JP2015076752A

JP2015076752A - 通信装置、周波数変換装置、及び通信方法

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Publication number: JP2015076752A
Application number: JP2013212276A
Authority: JP
Inventors: 大輔村山; Daisuke Murayama; 房夫布; Fusao Nuno; 山下　史洋; Fumihiro Yamashita; 史洋山下; 杉山　隆利; Takatoshi Sugiyama; 隆利杉山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP6159216B2

Abstract

【課題】空いている周波数帯を利用した通信により周波数利用効率を向上させる。
【解決手段】通信装置は、自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換部と、周波数変換部が生成した送信信号を送出する信号送受信部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信装置、周波数変換装置、及び通信方法に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１で使用が規定されている無線通信システムは、世界的に普及が進み、量産化による構成部品の低価格化を実現している。この無線通信システムでは、使用する周波数帯域を複数のチャネルに分けて使用している。

図７は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネルの割り当てを示す図である。図７（Ａ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは２．４ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を１４チャネルに分けて利用している。また、図７（Ｂ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは２．４ＧＨ帯に割り当てられている周波数帯を１３チャネルに分けて利用している。

図８は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるチャネルの割り当てを示す図である。同図に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは５ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を１９チャネルに分けて利用している。

図９は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおけるチャネルの割り当てを示す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、図９（Ａ）に示すように５ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を９チャネルに分けて利用し、図９（Ｂ）に示すように２．４ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を２チャネルに分けて利用している。

同一空間に複数の機器が設置された場合、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ．８０２．１１ｇでは、各チャネルに割り当てられている周波数帯が他のチャネルに割り当てられている周波数帯と重複する箇所が存在しているために、単一の無線通信システム同士でも使用する周波数が重なることがある。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｎは、複数の無線通信システムが混在した場合に使用する周波数帯が重なることがある。また、実空間では、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている無線通信システム以外にも、ＩＥＥＥ８０２．１１において使用する周波数帯の電波を発するものがある可能性がある。

互いに重なる周波数帯を用いて同じ空間で同時に無線通信を行うと、電波干渉により通信品質が劣化する。ＩＥＥＥ８０２．１１では、このような電波干渉を回避して、複数の機器が通信を行うための方法として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）が用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＳは、機器が通信を開始する前に伝送媒体上（ＩＥＥＥ８０２．１１では電波）に現在通信をしている機器が存在するか否かを確認し、他の機器が通信をしていない場合にはランダムな時間だけ待機してから通信を開始することによる多元接続の実現方法である。以下、現在通信している機器が存在するか否かを確認する処理をキャリアセンス（Carrier Sense）という。

ＣＳＭＡ／ＣＳを用いた無線通信システムでは、データを送信する際、送信に使用するチャネルにおいてキャリアセンスを行う。具体的には、送信に使用するチャネルにおける電波強度を測定し、測定結果が予め定められた閾値以上であれば他の機器が通信を行っているとみなして送信不可と判定し、測定結果が閾値未満であれば他の機器が通信を行っていないとみなして送信可能と判定する。送信可能と判定した場合、ランダム長のバックオフ時間が経過した後にデータを送信する。

キャリアセンスを行う無線通信システムでは、同時に通信する機器が多くなると、利用したいチャネルに割り当てられている周波数帯全部又はその一部が使用され続けられ、機器が送信機会を得るまでの時間が延びてしまい、通信遅延が増加することになる。また、利用したいチャネルに割り当てられている周波数帯の一部が使用され続けている場合、当該チャネルに割り当てられている周波数帯の他の部分が使用されずに周波数利用効率が低下し、ひいては無線通信システム全体のスループットが低下してしまう。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは、１ｃｈ、６ｃｈ、１１ｃｈなどの利用する周波数帯が互いに重なり合わないチャネルを利用することで、断片的な未使用チャネル（周波数帯）を極力生じさせない運用が推奨されている。しかし、実際は、多くの機器がそれ以外のチャネルを利用しており、断片化された未使用周波数帯が生じていることが多い。これは、機器ごとにチャネルを手動で設定できること、機器の設定を行う利用者がチャネル間における周波数の重なりを認識していないことなどが原因と考えられる。

図１０は、断片化された未使用周波数帯が生じるチャネルの利用の一例を示す図である。同図に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおいて、３ｃｈと１１ｃｈとを利用してしまうと、約８５ＭＨｚのうち約半分の４４ＭＨｚ程しか使用していない時間帯が生じることになる。そこで、データの送信に用いる周波数帯を分割、分散して、空いている周波数帯を利用する方向が有効であると考えられる（非特許文献１）。

阿部順一、山下史洋、小林聖、「高周波数利用効率を実現するスペクトラム編集型帯域分散伝送の提案」、信学技報、電子情報通信学会、２００９年１２月１７日、第１０９巻、第３４０号（ＳＡＴ２００９−４８）、ｐ．７−１２

しかしながら、前述の方法を用いる場合には、データの送信に用いる周波数帯を分散させた各周波数帯において適切に送信機会を検出しないと信号の衝突が生じるため、空いている周波数帯を利用することができないという問題がある。

本発明は、前述の事情に鑑み、空いている周波数帯を利用した通信を行うことにより、周波数利用効率を向上させることができる通信装置、周波数変換装置、及び通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換部と、前記周波数変換部が生成した送信信号を送出する信号送受信部とを備えることを特徴とする通信装置である。

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記信号送受信部は、他の通信装置が複数の周波数帯に分散配置して送信した信号を受信し、前記周波数変換部は、前記信号送受信部が受信した信号において、前記複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合に、前記複数の周波数帯における信号を前記一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記信号送受信部が受信した信号において、予め定められた信号パターンを検出した複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、抽出した信号の成分を前記一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記周波数帯域のうち予め定められた複数の周波数帯において他の装置が使用しているか否かを判定し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、送信する信号を記憶することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、他の装置が使用していない周波数帯の各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅以上である場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、前記各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅未満である場合、送信する信号を記憶することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、通信装置に備えられる周波数変換装置であって、前記通信装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成することを特徴とする周波数変換装置である。

また、本発明の一態様は、通信装置が行う通信方法であって、自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにおいて生成した送信信号を送出する信号送信ステップとことを特徴とする通信方法である。

本発明により、他の装置が使用していない周波数帯を検出し、送信する信号の周波数成分を当該周波数帯に分散して配置した送信信号を用いることにより、断片化された未使用の周波数帯を利用した挿引を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。

本発明に係る通信装置に対する比較例の通信装置９の構成例を示すブロック図である。本発明に係る実施形態における通信装置１の構成例を示すブロック図である。同実施形態における周波数変換部１３における信号処理の一例を示す図である。同実施形態における周波数変換部１３が行う信号送信処理を示すフローチャートである。同実施形態における第２の拡張キャリアセンスにおける使用可能な周波数帯の検出例を示す図である。同実施形態における拡張チャネルの一例を示す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネルの割り当てを示す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるチャネルの割り当てを示す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおけるチャネルの割り当てを示す図である。断片化された未使用周波数帯が生じるチャネルの利用の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態における通信装置、周波数変換装置、及び通信方法を説明する。図１は、本発明に係る通信装置に対する比較例の通信装置９の構成例を示すブロック図である。同図に示すように通信装置９は、外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、及び、信号送受信部１４を備えている。

外部通信インタフェース部１１は、外部の装置から送信データを入力し、入力した送信データを通信装置が用いる通信方式に応じたフォーマットに変換し、当該フォーマットに変換した送信データを通信制御部１２に入力する。また、外部通信インタフェース部１１は、通信制御部１２から入力されるデータから前述のフォーマットに従って受信データに変換し、当該受信データを外部の装置に出力する。

通信制御部１２は、他の通信装置１や通信機器との通信における制御データを生成し、外部通信インタフェース部１１から入力される送信データに付加する。通信制御部１２は、送信データと制御データとを含むデータに対して所定の符号化及び変調を施す。通信制御部１２は、符号化及び変調を施して得られた変調信号を信号送受信部１４に入力する。また、通信制御部１２は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して復調及び復号化を施して得られたデータから制御データを分離して処理する。通信制御部１２は、制御データを分離した他のデータ（受信データを含むデータ）を外部通信インタフェース部１１に入力する。

信号送受信部１４は、通信制御部１２から入力される変調信号に対して所定の周波数帯域の成分のみを通過させる帯域制限を行った後に増幅して伝送媒体に送出する。また、信号送受信部１４は、伝送媒体を伝播した信号を受信し、受信した信号を増幅した後に所定の周波数帯域の成分のみを通過させる帯域制限を行った後に通信制御部１２に入力する。

例えば、通信装置９が無線通信を行う機器である場合、信号送受信部１４は、通信制御部１２から入力される変調信号に帯域制限を行った後に搬送波帯域にアップコンバートし、所定の電力に増幅してアンテナから送出する。また、信号送受信部１４は、アンテナにて受信した信号を低雑音増幅するとともに基底帯域（ベースバンド）にダウンコンバートして得られる変調信号に対して帯域制限を行った後に通信制御部１２へ入力する。また、通信装置９が光信号又は電気信号による有線通信を行う機器である場合、通信制御部１２から入力される信号を伝送方式に応じた周波数帯の信号への変換などをして送出し、受信した信号に対して前述の変換に対応する逆の変換をして得られた受信信号を通信制御部１２に入力する。

図２は、本発明に係る実施形態における通信装置１の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、通信装置１は、外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、周波数変換部１３、及び、信号送受信部１４を備えている。通信装置１は、通信制御部１２と信号送受信部１４との間に周波数変換部１３が設けられている点が、比較例の通信装置９と異なっている。なお、他の機能部（外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、及び信号送受信部１４）は、通信装置９と同じであるのでその説明を省略する。

周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号の帯域幅を分割し、分割した帯域幅を異なる周波数に分散して配置する。周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号を異なる周波数に分散して配置して得られる送信信号を信号送受信部１４に入力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号から異なる周波数に分散して配置されている信号（周波数成分）を抽出する。周波数変換部１３は、抽出した信号を一つの周波数帯域に合成して得られた信号を通信制御部１２に入力する。

図３は、本実施形態における周波数変換部１３における信号処理の一例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は送信パワー（又は受信パワー）を示す。周波数変換部１３は、同図に示すように、通信制御部１２から入力される一つの周波数帯域の変調信号（Ｂ_０）を、複数の周波数帯域に分割してそれぞれを異なる周波数に配置した信号（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）に変換して信号送受信部１４に出力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号において複数の周波数帯域に分散している成分（Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３）を抽出して合成した信号（Ｂ_０）を通信制御部１２に出力する。

周波数変換部１３における信号処理は、例えば、非特許文献１に記載されている技術を用いて行う。具体的には、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号に対してＦＦＴを施し、送信データに対応する周波数スペクトラムをバンドパスフィルタ等により複数に分割する。周波数変換部１３は、分割したスペクトラムを異なる周波数へ周波数シフトさせた後にＩＦＦＴを施すことにより時間領域の信号に変換して信号送受信部１４に出力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対してＦＦＴを施し、受信信号の周波数スペクトラムから所定の周波数帯のスペクトラムを抽出する。周波数変換部１３は、抽出したスペクトラムそれぞれを周波数シフトさせて一つのスペクトラムに合成した後にＩＦＦＴを施すことにより時間領域の信号に変換して通信制御部１２に出力する。なお、非特許文献１に記載されている技術以外であっても、通信制御部１２から出力される変調信号を所定の帯域に分割し、それぞれの帯域の信号の周波数をシフトさせて分散させる技術であれば用いることができる。

本実施形態における通信装置１において、通信制御部１２はキャリアセンスにより送信機会の検出を行う。そのため、周波数変換部１３は、前述の周波数変換（例えば図３）を行うだけでなく、周波数変換後の周波数帯に対する送信可否の判定を行う拡張キャリアセンスを行う。

図４は、本実施形態における周波数変換部１３が行う信号送信処理を示すフローチャートである。周波数変換部１３は信号送信処理を開始すると、拡張キャリアセンスを行い（ステップＳ１１）、拡張キャリアセンスの結果に基づいて送信可能か否かの判定を行う（ステップＳ１２）。

判定結果が送信可能である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数変換を行って得られた送信信号を信号送受信部１４に出力し、信号送受信部１４に送信信号の送信を行わせ（ステップＳ１３）、信号送信処理を終了する。

判定結果が送信可能でない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号を記憶し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１１に戻す。すなわち、周波数変換部１３は、送信機会が得られるまで通信制御部１２から入力される変調信号を記憶し続けることになる。

以下、拡張キャリアセンスについて説明する。本実施形態における拡張キャリアセンスには、二通りの手法がある。

（第１の拡張キャリアセンスの手法）
第１の拡張キャリアセンスの手法では、周波数変換部１３は、周波数分散後において送信データの伝送に用いる各周波数帯について、受信信号の信号パワー（以下、受信パワーという。）を測定することによりキャリアセンスを行う。周波数帯の送信可否の判定では、自装置が送受信可能な周波数帯域において予め定められた複数の周波数帯ごとに、閾値以下の受信パワーであった場合に送信可能と判定し、閾値を超える受信パワーであった場合に送信不可と判定する。ここで、送信データの伝送に用いる周波数帯域をＮ個に分割したとして、ｋ番目（ｋは１からＮまでの整数）の周波数帯の受信パワーに対する閾値Ｔｈ_ｋは、通信装置９（図１）などにおけるキャリアセンスの閾値Ｔｈ_０と、周波数変換前の周波数帯域の幅Ｗ_０と、周波数変換後の周波数帯の幅Ｗ_ｋとに基づいて予め定められる。例えば、閾値Ｔｈ_ｋは次式（１）のように定める。

すなわち、周波数変換後の各周波数帯における閾値Ｔｈ_ｋは、送信データの伝送に必要となる周波数帯域の幅Ｗ_０に対する各周波数帯の幅Ｗ_ｋの比に基づいて定められる。これにより、周波数変換部１３を備えていない通信装置９などの既存の通信機器に対して及ぼす影響を抑えつつ、通信装置１は、断片的な未使用の周波数帯を利用することにより、送信機会を得ることができる。なお、閾値Ｔｈ_ｋは、式（１）により得られる値を基準に、同じ周波数帯を利用する通信機器に与える影響が許容される場合、閾値Ｔｈ_ｋの値を大きくしてもよい。また、同じ周波数帯域を利用する通信機器に与える影響を抑える必要がある場合、式（１）により得られる値を基準に、閾値Ｔｈ_ｋの値を小さくしてもよい。

周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して拡張キャリアセンスを行うことにより、送信データの伝送に用いるすべての周波数帯について送信可能であると判定すると、通信制御部１２から入力される変調信号に対して分割、分散を施す。周波数変換部１３は、分割及び分散を施して得られた送信信号を信号送受信部１４に出力して、信号送受信部１４に送信信号を送信させる。一方、送信不可と判定すると、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号の送信を行わない。このとき、周波数変換部１３は、送信機会を得るまでの間、通信制御部１２から入力された変調信号を記憶する。例えば、通信制御部１２から入力された信号を記憶する際、周波数変換部１３は、変調信号を所定の周波数に基づいて波形サンプリングして得られたサンプリングデータを記憶する。

周波数変換部１３が前述のように拡張キャリアセンスを行うことにより、通信装置１が通信に利用可能な周波数帯において断片的な未使用の周波数帯における信号の送信が可能か否かを判定することができ、断片的な未使用の周波数帯を利用した送信を行うことができる。その結果、空いている断片的な周波数帯を利用した通信を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。

なお、周波数変換部１３による拡張キャリアセンスの対象となる予め定められた複数の周波数帯を合計した帯域幅は、送信データの送信に必要となる帯域幅より多くてもよい。複数の周波数帯のうち使用可能な周波数帯を合計した帯域幅が、送信データの送信に必要となる帯域幅を超える場合、使用可能な周波数帯から選択した周波数帯を用いてもよいし、使用可能な周波数帯すべてを用いてもよい。

（第２の拡張キャリアセンスの手法）
第２の拡張キャリアセンスの手法では、周波数変換部１３は、自装置が送受信可能な周波数帯域すべてにおいて、受信パワーを測定することによりキャリアセンスを行う。第１の拡張キャリアセンスの手法と同様に、受信パワーが予め定められた閾値Ｔｈ_ｋよりも大きいときその周波数帯は使用不可と判定し、受信パワーが閾値Ｔｈ_ｋ以下であるときその周波数帯は使用可能と判定する。使用可能と判定した周波数帯ｗ_ｋの合計が送信に必要な周波数帯の幅ｗ_ｒ以上であるとき送信可能と判定し、周波数帯ｗ_ｋの合計が送信に必要な周波数帯の幅ｗ_ｒ未満であるとき送信不可と判定する。第２の拡張キャリアセンスの手法における周波数変換部１３による判定は、次式（２）で表すことができる。

図５は、本実施形態における第２の拡張キャリアセンスにおける使用可能な周波数帯の検出例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波強度を示している。同図に示すように、自装置が使用可能な周波数帯において、キャリアセンスの結果から他のシステムが使用中の周波数帯以外の周波数帯（ｗ_１、ｗ_２、ｗ_３）を使用可能な周波数帯（空き帯域）と判定する。同図においては、使用可能な空き帯域（ｗ_１、ｗ_２、ｗ_３）の採番の順序は周波数の低い順としているが、任意の順序で採番してもよい。

周波数変換部１３は、第２の拡張キャリアセンスにより送信可能と判定した場合、使用可能な周波数帯ｗ_ｋから、実際に送信に使用する周波数帯を選択する。例えば、ランダムに選択したり、低周波数側から順に選択したり、高周波数側から順に選択したりする。ランダムに選択する場合には、使用可能な周波数帯ごとに乱数を発生させ、乱数が奇数ならば当該周波数帯を使用し、乱数が偶数ならば当該周波数帯を使用しないという選択を、選択した周波数帯ｗ_ｋの合計が送信に必要な周波数帯ｗ_ｒに達するまで繰り返して行うようにしてもよい。なお、実際に送信に使用する周波数帯の選択は、前述の方法以外であってもよく、選択の方法は限定しない。

周波数変換部１３が使用する周波数帯の選択をした後に、通信装置１は、周波数変換部１３が選択した周波数帯を使用する旨を受信側に通知する。例えば、周波数変換部１３は、使用する周波数帯（チャネル）を示す情報を含む通知用信号を生成し、生成した通知用信号を受信側の装置や機器に送信する。通知用信号の送信に使用する周波数帯は、キャリアセンスにより使用可能と判定された周波数帯のうち、予め定められた通知用周波数帯を利用する。このとき、受信側の装置や機器は、予め定められた各通知用周波数帯を常にモニタリングすることにより、通知用信号により示される周波数帯を把握する。使用する周波数帯を通知する方法は上記の方法に限定しない。また、通知用信号のフォーマットは特に限定しないが、使用する周波数帯又はチャネル番号の情報を含むフォーマットが用いられる。

また、通信装置１は、送出する信号の初めに予め定められた特定の信号パターンを挿入することにより、送信に用いる周波数帯を通知するようにしてもよい。受信側の装置や機器は、すべての周波数帯を常に受信し、特定の信号パターンが検出された周波数帯が使用される周波数帯であると判定する。なお、特定の信号パターンの挿入は、周波数変換部１３が行ってもよいし、信号送受信部１４が行ってもよい。周波数変換部１３において行う場合、選択した周波数帯ｗ_ｋごとに特定の信号パターンを挿入する。

周波数変換部１３は、送信側と受信側とにおいて使用する周波数帯の情報を共有した後に、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数変換して、使用する周波数帯に分散した送信信号を信号送受信部１４に出力する。

続いて、通信装置１において、複数の周波数帯に分散された信号から受信データを取得するための方法について説明する。信号送受信部１４において受信された信号は、周波数変換部１３に入力される。周波数変換部１３は、入力された信号を元の連続した信号に変換する。周波数変換部１３が入力された信号を元の連続した信号に変換するときの処理には、例えば、非特許文献１に記載されている技術を用いる。周波数変換部１３は、変換により得られた元の連続した信号を通信制御部１２に入力する。

第１の拡張キャリアセンスの手法に対応する受信方法では、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号において予め定められた複数の周波数帯それぞれの受信パワーを測定する。周波数変換部１３は、複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合、複数の周波数帯それぞれの信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。

第２の拡張キャリアセンスの手法に対応する受信方法では、周波数変換部１３は、送信側の装置から通知される複数の周波数帯それぞれの受信パワーを測定する。周波数変換部１３は、複数の周波数帯すべての受信パワーが閾値を超えた場合、複数の周波数帯それぞれの信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。

また、送信側の装置において特定の信号パターンの挿入が行われる場合、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号を分割した各周波数帯において特定の信号パターンが含まれるか否かの判定を行う。周波数変換部１３は、特定の信号パターンを検出した周波数帯すべての信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。

周波数変換部１３は、送信側の装置における拡張キャリアセンスの手法に応じて、前述の処理を行うことにより、元の連続した信号を通信制御部１２に入力する。通信制御部１２は、入力された信号から制御データと受信データとを取得する。通信制御部１２は、制御データを処理し、受信データを外部通信インタフェース部１１に入力する。なお、送信側の装置が第１の拡張キャリアセンスと第２の拡張キャリアセンスとのいずれを用いるかは、通信システムを運用する際に予め定められる。

前述の第１及び第２の拡張キャリアセンスを用いる通信装置１が利用する周波数帯において、既存の１チャネルよりも幅の狭い拡張チャネルを定義し、断片化された空き周波数帯のうち送信に利用する周波数帯を拡張チャネルによって指定するようにしてもよい。図６は、本実施形態における拡張チャネルの一例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波強度を示している。また、同図に示す例では、図７（Ｂ）に示したＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネル割り当てに対して拡張チャネルを定義している。図６に示す例では、拡張チャネルのチャネル幅を既存のチャネル幅に対して１／５に定義し、周波数帯を拡張チャネルで１７分割（ＥＸ１ｃｈ〜Ｅｘ１７ｃｈ）している。

同図に示すように、通信装置１が利用する周波数帯において１ｃｈと１１ｃｈとが既に他の通信装置１や通信機器によって使用されている場合、周波数変換部１３は、キャリアセンスを行うことにより、ＥＸ１ｃｈ、ＥＸ２ｃｈ、ＥＸ８ｃｈ、ＥＸ９ｃｈ、ＥＸ１０ｃｈ、ＥＸ１６ｃｈ、及び、ＥＸ１７ｃｈが使用可能であることを検出する。周波数変換部１３は、検出した７つの拡張チャネルのうち、送信データを送信するために必要な帯域幅に応じた拡張チャネルを選択する。

以上のようにして、通信装置１は、他の通信装置１や他の通信機器による周波数帯の利用によって断片化された空き周波数帯（拡張チャネル）を検出し、検出した空き周波数帯から送信に使用する周波数帯を選択する。これにより、送信に使用する周波数帯が連続で空いていない場合であっても、キャリアセンスにより送信機会を検出する通信装置１は、送信データの送信に必要な空き周波数帯を適宜検出し、空いている周波数帯を利用した通信を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。

前述のように、キャリアセンスにより送信機会を検出する通信装置１に備えられる周波数変換部１３は、送信データと制御データとを含む信号の周波数帯域を分割と分散させる第１の周波数変換、分散させた各周波数帯を利用した通信を行うための拡張キャリアセンス、及び、受信した信号から分散されている周波数帯域を元の一つの周波数帯の信号に合成する第２の周波数変換を行う。これにより、利用されていなかった断片化された空き周波数帯（周波数リソース）を利用することができ、周波数利用効率を向上させることができる。その結果、周波数変換部１３を有する通信装置１や、周波数変換部１３を有していない通信機器（例えば、通信装置９（図１））を含む通信システム全体におけるスループットを向上させることができる。

例えば、本実施形態における通信装置１を無線ＬＡＮに適用した場合、ＩＥＥＥ８０２．１１において定められているチャネルボンディング幅（２０ＭＨｚ）よりも狭い幅のサブチャネル（拡張チャネル）が予め定められ、当該サブチャネルの帯域幅に応じてキャリアセンスレベル（閾値）が設定され、周波数変換部１３が各キャリアセンスレベルを用いてサブチャネルごとにキャリアセンスを行う。周波数変換部１３は、送信データの伝送に必要な帯域幅を使用できると判定した場合に、送信データを複数のサブチャネルに分散させた送信信号を信号送受信部１４に出力して、帯域分散伝送を行う。これにより、無線ＬＡＮシステムで帯域分散伝送が可能となり、送信データの伝送に必要な帯域を確保できる機会を増加させることができ、周波数利用効率を向上させることができる。

なお、上記の実施形態における通信装置１は、送信及び受信を行うため、周波数変換部１３が分散させた各周波数帯を利用した通信を行うための拡張キャリアセンスと、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数成分の分割及び分散を行う機能と、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して周波数成分の抽出及び合成を行う機能とを有する構成について説明した。しかし、これに限ることなく、受信のみを行う装置における周波数変換部は、少なくとも、第２の周波数変換を行う機能を有していればよい。また、送信のみを行う装置における周波数変換部は、少なくとも、拡張キャリアセンスと第１の周波数変換を行う機能を有していればよい。

また、上記の実施形態における通信装置１において、信号送受信部１４が信号を媒体に送出する際のアップコンバートや媒体から受信した信号に対するダウンコンバートを行う構成について説明した。しかし、周波数変換部１３が、送信データに対する分割及び分散を行うときに各周波数成分を搬送波帯域に配置するとともに、受信信号に含まれる受信データの周波数成分を抽出して基底帯域において合成するようにしてもよい。すなわち、周波数変換部１３においてアップコンバート及びダウンコンバートを行うようにしてもよい。

また、本実施形態における周波数変換部１３の機能を実現する回路を含む半導体チップとして構成し、既存の無線ＬＡＮ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１）の機能を実現する回路を含む半導体チップとアンテナとの間に挿入するようにしてもよい。これにより、既存の無線ＬＡＮにおいて定義されているチャネルを用いて通信する通信装置が、定義されているチャネル以外の断片化された空き周波数帯を利用することができ、連続した十分な空き帯域がない場合にも通信を行うことができる。その結果、周波数利用効率を向上させることができ、通信システム全体におけるスループットを向上させることができる。

上記の実施形態における通信装置１や周波数変換部１３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、９…通信装置
１１…外部通信インタフェース部
１２…通信制御部
１３…周波数変換部
１４…信号送受信部

Claims

自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換部と、
前記周波数変換部が生成した送信信号を送出する信号送受信部と
を備えることを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置において、
前記信号送受信部は、
他の通信装置が複数の周波数帯に分散配置して送信した信号を受信し、
前記周波数変換部は、
前記信号送受信部が受信した信号において、前記複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。
請求項２に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合に、前記複数の周波数帯における信号を前記一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。
請求項２に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記信号送受信部が受信した信号において、予め定められた信号パターンを検出した複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、抽出した信号の成分を前記一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記周波数帯域のうち予め定められた複数の周波数帯において他の装置が使用しているか否かを判定し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、
複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、送信する信号を記憶する
ことを特徴とする通信装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
他の装置が使用していない周波数帯の各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅以上である場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、
前記各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅未満である場合、送信する信号を記憶する
ことを特徴とする通信装置。
通信装置に備えられる周波数変換装置であって、
前記通信装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する
ことを特徴とする周波数変換装置。
通信装置が行う通信方法であって、
自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換ステップと、
前記周波数変換ステップにおいて生成した送信信号を送出する信号送信ステップと
ことを特徴とする通信方法。