JP7414131B2 - 無線通信方法、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信プログラムに関する。

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簡易な構成で低減することを可能にする無線通信方法、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信プログラ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、自装置から発射して他の無線通信装置が反射させた測定信号の電力を測定する測定工程と、測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定工程と、推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力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装置は、自装置から発射して他の無線通信装置が反射させた測定信号の電力を測定する測定部と、前記測定部が測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定部と、前記推定部が推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定する設定部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、自装置から電波を発射する無線通信装置及び他の無線通信装置を備える無線通信システムにおいて、前記他の無線通信装置が、前記無線通信装置が発射した測定信号を反射させる反射部材を有し、前記無線通信装置が、前記反射部材が反射させた測定信号の電力を測定する測定部と、前記測定部が測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定部と、前記推定部が推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定する設定部とを有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簡易な構成で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。 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。 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。 一実施形態にかかる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簡易な構成で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無線通信装置１０と、与干渉局となる無線通信装置２０とを有する。

無線通信装置１０は、アンテナ１００、無線通信部１０２、信号処理部１０４、及び反射部材１０６を有し、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１００は、無線通信装置１０が無線通信装置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を介して無線通信装置２０へ送信する。また、無線通信部１０２は、無線通信装置２０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。

反射部材１０６は、例えば反射波の方向やビーム形状を任意に設計されたメタマテリアル反射板、又はＩＲＳ反射板などであり、反射波を所定の方向に誘導する。例えば、反射部材１０６は、無線通信装置２０が発射した信号レベル測定用の測定信号などの電波を無線通信装置２０へ向けて反射させる。なお、反射部材１０６は、電波を反射する素材であれば、他の素材であってもよい。

また、無線通信装置１０は、さらに、駆動部１０８、到来方向検出部１１０、及び方向制御部１１２を備えるように構成されてもよい。

駆動部１０８は、反射部材１０６の向きを変更させるように駆動を行う。到来方向検出部１１０は、無線通信装置２０が発射した測定信号の到来方向を検出し、検出した到来方向を示す情報を方向制御部１１２に対して出力する。方向制御部１１２は、到来方向検出部１１０が検出した測定信号の到来方向に基づいて、駆動部１０８が反射部材１０６の向きを例えば無線通信装置２０に向けて変更するように制御を行う。

無線通信装置２０は、アンテナ２００、無線通信部２０２、信号処理部２０４、測定信号生成部２０６、判定部２０８、測定部２１０、推定部２１２、及び設定部２１４を有し、無線通信装置１０との間で互いに無線通信を行う。

アンテナ２００は、無線通信装置２０が無線通信装置１０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２０２は、信号処理部２０４が処理した信号（例えばデータ信号）、及び測定信号生成部２０６が生成した測定信号を、アンテナ２００を介して無線通信装置１０へ送信する。また、無線通信部２０２は、無線通信装置１０から送られた全ての信号を、アンテナ２００を介して受信し、信号処理部２０４及び判定部２０８に対して出力する。ここでは、無線通信部２０２は、信号処理部２０４又は測定信号生成部２０６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、測定信号生成部２０６は、後述する設定部２１４による設定に基づいて、無線通信装置２０から発射する測定信号を、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構成されてもよい。

判定部２０８は、無線通信部２０２から入力された信号が、反射部材１０６によって反射された測定信号であるか否かを判定し、測定信号であると判定した場合には当該測定信号を測定部２１０に対して出力する。

測定部２１０は、判定部２０８から入力された測定信号の電力（信号強度）を測定し、測定結果を推定部２１２に対して出力する。つまり、測定部２１０は、無線通信装置２０から発射されて無線通信装置１０（反射部材１０６）が反射させた測定信号の電力を測定する。

推定部２１２は、測定部２１０が測定した測定信号の電力に基づいて、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２１４に対して出力する。

設定部２１４は、推定部２１２が推定した干渉波受信電力に基づいて、無線通信装置２０から無線通信装置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２０４に対して設定する。例えば、設定部２１４は、推定部２１２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、無線通信装置２０から無線通信装置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２１４は、測定信号生成部２０６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ってもよい。この場合、設定部２１４は、例えば無線通信装置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２０６へ設定を行う。その後、設定部２１４は、当該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２０４に対して設定を行う。

つまり、信号処理部２０４は、設定部２１４が設定した送信電力に合わせて、無線通信部２０２及びアンテナ２００を介してデータ信号を無線通信装置１０へ送信することとなる。

次に、無線通信装置２０の具体的な動作例について説明する。図２は、無線通信装置２０の第１動作例を示すフローチャートである。図２に示すように、無線通信装置２０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（Ｓ１００）。

次に、無線通信装置２０は、判定部２０８が測定信号を受信できたか否かを判定し（Ｓ１０２）、受信できた場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）にはＳ１０４の処理に進み、受信できなかった場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）には処理を終了する。

設定部２１４は、測定部２１０の測定結果に基づいて推定部２１２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（Ｓ１０４）。そして、設定部２１４は、信号レベルが所定の閾値未満である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）にはＳ１０６の処理に進み、信号レベルが所定の閾値未満でない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を下げる設定を行う（Ｓ１０８）。

また、設定部２１４は、測定信号の送信出力が最大であったか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、設定部２１４は、測定信号の送信出力が最大でなかった場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を上げる設定を行い（Ｓ１１０）、測定信号の送信出力が最大であった場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

その後、設定部２１４は、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２０４に対して設定を行う。

図３は、無線通信装置２０の第２動作例を示すフローチャートである。図３に示すように、無線通信装置２０は、測定信号を例えば最大電力の１／２の電力で発射する（Ｓ２００）。

次に、無線通信装置２０は、判定部２０８が測定信号を受信できたか否かを判定し（Ｓ２０２）、受信できなかった場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）にはＳ２０４の処理に進み、受信できた場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）にはＳ２０６の処理に進む。

Ｓ２０４の処理において、設定部２１４が測定信号の出力を増加させる設定を測定信号生成部２０６に対して行い、測定信号生成部２０６が無線通信部２０２及びアンテナ２００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２１４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）^∧（Ｓ２０４の処理回数＋１） ・・・（１）

そして、設定部２１４は、測定部２１０の測定結果に基づいて推定部２１２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（Ｓ２０６）。設定部２１４は、信号レベルが所定の閾値未満でない場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）には測定信号の送信出力を下げる設定を行い（Ｓ２０８）、信号レベルが所定の閾値未満である場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

その後、設定部２１４は、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２０４に対して設定を行うこととなる。

このように、無線通信装置２０は、自装置から発射して無線通信装置１０の反射部材１０６に反射させた測定信号の電力を測定し、測定した測定信号の電力に基づいて、無線通信装置１０における干渉波受信電力を推定して、自装置から発射する信号の送信電力を設定するので、電波信号が無線通信装置１０に与える干渉を簡易な構成で低減することを可能にする。

なお、無線通信装置２０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、本発明にかかる無線通信装置２０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４は、一実施形態にかかる無線通信装置２０のハードウェア構成例を示す図である。図４に示すように、無線通信装置２０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、無線通信装置２０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、例えば無線及び有線のネットワークインターフェースである。

ＣＰＵ５３は、無線通信装置２０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、無線通信装置２０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、無線通信装置２０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、無線通信装置２０を構成するアーキテクチャは、図４に示した例に限定されない。また、無線通信装置１０も、無線通信装置２０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・・・無線通信装置、２０・・・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、１０６・・・反射部材、１０８・・・駆動部、１１０・・・到来方向検出部、１１２・・・方向制御部、２００・・・アンテナ、２０２・・・無線通信部、２０４・・・信号処理部、２０６・・・測定信号生成部、２０８・・・判定部、２１０・・・測定部、２１２・・・推定部、２１４・・・設定部

Claims (8)

1. 自装置から発射して他の無線通信装置が反射させた測定信号の電力を測定する測定工程と、
   測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定工程と、
   推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力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。
2. 自装置から発射する測定信号を、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測定信号生成工程を含み、
   前記設定工程では、
   前記推定工程により推定した干渉波受信電力が所定値未満となる出力電力値に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定すること
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 自装置から発射して他の無線通信装置が反射させた測定信号の電力を測定する測定部と、
   前記測定部が測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定部と、
   前記推定部が推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定する設定部と
   を有することを特徴とする無線通信装置。
4. 自装置から発射する測定信号を、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測定信号生成部を有し、
   前記設定部は、
   前記推定部が推定した干渉波受信電力が所定値未満となる出力電力値に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定すること
   を特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 自装置から電波を発射する無線通信装置及び他の無線通信装置を備える無線通信システムにおいて、
   前記他の無線通信装置は、
   前記無線通信装置が発射した測定信号を反射させる反射部材を有し、
   前記無線通信装置は、
   前記反射部材が反射させた測定信号の電力を測定する測定部と、
   前記測定部が測定した測定信号の電力に基づいて、前記他の無線通信装置における干渉波受信電力を推定する推定部と、
   前記推定部が推定した干渉波受信電力に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定する設定部と
   を有することを特徴とする無線通信システム。
6. 前記無線通信装置は、
   自装置から発射する測定信号を、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測定信号生成部を有し、
   前記設定部は、
   前記推定部が推定した干渉波受信電力が所定値未満となる出力電力値に基づいて、自装置から発射する信号の送信電力を設定すること
   を特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記他の無線通信装置は、
   前記反射部材の向きを変更するように駆動する駆動部と、
   前記無線通信装置が発射した測定信号の到来方向を検出する到来方向検出部と、
   前記到来方向検出部が検出した測定信号の到来方向に基づいて、前記駆動部が前記反射部材の向きを変更するように制御する方向制御部とを有すること
   を特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信システム。
8. 請求項３又は４に記載の無線通信装置の各部としてコンピュータを機能させるための無線通信プログラム。
   

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