JP7489447B1

JP7489447B1 - 電波強度分布可視化システムおよび電波強度分布可視化装置

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Publication number: JP7489447B1
Application number: JP2022193324A
Authority: JP
Inventors: 稔登荒井; ファーハンマハムド; 佳弘中村; 徳仁平澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2042-12-02
Also published as: JP2024080272A

Abstract

【課題】より安価に電波強度分布を作成する。
【解決手段】電波強度分布可視化システム１は、電波測定装置３と空間測定装置５を備える。電波測定装置３は、電波強度を測定する電波測定部３１と、電波強度と測定時刻とを送信する通信部３４を備える。空間測定装置５は、測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部５１と、測定位置と点群データとを取得したタイミングで電波測定装置３に電波強度を要求し、電波強度と測定時刻とを受信する通信部５５と、測定位置と点群データの取得時刻と電波強度の測定時刻とを突合させて測定位置と電波強度とを対応付ける突合部５２と、測定位置に対応付けた電波強度と点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成するヒートマップ作成部５４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電波強度分布可視化システムおよび電波強度分布可視化装置に関する。

近年、無線通信を利用する通信機器が増加している。快適な無線通信環境を提供するためには、電波強度を測定し、電波強度分布を把握することが望ましい。電波強度分布を把握できれば、より快適な無線通信環境となるように、無線アクセスポイントの配置を調整できる。

特許文献１では、屋内のメタルケーブルに高周波信号を重畳して電界強度を測定し、平面図に電界強度を対応付けて設備配置図情報を生成している。

特許第６８４３２８０号公報

しかしながら、特許文献１は、専用機器を用いた高価なシステムを用い、信号発生器を設置して測定装置と同期をとるなどの運用に手間がかかるという問題があった。

汎用機器を用いてシステムを構築できれば、より安価に電波強度分布を把握できる。例えば、電波強度の測定には市販の測定器を用いることができる。屋内のフロア図の作成にはLight Detection And Ranging (LiDAR)を備える携帯端末を用いることができる。しかしながら、LiDARで点群データを得て、その点群データに測定した電波強度をマッチングする処理は処理量が大きく、点群データと電波強度との対応付けがズレるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、より安価に電波強度分布を作成することを目的とする。

本発明の一態様の電波強度分布可視化システムは、電波測定装置と空間測定装置を備える電波強度分布可視化システムであって、前記電波測定装置は、電波強度を測定する電波測定部と、前記空間測定装置からの要求に応じて、前記電波強度と測定時刻とを送信する送信部を備え、前記空間測定装置は、測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部と、前記測定位置と点群データとを取得したタイミングで前記電波測定装置に電波強度を要求し、前記電波強度と測定時刻とを受信する通信部と、前記測定位置と前記点群データの取得時刻と前記電波強度の測定時刻とを突合させて前記測定位置と前記電波強度とを対応付ける突合部を備え、前記電波測定装置または前記空間測定装置のいずれかは、前記測定位置に対応付けた電波強度と前記点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成する作成部を備える。

本発明の一態様の電波強度分布可視化装置は、電波強度分布可視化装置であって、測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部と、電波強度を測定する電波測定部と、前記測定位置と前記点群データの取得時刻と前記電波測定部の測定時刻とを突合させて前記測定位置と前記電波強度とを対応付ける突合部と、前記測定位置に対応付けた電波強度と前記点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成する作成部を備え、前記電波測定部は、当該電波強度分布可視化装置の内部クロックの周波数付近の測定値を０とする。

本発明によれば、より安価に電波強度分布を作成できる。

図１は、本実施形態の電波強度分布可視化システムの構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態の電波強度分布可視化システムが備える機能部の一例を示す機能ブロック図である。図３は、２次元ヒートマップの一例を示す図である。図４は、３次元ヒートマップの一例を示す図である。図５は、本実施形態の電波強度分布可視化システムの処理の流れの一例を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態の電波強度分布可視化システム１の構成の一例を示す図である。同図に示す電波強度分布可視化システム１は、電波測定装置３と空間測定装置５を備える。作業者は、電波測定装置３と空間測定装置５を持って電波強度分布を把握したいフロア内を巡回し、空間測定装置５でフロア内の物体の位置を測定してフロア図を作成するとともに、電波測定装置３でその位置の電波強度を測定し、電波強度のヒートマップを作成する。電波強度のヒートマップは、電波強度を色で視覚化した画像である。例えば、電波強度の大きい箇所を濃い色、電波強度の小さい箇所を薄い色で表現する。作業者は、ヒートマップの色の濃淡によりフロア内の電波強度分布を把握できる。

電波測定装置３は、ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏ（ＳＤＲ）とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成される。ＳＤＲは、ソフトウェアにより様々な方式に対応できる無線通信システムである。ＳＤＲは、高さの異なる２本のアンテナ４Ａ，４Ｂを備える。アンテナは１本でもよいし、３本以上でもよい。

ＰＣは、ユーザインタフェースを提供してＳＤＲを制御し、ＳＤＲから各周波数の電波強度（受信電力ともいう）を受信して、電波強度と測定時刻とを対応付けて蓄積する。ＰＣは、空間測定装置５からの要求に応じて電波強度と測定時刻とを送信する。ＰＣには、一般的な計算機を利用できる。

空間測定装置５は、周囲の空間を測定するセンサ端末であり、例えば、LiDARを備えるタブレット端末または携帯端末を用いることができる。空間測定装置５は、測定位置（自己位置）と周囲の空間の点群データを取得して２次元フロア図または３次元フロア図を作成するとともに、ＰＣから電波強度と測定時刻とを受信して、電波強度の測定時刻と、測定位置と点群データの取得時刻とを突合し、フロア図に電波強度を対応付けて電波強度のヒートマップを作成する。空間測定装置５は、２次元フロア図または３次元フロア図に電波強度のヒートマップを重畳して表示する。

電波測定装置３と空間測定装置５とは時刻を同期させておく。例えば、ＰＣと空間測定装置５がネットワークに接続できる場合、ＰＣと空間測定装置５のそれぞれは、ネットワークから正しい時刻情報を取得して自身に設定する。

なお、空間測定装置５が作成したフロア図とヒートマップをＰＣへ送信し、ＰＣでフロア図に電波強度のヒートマップを重畳して表示してもよい。空間測定装置５が、測定位置と取得時刻および作成したフロア図をＰＣへ送信し、ＰＣが、電波強度のヒートマップを作成してもよい。

電波測定装置３と空間測定装置５とを一体の装置で構成してもよい。

次に、図２を参照し、電波測定装置３と空間測定装置５が備える機能の一例について説明する。図２では、電波測定装置３をＳＤＲとＰＣを一体化した装置として図示している。以下、電波測定装置３と空間測定装置５の各部について説明する。

図２の電波測定装置３は、電波強度測定部３１、補間部３２、記憶部３３、および通信部３４を備え、空間測定装置５は、空間測定部５１、突合部５２、記憶部５３、ヒートマップ作成部５４、および通信部５５を備える。電波測定装置３と空間測定装置５が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは電波測定装置３と空間測定装置５が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなどのコンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

電波強度測定部３１は、高さの異なる２本のアンテナ４Ａ，４Ｂを接続して指定の周波数の電波強度を測定する。例えば、アンテナ４Ａ，４Ｂを接続したＳＤＲを台車に載せて、台車を移動しながら測定対象のフロアを巡回し、フロア内の電波強度を測定する。測定開始前に、測定する周波数、帯域幅、ゲイン、サンプリングレート、およびデータ数などを設定しておく。例えば、ＰＣでリアルタイムの周波数スペクトルを表示し、周波数スペクトルを見ながら電波強度を測定する周波数等を指定する。

電波強度測定部３１にはＳＤＲを用いることができるが、ＳＤＲは安価な汎用機器のため、ＳＤＲの内部クロックの周波数付近にノイズが入ることがある。このノイズへの対処には以下の対処が考えられる。第１の方法として、内部クロックの周波数付近の測定値をｎｕｌｌ（＝０）とする。第２の方法として、中心周波数をずらして電波を２つ以上測定し、内部クロックを相殺する。具体的には、測定したスペクトラムＡ（中心周波数Ａ［Ｈｚ］）に対して、スペクトラムＢ１（中心周波数Ａ＋Ｂ［Ｈｚ］）とスペクトラムＢ２（中心周波数Ａ－Ｂ［Ｈｚ］）の２つのスペクトラムを測定し、スペクトラムＢ１の周波数Ａ＋Ｂ［Ｈｚ］のデータをスペクトラムＢ２のＡ＋Ｂ［Ｈｚ］のデータと置き換えるか、スペクトラムＢ２の周波数Ａ－Ｂ［Ｈｚ］のデータをスペクトラムＢ１のＡ－Ｂ［Ｈｚ］のデータと置き換える。第３の方法として、暗室等の電波が無い環境でのスペクトラムの測定結果からノイズレベルＮ［ｄＢ］を取得し、現地で測定したスペクトラムＡ（中心周波数Ａ［Ｈｚ］）からＮを差し引く。

補間部３２は、アンテナ４Ａ，４Ｂ間の電波強度を補間（例えば、ａｋｉｍａ補間、線形補間など）する。床面に近いアンテナ４Ａと天井に近いアンテナ４Ｂのそれぞれで受信した電波の電波強度を測定し、アンテナ４Ａ，４Ｂ間の電波強度を補間することで、床面から天井までの広範囲で電波強度のヒートマップを作成できる。アンテナ４Ａ，４Ｂそれぞれの高さが分かれば、補間で求めた電波強度に対応する高さ方向の位置は求められる。

また、アンテナ４Ａ，４Ｂが近づくことによる影響（ＶＳＷＲが悪くなる、指向性がずれる）を解消するため、アンテナ間距離および放射パターンを事前に電磁界シミュレーションなどで学習し、測定時にデータ補正してもよい。

記憶部３３は、測定で得られた電波強度を測定時刻とともに格納する。記憶部３３は、補間した電波強度を測定時刻とともに格納してもよい。

通信部３４は、空間測定装置５から要求を受信すると、電波強度測定部３１が測定した電波強度を取得し、電波強度と測定時刻を返信する。通信部３４は、補間した電波強度と測定時刻を返信してもよい。

電波が間欠的（例えば１０ｍｓごと）に発生する場合、空間測定装置５から要求を受けたタイミングで電波が出力されていないと、測定対象の電波の電波強度を取得できない。そこで、取得時間幅を決めて、Ｍａｘｈｏｌｄ（最大）値または移動平均値を記録し、その値を返却してもよい。例えば、通信部３４は、取得時間幅を１秒として、空間測定部５１から要求を受けたタイミングから１秒前までに測定された電波強度のうちの最大値を返却する。あるいは、取得時間幅を決めて、間欠なデータを補間または予測してもよい。

なお、空間測定装置５からの要求が時刻情報を含んでもよい。この場合、通信部３４は、要求が含む時刻情報に近い測定時刻の電波強度を記憶部３３から読み出して電波強度と測定時刻を返信する。

空間測定部５１は、測定位置と周囲の空間の点群データを取得する。空間測定部５１には、タブレット端末または携帯端末が備えるLiDARを用いることができる。作業者は、電波測定装置３に近い位置で、空間測定部５１（タブレット端末等）を床や壁に向けて点群データを取得する。空間測定部５１は、測定位置と点群データを取得すると、記憶部５３に測定位置、点群データ、および取得時刻を記憶部５３に保存するとともに、電波測定装置３に対して電波強度を要求する。電波強度の要求に取得時刻を含めてもよい。

突合部５２は、電波測定装置３から受信した測定時刻と、測定位置と点群データの取得時刻とを突合させ、同じ時間であれば、測定位置、点群データ、および電波強度を対応付けて記憶部５３に保存する。電波測定装置３から高さ方向に補間された複数の電波強度を受信した場合、複数の電波強度のそれぞれを測定位置の高さ方向を変えた位置に対応付ける。

記憶部５３は、突合部５２で突合した測定位置、点群データ、および電波強度を対応付けて保持する。

ヒートマップ作成部５４は、記憶部５３から測定位置、点群データ、および電波強度を読み出し、点群データからフロア図を作成し、フロア図にフロアの各地点における電波強度に応じて色を付して、フロア内の電波強度の分布を示すヒートマップを作成する。

ヒートマップ作成部５４は、点群データをフロアの天井方向から見た平面図に変換した２次元フロア図を作成してもよいし、点群データからフロアの３次元フロア図を作成してもよい。図３に２次元ヒートマップの一例を示し、図４に３次元ヒートマップの一例を示す。いずれのヒートマップも色が濃くなるほど電波強度が強くなることを示している。

通信部５５は、空間測定部５１が測定位置と点群データを取得したタイミングで、電波強度を電波測定装置３に要求する。この要求に対して、電波測定装置３は、要求を受信したタイミングで測定した電波強度と測定時刻を送信する。通信部５５は、受信した電波強度と測定時刻を突合部５２へ送信する。

次に、図５のシーケンス図を参照し、電波強度分布可視化システム１の処理の流れの一例について説明する。

ステップＳ１０１にて、作業者は、電波測定装置３を操作し、電波強度を測定する周波数、帯域幅などを設定する。作業者は、測定対象のフロアで電波のスペクトラムを見ながら周波数、帯域幅を決定してもよい。作業者は、電波測定装置３と空間測定装置５を持ってフロア内を移動しながら以下のステップＳ１０２からＳ１０６の処理を実行する。例えば、電波測定装置３を台車に載せ、作業者は、台車とともに移動しながら、空間測定装置５を手に持って床や壁に向けて点群データを取得する。

ステップＳ１０２にて、電波測定装置３は、指定の周波数の電波の電波強度を測定する。電波測定装置３は、複数のアンテナ４Ａ，４Ｂで受信した電波の電波強度間を補間してもよい。電波測定装置３は、測定した電波強度を測定時刻と対応付けて保存する。

ステップＳ１０３にて、空間測定装置５は、測定位置と周囲の空間の点群データを取得し、取得時刻とともに保持する。電波測定装置３の近くで空間測定を行うので、空間測定装置５の位置を電波測定装置３の位置と見なして測定位置の位置情報を取得する。

空間測定装置５が測定位置と点群データを取得すると、ステップＳ１０４にて、空間測定装置５は、電波測定装置３に対して、電波強度を要求する。

ステップＳ１０５にて、電波測定装置３は、要求を受信したタイミングで測定された電波強度と測定時刻を返信する。

なお、電波測定装置３は、電波強度の要求を受信したタイミングでステップＳ１０２の電波強度の測定を実施し、ステップＳ１０５にて、測定した電波強度と測定時刻を返信してもよい。

ステップＳ１０６にて、空間測定装置５は、電波測定装置３から受信した測定時刻と点群データの測定時刻とを突合して、測定位置と電波強度とを対応付けて保存する。

作業者は、フロア内で場所を移動しながら、ステップＳ１０２ないしステップＳ１０６の処理を繰り返す。

フロア内での測定が終わると、ステップＳ１０７にて、空間測定装置５は、点群データからフロア図を作成し、測定位置と電波強度から電波強度のヒートマップを作成する。なお、フロア内での測定中にヒートマップが作成されて更新されてもよい。

また、電波測定装置３は、電波強度と測定時刻を記憶部３３に保持しておき、空間測定装置５は、測定位置、点群データ、および取得時刻を記憶部５３に保持しておき、フロア内を巡回後、電波測定装置３と空間測定装置５のそれぞれが保持するデータの時刻情報を突合して、測定位置と電波強度とを対応付けてヒートマップを作成してもよい。

以上説明したように、本実施形態の電波強度分布可視化システム１は、電波測定装置３と空間測定装置５を備える。電波測定装置３は、電波強度を測定する電波測定部３１と、電波強度と測定時刻とを送信する通信部３４を備える。空間測定装置５は、測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部５１と、測定位置と点群データとを取得したタイミングで電波測定装置３に電波強度を要求し、電波強度と測定時刻とを受信する通信部５５と、測定位置と点群データの取得時刻と電波強度の測定時刻とを突合させて測定位置と電波強度とを対応付ける突合部５２と、測定位置に対応付けた電波強度と点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成するヒートマップ作成部５４を備える。これにより、汎用機器で構成できる電波測定装置３と空間測定装置５を用いて、フロア内の電波強度分布を可視化したヒートマップを作成できる。

電波測定装置３が、高さの異なる複数のアンテナ４Ａ，４Ｂのそれぞれで電波強度を測定し、複数のアンテナ４Ａ，４Ｂ間の電波強度を補間する補間部３２を備えることで、ヒートマップ作成部５４は、補間した電波強度と点群データに基づいて３次元のヒートマップを作成できる。

１…電波強度分布可視化システム
３…電波測定装置
３１…電波強度測定部
３１…電波測定部
３２…補間部
３３…記憶部
３４…通信部
４Ａ，４Ｂ…アンテナ
５…空間測定装置
５１…空間測定部
５２…突合部
５３…記憶部
５４…ヒートマップ作成部
５５…通信部

Claims

電波測定装置と空間測定装置を備える電波強度分布可視化システムであって、
前記電波測定装置は、
電波強度を測定する電波測定部と、
前記空間測定装置からの要求に応じて、前記電波強度と測定時刻とを送信する送信部を備え、
前記空間測定装置は、
測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部と、
前記測定位置と点群データとを取得したタイミングで前記電波測定装置に電波強度を要求し、前記電波強度と測定時刻とを受信する通信部と、
前記測定位置と前記点群データの取得時刻と前記電波強度の測定時刻とを突合させて前記測定位置と前記電波強度とを対応付ける突合部を備え、
前記電波測定装置または前記空間測定装置のいずれかは、
前記測定位置に対応付けた電波強度と前記点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成する作成部を備える
電波強度分布可視化システム。
請求項１に記載の電波強度分布可視化システムであって、
前記電波測定部は、高さの異なる複数のアンテナのそれぞれで電波強度を測定し、前記複数のアンテナ間の電波強度を補間し、
前記作成部は、補間した電波強度と前記点群データに基づいて３次元のヒートマップを作成する
電波強度分布可視化システム。
請求項１または２に記載の電波強度分布可視化システムであって、
前記電波測定部は、前記電波測定装置の内部クロックの周波数付近の測定値を０とする
電波強度分布可視化システム。
請求項１または２に記載の電波強度分布可視化システムであって、
前記電波測定部は、所定の測定時間幅内で測定された複数の電波強度に基づいて前記測定位置と対応付ける電波強度を決定する
電波強度分布可視化システム。
電波強度分布可視化装置であって、
測定位置と周囲の物体の３次元位置を示す点群データを取得する空間測定部と、
電波強度を測定する電波測定部と、
前記測定位置と前記点群データの取得時刻と前記電波測定部の測定時刻とを突合させて前記測定位置と前記電波強度とを対応付ける突合部と、
前記測定位置に対応付けた電波強度と前記点群データに基づいて電波強度の分布を示すヒートマップを作成する作成部を備え、
前記電波測定部は、当該電波強度分布可視化装置の内部クロックの周波数付近の測定値を０とする
電波強度分布可視化装置。