JPWO2018179114A1 - 無線装置および無線ノイズ測定方法 - Google Patents

無線装置および無線ノイズ測定方法 Download PDF

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Abstract

無線装置（１００）は、他のシステムと同一の周波数帯域を用い、無線電波を送受信するアンテナ（１０４）と、送受信する信号の信号処理を行うベースバンド部（１１０）と、ベースバンド部（１１０）が出力する信号を無線信号に変換してアンテナ（１０４）に出力する送信部（１０１）と、アンテナ（１０４）が受信した無線信号を信号に変換してベースバンド部（１１０）に出力する受信部（１０２）と、送信部（１０１）が送信出力する無線信号をアンテナ（１０４）に出力し、アンテナ（１０４）が受信した無線信号を受信部（１０２）に出力するサーキュレータ（１０３）と、送信部（１０１）が送信する無線信号の受信部（１０２）への漏れ込みの影響を排除し、送信部（１０１）による無線信号の送信の期間中、送信の無線信号と同一周波数帯域で受信した無線信号の電力を測定するノイズ信号測定部（１０５）と、を有する。

Description

本発明は、無線通信を行う無線装置および無線ノイズ測定方法に関する。
産業科学医療用（ＩＳＭ：Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドは同一周波数を使用する複数のシステムが存在する。例えば、２．４ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、モバイルルータ、アマチュア無線等がある。５ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ、気象等の各種レーダ、アマチュア無線等がある。
ＩＳＭバンドは、無線局免許状と電波利用料が不要であり、このＩＳＭバンドを使用するシステムが年々増加しており、ＩＳＭバンドの同一周波数において各システムが互いに干渉を起こすことなく共存することが求められる。干渉の状態を把握するためには、一定時間の連続した無線電波を測定する必要がある。
従来、干渉する電波強度を把握するために、受信信号強度を測定し、干渉影響が最小の使用候補チャネルを選択する技術がある（例えば、下記特許文献１参照）。また、送受信をスイッチで切り替える構成に代えて、アクセスポイントが送信部と受信部との間にサーキュレータを配置し、送信と受信をアンテナ共用する技術がある（例えば、下記特許文献２，３参照。）。
特開２００８−７８６９８号公報 特開２０１３−１２１０９１号公報 特開２００５−１８４８６３号公報
しかし、同一周波数において自装置が送信している時間帯は、他のシステムの状況を把握することが困難である。自装置の受信期間中は、他のシステムの信号を受信し、他のシステムが送信した信号を測定可能である。しかし、自装置の送信期間中は、自装置の送信信号の中に他のシステムが送信した信号が埋もれてしまい、他システムが送信した信号を測定することができない。このため、上述した自システムが送信している時間帯における干渉の状態を把握することができなかった。
自装置に対する干渉や雑音の影響を把握するためには、一定時間連続して無線電波を測定して干渉や雑音の電力の状況を統計化し、統計情報に基づき対策を施す必要がある。しかし、従来は、自装置の送信の期間中は、他のシステムからの干渉や雑音そのものを測定できないため、統計化のための情報が不足し、十分な対策を施すことができなかった。
一つの側面では、本発明は、信号の送信中でも信号を受信でき、他の装置との干渉を測定できることを目的とする。
一つの案では、無線装置は、他のシステムと同一の周波数帯域を用いる無線装置であって、無線電波を送受信するアンテナと、送受信する信号の信号処理を行うベースバンド部と、前記ベースバンド部が出力する信号を無線信号に変換して前記アンテナに出力する送信部と、前記アンテナが受信した無線信号を信号に変換して前記ベースバンド部に出力する受信部と、前記送信部が送信出力する前記無線信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナが受信した前記無線信号を前記受信部に出力するサーキュレータと、前記送信部が送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、前記送信部による前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定するノイズ信号測定部と、を有することを要件とする。
一つの実施形態によれば、無線装置は、信号の送信中でも信号を受信でき、他の装置との干渉を測定できる。
図１は、実施の形態１にかかる無線装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１の無線装置の制御部のハードウェア構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１の無線装置の電力スペクトラムを示す図である。 図４は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。 図５は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。 図７は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、ＩＳＭバンドを使用する各種システムを示す図である。 図９は、既存の技術による他のシステムの干渉の把握が困難なことを説明する図である。 図１０は、既存の技術による無線装置の構成例を示すブロック図である。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる無線装置の構成例を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、無線装置１００は、送信部１０１と、受信部１０２と、サーキュレータ１０３と、アンテナ１０４と、ノイズ信号測定部１０５と、ベースバンド部（ＢＢ）１１０と、を含む。
送信部１０１は、ベースバンド部１１０から入力されたベースバンド帯域の信号を高周波（無線帯域、ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｃｙ）の信号（無線信号）に変換し、サーキュレータ１０３を介してアンテナ１０４から無線送信する。送信部１０１は、増幅器（ＰＡ：ＰｏｗｅｒＡｍｐ）１１４を含み、ＰＡ１１４は、無線送信するアナログ信号を増幅する。
受信部１０２は、アンテナ１０４が受信し、サーキュレータ１０３を介して出力された無線信号をベースバンド帯域の信号に変換し、ベースバンド部１１０に出力する。受信部１０２は、キャンセラー１２１と、増幅器（ＬＮＡ：ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐ）１２２を含む。アンテナ１０４で受信した無線電波は、サーキュレータ１０３を介してキャンセラー１２１に出力される。ＬＮＡ１２２は、受信信号を増幅し、ベースバンド（ＢＢ）部１１０に出力する。
ベースバンド部１１０は、無線装置１００が送受信する装置を信号処理する。このベースバンド部１１０は、送信信号を処理する構成として、変調器１１１と、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１１２と、発振器１１３と、を含む。
変調器１１１は、デジタルの送信信号を所定の無線方式にしたがいデジタル変調する。ＤＡＣ１１２には、発振器１１３の発振信号が供給され、無線送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。
また、ベースバンド部１１０は、受信信号を処理する構成として、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１２３と、キャンセラー１２４と、復調器１２５と、を含む。
ＡＤＣ１２３には、発振器１１３の発振信号が供給され、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。キャンセラー１２４は、ＡＤＣ１２３が出力する受信信号を復調器１２５に出力し、この際、受信信号に含まれる送信部１０１や変調器１１１等の送信信号の漏れ込み分をキャンセルする。復調器１２５は、受信信号の復調を行う。
キャンセラー１２１，１２４は、送信部１０１による送信信号の受信部１０２側への漏れ込みを抑圧（除去）する。キャンセラー１２１は、サーキュレータ１０３が出力する受信信号をＬＮＡ１２２に出力するとともに、受信信号に含まれる送信部１０１（ＰＡ１１４等）の送信信号がサーキュレータ１０３を介して受信部１０２への漏れ込み分をキャンセルする。
キャンセラー１２１，１２４は、＋側に送受信の信号が入力され、−側にキャンセル用の信号が入力され、キャンセル用の信号を抑圧して送受信用の信号を出力する。
図１（ｂ）に示すように、サーキュレータ１０３は、ポート１の入力をポート２に出力し、ポート２の入力をポート３に出力する（順方向）。また、逆方向、例えば、ポート２の出力をポート１には出力しない。図１（ａ）に示すように、サーキュレータ１０３は、ポート１に送信部１０１のＰＡ１１４を接続し、ポート２にアンテナ１０４を接続し、ポート３に受信部１０２のＬＮＡ１２２（キャンセラー１２１）を接続する。
送信信号の電力は、受信信号の電力に対し、例えば１０万倍高い。このため、送信部１０１の送信信号がサーキュレータ１０３等を介して受信部１０２側に漏れ込む。キャンセラー１２１，１２４は、送信信号のノイズにより受信信号が埋もれることを抑制する。
実施の形態１では、サーキュレータ１０３と２段のキャンセラー１２１，１２４を組み合わせて用いる。これにより、送信部１０１が送信信号を送信出力している期間中においても、受信部１０２により外部の他のシステムからの信号を受信し、かつ、送信信号による受信信号の埋もれを防いで受信信号を受信できるようにしている。
ノイズ信号測定部１０５は、キャンセラー１２４による受信信号の出力が入力され、受信信号に基づき、他のシステムが自装置に影響を与える干渉・雑音電力等のノイズ信号測定を行う。ここで、ノイズ信号測定部１０５は、キャンセラー１２１，１２４が送信部１０１側の送信信号の影響を抑圧する。これにより、無線装置１００は、自装置が送信中の送信信号の影響を抑制して、他のシステムが送信する干渉や雑音となる信号を受信し、受信した信号の電力測定を行うことができる。
図２は、実施の形態１の無線装置の制御部のハードウェア構成例を示す図である。図１には不図示であるが、無線装置１００は、図２に記載の制御部２００が装置各部を統括制御する。そして、この制御部２００は、図１に記載のノイズ信号測定部１０５のノイズ信号測定の機能を実行する。
図２に示したＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１がメモリ２０２に格納されたプログラムを読み出し実行し、その際、メモリ２０２の領域の一部を作業領域に使用する。これにより、無線装置１００を統括制御し、また、図１のノイズ信号測定部１０５の機能を実現可能である。メモリ２０２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を用いることができる。また、ＨＤＤやフラッシュメモリ等の拡張メモリ２０３をデータ格納領域等に用いることもできる。２０４は、バスである。
無線通信部２０５は、図１の送信部１０１および受信部１０２の無線通信にかかる機能を実現する。通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２０６は、外部装置との間の通信インタフェースの機能を実現し、例えば、ノイズ信号測定部１０５の測定結果を外部装置に出力する。ノイズ信号測定部１０５が測定した干渉・雑音電力は、記憶部として機能するメモリ２０２や拡張メモリ２０３に蓄積することができる。
図１に示した変調器１１１とＤＡＣ１１２、およびＡＤＣ１２３とキャンセラー１２４と復調器１２５は、ベースバンド（ＢＢ）帯域の信号処理を行い、例えばこれらの機能を集積したＩＣ等により実現できる。図１に示した送信部１０１のＰＡ１１４、および受信部１０２のキャンセラー１２１とＬＮＡ１２２、およびサーキュレータ１０３は、無線帯域（ＲＦ）の信号処理を行い、例えば、これらの機能を集積したＩＣ等により実現できる。
図３は、実施の形態１の無線装置の電力スペクトラムを示す図である。横軸は周波数（１チャネル分の周波数帯域）、縦軸は電力である。図３（ａ）は、無線装置１００が送信信号を送信時の電力スペクトラム、図３（ｂ）は、無線装置１００が信号の受信時の電力スペクトラムを示す。
図３（ａ）に示すように、送信部１０１は、所定の送信データ帯域ｆｓ内で送信信号ＳＤを送信する。また、図３（ｂ）に示すように、干渉や雑音となる外部の他のシステムからの受信信号ＲＤは１チャネル全体の周波数帯域を有する。
実施の形態１では、現状の技術では、送信部１０１が送信する送信信号ＳＤが受信部１０２へ漏れ込む前提に基づき、ヌル帯域ｆｎを用い他のシステムからの干渉および雑音となる信号（受信信号ＲＤ）の電力を測定する。ヌル帯域ｆｎは、１チャネル分の周波数帯域のうち送信データ帯域ｆｓの両側に位置する帯域である。
図４は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。図４（ａ）に示すように、ノイズ信号測定部１０５は、周波数変換部（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）４００と、電力測定部１（４０１）と、電力測定部２（４０２）と、を含む。
ＦＦＴ４００は、キャンセラー１２４が出力する受信信号の電力をフーリエ変換により、図４（ｂ）に示す周波数軸に変換する。ＦＦＴ４００は、自装置が受信中の場合は、電力測定部１（４０１）に周波数変換後の受信信号を出力し、自装置が送信中の場合は、電力測定部２（４０２）に周波数変換後の受信信号を出力する。
電力測定部１（４０１）は、無線装置１００の受信部１０２が受信した１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。図４（ｂ）には、１チャネル分の周波数帯域におけるヌル帯域ｆｎ、および送信データ帯域ｆｓを示す。
電力測定部２（４０２）は、自装置が送信中、１チャネル分の周波数帯域のうち、ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。実施の形態１では、２段のキャンセラー１２１，１２４を設けているが、送信時には送信データ帯域ｆｓで送信する送信信号ＳＤの一部が送信部１０１がサーキュレータ１０３等を介して受信部１０２側に漏れ込むことを前提としている（図３（ａ）参照）。このため、実施の形態１では、自装置の送信中は、送信データ帯域ｆｓの送信信号ＳＤを除くヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音の電力として求める。
上述した説明では、２つの電力測定部１，２（４０１，４０２）をそれぞれ設けることとしたが、これに限らない。一つの電力測定部４０１を用い、受信時には、１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定し、自装置の送信時には、ヌル帯域ｆｎの電力を測定する切り替えを行ってもよい。
電力測定部１（４０１），電力測定部２（４０２）による電力は、ＦＦＴ後の信号を２乗し、その平均を取ることで求める（下記式（１））。
Figure 2018179114
図５は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。例えば、ノイズ信号測定部１０５の機能を実現するＣＰＵ２０１の処理内容を示す。
ノイズ信号測定部１０５は、受信信号を周波数変換部４００により周波数変換する（ステップＳ５０１）。次に、ノイズ信号測定部１０５は、自装置が送信信号を送信中であるか判断する（ステップＳ５０２）。自装置が送信中であれば（ステップＳ５０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０３の処理に移行し、自装置が送信中でなければ（ステップＳ５０２：Ｎｏ）、ステップＳ５０４の処理に移行する。
ステップＳ５０３では、自装置が送信中であるためノイズ信号測定部１０５は、電力測定部２（４０２）によりヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ５０３、図３（ａ）参照）。そして、測定したヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ５０５）、以上の処理を終了する。記憶部は、図２に示すメモリ２０２や拡張メモリ２０３であり、干渉・雑音電力を蓄積していくことができる。
ステップＳ５０４では、自装置が送信中ではないためノイズ信号測定部１０５は、電力測定部１（４０１）により、送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ５０４、図３（ｂ）参照）。そして、測定した送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ５０５）、以上の処理を終了する。
以上説明した実施の形態１によれば、サーキュレータを用い、自装置が送信信号の送信中においても信号を受信可能にする。そして、送信信号の送信中には、外部から受信したヌル帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。また、自装置が受信信号を受信中には、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
実施の形態１によれば、自装置が送信信号の送信中においても、外部の他のシステムが送信する同一周波数の電波を受信することで、他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。この際、送信中の送信信号が受信部に漏れ込んでも、この漏れ込み分、すなわち送信信号の送信データ帯域を除くヌル帯域の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できるようになる。
このように、実施の形態１によれば、自装置の受信中に加え自装置の送信中、すなわち、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができるようになる。
例えば、統計情報の解析により、他のシステムが送信すると予測した期間は、自装置が送信信号を送信しない期間の設定や、逆に、他のシステムが送信しないと予測した期間は、自装置が送信信号を送信する期間の設定が行えるようになる。これにより、自装置と他のシステムとが効率的に同一の周波数帯域を使用できるようになり、同一の周波数帯域を使用する多数のシステムと共存することができるようになる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、無線装置１００の送信信号が受信部１０２に漏れ込むことを前提として説明した。実施の形態２では、無線装置１００の送信信号が受信部１０２に漏れ込まないことを前提とする干渉・雑音の電力測定について説明する。
実施の形態２の無線装置１００の構成は、基本的に実施の形態１（図１）で説明した構成と同様である。例えば、将来、キャンセラー１２１、１２４の性能向上や、送信信号の漏れ対策等が進むことで、送信信号が受信部に漏れ込まないことが期待できる。
図６は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。図６（ａ）に示すように、ノイズ信号測定部１０５は、周波数変換部（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）４００と、電力測定部６０１を含む。
ＦＦＴ４００は、実施の形態１（図４参照）同様に、キャンセラー１２４が出力する受信信号を図６（ｂ）に示す周波数軸に変換する。
電力測定部６０１は、無線装置１００が送信データの送信中、および受信中のいずれにおいても、１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。図６（ｂ）には、１チャネル分の周波数帯域におけるヌル帯域ｆｎ、および送信データ帯域ｆｓを示す。
このように、実施の形態２では、自装置の受信中に加え送信中においても、送信データ帯域ｆｓの送信信号ＳＤが受信部１０２に漏れ込まないことを前提として、電力測定部６０１はチャネル全体の電力を干渉・雑音の電力として求める。
図７は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。例えば、ノイズ信号測定部１０５の機能を実現するＣＰＵ２０１の処理内容を示す。
ノイズ信号測定部１０５は、受信信号の電力を周波数変換部４００により周波数変換する（ステップＳ７０１）。次に、ノイズ信号測定部１０５は、自装置が送信信号の送信中および受信信号の受信中のいずれにおいても、電力測定部６０１により、送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ７０２、図３（ｂ）参照）。そして、測定した送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ７０３）、以上の処理を終了する。
以上説明した実施の形態２によれば、自装置による送信中の送信信号が受信部に漏れ込まない構成である。このため、信号の送信中および受信中のいずれの期間においても、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域全体を有効に用いて電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
実施の形態２によれば、自装置が送信信号の送信中であるか否かにかかわらず、送信信号が受信部に漏れ込むことがない。このため、自装置の送信中および受信中の全ての期間における受信信号の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できるようになる。
このように、実施の形態２によれば、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができるようになる。
（既存の技術との対比）
次に、既存の技術について説明し、上記各実施の形態と対比説明する。図８は、ＩＳＭバンドを使用する各種システムを示す図である。横軸は周波数である。ＩＳＭバンドは同一周波数を使用する複数のシステムが存在する。例えば、２．４ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、モバイルルータ、アマチュア無線、医療用マイクロ波加熱装置、電子レンジ等がある。５ＧＨｚ帯には、Ｗｉ−Ｆｉ、気象等の各種レーダ、固定／探索の衛星、電波天文、マイクロ波着陸誘導、航空無線航行、アマチュア無線等がある。
ＩＳＭバンドは、無線局免許状と電波利用料が不要であり、このＩＳＭバンドを使用するシステムが年々増加しており、ＩＳＭバンドの同一周波数において各システムが互いに干渉を起こすことなく共存することが求められる。干渉の状態を把握するためには、一定時間の連続した無線電波を測定し、統計情報等を作成する必要がある。
図９は、既存の技術による他のシステムの干渉の把握が困難なことを説明する図である。横軸は時間、縦軸は電力レベルである。図９（ａ）に示すように、自装置の受信期間中は、他のシステムの信号を受信し、他のシステムが送信した信号（図の受信信号ＲＤ）を測定可能である。受信信号ＲＤは、自装置に対して送信された信号以外の干渉・ノイズの要因となる信号を含む。
しかし、図９（ｂ）に示す自装置の送信期間中は、自装置が送信する送信信号ＳＤの中に他のシステムからの信号（受信信号ＲＤ）が埋もれてしまい、他システムからの受信信号ＲＤを測定することができない。このため、上述した自システムが送信している時間帯における干渉の状態を把握することができなかった。
これにより、既存の技術では、自装置に対する干渉や雑音の影響を把握するために、一定時間連続して無線電波を測定して干渉や雑音の電力の状況を統計化することができなかった。すなわち、既存の技術では、自装置の送信の期間中は、他のシステムからの干渉や雑音そのものを測定できないため、統計化のための情報が不足し、十分な対策を施すことができなかった。
図１０は、既存の技術による無線装置の構成例を示すブロック図である。無線装置１０００は、送信部１００１と、スイッチ１００２と、アンテナ１００３と、受信部１００４と、デジタル信号処理部１００５と、を有している。
無線装置１０００は、信号送信時、デジタル信号処理部１００５により信号処理した送信信号を送信部１００１により無線送信処理を行い、スイッチ１００２を切り替えて、アンテナ１００３から無線電波により送信する。信号受信時には、アンテナ１００３で受信した無線電波をスイッチ１００２の切り替えにより受信部１００４側に出力して受信処理を行い、デジタル信号処理部１００５により信号処理する。
例えば、無線ＬＡＮ等の無線装置１０００は、図１０に示したように、信号の送受信をスイッチ１００２で切り替えている。このため、自装置の信号を送信しながら、他のシステムの信号を受信することができない構造となっている。
これに対し、各実施の形態の無線装置では、サーキュレータを用い、自装置が送信信号の送信中においても信号を受信可能である。そして、ノイズ信号測定部により、送信信号の送信中は、外部から受信したヌル帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。また、自装置が受信信号を受信中には、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
このように、実施の形態によれば、自装置が送信信号の送信中においても、外部の他のシステムが送信する電波を受信することで、他のシステムからの干渉・雑音を測定できる。この際、送信中の送信信号が受信部に漏れ込んでも、この漏れ込み分、すなわち送信信号の送信データ帯域を除くヌル帯域の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できる。
したがって、実施の形態によれば、自装置の受信中に加え自装置の送信中、すなわち、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができる。
例えば、統計情報の解析により、他のシステムが送信すると予測した期間は、自装置が送信信号を送信しない期間を設定する。逆に、他のシステムが送信しないと予測した期間は、自装置が送信信号を送信する期間を設定する。これにより、他のシステムと効率的に同一の周波数帯域を使用できるようになり、同一の周波数帯域を使用する多数のシステムと共存することができるようになる。
このように、各実施の形態によれば、簡単な構成で、他のシステムが干渉源および雑音源となる電力が測定でき、同一周波数を用いる他のシステムからの干渉および雑音の影響を受けずに無線通信が行えるようになる。同時に、自装置が同一周波数を用いる他のシステムに対して干渉源およびノイズ源となる通信を防ぐこともできるようになる。
そして、各実施の形態で説明した無線装置は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉの無線ＬＡＮアクセスポイント等、図８に示したＩＳＭバンド等の同一周波数を無線通信に使用する各種装置に適用できる。
また、上記各実施の形態では、サーキュレータを用いる例を説明したが、信号の送信と受信を同時に行える機能を有する送受信同時分配器を用いることにより、同様の作用効果を得ることができる。
なお、本実施の形態で説明した無線ノイズ測定方法は、予め用意された制御プログラムを対象機器（上記無線装置）のコンピュータ（ＣＰＵ等）が実行することにより実現することができる。本制御プログラムは、磁気ディスク、光ディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）フラッシュメモリなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
１００ 無線装置
１０１ 送信部
１０２ 受信部
１０３ サーキュレータ
１０４ アンテナ
１０５ ノイズ信号測定部
１１０ ベースバンド（ＢＢ）部
１１１ 変調器
１１３ 発振器
１１４ ＰＡ
１２１，１２４ キャンセラー
１２２ ＬＮＡ
１２３ ＤＡＣ
１２５ 復調器
２００ 制御部
２０１ ＣＰＵ
２０２ メモリ
４００ ＦＦＴ
４０１，４０２，６０１ 電力測定部
ＲＤ 受信信号（干渉・雑音信号）
ＳＤ 送信信号
ｆｎ ヌル帯域
ｆｓ 送信データ帯域
本発明は、無線通信を行う無線装置および無線ノイズ測定方法に関する。
産業科学医療用（ＩＳＭ：Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドは同一周波数を使用する複数のシステムが存在する。例えば、２．４ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、モバイルルータ、アマチュア無線等がある。５ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ、気象等の各種レーダ、アマチュア無線等がある。
ＩＳＭバンドは、無線局免許状と電波利用料が不要であり、このＩＳＭバンドを使用するシステムが年々増加しており、ＩＳＭバンドの同一周波数において各システムが互いに干渉を起こすことなく共存することが求められる。干渉の状態を把握するためには、一定時間の連続した無線電波を測定する必要がある。
従来、干渉する電波強度を把握するために、受信信号強度を測定し、干渉影響が最小の使用候補チャネルを選択する技術がある（例えば、下記特許文献１参照）。また、送受信をスイッチで切り替える構成に代えて、アクセスポイントが送信部と受信部との間にサーキュレータを配置し、送信と受信をアンテナ共用する技術がある（例えば、下記特許文献２，３参照。）。
特開２００８−７８６９８号公報 特開２０１３−１２１０９１号公報 特開２００５−１８４８６３号公報
しかし、同一周波数において自装置が送信している時間帯は、他のシステムの状況を把握することが困難である。自装置の受信期間中は、他のシステムの信号を受信し、他のシステムが送信した信号を測定可能である。しかし、自装置の送信期間中は、自装置の送信信号の中に他のシステムが送信した信号が埋もれてしまい、他システムが送信した信号を測定することができない。このため、上述した自システムが送信している時間帯における干渉の状態を把握することができなかった。
自装置に対する干渉や雑音の影響を把握するためには、一定時間連続して無線電波を測定して干渉や雑音の電力の状況を統計化し、統計情報に基づき対策を施す必要がある。しかし、従来は、自装置の送信の期間中は、他のシステムからの干渉や雑音そのものを測定できないため、統計化のための情報が不足し、十分な対策を施すことができなかった。
一つの側面では、本発明は、信号の送信中でも信号を受信でき、他の装置との干渉を測定できることを目的とする。
一つの案では、無線装置は、他のシステムと同一の周波数帯域を用いる無線装置であって、無線電波を送受信するアンテナと、送受信する信号の信号処理を行うベースバンド部と、前記ベースバンド部が出力する信号を無線信号に変換して前記アンテナに出力する送信部と、前記アンテナが受信した無線信号を信号に変換して前記ベースバンド部に出力する受信部と、前記送信部が送信出力する前記無線信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナが受信した前記無線信号を前記受信部に出力するサーキュレータと、前記送信部が送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、前記送信部による前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定するノイズ信号測定部と、を有することを要件とする。
一つの実施形態によれば、無線装置は、信号の送信中でも信号を受信でき、他の装置との干渉を測定できる。
図１は、実施の形態１にかかる無線装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１の無線装置の制御部のハードウェア構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１の無線装置の電力スペクトラムを示す図である。 図４は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。 図５は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。 図７は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、ＩＳＭバンドを使用する各種システムを示す図である。 図９は、既存の技術による他のシステムの干渉の把握が困難なことを説明する図である。 図１０は、既存の技術による無線装置の構成例を示すブロック図である。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる無線装置の構成例を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、無線装置１００は、送信部１０１と、受信部１０２と、サーキュレータ１０３と、アンテナ１０４と、ノイズ信号測定部１０５と、ベースバンド部（ＢＢ）１１０と、を含む。
送信部１０１は、ベースバンド部１１０から入力されたベースバンド帯域の信号を高周波（無線帯域、ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｃｙ）の信号（無線信号）に変換し、サーキュレータ１０３を介してアンテナ１０４から無線送信する。送信部１０１は、増幅器（ＰＡ：ＰｏｗｅｒＡｍｐ）１１４を含み、ＰＡ１１４は、無線送信するアナログ信号を増幅する。
受信部１０２は、アンテナ１０４が受信し、サーキュレータ１０３を介して出力された無線信号をベースバンド帯域の信号に変換し、ベースバンド部１１０に出力する。受信部１０２は、キャンセラー１２１と、増幅器（ＬＮＡ：ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐ）１２２を含む。アンテナ１０４で受信した無線電波は、サーキュレータ１０３を介してキャンセラー１２１に出力される。ＬＮＡ１２２は、受信信号を増幅し、ベースバンド（ＢＢ）部１１０に出力する。
ベースバンド部１１０は、無線装置１００が送受信する装置を信号処理する。このベースバンド部１１０は、送信信号を処理する構成として、変調器１１１と、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１１２と、発振器１１３と、を含む。
変調器１１１は、デジタルの送信信号を所定の無線方式にしたがいデジタル変調する。ＤＡＣ１１２には、発振器１１３の発振信号が供給され、無線送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。
また、ベースバンド部１１０は、受信信号を処理する構成として、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１２３と、キャンセラー１２４と、復調器１２５と、を含む。
ＡＤＣ１２３には、発振器１１３の発振信号が供給され、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。キャンセラー１２４は、ＡＤＣ１２３が出力する受信信号を復調器１２５に出力し、この際、受信信号に含まれる送信部１０１や変調器１１１等の送信信号の漏れ込み分をキャンセルする。復調器１２５は、受信信号の復調を行う。
キャンセラー１２１，１２４は、送信部１０１による送信信号の受信部１０２側への漏れ込みを抑圧（除去）する。キャンセラー１２１は、サーキュレータ１０３が出力する受信信号をＬＮＡ１２２に出力するとともに、受信信号に含まれる送信部１０１（ＰＡ１１４等）の送信信号がサーキュレータ１０３を介して受信部１０２への漏れ込み分をキャンセルする。
キャンセラー１２１，１２４は、＋側に送受信の信号が入力され、−側にキャンセル用の信号が入力され、キャンセル用の信号を抑圧して送受信用の信号を出力する。
図１（ｂ）に示すように、サーキュレータ１０３は、ポート１の入力をポート２に出力し、ポート２の入力をポート３に出力する（順方向）。また、逆方向、例えば、ポート２の出力をポート１には出力しない。図１（ａ）に示すように、サーキュレータ１０３は、ポート１に送信部１０１のＰＡ１１４を接続し、ポート２にアンテナ１０４を接続し、ポート３に受信部１０２のＬＮＡ１２２（キャンセラー１２１）を接続する。
送信信号の電力は、受信信号の電力に対し、例えば１０万倍高い。このため、送信部１０１の送信信号がサーキュレータ１０３等を介して受信部１０２側に漏れ込む。キャンセラー１２１，１２４は、送信信号のノイズにより受信信号が埋もれることを抑制する。
実施の形態１では、サーキュレータ１０３と２段のキャンセラー１２１，１２４を組み合わせて用いる。これにより、送信部１０１が送信信号を送信出力している期間中においても、受信部１０２により外部の他のシステムからの信号を受信し、かつ、送信信号による受信信号の埋もれを防いで受信信号を受信できるようにしている。
ノイズ信号測定部１０５は、キャンセラー１２４による受信信号の出力が入力され、受信信号に基づき、他のシステムが自装置に影響を与える干渉・雑音電力等のノイズ信号測定を行う。ここで、ノイズ信号測定部１０５は、キャンセラー１２１，１２４が送信部１０１側の送信信号の影響を抑圧する。これにより、無線装置１００は、自装置が送信中の送信信号の影響を抑制して、他のシステムが送信する干渉や雑音となる信号を受信し、受信した信号の電力測定を行うことができる。
図２は、実施の形態１の無線装置の制御部のハードウェア構成例を示す図である。図１には不図示であるが、無線装置１００は、図２に記載の制御部２００が装置各部を統括制御する。そして、この制御部２００は、図１に記載のノイズ信号測定部１０５のノイズ信号測定の機能を実行する。
図２に示したＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１がメモリ２０２に格納されたプログラムを読み出し実行し、その際、メモリ２０２の領域の一部を作業領域に使用する。これにより、無線装置１００を統括制御し、また、図１のノイズ信号測定部１０５の機能を実現可能である。メモリ２０２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を用いることができる。また、ＨＤＤやフラッシュメモリ等の拡張メモリ２０３をデータ格納領域等に用いることもできる。２０４は、バスである。
無線通信部２０５は、図１の送信部１０１および受信部１０２の無線通信にかかる機能を実現する。通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２０６は、外部装置との間の通信インタフェースの機能を実現し、例えば、ノイズ信号測定部１０５の測定結果を外部装置に出力する。ノイズ信号測定部１０５が測定した干渉・雑音電力は、記憶部として機能するメモリ２０２や拡張メモリ２０３に蓄積することができる。
図１に示した変調器１１１とＤＡＣ１１２、およびＡＤＣ１２３とキャンセラー１２４と復調器１２５は、ベースバンド（ＢＢ）帯域の信号処理を行い、例えばこれらの機能を集積したＩＣ等により実現できる。図１に示した送信部１０１のＰＡ１１４、および受信部１０２のキャンセラー１２１とＬＮＡ１２２、およびサーキュレータ１０３は、無線帯域（ＲＦ）の信号処理を行い、例えば、これらの機能を集積したＩＣ等により実現できる。
図３は、実施の形態１の無線装置の電力スペクトラムを示す図である。横軸は周波数（１チャネル分の周波数帯域）、縦軸は電力である。図３（ａ）は、無線装置１００が送信信号を送信時の電力スペクトラム、図３（ｂ）は、無線装置１００が信号の受信時の電力スペクトラムを示す。
図３（ａ）に示すように、送信部１０１は、所定の送信データ帯域ｆｓ内で送信信号ＳＤを送信する。また、図３（ｂ）に示すように、干渉や雑音となる外部の他のシステムからの受信信号ＲＤは１チャネル全体の周波数帯域を有する。
実施の形態１では、現状の技術では、送信部１０１が送信する送信信号ＳＤが受信部１０２へ漏れ込む前提に基づき、ヌル帯域ｆｎを用い他のシステムからの干渉および雑音となる信号（受信信号ＲＤ）の電力を測定する。ヌル帯域ｆｎは、１チャネル分の周波数帯域のうち送信データ帯域ｆｓの両側に位置する帯域である。
図４は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。図４（ａ）に示すように、ノイズ信号測定部１０５は、周波数変換部（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）４００と、電力測定部１（４０１）と、電力測定部２（４０２）と、を含む。
ＦＦＴ４００は、キャンセラー１２４が出力する受信信号の電力をフーリエ変換により、図４（ｂ）に示す周波数軸に変換する。ＦＦＴ４００は、自装置が受信中の場合は、電力測定部１（４０１）に周波数変換後の受信信号を出力し、自装置が送信中の場合は、電力測定部２（４０２）に周波数変換後の受信信号を出力する。
電力測定部１（４０１）は、無線装置１００の受信部１０２が受信した１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。図４（ｂ）には、１チャネル分の周波数帯域におけるヌル帯域ｆｎ、および送信データ帯域ｆｓを示す。
電力測定部２（４０２）は、自装置が送信中、１チャネル分の周波数帯域のうち、ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。実施の形態１では、２段のキャンセラー１２１，１２４を設けているが、送信時には送信データ帯域ｆｓで送信する送信信号ＳＤの一部が送信部１０１からサーキュレータ１０３等を介して受信部１０２側に漏れ込むことを前提としている（図３（ａ）参照）。このため、実施の形態１では、自装置の送信中は、送信データ帯域ｆｓの送信信号ＳＤを除くヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音の電力として求める。
上述した説明では、２つの電力測定部１，２（４０１，４０２）をそれぞれ設けることとしたが、これに限らない。一つの電力測定部４０１を用い、受信時には、１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定し、自装置の送信時には、ヌル帯域ｆｎの電力を測定する切り替えを行ってもよい。
電力測定部１（４０１），電力測定部２（４０２）による電力は、ＦＦＴ後の信号を２乗し、その平均を取ることで求める（下記式（１））。
Figure 2018179114
図５は、実施の形態１の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。例えば、ノイズ信号測定部１０５の機能を実現するＣＰＵ２０１の処理内容を示す。
ノイズ信号測定部１０５は、受信信号を周波数変換部４００により周波数変換する（ステップＳ５０１）。次に、ノイズ信号測定部１０５は、自装置が送信信号を送信中であるか判断する（ステップＳ５０２）。自装置が送信中であれば（ステップＳ５０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０３の処理に移行し、自装置が送信中でなければ（ステップＳ５０２：Ｎｏ）、ステップＳ５０４の処理に移行する。
ステップＳ５０３では、自装置が送信中であるためノイズ信号測定部１０５は、電力測定部２（４０２）によりヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ５０３、図３（ａ）参照）。そして、測定したヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ５０５）、以上の処理を終了する。記憶部は、図２に示すメモリ２０２や拡張メモリ２０３であり、干渉・雑音電力を蓄積していくことができる。
ステップＳ５０４では、自装置が送信中ではないためノイズ信号測定部１０５は、電力測定部１（４０１）により、送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ５０４、図３（ｂ）参照）。そして、測定した送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ５０５）、以上の処理を終了する。
以上説明した実施の形態１によれば、サーキュレータを用い、自装置が送信信号の送信中においても信号を受信可能にする。そして、送信信号の送信中には、外部から受信したヌル帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。また、自装置が受信信号を受信中には、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
実施の形態１によれば、自装置が送信信号の送信中においても、外部の他のシステムが送信する同一周波数の電波を受信することで、他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。この際、送信中の送信信号が受信部に漏れ込んでも、この漏れ込み分、すなわち送信信号の送信データ帯域を除くヌル帯域の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できるようになる。
このように、実施の形態１によれば、自装置の受信中に加え自装置の送信中、すなわち、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができるようになる。
例えば、統計情報の解析により、他のシステムが送信すると予測した期間は、自装置が送信信号を送信しない期間の設定や、逆に、他のシステムが送信しないと予測した期間は、自装置が送信信号を送信する期間の設定が行えるようになる。これにより、自装置と他のシステムとが効率的に同一の周波数帯域を使用できるようになり、同一の周波数帯域を使用する多数のシステムと共存することができるようになる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、無線装置１００の送信信号が受信部１０２に漏れ込むことを前提として説明した。実施の形態２では、無線装置１００の送信信号が受信部１０２に漏れ込まないことを前提とする干渉・雑音の電力測定について説明する。
実施の形態２の無線装置１００の構成は、基本的に実施の形態１（図１）で説明した構成と同様である。例えば、将来、キャンセラー１２１、１２４の性能向上や、送信信号の漏れ対策等が進むことで、送信信号が受信部に漏れ込まないことが期待できる。
図６は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定部の処理を説明する図である。図６（ａ）に示すように、ノイズ信号測定部１０５は、周波数変換部（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）４００と、電力測定部６０１を含む。
ＦＦＴ４００は、実施の形態１（図４参照）同様に、キャンセラー１２４が出力する受信信号を図６（ｂ）に示す周波数軸に変換する。
電力測定部６０１は、無線装置１００が送信データの送信中、および受信中のいずれにおいても、１チャネル分の周波数帯域全体である送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する。図６（ｂ）には、１チャネル分の周波数帯域におけるヌル帯域ｆｎ、および送信データ帯域ｆｓを示す。
このように、実施の形態２では、自装置の受信中に加え送信中においても、送信データ帯域ｆｓの送信信号ＳＤが受信部１０２に漏れ込まないことを前提として、電力測定部６０１はチャネル全体の電力を干渉・雑音の電力として求める。
図７は、実施の形態２の無線装置のノイズ信号測定の処理手順を示すフローチャートである。例えば、ノイズ信号測定部１０５の機能を実現するＣＰＵ２０１の処理内容を示す。
ノイズ信号測定部１０５は、受信信号の電力を周波数変換部４００により周波数変換する（ステップＳ７０１）。次に、ノイズ信号測定部１０５は、自装置が送信信号の送信中および受信信号の受信中のいずれにおいても、電力測定部６０１により、送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を測定する（ステップＳ７０２、図３（ｂ）参照）。そして、測定した送信データ帯域ｆｓ＋ヌル帯域ｆｎの電力を干渉・雑音電力として記憶部に保存し（ステップＳ７０３）、以上の処理を終了する。
以上説明した実施の形態２によれば、自装置による送信中の送信信号が受信部に漏れ込まない構成である。このため、信号の送信中および受信中のいずれの期間においても、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域全体を有効に用いて電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
実施の形態２によれば、自装置が送信信号の送信中であるか否かにかかわらず、送信信号が受信部に漏れ込むことがない。このため、自装置の送信中および受信中の全ての期間における受信信号の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できるようになる。
このように、実施の形態２によれば、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できるようになる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができるようになる。
（既存の技術との対比）
次に、既存の技術について説明し、上記各実施の形態と対比説明する。図８は、ＩＳＭバンドを使用する各種システムを示す図である。横軸は周波数である。ＩＳＭバンドは同一周波数を使用する複数のシステムが存在する。例えば、２．４ＧＨｚ帯は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、モバイルルータ、アマチュア無線、医療用マイクロ波加熱装置、電子レンジ等がある。５ＧＨｚ帯には、Ｗｉ−Ｆｉ、気象等の各種レーダ、固定／探索の衛星、電波天文、マイクロ波着陸誘導、航空無線航行、アマチュア無線等がある。
ＩＳＭバンドは、無線局免許状と電波利用料が不要であり、このＩＳＭバンドを使用するシステムが年々増加しており、ＩＳＭバンドの同一周波数において各システムが互いに干渉を起こすことなく共存することが求められる。干渉の状態を把握するためには、一定時間の連続した無線電波を測定し、統計情報等を作成する必要がある。
図９は、既存の技術による他のシステムの干渉の把握が困難なことを説明する図である。横軸は時間、縦軸は電力レベルである。図９（ａ）に示すように、自装置の受信期間中は、他のシステムの信号を受信し、他のシステムが送信した信号（図の受信信号ＲＤ）を測定可能である。受信信号ＲＤは、自装置に対して送信された信号以外の干渉・ノイズの要因となる信号を含む。
しかし、図９（ｂ）に示す自装置の送信期間中は、自装置が送信する送信信号ＳＤの中に他のシステムからの信号（受信信号ＲＤ）が埋もれてしまい、他システムからの受信信号ＲＤを測定することができない。このため、上述した自システムが送信している時間帯における干渉の状態を把握することができなかった。
これにより、既存の技術では、自装置に対する干渉や雑音の影響を把握するために、一定時間連続して無線電波を測定して干渉や雑音の電力の状況を統計化することができなかった。すなわち、既存の技術では、自装置の送信の期間中は、他のシステムからの干渉や雑音そのものを測定できないため、統計化のための情報が不足し、十分な対策を施すことができなかった。
図１０は、既存の技術による無線装置の構成例を示すブロック図である。無線装置１０００は、送信部１００１と、スイッチ１００２と、アンテナ１００３と、受信部１００４と、デジタル信号処理部１００５と、を有している。
無線装置１０００は、信号送信時、デジタル信号処理部１００５により信号処理した送信信号を送信部１００１により無線送信処理を行い、スイッチ１００２を切り替えて、アンテナ１００３から無線電波により送信する。信号受信時には、アンテナ１００３で受信した無線電波をスイッチ１００２の切り替えにより受信部１００４側に出力して受信処理を行い、デジタル信号処理部１００５により信号処理する。
例えば、無線ＬＡＮ等の無線装置１０００は、図１０に示したように、信号の送受信をスイッチ１００２で切り替えている。このため、自装置の信号を送信しながら、他のシステムの信号を受信することができない構造となっている。
これに対し、各実施の形態の無線装置では、サーキュレータを用い、自装置が送信信号の送信中においても信号を受信可能である。そして、ノイズ信号測定部により、送信信号の送信中は、外部から受信したヌル帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。また、自装置が受信信号を受信中には、送信データ帯域＋ヌル帯域、すなわち１チャネル分の周波数帯域の電力を求め、この電力を干渉・雑音の電力として測定する。
このように、実施の形態によれば、自装置が送信信号の送信中においても、外部の他のシステムが送信する電波を受信することで、他のシステムからの干渉・雑音を測定できる。この際、送信中の送信信号が受信部に漏れ込んでも、この漏れ込み分、すなわち送信信号の送信データ帯域を除くヌル帯域の電力を測定することで、外部の他のシステムが送信する電波による干渉・雑音電力を測定できる。
したがって、実施の形態によれば、自装置の受信中に加え自装置の送信中、すなわち、自装置が稼働する連続した全期間における他のシステムからの干渉・雑音を測定できる。測定した全期間の干渉・雑音の電力は記憶部に蓄積記憶でき、自装置に対する干渉・雑音の統計情報として用いることができる。これにより、十分な統計情報が得られ、同一周波数を用いる他のシステムによる干渉および雑音の影響を正確に把握し、適切な対策を施すことができる。
例えば、統計情報の解析により、他のシステムが送信すると予測した期間は、自装置が送信信号を送信しない期間を設定する。逆に、他のシステムが送信しないと予測した期間は、自装置が送信信号を送信する期間を設定する。これにより、他のシステムと効率的に同一の周波数帯域を使用できるようになり、同一の周波数帯域を使用する多数のシステムと共存することができるようになる。
このように、各実施の形態によれば、簡単な構成で、他のシステムが干渉源および雑音源となる電力が測定でき、同一周波数を用いる他のシステムからの干渉および雑音の影響を受けずに無線通信が行えるようになる。同時に、自装置が同一周波数を用いる他のシステムに対して干渉源およびノイズ源となる通信を防ぐこともできるようになる。
そして、各実施の形態で説明した無線装置は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉの無線ＬＡＮアクセスポイント等、図８に示したＩＳＭバンド等の同一周波数を無線通信に使用する各種装置に適用できる。
また、上記各実施の形態では、サーキュレータを用いる例を説明したが、信号の送信と受信を同時に行える機能を有する送受信同時分配器を用いることにより、同様の作用効果を得ることができる。
なお、本実施の形態で説明した無線ノイズ測定方法は、予め用意された制御プログラムを対象機器（上記無線装置）のコンピュータ（ＣＰＵ等）が実行することにより実現することができる。本制御プログラムは、磁気ディスク、光ディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）フラッシュメモリなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）他のシステムと同一の周波数帯域を用いる無線装置であって、
無線電波を送受信するアンテナと、
送受信する信号の信号処理を行うベースバンド部と、
前記ベースバンド部が出力する信号を無線信号に変換して前記アンテナに出力する送信部と、
前記アンテナが受信した無線信号を信号に変換して前記ベースバンド部に出力する受信部と、
前記送信部が送信出力する前記無線信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナが受信した前記無線信号を前記受信部に出力するサーキュレータと、
前記送信部が送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、前記送信部による前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定するノイズ信号測定部と、
を有することを特徴とする無線装置。
（付記２）前記ノイズ信号測定部は、受信した前記信号の電力を周波数変換するフーリエ変換部と、
前記送信部による前記無線信号の送信期間中は、前記周波数帯域のうち送信データ帯域を除くヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の無線装置。
（付記３）前記ノイズ信号測定部は、さらに、
前記送信部による前記無線信号を送信していない期間中は、前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部を有することを特徴とする付記２に記載の無線装置。
（付記４）前記受信部は、前記送信部が送信する前記無線信号が前記受信部へ漏れ込むことを抑制するキャンセラーを有することを特徴とする付記１に記載の無線装置。
（付記５）前記ベースバンド部は、前記送信部が送信する前記信号が受信した信号へ漏れ込むことを抑制するキャンセラーを有することを特徴とする付記４に記載の無線装置。
（付記６）前記ノイズ信号測定部は、受信した前記信号の電力を周波数変換するフーリエ変換部と、
前記送信部の前記無線信号の前記受信部への漏れ込みが生じない場合、前記送信部による送信および前記受信部による受信の期間中は、いずれも前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の無線装置。
（付記７）前記ノイズ信号測定部は、前記電力測定部が測定した前記電力の情報をメモリに蓄積記憶することを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の無線装置。
（付記８）他のシステムと同一の周波数帯域を用い、無線信号の送信と受信とを同時に行える無線装置における無線ノイズ測定方法であって、
送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、
前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
ことを特徴とする無線ノイズ測定方法。
（付記９）受信した前記無線信号の電力を周波数変換し、
前記無線信号の送信期間中は、前記周波数帯域のうち送信データ帯域を除くヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
ことを特徴とする付記８に記載の無線ノイズ測定方法。
（付記１０）前記無線信号を送信していない期間中は、前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
ことを特徴とする付記９に記載の無線ノイズ測定方法。
１００ 無線装置
１０１ 送信部
１０２ 受信部
１０３ サーキュレータ
１０４ アンテナ
１０５ ノイズ信号測定部
１１０ ベースバンド（ＢＢ）部
１１１ 変調器
１１３ 発振器
１１４ ＰＡ
１２１，１２４ キャンセラー
１２２ ＬＮＡ
１２３ ＤＡＣ
１２５ 復調器
２００ 制御部
２０１ ＣＰＵ
２０２ メモリ
４００ ＦＦＴ
４０１，４０２，６０１ 電力測定部
ＲＤ 受信信号（干渉・雑音信号）
ＳＤ 送信信号
ｆｎ ヌル帯域
ｆｓ 送信データ帯域

Claims (10)

  1. 他のシステムと同一の周波数帯域を用いる無線装置であって、
    無線電波を送受信するアンテナと、
    送受信する信号の信号処理を行うベースバンド部と、
    前記ベースバンド部が出力する信号を無線信号に変換して前記アンテナに出力する送信部と、
    前記アンテナが受信した無線信号を信号に変換して前記ベースバンド部に出力する受信部と、
    前記送信部が送信出力する前記無線信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナが受信した前記無線信号を前記受信部に出力するサーキュレータと、
    前記送信部が送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、前記送信部による前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定するノイズ信号測定部と、
    を有することを特徴とする無線装置。
  2. 前記ノイズ信号測定部は、受信した前記信号の電力を周波数変換するフーリエ変換部と、
    前記送信部による前記無線信号の送信期間中は、前記周波数帯域のうち送信データ帯域を除くヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
  3. 前記ノイズ信号測定部は、さらに、
    前記送信部による前記無線信号を送信していない期間中は、前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部を有することを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
  4. 前記受信部は、前記送信部が送信する前記無線信号が前記受信部へ漏れ込むことを抑制するキャンセラーを有することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
  5. 前記ベースバンド部は、前記送信部が送信する前記信号が受信した信号へ漏れ込むことを抑制するキャンセラーを有することを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
  6. 前記ノイズ信号測定部は、受信した前記信号の電力を周波数変換するフーリエ変換部と、
    前記送信部の前記無線信号の前記受信部への漏れ込みが生じない場合、前記送信部による送信および前記受信部による受信の期間中は、いずれも前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する電力測定部と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
  7. 前記ノイズ信号測定部は、前記電力測定部が測定した前記電力の情報をメモリに蓄積記憶することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の無線装置。
  8. 他のシステムと同一の周波数帯域を用い、無線信号の送信と受信とを同時に行える無線装置における無線ノイズ測定方法であって、
    送信する前記無線信号の受信側への漏れ込みの影響を排除し、
    前記無線信号の送信の期間中、送信の前記無線信号と同一周波数帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
    ことを特徴とする無線ノイズ測定方法。
  9. 受信した前記無線信号の電力を周波数変換し、
    前記無線信号の送信期間中は、前記周波数帯域のうち送信データ帯域を除くヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線ノイズ測定方法。
  10. 前記無線信号を送信していない期間中は、前記周波数帯域の送信データ帯域とヌル帯域で受信した前記無線信号の電力を測定する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線ノイズ測定方法。
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