JP2016144194A - 無線通信装置および無線通信システム、並びに無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を可能とした無線通信装置および無線通信システム、並びに無線通信方法を提供する。
【解決手段】移動体との間で通信を行うための無線通信装置は、通信に用いられるビームの照射方向及びビーム幅を調節するためのビーム調節部と、前記移動体に前記ビームが追従可能に前記照射方向を調節するよう前記ビーム調節部を制御するための照射方向制御部と、少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するためのビーム幅制御部と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】移動体との間で通信を行うための無線通信装置は、通信に用いられるビームの照射方向及びビーム幅を調節するためのビーム調節部と、前記移動体に前記ビームが追従可能に前記照射方向を調節するよう前記ビーム調節部を制御するための照射方向制御部と、少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するためのビーム幅制御部と、を備える。
【選択図】 図１
Description
本開示は、移動体との間で無線通信を行うための無線通信装置および無線通信システム、並びに無線通信方法に関する。
一般に、移動体との間の無線通信技術においては、移動体と基地局（基地局も移動体である場合を含む）の間の通信距離の長距離化、及び、移動体と基地局の間の通信の信頼性向上が求められている。なお、ここでいう通信の信頼性とは、高速移動体に対しても追従性を確保し、通信を確立することである。
なお、特許文献１には、無線通信技術に関する発明ではないが、飛翔目標の追従性向上を図るようにしたレーダ装置が記載されている。このレーダ装置では、タイムスケジュールに基づいて近距離用のビームと長距離用のビームとを切り替えるようになっており、近距離用のビームの厚みを長距離用のビームの厚みより大きくし、近距離の飛翔目標を確実に探知できるようにしている。
従来の無線通信では、通信用ビームのビーム幅が固定されたアンテナが用いられるのが一般的である。この場合、通信距離の長距離化と通信の信頼性とはトレードオフの関係にあり、これらの両立を目指すことは困難であった。
例えば、無指向性のアンテナを用いた場合、高速移動体に対する追従性は上がるものの、通信距離が短くなる。なお、指向性のアンテナに移動体の自動追尾機能を付加したものが知られているが、この自動追尾機能は機械走査方式が主流であり、その追従性は例えば１deg/s程度と低く、高速移動中の対象を追尾することは難しい。一方、通信距離の長距離化には電波の指向性を高めることが有効であるが、そうした場合、近距離における通信可能な角度範囲が狭まるため、高速移動体の追従性は低下してしまう。そこで、長距離化を図るために送信出力を上げると、電波の多重反射による干渉によって信号が劣化してしまい、通信品質の低下に繋がる。
このように、無線通信技術においては、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上が要求されるが、従来の無線通信では、これらの要求を両立可能なシステムは提案されていなかった。
例えば、無指向性のアンテナを用いた場合、高速移動体に対する追従性は上がるものの、通信距離が短くなる。なお、指向性のアンテナに移動体の自動追尾機能を付加したものが知られているが、この自動追尾機能は機械走査方式が主流であり、その追従性は例えば１deg/s程度と低く、高速移動中の対象を追尾することは難しい。一方、通信距離の長距離化には電波の指向性を高めることが有効であるが、そうした場合、近距離における通信可能な角度範囲が狭まるため、高速移動体の追従性は低下してしまう。そこで、長距離化を図るために送信出力を上げると、電波の多重反射による干渉によって信号が劣化してしまい、通信品質の低下に繋がる。
このように、無線通信技術においては、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上が要求されるが、従来の無線通信では、これらの要求を両立可能なシステムは提案されていなかった。
この点、特許文献１は、目標の探知のみを目的としたレーダ装置であるため、無線通信技術における上記課題を解決するための具体的な構成については記載されていない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を可能とした無線通信装置および無線通信システム、並びに無線通信方法を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る無線通信装置は、
移動体との間で通信を行うための無線通信装置であって、
通信に用いられるビームの照射方向及びビーム幅を調節するためのビーム調節部と、
前記移動体に前記ビームが追従可能に前記照射方向を調節するよう前記ビーム調節部を制御するための照射方向制御部と、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するためのビーム幅制御部と、を備えることを特徴とする。
移動体との間で通信を行うための無線通信装置であって、
通信に用いられるビームの照射方向及びビーム幅を調節するためのビーム調節部と、
前記移動体に前記ビームが追従可能に前記照射方向を調節するよう前記ビーム調節部を制御するための照射方向制御部と、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するためのビーム幅制御部と、を備えることを特徴とする。
上記（１）の無線通信装置によれば、少なくとも無線通信装置と移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて、移動体との通信用のビームのビーム幅を調節するようになっている。そのため、距離に応じてビーム幅を適切に設定すれば、移動体との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、（１）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム調節部を制御するように構成されている。
上記（２）の構成によれば、移動体との距離が第１距離よりも大きい第２距離におけるビーム幅を、第１距離におけるビーム幅よりも小さくしている。そのため、移動体との距離が比較的大きい第２距離においてビームの指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体との距離が比較的小さい第１距離においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
前記ビーム幅制御部は、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム調節部を制御するように構成されている。
上記（２）の構成によれば、移動体との距離が第１距離よりも大きい第２距離におけるビーム幅を、第１距離におけるビーム幅よりも小さくしている。そのため、移動体との距離が比較的大きい第２距離においてビームの指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体との距離が比較的小さい第１距離においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
（３）幾つかの実施形態では、（１）又は（２）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム調節部の制御を繰り返すように構成されている。
上記（３）の構成によれば、移動体との距離に応じた適切なビーム幅（移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体との通信可能な状態を維持できる。
前記ビーム幅制御部は、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム調節部の制御を繰り返すように構成されている。
上記（３）の構成によれば、移動体との距離に応じた適切なビーム幅（移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体との通信可能な状態を維持できる。
（４）一実施形態では、（３）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が大きいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を小さくし、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が小さいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を大きくする
ように構成されている。
上記（４）の構成によれば、移動体との距離が比較的小さい場合には、ビーム幅を大きくして、高速で移動中の移動体に対しても通信可能状態を維持できる。また、移動体との距離が比較的大きい場合には、ビーム幅を小さくしてビームの指向性を高めることで、高い信頼性での通信が即座に開始できるように移動体との通信可能状態を維持できる。
前記ビーム幅制御部は、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が大きいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を小さくし、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が小さいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を大きくする
ように構成されている。
上記（４）の構成によれば、移動体との距離が比較的小さい場合には、ビーム幅を大きくして、高速で移動中の移動体に対しても通信可能状態を維持できる。また、移動体との距離が比較的大きい場合には、ビーム幅を小さくしてビームの指向性を高めることで、高い信頼性での通信が即座に開始できるように移動体との通信可能状態を維持できる。
（５）幾つかの実施形態では、（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記移動体から戻ってくる電波の受信電力を測定するための受信電力測定部をさらに備え、
前記ビーム幅制御部は、前記受信電力の大きさに基づき、前記ビーム調節部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（５）の構成によれば、通信用の電波の受信電力の大きさ（信号強度）は、移動体との距離に応じて変化するので、前記距離情報として受信電力の大きさを用いてビーム幅を調節するようにしている。そのため、距離情報をリアルタイムで且つ容易に取得することができ、ビーム幅を適正に調節可能である。
前記移動体から戻ってくる電波の受信電力を測定するための受信電力測定部をさらに備え、
前記ビーム幅制御部は、前記受信電力の大きさに基づき、前記ビーム調節部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（５）の構成によれば、通信用の電波の受信電力の大きさ（信号強度）は、移動体との距離に応じて変化するので、前記距離情報として受信電力の大きさを用いてビーム幅を調節するようにしている。そのため、距離情報をリアルタイムで且つ容易に取得することができ、ビーム幅を適正に調節可能である。
（６）幾つかの実施形態では、（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記ビーム幅制御部は、通信によって前記移動体から取得した前記移動体の位置情報に基づき、前記ビーム調節部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（６）の構成によれば、前記距離情報として、移動体との通信によって取得した移動体の位置情報を用いることにより、精度の高い距離情報を取得できることからビーム幅のより適正な調節が可能となる。
前記ビーム幅制御部は、通信によって前記移動体から取得した前記移動体の位置情報に基づき、前記ビーム調節部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（６）の構成によれば、前記距離情報として、移動体との通信によって取得した移動体の位置情報を用いることにより、精度の高い距離情報を取得できることからビーム幅のより適正な調節が可能となる。
（７）幾つかの実施形態では、（６）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、前記移動体の加速度情報に基づいて算出された前記位置情報に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（７）の構成によれば、移動体の加速度情報に基づいて算出された移動体の位置情報に基づいてビーム幅を調節することで、移動体との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
前記ビーム幅制御部は、前記移動体の加速度情報に基づいて算出された前記位置情報に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（７）の構成によれば、移動体の加速度情報に基づいて算出された移動体の位置情報に基づいてビーム幅を調節することで、移動体との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
（８）幾つかの実施形態では、（７）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、前記移動体の姿勢情報に基づいて前記移動体の前記位置を補正し、補正後の前記位置に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（８）の構成によれば、移動体の加速度情報に基づいて算出される移動体の位置情報を移動体の姿勢情報によって補正することで、移動体の高精度な位置情報を取得可能である。よって、ビーム幅の調節をより適切に行うことができ、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を効果的に両立させることができる。
前記ビーム幅制御部は、前記移動体の姿勢情報に基づいて前記移動体の前記位置を補正し、補正後の前記位置に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されている。
上記（８）の構成によれば、移動体の加速度情報に基づいて算出される移動体の位置情報を移動体の姿勢情報によって補正することで、移動体の高精度な位置情報を取得可能である。よって、ビーム幅の調節をより適切に行うことができ、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を効果的に両立させることができる。
（９）幾つかの実施形態では、（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記ビーム幅制御部は、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するように構成されている。
上記（９）の構成によれば、移動体の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
前記ビーム幅制御部は、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するように構成されている。
上記（９）の構成によれば、移動体の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
（１０）一実施形態では、（９）の構成において、
前記ビーム幅制御部は、前記移動速度が閾値を超えているとき、前記移動速度が前記閾値以下である場合に比べて前記ビーム幅を大きくするよう前記ビーム調節部を制御する。
上記（１０）の構成によれば、移動速度が閾値を超えているときに、ビーム幅を大きくすることによって、移動速度の速い移動体に対しても追従性を確保できる。なお、移動速度が閾値以下である場合はビーム幅を大きくせず、指向性を優先させる。
前記ビーム幅制御部は、前記移動速度が閾値を超えているとき、前記移動速度が前記閾値以下である場合に比べて前記ビーム幅を大きくするよう前記ビーム調節部を制御する。
上記（１０）の構成によれば、移動速度が閾値を超えているときに、ビーム幅を大きくすることによって、移動速度の速い移動体に対しても追従性を確保できる。なお、移動速度が閾値以下である場合はビーム幅を大きくせず、指向性を優先させる。
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る無線通信システムは、
上記（１）乃至（１０）に記載の無線通信システムと、
前記移動体に搭載され、前記無線通信装置との間で無線通信を行うように構成された移動体端末と、を備える。
上記（１０）の無線通信システムによれば、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を両立可能なシステムを提供できる。
上記（１）乃至（１０）に記載の無線通信システムと、
前記移動体に搭載され、前記無線通信装置との間で無線通信を行うように構成された移動体端末と、を備える。
上記（１０）の無線通信システムによれば、移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を両立可能なシステムを提供できる。
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る無線通信方法は、
移動体との間で通信を行う無線通信方法であって、
通信に用いられるビームが前記移動体に追従するように前記ビームの照射方向を調節する照射方向制御ステップと、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するビーム幅制御ステップと、を備えることを特徴とする。
移動体との間で通信を行う無線通信方法であって、
通信に用いられるビームが前記移動体に追従するように前記ビームの照射方向を調節する照射方向制御ステップと、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するビーム幅制御ステップと、を備えることを特徴とする。
上記（１２）の方法によれば、少なくとも無線通信装置と移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて、移動体との通信用のビームのビーム幅を調節するようになっている。そのため、距離に応じてビーム幅を適切に設定すれば、移動体との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
（１３）幾つかの実施形態では、（１１）又は（１２）の方法において、
前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム幅を調節する。
上記（１３）の方法によれば、移動体との距離が第１距離よりも大きい第２距離におけるビーム幅を、第１距離におけるビーム幅よりも小さくしている。そのため、移動体との距離が比較的大きい第２距離においてビームの指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体との距離が比較的小さい第１距離においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム幅を調節する。
上記（１３）の方法によれば、移動体との距離が第１距離よりも大きい第２距離におけるビーム幅を、第１距離におけるビーム幅よりも小さくしている。そのため、移動体との距離が比較的大きい第２距離においてビームの指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体との距離が比較的小さい第１距離においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
（１４）幾つかの実施形態では、（１１）乃至（１３）の何れかの方法において、
前記ビーム幅制御ステップでは、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム幅の制御を繰り返す。
上記（１４）の方法によれば、移動体との距離に応じた適切なビーム幅（移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体との通信可能な状態を維持できる。
前記ビーム幅制御ステップでは、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム幅の制御を繰り返す。
上記（１４）の方法によれば、移動体との距離に応じた適切なビーム幅（移動体との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体との通信可能な状態を維持できる。
（１５）幾つかの実施形態では、（１１）乃至（１４）の何れかの方法において、
前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節する。
上記（１５）の方法によれば、移動体の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節する。
上記（１５）の方法によれば、移動体の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、無線通信装置と移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて、移動体との通信用のビームのビーム幅を調節するようにしたので、距離に応じてビーム幅を適切に設定すれば、移動体との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
最初に、本実施形態に係る一実施形態に係る無線通信システム１の概略構成ついて、図１を参照して説明する。なお、図１は、一実施形態に係る無線通信システム１の概略構成を示す説明図である。
図１に示すように、一実施形態に係る無線通信システム１は、無線通信装置２と移動体３との間で無線通信を行うものである。
無線通信装置２は、移動体３（３Ａ，３Ｂ）との間で通信を行うために、必要に応じて移動体３を探索し、移動体３を捕捉したら移動体３を追尾する。そして、通信要求があった場合に、無線通信装置２と移動体３との間で無線通信によりデータを送受信する。例えば、探索時には、無線通信装置２のアンテナ２０からビーム幅を絞ったビーム１０を用いてスキャンし、移動体３を探索する。移動体３の追尾時には、無線通信装置２から送信したビーム１０を移動体３に追従させ、移動体３を追尾する。無線通信時には、無線通信装置２はビーム１０を介して移動体３との間でデータを送受信する。
無線通信装置２は、移動体３（３Ａ，３Ｂ）との間で通信を行うために、必要に応じて移動体３を探索し、移動体３を捕捉したら移動体３を追尾する。そして、通信要求があった場合に、無線通信装置２と移動体３との間で無線通信によりデータを送受信する。例えば、探索時には、無線通信装置２のアンテナ２０からビーム幅を絞ったビーム１０を用いてスキャンし、移動体３を探索する。移動体３の追尾時には、無線通信装置２から送信したビーム１０を移動体３に追従させ、移動体３を追尾する。無線通信時には、無線通信装置２はビーム１０を介して移動体３との間でデータを送受信する。
このような無線通信システム１においては、一般的に、無線通信装置２と移動体３との間の通信距離の長距離化及び信頼性向上が要求される。なお、本実施形態において通信の信頼性とは、主として、高速移動体に対しても追従性を確保し、通信を確立することである。また、通信の信頼性は、他の一般的な通信品質に関する性能をさらに含んでいてもよい。
そこで、幾つかの実施形態では、無線通信装置２と移動体３との間の通信距離の長距離化及び信頼性向上の両立を目的として、無線通信装置２のアンテナ２０から発信されるビーム１０のビーム幅を、少なくとも距離情報に基づいて調節するようにしている。ここで、距離情報とは、無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す情報である。なお、距離情報は、無線通信装置２と移動体３との間の距離に関連した情報であれば特に限定されることはない。例えば距離情報は、実際に測定された距離の測定値、又は計算で求められた距離の計算値を含んでいてもよい。あるいは後述するように、距離情報は、移動体３からの受信電圧を含んでいてもよいし、移動体３の位置情報を含んでいてもよい。
具体的には、図１に示されるように近距離の移動体３Ａに対しては、アンテナ２０から照射されるビーム１０のビーム幅Ｗ１を大きく（広域）する。一方、長距離の移動体３Ｂに対しては、アンテナ２０から照射されるビーム１０のビーム幅Ｗ２を小さく（狭域）する。
具体的には、図１に示されるように近距離の移動体３Ａに対しては、アンテナ２０から照射されるビーム１０のビーム幅Ｗ１を大きく（広域）する。一方、長距離の移動体３Ｂに対しては、アンテナ２０から照射されるビーム１０のビーム幅Ｗ２を小さく（狭域）する。
これにより、近距離においては、ビーム幅Ｗ１を広げて移動体３の高速追従性を向上させることができる。一方、遠距離においては、ビーム幅Ｗ２を狭めることでビーム１０の指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。
なお、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２とは、ビーム１０の照射方向Ｄ１，Ｄ２におけるアンテナ２０からの距離が基準距離Ｌのときの各ビームの照射幅であってもよい。あるいは、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２とは、各ビームの拡がり角（角度幅）θ１，θ２であってもよい。この場合、ビーム幅θ１，θ２は、アンテナ２０の前方を基準とし、ビーム１０を送信したときにその左右で電力が半分になる点の間の角度であってもよい。
なお、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２とは、ビーム１０の照射方向Ｄ１，Ｄ２におけるアンテナ２０からの距離が基準距離Ｌのときの各ビームの照射幅であってもよい。あるいは、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２とは、各ビームの拡がり角（角度幅）θ１，θ２であってもよい。この場合、ビーム幅θ１，θ２は、アンテナ２０の前方を基準とし、ビーム１０を送信したときにその左右で電力が半分になる点の間の角度であってもよい。
次に、図２を参照して、無線通信システム１の各部位について具体的に説明する。なお、図２は、一実施形態に係る無線通信システム１の全体構成を示す構成図である。
図２に示されるように、一実施形態に係る無線通信システム１は、無線通信装置２と、移動体３と、を備える。
図２に示されるように、一実施形態に係る無線通信システム１は、無線通信装置２と、移動体３と、を備える。
移動体３の具体的な構成例は以下の通りである。
移動体３には、無線通信のための通信制御部３１を有する移動体端末３０が搭載されている。また、移動体３には、この移動体３の位置又は状態を検出するための少なくとも一つの検出部が設けられていてもよい。検出部としては、例えば、移動体３の加速度を検出する加速度センサ３２、移動体３のＧＰＳ位置情報を取得するためのＧＰＳ受信機３３、あるいは移動体３の姿勢を検出するための角速度センサ３４が挙げられる。なお、移動体３は、小型無人航空機（ＵＡＶ）等の航空機、車両、船舶、あるいは人物等であってもよい。
移動体３には、無線通信のための通信制御部３１を有する移動体端末３０が搭載されている。また、移動体３には、この移動体３の位置又は状態を検出するための少なくとも一つの検出部が設けられていてもよい。検出部としては、例えば、移動体３の加速度を検出する加速度センサ３２、移動体３のＧＰＳ位置情報を取得するためのＧＰＳ受信機３３、あるいは移動体３の姿勢を検出するための角速度センサ３４が挙げられる。なお、移動体３は、小型無人航空機（ＵＡＶ）等の航空機、車両、船舶、あるいは人物等であってもよい。
無線通信装置２の具体的な構成例は以下の通りである。
無線通信装置２の主な機能は、移動体３との間で無線通信によってデータの送受信を行うことである。また、無線通信装置２は、移動体３との無線通信を実現するために、移動体３の探索又は追従を実行する機能も有している。例えば、無線通信装置２は、複数の移動体３との間でそれぞれ無線通信可能な小型の基地局（地上局）である。なお、無線通信装置２は、図２に示す移動体３とは別の移動体に搭載されて移動可能であってもよいし、地上局のように固定的に設置されていてもよい。
無線通信装置２の主な機能は、移動体３との間で無線通信によってデータの送受信を行うことである。また、無線通信装置２は、移動体３との無線通信を実現するために、移動体３の探索又は追従を実行する機能も有している。例えば、無線通信装置２は、複数の移動体３との間でそれぞれ無線通信可能な小型の基地局（地上局）である。なお、無線通信装置２は、図２に示す移動体３とは別の移動体に搭載されて移動可能であってもよいし、地上局のように固定的に設置されていてもよい。
無線通信装置２の主な装置構成は、ビーム調節部２１と、照射方向制御部２７と、ビーム幅制御部２８と、を備える。
ビーム調節部２１は、通信に用いられるビーム１０の照射方向及びビーム幅を調節するように構成される。
照射方向制御部２７は、移動体３にビーム１０が追従可能なように、ビーム調節部２１を制御してビーム１０の照射方向を調節するように構成される。
ビーム幅制御部２８は、少なくとも無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す距離情報に基づいて、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するように構成される。
ビーム調節部２１は、通信に用いられるビーム１０の照射方向及びビーム幅を調節するように構成される。
照射方向制御部２７は、移動体３にビーム１０が追従可能なように、ビーム調節部２１を制御してビーム１０の照射方向を調節するように構成される。
ビーム幅制御部２８は、少なくとも無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す距離情報に基づいて、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するように構成される。
図示される具体的な構成例においては、無線通信装置２は、アンテナ２０と、ビーム調節部２１と、無線ＬＡＮモジュール２２と、通信制御部２６、照射方向制御部２７及びビーム幅制御部２８を含む制御ユニット２５と、を備えている。
アンテナ２０は、ビーム調節部２１によって照射方向およびビーム幅が調節されたビーム１０を送受信するように構成される。アンテナ２０は、全方位にビーム１０を送信可能な自動追尾式のアンテナであってもよい。
アンテナ２０は、ビーム調節部２１によって照射方向およびビーム幅が調節されたビーム１０を送受信するように構成される。アンテナ２０は、全方位にビーム１０を送信可能な自動追尾式のアンテナであってもよい。
例えば、アンテナ２０は、図１に示すように複数のアンテナ素子２０ａを有するフェーズドアレイ・アンテナであってもよい。この場合、ビーム調節部２１は、移相器及び減衰器（又は振幅調整器）を含む。フェーズドアレイ・アンテナ２０において、複数のアンテナ素子２０ａは、平面状又は直線状に規則的に配列されている。図示される例では、アンテナ２０から外側へ向くように４方向に平板が設置され、各平板に複数のアンテナ素子２０ａが配列されている。複数のアンテナ素子２０ａのそれぞれに対して、移相器によって位相を変化させることで、アンテナ２０から送信されるビーム１０のビーム幅を調節することができる。また、複数のアンテナ素子２０ａのそれぞれに対して、減衰器（又は振幅調整器）によって振幅を減衰（又は増減）させることで、アンテナ２０から照射されるビーム１０の照射方向を調節することができる。
無線ＬＡＮモジュール２２は、無線ＬＡＮ方式による通信を行なうように構成される。ただし、無線ＬＡＮ以外の通信方式で通信を行なう場合には、無線ＬＡＮモジュール２２の替わりに他の無線モジュールを備えていてもよい。
制御ユニット２５は、上述したように、通信制御部２６と、照射方向制御部２７と、ビーム幅制御部２８と、を含む。
通信制御部２６は、無線ＬＡＮモジュール２２を介した移動体３との無線通信を制御するように構成される。
照射方向制御部２７及びビーム幅制御部２８の基本的な構成は、上述した通りである。
また、照射方向制御部２７及びビーム幅制御部２８は、現在のビーム１０の照射方向（ビーム方位）と、無線通信装置２及び移動体３間の距離情報とに基づいて、次の照射方向及びビーム幅を含むアンテナ制御情報を作成するための制御ＰＣと、このアンテナ制御情報から各ビーム調節部２１の制御情報を生成するためのアンテナ制御回路と、を含んでいてもよい。
通信制御部２６は、無線ＬＡＮモジュール２２を介した移動体３との無線通信を制御するように構成される。
照射方向制御部２７及びビーム幅制御部２８の基本的な構成は、上述した通りである。
また、照射方向制御部２７及びビーム幅制御部２８は、現在のビーム１０の照射方向（ビーム方位）と、無線通信装置２及び移動体３間の距離情報とに基づいて、次の照射方向及びビーム幅を含むアンテナ制御情報を作成するための制御ＰＣと、このアンテナ制御情報から各ビーム調節部２１の制御情報を生成するためのアンテナ制御回路と、を含んでいてもよい。
上記構成に加えて、照射方向制御部２７又はビーム幅制御部２８は、以下の構成をさらに備えていてもよい。
一実施形態において、ビーム幅制御部２８は、移動体３との距離が第１距離Ｌ１（図１参照）のときのビーム幅をＷ１とし、移動体３との距離が第１距離Ｌ１よりも大きい第２距離Ｌ２（図１参照）であるときのビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすようビーム調節部２１を制御するように構成される。
この構成において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２が上記関係を満たす第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２が存在するように、ビーム調節部２１を制御すればよい。すなわち、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある全ての第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２において、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２がＷ１＞Ｗ２の関係を満たさなければならないというわけではない。例えば、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との差が小さい場合、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２のビーム幅Ｗ１，Ｗ２が一致（Ｗ１＝Ｗ２）していてもよい。このように、少なくとも一部の距離範囲においては、ビーム幅が一定であってもよい。
この構成において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２が上記関係を満たす第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２が存在するように、ビーム調節部２１を制御すればよい。すなわち、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある全ての第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２において、ビーム幅Ｗ１，Ｗ２がＷ１＞Ｗ２の関係を満たさなければならないというわけではない。例えば、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との差が小さい場合、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２のビーム幅Ｗ１，Ｗ２が一致（Ｗ１＝Ｗ２）していてもよい。このように、少なくとも一部の距離範囲においては、ビーム幅が一定であってもよい。
上記構成によれば、移動体３との距離が第１距離Ｌ１よりも大きい第２距離Ｌ２におけるビーム幅を、第１距離Ｌ１におけるビーム幅よりも小さくしている。そのため、移動体３との距離が比較的大きい第２距離Ｌ２においてビーム１０の指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体３との距離が比較的小さい第１距離Ｌ１においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
また、上記構成において、無線通信装置２と移動体３の間の距離が大きくなるにつれて、ビーム幅が単調減少するように、ビーム幅制御部２８がビーム調節部２１を制御してもよい。この場合においても、少なくとも一部の距離範囲においては、ビーム幅が一定であってもよい。
また、上記構成において、無線通信装置２と移動体３の間の距離が大きくなるにつれて、ビーム幅が単調減少するように、ビーム幅制御部２８がビーム調節部２１を制御してもよい。この場合においても、少なくとも一部の距離範囲においては、ビーム幅が一定であってもよい。
一実施形態において、ビーム幅制御部２８は、前回制御時における距離情報と今回制御時における距離情報との比較結果に基づいて今回制御時のビーム幅が決定されるように、距離情報に基づくビーム調節部２１の制御を繰り返し、追従ループを形成するように構成されている。
このとき、ビーム幅制御部２８は、前回制御時に比べて今回制御時の方が距離が大きいとき、前回制御時よりも今回制御時におけるビーム幅を小さくするように構成される。一方、ビーム幅制御部２８は、前回制御時に比べて今回制御時の方が距離が小さいとき、前回制御時よりも今回制御時におけるビーム幅を大きくするように構成される。
このとき、ビーム幅制御部２８は、前回制御時に比べて今回制御時の方が距離が大きいとき、前回制御時よりも今回制御時におけるビーム幅を小さくするように構成される。一方、ビーム幅制御部２８は、前回制御時に比べて今回制御時の方が距離が小さいとき、前回制御時よりも今回制御時におけるビーム幅を大きくするように構成される。
上記構成によれば、無線通信装置２は、移動体３との距離に応じた適切なビーム幅（移動体３との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体３との通信可能状態を維持できる。すなわち、移動体３との距離が比較的小さい場合には、ビーム幅を大きくして、高速で移動中の移動体３に対してもリンクを維持できる。また、移動体３との距離が比較的大きい場合には、ビーム幅を小さくしてビームの指向性を高めることで、高い信頼性での通信が即座に開始できるように移動体３とのリンクを維持できる。
続いて、図３及び図４を参照して、距離情報をより具体化した各実施形態について説明する。
図３は、一実施形態に係る無線通信装置２において距離情報として受信電力を用いた場合の部分構成図である。
同図に示すように、一実施形態に係る無線通信装置２は、移動体３から戻ってくる電波の受信電力を測定するための受信電力測定部２３をさらに備えている。図示される例では、受信電力測定部２３は、無線ＬＡＮモジュール２２に組み込まれた構成となっている。ただし、受信電力測定部２３の構成はこれに限定されるものではなく、例えば無線ＬＡＮモジュール２２とは別に設けられてもよい。
同図に示すように、一実施形態に係る無線通信装置２は、移動体３から戻ってくる電波の受信電力を測定するための受信電力測定部２３をさらに備えている。図示される例では、受信電力測定部２３は、無線ＬＡＮモジュール２２に組み込まれた構成となっている。ただし、受信電力測定部２３の構成はこれに限定されるものではなく、例えば無線ＬＡＮモジュール２２とは別に設けられてもよい。
受信電力測定部２３は、移動体３から戻ってくる電波（受信信号）の信号強度を測定し、ＲＳＳＩ（受信信号強度：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）情報に反映させる。このＲＳＳＩ情報は、受信電力測定部２３から制御ユニット２５に送られる。
この場合、ビーム幅制御部２８は、受信電力測定部２３で測定された受信電力の大きさ（信号強度）に基づき、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するようになっている。
この場合、ビーム幅制御部２８は、受信電力測定部２３で測定された受信電力の大きさ（信号強度）に基づき、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するようになっている。
上記構成によれば、通信用の電波の受信電力の大きさ（信号強度）は、移動体３との距離に応じて変化するので、距離情報として受信電力の大きさを用いてビーム幅を調節するようにしている。そのため、距離情報をリアルタイムで且つ容易に取得することができ、ビーム幅を適正に調節可能である。
図４は、他の実施形態に係る無線通信装置２において距離情報として位置情報を用いた場合の部分構成図である。
同図に示すように、ビーム幅制御部２８は、通信によって移動体３から取得した移動体３の位置情報に基づき、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するように構成されている。この位置情報とは、移動体３の位置に関連した情報であり、移動体３の位置を直接的に表すものであってもよいし、移動体３の位置を間接的に表すものであってもよい。
同図に示すように、ビーム幅制御部２８は、通信によって移動体３から取得した移動体３の位置情報に基づき、ビーム調節部２１を制御してビーム幅を調節するように構成されている。この位置情報とは、移動体３の位置に関連した情報であり、移動体３の位置を直接的に表すものであってもよいし、移動体３の位置を間接的に表すものであってもよい。
位置情報は、図２に示した加速度センサ３２からの加速度情報、ＧＰＳ受信機３３からのＧＰＳ位置情報、角速度センサ３４からの角速度情報（姿勢情報）の少なくともいずれかを含んでいてもよい。
例えば、ビーム幅制御部２８が、移動体３の加速度情報に基づいて算出された位置情報に基づいてビーム幅を調節するように構成されている場合、移動体３との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
このように、距離情報として、移動体３との通信によって取得した移動体３の位置情報を用いることにより、精度の高い距離情報を取得できることからビーム幅のより適正な調節が可能となる。
例えば、ビーム幅制御部２８が、移動体３の加速度情報に基づいて算出された位置情報に基づいてビーム幅を調節するように構成されている場合、移動体３との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
このように、距離情報として、移動体３との通信によって取得した移動体３の位置情報を用いることにより、精度の高い距離情報を取得できることからビーム幅のより適正な調節が可能となる。
また、ビーム幅制御部２８は、移動体３の姿勢情報に基づいて移動体３の位置を補正し、補正後の位置に基づいてビーム幅を調節するように構成されていてもよい。移動体３の姿勢情報は、移動体３に取り付けられた角速度センサ３４によって取得できる。角速度センサ３４は、例えば３軸のジャイロセンサである。
このように、移動体３の加速度情報に基づいて算出される移動体３の位置情報を移動体３の姿勢情報によって補正することで、移動体３の高精度な位置情報を取得可能である。よって、ビーム幅の調節をより適切に行うことができ、移動体３との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を効果的に両立させることができる。
このように、移動体３の加速度情報に基づいて算出される移動体３の位置情報を移動体３の姿勢情報によって補正することで、移動体３の高精度な位置情報を取得可能である。よって、ビーム幅の調節をより適切に行うことができ、移動体３との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上を効果的に両立させることができる。
図２に戻り、一実施形態では、ビーム幅制御部２８は、距離情報に加えて、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようビーム調節部２１を制御するように構成されている。具体的には、ビーム幅制御部２８は、移動体３の移動速度が閾値を超えているとき、移動体３の移動速度が閾値以下である場合に比べてビーム幅を大きくするようビーム調節部２１を制御する。
この構成によれば、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体３への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。すなわち、移動体３の移動速度が閾値を超えているときに、ビーム幅を大きくすることによって、移動速度の速い移動体３に対しても追従性を確保できる。なお、移動速度が閾値以下である場合はビーム幅を大きくせず、指向性を優先させる。
この構成によれば、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節するようにしたので、移動体３への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。すなわち、移動体３の移動速度が閾値を超えているときに、ビーム幅を大きくすることによって、移動速度の速い移動体３に対しても追従性を確保できる。なお、移動速度が閾値以下である場合はビーム幅を大きくせず、指向性を優先させる。
次に、本実施形態に係る無線通信方法について説明する。なお、以下の説明において、各機器又は部位には、既に説明した図１〜図４に示される符号を付している。
幾つかの実施形態に係る無線通信方法は、主として、照射方向制御ステップと、ビーム幅制御ステップと、を備える。
照射方向制御ステップは、通信に用いられるビーム１０が移動体３に追従するようにビーム１０の照射方向を調節する。
ビーム幅制御ステップは、少なくとも無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す距離情報に基づいてビーム幅を調節する。
これらのステップを備えることより、無線通信装置２と移動体３との間の通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
照射方向制御ステップは、通信に用いられるビーム１０が移動体３に追従するようにビーム１０の照射方向を調節する。
ビーム幅制御ステップは、少なくとも無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す距離情報に基づいてビーム幅を調節する。
これらのステップを備えることより、無線通信装置２と移動体３との間の通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
一実施形態において、ビーム幅制御ステップでは、無線通信装置２と移動体３との間の距離が第１距離Ｌ１のときのビーム幅をＷ１とし、距離が第１距離Ｌ１よりも大きい第２距離Ｌ２であるときのビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすようビーム幅を調節する。これにより、移動体３との距離が比較的大きい第２距離Ｌ２においてビーム１０の指向性を高めて、通信の信頼性を向上させることができる。一方、移動体３との距離が比較的小さい第１距離Ｌ１においては、ビーム幅を広げて高速追従性を向上させることができる。
一実施形態において、ビーム幅制御ステップでは、前回制御時における距離情報と今回制御時における距離情報との比較結果に基づいて今回制御時のビーム幅が決定されるように、距離情報に基づくビーム幅の制御を繰り返す。これにより、無線通信装置２と移動体３との距離に応じた適切なビーム幅（無線通信装置２と移動体３との通信距離の長距離化及び通信の信頼性向上の両立を可能とするようなビーム幅）にて該移動体３との通信可能な状態を維持できる。
一実施形態において、ビーム幅制御ステップでは、距離情報に加えて、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節する。
このように、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節することにより、移動体３への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
このように、移動体３の移動速度を示す速度情報に基づいてビーム幅を調節することにより、移動体３への追従性及び通信の信頼性をより一層向上できる。
以下、図５〜図１１を参照して、各実施形態に係る無線通信方法について詳細に説明する。
図５は、一実施形態に係る無線通信方法を示すフローチャートである。図６は、図５の第１追従ループを示すフローチャートである。図７は、図５の第２追従ループを示すフローチャートである。
図５に示すように、無線通信装置２は、ステップＳ１において、移動体３を捕捉しているか否かを判断する。すなわち、無線通信装置２のアンテナ２０から照射されるビーム１０の照射範囲内に移動体３が位置しているか否かを判断する。ここで、移動体３を捕捉していないと判断された場合、無線通信装置２は移動体３を探索する探索ステップを実行する。ステップＳ２に示す探索ステップでは、例えば、ビーム調節部２１によってビーム幅が小さく且つ指向方向が正面となるように設定されたビーム１０を用いて全方位（アンテナ２０の周囲３６０°）をスキャンし、移動体３を探索する。なお、探索ステップでは、探索範囲を全方位とはせず、追従できなくなった時間から探索範囲を限定してもよい。これにより、探索ステップにおける移動体３の探索時間を短縮できる。
ステップＳ１において移動体３を既に捕捉していた場合、あるいは、ステップＳ２において探索により移動体３を捕捉した場合、ステップＳ３に示す照射方向制御ステップにおいて、無線通信装置２は、アンテナ２０から照射されるビーム１０を移動体３に向ける。具体的には、照射方向制御部２７は、移動体３から戻ってきた電波（受信信号）に基づいて、ビーム１０の照射方向が移動体３に向くようにビーム調節部２１を制御する。ここでは、ビーム１０の照射角度を変化させ、受信強度の大きい方向に移動体３が存在すると判断してもよい。したがって、この場合には受信強度の大きい方向にビーム１０の照射方向を向ける。なお、ステップＳ１において移動体３を既に捕捉していた場合には、移動体３が適切にビーム１０の照射範囲内に入っていればビーム１０の照射方向を変更する必要はない。このように、ビーム１０を移動体３に向けて適切に照射することによって、移動体３と無線通信装置２との間が通信可能状態となり、移動体３と無線通信装置２との間においてリンクが確立する。
ステップＳ３でビーム１０の照射方向を調節した後、ステップＳ４に示すビーム幅制御ステップにおいて、距離情報としての受信電力に応じて、ビーム幅を制御する。具体的には、移動体３から戻ってきた電波（受信信号）の受信電力の大きさを受信電力測定部２３（図３参照）で測定する。ビーム幅制御部２８は、測定された受信電力に基づきビーム調節部２１を制御することによってビーム幅を調節する。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ１〜Ｓ４までの手順によって、適切なビーム１０の照射方向且つビーム幅で、移動体３を追従可能である。移動体３を追従しているとき、ステップＳ５において、通信要求があるか否かを判定する。通信要求がある場合、ステップＳ６において、無線通信装置２と移動体３との間でデータの送受信を行う。例えば無線通信装置２から移動体３に対してデータを送信した場合、ステップＳ７において移動体３からの応答があるか否かを判定する。ここで、移動体３からの応答があった場合、ステップＳ８に示す第１追従ループを実行する。
図６に示す第１追従ループの手順において、ステップＳ１１〜ステップＳ１５はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ１１では、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号の受信電力を受信電力測定部２３で測定する。次いで、ステップＳ１２においてビーム幅制御部２８は、今回測定された受信電力の測定結果と、前回の受信電力の測定結果とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも大きい場合、ステップＳ１３において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が小さくなっている（近づいている）と判断し、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも小さい場合、ステップＳ１４において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が大きくなっている（遠ざかっている）と判断し、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ１３又はステップＳ１４でビーム幅を制御した後、ステップＳ１５において制御後のビーム幅での受信電力を測定し、測定結果を記憶部に保存しておく。記憶部に保存された受信電力の測定結果は、上記した前回の受信電力の測定結果として用いられる。なお、ビーム幅を制御した後に受信電力を再度測定する理由は、ビーム幅が異なると同一の距離であっても受信電力が異なってしまうため、受信電力の測定結果を同一の基準で比較し、正確に判断するためである。このステップＳ１５を行った後、図５に示すステップＳ５に戻る。
ステップＳ１１では、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号の受信電力を受信電力測定部２３で測定する。次いで、ステップＳ１２においてビーム幅制御部２８は、今回測定された受信電力の測定結果と、前回の受信電力の測定結果とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも大きい場合、ステップＳ１３において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が小さくなっている（近づいている）と判断し、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも小さい場合、ステップＳ１４において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が大きくなっている（遠ざかっている）と判断し、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ１３又はステップＳ１４でビーム幅を制御した後、ステップＳ１５において制御後のビーム幅での受信電力を測定し、測定結果を記憶部に保存しておく。記憶部に保存された受信電力の測定結果は、上記した前回の受信電力の測定結果として用いられる。なお、ビーム幅を制御した後に受信電力を再度測定する理由は、ビーム幅が異なると同一の距離であっても受信電力が異なってしまうため、受信電力の測定結果を同一の基準で比較し、正確に判断するためである。このステップＳ１５を行った後、図５に示すステップＳ５に戻る。
図５に示すステップＳ５において通信要求がない場合には、無線通信装置２は、ステップＳ９に示す第２追従ループを実行する。
図７に示す第２追従ループの手順において、ステップＳ２１〜ステップＳ２７はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ２１では、無線通信装置２のアンテナ２０から移動体３に向けてステータス信号を送信する。ステップＳ２２では、ステータス信号に対して応答があるか否かを判定し、応答がない場合には、図５に示すステップＳ１まで戻る。一方、応答がある場合には、ステップＳ２３において、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号の受信電力を受信電力測定部２３で測定する。次いで、ステップＳ２４においてビーム幅制御部２８は、今回測定された受信電力の測定結果と、前回の受信電力の測定結果とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも大きい場合、ステップＳ２５において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が小さくなっている（近づいている）と判断し、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも小さい場合、ステップＳ２６において、ビーム幅制御部２８は、無線通信装置２と移動体３との間の距離が大きくなっている（遠ざかっている）と判断し、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ２５又はステップＳ２６でビーム幅を制御した後、ステップＳ２７において制御後のビーム幅での受信電力を測定し、測定結果を記憶部に保存しておく。記憶部に保存された受信電力の測定結果は、上記した前回の受信電力の測定結果として用いられる。このステップＳ２７を行った後、図５に示すステップＳ５に戻る。
図７に示す第２追従ループの手順において、ステップＳ２１〜ステップＳ２７はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ２１では、無線通信装置２のアンテナ２０から移動体３に向けてステータス信号を送信する。ステップＳ２２では、ステータス信号に対して応答があるか否かを判定し、応答がない場合には、図５に示すステップＳ１まで戻る。一方、応答がある場合には、ステップＳ２３において、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号の受信電力を受信電力測定部２３で測定する。次いで、ステップＳ２４においてビーム幅制御部２８は、今回測定された受信電力の測定結果と、前回の受信電力の測定結果とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも大きい場合、ステップＳ２５において、無線通信装置２と移動体３との間の距離が小さくなっている（近づいている）と判断し、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、今回の受信電力の測定結果の方が前回の受信電力の測定結果よりも小さい場合、ステップＳ２６において、ビーム幅制御部２８は、無線通信装置２と移動体３との間の距離が大きくなっている（遠ざかっている）と判断し、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ２５又はステップＳ２６でビーム幅を制御した後、ステップＳ２７において制御後のビーム幅での受信電力を測定し、測定結果を記憶部に保存しておく。記憶部に保存された受信電力の測定結果は、上記した前回の受信電力の測定結果として用いられる。このステップＳ２７を行った後、図５に示すステップＳ５に戻る。
図８は、他の実施形態に係る無線通信方法を示すフローチャートである。図９は、図８の第１追従ループを示すフローチャートである。図１０は、図８の第２追従ループを示すフローチャートである。なお、図５〜図７に示す実施形態と同一の手順については、その詳細な説明を省略する。
図８に示すように、無線通信装置２は、ステップＳ３１において、移動体３を捕捉しているか否かを判断する。ここで、移動体３を捕捉していないと判断された場合、ステップＳ３２において無線通信装置２は移動体３を探索する探索ステップを実行する。なお、探索ステップでは、探索範囲を全方位とはせず、追従できなくなった時間から探索範囲を限定してもよい。これにより、探索ステップにおける移動体３の探索時間を短縮できる。
ステップＳ３１において移動体３を既に捕捉していた場合、あるいは、ステップＳ３２において探索により移動体３を捕捉した場合、ステップＳ３３に示す照射方向制御ステップにおいて、無線通信装置２は、アンテナ２０から照射されるビーム１０を移動体３に向ける。ビーム１０を移動体３に向けて適切に照射することによって、移動体３と無線通信装置２との間が通信可能状態となり、移動体３と無線通信装置２との間においてリンクが確立する。
ステップＳ３３でビーム１０の照射方向を調節した後、ステップＳ３４に示すビーム幅制御ステップにおいて、距離情報としての位置情報を取得し、位置情報に応じてビーム幅を制御する。具体的には、図２に示す加速度センサ３２からの加速度情報、ＧＰＳ受信機３３からのＧＰＳ位置情報、角速度センサ３４からの姿勢情報の少なくともいずれかを含んでいてもよい。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ３１〜Ｓ３４までの手順によって、適切なビームの照射方向且つビーム幅で、移動体３を追従可能である。移動体３を追従しているとき、ステップＳ３５において、通信要求があるか否かを判定する。通信要求がある場合、ステップＳ３６において、無線通信装置２と移動体３との間でデータの送受信を行う。例えば無線通信装置２から移動体３に対してデータを送信した場合、ステップＳ３７において移動体３からの応答があるか否かを判定する。ここで、移動体３からの応答があった場合、ステップＳ３８に示す第１追従ループを実行する。
図９に示す第１追従ループの手順において、ステップＳ４１〜ステップＳ４４はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ４１では、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号のから位置情報を取得する。なお、位置情報は、例えばＧＰＳ情報等のように、移動体３の応答信号から直接受け取る場合に限定されるものではなく、例えば、他の端末から位置情報を取得してもよい。次いで、ステップＳ４２においてビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報と、前回取得した位置情報とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の位置情報の方が前回の位置情報よりも近くなっている場合、ステップＳ４３において、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、ビーム幅制御部２８は、今回の位置情報の方が前回の位置情報よりも遠くなっている場合、ステップＳ４４において、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ４３又はステップＳ４４でビーム幅を制御した後、図８に示すステップＳ３５に戻る。
ステップＳ４１では、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号のから位置情報を取得する。なお、位置情報は、例えばＧＰＳ情報等のように、移動体３の応答信号から直接受け取る場合に限定されるものではなく、例えば、他の端末から位置情報を取得してもよい。次いで、ステップＳ４２においてビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報と、前回取得した位置情報とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回の位置情報の方が前回の位置情報よりも近くなっている場合、ステップＳ４３において、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、ビーム幅制御部２８は、今回の位置情報の方が前回の位置情報よりも遠くなっている場合、ステップＳ４４において、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ４３又はステップＳ４４でビーム幅を制御した後、図８に示すステップＳ３５に戻る。
図８に示すステップＳ３５において通信要求がない場合には、無線通信装置２は、ステップＳ３９に示す第２追従ループを実行する。
図１０に示す第２追従ループの手順において、ステップＳ５１〜ステップＳ５６はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ５１では、無線通信装置２のアンテナ２０から移動体３に向けてステータス信号を送信する。ステップＳ５２では、ステータス信号に対して応答があるか否かを判定し、応答がない場合には、図８に示すステップＳ３１まで戻る。一方、応答がある場合には、ステップＳ５３において、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号から移動体３の位置情報を取得する。次いで、ステップＳ５４においてビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報と、前回取得した位置情報とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報の方が前回取得した位置情報よりも近くなっている場合、ステップＳ５５において、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、今回取得した位置情報の方が前回取得した位置情報よりも遠くなっている場合、ステップＳ５６において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ５５又はステップＳ５６でビーム幅を制御した後、図８に示すステップＳ３５に戻る。
図１０に示す第２追従ループの手順において、ステップＳ５１〜ステップＳ５６はビーム幅制御ステップである。このビーム幅制御ステップでは、上述した少なくとも何れかの実施形態を採用することができる。
ステップＳ５１では、無線通信装置２のアンテナ２０から移動体３に向けてステータス信号を送信する。ステップＳ５２では、ステータス信号に対して応答があるか否かを判定し、応答がない場合には、図８に示すステップＳ３１まで戻る。一方、応答がある場合には、ステップＳ５３において、ビーム１０を移動体３に追従させた状態で、移動体３からの応答信号から移動体３の位置情報を取得する。次いで、ステップＳ５４においてビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報と、前回取得した位置情報とを比較する。ビーム幅制御部２８は、今回取得した位置情報の方が前回取得した位置情報よりも近くなっている場合、ステップＳ５５において、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、今回取得した位置情報の方が前回取得した位置情報よりも遠くなっている場合、ステップＳ５６において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅が小さくなるようにビーム調節部２１を制御する。ステップＳ５５又はステップＳ５６でビーム幅を制御した後、図８に示すステップＳ３５に戻る。
図１１は、さらに他の実施形態に係る無線通信方法におけるビーム幅制御ステップの手順を示すフローチャートである。なお、図１１に示すビーム幅制御ステップは、図８〜図１０に示すビーム幅制御ステップとは別のステップである。
同図に示すように無線通信装置２は、ステップＳ６１にて移動体３の移動角度方向を特定した後、ステップＳ６２において、その角度方向の移動速度に関する速度情報を取得する。速度情報は、加速度センサ３２（図２参照）で検出した加速度情報に基づいて取得可能である。あるいは、速度情報は、ＧＰＳ受信機３３（図２参照）のＧＰＳ位置情報に基づいて取得可能である。また、角速度センサ３４（図２参照）で検出された移動体３の姿勢情報に基づいて、速度情報を補正してもよい。角速度センサ３４としては、例えば３軸のジャイロセンサが用いられる。
同図に示すように無線通信装置２は、ステップＳ６１にて移動体３の移動角度方向を特定した後、ステップＳ６２において、その角度方向の移動速度に関する速度情報を取得する。速度情報は、加速度センサ３２（図２参照）で検出した加速度情報に基づいて取得可能である。あるいは、速度情報は、ＧＰＳ受信機３３（図２参照）のＧＰＳ位置情報に基づいて取得可能である。また、角速度センサ３４（図２参照）で検出された移動体３の姿勢情報に基づいて、速度情報を補正してもよい。角速度センサ３４としては、例えば３軸のジャイロセンサが用いられる。
ステップＳ６３において、ビーム幅制御部２８は、ステップＳ６２で取得した移動速度を閾値と比較する。移動速度が閾値を超えている場合には、ステップＳ６４において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。一方、移動速度が閾値以下である場合には、ステップＳ６５において、ビーム幅制御部２８は、ビーム幅を現状維持とするか、あるいはビーム幅が大きくなるようにビーム調節部２１を制御する。これにより、移動速度の速い移動体３に対しても追従性を確保できる。なお、移動速度が閾値以下である場合はビーム幅を大きくせず、指向性を優先させるようにしている。
上述した実施形態によれば、少なくとも無線通信装置２と移動体３との間の距離を示す距離情報に基づいて、移動体３との通信用のビーム１０のビーム幅を調節するようになっているので、距離に応じてビーム幅を適切に設定すれば、移動体３との通信距離の長距離化と、通信の信頼性向上とを両立させることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、図３及び図５〜図７に示す実施形態では受信電力を用いてビーム幅を制御する構成となっており、一方、図４及び図８〜図１０に示す実施形態では位置情報を用いてビーム幅を制御する構成となっているが、これらの実施形態を組み合わせて、受信電力及び位置情報を用いてビーム幅を制御する構成としてもよい。
例えば、図３及び図５〜図７に示す実施形態では受信電力を用いてビーム幅を制御する構成となっており、一方、図４及び図８〜図１０に示す実施形態では位置情報を用いてビーム幅を制御する構成となっているが、これらの実施形態を組み合わせて、受信電力及び位置情報を用いてビーム幅を制御する構成としてもよい。
なお、上記実施形態において、例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１ 無線通信システム
２ 無線通信装置
３，３Ａ，３Ｂ 移動体
１０ ビーム
２０ アンテナ
２０ａ アンテナ素子
２１ ビーム調節部
２２ 無線ＬＡＮモジュール
２３ 受信電力測定部
２５ 制御ユニット
２６ 通信制御部
２７ 照射方向制御部
２８ ビーム幅制御部
３０ 移動体端末
３１ 通信制御部
３２ 加速度センサ
３３ ＧＰＳ受信機
３４ 角速度センサ
２ 無線通信装置
３，３Ａ，３Ｂ 移動体
１０ ビーム
２０ アンテナ
２０ａ アンテナ素子
２１ ビーム調節部
２２ 無線ＬＡＮモジュール
２３ 受信電力測定部
２５ 制御ユニット
２６ 通信制御部
２７ 照射方向制御部
２８ ビーム幅制御部
３０ 移動体端末
３１ 通信制御部
３２ 加速度センサ
３３ ＧＰＳ受信機
３４ 角速度センサ
Claims (15)
- 移動体との間で通信を行うための無線通信装置であって、
通信に用いられるビームの照射方向及びビーム幅を調節するためのビーム調節部と、
前記移動体に前記ビームが追従可能に前記照射方向を調節するよう前記ビーム調節部を制御するための照射方向制御部と、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するためのビーム幅制御部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記ビーム幅制御部は、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム調節部を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム調節部の制御を繰り返すように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が大きいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を小さくし、
前記前回制御時に比べて前記今回制御時の方が前記距離が小さいとき、前記前回制御時よりも前記今回制御時における前記ビーム幅を大きくする
ように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。 - 前記移動体から戻ってくる電波の受信電力を測定するための受信電力測定部をさらに備え、
前記ビーム幅制御部は、前記受信電力の大きさに基づき、前記ビーム制御部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の無線通信装置。 - 前記ビーム幅制御部は、通信によって前記移動体から取得した前記移動体の位置情報に基づき、前記ビーム制御部を制御して前記ビーム幅を調節するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、前記移動体の加速度情報に基づいて算出された前記位置情報に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、前記移動体の姿勢情報に基づいて前記移動体の前記位置情報を補正し、補正後の前記位置情報に基づいて前記ビーム幅を調節するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節するよう前記ビーム調節部を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の無線通信装置。
- 前記ビーム幅制御部は、前記移動速度が閾値を超えているとき、前記移動速度が前記閾値以下である場合に比べて前記ビーム幅を大きくするよう前記ビーム調節部を制御することを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
- 請求項１乃至９に記載の無線通信装置と、
前記移動体に搭載され、前記無線通信装置との間で無線通信を行うように構成された移動体端末と、を備えることを特徴とする無線通信システム。 - 移動体との間で通信を行う無線通信方法であって、
通信に用いられるビームが前記移動体に追従するように前記ビームの照射方向を調節する照射方向制御ステップと、
少なくとも前記無線通信装置と前記移動体との間の距離を示す距離情報に基づいて前記ビームのビーム幅を調節するビーム幅制御ステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法。 - 前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離が第１距離のときの前記ビーム幅をＷ１とし、前記距離が前記第１距離よりも大きい第２距離であるときの前記ビーム幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満たすよう前記ビーム幅を調節することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
- 前記ビーム幅制御ステップでは、前回制御時における前記距離情報と今回制御時における前記距離情報との比較結果に基づいて今回制御時の前記ビーム幅が決定されるように、前記距離情報に基づく前記ビーム幅の制御を繰り返すことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の無線通信方法。
- 前記ビーム幅制御ステップでは、前記距離情報に加えて、前記移動体の移動速度を示す速度情報に基づいて前記ビーム幅を調節することを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
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