JP7371772B2

JP7371772B2 - 無線通信方法及び無線通信システム

Info

Publication number: JP7371772B2
Application number: JP2022522480A
Authority: JP
Inventors: 陸大宮; 友規村上; 智明小川; 泰司鷹取
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: JPWO2021229805A1; WO2021229805A1

Description

本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。

近年、スマートフォンやタブレットをはじめとする無線端末の急速な普及に伴い、無線ネットワーク上のトラヒック量が急激に増大している。このような無線トラヒックを収容するために、時空間的に空いている周波数を動的かつ二次的に利用し、無線容量を増大させる周波数共用技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

例えば、複数の無線局（無線通信装置）は、異なる空間で同一周波数の電波を繰り返し利用する。より具体的には、各無線局に対し、アンテナの指向性を高めたり、地理的な離隔をもたせることにより、希望する受信電力と、干渉してくる受信電力とを隔てる（受信にマージンをもたせる）ことが可能となる。

複数の無線局によって周波数を共用する場合、二次的に周波数を利用する無線局は、周波数の一次利用局に干渉を与えないことが大前提である。つまり、二次的に周波数を利用する無線局は、一次利用局からの距離を所定値以上にして干渉に対するマージンを確保したり、電波の出力を制限するなどの制約条件の下で周波数を二次利用する。

Qing Zhao and Brain M.Sadler, "A Survey of Dynamic Spectrum Access," in IEEE Signal Processing Magazine, May 2007, vol.24, no.3, pp.79-89

従来は、周波数を二次利用する場合、一次利用局（以下、被干渉局）が受けている干渉の影響は、二次利用局（以下、与干渉局）からは知り得ない情報であった。そのため、意図しない有害な干渉を防ぐように、与干渉局は、被干渉局から必要以上に大きな離隔距離（マージン）を確保する必要があった。結果として、与干渉局は、利用可能な周波数時空間が減少してしまうという問題があった。

本発明は、電波信号が他の無線通信装置に与える干渉を容易に低減することを可能にする無線通信方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる無線通信方法は、干渉波の影響を受け得る第１無線通信装置に設けられた第２無線通信装置によって、干渉波となり得る電波を発射する第３無線通信装置が発射した測定信号の受信レベルを示す受信レベル情報を前記第３無線通信装置へ送信する送信工程と、前記受信レベル情報に基づいて、前記第３無線通信装置が前記第１無線通信装置へ送信する信号のレベルを設定する設定工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、干渉波の影響を受け得る第１無線通信装置と、前記第１無線通信装置に設けられた第２無線通信装置と、干渉波となり得る電波を発射する第３無線通信装置とを備え、前記第２無線通信装置は、前記第３無線通信装置が発射した測定信号の受信レベルを示す受信レベル情報を前記第３無線通信装置へ送信し、前記第３無線通信装置は、前記受信レベル情報に基づいて、前記第１無線通信装置へ送信する信号のレベルを設定することを特徴とする。

本発明によれば、電波信号が他の無線通信装置に与える干渉を容易に低減することを可能にする。

一実施形態にかかる無線通信システムの概要を例示する図である。第３無線通信装置と第２無線通信装置とが行う通信のシーケンスを例示するシーケンス図である。第３無線通信装置の第１動作例を示すフローチャートである。第２無線通信装置の動作例を示すフローチャートである。第３無線通信装置の第２動作例を示すフローチャートである。第３無線通信装置のハードウェア構成例を示す図である。

まず、本発明がなされるに至った背景について説明する。上述したように、増大している無線トラヒックを収容するために、同一無線周波数を空間的に高頻度で再利用する周波数共用技術を用いることがある。

例えば、電波の干渉を受ける被干渉無線装置（被干渉局）が干渉波受信電力を測定し、所望の希望波干渉波電力比を満たすか否かに応じて、可能な限り同一無線周波数を空間的に高頻度で再利用するという方法が考えられる。

しかしながら、被干渉無線装置は、希望波を受信中に干渉波の受信電力を分離させて測定することができない。また、被干渉無線装置は、干渉波受信電力を測定できたとしても、干渉波受信電力の測定値を一般的に与干渉無線装置（与干渉局）へ通知することができない。通常、与干渉無線装置と被干渉無線装置との間では、通信リンクを確立することができないためである。

以下に図面を用いて説明する無線通信システムは、電波信号が他の無線通信装置に与える干渉を容易に低減することを可能にするように構成されている。

図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の概要を例示する図である。図１に示すように、無線通信システム１は、例えば被干渉局となる第１無線通信装置１０、代理報告局となる第２無線通信装置２０、及び与干渉局となる第３無線通信装置３０とを有する。なお、第１無線通信装置１０、第２無線通信装置２０、及び第３無線通信装置３０は、移動する無線通信装置であってもよい。

第１無線通信装置１０は、第３無線通信装置３０との間で相互に無線通信を行う。第２無線通信装置２０は、第３無線通信装置３０が送信する測定信号（後述）を受信して応答する簡易な構成の無線通信装置であり、例えば固定部材１５０を介して第１無線通信装置１０に設置されている。

つまり、第２無線通信装置２０は、第３無線通信装置３０が送信する測定信号を第１無線通信装置１０とほぼ同じ位置で検出するセンサとしての機能を備えている。なお、第２無線通信装置２０は、第１無線通信装置１０が第３無線通信装置３０から受ける干渉を、第１無線通信装置１０の代理として測定可能であれば、第１無線通信装置１０とは独立して移動してもよい。

より具体的には、第１無線通信装置１０は、アンテナ１００、無線通信部１０２及び信号処理部１０４を有する。

アンテナ１００は、第１無線通信装置１０が第３無線通信装置３０との間で電波信号を送受信するために用いられる。無線通信部１０２は、信号処理部１０４が処理した信号（例えばデータ信号）を、アンテナ１００を介して第３無線通信装置３０へ送信する。また、無線通信部１０２は、第３無線通信装置３０から送信された信号（例えばデータ信号）を、アンテナ１００を介して受信する。

第２無線通信装置２０は、アンテナ２００、無線通信部２０２、測定部２０４、判定部２０６、及び応答信号生成部２０８を有し、第３無線通信装置３０との間で互いに無線通信を行う。

アンテナ２００は、第２無線通信装置２０が第３無線通信装置３０との間で電波信号を送受信するために用いられる。また、アンテナ２００は、例えば第１無線通信装置１０が第３無線通信装置３０に対して送信している電波信号も受信する。

無線通信部２０２は、第３無線通信装置３０が送信する測定信号を、アンテナ２００を介して受信し、測定部２０４に対して出力する。なお、第３無線通信装置３０が送信する測定信号は、第１無線通信装置１０を被干渉局とし、第３無線通信装置３０を与干渉局とした場合に、第１無線通信装置１０が受ける電波の干渉を測定するために、第２無線通信装置２０が代理として受信する信号である。

また、無線通信部２０２は、第１無線通信装置１０が第３無線通信装置３０に対して送信する信号を、アンテナ２００を介して受信し、判定部２０６に対して出力する。さらに、無線通信部２０２は、応答信号生成部２０８が生成した応答信号（後述）を、無線通信部２０２を介して第３無線通信装置３０へ送信する。

測定部２０４は、無線通信部２０２が受信した測定信号の電力（信号レベル）を測定し、測定結果を判定部２０６に対して出力する。

判定部２０６は、測定部２０４から測定結果を入力された場合、第１無線通信装置１０が第３無線通信装置３０に対して送信している電波信号があるか否かを判定する。そして、判定部２０６は、第１無線通信装置１０が電波信号を送信していないときに、測定部２０４から入力された測定結果を応答信号生成部２０８に対して出力する。

応答信号生成部２０８は、測定部２０４の測定結果を判定部２０６から入力されると、例えば上述した測定信号の受信レベルを示す応答信号（受信レベル情報）として生成し、生成した応答信号を無線通信部２０２に対して出力する。

第３無線通信装置３０は、アンテナ３００、無線通信部３０２、信号処理部３０４、測定信号生成部３０６、判定部３０８、測定部３１０、推定部３１２、及び設定部３１４を有し、第１無線通信装置１０及び第２無線通信装置２０との間で互いに無線通信を行う。

アンテナ３００は、第３無線通信装置３０が第１無線通信装置１０及び第２無線通信装置２０との間で電波信号を送受信するために用いられる。無線通信部３０２は、信号処理部３０４が処理した信号（例えばデータ信号）を、アンテナ３００を介して第１無線通信装置１０へ送信する。また、無線通信部３０２は、測定信号生成部３０６が生成した測定信号を、アンテナ３００を介して第２無線通信装置２０へ送信する。

ここでは、無線通信部３０２は、信号処理部３０４又は測定信号生成部３０６から入力される信号に応じた出力電力で信号を送信することとする。

また、無線通信部３０２は、第１無線通信装置１０が送信した電波信号、及び第２無線通信装置２０が送信した応答信号を、アンテナ３００を介して受信し、信号処理部３０４及び判定部３０８に対して出力する。

測定信号生成部３０６は、後述する設定部３１４による設定に基づいて、第３無線通信装置３０から発射する測定信号を、例えば低電力の測定信号から高電力の測定信号へ徐々に変更しつつ生成し、無線通信部３０２に対して出力する。

判定部３０８は、無線通信部３０２から入力された信号が、第２無線通信装置２０が送信した応答信号であるか否かを判定し、応答信号であると判定した場合には当該応答信号を測定部３１０に対して出力する。判定部３０８は、応答信号を受信できたか否かを判定し、受信できたと判定した場合に応答信号を測定部３１０に対して出力してもよい。

測定部３１０は、判定部３０８から入力された応答信号の電力（信号レベル）を測定し、測定結果を推定部３１２に対して出力する。

推定部３１２は、測定部３１０が測定した応答信号の電力に基づいて、第１無線通信装置１０における干渉波受信電力を推定し、推定結果を設定部３１４に対して出力する。

設定部３１４は、推定部３１２が推定した干渉波受信電力に基づいて、第３無線通信装置３０から第１無線通信装置１０へ発射するデータ信号の送信電力を例えば信号処理部３０４に対して設定する。例えば、設定部３１４は、推定部３１２が推定した干渉波受信電力が所定値（閾値）未満となる出力電力値に基づいて、第３無線通信装置３０から第１無線通信装置１０へ発射するデータ信号の送信電力を設定する。

また、設定部３１４は、測定信号生成部３０６が生成する測定信号を、低電力の測定信号から高電力の測定信号へ徐々に変更しつつ生成するように設定を行う。この場合、設定部３１４は、例えば第１無線通信装置１０に対する干渉を所定値未満に抑える範囲内で最大となる送信電力で測定信号を生成するように測定信号生成部３０６へ設定を行う。その後、設定部３１４は、当該送信電力（レベル）でデータ信号のみを送信するように信号処理部３０４に対して設定を行う。

つまり、信号処理部３０４は、設定部３１４が設定した送信電力に合わせて、無線通信部３０２及びアンテナ３００を介してデータ信号を第１無線通信装置１０へ送信することとなる。

次に、無線通信システム１の具体的な動作例について説明する。図２は、第３無線通信装置３０と第２無線通信装置２０とが行う通信のシーケンスを例示するシーケンス図である。図２に示すように、まず、第３無線通信装置３０は、第２無線通信装置２０に対して測定信号を送信する（Ｓ１００）。第２無線通信装置２０は、測定信号を受信すると、応答信号を第３無線通信装置３０に対して送信する（Ｓ１０２）。

つまり、無線通信システム１は、第１無線通信装置１０に対する干渉波を測定するために、第３無線通信装置３０が第２無線通信装置２０に対して信号強度の照会を行うと、第２無線通信装置２０が第３無線通信装置３０に対して干渉波の信号強度の応答を行う。

次に、第３無線通信装置３０の具体的な動作例について説明する。図３は、第３無線通信装置３０の第１動作例を示すフローチャートである。図３に示すように、第３無線通信装置３０は、まず、待機状態から測定信号を発射する状態へ遷移する（Ｓ２００）。

次に、第３無線通信装置３０は、判定部３０８が応答信号を受信できたか否かを判定し（Ｓ２０２）、受信できた場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）にはＳ２０４の処理に進み、受信できなかった場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）には処理を終了する。

設定部３１４は、測定部３１０の測定結果に基づいて推定部３１２が推定した干渉波受信電力（信号レベル）が所定の閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。そして、設定部３１４は、信号レベルが所定の閾値未満である場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）にはＳ２０６の処理に進み、信号レベルが所定の閾値未満でない場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を下げる設定を行う（Ｓ２０８）。

また、設定部３１４は、測定信号に基づく応答信号の送信出力が最大であったか否かを判定する（Ｓ２０６）。そして、設定部３１４は、応答信号の送信出力が最大でなかった場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を上げる設定を行い（Ｓ２１０）、応答信号の送信出力が最大であった場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

その後、設定部３１４は、第１無線通信装置１０に対する干渉を所定値未満に抑える範囲内で最大となる送信電力の測定信号と同じ送信電力でデータ信号のみを送信するように信号処理部３０４に対して設定を行う。

図４は、第２無線通信装置２０の動作例を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、第２無線通信装置２０は、第３無線通信装置３０から送信される測定信号を待機する（Ｓ３００）。そして、第２無線通信装置２０は、測定信号を受信した場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）にはＳ３０４の処理に進み、その他の場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）にはＳ３００の処理に戻る。

Ｓ３０４の処理において、測定部２０４は、無線通信部２０２が受信した測定信号の電力（信号レベル）を測定する。

次に、判定部２０６は、第１無線通信装置１０（被干渉局）が第３無線通信装置３０に対して電波を発射しているか（送信している電波信号があるか）否かを判定する（Ｓ３０６）。判定部２０６は、被干渉局が電波を発射していると判定した場合（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）には、Ｓ３０６の処理を継続する。また、判定部２０６は、被干渉局が電波を発射していないと判定した場合（Ｓ３０６：Ｎｏ）には、測定部２０４から入力された測定結果を応答信号生成部２０８に対して出力し、Ｓ３０８の処理に進む。

応答信号生成部２０８は、測定部２０４の測定結果を判定部２０６から入力されると、測定信号の信号レベルを応答信号として生成し、無線通信部２０２及びアンテナ２００を介して、生成した応答信号を第３無線通信装置３０へ送信し、Ｓ３００の処理に戻る。

次に、第３無線通信装置３０の第２動作例について説明する。図５は、第３無線通信装置３０の第２動作例を示すフローチャートである。図５に示すように、第３無線通信装置３０は、測定信号を例えば最大電力の１／２の電力で発射する（Ｓ４００）。

次に、第３無線通信装置３０は、判定部３０８が測定信号を受信できたか否かを判定し（Ｓ４０２）、受信できなかった場合（Ｓ４０２：Ｎｏ）にはＳ４０４の処理に進み、受信できた場合（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）にはＳ４０８の処理に進む。

Ｓ４０４の処理において、設定部３１４は、測定信号が最大出力であったか否かを判定し、最大出力でなかった場合（Ｓ４０４：Ｎｏ）にはＳ４０６の処理に進み、最大出力であった場合（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）にはＳ４０８の処理に進む。

Ｓ４０６の処理において、設定部３１４が測定信号の出力を増加させる設定を測定信号生成部３０６に対して行い、測定信号生成部３０６が無線通信部３０２及びアンテナ３００を介して出力電力を増加させて測定信号を発射させる。

このとき、設定部３１４は、測定信号の出力電力の増加分を例えば下式（１）に示したように設定する。

測定信号の出力電力の増加分
＝（最大出力電力）×（１／２）^∧（Ｓ４０６の処理回数＋１）・・・（１）

そして、設定部３１４は、測定部３１０の測定結果に基づいて推定部３１２が推定した干渉波受信電力（信号レベル）が所定の閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ４０８）。設定部３１４は、信号レベルが所定の閾値未満でない場合（Ｓ４０８：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を下げる設定を行い（Ｓ４１０）、信号レベルが所定の閾値未満である場合（Ｓ４０８：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

その後、設定部３１４は、第１無線通信装置１０に対する干渉を所定値未満に抑える範囲内で最大となる送信電力の測定信号と同じ送信電力でデータ信号のみを送信するように信号処理部３０４に対して設定を行うこととなる。

このように、無線通信システム１は、測定信号の受信レベルを示す応答信号を第２無線通信装置２０が第３無線通信装置３０へ送信し、応答信号に基づいて第３無線通信装置３０が第１無線通信装置１０へ送信する信号のレベルを設定する。このとき、第１無線通信装置１０は、干渉波を測定する機能、及び測定した干渉波を示す情報を第３無線通信装置３０へ送信する機能を備える必要がない。

つまり、無線通信システム１は、第３無線通信装置３０が発射する電波信号が第１無線通信装置１０に与える干渉を容易に低減することを可能にする。

なお、第３無線通信装置３０が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

すなわち、第３無線通信装置３０は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶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。

図６は、第３無線通信装置３０のハードウェア構成例を示す図である。図６に示すように、第３無線通信装置３０は、例えば入力部５０、出力部５１、通信部５２、ＣＰＵ５３、メモリ５４及びＨＤＤ５５がバス５６を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、第３無線通信装置３０は、記憶媒体５７との間でデータを入出力することができるようにされている。

入力部５０は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部５１は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部５２は、例えば無線のネットワークインターフェースである。

ＣＰＵ５３は、第３無線通信装置３０を構成する各部を制御し、上述した処理を行う。メモリ５４及びＨＤＤ５５は、データ及び無線通信プログラム等を記憶する。したがって、第３無線通信装置３０は、予めメモリ５４及びＨＤＤ５５が記憶している情報を用いて処理を行うように構成されてもよい。

記憶媒体５７は、第３無線通信装置３０が有する機能を実行させる無線通信プログラム等を記憶可能にされている。なお、第３無線通信装置３０を構成するアーキテクチャは、図６に示した例に限定されない。また、第１無線通信装置１０及び第２無線通信装置２０も、第３無線通信装置３０と同様の構成を備えていてもよい。

１・・・無線通信システム、１０・・・第１無線通信装置、２０・・・第２無線通信装置、３０・・・第３無線通信装置、５０・・・入力部、５１・・・出力部、５２・・・通信部、５３・・・ＣＰＵ、５４・・・メモリ、５５・・・ＨＤＤ、５６・・・バス、５７・・・記憶媒体、１００・・・アンテナ、１０２・・・無線通信部、１０４・・・信号処理部、１５０・・・固定部材、２００・・・アンテナ、２０２・・・無線通信部、２０４・・・測定部、２０６・・・判定部、２０８・・・応答信号生成部、３００・・・アンテナ、３０２・・・無線通信部、３０４・・・信号処理部、３０６・・・測定信号生成部、３０８・・・判定部、３１０・・・測定部、３１２・・・推定部、３１４・・・設定部

Claims

干渉波の影響を受け得る第１無線通信装置に設けられた第２無線通信装置によって、干渉波となり得る電波を発射する第３無線通信装置が最大出力電力の１／２の電力から順次に電力を増加させて発射する測定信号の受信レベルを示す受信レベル情報を前記第３無線通信装置へ送信する送信工程と、
前記第３無線通信装置によって、前記受信レベル情報を受信できず、かつ、前記測定信号が最大出力電力となっていない場合、下式（１）に示した測定信号の出力電力の増加分により、前記第３無線通信装置が、前記測定信号を順次増加させる処理を実行し、受信できた前記受信レベル情報に基づいて、前記第１無線通信装置へ送信する信号のレベルを設定する設定工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
［数１］
測定信号の出力電力の増加分
＝（最大出力電力）×（１／２） ^∧ （出力電力増加の処理回数＋１）
前記測定信号を低電力から高電力へ徐々に変更しつつ生成する測定信号生成工程を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
干渉波の影響を受け得る第１無線通信装置と、
前記第１無線通信装置に設けられた第２無線通信装置と、
干渉波となり得る電波を発射する第３無線通信装置と
を備え、
前記第２無線通信装置は、
前記第３無線通信装置が最大出力電力の１／２の電力から順次に電力を増加させて発射する測定信号の受信レベルを示す受信レベル情報を前記第３無線通信装置へ送信し、
前記第３無線通信装置は、
前記受信レベル情報を受信できず、かつ、前記測定信号が最大出力電力となっていない場合、下式（２）に示した測定信号の出力電力の増加分により、前記測定信号を順次増加させる処理を実行し、受信できた前記受信レベル情報に基づいて、前記第１無線通信装置へ送信する信号のレベルを設定すること
を特徴とする無線通信システム。
［数２］
測定信号の出力電力の増加分
＝（最大出力電力）×（１／２） ^∧ （出力電力増加の処理回数＋１）
前記第３無線通信装置は、
前記測定信号を低電力から高電力へ徐々に変更しつつ発射すること
を特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。