特開 2024-123963 通信システム、制御装置、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024123963

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】通信システム、制御装置、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20240905BHJP

   H04W 88/12 20090101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H04W52/02

H04W88/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031814

(22)【出願日】2023-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新井 拓人

(72)【発明者】

【氏名】北 直樹

(72)【発明者】

【氏名】内田 大誠

(72)【発明者】

【氏名】岩國 辰彦

(72)【発明者】

【氏名】和井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】白戸 裕史

(72)【発明者】

【氏名】山本 高至

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067AA43

5K067CC21

5K067EE10

5K067EE16

(57)【要約】

【課題】通信品質を向上させ、消費電力を抑制可能な技術を提供する。
【解決手段】対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置と、無線通信装置を制御する制御装置とを含む通信システムであって、制御装置は、無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、エリア内に対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来においてエリア内に対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、を備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する制御装置とを含む通信システムであって、
前記制御装置は、
前記無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、
前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、
を備えた通信システム。

【請求項2】

前記推定予測部は、音情報に前記対向無線通信装置が発する非可聴音が含まれる場合に前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在すると推定する請求項１に記載の通信システム。

【請求項3】

前記推定予測部は、音情報と、前記音情報が収集された時に前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在していたか否かを示す存在情報とをセットとしたデータを用いて強化学習された学習モデルを用いて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かの推定する請求項１に記載の通信システム。

【請求項4】

前記推定予測部は、マイクアレイによって収集された遮蔽物が発した音を含む音情報から遮蔽物の方向を推定し、推定された方向と、遮蔽物の位置と、信号対雑音比とをセットとしたデータを用いて強化学習された学習モデルを用いて、前記エリア内での遮蔽環境を推定する請求項１に記載の通信システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記推定予測部による推定結果が前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在しないことを示す場合、または予測結果が将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在しないことを示す場合には、前記無線通信装置の消費電力を抑制させる請求項１に記載の通信システム。

【請求項6】

対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、
前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、
を備えた制御装置。

【請求項7】

対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測ステップと、
前記推定予測ステップによる推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御ステップと、
を備えた制御方法。

【請求項8】

制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、
前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、
して機能させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、通信システム、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

5G等のシステムにおいてはミリ波帯の高周波数帯が使用されており、６Ｇ等の将来の無線通信システムにおいて更なる高速・大容量化を実現していくために、より広い帯域幅を確保可能な更なる高周波数帯の使用が想定されている（非特許文献１参照）。高周波数帯は伝搬損失が大きく、直進性が高くて透過性も低いため遮蔽による通信品質の劣化の影響が顕著となる（非特許文献２参照）。

【0003】

通信品質の劣化を回避する手段として、センシングにより周囲の環境を把握して制御することが考えられる。センシングの手段としてはビームスイープ時に取得可能な受信電力等の情報を用いることやカメラを用いること（非特許文献３参照）が提案されており、見通し通信路の遮蔽による通信品質低下を回避できる可能性が示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】株式会社NTTドコモ,“ドコモ6Gホワイトペーパー4.0版”,Nov. 2021.

【非特許文献2】3GPP TR38.901 V16.0.0: “Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100GHz (Release 16),” Oct. 2019.

【非特許文献3】Y. Koda, K. Nakashima, K. Yamamoto, T. Nishio, and M. Morikura, “Handover management for mmWave networks with proactive performance prediction using camera images and deep reinforcement learning,” IEEE Trans. Cogn. Commun. Netw., vol. 6, no. 2, Feb. 2020.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ミリ波などの高周波数帯無線通信システムでは電波の直進性が強く遮蔽の影響を受けやすいため、センシングにより環境を把握して制御を行うことが考えられる。しかしながら、高周波の通信電波、カメラ、ＬｉＤＡＲなどによるセンシングは見通し外の把握が困難であり、見通し外の状況に基づく制御の実現が難しい。そのため、通信品質の向上が困難であった。また遮蔽により通信できない場合には、通信装置をスリープ状態で動作させるなど、通信装置の消費電力を抑制した方がよいが、見通し外の状況の把握が困難なため、効率的にスリープ制御を行うことができなかった。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、通信品質を向上させ、消費電力を抑制可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する制御装置とを含む通信システムであって、前記制御装置は、前記無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、を備えた通信システムである。

【0008】

本発明の一態様は、対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部と、を備えた制御装置である。

【0009】

本発明の一態様は、対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測ステップと、前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御ステップと、を備えた制御方法である。

【0010】

本発明の一態様は、制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、対向無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置がカバーするエリア内から収集された音情報にもとづいて、前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを推定するとともに、将来において前記エリア内に前記対向無線通信装置が存在するか否かを予測する推定予測部と、前記推定予測部による推定結果、または予測結果に応じて、前記無線通信装置の消費電力を抑制する制御を行う制御部として機能させることを特徴とするプログラム。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、通信品質を向上させ、消費電力を抑制可能な技術を提供する技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】通信システムの全体構成を示す図である。

【図2】制御装置による制御例を示す図である。

【図3】制御装置と無線通信装置との構成例を示す図である。

【図4】制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、本実施形態に係る通信システム１０の全体構成を示す図である。通信システム１０は、制御装置１００、および無線通信装置２００－１、２００－２で構成される。以下の説明において、無線通信装置２００－１、２００－２のそれぞれを特に区別しない場合には、無線通信装置２００と表現する。また、図１において、無線通信装置２００は、２つ示されているが、１つ、または３つ以上であってもよい。さらに、無線通信装置２００は、遮蔽物に設置されているが、これは一例であり、鉄塔やビルの屋上、電柱など、高所に設置されることや、都市部の地下街や地下鉄駅構内などに設置されていてもよい。

【0014】

制御装置１００は、無線通信装置２００を制御する。制御装置１００は、ｅＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）を用いるなどして無線通信装置２００に信号を送信する。特に本実施形態では、通信に係る制御の他に、無線通信装置２００の消費電力に関する制御を行う。無線通信装置２００は、制御装置１００の制御にしたがうとともに、スマートフォンなどの対向無線通信装置３００と通信を行う。無線通信装置２００は、光信号をＯ／Ｅ(Optical-to-Electrical)変換して元の無線信号を取り出す。また、無線通信装置２００は、ビームフォーミング技術などを用いて対向無線通信装置３００と通信する。

【0015】

無線通信装置２００は、無線通信装置２００がカバーするエリア内から音情報を収集可能なマイク等を備える。収集された音情報は、制御装置１００に送信される。制御装置１００は、受信した音情報にもとづいて制御を行う。

【0016】

図２は、制御装置１００による制御例を示す図である。無線通信装置２００は、無線通信装置２００を所持するユーザの移動（図２では右方向に移動）に伴い、無線通信装置２００－１からの信号は遮蔽物によって遮られる。そのため、制御装置１００は、無線通信装置２００にスイープの指示（対向無線通信装置３００－２と通信する指示）を出す制御を行う。

【0017】

図３は、制御装置１００と無線通信装置２００との構成例を示す図である。図３において、制御装置１００は、推定予測部１１０、制御部１２０、伝送部１３０、記憶部１４０、および信号処理部１５０で構成される。伝送部１３０は制御部１２０の制御によって、ネットワーク上の上位装置や無線通信装置２００と通信を行う。また、伝送部１３０は、受信した信号を信号処理部１５０に出力したり、信号処理部１５０から入力された信号を上位装置や無線通信装置２００に送信する。信号処理部１５０は、制御部１２０の制御によって、伝送部１３０が送受信した信号に係る信号処理を行う。また、信号処理部１５０は、無線通信装置２００から受信した音情報を記憶部１４０に出力する。

【0018】

記憶部１４０は、信号処理部１５０から入力された音情報に加え、学習モデル１４１、１４２を記憶する。学習モデル１４１は、音情報と、音情報が収集された時にエリア内に対向無線通信装置３００が存在していたか否かを示す存在情報とをセットとしたデータを用いて強化学習された学習モデルである。学習モデル１４２は、後述するマイクアレイによって収集された遮蔽物が発した音を含む音情報から遮蔽物の方向を推定し、推定された方向と、遮蔽物の位置と、信号対雑音比とをセットとしたデータを用いて強化学習された学習モデルである。

【0019】

推定予測部１１０は、記憶部１４０に記憶された音情報にもとづいて、各無線通信装置２００のエリア内に対向無線通信装置３００が存在するか否かを推定するとともに、将来においてエリア内に対向無線通信装置３００が存在するか否かを予測する。具体的に、推定予測部１１０は、音情報に対向無線通信装置３００が発する非可聴音が含まれる場合にエリア内に対向無線通信装置３００が存在すると推定する。推定予測部１１０は、学習モデル１４１を用いて、エリア内に対向無線通信装置３００が存在するか否かを推定する。学習モデル１４１は、音情報から、現時点または将来において対向無線通信装置３００がエリア内に存在するか否かを出力する学習モデルである。将来において対向無線通信装置３００がエリア内に存在する場合には、対向無線通信装置３００がエリア内に存在するまでの現時点から経過時間も出力する。

【0020】

推定予測部１１０は、エリア内での遮蔽環境を推定する。ここで、遮蔽環境とは、例えば無線通信装置２００から遮蔽物までの方向および距離を示す情報である。さらに、推定予測部１１０は、学習モデル１４２を用いて、将来の通信品質を予測する。ここでの通信品質とは、例えば数１０ｍｓ～数１００ｍｓ先の受信ＳＮＲや受信電力である。したがって、学習モデル１４２は、音情報から、現時点または将来における数１０ｍｓ～数１００ｍｓ先の受信ＳＮＲや受信電力を出力する学習モデルである。将来における通信品質は、時系列データ（例えば、１分後の通信品質、２分後の通信品質、…）として出力される。

【0021】

推定予測部１１０は、推定結果および予測結果を制御部１２０に出力する。制御部１２０は、制御装置１００全体を制御する。制御部１２０は、図２で示したように、対向無線通信装置３００に接続する無線通信装置３００を切り替える。特に、本実施形態では、制御部１２０は、推定予測部１１０による推定結果、または予測結果に応じて、無線通信装置２００の消費電力を抑制する制御を行う。具体的に、制御部１２０は、推定予測部１１０による推定結果がエリア内に対向無線通信装置３００が存在しないことを示す場合、または予測結果が将来においてエリア内に対向無線通信装置３００が存在しないことを示す場合には、無線通信装置２００の消費電力を抑制させる。消費電力の抑制は、例えばスリープ機能により実現される。本実施形態では、制御装置１００は、無線通信装置２００にスリープ状態に移行させる指示を行う。これにより、無線通信装置２００は、スリープ状態に移行する。スリープ状態から通常状態への移行も制御装置１００から無線通信装置２００への指示（復帰指示）により行われる。なお、消費電力の抑制には、消費電力が０ｗであることも含む。すなわち、無線通信装置２００の電源をオフにすることも消費電力の抑制である。

【0022】

無線通信装置２００は、伝送部２１０、送受信部２２０、制御部２３０、収集部２４０、信号処理部２５０、マイク２６０、およびアンテナ部２７０を備える。伝送部２１０は、制御部２３０の制御によって、制御装置１００と通信を行う。また、伝送部２１０は、収集部２４０から入力された音情報を制御装置１００に送信する。伝送部２１０は制御装置１００から受信した信号を信号処理部２５０に出力し、また信号処理部２５０が出力した信号を制御装置１００に送信する。信号処理部２５０は、伝送部２１０から受信した信号に対して処理を行い、送受信部２２０に出力する。

【0023】

信号処理部２５０は、送受信部２２０から入力された信号に対して処理を行い、伝送部２１０に出力する。送受信部２２０は、信号の位相および／または振幅を制御したビームフォーミングや信号の送受信に係る処理を行う。送受信部２２０は、信号処理部２５０から入力された信号をアンテナ部２７０を介して無線信号として対向無線通信装置３００に送信する。また、送受信部２２０は、アンテナ部２７０が受信した信号を信号処理部２５０に出力する。

【0024】

収集部２４０は、マイク２６０により収音された音情報を収集し、伝送部２１０に出力する。マイク２６０は、無線通信装置２００がカバーするエリア内を含む音を収集する。マイク２６０は、収集した音を示す音情報を収集部２４０に出力する。なお、マイク２６０は、マイクアレイであってもよい。制御装置１００は、マイク２６０により得られた音情報から、音源の方向を推定できる。また、音情報には音源からの音と、音源が遮蔽物により跳ね返ってくる音も含まれる。また、音情報は、音波自体の強度や周波数スペクトルを示すデータでもよいし、マイクアレイを用いた到来角推定結果等の加工を行った形のデータでもよい。

【0025】

このような音情報を解析することで、対向無線通信装置３００の方向や遮蔽物の方向が推定可能となる。なお、収集する音は周囲の環境音でもよいし、フィルタなどにより特定の音域の音に限定してもよく、可聴音でも非可聴音でもよい。また、対向無線通信装置３００は、定期的に決まった音域やパターンの音を発生させ、制御装置１００は、その音を検知してもよい。

【0026】

制御部２３０は、無線通信装置２００全体を制御する。制御部２３０は、制御装置１００からの指示により無線通信装置２００の上述したスイープ制御などを行う。

【0027】

なお、無線通信装置２００は図３に示される構成や、その他５Ｇ ＮＲ（New Radio）におけるＣＵ（Central Unit）、ＤＵ（Distributed Unit）、及びＲＵ（Radio Unit）のように信号処理部が装置として分割されるような構成でもよい。さらに、図３では、推定予測部１１０や学習モデル１４１、１４２が制御装置１００に設けられているが、推定予測部１１０や学習モデル１４１、１４２を無線通信装置２００に設けてもよい。

【0028】

図４は、制御装置１００の処理の流れを示すフローチャートである。図４に示されるフローチャートは、無線通信装置２００が対向無線通信装置３００と通信をしている状態で開始される処理の流れを示すフローチャートである。

【0029】

図４において、制御装置１００は、通信中または通信可能な対向無線通信装置３００があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１では、接続中の対向無線通信装置３００がある場合、および接続可能な対向無線通信装置３００がある場合に肯定判定される。したがって、接続中であった対向無線通信装置３００と切断した場合は否定判定される。

【0030】

ステップＳ１０１において、接続中または接続可能な対向無線通信装置３００がある場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御装置１００は、対向無線通信装置３００と通信を継続し、または通信を開始して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０１において、接続中の対向無線通信装置３００がなく、かつ接続可能な対向無線通信装置３００がない場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、制御装置１００は、無線通信装置２００に対し、スリープ状態への移行を指示することで、無線通信装置２００をスリープ状態に移行させる（ステップＳ１０２）。

【0031】

制御装置１００は、無線通信装置２００から音情報を収集する（ステップＳ１０３）。制御装置１００は、収集された音情報から、学習モデル１４１、１４２を用いて、推定および予測を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、上述したように、制御装置１００は、エリア内に対向無線通信装置３００が存在するか否かを推定し、将来においてエリア内に対向無線通信装置３００が存在するか否かを予測する。

【0032】

制御装置１００は、推定および予測の結果、現時点または将来において対向無線通信装置３００がエリア内に存在するか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制御装置１００は、推定および予測の結果、現時点においても、かつ将来においても対向無線通信装置３００がエリア内に存在しないと判定された場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０３に戻り、音情報の収集を継続する。

【0033】

制御装置１００は、現時点において対向無線通信装置３００がエリア内に存在すると判定した場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、直ちに無線通信装置２００に復帰指示を行うことで、無線通信装置２００を通常状態に移行させる（ステップＳ１０６）。一方、制御装置１００は、将来において対向無線通信装置３００がエリア内に存在すると判定した場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、学習モデル１４１が出力した経過時間が経過したタイミングで無線通信装置２００に復帰指示を行うことで、無線通信装置２００を通常状態に移行させる（ステップＳ１０６）。その後、無線通信装置２００に通信を開始させ（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１に戻る。
上述したステップＳ１０５においては、対向無線通信装置３００の移動速度やスリープ状態から通常状態への復帰に要する処理時間などを加味して制御してもよい。

【0034】

本実施形態では、音情報のみによって制御する実施形態を示したが、これに限るものではない。音情報だけでなく、その他のセンシング情報と組み合わせて、見通し外における状況を基にした制御と見通し内における状況を基にした制御を分担して行う構成でもよい。また、上述した推定又は予測に基づく制御として、接続する無線通信装置の切り替えだけでなく、ビームフォーミングによるビームの指向性制御に活用したり、ビームサーチ範囲の削減に活用してもよい。

【0035】

以上説明したように、本実施形態によれば、通信品質を向上可能な技術を提供することである。また、本実施形態によれば、高周波数帯の通信システムにおいて見通し外の状況把握に基づく制御が可能となり、無線通信装置のスリープ制御による低消費電力化やハンドオーバ制御の効率化による通信品質向上が期待できる。

【0036】

上述した制御装置１００および無線通信装置２００が実行する各機能は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

【0037】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0038】

１０…通信システム、１００…制御装置、１１０…推定予測部、１２０…制御部、１３０…伝送部、１４０…記憶部、１４１…学習モデル、１４２…学習モデル、１５０…信号処理部、２００、２００－１、２００－２…無線通信装置、２１０…伝送部、２２０…送受信部、２３０…制御部、２４０…収集部、２５０…信号処理部、２６０…マイク、２７０…アンテナ部、３００…対向無線通信装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】