特許 7685894 無線通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-22

(45)【発行日】2025-05-30

(54)【発明の名称】無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 24/04 20090101AFI20250523BHJP

   H04W 4/12 20090101ALI20250523BHJP

   H04W 40/18 20090101ALI20250523BHJP

   H04W 52/24 20090101ALI20250523BHJP

【ＦＩ】

H04W24/04

H04W4/12

H04W40/18

H04W52/24

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021111930

(22)【出願日】2021-07-06

(65)【公開番号】P2023008393

(43)【公開日】2023-01-19

【審査請求日】2023-11-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】時水 大志

(72)【発明者】

【氏名】東中 雅嗣

(72)【発明者】

【氏名】中島 昭範

(72)【発明者】

【氏名】矢野 和志

(72)【発明者】

【氏名】村田 吉隆

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雄基

(72)【発明者】

【氏名】篠田 伊吹

【審査官】松▲崎▼ 祐季

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１８２７５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０４９５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３５３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８８２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００６８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６４１４２７８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１６／０７２１７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４、６

ＣＴ ＷＧ１、４

ＩＥＥＥ ８０２．１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電波阻害の要因となり得る対象物によって生じると想定される電波阻害の情報を蓄積する情報蓄積装置、通信領域内の前記対象物を検出する対象物検出装置、前記情報蓄積装置に蓄積されている情報に基づいて、前記対象物検出装置によって検出された前記対象物によって生じる電波阻害を予測する電波阻害分析部、および前記予測された電波阻害を回避するための回避策を実施する電波阻害回避部を備え、
前記通信領域が、第１の送受信機と第２の送受信機との間に設定した第１の無線通信領域と、前記第１の無線通信領域の外周に設定した第２の無線通信領域とを有し、
前記対象物検出装置によって検出された前記対象物が前記第１の無線通信領域に存在する場合、前記対象物が前記第１の送受信機及び前記第２の送受信機から離れる場合を除き、前記回避策を実行し、
前記対象物検出装置によって検出された前記対象物が前記第２の無線通信領域に位置している場合、前記対象物の振る舞いを監視するとともに、将来の位置を予測し、電波阻害となる特定の位置に来ると想定される場合は前記回避策を実行する、
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

前記回避策が、警告表示策、経路切替策、送信電力制御策および周波数切替策の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記情報蓄積装置に蓄積された情報は、電波阻害の要因となり得る前記対象物について、位置、材質及び大きさを含む特質と、移動速度、移動方向及び移動軌跡を含む動作と、温度及び湿度を含む周囲環境と、希望波／干渉波の周波数及び信号レベルを含む電波環境と、を時系列に学習させた、想定される電波阻害の影響についての情報である、請求項１または２に記載の無線システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、無線通信システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

民生機器の通信システムでは、無線が広く普及している。また、産業機器にも無線の適用が拡大している。特に製造現場における生産性向上に向けて、無線通信技術を最大限活用することが望まれている。

【0003】

無線技術を最大限活用するためには、製造システム特有の通信要件への対応および通信障害の克服等が大きな課題となる。例えば、製造現場において複数のＩｏＴ機器が導入され、このような機器が発する電波が同じ周波数を利用する場合、互いに干渉し合うことで通信障害が生じ、機能を最大限に引き出すことができなくなる可能性がある。また、無線経路に物体が存在することによって無線の通信状態が阻害されるということが起こり得る。

【0004】

無線の通信状態における課題を解決するために、特許文献１では、無線の伝搬を阻害する可能性のある物体（障害対象物）をセンサで検出し、検出された情報に基づいて、無線経路を、無線伝搬の阻害の影響を受けにくい他の代替無線経路に切り替えて無線通信を継続するシステムが提案されている。

【0005】

また、特許文献２では、障害対象物などがあった場合、センサで障害対象物の位置を特定して障害対象物の影響を回避するように自律的に電波環境の良い場所に無線中継装置を移動させることで、空間的な電波環境の利用効率を上げたり、障害対象物と無線中継装置との距離と干渉波のレベルの相関関係から干渉波を発生する障害対象物の位置を特定することで最適な無線の経路を探索したり、干渉波を発生する障害対象物に警告したりすることで、継続して通信する必要がある（優先度の高い）無線装置間の無線ネットワークの信頼性を上げることのできる無線通信システムを実現する方法が提案されている。

【0006】

また、特許文献３では、無線通信システム運用時に、通信の障害対象物が無線装置の近傍に配置された場合には、金属の台車など通信の障害となる障害対象物の頻繁な移動および当該システムと同一周波数を使用する他システムの周波数干渉源が追加された場合に、通信状態が異常であると判定すると、通信信頼性が低下する前に、通信信頼性に影響しない最適な位置に無線移動中継端末を移動または追加することにより安定な通信ルートを確保して無線通信を行い、通信の信頼性低下を防止する方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１９－１２９７２号公報

【文献】特開２０２０－１７８３５号公報

【文献】特開２００８－７９２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１の方法では、無線伝搬する上で最適な経路に電波が阻害される可能性のある障害対象物がある場合、無線の中継装置の数が増えることになり、中継遅延時間が余分にかかり、低遅延化の要求を満足できない可能性があった。また、無線の阻害要因になりうる人体等の障害対象物の検知の判断をセンサのみで行っており、無線の阻害要因にならないものを阻害要因として誤検知し、不必要に無線の経路切替を発生させ、通信が不安定になるという問題があった。さらに、無線の阻害要因になりうる人体等の障害対象物が複数あった場合、経路切替が頻繁に発生したり、最悪、どの経路にも障害対象物が存在するため、どの経路を選択しても安定して通信ができなくなったりという問題があった。

【0009】

特許文献２の方法では、障害対象物と無線中継装置との距離と干渉波のレベルの相関関係から干渉波を発生する障害対象物の位置を特定し、干渉波のレベル、ＳＮ比から最適な中継装置の場所に自律的に移動できるものの、中継装置を移動させる必要があることおよび中継装置自体が移動するため、電波の阻害要因を決定し直したり、最適な中継装置の位置の決定に時間がかかったりするため、電波の阻害要因を効果的に特定することができないという問題があった。

【0010】

特許文献３の方法では、通信状態が異常であると判定した場合に、要因となる障害対象物または干渉源の位置を推定し、電波が阻害されないよう中継端末が移動または追加されるものの、特許文献２と同様に、中継装置の移動に応じて、電波の阻害要因の位置の推定を繰り返したり、最適な中継装置の位置の決定に時間がかかったりするため、電波の阻害要因を効果的に特定することができないという問題があった。

【0011】

いずれの先行技術においても、電波阻害が発生した後に対応するもので、電波阻害の影響を受けるという問題がある。本願は、上記のような問題を解消するためになされたものであり、継続通信をする必要がある優先度の高い地点間の無線通信ネットワークにおいて、電波阻害要因となり得る対象物について、予め情報を蓄積し、電波阻害の発生する前に、問題を回避することで、無線ネットワークの電波環境を良くして、無線の信頼性を上げる無線通信システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願の無線通信システムは、電波阻害の要因となり得る対象物の存在によって生じると想定される電波阻害の状態の情報を蓄積する情報蓄積装置、通信領域内の前記対象物を検出する対象物検出装置、前記情報蓄積装置に蓄積された情報に基づいて、前記対象物検出装置によって検出された前記対象物について発生する電波阻害を予測する電波阻害分析部、および前記予測された電波阻害を回避するための回避策を実施する電波阻害回避部を備え、前記通信領域が、第１の送受信機と第２の送受信機との間に設定した第１の無線通信領域と、前記第１の無線通信領域の外周に設定した第２の無線通信領域とを有し、前記対象物検出装置によって検出された前記対象物が前記第１の無線通信領域に存在する場合、前記対象物が前記第１の送受信機及び前記第２の送受信機から離れる場合を除き、前記回避策を実行し、前記対象物検出装置によって検出された前記対象物が前記第２の無線通信領域に位置している場合、前記対象物の振る舞いを監視するとともに、将来の位置を予測し、電波阻害となる特定の位置に来ると想定される場合は前記回避策を実行する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本願の無線通信システムによれば、電波阻害となり得る対象物を検出した場合に、蓄積されている電波阻害の情報に基づいて、実際の電波阻害が発生する前に障害の回避策を実施することができるという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１の無線通信システムの構成図である。

【図2】実施の形態１の無線通信システムにおける電波阻害分析の手順を示すフローチャートである。

【図3】実施の形態２の無線通信システムの障害対象物の検出を示す説明図である。

【図4】無線通信システムのハードウエア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施の形態１
以下、図面に基づいて実施の形態１を説明する。なお、図中同一符号は、各々同一または相当部分を示す。
図１は、実施の形態１による無線通信システムの概略的な構成を示している。この無線通信システムは、無線通信を時間・空間・周波数・人・物・ロボット・環境など統合的に制御する無線通信システムである。

【0016】

従来の無線通信システムでは、電波の送信機と受信機との間において、電波阻害の要因となり得る障害対象物を検出し、障害対象物によって発生した電波阻害の影響を測定して、その影響をできるだけ小さくするようにしている。
これに対して、本願の無線通信システムでは、電波阻害の要因となり得る障害対象物について、特質（位置、材質、大きさ）、動作（移動速度、移動方向、移動軌跡）、周囲環境（温度、湿度）、電波環境（希望波／干渉波の周波数、信号レベルなど）を時系列に学習させ、複雑な電波阻害の影響についての情報を予め蓄積する対象物情報学習装置１０を備えている。

【0017】

対象物情報学習装置１０は、様々な種類の障害対象物を設定する対象物設定装置１１と、障害対象物の存在によって生じる電波阻害を想定する障害想定装置１２と、障害対象物の移動状態に応じて生じると想定される電波阻害についての情報を蓄積する情報蓄積装置１３とを備えている。この対象物情報学習装置１０では、様々な障害対象物を想定し、その障害対象物の様々な状態によって生じる電波阻害の状態が想定され、学習されて記憶されている。

【0018】

送信機と受信機との間の通信領域内に存在する複数の障害対象物は、対象物検出装置２０によって検出される。対象物検出装置２０において複数の様々な障害対象物が検出されると、検出された障害対象物の情報と情報蓄積装置１３に蓄積されている情報とによって、複数の障害対象物のそれぞれについて、想定される電波阻害の状態が電波阻害分析部３０において予測される。この予測された障害を回避するための回避策が電波阻害回避部４０において設定され実行される。電波阻害分析部３０における予測の結果は、複数の障害対象物のそれぞれについて電波阻害の影響度合いの大きい順に並べられる。ここで、対象物検出装置２０は、カメラ、ＬＩＤＡＲ、ミリ波、赤外線などの各種センサで構成される。

【0019】

電波阻害の影響度合いが大きいと判断された順序に従って、電波阻害回避部４０において、対応する回避策が設定され、実行される。電波阻害回避部４０における回避策としては、警告表示策４０１、経路切替策４０２、送信電力制御策４０３、周波数切替策４０４が準備されている。

【0020】

警告表示策４０１とは、電波阻害要因として影響の度合いが大きいと判断された障害対象物に対して、警告表示することで、表示デバイス（スマートグラス、モニタ、ディスプレイ）などにより注意を喚起するものである。ここで、警告表示だけでなく、電波阻害する位置に来ないよう、障害対象物を誘導したり、障害対象物の移動を制限したりすることで、電波阻害を回避してもよい。
経路切替策４０２とは、電波阻害となる障害対象物の位置を特定し、障害対象物のそれぞれの位置に対して、電波阻害の相関関係を分析し、その分析した結果に基づいて無線電波の経路を切り替えることで、阻害要因を排除するもので、無線通信の電波環境の安定化を図り、無線通信の信頼性を向上させることが可能となる。

【0021】

送信電力制御策４０３とは、電波阻害となる障害対象物の位置を特定し、障害対象物のそれぞれの位置に対して、電波阻害の相関関係を分析し、その分析した結果に基づいて送信する電波の送信電力を制御することで、無線通信の電波環境の安定化を図るものである。
周波数切替策４０４とは、電波阻害となる障害対象物の位置を特定し、障害対象物のそれぞれの位置に対して、電波阻害の相関関係を分析し、その分析した結果に基づいて送信する電波の周波数を切替えることで、無線通信の電波環境の安定化を図るものである。
ここで、電波阻害の相関関係の分析には、障害対象物自体以外にも湿度、温度などの周囲環境の分析対象としてもよい。湿度と温度とに相関関係がある場合には湿度あるいは温度を調整することで電波環境の安定化を図ることができる。

【0022】

電波阻害回避部４０において準備されている回避策は、それぞれ単独で実施しても効果を期待できるが、複数の回避策を重ね合わせて実施することができる。その場合には、複合した効果を期待できる。
回避策を実施することで電波阻害要因について対策が完了するが、この実施の形態１においては、情報収集装置５０によって、電波阻害回避部４０において選択された回避策についての情報が収集されるように構成されている。

【0023】

情報収集装置５０において収集された情報は、阻害状況分析部６０において、回避策の成績が分析され、その結果は、対象物情報学習装置１０において蓄積され、障害対象物についての学習に使用される。
電波阻害分析部３０において電波阻害物を特定する分析は、図２に示す手順によって行われる。

【0024】

まず、図に示すように、対象物検出装置２０からの情報を受け（ステップＳ１）、通信領域内に障害となり得る障害対象物が存在するか否かの判断を行う（ステップＳ２）。障害対象物が存在しない場合には、予め定めた時間間隔の後に、対象物検出装置２０からの情報を受けることを繰り返す（ステップＳ３）。障害対象物が存在する場合には、障害対象物が存在する場合には、対象となる障害対象物を特定し（ステップＳ４）、障害対象物の位置を特定する（ステップＳ５）。

【0025】

障害対象物の位置毎に電波環境を測定する（ステップＳ６）。電波環境を測定の結果、障害対象物が電波環境に影響するか否かの判断を行う（ステップＳ７）。障害対象物が電波環境に影響しない場合には、その障害対象物を監視対象として、障害対象物の位置の変化を監視する（ステップＳ８）。障害対象物が電波阻害物に該当する場合には、電波阻害物として特定する（ステップＳ９）。
この分析を行うことによって、事前に注意喚起を行い、電波阻害する位置に来ないようにすることで、電波環境の悪化を未然に防ぐことが可能となる。
ここで、電波環境の測定では、例えば、伝送誤り率、伝送速度、希望波（Ｓｉｇｎａｌ）、干渉波（Ｎｏｉｓｅ）のレベル、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、リンクダウン、マルチパス、スペクトル歪み、多重受信状態などを対象とする（ステップＳ６）。障害対象物が電波環境に影響するか否かの判断には、例えば、測定したデータの辺かを時系列で分析し、データの悪化の有無で判断する（ステップＳ７）。

【0026】

実施の形態２
実施の形態１では、対象物検出装置２０において複数の障害対象物を検出すると説明している。この複数の障害対象物の検出について、具体的な内容を説明する。
図３は、対象物検出装置２０による検出の概要を説明する説明図であって、図に示すように、第１の送受信機３１と第２の送受信機３２との間で無線通信を行う場合であって、第１の送受信機３１において電波環境を監視して電波阻害が発生しないように回避策を設定して実行する場合を想定している。第１の送受信機３１が矢印Ａに示すように第２の送受信機に向かって移動している場合であって、電波環境の監視を行う通信領域を複数の領域に区分している。

【0027】

すなわち、第１の送受信機３１と第２の送受信機３２とを直線的に結ぶ最短距離であって、多少の移動の変化を含む第１の無線通信領域３３と、第１の無線通信領域３３の外周に位置する第２の無線通信領域３４とに分けている。ここで、障害対象物として第１の送受信機３１と第２の送受信機３２との間の第１の無線通信領域３３に存在する第１の障害対象物３５、第２の無線通信領域３４の位置にあるが第１の無線通信領域３３に向かって移動している第２の障害対象物３６，第１の無線通信領域３３の内に存在するが第２の送受信機３２から離れる方向に移動すると想定される第３の障害対象物３７が想定されている。

【0028】

この図に示すように、第１の障害対象物３５に対しては、実施の形態１において説明した電波阻害回避策を実行することになる。また第２の障害対象物３６に対しては、移動速度、移動方向に注意して、必要に応じて回避策を実行することになる。また、第３の障害対象物３７については、第２の障害対象物３６と同様に、移動方向、移動速度に注意することになる。この図に示すように、第１の無線通信領域３３に位置する第１の障害対象物３５および第３の障害対象物３７だけでなく、第２の無線通信領域３４に位置している第２の障害対象物３６の振る舞いを監視することによって、将来に生じる電波阻害を未然に回避することができる。

【0029】

以上のように、様々の状態の障害対象物の位置とその動きを監視するとともにそれぞれの障害対象物の電波環境への影響度合いを継続して監視することによって、障害対象物の将来の位置を予測し、電波阻害になりそうな特定の位置に来ると想定される場合に、事前に注意喚起を行い、電波阻害する位置に来ないようにすることで、電波環境の悪化を未然に防ぐことが可能となる。

【0030】

なお、本願の無線通信システム１００のハードウエアの一例を図４に示す。無線通信システム１００は、プロセッサ１０１と記憶装置１０２とから構成され、図示していないが、記憶装置１０２は、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。

【0031】

プロセッサ１０１は、記憶装置１０２から入力されたプログラムを実行することにより、例えば、無線通信システム１００の制御を行なう。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０１は、演算結果等のデータを記憶装置１０２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

【0032】

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0033】

１０ 対象物情報学習装置、１１ 対象物設定装置、１２ 障害想定装置、１３ 情報蓄積装置、２０ 対象物検出装置、３０ 電波阻害分析部、３１ 第1の送受信機、３２ 第2の送受信機、３３ 第1の無線通信領域、３４ 第2の無線通信領域、３５ 第１の障害対象物、３６ 第２の障害対象物、３７ 第３の障害対象物、４０ 電波阻害回避部、５０ 情報収集装置、６０ 阻害状況分析部、１００ 無線通信システム、１０１ プロセッサ、１０２ 記憶装置、４０１ 警告表示策、４０２ 経路切替策、４０３ 送信電力制御策、４０４ 周波数切替策

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】