JP7227121B2

JP7227121B2 - 電波干渉検出プログラム

Info

Publication number: JP7227121B2
Application number: JP2019230224A
Authority: JP
Inventors: 遼胡間; 博西脇; 力姜; 好輝成田; 勝久田口; 一生齋藤; 隆一小林; 真人今井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone West Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone West Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: JP2021100164A

Description

特許法第３０条第２項適用東日本電信電話株式会社及び西日本電信電話株式会社は、公開日２０１９年８月２７日（１）２０１９年ソサイエティ大会の論文集（Ｂ－８－２１）機械学習を用いたＰＨＳ－ＤＥＣＴ端末の電波干渉検出手法の一検討、及び（２）ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ－ｔａｉｋａｉ．ｊｐ／２０１９ｓｏｃｉｅｔｙ／ｊｐｎ／ｐｒｏｇｒａｍ．ｈｔｍｌにて、電波使用状況確認プログラムを公開した。

本発明は、電波干渉検出プログラムに関する。

工場やオフィスなど様々な環境でデジタルコードレス電話機が利用されている。近年、構内ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）方式のコードレス電話システムに加えて、ＤＥＣＴ（ＤｉｇｉｔａｌＥｎｈａｎｃｅｄＣｏｒｄｌｅｓｓＴｅｌｅｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式のコードレス電話システムも普及している。

ＤＥＣＴ方式およびＰＨＳ方式はいずれも１．９ＧＨｚ帯を使用する無線通信方式である。日本におけるＤＥＣＴ方式の周波数帯域は、１８９３．５Ｍｈｚから１９０６．１ＭＨｚの間であり、帯域幅１．７２８ＭＨｚの５個の通信用チャネルが使用される。ＰＨＳ方式の周波数帯域は、ＤＥＣＴ方式と同一の１８９３．５Ｍｈｚから１９０６．１ＭＨｚの間であり、帯域幅３００ｋＨｚの４０個の通信用チャネルと２個の制御用チャネルが使用される。

ＤＥＣＴ方式とＰＨＳ方式は、どちらもＴＤＭＡ／ＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：時分割多重／ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ：時分割複信）方式であり、それぞれ一定の長さの時間スロットにおいて、基地局と各端末が順次通信を行う。ＤＥＣＴ方式の１フレームは１０ｍｓであり、１フレームは１２個または２４個の時間スロットで構成される。ＰＨＳ方式の１フレームは５ｍｓであり、１フレームは８個の時間スロットで構成される。ＤＥＣＴ方式とＰＨＳ方式のいずれにおいても、１フレーム中の時間スロットの半分が上り通信に使用され、残り半分が下り通信に使用される。

同一周波数、同一時間にＤＥＣＴ方式のコードレス電話システムとＰＨＳ方式のコードレス電話システムのそれぞれから電波信号が送信されると、ＤＥＣＴ方式の電波信号とＰＨＳ方式の電波信号とが干渉し、通話途切れなどの故障の原因となる。

"ＤＥＣＴ準拠方式とＰＨＳとの干渉について"、2016年12月15日、インターネット〈 URL：http://www.soumu.go.jp/main_content/000458401.pdf〉

ＤＥＣＴ方式の電波とＰＨＳ方式の電波の干渉を検出する場合、スペクトラムアナライザ等の測定器を使用し、同じ周波数上にＤＥＣＴ方式の電波とＰＨＳ方式の電波が存在するか否かを判定していたが、この分析には高度なスキルを要するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、無線通信の信号への干渉をより簡易に検出することを目的とする。

本発明の一態様の電波干渉検出プログラムは、所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像と所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を示すラベルとを教師データとして用い、所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像から、前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を判定する判定モデルを機械学習により生成する学習処理と、前記学習処理により生成された判定モデルを用いて、測定結果の所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像を前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉有りまたは干渉無しに分類して、前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を判定する判定処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、無線通信の信号への干渉をより簡易に検出することができる。

図１は、本実施形態の電波干渉検出装置の構成を示す機能ブロック図である。図２は、時間－スペクトラム測定で得られた測定結果の一例を示す図である。図３は、測定結果を分割した一例を示す図である。図４は、学習部の構成の一例を示す図である。図５は、学習部の構成の一例を示す図である。図６は、本実施形態の電波干渉検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。図７は、変形例の電波干渉検出装置の構成を示す機能ブロック図である。図８は、変形例の電波干渉検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態の電波干渉検出装置１の構成を示す機能ブロック図である。電波干渉検出装置１は、コードレス電話システムの導入時に、導入したコードレス電話システムの電波への干渉を検出する装置である。

電波干渉検出装置１は、アンテナ１０、測定部１１、前処理部１２、分類器１３、学習部１４、および判定出力部１５を備える。電波干渉検出装置１が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは電波干渉検出装置１が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

測定部１１は、アンテナ１０で電波を受信し、ＤＥＣＴ方式およびＰＨＳ方式で用いられる１．９ＧＨｚ帯の電波の強度を測定する。具体的には、測定部１１は、所定の時間幅（例えば、５秒間、１分間、連続）における各周波数の受信強度の時間的変化を測定する時間－スペクトラム測定を行う。測定結果は、電波干渉検出装置１の備える記憶手段に記録される。時間－スペクトラム測定では、周波数ごとの受信強度が時間ごとに記録される。図２に、時間－スペクトラム測定で得られた測定結果の一例を示す。図２の測定結果は、横軸に周波数を取り、縦軸に時間を取って、受信強度を色で表現した画像１００である。例えば、受信強度の小さい順に、青、緑、黄、橙、赤の順とする。図２の測定結果では、ＤＥＣＴ方式の信号２００とＰＨＳ方式の信号３００が検出されている。また、図２の符号４００で示す箇所では、ＤＥＣＴ方式の信号とＰＨＳ方式の信号が衝突している。

前処理部１２は、測定部１１の測定結果を後段の分類器１３に適した形式へ変換する。例えば、カラー画像として得られた測定結果をグレースケール画像に変換したり、測定結果を所定の閾値を基準に二値に変換したりする。

図３に示すように、前処理部１２は、測定結果を周波数で分割し、分割画像１００Ａ～１００Ｅのそれぞれを順次後段に出力してもよい。分類器１３と学習部１４は、分割画像１００Ａ～１００Ｅのそれぞれに基づいて分類したり、学習したりする。前処理部１２は、無線通信方式のチャネルに基づいて測定結果を分割してもよい。例えば、前処理部１２は、ＤＥＣＴ方式のチャネル１～５ごとに測定結果を分割してもよい。また、前処理部１２は、測定結果を所定の時間幅で分割してもよい。

分類器１３は、学習部１４が生成した判定モデルを用いて測定結果を分類する。本実施形態では、分類器１３は、ＤＥＣＴ方式やＰＨＳ方式の信号への干渉有りまたは干渉無しを分類する。

学習部１４は、ＤＥＣＴ方式やＰＨＳ方式で用いられる周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化、つまり測定部１１の測定結果と、ＤＥＣＴ方式やＰＨＳ方式の信号への干渉の有無を示すラベルを教師データとして用い、分類器１３の用いる判定モデルを生成する。学習部１４は、例えば、確率的勾配降下法により判定モデルを生成する。

学習部１４は、判定結果を分割した分割画像１００Ａ～１００Ｅのそれぞれに干渉の有無を示すラベルを付与した教師を用いて判定モデルを生成してもよい。

この場合、図４に示すように、学習部１４を重み係数更新部１４１と周波数判定部１４２で構成し、学習部１４が判定モデルの重み係数Ｗを更新する際のステップサイズパラメータμを、周波数判定部１４２の判定結果に応じて変更してもよい。ステップサイズパラメータμは、学習時の判定モデルの更新幅であり、ステップサイズパラメータμが大きくなるほど早く学習が進む。

入力データ（分割画像１００Ａ～１００Ｅ）をＸとすると、重み係数Ｗは次式（１）で更新される。

Ｗ_t+1＝Ｗ_t＋（μ・Ｘ・評価関数）（１）

周波数判定部１４２は、分割画像１００Ａ～１００Ｅが所定の周波数帯を含むか否かを判定し、所定の周波数帯を含むときはステップサイズパラメータμを大きくして重み係数更新部１４１へ通知し、所定の周波数帯を含まないときはステップサイズパラメータμを小さくして重み係数更新部１４１へ通知する。

具体的に説明すると、ＤＥＣＴ方式のコードレス電話システムは、周囲の環境にＰＨＳ方式のコードレス電話システムが存在する場合、ＤＥＣＴ方式のチャネル１とチャネル５を使用する。周波数判定部１４２は、分割画像１００Ａ～１００ＥがＤＥＣＴ方式のチャネル１とチャネル５のいずれかを含むときは、ステップサイズパラメータμを大きくする。周波数判定部１４２が、ＤＥＣＴ方式で使用される周波数帯であるか否かを判断し、学習度のステップサイズパラメータμを変更することで、より早く少ない教師データで学習を進めることが期待できる。

周波数判定部１４２は、周波数帯で分割した分割画像１００Ａ～１００Ｅの受信強度を求めておき、ステップサイズパラメータμを大きくする周波数帯を自動で周波数帯を判定してもよい。

あるいは、図５に示すように、学習部１４を重み係数更新部１４１と強度判定部１４３で構成し、学習部１４が判定モデルの重み係数Ｗを更新する際のステップサイズパラメータμを、強度判定部１４３の判定結果に応じて変更してもよい。

強度判定部１４３は、分割画像１００Ａ～１００Ｅの強度情報を求めて、分割画像１００Ａ～１００Ｅ内に信号が存在するか否かを判定し、強度情報に応じてステップサイズパラメータμを変更する。強度判定部１４３は、例えば、分割画像１００Ａ～１００Ｅ内の電波強度のピーク値や平均値などの統計情報を強度情報として求める。強度判定部１４３は、強度情報と閾値とを比較してステップサイズパラメータμを変更する。例えば、分割画像１００Ａ～１００Ｅ内の電波強度のピーク値が所定の閾値以上のときはステップサイズパラメータμを大きくする。

判定出力部１５は、分類器１３の分類結果に基づいて干渉の有無を出力する。判定出力部１５は、例えば、分類結果が干渉有りのときは干渉有りと表示し、分類結果が干渉無しのときは干渉無しと表示する。判定出力部１５は、音やランプで判定結果を出力してもよいし、スマートフォンなどの携帯端末へ判定結果を送信してもよい。

判定出力部１５は、分類結果が干渉有りの場合であっても、導入したコードレス電話システムの信号のＳＮ比の劣化量が所定内の場合は干渉無しと判定してもよい。例えば、ＤＥＣＴ方式のコードレス電話システムを導入したとき、ＤＥＣＴ方式の信号とＰＨＳ方式の信号とが衝突しており、分類器１３の分類結果が干渉有りであったとしても、ＰＨＳ方式の電波の強度が弱く、ＤＥＣＴ方式の電波の強度が強くて、ＤＥＣＴ方式の信号のＳＮ比が所定の値以上であれば通話可能な通話品質が確保される。そこで、判定出力部１５は、ＰＨＳ方式とＤＥＣＴ方式の受信強度の差を求め、強度差を元に各信号のＳＮ比を推定し、判定対象の無線通信方式（導入したコードレス電話システム）のＳＮ比の劣化量が所定内の場合は、判定結果を干渉無しとする。各無線通信方式の受信強度は、測定部１１の測定結果から取得する。

判定出力部１５は、無線通信方式のそれぞれについて、受信強度とＳＮ比の関係を示すテーブルと、強度差によるＳＮ比の劣化量のテーブルを保持しておく。判定出力部１５は、受信強度から各無線通信方式の信号のＳＮ比を求め、求めたＳＮ比から強度差によるＳＮ比の劣化量を引いて各無線通信方式の信号のＳＮ比を推定する。判定出力部１５は、判定対象の無線通信方式の信号のＳＮ比と所定値（通話品質が確保される値）とを比較し、ＳＮ比が所定値を超えていれば、判定結果を干渉無しとする。

図６のフローチャートを参照し、電波干渉検出装置１の電波の干渉を検出する処理の流れについて説明する。

ステップＳ１１にて、測定部１１は、導入したコードレス電話システムの周囲の環境の電波を測定する。

ステップＳ１２にて、分類器１３に、前処理部１２で前処理された測定結果が入力され、分類器１３は、判定モデルを用いて測定結果の干渉の有無を分類する。

ステップＳ１３にて、判定出力部１５は、分類結果が干渉有りであるか否か判定する。

干渉有りの場合、ステップＳ１４にて、判定出力部１５は、導入したコードレス電話システムの信号のＳＮ比を推定し、ＳＮ比が所定値以下であるか否か判定する。

ＳＮ比が所定値以下の場合、ステップＳ１５にて、判定出力部１５は、判定結果を干渉有りとする。

分類結果が干渉無しの場合、またはＳＮ比が所定値以上の場合は、ステップＳ１６にて、判定出力部１５は、判定結果を干渉無しとする。

図７を参照し、電波干渉検出装置１の変形例について説明する。

図７に示す変形例の電波干渉検出装置１は、分類器１６と学習部１７で構成される無線通信方式検出部２１を備えたものである。干渉検出部２２は、図１で示した分類器１３と学習部１４で構成したものである。

学習部１７は、所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化とＤＥＣＴ方式やＰＨＳ方式の信号の有無を示すラベルを教師データとして用い、ＤＥＣＴ方式やＰＨＳ方式の信号の有無を分類するための判定モデルを生成する。学習部１７は、測定結果を分割した教師データを用いてもよい。

分類器１６は、学習部１７が生成した判定モデルを用いて、測定結果から、ＰＨＳ方式の信号が存在するか否か、ＤＥＣＴ方式の信号が存在するか否かを分類する。

分類器１６は、測定結果とともに分類器１６の分類結果を後段の分類器１３へ出力する。

分類器１３は、分類器１６の分類結果がＤＥＣＴ方式またはＰＨＳ方式の信号有りのときに、測定結果の干渉有りまたは干渉無しを分類する。分類器１６の分類結果がＤＥＣＴ方式およびＰＨＳ方式の信号無しのときは、分類結果を干渉無しとして判定出力部１５に通知する。

判定出力部１５は、分類器１３，１６の分類結果に基づき、ＤＥＣＴ方式とＰＨＳ方式の信号の有無および干渉の有無を出力する。

なお、無線通信方式検出部２１と干渉検出部２２を一体としてもよい。

図８のフローチャートを参照し、変形例の電波干渉検出装置１の電波の干渉を検出する処理の流れについて説明する。

ステップＳ２１にて、測定部１１は、導入したコードレス電話システムの周囲の環境の電波を測定する。

ステップＳ２２にて、分類器１６に、前処理部１２で前処理された測定結果が入力され、分類器１６は、判定モデルを用いて測定結果の所定の無線通信方式の信号の有無を分類する。なお、以下では、単に信号有り、信号無しとしているが、無線通信方式ごとに信号の有無を分類および出力してもよい。

ステップＳ２３にて、分類器１３は、分類器１６の分類結果が信号有りであるか否か判定する。

信号有りの場合、ステップＳ２４にて、分類器１３は、判定モデルを用いて測定結果の干渉の有無を分類する。

ステップＳ２５にて、判定出力部１５は、分類結果が干渉有りであるか否か判定する。

分類結果が干渉有りの場合、ステップＳ２６にて、判定出力部１５は、判定結果を信号有り、干渉有りとする。なお、判定出力部１５は、さらに、ＳＮ比に基づいて干渉有りか否かを判定してもよい。

分類結果が干渉無しの場合、ステップＳ２７にて、判定出力部１５は、判定結果を信号有り、干渉無しとする。

ステップＳ２３で信号無しと判定された場合、ステップＳ２８にて、判定出力部１５は、判定結果を信号無し、干渉無しとする。

以上説明したように、本実施形態の電波干渉検出装置１は、電波の測定結果と所定の無線通信方式の信号への干渉の有無を示すラベルとを教師データとして用い、電波の測定結果から所定の無線通信方式の信号への干渉の有無を判定する判定モデルを機械学習により生成する学習部１４と、周囲の環境の電波の強度を測定する測定部１１と、判定モデルを用いて、測定結果から所定の無線通信方式の信号への干渉の有無を分類する分類器１３を有する。これにより、高度なスキルを必要することなく、所定の無線通信方式の信号への干渉をより簡易に検出できる。

本実施形態では、学習部１４が、分割した教師データが所定の無線通信方式において使用される電波のチャネルを含むか否か、または分割した教師データの受信強度に応じて判定モデルの更新幅であるステップサイズを変更することで、より少ないデータ数で学習が進むことが期待できる。

本実施形態では、判定出力部１５が、判定モデルを用いた判定結果が干渉有りのとき、互いに干渉する無線通信方式の受信強度の差を求め、求めた受信強度の差から判定対象の無線通信方式の信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が所定値より上の場合は判定結果を干渉無しとすることで、障害の発生するおそれのある判定結果を出力できる。

１…電波干渉検出装置
１０…アンテナ
１１…測定部
１２…前処理部
１３，１６…分類器
１４…学習部
１４１…重み係数更新部
１４２…周波数判定部
１４３…強度判定部
１５…判定出力部
１６…分類器
１７…学習部
２１…無線通信方式検出部
２２…干渉検出部

Claims

所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像と所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を示すラベルとを教師データとして用い、所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像から、前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を判定する判定モデルを機械学習により生成する学習処理と、
前記学習処理により生成された判定モデルを用いて、測定結果の所定の周波数帯における電波の受信強度の所定の時間幅における時間的変化を図示した画像を前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉有りまたは干渉無しに分類して、前記所定の無線通信方式において使用される電波への干渉の有無を判定する判定処理をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする電波干渉検出プログラム。
前記学習処理は、前記画像を前記所定の周波数帯または前記所定の時間幅の少なくとも一方で分割した教師データを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の電波干渉検出プログラム。
前記学習処理は、前記分割した教師データが前記所定の無線通信方式において使用される電波のチャネルを含むか否か、または前記分割した教師データの受信強度に応じて前記判定モデルの更新幅であるステップサイズを変更する
ことを特徴とする請求項２に記載の電波干渉検出プログラム。
前記判定処理は、前記判定モデルを用いた判定結果が干渉有りのとき、互いに干渉する無線通信方式の受信強度の差を求め、求めた受信強度の差から判定対象の無線通信方式の信号のＳＮ比を推定し、推定したＳＮ比が所定値より上の場合は、前記判定結果を干渉無しとする
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電波干渉検出プログラム。