JP7142326B2 - 通信制御装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体およびデータ構造 - Google Patents

通信制御装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体およびデータ構造 Download PDF

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Description

この発明は、通信制御装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体およびデータ構造に関する。
第5世代移動通信システムにおける様々な通信性能に対する要求を満足するために、更なる周波数資源が必要になっている。その中で、時間や場所において利用のない周波数を共用する技術が注目を集めている(非特許文献1)。周波数を共用するためには、既存の無線システム(1次利用者)に干渉を与えないように、1次利用者の利用状況を逐次把握する必要がある。これに対して、移動機をセンサ端末として1次利用者の利用状況(電力分布)を推定するシステムが提案されている(非特許文献2)。
しかし、非特許文献2に記載された1次利用者の利用状況(電力分布)を推定する方法においては、1次利用者と2次利用者との利用範囲を1次利用者と2次利用者の電力値が一定値以下となる範囲を模擬している。その結果、フェージング等の確率的に発生する電力の変動が再現できないため、非特許文献2に記載された方法によって推定された1次利用者と2次利用者との利用範囲は、実際の利用範囲と異なる。従って、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定することが困難である。
そこで、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定する通信制御装置を提供する。
また、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件の正確な決定をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。
更に、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件の正確な決定をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
更に、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定するためのデータ構造を提供する。
(構成1)
この発明の実施の形態によれば、通信制御装置は、推定手段と、補正手段と、判定手段と、設定手段とを備える。
推定手段は、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する。補正手段は、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、推定された1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、推定された2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する。判定手段は、補正された1次利用者の補正通信範囲と補正された2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する。設定手段は、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する。
構成1によれば、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正し、2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者および2次利用者の補正通信範囲が実際の無線通信に適したものとなる。そして、1次利用者および2次利用者の補正通信範囲に基づいて1次利用者と2次利用者との間で干渉が無いと判定されたとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する。
従って、1次利用者と2次利用者との間で干渉が無いように2次利用者の通信条件を正確に決定できる。
(構成2)
構成1において、補正手段は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が1次利用者において許容される時間率である許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量を決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正する第1の補正処理を実行する。
構成2によれば、1次利用者の許容干渉時間率を反映して1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者が干渉によって無線通信ができないことを抑制できる。
(構成3)
構成2において、1次利用者の推定通信範囲の中心から1次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第1の距離としたとき、補正手段は、第1の補正処理において、電波の伝搬特性を用いてマージンの電力量に基づいて第1の距離を第1の補正距離に補正し、1次利用者の通信範囲の中心から1次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として第1の補正距離を有する1次利用者の通信範囲を1次利用者の補正通信範囲として生成する。
構成3によれば、電波の伝搬特性を用いて第1の距離を第1の補正距離に補正して1次利用者の補正通信範囲を生成するので、1次利用者の補正通信範囲を正確に生成できる。
(構成4)
構成2または構成3において、補正手段は、決定したマージンの電力量に基づいて2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正する第2の補正処理を更に実行する。
構成4によれば、1次利用者の許容干渉時間率を反映して2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者が許容できない干渉を2次利用者
が1次利用者に与えるのを抑制できる。
(構成5)
構成4において、2次利用者の推定通信範囲の中心から2次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第2の距離としたとき、補正手段は、第2の補正処理において、電波の伝搬特性を用いてマージンの電力量に基づいて第2の距離を第2の補正距離に補正し、2次利用者の通信範囲の中心から2次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として第2の補正距離を有する2次利用者の通信範囲を2次利用者の補正通信範囲として生成する。
構成5によれば、電波の伝搬特性を用いて第2の距離を第2の補正距離に補正して2次利用者の補正通信範囲を生成するので、2次利用者の補正通信範囲を正確に生成できる。
(構成6)
構成1から構成5のいずれかにおいて、1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心とを結んだ直線に平行であり、かつ、1次利用者の補正通信範囲の中心から2次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において1次利用者の補正通信範囲の中心から1次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第3の距離とし、直線に平行であり、かつ、2次利用者の補正通信範囲の中心から1次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において2次利用者の補正通信範囲の中心から2次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第4の距離とし、1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心との距離を第5の距離としたとき、判定手段は、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であるか否かを判定する第1の判定処理を行い、第1の判定処理において、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であると判定したとき、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定する。
構成6によれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を簡単かつ正確に判定できる。
(構成7)
構成6において、判定手段は、1次利用者の無線通信に用いられる第1の周波数帯域と2次利用者の無線通信に用いられる第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なるか否かを判定する第2の判定処理を更に行い、第1の判定処理において、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であると判定し、かつ、第2の判定処理において、第1の周波数帯域と第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なると判定したとき、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定する。
構成7によれば、1次利用者の第1の周波数帯域と2次利用者の第2の周波数帯域との重なりの有無を更に判定して1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するので、1次利用者と2次利用者との間の周波数共用を前提としない場合でも、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定できる。
(構成8)
構成1から構成7のいずれかにおいては、通信制御装置は、調停手段を更に備える。調停手段は、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の無線通信の通信条件を調停する。
構成8によれば、判定手段が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定した場合でも、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避で
きる。
(構成9)
構成1~構成8のいずれかにおいて、通信制御装置は、通信推定手段を更に備える。通信推定手段は、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定する。推定手段は、通信推定手段による推定結果に基づいて、電波の受信電力のうち誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成9によれば、誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成10)
構成9において、推定手段は、通信推定手段によって推定された通信方式が時分割複信であるとき、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成10によれば、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、電波の送信と受信のフェーズが電力のデューティ比として現れることに起因して発生する電力測定の誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定できる。従って、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成11)
構成9において、推定手段は、通信推定手段によって推定された通信方式が周波数分割複信であるとき、上りリンクにおける電波の受信電力を用いず、下りリンクにおける電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成11によれば、定電力の送信電力によって送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成12)
構成9において、推定手段は、通信推定手段によって推定された変調方式がFM変調であるとき、変調信号による周波数偏移を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された電波の受信電力に基づいて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成12によれば、FM変調によって送信された電波の受信電力を正確に検出するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成13)
構成1において、通信制御装置は、通信推定手段を更に備える。通信推定手段は、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定する。補正手段は、通信推定手段によって推定された通信方式がセルラー方式またはテレビジョン放送であるとき、電波のフェージング特性に基づいて通信の成功確率が所望の確率になるときの電波の受信電力を検出し、その検出した受信電力をマージンの電力量として決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正する。
構成13によれば、フェージングによるマージンを加味して1次利用者の通信範囲を補正するので、時間的に変化する通信環境においても、1次利用者の通信範囲を正確に補正できる。
(構成14)
構成13において、通信制御装置は、データベースを更に備える。データベースは、1次利用者の通信方式および変調方式と、2次利用者の通信方式および変調方式と、1次利用者の許容干渉量とを相互に対応付けた構成からなる。設定手段は、データベースを参照して通信推定手段によって推定された1次利用者の通信方式および変調方式と、2次利用者の通信方式および変調方式とに対応する許容干渉量を検出し、その検出した許容干渉量に基づいて2次利用者の通信条件を設定する。
構成14によれば、1次利用者および2次利用者の通信方式および変調方式に対応した許容干渉量に基づいて2次利用者の通信条件を設定するので、1次利用者に干渉を与えないように2次利用者の通信条件を正確に設定できる。
(構成15)
また、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、推定手段が、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する第1のステップと、補正手段が、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、推定された1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、推定された2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する第2のステップと、判定手段が、補正された1次利用者の補正通信範囲と補正された2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する第3のステップと、設定手段が、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する第4のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
構成15によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正し、2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者および2次利用者の補正通信範囲が実際の無線通信に適したものとなる。そして、1次利用者および2次利用者の補正通信範囲に基づいて1次利用者と2次利用者との間で干渉が無いと判定されたとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する。
従って、1次利用者と2次利用者との間で干渉が無いように2次利用者の通信条件を正確に決定できる。
(構成16)
構成15において、補正手段は、第2のステップにおいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が1次利用者において許容される時間率である許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量を決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正する第1の補正処理を実行する。
構成16によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、1次利用者の許容干渉時間率を反映して1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者が干渉によって無線通信ができないことを抑制できる。
(構成17)
構成16において、1次利用者の推定通信範囲の中心から1次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第1の距離としたとき、補正手段は、第2のステップの第1の補正処理において、電波の伝搬特性を用いてマージンの電力量に基づいて第1の距離を第1の補正距離に補正し、1次利用者の通信範囲の中心から1次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として第1の補正距離を有する1次利用者の通信範囲を1次利用者の補正通信範囲として生成する。
構成17によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、電波の伝搬特性を用いて第1の距離を第1の補正距離に補正して1次利用者の補正通信範囲を生成するので、1次利用者の補正通信範囲を正確に生成できる。
(構成18)
構成16または構成17において、補正手段は、第2のステップにおいて、決定したマージンの電力量に基づいて2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正する第2の補正処理を更に実行する。
構成18によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、1次利用者の許容干渉時間率を反映して2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するので、1次利用者が許容できない干渉を2次利用者が1次利用者に与えるのを抑制できる。
(構成19)
構成18において、2次利用者の推定通信範囲の中心から2次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第2の距離としたとき、補正手段は、第2のステップの第2の補正処理において、電波の伝搬特性を用いてマージンの電力量に基づいて第2の距離を第2の補正距離に補正し、2次利用者の通信範囲の中心から2次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として第2の補正距離を有する2次利用者の通信範囲を2次利用者の補正通信範囲として生成する。
構成19によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、電波の伝搬特性を用いて第2の距離を第2の補正距離に補正して2次利用者の補正通信範囲を生成するので、2次利用者の補正通信範囲を正確に生成できる。
(構成20)
構成15から構成19のいずれかにおいて、1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心とを結んだ直線に平行であり、かつ、1次利用者の補正通信範囲の中心から2次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において1次利用者の補正通信範囲の中心から1次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第3の距離とし、直線に平行であり、かつ、2次利用者の補正通信範囲の中心から1次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において2次利用者の補正通信範囲の中心から2次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第4の距離とし、1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心との距離を第5の距離としたとき、判定手段は、第3のステップにおいて、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であるか否かを判定する第1の判定処理を行い、第1の判定処理において、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であると判定したとき、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定する。
構成20によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を簡単かつ正確に判定できる。
(構成21)
構成20において、判定手段は、第3のステップにおいて、1次利用者の無線通信に用いられる第1の周波数帯域と2次利用者の無線通信に用いられる第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なるか否かを判定する第2の判定処理を更に行い、第1の判定処理において、第5の距離が、第3の距離と第4の距離との和以下であると判定し、かつ、第2の判定処理において、第1の周波数帯域と第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なると判定したとき、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定する。
構成21によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、1次利用者の第1の周波数帯域と2次利用者の第2の周波数帯域との重なりの有無を更に判定して1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するので、1次利用者と2次利用者との間の周波数共用を前提としない場合でも、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定できる。
(構成22)
構成15から構成21のいずれかにおいて、調整手段が、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の無線通信の通信条件を調停する第5のステップを更にコンピュータに実行させる。
構成22によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、判定手段が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定した場合でも、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避できる。
(構成23)
構成15から構成22のいずれかにおいて、通信推定手段が、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定する第6のステップを更にコンピュータに実行させる。推定手段は、第1のステップにおいて、通信推定手段による推定結果に基づいて、電波の受信電力のうち誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成23によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成24)
構成23において、推定手段は、第1のステップにおいて、通信推定手段によって推定された通信方式が時分割複信であるとき、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成24によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、電波の送信と受信のフェーズが電力のデューティ比として現れることに起因して発生する電力測定の誤差を抑制した受信電力を用いて1次利用者の位置を推定できる。従って、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成25)
構成23において、推定手段は、第1のステップにおいて、通信推定手段によって推定された通信方式が周波数分割複信であるとき、上りリンクにおける電波の受信電力を用いず、下りリンクにおける電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成25によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、定電力の送信電力によって送信された電波の受信電力を用いて1次利用者の位置を推定するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成26)
構成23において、推定手段は、第1のステップにおいて、通信推定手段によって推定された変調方式がFM変調であるとき、変調信号による周波数偏移を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された電波の受信電力に基づいて1次利用者の位置を推定し、その推定した1次利用者の位置を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
構成26によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、FM変調によって送信された電波の受信電力を正確に検出するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(構成27)
構成15において、通信推定手段が、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定する第5のステップを更にコンピュータに実行させる。補正手段は、第2のステップにおいて、通信推定手段によって推定された通信方式がセルラー方式またはテレビジョン放送であるとき、電波のフェージング特性に基づいて通信の成功確率が所望の確率になるときの電波の受信電力を検出し、その検出した受信電力をマージンの電力量として決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正する。
構成27によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、フェージングによるマージンを加味して1次利用者の通信範囲を補正するので、時間的に変化する通信環境においても、1次利用者の通信範囲を正確に補正できる。
(構成28)
構成27において、設定手段は、第4のステップにおいて、1次利用者の通信方式および変調方式と、2次利用者の通信方式および変調方式と、1次利用者の許容干渉量とを相互に対応付けたデータベースを参照して通信推定手段によって推定された1次利用者の通信方式および変調方式と、2次利用者の通信方式および変調方式とに対応する許容干渉量を検出し、その検出した許容干渉量に基づいて2次利用者の通信条件を設定する。
構成28によれば、プログラムをコンピュータに実行させることにより、1次利用者および2次利用者の通信方式および変調方式に対応した許容干渉量に基づいて2次利用者の通信条件を設定するので、1次利用者に干渉を与えないように2次利用者の通信条件を正確に設定できる。
(構成29)
更に、この発明の実施の形態によれば、記録媒体は、構成15から構成28のいずれかに記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
(構成30)
更に、この発明の実施の形態によれば、データ構造は、1次利用者の送信電力と、1次利用者の許容干渉時間率と、1次利用者の許容干渉電力と、1次利用者のマージンと、Q(Qは2以上の整数)個の2次利用者のQ個の位置情報と、Q個の2次利用者において検出された電波のQ個の受信電力と、Q個の2次利用者のQ個のアンテナ利得と、Q個の2次利用者のQ個の送信電力とを含むデータ構造であって、Q個の位置情報およびQ個の受信電力は、推定手段が受信電力を重みとしたQ個の位置情報の加重平均からなる1次利用者の位置を推定するのに用いられ、1次利用者の送信電力とQ個の受信電力とは、推定手段が1次利用者の位置から1次利用者の通信範囲を規定する線までの第1の距離を推定するのに用いられ、Q個の受信電力のうち、設定値以下である受信電力は、推定手段が第1の距離を推定するのに用いられ、Q個の送信電力のいずれか1つと、Q個のアンテナ利得のいずれか1つとは、推定手段が2次利用者の位置から2次利用者の通信範囲を規定する線までの第2の距離を推定するのに用いられ、推定された1次利用者の位置および第1の距離は、推定手段が1次利用者の推定通信範囲を推定するのに用いられ、Q個の位置情報のいずれか1つと推定された第2の距離は、推定手段が2次利用者の推定通信範囲を推定するのに用いられ、1次利用者の許容干渉時間率、許容干渉電力およびマージンは、補正手段が1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正するとともに2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するのに用いれ、補正された1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲は、判定手段が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するのに用いられ、補正された2次利用者の補正通信範囲は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が無い場合に、設定手段が2次利用者の通信条件を設定するのに用いられる。
構成30によれば、データ構造を用いて、1次利用者の無線通信が2次利用者の無線通信と干渉しないように2次利用者の通信条件を正確に決定できる。
(構成31)
構成30において、補正された1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が有る場合に、更に、調停手段が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停するのに用いられる。
構成31によれば、1次利用者の無線通信が2次利用者の無線通信と干渉する場合でも、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通品条件を調停できる。
1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定できる。
この発明の実施の形態1による無線通信システムの概略図である。 図1に示す通信制御装置の概略図である。 受信電力と波源からの距離との関係を示す図である。 1次利用者の電力状況の推定結果を示す表の概念図である。 2次利用者の決定情報を示す表の概略図である。 1次利用者の通信範囲を補正する方法を説明するための図である。 2次利用者の通信範囲を補正する方法を説明するための図である。 補正した通信範囲の概念図である。 1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する方法を説明するための図である。 1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する別の方法を説明するための図である。 1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する更に別の方法を説明するための図である。 1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無の判定結果を示す表の概念図である。 1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを示す図である。 2次利用者の通信条件を調停する方法を説明するための図である。 2次利用者の通信条件を調停する方法を説明するための図である。 2次利用者の通信方法の変更を示す模式図である。 図1に示す通信制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図17に示すステップS1の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図17に示すステップS2の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図17に示すステップS3の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図17に示すステップS4の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図17に示すステップS6の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2による無線通信システムの概略図である。 周波数と電力との関係を示す図である。 図23に示す通信制御装置の概略図である。 通信方式および変調方式の推定方法を説明するための図である。 自己相関の概念図である。 自己相関の別の概念図である。 データベースの概略図である。 別のデータベースの概念図である。 累積確率と信号強度との関係を示す図である。 受信SINRを算出する方法を説明するための図である。 図23に示す通信制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図33に示すステップS82の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図34のステップS827の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図34のステップS829の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図34のステップS831の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図33のステップS82の別の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図33のステップS83の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図33のステップS4の実施の形態2における詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 1次利用者および2次利用者の通信範囲の別の形状を示す図である。 1次利用者および2次利用者の通信範囲(または補正通信範囲)が任意の形状を有する場合における1次利用者および2次利用者の通信範囲(または補正通信範囲)を示す指標を説明するための図である。 この発明の実施の形態によるデータ構造を示す概略図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による無線通信システムの概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による無線通信システム10は、通信制御装置1と、複数の端末装置2,6と、基地局3,4と、複数のセンサ5と、複数のロボット7と、有線ケーブル8とを備える。
複数の端末装置2,6、基地局3,4、複数のセンサ5および複数のロボット7は、無線通信空間に配置される。図1において、波源Sは、既に周波数帯域が割り当てられている1次利用者であり、例えば、レーダおよび放送局等からなる。複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7は、2次利用者である。端末装置2は、例えば、スマートフォン等の携帯端末である。端末装置6は、例えば、テレメトリングを行う端末装置であり、より具体的には、遠隔地にある計測器などのデータを通信回線を使って収集する。センサ5は、例えば、固定センサである。
通信制御装置1は、有線ケーブル8を介して基地局3に接続される。通信制御装置1は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々における位置情報および電波の受信電力等を含む端末情報を有線ケーブル8を介して基地局3から受信する。
そして、通信制御装置1は、複数の端末情報に基づいて、後述する方法によって、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定し、その推定した1次利用者の推定通信範囲と2次利用者の推定通信範囲とを通信機器の回路設計におけるマージンを用いて補正する。
その後、通信制御装置1は、その補正した1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、後述する方法によって、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する。
通信制御装置1は、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とに基づいて2次利用者の無線通信の通信条件を設定する。そして、通信制御装置1は、基地局3を介して、その設定した通信条件を複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7へ送信する。
一方、通信制御装置1は、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉すると判定したとき、後述する方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の無線通信の通信条件を調停する。
複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、定期的に、GPS(Global Positioning System)を用いて自己の位置を示す位置情報[x,y](iは、正の整数)を検出し、波源Sからの電波を受信したときの周波数帯域bw_S、下限周波数f_S_lowおよび受信電力RSSIを検出するとともに周波数帯域bw_S、下限周波数f_S_lowおよび受信電力RSSIを検出したときの時刻tを検出する。また、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、無線通信を行ったとき、位置情報[x,y]、送信開始時刻t_start、送信時間t_RF、送信電力POW_t、周波数帯域bw_Cおよび下限周波数f_C_lowを検出する。
位置情報[x,y]のxは、経度を表し、yは、緯度を表す。時刻tおよび送信開始時刻t_startは、YYYY/MM/DD/h/m/sによって表され、送信時間t_RFは、h/m/sによって表される。
複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、自己の識別情報ID、位置情報[x,y]、周波数帯域bw_S、下限周波数f_S_low、受信電力RSSI、および時刻tを含む端末情報INFO_i=[ID/[x,y]/bw_S/f_S_low/RSSI/t]を生成し、その生成した端末情報INFO_i=[ID/[x,y]/bw_S/f_S_low/RSSI/t]を基地局3(または基地局4)へ送信する。
また、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、無線通信を行ったとき、自己の識別情報ID、自己の送信アンテナの利得g、位置情報[x,y]、送信開始時刻t_start、送信時間t_RF、送信電力POW_t,周波数帯域bw_Cおよび下限周波数f_C_lowを含む通信情報COM_i=[ID/g/[x,y]/t_start/t_RF/POW_t/bw_C/f_C_low]を生成し、その生成した通信情報COM_i=[ID/g/[x,y]/t_start/t_RF/POW_t/bw_C/f_C_low]を基地局3(または基地局4)へ送信する。
複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、基地局3(または基地局4)を介して通信制御装置1から通信条件を受信する。そして、例えば、複数の端末装置2および複数のロボット7は、その受信した通信条件に基づいて、領域REG1において共用周波数f1で無線通信を行い、複数の端末装置2およびセンサ5は、その受信した通信条件に基づいて、領域REG2において共用周波数f2で無線通信を行う。共用周波数f1は、共用周波数f2と同じであっても異なっていてもよい。
基地局3は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々から端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを受信し、その受信した端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを有線ケーブル8を介して通信制御装置1へ送信する。また、基地局3は、基地局4から端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを受信し、その受信した端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを有線ケーブル8を介して通信制御装置1へ送信する。
基地局4は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々から端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを受信し、その受信した端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを有線ケーブル(図示せず)を介して基地局3へ送信する。
図2は、図1に示す通信制御装置1の概略図である。図2を参照して、通信制御装置1は、受信手段11と、記憶手段12と、推定手段13と、補正手段14と、判定手段15と、制御手段16と、送信手段17とを含む。制御手段16は、設定手段161と調停手段162とを含む。
受信手段11は、有線ケーブル8を介して基地局3から端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを受信し、その受信した端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを記憶手段12に格納する。
記憶手段12は、受信手段11から受けた端末情報INFO_iおよび通信情報COM_iを記憶する。また、記憶手段12は、1次利用者の許容干渉時間率、1次利用者の許容干渉電力および1次利用者のマージンと1次利用者IDとの対応関係を示す補正情報INFO_AMDを記憶する。なお、補正情報INFO_AMDは、予め記憶手段12に記憶されている。
推定手段13は、記憶手段12に記憶された端末情報INFO_iに基づいて、後述する方法によって、1次利用者の電力分布を推定し、その推定した電力分布推定結果を記憶手段12に格納する。
また、推定手段13は、記憶手段12に記憶された通信情報COM_iに基づいて、後述する方法によって、2次利用者の無線通信に関する決定情報を作成し、その作成した決定情報を記憶手段12に格納する。
補正手段14は、記憶手段12に記憶された1次利用者の電力分布推定結果と、記憶手段12に記憶された2次利用者の無線通信に関する決定情報と、記憶手段12に記憶された補正情報INFO_AMDとを読み出す。そして、補正手段14は、その読み出した2次利用者の無線通信に関する決定情報に含まれる2次利用者の通信範囲を検出する。そうすると、補正手段14は、1次利用者の電力分布推定結果に基づく1次利用者の通信範囲と、2次利用者の通信範囲と、補正情報INFO_AMDとに基づいて、後述する方法によって、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを補正し、その補正した1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを記憶手段12に記憶する。
判定手段15は、記憶手段12に記憶された1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、後述する方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定し、その判定結果を制御手段16へ出力する。
制御手段16は、干渉の有無の判定結果を判定手段15から受ける。そして、制御手段16は、判定結果が、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないことを示す判定結果D_NOであるとき、その判定結果D_NOを設定手段161へ出力する。一方、制御手段16は、判定結果が、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉することを示す判定結果D_YESであるとき、その判定結果D_YESを調停手段162へ出力する。
設定手段161は、判定結果D_NOを受けると、記憶手段12から1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを読み出し、その読み出した1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、後述する方法によって、2次利用者の無線通信の通信条件を設定し、その設定した通信条件を送信手段17へ出力する。
調停手段162は、判定結果D_YESを受けると、記憶手段12に記憶された1次利用者の電力分布推定結果および2次利用者の決定情報とに基づいて、後述する方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停する。そうすると、調停手段162は、その調停結果を送信手段17へ出力する。
送信手段17は、2次利用者の無線通信の通信条件または調停結果を制御手段16から受け、その受けた2次利用者の無線通信の通信条件または調停結果を有線ケーブル8および基地局3(および基地局4)を介して複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7へ送信する。
[1次利用者の電力分布推定]
1次利用者の電力分布を推定する方法について説明する。推定手段13は、複数の端末情報INFO_iを記憶手段12から読み出し、その読み出した複数の端末情報INFO_iに含まれる複数の位置情報[x,y]および複数の受信電力RSSIに基づいて波源位置を推定する。
波源位置の推定方法について説明する。
推定手段13は、次式によって、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の重心[x,y]を算出する。
Figure 0007142326000001
式(1)において、wは、i番目の端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)のウェイトを表し、i番目の端末装置における受信電力RSSIからなる。
そして、推定手段13は、式(1)によって演算した重心(x,y)を波源位置として推定する。即ち、推定手段13は、受信電力RSSIによって重み付けされた複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の重心[x,y]を波源位置として推定する。
図3は、受信電力と波源からの距離との関係を示す図である。図3において、縦軸は、受信電力を表し、横軸は、波源Sからの距離を表す。
図3を参照して、受信電力RSSIは、波源Sからの距離に反比例して減衰する。その結果、受信電力RSSIは、波源Sに近づくほど大きくなるので、波源Sの近傍の方が受信電力RSSIによる重み付けの効果が大きい。従って、重心[x,y]を波源位置とする推定法によって推定された推定値は、波源近傍に近づく。
推定手段13は、波源位置[x,y]を推定すると、その推定した波源位置[x,y]を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
より具体的には、推定手段13は、1次利用者から送信された電波の受信電力がある値(設定値)以下となる最大半径を1次利用者の通信範囲として推定する。設定値は、許容干渉電力および干渉マージン等を考慮して設定される。推定手段13は、記憶手段12に記憶された複数の端末情報INFO_iに含まれる複数の受信電力RSSIのうち、設定値以下となる受信電力RSSI_lowを検出し、その検出した受信電力RSSI_lowを有する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のうちの少なくとも1つ)の位置と、波源位置[x,y]との距離を演算し、その演算した距離の最大値を1次利用者の通信範囲として推定する。
また、推定手段13は、1次利用者の送信電力が既知である場合、電波の伝搬モデルを用いて1次利用者の通信範囲を推定する。例えば、推定手段13は、電波の伝搬モデルとして自由空間伝搬モデルを用いる場合、次式に基づいて距離dprimaryを演算し、その演算した距離dprimaryを1次利用者の通信範囲として推定する。
Figure 0007142326000002
式(2)において、Pは、1次利用者の送信電力であり、Pは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の受信電力RSSIであり、λは、電波の波長である。なお、式(2)は、等方性アンテナを用いたときの関係式である。
推定手段13は、複数の端末情報INFO_iに含まれる複数の受信電力RSSIと1次利用者の送信電力とをそれぞれ式(2)のP,Pに代入し、複数の距離dprimaryを演算し、その演算した複数の距離dprimaryのうちの最大の距離を1次利用者の通信範囲として推定する。
図4は、1次利用者の電力状況の推定結果を示す表の概念図である。図4を参照して、表TBL-1は、1次利用者IDと、時刻と、下限周波数と、帯域幅と、経度と、緯度と、半径とを含む。1次利用者ID、時刻、下限周波数、帯域幅、経度、緯度および半径は、相互に対応付けられる。
推定手段13は、1次利用者の通信範囲の推定に用いた端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の端末情報INFO_i=[ID/[x,y]/bw_S/f_S_low/RSSI/t]を記憶手段12から読み出し、その読み出した端末情報INFO_i=[ID/[x,y]/bw_S/f_S_low/RSSI/t]から時刻t、下限周波数f_S_lowおよび帯域幅bw_Sを検出し、その検出した時刻t、下限周波数f_S_lowおよび帯域幅bw_Sをそれぞれ表TBL-1の時刻、下限周波数および帯域幅に格納する。
また、推定手段13は、1次利用者IDを表TBL-1の1次利用者IDに格納し、推定した波源位置[x,y]を表TBL-1の経度および緯度に格納し、推定した1次利用者の通信範囲(複数の距離dprimaryのうちの最大の距離)を表TBL-1の半径に格納する。
推定手段13は、全ての1次利用者について上記の処理を行い、表TBL-1を作成し、その作成した表TBL-1を記憶手段12に格納する。
図5は、2次利用者の決定情報を示す表の概略図である。図5を参照して、表TBL-2は、2次利用者IDと、送信開始時刻と、送信時間と、下限周波数と、帯域幅と、送信電力と、経度と、緯度と、送信アンテナ利得と、半径とを含む。2次利用者ID、送信開始時刻、送信時間、下限周波数、帯域幅、送信電力、経度、緯度、送信アンテナ利得および半径は、相互に対応付けられる。
推定手段13は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々の通信情報COM_iを記憶手段12から読み出し、その読み出した通信情報COM_iから2次利用者ID、送信開始時刻t_start、送信時間t_RF、下限周波数f_C_low、帯域幅bw_C、送信電力POW_t、位置情報[x,y](=経度、緯度)、および送信アンテナ利得gを検出する。
そして、推定手段13は、次式に基づいて、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々から送信された電波の受信電力Rが設定値になる距離を演算する。
Figure 0007142326000003
式(3)において、Pは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の送信電力を表し、gは、アンテナ利得を表し、rは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)からの距離を表し、λは、電波の波長を表す。
推定手段13は、受信電力の設定値、送信電力POW_tおよび送信アンテナ利得gをそれぞれ式(3)のR、Pおよびgに代入して受信電力Rが設定値になる距離rを演算する。そして、推定手段13は、その演算した距離rを2次利用者の通信範囲を表す半径とする。
そうすると、推定手段13は、2次利用者ID、送信開始時刻t_start、送信時間t_RF、下限周波数f_C_low、帯域幅bw_C、送信電力POW_t、位置情報[x,y]、送信アンテナ利得gおよび半径(=距離r)をそれぞれ表TBL-2の2次利用者ID、送信開始時刻、送信時間、下限周波数、帯域幅、送信電力、経度、緯度、送信アンテナ利得および半径に格納する。
推定手段13は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の全てについて上記の処理を行い、表TBL-2を作成し、その作成した表TBL-2を記憶手段12に格納する。
なお、式(3)の右辺の第3項は、電波の自由空間伝搬モデルに従ったときの電波の伝搬損失を示す項である。この発明の実施の形態においては、推定手段13は、自由空間伝搬モデル以外の伝搬モデルに従った伝搬損失を用いて距離rを求めてもよい。従って、自由空間伝搬モデル以外の伝搬モデルに従った伝搬損失が用いられる場合、式(3)の右辺の第3項は、実際に使用する伝搬モデルに従った伝搬損失に変えられる。
[通信範囲の補正]
補正手段14は、通信機器の回路設計におけるマージンとして、シャドウイング、瞬時変動、建物侵入損、同一周波数干渉、降雨減衰およびダクト伝搬によるフェージングを保持する。
シャドウイングは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の周囲の建物による遮蔽状況の変動によるものである。
瞬時変動は、マルチパスフェージングによって受信電力が瞬時に変動するものである。建物侵入損は、建物の外から建物内への電波の伝搬路における損失である。同一周波数干渉は、同一周波数を有する電波間の干渉である。
降雨減衰は、電波の伝搬路における降雨による減衰である。そして、利用周波数が10GHz以上になると降雨減衰が生じ、周波数が高くなるに従って減衰量が大きくなる。また、降雨が多くなるほど、減衰量が増加する。例えば、周波数が12GHzであるとき、降雨強度が5mm/hであれば、降雨減衰量は、約1dBになり、降雨強度が10mm/hであれば、降雨減衰量は、約2dBになる。
特殊な気象条件のときに、水平に近い角度で発射された電波が、ある高度範囲の大気中をあまり減衰することなく遠方まで伝わることがある。このように、電波を導く性質をもつ大気の一部をダクトという。従って、ダクト伝搬によるフェージングは、電波がダクトに閉じ込められる形で予想外の遠距離まで伝搬するときのフェージングである。
補正手段14は、1次利用者の通信範囲を補正するとき、記憶手段12に記憶された補正情報INFO_AMDを参照して、補正の対象となる1次利用者の1次利用者IDに対応するマージン(シャドウイング、瞬時変動、建物侵入損、同一周波数干渉、降雨減衰およびダクト伝搬によるフェージングの少なくとも1つ)を読み出す。また、補正手段14は、補正の対象となる1次利用者の1次利用者IDに対応する半径(1次利用者の通信範囲)を表TBL-1から検出する。そうすると、補正手段14は、次のようにして1次利用者の通信範囲を補正する。
ここでは、マージンの種類としてフェージングマージンを例にして1次利用者の通信範囲を補正する方法を説明する。
図6は、1次利用者の通信範囲を補正する方法を説明するための図である。図6において、縦軸は、1次利用者の電力を表し、横軸は、1次利用者からの距離を表す。
図6を参照して、曲線k1は、推定によって求められた電波の伝搬特性である。曲線k1は、例えば、電波の自由空間伝搬モデル等の電波の伝搬モデルを用いて推定された電波の伝搬特性である。
距離Rは、上述した方法によって求められた半径(複数の距離dprimaryのうちの最大の距離)であり、推定手段13によって推定された1次利用者の通信範囲である。
補正手段14は、通信機器の回路設計におけるマージン(1次利用者のマージン)を用いて1次利用者の通信範囲を補正する場合、99.9%の確率で通信が成功する電力量Fmr(99.9%)を次式によって算出する。
Figure 0007142326000004
但し、式(4)によって算出される電力量Fmr(99.9%)は、Fmr<12dBの場合、Fmr=12dBに設定される。
式(4)において、dは、電波の伝搬経路の距離[km]であり、Aは、SD(Space Diversity)改善度であり、Kは、伝搬路の種別によって決定される定数である。定数Kは、伝搬路種別が山岳である場合、K=29[dB]に設定され、伝搬路種別が平野である場合、K=25[dB]に設定され、伝搬路種別が海である場合、K=18[dB]に設定される。
SD改善度Aは、電波を単一のアンテナで受信する場合、A=1に設定され、SD受信の場合、次のように決定される。
SD改善度Aは、SD受信の場合、スペース相関係数ρおよびフェージングマージン(Fmr’)により電波法関係審査基準別紙1別図第46号から求められる。
スペース相関係数ρは、原則として次式によって算出される。
Figure 0007142326000005
式(5)において、Dは、アンテナ間隔のハイトパターンピッチに対する比率であり、Δhは、アンテナ間隔であり、pは、ハイトパターンピッチである。
スペース相関係数ρが0.85以上である場合、SD改善度Aは、無いものとする。また、Dは、D≦0.5の範囲とし、ρ<0.4の場合、ρ=0.4とする。
補正手段14は、式(4)によって電力量Fmr(99.9%)を算出すると、電力量Fmr(99.9%)に基づいて、1次利用者によって許容される干渉の時間率である許容干渉時間率を用いてマージンの電力量を決定する。
1次利用者が無線通信を行っているときに、干渉によって通信の相手方と無線通信を行えない時間が発生するのを許容することが行われている。従って、許容干渉時間率は、[干渉を許容する時間長]/[1次利用者の無線通信時間長]によって求められる。干渉を許容する時間長は、1次利用者の種類によって異なる。
補正手段14は、記憶手段12に記憶された補正情報INFO_AMDを参照して、補正の対象となる1次利用者の1次利用者IDに対応する許容干渉時間率を検出し、その検出した許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量Pmarginを決定する。
より具体的には、補正手段14は、通信が失敗する確率(=100-99.9=0.1%)が許容干渉時間率以下である場合、式(4)によって算出した電力量Fmr(99.9%)をマージンの電力量Pmarginとして決定する。許容干渉時間率は、干渉によって通信が失敗することを許容する時間割合であるので、通信が失敗する確率が許容干渉時間率以下である場合、電力量Fmr(99.9%)をマージンの電力量Pmarginとして決定すれば、許容干渉時間率を満たすことになる。従って、通信が失敗する確率(=100-99.9=0.1%)が許容干渉時間率以下である場合、式(4)によって算出した電力量Fmr(99.9%)をマージンの電力量Pmarginとして決定することにしたものである。
一方、補正手段14は、通信が失敗する確率(=100-99.9=0.1%)が許容干渉時間率よりも大きい場合、記憶手段12に記憶された補正情報INFO_AMDを参照して、補正の対象となる1次利用者の1次利用者IDに対応する許容干渉電力を読み出し、その読み出した1次利用者の許容干渉電力をマージンの電力量Pmarginとして決定する。1次利用者の許容干渉電力をマージンの電力量Pmarginとして決定することにより、許容干渉時間率を満たすことになるので、通信が失敗する確率(=100-99.9=0.1%)が許容干渉時間率よりも大きい場合、1次利用者の許容干渉電力をマージンの電力量Pmarginとして決定することにしたものである。
このように、補正手段14は、1次利用者の許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量Pmarginを決定する。
補正手段14は、マージンの電力量Pmarginを決定すると、曲線k1に基づいて、距離Rに対応する1次利用者の電力Pを求め、その求めた電力Pにマージンの電力量Pmarginを加算して1次利用者の電力Pを求め、その求めた1次利用者の電力Pに対応する距離Rを求める。即ち、補正手段14は、電波の伝搬特性(曲線k1)を用いてマージンの電力量Pmarginに基づいて距離Rを距離Rに補正する。そして、補正手段14は、1次利用者の位置(x,y)を中心とし、距離R(補正距離)を半径とする円の範囲を1次利用者の補正通信範囲とする。
図7は、2次利用者の通信範囲を補正する方法を説明するための図である。図7において、縦軸は、2次利用者の電力を表し、横軸は、2次利用者からの距離を表す。
図7を参照して、曲線k2は、周波数を共用して無線通信を行うときの通信条件から推定された電波の伝搬特性である。曲線k2は、例えば、電波の自由空間伝搬モデル等の電波の伝搬モデルを用いて推定された電波の伝搬特性である。
距離rは、上述した方法によって求められた半径r(表TBL-2の半径)であり、推定手段13によって推定された2次利用者の通信範囲である。
補正手段14は、1次利用者IDと、1次利用者と2次利用者との間の電波の伝搬モデルおよびマージンの種類とを対応付けて保持している。
そして、補正手段14は、通信範囲の補正の対象となる2次利用者の無線通信との干渉が生じ得る1次利用者の1次利用者IDに対応する1次利用者と2次利用者との間の電波の伝搬モデルおよびマージンの種類(ここでは、フェージング)とを検出する。また、補正手段14は、上述したように、1次利用者の1次利用者IDに対応する1次利用者の許容干渉時間率を検出する。
そうすると、補正手段14は、1次利用者の通信範囲を補正する方法において説明した方法によって、1次利用者の許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量Pmarginを決定する。
補正手段14は、マージンの電力量Pmarginを決定すると、曲線k2に基づいて、距離rに対応する2次利用者の電力Pを求め、その求めた2次利用者の電力Pからマージンの電力量Pmarginを減算して2次利用者の電力Pを求め、その求めた2次利用者の電力Pに対応する距離rを求める。即ち、補正手段14は、電波の伝搬特性(曲線k2)を用いてマージンの電力量Pmarginに基づいて距離rを距離rに補正する。そして、補正手段14は、2次利用者の位置(x,y)を中心とし、距離r(補正距離)を半径とする円の範囲を2次利用者の補正通信範囲とする。
そして、補正手段14は、補正した1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを記憶手段12に記憶する。
なお、補正手段14は、マージンの種類がフェージング以外の場合でも、上述した方法によって、マージンの電力量Pmarginを決定し、その決定したマージンの電力量Pmarginに基づいて、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲を補正する。そして、補正手段14は、マージンの種類がフェージングおよびシャドウイング等、電力値が確率的に変動する現象に対しては、その統計データ(例えば、確率密度関数)により、99.9%の確率で通信が成功する電力量Fmr(99.9%)を算出できる。
また、補正手段14は、99.9%の確率で通信が成功する電力量Fmr(99.9%)に限らず、99.9%以外の確率で通信が成功する電力量を求め、その求めた電力量を用いてマージンの電力量Pmarginを決定してもよく、一般的には、各1次利用者が目標とする確率で通信が成功する電力量を求め、その求めた電力量を用いてマージンの電力量Pmarginを決定すればよい。
図8は、補正した通信範囲の概念図である。図8を参照して、通信範囲REG_cm1は、推定手段13によって推定された1次利用者の推定通信範囲であり、通信範囲REG_cm2は、補正手段14によって補正された1次利用者の補正通信範囲である。また、通信範囲REG_cm3は、推定手段13によって推定された2次利用者の推定通信範囲であり、通信範囲REG_cm4は、補正手段14によって補正された2次利用者の補正通信範囲である。
このように、補正手段14は、1次利用者のマージンの種類に応じて決定されたマージンの電力量Pmarginに基づいて、1次利用者の推定通信範囲REG_cm1を狭くするように1次利用者の補正通信範囲REG_cm2に補正し、2次利用者の推定通信範囲REG_cm3を広くするように2次利用者の補正通信範囲REG_cm4に補正する。
なお、補正手段14は、通信範囲が相互に近接している1次利用者および2次利用者の全てについて、上述した方法によって、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを補正する。
[干渉の有無の判定]
干渉の有無を判定する方法について説明する。図9は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する方法を説明するための図である。
図9を参照して、1次利用者の補正通信範囲は、1次利用者の位置(x,y)から距離Rまでの範囲であり、2次利用者の補正通信範囲は、2次利用者の位置(x,y)から距離rまでの範囲である。
判定手段15は、記憶手段12に記録された表TBL-1の経度および緯度を1次利用者の補正通信範囲の中心(x,y)として検出し、記憶手段12に記憶された半径Rを1次利用者の補正通信範囲を表す半径として検出する。また、判定手段15は、記憶手段12に記録された表TBL-2の経度および緯度を2次利用者の補正通信範囲の中心(x,y)として検出し、記憶手段12に記憶された半径rを2次利用者の補正通信範囲を表す半径として検出する。そして、判定手段15は、中心(x,y)と中心(x,y)との距離Dを演算する。
そうすると、判定手段15は、次式が成立するか否かを判定することによって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する。
Figure 0007142326000006
より具体的には、判定手段15は、式(6)が成立すると判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定し、式(6)が成立しないと判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する。
式(6)が成立するとき、図8に示す1次利用者の補正通信範囲REG_cm2は、図8に示す2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と接するか交差する。1次利用者の補正通信範囲REG_cm2が2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と接した場合、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2と2次利用者の補正通信範囲REG_cm4との接点に位置する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)は、1次利用者から送信された電波と、2次利用者から送信された電波との両方を受信可能である。
また、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2が2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と交差した場合、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2と2次利用者の補正通信範囲REG_cm4との両方に存在する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)は、1次利用者から送信された電波と、2次利用者から送信された電波との両方を受信可能である。
このように、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2が2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と接するか交差する場合、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉する。
従って、式(6)が成立するとき、即ち、距離Dが半径Rと半径rとの和(=R+r)以下であるとき、判定手段15は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定する。
一方、式(6)が成立しないとき、図8に示す1次利用者の補正通信範囲REG_cm2は、図8に示す2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と接することがなく、交差することもない(図9参照)。その結果、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2内に存在する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)は、2次利用者から送信された電波を受信せず、2次利用者の補正通信範囲REG_cm4内に存在する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)は、1次利用者から送信された電波を受信しない。
このように、1次利用者の補正通信範囲REG_cm2が2次利用者の補正通信範囲REG_cm4と接することがなく、交差することもない場合、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とは干渉しない。
従って、式(6)が成立しない場合、即ち、距離Dが半径Rと半径rとの和(=R+r)よりも大きいとき、判定手段15は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する。
判定手段15は、全ての1次利用者および全ての2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の全て)について、上述した方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する。
上述した干渉の有無の判定方法は、1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提とした場合の判定方法である。
1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提としない場合、判定手段15は、上記の判定方法に加え、次の判定方法を実行し、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する。
図10は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する別の方法を説明するための図である。
図10を参照して、1次利用者の周波数帯域bw1が2次利用者の周波数帯域bw2内の一部の周波数帯域である場合、1次利用者の周波数帯域bw1と2次利用者の周波数帯域bw2とは、一部において重なる(図10の(a)参照)。
また、2次利用者の周波数帯域bw2が1次利用者の周波数帯域bw1内の一部の周波数帯域である場合も、1次利用者の周波数帯域bw1と2次利用者の周波数帯域bw2とは、一部において重なる(図10の(b)参照)。
更に、1次利用者の周波数帯域bw1が2次利用者の周波数帯域bw2と異なる周波数帯域である場合、1次利用者の周波数帯域bw1と2次利用者の周波数帯域bw2とは、重ならない(図10の(c)参照)。
従って、判定手段15は、上述した干渉の有無の判定方法において、距離Dが半径Rと半径rとの和(=R+r)以下であると判定したとき、更に、1次利用者の周波数帯域bw1および2次利用者の周波数帯域bw2が少なくとも一部で重なるか否かを判定する。そして、判定手段15は、1次利用者の周波数帯域bw1および2次利用者の周波数帯域bw2が少なくとも一部で重なると判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定する。
一方、判定手段15は、1次利用者の周波数帯域bw1および2次利用者の周波数帯域bw2が少なくとも一部で重ならないと判定したとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する。1次利用者の周波数帯域bw1および2次利用者の周波数帯域bw2が相互に異なるので、距離Dが半径Rと半径rとの和(=R+r)以下であっても、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉は、生じないからである。
図11は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する更に別の方法を説明するための図である。
図11を参照して、図10において説明した干渉の有無の判定方法において、1次利用者の周波数帯域bw1および2次利用者の周波数帯域bw2が少なくとも一部で重なると判定されたとき、判定手段15は、更に、その重なった周波数帯域bw_overlap内において、1次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_1,bw_sub_2が、2次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_3と重なるか否かを判定する。
そして、判定手段15は、1次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_1,bw_sub_2が、2次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_3と重なると判定したとき(図11の(a)参照)、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定する。一方、判定手段15は、1次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_1,bw_sub_2が、2次利用者が使用しているサブ周波数帯域bw_sub_3と重ならないと判定したとき(図11の(b)参照)、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する。
複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)の通信方式によって無線通信を行うこともあり、そのような場合、図11に示す判定方法によって1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定する意義がある。
図9から図11において説明した干渉の有無の判定方法をそれぞれ判定方法1~判定方法3とした場合、判定手段15は、1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提とするとき、判定方法1のみを用いて1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定する。また、判定手段15は、1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提としないとき、判定方法1,2を用いて1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定してもよく、判定方法1~3を用いて1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定してもよい。
なお、図10に示す周波数帯域bw1,bw2および図11に示すサブ周波数帯域bw_sub_1~bw_sub_3は、無線通信を行う周波数帯域を表す意味において同じである。従って、この発明の実施の形態においては、図10に示す周波数帯域bw1,bw2および図11に示すサブ周波数帯域bw_sub_1~bw_sub_3は、「第1の周波数帯域」または「第2の周波数帯域」を構成する。
図12は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無の判定結果を示す表の概念図である。図12を参照して、表TBL-3は、1次利用者IDと2次利用者IDとを含む。そして、“1”は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉することを表し、“0”は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないことを表す。
従って、“0”の1次利用者IDを有する1次利用者の無線通信は、“2”の2次利用者IDを有する2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の無線通信と干渉し、“3”の2次利用者IDを有する2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の無線通信と干渉しない。
また、“1”の1次利用者IDを有する1次利用者の無線通信は、“2”の2次利用者IDを有する2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の無線通信と干渉せず、“3”の2次利用者IDを有する2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の無線通信と干渉する。
判定手段15は、上述した方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉するか否かを判定し、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無の判定結果を示す表TBL-3を作成し、その作成した表TBL-3を制御手段16へ出力する。この場合、表TBL-3において、1次利用者IDと2次利用者IDとの交点に記載された“1”は、上述した判定結果D_YESを構成し、1次利用者IDと2次利用者IDとの交点に記載された“0”は、上述した判定結果D_NOを構成する。
1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定された場合における2次利用者の無線通信の通信条件を設定する方法について説明する。
図13は、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを示す図である。図13を参照して、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しない場合、1次利用者の補正通信範囲は、2次利用者の補正通信範囲に接することもなく、交差することもない。
従って、設定手段161は、判定結果D_NOを受けると、2次利用者の補正通信範囲(2次利用者の位置(x,y)および半径r)と電波の伝搬特性(図7の曲線k2)とを記憶手段12から読み出す。そして、設定手段161は、電波の届く範囲が2次利用者の位置(x,y)から2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の送信電力Pを決定する。また、設定手段161は、1次利用者と共用する共用周波数fcomを決定する。
そうすると、設定手段161は、2次利用者IDと送信電力Pと共用周波数fcomとを含む通信条件CDT=[2次利用者ID/P/fcom]を生成し、その生成した通信条件CDT=[2次利用者ID/P/fcom]を送信手段17へ出力する。設定手段161は、通信条件CDTを複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の全てについて生成し、その生成した通信条件CDTを送信手段17へ出力する。
1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定された場合における干渉を回避するための調停方法について説明する。
調停手段162は、干渉の有無の判定結果を示す表TBL-3を判定手段15から受ける。そして、調停手段162は、表TBL-3を参照して、無線通信が干渉する1次利用者と2次利用者とを検出する。
そして、調停手段162は、無線通信が相互に干渉すると判定された1次利用者および2次利用者について、記憶手段12に記録された表TBL-1の経度および緯度を1次利用者の補正通信範囲の中心Center1として検出し、表TBL-1の半径を1次利用者の補正通信範囲を表す半径Rとして検出する。また、調停手段162は、記憶手段12に記録された表TBL-2の経度および緯度を2次利用者の補正通信範囲の中心Center2として検出し、表TBL-2の半径を2次利用者の補正通信範囲を表す半径rとして検出する。そして、調停手段162は、中心Center1と中心Center2との距離Dを演算する。
図14は、2次利用者の通信条件を調停する方法を説明するための図である。図14を参照して、調停手段162は、距離Dが半径Rおよび半径rよりも大きいか否かを判定する。そして、調停手段162は、距離Dが半径Rおよび半径rよりも大きいと判定したとき(図14の(a)参照)、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信パラメータを変更する。より具体的には、調停手段162は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の電力を調整し、または2次利用者から送信される電波の指向性を調整する。距離Dが半径Rおよび半径rよりも大きいとき、2次利用者の中心位置が1次利用者の補正通信範囲外に存在しているので、2次利用者の電力または電波の指向性を調整することにより、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避できるからである。
一方、調停手段162は、距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さいと判定したとき(図14の(b)参照)、2次利用者の無線通信を停止するように調停する。距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さいとき、2次利用者の中心位置が1次利用者の補正通信範囲内に存在しているので、2次利用者の電力または電波の指向性を調整しても、2次利用者の補正通信範囲が1次利用者の補正通信範囲と一部で重なり、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避できない。従って、距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さいとき、2次利用者の無線通信を停止するように調停することにしたものである。
図15は、2次利用者の通信条件を調停する方法を説明するための図である。図15を参照して、距離Dが半径Rおよび半径rよりも大きいと判定されたとき、調停手段162は、一定時間観察して得られる1次利用者の補正通信範囲の軌跡(R(t)→R(t))が2次利用者の補正通信範囲の中心を含むか否かを判定する。この場合、一定時間は、1次利用者の移動速度に依存するが、例えば、0.3秒である。
調停手段162は、1次利用者の補正通信範囲の軌跡が2次利用者の補正通信範囲の中心を含むと判定したとき、2次利用者の補正通信範囲が狭くなるように2次利用者の電力(送信電力)を低下させる(図15の(a)参照)。これにより、2次利用者の補正通信範囲の半径は、半径rから半径r’に小さくなる。その結果、距離Dが半径R(t)と半径r’との和(=R(t)+r’)よりも大きくなり、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が回避される。
図15の(a)に示す調停方法によって調停することにより、2次利用者は、自己の電力の調整によって、できる限り長い時間、共用周波数を利用して無線通信を行うことができる。
一方、調停手段162は、1次利用者の補正通信範囲の軌跡が2次利用者の補正通信範囲の中心を含まないと判定したとき、2次利用者から送信される電波の指向性を調整する。これによって、2次利用者から送信される電波の形状は、円形状CIRから楕円形状ELLIPに変更される(図15の(b)参照)。その結果、距離Dが半径R(t)と半径r”との和(=R(t)+r”)よりも大きくなり、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が回避される。
従って、2次利用者の電波の指向性の調整によって、ある方向に電波を送信する2次利用者は、自己の無線通信を維持したまま1次利用者への干渉を回避できる。
なお、指向性の調整方法としては、DCMP(Directionally Constrained Minimization of Power)法等のアダプティブアレー技術を利用できる。このDCMP法は、受信時に電波の到来方向の推定を行い、方向拘束付出力電力最小化法により最適ウェイトの導出を行い、ビーム形成を行う方法である。
図16は、2次利用者の通信方法の変更を示す模式図である。図16を参照して、上述した方法によって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定されたとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避する方法として、2次利用者の通信条件の変更(電力または指向性の調整)と、2次利用者の無線通信の停止(停波)とがある。
2次利用者の通信条件を変更した場合、2次利用者は、マルチホップによる無線通信が可能である場合、マルチホップによって基地局3と無線通信を行う。この場合、マルチホップに利用する周波数帯域は、Wi-Fi等のUnlicensed Bandまたは異なる共用周波数帯域である。マルチホップを利用することにより、既存の通信網への負荷の増大を軽減できる。
2次利用者が停波した場合、またはマルチホップを利用できない場合、2次利用者は、既存の通信網(共用周波数帯域を用いた通信網、例えば、LTE(Long Term Evolution))に収容網を変更する。収容網を変更することにより、2次利用者は、できるだけ周波数を共用して無線通信を行うことができる。
図17は、図1に示す通信制御装置1の動作を説明するためのフローチャートである。図17を参照して、通信制御装置1の動作が開始されると、通信制御装置1の推定手段13は、上述した方法によって、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する(ステップS1)。
そして、補正手段14は、上述した方法によって、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、1次利用者の許容干渉時間率に基づいてマージンの電力量を決定する(ステップS2)。
引き続いて、補正手段14は、マージンの電力量に基づいて、1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正し、2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正する(ステップS3)。
その後、判定手段15は、1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に基づいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定し(ステップS4)、その判定結果を制御手段16へ出力する。
制御手段16は、判定結果を判定手段15から受け、その受けた判定結果が判定結果D_NOであるとき、判定結果D_NOを設定手段161へ出力し、判定結果が判定結果D_YESであるとき、判定結果D_YESを調停手段162へ出力する。
設定手段161は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しない場合、判定結果D_NOを制御手段16から受け、その受けた判定結果D_NOに応じて、2次利用者の補正通信範囲に基づいて2次利用者の通信条件を設定する(ステップS5)。より具体的には、設定手段161は、電波の届く範囲が2次利用者の位置(x,y)から2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の送信電力Pを決定する。また、設定手段161は、1次利用者と共用する共用周波数fcomを決定する。そして、設定手段161は、2次利用者の送信電力Pと共用周波数fcomとを2次利用者の通信条件として設定する。
また、調停手段162は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉する場合、判定結果D_YESを制御手段16から受け、その受けた判定結果D_YESに応じて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を設定する(ステップS6)。これによって、通信制御装置1の動作が終了する。
図18は、図17に示すステップS1の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図18を参照して、通信制御装置1の動作が開始されると、通信制御装置1の推定手段13は、式(1)によって、複数の2次利用者における受信電力によって重み付けられた複数の2次利用者の位置の重心[x,y]を演算し、その演算した位置の重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する(ステップS11)。
そして、推定手段13は、1次利用者から送信された電波の受信電力に基づいて1次利用者の通信範囲を推定する(ステップS12)。より具体的には、推定手段13は、1次利用者から送信された電波の受信電力が設定値以下となる最大半径を1次利用者の通信範囲として推定する。この場合、推定手段13は、複数の端末情報INFO_iに含まれる複数の受信電力RSSIのうち、設定値以下となる受信電力RSSI_lowを検出し、その検出した受信電力RSSI_lowを有する端末装置の位置と、1次利用者の位置(=[x,y])との距離を演算し、その演算した距離の最大値を1次利用者の通信範囲として推定する。
また、推定手段13は、1次利用者の送信電力が既知である場合、1次利用者の送信電力P、端末装置の受信電力P(=RSSI)および電波の波長λを式(2)に代入して複数の距離dprimaryを演算し、その演算した複数の距離dprimaryのうちの最大の距離を1次利用者の通信範囲として推定する。
ステップS12の後、推定手段13は、2次利用者から送信された電波の受信電力が設定値になる距離を求め、2次利用者の位置を中心とし、その求めた距離を半径とする範囲を2次利用者の通信範囲と推定する(ステップS13)。そして、ステップS13の後、一連の動作は、図17のステップS2へ移行する。
図19は、図17のステップS2の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図19を参照して、図17のステップS1の後、補正手段14は、1次利用者に対応するマージンを検出する(ステップS21)。そして、補正手段14は、式(4),(5)によって、検出したマージンを考慮したときに、通信の成功確率が目標値になる電力量Fmrを演算する(ステップS22)。
その後、補正手段14は、1次利用者に対応する許容干渉時間率を検出する(ステップS23)。
そうすると、補正手段14は、通信の失敗確率(=1-通信の成功確率)を演算し、その演算した通信の失敗確率が許容干渉時間率以下であるか否かを判定する(ステップS24)。
ステップS24において、通信の失敗確率が許容干渉時間率以下であると判定されたとき、補正手段14は、電力量Fmrをマージンの電力量Pmarginと決定する(ステップS25)。
一方、ステップS24において、通信の失敗確率が許容干渉時間率以下でないと判定されたとき、補正手段14は、1次利用者の許容干渉電力をマージンの電力量Pmarginと決定する(ステップS26)。
そして、ステップS25またはステップS26の後、一連の動作は、図17のステップS3へ移行する。
図20は、図17のステップS3の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図20を参照して、図17のステップS2の後、補正手段14は、電波の伝搬モデルに基づいて、1次利用者の推定された通信範囲の半径Rに対応する1次利用者の電力Pを求める(ステップS31)。
そして、補正手段14は、1次利用者の電力Pにマージンの電力量Pmarginを加算して1次利用者の電力Pを求める(ステップS32)。
引き続いて、補正手段14は、電波の伝搬モデルに基づいて、1次利用者の電力Pに対応する距離Rを求める(ステップS33)。
そうすると、補正手段14は、1次利用者の位置(=[x,y])を中心とし、距離Rを半径とする範囲を1次利用者の補正通信範囲とする(ステップS34)。
その後、補正手段14は、1次利用者と2次利用者との間の電波の伝搬モデルを検出する(ステップS35)。
そして、補正手段14は、1次利用者と2次利用者との間の電波の伝搬モデルを用いて、2次利用者の推定された通信範囲の半径rに対応する2次利用者の電力Pを求める(ステップS36)。
引き続いて、補正手段14は、2次利用者の電力Pからマージンの電力量Pmarginを減算して2次利用者の電力Pを求める(ステップS37)。
その後、補正手段14は、1次利用者と2次利用者との間の電波の伝搬モデルを用いて、2次利用者の電力Pに対応する距離rを求める(ステップS38)。
そうすると、補正手段14は、2次利用者の位置を中心とし、距離rを半径とする範囲を2次利用者の補正通信範囲とする(ステップS39)。そして、一連の動作は、図17のステップS4へ移行する。
なお、ステップS31~ステップS33を実行することは、マージンの電力量Pmarginに基づいて距離Rを距離Rに補正することに相当する。
また、ステップS36~ステップS38を実行することは、マージンの電力量Pmarginに基づいて距離rを距離rに補正することに相当する。
図21は、図17のステップS4の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図21を参照して、図17のステップS3の後、判定手段15は、記憶手段12に記憶された表TBL-1から1次利用者の補正通信範囲の中心を検出し、記憶手段12に記憶された表TBL-2から2次利用者の補正通信範囲の中心を検出する。そして、判定手段15は、その検出した1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心との距離Dを演算する(ステップS41)。
その後、判定手段15は、表TBL-1から1次利用者の補正通信範囲を表す半径Rを検出し、表TBL-2から2次利用者の補正通信範囲を表す半径rを検出する(ステップS42)。
そうすると、判定手段15は、距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下であるか否かを判定する(ステップS43)。
ステップS43において、距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下であると判定されたとき、判定手段15は、記憶手段12に記憶された表TBL-1から1次利用者の無線通信の周波数帯域bw1を検出し、記憶手段12に記憶された表TBL-2から2次利用者の無線通信の周波数帯域bw2を検出する(ステップS44)。
そして、判定手段15は、周波数帯域bw1および周波数帯域bw2が少なくとも一部で重なるか否かを判定する(ステップS45)。
ステップS45において、周波数帯域bw1および周波数帯域bw2が少なくとも一部で重なると判定されたとき、判定手段15は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉すると判定する(ステップS46)。
一方、ステップS43において、距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下でないと判定されたとき、またはステップS45において、周波数帯域bw1および周波数帯域bw2が少なくとも一部で重ならないと判定されたとき、判定手段15は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する(ステップS47)。
ステップS46またはステップS47の後、判定手段15は、全ての2次利用者について干渉の有無を判定したか否かを判定する(ステップS48)。
ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定していないと判定されたとき、判定手段15は、記憶手段12に記憶された表TBL-2から別の2次利用者の補正通信範囲の中心と半径rとを検出する(ステップS49)。
その後、一連の動作は、ステップS43へ移行し、ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定したと判定されるまで、ステップS43~ステップS49が繰り返し実行される。
そして、ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定したと判定されると、判定手段15は、全ての1次利用者について干渉の有無を判定したか否かを判定する(ステップS50)。
ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定していないと判定されたとき、判定手段15は、記憶手段12に記憶された表TBL-1から別の1次利用者の補正通信範囲の中心と半径Rとを検出する(ステップS51)。
その後、一連の動作は、ステップS43へ移行し、ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定したと判定されるまで、ステップS43~ステップS51が繰り返し実行される。
そして、ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定したと判定されると、判定手段15は、全ての1次利用者および2次利用者について干渉の有無の判定結果(表TBL-3)を作成し(ステップS52)、その作成した判定結果(表TBL-3)を制御手段16へ出力する。その後、一連の動作は、図17のステップS5へ移行する。
ステップS43において距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下でないと判定されたとき、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないと判定する(ステップS47参照)のは、距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下でない場合、1次利用者の周波数帯域bw1と2次利用者の周波数帯域bw2とが少なくとも一部で重なっていても重なっていなくても、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないからである。
なお、図21に示すフローチャートは、1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提としない場合における図17のステップS4の詳細な動作を示すが、1次利用者と2次利用者とが同じ周波数帯域を共用していることを前提とする場合には、図21のステップS44およびステップS45は、実行されず、ステップS43において、距離Dが半径Rと半径rとの和(R+r)以下であると判定されたとき、一連の動作は、ステップS46へ移行する。
図22は、図17のステップS6の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図22を参照して、図17のステップS5の後、通信調停装置1の調停手段162は、制御手段16から干渉の有無の判定結果(表TBL-3)を受け、その受けた判定結果(表TBL-3)に基づいて、互いに干渉する1次利用者と2次利用者とを検出する(ステップS61)。
そして、調停手段162は、その検出した互いに干渉する1次利用者と2次利用者について、記憶手段12に記憶された表TBL-1から1次利用者の補正通信範囲の中心を検出し、記憶手段12に記憶された表TBL-2から2次利用者の補正通信範囲の中心を検出する。その後、調停手段162は、その検出した1次利用者の補正通信範囲の中心と2次利用者の補正通信範囲の中心との距離Dを演算する(ステップS62)。
引き続いて、調停手段162は、互いに干渉する1次利用者と2次利用者について、表TBL-1から1次利用者の補正通信範囲を表す半径Rを検出し、表TBL-2から2次利用者の補正通信範囲を表す半径rを検出する(ステップS63)。
その後、調停手段162は、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを推定する(ステップS64)。より具体的には、調停手段162は、1次利用者の位置を中心とする半径Rを有する円を1次利用者の補正通信範囲と推定し、2次利用者の位置を中心とする半径rを有する円を2次利用者の通信範囲と推定する。
そして、調停手段162は、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とが交差するか否かを判定する(ステップS65)。より具体的には、調停手段162は、距離Dが半径Rと半径rの和(R+r)以下であるとき、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とが交差すると判定し、距離Dが半径Rと半径rの和(R+r)以下でないとき、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とが交差しないと判定する。
ステップS65において、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とが交差しないと判定されたとき、一連の動作は、別の調停時へ移行し(ステップS66)、別の調停時になると、ステップS61へ移行する。
一方、ステップS65において、1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とが交差すると判定されたとき、調停手段162は、距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さいか否かを判定する(ステップS67)。
ステップS67において、距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さいと判定されたとき、調停手段162は、2次利用者の無線通信を停止するように調停する(ステップS68)。その後、調停手段162は、利用可能な別の通信網が有るか否かを判定する(ステップS69)。
ステップS69において、利用可能な別の通信網が無いと判定されたとき、一連の動作は、ステップS68へ移行する。一方、ステップS69において、利用可能な別の通信網が有ると判定されたとき、2次利用者を別の通信網へ接続するように調停する(ステップS70)。
一方、ステップS67において、距離Dが半径Rまたは半径rよりも小さくないと判定されたとき(即ち、、距離Dが半径Rおよび半径rよりも大きいと判定されたとき)、調停手段162は、一定期間における1次利用者の補正通信範囲の軌跡が2次利用者の補正通信範囲の中心を通るか否かを更に判定する(ステップS71)。
ステップS71において、1次利用者の補正通信範囲の軌跡が2次利用者の補正通信範囲の中心を通ると判定されたとき、調停手段162は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の電力を調整する調停を行う(ステップS72)。
一方、ステップS71において、1次利用者の補正通信範囲の軌跡が2次利用者の補正通信範囲の中心を通らないと判定されたとき、調停手段162は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の電波の指向性を調整する調停を行う(ステップS73)。
そして、ステップS72またはステップS73の後、調停手段162は、2次利用者がマルチホップによる無線通信を利用可能か否かを判定する(ステップS74)。より具体的には、調停手段162は、調停対象の2次利用者の位置情報と、他の2次利用者の位置情報とに基づいて、他の2次利用者が調停対象の2次利用者の周囲に存在する場合、2次利用者がマルチホップによる無線通信を利用可能であると判定し、他の2次利用者が調停対象の2次利用者の周囲に存在しない場合、2次利用者がマルチホップによる無線通信を利用可能でないと判定する。また、調停手段162は、Wi-Fi等のUnlicensed Band
または異なる共用周波数帯域が有る場合、2次利用者がマルチホップによる無線通信を利用可能であると判定し、Wi-Fi等のUnlicensed Bandまたは異なる共用周波数帯域が無い場合、2次利用者がマルチホップによる無線通信を利用可能でないと判定する。
ステップS74において、マルチホップによる無線通信を利用可能であると判定されたとき、調停手段162は、マルチホップによる無線通信を行うように調停する(ステップS75)。
一方、ステップS74において、マルチホップによる無線通信を利用可能でないと判定されたとき、調停手段162は、利用可能な別の通信網が有るか否かを判定する(ステップS76)。
ステップS76において、利用可能な別の通信網が無いと判定されたとき、調停手段162は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者が電力または指向性を調整して無線通信を行うように調停する(ステップS77)。
一方、ステップS76において、利用可能な別の通信網が有ると判定されたとき、一連の動作は、ステップS70へ移行する。
そして、ステップS70、ステップS75およびステップS77のいずれかの後、調停結果を複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7へ送信した後、一連の動作は、図17の“終了”へ移行する。
なお、この発明の実施の形態においては、図17のステップS6(図22に示すフローチャートを含む)は、実行されなくてもよい。図17のステップS1からステップS6が実行されれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を設定できるからである。
[実施の形態2]
図23は、実施の形態2による無線通信システムの概略図である。図23を参照して、実施の形態2による無線通信システム10Aは、図1に示す無線通信システム10の通信制御装置1を通信制御装置1Aに変えたものであり、その他は、無線通信システム10と同じである。
通信制御装置1Aは、有線ケーブル8を介して基地局3に接続される。通信制御装置1Aは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)から一定時間におけるサンプルデータDSPL_iを有線ケーブル8を介して基地局3から受信する。
サンプルデータDSPL_iは、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の識別情報IDと、J(Jは、2以上の整数)個の受信情報INFO_1~INFO_Jと、J個の送信情報INFO_1~INFO_Jとを含む。
受信情報INFO_j(jは、2≦j≦Jを満たす整数)は、送信元の識別情報IDSRC_jと、受信時刻tRi_jと、受信信号SRi_jと、受信信号SRi_jの受信電力RSSI_jと、受信信号SRi_jの周波数fRi_jと、識別情報IDを有する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の位置情報[x,y]とを含む。
送信情報INFO_jは、送信先の識別情報IDDES_jと、送信時刻tTi_jと、送信信号STi_jと、送信信号STi_jの周波数fTi_jと、識別情報IDを有する端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7のいずれか)の位置情報[x,y]とを含む。
従って、サンプルデータDSPL_iは、DSPL_i=[ID/{IDSRCi_1/tRi_1/SRi_1/RSSI_1/[x,y]/fRi_1},{IDSRCi_2/tRi_2/SRi_2/RSSI_2/[x,y]/fRi_2},・・・,{IDSRCi_J/tRi_J/SRi_J/RSSI_J/[x,y]/fRi_J}/{IDDESi_1/tTi_1/STi_1/[x,y]/fTi_1},{IDDESi_2/tTi_2/STi_2/[x,y]/fTi_2},・・・,{IDDESi_J/tTi_J/STi_J/[x,y]/fTi_J}]からなる。
通信制御装置1Aは、サンプルデータDSPL_iに基づいて、後述する方法によって、1次利用者(波源Sおよび基地局3,4の少なくとも1つ。以下、同じ。)と、2次利用者(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の少なくとも1つ。以下、同じ。)との通信方式または変調方式を推定する。
そして、通信制御装置1Aは、推定した通信方式または変調方式に適合するように、後述する方法によって、次の項目(1)~(3)を実行する。
(1)1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲の推定
(2)推定した1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲の補正
(3)1次利用者と2次利用者との共用条件の設定
図24は、周波数と電力との関係を示す図である。図24を参照して、実施の形態2においては、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、開始周波数fSTARTと終了周波数fENDとを有する帯域幅Wdで周波数スキャンを行い、帯域幅Wdにおける周波数fと受信電力RSSIとの関係を記録する。そして、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、帯域幅Wdにおける周波数fと受信電力RSSIとの関係に基づいて、1次利用者と2次利用者との間で共用する共用周波数を決定する。そうすると、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、その決定した共用周波数を周波数fRi_jとし、周波数fRi_jにおいて電波を受信して、上述した送信元の識別情報IDSRC_j、受信時刻tRi_j、受信信号SRi_jおよび受信信号SRi_jの受信電力RSSI_jを検出し、受信情報INFO_jを生成する。
また、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、共用周波数である周波数fTi_jにおいて信号を送信すると、送信先の識別情報IDDES_j、送信時刻tTi_jおよび送信信号STi_jを検出して送信情報INFO_jを生成する。
そして、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の各々は、受信情報INFO_jと送信情報INFO_jとを含むサンプルデータDSPL_iを生成し、その生成したサンプルデータDSPL_iを基地局3(または基地局4)へ送信する。また、基地局3は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の少なくとも1つからサンプルデータDSPL_iを受信し、その受信したサンプルデータDSPL_iを有線ケーブル8を介して通信制御装置1Aへ送信する。更に、基地局4は、複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7の少なくとも1つからサンプルデータDSPL_iを受信し、その受信したサンプルデータDSPL_iを基地局3および有線ケーブル8を介して通信制御装置1Aへ送信する。
図25は、図23に示す通信制御装置1Aの概略図である。図25を参照して、通信制御装置1Aは、図2に示す通信制御装置1の受信手段11、記憶手段12、推定手段13および補正手段14をそれぞれ受信手段11A、記憶手段12A、推定手段13Aおよび補正手段14Aに変え、通信推定手段18を追加したものであり、その他は、通信制御装置1と同じである。
受信手段11Aは、基地局3(または基地局4)からサンプルデータDSPL_iを受信し、その受信したサンプルデータDSPL_iを記憶手段12Aに格納する。
記憶手段12Aは、受信手段11Aによって格納されたサンプルデータDSPL_iを記憶する。また、記憶手段12Aは、通信システムと、周波数帯と、通信方式と、変調方式と、システム帯域幅と、チャネル帯域幅と、許容SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)とを相互に対応付けたデータベースDB1を予め記憶している。更に、記憶手段12Aは、1次利用者の通信方式および変調方式と、2次利用者の通信方式および変調方式と、1次利用者および2次利用者の許容干渉量とを相互に対応付けたデータベースDB2を予め記憶している。更に、記憶手段12Aは、推定手段13Aによって推定された1次利用者の推定通信範囲および2次利用者の推定通信範囲を記憶する。更に、記憶手段12Aは、補正手段14Aによって補正された1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲を記憶する。
通信推定手段18は、記憶手段12AからI(Iは、2以上の整数)個のサンプルデータDSPL_1~DSPL_Iを読み出し、その読み出したI個のサンプルデータDSPL_1~DSPL_Iに基づいて、後述する方法によって、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定する。そして、通信推定手段18は、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式の推定結果を推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力する。
推定手段13Aは、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式の推定結果を通信推定手段18から受ける。そして、推定手段13Aは、記憶手段12AからI個のサンプルデータDSPL_1~DSPL_Iを読み出し、その読み出したI個のサンプルデータDSPL_1~DSPL_Iと、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式の推定結果とに基づいて、1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を推定し、その推定した1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を記憶手段12Aに格納する。
補正手段14Aは、1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を記憶手段12Aから読み出す。また、補正手段14Aは、データベースDB2を記憶手段12Aから読み出す。更に、補正手段14Aは、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式の推定結果を通信推定手段18から受ける。
そして、補正手段14Aは、データベースDB2を参照して、1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式の推定結果に対応する許容干渉量を検出し、その検出した許容干渉量に基づいて、後述する方法によって、1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を補正する。そうすると、補正手段14Aは、その補正した1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲を記憶手段12Aに格納する。
[通信方式または変調方式の推定]
(基本方式)
基本方式を用いた通信方式または変調方式の推定方法について説明する。推定の対象となる通信方式は、時分割複信(TDD:Time Division Duplex)、周波数分割複信(FDD:Frequency Division Duplex)、セルラー方式およびテレビジョン放送である。テレビジョン放送は、FPU(Field Pickup Unit、無線中継伝送装置)によって伝送される。従って、この明細書においては、テレビジョン放送を「FPU」と表記することもある。また、推定の対象となる変調方式は、AM(Amplitude Modulation)変調、ASK(Amplitude shift Keying)変調、FM(Frequency Modulation)変調、FSK(Frequency shift Keying)変調、PSK(Phase shift Keying)変調、CDMA(Code Division Multiple Access)変調およびOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調である。
図26は、通信方式および変調方式の推定方法を説明するための図である。図26を参照して、端末装置の識別情報(ID)と、J個の受信情報INFO_1~INFO_JおよびJ個の送信情報INFO_1~INFO_Jとは、相互に対応付けられている。
通信推定手段18は、I個のサンプルデータDSPL_1~サンプルデータDSPL_Iを記憶手段12Aから読み出し、その読み出したI個のサンプルデータDSPL_1~サンプルデータDSPL_Iに基づいて、図26に示すように、J個の受信情報INFO_1~INFO_JおよびJ個の送信情報INFO_1~INFO_JをそれぞれI個の端末装置の識別情報(ID)に対応付ける。
(i)TDDの推定
そして、通信推定手段18は、識別情報IDを有する端末装置について、次の項目を実行する。
(1-1)J個の送信元の識別情報IDSRC1_1~IDSRC1_Jのうち、相互に異なり、かつ、1次利用者を表す送信元の識別情報が2個以上有るか否かを判定する。
(1-2)J個の送信先の識別情報IDDES1_1~IDDES1_Jのうち、相互に異なり、かつ、1次利用者を表す送信先の識別情報が2個以上有るか否かを判定する。
(1-3)項目(1-1)の判定結果が肯定的であるときの2個以上の送信元の識別情報が、項目(1-2)の判定結果が肯定的であるときの2個以上の送信先の識別情報とそれぞれ一致するか否かを判定する。
(1-4)項目(1-3)の判定結果が肯定的であるときの相互に一致する送信元および送信先が使用する2つの周波数fRj_1,fTj_1が一致するか否かを判定する。
通信推定手段18は、項目(1-1)~項目(1-4)の全ての判定が肯定的であるとき、端末装置IDおよび2以上の1次利用者の通信方式がTDDであると推定する。
TDDにおいては、同一チャネルで2以上の利用者が居ることが前提であり、波源も2個以上観測されることになる。一方、項目(1-1)~項目(1-4)の全ての判定が肯定的であるとき、同一周波数で端末装置IDと無線通信を行っている1次利用者が2以上存在すると判定されることになるので、項目(1-1)~項目(1-4)の全ての判定が肯定的であるとき、通信方式がTDDであると推定することにしたものである。
そして、通信推定手段18は、項目(1-1)~項目(1-4)の少なくとも1つの判定が否定的であるとき、端末装置ID、および端末装置IDと無線通信を行っている相手方の通信方式は、TDDでないと推定する。
(ii)OFDM,AM変調,ASK変調の推定
通信推定手段18は、J個の受信電力RSSI_1~RSSI_Jに基づいて、受信電力の変動幅ΔRSSIを求める。そして、通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが、端末装置IDが予め保持している自信号の電力の2倍以上であるとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をOFDM変調、AM変調およびASK変調のいずれかであると推定する。
一方、通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが、端末装置IDが予め保持している自信号の電力の2倍以上でないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をOFDM変調、AM変調およびASK変調のいずれでもないと推定する。
通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが、端末装置IDが予め保持している自信号の電力の2倍以上であると判定したとき、受信信号SR1_1~SR1_Jの時間応答SR1_1(t)~SR1_J(t)を生成し、その生成した時間応答SR1_1(t)~SR1_J(t)に基づいて自己相関を演算する。そして、通信推定手段18は、自己相関が周期的に表れる2つのピークからなるとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をOFDM変調であると推定し、自己相関が周期的に表れる2つのピークからならないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をAM変調またはASK変調であると推定する。
図27は、自己相関の概念図である。図27を参照して、変調方式がOFDM変調であるとき、自己相関は、2つのピークが周期T1で現れる。これは、OFDMの場合、サイクリックエクステンション(ガード期間)が含まれるので、相関値に周期性が現れるからである。従って、図27に示すように、自己相関が周期的に表れる2つのピークからなるとき、変調方式をOFDM変調であると推定することにしたものである。
(iii)CDMA,FM変調,FSK変調の推定
通信推定手段18は、サンプルデータの先頭の受信電力RSSI1_1の周波数fR1_1が周波数偏移するとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調、FM変調およびFSK変調のいずれかであると推定する。
一方、通信推定手段18は、先頭の受信電力RSSI1_1の周波数fR1_1が周波数偏移しないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調、FM変調およびFSK変調のいずれでもないと推定する。
通信推定手段18は、先頭の受信電力RSSI1_1の周波数fR1_1が周波数偏移すると推定したとき、上述した方法によって受信信号SR1_1~SR1_Jの自己相関を演算する。そして、通信推定手段18は、自己相関が周期的に表れる1つのピークからなるとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調であると推定し、自己相関が周期的に表れる1つのピークからならないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をFM変調またはFSK変調であると判定する。
図28は、自己相関の別の概念図である。図28を参照して、変調方式がCDMA変調であるとき、自己相関は、1つのピークが周期T2で現れる。これは、CDMA変調の場合、同一の拡散コードが使用されている間、そのコードによる相関が現れるからである。従って、図28に示すように、自己相関が周期的に表れる1つのピークからなるとき、変調方式をCDMA変調であると推定することにしたものである。
(iv)CDMA,PSK変調の推定
通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが閾値ΔRSSI_th以下であるとき、即ち、受信電力RSSI_1~RSSI_Jの変動が殆ど無いとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調またはPSK変調であると推定する。
一方、通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが閾値ΔRSSI_thよりも大きいとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調およびPSK変調のいずれでもないと推定する。
通信推定手段18は、変動幅ΔRSSIが閾値ΔRSSI_th以下であると判定したとき、自己相関が、周期的に表れる1つのピークからなるか否かを更に判定する。そして、通信推定手段18は、自己相関が、周期的に表れる1つのピークからなるとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をCDMA変調であると推定し、自己相関が、周期的に表れる1つのピークからならないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の変調方式をPSK変調であると推定する。
(v)セルラー方式またはテレビジョン放送の推定
通信推定手段18は、上述した(i)~(iv)における推定結果がTDD、AM変調、ASK変調、FM変調、FSK変調、PSK変調、CDMA変調およびOFDM変調のいずれでもないとき、端末装置IDおよび端末装置IDと無線通信を行っている相手方の通信方式をセルラー方式またはテレビジョン放送であると推定する。
なお、通信推定手段18は、上述した(i)~(v)における方法によって、端末装置ID~ID、および端末装置ID~IDと無線通信を行っている相手方の通信方式または変調方式を推定する。
通信推定手段18は、通信方式の推定結果がTDDであるとき、通信方式または変調方式の推定結果がTDDであることを示す信号STDDを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力し、通信方式または変調方式の推定結果がAM変調またはASK変調であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がAM変調またはASK変調であることを示す信号Sを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力し、通信方式または変調方式の推定結果がFM変調またはFSK変調であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がFM変調またはFSK変調であることを示す信号Sを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力する。
また、通信推定手段18は、通信方式または変調方式の推定結果がOFDM変調であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がOFDM変調であることを示す信号SOFを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力し、通信方式または変調方式の推定結果がCDMA変調であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がCDMA変調であることを示す信号SCDを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力し、通信方式または変調方式の推定結果がPSK変調であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がPSK変調であることを示す信号Sを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力し、通信方式または変調方式の推定結果がセルラシステムまたはテレビジョン方法であるとき、通信方式または変調方式の推定結果がセルラシステムまたはテレビジョン方法であることを示す信号STCを生成して推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力する。
(テーブル方式)
テーブルを用いた通信方式または変調方式の推定方法について説明する。通信推定手段18は、テーブル方式においては、データベースDB1を参照して通信方式または変調方式を推定する。
図29は、データベースDB1の概略図である。図29を参照して、データベースDB1は、通信システムと、周波数帯と、通信方式と、変調方式と、システム帯域幅と、チャネル帯域幅と、許容SINRとを含む。通信システム、周波数帯、通信方式、変調方式、システム帯域幅、チャネル帯域幅および許容SINRは、相互に対応付けられる。
通信システムは、例えば、無線システムA、無線システムB、無線システムC、無線システムD、無線システムE、無線システムFおよび無線システムGからなる。無線システムA~無線システムGは、例えば、FPU、アマチュア無線および防災無線等である。
700MHzの周波数帯、FDDの通信方式(複信方式)、CDMAの変調方式、10MHzのシステム帯域幅、20kHzのチャネル帯域幅および10dBの許容SINRは、無線システムAに対応付けられる。
1.2GHzの周波数帯、TDDの通信方式(複信方式)、OFDMの変調方式、20MHzのシステム帯域幅、50kHzのチャネル帯域幅および12dBの許容SINRは、無線システムBに対応付けられる。
200MHzの周波数帯、TDDの通信方式(複信方式)、ASKの変調方式、5MHzのシステム帯域幅、100kHzのチャネル帯域幅および9dBの許容SINRは、無線システムCに対応付けられる。
1.7GHzの周波数帯、FDDの通信方式(複信方式)、AMの変調方式、1MHzのシステム帯域幅、10kHzのチャネル帯域幅および0dBの許容SINRは、無線システムDに対応付けられる。
2.3GHzの周波数帯、FDDの通信方式(複信方式)、FMの変調方式、500kHzのシステム帯域幅、15kHzのチャネル帯域幅および15dBの許容SINRは、無線システムEに対応付けられる。
3.3GHzの周波数帯、TDDの通信方式(複信方式)、FSKの変調方式、2MHzのシステム帯域幅、5kHzのチャネル帯域幅および40dBの許容SINRは、無線システムFに対応付けられる。
800MHzの周波数帯、TDDの通信方式(複信方式)、PSKの変調方式、10MHzのシステム帯域幅、10kHzのチャネル帯域幅および20dBの許容SINRは、無線システムGに対応付けられる。
通信推定手段18は、サンプルデータDSPL_iに基づいて周波数帯およびシステム帯域幅を検出する。各サンプルデータDSPL_iは、J個の受信情報INFO_1~INFO_Jからなるので、J個の受信情報INFO_1~INFO_JのJ個の周波数fRi_1~fRi_Jに基づいて周波数帯およびシステム帯域幅を検出することができる。
通信推定手段18は、周波数帯およびシステム帯域幅を検出すると、その検出した周波数帯およびシステム帯域幅に対応する通信方式または変調方式を検出することによって通信方式または変調方式を推定する。例えば、通信推定手段18は、サンプルデータDSPL_iに基づいて、1.2GHzの周波数帯および20MHzのシステム帯域幅を検出した場合、1.2GHzの周波数帯および20MHzのシステム帯域幅に対応するTDDおよびOFDMを検出することによって、通信方式がTDDであり、変調方式がOFDMであると推定する。通信推定手段18は、他の周波数帯およびシステム帯域幅が検出された場合、同様にして通信方式または変調方式を推定する。
なお、通信推定手段18は、データベースDB1を用いて通信方式または変調方式を推定する場合、通信方式および変調方式の両方を推定してもよく、通信方式および変調方式のいずれか一方だけを推定してもよい。即ち、通信推定手段18は、通信方式および変調方式の少なくとも1つを推定すればよい。
実施の形態2においては、上述した基本方式による通信方式または変調方式の推定方法とテーブル方式による通信方式または変調方式の推定方法とを組み合わせてもよい。この場合、テーブル方式による通信方式または変調方式の推定方法を実行した後に、基本方式による通信方式または変調方式の推定方法を実行してもよく、基本方式による通信方式または変調方式の推定方法を実行した後に、テーブル方式による通信方式または変調方式の推定方法を実行してもよい。
[通信範囲の推定]
(TDD)
推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がTDDであるとき、信号STDDを通信推定手段18から受け、その受けた信号STDDに応じて、送信元が基地局であることを示す識別情報IDSRC_jに対応付けられた受信電力RSSI_jおよび位置情報[x,y]をサンプルデータDSPL_iから検出する。この場合、TDDにおいては、複数の波源(=複数の基地局)が存在するため、推定手段13Aは、複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]をサンプルデータDSPL_iから検出する。
そして、推定手段13Aは、その検出した複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]を式(1)に代入して重心[x,y]を算出し、その算出した重心[x,y]を波源位置(基地局の位置)として推定する。
その後、推定手段13Aは、実施の形態1における方法と同じ方法によって、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5、複数のロボット7)の位置と波源位置[x,y]との距離のうちの最大値、またはdprimaryを基地局の通信範囲(=1次利用者の通信範囲)として推定する。
このように、推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がTDDであるとき、マスター局(基地局)から送信された電波の受信電力RSSI_jに基づいて1次利用者の通信範囲を推定する。なお、マスター局(基地局)は、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置に相当する。
TDDの場合、複数の波源が存在する。また、スペクトルアナライザーによる電力測定においては、電波の送信と受信のフェーズが電力のデューティ比として現れるため、電力測定に誤差が発生する。
しかし、通信方式または変調方式の推定結果がTDDであるとき、マスター局(基地局)からの受信電力RSSI_jを用いて基地局の通信範囲(=1次利用者の通信範囲)を推定するので、誤差を抑制した受信電力RSSI_jを用いて基地局の通信範囲(=1次利用者の通信範囲)を推定できる。従って、基地局の通信範囲(=1次利用者の通信範囲)を正確に推定できる。
(CDMA)
推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がCDMA変調であるとき、信号SCDを通信推定手段18から受け、その受けた信号SCDに応じて、送信元の識別情報IDSRC_jを参照してフォワードリンク(=ダウンリンク)の送信元の識別情報IDSRC_jに対応付けられた複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]をサンプルデータDSPL_iから検出する。
そして、推定手段13Aは、その検出した複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]を式(1)に代入して重心[x,y]を算出し、その算出した重心[x,y]を波源位置(フォワードリンクの送信元の位置)として推定する。なお、推定手段13Aは、波源位置の推定においては、リバースリンク(=アップリンク)の受信電力RSSI_jを用いない。
その後、推定手段13Aは、実施の形態1における方法と同じ方法によって、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5、複数のロボット7)の位置と波源位置[x,y]との距離のうちの最大値、またはdprimaryを基地局の通信範囲(=1次利用者の通信範囲)として推定する。
このように、推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がCDMA変調であるとき、リバースリンク(=アップリンク)の受信電力RSSI_jを用いずに、フォワードリンクの送信元からの受信電力RSSI_jに基づいて1次利用者の通信範囲を推定する。
CDMA変調の場合、フォワードリンクの送信電力が定電力であるので、フォワードリンクにおける受信電力RSSI_jを用いることによって1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
(FM変調)
推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がFM変調であるとき、信号Sを通信推定手段18から受け、その受けた信号Sに応じて、周波数偏移している複数の受信信号SRi_jに対応する複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]をサンプルデータDSPL_iから検出する。なお、周波数偏移している受信信号SRi_jに対応する受信電力RSSI_jは、変調信号による周波数偏移の範囲を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された受信電力である。
そして、推定手段13Aは、その検出した複数の受信電力RSSI_jおよび複数の位置情報[x,y]を式(1)に代入して重心[x,y]を算出し、その算出した重心[x,y]を波源位置として推定する。
その後、推定手段13Aは、実施の形態1における方法と同じ方法によって、端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5、複数のロボット7)の位置と波源位置[x,y]との距離のうちの最大値、またはdprimaryを1次利用者の通信範囲として推定する。
このように、推定手段13Aは、通信方式または変調方式の推定結果がFM変調であるとき、変調信号による周波数偏移の範囲を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された受信電力RSSI_jを用いて1次利用者の通信範囲を推定するので、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
受信電力を検出するときのフィルタが周波数偏移に対して狭い帯域幅を有するとき、受信電力は、変調信号に応じて変化する。
しかし、変調信号による周波数偏移の範囲を含む帯域幅を有するフィルタを用いて受信電力RSSI_jを検出した場合、受信電力RSSI_jは、変調信号に応じて変化しない。従って、1次利用者の通信範囲を正確に推定できる。
なお、通信方式または変調方式の推定結果がTDD、CDMAおよびFM変調以外であるとき、推定手段13Aは、実施の形態1における通信範囲の推定方法を用いて1次利用者の通信範囲を推定する。
また、推定手段13Aは、実施の形態1における通信範囲の推定方法を用いて2次利用者の通信範囲を推定する。
[共用条件の設定]
図30は、別のデータベースの概念図である。図30を参照して、データベースDB2は、1次利用者の通信方式または変調方式と、2次利用者の通信方式または変調方式と、許容干渉量AAIFpq,AAIFqp(p=1~7,q=1~7)とを含む。
許容干渉量AAIFpq,AAIFqpの各々は、1次利用者の通信方式または変調方式と2次利用者の通信方式または変調方式との組み合わせに対応付けられる。例えば、許容干渉量AAIF11は、1次利用者の通信方式または変調方式がTDDであり、2次利用者の通信方式または変調方式がTDDである場合の許容干渉量であり、AAIF12は、1次利用者の通信方式おまたは変調方式がAM変調またはASK変調であり、2次利用者の通信方式または変調方式がTDDである場合の許容干渉量である。その他の許容干渉量AAIF13~AAIF77についても同様である。
p≠qであるとき、許容干渉量AAIFpqは、許容干渉量AAIFqpと同じである。即ち、許容干渉量AAIF11~AAIF77は、7行×7列の行列に配置されているので、対角成分AAIF11,AAIF22,AAIF33,AAIF44,AAIF55,AAIF66,AAIF77に対して対称の位置に配置された非対角成分は、相互に同じである。
許容干渉量AAIF11~AAIF77の各々は、1次利用者の通信方式または変調方式と2次利用者の通信方式または変調方式との組み合わせを用いてシミュレーションした許容干渉量からなる。
補正手段14Aは、1次利用者の通信方式または変調方式と2次利用者の通信方式または変調方式との推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCDおよび信号STCのいずれか)を通信推定手段18から受けると、記憶手段12Aから読み出したデータベースDB2を参照して、推定結果に対応する許容干渉量AAIFpq(AAIF11~AAIF77のいずれか)を検出する。
そして、補正手段14Aは、その検出した許容干渉量AAIFpq(AAIF11~AAIF77のいずれか)に基づいて、記憶手段12Aから読み出した1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を補正する。
より具体的には、補正手段14Aは、許容干渉量AAIFpq(AAIF11~AAIF77のいずれか)をマージンの電力量Pmarginとして決定し、その決定したマージンの電力量Pmarginを用いて、実施の形態1において説明した方法によって1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を補正する。
補正手段14Aは、1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を補正すると、その補正した1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲を記憶手段12Aに格納する。
図31は、累積確率と信号強度との関係を示す図である。図31において、縦軸は、累積確率を表し、横軸は、信号強度を表す。また、曲線k3は、レイリーフェージングにおける累積確率と信号強度との関係を示し、曲線k4は、ライス係数Kが40であるときの仲上ライスフェージングにおける累積確率と信号強度との関係を示す。
図31を参照して、レイリーフェージングおよび仲上ライスフェージングにおいては、累積確率は、信号強度の増加に伴って指数関数的に大きくなる(曲線k3,k4参照)。
セルラシステムまたはテレビジョン放送の基地局は、一般的には、固定局であるが、移動局は、移動しながら通信を行う。固定局とセンサーノードとの双方が固定状態であっても、周囲の通信環境は、時間的に変化しているため、センサーノードが電力を観測しているときにフェージングの影響を受ける。また、移動局においては、更に、移動に伴うフェージングも加わる。
そこで、補正手段14Aは、通信方式または変調方式の推定結果がセルラシステムまたはテレビジョン放送であるとき、累積確率と信号強度との関係(図31の曲線k3または曲線k4)を記憶手段12Aから読み出し、その読み出した累積確率と信号強度との関係(図31の曲線k3または曲線k4)に基づいて、例えば、5%の確率で生じる事象よりも、例えば、90%の確率で生じる事象を選択する。即ち、補正手段14Aは、レイリーフェージングにおいては、信号強度P1よりも信号強度P2を選択し、その選択した信号強度P2をマージンの電力量Pmarginとして決定する。また、補正手段14Aは、仲上ライスフェージングにおいては、信号強度P3よりも信号強度P4を選択し、その選択した信号強度P4をマージンの電力量Pmarginとして決定する。
そうすると、補正手段14Aは、その決定したマージンの電力量Pmarginを用いて、実施の形態1において説明した方法によって1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を補正する。そして、補正手段14Aは、1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲を記憶手段12Aに格納する。
なお、90%の確率で生じる事象を選択するのは、例示であって、補正手段14Aは、90%以外の確率で生じる事象を選択してもよく、一般的には、基準となる確率よりも高い確率で生じる事象を選択すればよい。
設定手段161は、実施の形態2においては、次の方法によって共用条件を設定する。
図32は、受信SINRを算出する方法を説明するための図である。受信電力Prcvは、次式によって表される。
Figure 0007142326000007
式(7)において、Ptransは、送信電力であり、PPLは、電波の伝搬経路におけるパスロスである。
パスロスPPLは、次式によって表される。
Figure 0007142326000008
式(8)において、dは、1次利用者の送信機と1次利用者の受信機との距離、または2次利用者の送信機と1次利用者の受信機との距離である。また、fは、電波の周波数である。
図32を参照して、設定手段161は、1次利用者の送信機と1次利用者の受信機との間の経路におけるパスロスPPL1と、2次利用者の送信機と1次利用者の受信機との間の経路におけるパスロスPPL2とを求める。そして、設定手段161は、1次利用者の送信電力P1に基づいてSINR_1=P1-PPL1を演算し、2次利用者の送信電力P2に基づいてSINR_2=P2-PPL2を演算する。その後、設定手段161は、ΔSINR=SINR_1-SINR_2を演算し、その演算したΔSINRが許容SINRよりも小さいとき、1次利用者と2次利用者との共用が可能であると判定する。従って、設定手段161は、ΔSINRが許容SINRよりも小さくなるように2次利用者の通信条件(送信電力等)を設定する。この場合、1次利用者の送信電力P_1は、既知であり、2次利用者の送信電力P_2は、サンプルデータDSPL_iの送信情報INFO_iに含められて通信制御装置1Aへ送信されるものとする。
なお、パスロスPPLとは、送信機から放射された電波が距離や周波数によって減衰する度合いを言う。そして、送受信機間の距離が離れるに従って減衰量が大きくなり、周波数が高くなるに従って減衰量が大きくなる。
1次利用者の送信電力が20dBmであり、2次利用者の送信電力が10dBmである場合について受信SINRを算出する例について説明する。設定手段161は、2個の1次利用者の通信範囲の中心(=重心点[x,y])を記憶手段12Aに記憶された1次利用者の通信範囲から検出することによって、1次利用者の送信機および1次利用者の受信機の位置を検出する。
そして、設定手段161は、その検出した1次利用者の送信機および1次利用者の受信機の位置に基づいて1次利用者の送信機と1次利用者の受信機との距離dを演算し、その演算した距離dと、周波数f(=共用周波数)とを式(8)に代入してパスロスPPL1(=80dB)を算出する。
また、設定手段161は、2次利用者の送信機の位置(送信元の端末装置IDの位置)をサンプルデータDSPL_iから検出し、その検出した2次利用者の送信機の位置と1次利用者の受信機との距離dを演算する。そして、設定手段161は、その演算した距離dと周波数f(=共用周波数)とを式(8)に代入してパスロスPPL2(=90dB)を算出する。
その後、設定手段161は、20dBmの送信電力および80dBのパスロスPPL1を式(7)に代入して、1次利用者の受信機における1次利用者の送信機からの電波のSINR_1=20-80=-60dBmを算出する。また、設定手段161は、10dBmの送信電力および90dBのパスロスPPL2を式(7)に代入して、1次利用者の受信機における2次利用者の送信機からの電波のSINR_2=10-90=-80dBmを算出する。更に、設定手段161は、ΔSINR=SINR_1-SINR_2=-60-(-80)=20dBを演算することによって1次利用者の受信機における受信SINRを算出する。
そうすると、設定手段161は、その算出した受信SINRが許容SINRよりも小さいとき、1次利用者と2次利用者との共用が可能であると判定する。
また、設定手段161は、通信方式または変調方式がCDMA変調であるとき、2次利用者の送信電力を1次利用者の送信電力よりも高く設定してもよい。CDMA変調は、干渉波に対して耐性の高い変調方式であり、一般的には、1次利用者と2次利用者の電力比が逆転しても通信が可能であるからである。
図33は、図23に示す通信制御装置1Aの動作を説明するためのフローチャートである。図33に示すフローチャートは、図17に示すフローチャートのステップS1~ステップS3をステップS81~ステップS85に変えたものであり、その他は、図17に示すフローチャートと同じである。
図33を参照して、通信制御装置1Aの動作が開始されると、受信手段11Aは、複数の端末装置(複数の端末装置2,6、複数のセンサ5および複数のロボット7)から複数のサンプルデータDSPL_iを受信し、その受信した複数のサンプルデータDSPL_iを記憶手段12Aに格納する。即ち、通信制御装置1Aは、サンプルデータDSPL_iを収集する(ステップS81)。
そして、通信推定手段18は、記憶手段12Aから読み出した複数のサンプルデータDSPL_iに基づいて、上述した方法によって、共用周波数を用いる1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定し(ステップS82)、その推定した推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCD、信号Sおよび信号STCのいずれかからなる)を推定手段13Aおよび補正手段14Aへ出力する。
推定手段13Aは、推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCD、信号Sおよび信号STCのいずれかからなる)を通信推定手段18から受け、その受けた推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCD、信号Sおよび信号STCのいずれかからなる)に応じて、上述した方法によって1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する(ステップS83)。そして、推定手段13Aは、その推定した1次利用者の推定通信範囲と2次利用者の推定通信範囲とを記憶手段12Aに格納する。
補正手段14Aは、通信推定手段18から推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCD、信号Sおよび信号STCのいずれかからなる)を受けると、記憶手段12Aから読み出したデータベースDB2を参照して、推定結果(信号STDD、信号S、信号S、信号SOF、信号SCD、信号Sおよび信号STCのいずれかからなる)に対応する許容干渉量AAIFpqを検出し、その検出した許容干渉量AAIFpqをマージンの電力量Pmarginとして決定する(ステップS84)。
そして、補正手段14Aは、その決定したマージンの電力量Pmarginに基づいて、上述した方法によって1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正し、2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正する(ステップS85)。
その後、上述したステップS4~ステップS6が順次実行され、通信制御装置1Aの動作が終了する。
図34は、図33に示すステップS82の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図34を参照して、図33のステップS81の後、通信推定手段18は、サンプルデータDSPL_iに基づいて受信電力の電力変動および先頭電力の周波数偏移を検出する(ステップS821)。
そして、通信推定手段18は、電力変動の変動幅を検出し(ステップS822)、受信信号の自己相関を演算する(ステップS823)。
その後、通信推定手段18は、波源が複数であるか否かを判定する(ステップS824)。
ステップS824において、波源が複数であると判定されたとき、通信推定手段18は、通信方式がTDDであると推定する(ステップS825)。
一方、ステップS824において、波源が複数でないと判定されたとき、またはステップS825の後、通信推定手段18は、電力変動の変動幅が端末装置IDにおける自信号の電力の2倍以上であるか否かを判定する(ステップS826)。
ステップS826において、電力変動の変動幅が端末装置IDにおける自信号の電力の2倍以上であると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がOFDM変調またはAM変調またはASK変調であると推定する(ステップS827)。
一方、ステップS826において、電力変動の変動幅が端末装置IDにおける自信号の電力の2倍以上でないと判定されたとき、またはステップS827の後、通信推定手段18は、先頭電力が周波数偏移するか否かを判定する(ステップS828)。
ステップS828において、先頭電力が周波数偏移すると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がCDMA変調またはFM変調またはFSK変調であると推定する(ステップS829)。
一方、ステップS828において、先頭電力が周波数偏移しないと判定されたとき、またはステップS829の後、通信推定手段18は、電力変動の変動幅が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS830)。
ステップS830において、電力変動の変動幅が閾値以下であると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がCDMA変調またはPSK変調であると推定する(ステップS831)。
一方、ステップS830において、電力変動の変動幅が閾値以下でないと判定されたとき、通信推定手段18は、通信方式がセルラー方式またはテレビジョン放送であると推定する(ステップS832)。
そして、ステップS831またはステップS832の後、一連の動作は、図33のステップS83へ移行する。
図35は、図34のステップS827の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図35を参照して、図34のステップS826において、電力変動の変動幅が自信号の電力の2倍以上であると判定されたとき、通信推定手段18は、自己相関が周期的に現れる2つのピークからなるか否かを判定する(ステップS8271)。
ステップS8271において、自己相関が周期的に現れる2つのピークからなると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がOFDM変調であると推定する(ステップS8272)。
一方、ステップS8271において、自己相関が周期的に現れる2つのピークからならないと判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がAM変調またはASK変調であると推定する(ステップS8273)。そして、ステップS8272またはステップS8273の後、一連の動作は、図34のステップS828へ移行する。
図36は、図34のステップS829の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図36を参照して、図34のステップS828において、先頭電力が周波数偏移すると判定されたとき、通信推定手段18は、自己相関が周期的に現れる1つのピークからなるか否かを判定する(ステップS8291)。
ステップS8291において、自己相関が周期的に現れる1つのピークからなると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がCDMA変調であると推定する(ステップS8292)。
一方、ステップS8291において、自己相関が周期的に現れる1つのピークからならないと判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がFM変調またはFSK変調であると推定する(ステップS8293)。そして、ステップS8292またはステップS8293の後、一連の動作は、図34のステップS830へ移行する。
図37は、図34のステップS831の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図37を参照して、図34のステップS830において、電力変動の変動幅が閾値以下であると判定されたとき、通信推定手段18は、自己相関が周期的に現れる1つのピークからなるか否かを判定する(ステップS8311)。
ステップS8311において、自己相関が周期的に現れる1つのピークからなると判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がCDMA変調であると推定する(ステップS8312)。
一方、ステップS8311において、自己相関が周期的に現れる1つのピークからならないと判定されたとき、通信推定手段18は、変調方式がPSK変調であると推定する(ステップS8313)。そして、ステップS8312またはステップS8313の後、一連の動作は、図33のステップS83へ移行する。
図38は、図33のステップS82の別の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。なお、図38においては、通信方式または変調方式の推定結果を「EST1」または「EST2」と表す。
図38を参照して、図33のステップS81の後、通信推定手段18は、上述した図34のステップS831~ステップS832を順次実行する(ステップS833)。そして、通信推定手段18は、推定した通信方式または変調方式を推定結果EST1として保持する(ステップS834)。
その後、通信推定手段18は、サンプルデータDSPL_iを記憶手段12Aから読み出し、その読み出したサンプルデータDSPL_iに基づいて周波数帯およびシステム帯域幅を検出する(ステップS835)。
引き続いて、通信推定手段18は、データベースDB1を記憶手段12Aから読み出し、その読み出したデータベースDB1を参照して、検出した周波数帯およびシステム帯域幅に対応する通信方式または変調方式を検出し、その検出した通信方式または変調方式を推定結果EST2とする(ステップS836)。
そうすると、通信推定手段18は、推定結果EST1が推定結果EST2に一致するか否かを判定する(ステップS837)。
ステップS837において、推定結果EST1が推定結果EST2に一致しないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS833へ移行する。その後、ステップS837において、推定結果EST1が推定結果EST2に一致すると判定されるまで、ステップS833~ステップS837が繰り返し実行される。
そして、ステップS837において、推定結果EST1が推定結果EST2に一致すると判定されたとき、通信推定手段18は、一致した推定結果を最終的な推定結果とする(ステップS838)。その後、一連の動作は、図33のステップS83へ移行する。
なお、図38に示すフローチャートにおいては、ステップS833に代えて、ステップS835~ステップS836を実行し、ステップS835~ステップS836に代えて、ステップS833を実行してもよい。この場合、ステップS836における推定結果が推定結果EST1となり、ステップS833における推定結果が推定結果EST2になる。
図39は、図33のステップS83の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。なお、図39においては、通信方式または変調方式の推定結果を「EST」と表す。
図39を参照して、図33のステップS82の後、推定手段13Aは、通信推定手段18から推定結果ESTを受ける。そして、推定手段13Aは、推定結果ESTがTDDであるか否かを判定する(ステップS841)。
ステップS841において、推定結果ESTがTDDであると判定されたとき、推定手段13Aは、サンプルデータDSPL_iを参照して、マスター局からの電波の受信電力RSSI(M)を選択する(ステップS842)。
一方、ステップS841において、推定結果ESTがTDDでないと判定されたとき、推定手段13Aは、推定結果ESTがCDMA変調であるか否かを更に判定する(ステップS843)。
ステップS843において、推定結果ESTがCDMA変調であると判定されたとき、推定手段13Aは、サンプルデータDSPL_iを参照して、フォワードリンクの受信電力RSSI(F)を選択する(ステップS844)。
一方、ステップS843において、推定結果ESTがCDMA変調でないと判定されたとき、推定手段13Aは、推定結果がFM変調であるか否かを更に判定する(ステップS845)。
ステップS845において、推定結果がFM変調であると判定されたとき、推定手段13Aは、周波数偏移の範囲を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された受信電力RSSI(BW)を選択する(ステップS846)。
そして、ステップS845において、推定結果ESTがFM変調でないと判定されたとき、またはステップS842、ステップS844およびステップS846のいずれかの後、推定手段13Aは、図18に示すステップS11~ステップS13と同じステップを順次実行する(ステップS847~ステップS849)。その後、一連の動作は、図33のステップS84へ移行する。
図39に示すフローチャートにおいては、ステップS842からステップS847へ移行したとき、推定手段13Aは、ステップS847において、マスター局からの電波の受信電力RSSI(M)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する。
また、ステップS844からステップS847へ移行したとき、推定手段13Aは、ステップS847において、フォワードリンクの受信電力RSSI(F)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する。
更に、ステップS846からステップS847へ移行したとき、推定手段13Aは、ステップS837において、周波数偏移の範囲を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された受信電力RSSI(BW)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する。
更に、ステップS845において推定結果ESTがFM変調でないと判定された後、ステップS847へ移行したとき、即ち、推定結果ESTがTDD、CDMA変調およびFM変調以外であると判定された後、ステップS837へ移行したとき、推定手段13Aは、ステップS847において、実施の形態1における方法と同じ方法によって、サンプルデータDSPL_iから検出した受信電力RSSI(EX)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する。
このように、推定手段13Aは、推定結果ESTに応じた受信電力RSSI(M),RSSI(F),RSSI(BW),RSSI(EX)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定する。
そして、受信電力RSSI(M),RSSI(F),RSSI(BW)は、上述したように、誤差を抑制した受信電力であるので、受信電力RSSI(M),RSSI(F),RSSI(BW)によって重み付けられた重心[x,y]を1次利用者の位置と推定することによって、1次利用者の位置を正確に推定できる。
図40は、図33のステップS4の実施の形態2における詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図40に示すフローチャートは、図21に示すフローチャートのステップS41~ステップS47をステップS41A~ステップS50Aに変え、ステップS49,S51をステップS51A,S52Aに変えたものであり、その他は、図21に示すフローチャートと同じである。
図40を参照して、図33のステップS85の後、判定手段15は、記憶手段12AからサンプルデータDSPL_iを読み出し、その読み出したサンプルデータDSPL_iに基づいて、1次利用者の送信機の位置と、1次利用者の受信機の位置と、2次利用者の送信機の位置とを検出する(ステップS41A)。ここでは、1次利用者同士で電波を送受信するとともに1次利用者の受信機に電波が届く範囲に2次利用者の送信機が存在する状況を想定する。従って、電波を送受信する1次利用者の2台の通信機器のうち、一方が1次利用者の送信機であり、他方が1次利用者の受信機である。また、電波を送信する端末装置が2次利用者の送信機である。判定手段15は、サンプルデータDSPL_iの2つの受信情報INFO_j,INFO_j’において、2つの送信元の識別情報IDSRCi_j,IDSRCi_j’が共に1次利用者である端末装置(識別情報IDを有する端末装置)の位置情報[x,y]を2次利用者の送信機の位置として検出する。また、判定手段15は、2つの送信元の識別情報IDSRCi_j,IDSRCi_j’の一方の識別情報を有する1次利用者の補正通信範囲の中心位置を1次利用者の送信機の位置として検出し、2つの送信元の識別情報IDSRCi_j,IDSRCi_j’の他方の識別情報を有する1次利用者の補正通信範囲の中心位置を1次利用者の受信機の位置として検出する。
ステップS41Aの後、判定手段15は、1次利用者の送信機の位置と1次利用者の受信機の位置とに基づいて1次利用者の送信機と1次利用者の受信機との距離dを算出し、2次利用者の送信機の位置と1次利用者の受信機の位置とに基づいて2次利用者の送信機と1次利用者の受信機との距離dを算出を算出する(ステップS42A)。
その後、判定手段15は、距離dに基づいて1次利用者の送信機から1次利用者の受信機への電波の伝搬経路におけるパスロスPPL1を式(8)によって算出する(ステップS43A)。また、判定手段15は、距離dに基づいて2次利用者の送信機から1次利用者の受信機への電波の伝搬経路におけるパスロスPPL2を式(8)によって算出する(ステップS44A)。
そうすると、判定手段15は、1次利用者の送信電力およびパスロスPPL1に基づいて式(7)によって1次利用者の受信機における受信電力Prcv1を算出し(ステップS45A)、2次利用者の送信電力およびパスロスPPL2に基づいて式(7)によって1次利用者の受信機における受信電力Prcv2を算出する(ステップS46A)。
そして、判定手段15は、SINR=Prcv1-Prcv2によって1次利用者の受信機におけるSINRprimaryを算出する(ステップS47A)。
その後、判定手段15は、SINRprimaryが許容SINR以下であるか否かを判定する(ステップS48A)。
ステップS48Aにおいて、SINRprimaryが許容SINR以下でないと判定されたとき、判定手段15は、1次利用者と2次利用者との間で干渉が有ると判定する(ステップS49A)。
一方、ステップS48Aにおいて、SINRprimaryが許容SINR以下であると判定されたとき、判定手段15は、1次利用者と2次利用者との間で干渉が無いと判定する(ステップS50A)。
そして、ステップS49AまたはステップS50Aの後、上述したステップS48が実行される。
ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定していないと判定されたとき、判定手段15は、別の2次利用者の送信機の位置を検出する(ステップS51A)。そして、一連の動作は、ステップS42Aへ移行する。その後、ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定したと判定されるまで、ステップS42A~ステップS50A,S48,S51Aが繰り返し実行される。
そして、ステップS48において、全ての2次利用者について干渉の有無を判定したと判定されると、上述したステップS50が実行される。
ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定していないと判定されたとき、判定手段15は、別の1次利用者の送信機および受信機の位置を検出する(ステップS52A)。そして、一連の動作は、ステップS42Aへ移行する。その後、ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定したと判定されるまで、ステップS42A~ステップS50A,S48,S51A,S50,S52Aが繰り返し実行される。
そして、ステップS50において、全ての1次利用者について干渉の有無を判定したと判定されると、上述したステップS52が実行される。その後、一連の動作は、図33のステップS5へ移行する。
図41は、1次利用者および2次利用者の通信範囲の別の形状を示す図である。上記においては、1次利用者および2次利用者の通信範囲または補正通信範囲は、円形形状を有すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、1次利用者および2次利用者の通信範囲または補正通信範囲は、楕円形状であってもよく(図41の(a)
参照)、四角形および五角形等の多角形であってもよく(図41の(b),(c)参照)、一般的には、任意の形状であってもよい(図41の(d)参照)。
図42は、1次利用者および2次利用者の通信範囲(または補正通信範囲)が任意の形状を有する場合における1次利用者および2次利用者の通信範囲(または補正通信範囲)を表す指標を説明するための図である。なお、図42においては、1次利用者および2次利用者の通信範囲を表す指標について説明するが、1次利用者および2次利用者の補正通信範囲を表す指標についても同様である。
図42を参照して、1次利用者の通信範囲CM_REG1および2次利用者の通信範囲CM_REG2は、任意の形状を有する。1次利用者の通信範囲CM_REG1は、中心O1を有し、2次利用者の通信範囲CM_REG2は、中心O2を有する。
そして、中心O1と中心O2とを結ぶ線分Lineの長さが距離Dとして求められる。また、線分Lineと平行であり、かつ、中心O1から中心O2へ向かう方向において中心O1から、1次利用者の通信範囲CM_REG1を規定する線までの距離dを1次利用者の通信範囲CM_REG1を表す指標とする。
また、線分Lineと平行であり、かつ、中心O2から中心O1へ向かう方向において中心O2から、2次利用者の通信範囲CM_REG2を規定する線までの距離dを2次利用者の通信範囲CM_REG2を表す指標とする。
そして、指標d,dは、それぞれ、上述した半径R,rに代えて用いられ、図17のステップS5において、2次利用者の通信条件の設定に用いられ、図21に示すフローチャートにおいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無の判定に用いられ、図22に示すフローチャートにおいて、2次利用者の通信条件の調停に用いられる。
なお、1次利用者の通信範囲CM_REG1および2次利用者の通信範囲CM_REG2は、相互に同じ形状を有していてもよく、相互に異なる形状を有していてもよい。
この発明の実施の形態においては、通信制御装置1の動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、通信制御装置1は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を備える。
ROMは、図17(図18から図22に示すフローチャートを含む)に示すフローチャートからなるプログラムProg_Aを格納する。そして、CPUは、プログラムProg_AをROMから読み出し、その読み出したプログラムProg_Aを実行して1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲をそれぞれ1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に補正し、その補正した1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に基づいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するとともに、その干渉の有無の判定結果に応じて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないように2次利用者の通信条件を設定し、または1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停する。RAMは、半径R,r(指標d,d)、受信電力RSSIおよび距離D等を一時的に記憶する。
また、この発明の実施の形態においては、通信制御装置1Aの動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、通信制御装置1Aは、CPU、ROMおよびRAMを備える。
ROMは、図33(図34から図37,図39および図40に示すフローチャートを含む)に示すフローチャートからなるプログラムProg_B、および図33(図38,図35から図37,図39および図40に示すフローチャートを含む)に示すフローチャートからなるプログラムProg_Cを格納する。
そして、CPUは、プログラムProg_B(またはProg_C)をROMから読み出し、その読み出したプログラムProg_B(またはProg_C)を実行して1次利用者および2次利用者の通信方式または変調方式を推定し、その推定結果に応じた受信電力を用いて1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲を推定するとともに、その推定した1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲をそれぞれ1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に補正し、その補正した1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に基づいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定し、その干渉の有無の判定結果に応じて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないように2次利用者の通信条件を設定し、または1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停する。
また、プログラムProg_A,Prog_B,Prog_Cは、CD,DVD等の記録媒体に記録されて流通してもよい。この場合、CPUは、装着された記録媒体からプログラムProg_A,Prog_B,Prog_Cのいずれかを読み出して実行し、1次利用者の通信範囲および2次利用者の通信範囲をそれぞれ1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に補正し、その補正した1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲に基づいて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するとともに、その干渉の有無の判定結果に応じて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信とが干渉しないように2次利用者の通信条件を設定し、または1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停する。従って、プログラムProg_A,Prog_B,Prog_Cを記録したCD,DVD等の記録媒体は、コンピュータ(CPU)が読み取り可能な記録媒体である。
図43は、この発明の実施の形態によるデータ構造を示す概略図である。図43を参照して、この発明の実施の形態によるデータ構造D-STRは、1次利用者IDと、1次利用者の送信電力と、1次利用者の許容干渉時間率と、1次利用者の許容干渉電力と、1次利用者のマージンと、2次利用者IDと、2次利用者の位置情報と、2次利用者の受信電力と、2次利用者のアンテナ利得と、2次利用者の送信電力とを含む。
1次利用者ID、1次利用者の送信電力、1次利用者の許容干渉時間率、1次利用者の許容干渉電力および1次利用者のマージンは、相互に対応付けられる。2次利用者ID、2次利用者の位置情報、2次利用者の受信電力、2次利用者のアンテナ利得および2次利用者の送信電力は、相互に対応付けられる。
1次利用者IDは、識別情報ID1_1からなり、1次利用者の送信電力は、送信電力P1_1からなる。
1次利用者の許容干渉時間率は、許容干渉時間率ALIT_1からなり、1次利用者の許容干渉電力は、許容干渉電力ALPI_1からなり、1次利用者のマージンは、マージンMg_1からなる。
2次利用者IDは、Q(Qは正の整数)個の識別情報ID2_1~ID2_Qからなり、2次利用者の位置情報は、Q個の位置情報Ps2_1~Ps2_Qからなり、2次利用者の受信電力は、Q個の受信電力P2_1~P2_Qからなり、2次利用者のアンテナ利得は、Q個のアンテナ利得g_1~g_Qからなり、2次利用者の送信電力は、Q個の送信電力P2_1~P2_Qからなる。
通信制御装置1の推定手段13は、上述した表TBL-1,TBL-2および補正情報INFO_AMDに基づいてデータ構造D-STRを作成し、その作成したデータ構造D-STRを記憶手段12に記憶する。
データ構造D-STRにおいて、2次利用者のQ個の位置情報Ps2_1~Ps2_QおよびQ個の受信電力P2_1~P2_Qは、推定手段13が式(1)によって1次利用者の位置(=[x,y])を算出するのに用いられる。
また、1次利用者の送信電力P1_1と、2次利用者のQ個の受信電力P2_1~P2_Qとは、推定手段13が1次利用者の通信範囲(=距離R)を推定するのに用いられる。また、2次利用者のQ個の受信電力P2_1~P2_Qのうち、設定値以下である受信電力は、推定手段13が1次利用者の通信範囲(=距離R)を推定するのに用いられる。
更に、2次利用者のQ個の送信電力P2_1~P2_Qのいずれか1つと、Q個のアンテナ利得g_1~g_Qのいずれか1つとは、推定手段13が式(3)によって2次利用者の通信範囲(=距離r)を推定するのに用いられる。
推定された1次利用者の位置(=[x,y])および距離Rは、推定手段13が1次利用者の推定通信範囲を推定するのに用いられる。
Q個の位置情報のいずれか1つと、推定された距離rとは、推定手段13が2次利用者の推定通信範囲を推定するのに用いられる。
データ構造D-STRにおいて、1次利用者の許容干渉時間率ALIT_1、1次利用者の許容干渉電力ALPI_1および1次利用者のマージンMg_1は、補正手段14が1次利用者の推定通信範囲を1次利用者の補正通信範囲に補正するとともに2次利用者の推定通信範囲を2次利用者の補正通信範囲に補正するのに用いられる。
補正手段14によって補正された1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲は、判定手段15が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉の有無を判定するのに用いられる。
また、補正手段14によって補正された2次利用者の補正通信範囲は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が無い場合に、設定手段161が2次利用者の通信条件を設定するのに用いられる。
更に、補正手段14によって補正された1次利用者の補正通信範囲および2次利用者の補正通信範囲は、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が有る場合に、調停手段162が1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を調停するのに用いられる。
なお、図43に示すデータ構造D-STRは、1つの1次利用者と、Q個の2次利用者との関係におけるデータ構造であり、P(Pは正の整数)個の1次利用者が存在する場合、P個のデータ構造D-STRが存在する。
上述した実施の形態によれば、この発明の実施の形態による通信制御装置は、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する推定手段と、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、推定された1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、推定された2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する補正手段と、補正された1次利用者の補正通信範囲と補正された2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する判定手段と、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する設定手段とを備えていればよい。
1次利用者の補正通信範囲と2次利用者の補正通信範囲とを用いて、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉が無いと判定されたとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の無線通信の通信条件を設定することによって、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定できるからである。
また、この発明の実施の形態によるプログラムは、推定手段が、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する第1のステップと、補正手段が、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、推定された1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、推定された前記2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する第2のステップと、判定手段が、補正された1次利用者の補正通信範囲と補正された2次利用者の補正
通信範囲とに基づいて、2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する第3のステップと、設定手段が、判定手段が2次利用者の無線通信が1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が2次利用者の補正通信範囲内になるように2次利用者の通信条件を設定する第4のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムであればよい。
第1から第4のステップをコンピュータに実行させれば、1次利用者の無線通信と2次利用者の無線通信との干渉を回避するように2次利用者の通信条件を正確に決定できるからである。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、通信制御装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体およびデータ構造に適用される。
1、1A 通信制御装置、2,6 端末装置、3,4 基地局、5 センサ、7 ロボット、8 有線ケーブル、10,10A 無線通信システム、11,11A 受信手段、12,12A 記憶手段、13、13A 推定手段、14,14A 補正手段、15 判定手段、16 制御手段、17 送信手段、18 通信推定手段、161 設定手段、162 調停手段。

Claims (29)

  1. 1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する推定手段と、
    通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、前記推定された前記1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、前記推定された前記2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する補正手段と、
    前記補正された前記1次利用者の補正通信範囲と前記補正された前記2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段が前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が前記2次利用者の補正通信範囲内になるように前記2次利用者の通信条件を設定する設定手段とを備える通信制御装置。
  2. 前記補正手段は、前記1次利用者の無線通信と前記2次利用者の無線通信との干渉が前記1次利用者において許容される時間率である許容干渉時間率に基づいて前記マージンの電力量を決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて前記1次利用者の推定通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲に補正する第1の補正処理を実行する、請求項1に記載の通信制御装置。
  3. 前記1次利用者の推定通信範囲の中心から前記1次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第1の距離としたとき、
    前記補正手段は、前記第1の補正処理において、電波の伝搬特性を用いて前記マージンの電力量に基づいて前記第1の距離を第1の補正距離に補正し、前記1次利用者の通信範囲の中心から前記1次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として前記第1の補正距離を有する前記1次利用者の通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲として生成する、請求項2に記載の通信制御装置。
  4. 前記補正手段は、前記決定したマージンの電力量に基づいて前記2次利用者の推定通信範囲を前記2次利用者の補正通信範囲に補正する第2の補正処理を更に実行する、請求項2または請求項3に記載の通信制御装置。
  5. 前記2次利用者の推定通信範囲の中心から前記2次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第2の距離としたとき、
    前記補正手段は、前記第2の補正処理において、電波の伝搬特性を用いて前記マージンの電力量に基づいて前記第2の距離を第2の補正距離に補正し、前記2次利用者の通信範囲の中心から前記2次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として前記第2の補正距離を有する前記2次利用者の通信範囲を前記2次利用者の補正通信範囲として生成する、請求項4に記載の通信制御装置。
  6. 前記1次利用者の補正通信範囲の中心と前記2次利用者の補正通信範囲の中心とを結んだ直線に平行であり、かつ、前記1次利用者の補正通信範囲の中心から前記2次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において前記1次利用者の補正通信範囲の中心から前記1次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第3の距離とし、前記直線に平行であり、かつ、前記2次利用者の補正通信範囲の中心から前記1次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において前記2次利用者の補正通信範囲の中心から前記2次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第4の距離とし、前記1次利用者の補正通信範囲の中心と前記2次利用者の補正通信範囲の中心との距離を第5の距離としたとき、
    前記判定手段は、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であるか否かを判定する第1の判定処理を行い、前記第1の判定処理において、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であると判定したとき、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の通信制御装置。
  7. 前記判定手段は、前記1次利用者の無線通信に用いられる第1の周波数帯域と前記2次利用者の無線通信に用いられる第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なるか否かを判定する第2の判定処理を更に行い、前記第1の判定処理において、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であると判定し、かつ、前記第2の判定処理において、前記第1の周波数帯域と前記第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なると判定したとき、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定する、請求項6に記載の通信制御装置。
  8. 前記判定手段が前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定したとき、前記1次利用者の無線通信と前記2次利用者の無線通信との干渉を回避するように前記2次利用者の無線通信の通信条件を調停する調停手段を更に備える、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の通信制御装置。
  9. 前記1次利用者および前記2次利用者の通信方式または変調方式を推定する通信推定手段を更に備え、
    前記推定手段は、前記通信推定手段による推定結果に基づいて、電波の受信電力のうち誤差を抑制した受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の通信制御装置。
  10. 前記推定手段は、前記通信推定手段によって推定された通信方式が時分割複信であるとき、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項9に記載の通信制御装置。
  11. 前記推定手段は、前記通信推定手段によって推定された通信方式が周波数分割複信であるとき、上りリンクにおける電波の受信電力を用いず、下りリンクにおける電波の受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項9に記載の通信制御装置。
  12. 前記推定手段は、前記通信推定手段によって推定された変調方式がFM変調であるとき、変調信号による周波数偏移を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された電波の受信電力に基づいて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項9に記載の通信制御装置。
  13. 前記1次利用者および前記2次利用者の通信方式または変調方式を推定する通信推定手段を更に備え、
    前記補正手段は、前記通信推定手段によって推定された通信方式がセルラー方式またはテレビジョン放送であるとき、電波のフェージング特性に基づいて通信の成功確率が所望の確率になるときの電波の受信電力を検出し、その検出した受信電力を前記マージンの電力量として決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて前記1次利用者の推定通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲に補正する、請求項1に記載の通信制御装置。
  14. 前記1次利用者の通信方式および変調方式と、前記2次利用者の通信方式および変調方式と、前記1次利用者の許容干渉量とを相互に対応付けたデータベースを更に備え、
    前記設定手段は、前記データベースを参照して前記通信推定手段によって推定された前記1次利用者の通信方式および変調方式と、前記2次利用者の通信方式および変調方式とに対応する許容干渉量を検出し、その検出した許容干渉量に基づいて前記2次利用者の通信条件を設定する、請求項13に記載の通信制御装置。
  15. 推定手段が、1次利用者の通信範囲と2次利用者の通信範囲とを推定する第1のステップと、
    補正手段が、通信機器の回路設計におけるマージンを用いて、前記推定された前記1次利用者の推定通信範囲を狭くするように補正し、前記推定された前記2次利用者の推定通信範囲を広くするように補正する第2のステップと、
    判定手段が、前記補正された前記1次利用者の補正通信範囲と前記補正された前記2次利用者の補正通信範囲とに基づいて、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉するか否かを判定する第3のステップと、
    設定手段が、前記判定手段が前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉しないと判定したとき、電波の到達範囲が前記2次利用者の補正通信範囲内になるように前記2次利用者の通信条件を設定する第4のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
  16. 前記補正手段は、前記第2のステップにおいて、前記1次利用者の無線通信と前記2次利用者の無線通信との干渉が前記1次利用者において許容される時間率である許容干渉時間率に基づいて前記マージンの電力量を決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて前記1次利用者の推定通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲に補正する第1の補正処理を実行する、請求項15に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  17. 前記1次利用者の推定通信範囲の中心から前記1次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第1の距離としたとき、
    前記補正手段は、前記第2のステップの前記第1の補正処理において、電波の伝搬特性を用いて前記マージンの電力量に基づいて前記第1の距離を第1の補正距離に補正し、前記1次利用者の通信範囲の中心から前記1次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として前記第1の補正距離を有する前記1次利用者の通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲として生成する、請求項16に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  18. 前記補正手段は、前記第2のステップにおいて、前記決定したマージンの電力量に基づいて前記2次利用者の推定通信範囲を前記2次利用者の補正通信範囲に補正する第2の補正処理を更に実行する、請求項16または請求項17に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  19. 前記2次利用者の推定通信範囲の中心から前記2次利用者の推定通信範囲を規定する線までの距離を第2の距離としたとき、
    前記補正手段は、前記第2のステップの前記第2の補正処理において、電波の伝搬特性を用いて前記マージンの電力量に基づいて前記第2の距離を第2の補正距離に補正し、前記2次利用者の通信範囲の中心から前記2次利用者の通信範囲を規定する線までの距離として前記第2の補正距離を有する前記2次利用者の通信範囲を前記2次利用者の補正通信範囲として生成する、請求項18に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  20. 前記1次利用者の補正通信範囲の中心と前記2次利用者の補正通信範囲の中心とを結んだ直線に平行であり、かつ、前記1次利用者の補正通信範囲の中心から前記2次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において前記1次利用者の補正通信範囲の中心から前記1次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第3の距離とし、前記直線に平行であり、かつ、前記2次利用者の補正通信範囲の中心から前記1次利用者の補正通信範囲の中心へ向かう方向において前記2次利用者の補正通信範囲の中心から前記2次利用者の補正通信範囲を規定する線までの距離を第4の距離とし、前記1次利用者の補正通信範囲の中心と前記2次利用者の補正通信範囲の中心との距離を第5の距離としたとき、
    前記判定手段は、前記第3のステップにおいて、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であるか否かを判定する第1の判定処理を行い、前記第1の判定処理において、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であると判定したとき、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定する、請求項15から請求項19のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  21. 前記判定手段は、前記第3のステップにおいて、前記1次利用者の無線通信に用いられる第1の周波数帯域と前記2次利用者の無線通信に用いられる第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なるか否かを判定する第2の判定処理を更に行い、前記第1の判定処理において、前記第5の距離が、前記第3の距離と前記第4の距離との和以下であると判定し、かつ、前記第2の判定処理において、前記第1の周波数帯域と前記第2の周波数帯域とが少なくとも一部で重なると判定したとき、前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定する、請求項20に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  22. 調手段が、前記判定手段が前記2次利用者の無線通信が前記1次利用者の無線通信と干渉すると判定したとき、前記1次利用者の無線通信と前記2次利用者の無線通信との干渉を回避するように前記2次利用者の無線通信の通信条件を調停する第5のステップを更にコンピュータに実行させる、請求項15から請求項21のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  23. 通信推定手段が、前記1次利用者および前記2次利用者の通信方式または変調方式を推定する第6のステップを更にコンピュータに実行させ、
    前記推定手段は、前記第1のステップにおいて、前記通信推定手段による推定結果に基づいて、電波の受信電力のうち誤差を抑制した受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項15から請求項22のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  24. 前記推定手段は、前記第1のステップにおいて、前記通信推定手段によって推定された通信方式が時分割複信であるとき、他の通信装置を制御および/または管理する通信装置から送信された電波の受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項23に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  25. 前記推定手段は、前記第1のステップにおいて、前記通信推定手段によって推定された通信方式が周波数分割複信であるとき、上りリンクにおける電波の受信電力を用いず、下りリンクにおける電波の受信電力を用いて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項23に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  26. 前記推定手段は、前記第1のステップにおいて、前記通信推定手段によって推定された変調方式がFM変調であるとき、変調信号による周波数偏移を含む帯域幅を有するフィルタを用いて検出された電波の受信電力に基づいて前記1次利用者の位置を推定し、その推定した前記1次利用者の位置を用いて前記1次利用者の通信範囲を推定する、請求項23に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  27. 通信推定手段が、前記1次利用者および前記2次利用者の通信方式または変調方式を推定する第5のステップを更にコンピュータに実行させ、
    前記補正手段は、前記第2のステップにおいて、前記通信推定手段によって推定された通信方式がセルラー方式またはテレビジョン放送であるとき、電波のフェージング特性に基づいて通信の成功確率が所望の確率になるときの電波の受信電力を検出し、その検出した受信電力を前記マージンの電力量として決定し、その決定したマージンの電力量に基づいて前記1次利用者の推定通信範囲を前記1次利用者の補正通信範囲に補正する、請求項15に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  28. 前記設定手段は、前記第4のステップにおいて、前記1次利用者の通信方式および変調方式と、前記2次利用者の通信方式および変調方式と、前記1次利用者の許容干渉量とを相互に対応付けたデータベースを参照して前記通信推定手段によって推定された前記1次利用者の通信方式および変調方式と、前記2次利用者の通信方式および変調方式とに対応する許容干渉量を検出し、その検出した許容干渉量に基づいて前記2次利用者の通信条件を設定する、請求項27に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  29. 請求項15から請求項28のいずれか1項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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