JP2009225331A - 無線通信装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コグニティブ無線通信のスループットを向上させる。
【解決手段】第１中心周波数をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得する第１取得手段１０４と、第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値である第２中心周波数をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得する第２取得手段１０５と、第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を用いて第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、高調波があると判定された場合に高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する決定手段１０６と、を具備する。
【選択図】図１

Description

この発明はキャリアセンスについての無線通信装置および方法に関する。

無線通信に用いたい帯域内でキャリアセンスを実施し、使用されていない帯域だけを使って無線通信を行う技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
"Detect And Avoid (DAA) Techniques - Enabler For Worldwide Ultrawideband Regulations" Siddharth Shetty, Staccato Communications

しかし従来技術では、検出した信号が高調波であることを判定することができなかったために、高調波が存在する周波数帯域をコグニティブ無線通信に用いることができず、その結果としてスループットが減少するという問題がある。

この発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、コグニティブ無線通信のスループットを向上させる無線通信装置および方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の無線通信装置は、第１中心周波数をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得する第１取得手段と、前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値である第２中心周波数をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得する第２取得手段と、前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する決定手段と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の無線通信装置は、第１中心周波数および第１帯域幅Ｗ１をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得する第１取得手段と、前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値からなる第２中心周波数および第２帯域幅Ｗ２をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得する第２取得手段と、前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する決定手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の無線通信装置および方法によれば、コグニティブ無線通信のスループットを向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信装置および方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
まずは問題の所在と発明の概要を簡単に説明する。
（問題の所在と発明の概要）
多くの無線通信システムには、通信に用いる周波数帯域が個別に割り当てられている。このような個別の割り当ては、無線通信システム間の干渉を回避できる点で有効である。しかしながらその一方で、限られた周波数資源を効率的に利用できない可能性があるという問題が指摘されている。例えば、個別の周波数帯域を割り当てられたある無線通信システムは、全ての時間および地理的場所によって運用されているわけではないため、運用されていない時間および地理的場所においては、この周波数帯域は使用されておらず、周波数の利用率を下げる一要因になっている。

このような状況に鑑み、周波数の利用率を向上させるための技術としてコグニティブ無線という技術が検討され始めている。コグニティブ無線に関する研究の１つとしてＤＡＡ（Detect And Avoidance）に関する研究が進められている。ＤＡＡとは、周波数の利用状況を観測することによって周波数帯域の空きを検出（Detect）し、これを避ける（Avoidance）ように無線通信パラメタを設定する技術である。ＤＡＡで行われる検出の処理においては２つの要求がある。１つ目は既存の無線通信システムを精度よく検出すること、そして２つ目は既存の無線通信システムでない信号、例えば単なるノイズといった信号について、既存の無線通信システムでないことを精度よく検出することである。１つ目の要求は、コグニティブ無線が既存の無線通信システムに干渉を与えないために必要となるものである。一方２つ目の要求は、コグニティブ無線のスループットを向上させるために必要となるものである。これらについてさらに詳細に説明する。

検出の処理において用いられる方法の１つとして、受信した電力値に基づく方法が知られている。この方法では周波数帯域ごとの受信信号電力を観測し、これがある閾値以上になった場合にはその周波数帯域でなんらかの無線信号が発生したとみなす。この方法を用いた場合、閾値を適切に設定することによって、前述の１つ目の要求をある程度満たすことができる。

しかしながら２つ目の要求については、十分に満たすことができない場合がある。例えば、クロックを用いて動作する様々な電子機器からは、内部クロックの高調波が無線信号として放射されている。また例えば、既存の無線通信システムが信号を送信する際に、送信機のフィルタ仕様によっては送信する信号の高調波も合わせて送信されてしまう場合がある。さらに既存の無線通信システムの送信機のフィルタ仕様が十分であっても、これを観測するコグニティブ無線装置内における無線部の非線形性によって、受信した信号の高調波が合わせて観測されてしまう場合がある。これらのような高調波は、既存の無線通信システムとして周波数帯域が割り当てられた信号ではないが、信号電力を持っている。そのため、前述のような信号電力に基づく検出を行った場合、これらは既存の無線通信システムからの信号とみなされてしまう。その結果として、コグニティブ無線通信に使用できる周波数帯域が減少し、コグニティブ無線通信のスループットが減少してしまうという問題がある。

そこで実施形態では、検出した信号が高調波であることを判定する手段を提供し、この結果として、コグニティブ無線通信のスループットを向上させることができることを示す。

まず、実施形態の無線通信装置について図１を参照して説明する。
実施形態の無線通信装置は、中心周波数設定部１０１、無線部１０２，１０３、第１周波数利用状況取得部１０４、第２周波数利用状況取得部１０５、第１無線通信パラメタ決定部１０６を含む。第１の実施形態と第２の実施形態では、中心周波数設定部１０１の動作、すなわち第２中心周波数の設定方法が異なる。実施形態の無線通信装置は２つの周波数帯域を用いて無線通信を行う。

中心周波数設定部１０１は第２周波数帯域の中心周波数である第２中心周波数の値を設定する。第１無線通信パラメタ決定部１０６が周波数利用状況を用いて高調波の判定をして高調波の有無が確定した場合には、第２中心周波数を他の値に変えてもよい。この際例えば、既存の無線通信システムによる信号がより少ない帯域に第２中心周波数を変えてもよい。
中心周波数設定部１０１は、第１の実施形態においては、第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値に設定する。この詳細は後に図２５、図２６を参照して説明する。中心周波数設定部１０１は、第２の実施形態においては、第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値に設定する。この詳細は後に第２の実施形態で図２５を参照して説明する。ただし、ＭＡＸ（Ｘ，Ｙ）という表記はＸとＹのうち大きい方の値を返すことを表しており、Ｘ≧ＹならばＭＡＸ（Ｘ，Ｙ）＝Ｘとなり、Ｙ≧ＸならばＭＡＸ（Ｘ，Ｙ）＝Ｙとなる。

無線部１０２，１０３は、第１周波数帯域、第２周波数帯域を使用して、他の無線通信装置に信号を送信したり、他の無線通信装置から信号を受信する。無線部１０２，１０３は、例えば第１周波数状況、第２周波数状況、第２中心周波数の変更指示信号を送受信する。

第１周波数利用状況取得部１０４は、第１周波数帯域内に信号が検出されるかどうかを判定し、信号が検出された場合には信号が検出された帯域を取得し、第１周波数帯域に含まれる複数の帯域のそれぞれに信号の検出有無を示す周波数利用状況を取得する。例えば信号電力が閾値以上になっている帯域は信号が検出されたとする。周波数利用状況は帯域ごとの信号電力値でもよい。また、このように周波数方向だけでなく時間方向にもある時間区間に区切って信号の検出状況を測定してもよい。詳細は後に図５−図１２を参照して説明する。

第２周波数利用状況取得部１０５は、第１周波数利用状況取得部１０４と異なる周波数周波数帯域についてのものであり、対象とする周波数帯域が異なる以外は第１周波数利用状況取得部１０４と同様である。詳細は後に図５−図１４を参照して説明する。

第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数利用状況取得部１０４が取得した第１周波数利用状況および第２周波数利用状況取得部１０５が取得した第２周波数利用状況を用いて、第１周波数帯域にある高調波を検出し、検出された高調波が使用する周波数帯域を無線通信に用いるように第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する。第１無線通信パラメタ決定部１０６の詳細は後に図１５−図２４を参照して説明する。
第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数帯域２０１の中で検出された信号がある信号の高調波であるかどうかを判定する。第１周波数帯域２０１の中で検出された第１中心周波数を持つ信号について、第２周波数帯域２０２で第１中心周波数を持つ信号の高調波となる第２中心周波数を持つ信号が観測された場合には、第１中心周波数を持つ信号をある信号のＮ次高調波であると判定することができ、逆に第２周波数帯域で第２中心周波数を持つ信号が観測されなかった場合には、第１中心周波数を持つ信号をある信号のＮ次高調波ではないと判定することができる。

（第１の実施形態）
本実施形態の無線通信装置について図１および図２を参照して説明する。
第１周波数利用状況取得部１０４が、第１中心周波数Ｃ１を持つ第１周波数帯域２０１の第１周波数利用状況を得る。第２周波数利用状況取得部１０５が、第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値からなる第２中心周波数Ｃ２を持つ第２周波数帯域２０２の第２周波数利用状況を得る。第１無線通信パラメタ決定部１０６が、第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を用いて、第１周波数帯域２０１における無線通信パラメタを決定する。

本実施形態の無線通信装置を用いることにより、第１周波数利用状況において検出された信号が高調波であるかどうかを判定することができる。またその結果として、第１周波数帯域で検出した高調波が存在する周波数帯域をコグニティブ無線通信に用いるように、第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定することによって、第１周波数帯域におけるスループットを向上できるという効果が得られる。

次に、高調波と図２の第１中心周波数Ｃ１および第２中心周波数Ｃ２について図３を参照して説明する。
高調波は一般に、その次数に応じて発生する中心周波数および帯域が変る。具体的に説明すると、ｋ次の高調波は元の信号のｋ倍の中心周波数をもち、またｋ倍の帯域幅を持つ信号になる。例えば図３に示すように、中心周波数ｃと帯域幅ｂを持つ信号３０１に対して、これの２次高調波３０２、３次高調波３０３、４次高調波３０４はそれぞれ、中心周波数が２ｃ（すなわちｃの２倍）、３ｃ、４ｃに、帯域幅が２ｂ、３ｂ（すなわちｂの３倍）、４ｂになる。

本実施形態の無線通信装置は、第２周波数帯域２０２の中心周波数すなわち第２中心周波数Ｃ２を、第１周波数帯域２０１の中心周波数すなわち第１中心周波数Ｃ１のＭ／Ｎ倍になるように設定している。これは言い換得ると、第１中心周波数Ｃ１と第２中心周波数Ｃ２の比がＮ：Ｍになっていることを示している。

次に、第１周波数帯域２０１で得た第１周波数利用状況において信号４０３が検出された場合を例にあげて図４を参照して説明する。
信号４０３がある信号のＮ次高調波であった場合を仮定する。この場合、第１中心周波数Ｃ１と第２中心周波数Ｃ２の比がＮ：Ｍになっているため、第２周波数帯域２０２で得た第２周波数利用状況において、信号４０３の高調波と同じ元信号から発生するＭ次高調波４０４が観測されることになる。より厳密には、Ｎ次高調波４０３が中心周波数Ｃ１−Ｄ１を持つ場合、同じ元信号から発生するＭ次高調波４０４の中心周波数は（Ｃ１−Ｄ１）×Ｍ／Ｎになる。これについて、Ｃ２＝Ｃ１×Ｍ／Ｎであることを利用して展開すると、
（Ｃ１−Ｄ１）×Ｍ／Ｎ ＝ Ｃ１×Ｍ／Ｎ − Ｄ１×Ｍ／Ｎ
＝ Ｃ２−Ｄ１×Ｍ／Ｎ
となる。すなわち、Ｃ２からＤ１×Ｍ／Ｎだけずれた位置を中心周波数としてＭ次高調波が観測されることになる。この際、Ｍ＜ＮならばＭ次高調波はかならず第２周波数帯域２０２に存在する。一方Ｎ＜Ｍの場合は、Ｃ２−Ｄ１×Ｍ／Ｎが第２周波数帯域２０２を超えない場合に観測することができる。このように、第１周波数帯域２０１の中で観測された信号がある信号のＮ次高調波である場合には、第２周波数帯域２０２の中で同じ信号のＭ次高調波が観測される。このことは逆に言えば、第１周波数帯域２０１の中で観測された信号がある信号のＮ次高調波ではない場合には、第２周波数帯域２０２の中でＭ次高調波にあたる信号は観測されない。

したがって、第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数帯域２０１の中で検出された中心周波数Ｃ１−Ｄ１を持つ信号について、第２周波数帯域２０２で中心周波数（Ｃ１−Ｄ１）×Ｍ／Ｎを持つ信号が観測された場合には、中心周波数Ｃ１−Ｄ１を持つ信号をある信号のＮ次高調波であると判定することができ、逆に第２周波数帯域で中心周波数（Ｃ１−Ｄ１）×Ｍ／Ｎを持つ信号が観測されなかった場合には、中心周波数Ｃ１−Ｄ１を持つ信号をある信号のＮ次高調波ではないと判定することができる。ある信号のＮ次高調波であると判定できた場合、このＮ次高調波がある信号帯域をコグニティブ無線の通信に用いるように、第１無線通信パラメタ決定部１０６が第１周波数帯域の無線通信パラメタを設定することによって、第１周波数帯域におけるスループットを向上させることができる。

（周波数利用状況の詳細）
第１周波数利用状況取得部１０４が取得する第１周波数利用状況と第２周波数利用状況取得部１０５が取得する第２周波数利用状況の詳細について図５、図６、図７、図８、図９、図１０を参照して説明する。ただし、以下では第１周波数利用状況の取得について説明し、第２周波数利用状況の取得はこれと同じものとし説明を省略する。

第１周波数利用状況の第１の例を図５に示す。ここでは第１周波数帯域５０１の中に、３つの信号５０２が検出された場合の例を示している。ただし信号が検出されたとは、例えばある帯域で信号電力がある閾値以上になっている場合を示す。このような状態に対して図５の例における第１周波数利用状況では、周波数方向に帯域をある帯域幅ごとに区切り、区切られた帯域ごとに信号の有無を示している。すなわちこの例では、０は信号がないことを示しており、１は信号があることを示している。このような信号の有無を用いることによって、第１周波数帯域５０１において検出された信号５０２を表すことができる。第１周波数利用状況取得部１０４は、第１周波数利用状況として区切られた帯域幅ごとに信号の有無を取得する。

第１周波数利用状況の第２の例を図６に示す。図５に示した例では、第１周波数利用状況取得部１０４は、信号電力に対してある閾値を用いることによって信号の有無を判定し、これに基づいて周波数利用状況を生成していた。図６の例では閾値判定をする代わりに、区切られた帯域幅ごとに電力値を検出している。ここで用いる電力値とは、測定した信号電力そのものでもよいし、信号電力を量子化した値でもよい。また量子化と合わせて、クリッピングを施してもよい。このような電力値を用いることによって、第１周波数帯域６０１において検出された信号６０２を、図５の例と比べてより精度よく表すことができる。ただし、図５の例と比べると情報量は増加する。第１周波数利用状況取得部１０４は、第１周波数利用状況として区切られた帯域幅ごとに信号の電力値を取得する。

第１周波数利用状況の第３の例を図７および図８に示す。図７の例では、第１周波数利用状況取得部１０４は、図５で示した例のように周波数方向をある帯域ごとに区切って測定するのと合わせて、時間方向にもある区間に区切って測定をしている。このように区切られた時間周波数単位ごとに信号電力を測定し、この単位で信号の有無を示す。図７の例のような周波数利用状況を用いることにより、帯域ごとに各信号の時間的な変化を観測することができる。またこの際、図７のように全ての時間を観測するかわりに、図８のように間引いた時間における信号の有無だけを示してもよい。このようにすることで、周波数利用状況を生成するために要する処理を削減することができる。

第１周波数利用状況の第４の例を図９に示す。図６の例の説明にあったように、図７に対して時間周波数単位ごとの信号電力を示したものが図９の例である。このようにすることで第１周波数帯域９０１において検出された信号９０２をより精度よく表すことができる。またこの場合においても図８の例と同様にして、図１０のように時間的に間引くことも可能である。

次に、第１周波数利用状況取得部１０４および第２周波数利用状況取得部１０５の詳細について図１１、図１２、図１３、図１４を参照して説明する。第１周波数利用状況取得部１０４および第２周波数利用状況取得部１０５は、図５−図１０を用いて説明したように、受信した信号の周波数区間ごと、もしくは時間周波数区間ごとの信号電力を測定することによって周波数利用状況を生成することが可能である。より詳細には、第１周波数帯域の信号を受信して信号電力を測定することによって第１周波数利用状況を生成することができ、また第２周波数帯域の信号を受信して信号電力を測定することによって第２周波数利用状況を生成することができる。

第１の例の第１周波数利用状況取得部１０４および第２周波数利用状況取得部１０５について図１１を参照して説明する。
第１周波数利用状況取得部１０４および第２周波数利用状況取得部１０５は、それぞれ信号解析部１１０１を含む。第１周波数利用状況取得部１０４に含まれる信号解析部１１０１は、第１周波数帯域で受信した無線信号を解析して第１周波数利用状況を生成することによって第１周波数利用状況を取得する。第２周波数利用状況取得部１０５に含まれる信号解析部１１０１は、第２周波数帯域で受信した無線信号を解析して第２周波数利用状況を生成することによって第２周波数利用状況を取得する。
信号解析部１１０１は、図５−図１０に示した周波数利用状況を取得する。すなわち例えば、信号解析部１１０１は、周波数利用状況として区切られた帯域幅ごとに信号の有無を取得したり、周波数利用状況として区切られた帯域幅ごとに信号の電力値を取得したり、周波数方向をある帯域ごとに区切って測定するのと合わせて、時間方向にもある区間に区切って測定したりする。

次に、信号解析部１１０１の動作の一例について図１２を参照して説明する。
図１２に示すように、コグニティブ無線通信を行う無線装置１では、第１周波数利用状況取得部１０４に含まれる信号解析部１１０１が第１周波数帯域で受信した無線信号を解析して第１周波数利用状況を生成することによって第１周波数利用状況を取得する（ステップＳ１２０１）。また、第２周波数利用状況取得部１０５に含まれる信号解析部１１０１が第２周波数帯域で受信した無線信号を解析して第２周波数利用状況を生成することによって第２周波数利用状況を取得する（ステップＳ１２０２）。このようにすることで、無線装置１に含まれる第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を取得し、第１周波数帯域２０１の中で検出された信号がある信号の高調波であるかどうかを判定し、高調波が検出された場合には検出された高調波が使用する周波数帯域を無線通信に用いるように第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する（ステップＳ１２０３）。

第２の例の第１周波数利用状況取得部１０４および第２周波数利用状況取得部１０５について図１２および図１３を参照して説明する。
これの例では、第１周波数利用状況取得部１０４は信号解析部１１０１を含み、第２周波数利用状況取得部１０５は信号復調部１３０１を含む。信号復調部１３０１は、第２周波数利用状況を他の無線通信装置から受け取る。無線部１０３が他の無線通信装置から第２周波数利用状況を含んだ変調信号を受け取り、この変調信号を復調して第２周波数利用状況を取得する。ここでは、第１周波数利用状況取得部１０４が信号解析部１１０１を含み第２周波数利用状況取得部１０５が信号復調部１３０１を含む例を示したが、第１周波数利用状況取得部１０４が信号復調部１３０１を含み第２周波数利用状況取得部１０５が信号解析部１１０１を含んでもよい。

次に、信号復調部１３０１の動作の一例について図１３を参照して説明する。
図１４に示すように、コグニティブ無線通信を行う無線装置１では、第１周波数利用状況取得部１０４に含まれる信号解析部１１０１が第１周波数帯域で受信した無線信号を解析して第１周波数利用状況を生成することによって第１周波数利用状況を取得する（ステップＳ１２０１）。一方、無線装置１とコグニティブ無線通信を行う無線装置２では、第２周波数利用状況取得部１０５に含まれる信号解析部１１０１が第２周波数帯域で受信した無線信号を解析して第２周波数利用状況を生成し（ステップＳ１２０２）、無線部１０３が第２周波数利用状況を含んだ信号を無線装置１に送信する（ステップＳ１４０１）。無線装置１では、無線部１０３が無線装置２から送信された第２周波数利用状況を受信し、信号復調部１３０１がこの受信信号を復調することによって第２周波数利用状況を取得する（ステップＳ１４０２）。このようにすることによっても、無線装置１は第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を取得することができる（ステップＳ１２０３）。

図１２で示した方法をとった場合、無線装置１は第１周波数帯域と第２周波数帯域の両方の信号を解析する必要がある。一方図１４で示した方法をとった場合、無線装置１は第１周波数帯域の信号のみを解析すればよい。すなわち、コグニティブ無線通信を行う相手である無線装置２が存在し、無線装置２において第２周波数利用状況が生成されている場合には、これを無線装置１に送信させることによって、無線装置１で第２周波数帯域の信号を解析する手間を省くことができる。しかしながら無線装置２において第２周波数帯域状況が生成されていない場合には、図１２の例のように無線装置１において第２周波数帯域の信号も解析する必要がある。

第１無線通信パラメタ決定部１０６の第１の動作例について図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０を参照して説明する。第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を用いて第１周波数帯域にある高調波を検出する。検出された高調波が使用する周波数帯域を無線通信に用いるように第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定してもよい。

第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数帯域内の周波数ｆを含む周波数帯域が使用されており、かつ第２周波数帯域内の周波数ｆ×Ｍ／Ｎを含む周波数帯域が使用されている場合に、周波数ｆを含む周波数帯域を高調波と判定する。
これについて、第１周波数利用状況取得部１０４の第１周波数利用状況が図１５のように得られ、またＮ＝２、Ｍ＝１である場合を例にあげて説明する。Ｎ＝２、Ｍ＝１であるので、第１周波数帯域において検出された信号帯域１５０１が２次高調波であった場合に、第２周波数帯域ではその元となる信号が観測され、第２周波数利用状況取得部１０５は図１６に示すような第２周波数利用状況を得る。したがって、図１５のような第１周波数利用状況および図１６のような信号帯域１６０１を含む第２周波数利用状況が得られた場合には、第１無線通信パラメタ決定部１０６は、第１周波数利用状況で検出された信号帯域１５０１を２次高調波であると判定することができる。

一方、図１５のような第１周波数利用状況および図１７のような第２周波数利用状況が得られた場合には、第２周波数利用状況の中に信号帯域１５０１に対応する信号が検出できないため、第１無線通信パラメタ決定部１０６は信号帯域１５０１に対応する信号が２次高調波ではないと判定できる。ここまでの例では、周波数利用状況が図５を用いて説明した方法によって表されている場合について説明してきた。

周波数利用状況が図６を用いて説明した方法によって表されている場合においても基本的な動作は同じである。すなわち図１８のように与えられた第１周波数利用状況において信号電力が高い領域として検出される信号帯域１８０１に対し、図１９のように信号帯域１８０１に対応する信号帯域１９０１を含む第２周波数利用状況が得られた場合には信号帯域１８０１を２次高調波と判定する。また第２周波数利用状況が図２０に表されるように信号帯域１８０１に対応する信号帯域を含まない場合には、信号帯域１８０１を２次高調波でないと判定する。

第１無線通信パラメタ決定部１０６の第２の動作例について図２１、図２２、図２３、図２４を参照して説明する。
第１無線通信パラメタ決定部１０６の第１の動作例では、周波数方向の情報のみを持つ周波数利用状況を用いた場合の動作例を示した。第２の動作例では、時間方向の情報も含む周波数利用状況、すなわち図７、図８、図９、図１０を用いて説明した方法で生成された周波数利用状況を使用した場合の動作例を示す。

第１無線通信パラメタ決定部１０６は、前記第１周波数帯域内の時間ｔと周波数ｆを含む時間区間および周波数帯域が使用されており、かつ前記第２周波数帯域内の時間ｔと周波数ｆ×Ｍ／Ｎを含む時間区間および周波数帯域が使用されている場合には、前記周波数ｆを含む周波数帯域を高調波と判定する。
これについて、第１周波数利用状況が図２１のように得られ、またＮ＝２、Ｍ＝１である場合を例にあげて説明する。Ｎ＝２、Ｍ＝１であるので、第１周波数帯域において検出された信号帯域２１０１が２次高調波であった場合に、第２周波数帯域ではその元となる信号が観測される。またさらにそれぞれの周波数帯域で検出された信号の時間的な変化を見ると、これらは互いに同期する。なぜならば、元となる信号がなくなれば２次高調波もなくなるからである。したがって、図２１のような第１周波数利用状況および図２２のような第２周波数利用状況が得られた場合、すなわち周波数の関係がＭ／Ｎになっており、さらに時間的に同期している場合には、第１周波数利用状況で検出された信号帯域２１０１を２次高調波であると判定することができる。

一方、第１無線通信パラメタ決定部１０６は、図２１のような第１周波数利用状況および図２３のような第２周波数利用状況が得られた場合、すなわち周波数の関係はＭ／Ｎになっているが、時間的には同期していない場合には、第１周波数利用状況で検出された信号帯域２１０１は２次高調波でないと判定することができる。また明らかなように、図２４のような第２周波数利用状況が得られた場合にも、第１無線通信パラメタ決定部１０６は第１周波数利用状況で検出された信号帯域２１０１は２次高調波でないと判定することができる。

次に、第１周波数利用状況および第２周波数利用状況を無線装置１で生成する場合での第２中心周波数の設定方法について図２５を参照して説明する。
本実施形態では、第２中心周波数が第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値になっている必要がある。コグニティブ無線通信を開始する際に、第２中心周波数がこの値になっていない場合には、中心周波数設定部１０１が第２中心周波数を所望の値に変更する必要がある。すなわち図２５のステップＳ２５０２およびステップＳ２５０３において周波数利用状況を生成する前に、ステップＳ２５０１によって第２中心周波数を所望の値に設定する必要がある。図２５においては第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍の値とする場合の例について示している。このようにすることで、周波数利用状況を生成する前に第２中心周波数を適切な値に設定することができる。

また周波数利用状況を用いて高調波の判定をした後は、第２中心周波数を別の値に変更することも可能である。例えばステップＳ２５０３で高調波の検出を行い、ステップＳ２５０５で高調波の有無が確定した場合には、ステップＳ２５０７によって第２中心周波数を他の値に変えてもよい。この際例えば、既存の無線通信システムによる信号がより少ない帯域に第２中心周波数を変えてもよい。ただし、ステップＳ２５０５で高調波の有無が確定するとは、ステップＳ２５０４で検出した高調波の信号電力が小さかった場合などには確定をせず、複数回繰り返して検出した場合にはじめてこれを高調波であると確定する場合を例えば意味している。図２５においてステップＳ２５０６とステップＳ２５０７は順番を逆にすることも可能であり、この場合においても同様の効果を得ることができる。また第２中心周波数を変更しない場合にはステップＳ２５０７はスキップされる。

次に、第１周波数利用状況を無線装置１で第２周波数利用状況を無線装置２でそれぞれ生成する場合での第２中心周波数の設定方法について図２６を参照して説明する。
図２５で説明したのと同様にして、第２中心周波数が所望の値になっていない場合には、周波数利用状況を測定する前に第２中心周波数を所望の値に変更する必要がある。そこで、ステップＳ２５０２およびステップＳ２５０３で周波数利用状況を測定する前に、ステップＳ２６０１、ステップＳ２６０２、ステップＳ２５０１で第２中心周波数を変更する。すなわち、ステップＳ２６０１で無線装置１が無線装置２に第２中心周波数の変更を指示し、ステップＳ２６０２で無線装置２は無線装置１からの第２中心周波数変更の指示を受信する。その後、ステップＳ２５０１で、無線装置１および無線装置２は第２中心周波数を所望の値に変更する。図２６においては第１の実施形態に基づき第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍の値とする場合の例について示している。このようにすることで、周波数利用状況を生成する前に第２中心周波数を適切な値に設定することができる。

また図２５の例と同様に、周波数利用状況を用いて高調波の判定をした後は、第２中心周波数を別の値に変更してもよい。例えば、ステップＳ２５０５において高調波の有無を確定した後に、ステップＳ２６０５において無線装置１が無線装置２に対して第２中心周波数の変更を指示し、ステップＳ２６０６で無線装置２が無線装置１から送信された第２中心周波数変更の指示を受信し、ステップＳ２５０７で無線装置１および無線装置２が第２中心周波数を別の値に変更してもよい。また第２中心周波数を変更しない場合には、ステップＳ２６０５、ステップＳ２６０６、ステップＳ２５０７、ステップＳ２５０７はスキップされる。

以上の第１の実施形態によれば、第１周波数帯域に含まれる信号がある信号のＮ次高調波であると判定できた場合、このＮ次高調波がある信号帯域をコグニティブ無線の通信に用いるように、第１無線通信パラメタ決定部１０６が第１周波数帯域の無線通信パラメタを設定することによって、第１周波数帯域におけるスループットを向上させることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態の無線通信装置について図２７、図２８、図２９を参照して説明する。第１の実施形態と第２の実施形態では、中心周波数設定部１０１の動作だけが異なる。
第１周波数利用状況取得部１０４が、第１中心周波数および第１帯域幅Ｗ１を持つ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を得る。第２周波数利用状況取得部１０５が、第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値からなる第２中心周波数および第２帯域幅Ｗ２を持つ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を得る。第１無線通信パラメタ決定部１０６が、記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて、前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する。

本実施形態の無線通信装置では、第１の実施形態と比較して第２中心周波数の設定方法が異なっている。すなわち、第１の実施形態においては第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍としているのに対して、本実施形態においては、第１中心周波数のＭ／Ｎ倍を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値から選択する。ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の式では一つ目値が０となっている。すなわち、（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２の値が０以上となるときには（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２の値を返し、（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２の値が０未満となるときには０を返す式となっている。

このようにして第２中心周波数に設定する値に範囲を持たせることの効果について説明する。前述の通り、ｋ次の高調波はもとの信号のｋ倍の中心周波数とｋ倍の周波数帯域幅を持つ。したがって例えば図２７に示すように、第１周波数帯域２７０１内に存在しうる任意のＮ次高調波に対して、第２周波数帯域２７０２内で検出されるＭ次高調波は、中心周波数Ｃ１×Ｍ／Ｎを中心として、帯域幅Ｗ１×Ｍ／Ｎを持つ範囲２７０３に限って検出される。別の見方をすると、第１周波数帯域２７０１内に存在しうる任意のＮ次高調波に対して、それに対応するＭ次高調波は帯域２７０３の外側で検出されることはない。このことから、第２周波数帯域２７０２が帯域２７０３を含む範囲で設定されていれば、この第２周波数帯域における第２周波数利用状況を用いてＭ次高調波を検出することが可能となる。

Ｍ次高調波が存在する可能性がある範囲を含むように第２中心周波数を設定する場合、例えば周波数をプラス方向にずらすのであれば図２８のように中心周波数を最大でＣ１×Ｍ／Ｎ＋（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２までシフトすることができる。また例えば周波数をマイナス方向にずらすのであれば図２９のように中心周波数を最大でＣ１×Ｍ／Ｎ−（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２までずらすことができる。このような範囲で第２中心周波数の値を設定した場合においても、第１の実施形態と同様にして第１周波数帯域におけるＮ次高調波を判定することができ、その結果としてスループットを改善することが可能である。第２の実施形態においてはこれらの効果に加えて、第２中心周波数をある範囲で設定可能であることにより、次のような効果を得ることができる。

例えば図２７の帯域２７０３のすぐ左隣で既存の通信システムが通信を行っていた場合、第２周波数帯域でコグニティブ無線通信に使用可能な帯域が減少するために第２周波数帯域におけるスループットが減少する場合がある。このような場合には、図２８のように第２周波数帯域をプラス方向にシフトすることによって、第２周波数帯域と既存の通信システムの重なりを減少させることができ、その結果として第２周波数帯域におけるコグニティブ無線通信のスループットを向上させることができる。

また逆に、図２７の帯域２７０３のすぐ右隣で既存の通信システムが通信を行っていた場合、図２９のように第２周波数帯域をマイナス方向にシフトすることによって、第２周波数帯域と既存の通信システムの重なりを減少させることができ、その結果として第２周波数帯域におけるコグニティブ無線通信のスループットを向上させることができる。

次に、中心周波数設定部１０１が設定する第２中心周波数の設定方法について図２５を参照して説明する。
第２の実施形態においては、第２中心周波数が第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値になっている必要がある。コグニティブ無線通信を開始する際に、第２中心周波数がこの値になっていない場合には、第２中心周波数を所望の値に変更する必要がある。すなわち図２５のステップＳ２５０２およびステップＳ２５０３において周波数利用状況を生成する前に、ステップＳ２５０１によって第２中心周波数を所望の値に設定する必要がある。図２５においては第１の実施形態に基づき第２中心周波数を第１中心周波数のＭ／Ｎ倍の値とする場合の例について示しているが、第２の実施形態の場合においてもその動作は基本的に同様である。このようにすることで、周波数利用状況を生成する前に第２中心周波数を適切な値に設定することができる。

また周波数利用状況を用いて高調波の判定をした後は、第２中心周波数を別の値に変更することも可能である。例えばステップＳ２５０４で高調波の検出を行い、ステップＳ２５０５で高調波の有無が確定した場合には、ステップＳ２５０７によって第２中心周波数を他の値に変えてもよい。この際例えば、既存の無線通信システムによる信号がより少ない帯域に第２中心周波数を変えてもよい。ただし、ステップＳ２５０５で高調波の有無が確定するとは、ステップＳ２５０４で検出した高調波の信号電力が小さかった場合などには確定をせず、複数回繰り返して検出した場合にはじめてこれを高調波であると確定する場合を例えば意味している。図２５においてステップＳ２５０６とステップＳ２５０７は順番を逆にすることも可能であり、この場合においても同様の効果を得ることができる。また第２中心周波数を変更しない場合にはステップＳ２５０７はスキップされる。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、第２周波数帯域の第２中心周波数を最大でＣ１×Ｍ／Ｎ＋（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２までずらすことによって、第２周波数帯域のそばに既存の通信システムが通信を行っている場合にこの通信システムの使用帯域を避けるように第２周波数帯域をずらすことができるので、第２周波数帯域におけるコグニティブ無線通信のスループットを向上させることができる。

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。

実施形態の無線通信装置のブロック図。 無線通信装置が利用状況を調べる第１周波数帯域と第２周波数帯域とを示す図。 高調波の中心周波数と帯域とが高調波の次数により変化する様子を示す図。 第１周波数帯域で信号が検出された一例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第１の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第２の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第３の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第３の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第４の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部が取得する第１周波数利用状況の第４の例を示す図。 図１の第１周波数利用状況取得部および第２周波数利用状況取得部の第１の例を示す図。 図１１の信号解析部の動作の一例を示すフローチャート。 図１の第１周波数利用状況取得部および第２周波数利用状況取得部の第２の例を示す図。 図１３の信号復調部の動作の一例を示すフローチャート。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第１の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第２の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第２の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第２の動作例について説明するための図。 図１の第１無線通信パラメタ決定部の第２の動作例について説明するための図。 図１の中心周波数設定部が行う第２中心周波数の設定方法の一例を示すフローチャート。 図１の中心周波数設定部が行う第２中心周波数の設定方法の別例を示すフローチャート。 第２の実施形態の無線通信装置の中心周波数設定部の動作を説明するための図。 第２の実施形態の無線通信装置の中心周波数設定部の動作を説明するための図。 第２の実施形態の無線通信装置の中心周波数設定部の動作を説明するための図。

符号の説明

１０１・・・中心周波数設定部、１０２，１０３・・・無線部、１０４・・・第１周波数利用状況取得部、１０５・・・第２周波数利用状況取得部、１０６・・・第１無線通信パラメタ決定部、２０１，５０１，６０１，９０１，２７０１・・・第１周波数帯域、２０２，２７０２・・・第２周波数帯域、３０１，４０３，５０２，６０２，９０２・・・信号、３０２・・・２次高調波、３０３・・・３次高調波、３０４・・・４次高調波、４０３・・・Ｎ次高調波、４０４・・・Ｍ次高調波、１１０１・・・信号解析部、１３０１・・・信号復調部、１５０１・・・信号帯域、１６０１・・・信号帯域、１８０１・・・信号帯域、１９０１・・・信号帯域、２１０１・・・信号帯域。

Claims (15)

1. 第１中心周波数をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得する第１取得手段と、
   前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値である第２中心周波数をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得する第２取得手段と、
   前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する決定手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 第１中心周波数および第１帯域幅Ｗ１をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得する第１取得手段と、
   前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値からなる第２中心周波数および第２帯域幅Ｗ２をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得する第２取得手段と、
   前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定する決定手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。
3. 前記第１取得手段は、前記第１周波数帯域で受信した無線信号から算出される値が閾値以上かどうかによって該第１周波数帯域内で使用されている周波数帯域の情報を前記第１周波数利用状況として取得し、
   前記第２取得手段は、前記第２周波数帯域で受信した無線信号が閾値以上かどうかによって該第２周波数帯域内で使用されている周波数帯域の情報を前記第２周波数利用状況として取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
4. 無線信号を受信する受信手段をさらに具備し、
   前記第１取得手段は、前記第１周波数帯域で受信した無線信号から算出される値が閾値以上かどうかによって該第１周波数帯域内で使用されている周波数帯域の情報を前記第１周波数利用状況として取得し、
   前記第２取得手段は、前記第２周波数帯域内で使用されている、無線通信相手が取得した周波数帯域の情報を前記受信手段が受信して、前記第２周波数利用状況を取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記第１取得手段は、前記情報として、前記第１周波数帯域内で使用されている周波数帯域と該周波数帯域の信号電力値を取得し、
   前記第２取得手段は、前記情報として、前記第２周波数帯域内で使用されている周波数帯域と該周波数帯域の信号電力値を取得することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記第１取得手段は、前記第１周波数帯域で受信した無線信号から算出される値が閾値以上かどうかによって該第１周波数帯域内で使用されている時間区間および周波数帯域の情報を前記第１周波数利用状況として取得し、
   前記第２取得手段は、前記第２周波数帯域で受信した無線信号が閾値以上かどうかによって該第２周波数帯域内で使用されている時間区間および周波数帯域の情報を前記第２周波数利用状況として取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
7. 無線信号を受信する受信手段をさらに具備し、
   前記第１取得手段は、前記第１周波数帯域で受信した無線信号から算出される値が閾値以上かどうかによって該第１周波数帯域内で使用されている時間区間および周波数帯域の情報を前記第１周波数利用状況として取得し、
   前記第２取得手段は、前記第２周波数帯域内で使用されている、無線通信相手が取得した時間区間および周波数帯域の情報を前記受信手段が受信して、前記第２周波数利用状況を取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
8. 前記第１取得手段は、前記情報として、前記第１周波数帯域内で使用されている時間区間および周波数帯域と、該時間区間および該周波数帯域に対応する信号電力値とを取得し、
   前記第２取得手段は、前記情報として、前記第２周波数帯域内で使用されている時間区間および周波数帯域と、該時間区間および該周波数帯域に対応する信号電力値とを取得することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記決定手段は、前記第１周波数帯域内の周波数ｆを含む周波数帯域が使用されており、かつ、前記第２周波数帯域内の周波数ｆ×Ｍ／Ｎを含む周波数帯域が使用されている場合に、前記周波数ｆを含む周波数帯域を高調波と検出することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 前記決定手段は、前記第１周波数帯域内の時間と周波数ｆを含む時間区間および周波数帯域が使用されており、かつ、前記第２周波数帯域内の時間と周波数ｆ×Ｍ／Ｎを含む時間区間および周波数帯域が使用されている場合に、前記周波数ｆを含む周波数帯域を高調波と検出することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
11. 第２中心周波数が前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値でない場合に、第２中心周波数を該第１中心周波数のＭ／Ｎ倍に設定する設定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
12. 第２中心周波数が前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ＜Ｎ）を中心として±Ｗ×（１−Ｍ／Ｎ）／２の範囲にない場合に第２中心周波数を該第１中心周波数のＭ／Ｎ倍を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値に設定する設定手段をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
13. 前記決定手段が第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定した後で、第２中心周波数を別の値に変更する変更手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
14. 第１中心周波数をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得し、
    前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）の値である第２中心周波数をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得し、
    前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、
    高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定することを特徴とする無線通信方法。
15. 第１中心周波数および第１帯域幅Ｗ１をもつ第１周波数帯域の第１周波数利用状況を取得し、
    前記第１中心周波数のＭ／Ｎ倍（ＭおよびＮは自然数でＭ≠Ｎ）を中心として±ＭＡＸ（０，（Ｗ２−Ｗ１×Ｍ／Ｎ）／２）の範囲の値からなる第２中心周波数および第２帯域幅Ｗ２をもつ第２周波数帯域の第２周波数利用状況を取得し、
    前記第１周波数利用状況および前記第２周波数利用状況を用いて前記第１周波数帯域に高調波があるかどうかを判定し、
    高調波があると判定された場合に該高調波が使用する周波数帯域を無線通信に使用するように前記第１周波数帯域における無線通信パラメタを決定することを特徴とする無線通信方法。

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