WO2020004010A1 - 移動局制御方法及び移動局制御装置 - Google Patents

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WO2020004010A1
WO2020004010A1 PCT/JP2019/023095 JP2019023095W WO2020004010A1 WO 2020004010 A1 WO2020004010 A1 WO 2020004010A1 JP 2019023095 W JP2019023095 W JP 2019023095W WO 2020004010 A1 WO2020004010 A1 WO 2020004010A1
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mobile station
distance
control method
station control
antenna
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PCT/JP2019/023095
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皓平 須崎
淺井　裕介
宏礼 芝
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a mobile station control method and a mobile station control device.
  • the above wireless communication system may not be appropriate. This is because, as the distance between the wireless stations increases, the power received by the wireless station is attenuated, and the desired C / N ratio (Carrier to Noise Ratio) is not satisfied.
  • a higher-gain antenna is required. Since the high gain antenna is generally an antenna having a large aperture diameter, the width of the main beam becomes narrow. Accordingly, when the mobile station moves, the position of the mobile station is likely to deviate from the directional direction of the antenna. Therefore, a tracking mechanism for tracking the mobile station is required.
  • each earth station needs to point its antenna toward the satellite. Therefore, the earth station detects its own position using various sensors such as a GNSS (Global Navigation Satellite System) such as GPS (Global Positioning System) and GLONASS (Global Navigation Satellite System) or a gyro sensor. . Then, the earth station directs the main beam in the direction of the satellite, which is calculated based on its own position and the position of the satellite registered in advance in a database or the like.
  • the earth station is, for example, a mechanical tracking method using a conical scan or the like (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2), or an electronic tracking method using an array antenna or the like (for example, , Non-Patent Document 3), and a satellite is acquired.
  • a time division process such as a TDMA (Time Division Multiple Access) method is performed. Therefore, a time lag occurs only by using the conical scan or the array antenna that performs tracking from the reception state of the communication signal as described above. As a result, tracking may not be performed. Therefore, in the related art, there is a problem that some configuration is required to increase the required accuracy of the tracking mechanism.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • One aspect of the present invention is a mobile station control method by a computer that controls a first mobile station that communicates with a second mobile station, wherein a method for controlling communication between the first mobile station and the second mobile station is provided.
  • a mobile station control method comprising: a distance detection step of detecting a distance of the first mobile station; and a first switching step of switching a beam width of an electromagnetic wave emitted by the first mobile station to the second mobile station according to the distance. is there.
  • one aspect of the present invention is the above-described mobile station control method, wherein the first switching step switches the beam width to be wider as the distance is shorter.
  • the first mobile station when the value of the beam spread determined according to the beam width and the distance is smaller than a threshold, the first mobile station is moved to a position where the distance to the second mobile station is farther.
  • the method further includes a first moving step of moving the mobile station.
  • the threshold value is a value based on accuracy of movement in the first movement step.
  • one aspect of the present invention is the mobile station control method described above, wherein an obstacle detecting step of detecting an obstacle existing near the first mobile station or the second mobile station; And a second switching step of switching to narrow the beam width when an object is detected.
  • one aspect of the present invention is the mobile station control method described above, wherein the obstacle detecting step detects an obstacle existing near the first mobile station or the second mobile station. And a second moving step of moving the first mobile station to a position closer to the second mobile station when an obstacle is detected.
  • one aspect of the present invention is the mobile station control method described above, wherein a third switching step of switching a beam width so that the intensity of a reflected wave generated by the electromagnetic wave being reflected by the obstacle is maximized. Has further.
  • One embodiment of the present invention is a mobile station control device that controls a first mobile station that communicates with a second mobile station, wherein the first mobile station and the second mobile station are located between the first mobile station and the second mobile station.
  • a distance information obtaining unit that obtains distance information indicating the distance of the first mobile station, and a switching unit that switches a beam width of an electromagnetic wave emitted from the first mobile station to the second mobile station according to the distance based on the distance information.
  • a mobile station control device comprising:
  • communication in a wide communication range can be performed without increasing the required accuracy of the tracking mechanism.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an outline of a mobile station control method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a mobile station control system according to a first embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart illustrating a flow of a process according to the mobile station control method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for describing an overview of a mobile station control method according to a second embodiment of the present invention.
  • 9 is a table illustrating an example of a relationship between a distance between mobile stations, a free space loss, and a beam spread for each beam width.
  • 9 is a table showing an example of a relationship between an antenna gain and a beam width.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating a flow of processing by a mobile station control method according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an overview of a mobile station control method according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram for describing an outline of a mobile station control method according to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram for describing an overview of a mobile station control method according to a fourth embodiment of the present invention. It is a flow chart which shows a flow of processing by a mobile station control method concerning a modification of a 4th embodiment of the present invention.
  • a mobile station control method will be described as an example in which wireless communication is performed between a drone equipped with a mobile station device and a drone equipped with a mobile station device.
  • a drone equipped with a mobile station device is simply referred to as a “mobile station”.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the outline of the mobile station control method according to the first embodiment of the present invention.
  • a mobile station d1 performs radio communication with a mobile station d2 using a directional antenna (not shown) (hereinafter, referred to as “antenna”). Therefore, the mobile station d1 has a tracking mechanism for tracking the mobile station d2.
  • the beam of the electromagnetic wave transmitted from the antenna of the mobile station d1 is applied to the area of Dsin ⁇ .
  • D is the distance between the mobile station d1 and the mobile station d2.
  • ⁇ is a half value width of the antenna directivity.
  • beam spread the width of the beam irradiation range
  • a narrow beam antenna used for long-distance wireless communication concentrates energy on a main beam. Therefore, when the beam is out of the beam irradiation range, electromagnetic wave attenuation of about ⁇ 30 dB (decibel) to ⁇ 40 dB occurs. For example, the distance attenuation difference in free space between the case where the distance is 10 m and the case where the distance is 50 m is 13 dB. Therefore, the electromagnetic wave is attenuated more when the distance is out of the beam irradiation range than when the distance is longer from 10 m to 50 m.
  • the beam spread has a width of about 30 cm. Therefore, unless the position of the tracking target mobile station (mobile station d2) is within the irradiation range of this width, the mobile station d1 cannot track the mobile station d2.
  • the mobile station d1 When the mobile station d2 moves to a position closer to the mobile station d1, for example, when the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 changes from the distance D to the distance D ′ ( ⁇ D), the beam spread becomes as described above. It becomes narrower. Thus, as shown in FIG. 1B, the mobile station d2 may be out of the beam irradiation range shown in FIG. 1A. Therefore, the mobile station d1 according to the first embodiment changes the beam width from ⁇ degrees to ⁇ in accordance with the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 so that the mobile station d2 falls within the beam irradiation range. Switch to degrees.
  • the mobile station d1 includes, for example, a plurality of antennas having different beam widths. Then, the mobile station d1 switches the antenna to be used according to the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the mobile station control system according to the first embodiment of the present invention.
  • the mobile station control system includes a mobile station control device 10, an image processing engine 102, a distance detection unit 103, and a tracking mechanism 104.
  • the mobile station control device 10 includes the camera 101, the switch 105, the broad antenna 106, and the narrow antenna 107.
  • the beam width of the beam radiated by the broad antenna 106 is ⁇ degrees
  • the beam width of the beam radiated by the narrow antenna 107 is ⁇ ( ⁇ ) degrees.
  • the camera 101 may be provided as an external device connected to the mobile station controller 10 instead of being provided in the housing of the mobile station controller 10.
  • the image processing engine 102, the distance detection unit 103, and the tracking mechanism 104 are configured to be provided in the housing of the mobile station control device 10 instead of being provided as external devices connected to the mobile station control device 10. It does not matter.
  • the camera 101 captures an image of the direction of the mobile station d2.
  • the camera 101 outputs image data indicating a captured image to the image processing engine 102.
  • the image processing engine 102 analyzes the image data input from the camera 101 and specifies an image area indicating the mobile station d2 in an image based on the image data.
  • the image processing engine 102 previously holds, for example, image data (master image data) indicating an image captured by the mobile station d2, and compares the master image data with image data input from the camera 101. Thereby, the image area indicating the mobile station d2 in the image may be specified.
  • the image processing engine 102 outputs information indicating an image area indicating the mobile station d2 to the distance detection unit 103.
  • the image processing engine 102 controls the tracking mechanism 104 so that the image area indicating the mobile station d2 is located at the center of the image based on the image data input from the camera 101.
  • the tracking mechanism 104 is attached to the mobile station controller 10, and is configured to be able to control the direction of the mobile station controller 10. Accordingly, the tracking mechanism 104 can control the imaging direction of the camera 101 provided in the mobile station control device 10 by controlling the direction of the mobile station control device 10.
  • the image processing engine 102 controls the camera 101 of the mobile station d1.
  • the tracking mechanism 104 is controlled so that the imaging direction is directed upward.
  • the image processing engine 102 uses the camera included in the mobile station d1.
  • the tracking mechanism 104 is controlled so that the imaging direction of 101 is directed further to the left. Thereby, the mobile station d2 is tracked by the mobile station control system of the mobile station d1.
  • the imaging direction of the camera 101 and the irradiation direction of the electromagnetic wave beam emitted from the broad antenna 106 and the narrow antenna 107 match each other.
  • the beam is emitted toward the position shown in the center of the image based on the image data input from the camera 101.
  • the distance detection unit 103 detects the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 based on the information indicating the image area indicating the mobile station d2 input from the image processing engine 102. For example, the distance detection unit 103 detects the distance based on the size of the image area indicating the mobile station d2 and the actual size of the mobile station d2. Distance detecting section 103 outputs distance information indicating the distance from mobile station d1 to mobile station d2 to switch 105.
  • the switch 105 compares the distance indicated by the distance information input from the distance detection unit 103 with a previously stored threshold indicating a predetermined distance. When the distance indicated by the input distance information is shorter than the threshold, the switch 105 switches so that the beam is emitted from the broad antenna 106 having the beam width of ⁇ degrees. That is, the switch 105 switches to perform wireless communication using the broad antenna 106.
  • the switch 105 switches so that the beam is emitted from the narrow antenna 107 whose beam width is ⁇ ( ⁇ ) degrees. That is, the switch 105 switches to perform wireless communication using the narrow antenna 107.
  • the mobile station controller 10 illustrated in FIG. 2 has a configuration including two types of antennas having different beam widths, but is not limited thereto.
  • the mobile station control device 10 includes three or more types of antennas having different beam widths, and uses these three or more types of antennas as appropriate according to the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2. Is also good.
  • the mobile station control device 10 may be configured to include an antenna capable of changing a beam width instead of including a plurality of antennas having different beam widths.
  • the above configuration can be realized by partially thinning out the power supply to the array element of the phased array antenna.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the beam width changes at discrete values, but may be a configuration in which the beam width changes continuously.
  • the mobile station control system illustrated in FIG. 2 is configured to detect a distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 by analyzing an image with the camera 101, the image processing engine 102, and the distance detection unit 103.
  • the mobile station control system may be configured to detect the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 using a GNSS or a laser positioning system.
  • a configuration may be adopted in which the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 is detected by combining a plurality of means among the distance measurement means such as the image processing, the GNSS, and the laser positioning system.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing by the mobile station control method according to the first embodiment of the present invention.
  • the distance detection unit 103 receives input of information indicating an image area indicating the mobile station d2, which is output from the image processing engine 102.
  • the distance detection unit 103 detects the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 based on the input information indicating the image area indicating the mobile station d2 (Step S11).
  • Distance detecting section 103 outputs distance information indicating the distance from mobile station d1 to mobile station d2 to switch 105.
  • the switch 105 compares the distance indicated by the distance information input from the distance detection unit 103 with a threshold value indicating a predetermined distance stored in advance.
  • the switch 105 switches to use the broad antenna 106 (Step S13).
  • the switch 105 switches to use the narrow antenna 107 (Step S14).
  • a value of D that satisfies Dsin ⁇ ⁇ X (that is, a value of D ⁇ X / sin ⁇ ) is set.
  • D is the distance between mobile stations (unit: m).
  • X is the position accuracy (unit: m) of the mobile station. Note that the above half width is the full width at half maximum and is approximated by 2D sin ⁇ / 2 ⁇ D sin ⁇ . The calculation may be performed strictly using 2D sin ⁇ / 2.
  • the position accuracy X (m) of the mobile station depends on the spatial resolution of the position detecting means such as GNSS and the accuracy of the moving mechanism of the mobile station. In the case of a general GNSS, a displacement of several meters may occur. In addition, when the mobile station tries to stay in the air, an error of about several tens cm may occur due to the influence of the wind, for example, when the mobile station attempts to stay in the air. Further, even when the mobile station is on the ground, an error of about several tens cm may occur in the axial direction of the wheels due to the influence of steering and the like.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the outline of the mobile station control method according to the second embodiment of the present invention.
  • the mobile station d1 performs radio communication with the mobile station d2 using an antenna, as in the first embodiment described above. Therefore, the mobile station d1 has a tracking mechanism for tracking the mobile station d2.
  • the beam of the electromagnetic wave transmitted from the antenna of the mobile station d1 is applied to a range of Dsin ⁇ .
  • D is the distance between the mobile station d1 and the mobile station d2.
  • ⁇ is a half value width of the antenna directivity.
  • the mobile station d1 according to the second embodiment includes the mobile station d2 within the beam irradiation range. Therefore, the mobile station moves away from the mobile station d2. For example, as shown in FIG. 4, the mobile station d1 moves from a position where the distance from the mobile station d2 is D to a position where the distance from the mobile station d2 is D ′′ (> D). Thereby, the spread of the beam emitted from the mobile station d1 at the position of the mobile station d2 becomes wider. Accordingly, the mobile station control method according to the second embodiment can reduce the possibility that the mobile station d1 cannot track the mobile station d2.
  • the mobile station control method according to the second embodiment of the present invention described above combines the mobile station control method according to the first embodiment (that is, a configuration in which a plurality of antennas having different beam widths are switched and used), It is also possible to adopt a configuration in which the power margin is optimized in consideration of the free space loss and the antenna gain.
  • FIG. 5 is a table showing an example of the relationship between the distance between mobile stations, the free space loss, and the beam spread for each beam width.
  • the free space loss at a position where the distance from the mobile station d1 is “6.0 m” is “ ⁇ 83.6 dB”.
  • the beam spread at a position at a distance of “6.0 m” from the mobile station d1 is “when the antenna having a beam width of“ 2.9 degrees ”is used. 0.048 m "(ie, 4.8 cm).
  • FIG. 6 is a table showing an example of the relationship between the antenna gain and the beam width. As shown in FIG. 6, for example, when an antenna having a beam width of “2.9 degrees” is used, the antenna gain is “36.0 dBi”.
  • a mobile station having a mobile mechanism having an accuracy of 3 cm that is, 0.03 m
  • 3 cm that is, 0.03 m
  • the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 is 6.0 m
  • the value of the level diagram, ⁇ 47.6 dBm is lower than the lower limit of the dynamic range, ⁇ 45 dBm. . Therefore, in this case, communication is not established unless an antenna that emits a beam having a beam width of 1.5 degrees is used.
  • the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 is 6.0 m
  • the beam spread is 0.025 m as described above. (That is, 2.5 cm). Therefore, the width is smaller than 3 cm which is the accuracy of the moving mechanism of the mobile station. Therefore, it is necessary for the mobile station d1 to move away from the mobile station d2.
  • the mobile station controller 10 of the mobile station d1 controls its own mobile station d1 so as to move to a position at a distance of 8.0 m from the mobile station d2, for example.
  • the level diagram Is ⁇ 86.1 dB (free space loss) +42.0 dBi (antenna gain) ⁇ 44.1 dBm. Therefore, it does not fall below the lower limit of the dynamic range of -45 dBm.
  • the beam spread at a position at a distance of 8.0 m from the mobile station d1 is 0.033 m (that is, when an antenna irradiating a beam with a beam width of 1.5 degrees is used). 3.3 cm). Therefore, in this case, the width is not narrower than 3 cm which is the accuracy of the moving mechanism of the mobile station.
  • the mobile station control device 10 switches to the antenna that irradiates the beam with the beam width of 1.5 degrees, and outputs the signal from the mobile station d2.
  • a decision can be made to control own mobile station d1 to move to a position at a distance of 8.0m.
  • the mobile station controller 10 controls the beam width and the distance between the mobile station d1 and the mobile station d2 so as to optimize the power margin in consideration of the free space loss and the antenna gain. It can be performed.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a mobile station control system according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the mobile station control system includes a mobile station control device 10, an image processing engine 102, a distance detection unit 103, and a tracking mechanism 104.
  • the mobile station control device 10 includes a camera 101, a switch 105, a broad antenna 106, a narrow antenna 107, and a movement control unit 108.
  • the configuration of the mobile station control system according to the modification of the second embodiment is different from the configuration of the mobile station control device 10 according to the first embodiment described with reference to FIG. The difference is that a movement control unit 108 is provided.
  • description of the configuration common to the mobile station control system according to the first embodiment will be omitted.
  • the distance detection unit 103 determines an antenna to be used and an optimal distance between the mobile station d1 and the mobile station d2 by the above-described mobile station control method. Then, distance detecting section 103 outputs information indicating the antenna to be used to switch 105. The switch 105 switches the antenna to be used based on the information input to the distance detection unit 103. Further, distance detecting section 103 outputs information indicating the optimal distance between mobile station d1 and mobile station d2 to movement control section 108. The movement control unit 108 moves its own mobile station d1 based on the information input to the distance detection unit 103.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing by a mobile station control method according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the distance detection unit 103 receives input of information indicating an image area indicating the mobile station d2 output from the image processing engine 102.
  • the distance detection unit 103 detects the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 based on the input information indicating the image area indicating the mobile station d2 (Step S21).
  • the distance detection unit 103 determines whether the power margin is lower than a predetermined threshold based on the detected distance and the values shown in the tables of FIGS. 5 and 6 (step S22).
  • the predetermined threshold is, for example, the lower limit of the dynamic range described above.
  • step S22 If the power margin is not lower than the predetermined threshold (step S22: No), the mobile station d1 continues the communication (step S24). Thus, the processing of the flowchart illustrated in FIG. 8 ends.
  • Step S22 When the power margin is lower than the predetermined threshold (Step S22: Yes), the distance detection unit 103 determines whether the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 is shorter than the predetermined threshold (Step S22). Step S23).
  • a value of D that satisfies Dsin ⁇ ⁇ X (that is, a value of D ⁇ X / sin ⁇ ) is set.
  • D is the distance between mobile stations (unit: m).
  • X is the position accuracy (unit: m) of the mobile station.
  • Step S24 the processing of the flowchart illustrated in FIG. 8 ends.
  • step S23 When the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 is shorter than a predetermined threshold (step S23: Yes), the mobile station d1 does not make the distance from the mobile station d1 to the mobile station d2 shorter than the predetermined threshold. Move to the position (step S25). Then, the process returns to step S22.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the outline of the mobile station control method according to the third embodiment of the present invention.
  • the mobile station controller 10 sets the beam width to the same as in the first embodiment. Switch to a different antenna. Note that the mobile station controller 10 according to the third embodiment holds the value of the beam width and the value of the side beam width of the antenna included in the mobile station controller 10 of its own.
  • ⁇ ⁇ As shown in FIG. 9, for example, a building exists near the mobile station d2. A part of the building is within an irradiation range of a beam having a beam width of ⁇ degrees. Therefore, if electromagnetic waves are reflected or blocked by these buildings, adverse effects will occur on wireless communication performed between the mobile station d1 and the mobile station d2.
  • the antenna irradiates a beam having a beam width of ⁇ degrees. Then, the antenna is switched to an antenna that emits a beam having a beam width of ⁇ ( ⁇ ) degrees. Accordingly, as shown in FIG. 9, the beam spread of the beam emitted from the mobile station d1 becomes narrow, and the building does not exist in the beam irradiation range. Thus, stable wireless communication can be performed between the mobile station d1 and the mobile station d2.
  • the range of the predetermined distance may be based on the Fresnel radius instead of the range based on the beam spread calculated from the beam width.
  • the mobile station control device 10 may hold data indicating the position of the obstacle or the like in advance and detect the obstacle or the like based on the data. .
  • the mobile station control device 10 may detect an obstacle or the like using a camera, a sensor, or the like.
  • the mobile station control device 10 may detect an obstacle or the like from the actual state of deterioration of communication or the like.
  • the flow of processing by the mobile station control method according to the third embodiment of the present invention is substantially the same as the flow of processing by the mobile station control method according to the first embodiment described with reference to the flowchart of FIG. .
  • the mobile station control method according to the third embodiment is different from the mobile station control method according to the first embodiment in that a predetermined threshold used in step S12 of the flowchart in FIG. 3 is set as follows. It is a point.
  • a value of D that satisfies Dsin ⁇ ⁇ d (that is, a value of D ⁇ d / sin ⁇ ) is set.
  • D is the distance between mobile stations (unit: m).
  • D is the distance (unit: m) between the mobile station d2 and an obstacle or the like.
  • the antennas are switched such that the beam spread is less than the distance between the mobile station d2 and the obstacle or the like.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an overview of a mobile station control method according to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • the mobile station control device 10 when an obstacle or the like exists near the mobile station, the obstacle or the like may adversely affect wireless communication performed between the mobile stations. Therefore, the mobile station control device 10 according to the modification of the third embodiment, when an obstacle or the like exists within a predetermined distance range from its own radio station d1 or the radio station d2 as a communication partner, sets the radio station d2. To move the own radio station d1 in a direction closer to.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the outline of the mobile station control method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the mobile station controller 10 of the mobile station d1 detects the positional relationship between the mobile station d2 and an obstacle or the like, and irradiates the obstacle or the like with a beam. For example, as shown in FIG. 11, the mobile station control device 10 switches from an antenna that emits a beam having a beam width of ⁇ degrees to an antenna that emits a beam having a beam width of ⁇ degrees. Thereby, the mobile station control device 10 intentionally causes an obstacle or the like to be included in the beam irradiation range.
  • the mobile station controller 10 of the mobile station d1 operates to search for a position where the reflected wave of the beam irradiated on the obstacle or the like reaches the mobile station d2.
  • the mobile station d2 which is the communication partner, irradiates a beam to an obstacle or the like, and moves to a position where the mobile station d1 can receive the beam, thereby moving the mobile station d1 to the destination. May be finely adjusted.
  • the mobile station control device 10 of the mobile station d1 may acquire information such as a reception level and a throughput from the mobile station d2.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow of processing by a mobile station control method according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • the mobile station controller 10 of the mobile station d1 detects an obstacle or the like near the mobile station d2, which is a communication partner (step S41).
  • the mobile station controller 10 moves its own mobile station d1 to an arbitrary position (step S42).
  • the mobile station controller 10 compares the value of the communication quality at the position after the movement with the value of the communication quality at the previous position (previous value).
  • the communication quality is, for example, RSSI (Received Signal Strength Indication; received signal strength), throughput, BER (Bit Error Rate; bit error rate), PER (Packet Error Rate; packet error rate), or the like. is there.
  • the mobile station controller 10 determines whether or not the communication quality is higher than or equal to the desired communication quality (Step S44). If the communication quality is not higher than the previous value (step S43, Yes), the mobile station controller 10 changes the moving position of its own mobile station d1 (step S45), and determines whether or not the communication quality is higher than the desired communication quality. Is determined (step S44).
  • step S44, No If it is not higher than the desired communication quality (step S44, No), the process returns to step S42. If the communication quality is equal to or higher than the desired communication quality (step S44, Yes), the processing shown in the flowchart of FIG. 12 ends.
  • the mobile station control method controls the mobile station d1 (first mobile station) communicating with the mobile station d2 (second mobile station).
  • Mobile station control method detects a distance between the mobile station d1 and the mobile station d2. Then, the mobile station control method switches the beam width of the electromagnetic wave radiated from the mobile station d1 to the mobile station d2 according to the detected distance.
  • the mobile station control method provides a beam spread value determined according to the beam width and the distance between the mobile station d1 and the mobile station d2. Is smaller than the threshold, the mobile station d1 is moved to a position where the distance from the mobile station d2 is farther.
  • the threshold is a value based on the accuracy of the movement of the mobile station.
  • the mobile station control method detects an obstacle or the like existing near the mobile station d1 or the mobile station d2. Then, when an obstacle or the like is detected, the mobile station control method switches the beam width so as to be narrower.
  • the mobile station control method detects an obstacle or the like near the mobile station d1 or the mobile station d2. Then, in the mobile station control method, when an obstacle or the like is detected, the mobile station d1 is moved to a position closer to the mobile station d2.
  • the mobile station control method provides a method of controlling a beam so that the intensity of a reflected wave generated by an electromagnetic wave reflected by an obstacle or the like is maximized. Switch width.
  • the mobile station control system in the above-described embodiment may be realized by a computer.
  • a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read and executed by a computer system.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • a “computer-readable recording medium” refers to a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, which dynamically holds the program for a short time.
  • a program may include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be a program that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, It may be realized by using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • Reference Signs List 10 mobile station control device, 101: camera, 102: image processing engine, 103: distance detection unit, 104: tracking mechanism, 105: switch, 106: broad antenna, 107: narrow antenna, 108: movement control unit

Landscapes

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Abstract

第２の移動局と通信を行う第１の移動局を制御するコンピュータによる移動局制御方法は、前記第１の移動局と前記第２の移動局との間の距離を検出する距離検出ステップと、前記第１の移動局が前記第２の移動局へ放射する電磁波のビーム幅を前記距離に応じて切り替える第１切り替えステップと、を有する。

Description

移動局制御方法及び移動局制御装置
　本発明は、移動局制御方法及び移動局制御装置に関する。
　昨今、無線通信において、固定局対固定局の間の通信、移動局対基地局の間の通信のほか、移動局を中継局とする移動局対基地局の間の通信、及び、移動局同士の間の通信（Ｍ２Ｍ；Machine-to-Machine）が注目されている。上記の通信においては、例えばＷｉ－Ｆｉ（ワイファイ）に代表されるＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１規格に基づく無線通信方式、及び、例えばＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）等のcellular（セルラー）方式の無線通信方式が一般に用いられている。
　しかしながら、ある程度広い範囲を移動しつつ総スループット数が１００Ｍｂｐｓ以上となるような大容量伝送を行う場合においては、上記の無線通信方式は適当ではない場合がある。なぜならば、無線局間の距離が遠くなるほど無線局において受信される電力が減衰してしまうため、所望のＣ／Ｎ比（Carrier to Noise Ratio；搬送波対雑音比）を満たさなくなるためである。
　所望のＣ／Ｎ比を満たしつつ、より高速なデータ通信を行うためには、より高利得のアンテナが必要になる。高利得アンテナは、一般に大開口径を有するアンテナであるため、メインビームの幅が狭くなる。これにより、移動局が移動することによって、移動局の位置がアンテナの指向方向から外れてしまい易くなる。そのため、移動局を追尾するための追尾機構が必要になる。
　従来、このような追尾機構は、例えば高利得アンテナを必要とする、衛星対移動局（地球局）の間の通信において利用されることが多かった。衛星通信システムにおいては、衛星と地球局とは一対多の通信になる。そのため、衛星は姿勢制御によって地球表面の方向へアンテナを向けている。これにより、衛星側には、上記のような追尾機構は用いられない。
　これに対して、それぞれの地球局は、衛星の方向へアンテナを向ける必要がある。そのため、地球局は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）やＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System；全球測位衛星システム）又はジャイロセンサ等の各種センサを用いて自己位置を検出する。そして、地球局は、自己位置と予めデータベース等に登録されている衛星の位置とに基づいて算出される、衛星の方向へメインビームを向けている。地球局は、例えば、コニカルスキャン等を用いた機械的追尾の方法によって（例えば、非特許文献１及び非特許文献２を参照）、又は、アレーアンテナ等を用いた電子的追尾の方法によって（例えば、非特許文献３を参照）、衛星を捕捉している。
吉田富彦　他，「高精度衛星自動追尾アンテナの構成と制御方式の検討」，信学技報 A・P2003-4 SAT2003-4，pp.19-24，社団法人　電子情報通信学会，2003年 桧垣潤一　他，「船舶用ブロードバンドアンテナにおける防振機構系と追尾制御系の設計手法について」，電子情報通信学会論文誌 B Vol.J91-B No.12，pp.1578-1586，社団法人　電子情報通信学会，2008年 菊間信良，「アダプティブアンテナ技術」，pp.122-124，株式会社オーム社，2003年
　上述したように、衛星通信システムでは、地球局側にのみ、追尾機構があればよい。これに対し、移動局同士の間の通信（例えばドローン（drone）対ドローンの間の通信等）では、双方の移動局がお互いの相対的な位置関係を把握する必要がある。そのため、従来技術では、例えば双方の移動局に追尾機構を設ける等、追尾機構に対する要求精度を高めるための何らかの構成を備える必要があるという課題があった。
　また、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線通信方式では、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access；時分割多元接続）方式のような時分割処理が行われる。そのため、上述したような、通信信号の受信状態から追尾を行うコニカルスキャン又はアレーアンテナを用いるだけでは、タイムラグが生じる。これにより、追尾を行うことができない場合が生じる。そのため従来技術では、追尾機構に対する要求精度を高めるための何らかの構成が必要になるという課題があった。
　上記事情に鑑み、本発明は、追尾機構に対する要求精度を高めることなく、広い通信範囲での通信を行うことができる技術の提供を目的としている。
　本発明の一態様は、第２の移動局と通信を行う第１の移動局を制御するコンピュータによる移動局制御方法であって、前記第１の移動局と前記第２の移動局との間の距離を検出する距離検出ステップと、前記第１の移動局が前記第２の移動局へ放射する電磁波のビーム幅を前記距離に応じて切り替える第１切り替えステップと、を有する移動局制御方法である。
　また、本発明の一態様は、上記の移動局制御方法であって、前記第１切り替えステップは、前記距離が近いほど前記ビーム幅をより広くするように切り替える。
　また、本発明の一態様は、前記ビーム幅及び前記距離に応じて決まるビーム広がりの値が閾値よりも小さい場合、前記第２の移動局との間の距離がより遠い位置へ前記第１の移動局を移動させる第１移動ステップをさらに有する。
　また、本発明の一態様は、上記の移動局制御方法であって、前記閾値は、前記第１移動ステップによる移動の精度に基づく値である。
　また、本発明の一態様は、上記の移動局制御方法であって、前記第１の移動局又は前記第２の移動局の近傍に存在する障害物を検知する障害物検知ステップと、前記障害物が検知された場合、前記ビーム幅をより狭くするように切り替える第２切り替えステップと、をさらに有する。
　また、本発明の一態様は、上記の移動局制御方法であって、前前記第１の移動局又は前記第２の移動局の近傍に存在する障害物を検知する障害物検知ステップと、前記障害物が検知された場合、前記第２の移動局との間の距離がより近い位置へ前記第１の移動局を移動させる第２移動ステップと、をさらに有する。
　また、本発明の一態様は、上記の移動局制御方法であって、前記電磁波が前記障害物によって反射することによって生じる反射波の強度が最大となるように、ビーム幅を切り替える第３切り替えステップをさらに有する。
　また、本発明の一態様は、第２の移動局と通信を行う第１の移動局を制御する移動局制御装置であって、前記第１の移動局と前記第２の移動局との間の距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、前記第１の移動局が前記第２の移動局へ放射する電磁波のビーム幅を前記距離情報に基づく前記距離に応じて切り替える切り替え部と、を備える移動局制御装置である。
　本発明により、追尾機構に対する要求精度を高めることなく、広い通信範囲での通信を行うことができる。
本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る移動局制御システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。 移動局間の距離と自由空間損失及びビーム幅ごとのビーム広がりとの関係の一例を示す表である。 アンテナ利得とビーム幅との関係の一例を示す表である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る移動局制御システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施形態の変形例に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施形態の変形例に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、本発明による移動局制御方法の実施形態について説明する。
　以下に説明する各実施形態では、移動局装置を搭載するドローン対移動局装置を搭載するドローンの間において無線通信を行う場合を一例とした移動局制御方法を説明する。以下、移動局装置を搭載するドローンを、単に「移動局」という。
＜第１の実施形態＞
　以下、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法ついて、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。
　図１において、移動局ｄ１は、指向性アンテナ（図示せず）（以下「アンテナ」という。）を用いて移動局ｄ２との無線通信を行う。そのため、移動局ｄ１は、移動局ｄ２を追尾するための追尾機構を備えている。
　図１（Ａ）に示すように、移動局ｄ１のアンテナから送信された電磁波のビームは、Ｄｓｉｎφの範囲に照射される。ここで、Ｄは、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離である。また、φは、アンテナ指向性の半値幅である。
　図１（Ａ）に示すように、移動局ｄ１からの距離が近くなるほど、ビームの照射範囲の幅（以下「ビーム広がり」という。）はより狭くなる。そのため、移動局ｄ１から追尾対象である物体までの距離が近いほど、追尾機構に対してより高い精度が要求される。
　なお、例えば、長距離の無線通信に用いられる狭ビームアンテナは、メインビームにエネルギーを集中させる。そのため、ビームの照射範囲から外れた場合には、－３０ｄＢ（decibel；デシベル）～－４０ｄＢ程度の電磁波の減衰が生じる。例えば、距離が１０ｍである場合と距離が５０ｍである場合とにおける、自由空間の距離減衰差は１３ｄＢである。よって、１０ｍから５０ｍへ距離が遠くなる場合よりも、ビームの照射範囲から外れた場合の方が、電磁波はより大きく減衰する。
　例えば、このような狭ビームアンテナを用いる場合、ビームの照射位置から１０ｍ先の位置においては、ビーム広がりは３０ｃｍ程度の幅となる。したがって、追尾対象の移動局（移動局ｄ２）の位置がこの幅の照射範囲に収まっていなければ、移動局ｄ１は移動局ｄ２を追尾することができない。
　移動局ｄ２が移動局ｄ１により近い位置へ移動し、例えば、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が距離Ｄから距離Ｄ’（＜Ｄ）に変わった場合、上述したように、ビーム広がりはより狭くなる。これにより、図１（Ｂ）に示すように、移動局ｄ２が、図１（Ａ）に示したビームの照射範囲から外れる場合がある。そのため、第１の実施形態に係る移動局ｄ１は、ビームの照射範囲に移動局ｄ２を収めるようにするため、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離に応じて、ビーム幅をφ度からθ度へ切り替える。
　第１の実施形態に係る移動局ｄ１は、例えば、ビーム幅が異なる複数のアンテナを備える。そして、移動局ｄ１は、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離に応じて、用いるアンテナを切り替える。
［移動局制御システムの構成］
　以下、上述した移動局制御方法により移動局ｄ１を制御する移動局制御システムの構成の一例について説明する。
　図２は、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御システムの構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、移動局制御システムは、移動局制御装置１０と、画像処理エンジン１０２と、距離検出部１０３と、追尾機構１０４と、を含んで構成される。
　また、移動局制御装置１０は、カメラ１０１と、スイッチ１０５と、ブロードアンテナ１０６と、ナローアンテナ１０７と、を含んで構成される。ブロードアンテナ１０６によって照射されるビームのビーム幅はθ度であり、ナローアンテナ１０７によって照射されるビームのビーム幅はφ（＜θ）度である。
　なお、カメラ１０１は、移動局制御装置１０の筐体の中に備えられる代わりに、移動局制御装置１０に接続する外部の装置として備えられる構成であっても構わない。また、画像処理エンジン１０２、距離検出部１０３、及び追尾機構１０４は、移動局制御装置１０に接続する外部の装置として備えられる代わりに、移動局制御装置１０の筐体の中に備えられる構成であっても構わない。
　カメラ１０１は、移動局ｄ２の方向を撮像する。カメラ１０１は、撮像された画像を示す画像データを画像処理エンジン１０２へ出力する。
　画像処理エンジン１０２は、カメラ１０１から入力された画像データを解析し、画像データに基づく画像内における、移動局ｄ２を示す画像領域を特定する。なお、画像処理エンジン１０２は、例えば、移動局ｄ２が撮像された画像を示す画像データ（マスター画像データ）を予め保持しており、マスター画像データとカメラ１０１から入力された画像データとを照合することによって、画像内における移動局ｄ２を示す画像領域を特定するようにしてもよい。
　画像処理エンジン１０２は、移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報を距離検出部１０３へ出力する。
　また、画像処理エンジン１０２は、移動局ｄ２を示す画像領域が、カメラ１０１から入力される画像データに基づく画像の中央に位置するように、追尾機構１０４を制御する。
　追尾機構１０４は、移動局制御装置１０に取り付けられており、移動局制御装置１０の向きを制御可能に構成されている。これにより、追尾機構１０４は、移動局制御装置１０の向きを制御することによって、移動局制御装置１０が備えるカメラ１０１の撮像方向を制御することができる。
　例えば、カメラ１０１から入力される画像データに基づく画像において、移動局ｄ２を示す画像領域が中央よりも上側に位置している場合には、画像処理エンジン１０２は、移動局ｄ１が備えるカメラ１０１の撮像方向をより上側へ向けるように、追尾機構１０４を制御する。また、例えば、カメラ１０１から入力される画像データに基づく画像において、移動局ｄ２を示す画像領域が中央よりも左側に位置している場合には、画像処理エンジン１０２は、移動局ｄ１が備えるカメラ１０１の撮像方向をより左側へ向けるように、追尾機構１０４を制御する。これにより、移動局ｄ１の移動局制御システムによる、移動局ｄ２の追尾が行われる。
　なお、カメラ１０１の撮像方向と、ブロードアンテナ１０６及びナローアンテナ１０７から照射される電磁波のビームの照射方向とは、一致するように構成されているものとする。これにより、カメラ１０１から入力される画像データに基づく画像の中央に写っている位置に向けて、ビームが照射されることになる。
　距離検出部１０３は、画像処理エンジン１０２から入力された、移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報に基づいて、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する。例えば、距離検出部１０３は、移動局ｄ２を示す画像領域の大きさと、実際の移動局ｄ２の大きさと、に基づいて距離を検出する。距離検出部１０３は、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を示す距離情報をスイッチ１０５へ出力する。
　スイッチ１０５は、距離検出部１０３から入力された距離情報が示す距離と、予め記憶している所定の距離を示す閾値と、を比較する。
　スイッチ１０５は、入力された距離情報が示す距離が閾値よりも短い場合、ビーム幅がθ度であるブロードアンテナ１０６からビームが照射されるように切り替える。すなわち、スイッチ１０５は、ブロードアンテナ１０６を用いて無線通信が行われるように切り替える。
　また、スイッチ１０５は、入力された距離情報が示す距離が閾値以上の長さである場合、ビーム幅がφ（＜θ）度であるナローアンテナ１０７からビームが照射されるように切り替える。すなわち、スイッチ１０５は、ナローアンテナ１０７を用いて無線通信が行われるように切り替える。
　なお、図２に例示した移動局制御装置１０は、ビーム幅が異なる２種類のアンテナを備えている構成であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、移動局制御装置１０は、ビーム幅が異なる３種類以上のアンテナを備え、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離に応じて、これら３種類以上のアンテナを適宜切り替えて用いる構成であってもよい。
　なお、移動局制御装置１０が、ビーム幅が異なる複数のアンテナを備える代わりに、ビーム幅を変化させることができるアンテナを備える構成にしてもよい。この場合、例えば、フェーズドアレーアンテナのアレー素子の給電を部分的に間引くことによって上記の構成を実現することができる。
　なお、この場合、ビーム幅が離散的な値で変化する構成に限られるものでななく、ビーム幅が連続的に変化する構成であってもよい。
　なお、図２に例示した移動局制御システムは、カメラ１０１、画像処理エンジン１０２、及び距離検出部１０３によって画像を解析することにより、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する構成であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、移動局制御システムは、ＧＮＳＳ又はレーザー測位計等を用いて、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する構成であってもよい。もちろん、上記の画像処理、ＧＮＳＳ及びレーザー測位計等の距離計測手段のうち、複数の手段を組み合わせて移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する構成にしてもよい。
［移動局制御方法による処理の流れ］
　以下、上述した移動局制御方法による処理の流れの一例について説明する。
　図３は、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。
　距離検出部１０３は、画像処理エンジン１０２から出力された、移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報の入力を受け付ける。距離検出部１０３は、入力された移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報に基づいて、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する（ステップＳ１１）。距離検出部１０３は、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を示す距離情報をスイッチ１０５へ出力する。
　スイッチ１０５は、距離検出部１０３から入力された距離情報が示す距離と、予め記憶している所定の距離を示す閾値と、を比較する。
　スイッチ１０５は、入力された距離情報が示す距離が閾値よりも短い場合（ステップＳ１２・Ｙｅｓ）、ブロードアンテナ１０６を利用するように切り替える（ステップＳ１３）。また、スイッチ１０５は、入力された距離情報が示す距離が閾値以上の長さである場合（ステップＳ１２・Ｎｏ）、ナローアンテナ１０７を利用するように切り替える（ステップＳ１４）。
　以上で図３に示すフローチャートの処理が終了する。
　なお、閾値には、例えば、Ｄｓｉｎθ＜Ｘを満たすＤの値（すなわち、Ｄ＜Ｘ／ｓｉｎθの値）が設定される。ここで、Ｄは、移動局間の距離（単位：ｍ）である。また、θはアンテナ指向性半値幅（単位：度）である。また、Ｘは、移動局の位置精度（単位：ｍ）である。なお、上記の半値幅は、半値全幅であり、２Ｄｓｉｎθ／２≒Ｄｓｉｎθで近似している。厳密に２Ｄｓｉｎθ／２を用いて計算してもよい。
　なお、移動局の位置精度Ｘ（ｍ）は、例えばＧＮＳＳ等の位置検出手段の空間分解能と、移動局の移動機構の精度とに依存する。一般的なＧＮＳＳの場合、数ｍ単位でのずれが生じることがある。また、移動機構の精度は、移動局が空中に留まろうとする場合、例えば風等の影響によって数１０ｃｍ程度の誤差が生じることがある。また、移動局が地上にある場合であっても、ステアリングの影響等によって車輪の軸方向に対して、数１０ｃｍ程度の誤差が生じることがある。
＜第２の実施形態＞
　以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　図４は、本発明の第２の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。
　図４において、移動局ｄ１は、上述した第１の実施形態と同様に、アンテナを用いて移動局ｄ２との無線通信を行う。そのため、移動局ｄ１は、移動局ｄ２を追尾するための追尾機構を備えている。
　図４に示すように、移動局ｄ１のアンテナから送信された電磁波のビームは、Ｄｓｉｎφの範囲に照射される。ここで、Ｄは、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離である。また、φは、アンテナ指向性の半値幅である。
　図４に示すように、移動局ｄ１からの距離が近い位置ほど、移動局ｄ１から照射されるビーム広がりはより狭い。そのため、移動局ｄ１からの距離が近いと、追尾対象である移動局ｄ２がビームの照射範囲から外れ易くなる。すなわち、移動局ｄ１が移動局ｄ２を追尾できなくなる可能性が高くなる。
　そのため、第２の実施形態に係る移動局ｄ１は、自己の移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離が所定の距離よりも近い場合、ビームの照射範囲に移動局ｄ２を収めるようにするため、移動局ｄ２から遠ざかるように移動を行う。例えば、図４に示すように、移動局ｄ１は、移動局ｄ２からの距離がＤである位置から、移動局ｄ２からの距離がＤ”（＞Ｄ）である位置へ、移動を行う。
　これにより、移動局ｄ２の位置における、移動局ｄ１から照射されたビーム広がりがより広くなる。これにより、第２の実施形態に係る移動局制御方法は、移動局ｄ１が移動局ｄ２を追尾できなくなる可能性を低減させることができる。
＜第２の実施形態の変形例＞
　以下、本発明の第２の実施形態の変形例について、図面を参照しながら説明する。
　上述した本発明の第２の実施形態に係る移動局制御方法は、第１の実施形態に係る移動局制御方法（すなわち、ビーム幅の異なる複数のアンテナを切り替えて用いる構成）を組み合わせることによって、自由空間損失及びアンテナ利得を考慮して電力マージンの最適化を行う構成にすることもできる。
　図５は、移動局間の距離と、自由空間損失及びビーム幅ごとのビーム広がりと、の関係の一例を示す表である。図５に示すように、例えば、移動局ｄ１からの距離が「６．０ｍ」の位置における自由空間損失は「－８３．６ｄＢ」である。また、図５に示すように、例えば、移動局ｄ１からの距離が「６．０ｍ」の位置におけるビーム広がりは、ビーム幅が「２．９度」のアンテナが用いられた場合には、「０．０４８ｍ」（すなわち、４．８cm）である。
　図６は、アンテナ利得とビーム幅との関係の一例を示す表である。図６に示すように、例えば、ビーム幅が「２．９度」のアンテナが用いられた場合には、アンテナ利得は「３６．０ｄＢｉ」である。
　例えば、３ｃｍ（すなわち、０．０３ｍ）の精度を持つ移動機構を備える移動局を用いる場合を考える。
　例えば、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が６．０ｍ離れている場合には、ビーム幅が２．９度以上のアンテナを用いる必要がある。これは、図５の表が示す値から、距離が６．０ｍである場合において、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナを用いると、ビーム広がりは０．０２５ｍ（２．５ｃｍ）になり、移動局の移動機構の精度である３ｃｍよりも幅が狭くなってしまう。
　距離が６．０ｍである場合において、ビーム幅が２．９度以上のアンテナを用いた場合におけるレベルダイヤは、図５及び図６の表が示す値から、－８３．６ｄＢ（自由空間損失）＋３６．０ｄＢｉ（アンテナ利得）＝－４７．６ｄＢｍとなる。
　ここで、例えば、ダイナミックレンジの下限が－４５ｄＢｍであり、かつ、送信電力を変更することができない場合、上記レベルダイヤの値である－４７．６ｄＢｍは、ダイナミックレンジの下限である－４５ｄＢｍを下回る。このことから、この場合には、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナを用いなければ通信が成立しない。ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナを用いた場合、図５及び図６の表が示す値から、レベルダイヤは、－８３．６ｄＢ（自由空間損失）＋４２．０ｄＢｉ（アンテナ利得）＝－４１．６ｄＢｍとなり、ダイナミックレンジの下限である－４５ｄＢｍを下回らないからである。
　しかしながら、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が６．０ｍ離れている場合に、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナを用いると、上述したように、ビーム広がりが０．０２５ｍ（すなわち、２．５ｃｍ）になる。よって、移動局の移動機構の精度である３ｃｍよりも幅が狭くなってしまう。したがって、移動局ｄ１は、移動局ｄ２から遠ざかるように移動をする必要がある。
　そこで、移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、例えば、移動局ｄ２からの距離が８．０ｍの位置へ移動するように自己の移動局ｄ１を制御する。図５及び図６の表が示す値から、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が８ｍ離れている場合に、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナを用いた場合、レベルダイヤは、－８６．１ｄＢ（自由空間損失）＋４２．０ｄＢｉ（アンテナ利得）＝－４４．１ｄＢｍとなる。よって、ダイナミックレンジの下限である－４５ｄＢｍを下回らない。
　また、図５に示す値から、移動局ｄ１からの距離が８．０ｍの位置におけるビーム広がりは、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナが用いられた場合、０．０３３ｍ（すなわち、３．３cm）である。よって、この場合、移動局の移動機構の精度である３ｃｍよりも幅が狭くはならない。
　以上のことから、移動局制御装置１０は、図５及び図６の表が示す値に基づいて、ビーム幅が１．５度のビームを照射するアンテナに切り替えて、かつ、移動局ｄ２からの距離が８．０ｍの位置へ移動するように自己の移動局ｄ１を制御する、という決定を行うことができる。このように、移動局制御装置１０は、自由空間損失及びアンテナ利得を考慮して電力マージンの最適化を図るように、ビーム幅の制御及び移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離の制御を行うことができる。
［移動局制御システムの構成］
　以下、上述した移動局制御方法により移動局ｄ１を制御する移動局制御システムの構成の一例について説明する。
　図７は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る移動局制御システムの構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、移動局制御システムは、移動局制御装置１０と、画像処理エンジン１０２と、距離検出部１０３と、追尾機構１０４と、を含んで構成される。
　また、移動局制御装置１０は、カメラ１０１と、スイッチ１０５と、ブロードアンテナ１０６と、ナローアンテナ１０７と、移動制御部１０８と、を含んで構成される。
　なお、図７に示すように、第２の実施形態の変形例に係る移動局制御システムの構成が、図２を参照しながら説明した第１の実施形態に係る移動局制御装置１０の構成とは異なる点は、移動制御部１０８が備えられている点である。
　なお、以下、第１の実施形態に係る移動局制御システムと共通する構成については説明を省略する。
　距離検出部１０３は、上述した移動局制御方法によって、用いるアンテナと、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の最適な距離とを決定する。
　そして、距離検出部１０３は、用いるアンテナを示す情報をスイッチ１０５へ出力する。スイッチ１０５は、距離検出部１０３入力された情報に基づいて、用いるアンテナを切り替える。
　また、距離検出部１０３は、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の最適な距離を示す情報を、移動制御部１０８へ出力する。移動制御部１０８は、距離検出部１０３に入力された情報に基づいて、自己の移動局ｄ１を移動させる。
［移動局制御方法による処理の流れ］
　以下、上述した移動局制御方法による処理の流れの一例について説明する。
　図８は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。
　距離検出部１０３は、画像処理エンジン１０２から出力された移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報の入力を受け付ける。距離検出部１０３は、入力された移動局ｄ２を示す画像領域を示す情報に基づいて、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離を検出する（ステップＳ２１）。
　距離検出部１０３は、検出した距離と、図５及び図６の表が示す値と、に基づいて、電力マージンが所定の閾値よりも下回っているか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、所定の閾値とは、例えば上述したダイナミックレンジの下限である。
　電力マージンが所定の閾値よりも下回っていない場合（ステップＳ２２・Ｎｏ）、移動局ｄ１は通信を続行する（ステップＳ２４）。以上で図８に示すフローチャートの処理が終了する。
　電力マージンが所定の閾値よりも下回っている場合（ステップＳ２２・Ｙｅｓ）、距離検出部１０３は、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が、所定の閾値よりも近いか否かを判定する（ステップＳ２３）。
　なお、閾値には、例えば、Ｄｓｉｎθ＜Ｘを満たすＤの値（すなわち、Ｄ＜Ｘ／ｓｉｎθの値）が設定される。ここで、Ｄは、移動局間の距離（単位：ｍ）である。また、θはアンテナ指向性半値幅（単位：度）である。また、Ｘは、移動局の位置精度（単位：ｍ）である。
　移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が、所定の閾値よりも近くはない場合（ステップＳ２３・Ｎｏ）、移動局ｄ１は通信を続行する（ステップＳ２４）。以上で図８に示すフローチャートの処理が終了する。
　移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が、所定の閾値よりも近い場合（ステップＳ２３・Ｙｅｓ）、移動局ｄ１は、移動局ｄ１から移動局ｄ２までの距離が所定の閾値よりも近くはならない位置へ移動する（ステップＳ２５）。そして、再びステップＳ２２の処理に戻る。
＜第３の実施形態＞
　以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　図９は、本発明の第３の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。
　移動局の近くに、障害物、遮蔽物又は反射物等（以下「障害物等」という。）が存在する場合、障害物等が、移動局間で行われる無線通信に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、移動局制御装置１０は、自己の無線局ｄ１又は通信相手である無線局ｄ２から所定の距離の範囲に障害物等が存在する場合に、第１の実施形態と同様に、ビーム幅が異なる他のアンテナに切り替える。
　なお、第３の実施形態に係る移動局制御装置１０は、自己の移動局制御装置１０が備えるアンテナのビーム幅の値及びサイドビーム幅の値を保持している。
　図９に示すように、例えば、移動局ｄ２の近傍にはビルが存在する。ビルの一部は、ビーム幅がθ度であるビームの照射範囲内にある。よって、これらのビルによって電磁波が反射したり、遮られたりすると、移動局ｄ１及び移動局ｄ２との間で行われる無線通信に悪影響が生じる。
　第３の実施形態に係る移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、移動局ｄ２から所定の距離の範囲内に障害物等が存在すること検知すると、ビーム幅がθ度のビームを照射するアンテナから、ビーム幅がφ（＜θ）度のビームを照射するアンテナに切り替える。これにより、図９に示すように、移動局ｄ１から照射されるビームのビーム広がりは狭くなり、ビームの照射範囲にはビルが存在しなくなる。これにより、移動局ｄ１及び移動局ｄ２との間で安定した無線通信を行うことが可能になる。
　なお、ここでいう所定の距離の範囲とは、ビーム幅から計算されるビーム広がりに基づく範囲とする代わりに、フレネル半径を基準としてもよい。
　なお、通信相手の移動局側に障害物等がある場合には、通信相手の移動局に対して、所定の距離の範囲内に障害物等が存在することを通知することが好ましい。
　なお、障害物等の検知の方法としては、移動局制御装置１０が、障害物等の位置を示すデータを予め保持しておき、該データに基づいて障害物等を検知するようにしてもよい。
あるいは、移動局制御装置１０が、カメラやセンサ等によって障害物等を検知するようにしてもよい。あるいは、移動局制御装置１０が、実際の通信の劣化状況等から障害物等を検知するようにしてもよい。
［移動局制御方法による処理の流れ］
　本発明の第３の実施形態に係る移動局制御方法による処理の流れは、図３のフローチャートを参照しながら説明した第１の実施形態に係る移動局制御方法による処理の流れとほぼ同様である。第３の実施形態に係る移動局制御方法が、第１の実施形態に係る移動局制御方法とは異なる点は、図３のフローチャートのステップＳ１２に用いる所定の閾値が、以下のように設定される点である。
　閾値には、例えば、Ｄｓｉｎθ＜ｄを満たすＤの値（すなわち、Ｄ＜ｄ／ｓｉｎθの値）が設定される。ここで、Ｄは、移動局間の距離（単位：ｍ）である。また、θはアンテナ指向性半値幅（単位：度）である。また、ｄは、移動局ｄ２と障害物等との間の距離（単位：ｍ）である。
　このように、第３の実施形態に係る移動局制御方法では、ビーム広がりが、移動局ｄ２と障害物等との間の距離未満となるようにアンテナが切り替えられる。
＜第３の実施形態の変形例＞
　以下、本発明の第３の実施形態の変形例について、図面を参照しながら説明する。
　図１０は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。
　上述したように、移動局の近くに、障害物等が存在する場合、障害物等が、移動局間で行われる無線通信に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、第３の実施形態の変形例に係る移動局制御装置１０は、自己の無線局ｄ１又は通信相手である無線局ｄ２から所定の距離の範囲に障害物等が存在する場合、無線局ｄ２により近づく方向へ自己の無線局ｄ１を移動させる。
　これにより、図１０に示すように、ビルが存在する位置において、移動局ｄ１から照射されるビームのビーム広がりが狭くなるため、ビームの照射範囲にはビルが存在しなくなる。これにより、移動局ｄ１及び移動局ｄ２との間で安定した無線通信を行うことが可能になる。
＜第４の実施形態＞
　以下、本発明の第４の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１１は、本発明の第４の実施形態に係る移動局制御方法の概要を説明するための模式図である。
　上述した第３の実施形態に係る移動局制御方法又は上述した第３の実施形態の変形例に係る移動局制御方法を実施した場合であっても、ビームの照射範囲内に障害物等が存在しないようにすることが難しい場合がある。例えば、移動局の近傍に、ビル等が林立しているような場合等である。
　このような場合、第４の実施形態に係る移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、移動局ｄ２と障害物等との位置関係を検出し、障害物等に対して敢えてビームを照射する。例えば、図１１に示すように、移動局制御装置１０は、ビーム幅がφ度のビームを照射するアンテナから、ビーム幅がθ度のビームを照射するアンテナへ切り替える。これにより、移動局制御装置１０は、意図的に、障害物等がビームの照射範囲に含まれるようにする。
　そして、移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、障害物等に対して照射したビームの反射波が移動局ｄ２へ到達する位置を探索するように動作する。
　なお、この場合、通信相手である移動局ｄ２が障害物等に対してビームを照射して、移動局ｄ１が該ビームを受信することができる位置へ移動することによって、移動局ｄ１の移動先の位置を微調整するようにしてもよい。
　なお、移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、移動局ｄ２から、受信レベル及びスループット等の情報を取得するようにしてもよい。
［移動局制御方法による処理の流れ］
　以下、上述した移動局制御方法による処理の流れの一例について説明する。
　図１２は、本発明の第４の実施形態の変形例に係る移動局制御方法による処理の流れを示すフローチャートである。
　移動局ｄ１の移動局制御装置１０は、通信相手である移動局ｄ２の近傍にある障害物等を検知する（ステップＳ４１）。
　移動局制御装置１０は、移動局ｄ２から放射された電磁波を受信すると、自己の移動局ｄ１を任意の位置へ移動させる（ステップＳ４２）。
　移動局制御装置１０は、移動後の位置における通信品質の値と、前回の位置における通信品質の値（前回値）とを比較する。なお、ここでいう通信品質とは、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication；受信信号強度）、スループット、ＢＥＲ（Bit Error Rate；ビット誤り率）、又はＰＥＲ（Packet Error Rate；パケット誤り率）等である。
　通信品質が前回値より高い場合（ステップＳ４３・Ｎｏ）、移動局制御装置１０は、所望の通信品質以上であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。
　通信品質が前回値より高くない場合（ステップＳ４３・Ｙｅｓ）、移動局制御装置１０は、自己の移動局ｄ１の移動位置を変更した上で（ステップＳ４５）、所望の通信品質以上であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。
　所望の通信品質以上ではない場合（ステップＳ４４・Ｎｏ）、ステップＳ４２の処理へ戻る。
　所望の通信品質以上ではある場合（ステップＳ４４・Ｙｅｓ）、図１２のフローチャートが示す処理が終了する。
　以上、本発明の各実施形態について説明した。
　以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法は、移動局ｄ２（第２の移動局）と通信を行う移動局ｄ１（第１の移動局）を制御するための移動局制御方法である。該移動局制御方法は、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離を検出する。そして、該移動局制御方法は、移動局ｄ１が移動局ｄ２へ放射する電磁波のビーム幅を、検出した距離に応じて切り替える。
　また、以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る移動局制御方法は、移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離が近いほど、移動局ｄ１が移動局ｄ２へ放射する電磁波のビーム幅をより広くするように切り替える。
　また、以上説明したように、本発明の第２の実施形態の変形例に係る移動局制御方法は、ビーム幅及び移動局ｄ１と移動局ｄ２との間の距離に応じて決まるビーム広がりの値が閾値よりも小さい場合、移動局ｄ２との間の距離がより遠い位置へ自己の移動局ｄ１を移動させる。
　また、以上説明したように、本発明の第２の実施形態の変形例において、該閾値は、移動局の移動の精度に基づく値である。
　また、以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係る移動局制御方法は、移動局ｄ１又は移動局ｄ２の近傍に存在する障害物等を検知する。そして、該移動局制御方法は、障害物等が検知された場合、ビーム幅をより狭くするように切り替える。
　また、以上説明したように、本発明の第３の実施形態の変形例に係る移動局制御方法は、移動局ｄ１又は移動局ｄ２の近傍に存在する障害物等を検知する。そして、該移動局制御方法は、障害物等が検出された場合には、移動局ｄ２との間の距離がより近い位置へ移動局ｄ１を移動させる。
　また、以上説明したように、本発明の第４の実施形態の変形例に係る移動局制御方法は、電磁波が障害物等によって反射することによって生じる反射波の強度が最大となるように、ビーム幅を切り替える。
　以上の構成により、本発明の各実施形態に係る移動局制御方法によれば、追尾機構に対する要求精度を高めることなく、広い通信範囲での通信を行うことができる。
　以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
　上述した実施形態における移動局制御システムをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
１０…移動局制御装置、１０１…カメラ、１０２…画像処理エンジン、１０３…距離検出部、１０４…追尾機構、１０５…スイッチ、１０６…ブロードアンテナ、１０７…ナローアンテナ、１０８…移動制御部

Claims (8)

  1. 　第２の移動局と通信を行う第１の移動局を制御するコンピュータによる移動局制御方法であって、
    　前記第１の移動局と前記第２の移動局との間の距離を検出する距離検出ステップと、
    　前記第１の移動局が前記第２の移動局へ放射する電磁波のビーム幅を前記距離に応じて切り替える第１切り替えステップと、
    　を有する移動局制御方法。
  2. 　前記第１切り替えステップは、前記距離が近いほど前記ビーム幅をより広くするように切り替える
    　請求項１に記載の移動局制御方法。
  3. 　前記ビーム幅及び前記距離に応じて決まるビーム広がりの値が閾値よりも小さい場合、前記第２の移動局との間の距離がより遠い位置へ前記第１の移動局を移動させる第１移動ステップ
    　をさらに有する請求項１又は請求項２に記載の移動局制御方法。
  4. 　前記閾値は、前記第１移動ステップによる移動の精度に基づく値である
    　請求項３に記載の移動局制御方法。
  5. 　前記第１の移動局又は前記第２の移動局の近傍に存在する障害物を検知する障害物検知ステップと、
    　前記障害物が検知された場合、前記ビーム幅をより狭くするように切り替える第２切り替えステップと、
    　をさらに有する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の移動局制御方法。
  6. 　前記第１の移動局又は前記第２の移動局の近傍に存在する障害物を検知する障害物検知ステップと、
    　前記障害物が検知された場合、前記第２の移動局との間の距離がより近い位置へ前記第１の移動局を移動させる第２移動ステップと、
    　をさらに有する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の移動局制御方法。
  7. 　前記電磁波が前記障害物によって反射することによって生じる反射波の強度が最大となるように、ビーム幅を切り替える第３切り替えステップ
    　をさらに有する請求項５又は請求項６に記載の移動局制御方法。
  8. 　第２の移動局と通信を行う第１の移動局を制御する移動局制御装置であって、
    　前記第１の移動局と前記第２の移動局との間の距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、
    　前記第１の移動局が前記第２の移動局へ放射する電磁波のビーム幅を前記距離情報に基づく前記距離に応じて切り替える切り替え部と、
    　を備える移動局制御装置。
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