JP6366522B2 - 電波環境解析装置、通信装置および電波環境解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波環境を解析する電波環境解析装置、通信装置および電波環境解析方法に関する。

近年の無線通信の急激な発達に伴い、利用可能な周波数の不足が深刻な問題となっている。そのため、周波数の有効利用という観点から電波環境に応じた無線通信方式で伝送を行うことが望ましい。電波環境に応じた無線通信方式を選択するにあたり、干渉波すなわち妨害波となる電磁波の特徴を抽出し、抽出した特徴を用いて電波環境を識別する電波環境解析装置が重要な役割を果たす。これまで、電波環境解析装置に関する各種方式の提案が行われている。

従来の電波環境解析装置では、電磁波の測定データを用いて干渉波の波形の特徴量として振幅確率分布等の振幅情報を算出し、算出した振幅情報としきい値とを比較することにより、通信信号に対する干渉の発生の有無を推定していた。このような装置の例が特許文献１に記載されている。

また、無線機器が利用する周波数に対して、ノイズのピーク値を取得し、ピーク値がしきい値以下なら通信可能と判定することにより、通信の品質を確保する方法も提案されている。このような装置の例が特許文献２に記載されている。

特開２０１２−４７７２４号公報 特開２０１４−４５３５４号公報

上記従来の技術によれば、干渉波の特徴量として振幅情報またはピーク値を使用して、通信信号に対する干渉の発生の有無を推定している。しかしながら、通信方式は多様化しており、振幅情報またはピーク値を使用した電波環境の分類では無線通信方式を選択するために適した分類ができないことがある。このため、従来のように振幅情報またはピーク値といった単一種類の情報に基づく分類に比べ、より的確に電波環境を分類することが望ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電波環境を的確に分類することができる電波環境解析装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電波環境解析装置は、受信した電磁波の電力値を取得する取得部と、複数の電力値であるデータ群を用いて電力値の度数分布を算出する度数算出部とを備える。また、この電波環境解析装置は、度数分布を用いて複数の次数のモーメントを計算するモーメント計算部と、モーメント計算部により計算された複数の次数のモーメントに基づいてデータ群に対応する電波環境の種別を判定する判定部と、電波環境の種別に対応する電力値の度数分布に基づいて生成された複数の次数のモーメントであるテンプレートデータを電波環境の種別ごとに記憶する記憶部とを備える。判定部は、テンプレートデータとモーメント計算部の計算結果との相関係数を計算し、相関係数に基づいてデータ群に対応する電波環境の種別を判定し、記憶部に格納されている全てのテンプレートデータとの間の相関係数が、第１のしきい値以下である場合、データ群を用いて計算されたモーメント計算部の計算結果を新たなテンプレートデータとして記憶部へ格納する。

本発明によれば、電波環境を的確に分類することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電波環境解析装置の機能構成例を示す図 実施の形態１の電波環境解析装置のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態１の電波環境解析装置を備える通信装置の構成例を示す図 実施の形態１の電力値カウント部が実施する階級数のカウント手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１のモーメント計算部が実施する高次モーメント算出処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の相関値計算部が実施する相関値計算処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の各テンプレートデータで仮定した干渉波の電力値のヒストグラムと、干渉波の電力分布の一例を示す図 実施の形態１の干渉波が少ない状態で測定されたデータセットの一例を示す図 実施の形態１のテンプレートデータ、電波環境測定データを用いて算出された高次モーメント、およびこれらの相関係数の一例を示す図 実施の形態２にかかる電波環境解析装置の機能構成例を示す図 実施の形態２の相関値計算部が実施する相関係数算出処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２の測定されたデータセットの一例を示す図 実施の形態２の測定されたデータセットの一例を示す図 実施の形態２のテンプレートデータ、図１３，１４に示したデータ＃２、データ＃３の高次モーメント、およびこれらの相関係数を示す図 実施の形態３にかかる電波環境解析装置の機能構成例を示す図 実施の形態３の相関値計算部が実施するデータセット間の相関係数算出処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態３の相関解析部が実施するテンプレートデータ生成処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態３の相関値計算部が算出したデータセット間の相関係数の一例とグループ分けの一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電波環境解析装置、通信装置および電波環境解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電波環境解析装置１００の機能構成例を示す図である。本実施の形態の電波環境解析装置１００は、電波環境測定データを取得し、電波環境測定データに基づいて各電波環境測定データに対応する電波環境を複数の種別のうちのいずれであるかを分類する。電波環境測定データは、電波環境解析装置１００が受信した電磁波を測定した測定データである。

図１に示すように、本実施の形態の電波環境解析装置１００は、電波環境測定データすなわち受信した電磁波の電力値を取得する取得部であるデータ取得部１１と、データ取得部１１により取得された複数の電力値であるデータセットすなわちデータ群を用いてヒストグラムすなわち度数分布を算出する度数算出部である電力値カウント部１２と、電力値カウント部１２により算出されたヒストグラムから複数の次数のモーメントを計算するモーメント計算部１３と、を備える。

電波環境解析装置１００は、さらに、電波環境の種別に対応する電力値の度数分布、すなわち電波環境の種別に対応する干渉波の特徴を用いて生成された電力値の度数分布に基づいて生成された複数の次数のモーメントであるテンプレートデータを電波環境の種別ごとに記憶する記憶部であるテンプレートデータ記憶部１４と、モーメント計算部１３の計算結果、すなわちモーメント計算部１３により計算された複数の次数のモーメントに基づいてデータ群に対応する電波環境の種別を判定する判定部である相関値計算部１５と、相関値計算部１５により計算された相関値を電波環境測定データごとに記憶する分類結果記憶部１６と、分類結果記憶部１６に記憶された分類結果を出力する分類結果出力部１７とを備える。本実施の形態では、相関値計算部１５は、モーメント計算部１３の計算結果、すなわちモーメント計算部１３により計算されたモーメントと、テンプレートデータ記憶部１４に記憶されているテンプレートデータのモーメントとの相関値を計算し、相関値に基づいてデータ群に対応する電波環境の種別を判定する。

図２は、本実施の形態の電波環境解析装置１００のハードウェア構成例を示す図である。図２に示すように電波環境解析装置１００は、図１のデータ取得部１１に対応するデータ取得部１０１と、制御回路１０２とで構成される。データ取得部１０１は、例えば、アンテナなど電磁波を受信する装置と、受信した電磁波に増幅およびノイズ除去などの処理を行い、受信した電磁波の電力を一定時間ごとにサンプリングされたデジタル信号として出力する電子回路とで構成される。また、データ取得部１０１は複数の周波数の電磁波を受信可能であってもよい。この場合、データ取得部１０１は、時間および周波数にそれぞれサンプリングされたデジタル信号を出力する。また、データ取得部１１は、アンテナが受信した電磁波を時間でサンプリングした後に時間周波数変換処理により各周波数のデータを求めるようにしてもよい。

図３は、制御回路１０２の構成例を示す図である。制御回路１０２は、外部から入力されたデータを受信する受信部であり入力ポートおよびインタフェース回路である入力部２０１と、プロセッサ２０２と、メモリ２０３と、データを外部へ送信する送信部であり、出力ポートおよびインタフェース回路である出力部２０４とを備える。図１の分類結果出力部１７は図３の出力部２０４であり、テンプレートデータ記憶部１４および分類結果記憶部１６は、図３のメモリ２０３の一部である。電力値カウント部１２、モーメント計算部１３および相関値計算部１５は、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶された各々に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０３は、プロセッサ２０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

なお、ここでは、電力値カウント部１２、モーメント計算部１３および相関値計算部１５が１つのプロセッサにより実現される例を示したが、電力値カウント部１２、モーメント計算部１３および相関値計算部１５がそれぞれ別のプロセッサにより実現されてもよい。また、ここでは、テンプレートデータ記憶部１４および分類結果記憶部１６が図３のメモリ２０３の一部である例を示したが、メモリ２０３とは別に、テンプレートデータ記憶部１４および分類結果記憶部１６用のメモリを備えてもよいし、テンプレートデータ記憶部１４と、分類結果記憶部１６とのそれぞれ個別のメモリを備えるようにしてもよい。また、ここでは、電力値カウント部１２、モーメント計算部１３および相関値計算部１５がプロセッサおよびメモリを用いてソフトウェアにより実現される例を示したが、これらのうちの１つ以上がソフトウェアではなく電子回路として実装されてもよい。

複数の無線通信方式に対応した通信装置が、本実施の形態の電波環境解析装置１００により分類された結果を用いると、通信装置が、電波環境に応じた適切な無線通信方式を選択することができる。電波環境解析装置１００は通信装置とは別に設けられ、電波環境解析装置１００から通信装置へ、無線または有線の通信、あるいはその他の手段により、電波環境を分類した結果を通知するようにしてもよいし、通信装置が電波環境解析装置１００を備えていてもよい。また、電波環境解析装置１００が、データ取得部１１を備えずに、外部の通信装置をデータ取得部１１として用い、外部の通信装置から電波環境測定データを取得するようにしてもよい。

図４は、本実施の形態の電波環境解析装置１００を備える通信装置３００の構成例を示す図である。図４に示すように、通信装置３００は、アンテナ３０１と、アンテナ３０１で受信した電磁波すなわち受信信号を一定時間ごとにサンプリングしてデジタル信号として出力し、また、デジタル信号として入力される送信信号をアナログ信号に変換してアンテナ３０１へ出力する処理回路３０２と、制御回路３０３と、各々が異なる無線通信方式に対応した送受信処理を行う送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌと、制御回路３０３から受け取った電波環境を分類した結果に基づいて、無線通信方式を選択し、対応する送受信処理部を選択する選択部３０５とを備える。処理回路３０２は、送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌのうち選択部３０５により選択された送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌにより生成された送信信号をアンテナ３０１へ出力し、アンテナ３０１で受信した信号を送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌのうち選択部３０５により選択された送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌへ出力する。なおＬは送受信処理部の数を示す２以上の整数である。図４の構成例では、本実施の形態の電波環境解析装置１００は、アンテナ３０１、処理回路３０２および制御回路３０３に対応する。アンテナ３０１および処理回路３０２が図２のデータ取得部１０１に対応し、制御回路３０３が制御回路１０２に対応する。図４の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。

電波環境を分類した結果と送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌとの対応をあらかじめ保持しておき、選択部３０５は、この対応に従って制御回路３０３から受け取った電波環境の分類結果に応じた送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌを選択し、選択結果を送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌへ通知する。例えば、選択部３０５は、この対応をテーブルとして保持して、制御回路３０３から受け取った電波環境の分類結果に応じた送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌをこのテーブルに従って選択する。この場合、選択部３０５は、このテーブルを保持する回路と制御回路３０３から受け取った電波環境を分類した結果およびテーブルに基づいて送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌに選択結果を通知する回路とで構成することができる。このテーブルは、例えば、電波環境の分類結果ごとに対応する送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌが格納されたテーブルである。送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌへ通知する選択結果は、処理を行うか否かを示す信号であり、処理を行うことを信号により指示された送受信処理部３０４−１〜３０４−Ｌはアンテナ３０１および処理回路３０２を用いた送受信処理を実施する。

例えば、送受信処理部３０４−１は、１６ＱＡＭ変調（Quadrature Amplitude Modulation）と１６ＱＡＭ変調に対応した復調とを行い、送受信処理部３０４−２は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調とＱＰＳＫ変調に対応した復調を行うとする。１６ＱＡＭ変調は、直角位相の関係にある２つの搬送波の振幅をそれぞれ４段階に変更することにより４×４の１６の状態に１６値を対応させる変調であり、ＱＰＳＫ変調は搬送波の４種類の位相に４値を対応させる変調である。そして、選択部３０５は、制御回路３０３から受け取った電波環境を分類した結果として、干渉波があまり存在しない環境と干渉波が存在する環境とのうちのいずれであるかを示す情報が得るとする。干渉波があまり存在しない環境とは、例えば後述する環境ａであり、干渉波が存在する環境とは後述する環境ｂおよび環境ｃである。選択部３０５は、上述したテーブルにおいて、干渉波があまり存在しない環境に送受信処理部３０４−１を対応させ、干渉波がする環境に送受信処理部３０４−２を対応させることを示す情報を保持しておく。１６ＱＡＭ変調を用いた通信では、伝送速度はＱＰＳＫ変調による通信より高くなるが、干渉波が存在する環境では干渉波による誤りがＱＰＳＫ変調による通信より発生しやすい。本実施の形態では、選択部３０５が、制御回路３０３から受け取った電波環境を分類した結果と上述のテーブルとを用いて、干渉波が存在しない環境では１６ＱＡＭ変調に対応する送受信処理部３０４−１を選択し、干渉波が存在する環境ではＱＰＳＫ変調に対応する送受信処理部３０４−２を選択することができる。これにより、干渉波が少ない環境では、伝送速度を高めることができ、一方で、干渉波が存在する環境では、伝送速度は低下するものの誤りの発生しにくいＱＰＳＫ変調を用いることで信号の信頼度を高めることができ、データの再送回数等を減らしてシステム全体としてスループットの向上させることができる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、データ取得部１１は、電波環境測定データを取得する。電波環境測定データは、受信された電磁波の電力値を示すデジタルデータである。本実施の形態では、複数のデジタルデータ単位で電波環境すなわち干渉波の特徴を分類する。電波環境の特徴を分類する単位である複数のデジタルデータすなわちデータ群をデータセットとよぶ。電力値カウント部１２は、データセットごとにヒストグラムを生成するための階級および階級ごとの電力値の範囲を決定する。階級は、ヒストグラムの横軸となる値である。具体的には、電力値カウント部１２は、データセットを構成する電波環境測定データの電力値を示すデジタルデータのデータ数N_Pに基づき、スタージェスの公式、平方根選択、スコットの選択法などを用いてヒストグラムを作成するための階級の数N_Rを決定し、階級ごとの電力値の範囲を決定する。

また、電力値カウント部１２は、階級ごとの電力値の範囲に基づいて、データ取得部１１から入力されるデジタルデータすなわち入力データが示す電力値が属する電力の範囲を求め、求めた電力の範囲ごとすなわち階級ごとに度数をカウントすることにより、電力値のヒストグラムを作成する。電力値のヒストグラムを作成する処理の詳細は後述する。モーメント計算部１３は、電力値カウント部１２により作成された電力値のヒストグラムを用いて高次モーメントの計算を行う。なお、本実施の形態では、３次以上のモーメントのことを高次モーメントとよぶ。本実施の形態では、３次以上のモーメントを計算する例を説明するが、テンプレートデータに合わせた複数の次数のモーメントを計算すればよいので、次数は３未満であってもよい。ヒストグラムを用いた高次モーメントの計算方法は後述する。

テンプレートデータ記憶部１４には、あらかじめ算出された干渉波の特徴の種別ごとのモーメントがテンプレートデータとして記憶されている。ここでいうモーメントは確率分布の特性を示すために用いられる指標である。具体的には、ｎ次モーメント平均値まわりのモーメントと呼ばれるものを標準偏差のｎ乗で割ったものである。したがって、３次モーメントはいわゆる歪度とよばれるものに相当し、４次モーメントは尖度とよばれるものに相当する。ただし、尖度は、下記式（１）においてｎ＝４とした値から３を引いたものと定義される場合もある。電力値であるデータＸに関するｎ次モーメントα_nは、ｎ次モーメントを求める対象となる確率分布の期待値μおよび標準偏差σを用いて以下の式（１）で表わされる。Ｅ（Ａ）はＡの期待値を示す。

本実施の形態では、分類対象となる電波環境の種別ごとに、種別に対応する干渉波の特徴を定義しておき、該特徴に対応する電力値の確率分布を仮定する。そして、確率分布に基づいて、上記の式（１）によりｎ＝３からｍ次までのN_M（N_M＝ｍ−２）個の高次モーメントをあらかじめ求めておき、種別ごとにテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納しておく。または、分類対象となる電波環境の種別ごとに、典型的な実際の電波環境で電力値を測定して、測定値の統計量を求めて、上記（１）により高次モーメントを算出してテンプレートデータを生成しておいてもよい。各テンプレートデータは、テンプレートデータを識別するための番号すなわちテンプレートデータ番号と対応付けてテンプレートデータ記憶部１４に記憶される。なお、ここでは、３次以上のモーメントをテンプレートデータとして記憶するようにしたが、これに限らず１次以上のモーメントであればよい。テンプレートデータには、１次以上の複数の次数のモーメントが含まれていればよい。

相関値計算部１５は、テンプレートごとに、モーメント計算部１３により計算された高次モーメントとテンプレートデータ内の高次モーメントの相関値である相関係数を算出する。そして、相関値計算部１５は、相関係数に基づいてテンプレートデータを選択する。例えば、相関値計算部１５は、相関係数が最も高いテンプレートデータを選択する。なお、相関係数Rは、モーメント計算部１３により計算された高次モーメントをβ_p（p＝３，４，…，ｍ）とし、モーメント計算部１３により計算された高次モーメントの平均値をβ（バー）とし、テンプレートデータの高次モーメントをα_p（p＝３，４，…，ｍ）とし、テンプレートデータの高次モーメントの平均値をα（バー）とすると、以下の式（２）により求めることができる。

次に、相関値計算部１５は、モーメント計算部１３により計算された高次モーメントの算出の基になったデータセットを識別する識別情報と、選択したテンプレートデータを識別するための識別番号とを対応付けて分類結果として分類結果記憶部１６に格納する。最後に、分類結果出力部１７は、分類結果記憶部１６に格納された分類結果を出力する。データセットを識別する識別情報としては、例えば、データ取得部１１が対応する電磁波を受信した時刻、データ取得部１１がデータセットを出力した時刻等を用いることができる。なお、ここでは、分類結果を分類結果記憶部１６に格納してから分類結果出力部１７へ出力するようにしているが、分類結果記憶部１６に格納せずに、相関値計算部１５から直接分類結果出力部１７へ出力してもよい。

次に、各部が実施する処理手順の一例を説明する。図５は、本実施の形態の電力値カウント部１２が実施する階級数のカウント手順の一例を示すフローチャートである。なお、図５の処理の開始時には、入力されるデータセットを識別する変数ｉは１に初期化されている。図５に示すように、まず、データ取得部１１からｉ番目の入力データすなわちｉ番目のデータセットが入力される（ステップＳ１）。なお、データ取得部１１からデータセットが入力される方法は、データセットを構成する全デジタルデータをデータ取得部１１が保持しておき、データセット単位でデータ取得部１１が電力値カウント部１２へ入力する方法でもよいし、データ取得部１１がデジタルデータを順次電力値カウント部１２へ入力し、データセットの個数N_pとなった時点でｉ番目の入力データの入力完了と判断する方法でもよい。後者の場合は、N_pをあらかじめ定めておき、電力値カウント部１２へ設定しておく。

次に、電力値カウント部１２は、入力データ内のデジタルデータすなわち電力値の個数N_pに基づいて、スタージェスの公式、平方根選択、スコットの選択法などを用いて階級数N_Rと、階級ごとの電力値の範囲［P_k_min，P_k_max）とを算出する（ステップＳ２，Ｓ３）。P_k_minは、ｋ番目の階級の電力値の範囲の最小値を示し、P_k_maxはｋ番目の階級の電力値の範囲の最大値を示し、［P_k_min，P_k_max）は、P_k_min以上P_k_max未満の範囲を示す。例えば、スタージェスの公式を用いる場合、階級数を示すrankを、以下の式（３）により求めることができる。以下の式（３）により求めたrankを四捨五入、切り捨てまたは繰り上げ等により整数にしたものを階級数とする。

階級数を決定した後、あらかじめ定められた電力値の最大値と最小値との差分を階級数で割ることにより、階級ごとの電力値の範囲の大きさすなわち幅を求めることができ、データセット内の最小値または最大値に基づいて、階級ごとの電力値の範囲を求めることができる。なお、上記の例では、スタージェスの公式を用いる例を説明したが、階級ごとの電力値の範囲を求める具体的手順は方式により異なる。例えば、スコットの選択法は階級の幅を算出する方法であるため、スコットの選択法を用いる場合には階級の幅を決定することにより階級数が決定される。スコットの選択法を用いる場合には、階級の幅を決定して、データセット内の最小値または最大値に基づいて、階級ごとの電力値の範囲を求めればよい。このように、階級ごとの電力値の範囲の具体的算出方法は、採用する方式に応じて適宜変更可能である。

次に、電力値カウント部１２は、入力データ内の電力値の番号を示す変数ｊと、階級を示す変数ｋとをそれぞれ１に初期化し、階級ｋの度数を０に初期化する（ステップＳ４）。そして、電力値カウント部１２は、入力データのうちｊ番目の電力値P_jが階級ｋの電力値の範囲［P_k_min，P_k_max）に含まれているかすなわちP_j∈［P_k_min，P_k_max）であるかを判断する（ステップＳ５）。電力値P_jが階級ｋの電力値の範囲［P_k_min，P_k_max）に含まれていない場合（ステップＳ５ Ｎｏ）、電力値カウント部１２は、ｋの値に１を加算すなわちｋ＝ｋ＋１とし（ステップＳ６）、ステップＳ５へ戻る。

電力値P_jが階級ｋの電力値の範囲［P_k_min，P_k_max）に含まれている場合（ステップＳ５Ｙｅｓ）、電力値カウント部１２は、階級ｋの度数に１を加算する（ステップＳ７）。次に、電力値カウント部１２は、ｊ＝N_Pであるか否かを判断し（ステップＳ８）、ｊ＝N_Pでない場合（ステップＳ８ Ｎｏ）、ｊに１を加算し、ｋを１に初期化して（ステップＳ９）、ステップＳ５へ戻る。ｊ＝N_Pである場合（ステップＳ８ Ｙｅｓ）、電力値カウント部１２は、ｉが入力データの個数、すなわちデータセットの個数であるN_Dに等しいか否かを判断し（ステップＳ１０）、ｉがN_Dに等しくない場合（ステップ１０ Ｎｏ）、ｉに１を加算し（ステップＳ１１）、ステップＳ１へ戻る。ｉがN_Dに等しい場合（ステップＳ１０ Ｙｅｓ）、処理を終了する。以上の処理により、電力値カウント部１２は、データセットごとの度数分布すなわちヒストグラムを生成し、生成したヒストグラムを示すヒストグラム情報すなわち度数情報をモーメント計算部１３へ入力する。具体的には、例えば、データセットごとの階級と対応する度数とが、データセットを示す識別情報とともにモーメント計算部１３へ入力される。また、モーメント計算部１３がヒストグラム情報を電力値カウント部１２へ入力するタイミングは、N_Dのデータセットの計算が終わった後であってもよいし、データセットに対応するヒストグラムが完成するごとであってもよい。

図６は、本実施の形態のモーメント計算部１３が実施する高次モーメント算出処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図６の処理の開始時には、入力されるヒストグラム情報を識別する変数ｉは１に初期化されている。図６に示すように、まず、データ取得部１１からｉ番目のヒストグラム情報すなわちｉ番目のデータセットに基づいて生成されたヒストグラム情報が入力される（ステップＳ１２）。次に、モーメント計算部１３は、階級を示す変数ｋ、高次モーメントの次数を示すｐをそれぞれ１に初期化する（ステップＳ１３）。そして、モーメント計算部１３は、階級ｋの度数を電力値の総数N_pで割ることにより、度数を正規化した値Ｄ_kを求める（ステップＳ１４）。次に、モーメント計算部１３は、ｋが階級数N_Rに等しいか否かを判断する（ステップＳ１５）。ｋがN_Rに等しくない場合（ステップＳ１５ Ｎｏ）、ｋに１を加算し（ステップＳ１６）、ステップＳ１４へ戻る。

ｋがN_Rに等しい場合（ステップＳ１５ Ｙｅｓ）、正規化された度数に基づいてｐ次モーメントを計算する（ステップＳ１７）。ｐ次モーメントの求め方は、上述した式（１）におけるｎをｐとした場合と同様であるが、ステップＳ１７では、μ、σ、Ｅ（Ｘ−μ）^pを上記処理で得られた正規化された度数に基づいて求めることになる。具体的には、例えば、階級ｋの代表値、例えば階級ｋをＸ_kの値とすると、以下の式（４）、（５）によりμ、σを算出することができ、また、Ｅ（Ｘ−μ）^pを式（６）により算出することができる。なお、式（４）−（６）におけるΣは、ｋ＝１からｋ＝N_Rまでの和であり、sqrt(・)は、・の平方根を示す。
μ＝ΣＸ_kＤ_k …（４）
σ＝sqrt（Σ（Ｘ_kＤ_k−μ）²） …（５）
Ｅ（Ｘ−μ）^p＝（ΣＸ_kＤ_k−μ）^p …（６）

次に、モーメント計算部１３は、ｐが、計算する高次モーメントの最大次数ｍに等しいか否かを判断する（ステップＳ１８）。ｐがｍに等しくない場合（ステップＳ１８ Ｎｏ）、ｐに１加算し（ステップＳ１９）、ステップＳ１７へ戻る。ｐがｍに等しい場合（ステップＳ１８ Ｙｅｓ）、ｉがN_Dに等しいか否かを判断する（ステップＳ２０）。ｉがN_Dに等しくない場合（ステップ２０ Ｎｏ）、ｉに１を加算し（ステップＳ２１）、ステップＳ１２へ戻る。ｉがN_Dに等しい場合（ステップＳ２０ Ｙｅｓ）、処理を終了する。以上の処理により、各ヒストグラムに対応する高次モーメントが算出される。モーメント計算部１３は、ヒストグラム情報ごとの高次モーメントを、ヒストグラム情報を識別する情報すなわちヒストグラム情報の生成の基になったデータセットを識別する情報とともに相関値計算部１５へ入力する。

図７は、本実施の形態の相関値計算部１５が実施する相関値計算処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図７の処理の開始時には、入力されるヒストグラム情報を識別する番号を示すｉとテンプレートデータを識別する変数であるｑとは１に初期化されている。図７に示すように、まず、相関値計算部１５は、モーメント計算部１２に、ｉ番目のデータセットに対応する高次モーメントの計算結果が入力される（ステップＳ２３）。相関値計算部１５は、テンプレートデータ記憶部１４に格納されたｑ番目のテンプレートデータを読み出す（ステップＳ２４）。次に、相関値計算部１５は、ｉ番目のデータセットに対応する高次モーメントの計算結果とｑ番目のテンプレートデータとの相関係数を上記の式（２）に従って計算する（ステップＳ２５）。次に、相関値計算部１５は、ｑが、テンプレートデータ記憶部１４に格納されたテンプレートデータの数N_Tに等しいか否かを判断する（ステップＳ２６）。ｑがN_Tに等しくない場合（ステップＳ２６ Ｎｏ）、相関値計算部１５は、ｑに１を加算し（ステップＳ２７）、ステップＳ２４に戻る。

ｑがN_Tに等しい場合（ステップＳ２６ Ｙｅｓ）、相関値計算部１５は、テンプレートデータごとに計算された相関係数に基づいて、ｉ番目のデータセットに対応する高次モーメントの計算結果との間の相関係数の最も大きいすなわち相関の最も高いテンプレートデータを選択する（ステップＳ２８）。そして、相関値計算部１５は、選択したテンプレートデータに対応するテンプレートデータ番号とｉ番目のデータセットに対応するデータセットの識別情報とを分類結果記憶部１６へ格納する（ステップＳ２９）。そして、相関値計算部１５は、ｉがN_Dに等しいか否かを判断する（ステップＳ３０）。ｉがN_Dに等しくない場合（ステップ３０ Ｎｏ）、ｉに１を加算し（ステップＳ３１）、ステップＳ２３へ戻る。ｉがN_Dに等しい場合（ステップＳ３０ Ｙｅｓ）、処理を終了する。なお、データセットの識別情報とデータセットの番号ｉとの対応は、例えば、データ取得部１１から相関値計算部１５へ通知される。以上の処理により、データセットごとに対応するテンプレート番号を求めることができる。したがって、データセットごとに、干渉波の特徴を分類することができる。

次に、図８、９、１０を用いて、干渉波の特徴の分類の例を説明する。なお、図８、９、１０の例では、データ取得部１１が複数の周波数の電磁波を受信可能であり、データ取得部１１から周波数および時間ごとのデジタルデータが出力されることを前提としている。図８は、各テンプレートデータで仮定した干渉波の電力値のヒストグラムと、干渉波の電力分布の一例を示す図である。図８では、テンプレートデータ番号が各々ａ，ｂ，ｃである３つのテンプレートデータをあらかじめ計算する例を示している。なお、テンプレートデータ番号がａ，ｂ，ｃのテンプレートデータを、各々テンプレートデータａ，テンプレートデータｂ，テンプレートデータｃと呼ぶ。

テンプレートデータａの算出の前提として仮定した電波環境すなわち干渉波の存在状態は、干渉波が少ない環境である。テンプレートデータｂの算出の前提として仮定した電波環境すなわち干渉波の環境は、干渉波の占有時間および占有周波数は多くないが、まばらに干渉波が存在する環境である。テンプレートデータｃの算出の前提として仮定した電波環境すなわち干渉波の状況は、干渉波の占有時間および占有周波数は多くないが、広帯域にわたり長い時間を占有する干渉波が存在する環境である。テンプレートデータａ，ｂ，ｃの算出の前提として仮定した電波環境の種別を各々環境ａ，ｂ，ｃとよぶ。これら、テンプレートデータａ，テンプレートデータｂ，テンプレートデータｃの算出の前提として仮定した電波環境に対応する干渉波の分布を図８の下段に示し、下段の干渉波の分布を前提として得られる干渉波のヒストグラムを図８の上段に示している。各図の下には、対応するテンプレート名が記載されている。

図８に示すように、テンプレートデータａに対応するヒストグラムは、正規分布に近い形状になり、テンプレートデータｂに対応するヒストグラムは、やや右すなわち電力値の高い側の度数が多くなる形状になり、テンプレートデータｃに対応するヒストグラムは、双峰型の形状になる。これは、干渉波が占有する帯域幅または時間が多くなるに従い、低い電力値の度数が低くなり高い電力値の度数が高くなるためである。このように、存在する干渉波の状況によってヒストグラムの形状は異なる。このため、ヒストグラムの特徴を示す高次モーメントを用いることで、電波環境を分類することができる。具体的には、テンプレートデータの高次モーメントと、測定された電力値の高次モーメントとの相関係数が大きい場合、テンプレートデータの生成の際に仮定した干渉の電力分布に近い電波環境であると判断できる。

電波環境測定データの一例として、干渉波が少ない状態で測定されたデータセットの一例を図９に示す。図９の上段の左には、データセットが測定された際の干渉波の電力分布を示し、図９の上段の右には、このデータセットに基づいて電力値カウント部１２が生成したヒストグラムを示す。また、干渉波の電力分布を、図９に示すように、データ取得部１１が出力する周波数および時間のサンプリング間隔で離散化された行列と考える。この行列を、周波数を行とし時間を列とした、行数n_r、列数n_cの行列とすると、データセットを構成するデジタルデータすなわち電力値の数N_Pはn_r×n_cとなる。ここで、N_Pを７００００とすると、上記式（３）で示したスタージェスの公式を用いると、rankは約１６．０９となる。このため、電力値カウント部１２は、階級数を１６に決定する。あらかじめ定めた電力値の最大値を−３０ｄＢとし、あらかじめ定めた電力値の最小値を−１１０ｄＢとすると、−１１０ｄＢ〜−３０ｄＢの８０ｄＢを１６で割って階級幅を求めることができる。この場合、階級幅５ｄＢとなる。図９の下段には、図９の上段の右に示したヒストグラムに対応する階級ごとの度数を示している。

図８に示したテンプレートデータに対応する各ヒストグラムと、図９に示した電波環境測定データを用いて算出されたヒストグラムとを比較すると、図９に示した電波環境測定データを用いて算出されたヒストグラムは、テンプレートデータａに対応するヒストグラムに近いことがわかる。

図１０は、テンプレートデータ、電波環境測定データを用いて算出された高次モーメント、およびこれらの相関係数の一例を示す図である。図１０の左の上段には、テンプレートデータ番号ごとに、テンプレートデータとして記憶されている高次モーメントの一例を示している。ここでは、テンプレートデータとして３次から７次までのモーメントα₃，α₄−３，α₅，α₆，α₇を用いている。また、図１０の左の下段には、電波環境測定データのデータセットを示す名称と、各データセットを用いてモーメント計算部１３により計算された高次モーメントβ₃，β₄−３，β₅，β₆，β₇を示している。なお、図１０では、４次のモーメントとして、いわゆる尖度であるα₄−３，β₄−３を用いているが、これに限らずα₄，β₄を用いてもよい。なお、ここでは図５、６、７のフローチャートにおいてデータセットを示す番号ｉに対応するデータの名称をデータセット＃ｉとしている。したがって、例えば、ｉ＝１に対応するデータセットの名称はデータ＃１である。データ＃１は、図９に示したヒストグラムに対応するデータセットである。

図１０の右図は、相関値計算部１５により算出されたテンプレートデータａ，ｂ，ｃと各データセットに対応する高次モーメントとの相関係数を示している。図１０の右図に示すように、データ＃１に対応する高次モーメントと、テンプレートデータａ，ｂ，ｃの各々との相関係数は、各々０．９４，０．２６，０．４２であり、テンプレートデータａとの相関係数が最も大きくなる。このため、相関値計算部１５は、データ＃１に対応するテンプレートデータとしてテンプレートデータａを選択する。この結果は、図８、９に示したように、図９のヒストグラムの形状がテンプレートデータａに対応するヒストグラムに近いことと一致する。したがって、データ＃１に対応する電波環境は、テンプレートデータａが前提とした電波環境である環境ａ、すなわち干渉波が少ない環境に分類される。すなわち、相関値計算部１５は、データ＃１に対応する電波環境の種別は環境ａであると判定する。

以上のように、本実施の形態の電波環境解析装置１００は、干渉波の電力値のヒストグラムすなわち度数分布を求め、度数分布に基づいて高次モーメントを算出する。そして、電波環境解析装置１００は、あらかじめ分類対象の電波環境ごとに計算された高次モーメントをテンプレートデータとして保持し、テンプレートデータと度数分布に基づいて算出された高次モーメントとの相関係数に基づいて、電波環境を分類するようにした。このため、電波環境を的確に分類することができる。この結果、分類結果を用いて無線通信方式を選択する際に、周波数を有効利用できる適切な無線通信方式を選択したり、電波環境に応じた耐干渉性機能を有する無線通信方式を選択したりすることができ、無線通信の通信性能を向上させることができる。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる電波環境解析装置１００ａの機能構成例を示す図である。本実施の形態の電波環境解析装置１００ａの機能構成は、実施の形態１の電波環境解析装置１００の相関値計算部１５を、判定部である相関値計算部１５ａに替える以外は、実施の形態１の電波環境解析装置１００と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を説明する。

本実施の形態の電波環境解析装置１００ａのハードウェア構成は、実施の形態１の電波環境解析装置１００のハードウェア構成と同様である。相関値計算部１５ａは、相関値計算部１５と同様に、図４に示したプロセッサ２０２が、メモリ２０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。

実施の形態１では、干渉波の電力値のヒストグラムの形状を示す高次モーメントを求め、テンプレートデータとの相関係数を計算して電波環境を分類した。本実施の形態では、複数のテンプレートデータとの間の相関係数がいずれも大きい場合、および全てのテンプレートデータとの間の相関係数が小さい場合の電波環境の分類方法について説明する。

本実施の形態の相関値計算部１５ａは、モーメント計算部１３により計算された高次モーメントと、各テンプレートデータとの相関係数を計算し、全テンプレートに対して相関係数が第１のしきい値以下の場合、新たにテンプレートデータを作成する。また、相関値計算部１５ａは、相関係数が第２のしきい値以上となるテンプレートデータが複数ある場合には、これら複数のテンプレートデータに対応する環境の特徴を併せ持つ環境であると分類する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については説明を省略する。以下に述べる動作以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

相関値計算部１５ａは、モーメント計算部１３から入力された高次モーメントとテンプレートデータとの相関係数を実施の形態１と同様に計算する。そして、相関値計算部１５ａは、全テンプレートデータとの相関係数が第１のしきい値以下の場合、モーメント計算部１３から入力された高次モーメントにテンプレートデータ番号を付して、新たなテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納する。また、相関値計算部１５ａは、テンプレートデータごとに計算した相関係数のうち第２のしきい値以上となるテンプレートデータを選択して、選択したテンプレートデータを分類結果記憶部１６に格納する。なお、相関係数が第２のしきい値以上となるテンプレートデータが複数ある場合は、選択したテンプレートデータを分類結果記憶部１６に格納する際に、複数のテンプレートデータと一致したことを示す情報を、分類結果記憶部１６に格納する。

図１２は、本実施の形態の相関値計算部１５ａが実施する相関係数算出処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２３〜ステップＳ２７，ステップＳ２９〜Ｓ３１は実施の形態１と同様である。ステップＳ２６で、ｑがN_Tに等しい場合（ステップＳ２６ Ｙｅｓ）、相関値計算部１５ａは、各テンプレートデータの相関係数すなわちN_T個の相関係数をそれぞれ第１のしきい値と比較し、全テンプレートデータデータの相関係数が第１のしきい値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。全テンプレートデータデータの相関係数が第１のしきい値以下である場合（ステップＳ３２ Ｙｅｓ）、相関値計算部１５ａは、モーメント計算部１３から入力された高次モーメントを、テンプレートデータ番号を付して新たなテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納し、N_Tを１増加させ（ステップＳ３３）、ステップＳ３０へ進む。一方、テンプレートデータの相関係数のうち第１のしきい値より大きいものが１つでもある場合（ステップＳ３２ Ｎｏ）、相関値計算部１５ａは、各テンプレートデータの相関係数すなわちN_T個の相関係数をそれぞれ第２のしきい値と比較し、相関係数が第２のしきい値以上のテンプレートデータが２つ以上存在するか判断する（ステップＳ３４）。

相関係数が第２のしきい値以上のテンプレートデータが２つ以上存在する場合（ステップＳ３４ Ｙｅｓ）、相関値計算部１５ａは、相関係数が第２のしきい値以上のテンプレートデータを選択し、選択したテンプレートデータに対応する全てのテンプレートデータ番号をデータセットの識別情報とともに分類結果記憶部１６に格納し（ステップＳ３５）、ステップＳ３０へ進む。相関係数が第２のしきい値以上のテンプレートデータが存在しないまたは１つ存在する場合（ステップＳ３４ Ｎｏ）、ステップＳ２９へ進む。

次に、図１３，１４に示す電波環境測定データの例を用いて本実施の形態の動作を説明する。なお、テンプレートデータ記憶部１４には図８に示したテンプレートデータａ，ｂ，ｃが格納されているとする。図１３，１４は、測定されたデータセットの一例示す図である。N_Pは、図１３，１４の例ともに図９の例と同様に７００００であり、階級数は１６であり、階級幅も図９の例と同様である。図１３の上段の左には、データ＃２のデータセットが測定された際の干渉波の電力分布を示し、図９の上段の右には、このデータセットに基づいて電力値カウント部１２が生成したヒストグラムを示す。図１３の下段には、図１３の上段の右に示したヒストグラムに対応する階級ごとの度数を示している。また、干渉波の電力分布を、図９の例と同様に行数n_r、列数n_cの行列と考える。図１３のヒストグラムを図８の各ヒストグラムと比較すると、図１３のヒストグラムはテンプレートデータａおよびテンプレートデータｂに近い形状であることがわかる。

また、図１４の上段の左には、データ＃３のデータセットが測定された際の干渉波の電力分布を示し、図１４の上段の右には、このデータセットに基づいて電力値カウント部１２が生成したヒストグラムを示す。図１４の下段には、図１４の上段の右に示したヒストグラムに対応する階級ごとの度数を示している。また、干渉波の電力分布を、図９の例と同様に行数n_r、列数n_cの行列と考える。図１４のヒストグラムを図８の各ヒストグラムと比較すると、図１４のヒストグラムはテンプレートデータａ、テンプレートデータｂ、テンプレートデータｃのいずれとも異なる形状であることがわかる。

図１５は、テンプレートデータ、図１３，１４に示したデータ＃２、データ＃３の高次モーメント、およびこれらの相関係数を示す図である。ここで、図１２のフローチャートのステップＳ３４で用いる第２のしきい値を０．７とし、ステップＳ３２で用いる第１のしきい値を０．２とする。なお、第１のしきい値および第２のしきい値の値はこれらに限定されない。ただし、第１のしきい値は第２のしきい値より小さい値とする。図１５の右図は、各データセットのテンプレートデータごとの相関係数を示しており、データ＃２では、テンプレートデータｂと間の相関係数が０．７２と最も大きい。しかしながら、テンプレートデータａとの相関値も０．７１と大きく、データ＃２は、相関係数が第２のしきい値以上となるテンプレートデータが２つ存在することとなる。この場合、データ＃２は、テンプレートデータａとテンプレートデータｂの両方に対応する環境の特徴を有する環境であると分類する。また、データ＃３は、３つのテンプレートデータとの間の相関係数がいずれも第１のしきい値以下となり、３つのテンプレートデータとは異なる電波環境であると判断される。この場合は、データ＃３に対応する高次モーメントを新たなテンプレートデータｄとして登録する。

以上のように、本実施の形態の電波環境解析装置１００ａは、テンプレートデータ記憶部１４に格納され全テンプレートデータとの間の相関が第１のしきい値以下の場合、算出した高次モーメントを新たにテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納する。また、相関係数が第２のしきい値以上となるテンプレートデータが複数存在する場合は、該当するテンプレートデータに対応する特徴を併せ持つ電波環境と判断する。これにより、より精度よく電波環境を分類することができる。なお、本実施の形態では、テンプレートデータ記憶部１４に格納され全テンプレートデータとの間の相関が第１のしきい値以下の場合、算出した高次モーメントを新たにテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納する第１の処理と、相関係数が第２のしきい値以上となるテンプレートデータが複数存在する場合は、該当するテンプレートデータに対応する特徴を併せ持つ電波環境と判断する第２の処理との両方を実施する例を説明したがいずれか一方を実施するようにしてもよい。

また、実施の形態の電波環境解析装置も実施の形態１の電波環境解析装置と同様に通信装置に搭載されてもよい。この場合の通信装置の構成は、実施の形態１の電波環境解析装置を本実施の形態の電波環境解析装置に替える以外は、実施の形態１の通信装置と同様である。

実施の形態３．
図１６は、本発明の実施の形態３にかかる電波環境解析装置１００ｂの機能構成例を示す図である。本実施の形態の電波環境解析装置１００ｂの機能構成は、実施の形態１の電波環境解析装置１００の相関値計算部１５を相関値計算部１５ｂに替え、分類結果記憶部１６を分類結果記憶部１６ａに替え、さらに相関解析部１８を追加する以外は、実施の形態１の電波環境解析装置１００と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１または実施の形態２と異なる点を説明する。

本実施の形態の電波環境解析装置１００ｂのハードウェア構成は、実施の形態１の電波環境解析装置１００のハードウェア構成と同様である。相関値計算部１５ｂは、相関値計算部１５と同様に、図４に示したプロセッサ２０２が、メモリ２０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。相関解析部１８は、同様に、図４に示したプロセッサ２０２が、メモリ２０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。分類結果記憶部１６ａは、図３のメモリ２０３の一部である。

実施の形態２では、いずれのテンプレートデータと相関の低い場合は、新たにテンプレートデータを作成するようにしたものであるが、本実施の形態の電波環境解析装置１００ｂは、データセット間の相関係数を用いて電波環境を分類する。これにより、使用する周波数帯の干渉が既知でない場合などでも、適切に電波環境を分類できる。なお、データセットにより生成された高次モーメントとデータセットにより生成された高次モーメントとの間の相関係数を、適宜データセット間の相関係数と略して記載する。

相関値計算部１５ｂは、モーメント計算部１３で算出した、データセットごとの高次モーメントの計算結果を元にデータセット間の相関係数を計算する。なお、データセットの個数をN_Dとすると、相関係数を計算するデータセットの組み合わせは_NDＣ₂個存在する。なお、_NDＣ₂における下付きのNDはN_Dと同一である。また、相関値計算部１５ｂは、実施の形態１の相関値計算部１５が実施する処理または実施の形態２の相関値計算部１５ａの実施する処理により、テンプレートデータを用いて分類をすることもできる。

相関解析部１８は、相関値計算部１５ｂにより計算された相関係数に基づいて、相関係数が第１のしきい値より大きいデータセット同士が同一のグループとなるようにデータセットをグループ分けし、生成済のグループの代表データとの相関係数が第１のしきい値以下のデータセットがある場合には、新たなグループを生成する。そして、最後に各グループから選択したデータセットの高次モーメントをテンプレートデータとする。

本実施の形態では、相関値計算部１５ｂと相関解析部１８とが、モーメント計算部１３により計算された複数の次数のモーメントに基づいてデータ群に対応する電波環境の種別を判定する判定部を構成する。

分類結果記憶部１６ａは、相関解析部１８によりグループ分けされた結果を記憶する。また、相関値計算部１５ｂが、実施の形態１の相関値計算部１５が実施する処理または実施の形態２の相関値計算部１５ａの実施する処理を実施する場合には、実施の形態１と同様の分類結果を記憶する。

図１７は、本実施の形態の相関値計算部１５ｂが実施するデータセット間の相関係数算出処理手順の一例を示すフローチャートである。データセット間の相関係数算出処理と後述の相関分析部１８の処理とは、テンプレートデータがテンプレートデータ記憶部１４に格納されていない場合、またはテンプレートデータ記憶部１４に格納されているテンプレートデータとは異なる環境であると推定される場合等に実施される。

図１７に示すように、相関値計算部１５ｂは、データセットを識別する変数であるｉを１に初期化し、ｉ番目のデータセットとの相関係数を計算する対象となるデータセットを識別する変数であるｚをｚ＝１に初期化する（ステップＳ３６）。そして、相関値計算部１５ｂは、ｉ番目のデータセットの高次モーメントと、ｚ番目のデータセットの高次モーメントとの相関係数を計算する（ステップＳ３７）。相関値計算部１５ｂは、計算した相関係数を、ｉ，ｚと対応付けて保持する。次に、相関値計算部１５ｂは、ｚがN_Dに等しいか否かを判断する（ステップＳ３８）。ｚがN_Dに等しくない場合（ステップＳ３８ Ｎｏ）、相関値計算部１５ｂは、ｚを１増加させ（ステップＳ３９）、ステップＳ３７へ戻る。ｚがN_Dに等しい場合（ステップＳ３８ Ｎｏ）、相関値計算部１５ｂは、ｉがN_Dに等しいか否かを判断する（ステップＳ４０）。ｉがN_Dに等しくない場合（ステップＳ４０ Ｎｏ）、ｉ＝ｉ＋１，ｚ＝ｉ＋１とし（ステップＳ４１）、ステップＳ３７へ戻る。ｉがN_Dに等しい場合（ステップＳ４０ Ｙｅｓ）、処理を終了する。相関値計算部１５ｂは、以上の処理により算出されたデータセット間の相関係数を相関解析部１８へ入力する。

なお、例えば、ｉ＝２，ｚ＝３の相関係数と、ｉ＝３，ｚ＝２の相関係数は同じである。したがって、同じ相関係数となるものを計算しなくてよいように、ステップＳ４１では、ｚ＝ｉ＋１としている。

図１８は、相関解析部１８が実施するテンプレートデータ生成処理手順の一例を示すフローチャートである。図１８の処理の開始時点では、生成済みのグループ数N_Vは１に初期化されている。相関解析部１８は、データセットを識別する変数であるｉを１に初期化し、グループの番号を示す変数であるｇを１に初期化し、ｇ番目のグループの代表データのデータセットを示す変数r_g［ｇ］を１に初期化し、グループの数を示す変数n_gを１に初期化する（ステップＳ４２）。

次に、相関解析部１８は、ｉ＝１であるか否かを判断する（ステップＳ４３）。ｉ＝１である場合（ステップＳ４３ Ｙｅｓ）、相関解析部１８は、r_g［ｇ］をｉとする（ステップＳ４４）。そして、相関解析部１８は、ｉ番目のデータセットをｇ番目のグループに分類し（ステップＳ４５）、ステップＳ５０へ進む。

ｉ＝１でない場合（ステップＳ４３ Ｎｏ）、ｉ番目のデータセットとｇ番目のグループの代表データであるr_g［ｇ］番目のデータセットとの間の相関係数は第１のしきい値以下であるか否かを判断する（ステップＳ４６）。ｉ番目のデータセットとｇ番目のグループの代表データであるr_g［ｇ］番目のデータセットとの間の相関係数が第１のしきい値以下でない場合（ステップＳ４６ Ｎｏ）、ステップＳ４５へ進む。

ｉ番目のデータセットとｇ番目のグループの代表データであるr_g［ｇ］番目のデータセットとの間の相関係数が第１のしきい値以下である場合（ステップＳ４６ Ｙｅｓ）、相関解析部１８は、ｇ＝n_gであるか否かを判断する（ステップＳ４７）。ｇ＝n_gでない場合（ステップＳ４７ Ｎｏ）、相関解析部１８は、ｇを１増加させ（ステップＳ４８）、ステップＳ４６へ戻る。

ｇ＝n_gである場合（ステップＳ４７ Ｙｅｓ）、相関解析部１８は、ｉ番目のデータセットをｇ＋１番目のグループに分類し、r_g［ｇ＋１］＝ｉ，n_g＝n_g＋１とする（ステップＳ４９）。次に、相関解析部１８は、ｉ＝N_Dであるか否かを判断する（ステップＳ５０）。なお、N_Dは実施の形態１、実施の形態２と同様に、データセットの数である。

ｉ＝N_Dでない場合（ステップＳ５０ Ｎｏ）、ｉを１増加させ（ステップＳ５１）、ステップＳ４６へ戻る。ｉ＝N_Dである場合（ステップＳ５０ Ｙｅｓ）、相関解析部１８は、グループごとにグループに属するデータセットからテンプレートデータとするデータセットを選択し（ステップＳ５２）、処理を終了する。ステップＳ５２で、グループごとにグループに属するデータセットからテンプレートデータとするデータセットを選択する際には、例えば、グループに属するデータセットのうちからランダムな番号のデータセットを選択する。

相関解析部１８は、上記のステップＳ５２で選択されたデータセットに対応する高次モーメントをテンプレートデータとしてテンプレートデータ記憶部１４に格納する。なお、各データセットに対応する高次モーメントは、相関解析部１８に入力されない。このため、例えば、相関解析部１８の計算が終了するまで相関値計算部１５ｂが各データセットに対応する高次モーメントを保持しているとし、選択したデータセットに対応する高次モーメントを相関値計算部１５ｂから取得する。

以上の処理により、各データセットがグループ分けされ、また、グループに対応するテンプレートデータを生成することができる。本実施の形態のグループは、電波環境すなわち干渉波の特徴の種別に応じたグループとなっているため、グループ分けすることにより、電波環境の種別に応じてデータセットを分類していることになる。相関解析部１８は、グループを示す番号とデータセットを示す識別情報を分類結果記憶部１６ａに格納する。なお、グループを示す番号とデータセットを示す識別情報を分類結果記憶部１６ａに格納せずに、そのまま分類結果出力部１７へ出力してもよい。

また、テンプレートデータがテンプレートデータ記憶部１４に格納された後は、実施の形態１または実施の形態２と同様に、テンプレートデータを用いた分類処理を実施することができる。なお、テンプレートデータを用いた処理を実施せずに、上述したデータセット間の相関係数によるグループ分けを実施する場合には、電波環境解析装置１００ｂは、テンプレートデータ記憶部１４を備えなくてよく、また、図１８の処理のステップＳ５２を実施しなくてよい。

次に、図１９を用いてデータセットのグループ分けの一例を説明する。図１９は、相関値計算部１５ｂが算出したデータセット間の相関係数の一例とグループ分けの一例を示す図である。図１９の上段の図は、相関値計算部１５ｂが算出したデータセット間の相関係数の一例を示している。なお、上述のように、図１７において、ｉとｚの値が入れ替わったもの、すなわちｉ＝２，ｚ＝３の相関係数と、ｉ＝３，ｚ＝２の相関係数との両方は計算していないが、一方の計算結果を複製して他方の相関係数とすることで図１９の上段の図を得ることができる。図１９の上段の図では、データセットの番号を示すデータセット番号を横方向と縦方向に記載し、横方向のデータ番号が同一となる列と縦方向のデータ番号が同一となる行とが交わる部分に、対応する相関係数を示している。例えば、横方向のデータ番号＃１の列と、縦方向のデータ番号＃１の行の交わる部分すなわち図１９の左上端は、データ番号＃１のデータセットであるデータ＃１を用いて計算された高次モーメントとデータ番号＃１のデータセットであるデータ＃１を用いて計算された高次モーメントとの相関係数すなわち自己相関係数である。同様に、横方向のデータ番号＃１の列と、縦方向のデータ番号＃２の行の交わる部分は、データ番号＃１のデータセットであるデータ＃１を用いて計算された高次モーメントとデータ番号＃２のデータセットであるデータ＃２を用いて計算された高次モーメントとの相関係数である。

図１９の下段の左側の図は、上段の相関係数を用いてグループ分けした結果を示している。なお、ここでは、第１のしきい値は０．２であるとする。まず、図１８のステップＳ４４、ステップＳ４５により、１番目のグループであるグループａにデータ＃１が分類されるとともに、グループａの代表データがデータ＃１に設定される。その後、データ＃２〜データ＃１０までは、グループ＃１との相関係数が０．２より大きいため、ステップＳ４６でＮｏの進む処理により、グループａに分類される。一方、グループ＃１１とグループ＃１との間の相関係数は、０．０２であり０．２以下である。このため、グループ＃１１は、ステップＳ４６でＹｅｓに進んだ処理により、２番目の新たなグループであるグループｂに分類される。そして、グループｂの代表データはデータ＃１１に設定される。

データ＃１２は、データ＃１との相関係数は０．２以下でありデータ＃２との相関係数は０．２より大きかったとする。このため、データ＃１２はグループｂに分類される。データ＃１３は、データ＃１との相関係数は０．２以下でありデータ＃２との相関係数も０．２以下であったとする。このため、３番目の新たなグループであるグループｃに分類される。このような処理が繰り返され、N_D個のデータセットが各グループに分類される。そして、図１９の下段の右側の図に示すように、グループごとに、テンプレートデータとするデータセットが選択される。図１９の例では、グループａからはデータ＃６が選択され、グループｂからはデータ＃１５が選択され、グループｃからはデータ＃３０が選択された例を示している。したがって、テンプレートデータａとしてデータ＃６の高次モーメントがテンプレートデータ記憶部１４に格納され、テンプレートデータｂとしてデータ＃１５の高次モーメントがテンプレートデータ記憶部１４に格納され、テンプレートデータｃとしてデータ＃３０の高次モーメントがテンプレートデータ記憶部１４に格納される。

以上のように、本実施の形態の電波環境解析装置は、データセット間の相関係数に基づいて、データセットを電波環境の特徴に応じて分類するようにした。このため、テンプレートデータが生成されていない場合にもデータセットを電波環境の特徴に応じて分類することができる。このため、干渉波の特徴が既知でない場合でも、データセットを電波環境の特徴に応じて分類することができる。また、上記の分類結果に基づいてテンプレートデータを作成することができる。

したがって、例えば、電波環境解析装置が電波を受信可能な範囲で、通信方式が既知である通信装置により時間帯ごとに異なる通信方式で送信を行う。この通信装置は、本実施の形態の電波環境解析装置を備えた通信装置であってもよいし、電波環境解析装置を備えていない通信装置であってもよい。例えば、時間帯Ｔ₁では第１の通信方式で送信を行い、時間帯Ｔ₂では送信を行わず、時間帯Ｔ₃では第２の通信方式で送信を行う。そして、本実施の形態の電波環境解析装置は、この通信装置から送信された電波を受信して、上述したように、データセットを電波環境の特徴に応じて分類する。上記の通信装置が通信方式ごとに送信した時間帯と分類結果により識別されたデータセットを識別する情報すなわちデータセットに対応する受信時刻等とに基づいてデータセットがどの通信方式に対応するものであるかまたは通信を行っていない時間帯のものであるかを把握できる。これにより、時間帯Ｔ₁内の時刻に対応するデータセットにより生成されたテンプレートデータは、第1の通信方式の通信が行われている環境であることがわかり、時間帯Ｔ₂内の時刻に対応するデータセットにより生成されたテンプレートデータは干渉波がほとんどない環境であることがわかり、時間帯Ｔ₃内の時刻に対応するデータセットにより生成されたテンプレートデータは、第２の通信方式の通信が行われている環境であることがわかる。以上の結果を用いて実施の形態１と同様に、電波環境とテンプレートを対応付けることができるため、以降は実施の形態１または実施の形態２と同様に電波環境を分類することができる。

また、本実施の形態で述べたテンプレートの作成処理は、本実施の形態の電波環境解析装置による電波環境の分類結果を用いる通信装置の運用前に実施することができる。また、本実施の形態の電波環境解析装置による電波環境の分類結果を用いる通信装置の運用後に、再度、本実施の形態で述べたテンプレートの作成処理を行ってテンプレートデータを更新してもよい。また、実施の形態の電波環境解析装置も実施の形態１の電波環境解析装置と同様に通信装置に搭載されてもよい。この場合の通信装置の構成は、実施の形態１の電波環境解析装置を本実施の形態の電波環境解析装置に替える以外は、実施の形態１の通信装置と同様である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１１，１０１ データ取得部、１２ 電力値カウント部、１３ モーメント計算部、１４ テンプレートデータ記憶部、１５，１５ａ，１５ｂ 相関値計算部、１６，１６ａ 分類結果記憶部、１７ 分類結果出力部、１８ 相関解析部、１００，１００ａ，１００ｂ 電波環境解析装置、１０２，３０３ 制御回路、２０１ 入力部、２０２ プロセッサ、２０３ メモリ、２０４ 出力部、３００ 通信装置、３０１ アンテナ、３０２ 処理回路、３０４−１〜３０４−Ｌ 送受信処理部、３０５ 選択部。

Claims (6)

1. 受信した電磁波の電力値を取得する取得部と、
   複数の前記電力値であるデータ群を用いて前記電力値の度数分布を算出する度数算出部と、
   前記度数分布を用いて複数の次数のモーメントを計算するモーメント計算部と、
   前記モーメント計算部により計算された前記複数の次数のモーメントに基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定する判定部と、
   電波環境の種別に対応する電力値の度数分布に基づいて生成された複数の次数のモーメントであるテンプレートデータを電波環境の種別ごとに記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記テンプレートデータと前記モーメント計算部の計算結果との相関係数を計算し、前記相関係数に基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定し、前記記憶部に格納されている全ての前記テンプレートデータとの間の前記相関係数が、第１のしきい値以下である場合、前記データ群を用いて計算された前記モーメント計算部の計算結果を新たなテンプレートデータとして前記記憶部へ格納することを特徴とする電波環境解析装置。
2. 前記判定部は、複数の前記テンプレートデータに対応する前記相関係数が第２のしきい値以上の場合、前記データ群に対応する電波環境の種別を、前記相関係数が前記第２のしきい値となる複数の前記テンプレートデータに対応する複数の電波環境の種別と判定することを特徴とする請求項１に記載の電波環境解析装置。
3. 受信した電磁波の電力値を取得する取得部と、
   複数の前記電力値であるデータ群を用いて前記電力値の度数分布を算出する度数算出部と、
   前記度数分布を用いて複数の次数のモーメントを計算するモーメント計算部と、
   前記モーメント計算部により計算された前記複数の次数のモーメントに基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定する判定部と、
   を備え、
   前記判定部は、
   複数の前記データ群に対応する前記モーメント計算部の計算結果を用いて、複数の前記計算結果間の相関係数を計算する相関値計算部と、
   前記相関係数に基づいて前記データ群を複数の電波環境の種別に分類する相関解析部と、
   を備えることを特徴とする電波環境解析装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の電波環境解析装置と、
   前記電波環境解析装置により判定された電波環境の種別に基づいて、使用する無線通信方式を選択する選択部と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
5. 電波環境の種別に対応する電力値の度数分布に基づいて生成された複数の次数のモーメントであるテンプレートデータを電波環境の種別ごとに記憶部に記憶する第１のステップと、
   受信した電磁波の電力値を取得する第２のステップと、
   複数の前記電力値であるデータ群を用いて前記電力値の度数分布を算出する第３のステップと、
   前記度数分布を用いて複数の次数のモーメントを計算する第４のステップと、
   前記第４のステップにおいて計算された前記複数の次数のモーメントに基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定する第５のステップと、
   を含み、
   前記第５のステップでは、前記テンプレートデータと前記４のステップの計算結果との相関係数を計算し、前記相関係数に基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定し、前記記憶部に格納されている全ての前記テンプレートデータとの間の前記相関係数が、第１のしきい値以下である場合、前記データ群を用いて計算された前記第４のステップの計算結果を新たなテンプレートデータとして前記記憶部へ格納することを特徴とする電波環境解析方法。
6. 受信した電磁波の電力値を取得する第１のステップと、
   複数の前記電力値であるデータ群を用いて前記電力値の度数分布を算出する第２のステップと、
   前記度数分布を用いて複数の次数のモーメントを計算する第３のステップと、
   前記第３のステップにおいて計算された前記複数の次数のモーメントに基づいて前記データ群に対応する電波環境の種別を判定する第４のステップと、
   を含み、
   前記第４のステップでは、複数の前記データ群に対応する前記第３のステップの計算結果を用いて、複数の前記計算結果間の相関係数を計算し、前記相関係数に基づいて前記データ群を複数の電波環境の種別に分類することを特徴とする電波環境解析方法。

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