JP2007088856A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信のスループットをさらに向上させる。
【解決手段】 本発明の一態様としての無線通信装置は、複数の周波数帯域を用いて他の無線通信装置と無線通信を行う周波数ホッピング方式の無線通信装置であって、前記複数の周波数帯域の各々について干渉量を測定する干渉測定手段と、前記周波数帯域ごとにホッピング密度が定められたホッピングパターンを複数格納したホッピングパターン候補格納手段と、 各前記周波数帯域の前記干渉量に基づいて前記ホッピングパターン候補格納手段からホッピングパターンを選択するホッピングパターン選択手段と、選択された前記ホッピングパターンを前記他の無線通信装置に通知するホッピングパターン通知手段と、前記選択されたホッピングパターンを用いて前記他の無線通信装置と通信を行う通信手段と、を備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関し、特に周波数ホッピングを用いたコグニティブ無線通信を行う無線通信装置および無線通信方法に関する。

従来の周波数ホッピングを用いた無線通信において、複数の周波数チャネルの内、使用可能なチャネルの電波環境（受信レベル）を測定し、これら使用可能な周波数チャネルに対して、測定された電波環境に基づいて、受信レベルの小さいものから順番を付与し、この順番により周波数ホッピングして通信を行う方法があった（特許文献１参照）。

また、従来のコグニティブ無線通信システムにおいて、UWBを制御信号の通信に用いることで、環境の変化に迅速に対応するということを、提案している例もあった（非特許文献１参照）。
特開平09-200086公報 "Implementation Issues in Spectrum Sensing for Cognitive Radios", Danijela Cabric, Shridhar Mubaraq Mishra, Robert W. Brodersen, Berkeley Wireless Research Center, Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, 2004.

しかしながら、上記した特許文献１の従来技術においては、干渉の少ないホッピングパターンを選択するものであり、一部の帯域において干渉が少ないような環境は考慮されてなく、このような状況下では、通信のスループットを向上することが出来なかった。

また、上記した非特許文献２の従来技術においては、通常のコグニティブ無線通信装置と、UWBの無線通信装置の２システムに対応した無線通信装置を兼ね備えねばならず、無線通信端末の小型化および低消費電力化の観点から問題となっていた。

本発明は、通信のスループットをさらに向上可能にした無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様としての無線通信装置は、複数の周波数帯域を用いて他の無線通信装置と無線通信を行う周波数ホッピング方式の無線通信装置であって、前記複数の周波数帯域の各々について干渉量を測定する干渉測定手段と、前記周波数帯域ごとにホッピング密度が定められたホッピングパターンを複数格納したホッピングパターン候補格納手段と、 各前記周波数帯域の前記干渉量に基づいて前記ホッピングパターン候補格納手段からホッピングパターンを選択するホッピングパターン選択手段と、選択された前記ホッピングパターンを前記他の無線通信装置に通知するホッピングパターン通知手段と、前記選択されたホッピングパターンを用いて前記他の無線通信装置と通信を行う通信手段と、を備える。

本発明の一態様としての無線通信方法は、複数の周波数帯域を用いて他の無線通信装置と周波数ホッピング方式により無線通信を行う無線通信方法であって、前記複数の周波数帯域の各々について干渉量を測定し、各前記周波数帯域の前記干渉量に基づいて、前記周波数帯域ごとにホッピング密度が定められた複数のホッピングパターンの中からホッピングパターンを選択し、選択された前記ホッピングパターンを前記他の無線通信装置に通知し、前記選択されたホッピングパターンを用いて前記他の無線通信装置と通信を行う。

本発明により、通信のスループットをさらに向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施の全体構成例を示す。無線送受信機１０１と無線送受信機１０２とがある通信方式を用いて無線通信を行い、無線送受信機１０３と無線送受信機１０４、１０５とが他の通信方式を用いて無線通信を行う。無線送受信機１０１と無線送受信機１０２との間の通信と、無線送受信機１０３と無線送受信機１０４、１０５との間の通信は、地理的、周波数的、時間的に明確に区別されておらず、共通の資源を共有している。例えば、無線送受信機１０３がテレビ放送局であり、無線送受信機１０４、１０５がテレビ受信機である場合、無線送受信機１０１および無線送受信機１０２は、テレビ周波数帯域を使用することを許可されたコグニティブ無線基地局（Cognitive Radio STation: ＣＲ−ＳＴ）およびコグニティブ無線端末（Cognitive Radio-APpliance:ＣＲ−ＡＰ）であり、テレビ放送が行われていない時間および周波数を用いて通信を行う。また、他の例を挙げると、無線送受信機１０３は無線ＬＡＮ基地局（ＷＬＡＮ−ＳＴ）であり、無線送受信機１０４、１０５は無線ＬＡＮ端末（ＷＬＡＮ−ＡＰ）である場合、無線送受信機１０１および無線送受信機１０２は、２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚのアンライセンスバンド帯域を使用することを許可されたコグニティブ無線基地局およびコグニティブ無線端末である。この場合、無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末が通信を行っていない帯域および時間を用いて、コグニティブ無線基地局とコグニティブ無線端末とが通信を行う。ここで、コグニティブ無線基地局とコグニティブ無線端末の通信エリアの範囲は、無線送受信機１０３、１０４、１０５の通信エリアと同等の範囲でも良いし、無線送受信機１０３、１０４、１０５の通信エリアより大きいまたは小さい範囲でも良い。

（第一の実施形態）
図２は第一の実施形態における基地局１０１の構成例を示す。

コグニティブ無線基地局（以下単に基地局と称する）１０１は、コグニティブ無線端末（以下単に端末と称する）１０２と周波数ホッピング方式による通信を行う。基地局１０１は端末１０２と通信を開始するに先立ち、ホッピングパターン（Hopping Pattern:ＨＰ）を決定する。基地局１０１は、ホッピングパターンを決定するために、まず、通信で使用する周波数帯域の干渉量を測定する。より詳しくは、基地局１０１は、電波信号をアンテナ１３００において受信し、アンテナ１３００から受信された信号はＲＦ(Radio Frequency)／ＩＦ(Intermediate Frequency)部１３０１においてＲＦ／ＩＦ処理が施されてベースバンド信号に変換される。干渉測定部１３０６はベースバンド信号を用いて干渉量の測定を行う（干渉測定処理）。この例ではベースバンド信号を用いて干渉測定処理を行っているが、ＲＦ信号またはＩＦ信号を用いて干渉測定処理を行っても良い。干渉測定結果はＨＰ選択部１３０５に入力される。ＨＰ選択部１３０５では、測定された干渉量とあらかじめ定められた閾値とを比較し、比較結果に応じたホッピングパターンを選択する。ホッピングパターンの候補はＨＰ候補ＲＯＭ１３１１に格納されている。選択されたホッピングパターンは、ＨＰ選択部１３０５から、ＲＦ／ＩＦ部１３０１、ＲＦ／ＩＦ部１３１０、制御信号生成部１３０７に伝えられる。選択されたホッピングパターンは制御信号生成部１３０７において、端末１０２側でホッピングパターンを特定できるホッピングパターン選択信号（例えば、ホッピングパターンを一意に選択できるような指標）に変換されて、上位レイヤからの制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）と多重され、ＢＢ(BaseBand)処理部１３０９、ＲＦ／ＩＦ部１３１０を経て、アンテナ１３００から、ホッピングパターン通知（ＨＰ通知）として送信される。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号・制御信号の通信が開始される。すなわち、端末１０２から受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ処理部１３０１、ＢＢ部１３０２を経て、データ信号はデータ処理部１３０３に入力され、制御信号は制御信号処理部１３０４に入力される。データ信号はデータ処理部１３０３で上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。同様に、制御信号も制御信号処理部１３０４で上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１３０８および制御信号生成部１３０７で、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１３０９、ＲＦ／ＩＦ処理部１３１０を経て、アンテナ１３００から端末１０２へ送信される。

図３は第一の実施形態における端末１０２の構成例を示す。

端末１０２は、基地局１０１からのホッピングパターン通知を待ち受ける。端末１０２は到来信号をアンテナ１４００において受信し、アンテナ１４００によって受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１４０１、ＢＢ部１４０２を経て、制御信号処理部１４０４において処理される。制御信号処理部１４０４において、基地局１０１からのホッピングパターン通知に含まれるホッピングパターン選択信号を復号したら、復号結果をＨＰ選択部１４０５に出力する。ＨＰ選択部１４０５は復号されたホッピングパターン選択信号に基づきＨＰ候補ＲＯＭ１４１１に格納されているホッピングパターンを取り出して、ＲＦ／ＩＦ部１４０１およびＲＦ／ＩＦ部１４１０に伝える。同時に、制御信号処理部１４０４では基地局１０１の上位レイヤからの、ホッピングパターン通知に含まれる制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）を上位レイヤへ出力する。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号・制御信号の通信が開始される。すなわち、受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ部１４０１、ＢＢ部１４０２を経て、データ信号はデータ処理部１４０３に入力され、制御信号は制御信号処理部１４０４に入力される。データ信号はデータ処理部１４０３で上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。また、制御信号も制御信号処理部１４０４で上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１４０８および制御信号生成部１４０７で、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１４０９、ＲＦ／ＩＦ部１４１０を経て、アンテナ１４００から基地局１０１へ送信される。

図４は第一の実施形態における基地局１０１と端末１０２の通信開始時における処理手順例を示す。

基地局１０１は通信を開始する前に、基地局１０１の周辺における干渉量を測定する（２０１）。干渉量の測定は、例えば、コグニティブ無線システムが送信可能な周波数帯域について、幾つかに分割し、各分割周波数帯域における干渉量を測定することにより行う。ここで、干渉量とは、例えば、分割周波数帯域における総受信電力（ＲＳＳＩ）などの値である。

次に、通信を行うためのホッピングパターンを選択する（２０２）。ホッピングパターンの選択は、手順２０１で測定した、各分割周波数帯域における干渉量に基づいて行われる。選択方法の詳細については後述する。

選択されたホッピングパターンは通信相手である端末１０２に通知される（２０３）。この通知方法としては、コグニティブ無線システム用の周波数帯域において通知用の専用チャネルを用いて通知を行う方法や、あらかじめ定められたホッピングパターン通知用のホッピングパターンの候補から任意のものを選択して通知を行う方法、有線を用いて通知を行う方法などが考えられる。ホッピングパターンの通知を、専用チャネル（専用の周波数帯域）を用いて行う場合、迅速かつ確実にホッピングパターンの通知を行うことができるため、システムスループットを向上できる。ホッピングパターンの通知を、既知の通知用のホッピングパターンを用いて行う場合、受信側では、通知用のホッピングパターンの候補のいずれかについて待ち受ければよいため、専用のチャネルを設けなくても、迅速にホッピングパターンの通知を行うことができる。ホッピングパターンの通知の際、必要に応じて、他の制御信号（例えば同期のための信号など）を送信しても良い。また、通知するホッピングパターンは、ホッピングパターンを一意に表すことができる形態で送信する。例えば、ホッピングパターンを幾つかの候補から選択するものであるならば、通知する情報はそのホッピングパターンのインデックス（指標）でも良い。指標を通知することで、通信すべきホッピングパターンのデータ量を削減できる。以上のような手続きを経て、基地局１０１と端末１０２の間でホッピングパターンの共有化や同期を行い、データ信号および制御信号の通信を開始する（２０４）。

図５は、干渉量の測定の例を説明する図である。

図５では、コグニティブ無線システム（ＣＲシステム）が使用することが許可された周波数帯域を３分割して干渉量の測定を行っている。ここで、例えば、５ＧＨｚ帯で考えると、Ｆｎ=1は中心周波数４９２０ＭＨｚ，帯域幅２０ＭＨｚの周波数帯域、Ｆｎ=２は中心周波数４９４０ＭＨｚ，帯域幅２０ＭＨｚの周波数帯域、Ｆｎ=３は中心周波数４９６０ＭＨｚ，帯域幅２０ＭＨｚの周波数帯域である。まず、周波数帯域Ｆｎ=1において、総受信電力（ＲＳＳＩ）を測定する。同様に、周波数帯域Ｆｎ=2、周波数帯域Ｆｎ=3についても、ＲＳＳＩを測定する。ＲＳＳＩの値が高いほど干渉量が多いと判断される。この例では、測定したＲＳＳＩが閾値より大きければ干渉が大きいと判断し、閾値以下であれば干渉が小さいと判断する。ここで、閾値とは、例えば-60dBmといった、具体的な電力の値である。

図６は、第一の実施形態におけるホッピングパターン選択方法の一例を説明するフローチャートである。

まず、コグニティブ無線システムが使用可能な周波数帯域をＮ個の領域に分割する（４０１）。ここでＮは２以上の整数であり、この値が大きいほど、より細かい空き周波数帯域を用いて高速通信が行うことができる。ただし、Ｎの値が大きいと、ホッピングパターン候補が多くなり、選択処理に手間がかかる。分割したＮ個の帯域Ｆｎ（ｎ＝１からＮまで）の各々について以下の処理を行う（４０２）。

周波数帯域Ｆｎについて、測定した干渉量と閾値とを比較し（４０３）、干渉量が閾値を上回っている場合（４０３のＹＥＳ）、帯域Ｆｎにおいて干渉信号が大きいと判断する。つまり、他のコグニティブ無線端末や、コグニティブ無線システム以外のシステム端末が、帯域Ｆｎを使用していると判断する。この場合、あらかじめ定められたホッピングパターンの中から、帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の低いホッピングパターンをホッピングパターン候補群として選択する（４０４）。

ここで、「ホッピング密度」とは、複数の周波数キャリアを用いる周波数ホッピング方式において、単位時間あたりに、あるキャリアを用いて送信を行う回数である。例えば、10ミリ秒の間に100回使用するキャリアのホッピング密度は10000回／秒とし、また、10ミリ秒に5回使用するキャリアのホッピング密度は500回／秒とする。このとき、前者のキャリア（ホッピング密度10000回／秒）のホッピング密度は、後者のキャリア（ホッピング密度500回／秒）のホッピング密度より高いこととする。

手順４０３において、干渉量が閾値以下である場合（４０３のＮＯ）、帯域Ｆｎにおいて干渉信号が小さいと判断する。つまり、他のコグニティブ無線端末や、コグニティブ無線システム以外のシステムの端末が、帯域Ｆｎを使用していないと判断する。この場合、あらかじめ定められたホッピングパターンの中から、帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターンをホッピングパターン候補群として選択する（４０５）。

手順４０４および４０５において選択した計Ｎ個のホッピングパターン候補群の中から、各ホッピングパターン候補群に共通して存在するホッピングパターンを、通信に用いるホッピングパターンとして決定する（４０６）。

図７は、具体的にどのホッピングパターンが選択されるかを、図３に示した干渉量の場合を例にして説明する図である。

ホッピングパターンは例えばＮｏ１からＮｏ８まで８種類用意される。ＨＰ−Ｎｏ４は周波数帯域Ｆｎ＝１において、ホッピング密度が高く、周波数帯域Ｆｎ＝２、Ｆｎ＝３において、ホッピング密度が低いホッピングパターンである。すなわち、ＨＰ−Ｎｏ４は周波数帯域Ｆｎ＝１において、第１のホッピング密度を有し、周波数帯域Ｆｎ＝２、Ｆｎ＝３において、第１のホッピング密度より小さい第２のホッピング密度を有する。図５のような干渉測定結果であった場合、まず、周波数帯域Ｆｎ＝１において、干渉量が閾値より高いため、干渉が大きいと判断し、Ｆｎ＝１において、低ホッピング密度をもつホッピングパターンの候補を選択する。ここでは、図７のように、ＨＰ−Ｎｏ５、Ｎｏ６、Ｎｏ７、Ｎｏ８が候補として選択される。次に、周波数帯域Ｆｎ＝２を見てみると、干渉量が閾値以下のため、干渉が小さく、したがってＦｎ＝２は空きチャネルであると判断し、Ｆｎ＝２において、高ホッピング密度をもつホッピングパターンの候補を選択する。ここでは、図７のように、ＨＰ−Ｎｏ１、Ｎｏ２、Ｎｏ５、Ｎｏ６が候補として選択される。最後に、周波数帯域Ｆｎ＝３において、干渉量が閾値より高いため、干渉が大きいと判断し、Ｆｎ＝３において、低ホッピング密度をもつホッピングパターンの候補を選択する。ここでは、図７のように、ＨＰ−Ｎｏ２、Ｎｏ４、Ｎｏ６、Ｎｏ８が候補として選択される。このように選択されたホッピングパターン候補の中から、３つの帯域（Ｆｎ＝１、２、３）において共通に候補に上がっているホッピングパターンを選択する。ここでは、ＨＰ−Ｎｏ６が、通信を行うホッピングパターンとして選択される。

本例では、２つのホッピング密度（高ホッピング密度および低ホッピング密度）が示されたが、ホッピング密度は３つ以上あってもよい。また、閾値は１つのみ設定されたが、２つ以上の閾値が設定されてもよい。この場合、２つ以上の閾値によって区切られた区間のそれぞれにホッピング密度が定められてもよい。

また、本例では、周波数帯域ごとにホッピング密度（高ホッピング密度または低ホッピング密度）を決定しホッピングパターンを選択したが、特にホッピング密度が３つ以上ある場合、各周波数帯域の干渉量を総合評価してホッピングパターンを決定してもよい。例えば３つのホッピング密度（第１〜第３のホッピング密度）があるとする。第１のホッピング密度が最も大きく、第３のホッピング密度が最も小さいとする。周波数帯域Ｆｎ＝１の干渉量が閾値以下でＦｎ＝２、３の干渉量が閾値より大きい場合は、周波数帯域Ｆｎ＝１において第１のホッピング密度を有し、周波数帯域Ｆｎ＝２、３において第３のホッピング密度を有するホッピングパターンを選択し、一方、周波数帯域Ｆｎ＝１、２の干渉量が閾値以下でＦｎ＝３の干渉量が閾値より大きい場合は、周波数帯域Ｆｎ＝１、２において第２のホッピング密度を有し、周波数帯域Ｆｎ＝３において第３のホッピング密度を有するホッピングパターンを選択してもよい。

図８は、ホッピングパターンの例を示す。

以下、図７のＨＰ−Ｎｏ６の場合を例に説明する。ＨＰ−Ｎｏ６では、Ｆｎ＝１およびＦｎ＝３が低ホッピング密度であり、Ｆｎ＝２が高ホッピング密度である。各Ｆｎにおける実際のホッピング密度はＨＰ−Ｎｏ６に対応づけられてあらかじめ決定されているとする。Ｆｎ＝１およびＦｎ＝３においては、低ホッピング密度により制御信号を送信している。制御信号は、例えば、データ信号通信に用いる変調方式・誤り訂正符号化率・データ拡散率、データフレーム同期情報、ユーザ認識情報、測定された干渉電力状況、データ通信開始フラグ、またはデータ通信中止フラグ等を含む。受信側では、制御信号を受信して、同期などの処理を行う。このとき、低ホッピング密度の周波数帯域では干渉が存在するため、ＢＰＳＫや差動ＡＳＫなどの雑音に強い変調方式を採用したり、拡散率を高くしたり、誤り訂正の符号化率を高くしたりして、誤りに対する耐性を強くすることが好ましい。図８では、制御信号の拡散率を１６として、データ信号よりも、誤り耐性を強くしている。制御信号の拡散率を高くすることで、干渉の大きい周波数帯域においても、信号の送受信が精度良くできる。一方、Ｆｎ＝２では、干渉の少ない空きチャネル（空き周波数帯域）を用いて通信を行うことにより、高速のデータ通信を行う。空きチャネルにおけるデータ通信であるために、冗長な信号は極力抑え、低い拡散率、低い誤り訂正符号化を用い、１６ＱＡＭなどの効率の高い変調方式を採用して、高速にデータを転送する。データ通信信号の拡散率を下げることにより、高速通信が可能になる。図８に示されるパイロット（pilot）信号は同期のための既知信号である。

以上のように、本実施の形態によれば、通信開始前に測定した各周波数帯域の干渉量に応じてホッピングパターンを決定するようにしたことにより、周波数帯域を有効活用して、高速なデータ通信を実現できる。すなわち、空き周波数大域が存在する場合は、高速もしくは大容量の通信を行うことができるとともに、通信中に空き周波数大域が存在しなくなった場合でも、周囲の通信機器に与える干渉を最小限にとどめつつ、通信を継続できる。このように通信を継続することにより、通信の停止処理および再開処理によるオーバヘッドを小さくでき、よってシステムスループットを向上できる。

（第二の実施形態）
図９は第二の実施形態における基地局１０１の構成例を示す。

基地局１０１は電波信号をアンテナ１５００において受信し、アンテナ１５００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１５０１においてＲＦ／ＩＦ処理が施されてベースバンド信号に変換される。干渉測定部１５０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理を行う。この例ではベースバンド信号を用いて干渉測定を行っているが、ＲＦ信号またはＩＦ信号を用いて干渉量を測定しても良い。干渉測定結果はＨＰ選択部１５０５に入力される。また、基地局１０１は、端末１０２による干渉量の測定結果を取得するために、干渉量通知を端末１０２から待ち受ける。アンテナ１５００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１５０１、ＢＢ部１５０２を経て、制御信号処理部１５０４に入力される。制御信号処理部１５０４において、端末１０２からの干渉量通知信号を復号したら、制御信号処理部１５０４は復号結果をＨＰ選択部１５０５に出力する。ＨＰ選択部１５０５は、干渉測定部１５０６において測定した干渉量および端末１０２から通知された干渉量と、あらかじめ定められた閾値とに基づいて、ＨＰ候補ＲＯＭ１５１１からホッピングパターンを選択する。選択されたホッピングパターンはＲＦ／ＩＦ部１５０１、ＲＦ／ＩＦ部１５１０、制御信号生成部１５０７に伝えられる。選択されたホッピングパターンは制御信号生成部１５０７において、端末１０２側でホッピングパターンを特定できるホッピングパターン選択信号に変換されて、上位レイヤからの制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）と多重され、ＢＢ処理部１５０９、ＲＦ／ＩＦ部１５１０を経て、アンテナ１５００から、ホッピングパターン通知として送信される。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信が開始される。すなわち、受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ処理部１５０１、ＢＢ部１５０２を経て、データ信号はデータ処理部１５０３に入力され、制御信号は制御信号処理部１５０４に入力される。データ信号はデータ処理部１５０３において上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。同様に、制御信号も制御信号処理部１５０４において上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１５０８および制御信号生成部１５０７において、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１５０９、ＲＦ／ＩＦ部１５１０を経て、アンテナ１５００から端末１０２へ送信される。

図１０は第二の実施形態における端末１０２の構成例を示す。

端末１０２は、基地局１０１におけるホッピングパターンの決定のため干渉量を測定する。より詳細には、端末１０２は電波信号をアンテナ１６００において受信し、アンテナ１６００によって受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１６０１においてベースバンド信号に変換される。干渉測定部１６０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理を行う。この例ではベースバンド信号を用いて干渉測定を行っているが、ＲＦ信号またはＩＦ信号を用いて干渉量を測定しても良い。干渉測定結果は制御信号生成部１６０７において、上位レイヤからの制御信号と多重され、ＢＢ部１６０９、ＲＦ／ＩＦ部１６１０を経て、アンテナ１６００から、干渉量通知として送信される。また、端末１０２は、基地局１０１からのホッピングパターン通知を待ち受ける。アンテナ１６００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１６０１、ＢＢ部１６０２を経て、制御信号処理部１６０４において処理される。制御信号処理部１６０４において、基地局１０１からのホッピングパターン通知に含まれるホッピングパターン選択信号を復号したら、制御信号処理部１６０４は復号結果をＨＰ選択部１６０５に出力する。ＨＰ選択部１６０５は復号されたホッピングパターン選択信号に基づきＨＰ候補ＲＯＭ１６１１からホッピングパターンを取り出して、ＲＦ／ＩＦ部１６０１およびＲＦ／ＩＦ部１６１０に渡す。同時に、制御信号処理部１６０４では基地局１０１の上位レイヤからの、ホッピングパターン通知に含まれる制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）を上位レイヤへ出力する。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信が開始される。すなわち、受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ部１６０１、ＢＢ部１６０２を経て、データ信号はデータ処理部１６０３に入力され、制御信号が制御信号処理部１６０４に入力される。データ信号はデータ処理部１６０３で上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。また、制御信号も制御信号処理部１６０４で上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１６０８および制御信号生成部１６０７で、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１６０９、ＲＦ／ＩＦ部１６１０を経て、アンテナ１６００から基地局１０１へ送信される。

図１１は第二の実施形態における基地局１０１と端末１０２の通信開始時における処理手順例を示す。

基地局１０１は通信を開始する前に、基地局１０１の周辺における干渉量を測定する（７０１）。干渉量の測定は、例えばコグニティブ無線システムが送信可能な周波数帯域について、幾つかに分割し、各分割周波数帯域の干渉量を測定する。

端末１０２においては、待ち受け状態時に、基地局１０１と同様に、周辺における干渉量を測定する（７０５）。干渉を測定する頻度が高ければ、測定精度が高くなる。ただし、干渉を測定する頻度が高いと、端末１０２における待ち受け時の消費電力が大きくなる。

端末１０２において測定された干渉量は、基地局１０１に対して通知される（７０６）。この通知方法としては、コグニティブ無線システム用の周波数帯域において通知用の専用チャネルを用いて通知を行う方法や、あらかじめ定められたホッピングパターンを用いて通知を行う方法、有線を用いて通知を行う方法などが考えられる。干渉量の通知を、専用チャネルを用いて行う場合、迅速かつ確実に干渉量の通知を行うことができるため、システムスループットを向上できる。また、干渉量の通知を、既知の通知用のホッピングパターンを用いて行う場合、受信側では、通知用のホッピングパターンの候補のいずれかについて待ち受ければよいため、専用のチャネルを設けなくても、迅速にホッピングパターンの通知を行うことができる。ここで、干渉量の状況に変化が生じた場合にのみ通知を行うことにすれば、干渉量通知の回数を減らすことができる。

次に、基地局１０１は、通信するホッピングパターンを選択する（７０２）。ホッピングパターンの選択は、手順７０１で測定した干渉量と手順７０５で測定した干渉量とに応じて、図６のフローと同様にして行われる。ある周波数帯域Ｆｎにおける干渉量は、例えば手順７０１で測定した干渉量と手順７０５で測定した干渉量とのうちいずれか大きい方を用いる。これら干渉量の平均を用いてもよい。

選択されたホッピングパターンは通信相手である端末１０２に通知される（７０３）。この通知方法としては、コグニティブ無線システム用の周波数帯域において通知用のチャネルを用いて通知を行う方法や、あらかじめ定められたホッピングパターンを用いて通知を行う方法、有線を用いて通知を行う方法などが考えられる。この際、他の制御信号（例えば同期のための信号など）を通知しても良い。

以上のような手続きを経て、基地局１０１と端末１０２の間とでホッピングパターンの共有化や同期を行い、通信を開始する（７０４）。

以上のように、本実施の形態によれば、通信開始前に送信側および受信側の両方で測定した干渉量に応じてホッピングパターンを決定するようにしたことにより、精度の良い空き周波数帯域検出が可能となり、周辺に与える干渉を最低限に抑えることができる。

（第三の実施形態）
図１２は第三の実施形態における基地局１０１の構成例を示す。

通信を開始するための干渉量の測定、ホッピングパターンの選択、ホッピングパターンの通知は第一の実施形態と同様に行われる。選択されたホッピングパターンを用いて通信を行っている間は、送信している帯域における干渉の程度を検査するために、干渉測定を行う。より詳しくは、アンテナ１７００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１７１２においてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号を用いて干渉測定部１７０６において干渉測定処理が行われる。このとき干渉測定の対象となる周波数帯域は、送信側（基地局１０１または端末１０２）が現在送信している帯域と同一のものにならないよう、ＨＰ選択部１７０５がＲＦ／ＩＦ部１７１２に通知を行う。干渉測定部１７０６は干渉測定結果をＨＰ選択部１７０５に出力する。ＨＰ選択部１７０５では、測定された干渉量とあらかじめ定められた閾値とを比較し、比較の結果と、現在使用しているホッピングパターンとから、現在のホッピングパターンが適切か否かを判断する。現在使用しているホッピングパターンが適切でないと判断したら、図６のフローと同様にして、ＨＰ候補ＲＯＭ１７１１からホッピングパターンを再選択する。再選択されたホッピングパターンは、通信開始時に選択されたホッピングパターンと同様に端末１０２に通知される。基地局１０１は、再選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信を行う。図１２に示した他の要素は図２と同等であるため詳細な説明を省略する。

第三の実施形態における端末１０２の構成は、第一の実施形態の端末１０２と同様に、図３に示す構成で実現できる。制御信号処理部１４０４は、基地局１０１からの制御信号を復号して、例えばデータ通信開始フラグ、データ通信終了フラグ、再選択されたホッピングパターンなどを取得する。制御信号処理部１４０４は、取得した情報に応じて、各ブロックに指示を出す。このようにして、端末１０２は、通信中においてホッピングパターンの変更等を把握し、基地局１０１との通信を行う。

図１３は第三の実施形態における基地局１０１と端末１０２の通信開始時の処理および、通信中におけるホッピングパターン変更の処理手順例を示す。

第一の実施形態と同様に基地局１０１において干渉測定（８０１）、ホッピングパターン選択（８０２）、ホッピングパターン通知（８０３）を経て、基地局１０１と端末１０２の通信を開始する（８０４）。ここでは、干渉測定において、干渉が少ない空きチャネルが存在し、その帯域において高速データ通信を行うものとする。

その後通信中において、基地局１０１では、通信を行いながら、コグニティブ無線システムが送信可能な周波数帯域について、干渉量の測定を行う（８０５）。ここで、基地局１０１は、送信側が現在送信を行っていない、十分に離れた周波数帯域について干渉量の測定を行うことが好ましい。このような周波数帯域を測定対象とすることで、送信信号の影響を帯域通過フィルタにより最小限に抑えることができるため、精度の高い干渉量の測定を行うことができる。

ここで、干渉量の状況に変化があった場合は、ホッピングパターンの再選択を行う（８０６）。ホッピングパターンの再選択方法については、後で詳細に説明する。再選択されたホッピングパターンは通信相手である端末１０２に通知される（８０７）。ここでは、高速データ通信を行っていた周波数帯域に大きな干渉が存在しかつ空き周波数帯域が存在しないため、当該データ通信を行っていた周波数帯域におけるデータ通信を停止し、また、当該周波数帯域が低ホッピング密度であるホッピングパターンを選択し選択したホッピングパターンを端末１０２へ通知する。これにより、上記データ通信を行っていた周波数帯域以外の他の周波数帯域において制御信号のみの通信を行う。なお、データ通信を行っていた周波数帯域におけるデータ通信を完全に停止させずに低ホッピング密度通信を行ってもよいし、当該周波数帯域において制御信号の通信を行ってもよい（８０８）。

この後、制御信号のみの通信を行っている間に干渉量の測定を行い（８０５）、空き周波数帯域を検出した場合は、その空き周波数帯域においてホッピング密度の高いホッピングパターンを選択し（８０６）、選択したホッピングパターンを制御信号を用いて端末１０２に通知し（８０７）、即座に高速データ通信を再開する。

ここで上記制御信号は、例えばデータ信号通信に用いるホッピングパターン・変調方式・誤り訂正符号化率・データ拡散率、データフレーム同期情報、ユーザ認識情報、測定された干渉電力状況、データ通信開始フラグ、またはデータ通信中止フラグ等を含む。制御信号の使用例としては、大きな干渉が発生してデータ通信を停止する場合、データ通信中止フラグを含む制御信号を通信相手に送信することがある。また、制御信号のみの通信を行っていて、ある周波数帯域の干渉信号が存在しなくなった場合に、データ通信開始フラグと、データ信号通信に用いるホッピングパターンとを含む制御信号を通信相手に送信することがある。

図１４は第三の実施形態におけるホッピングパターン再選択方法の一例を説明するフローチャートである。

基地局１０１は周波数ホッピング（ＦＨ）を用いて通信を行いながら、コグニティブ無線システムが使用可能な周波数帯域における干渉を測定する（９０１）。このとき、コグニティブ無線システムが使用可能な帯域をＮ個の領域に分割し、送信側が送信を行っていない帯域において、干渉を測定することが望ましい。ここでＮは２以上の整数であり、この値が大きいほど、より細かい空き周波数帯域を用いて高速通信が行うことができる。ただし、Ｎの値が大きいと、ホッピングパターン候補が多くなり、選択処理に手間がかかる。

測定した干渉量と閾値とを比較し（９０２）、高いホッピング密度で高速データ通信を行っている周波数帯域Ｆｎにおいて、干渉量が閾値を上回っている場合（９０２のＹＥＳ）、他のコグニティブ無線端末および他システムからの干渉が発生したと判断し、高ホッピング密度で送信を行っている周波数帯域Ｆｎの送信を停止する（９０８）。

次に、ＨＰ候補ＲＯＭ１７１１から周波数帯域Ｆｎにおけるホッピング密度が低いホッピングパターンを選択し（９０３）、ホッピングパターン通知用の制御信号により端末１０２に対してホッピングパターンの変更を通知する（９０４）。例えば、図７におけるＮｏ６のホッピングパターンを使っている時に、Ｆｎ＝２における干渉が大きいと判断した場合、周波数帯域Ｆｎ＝２におけるホッピング密度が低いＨＰ−Ｎｏ８を選択し、通信相手に通知する。

また、干渉量と閾値とを比較し（９０２のＮＯ、９０５）、低ホッピング密度で制御信号通信を行っている帯域Ｆｎにおいて、干渉量が閾値以下である場合（９０５のＹＥＳ）、他のコグニティブ無線端末の通信または他システムの通信が終了して周波数帯域Ｆｎが空きチャネルに変化したと判断される。この場合、ＨＰ候補ＲＯＭ１７１１から周波数帯域Ｆｎにおけるホッピング密度が高いホッピングパターンを選択し（９０６）、ホッピングパターン通知用の制御信号を用いて端末１０２に対してホッピングパターンの変更を通知する（９０４）。以上のフローを、送信するべきデータが無くなるまで繰り返す（９０７）。

以上のように、本実施の形態によれば、周波数ホッピングを用いて通信を行いながら、干渉量を測定し、干渉量の変化に応じてホッピングパターンを変更することにより、周波数帯域を有効活用して高速なデータ通信を実現できるとともに、他システムへの干渉を最低限に抑えることができる。また、干渉の存在する帯域においても制御信号のみの通信を継続することにより、小さいオーバヘッドにより通信を再開できる。

（第四の実施形態）
図１５は、第四の実施形態における基地局１０１の構成例を示す。

基地局１０１は電波信号をアンテナ１９００において受信し、アンテナ１９００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１９０１においてＲＦ／ＩＦ処理が施されてベースバンド信号に変換される。干渉測定・信号推定部１９０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行う。この例ではベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行っているが、ＲＦ信号またはＩＦ信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行っても良い。ここで、干渉測定処理において大きな干渉が存在すると判断された場合、干渉信号が他のコグニティブ無線端末から送信された信号であるのかあるいは他のシステム（無線ＬＡＮシステム、放送システムなど）から送信された信号であるのかを推定する（信号推定処理）。干渉測定結果および信号推定結果はＨＰ選択部１９０５に入力される。また、基地局１０１は、端末１０２による干渉測定結果および信号推定結果を取得するために、干渉測定結果および信号推定結果の通知を端末１０２から待ち受ける。アンテナ１９００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１９０１、ＢＢ部１９０２を経て、制御信号処理部１９０４に入力される。制御信号処理部１９０４において、端末１０２からの信号が復号され、復号結果（干渉測定結果および信号推定結果）がＨＰ選択部１９０５に入力される。ＨＰ選択部１９０５では、干渉測定・信号推定部１９０６において測定された干渉測定結果および信号推定結果と、端末１０２から通知された干渉測定結果および信号推定結果とに基づき、ＨＰ候補ＲＯＭ１９１１からホッピングパターンを選択する。これについての詳細は後に説明する。選択されたホッピングパターンはＲＦ／ＩＦ部１９０１、ＲＦ／ＩＦ部１９１０、制御信号生成部１９０７に渡される。選択されたホッピングパターンは制御信号生成部１９０７において、端末１０２側でホッピングパターンを特定するためのホッピングパターン選択信号に変換されて、上位レイヤからの制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）と多重され、ＢＢ処理部１９０９、ＲＦ／ＩＦ部１９１０を経て、アンテナ１９００から、ホッピングパターン通知として送信される。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信が開始される。すなわち、受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ処理部１９０１、ＢＢ部１９０２を経て、データ信号はデータ処理部１９０３に入力され、制御信号は制御信号処理部１９０４に入力される。データ信号はデータ処理部１９０３において上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。同様に、制御信号も制御信号処理部１９０４において上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１９０８および制御信号生成部１９０７において、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１９０９、ＲＦ／ＩＦ部１９１０を経て、アンテナ１９００から端末１０２へ送信される。

基地局１０１は、選択されたホッピングパターンを用いて通信を行っている間は、送信している帯域において大きな干渉が存在するか否かを判定するために、干渉測定処理および信号推定処理を行う。アンテナ１９００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１９１２においてベースバンド信号に変換され、干渉測定・信号推定部１９０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行う。このとき干渉を測定する周波数帯域は、送信側（基地局１０１または端末１０２）が現在送信している帯域と同一のものにならないよう、ＨＰ選択部１９０５がＲＦ／ＩＦ部１９１２に通知を行う。干渉測定・信号推定部１９０６は干渉測定結果および信号推定結果をＨＰ選択部１９０５に出力する。また、基地局１０１は、選択されたホッピングパターンを用いて通信を行っている間、端末１０２による干渉測定結果および信号推定結果を取得する。ＨＰ選択部１９０５は、干渉測定・信号推定部１９０６から入力された干渉測定結果および信号推定結果と、端末１０２からの干渉測定結果および信号推定結果とに基づき、現在のホッピングパターンが適切でないと判断したら、ＨＰ候補ＲＯＭ１９１１からホッピングパターンを再選択する。再選択されたホッピングパターンは、通信開始時に選択されたホッピングパターンと同様にして端末１０２に通知される。基地局１０１は、再選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信を行う。

図１６は、第四の実施形態における端末１０２の構成例を示す。

端末１０２は、基地局１０１におけるホッピングパターンの決定のため干渉量を測定する。より詳しくは、端末１０２は電波信号をアンテナ１８００において受信し、アンテナ１８００によって受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１８０１においてベースバンド信号に変換される。干渉測定部１８０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行う。この例ではベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行っているが、ＲＦ信号またはＩＦ信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行っても良い。ここで、干渉測定処理において、干渉が大きいと判断された場合、干渉信号が他のコグニティブ無線端末から送信された信号であるかあるいは他のシステムから送信された信号であるかを判断する。干渉測定結果および信号推定結果は制御信号生成部１８０７において、上位レイヤからの制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）と多重され、ＢＢ部１８０９、ＲＦ／ＩＦ部１８１０を経て、アンテナ１８００から、干渉量通知および信号推定結果通知として送信される。また、端末１０２は、基地局１０１からのホッピングパターン通知を待ち受ける。アンテナ１８００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１８０１、ＢＢ部１８０２を経て、制御信号処理部１８０４において処理される。制御信号処理部１８０４において、基地局１０１からのホッピングパターン通知に含まれるホッピングパターン選択信号を復号したら、復号結果をＨＰ選択部１８０５に出力する。ＨＰ選択部１８０５は、復号されたホッピングパターン選択信号に基づきＨＰ候補ＲＯＭ１８１１からホッピングパターンを取り出して、ＲＦ／ＩＦ部１８０１およびＲＦ／ＩＦ部１８１０に伝える。同時に、制御信号処理部１８０４では基地局１０１の上位レイヤからの、ホッピングパターン通知に含まれる制御信号（例えばデータ通信開始時刻など）を上位レイヤへ出力する。この後、選択されたホッピングパターンを用いてデータ信号および制御信号の通信が開始される。すなわち、受信された信号は、ＲＦ／ＩＦ部１８０１、ＢＢ部１８０２を経て、データ信号はデータ処理部１８０３に入力され、制御信号は制御信号処理部１８０４に入力される。データ信号はデータ処理部１８０３で上位レイヤが理解できる信号に変換（誤り訂正復号、デーインターリーブなど）されて、上位レイヤに出力される。同様に、制御信号も制御信号処理部１８０４で上位レイヤが理解できる信号に変換されて、上位レイヤに出力される。また、上位レイヤから出力されたデータ信号および制御信号はそれぞれデータ生成部１８０８および制御信号生成部１８０７において、通信を行うための変換（誤り訂正符号化、インターリーブなど）が施され、ＢＢ部１８０９、ＲＦ／ＩＦ部１８１０を経て、アンテナ１８００から基地局１０１へ送信される。

端末１０２は、選択されたホッピングパターンを用いて通信を行っている間、送信側（基地局１０１または端末１０２）が送信している帯域において干渉が存在するか否かを判定するために、干渉測定処理および信号推定処理を行う。アンテナ１８００から受信された信号はＲＦ／ＩＦ部１８１２においてベースバンド信号に変換され、干渉測定・信号推定部１８０６はベースバンド信号を用いて干渉測定処理および信号推定処理を行う。このとき干渉信号を測定する周波数帯域は、送信側が現在送信している帯域と同一のものにならないよう、ＨＰ選択部１８０５がＲＦ／ＩＦ部１８１２に通知を行う。干渉測定・信号推定部１８０６は干渉測定結果および信号推定結果を制御信号生成部１８０７に出力する。制御信号生成部１８０７は、干渉測定結果および信号推定結果を上位レイヤからの信号と多重し、通信開始時と同様にして基地局１０２に通知する。この干渉測定結果および信号推定結果は、基地局１０１においてホッピングパターンの再選択するための情報として用いられる。

図１７は第四の実施形態における基地局１０１と端末１０２の通信開始時の処理および、通信中におけるホッピングパターン変更の処理手順例を説明する図である。

基地局１０１は通信を開始する前に、基地局１０１の周辺における干渉量を測定する（１００１）。干渉量の測定は、例えばコグニティブ無線システムが送信可能な周波数帯域について、幾つかに分割し、各分割周波数帯域の干渉量を測定することで行う。

端末１０２においては、待ち受け状態時に、基地局１０１と同様に、周辺における干渉量を測定する（１００２）。干渉を測定する頻度が高ければ、測定精度が高くなる。ただし、この場合、端末１０２における待ち受け時の消費電力が大きくなる。

端末１０２において測定された干渉量は、基地局１０１に対して通知される（１００３）。干渉量の状況に変化が生じた場合にのみ通知を行うことにすれば、干渉量通知の回数を減らすことができる。

ここで、基地局１０１または端末１０２において大きな干渉信号が存在したとする。この場合、基地局１０１または端末１０２は、その干渉信号について、他のシステムからの干渉なのか、それとも、同じコグニティブ無線システムからの信号であるのかを推定する（１００４、１００５）。具体的な推定方法としては、変調方式が同じであるか否かによる推定や、既知であるホッピングパターン候補の一つをこの干渉信号が有するか否かによる推定がある。

干渉信号が同じコグニティブ無線システムからのものであると推定された場合、その干渉信号のホッピングパターンは既知のホッピングパターン候補のいずれであるかが推定される。端末１０２で推定された信号推定結果は基地局１０１に対して通知される（１００６）。通知する方法は干渉量を通知する方法と同様である。

基地局１０１は、自ら行った干渉測定および信号推定に基づく干渉測定結果および信号推定結果と、端末１０２からの干渉測定結果および信号推定結果とを基に、ホッピングパターン候補の中から基地局１０１および端末１０２間での通信のためのホッピングパターンを選択する（１００７）。この選択方法については後で述べる。

選択したホッピングパターンは端末１０２に通知される（１００８）。このような手続きを経て、基地局１０１および端末１０２間でホッピングパターンの共有化および同期を行い、通信を開始する（１００９）。その後、通信中においても、基地局１０１および端末１０２では、以上と同様の手順を行う（１０１０〜１０１８）。

図１８は、第四の実施形態における通信開始時のホッピングパターン選択方法の一例を説明するフローチャートである。

まず、基地局１０２は、コグニティブ無線システムが使用可能な周波数帯域をＮ個の領域に分割する（１１０１）。ここでＮは２以上の整数であり、この値が大きいほど、より細かい空き周波数帯域を用いて高速通信が行うことができる。ただし、Ｎの値が大きいと、ホッピングパターン候補が多くなり、選択処理に手間がかかる。

分割したＮ個の周波数帯域Ｆｎ（ｎ＝１からＮまで）の各々について以下の処理を行う（１１０２）。

周波数帯域Ｆｎについて、測定した干渉量および端末１０２から受信した干渉量のうちいずれか大きい方と、閾値とを比較し（１１０３）、干渉量が閾値を上回っている場合（１１０３のＹＥＳ）、帯域Ｆｎにおいて干渉信号が大きいと判断する。そして、この干渉信号が、他のコグニティブ無線端末による送信信号なのか、コグニティブ無線システム以外の端末による送信信号なのかを推定する（１１０４）。

干渉信号が他のコグニティブ無線端末による送信信号であると推定した場合（１１０４のＹＥＳ）、周波数帯域Ｆｎにおいて他のコグニティブ無線端末の送信信号のホッピングパターンと重ならず、かつ、周波数帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターン候補群があれば（１１０５のＹＥＳ）、そのホッピングパターン候補群を選択する（１１０６）。ただし、端末１０２から信号推定結果を受け取った場合は、この推定結果も、干渉信号が他のコグニティブ無線端末による送信信号であることを示す場合のみ手順１１０６を行い、それ以外の場合は１１０７に進むようにしてもよい。

一方、周波数帯域Ｆｎにおける干渉信号が他のコグニティブ無線端末による送信信号でないと推定される場合（１１０４のＮＯ）、または、他のコグニティブ無線端末による送信信号であると推定できたとしても、他のコグニティブ無線端末の送信信号の周波数帯域Ｆｎにおけるホッピングパターンと重ならず、かつ、Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターン候補群が存在しない場合は（１１０５のＮＯ）、周波数帯域Ｆｎにおいてホッピング密度が低いホッピングパターン候補群を選択する（１１０７）。

また、周波数帯域Ｆｎにおける干渉量が閾値以下の場合には（１１０３のＮＯ）、周波数帯域Ｆｎにおけるホッピング密度の高いホッピングパターン候補群を選択する（１１０８）。

最後に、１１０６、１１０７および１１０８で選択したＮ個のホッピングパターン候補群に共通して存在するホッピングパターンを、通信に用いるホッピングパターンとして選択する（１１０９）。

図１９は第四の実施形態におけるホッピングパターン再選択方法の一例を説明するフローチャートである。

基地局１０１および端末１０２は周波数ホッピングを用いて通信を行いながら、コグニティブ無線システムが使用可能な通信帯域における干渉量を測定する（１２０１）。このとき、コグニティブ無線システムが使用可能な帯域をＮ個の領域に分割し、送信側が送信を行っていない帯域において、干渉を測定する。ここでＮは２以上の整数であり、この値が大きいほど、より細かい空き周波数帯域を用いて高速通信が行うことができる。ただし、Ｎの値が大きいと、ホッピングパターン候補が多くなり、選択処理に手間がかかる。

干渉の測定後、基地局１０１は、測定した干渉量および端末１０２から受信した干渉量のうちいずれか大きい方と、閾値とを比較し、高いホッピング密度で高速データ通信を行っている周波数帯域Ｆｎにおいて、干渉量が閾値を上回っているか否かを判断する（１２０２）。

干渉量が閾値を上回っている場合（１２０２のＹＥＳ）、干渉信号が基地局１０１および端末１０２と同じコグニティブ無線システムに属する端末からの信号であるか、それとも、他のシステムからの信号であるのかを推定する（１２０３）。

干渉信号が同じコグニティブ無線システムに属する端末からの信号であると推定された場合（１２０３のＹＥＳ）、基地局１０１は、さらに、周波数帯域Ｆｎおいて他端末からの干渉信号のホッピングパターンと重ならず、かつ、周波数帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターン候補群が存在するかどうかを確認する（１２０４）。

周波数帯域Ｆｎにおいて干渉信号のホッピングパターンと重ならず、かつ、周波数帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターン候補群が存在する場合（１２０４のＹＥＳ）、そのホッピングパターン候補群から１つのホッピングパターンを選択し（１２０５）、ホッピングパターン通知用の制御信号を用いて端末１０２に選択したホッピングパターンを通知する（１２０６）。ただし、端末１０２から信号推定結果を受け取った場合は、この推定結果も、干渉信号が他のコグニティブ無線端末による送信信号であることを示す場合のみ手順１２０５を行い、それ以外の場合は手順１２０７に進むようにしてもよい。

手順１２０３において、周波数帯域Ｆｎにおける干渉信号が同じコグニティブ無線システムからの信号でないと推定された場合（１２０３のＮＯ）、または、手順１２０４において、周波数帯域Ｆｎにおいて他端末からの干渉信号のホッピングパターンと重ならず、かつ、周波数帯域Ｆｎにおいてホッピング密度の高いホッピングパターン候補群が存在しない場合は（１２０４のＮＯ）、高ホッピング密度で送信を行っている周波数帯域Ｆｎにおける送信を停止する（１２０７）。その後、ＨＰ候補ＲＯＭ１９１１から、周波数帯域Ｆｎにおけるホッピング密度が低いホッピングパターンを選択し（１２０８）、ホッピングパターン通知用の制御信号を用いて端末１０２に対してホッピングパターンの変更を通知する（１２０６）。

一方、手順１２０２において、高いホッピング密度で高速データ通信を行っている周波数帯域Ｆｎにおいて、干渉量が閾値以下である場合は（１２０２のＮＯ）、低ホッピング密度で通信を行っている周波数帯域Ｆｎにおいて、干渉量が閾値以下であり、かつ、上位レイヤから要求されている通信速度が、現在行っている通信速度より高いか否かを判定する（１２０９）。

干渉量が閾値以下で、かつ現在の通信速度よりも高速通信が要求されている場合（１２１０のＹＥＳ）、周波数帯域Ｆｎにおけるホッピング密度が高いホッピングパターンを選択し（１２１０）、端末１０２に通知する。

以上のフローを送信するべきデータがなくなるまで繰り返す（１２１１）。

以上のように、本実施の形態によれば、基地局および端末の各々において、干渉測定処理および信号推定処理を行い、これらの処理の結果に応じてホッピングパターンを選択することにより、より精度の高い判断が可能となる。これにより、精度よく空き周波数帯域の共有が可能になり、システムスループットを向上させることができる。また、干渉の存在する周波数帯域においても制御信号のみの通信を継続することにより、環境の変化に高速に対応できるコグニティブ無線システムを実現できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施の形態に従ったシステムの全体構成の例を示す図。 第一の実施形態における基地局の構成を示す図。 第一の実施形態および第三の実施形態における端末の構成を示す図。 第一の実施形態における基地局と端末の通信開始時における処理手順例を説明する図。 干渉量の測定結果の例を示す図。 第一の実施形態におけるホッピングパターン選択方法の一例を説明するフローチャート。 ホッピングパターン選択の具体例を示す図。 データ信号通信および制御信号通信のホッピングパターンの例を示す図。 第二の実施形態における基地局の構成を示す図。 第二の実施形態における端末の構成を示す図。 第二の実施形態における基地局と端末の通信開始時における処理手順例を説明する図。 第三の実施形態における基地局の構成を示す図。 第三の実施形態における基地局と端末の通信開始時の処理および、通信中におけるホッピングパターン変更の処理手順例を説明する図。 第三の実施形態におけるホッピングパターン再選択方法の一例を説明するフローチャート。 第四の実施形態における基地局の構成を示す図。 第四の実施形態における端末の構成を示す図。 第四の実施形態における基地局と端末の通信開始時の処理および、通信中におけるホッピングパターン変更の処理手順例を説明する図。 第四の実施形態におけるホッピングパターン選択方法の一例を説明するフローチャート。 第四の実施形態におけるホッピングパターン再選択方法の一例を説明するフローチャート。

符号の説明

１０１：基地局
１０２：端末
１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００：アンテナ
１３０１、１３１０、１４０１、１４１０、１５０１、１５１０、１６０１、１６１０、１７０１、１７１０、１７１２、１８０１、１８１０、１８１２、１９０１、１９１０、１９１２：ＲＦ／ＩＦ部
１３０２、１３０９、１４０２、１４０９、１５０２、１５０９、１６０２、１６０９、１７０２、１７０９、１８０２、１８０９、１９０２、１９０９：ＢＢ部
１３０３、１４０３、１５０３、１６０３、１７０３、１８０３、１９０３：データ処理部
１３０４、１４０４、１５０４、１６０４、１７０４、１８０４、１９０４：制御信号処理部
１３０５、１４０５、１５０５、１６０５、１７０５、１８０５、１９０５：ＨＰ選択部
１３０６、１５０６、１６０６、１７０６：干渉測定部
１３０７、１４０７、１５０７、１６０７、１７０７、１８０７、１９０７：制御信号生成部
１３０８、１４０８、１５０８、１６０８、１７０８、１８０８、１９０８：データ生成部
１３１１、１４１１、１５１１、１６１１、１７１１、１８１１、１９１１：ＨＰ候補ＲＯＭ
１８０６、１９０６：干渉測定・信号推定部

Claims (14)

1. 複数の周波数帯域を用いて他の無線通信装置と無線通信を行う周波数ホッピング方式の無線通信装置であって、
   前記複数の周波数帯域の各々について干渉量を測定する干渉測定手段と、
   前記周波数帯域ごとにホッピング密度が定められたホッピングパターンを複数格納したホッピングパターン候補格納手段と、
   各前記周波数帯域の前記干渉量に基づいて前記ホッピングパターン候補格納手段からホッピングパターンを選択するホッピングパターン選択手段と、
   選択された前記ホッピングパターンを前記他の無線通信装置に通知するホッピングパターン通知手段と、
   前記選択されたホッピングパターンを用いて前記他の無線通信装置と通信を行う通信手段と、
   を備えた無線通信装置。
2. 前記ホッピングパターン選択手段は、前記周波数帯域の干渉量が閾値以下の場合は当該周波数帯域において第１のホッピング密度をもち、前記周波数帯域の干渉量が閾値より大きい場合は当該周波数帯域において前記第１のホッピング密度より小さい第２のホッピング密度をもつホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記周波数帯域における干渉信号が、前記他の無線通信装置以外のさらなる無線通信装置からの信号であるか否かを推定する信号推定手段をさらに備え、
   前記ホッピングパターン選択手段は、前記干渉信号が前記さらなる無線通信装置からの信号であり、かつ、前記周波数帯域の干渉量が前記閾値より大きい場合は、当該周波数帯域において、前記干渉信号のホッピングパターンと衝突しないホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記通信手段は、前記他の無線通信装置から前記推定の結果を受信し、
   前記ホッピングパターン選択手段は、受信した前記推定の結果と、前記信号推定手段による推定結果との両方が、前記干渉信号が前記さらなる無線通信装置からの信号であることを示し、かつ、前記周波数帯域の干渉量が前記閾値より大きい場合は、前記衝突しないホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記通信手段は、前記他の無線通信装置から前記複数の周波数帯域の各々について測定された相手方干渉量の情報を受信し、
   前記ホッピングパターン選択手段は、各前記周波数帯域における、前記干渉量と前記相手方干渉量とに基づいてホッピングパターンを選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記ホッピングパターン選択手段は、各前記周波数帯域における、前記干渉量および前記相手方干渉量のうちいずれか大きい方に基づいてホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記ホッピングパターン選択手段は、前記周波数帯域ごとに前記大きい方の干渉量に応じたホッピング密度を有するホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記ホッピングパターン選択手段は、前記周波数帯域において前記大きい方の干渉量が閾値以下の場合は当該周波数帯域において第１のホッピング密度をもち、前記大きい方の干渉量が閾値より大きい場合は当該周波数帯域において前記第１のホッピング密度より小さい第２のホッピング密度をもつホッピングパターンを選択することを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記通信手段は、前記第２のホッピング密度の周波数帯域では制御信号の送受信を行うことを特徴とする請求項２または８に記載の無線通信装置。
10. 前記通信手段は、前記第１のホッピング密度の周波数帯域ではデータ信号の送信または受信を行うことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 前記通信手段は、選択された前記ホッピングパターンが前記第１のホッピング密度をもつ周波数帯域を含まない場合は、前記データ信号の送信または受信を停止し、前記制御信号のみの送受信を継続することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
12. 前記通信手段は、前記制御信号に対して第１の拡散率を適用し、前記データ信号に対して前記第１の拡散率よりも低い第２の拡散率を適用することを特徴とする請求項１０または１１に記載の無線通信装置。
13. 前記ホッピングパターン候補格納手段内の各前記ホッピングパターンには指標が対応づけられており、
    前記ホッピングパターン通知手段は、前記選択されたホッピングパターンの指標を通知することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の無線通信装置。
14. 複数の周波数帯域を用いて他の無線通信装置と周波数ホッピング方式により無線通信を行う無線通信方法であって、
    前記複数の周波数帯域の各々について干渉量を測定し、
    各前記周波数帯域の前記干渉量に基づいて、前記周波数帯域ごとにホッピング密度が定められた複数のホッピングパターンの中からホッピングパターンを選択し、
    選択された前記ホッピングパターンを前記他の無線通信装置に通知し、
    前記選択されたホッピングパターンを用いて前記他の無線通信装置と通信を行う、
    無線通信方法。

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