する。

［移動機４］
移動機４は、本システムで形成されるビームエリア内を移動して子機３と無線通信し、親機２を介して上位装置１或は上位装置１の先でネットワークを介して管理サーバで管理されるものである。
［光ファイバーケーブル１０］
光ファイバーケール１０は、無線データを光多重により通信する。

［子機３の処理：図４～６］
次に、子機３における処理について図４～６を参照しながら説明する。図４は、子機の起動時の処理を示すフロー図であり、図４は、子機のビーム設定処理を示すフロー図であり、図６は、子機の上位設定指示の処理を示すフロー図である。

［起動時の処理：図４］
子機３の起動時の処理は、図４に示すように、センサ部３４を起動して（Ｓ１）、ビーム設定処理を行い（Ｓ２）、処理を終了する。
ビーム設定処理については、図５を用いて説明する。

［ビーム設定処理：図５］
子機３のビーム設定処理は、図５に示すように、センサ部３４からセンサ値を取得し（Ｓ１１）、補正部３５で補正値を計算し、レジストリ値を加算してフォーミングパラメータを求める（Ｓ１２）。
そして、フォーミングパラメータ選択部３６は、補正部３５からの補正値が加算されたフォーミングパラメータを入力し、そのフォーミングパラメータを決定（選択）し、無線処理部３３にパラメータを設定し（Ｓ１３）、処理を終了する。

［上位設定指示処理：図６］
子機３の上位設定指示処理は、図６に示すように、有線インタフェース部３９ａから上位装置１の設定パラメータを復調部３７が復調し（Ｓ２１）、復調した設定パラメータで補正部３５のレジストリ値を更新する（Ｓ２２）。
そして、図５で説明したビーム設定処理を行い（Ｓ２３）、処理を終了する。

上述したように、上位装置１又は親機２は、子機３の設置場所が天井なのか壁なのかを子機３のセンサ部３４から取得することができ、フォーミング用のパラメータ情報を設置場所の子機個別に指示することで、子機３のビーム補正情報を修正できるものである。

上位装置１又は親機２は、複数の子機３全体で構築されるアンテナビームを把握して、各子機３のビームフォームで形成される全体的なビームエリアのバランスを調整してビームエリアを最適化するよう、各子機３に対してそれぞれビーム補正情報を修正する。

本システムでは、子機３がセンサ部３４で検出したセンサ情報で、例えば壁設置なら半値幅を絞り下方向、天井設置なら半値幅をできる限り広げるビーム制御を自律的に行うことができ、子機３の施工を容易にできる。
また、上位装置１又は親機２により、子機３の設置方向の情報や追加修正（水平方向のビームの向き、絞り、角度）を行うことが可能となる。

本システムは、設置方向に制限がなく、加速度センサによって自律的にビーム方向を修正できるため、個別設定が不要で施工性が高く有利である。
また、本システムでは、エリアパーティション変更（ショッピングモールなどの、エリア区分けがしばしば変更になるような空間）は、必要に応じて子機３の指向性アンテナのビーム方向の微調整を上位装置１より実施すれば、設置後でも簡単に修正できるため、有利である。

更に、本システムでは、天井設置は熱が逃げにくいという不利な場合もあり、温度センサを組み合わせることで、しきい値を超えた場合は指向制御回路をバイパスし、天井設置の場合は自律的に無指向に設定して発熱量を抑えることができるので有利である。

［実施の形態の効果］
本無線機によれば、無線通信における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整するもので、センサ部３４が、当該無線機の設置方向、傾きを検出し、補正部３５が、センサ部３４で検出された設置方向及び傾きに基づき指向性アンテナのビーム方向を調整するようにしているので、設置状態に応じて自律的に指向性ビームの制御を行うことができる効果がある。

本システムによれば、複数の本無線機（子機）３に接続する上位装置１を有する無線通信システムであり、上位装置１が、複数の子機３からの指向性アンテナのビーム方向に関する情報を受信して、複数の子機３によって形成される総合的なビームエリアを最適化するよう各子機３における指向性アンテナのビーム方向を個別に補正する指示を各子機３に送信し、各子機３が、上位装置１からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正するものとしているので、複数の子機３によって総合的に形成されるビームエリアを上位装置１が容易に最適化できるものである。

この出願は、２０２１年５月７日に出願された日本出願特願２０２１－０７９２６９を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

本発明は、固定無線機の設置状態に応じて自動的に指向性ビーム制御を行う固定無線機及び無線通信システムに好適である。

１…上位装置、 ２…親機、 ３…子機、 ４…移動機、 １０…光ファイバーケーブル、 ３１…アンテナ、 ３２…無線処理本体部、 ３３…無線処理部、 ３４…センサ部、 ３５…補正部、 ３６…フォーミングパラメータ選択部、 ３７…復調部、 ３８…変調部、 ３９ａ，３９ｂ…有線インタフェース部

Claims (5)

1. 無線通信における指向性アンテナのビーム角度を自律的に調整する固定無線機であって、
   当該無線機の設置方向、傾きを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき前記指向性アンテナのビーム方向を調整する制御部と、を備え、
   前記制御部は、起動時に、前記検出部で検出された設置方向及び傾きに基づき前記指向性アンテナのビーム方向を調整し、接続する上位装置からの指示により前記指向性アンテナのビーム方向を補正することを特徴とする固定無線機。
2. 前記検出部は、三軸センサであり、
   前記制御部は、指向性アンテナのビーム角度とビーム幅を制御することでビーム方向を調整することを特徴とする請求項１記載の固定無線機。
3. 前記検出部には、温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御部は、前記温度センサで検出された温度が特定のしきい値以上の温度になると、前記指向性アンテナのビーム方向の制御を行わず、無指向性とすることを特徴とする請求項１又は２記載の固定無線機。
4. 前記制御部は、接続する上位装置に指向性アンテナのビーム方向に関する情報を送信することを特徴とする請求項１又は２記載の固定無線機。
5. 請求項４記載の固定無線機を複数備え、前記複数の固定無線機に接続する上位装置を有する無線通信システムであって、
   前記上位装置は、前記複数の固定無線機からの指向性アンテナのビーム方向に関する情報を受信して、前記複数の固定無線機によって形成される総合的なビームエリアを最適化するよう前記各固定無線機における指向性アンテナのビーム方向を個別に補正する指示を当該各固定無線機に送信し、
   前記各固定無線機は、前記上位装置からの指示により指向性アンテナのビーム方向を補正することを特徴とする無線通信システム。

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