(57)【要約】【課題】人や物の移動により電波強度の変化が生じる無線通信環境において、無線サービスエリアについての評価や無線パラメタの自動調整により無線通信経路を自律的に再構築することで、所望の通信環境を提供する。【解決手段】無線局１は、受信した電波の電波強度を測定し、測定した電波強度と過去の電波強度を比較して通信環境の変動を検知した場合、中央サーバへ測定値および変動発生を通知する。中央サーバ２は無線局１より通知された測定値を元にシステム内における電波の伝搬経路の変動箇所や要因を推定し、変動した通信環境に適した無線パラメタを導出し、無線局１へ通知する。また中央サーバ２は通信環境の状態を表示する状態表示装置２４を備え、通信品質が劣化した箇所や通信品質を改善するための対策を表示する。【選択図】図１
2010147519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信を行う複数の無線局及び該無線局を管理する中央サーバにより構成される無線通信システムにおいて、該無線局は、前記無線サービスエリア内における電波強度を測定する測定器を有し、該中央サーバは、該測定値を格納するための電波強度格納部と、前記測定値から電波伝搬経路を所定の方向ごとに推定する伝搬経路推定部と、該伝搬経路の状況に応じ、無線局の無線パラメタとして無線局位置、アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式、通信方式の少なくとも1つのパラメタを該無線局に設定する無線パラメタ設定部と、前記電波強度格納部及び伝搬経路格納部が格納する情報、並びに無線パラメタ制御部による処理結果を表示する状態表示装置と、を有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
無線通信を行う複数の無線局により構成された無線通信システムにおいて、該無線局は、前記無線サービスエリア内における電波強度を測定する測定器と、該測定値を格納するための電波強度格納部と、前記測定値から電波伝搬経路を所定の方向ごとに推定する伝搬経路推定部と、該伝搬経路の状況に応じ、無線局の無線パラメタとして無線局位置、アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式、通信方式の少なくとも１つのパラメタを該無線局に設定する無線パラメタ設定部と、を有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムにおいて、前記伝搬経路推定部は、前記無線サービスエリア内における建築物の位置、形状、材質、無線局の無線パラメタを用いて電波伝搬シミュレーション用モデルを作成し、前記モデルからレイトレース法を用いて電波伝搬経路を推定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の無線通信システムにおいて、該無線局は、前記測定値を格納するための電波強度格納部と、測定値を入手するごとに該電波強度格納部に格納してある過去の測定値とを比較し、その差が設定された閾値以上である場合に通信環境に変動が発生したと判断する電波強度比較部と、を有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項３に記載の無線通信システムおいて、前記表示装置は、該変動に応じてシステム管理者が手動でシミュレーション用モデルの作成や補正ができるインタフェースを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１、請求項３、請求項４または請求項５のいずれかの請求項に記載の無線通信システムにおいて、前記表示装置は、通信環境の変動を検知した場合において、無線パラメタ調整だけでは所望の通信品質が得られない場合、無線パラメタ調整以外の対策である無線サービスエリア内における建築物の移動や材質、形状変更、新規無線局の設置を表示することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６のいずれかの請求項に記載の無線通信システムにおいて、前記表示装置は、該変動に応じてシステム管理者が手動で無線パラメタの調整ができるインタフェースを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項７のいずれかの請求項に記載の無線通信システムにおいて、更に、無線サービスエリア内の映像を取得する映像取得装置を有し、該無線局もしくは該中央サーバは映像取得装置により取得された映像データを格納する映像格納部と、該映像データと、映像格納部に格納してある過去の映像データの特徴量を比較し、その差が設定された閾値以上である場合に通信環境に変動が発生したと判断する映像比較装置部と、を有することを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント内など反射パスが多く通信環境が変動する環境に適用可能な無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント内の様々な作業場所にセンサを配置し、各センサにより測定された情報を無線通信により収集することでプラントの無人監視を行うプラント計装無線技術の導入が進められている。無線によるデータ伝送においては、反射による遅延波やビット誤りによるデータ伝送速度の低下、多数の無線機器導入により発生する干渉が存在するため、良好な無線通信環境を創出するには車両や周辺建築物が及ぼす影響を計画・設計の段階から評価し、基地局や無線端末のパラメタ（配置位置、アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式など）を決定することが必要となる。
【０００３】
通信性能は設置環境の優劣に大きく依存するため、無線通信システムの設計では一般に、現地においてパラメタを変えながら通信性能を確認する試行錯誤的な作業を繰り返し、要求する通信性能を満たすことができる設置場所や台数などを決定する必要があった。
【０００４】
上記のようにあらかじめネットワークの設計を行ったとしても、プラントでは建造物の新築や撤去などの構造物変化や、クレーンや作業員などの物体移動による通信環境の変動が発生することから、その変動に応じたパラメタの最適化が必要となる。例えば従来例の特許文献１記載の手法では、各無線局において、受信波の到来方向とそのＳＩＮＲ（信号電力対干渉雑音電力比）を評価値として用いることで、アンテナの指向性を自動調整する。
【０００５】
また、他の従来例の特許文献２記載の手法では、電波伝搬シミュレータを用いた無線パラメタチューニングを行う。この手法では、無線局における電波強度の測定値を用いて、シミュレーションの際に用いる減衰特性を示した数式（奥村カーブ、秦式など）を補正することによって実環境の伝搬を模擬している。
【特許文献１】特開２００３−３０９５０８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来手法（特許文献１）では、各無線局が受信した電波のＳＩＮＲが大きくなるよう指向性を調整するため、無線局の位置に特化したパラメタ最適化となり、無線サービスエリア全体を考慮した無線パラメタの最適化ができない。また、従来手法（特許文献２）では、通信環境や適用すべき数式が既知である場合は通信環境をシミュレーション可能であるが、周辺建築物の構造変化など通信環境が変動する状況では適用すべき数式も変化するため、こういった状況には対応できない。よって従来手法では、無線サービスエリアに対して所望の通信品質を安定して提供できない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑み、人や物の移動、周辺建築物の構造変化により電波強度の変化が生じる環境において、その変化分を元に伝搬経路の変動箇所の推定を行い、該推定結果に応じた適切な無線パラメタに自動調整することにより所望の通信環境を実現す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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第一の特徴は、（１）無線サービスエリア内における電波強度（電界強度、受信電力、位相、到来角度、遅延プロファイル、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＰＥＲ（Packet Error Rate）など）の測定値を入力するための入力装置と、（２）前記測定値から電波伝搬経路を所定の方向ごとに推定する推定装置と、（３）該経路に適切な無線パラメタ（アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式、通信方式など）を導出し、該無線局に該パラメタを設定する設定装置と、（４）前記処理装置による処理結果および該経路を出力する出力装置とを有し、伝搬経路の変動に応じた無線パラメタの自動調整による無線通信の自動復旧が可能な無線通信システムであることを要旨とする。
【０００９】
また本発明は、前記無線サービスエリア内における建築物の位置、形状、材質、無線局の無線パラメタを用いて電波伝搬シミュレーション用モデルを作成するモデル作成装置と、前記モデルからレイトレース法を用いて電波伝搬経路を推定する伝搬経路推定装置と、該無線局の受信電力の測定値を入力するための入力装置と、前記測定値から該モデルを補正するモデル補正装置とを有することを特徴とする無線通信システムである。
【００１０】
また本発明は、平常時および変動発生時の伝搬経路、該変動要因、該変動要因に応じた無線パラメタ調整法を表示する表示装置を備え、システム管理者による無線通信システムのネットワーク管理をサポートすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、人や物の移動、周辺建築物の構造変化により電波強度の変化が生じる環境においても、その変化に応じて伝搬経路の推定を行い、無線局の無線パラメタを該推定結果に応じて自動調整することにより無線通信経路を自動的に再構築することで、所望の通信環境を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【実施例１】
【００１３】
図１に本実施例の構成を示す。本実施例では、無線通信システムは無線局１、中央サーバ２、ネットワーク３により構成される。無線局１は無線通信システム内に１台以上存在し、無線局間の通信は無線通信によって行われる。また各無線局１は、中央サーバ２とネットワーク３を介して通信を行う。
【００１４】
無線通信システムの構築例を図２に示す。本例では４台の無線局１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）および中央サーバ２を無線サービスエリア内に配置している。図２の外枠は電波伝搬経路を推定する際の解析領域２００であり、無線サービスエリアは解析領域２００内に含まれる。解析領域２００内には、建物や移動物体（作業員、車、クレーンなど）など多数のオブジェクトが存在する。無線通信システムを運用する場合、中央サーバ２は、各無線局から電波強度の測定値を収集し、変動の要因や発生箇所２０１を推定し、その変動に応じて各無線局の無線パラメタを適切に設定することで、所望の通信品質を提供する。
【００１５】
図１に示すように、無線局１は、受信電波の電波強度を測定する測定器１１と、測定した電波強度を格納する電波強度格納部１２と、測定した電波強度と電波強度格納部１２に格納してある過去の測定値を比較する電波強度比較部１３と、中央サーバ２より通知された無線パラメタ（アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式、通信方式など）を無線通信の際に適用する無線パラメタ制御部１４と、無線通信の送信、受信、測定に使用するアンテナ１５を有する。
【００１６】
中央サーバ２は、無線局１より送信された測定値を格納する電波強度格納部１２と、システムがサポートするエリア内の通信環境（エリア内の建物や無線局の位置情報、各無線局間の電波伝搬経路など）を格納する伝搬経路格納部２１と、電波強度格納部１２と伝搬経路格納部２１が格納する情報を基に通信環境を推定する伝搬経路推定部２２と、電波強度格納部１２および伝搬経路格納部２１が格納する情報を基に該通信環境において所望の通信品質を実現するために適切な無線パラメタを導出し無線局へ通知する無線パラメタ設定部２３と、電波強度格納部１２、伝搬経路格納部２１が格納する情報、および無線パラメタ設定部２３が導出した情報を基にシステム管理者に対してエリア内の通信環境の状況や通信改善のための対策などを表示する状態表示装置２４を有する。
【００１７】
以下では、本実施例における無線局設置時とシステム運用時での処理手順をそれぞれ説明する。まず無線局１を設置する際の手順を説明する。図１０に無線局設置時のフローチャートを示す。無線局設置における第１のステップ９０００では、システムがサポートするエリア内の通信環境をモデル化する。
【００１８】
まず、システムがサポートする解析領域２００を設定する。設定した解析領域２００は、電波伝搬シミュレーションを実施する際の解析対象となる。解析対象となるオブジェクトが多いほどシミュレーションの精度は向上するが、モデル作成に要する手間や計算時間が増大することがある。通常、より電波伝搬に影響を与えるオブジェクトを解析対象として選択する。次に、解析領域２００に３次元の座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を設定する。次に、電波伝搬シミュレーションのモデルとして、設定した座標軸に合わせて該解析領域２００内にオブジェクト（建築物など）、および無線局を設置する。
【００１９】
次に、上記手順により設置された各オブジェクトや無線局の位置より、ステップ９００１において、電波伝搬シミュレーションを用いて無線局より発信される電波の伝搬経路を推定し、ステップ９００２において、推定された伝搬経路を格納する。建造物や地表などの環境条件を元に伝搬経路を算出し、受信電界強度、遅延プロファイル、到来角度などの推定を行う手法として、レイトレース法が一般に利用されている。
【００２０】
例えば、レイトレース法の一つであるレイラウンチ法では、伝搬経路を探索するために送信機からΔθで光線（レイ）を離散的に放射し、障害物で反射・透過・回折を繰り返しながら送信波をトレースする。本実施例では、上記レイトレース法により推定した伝搬経路を平常時の経路として記録する。無線局１の設置位置や設置数は、上記レイトレース法により推定される電波強度を評価値として用い、実験計画法やモンテカルロ手法などの最適化手法により自動決定しても良い。
【００２１】
格納した伝搬経路を元に、ステップ９００３において、該経路における電波強度を推定し、ステップ９００４において、所望の通信品質を実現するための適切な無線パラメタを決定し、ステップ９００５、９００６において、導出された無線パラメタに従って無線局１を設置する。特定のエリアにおける受信強度を上げたい場合、そのエリアへ到達する伝搬経路の方向へ電波がより放射されるようアンテナ方向やチルト角、指向性、送信出力を調整する。また複数の無線局１が解析領域２００内に存在する場合、干渉や無駄な電力消費を避けるよう無線パラメタ（送信出力調整、セル周波数割当など）を調整する。
【００２２】
次に、無線通信システムの運用時の手順を説明する。図１１〜図１３に運用時のフローチャートを示す。図１１は、無線局１の通常動作フローを示す。無線局１は、ステップ９１００において、電波強度（電界強度、受信電力、位相、到来角度、遅延プロファイル、ＢＥＲ、ＰＥＲなど）を測定し、ステップ９１０１において、該測定値と電波強度格納部１２に格納してある過去の測定値を電波強度比較部１３が比較し、その差が閾値以上であれば電波強度の変動が発生したと判断し、ステップ９１０４において、該測定値を電波強度格納部１２に格納し、ステップ９１０２において、該測定値を中央サーバ２に送信し、前記テスト信号を周囲の無線局に送信する。
【００２３】
テスト用の送信信号には、該無線局のＩＤ、および該無線局が適用している無線パラメタ（アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、送信出力、変調方式など）の情報を含む。該無線局が使用するパラメタが既知の場合、その情報を含まなくても良い。電波強度比較部１３が測定値と過去の測定値を比較し、変動が発生したと判断する場合に用いる閾値は、手動による指定、もしくは複数回測定を行い、測定値の分散や標準偏差を元に閾値を算出しても良い。
【００２４】
図１２はテスト信号を受信した場合の処理フローを示す。無線局１は、テスト信号を受信した場合、ステップ９１００において、電波強度を測定し、ステップ９１０４において、該測定値を電波強度格納部１２に格納し、ステップ９１０２において、前記テスト信号が含む情報、および測定値を関連付け、中央サーバ２へ送信する。
【００２５】
到来角度やその電界強度の測定は、例えばパラボラアンテナなど指向性の鋭いアンテナを物理的に回転する手法、無指向性アンテナを直線上に等角度で移動させて得られるドップラーシフトより到来角度を推定する手法、アレイアンテナなど指向性を調整可能なアンテナを用いてＢｅａｍｆｏｒｍｅｒ法やＭＵＳＩＣ（Multiple  Signal  Classification）法などの到来波推定アルゴリズムを利用することで行う。
【００２６】
テスト信号を送信する場合、その時点で無線局１が適用している無線パラメタ、もしくはテスト信号送信用の無線パラメタに調整する。テスト信号送信用のアンテナ指向性を調整する方法として、無指向性での送信、変動が検知された方向へ送信、事前に決められた特定方向へ送信、などがある。各無線局によってテスト信号送信用の無線パラメタが異なる場合、テスト信号には該テスト信号送信用パラメタの情報を含む。
【００２７】
図１３は、中央サーバ２が無線局１から測定値情報を受信した場合の処理フローを示す。中央サーバ２は、ステップ９１０４において、無線局１より収集した前記測定値に関する情報を電波強度格納部１２に格納し、ステップ９１０１において、該測定値と過去の測定値との差が閾値以上であることを確認する。閾値以上であれば、ステップ９１０５において、オブジェクトの位置や形状、材質（反射係数、透過係数など）の補正、無線局の位置、無線パラメタの補正を行うことにより、シミュレーション用モデルを更新する。
【００２８】
上記手順により補正されたモデルより、ステップ９００１において、伝搬経路推定部２２を用いて伝搬経路を推測し、ステップ９００２において、該経路を伝搬経路格納部２１に格納する。次に、ステップ９００３において、中央サーバ２は該経路より、該無線パラメタを適用した場合の電波環境の推定値（受信電界強度、受信電力、位相、到来角度、遅延プロファイル、ＢＥＲ、ＰＥＲなど）を算出し、ステップ９１０６において、該測定値と該推定値の差が閾値以下であることを確認する。差が閾値以上である場合、ステップ９１０５において、再度モデル補正を繰り返す。
【００２９】
閾値以下である場合、ステップ９００４において、無線パラメタ設定部２３を用いて各無線局における適切な無線パラメタを導出し、導出した該無線パラメタおよび該推定値を各無線局１に通知する。ステップ９００６において、無線局１は、中央サーバ２から通知された無線パラメタを無線パラメタ制御部１４により設定し、該推定値を電波強度格納部１２へ格納する。
【００３０】
次に、図４〜図６を用いて、ステップ９１０５において、測定値を元に変動発生箇所の推定、およびモデルを補正する手順を簡単に説明する。解析領域２００内にはオブジェクト（２１０、２１１）、および無線局（２２０、２２１、２２２）が存在する。図４は、無線局２２０および２２１が周辺にテスト信号を送信した場合の伝搬経路（２３０〜２３４）を示す。無線局２２０と２２１の間には経路２３０、２３１、無線局２２０と２２２の間には経路２３２、２３３、無線局２２１と２２２の間には経路２３４が存在している様子を表す。
【００３１】
よって、図４の状態において、無線局２２１が受信波の受信電力と到来方向を測定した場合、経路２３０と２３１の入射方向に関して無線局２２０からのテスト信号の強い受信電力が得られる。また無線局２２２が同様に測定した場合は、経路２３２、２３３の入射方向に関して無線局２２０からの強い受信電力が得られ、経路２３４の入射方向に関して無線局２２１からの受信電力が得られる。
【００３２】
図５は、オブジェクト２１２が解析領域２００内に新たに発生した場合の伝搬経路（２３０〜２３５）であり、経路２３２がオブジェクト２１２により遮蔽され、無線局２２１と２２２の間に新たな経路２３５がオブジェクト２１２での反射により生成された様子を表す。
【００３３】
この場合、無線局２２１において上記と同様に測定した場合、オブジェクト２１２は無線局２２０と２２１間の経路に無関係であるため、受信電力に変動はない。一方、無線局２２２において測定した場合、経路２３２の入射方向に関して受信電力が下がり、経路２３５の入射方向に関して受信電力が上がる。すなわち、図４と図５の各状況における測定値の差より、反射や遮蔽の要因となる物体の位置を推測できる。
【００３４】
図６は、上記測定値の差より推測可能な遮蔽エリア２４０、および反射エリア２４１を示す。反射エリア２４０は反射面が存在する範囲を指し、遮蔽エリア２４１は遮蔽物が存在しうる範囲を指す。
【００３５】
反射エリア２４０の推定は、無線局２２１と２２２の位置関係、無線局２２２における測定値（無線局２２１からのテスト信号の受信電力が上がった方向、および該受信電力）などの情報より推測される。また遮蔽された経路２３２の経路上を遮蔽エリア２４１と推測している。上記推測エリア（２４０、２４１）は、収集した測定値に応じて範囲の推測精度が向上する。
【００３６】
以上の説明では、簡単のため受信電力と到来方向から変動箇所や要因を推定しているが、遅延プロファイルなど他の測定情報を加えることでより推定精度が向上する。例えば光速をｃ（ｍ／ｓ）とすると、ある無線局からの直接波の遅延時間がｔ１秒と測定した場合、その無線局からの距離ｄ１は数式１によって求まるため、到来方向の測定結果と合わせることでその無線局の位置が推定できる。
【００３７】
また、壁などで１回反射した到来波の遅延時間をｔ２秒と測定した場合、反射波の経路長ｄ２が数式２によって求まる。よって反射波と直接波との行路差がｄ２−ｄ１となるため、反射点は数式３によって表される楕円５０３上に存在すると推定できる。ただし（ｘ、ｙ）＝（０、０）を送信アンテナ、受信アンテナを結んだ線分の中点とし、送信アンテナ位置５０１を（ｘ、ｙ）＝（−ｄ１／２、０）、受信アンテナ位置５０２を（ｘ、ｙ）＝（ｄ１／２、０）とする。反射波到来方向５００の測定結果と合わせることで反射点位置５０４が推定できる（図１６参照）。
【数１】
2010147519.tif 000003
【数２】
2010147519.tif 000004
【数３】
2010147519.tif 000005
【００３８】
テスト信号を送付したにも関わらず、一定時間内に中央サーバ２へ測定値を送信しない無線局１が存在する場合、中央サーバ２は該無線局が通信できない状態であると判断してステップ９１０５において、モデルを補正しても良い。
【００３９】
適切な無線パラメタを導出するためには、伝搬経路格納部２１に格納された情報を利用しても良い。例えば、通信方式の一つであるＭＩＭＯ（Multiple  Input  Multiple  Output）の効果は伝搬経路によって異なり、例えば伝搬経路がひとつだけになってしまう場合、ＭＩＭＯの効果は抑制される。
【００４０】
すなわち、通信を行う無線局の双方が十分離れており散乱エリアを見込む角度が小さい場合や、無線局間の経路に狭い空間（トンネルなど）が含まれる場合、または建物の影などで単一の回折波が支配的になるような伝搬環境においては伝搬経路がひとつだけになり、ＳＶＤ（Singular  Value  Decomposition）を利用した信号の並列伝送（固有モード伝送）の効果が得られなくなる。
【００４１】
本発明によれば、伝搬経路の変化を検知することで伝搬経路の推定が行われるため、その伝搬経路におけるＭＩＭＯの有効性を定量的に評価できる。この評価を元に、該伝搬経路において用いるＭＩＭＯアルゴリズムの適切な選択が可能になる。
【００４２】
上記手順のステップ９００１、ステップ９００３において推定される無線サービスエリア内の電波強度や伝搬経路を元に、無線局間の通信や無線局と中央サーバ間の通信を行うためのルーティングテーブルを作成しても良い。電波強度の推定値を用いることで各経路において提供可能なＢＥＲやＰＥＲ、通信速度などが推定できるため、それら推定値を該経路の評価値として用いることで、無線通信システム全体の通信品質や稼動効率を考慮したルーティングが可能になる。
【００４３】
中央サーバ２は通信環境の状況を随時表示する。図７に表示内容の一例１００を示す。状態表示装置２４は、平常時の伝搬経路１０１、および電波強度（測定値）１０２、変動検知時の伝搬経路１０３、および電波強度（測定値）１０４を表示する。伝搬経路を表示する場合（１０１、１０３）、解析領域２００内に存在するオブジェクト（２１０〜２１１）、無線局も併せて表示する。また変動発生時には、推測される反射エリア２４０、遮蔽エリア２４１を表示し（１０３）、変動検知時の日時１０５を表示する。
【００４４】
システム管理者は、表示された伝搬経路（１０１、１０３）を確認し、変動発生箇所が推測できる場合は手動でモデルを編集（オブジェクトや無線局の配置、材質指定など）するインタフェース（１０６、３００）を有しても良い。
【００４５】
電波強度や伝搬経路を表示する場合、無線局１が電波の到来方向ごとに測定した測定値のうち、閾値以上の強度が測定された経路についての情報を表示する（１０１〜１０４）。また、伝搬経路だけでなく、解析領域２００一帯の電力分布を電波強度推定部２２により推定し、状態表示装置２４へ表示しても良い（１０７）。変動発生時の伝搬経路や電波強度の表示部分には、変動発生箇所や経路、通信品質が劣化した箇所を表示する（１０３、１０４、１０８）。
【００４６】
また、中央サーバ２の無線パラメタ設定部２３により導出された無線パラメタ調整内容１０９、該調整を行った場合の電波強度（推定値）１１０、および解析領域２００内の電力分布１１１、無線パラメタ調整以外のその他対策１１２を表示する。その他対策１１２には、無線パラメタの調整だけでは所望の通信品質が得られない場合に必要となる事項（オブジェクトの移動や材質、形状変更、新規無線局の設置など）、および実施することでより良い品質が得られる推奨事項を表示する。また、状態表示装置２４は、無線局１の無線パラメタを手動で調整する入力インタフェース（１１３、４００）を有しても良い。
【００４７】
上記手順において、ステップ９１０５において、システム管理者が手動でモデル補正を行う場合の操作画面３００を図８に示す。モデル補正用の画面３０１には、既知のオブジェクト（２１０、２１１）、無線局（２２０〜２２２）、伝搬経路（２３０〜２３５）、反射エリア２４０、遮蔽エリア２４１が表示される。
【００４８】
システム管理者は、オブジェクトや無線局をモデル内への新規設置（３０２）や、操作画面３００に設置されているオブジェクトや無線局のパラメタ（位置、形状、材質など）を変更する編集（３０３）ができる。モデル補正する際、測定値に矛盾する設置を行った場合はエラー３０５が表示される。例えばエラー３０５では、オブジェクト３０４の設置が既知の経路２３３を遮蔽しているため、オブジェクト３０４の位置や形状の修正が必要であることをシステム管理者へ通知している例を示す。
【００４９】
上記手順において、ステップ９００４において、システム管理者が手動で無線パラメタの調整を行う場合の操作画面４００を図９に示す。操作画面４００は、無線パラメタを調整する対象となる無線局ＩＤや調整するパラメタを指定する調整項目４０１、調整項目にて指定したパラメタの変更値を入力する調整内容４０２、調整内容４０２の変更を適用した場合の電波強度（推定値）１１０、電力分布１１１が表示される。
【００５０】
上記手順において、ステップ９１０１において、無線局１が電波環境の変動を検知した場合、中央サーバ２は変動が発生したと推測される箇所の周辺のみを部分的解析領域として扱い、その部分的解析領域内のオブジェクトや無線局１を解析対象として、ステップ９１０５における電波伝搬シミュレーション用モデルの補正、およびステップ９００１における伝搬経路推定やステップ９００３における電波強度推定を行っても良い。解析領域２００の一部のみを解析対象とすることにより、伝搬経路推定に掛かる計算時間の短縮が図られる。
【００５１】
上記手順においては全ての無線局の位置が既知であると想定しているが、システムに未登録の無線局の検知を行うことで、無線局の位置が推定される場所に該無線局を追加するようモデルを補正しても良い。
【００５２】
システム未登録の無線局の位置推定は、該無線局が送信する電波を既登録の無線局が受信し、その受信電力や到来方向、遅延プロファイル、周辺の建築物構造に関する情報などを用いることで可能となる。受信電力を用いた方法としては、例えば、測定により得られた受信電力値と伝搬モデルから、推定範囲の各点において未登録の無線局が存在する確率を算出し、尤度の最も高い点を推定位置とする。図１５に、未登録無線局からの電波到来方向を元に未登録無線局の位置を推定する例を示す。本手法によると、無線局が移動した場合も、ステップ９１０５において、その移動に合わせて該無線局の位置推定によるモデル補正が可能となる。
【００５３】
上記手順においてはテスト信号を用いることで周辺環境の変動を推測しているが、通常の通信における電波の電波強度を用いて変動を推測しても良い。中央サーバ２が各無線局の無線パラメタを調整する場合、テスト用信号に含まれている無線パラメタ情報は中央サーバ２が把握しているため、テスト用信号でなくても上記手順と同様の処理が可能である。無線局が自律的に無線パラメタを調整する場合や、システム未登録の無線局が存在する場合、該信号を送信した無線局が適用している無線パラメタが不明な場合がある。この場合、適用している無線パラメタを周囲に通知するよう該無線局へ促す、もしくは伝搬経路および受信電力より該無線局の無線パラメタを推測することで対策できる。
【００５４】
上記手順においては各無線局の性能や提供する通信サービスを等しいと想定しているが、各無線局の性能（調整可能な無線パラメタの種類、計算処理速度、消費電力など）、無線局の可動性（位置固定、可動）、該無線局のバッテリ残量、該無線局が提供する無線サービス内容（一般通信用、緊急通信用など）、通信量、通信頻度を無線パラメタ設定部２３における評価値として用い、ステップ９００４における無線パラメタの調整を行っても良い。
【００５５】
例えば、無線サービスの内容を評価値として用いる場合、一般通信用と緊急通信用では通信に要求される性能が異なる。緊急通信は一般通信と比べて通信の途切れや遅延防止の要求レベルが高いため、想定される変動に対して対応できるように様々な方向の伝搬経路ができるよう無線パラメタを調整することが求められる。各評価値に対して重み付けを設定することで、無線パラメタの詳細な調整が可能となる。
【実施例２】
【００５６】
図３に本発明の実施例２における無線局４の構成を示す。上記実施例１においては中央サーバ２が伝搬経路の推定を行っているが、無線局が伝搬経路推定部２２を備え、１台以上の無線局が周囲の無線局から電波強度測定値や無線パラメタに関する情報を収集して、ステップ９１０５において、モデル補正およびステップ９００１において、電波伝搬経路を推定し、ステップ９００６において、各無線局が自律的に無線パラメタの調整を行っても良い。
【００５７】
無線局４は、受信電波の電波強度を測定する測定器１１と、測定した電波強度を格納する電波強度格納部１２と、測定した電波強度と電波強度格納部１２に格納してある過去の測定値を比較する電波強度比較部１３と、システムがサポートするエリア内の通信環境（エリア内の建物や無線局の位置情報、各無線局間の電波伝搬経路など）を格納する伝搬経路格納部２１と、電波強度格納部１２と伝搬経路格納部２１が格納する情報を基に通信環境を推定する伝搬経路推定部２２と、電波強度格納部１２および伝搬経路格納部２１が格納する情報を基に該通信環境において所望の通信品質を実現するために適切な無線パラメタを導出し、他無線局へ通知する無線パラメタ設定部２３と、無線パラメタ設定部２３が導出した無線パラメタ（アンテナ方向、アンテナチルト角、アンテナ指向性、周波数、送信出力、変調方式、通信方式など）を無線通信の際に適用する無線パラメタ制御部１４と、無線通信の送信、受信、測定に使用するアンテナ１５とを有する。
【００５８】
実施例２における運用時のフローチャートを図１４に示す。本実施例の運用手順は、実施例１の手順と同一である。ただし、実施例１では中央サーバ２が行っていた手順のステップ９１０４、９１０１、９１０５、９００１〜９００４、９１０６は無線局４が実施する。
【００５９】
実施例１における無線局１と本実施例２の無線局４、中央サーバ２が無線通信システム内に混在しても良い。中央サーバ２を用いる場合、ステップ９１０４における無線局４の電波強度格納部１２に格納した測定値、ステップ９１０５におけるモデル補正時の変更内容、ステップ９００２における伝搬経路格納部２１に格納した経路情報、ステップ９００３における電波強度推定値、ステップ９００４において無線パラメタ設定部２３が導出した無線パラメタ情報を中央サーバ２に通知する。中央サーバ２は、無線局４ｂから収集した情報を元にモデルを再構成し、適切な無線パラメタを無線局へ通知する。
【００６０】
無線局４が伝搬経路推定部２２を持つことにより、中央サーバを用いない自律分散型の無線通信システムの構成が可能となる。また中央サーバ２を用いる場合でも、無線局４を導入することで、中央サーバ２と通信が出来ない状況でも無線局４が保持する無線パラメタ設定部２３により各無線局の無線パラメタを適切に設定できる。本実施例によると、中央サーバ２の役割を無線局４が担うことが可能となるため、システムの耐故障性が向上する。また比較的狭い領域で処理を行うことにより、シミュレーションで考慮すべきオブジェクト数が減るため、伝搬経路の推定に必要な計算量の削減が可能になる。
【実施例３】
【００６１】
上記各実施例においては、ステップ９１０１において、各無線局が発信する電波の電波強度より通信環境の変動発生を検知するよう想定しているが、カメラを用いた画像認識手法やミリ波、レーザによる測定、オブジェクトや無線局が保持するＧＰＳ受信機（Global  Positioning  System）による位置情報取得、各オブジェクトに設置した無線局が発信する電波強度による位置推定、および各手法を組み合わせた手法に基づいた検知を行っても良い。
【００６２】
例えば、画像認識手法では、カメラに写る物体の画像情報を元に、該物体の位置や形状、種類を検知する。プラント内に設置されている監視カメラを利用して画像認識による物体検知を行い、その検知情報を元にモデルを補正することで、ステップ９００４において、変動に応じた適切な無線パラメタの導出が可能である。例えば状態表示装置２５は電波強度より推測された反射エリア２４０、遮蔽エリア２４１を表示する（１００）が、オブジェクト２１２を写すカメラが設置されていれば、該エリアの範囲がより詳細に推定され、伝搬経路の推定精度が向上する。
【００６３】
画像から物体の材質などを認識できない場合、該物体が電波に及ぼす影響を推定することは難しいが、電波強度の測定値と組み合わせることで該推定精度を向上できる。例えばオブジェクト２１２が電波をほとんど透過する物質であった場合、画像情報だけではオブジェクト２１２による反射を考慮したモデル補正を行うが、電波強度を測定することでオブジェクト２１２による反射、遮蔽を無視できることが測定できるため、物体の材質を考慮したステップ９１０５におけるモデル補正が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、プラント計装無線システムや無線を用いた列車制御システム（ＣＢＴＣ：Communication  Based  Train  Control）において、電波伝搬シミュレータと無線機を連携することにより、無線環境を自律的に制御するシステムの構築に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は本発明の実施例１による無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の無線システム構成の一例を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例２による無線局の構成を示す図である。
【図４】図４は電波伝搬経路の一例を示す図である。
【図５】図５は図４の状況において変動が発生した場合の伝搬経路の一例を示す図である。
【図６】図６は図４および図５の状況における測定値の差より推測される変動箇所の一例を示す図である。
【図７】図７は本発明の表示装置に表示される内容の一例を示す図である。
【図８】図８は本発明の実施例１における手動でのモデル補正用の操作画面を示す図である。
【図９】図９は本発明の実施例１における手動での無線パラメタ調整用の操作画面を示す図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例１による無線通信システムの処理フロー（無線局設置時）を示す図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例１による無線通信システムの処理フロー（運用時の無線局の通常動作）を示す図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例１による無線通信システムの処理フロー（運用時の無線局のテスト信号受信時の動作）を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の実施例１による無線通信システムの処理フロー（運用時の中央サーバの測定値受信時の動作）を示す図である。
【図１４】図１４は本発明の実施例２による無線通信システムの処理フロー（運用時の無線局のテスト信号受信時の動作）を示す図である。
【図１５】図１５は未登録無線局の位置を推定する一例を示す図である。
【図１６】図１６は本発明において到来波の到来方向と遅延時間を用いて反射点の位置を推定する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    無線局
２    中央サーバ
３    ネットワーク
１１    測定器
１２    電波強度格納部
１３    電波強度比較部
１４    無線パラメタ制御部
２１    伝搬経路格納部
２２    伝搬経路推定部
２３    無線パラメタ設定部
２４    状態表示装置
１００    状態表示画面
１０１    平常時の伝搬経路
１０２    電波強度（測定値）
１０３    変動検知時の伝搬経路
１０４    電波強度（測定値）
１０５    変動検知の日時
１０６    モデル編集
１０７    電力分布表示
１０８    変動経路／品質劣化箇所
１０９    調整内容
１１０    電波強度（推定値）
１１１    電力分布
１１２    その他対策
１１３    手動調整
２００    解析領域
２１０，２１１    オブジェクト
２２０〜２２２    無線局
２３０〜２３５    伝搬経路
２４０    反射エリア
２４１    遮蔽エリア
３００    モデル補正操作画面
３０１    画面
３０２    新規設置
３０３    編集
３０４    オブジェクト
３０５    エラー
４００    無線パラメタ操作画面
４０１    調整項目
４０２    調整内容
５００    反射波到来方向
５０１    送信アンテナ位置
５０２    受信アンテナ位置
５０３    楕円
５０４    反射点推定位置
９０００    モデル作成手順
９００１    伝搬経路推定手順
９００２    電波強度推定手順
９００３    電波強度推定手順
９００４    無線パラメタ導出手順
９００５    無線局設置手順
９００６    無線パラメタ設定手順
９１００    電波強度測定手順
９１０１    電波強度比較手順
９１０２    テスト信号送信手順
９１０３    テスト信号受信手順
９１０４    電波強度格納手順
９１０５    モデル補正手順
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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