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公開番号2025062167
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-14
出願番号2023171051
出願日2023-10-02
発明の名称通信システム、コンセントレータおよび通信方法
出願人国立大学法人電気通信大学,東京瓦斯株式会社
代理人個人,個人
主分類H04W 76/10 20180101AFI20250407BHJP(電気通信技術)
要約【課題】干渉電力の発生と、伝搬損失の影響とを抑制する。
【解決手段】通信システム(1)は、それぞれが無線通信によってデータ信号を送信する複数の端末(3)と、データ信号を受信して集約するコンセントレータ(2)とを備える。コンセントレータは、アレイアンテナ(240)と、ビーム制御部(221)と、通信部(222)とを備える。アレイアンテナは、ビームフォーミングによって設定したビーム方向において信号の送受信を行う。ビーム制御部は、ビーム方向(80)を制御する。通信部は、複数の端末にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を第1のビーム方向へのブロードキャスト通信によって送信し、複数の端末のうち、第1のビーム方向での送受信に成功した端末を抽出端末として抽出し、抽出端末とのリンクを確立する。複数の端末のそれぞれは、リンクが確立された後にデータ信号を送信する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが無線通信によってデータ信号を送信する複数の端末と、
前記データ信号を受信して集約するコンセントレータと
を備え、
前記コンセントレータは、
ビームフォーミングによって設定したビーム方向において信号の送受信を行うアレイアンテナと、
前記ビーム方向を制御するビーム制御部と、
前記複数の端末にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を第１のビーム方向へのブロードキャスト通信によって送信し、前記複数の端末のうち、前記第１のビーム方向での前記送受信に成功した端末を抽出端末として抽出し、前記抽出端末とのリンクを確立する通信部と
を備え、
前記複数の端末のそれぞれは、
前記リンクが確立された後に前記データ信号を送信する
通信システム。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記アレイアンテナは、
複数のアンテナ素子
を備え、
前記ビーム制御部は、前記複数のアンテナ素子に入力される信号の振幅および位相の組み合わせを設定することによって前記ビーム方向に向けた前記ビームフォーミングを行い、
前記通信部は、
前記複数の端末が送信した前記データ信号を前記複数のアンテナ素子が受信した受信信号と、前記組み合わせとに基づいて、前記組み合わせに対応する前記ビーム方向から前記データ信号を受信した場合の仮想データ信号を前記データ信号として集約する
通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、
前記番号要求信号に応じて送信要求信号を送信した前記複数の端末のうち、複数の前記ビーム方向のいずれかでの受信に成功した前記送信要求信号を送信した端末を、前記抽出端末として抽出し、
前記抽出端末のそれぞれについて、前記送信要求信号の受信に成功した前記ビーム方向に対応する前記組み合わせを記憶し、
前記抽出端末に前記データ信号を要求する返信確認信号を前記第１のビーム方向に送信し、
前記抽出端末のそれぞれについて、記憶した前記組み合わせに対応する前記ビーム方向で前記データ信号を受信した場合の前記仮想データ信号を、前記抽出端末の前記それぞれの前記データ信号として集約する
通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、同一の前記抽出端末が送信した前記送信要求信号の受信に、複数の前記ビーム方向において成功したとき、前記複数のビーム方向のうち、前記送信要求信号の受信信号強度が最大であるビーム方向で前記データ信号を受信した場合の前記仮想データ信号を、前記データ信号として集約する
通信システム。
【請求項５】
請求項３に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、前記データ信号の受信に成功したことを前記抽出端末に通知するデータ確認信号を、前記第１のビーム方向に送信する
通信システム。
【請求項６】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、
前記番号要求信号に応じて送信要求信号を送信した前記複数の端末のうち、複数の前記ビーム方向のいずれかでの受信に成功した前記送信要求信号を送信した端末を、前記抽出端末として抽出し、
前記抽出端末のそれぞれについて、前記送信要求信号の受信に成功した前記ビーム方向に対応する前記組み合わせを記憶し、
前記抽出端末に前記データ信号を要求する返信確認信号を、前記送信要求信号の受信に成功した組み合わせを合成した合成組み合わせを設定することによってビームフォーミングした複合ビーム方向に送信し、
前記抽出端末のそれぞれについて、記憶した前記組み合わせに対応する前記ビーム方向で前記データ信号を受信した場合の前記仮想データ信号を、前記抽出端末の前記それぞれの前記データ信号として集約する
通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、同一の前記抽出端末が送信した前記送信要求信号の受信に、複数の前記ビーム方向において成功したとき、前記複数のビーム方向のうち、前記送信要求信号の受信信号強度が最大であるビーム方向を選択的に合成して前記合成組み合わせを設定する
通信システム。
【請求項８】
請求項６に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、前記データ信号の受信に成功したことを前記抽出端末に通知するデータ確認信号を、前記複合ビーム方向に送信する
通信システム。
【請求項９】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記通信部は、
前記番号要求信号に応じて送信要求信号を送信した前記複数の端末のうち、複数の前記ビーム方向のいずれかでの受信に成功した前記送信要求信号を送信した端末を、前記抽出端末として抽出し、
前記抽出端末のそれぞれについて、前記送信要求信号の受信に成功した前記ビーム方向に対応する前記組み合わせを記憶し、
記憶した前記組み合わせごとに、前記組み合わせに対応するビーム方向において、前記抽出端末に前記データ信号を要求する返信確認信号の送信と、前記抽出端末が送信するデータ信号の受信および集約と、前記データ信号の受信に成功したことを前記抽出端末に通知するデータ確認信号の送信とを行う
通信システム。
【請求項１０】
ビームフォーミングによって設定したビーム方向において信号の送受信を行うアレイアンテナと、
前記ビーム方向を制御するビーム制御部と、
複数の端末にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を第１のビーム方向へのブロードキャスト通信によって送信し、前記複数の端末のうち、前記第１のビーム方向での前記送受信に成功した端末を抽出端末として抽出し、前記抽出端末とのリンクを確立し、前記リンクが確立された後に前記複数の端末から送信されるデータ信号を受信して集約する通信部と
を備える
コンセントレータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムと、該通信システムに含まれるコンセントレータと、該通信システムが行う通信方法とに関し、例えば、コンセントレータが複数の端末からデータ信号を集約するために好適に利用できるものである。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
所望の範囲に分布する複数の端末がそれぞれに収集したデータを無線通信によって集約する技術の需要がある。一例として、日本において９２０ＭＨｚ帯で運用されているＬＰＷＡＮ（ＬｏｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：省電力広域ネットワーク）を活用してセンサ端末からデータを集約する手法として、複数の種類が存在するシステムのそれぞれにおいてゲートウェイまたはコンセントレータなどと呼ばれる集約局を設置し、その集約局へデータを集めた後にサーバへ登録する手順を踏むことが多い。そのため、システム毎に集約局を配置する必要があり、データの集約に要する設置コストが高くなってしまう。この課題の解決策として、複数システムの情報を一か所で集約可能な汎用のコンセントレータを設置することが挙げられる。この手法によって、複数システムで汎用コンセントレータの設置コストの分担が可能となりコスト削減に寄与できる。
【０００３】
上記に関連して、非特許文献１（Ｄ．Ｋｏｍｉｎａｍｉ，Ｍ．Ｓｕｇａｎｏ，Ｍ．Ｍｕｒａｔａ，Ｔ．Ｈａｔａｕｃｈｉ，ａｎｄＪ．Ｍａｃｈｉｄａ， “Ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｉｎｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｒｅｃｅｉｖｅｒ－ｄｒｉｖｅｎｍｕｌｔｉ－ｈｏｐｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，” ２０１０ＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗ．，Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ，ａｎｄＴｒｕｓｔｗｏｒｔｈｙＣｏｍｐｕｔ．，ＮｅｗｐｏｒｔＢｅａｃｈ，ＣＡ，ＵＳＡ，ｐｐ．２９６－３０３，２０１０年６月発行）には、ＩＲＤＴ（ＩｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔＲｅｃｅｉｖｅｒ－ＤｒｉｖｅｎＤａｔａＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：受信端末始動型間欠動作データ転送）プロトコルが開示されている。ＩＲＤＴプロトコルでは、受信端末に対して非同期に動作する送信端末に間欠動作を追加することによって、送信端末の消費電力を削減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Ｄ．Ｋｏｍｉｎａｍｉ，Ｍ．Ｓｕｇａｎｏ，Ｍ．Ｍｕｒａｔａ，Ｔ．Ｈａｔａｕｃｈｉ，ａｎｄＪ．Ｍａｃｈｉｄａ， “Ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｉｎｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｒｅｃｅｉｖｅｒ－ｄｒｉｖｅｎｍｕｌｔｉ－ｈｏｐｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，” ２０１０ＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗ．，Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ，ａｎｄＴｒｕｓｔｗｏｒｔｈｙＣｏｍｐｕｔ．，ＮｅｗｐｏｒｔＢｅａｃｈ，ＣＡ，ＵＳＡ，ｐｐ．２９６－３０３，２０１０年６月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その一方で、汎用コンセントレータを実現するには、受信性能や通信品質が異なった複数のシステムのそれぞれで用いられる各種の信号を受信できるようにする必要がある。また、コンセントレータの設置台数を減らすために、端末との通信が可能な範囲は広い方が良い。しかし、その要件を満たすためには、同時に送信される信号の総数の増加に伴って干渉電力が増大する問題や、遠方から送信された信号が伝搬損失によって減衰して雑音や他の信号に埋もれてしまう問題などが存在している。
【０００６】
上記状況に鑑み、本開示は、干渉電力の発生と、伝搬損失の影響とを抑制する通信システム、コンセントレータおよび通信方法を提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【０００８】
一実施の形態によれば、通信システム（１）は、それぞれが無線通信によってデータ信号を送信する複数の端末（３）と、データ信号を受信して集約するコンセントレータ（２）とを備える。コンセントレータ（２）は、アレイアンテナ（２４０）と、ビーム制御部（２２１）と、通信部（２２２）とを備える。アレイアンテナ（２４０）は、ビームフォーミングによって設定したビーム方向において信号の送受信を行う。ビーム制御部（２２１）は、ビーム方向（８０）を制御する。通信部（２２２）は、複数の端末（３）にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を第１のビーム方向（８０）へのブロードキャスト通信によって送信し、複数の端末（３）のうち、第１のビーム方向（８０）での送受信に成功した端末（３）を抽出端末として抽出し、抽出端末とのリンクを確立する。複数の端末（３）のそれぞれは、リンクが確立された後にデータ信号を送信する。
【０００９】
一実施の形態によれば、コンセントレータ（２）は、アレイアンテナ（２４０）と、ビーム制御部（２２１）と、通信部（２２２）とを備える。アレイアンテナ（２４０）は、ビームフォーミングによって設定したビーム方向（８０）において信号の送受信を行う。ビーム制御部（２２１）は、ビーム方向（８０）を制御する。通信部（２２２）は、複数の端末（３）にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を第１のビーム方向（８０）へのブロードキャスト通信によって送信し、複数の端末（３）のうち、第１のビーム方向（８０）での送受信に成功した端末（３）を抽出端末として抽出し、抽出端末とのリンクを確立し、リンクが確立された後に複数の端末（３）から送信されるデータ信号を受信して集約する。
【００１０】
一実施の形態によれば、通信方法は、コンセントレータ（２）が、複数の端末（３）にそれぞれの端末番号を要求する番号要求信号を、ビームフォーミングによって設定した第１のビーム方向（８０）へのブロードキャスト通信によって送信すること（Ｓ２１）を含む。通信方法は、さらに、コンセントレータ（２）が、複数の端末（３）のうち、第１のビーム方向（８０）での前記送受信に成功した端末（３）を抽出端末として抽出すること（Ｓ２５）を含む。通信方法は、さらに、コンセントレータ（２）が、抽出端末とのリンクを確立すること（Ｓ２５）を含む。通信方法は、さらに、複数の端末（３）のそれぞれが、リンクが確立された後に無線通信によってデータ信号を送信すること（Ｓ３１）を含む。通信方法は、さらに、コンセントレータ（２）が、データ信号を受信して集約すること（Ｓ３２、Ｓ３５）を含む。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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