JP6488321B2 - 無線スペクトルモニタリング及び分析 - Google Patents

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Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１４年７月１８日に出願された「無線スペクトルモニタリング及び分析（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」という名称の米国特許出願第１４／３３４，８２２号に対する優先権を主張するものである。この優先出願は、本出願において引用により本明細書に組み入れられる。
本明細書は、無線スペクトルモニタリング及び分析に関する。
無線周波数（ＲＦ）スペクトルは、限られた貴重なリソースである。通常は、行政機関及び規制当局がスペクトルの割り当て及び使用を制御し、スペクトルの一部を使用する権利は、無線サービスプロバイダ及び他のタイプの公共団体及び民間団体に売却又はライセンス供与される。無線サービスプロバイダは、割り当てられたスペクトルを用いて、例えば無線通信規格の周波数帯においてエンドユーザに無線サービスを提供する。
一般的な態様では、無線スペクトル使用をモニタして分析する。
いくつかの態様では、無線スペクトル分析システムが、ある地理的地域にわたって異なる場所に分散した無線スペクトル分析装置を含む。無線スペクトル分析装置は、各異なる場所の無線スペクトル使用を同時にモニタするように構成される。各無線スペクトル分析装置は、その異なる場所で検出した無線信号に基づいて識別したスペクトル使用パラメータを送信するように構成される。無線スペクトル分析システムは、無線スペクトル分析装置から送信されたスペクトル使用パラメータを集約するように構成されたデータ集約システムをさらに含む。
いくつかの態様では、無線スペクトル分析システムが、通信システム及びデータ分析システムを含む。通信システムは、ある地理的地域にわたって分散した無線スペクトル分析装置からスペクトル使用パラメータを受け取るように構成される。スペクトル使用パラメータは、地理的地域内のそれぞれの場所において無線スペクトル分析装置によって検出された無線信号に基づく。データ分析システムは、装置からのスペクトル使用パラメータに基づいて、その地理的地域のスペクトル使用レポートを生成する。
以下の添付図面及び説明に、１又は２以上の実装の詳細を示す。これらの説明及び図面、並びに特許請求の範囲から、その他の特徴、目的及び利点が明らかになるであろう。
無線スペクトル分析システムの例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析システム例のアーキテクチャを示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置の分布例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置に関連するペクトル検査（ＳＩ）情報の例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置に関連するＳＩ情報の例を示す別のブロック図である。 無線スペクトル分析装置の例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置のＳＩ信号経路の例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置の別のＳＩ信号経路の例を示すブロック図である。 無線スペクトル分析装置例の上面図である。 図９の無線スペクトル分析装置例９００のアンテナ９１０ａ〜ｄのアンテナプロファイル例の上面図である。 別の無線スペクトル分析装置例の上面図である。 無線スペクトル分析装置の応用例を示すブロック図である。
様々な図面では、同じ要素を同じ参照記号によって示す。
本明細書で説明する内容のいくつかの態様では、無線スペクトル使用を空間及び時間にわたってモニタして分析する。例えば、ある地理的地域内の様々な場所で同時に動作する複数の無線スペクトル分析装置からのスペクトル使用パラメータを集約することができる。地理的地域は、（例えば、半径が数十又は数百メートルから数キロメートルまでの）比較的狭いものであっても、或いは比較的広いものであってもよく、一般にあらゆる関心領域（例えば、建物、街区、管轄、人口動態、産業など）を表すことができる。いくつかの例では、集約データが、現実的かつ包括的なスペクトル使用の分析を容易にし、その地理的地域の無線スペクトル及びその他のリソースの利用及び品質についての理解をもたらすことができる。
いくつかの実装では、様々な無線通信規格の無線スペクトル使用をモニタして分析する。例えば、無線スペクトル分析装置は、グローバルシステムフォーモバイル（ＧＳＭ（登録商標））及びＧＳＭ進化型高速データレート（ＥＤＧＥ）又はＥＧＰＲＳなどの２Ｇ規格、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、ユニバーサル移動体電気通信システム（ＵＭＴＳ）、及び時分割同期符号分割多元接続（ＴＤ−ＳＣＤＭＡ）などの３Ｇ規格、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）及びＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）などの４Ｇ規格、ＩＥＥＥ ８０２．１１、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離通信（ＮＦＣ）、ミリ波通信などの無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）又はＷｉＦｉ規格、或いは複数のこれらの又はその他のタイプの無線通信規格をモニタして分析することができる。いくつかの実装では、他のタイプの無線通信（例えば、非標準的な信号及び通信プロトコル）の無線スペクトル使用をモニタして分析する。
いくつかの例では、無線スペクトル使用データ及び関連情報を様々な団体が収集し、又は様々な団体に提供する（例えば、売却し、発行し、共有し、又は別様に提供する）ことができる。例えば、無線スペクトル使用データは、行政機関又は規制当局（例えば、連邦通信委員会（ＦＣＣ）など）、規格開発機関（例えば、第３世代パートナシッププロジェクト（３ＧＰＰ）、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）など）、スペクトル権利の所有者及び被許諾者、無線サービスプロバイダ、無線装置及びチップのメーカー及びベンダ、無線サービスのエンドユーザ、又はその他の団体が使用することができる。
無線スペクトル使用データ及び関連情報は、様々な目的で使用することができる。例えば、行政機関又は規制当局がこの情報を用いて、割り当て済みの又は未割り当てのスペクトルの使用権の規制、制御及び施行を改善することができ、規格開発機関がこの情報を用いて、動作周波数を選択し、（例えば、低負荷周波数帯を利用して過密周波数帯の負荷を軽減することによって）スペクトル負荷のバランスを保つ規格を構築することができ、或いはサービスプロバイダがこの情報を用いて、システムハードウェア、ソフトウェア、サービス又はインフラを最適化し、又は別様に改善することができる。
より正確かつ包括的なスペクトル使用データが存在すれば、対象のスキームを、無線スペクトル及びその他のリソースの利用を改善するように設計することができる。いくつかの例では、スペクトル権利の所有者及び被許諾者、又は無線サービスプロバイダが、所有又は運営する周波数帯の利用及び品質に基づいて独自のスペクトル使用を設計し、修正し又は別様に管理することができる。例えば、無線サービスプロバイダは、ある地理的位置のデータ通信量が多いことが分かれば、この地理的位置の多くのデータ通信量に対応するために、基地局の追加又はセル構成の修正（例えば、周波数再利用スキームの調整）を行うことができる。別の例として、無線サービスプロバイダは、一日のうちのある時点のデータ通信量が他の時点よりも多いことが分かれば、広報宣伝又は方針を、ピーク時以外の時間中の使用を促すように設計することができる。
いくつかの例では、無線スペクトル分析システムが、複数の無線スペクトル分析装置（例えば、スペクトル検査（ＳＩ）ボックス）と、データ集約システムとを含む。無線スペクトル分析装置は、ある地理的地域にわたって様々な場所に分散することができる。無線スペクトル分析装置は、それぞれの場所でＲＦスペクトルをモニタして分析し、データ集約システムにスペクトル使用パラメータを送信することができる。データ集約システムは、無線スペクトル分析装置から送信された情報の集約、編集及び分析を行う中央バックエンドシステムとしての役割を果たすことができる。
いくつかの実装では、無線スペクトル分析システム及び個々の無線スペクトル分析装置が、周波数領域、時間領域、又はこれらの両方における様々なタイプの分析を行うことができる。例えば、無線スペクトル使用の分析は、周波数領域における無線スペクトルの分析、時間領域における無線信号の分析、又はこれらの組み合わせ、及び他のタイプの分析を含むことができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置が、検出信号に基づいて、帯域幅、パワースペクトル密度又はその他の周波数属性を決定するように構成される。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置が、復調及びその他の動作を行って、例えば無線信号に含まれる信号情報（例えば、プリアンブル、同期情報、チャネル状態インジケータ、ＷｉＦｉネットワークのＳＳＩＤ／ＭＡＣアドレス）などのコンテンツを時間領域において無線信号から抽出するように構成される。
いくつかの例では、無線スペクトル分析システムが、装置からのスペクトル使用データに基づいてスペクトル使用レポートを提供する。スペクトル使用レポートは、（例えばユーザインターフェイス内で）ユーザに提供することも、（例えば分析又は保管目的で）データベースに記憶することも、加入者又はその他の団体（例えば、行政機関又は規制当局、規格開発機関、スペクトル権利の所有者及び被許諾者、無線サービスプロバイダなど）に送信することも、或いは別様に出力することもできる。いくつかの例では、スペクトル使用レポートが、テキスト、データ、テーブル、チャート、グラフ又はその他の無線スペクトル使用の表現を含むこともできる。
いくつかの例では、スペクトル使用レポートが、周波数領域情報、時間領域情報、空間領域情報、又はこれらの組み合わせ、及び無線スペクトル分析装置によって検出された無線信号の分析から得られるその他の知識を含むことができる。スペクトル使用レポートは、異なる場所の全ての複数の無線スペクトル分析装置からのデータに基づくグローバルな情報及び高レベルな知識を含むことができる。例えば、スペクトル使用レポートは、傾向、統計、パターン、カバレッジ、ネットワーク性能、或いは時間又は空間にわたるその他の情報を含むことができる。いくつかの実装では、特定のユーザ又は団体の業種、選好又はその他の属性に基づいて、スペクトル使用レポートをあつらえ、又はカスタマイズすることができる。
いくつかの例では、ある地理的地域にわたる異なる場所で多くの無線スペクトル分析装置を使用して、各異なる場所の無線スペクトル使用を同時にモニタすることができる。従って、様々な場所のＲＦ信号を同時に又は重複期間中に検査できることにより、その地理的地域にわたる、より正確かつ包括的なスペクトル使用の検査を可能にすることができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置が、広周波数範囲にわたるＲＦ信号を「リスン」又は「ウォッチ」して検出したＲＦ信号を処理することにより、それぞれの場所の無線スペクトル使用をモニタする。ＲＦ信号が全く検出されない時もあり、従って無線スペクトル分析装置は、装置のローカル環境でＲＦ信号が検出された時に（例えば、適宜又は継続的に）信号を処理することができる。
多くの場合、無線スペクトル分析装置は、他の団体又はシステムによって、又はこれらの間で、例えば特定の周波数又は一連の周波数で、或いは自然現象によって送信された無線信号を検出することができる。無線信号の送信元、宛先、コンテキスト及び性質は、様々とすることができる。従って、無線スペクトル分析装置は、様々なシステム、団体又は現象による無線スペクトル使用をモニタすることができ、本明細書で説明するシステムは、いずれかの特定のタイプ又はクラスのシステム又はプロトコルをモニタすることに限定されるものではない。
いくつかの例では、無線スペクトル分析装置を比較的低コストのコンパクトな軽量装置として実装することができる。いくつかの例では、小型サイズ及び可搬性が、無線スペクトル分析システムの適用性を拡大して柔軟性を高めることができる。いくつかの例では、セルラーシステムのピコ／フェムトセルボックス、ＷｉＦｉアクセスポイント又は基地局、車両、ルータ、モバイル装置（例えば、スマートフォン、タブレットなど）、コンピュータ、モノのインターネット（例えば、マシンツーマシン（Ｍ２Ｍ））モジュール、ケーブルモデムボックス、ホームギア電子ボックス（例えば、ＴＶ、モデム、ＤＶＤ、ビデオゲームステーション、ラップトップ、キッチン用品、プリンタ、照明、電話機、時計、サーモスタット、火災検知器、ＣＯ2検知器など）、又はその他の場所に無線スペクトル分析装置を配置又は結合することができる。
いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置が、現場で未加工データ（例えば、検出されたＲＦ信号）に対して計算及び分析を行って、関連情報（例えば、スペクトル使用パラメータ）の要約を抽出することができる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置が、データ集約システムに未加工データを送信する代わりに未加工データから抽出した要約を送信し、これによってデータ通信量を低減し、電力消費量を削減し（この場合、これによってバッテリ寿命を延ばすことができる）、他の利点をもたらすことができる。いくつかの例では、例えば要求時又はその他の場合、データ集約システムに未加工データを送信することもできる。
いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置とデータ集約システムとの間の通信が、例えば、より効率的なデータ送信を行うことができるインターネットプロトコル（ＩＰ）伝送又は別の標準的なデータ伝送プロトコルに基づくことができる。一般に、無線スペクトル分析装置からデータ集約システムへは、いつでもメッセージを送信することができる。例えば、送信は、ＲＦスペクトルの使用が検出されたことによってトリガすることも、データ集約システムからの要求によって開始することも、所定のスケジュール又は定期的な間隔に従って送信することも、或いは別の方法で行うこともできる。いくつかの例では、集約システムが、特定の無線スペクトル分析装置にデータを要求することができる。
いくつかの例では、無線スペクトル分析装置を展開してバックエンドシステムから制御することができる。例えば、無線スペクトル分析装置は、装置を操作する技術者を現場で必要とせずに動作することができる。いくつかの実装では、データ集約システム又は別のタイプの中央制御システムが、例えば無線スペクトル分析装置を構成又はアップグレードする制御動作を実行することができる。いくつかの例では、制御システムが構成情報を要求し、又はいずれかの特定の無線スペクトル分析装置の内部テストを行うことができる。
図１は、無線スペクトル分析システムの例１００を示すブロック図である。図１に示す無線スペクトル分析システム例１００は、（ＳＩボックスとして示す）無線スペクトル分析装置１１０のネットワーク、及びデータ集約システム１１５を含む。図１に示すように、１又は２以上のセルラーネットワークの複数のセル１０５を含む地理的地域にわたって複数（例えば、数十、数百又は数千台）の無線スペクトル分析装置１１０を分散させ、各セル１０５内に複数の無線スペクトル分析装置１１０を存在させることができる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置１１０を、例えばセルラーネットワークを含まない領域などの別の地理的地域にわたって分散させることもできる。無線スペクトル分析装置１１０は、互いに同一又は同様のものとすることもでき、或いは、無線スペクトル分析システム１００が様々な異なる無線スペクトル分析装置１１０を含むこともできる。
図１に示すように、各セル１０５は、セルラーネットワーク（例えば、セルラー音声ネットワーク、セルラーデータネットワークなど）内のユーザ装置（例えば、携帯電話機など）と相互連結する１又は２以上の基地局１２０を含む。通常、各セル１０５は、単一の基地局１２０を含む。通常、地理的地域内の基地局の密度は、所望のセルカバレッジに基づいて決定されてセルの企画段階中に計算されるので、一旦インフラが展開されると比較的一定のままである。
通常、基地局１２０は、例えばセル１０５全体などの広い地域にわたってモバイル装置に無線サービスを提供する。従って、基地局１２０は、例えば十分なセルカバレッジを提供するために、比較的広い地域にわたって信号を送信するのに十分な電力を必要とする。通常、基地局は、消費電力が約１０ワット〜１００ワット又はそれ以上の高出力プロセッサ又は高出力コンポーネントの配列を使用し、従って基地局の動作温度を維持するために冷却システムが必要になることもある。これらの及びその他の理由により、多くの場合、基地局は大規模で高価なシステムである。例えば、多くの場合、セルラー基地局は、タワーに取り付けられた複数のアンテナと、タワーの基部付近の電子機器を有する建物とで構成され、場合によっては＄１００，０００〜＄１，０００，０００又はそれ以上のコストが掛かることもある。
図示の例では、無線スペクトル分析装置１１０が、データ集約システム１１５にスペクトル使用情報を提供する。例えば、無線スペクトル分析装置１１０は、ＩＰクラウドネットワーク、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ又は別の通信システムを介してデータ集約システム１１５にメッセージ（例えば、ＩＰパケット、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームなど）を送信することができる。例えば、無線スペクトル分析システム１００は、基地局１２０によってサポートされるセルラーネットワーク以外の（又はそれを含む）既存の通信及び電力インフラ（例えば、公衆ネットワーク、プライベートネットワーク、広域ネットワークなど）を利用することができる。
無線スペクトル装置例１１０は、各々がローカルエリア内の無線信号をモニタして分析するモジュール式装置又はスタンドアロン型装置とすることができる。無線スペクトル分析装置１１０は、いくつかの例では（例えば、ユーザ装置への）セルラーサービスの提供や、基地局１２０の動作のサポートや、又はセルラーネットワークのコンポーネントとしての他の動作を行わずに、スペクトル使用データを提供することに専念する。例えば、無線スペクトル分析装置１１０は、無線信号を検出して分析する専門ハードウェア（例えば、カスタマイズされた回路、カスタマイズされたチップセットなど）及び専門ソフトウェア（例えば、信号処理及び分析アルゴリズム）を含むことができる。
いくつかの例では、無線スペクトル分析装置１１０が低消費電力（例えば、平均約０．１〜０．２ワット又はそれ以下）で動作し、従って比較的小型で安価なものとなり得る。いくつかの例では、個々の無線スペクトル分析装置が、典型的なパーソナルコンピュータ又はラップトップコンピュータよりも小型であり、様々な環境で動作することができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置が、オフィス空間、都市インフラ、住宅地、車両又はその他の場所に設置できるモジュール式のポータブルな小型装置である。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置を＄１００未満で製造することもできるが、実際のコストは様々である。
図１に示す例では、無線スペクトル分析装置１１０が、基地局１２０よりも密に地理的に分散する。従って、いくつかの例では、無線スペクトル分析装置１１０が、より高い位置解像度及び位置精度で無線スペクトルを検査することができる。特定の例として、千台もの無線スペクトル分析装置１１０を市内の様々な場所に、各セル１０５の各範囲内に約５０台ずつ配置することができるが、実際の数は個々の用途で異なる。各無線スペクトル分析装置１１０は、異なる場所（すなわち、他の無線スペクトル分析装置１１０の場所と物理的に区別できる場所）に存在する。
ある地理的地域内の無線スペクトル分析装置１１０の密度は、例えば、その地域、人口、場所又は他の地理的地域の要因に基づいて決定することができる。例えば、いくつかの例では、都市部の無線スペクトル分析装置１１０の密度を農村部よりも高くすることができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置例１１０を、その比較的低いコスト及び小型のサイズに起因してセル１０５又は別の関心領域全体に分散させて、その地域全体の無線スペクトル使用をモニタして分析するためのより経済的な解決策を提供することができる。
いくつかの例では、無線スペクトル分析システム１００を、システム構成及び管理の柔軟性レベルを高くして実装することができる。例えば、無線スペクトル分析装置１１０を、比較的容易に移動できるポータブルなプラグ＆プレイ装置にして様々な場所で動作させることもできる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置１１０が、標準的な通信インターフェイス（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＷｉＦｉ、ＵＳＢなど）を有し、標準的な電力を受け入れ、又はバッテリ電力で動作する。従って、無線スペクトル分析装置１１０の構成（例えば、無線スペクトル分析装置１１０の総数、密度及び相対的な位置）は、様々な環境に対応することができ、例えば適宜修正又は調整することができる。
データ集約システム例１１５は、無線スペクトル分析装置１１０から送信された（測定値、関連情報の要約などを含む）スペクトル使用情報を受け取り、スペクトル使用情報を（例えばデータベースに）記憶し、データベースからの集約データを処理してさらに高レベルなスペクトル使用情報を抽出するアルゴリズムを実行することができる。さらに高レベルな情報は、例えば、傾向、統計、カバレッジ、ネットワーク使用、又は無線スペクトル分析装置１１０に関連する他のいずれかのローカルな又はグローバルな情報を含むことができる。データ集約システム１１５は、無線スペクトル分析装置１１０の動作を制御し、これらの装置と個別に相互作用して、例えばソフトウェアアップデートの提供、特定のデータの要求、又はその他の制御動作を実行することもできる。
図２は、無線スペクトル分析システムの例２００のアーキテクチャを示すブロック図である。無線スペクトル分析システム２００は、図１の無線スペクトル分析システム１００又は別の無線スペクトル分析システムを表すことができる。無線スペクトル分析システム例２００は、複数の無線スペクトル分析装置１１０と、ＩＰクラウドネットワーク２２０と、メインコントローラ２３０とを含む。無線スペクトル分析システム２００は、追加コンポーネント又は異なるコンポーネントを含むこともできる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析システムを図２に示すように、又は他の好適な方法で配置することができる。
図２に示す例では、各無線スペクトル分析装置１１０が、空間座標（ｘi，ｙi，ｚi）を有するそれぞれの物理的位置におけるスペクトル検査（ＳＩ）ボックスとして実装され、ｉは１〜Ｌ（Ｌは、無線スペクトル分析装置１１０の数）の間で変化する。いくつかの実装では、各ＳＩボックスが、全地球測位システム（ＧＰＳ）、又はＳＩボックスの位置座標を識別する別の位置識別システムを含むことができ、或いは別の方法で位置座標を識別することもできる。いくつかの実装では、各ＳＩボックスが、位置識別子、又は位置座標に関連することができる一意の識別子を有する。
これらのＳＩボックス例は、周波数領域及び時間領域の両方において無線スペクトルをモニタして分析し、関連する地理的位置において利用可能な無線通信サービスの突っ込んだ分析を行うことができる。例えば、ＳＩボックスは、ＳＩボックスの位置の周囲のローカル無線環境内のＲＦ信号をいつでも検出することができる。いくつかの例では、ＳＩボックスが、データパケット及びフレームを識別し、同期情報、セル識別子及びサービス識別子、並びにＲＦチャネルの品質測定値（例えば、チャネル品質インジケータ（ＣＱＩ））を抽出し、ＳＩボックスによって検出されたＲＦ信号のこれらの及びその他の制御情報及びトラフィックデータに基づいて、スペクトル使用パラメータを導出することができる。ＲＦ信号の制御情報及びトラフィックデータは、２Ｇ ＧＳＭ／ＥＤＧＥ、３Ｇ／ＣＤＭＡ／ＵＭＴＳ／ＴＤ−ＳＣＤＭＡ、４Ｇ／ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信規格に対応する物理層情報及び媒体アクセス（ＭＡＣ）層情報を含むことができる。（例えば、特定の周波数又は特定の帯域幅などの）スペクトル使用パラメータは、検出ＲＦ信号の電力、検出ＲＦ信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）、検出ＲＦ信号の電力が最大になる周波数、又はその他のパラメータを含むことができる。いくつかの実装では、ＳＩボックスが、ＲＦジャマー及び干渉源、又はその他のタイプの情報を識別することができる。
図２に示す例では、ＳＩボックスからのデータ（例えば、スペクトル使用パラメータ又はその他の情報）が、データ集約システム又は中央制御システム（例えば、メインコントローラ２３０）によって集約される。いくつかの実装では、ＳＩボックスから送信されたメッセージをメインコントローラ２３０が例えばＩＰネットワーク（例えば、ＩＰクラウドネットワーク２２０）を介して受け取ることにより、ＳＩボックスからのデータが集約される。いくつかの実装では、ＳＩボックスが、ローカルネットワーク（例えば、ローカルインターネット２０２又は２０４）を介してＩＰクラウドネットワークに接続される。ＳＩボックスは、ローカル有線ネットワーク２１４又は無線ネットワーク２１２によってローカルネットワークに接続することができる。有線ネットワーク２１４は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ｘＤＳＬ（ｘ−デジタル加入者回線）、光ネットワーク、又はその他のタイプの有線通信ネットワークを含むことができる。無線ネットワーク２１２は、例えば、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＮＦＣ、又はその他のタイプのローカル無線ネットワークを含むことができる。いくつかの実装では、ＳＩボックスの一部が、１又は２以上の広域ネットワーク２０６を用いてＩＰクラウドネットワーク２２０に直接接続される。広域ネットワーク２０６は、例えば、セルラーネットワーク、衛星ネットワーク、又はその他のタイプの広域ネットワークを含むことができる。
メインコントローラ例２３０は、図１のデータ集約システム１１５又は別のバックエンドシステムに含めることができる。メインコントローラ２３０は、１又は２以上のコンピュータ装置又はシステムを含むコンピュータシステムとすることができる。メインコントローラ２３０又はそのあらゆるコンポーネントは、データ処理センター、コンピュータ施設、又はその他の場所に位置することができる。図示の例では、メインコントローラ２３０が、ＳＩボックスの動作を遠隔制御することができる。メインコントローラ２３０の機能例としては、ＳＩボックスの一部又は全部からの情報の集約、ＳＩボックスのソフトウェアのアップグレード、ＳＩボックスの状態のモニタリングなどを挙げることができる。例えば、メインコントローラ２３０は、一部又は全部のＳＩボックスにソフトウェアアップデートを送信することができる。
図２に示す例では、メインコントローラ２３０が、ＳＩボックスを１又は２以上の較正モード又はテストモードの状態にし、ＳＩボックス内の様々な要素をリセットし、又は必要に応じていずれかの個々のＳＩボックスを、例えばＳＩボックスの場所又は状態、その隣接するＳＩボックス又はその他の要因に基づいて構成することができる。いくつかの例では、ＳＩボックスの状態が、（ｉ）ＳＩボックスの温度、（ｉｉ）ＳＩボックスの現在の電力消費量、（ｉｉｉ）ＳＩボックスからメインコントローラ２３０に逆流するデータレート、（ｉｖ）ＳＩボックス周囲のローカルＷｉＦｉ信号の信号強度、ＳＳＩＤ又はＭＡＣアドレス、（ｖ）（例えば、ＳＩボックスの内部ＧＰＳユニットによって検出された）ＳＩボックスの位置、（ｖｉ）ＳＩボックス又はその周辺のＳＩボックスの状態に関する情報を提供する信号（例えば、ネットワークを介して送信されるＩＰパケット、制御信号）を含むことができる。メインコントローラ２３０は、ＳＩボックスのさらなる状態又は異なる状態をモニタすることもできる。
いくつかの実装では、メインコントローラ２３０が、ＳＩボックスから送信されたスペクトル検査情報（例えば、スペクトル使用パラメータ、各スペクトル使用パラメータの空間及び時間座標、ＳＩボックスの状態など）を受け取る通信システムを含み、又はこのような通信システムに結合することができる。メインコントローラ２３０は、複数のＳＩボックスからのスペクトル検査情報を集約（例えば、構築、編集又は別様に管理）し、ＳＩボックスからのスペクトル使用パラメータに基づいて地理的地域のスペクトル使用レポートを生成することができるデータ分析システム２３６を含み、又はこのようなデータ分析システム２３６に結合することができる。
いくつかの例では、スペクトル使用レポートをデータインターフェイス２３８上に提示して、様々なＳＩボックスの場所にわたる無線スペクトルの使用、品質又はその他の情報をユーザに提示することができる。例えば、スペクトル使用レポートは、ＲＦスペクトル内の複数の帯域幅の各々における検出された無線トラフィックレベル、検出された複数の無線通信規格についての無線トラフィックレベル、地理的地域における無線スペクトル使用の空間及び時間分布、又はその他の情報を示すことができる。トラフィックレベルは、例えば、スループット、データレート、ピーク値及び谷値、又は他のスペクトル使用情報の統計（例えば、平均及び変動）を含むことができる。スペクトル使用レポートは、例えば、検出された無線トラフィックレベルと空間及び時間とを対比して示すテーブル、チャート及びグラフを含むことができる。例えば、スペクトル使用レポートは、地理的地域における無線スペクトル使用の空間分布を示すグラフ又は（例えば、図３〜５に示すような）マップを含むことができる。スペクトル使用レポートは、無線スペクトル使用の時間分布又は傾向を示す（例えば、１日、１ヶ月又は１年間のピークトラフィック量、平均トラフィック量、最少トラフィック量を示す）棒グラフ又はテーブルを含むこともできる。
いくつかの実装では、データ分析システム２３６が、リアルタイムデータ、履歴データ、又はこれらの組み合わせを分析して、地理的地域のスペクトル使用パラメータを決定することができる。例えば、データ分析システム２３６は、ＳＩボックスが受け取った無線信号の発信元位置を特定することができ、生成されたスペクトル使用レポートは、この発信元位置の指示を含むことができる。
図３及び図４に、ある地理的地域における無線スペクトル使用の空間及び時間分布例の態様を示し、図５に、発信元位置を特定する技術例の態様を示す。いくつかの例では、メインコントローラ２３０によって生成されユーザに表示されるスペクトル使用レポートに同様の又は関連する情報を含めることができる。いくつかの実装では、スペクトル使用レポートが、さらなる又は異なるスペクトル使用情報の表現を含むこともできる。
図３は、無線スペクトル分析装置（例えば、ＳＩボックス）の空間分布例を示すブロック図３００である。図３に示すように、各ＳＩボックスは地理的位置（ｘi，ｙi，ｚi）を有し、それぞれの地理的位置（ｘi，ｙi，ｚi）の無線スペクトルをモニタして分析することができる。各ＳＩボックスは、データ集約システム（例えば、図２のメインコントローラ２３０）にスペクトル検査（ＳＩ）情報を送信することができる。ＳＩ情報は、例えば、スペクトルデータ（例えば、スペクトル使用パラメータ）、各スペクトル使用パラメータの位置及び時間情報、ＳＩボックスの状態情報、又はその他の情報を含むことができる。例えば、位置及び時間情報は、ＳＩボックスの空間座標（例えば、（ｘi，ｙi，ｚi）又はその他の座標）、及び各スペクトル使用パラメータが取得された時間座標（例えば、時刻）を含むことができる。ブロック図例３００は、ＳＩボックスの空間座標を示しており、地理的地域内のＳＩボックスの空間分布例マップとしての役割を果たす。いくつかの実装では、各ＳＩボックスのＳＩ情報を図３００に重ね合わせてユーザなどに表示することができる。
図４は、図３に示すＳＩボックスに関連するＳＩ情報例４１０を示すブロック図４００である。図４に示す例では、ＳＩ情報例４１０をＳＩボックスのそれぞれの空間座標に隣接して又はその上部に表示することができる。表示されるＳＩ情報４１０は、上述した一部又は全部のタイプのＳＩ情報を含むことができる。例えば、スペクトル使用パラメータのうちの１つ又は２つ以上を表示することができる。いくつかの実装では、各スペクトル使用パラメータの時間座標を表示することもできる。情報は、異なるＳＩボックス毎に同じもの、同様のもの、又は異なるものとすることができる。ＳＩ情報４１０は、中心位置（例えば、メインコントローラ２３０）に集約することができるので、複数のＳＩボックスのＳＩ情報４１０を関連付け、比較し、補間し、又は別様に操作してさらなる情報を導出することができる。例えば、発信元信号を検出できるＳＩボックスのＳＩ情報に基づいて、発信元信号の相対的位置を特定することができる。追加情報又は異なる情報を導出することもできる。
図５は、図３に示すＳＩボックスに関連するＳＩ情報例を示す別のブロック図５００である。この例では、１又は２以上の周波数における検出された信号電力が、各ＳＩボックスのＳＩ情報例としてそれぞれの位置に表示されている。位置（ｘ1，ｙ1，ｚ1）、（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、（ｘ3，ｙ3，ｚ3）及び（ｘ4，ｙ4，ｚ4）において測定された周波数ｆにおける信号電力が、それぞれＰsignal,1５１０、Ｐsignal,2５２０、Ｐsignal,3５３０、及びＰsignal,4５４０として示されている。周波数ｆにおける信号５０５の発信元位置は、測定された複数のＳＩボックスの電力レベルに基づいて、例えば（例えば、中央コントローラの）データ分析システムによって自動的に推定することができる。例えば、信号５０５の発信元位置は、例えば（ｘ1，ｙ1，ｚ1）、（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、（ｘ3，ｙ3，ｚ3）及び（ｘ4，ｙ4，ｚ4）などのＳＩボックスの位置を中心とする複数の円弧の交点に基づいて特定することができる。各円弧の半径は、Ｐsignal,1５１０、Ｐsignal,3５２０、Ｐsignal,2５３０、及びＰsignal,4５４０、それぞれの経路損失、シャドウイング効果、又は複数のＳＩボックスの各々の周囲のローカル無線環境における他の伝搬条件に基づいて決定することができる。この結果、ＲＦ信号の発信元位置を特定し、マップ例５００上に例示して視覚化することができる。
図６は、無線スペクトル分析装置の例６００を示すブロック図である。いくつかの例では、図１〜図５のＳＩボックスを、図６に示す無線スペクトル分析装置例６００として、又は他のタイプの無線スペクトル分析装置として実装することができる。無線スペクトル分析装置例６００は、ハウジング６１０と、ＲＦインターフェイス６１２と、電力管理サブシステム６２０と、信号分析サブシステム（例えば、ＳＩサブシステム６３０など）と、ＣＰＵ６４０と、メモリ６５０と、通信インターフェイスと、入力／出力インターフェイス６４２（例えば、ＵＳＢ接続）と、ＧＰＳインターフェイス６４８と、１又は２以上のセンサ（例えば、コンパス又はジャイロスコープなどの三次元方位センサ６４４、温度センサなど）とを含む。無線スペクトル分析装置６００は、さらなる又は異なるコンポーネント及び機能を含むこともでき、無線スペクトル分析装置の機能は、図６に示すように、又は他の好適な構成で配置することができる。
いくつかの実装では、ハウジング６１０を、ＲＦインターフェイス６１２と、電力管理サブシステム６２０と、信号分析サブシステムと、通信インターフェイスと、無線スペクトル分析装置６００の他のコンポーネントとを収容するポータブルなハウジングとすることができる。ハウジングは、プラスチック、金属、複合材料、又はこれらの及びその他の材料の組み合わせで形成することができる。ハウジングは、成形、機械加工、押出加工又はその他のタイプの工程によって製造されたコンポーネントを含むことができる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置６００を別の装置（例えば、セルラーシステムのピコ／フェムトセルボックス、ＷｉＦｉアクセスポイント又は基地局、車両、ルータ、モバイル装置、サーモスタットなど）に結合又は一体化することもできる。例えば、無線スペクトル分析装置６００のハウジング６１０を他の装置に取り付け、組み込み、又は別様に結合することができる。或いは、ハウジング６１０を、無線スペクトル分析装置６００のコンポーネントのみを収容する専用ハウジングとすることもできる。
いくつかの実装では、ハウジング６１０及びハウジング６１０内のコンポーネントの設計及び配置を、無線スペクトル使用をモニタして分析するように最適化又は別様に構成することができる。例えば、コンポーネントのサイズ、配向及び相対的位置を、ＲＦ信号を検出して分析するように最適化し、装置は、コンパクトでありながら全ての必要なコンポーネントを収容することができる。いくつかの例では、ハウジング６１０を、例えば約１０×１０×４ｃｍ3とすることができ、或いは別のサイズのハウジングを使用することもできる。
いくつかの実装では、ＲＦインターフェイス６１２が、無線スペクトル分析装置６００の周囲のローカル無線環境においてＲＦスペクトルの複数の帯域幅のＲＦ信号を検出するように構成される。ＲＦインターフェイス６１２は、アンテナシステムと、それぞれの帯域幅のＲＦ信号を処理するように構成された複数の無線経路とを含むことができる。図６に示す例では、ＲＦインターフェイス６１２が、アンテナ６２２ａ、ＲＦ受動素子６２４、ＲＦ能動素子６２６及び受動素子６２８を含む。ＲＦ受動素子６２４は、例えば、整合素子、ＲＦスイッチ及びフィルタを含むことができる。ＲＦ能動素子６２６は、例えば、ＲＦ増幅器を含むことができる。ＲＦ能動素子６２６の後の受動素子６２８は、例えば、フィルタ、整合素子、スイッチ及びバランを含むことができる。
いくつかの例では、信号分析サブシステムを、ＲＦ信号に基づいてスペクトル使用パラメータを識別するように構成することができる。信号分析サブシステムは、（単複の）無線、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、メモリ、及びスペクトルパラメータを抽出してＲＦスペクトルを分析するその他のコンポーネントを含むことができる。いくつかの実装では、ＲＦインターフェイス６１２と信号分析サブシステムとの組み合わせをスペクトル検査（ＳＩ）信号経路と呼ぶことができ、これについては図７に関連してさらに詳細に説明する。
無線スペクトル分析装置６００の通信インターフェイスは、スペクトル使用パラメータ又はその他のＳＩ情報を遠隔システム（例えば、図２のメインコントローラ２３０）に送信するように構成することができる。通信インターフェイスは、１又は２以上の無線インターフェイス６３２（例えば、ＷｉＦｉ接続、セルラー接続など）、ローカルネットワークへの有線インターフェイス６４６（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ接続、ｘＤＳＬ接続など）、又は他のタイプの通信リンク又はチャネルを含むことができる。通信インターフェイスは、（例えば、アンテナアレイを用いて）共通アンテナを共有して再利用することも、或いは各々が異なる専用アンテナを有することもできる。
無線インターフェイス６３２及び有線インターフェイス６４６の各々は、ローカルネットワーク又は広域ネットワークと通信するためのモデムを含むことができる。例えば、無線インターフェイス６３２及び有線インターフェイス６４６は、データ集約システム（例えば、図２のメインコントローラ２３０）にＳＩ情報を送信し、データ集約システムからローカルネットワーク又は広域ネットワークを介して制御情報（例えば、ソフトウェアアップデート）を受け取ることができる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置が、これらの通信インターフェイスの一方又は両方を備えることができる。無線スペクトル分析装置例６００は、有線インターフェイス６４６を使用した場合、（例えば、建物内の）既存の有線通信インフラ及び大送信容量の有線通信（例えば、光ネットワーク、高度デジタル加入者回線技術などによって提供される広帯域）を利用することができる。無線インターフェイス６３２は、無線スペクトル分析装置例６００の移動性及び柔軟性を高めることができるので、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、セルラー、衛星又はその他の無線通信技術を用いて様々な場所及び時点でＳＩ情報を配信できるようになる。
いくつかの実装では、無線インターフェイス６３２及びＲＦインターフェイス６１２が、ハードウェアコンポーネント又はソフトウェアコンポーネント（又はこれらの両方）を共有することができる。いくつかの実装では、無線インターフェイス６３２及びＲＦインターフェイス６１２を別個に実装することができる。いくつかの実装では、ＲＦインターフェイス６１２が、信号の送信よりもむしろ受信の方を主に担当し、専用の低電力回路を用いてＲＦインターフェイス６１２を実装することができ、従って無線スペクトル分析装置６００の全体的な電力消費量を削減することができる。
電力管理サブシステム６２０は、無線スペクトル分析装置６００に電力を供給して管理する回路及びソフトウェアを含むことができる。いくつかの実装では、電力管理サブシステム６２０が、バッテリインターフェイス及び１又は２以上のバッテリ（例えば、充電式バッテリ、マイクロプロセッサを内蔵したスマートバッテリ、又は異なるタイプの内部電源）を含むことができる。バッテリインターフェイスは、バッテリが無線スペクトル分析装置６００に直流電力を供給する支援を行うことができるレギュレータに結合することができる。従って、無線スペクトル分析装置６００は、内蔵型の電源を含むことができ、他の外部エネルギー源を必要とせずに任意の場所で使用することができる。これに加えて、又はこれとは別に、電力管理サブシステム６２０は、外部電源（例えば、交流電源、アダプタ、コンバータなど）から電力を受け取る外部電力インターフェイスを含むこともできる。従って、無線スペクトル分析装置６００は、外部エネルギー源にプラグ接続することができる。
いくつかの実装では、電力管理サブシステム６２０が、無線スペクトル分析装置６００の消費電力を監視して管理することができる。例えば、電力管理サブシステム６２０は、ＲＦインターフェイス６１２、通信インターフェイス、ＣＰＵ６４０、及び無線スペクトル分析装置６００のその他のコンポーネントの電力消費量をモニタし、例えば中央コントローラに無線スペクトル分析装置６００の電力消費状態を報告することができる。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置６００を、低消費電力を有するように設計することができ、電力管理サブシステム６２０を、消費電力が閾値を超えた場合に中央コントローラにアラートを送信し、又は無線スペクトル分析装置６００の動作に介入するように構成することができる。電力管理サブシステム６２０は、追加機能又は異なる機能を含むこともできる。
ＣＰＵ６４０は、例えば無線スペクトル分析装置６００の動作を管理するための命令を実行できる１又は２以上のプロセッサ又は他のタイプのデータ処理装置を含むことができる。ＣＰＵ６４０は、図１〜図５に関連して説明した無線スペクトル分析装置の動作のうちの１つ又は２つ以上を実行又は管理することができる。いくつかの実装では、ＣＰＵ６４０をＳＩサブシステム６３０の一部とすることができる。例えば、ＣＰＵ６４０は、（例えば、ＲＦインターフェイス６１２からの）測定された無線スペクトルデータを処理し、計算し、別様に分析することができる。いくつかの例では、ＣＰＵ６４０が、ソフトウェア、スクリプト、プログラム、関数、実行ファイル、又はメモリ６５０に含まれている他のモジュールを実行又は解釈することもできる。
入力／出力インターフェイス６４２は、入力／出力装置（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、ディスプレイ、キーボード、又はその他の入力／出力装置）に結合することができる。入力／出力インターフェイス６４２は、例えば、シリアルリンク、パラレルリンク、無線リンク（例えば、赤外線又は無線周波数など）、又は別のタイプのリンクなどの通信リンクを介した無線スペクトル分析装置６００と外部ストレージ又はディスプレイ装置との間のデータ転送を支援することができる。
メモリ６５０は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、記憶装置（例えば、書込み可能リードオンリモリ（ＲＯＭ）など）、ハードディスク、又はその他のタイプの記憶媒体を含むことができる。メモリ６５０は、無線スペクトル分析装置６００、メインコントローラ、及び無線スペクトル分析システム内の他のコンポーネントの動作に関連する命令（例えば、コンピュータコード）を記憶することができる。メモリ６５０は、無線スペクトル分析装置６００上で実行中の１又は２以上のアプリケーション又は仮想機械が解釈できるアプリケーションデータ及びデータオブジェクトを記憶することもできる。メモリ６５０は、例えば、無線スペクトル分析装置６００の位置データ、環境データ及び状態データ、並びに無線スペクトルデータ及びその他のデータを記憶することができる。
いくつかの実装では、別のソースから（例えば、中央コントローラからデータネットワーク、ＣＤ−ＲＯＭを介して、又は別のコンピュータ装置から別の方法で）プログラムをロードすることによって無線スペクトル分析装置６００をプログラム又は更新（例えば、再プログラム）することができる。いくつかの例では、所定のスケジュールに従って、又は他の形でソフトウェアアップデートが利用可能になった時に、中央コントローラが無線スペクトル分析装置６００にソフトウェアアップデートをプッシュする。
図７は、スペクトル検査（ＳＩ）信号経路の例７００を示すブロック図である。ＳＩ信号経路７００は、（例えば、無線経路Ａとして示す）ＲＦインターフェイス７１０と、スペクトル分析サブシステム７０５とを含む。図６の無線スペクトル分析装置６００のＲＦインターフェイス６１２は、図７のＲＦインターフェイス例７１０として、又は別の方法で実装することができる。図６の無線スペクトル分析装置６００のＳＩサブシステム６３０は、図７のスペクトル分析サブシステム例７０５として、又は別の方法で実装することができる。いくつかの例では、ＳＩ信号経路７００が、無線スペクトル使用をモニタして分析するために必要な全ての動作を実行することができる。例えば、ＳＩ信号経路７００は、復調、等化、チャネルデコーディングなどの、典型的な無線受信機の機能を実行することができる。ＳＩ信号経路７００は、様々な無線通信規格の信号受信をサポートするとともに、無線スペクトル使用を分析するスペクトル分析サブシステム７０５にアクセスすることができる。
図示の例では、ＲＦインターフェイス７１０を、ＲＦ信号を検出して処理する広帯域又は狭帯域フロントエンドチップセットとすることができる。例えば、ＲＦインターフェイス７１０は、１又は２以上の周波数帯の広域スペクトル、又は無線通信規格の特定の周波数帯内の狭域スペクトルにおけるＲＦ信号を検出するように構成することができる。いくつかの実装では、ＳＩ信号経路７００が、関心スペクトルをカバーする１又は２以上のＲＦインターフェイス７１０を含むことができる。このようなＳＩ信号経路の実装例については、図８に関連して説明する。
図７に示す例では、ＲＦインターフェイス７１０が、１又は２以上のアンテナ７２２、ＲＦマルチプレクサ７２０又はパワーコンバイナ（例えば、ＲＦスイッチ）、及び１又は２以上の信号処理経路（例えば、「経路１」７３０、．．．、「経路Ｍ」７４０）を含む。アンテナ７２２は、マルチポートアンテナ又はシングルポートアンテナとすることができる。アンテナ７２２は、全方向性アンテナ、指向性アンテナ、又は各１つ又は２つ以上の組み合わせを含むことができる。アンテナ７２２は、ＲＦマルチプレクサ７２０に接続される。いくつかの実装では、ＲＦインターフェイス７１０を、１又は２以上のアンテナ７２２を用いて、単入力単出力（ＳＩＳＯ）、単入力多出力（ＳＩＭＯ）、多入力単出力（ＭＩＳＯ）及び多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術に基づいてＲＦ信号を検出するように構成することができる。
いくつかの実装では、ＳＩボックスのローカル環境内のＲＦ信号をアンテナ７２２によって取り込み、ＲＦマルチプレクサ７２０に入力することができる。ＲＦマルチプレクサ７２０から出力された信号７０２は、分析する必要があるＲＦ信号の周波数に応じて処理経路（すなわち、「経路１」７３０、．．．、「経路Ｍ」７４０）のうちの１つに送ることができる。ここでのＭは整数である。各経路は、異なる周波数帯を含むことができる。例えば、「経路１」７３０は、１ＧＨｚ〜１．５ＧＨｚのＲＦ信号に使用することができ、「経路Ｍ」は、５ＧＨｚ〜６ＧＨｚのＲＦ信号に使用することができる。複数の処理経路は、それぞれの中心周波数及び帯域幅を有することができる。複数の処理経路の帯域幅は、同じであっても又は異なっていてもよい。２つの隣接する処理経路の周波数帯は、重なっていても又はバラバラであってもよい。いくつかの実装では、処理経路の周波数帯を、異なる無線通信規格（例えば、ＧＳＭ、ＬＴＥ、ＷｉＦｉなど）の指定周波数帯に基づいて割り当て、又は別様に構成することができる。例えば、各処理経路が特定の無線通信規格のＲＦ信号を検出する役割を担うように構成することができる。一例として、「経路１」７３０をＬＴＥ信号の検出に使用し、「経路Ｍ」７４０をＷｉＦｉ信号の検出に使用することもできる。
各処理経路（例えば、「処理経路１」７３０、「処理経路Ｍ」７４０）は、１又は２以上のＲＦ受動素子及びＲＦ能動素子を含むことができる。例えば、処理経路は、ＲＦマルチプレクサ、１又は２以上のフィルタ、ＲＦデマルチプレクサ、ＲＦ増幅器、及びその他のコンポーネントを含むことができる。いくつかの実装では、ＲＦマルチプレクサ７２０から出力された信号７０２を、処理経路内のマルチプレクサ（例えば、「ＲＦマルチプレクサ１」７３２、．．．、「ＲＦマルチプレクサＭ」７４２）に適用することができる。例えば、信号７０２の処理経路として「処理経路１」７３０が選択された場合、信号７０２を「ＲＦマルチプレクサ１」７３２に供給することができる。ＲＦマルチプレクサは、第１のＲＦマルチプレクサ７２０から到来した信号７０２、又はスペクトル分析サブシステム７０５によって供給されたＲＦ較正（ｃａｌ）トーン７３８のいずれかを選択することができる。「ＲＦマルチプレクサ１」７３２の出力信号７０４は、フィルタ（１，１）７３４ａ、．．．、フィルタ（１，Ｎ）７３４ｎのうちの１つに進むことができ、この場合のＮは整数である。これらのフィルタは、処理経路の周波数帯を関心狭帯域にさらに分割する。例えば、信号７０４にフィルタ（１，１）７３４ａを適用してフィルタ処理信号７０６を生成し、このフィルタ処理信号７０６を「ＲＦデマルチプレクサ１」７３６に適用することができる。いくつかの例では、信号７０６をＲＦデマルチプレクサにおいて増幅することができる。その後、増幅信号７０８をスペクトル分析サブシステム７０５に入力することができる。
スペクトル分析サブシステム７０５は、検出されたＲＦ信号をデジタル信号に変換し、検出されたＲＦ信号に基づいてＲＦスペクトルのスペクトル使用パラメータを識別するデジタル信号処理を実行するように構成することができる。スペクトル分析サブシステム７０５は、１又は２以上のＳＩ無線受信（ＲＸ）経路（例えば、「ＳＩ無線ＲＸ経路１」７５０ａ、「ＳＩ無線ＲＸ経路Ｍ」７５０ｍ）、ＤＳＰスペクトル分析エンジン７６０、ＲＦ較正（ｃａｌ）トーン発生器７７０、フロントエンド制御モジュール７８０、及びＩ／Ｏ７９０を含むことができる。スペクトル分析サブシステム７０５は、さらなる又は異なるコンポーネント及び機能を含むこともできる。
図示の例では、増幅信号７０８が「ＳＩ無線ＲＸ経路１」７５０ａに入力され、ここで信号７０８をベースバンド信号にダウンコンバートしてゲインを適用する。次に、アナログ−デジタルコンバータを介してダウンコンバート信号をデジタル化することができる。このデジタル化した信号をＤＳＰスペクトル分析エンジン７６０に入力することができる。ＤＳＰスペクトル分析エンジン７６０は、例えば、デジタル信号に含まれているパケット及びフレームを識別し、プリアンブル、ヘッダ、又は（例えば、無線通信規格の仕様に基づいて）デジタル信号に埋め込まれている他の制御信号を読み取り、１又は２以上の周波数における又は帯域幅にわたる信号の信号電力及びＳＮＲ、チャネル品質及び容量、トラフィックレベル（例えば、データレート、再送レート、レイテンシ、パケット欠落率など）又はその他のスペクトル使用パラメータを特定することができる。このＤＳＰスペクトル分析エンジン７６０の出力（例えば、スペクトル使用パラメータ）をＩ／Ｏ７９０に適用してフォーマットし、例えば無線スペクトル分析装置の１又は２以上の通信インターフェイスを介してデータ集約システムにスペクトル使用パラメータを送信することができる。
ＲＦ較正（ｃａｌ）トーン発生器７７０は、無線ＲＸ経路（例えば、「無線ＲＸ経路１」７５０ａ、．．．「無線ＲＸ経路Ｍ」７５０ｍ）の診断及び較正のためのＲＦ較正（ｃａｌ）トーンを生成することができる。無線ＲＸ経路は、例えば線形性及び帯域幅について較正することができる。
図８は、無線スペクトル分析装置のＳＩ信号経路８００の別の実装例を示すブロック図８００である。いくつかの例では、ＳＩ信号経路が、複数の異なるアンテナに接続された複数のＲＦインターフェイス（無線経路）を含むことができる。図８に示す例では、ＳＩ信号経路８００が、無線経路Ａ８１０及び無線経路Ｂ８２０を含み、これらの各々は、スペクトル分析サブシステム８３０に結合される。無線経路Ａ８１０及び無線経路Ｂ８２０は、図７のＲＦインターフェイス又は無線経路Ａ７１０と同様に構成することも、或いは別様に構成することもできる。無線経路Ａ８１０及び無線経路Ｂ８２０は、同じ構成を有することも、又は異なる構成を有することもでき、例えば無線スペクトルモニタリング及び分析のために同じ周波数帯をカバーすることも、又は異なる周波数帯をカバーすることもできる。
図９は、無線スペクトル分析装置の例９００の上面図である。いくつかの例では、図１〜図５のＳＩボックスを、図９に示す例示的な無線スペクトル分析装置９００として実装することができ、又は別のタイプの無線スペクトル分析装置として実装することもできる。図９の無線スペクトル分析装置例９００は、図６〜図７に示す機能の一部又は全部を含むことができ、或いはさらに少ない、追加の、又は異なる機能を含むこともできる。無線スペクトル分析装置９００は、例えば無線スペクトル分析装置９００のハウジング内で１又は２以上のＲＦインターフェイスに接続された１又は２以上のアンテナを含むことができる。例えば、無線スペクトル分析装置例９００のアンテナは、図６のアンテナ６２２ａ〜ｃ又は図７のアンテナ７２２とすることができる。
アンテナは、ＲＦ信号を受信できるように十分に考慮して無線スペクトル分析装置９００に配置することができる。図９に示す無線スペクトル分析装置例９００は、無線スペクトル分析装置９００の中心に関して互いに９０度に配置された４つのアンテナ９１０ａ〜ｄを含む。いくつかの例では、例えばアンテナの総数、アンテナプロファイル、無線スペクトル分析装置９００の位置及び配向、又はその他の要因に基づいて、アンテナを異なる分離度、配向又は位置で配置することもできる。
図１０は、図９の無線スペクトル分析装置例９００のアンテナ９１０ａ〜ｄのアンテナプロファイル例の上面図１０００である。図１０に示す例では、アンテナ９１０ａ〜ｄが、それぞれのアンテナプロファイル又はパターン９２０ａ〜ｄをそれぞれ有する。アンテナプロファイル９２０ａ〜ｄは、同じものであっても又は異なるものであってもよい。アンテナプロファイル９２０ａ〜ｄは、例えば、関心周波数又は周波数帯、所望のアンテナゲイン又はその他の要因に基づいて選択し、又は別様に構成することができる。
図１１は、別の無線スペクトル分析装置例１１００の上面図である。いくつかの例では、図１〜図５のＳＩボックスを、図１１に示す例示的な無線スペクトル分析装置１１００として実装することができ、又は別のタイプの無線スペクトル分析装置として実装することもできる。図１１の無線スペクトル分析装置例１１００は、図６〜図７に示す機能の一部又は全部を含むことができ、或いはさらに少ない、追加の、又は異なる機能を含むこともできる。
無線スペクトル分析装置１１００は、４つのアンテナ１１１０ａ〜ｄ、及び無線スペクトル分析装置１１００上の基準方向インジケータ１１０５を含む。いくつかの例では、アンテナ１１１０ａ〜ｄが、基準方向インジケータ１１０５に従う基本方位又は別の座標系に対して配向又は構成される。図１１に示す例では、基準方向インジケータ１１０５が、北のコンパス方向に沿って配向される。別の基準方向を使用することもできる。アンテナ１１１０ａ〜ｄの配向及び変位は識別することができ、いくつかの例では基準方向インジケータ１１０５に対して調整することもできる。
いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置をポータブルなモジュール式装置とすることができる。例えば、いくつかの無線スペクトル分析装置は、装置を実質的に分解又は解体する必要なく複数の場所で（例えば、順次）使用できるように移動可能又は再構成可能とすることができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置のネットワークを便利にアップグレード、拡張、調整又は別様に修正できるように、無線スペクトル分析装置が互いに置き換え可能である。
いくつかの例では、１又は２以上のオペレータが、例えば装置を配置して標準電力及びデータリンクに接続することによって無線スペクトル分析装置を設置することができる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置を、締結具（例えば、ネジ、ボルト、ラッチ、接着剤など）によって適所に固定することも、或いは（例えば、締結具を使用せずに）自由な位置に置くこともできる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置が、様々な場所及び環境で動作することができる。一例として、いくつかの無線スペクトル分析装置を車両（例えば、自動車、バス、列車、船など）に搭載し、移動しながらスペクトルをモニタして分析することができる。他の例では、交通インフラ、通信インフラ、電力インフラ、専用不動産、産業システム、市街又は商用ビル、居住区、及びその他のタイプの場所に無線スペクトル分析装置を設置することができる。
図１２は、バス１２２０に取り付けられた無線スペクトル分析装置１２１０の応用例を示すブロック図１２００である。無線スペクトル分析装置１２１０は、バス１２２０が動くにつれて、変化する地理的位置を記録し、各場所のスペクトル使用データをモニタし、中央コントローラにスペクトル検査情報を送信する。いくつかの実装では、無線スペクトル分析装置１２１０を、バス１２２０の乗客が使用しているスペクトルをモニタして分析するように構成することができる。例えば、無線スペクトル分析装置１２１０は、乗客が使用している携帯電話機の識別子を検出し、乗客の携帯電話機によって送受信されるセルラー信号又はＷｉＦｉ信号を検出し、バス１２２０内又はその周囲で生じるＲＦトラフィック固有のスペクトル使用パラメータを導出することができる。無線スペクトル分析装置１２１０は、別の形で構成することもできる。いくつかの例では、無線スペクトル分析装置１２１０が、バス１２２０の電力及び通信能力を利用することができ、或いは無線スペクトル分析装置１２１０が、独立した電力及び通信能力を含むこともできる。
本明細書は多くの詳細を含んでいるが、これらは特許請求するものの範囲を限定するものであると解釈すべきではなく、むしろ特定の例に固有の特徴を説明するものとして解釈すべきである。本明細書において別個の実装を背景として説明したいくつかの特徴は組み合わせることもできる。これとは逆に、１つの実装を背景として説明した様々な特徴を複数の実施形態において別個に実装することも、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで実装することもできる。
複数の例について説明した。それでもなお、様々な修正を行うことができると理解されたい。従って、以下の特許請求の範囲には他の実施形態も含まれる。
１００ 無線スペクトル分析システム
１０５ セル
１１０ 無線スペクトル分析装置
１１５ データ集約システム
１２０ 基地局

Claims (12)

  1. 無線スペクトル分析システムであって、
    ある地理的地域にわたって異なる場所に分散し、各異なる場所の無線スペクトル使用を同時にモニタするように構成された無線スペクトル分析装置を備え、
    各無線スペクトル分析装置は、該無線スペクトル分析装置が異なる場所で検出した無線信号に基づいて該無線スペクトル分析装置が識別したスペクトル使用パラメータを該無線スペクトル分析装置から送信するように構成され、前記無線スペクトル分析システムは、
    前記無線スペクトル分析装置から送信された前記スペクトル使用パラメータを集約するように構成されたデータ集約システムをさらに備え、
    各無線スペクトル分析装置は、
    前記無線スペクトル分析装置の周囲のローカル無線環境において、ＲＦスペクトルの複数の帯域幅におけるＲＦ信号を検出するように構成された無線周波数（ＲＦ）インターフェイスと、
    前記ＲＦ信号を処理することに基づいて、前記スペクトル使用パラメータを識別するように構成された信号分析サブシステムと、
    前記スペクトル使用パラメータを遠隔システムに送信するように構成された通信インターフェイスと、
    を含み、
    前記ＲＦインターフェイスは、アンテナシステムと、複数の無線経路とを有し、該無線経路は、前記それぞれの帯域幅におけるＲＦ信号を処理するように構成され、
    前記通信インターフェイスは、前記スペクトル使用パラメータを含むメッセージを送信するように構成され、前記メッセージは、各スペクトル使用パラメータの位置及び時間情報を示すことを特徴とする無線スペクトル分析システム。
  2. 各無線スペクトル分析装置は、前記ＲＦインターフェイスと、前記信号分析サブシステムと、前記通信インターフェイスとを収容する専用のハウジングを含む、
    請求項１に記載の無線スペクトル分析システム。
  3. 前記ハウジングは、前記ＲＦインターフェイス、前記信号分析サブシステム及び前記通信インターフェイスに電力を供給する電源を収容する、
    請求項２に記載の無線スペクトル分析システム。
  4. 前記無線スペクトル分析装置は、別の装置と一体化される、
    請求項１から３のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  5. 前記信号分析サブシステムは、
    各帯域幅における検出ＲＦ信号の電力と、
    １又は２以上の周波数における検出ＲＦ信号の電力と、
    １又は２以上の周波数における検出ＲＦ信号の信号対雑音比と、
    各帯域幅における検出ＲＦ信号の電力が最大になる周波数と、
    のうちの少なくとも１つを含むスペクトル使用パラメータを識別するように構成される、
    請求項１から４のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  6. 前記信号分析サブシステムは、前記無線信号から信号情報を抽出するように構成され、前記スペクトル使用パラメータのうちの１つ又は２つ以上は、前記信号情報に基づく、
    請求項１から５のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  7. 前記データ集約システムは、前記無線スペクトル分析装置からの前記スペクトル使用パラメータに基づいて、前記地理的地域のスペクトル使用レポートを生成するように構成される、
    請求項１から６のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  8. 前記データ集約システムは、前記無線スペクトル分析装置の動作を遠隔制御するように構成された中央制御システムを含む、
    請求項１から７のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  9. 各無線スペクトル分析装置は、無線スペクトル使用をモニタすることに専念するポータブル装置である、
    請求項１から８のいずれかに記載の無線スペクトル分析システム。
  10. 地理的地域の無線スペクトル使用を分析する方法であって、
    ある地理的地域にわたって分散したモジュール式の無線スペクトル分析装置の動作により、前記地理的地域内の複数の異なる場所の無線スペクトル使用を同時にモニタするステップと、
    前記無線スペクトル分析装置が異なる場所で検出した無線スペクトル使用に基づいて該無線スペクトル分析装置が識別したスペクトル使用パラメータを各無線スペクトル分析装置から送信するステップと、
    前記無線スペクトル分析装置から送信された前記スペクトル使用パラメータを集約するステップと、
    を含み、
    各無線スペクトル分析装置は、複数の無線通信規格の無線スペクトル使用をモニタし、
    各無線スペクトル分析装置は、前記スペクトル使用パラメータと、該スペクトル使用パラメータに関連する時間座標及び空間座標とを示すデータを送信することを特徴とする方法。
  11. 各無線スペクトル分析装置は、
    複数の異なる帯域幅の各々における検出信号の電力と、
    １又は２以上の周波数における検出信号の電力と、
    １又は２以上の周波数における検出信号の信号対雑音比と、
    複数の異なる帯域幅の各々における検出信号の電力が最大になる周波数と、
    のうちの少なくとも１つを含むスペクトル使用パラメータを識別する、
    請求項１０に記載の方法。
  12. 前記無線スペクトル分析装置からのスペクトル使用パラメータの前記集約に基づいて、前記地理的地域のスペクトル使用レポートを生成するステップをさらに含む、
    請求項１０又は１１に記載の方法。
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