JP4314220B2

JP4314220B2 - 空きチャネル検索機能を有する無線機及び空きチャネル検索方法

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Publication number: JP4314220B2
Application number: JP2005200498A
Authority: JP
Inventors: 英徳大國; 毅彦豊田; 弘吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: JP2007019978A

Description

この発明は、空きチャネルを高速に検索する機能を有する無線機及び空きチャネル検索方法に関する。

複数の無線機が複数のチャネルを共用する無線通信システムにおいては、通信に先だってシステム帯域内の空きチャネルを検索して通信チャネルを設定する必要がある。システム帯域とは、無線通信システムに割り当てられた周波数帯域であり、この帯域内に通信のための複数のチャネルが配置される。

通信チャネル設定の一つの方法として、基地局において基地局から端末間のチャネルを一括管理し、基地局と端末との間にチャネル設定情報を通信するための専用チャネルを設ける方法がある。しかし、この方法は専用チャネルを用いて通信チャネルの設定を行うことができないシステムにおいては、高速に空きチャネルを検索することが困難である。システム帯域内の全チャネルについてチャネルの空き状態を順番に調べる方法もある。この方法では、チャネル数の増加に伴い広帯域の周波数スペクトラムを求める必要が生じた際、広帯域の発振器もしくは複数の発振器が必要となり、回路規模が大きくなってしまう。

上記のような一般的な空きチャネル検索技術に代えて、システム帯域内の全チャネルの受信信号の周波数スペクトラムを求めることによりチャネル使用状況を調べ、空きチャネルを検索する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の方法によると、周波数スペクトルの分析に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることにより、高速に空きチャネルの検索を行う。

一方、チャネルが占める周波数帯域幅の信号をミキサによって該周波数帯域幅より狭くかつ低周波の帯域幅の信号に変換してから空きチャネルの検索を行う方法も知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２０００−２３２４２１号公報（請求項１、図１）特開２００２−３７４５６９号公報（請求項２、図２、図３及び図４）

特許文献１の手法ではシステム帯域内のチャネル数が増加し、その結果として広帯域の周波数スペクトラムを求める必要が生じた際に、チャネル数の増加と共にＦＦＴポイント数も増加する。ＦＦＴポイント数が増加すると演算量が増大するという問題点がある。

特許文献２の手法によると、ミキサによる一度の周波数変換ではチャネルが占める周波数帯域幅の半分程度までしか帯域幅を狭くすることができないため、更なる狭帯域化を図る場合には複数のミキサが必要となり、回路規模が増大してしまう。また、周波数変換により狭帯域化を図る場合に、チャネル間に信号を配置するような周波数変換を行うため、狭帯域化はされても検索対象のチャネル数は変わらない。従って、ＦＦＴポイント数は変わらず、演算量の削減はできない。

本発明の目的は、システム帯域内のチャネル数が多い場合でも演算量や回路規模の増大を伴うことなく空きチャネルを高速に検索する機能を有する無線機及び空きチャネル検索方法を提供することにある。

本発明の第１の観点によると、無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機において、無線周波数信号を受信して受信信号を出力するアンテナと；前記受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタと；前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号を出力するサンプラと；前記サンプラからの出力信号に基づいて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報を出力する検出器と；前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開する空きチャネル展開器；及び前記第２空きチャネル情報に従って前記通信チャネルを設定する通信チャネル設定器を具備する無線機を提供する。

本発明の第２観点によると、無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機において、無線周波数信号を受信して受信信号を出力するアンテナと；前記受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタと；前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のそれぞれ異なるサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号をそれぞれ出力する複数のサンプラと；前記サンプラの各々からの出力信号に基づいて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報をそれぞれ出力する複数の検出器と；前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報にそれぞれ展開する複数の空きチャネル展開器と；前記空きチャネル展開器により展開された各々の第２空きチャネル情報を合成する合成器；及び前記合成器により合成された第２空きチャネル情報に従って前記通信チャネルを設定する通信チャネル設定器を具備する無線機を提供する。

フィルタの高域側遮断周波数（サンプラの入力信号の最高周波数）の２倍未満の周波数で受信信号のサンプリングを行った場合の折り返し帯域内について空きチャネルの検出を行い、この後にシステム帯域内の空きチャネルへの展開を行って空きチャネルの検索を行うことにより、システム帯域内のチャネル数が多い場合でも演算量や回路規模の増大を伴わず、また空きチャネルを高速に検索することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機は、図１に示すようにアンテナ１００、切り替え器１０１、フィルタ１１５、サンプラ１０２、サンプリングクロック発生器１０３、空きチャネル検索部１０４、通信チャネル設定器１０９及び送受信機１１０を有する。空きチャネル検索部１０４は、検出器１０５と空きチャネル展開器１０８を有し、検出器１０５は周波数分析器１０６とレベル判定器１０７からなる。

アンテナ１００によりＲＦ（無線周波数）信号を受信して得られるＲＦ受信信号は、切り替え器１０１に入力される。切り替え器１０１は、例えば通信待機時において空きチャネルを検索する時にはフィルタ１１５の入力をアンテナ１００に接続し、通信時には送受信機１１０をアンテナ１００に接続する。フィルタ１１５は、例えば低域通過フィルタ（ＬＰＦ）あるいは帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）であり、アンテナ１００の受信信号から空きチャネル検索を行う帯域の信号を抽出し、それ以外の帯域の信号の除去を行う。フィルタ１１５の高域側遮断周波数ｆ_maxは、例えば空きチャネル検索を行う帯域の最大周波数とし、ｆ_max以上の帯域の信号の通過を制限する。一般にＢＰＦは低域側遮断周波数も有するが、ＬＰＦでは通常、遮断周波数は高域側遮断周波数のみである。

フィルタ１１５からの出力信号は、サンプラ１０２に入力される。サンプラ１０２は、サンプリングクロック発生器１０３から供給されるサンプリングクロックに従ってフィルタ１１５の出力信号をサンプリングし、サンプル値系列の出力信号を発生する。

一般に、サンプラにおけるサンプリング周波数は、ナイキスト定理に基づいて入力信号が持つ周波数成分の最高周波数の２倍以上の周波数に設定される。一方、ナイキスト定理を帯域信号に拡張したThe Theory of Bandpass Sampling (IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 39, SEPTEMBER 1991.)などに記されているバンドパスサンプリング定理によると、数式（１）を満たすサンプリング周波数ｆｓでサンプリングを行うことにより元の信号を復元でき、それ以下のサンプリング周波数ではエイリアシング(aliasing)により信号がオーバラップしてしまい、元の信号を復元することができなくなることが知られている。

ここで、ｆ_Uは入力される帯域信号の最高周波数、ｆ_Lは帯域信号の最低周波数を表す。ｎは整数であり、次の数式（２）を満たす。

ここで、Ｉ_g［ｘ］はｘ以下の最大の整数を返す関数、Ｂは帯域信号の帯域幅を表す。

しかし、空きチャネル検索のための周波数分析においては、元の信号を復元する必要はなく、各チャネルに信号成分が存在するかどうかを判断すればよい。そこで、本実施形態ではサンプラ１０２のサンプリング周波数をサンプラ１０２の入力信号の最高周波数、つまりフィルタ１１５の高域側遮断周波数（以下、単に遮断周波数という）ｆ_maxの２倍未満とする。この場合、前述したようにサンプラ１０２の出力に規則的なエイリアシング（折り返し）が生じる。また、空きチャネル検索部１０４において周波数分析部１０６で分析する周波数スペクトラムの帯域幅をサンプリング周波数ｆｓの１／２の帯域として、折り返した状態の信号、つまりｆｓ／２以下の周波数帯域（これを折り返し帯域という）内の信号を空きチャネル検索部１０４に入力する。折り返し帯域とは、折り返し成分が現れる周波数帯域、すなわち−ｆｓ／２からｆｓ／２までの帯域をいう。

以下、図２及び図３を用いてサンプラ１０２の動作を具体的に説明する。図２はアンテナ１００で受信されサンプラ１０２に入力されるＲＦ受信信号の周波数スペクトラムを模式的に示しており、図３はサンプラ１０２の出力信号の周波数スペクトラムを模式的に示している。ｆｓは、サンプラ１０２のサンプリング周波数を表す。図２に示すように、例えば6ｆｓ／８＜ｆ＜１０ｆｓ／８（ｃｈ７〜ｃｈ１０）及び１4ｆｓ／８＜ｆ＜１６ｆｓ／８（ｃｈ１５〜ｃｈ１６）の周波数が使用中であり、それ以外の周波数は空きチャネルであるとする。（）内は、チャネル番号を表す。

図２の信号をサンプラ１０２に入力したときのサンプラ１０２の出力信号Ｓ_sample（ｆ）は、サンプリング周波数ｆｓがフィルタ１１５の遮断周波数ｆ_maxの２倍に満たないため、数式（３）に従って図２中の矢印に示すようにｆｓ／２以下の折り返し帯域に折り返しが生じる結果、図３に示すようになる。

ここで、ｆｓ（＝１／Ｔｓ）はサンプラ１０２のサンプリング周波数、Ｓ（ｆ）はサンプラ１０２に入力される受信信号の周波数スペクトラムを表わす。

サンプラ１０２からの出力信号は、空きチャネル検索部１０４の検出器１０５に入力される。検出器１０５は周波数分析器１０６とレベル判定器１０７を有し、サンプラ１０２による折り返し帯域内について空きチャネルの検出を行う。周波数分析器１０６は、サンプラ１０２によって折り返された信号、すなわち−ｆｓ／２からｆｓ／２までの折り返し帯域内の信号に対して例えばＦＦＴにより周波数分析を行うことにより、図３に示した周波数スペクトラムを求める。従って、周波数分析器１０６はシステム帯域内の全チャネルの信号について周波数分析を行う特許文献１の手法に比較してＦＦＴポイント数が大幅に少なくてよく、演算量が削減される。

レベル判定器１０７は、周波数分析器１０６により求められた周波数スペクトラムのレベルを閾値と比較することにより、サンプラ１０２による折り返し帯域における空きチャネルを求める。ここで、レベル判定器１０７で用いる閾値は以下のような方法で設定される。例えば、切り替え器１０１がアンテナ１００と送受信機１１０を接続している状態、すなわちサンプラ１０２にＲＦ受信信号が入力されていない状態でサンプラ１０２の出力に折り返される成分（この場合、サンプラ１０２にＲＦ受信信号が入力されていないため、折り返し成分は雑音となる）の電力値を測定しておき、この雑音電力値より一定レベル、例えば２ｄＢだけ大きい電力値を閾値とする。あるいは、閾値を例えば−６０ｄＢｍといったような固定値に予め設定してもよい。ただし、閾値は雑音電力値と信号電力値を区別できる値であればよく、ここで示したような閾値設定方法に限定されない。

図４は、レベル判定器１０７により図３の周波数スペクトルを閾値と比較して空きチャネルを検索する様子を模式的に示している。図４に示すように、レベル判定器１０７は周波数分析器１０６により求められた折り返し帯域内の信号の周波数スペクトラムが閾値を下回った周波数を空きチャネルと判定し、その空きチャネルを示す第１空きチャネル情報を出力する。

ここで、レベル判定器１０７により判定された空きチャネルは、サンプラ１０２によって折り返された−ｆｓ／２からｆｓ／２までの折り返し帯域内の空きチャネルであり、システム帯域内の全チャネルを対象とした場合の空きチャネルではない。そこで、レベル判定器１０７からの第１空きチャネル情報を空きチャネル展開器１０８によってシステム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開する。レベル判定器１０７において折り返し帯域内の空きチャネルが検出されなかった場合、すなわち周波数分析器１０６により求められた折り返し帯域内の周波数スペクトラムにおいて閾値以下の成分がなかった場合は、再び通信待機状態とする。

空きチャネル展開器１０８は、レベル判定器１０７からの第１空きチャネル情報によって示される折り返し帯域内の空きチャネルの周波数と、サンプラ１０２におけるサンプリング周波数ｆｓに基づき数式（４）に従った展開を行う。

ただし、Ｓ_expansion（ｆ＋ｎｆｓ）は展開後の信号の周波数スペクトラムである。数式（４）のｆに折り返し帯域内の空きチャネルの周波数を代入することにより、展開後の空きチャネルの周波数が求まる。

例えば、図４に示すように折り返し帯域である−ｆｓ／２からｆｓ／２までの帯域内の空きチャネルの周波数は、−４ｆｓ／８から−２ｆｓ／８までと、２ｆｓ／８から４ｆｓ／８（ｃｈ３〜ｃｈ４）までとなる。ただし、図３では負の周波数成分は図示していない。この折り返し帯域内の空きチャネル周波数を数式（４）により例えば直流成分から２０ｆｓ／８（ｃｈ２０）までのシステム帯域内の空きチャネル周波数に展開すると、
・ｎ＝０の時：２ｆｓ／８〜４ｆｓ／８（ｃｈ３〜ｃｈ４）
・ｎ＝１の時：４ｆｓ／８〜６ｆｓ／８（ｃｈ５〜ｃｈ６）、１０ｆｓ／８〜１２ｆｓ／８（ｃｈ１１〜ｃｈ１２）
・ｎ＝２の時：１２ｆｓ／８〜１４ｆｓ／８（ｃｈ１３〜ｃｈ１４）、１９ｆｓ／８〜２０ｆｓ／８（ｃｈ１９〜ｃｈ２０）
となる。図５は、この折り返し帯域内の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルを模式的に示している。空きチャネル展開器１０８は、展開後の空きチャネルの周波数を示す第２空きチャネル情報を出力し、通信チャネル設定器１０９に与える。

通信チャネル設定器１０９は、第２空きチャネル情報を基に例えば送受信機１１０が使用する通信方式に応じた数の通信チャネルを送受信機１１に割り当てる。送受信機１１０に通信チャネルが設定された後、切り替え器１０２を送受信機１１０側に切り替えて通信を開始する。

以上述べたように本実施形態によると、サンプラ１０２においてフィルタ１１５の遮断周波数の２倍未満の周波数で受信信号のサンプリングを行い、サンプラ１０２による折り返し帯域内の信号について検出器１０５で周波数分析及びレベル判定を行って折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、折り返し帯域内の空きチャネルを示す第１空きチャネル情報を出力する。この後、空きチャネル展開器１０８によって第１空きチャネル情報をシステム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開し、第２空きチャネル情報に従って通信チャネル設定器１０９により、送受信機１１０に対して通信チャネルの設定を行う。

従って、システム帯域内の全チャネルの信号について周波数分析を行う特許文献１の手法に比較して、周波数分析の対象が狭帯域であり、ＦＦＴポイント数が大幅に少なくなるため、演算量が削減される。また、周波数変換によりチャネルが占める周波数帯域幅の信号を狭帯域かつ低周波の帯域幅の信号に変換して空きチャネルの検索を行う特許文献２の手法では、多数のミキサを必要としたのに対し、本実施形態ではミキサが不要であるため、回路規模が小さくなる。さらに、特許文献２の手法では、チャネル間に信号配置するような周波数変換を行なうため、狭帯域化はされても検索対象のチャネル数は変わらないのに対し、本実施形態ではチャネルを重ね合わせて検出するため、ＦＦＴポイント数が少なくなるため、演算量が削減される。

空きチャネル検索部１０４の処理は、ＤＳＰ(ディジタルシグナルプロセッサ)を用いてもよいし、ＣＰＵを用いてソフトウェアにより実現してもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る空きチャネルを検索する機能を有する無線機であり、図１に示した第１の実施形態におけるサンプリングクロック発生器１０３を周波数が可変の可変サンプリングクロック発生器６０３に置き換えると共に、可変サンプリングクロック発生器６０３が発生するサンプリングクロックの周波数、すなわちサンプリング周波数を折り返し帯域内のチャネル使用率に応じて決定するサンプリング周波数制御器６１１を追加している。チャネル使用率とは、折り返し帯域内の全チャネル数に対する使用中のチャネル数の比率であり、チャネル混雑状況を表す。可変サンプリングクロック発生器６０３には、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）あるいは周波数シンセサイザが用いられる。図６において、アンテナ６００、切り替え器６０１、フィルタ６１５、サンプラ６０２、空きチャネル検索部６０４、通信チャネル設定器６０９及び送受信機６１０は、図１と同様である。

以下、図７及び図８を用いて図６の無線機の動作を説明する。図７は無線機全体の処理手順を示すフローチャートであり、図８は特にサンプリング周波数制御器６１１の動作を示すフローチャートである。

無線機全体の処理手順においては、図７に示すようにステップＳ７００で処理を開始し、ステップＳ７０１で送受信（通信）休止状態とする。送受信機６１０で通信を開始する場合はステップＳ７０２に移り、送受信待機状態とする。この後、空きチャネルを検索するためステップＳ７０３でサンプラ６０２によりフィルタ６１５から出力される受信信号のサンプリングを開始する。ここで、サンプリングクロック発生器６０３はサンプリング周波数制御器６１１により制御されたサンプリング周波数のサンプリングクロックを発生し、該サンプリングクロックに従ってサンプラ６０２はサンプリングを行う。

次に、ステップＳ７０４において検出器６０５を用いて折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、さらにステップＳ７０５で検出器６０５を用いて折り返し帯域内のチャネル状況の検出を行い、その検出結果によりステップＳ７０６で空きチャネルが存在するか否かを判断する。この結果、空きチャネルが存在しないと判断された場合はステップＳ７０２の送受信待機状態に戻る。

一方、ステップＳ７０６において空きチャネルが存在すると判断された場合は、ステップＳ７０７に移る。ステップＳ７０７では、空きチャネル展開器６０８を用いて空きチャネル情報をシステム帯域内の空きチャネル情報に展開する。ステップＳ７０７で展開されたシステム帯域内の空きチャネル情報によって示される空きチャネルの中から、ステップＳ７０８で通信チャネル設定器６０９を用いて通信方式に応じた数のチャネルを選択し、通信チャネルとして設定する。ステップＳ７０９で設定された通信チャネルを用いて送受信機６１０で送受信を開始する。ステップＳ７１０で送受信が終了したと判断されると、ステップＳ７０１の送受信休止状態に戻る。

次に、図７のステップＳ７１１のサンプリング周波数制御器６１１の処理手順について図８を用いて説明する。
まず、図７のステップＳ７０５で得られる折り返し帯域内の空きチャネル検出結果に基づいて、ステップＳ８０１において折り返し帯域内の全チャネルが使用中かつ２ｆ_max≦ｆｓ、すなわちサンプラ６０２のサンプリング周波数ｆｓがフィルタ６１５の遮断周波数ｆ_maxの２倍のサンプリング周波数以上か否かを調べる。ここで、折り返し帯域内の全チャネルが使用中かつ２ｆ_max≦ｆｓであるときは空きチャネルは存在しないため、ステップＳ８０６に移り、可変サンプリングクロック発生器６０３でサンプリングクロックを発生させる。この場合、サンプリング周波数制御器６１１から可変サンプリングクロック発生器６０３に供給される制御信号の値はそれまでの値を維持し、従って可変サンプリングクロック発生器６０３が発生するサンプリングクロックの周波数は変化しない。

一方、ステップＳ８０１において折り返し帯域内の全チャネルが使用中かつ２ｆ_max≦ｆｓでないときは、サンプリング周波数制御器６１１によりチャネル使用率に応じてサンプリング周波数を制御する。サンプリング周波数制御器６１１は、例えば周波数分析器６０６により周波数スペクトラムを求め、これをレベル判定器６０７によりレベル判定することにより求められた折り返し帯域内の空きチャネル数をカウントし、折り返し帯域内の全チャネル数との比を求めることで、折り返し帯域内のチャネル使用率を検出する。

ここで、サンプリング周波数制御器６１１はチャネル使用率に対して上端規定値及び下端規定値を設定しており、チャネル使用率が上端規定値以上になるとサンプリング周波数を上げる制御を行い、下端規定値以下になるとサンプリングを下げる制御を行う。ここでは、例えば上端規定値を「１」、下端規定値を「０」として説明を行う。

ステップＳ８０１において折り返し帯域内の全チャネルが使用中かつ２ｆ_max≦ｆｓでないときは、まずステップＳ８０２においてチャネル使用率が上端規定値以上かどうかを調べる。チャネル使用率が上端規定値以上、すなわち折り返し帯域内の全チャネルが使用中である場合にはステップＳ８０４に移り、サンプリング周波数ｆｓを上げる制御信号を可変サンプリングクロック発生器６０３に出力する。一方、ステップＳ８０２においてチャネル使用率が上端規定値以上でないときは、次にステップＳ８０３においてチャネル使用率が下端規定値以下かどうかを調べる。チャネル使用率が下端規定値以下、すなわち折り返し帯域内の全チャネルが空いている場合にはステップＳ８０５に移り、サンプリング周波数ｆｓを下げる制御信号を可変サンプリングクロック発生器６０３に出力する。ステップＳ８０５においてチャネル使用率が下端規定値以下でなければ、ステップＳ８０６に移る。

可変サンプリングクロック発生器６０３は、サンプリング周波数制御器６１１からの制御信号により制御された周波数のサンプリングクロックを発生する。サンプラ６０２は、可変サンプリングクロック発生器６０３からのサンプリングクロックを用いてサンプリング周波数ｆｓでサンプリングを行う。

上記の説明では上端規定値を「１」、下端規定値を「０」に設定したが、これに限られるものではなく、例えば上端規定値を「０．８」、下端規定値を「０．２」のように設定してもよい。下端規定値を増加させることによって計算量をより削減でき、上端規定値を下げることによって空きチャネル検出をより正確に行うことが可能となる。

このように第２の実施形態によれば、折り返し帯域内のチャネル使用率に応じてサンプリング周波数を変更することにより、次回の空きチャネル検索時に最適なサンプリング周波数で動作することが可能となる。すなわち、サンプリング周波数を固定にした場合に比較して、チャネル使用率が低い場合はサンプリング回数が減るため演算量を削減し、またチャネル使用率が高い場合はサンプリング周波数を高くすることで、空きチャネルの検索精度を高めることができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機であり、アンテナ８００、切り替え器８０１、フィルタ８１５、複数（ｎ）のサンプラ８０２−１〜８０２−ｎ、サンプラ８０２−１〜８０２−ｎにそれぞれ異なる周波数のサンプリングクロックを供給するサンプリングクロック発生器８０３−１〜８０３−ｎ、空きチャネル検索部８０４、通信チャネル設定器８０９及び送受信機８１０を有する。空きチャネル検索部８０４は、ｎ個のサンプラ８０２−１〜８０２−ｎに対応して、ｎ個の検出器８０５−１〜８０５−ｎ及びｎ個の空きチャネル展開器８０８−１〜８０８−ｎを有し、さらに空きチャネル合成器８１１を有する。検出器８０５−１〜８０５−ｎは、第１及び第２の実施形態と同様に周波数分析器８０６−１〜８０６−ｎ及びレベル判定器８０７−１〜８０７−ｎをそれぞれ有する。

以下、図９の無線機の動作を説明する。アンテナ８００、切り換え器８０１、フィルタ８１５、通信チャネル設定器８０９及び送受信機８１０の動作については第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

空きチャネル検索時に、アンテナ８００からの受信信号は切り替え器８０１及びフィルタ８０２を経てサンプラ８０２−１〜８０２−ｎに入力され、フィルタ８０２の高域側遮断周波数の２倍未満かつそれぞれ異なるサンプリング周波数でサンプリングされる。サンプラ８０２−１〜８０２−ｎからの出力信号は、それぞれ空きチャネル検索部８０４内の検出器８０５−１〜８０５−ｎへ入力される。

検出器８０５−１〜８０５−ｎでは、まず周波数分析器８０５−１〜８０５−ｎによってサンプラ８０２−１〜８０２−ｎからの出力信号のうち折り返し帯域内の信号の周波数スペクトルを求める。次に、折り返し帯域内の信号の周波数スペクトルのレベルをレベル判定器８０７−１〜８０７−ｎにより判定することによって折り返し帯域内の空きチャネルを求め、第１空きチャネル情報を出力する。

検出器８０５−１〜８０５−ｎで求められた第２空きチャネル情報は、サンプラ８０２−１〜８０２−ｎの各々のサンプリング周波数に従って空きチャネル展開器８０８−１〜８０８−ｎによりシステム帯域内の空きチャネルを示すｎ個の第２空きチャネル情報に展開される。ｎ個の第２空きチャネル情報は、空きチャネル合成器８１２によって合成される。すなわち、空きチャネル合成器８１２では、ｎ個の第２空きチャネル情報の論理和がとられる。従って、システム帯域内の各チャネルについてあるチャネルがｎ個の第２空きチャネル情報のいずれも空きチャネルでないことを示している場合は、当該チャネルは空きでない、すなわち使用中ということになる。システム帯域内の各チャネルについてｎ個の第２空きチャネル情報の少なくとも一つが空きチャネルであることを示していれば、当該チャネルは空きチャネルということになる。通信チャネル設定器８０９は、空きチャネル合成器８１２からの合成後の第２空きチャネル情報に従って、送受信機８１０に対し通信チャネルの設定を行う。

図１０〜図１５を用いて、ｎ＝２の時の動作を具体的に説明する。フィルタ８１５から出力される受信信号は例えば図１０に示すような周波数スペクトラムであり、二つのサンプラ８０３−１，８０３−２のサンプリング周波数は、ｆｓ−１及びｆｓ−２であるとする。図１０の信号を周波数ｆｓ−１でサンプリングを行い、折り返し帯域内について空きチャネル検索を行った場合、図１１に示すように折り返し帯域内で第２チャネル及び第３チャネルが空きチャネルとして検出される。図１１の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルは図１２のようになる。一方、周波数ｆｓ−２でサンプリングを行った場合は、図１３に示すように第３チャネル及び第４チャネルが折り返し帯域内の空きチャネルとして検出され、これをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルは図１４のようになる。

図１２及び図１４に示した空きチャネルの情報について論理和をとることにより空きチャネル情報の合成を行うと、図１５のようにシステム帯域内の空きチャネルが存在することが分かる。このように異なるサンプリング周波数で動作するサンプラ８０２−１〜８０２−ｎからの出力信号について、検出器８０５−１〜８０５−ｎにより各々の折り返し帯域内空きチャネル検出を並列に行い、空きチャネル展開器８０８−１〜８０８−ｎ及び空きチャネル合成器８１２を用いてシステム帯域内の空きチャネルを検索することによって、システム帯域内の全ての空きチャネルの検索を行うことが可能となる。

（第４の実施形態）
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る空きチャネルを検索する機能を有する無線機であり、アンテナ１５００、切り替え部１５０１、フィルタ１５１５、サンプラ１５０２、サンプリングクロック発生器１５０３、空きチャネル検索部１５０４、通信チャネル設定器１５０９及び送受信機１５１０を有する。空きチャネル検索部１５０４は、周波数分析部１５０６とレベル判定器１５０７からなる検出器１５０５及び空きチャネル展開器１５０８を有し、空きチャネル展開器１５０８はさらにテーブル読み込み器１５１３と折り返し周波数テーブルを記憶したメモリ１５１４からなる。

以下、図１６の無線機の動作について説明する。まずレベル判定器１５０７までの動作については第１の実施形態同様であるので、説明を省略する。検出器１５０５から出力される折り返し帯域内の空きチャネルを示す第１空きチャネル情報は、空きチャネル展開器１５０８のテーブル読み込み器１５１３に入力される。空きチャネル展開器１５０８は、テーブル読み込み器１５１３によりメモリ１５１４内の折り返し周波数テーブルを読み込むことにより、第１空きチャネル情報をシステム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開する。メモリ１５１４に記憶された折り返し周波数テーブルは、例えば表１に示されるように折り返し帯域内のチャネルを示す第１チャネル情報とシステム帯域内のチャネルを示す第２チャネル情報とを対応付けたものである。

ここで、表１のＭは折り返し帯域内の全チャネル数を表わし、Ｎは検索対象であるシステム帯域内の全チャネル数を表す。例えば、検出器１５０５によりチャネルｃｈ１が折り返し帯域内の空きチャネルであると検出された場合、テーブル読み込み器１５１３はｃｈ１を示す第１チャネル情報（例えばチャネル番号）をキーとして表１の折り返し周波数テーブルを参照することにより、ｃｈ１をこれに対応するｃｈ１，ｃｈ２Ｍ，・・・，ｃｈ（Ｎ−Ｍ＋１）をシステム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報として読み込むことにより、展開を行う。

具体的に、例えばＭ＝４，Ｎ＝２０の場合の動作について説明する。表２は、この場合の折り返し周波数テーブルの例を示している。

検出器１５０５により検出された折り返し帯域内の空きチャネルが図１７に示すようにｃｈ３及びｃｈ４であったとすると、表２に示す折り返し周波数テーブルを参照することにより、メモリ１５１４からのテーブルの読み込みのみで、ｃｈ３，ｃｈ４を示す第１空きチャネル情報を、ｃｈ３，ｃｈ４，ｃｈ５，ｃｈ６，ｃｈ１１，ｃｈ１２，ｃｈ１３，ｃｈ１４，ｃｈ１９，ｃｈ２０を示す第２空きチャネル情報に展開することができる。

このように第４の実施形態によると、空きチャネル展開器１５１３をテーブル読み込み器１５１３及び折り返し周波数テーブルを記憶したメモリ１５１４により実現することにより、メモリ１５１４からの読み込みによって折り返し帯域内の空きチャネルを示す第１空きチャネル情報から、システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報への展開を行う。従って、第１の実施形態に比較して演算量がさらに削減されるので、より高速に空きチャネル検索を行うことができる。

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。

本発明の第１の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機のブロック図図１中のサンプラに入力される受信信号の周波数スペクトラムの模式図図１中のサンプラの出力信号の周波数スペクトラムの模式図図３の周波数スペクトルを閾値と比較して折り返し帯域内の空きチャネルを検出する様子を示す模式図図４に示す折り返し帯域内の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルを示す模式図本発明の第２の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機のブロック図図６の無線機全体の処理手順を示すフローチャート図７中のサンプリング周波数制御ステップの処理手順を示すフローチャート本発明の第３の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機のブロック図図９中のサンプラに入力される受信信号の周波数スペクトラムの模式図図９中のサンプラがサンプリング周波数ｆｓ−１でサンプリングを行った時の出力信号の周波数スペクトラムの模式図図９中のサンプラがサンプリング周波数ｆｓ−１でサンプリングを行った時の折り返し帯域内の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルを示す模式図図９中のサンプラがサンプリングｆｓ−２でサンプリングを行った時の出力信号の周波数スペクトラムの模式図図９中のサンプラがｆｓ−２でサンプリングを行った時の折り返し帯域内の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルを示す模式図図９中のサンプラがｆｓ−１及びｆｓ−２でサンプリングを行った時の展開後のシステム帯域内の空きチャネルを合成した空きチャネルを示す模式図本発明の第４の実施形態に係る空きチャネル検索機能を有する無線機のブロック図図１６の無線機における折り返し帯域内の空きチャネルをシステム帯域内に展開した後の空きチャネルを示す模式図

符号の説明

１００，６００，８００，１５００・・・アンテナ；
１０１，６０１，８０１，１５０１・・・切り換え器；
１０２，６０２，８０２−１〜８０２−ｎ，１５０２・・・サンプラ；
１０３，６０３，８０３−１〜８０３−ｎ，１５０３・・・サンプリングクロック発生器；
１０４，６０４，８０４，１５０４・・・空きチャネル検索部；
１０５，６０５，８０５−１〜８０５−ｎ，１５０５・・・検出器；
１０６，６０６，８０６−１〜８０６−ｎ，１５０６・・・周波数分析器；
１０７，６０７，８０７−１〜８０７−ｎ，１５０７・・・レベル判定器；
１０８，６０８，８０８−１〜８０８−ｎ，１５０８・・・空きチャネル展開器；
１０９，６０９，８０９，１５０９・・・通信チャネル設定器；
１１０，６１０，８１０，１５１０・・・送受信機；
６１１・・・サンプリング周波数制御器；
１５１３・・・テーブル読み込み器；
１５１４・・・折り返し周波数テーブルメモリ；
１１５，６１５，８１５，１５１５・・・フィルタ。

Claims

無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機において、
無線周波数信号を受信して受信信号を出力するアンテナと；
前記受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタと；
前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号を出力するサンプラと；
前記サンプラからの出力信号に基づいて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報を出力する検出器と；
前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開する空きチャネル展開器；及び
前記第２空きチャネル情報に従って前記通信チャネルを設定する通信チャネル設定器を具備する無線機。
無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機において、
無線周波数信号を受信して受信信号を出力するアンテナと；
前記受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタと；
前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のそれぞれ異なるサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号をそれぞれ出力する複数のサンプラと；
前記サンプラの各々からの出力信号に基づいて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報をそれぞれ出力する複数の検出器と；
前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報にそれぞれ展開する複数の空きチャネル展開器と；
前記空きチャネル展開器により展開された各々の第２空きチャネル情報を合成する合成器；及び
前記合成器により合成された第２空きチャネル情報に従って前記通信チャネルを設定する通信チャネル設定器を具備する無線機。
前記検出器は、前記サンプラからの出力信号の周波数スペクトラムを求める周波数分析器と、前記周波数スペクトラムのレベルを判定することにより前記折り返し帯域内の空きチャネルを求めて前記第１空きチャネル情報を出力するレベル判定器とを有する請求項１または２のいずれか１項記載の無線機。
前記折り返し帯域内のチャネル使用率に応じて前記サンプリング周波数を制御するサンプリング周波数制御器をさらに具備する請求項１または２のいずれか１項記載の無線機。
前記サンプリング周波数制御器は、前記チャネル使用率が上側規定値以上のとき前記サンプリング周波数を上げ、前記チャネル使用率が下端規定値以上のとき前記サンプリング周波数を下げる制御を行う請求項４記載の無線機。
前記第１空きチャネル情報及び第２空きチャネル情報は、それぞれ前記第１空きチャネル及び第２空きチャネルの周波数を示す情報であり、前記チャネル展開器は、次式

ここで、S_sample（ｆ）は前記サンプラからの出力信号の周波数スペクトル、ｆｓは前記サンプリング周波数、Ｓ_expansion（ｆ＋ｎｆｓ）はS_sample（ｆ）を前記システム帯域内に展開した信号の周波数スペクトラム；
に従って前記展開を行う請求項１または２のいずれか１項記載の無線機。
前記空きチャネル展開器は、前記折り返し帯域内のチャネルを示す第１チャネル情報と該第１チャネル情報を前記システム帯域内に展開した第２チャネル情報とを対応付けたテーブルを記憶したメモリと、前記第１空きチャネル情報により前記テーブルを参照して、前記第１空きチャネル情報と同一の第１チャネル情報に対応する第２チャネル情報を前記第２空きチャネル情報として読み込むテーブル読み込み器とを有する請求項１または２のいずれか１項記載の無線機。
無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機における空きチャネル検索方法において、
無線周波数信号を受信するアンテナからの受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタに入力するステップと；
前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号を出力するサンプラに入力するステップと；
前記サンプラからの出力信号を用いて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報を出力するステップ；及び
前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報に展開するステップを具備する空きチャネル検索方法。
無線通信システムに割り当てられたシステム帯域内の空きチャネルを通信チャネルとして設定して通信を行う無線機における空きチャネル検索方法において、
無線周波数信号を受信するアンテナからの受信信号を特定の遮断周波数で帯域制限するフィルタに入力するステップと；
前記フィルタの出力信号を前記遮断周波数の２倍未満のそれぞれ異なるサンプリング周波数でサンプリングして折り返し帯域を有する出力信号をそれぞれ出力する複数のサンプラに入力するステップと；
前記サンプラの各々からの出力信号を用いて前記折り返し帯域内の空きチャネルを検出し、該空きチャネルを示す第１空きチャネル情報をそれぞれ出力するステップと；
前記第１空きチャネル情報を前記システム帯域内の空きチャネルを示す第２空きチャネル情報にそれぞれ展開するステップ；及び
前記空きチャネル展開器により展開された各々の第２空きチャネル情報を合成するステップを具備する空きチャネル検索方法。