JP4435216B2 - 無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、離れた周波数を複数同時に利用する無線通信端末に関する。

民生用無線通信機器の通信速度を増加させるために、周波数の割当てや利用法を変える動きが始まっている。これまでは、特定の帯域は特定の用途に限定的に使用されるよう定めてきた。しかし、現状でもすでに、いくつかの帯域は複数の用途に免許不要で開放されている。さらに、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）システム用に、非常に広い帯域を小電力近距離通信に限定して、他の用途と重ねて使用できるように開放されている。

将来のシステムとして、電波が利用されていないことを確認したらその周波数で電波を出し、その周波数で優先権を持つシステムが送信を開始したら通信を停止するといった動作を行う空き周波数検出型コグニティブ無線システムの研究が始まっている。
コグニティブ無線システムでは、優先権を持つシステム（以下プライマリシステムと呼ぶ）が利用中の周波数を避けるように周波数を利用するため、利用できる周波数はいわゆる虫食い状態となる。連続的に利用できる帯域幅は周波数によって異なる。

高速通信に必要なビットレートを確保するためには、合計して広い周波数幅を確保する必要があるので、虫食い状態の周波数を飛び飛びに利用せざるを得ない。プライマリシステムの利用開始、利用停止に伴って利用できる周波数が頻繁に変化し、さらに上に、同時に飛び飛びの周波数にある帯域幅がばらばらな信号を送受信する必要が生じる。このようなある場合、送信機および受信機は、１系統のアナログ部とＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）、Ｄ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器を用いて、広い帯域内の複数の信号をデジタル的に合成および分離し、変復調をデジタル部内で行う可能性が高い。広い帯域幅を一括してＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換する場合、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換器の帯域幅が広くなる。現在、これらのデバイスのクロック速度は飛躍的に速くなっているが、ＧＨｚオーダのクロックのデバイスを低コストに精度良く、また高い性能で作ることは未だ困難である。

こういった速度の問題に加えて、フィルタ構成の難しさから、送信機、受信機は、信号のＩ（同相信号）成分とＱ（直交位相信号）成分それぞれについて半分のクロック速度でＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行い、アナログ部でＩ，Ｑ成分を分離合成する形態をとると予想される（例えば、特許文献１参照）。

なお、複数の周波数を同時に利用するシステムとしては、例えば一般的な周波数分割多重システムがある。また、同一信号を周波数領域で反転させて異なる周波数に配置をする特殊な形態の周波数分割多重システムがある（例えば、特許文献２参照）。１端末が同時に２つまたは３つの周波数を利用するシステムとしては、例えば、サブキャリアＡＭ変調を利用したシステムがある。

このような構成の送信機においては、デジタル部で生成したＩ，Ｑそれぞれの成分をアナログ部で合成する際に、ＩとＱの信号の位相が正しく直交し、また等振幅で加算される必要がある。そうでないと、意図通りの信号が合成されず、インバランスの問題が発生する。従来の無線通信では、インバランスによって発生する問題は、自身の帯域内での問題であった。すなわち、自身の信号の信号対干渉パワー比が劣化し、通信性能が劣化することが問題であった（例えば、特許文献３参照）。特許文献３のように受信端でこれを補正してよりよい受信性能を得るための努力がされている。さらに、送信機でインバランスを極力小さくするための工夫は種々なされている。
特開平５−１４４２４号公報（図６、［０００３］，［０００４］） 特開２００１−２６７９９７公報 特開平７−３２７０５９号公報

コグニティブ無線は、プライマリシステムが利用している周波数の隙間を縫って利用する。複数の周波数帯からなる信号をＤ／Ａ変換器でＩ，Ｑ別々にアナログ信号に変換し、これらをＩ，Ｑインバランスが残るアナログ部で合成すると、プライマリシステムの周波数にスプリアスが発生する可能性がある。発生するスプリアスの大きさによっては、プライマリシステムに干渉を与える可能性がある。非常に広い帯域幅を一括してＤ／Ａ変換するよう構成されたコグニティブ端末の場合、非常に広い帯域に対して、インバランスを一様に小さくすることは難しい。

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、アナログ部に起因するＩ，Ｑインバランスによって利用帯域以外に干渉を発生させることがない無線通信端末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、本発明の無線通信端末は、少なくとも受信信号の電力が閾値よりも大きいか否かによって、自端末が送信する予定の周波数範囲のうちで利用可な周波数を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された複数の利用可な周波数の一部を含む利用帯域に対して中心周波数ｆ０を設定し、さらに、ｆ１がある周波数、Δｆ１がある帯域幅を示す場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１に含まれる、前記検出手段に検出された周波数の一部が利用可である場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１をペアの利用周波数帯として選択する選択手段と、前記ペアの利用周波数帯の各々で互いに異なる信号を送信する送信手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の無線通信端末によれば、アナログ部に起因するＩ，Ｑインバランスによる利用帯域以外の干渉を発生させないことができる。

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端末について詳細に説明する。なお、以下の実施形態中では、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。
以下、図面では本実施形態に直接関連する部分のみ示し、直接関連しない部分は図示していない。例えば、本実施形態の無線通信端末は大抵の場合、双方向端末であり、データ受信復調機能も備えるが、本実施形態の構成には直接関連しないので図示していない。

なお、本明細書における言葉の定義は以下のようである。「利用帯域」はその端末が送信する複数の信号が同時に含まれる帯域である。「利用可（または利用不可）な周波数」は、後述する空き周波数検出部１０５によって、利用可（または利用不可）と判断された各々の周波数であり、「利用周波数帯」は、利用可と判断された周波数のひとまとまりであり、かつ、端末が実際に利用するために選択した周波数である。それ以外に一般に「周波数帯」「周波数の範囲」「ひとまとまりの周波数」「まとまった周波数」等と記述した場合には、利用する利用しないによらず、ある程度の幅を持つまとまった周波数帯を示す。「周波数」と記述した場合には、一般的な解釈による単一の周波数を示すか、非常に小さい幅の周波数帯であり、端末での処理上はその幅を大抵の場合考える必要がない周波数帯を示す。

次に、本実施形態の無線通信端末について図１を参照して説明する。
本実施形態の無線通信端末１０１は、受信アンテナ１０２、受信ＲＦ部１０３、空き周波数検出部１０５、周波数選択部１０６、送信部１０４、送信アンテナ１１６を含む。

受信ＲＦ部１０３は、受信アンテナ１０２で受信した電波のうち、空き周波数を検出する必要がある周波数帯を適宜増幅して、周波数変換等を行う。さらに、空き周波数検出部１０５の処理に適した形態に変換して、その結果を空き周波数検出部１０５に渡す。

空き周波数検出部１０５は、無線通信端末１０１が送信に利用できる周波数の範囲、あるいは、次に送信に利用したい周波数の範囲内の各周波数について、キャリアセンスを行う。さらに、その結果に基づいて、各周波数を利用可、利用不可に分類する。なお、受信した電波は、空き周波数検出処理が完了するまでのいずれかのステップでデジタル信号に変換されて、デジタル的に処理されても良い。もちろん、空き周波数検出部１０５内の電波を処理する部分がアナログ回路で構成されるならばその必要はない。
空き周波数検出部１０５は、具体的には、それぞれの周波数について、プライマリシステムの電波が検出されたかどうかを、プライマリシステムの帯域幅の単位で探す。単純には、対応する帯域幅を占有する電波が一定以上のパワーで検出されたかどうかを調べ、検出されたら、そのプライマリシステムが占有する帯域を利用不可とし、検出されなければ利用可とする。空き周波数検出部１０５が高い空き周波数検出機能を有する場合、プライマリシステムではない電磁雑音が受信されている可能性を考慮し、受信された電波がプライマリシステムか電磁雑音かを、帯域幅、利用状況の時間的変動、信号の周波数的・時間的特徴から識別する機能を有する。それが電磁雑音であると判断され、そのパワーが受信性能を損なわないと判断された場合は、空き周波数検出部１０５は、電磁ノイズのみが検出された周波数は利用可な周波数に分類する。そのパワーが受信性能を損なう場合は、一応、利用不可に分類するが、下記の変形例２において後述するようにスプリアスのみ可というフラグ付けを行う。

また、無線通信端末１０１は利用可・利用不可周波数に関するデータベース（図示せず）を有し、自端末が送信に利用できる可能性がある周波数の範囲を記憶している。この範囲は、必ずしも連続した周波数の範囲である必要はない。ある周波数の範囲内から、電波を受信するのみのプライマリシステムなど、端末でのキャリアセンスでは利用可・不可を容易に判断できないシステムの周波数を除外するなどして、その結果、不連続となっていても良い。ただし、以下の説明では、利用できる可能性がある周波数の範囲は基本的に連続であるとし、このような除外については、その周波数は常に利用不可とされているものとする。
もちろん、利用できる可能性がある周波数の範囲が、主として著しく離れた２つの周波数帯からなる場合などは、個別に処理をする方が望ましい。しかし、途中に挟まれた除外した周波数の帯域幅が、端末が同時に利用する帯域幅である利用帯域よりも十分に小さい場合などは、連続した範囲として扱う方が端末での処理が簡単になる。

周波数選択部１０６は、空き周波数検出部１０５から検出結果を受け取る。周波数選択部１０６は、その結果から、図２Ｂ（ｂ）、図４、図５、図７、図１１を参照して後述するように本実施形態の特徴に適合する複数の周波数帯を利用周波数帯として選択し、送信部１０４に通知する。送信部１０４は利用周波数帯が通知されたら、それに基づいて送信を開始する。周波数選択部１０６は、中心周波数選択部１１８を含んでいる。

送信部１０４は、デジタル部１０７、Ｄ／Ａ変換器１０８−１，１０８−２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０９−１，１０９−２、周波数変換部１１０−１，１１０−２、ローカル発振器１１１、９０°移相器１１２、加算器１１３、バンドバスフィルター（ＢＰＦ）１１４、パワーアンプ（ＰＡ）１１５を含む。送信部１０４は、周波数選択部１０６で選択された利用周波数帯の情報を取得する。Ｄ／Ａ変換器１０８−１，１０８−２を除く送信部１０４内の各装置は取得したこの情報がその後の動作に影響する場合がある。
デジタル部１０７に、上位レイヤ処理が完了した送信データがデータ入力１１７から入力する。デジタル部１０７は、周波数選択部１０６から送信部１０４に通知された利用周波数帯の情報に基づいて、入力されたデータを、１つ以上の利用周波数帯に適した形の複素変調信号に変換する。続いて、それぞれの複素変調信号を対応する利用周波数帯に配置して、利用帯域内の送信信号を形成する。形成された送信信号は、ベースバンド信号、すなわち、利用帯域の中心周波数が０にあり、負の周波数まで含めて信号が配置された、複素数のベースバンド信号である。

デジタル部１０７は、生成した複素ベースバンド信号をＩ成分とＱ成分に分け、それぞれを別々のＤ／Ａ変換器１０８−１，１０８−２に出力する。Ｄ／Ａ変換器１０８−１，１０８−２はこれらをアナログ信号に変換して出力する。Ｄ／Ａ変換器から出力されたアナログ信号はそれぞれ、ＬＰＦ１０９−１，１０９−２を通過し、エイリアス成分が除去される。

ローカル発振器１１１は、利用帯域の中心周波数に相当するローカル信号を出力する。９０°移相器１１２は、ローカル信号を入力として、互いに９０°位相がずれた２つの信号を周波数変換部１１０−１，１１０−２にそれぞれ出力する。周波数変換部１１０−１にはＩ成分のベースバンド信号が、周波数変換部１１０−２にはＱ成分のベースバンド信号が入力されており、これらは互いに９０°ずれたローカル信号によってＲＦ信号に変換される。なお、周波数変換部１１０−１，１１０−２は、図１ではミキサとして示しているが、実際には、利得調整部など種々のブロックも同時に有しており、それら全体で周波数変換機能が形成されている周波数変換部である。

加算器１１３は、ＲＦ周波数に変換されたＩ成分とＱ成分との信号を加算する。インバランスによるスプリアスを発生させないためには、デジタル部１０７でＩ成分とＱ成分が分離されてから、加算器１１３で加算されるまで、Ｉ成分とＱ成分の位相関係や振幅関係が正しく保たれる必要がある。

ＢＰＦ１１４は、加算された信号から利用帯域外のスプリアスを除去する。ＰＡ１１５はスプリアスを除去した信号を増幅する。送信アンテナ１１６から信号が放射される。

次に、このような送信系での問題点を、図２Ａ（ａ）、図２Ａ（ｂ）、図２Ｂ（ａ）を参照して簡単に説明し、本実施形態の構成、動作、作用によって、問題点が解決することを説明する。
図１の説明において上述したように、Ｉ，Ｑそれぞれの成分は分離されてから合成されるまで正しい位相関係と正しい振幅関係が保たれる必要がある。しかし、Ｄ／Ａ変換器以降の構成はアナログ回路であるので、帯域内全ての周波数において完全に等振幅、９０°の位相関係を保つことは困難である。多少のインバランスの発生は避けられない。インバランスが発生すると、中心周波数に対して正負が反転した信号がスプリアスとして信号に重畳される。

例えば、図２Ａ（ａ）のようにプライマリシステムが利用を行っており、コグニティブ端末がその利用帯域を図２Ａ（ｂ）に示すように定めたとする。なお、利用帯域外のプライマリシステム信号の図示は省略した。本実施形態の無線通信端末は、プライマリシステムの隙間を利用する。図２Ａ（ｂ）のようにその隙間に自分の送信信号を飛び飛びに配置したとする。もし、この状態で、アナログ回路にＩ，Ｑインバランスがあると、図２Ｂ（ａ）のように中心周波数ｆ０に対して、コグニティブ端末信号の正負が反転したスプリアスが、インバランスの大きさに対応した量で発生する。図２Ｂ（ａ）において、スプリアスは明らかにプライマリシステムが利用中である周波数と重なっている。プライマリシステムの受信機がコグニティブ送信機の近くにある場合には、干渉となる可能性がある。

そこで、本実施形態では、中心周波数に対して対称に利用周波数帯を選択する。その例を図２Ｂ（ｂ）に示す。プライマリシステムの利用状況は図２Ａ（ａ）、図２Ａ（ｂ）、図２Ｂ（ａ）と同じであるが、コグニティブ端末の利用周波数帯は異なる。
本実施形態のコグニティブ端末は中心周波数ｆ０に対して図２Ｂ（ｂ）中２１７−１ａと２１７−１ｂで示された周波数帯をペアで利用周波数帯として選択する。２１７−１ａと２１７−１ｂは中心周波数ｆ０に対して、対称の位置に存在し、その帯域幅も同じである。すなわち、２１７−１ａはｆ０＋ｆ１〜ｆ０＋ｆ１＋Δｆ１を占めるバンドであり、２１７−１ｂはｆ０−ｆ１−Δｆ１〜ｆ０−ｆ１を占めるバンドである。同様に２１７−２ａと２１７−２ｂはｆ０±ｆ２からｆ０±ｆ２±Δｆ２の帯域をｆ０に対して対称に占有している。２１７−３ａ，ｂ、２１７−４ａ，ｂも同様である。これらの利用周波数帯も、当然プライマリユーザが利用中の周波数を避けるように選択されている。

プライマリユーザの利用中周波数を避けつつ、このようなペアの利用周波数帯を選択するアルゴリズムの詳細は図８、図９、図１３を参照して後述する。なお、本実施形態では、基本的には、利用周波数帯の幅は、その場面でのプライマリシステムの利用状況に依存して、利用周波数帯（ペア）ごとに異なる。それぞれの利用周波数帯は、シングルキャリアで利用されてもよいし、ＯＦＤＭのようなマルチキャリアで利用されてもよい。

このように中心周波数に対称に利用周波数帯を選択すると、インバランスによるスプリアスは、図２Ｂ（ｂ）に示すように、コグニティブ端末の利用周波数帯上に発生する。コグニティブ端末の送信品質は劣化するが、プライマリユーザに対する干渉にはならない。このように構成することによって、プライマリユーザに干渉を与えにくい無線通信端末を実現することが出来る。

図２Ｂ（ｂ）の例では、８つの利用周波数帯を４つのペアとして同時に選択した。ペアの数はいくつでもよく、もちろん１つでも良い。また、例えば、選択した利用帯域に利用不可の周波数が１つもなく、利用帯域全部をコグニティブ端末が利用できる場合には、これを意図的に２つに分割してペアの利用周波数帯として用いる必要はなく、１つの利用周波数帯として利用すればよい。もし、コグニティブ端末が利用中である利用帯域中でプライマリユーザが利用を開始した場合には、本実施形態の構成を適用し、利用帯域を分割してペアの利用周波数帯を設定すればよい。

利用帯域内でのプライマリシステムの利用状況が図２Ａ（ａ）のようである場合、ｆ０を中心にして対称に選択したペアの利用周波数帯のみを、コグニティブ端末は利用する。したがって、利用帯域の中心周波数に最も近いペアでも、ｆ１および帯域幅Δｆ１が正であるとき、Δｆ１＜ｆ１の条件を満たしている。しかし、図３のように利用帯域の中心近辺にプライマリシステムが存在せず、比較的広帯域に利用可な周波数が広がっている場合がある。このような場合には、図３に示すように中心周波数ｆ０の近傍にペアでない、大きい帯域幅Δｆ５の単独の利用周波数帯３０１を設定し、それに加えて、図２Ｂ（ｂ）と同様にｆ０に対して対称に２１７−２ａ，ｂ、２１７−３ａ，ｂ、２１７−４ａ，ｂを選択すると良い。このようにすると、まとまって利用可である周波数帯があり、かつ、その周辺にこれとペアを作れる程度に大きい利用可な周波数帯がない場合でも、まとまって取れる利用可な周波数を無駄なく利用することが出来る。

このようなマルチキャリアシステムで問題となる事項の一つに、複数キャリアの信号が多重されることによって、信号のピーク対平均パワー比（ＰＡＰＲ）が大きくなることが挙げられる。その結果、送信機、受信機に要求されるダイナミックレンジが大きくなって、消費電力や回路規模の増大を招く。各キャリアが（ＯＦＤＭやＣＤＭＡではなく）シングルキャリア形式で変調されている場合、各キャリアのパワーがおおよそ等しいならば、多重されるキャリアの数が少ない程、要求されるダイナミックレンジは小さくなる。あるいは、コグニティブ端末が送信できるパワーが、単位周波数あたりのスペクトル密度で定義されるスペクトルマスクで与えられており、図３のように、各利用周波数帯で送信する信号のスペクトル高さがほぼ等しくなる場合がある。このような場合、１つの利用周波数帯の帯域幅が大きくなれば、そこで送信される信号のパワーも当然大きくなる。マルチキャリア数が多くても、どれか１つが他より非常に大きいパワーを持っている（すなわち、非常に広い帯域幅を持っている）場合、ＰＡＰＲは大きいパワーを持つキャリアでほぼ決定し、他のキャリアの寄与は小さくなって、結果として、ＰＡＰＲはあまり大きくならない。
したがって、利用可な周波数帯が広く取れる場合には、これを分割せずに中心に据えて利用することによって、ＰＡＰＲを小さくすることができる。

大きい利用周波数帯を中心に持ってくるか、ペアの利用周波数帯の一部として用いるかを選択するアルゴリズムは図１０を参照して後述する。なお、利用不可な周波数には、空き周波数検出部１０５がプライマリユーザ使用中と判断した帯域のみではなく、例えば、電波を出さないか、非常に小さい空間的または周波数的パワー密度で利用しているプライマリユーザがいる可能性が高い帯域も含まれる。さらに、利用不可な周波数帯が時間的に変化する場合もある。すなわち、コグニティブ端末がプライマリユーザを検出するために故意に送信を停止させることがあるが、その期間内は停止させている周波数を含む。また、キャリアセンスを行ってから送信を開始するプライマリシステムユーザのキャリアセンスを助けるために、電波が検出されなくても故意に、定期的に利用不可にすることもある。

（変形例１）
本実施形態の別の例では、ペアで利用周波数帯を選択した後、一方を無信号の状態で運用しても良い。すなわち、片一方では信号を送らない。図４にその例を示す。図２Ａ（ａ）と同じプライマリシステムの利用状況であり、おおよそは図２Ｂ（ｂ）と同じように利用周波数帯を選択している。しかし、２１７−３ｂとペアになるべき周波数ｆ０＋ｆ３の周波数には信号は居ない。周波数選択部１０６は、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３が利用可な周波数であるので、これを、２１７−３ｂの周波数帯とともに利用周波数帯として選択したが、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３では信号を送っていない。ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３を利用しない理由は、例えば、この帯域を利用しなくてもコグニティブ端末が要求する伝送レートは満足できるからである。その結果、キャリア数を減らして端末の処理負担やダイナミックレンジへの負担が軽減できる。

このような場合、２１７−３ｂの信号がインバランスによって発生させるスプリアスがあるので、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３にはスプリアスだけが存在することになる。もしも、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３を空ける理由が、そこにあるプライマリユーザをコグニティブ端末の送信中にも発見するためであるならば、図４のような周波数配置は望ましくない。この場合、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３は利用不可な周波数と分類するのがよい。そのようにすると周波数選択部１０６は２１７−３ｂを利用周波数帯として選択しないため、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３にスプリアスが漏れこむことがなくなり、より良い感度でプライマリユーザを検出することが可能となる。

また、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３にスプリアスを出したくない場合には、ペアで利用周波数帯を選択した後、両方を無信号の状態で運用しても良い。すなわち、両側で信号を送らない。２１７−３ｂとペアになるべき周波数ｆ０＋ｆ３の周波数に信号を出さない（すなわち無信号とする）だけでなく、２１７−３ｂにも信号を出さない。このようにすると、ｆ０＋ｆ３〜ｆ０＋ｆ３＋Δｆ３ではスプリアスは発生しなくなる。例えば、自または他の無線通信端末のキャリアセンスを助けるために一時的に両方を無信号にする場合などに、この方法を利用する。

図１に示すように、周波数選択部１０６は基本的にその内部に中心周波数選択部１１８を持っている。本実施形態では、利用帯域の中心周波数ｆ０は、一定の範囲内、すなわち本実施形態の端末が利用できる可能性がある周波数の範囲内で連続的に可変である。または、いくつかの周波数から選択可能である。すなわち、利用帯域は必要に応じて選択または変更できる余地がある。
本実施形態の端末の利用帯域の帯域幅の上限は、Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ変換器の帯域幅の制限によって、（例えば１ＧＨｚと）決まっている。一方、利用できる可能性がある周波数の範囲が３〜１２ＧＨｚの範囲であれば、その中心周波数ｆ０は３．５ＧＨｚ〜１１．５ＧＨｚの範囲から選択できる。ＬＰＦ１０９−１，１０９−２のカットオフ周波数を可変にすることにより、利用帯域の帯域幅として上限値より狭い値を許容する場合がある。この場合、中心周波数は３ＧＨｚを若干越えた周波数から１２ＧＨｚ弱の周波数までの周波数から選択可能である。

電波の利用状況は周波数帯によってさまざまである。電波の性質、例えば直進性、単位距離あたりの減衰量などは周波数によって異なる。本実施形態の端末に、通信端末としての要求性能、すなわち、伝送レートや伝送距離があり、周波数選択部１０６はこれらも同時に満たすように利用帯域を選択する。

本実施形態の構成では、利用帯域の中心周波数ｆ０に対して対称に利用周波数帯を選択していく。多くの場合、伝送レートは利用帯域内の利用周波数帯の帯域幅の合計に比例する。利用不可な周波数を避けながら選択を行っていくので、利用不可な周波数を本実施形態の端末は制御できないことを考えれば、ｆ０が完全に固定では、大きな伝送レート要求を満たすことが難しい場合がある。利用不可な周波数の分布によっては、利用周波数帯を非常に細かく設定せざるを得ない可能性もあり、前述のようなＰＡＰＲの問題から、望ましくない。また、距離を飛ばしたいために、低い周波数に限定して送信を行いたい場合もある。

このような場合、ｆ０を可変とすることによって、中心周波数に対して対称に取れる利用周波数帯を選択しやすくすることが可能である。本実施形態では、伝送レート要求を満足させたり、伝送レート要求を満足しつつ利用周波数帯数が少ない利用帯域を、限定された周波数範囲の中で探すステップを設ける。その結果、端末の要求をほぼ満足させる利用周波数帯を選択できる可能性が高くなる。

このような場合、送信部１０４は当然、可変なｆ０に対応して送信信号を生成できるように構成されており、周波数選択部１０６の指示にしたがって、ローカル発振器１１１の周波数を変更できる。

（変形例２）
次に、本実施形態の他の例について図５を参照して説明する。利用不可に分類されたが、スプリアスのみ可というフラグ付けがなされる場合は、具体的には、下記のような場合である。例えば空き周波数検出部１０５によって、その周波数で電波が観測されたが、その電波はプライマリユーザのものではなくＰＣなどの電磁雑音であると判断された場合である。あるいは、本実施形態の端末と同等かそれ以下の優先権しか持たない他の端末のものであって、距離的に互いの受信感度に大きな影響を及ぼさないと判断された場合である。さらには、プライマリユーザであっても、本実施形態の端末が出すスプリアスに対して、本質的に強い耐性を持っているか、本実施形態の端末が出すスプリアスより十分な大きなパワーを有しており、スプリアスによる干渉の影響が小さいと判断された場合である。これらの場合には、本実施形態の端末は、その周波数をスプリアスのみ可と識別する。その周波数を利用周波数帯として選択はしないが、その周波数に対してスプリアスが出ることを許容するような利用周波数帯の選択を行う。これらの判断は、例えば、端末が、各プライマリシステムの使用周波数に関するデータベースを有していて、これを参照して行う。あるいは、後述するスペクトルマスクを利用して判断してもよい。

中心周波数ｆ０に対して左右対称のある周波数帯を仮定したとき、左右の周波数帯のうちの一方の全てが利用可であり、他方は一部が利用可で、残りがスプリアスのみ可である場合を考える。このような場合、全体が利用可である方の周波数帯と、一部が利用可である周波数帯の中の利用可な部分を利用周波数帯として選択する。

図５の状況は図２Ｂ（ｂ）と一部異なるものである。２１７−１ａ，ｂ、２１７−２ａ，ｂは図２Ｂ（ｂ）と同じであるが、５０１−６ａ−１，５０１−６ａ−２，５０１−６ｂが図２Ｂ（ｂ）と異なっている。ｆ０より負側では、ｆ０−ｆ３から負方向にΔｆ５０２ｂの帯域を利用周波数帯として選択している。Δｆ５０２ｂの帯域中は全て利用可な周波数である。一方、ｆ０より正側では、ｆ０＋ｆ３からΔｆ５０２ａ−１の帯域と、ｆ０＋ｆ４からΔｆ５０２ａ−２の帯域が利用可であり、これらも利用周波数帯として選択されている。各々の周波数では、５０１−６ｂ，５０１−６ａ−１，５０１−６ａ−２の信号が送出されている。これらの信号はアナログ部のインバランスにより、対称の周波数位置にスプリアス５０４−６ｂ，５０４−６ａ−１，５０４−６ａ−２を発生させている。５０１−６ａ−１，５０１−６ａ−２によるスプリアス５０４−６ａ−１，５０４−６ａ−２は信号５０１−６ｂの帯域に完全に含まれているため、これらは、他システムへ悪影響は及ぼさない。一方、５０１−６ｂによる５０４−６ｂはその一部は５０１−６ａ−１，５０１−６ａ−２に重なっているが、別の一部は他システム信号（または電磁雑音）である５０３に重なっている。これによって、５０３は干渉を受けているが、５０３の周波数はスプリアスのみ可と判断された周波数である。本実施形態の端末から発せられるスプリアスに殆ど影響を受けないと判断されたため、このような利用周波数帯選択を行った。

このようにすることによって、他システムに影響を与えることなく、５０１−６ｂを２つに分割する必要がなくなる。その結果、多重数が減少し、端末の処理負担が軽減され、ダイナミックレンジ要求が緩くなる。

さらに、図６のように双方とも一部ずつこのような関係になっていてもよい。図６では、図５と同様に信号５０１−６ｂのスプリアス５０４−６ｂが他システム波（または電磁雑音）５０３に重なっている。そしてさらに、５０１−６ａ−１のスプリアス５０４−６ａ−１が他システム波（または電磁雑音）６０１に重なっている。これは５０３の場合と同様に６０１も干渉に対して耐性をもつ波であると判断し、５０１−６ａ−１の帯域幅を図５より広げた結果である。

なお、５０３や６０１が電磁雑音ではなく他システム波である場合に、ここにスプリアスがかかっても良いと判断する基準は例えば、下記の通りである。その周波数に対するスペクトルマスクが規定されており、本実施形態の端末が出すスプリアスがそのマスク内である場合である。そのようなスペクトルマスクが規定されていない場合は以下のようにする。本実施形態の端末が出すスプリアスが、各周波数の他システムの受信時に影響を与えない程度に小さいとみなせる閾値を設ける。この閾値は、空き周波数検出部１０５により受信されたパワーに対応して設けられる。この閾値以上の受信パワーが受信されている場合にはスプリアスのみ可と判断する。換言すれば、利用不可な周波数を利用中の他の無線通信端末の干渉に対する許容値が高い場合である。このような場合は、その他システム端末の受信感度要求か閾値を、予め、データベースなどに記憶している必要がある。データベースは本実施形態の無線通信端末が備えていてもよいが、データベースが外部にあってそこに無線通信端末がアクセスできるようになっていてもよい。

なお、このように若干非対称になる利用周波数帯の組の候補が複数あり、かつ、容量的に全てを選択する必要がない場合には、より干渉に強いシステムの周波数にスプリアスが重なる組から選択していくとよい。

（変形例３）
次に、利用帯域内で中心周波数に対して対称な利用周波数帯を複数取ることが出来、かつ、本実施形態の端末の伝送レート要求を考慮すると、全ての利用周波数帯を利用する必要がない場合について述べる。このような場合、本実施形態のコグニティブ端末は、それが必要とする伝送レートを参照しながら、容量の大きい利用周波数帯ペアから選択していく。容量は単純には、その帯域幅でよいが、もしも周波数によって変調多値数や変調方式を変えるような場合には、その利用周波数帯で伝送できるレートで比較するとよい。

例えば、利用帯域内の状況が、フルに利用した場合には図２Ｂ（ｂ）のようになる場合を考える。この中で利用周波数帯になりうる左右対称の利用可な周波数帯の容量は、２１７−４ａ，ｂ（のいる帯域、以下同じ）、２１７−３ａ，ｂ、２１７−１ａ，ｂ、２１７−２ａ，ｂの順に大きいとする。本実施形態の端末がこの全てを必要としない場合、まず、２１７−４ａ，ｂを選択し、それでも足りない場合２１７−３ａ，ｂを選択し、というように大きい順に選択していく。ただし、最後に選択される利用周波数帯は、選択した利用周波数帯内の容量の余りが小さくなるように必要最小限の容量のものを選択すると良い。

例えば、図７に示すように利用周波数帯を選択する。２１７−４ａ，ｂ、２１７−３ａ，ｂを選択した後に、残りの必要容量を次に大きい２１７−１ａ，ｂの帯域と比較する。残りの必要容量は２１７−１ａ，ｂより十分小さく、もう１つ容量の小さい２１７−２ａ，ｂのうち一方のみで十分であることが判明したので、２１７−２ａのみを利用することに決定した。

このような選択を行うために、無線通信端末が行う手順について図８を参照して説明する。
まず、必要帯域をＣとし、各利用周波数帯の伝送容量は左右完全に対称であると仮定して、容量の大きい順に２＊ａ_１、２＊ａ_２、・・・とする。最後を識別するために、この最後に容量が０である２＊ａ_ｎという架空の周波数帯をつける。ａ_ｎが比較の対象になっている時は、同一の条件下では選択されるべき利用周波数帯が存在しないことを意味する。これらの合計はＣ以上であるとする。以下利用周波数帯を容量のサイズで記述する。選択途中の残りの必要帯域をＲとすると、一番初めはＲ＝Ｃである（ステップＳ８０１）。Ｒと、その時残っている容量最大の利用周波数帯ペア、すなわちｉ番目のペアが最大であるならば、２＊ａ_ｉと、を比較し（ステップＳ８０２）、Ｒの方が大きければ、２＊ａ_ｉを選択し、ＲにＲ−２＊ａ_ｉを、ｉにｉ＋１を代入して（ステップＳ８０３）、ステップＳ８０２に戻る。Ｒが２＊ａ_ｉ以下となった場合、次にはａ_ｉと比較する（ステップＳ８０４）。Ｒがａ_ｉより小さければ、Ｒと、順次ａ_ｉ＋１，ａ_ｉ＋２とを比較していく（ステップＳ８０５、Ｓ８０６）。Ｒより小さい周波数帯が見つかったら、その一つ前を利用周波数帯として選択して終了する（ステップＳ８０７）。Ｒがａ_ｉ以上の場合は、Ｒと、次に大きいペア２＊ａ_ｉ＋１とを比較する（ステップＳ８０８、Ｓ８０９）。同様にペアの容量がＲより小さくなった所で１つ前のペアを選択して終了する（ステップＳ８１０）。

このようにして最後の１つまたは１ペアは必要最小限のものとする。なお、図８の手順は、最後に選ぶ利用周波数帯として、ペアを選ぶことも、ペアの一方のみを選ぶことも可能な場合に、ペアの一方のみを選んで、利用周波数帯の合計数が少なくなるアルゴリズムである。利用周波数帯の数が少ないと、前述のようにＰＡＰＲが小さくなって、端末に要求される仕様が緩くなる。

しかし、ペアの一方のみを使用する状況は図４に示すように、ペアの他方に相当する周波数帯にスプリアスのみを発生させる。もし、ここでプライマリユーザが送信を開始し、それがスプリアス耐力を持たない場合には、選択した方の利用周波数帯の利用を中止したり、帯域を分割したりする必要が生じる。もちろん、選択した方の利用周波数帯でライセンス端末が送信を開始した場合も同様のことが起きる。一方、ペアを優先的に選択するアルゴリズムを用いた場合、ペアとしての帯域幅の合計値は、基本的に、一方のみを選択した時の半分になる。そのため、プライマリユーザ送信開始に伴う利用中止のリスクは少なくなる。したがって、利用帯域内のプライマリユーザが送信を開始する頻度が高いと予想される場合には、ペアを優先的に選択するのが望ましい。

その場合に無線通信端末が行う手順について図９を参照して説明する。基本的には、図８と同様であるが、ペアを優先的に選択している。最小のペアでも容量が余る場合のみペアの一方のみを選択するルーチンに入る。
ステップＳ８０２でＲが２＊ａ_ｉ以下であった場合には、ｍにｉを代入する（ステップＳ９０１）。２＊ａ_ｉ＋１がＲよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ９０２）。小さく無い場合にはｉ＋１をｉにして（ステップＳ９０３）ステップＳ９０２の判定を繰り返す。ステップＳ９０２で２＊ａ_ｉ＋１がＲよりも小さい場合には２＊ａ_ｉ＋１＝０であるか否かを判定する（ステップＳ９０４）。ステップＳ９０４で２＊ａ_ｉ＋１＝０でない場合には、２＊ａ_ｉを選択し、選択を終了する（ステップＳ９０６）。ステップＳ９０４で２＊ａ_ｉ＋１＝０である場合には、Ｒがａ_ｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９０５）。大きい場合にはステップＳ９０６に進み、大きくない場合にはＲがａ_ｉ以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０７）。Ｒがａ_ｉ以下でない場合にはｉの値を１つ下げ（ステップＳ９０８）、ステップＳ９０７を繰り返す。Ｒがａ_ｉ以下となったら、ａ_ｉを選択する（ステップＳ９０９）。

なお、図５や図６に示したように、ペアの中に左右非対称な組が混在する場合には、２＊ａ_ｉを組の容量の合計値とする。単一の周波数帯選択のフェーズに入ったら、選択されていない組を単一の周波数帯の大きさの順に並べ替えて選択を行っていけばよい。

次に、周波数選択部１０６によって行われる、利用帯域、その中心周波数と、利用周波数帯の具体的な決定方法を述べる。端末の構成によっては、利用帯域を通信セッションごとに決定することもあるが、大方は出来るだけ多くの伝送レートが取れるように予め選択しておき、通信セッションごとに要求に見合う利用周波数帯を選択する。あるいは、利用周波数帯も最初に選んでおき、伝送レートが大きく変動した場合のみ、利用周波数帯を選択しなおしてもよい。利用帯域の選択・変更は、例えば、端末の電源が投入された時、端末の移動や他システム状況の変化などにより周囲の電波状況が大きく変った時、さらには、端末の要求伝送レートを満たすことが出来なくなった時に行う。

周波数選択部１０６は、自端末が利用できる周波数あるいは伝播距離などの事情から利用したい周波数全体のうち、利用可な周波数、利用不可な周波数を空き周波数検出部１０５から通知されている。また、空き周波数検出部１０５が電波の詳細を解析する能力を有する場合、スプリアスのみ可な周波数も同時に通知されている。

本実施形態の端末は、図３のように、利用帯域の中心近傍に単一で利用周波数帯を選択できる。利用帯域の中心周波数と利用周波数帯決定の最初のステップで、利用周波数帯を中心に置くモードを採用するかどうかを決定する。

このようなモードを取る目的は、大きい利用可な周波数帯が存在するのに、左右対称の利用周波数帯の一方として利用できないがために、分割するような事態が発生しないようにすることである。中心に利用周波数帯を据えるかどうかを決定するルーチンのフローチャートを図１０に例示する。
まず、一定以上まとまった利用可な周波数を探す。空き周波数検出部１０５から通知された状況から、利用可な周波数のまとまりを計算し、その中の一番大きいまとまりを探す。その幅が、あるいはそこで伝送可能なレートが、予め定められた閾値を超えていた場合（ステップＳ１００１）、これを利用帯域の中央に配置する（ステップＳ１００５）。
端末が、利用帯域を通信セッションごとに決定する場合には、閾値は、そのセッションに必要なレート、または、それに相当する周波数幅に設定すればよい。しかし、大きい利用可な周波数帯を中央に配置すると決定すると、利用帯域が固定されてしまう。結果として、利用帯域内のトータルの伝送レートを思うように大きく出来ない可能性が有る。したがって、特に、利用帯域を予め決定しておく場合には、それ１つしか取れなくても支障を来たさない程度に閾値を大きくしておくことが望ましい。例えば、閾値を利用帯域の帯域幅の最大幅の半分とするなどである。これを第１の閾値とする。

第１の閾値による条件を満たさない場合でも、中心に据えた方が結果としてよい場合がある。そこで、第２の閾値を設けてこれを判断する（ステップＳ１００２）。例えば、これを利用帯域の帯域幅の最大値の１／４と定める。最大の利用可な周波数帯の幅が第１の閾値と第２の閾値の間にある場合には、以下のように判断する。その近傍の周波数に、ある程度大きい利用可な周波数のまとまりが、双方が同一の利用帯域に入れるような周波数に存在すれば、それとペアにする。ペアにすることによって、単独で用いたときより伝送レートの合計が少なくならないように、その大きさは、最も大きいまとまりの帯域幅の半分を超えている必要がある（ステップＳ１００３）。近傍のスプリアスのみ可の周波数を利用したり、複数のペアを作ることによって、伝送レートの合計は小さくならない場合もあるが、中心に据えるか据えないかの識別方法としてはこれで十分である。ただし、このケースは、図１３を参照して後述する通常の利用帯域決定アルゴリズムに含めることができるため、この条件を満たす場合は、中央に利用周波数帯を据えずに、中央に据えるルーチンから出るものとする。

このようなペアにできる他の周波数帯が存在しなければ、第１と第２の閾値の間にある最大の利用可な周波数帯を中心に据える。最大のものが第２の閾値未満である場合には、中心には据えないことにする（ステップＳ１００４）。なお、上記の数値はあくまでも目安である。フロー内では、前記と同様に帯域幅の値が帯域そのものを指している。中心に利用周波数帯を据える場合は、その後、その周囲の利用周波数帯を決定するためのルーチンに移行する。（ステップＳ１００６）。そうでない場合は、図１３を参照して後述する通常の利用帯域決定アルゴリズムに移行する（ステップＳ１００４）。

中心に据える利用周波数帯が決定したら、その他の利用周波数帯を下記のように決定する。最も単純な方法では、中心に据えた利用周波数帯の中心周波数を利用帯域の中心周波数とおいて、左右対称になっている利用可な周波数帯があるか調べ、これらをペアの利用周波数帯として決定していく。スプリアスのみ可の周波数が利用帯域内に含まれる場合、決定した各々の利用周波数帯の幅が広げられないかどうか調べ、広げられるなら広げる。場合によっては、２つ以上に一旦分割された利用周波数帯を結合する（例えば図５の５０１−６ｂ、５０１−６ａ−１、５０２−６ｂ−２の組のようになる）。

中心に据えた利用周波数帯の中心周波数を利用帯域の中心周波数に決定すると、中心周波数が一意に決定する。その結果、他の利用周波数帯の合計伝送レートがあまり大きくならなかったり、他の利用周波数帯が非常に細かく分割されることがある。このような事態を避けるために、利用帯域の中心周波数を、中心に据えた利用周波数帯の中心周波数とは少々異なる周波数として、伝送レート、利用周波数帯ペア数を再計算する機構を持つと良い。

まず、中心周波数候補の範囲を決定する。中心に据えた利用周波数帯の中心周波数と大きく異なると中心の利用周波数帯で左右対称に取れる帯域が著しく減少してしまって、伝送レートが減る可能性があるので、例えば、利用帯域の帯域幅の最大値の１／１０などと決めると良い。その中の例えば５点、１０点を中心周波数候補として選択し、伝送レートの合計や、利用周波数帯の数をそれぞれの場合で調べる。伝送レートが大きくなる点や、利用周波数帯の数が伝送レートをあまり減らさずに小さく出来る点を探す。何を最も良いと判断するかは、設計によって異なる。より目標に近い性能で出来る点を発見したら、そこを中心周波数とする。これが、中心に据えた利用周波数帯の中心周波数とは異なる場合、中心の利用周波数帯のレートは減少する。そこで、その左右にある利用不可な周波数、特に利用帯域の中心周波数に近いほうの周波数が、スプリアスのみ可になっていないかどうか検証する。なっていれば、そこにスプリアスが重なるように中心の利用周波数帯の幅を広げると良い。例えば、図１１のようである。利用帯域の中心ｆ０と、中心に据えた利用周波数帯の中心ｆｃ７は、異なっており、信号１１０１のスプリアス１１０２はその高周波側にある他システム信号１１０３に重なっている。ただし、１１０３は電磁雑音または干渉耐性が強い信号である。これは１１０３の周波数がスプリアスのみ可であるため、中心に据えた利用周波数帯を低周波側に拡大した結果である。

このようにして利用帯域の中心周波数が決定したら、決定する際計算した利用周波数帯ペアを利用周波数帯として選択する。これらについても、同様に、スプリアスのみ可の周波数を利用して帯域幅を広げられるかどうか再調査してもよい。

次に、利用帯域の中心に利用周波数帯を据えない場合の利用帯域および利用周波数帯選択アルゴリズムの例について図１３を参照して説明する。
最も単純な方法は、２つの大きい利用可な周波数帯の中央を利用帯域の中心周波数にする方法である。まず、これまでと同様に、周波数選択部１０６が利用可な周波数をまとまりにする。次に、まとまりの幅、あるいはそのまとまりでの伝送レートが大きい順に順位を付けて、番号を振る（ステップＳ１３０１）。例えば、大きい順にｂ_１，ｂ_２，・・・とする。まず、大きい順に２つの組、ｂ_１とｂ_２の組を作り（ステップＳ１３０２）、これが同一利用帯域内に入る周波数関係にあるかどうか調べる。組の内の高周波側にある周波数帯の最大周波数と、低周波側にある周波数帯の最小周波数の差が、利用帯域の幅の最大値より小さければよい（ステップＳ１３０３）。この条件を満たす場合は、この２つの間にある周波数を利用帯域の中心周波数にすることに決定する（ステップＳ１３０５）。満たさない場合は、次に大きい組ｂ_１とｂ_３について同様に調べる。２つとも同一の利用帯域内にある組を見つけるまで続ける（ステップＳ１３０４）。このようにして、中心周波数を決定する。なお、調べていく順序は、作った組でとれる対称の利用周波数帯がより大きい伝送レートとなるようにする。例えば、（ｂ_１，ｂ_２），（ｂ_１，ｂ_３），（ｂ_２，ｂ_３），（ｂ_１，ｂ_４），・・・という様に、組の中に番号の大きい周波数帯が出来るだけ出てこないような順番にするとよい。図１３に示すフローの中では、ｉとｊの差が１であるか２であるかによってインクリメントする方を変える形でこれを実現している（ステップＳ１３０４）。

（中心周波数選択方法１）
組が決定したら、次に、利用帯域の中心周波数を決定する（ステップＳ１３０５）。最も単純な方法では、これらの中心周波数を足して２で割った周波数を利用帯域の中心周波数とすると良い。その後はこれまでと同様である。すなわち、左右対称のペアの利用周波数を探して決定し、場合によってはスプリアスのみ可の周波数を考慮して非対称化するといった手順で、利用周波数帯を決定していく。完全に対称に選択する場合は、スプリアスが重ならない部分は利用周波数帯としては選択しない。最初に選んだ組は、選んだ段階では帯域幅が対称でないことが多いので、対称化も手順の中に組み込むとよい。図１３は最も単純な手順であって、中心周波数は最初に決定した利用周波数帯の中心周波数の中央とし、また、非対称化を行わない場合のフローである。

（中心周波数選択方法２）
組が決定した後に、より性能を重視して利用帯域の中心周波数を決定する他の方法としては、以下のような方法がある。この組の小さい方からのスプリアスが大きい方の周波数帯に重なる範囲で、利用帯域の中心周波数を変化させてみる。それによって、利用帯域内で取れるレートや利用周波数帯の数が改善するかどうか調べる。図１２を参照して説明する。１２０１と１２０２は決定した組に仮に置いた信号である。この段階ではまだ周波数帯は対称化されていない。１２０１と１２０２の間にあり、かつ、帯域幅の小さい方である１２０１のスプリアスが１２０２に完全に重なる利用帯域の中心周波数ｆ０の範囲は、図示したような範囲となる。すなわち、１２０１の高周波端と１２０２の低周波端の周波数の平均から、１２０１の低周波端と１２０２の高周波端の平均までである。この範囲内で、範囲の広さに対応した数のいくつかを利用帯域の中心周波数と仮定して、それぞれについて取れるレートなどを調べ、最も良いものを選択する。中心周波数が決定した後の処理は他と同様である。

図１３の手順では、大きい帯域から順に調べて利用帯域内に入るものが見つかった段階でそれに決定していた。しかし、より性能が高い中心周波数を求めるために、組の候補を複数見つけて比較しても良い。例えば、図１３と同様に組を見つけていって、一定個数、例えば３個、５個等と見つかった段階で、それぞれの中心周波数を決定し、比較する。それぞれについて、さらに図１２のようにいくつかの中心周波数を仮定し、それらを全て比較して、最も性能が高い中心周波数を選択すればよい。この場合、調べる組の帯域幅に下限を設けるとよい。それ以上で一定個の組が見つからない場合は、１つ以上の組が見つかっていれば、組を探すステップは終わるようにする。ペアにしてもあまり意味がない程度に小さい利用可帯域のための過剰な処理が必要なくなる。

（中心周波数選択方法３）
利用帯域の中心周波数選択の他の方法としては、次のような方法がある。図１４を参照して説明する。まず、他の方法と同様に、利用可な周波数のまとまりを生成する。続いて、これらを、帯域幅または伝送レートが大きい順に一定個、例えば、４個、８個を選択する。あるいは、予め定めた閾値以上の大きさのまとまりを候補として選択する。これらが図１４における１４０１〜１４０７である。なお、利用帯域の最大値は与えられている。利用帯域が、１４０１〜１４０７のいずれかを含むように、仮に置いてみて、その中から最も性能が高い、例えば、伝送レートの合計が最も大きい、あるいは、一定以上の伝送レートで利用周波数帯の数が最も少ない利用帯域を利用帯域として決定する。次に、これまでと同様にその利用帯域の中で、対称に取れる利用周波数帯を決定していく。

利用帯域を置いていく位置は、図１４に示すように大きい利用可周波数帯１４０１〜１４０７が利用帯域の候補１４１１〜１４１７の右半分か左半分に入りきるようにする。これは、大きい利用可な周波数帯の中で、他の周波数とのペアが出来るだけ沢山作れるようにするためである。あるいは、利用可周波数帯１４０１〜１４０７のいずれかが丁度利用帯域の候補１４１１〜１４１７のいずれかの中心に来るようにしてもよい。図１４では７つの利用帯域候補が挙げられている。これらの中から目標をよりよく満たす利用帯域候補を利用帯域として選択する。利用帯域が決定したら、これまでと同様にその中心周波数に対して、対称に取れる利用周波数帯を決定していく。

（中心周波数選択方法４）
利用帯域の中心周波数選択のさらに他の方法としては、次のような方法がある。図１５のように、端末が利用できる可能性がある周波数帯の全体をグリッドに切り、それぞれを利用可、利用不可に分類する。図１５においてハッチングされている周波数は利用可、白抜きは利用不可である。次に利用帯域の最大の幅で、左右対称の利用周波数帯がグリッド単位でいくつ取れるかを計算する。望ましくは、利用帯域の候補を、利用できる可能性がある全帯域の端から端までずらしていって、このような計算を行う。各候補について、レートや利用周波数帯の数を計算し、その時の基準に照らして最も良いものを選択すると良い。その際、隣接する利用可なグリッドをまとめて、利用可な周波数帯のまとまりを生成して判断する。

グリッドの細かさは、種々可能である。空き周波数検出部１０５が検出する際の細かさが最も細かいものとなる。その細かさでは計算量が膨大になる場合や、小さい周波数帯を独立した利用周波数帯として利用するつもりがない場合などは、それより粗くする。細かい方がより多くの伝送レートを確保できる可能性が高い。この方法は、最も計算力を要する方法であるが、最も良く目標に合った利用帯域を選択できる可能性がある。

なお、他の方法でも、周波数はある程度のグリッドに切られて処理されている。例えば利用帯域の最大値１ＧＨｚに対して、１ＭＨｚ程度のグリッドである。殆どの周波数はグリッドに区切られた上でライセンスされているため、それ以上に細かい単位で検出する必要がないからである。したがって、空き周波数検出部１０５が空き周波数を検出する段階で、グリッドは導入されており、それぞれのグリッドが利用可か不可かが判断されている。

（受信機の構成）
本実施形態のように中心周波数に対称に利用周波数帯を選択する場合、受信機の構成を簡略化することが出来る。受信機は利用帯域を一括してＡ／Ｄ変換して、内部でデジタル処理にて復調を行うが、その際のデジタル部内部の処理系統数は、左右対称に配置しなかった場合、利用周波数帯の数だけ必要になる。一方、左右対称に配置した場合は、ペアの数で良くなる。ただし、スプリアスのみ可の周波数を利用した非対称部分がある場合は、若干の追加処理が必要になる。

図１６に受信機の構成を示す。処理に必要な最小限の機能のみが示されている。また、デジタル部１６１３内は１ペアを処理する系統のみを抜き出して表示している。

受信アンテナ１６０１で受信された電波はＬＮＡ等のアンプ１６０２で適切なレベルに増幅され、周波数変換器１６０３−１，１６０３−２でベースバンドに変換される。ローカル発振器１６０５は利用周波数帯の中心周波数に対応するローカル信号を出力する。これが９０°移相器１６０４を通過し、９０°互いにずれたローカル信号が周波数変換器１６０３−１，１６０３−２に供給される。周波数変換器１６０３−１では利用帯域のＩ成分、１６０３−２では利用帯域のＱ成分がベースバンドに変換さる。続く、ローパスフィルタ１６０６−１，１６０６−２で利用帯域が抽出される。これらは、Ａ／Ｄ変換器１６０７−１，１６０７−２によってサンプリングされデジタル信号に変換される。これ以降はデジタル部１６１３となる。

サンプリングされたデジタル信号は、例えば図２Ｂ（ｂ）のような、利用帯域の中心周波数が０である複素信号の実数成分と虚数成分である。これらから、それぞれの利用周波数帯の信号を抽出して復調処理を行う。いずれか１つ（のペア）に注目すると、そのベースバンド上での周波数に相当するローカル信号をローカル発振器１６１１が出力する。これは２分割されて９０°移相器１６０８−１，１６０８−２に入力される。それぞれの移相器は互いに９０°ずつずれた２つの信号を出力する。これらは、それぞれ周波数変換器１６０９−１〜１６０９−４に入力される。１６０９−１では、利用帯域のＩ成分の、ローカル発振器１６１１が出力している周波数に関するＩ成分が周波数０近傍の本当のベースバンドに変換される。同様に、１６０９−２ではＩ成分のＱ成分、１６０９−３ではＱ成分のＩ成分、１６０９−４ではＱ成分のＱ成分が本当のベースバンドに変換される。これらからそれぞれＬＰＦ１６１０−１〜１６１０−４でその利用周波数帯の信号のみがフィルタされる。これら４つの信号が図示したような流れで４つの加算器１６１２−１〜１６１２−４に入力される。これらの加算器では図示したような加算または減算が行われる。その結果、加算器１６１２−１からはペアの利用周波数帯の信号の内、正側、すなわち高周波側の信号のＩ成分が出力される。同様に、１６１２−３は正側のＱ成分、１６１２−４は負側のＩ成分、１６１２−２は負側のＱ成分を出力する。

図１６から判るように、本実施形態のように利用帯域を一括してＡ／Ｄ変換する受信機では、例えば、一方のみを検出するにしても、デジタル部１６１３内で４系統の周波数変換が必要である。すなわち、正側の信号を出力する加算器１６１２−１，１６１２−３への入力４つは全部異なる系統からの入力となっている。本実施形態のような左右対称の利用周波数帯の配置によって、負側の信号も同時に復調が可能であり、系統数を個別に復調する場合の半分にすることが出来る。

なお、加算器から出力された信号が完全に正側、負側の信号のＩ成分、Ｑ成分となっているためには、送信側で左右対称の利用周波数帯で送信する信号の位相をそろえておく必要がある。これはデジタル処理で利用帯域全体を作ってしまう図１のような構成であれば、特に問題なく実現できる。さらに、受信機の２回の周波数変換部のいずれか、あるいは両方のローカル発振器の位相を、正しく復調されるように調整しておく必要がある。ただし、ローカルの位相調整は行わず、加算器出力から信号処理でＩ成分とＱ成分を合成分離し直す構成も可能である。

図１６の構成では、スプリアスのみ可の周波数を利用して非対称化を行ったペアを完全に復調することはできない。非対称化をしたときに、正負の信号の中心周波数の絶対値が一致している場合は、ＬＰＦ１６１０−１〜１６１０−４を帯域幅の大きいほうに合わせておき、大きい方のみを図１６の系で復調する。小さい方の信号については、出力された信号をもう１度帯域幅の小さいＬＰＦでフィルタしなおす必要がある。

中心周波数が一致せず、ただし、小さい方のスプリアスが大きいほうの帯域から出ない関係である場合、例えば図５の５０１−６ｂ、５０１−６ａ−１、５０１−６ａ−２の組のような関係である場合は、以下のようにする。ＬＰＦを大きい方に合わせて大きい方を復調し、小さい方は出力から信号を再合成して、中心周波数を合わせなおして復調する。この場合、この復調系統は若干複雑なものとなる。一見、一度に左右の周波数帯を復調するより、個別の系統で復調した方が良いようにも見える。しかし、ＬＰＦ１６１０−１〜１６１０−４を通過した時点で信号はデシメーションされている。したがって、サンプリングレートが下がっている分だけ、ハードウェアあるいは処理量に対する負担が減っている。

利用帯域の中央近辺に利用周波数帯を配置し、これの中心周波数が利用帯域の中心周波数と一致しない場合にも同じような処理が必要になる。なお、中心周波数が一致する場合には、図１６において、２つのＡ／Ｄ変換器のすぐ後ろにＬＰＦを配置することで、ＩとＱ成分を復調できる。この場合には４系統は必要なく２系統でよい。しかし、中心周波数がずれている場合には、２系統の信号から複素信号を再合成して、信号の中心周波数を合わせ直して復調する必要がある。ただし、必要な帯域に限定し、デシメーションすることで、処理を軽減することは可能である。

本実施形態のような構成を取ると、Ｉ，Ｑインバランスによるスプリアスの量によっては、対称な利用周波数帯から漏れ込んだ自送信のスプリアスが問題となる場合がある。自端末の伝送品質が劣化し、受信感度に著しい影響を及ぼす可能性がある。受信機にてこのようなスプリアスの影響を除去する、あるいは、スプリアスのパワーを受信信号パワーに組み込む構成も可能である。具体的には、対称な利用周波数帯のそれぞれで送るパイロット信号の符号を別々のもの、望ましくは直交性のあるものにしておく。インバランスによって発生したスプリアスはスペクトルが反転する。信号が共役複素になる、すなわちＱ成分だけ極性が反転するので、その状態で直交性が有ることがさらに望ましい。これらのパイロットは左右のペアでは異なっている必要があるが、他のペアとは同じであってもかまわない。

受信側では、パイロット信号の受信時にそれぞれの利用周波数帯に含まれる、その利用周波数帯の本来のパイロット信号と、インバランスによって重なってきたスプリアスの成分のパイロット信号とを識別する。これらの比率や位相関係を求める。ペアの利用周波数帯についてこのような処理を行うと、それぞれの利用周波数帯で送信された信号からそれぞれの利用周波数帯で受信される信号を求めるための行列式を求めることができる。これの逆行列を求め、求めた逆行列を各利用周波数帯の受信データ信号に掛けることによって、受信された信号から元の信号を推定することができる。インバランスは時間変動があったとしても非常に遅い可能性が高いので、逆行列の算出は頻繁に行う必要はない。事実上、利用周波数帯を変更するたびに行えば十分である。

以上に示した実施形態によれば、複数の周波数を飛び飛びに利用し、複数の周波数の信号を合成した信号のＩとＱをそれぞれ一括してＤ／Ａ変換してからＲＦで合成するシステムにおいて、ＲＦの合成系統にＩとＱのインバランスがあったとしても、飛び飛びの周波数の間に含まれる可能性がある干渉に弱いプライマリシステムの帯域にインバランスによるスプリアスを発生させることがない。その結果、干渉を与えにくい無線通信端末を構成することが可能となる。

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端末のブロック図。 プライマリシステム波と、コグニティブ端末送信の利用帯域を示す図。 スプリアスと、プライマリシステム波と、コグニティブ端末送信の利用帯域を示す図。 本実施形態の利用周波数帯の取り方の一例を示す図。 本実施形態の利用周波数帯の取り方の一例を示す図。 本実施形態の利用周波数帯の取り方の一例を示す図。 本実施形態の利用周波数帯の取り方の一例を示す図。 本実施形態の利用周波数帯の選択手法の一例を示す図。 本実施形態の無線通信端末が利用周波数帯を選択する一例を示すフローチャート。 本実施形態の無線通信端末が利用周波数帯を選択する一例を示すフローチャート。 本実施形態の無線通信端末の利用帯域内の利用法を決定する一例を示すフローチャート。 本実施形態の利用周波数帯の取り方の一例を示す図。 利用帯域の中心周波数の可変範囲を説明するための図。 利用帯域の中心周波数決定方法の一例を示すフローチャート。 利用帯域の中心周波数決定方法の一例を示す図。 利用帯域の中心周波数決定方法の一例を示す図。 図１の無線通信端末の受信機のブロック図。

符号の説明

１０１・・・無線通信端末、１０２、１６０１・・・受信アンテナ、１０３・・・受信ＲＦ部、１０４・・・送信部、１０５・・・周波数検出部、１０６・・・周波数選択部、１０７・・・デジタル部、１０８−１，１０８−２・・・Ｄ／Ａ変換器、１１０−１，１１０−２・・・周波数変換部、１１１・・・ローカル発振器、１１２・・・９０°移相器、１１３・・・加算器、１１４・・・バンドバスフィルター、１１５・・・パワーアンプ、１１６・・・送信アンテナ、１１７・・・データ入力、１１８・・・中心周波数選択部、３０１・・・利用周波数帯、５０４−６ｂ，５０４−６ａ−１，５０４−６ａ−２、１１０２・・・スプリアス、１４０１・・・利用可周波数帯、１４１１〜１４１７・・・利用帯域候補、１６０２・・・アンプ、１６０３−１，１６０３−２・・・周波数変換器、１６０４・・・９０°移相器、１６０５・・・ローカル発振器、１６０６−１，１６０６−２・・・ローパスフィルタ、１６０７−１，１６０７−２・・・Ａ／Ｄ変換器、１６０８−１，１６０８−２・・・９０°移相器、１６０９−１〜１６０９−４・・・周波数変換器、１６１１・・・ローカル発振器、１６１２−１〜１６１２−４・・・加算器、１６１３・・・デジタル部。

Claims (17)

1. 少なくとも受信信号の電力が閾値よりも大きいか否かによって、自端末が送信する予定の周波数範囲のうちで利用可な周波数を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された複数の利用可な周波数の一部を含む利用帯域に対して中心周波数ｆ０を設定し、さらに、ｆ１がある周波数、Δｆ１がある帯域幅を示す場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１に含まれる、前記検出手段に検出された周波数の一部が利用可である場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１をペアの利用周波数帯として選択する選択手段と、
   前記ペアの利用周波数帯の各々で互いに異なる信号を送信する送信手段と、を具備することを特徴とする無線通信端末。
2. 前記選択手段は、前記中心周波数ｆ０に対して、ペアの利用周波数帯を複数選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
3. 前記送信手段は、ペアの利用周波数帯でそれぞれ送信する互いに異なる信号のうちの一方の信号を送信しないことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
4. 前記送信手段は、ペアの利用周波数帯でそれぞれ送信する互いに異なる信号の両方の信号を送信しないことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
5. 前記選択手段は、前記中心周波数ｆ０を中心として、Δｆ２がある帯域幅を示す場合に、ｆ０−Δｆ２／２からｆ０＋Δｆ２／２までが利用可である場合に、この周波数帯を利用周波数帯として選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
6. 前記選択手段は、前記複数の利用可な周波数から、該無線通信端末が必要とする送信レートを満足するように、前記利用帯域の中心周波数ｆ０を選択し、
   前記送信手段は、前記中心周波数ｆ０を設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
7. 前記選択手段は、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１のいずれか一方の全てが利用可であり、かつ、他方の一部が利用可である場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１に含まれるそれぞれ利用可な周波数のまとまりを一組の利用周波数帯として選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
8. 前記検出手段は、さらに、前記一部が利用可である他方の内の利用可でない周波数である利用不可な周波数での受信信号が電磁雑音であるか否かを、該利用不可な周波数で受信された受信信号について、その帯域幅の検出値、信号の周波数的特徴、および、信号の時間的特徴のうちの１以上に基づいて検出し、
   前記選択手段は、前記他方の内の利用不可な周波数の受信信号が、前記検出手段の検出結果に基づいて、電磁雑音であると判定された場合に、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１に含まれるそれぞれ利用可な周波数のまとまりを一組の利用周波数帯として選択することを特徴とする請求項７に記載の無線通信端末。
9. 前記選択手段は、前記他方の内の利用不可な周波数を利用中の他の無線通信端末の干渉に対する許容値が閾値よりも高い場合には、ｆ０＋ｆ１からｆ０＋ｆ１＋Δｆ１、および、ｆ０−ｆ１−Δｆ１からｆ０−ｆ１に含まれるそれぞれ利用可な周波数を一組の利用周波数帯として選択することを特徴とする請求項７に記載の無線通信端末。
10. 前記選択手段は、前記利用帯域内でペアの利用周波数帯を複数選択することが可能である場合で、かつ、これらの複数の利用周波数帯で伝送できるレートの合計が、自端末が必要とする伝送レートを上回る場合には、伝送できる容量の大きい利用周波数帯ペアから選択していくことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
11. 前記選択手段は、前記検出手段が検出した利用可な周波数の周波数軸上での分布に基づいて、利用可な周波数ごとのまとまりで予想される伝送レートが大きい順に、２つのまとまりの最も外側の２つの周波数の差によって表される範囲が、前記利用帯域の帯域幅の送信機構成によって定められる上限の範囲内に納まるような２つのまとまりの組み合わせを探し、該組み合わせを発見した場合に、その組み合わせに含まれる２つのまとまりの最も外側の２つの周波数の平均値から最も内側の２つの周波数の平均値までの間に含まれる周波数を前記利用帯域の中心周波数として決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
12. 前記選択手段は、前記検出手段が検出した利用可な周波数の分布に基づいて、利用可な周波数ごとのまとまりを生成し、そのまとまりで予想される伝送レートが大きい順に、前記利用帯域の帯域幅の上限の範囲内に納まるような前記まとまりの２つの組み合わせを複数生成し、各組み合わせに対して、その２つのまとまりのそれぞれの中心周波数の平均を利用帯域の中心周波数の候補として決定し、決定した中心周波数候補に対して、他に選択することができる利用周波数帯のペアを探し、自端末が要求する性能項目に対する値が最も良い中心周波数候補を、前記利用帯域の中心周波数として決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
13. 前記選択手段は、前記検出手段が検出した利用可な周波数の分布に基づいて、利用可な周波数ごとのまとまりを生成し、これらのまとまりから一定以上の伝送レートを持つまとまりを選択し、自端末が使用出来る可能性を持つ全帯域から、一定以上の伝送レートを持つまとまりが１つ以上含まれるように、前記利用帯域の帯域幅の上限に相当する幅を持つ利用帯域候補を複数決定し、自端末が要求する性能項目に対する値が最も良い利用帯域候補の中心周波数を前記利用帯域の中心周波数として選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
14. 前記選択手段は、自端末が使用出来る可能性を持つ全帯域をグリッドに分割して、該グリッドは前記検出手段が検出する周波数の単位以上であり、各グリッドに対して、前記検出手段の検出結果に基づいて利用可、利用不可のフラグ付けを行い、中心周波数候補をグリッド単位でずらして、各中心周波数候補に対して、前記利用帯域の帯域幅の上限の範囲内で前記無線通信端末が要求する性能項目に対する値を計算し、該値が最も良い中心周波数候補を前記利用帯域の中心周波数として選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
15. 前記性能項目は、利用帯域中に取ることができる利用周波数帯での伝送レートの合計値であり、該合計値が大きいほど性能が良いと判断されることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の無線通信端末。
16. 前記性能項目は、利用帯域中に取れる利用周波数帯での伝送レートの合計値が一定以上である場合の、利用周波数帯の数の合計数であり、該合計数が少ないほど性能が良いと判断されることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の無線通信端末。
17. 前記選択手段は、前記検出手段が検出した利用可な周波数のうち、一定以上の帯域幅を持つ利用可な周波数を１以上選択してこれを利用周波数帯とし、該利用周波数帯の中心周波数を利用帯域の中心周波数として決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。

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