WO2019008812A1 - 通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

航空機内に配置され、他の通信装置と無線で通信可能な通信装置であって、制御部（１１０）と、送信部（１０６）とを備える。制御部（１１０）は、航空機の高度情報を取得し、高度情報に応じた送信電力を決定する。送信部（１０６）は、決定した送信電力を用いて、他の通信装置に送信データを送信する。

Description

通信装置及び通信制御方法

　本開示は、航空機内において使用される無線の通信装置及び通信制御方法に関する。

　航空機内の通信環境を無線化する需要が増加している。このため、ＷＡＩＣ（Wireless Avionics Intra-Communication）システムが航空機内の無線システムとして標準化されている。ＷＡＩＣシステムの通信装置が使用する無線周波数帯として４．２ＧＨｚ－４．４ＧＨｚ帯がＩＴＵにより割り当てられた。

　航空機には、４．２ＧＨｚ－４．４ＧＨｚ帯の電波を使って航空機の高度を計測する電波高度計が設置されている。よって、ＷＡＩＣシステムの通信装置（無線機）の電波は、電波高度計からの電波と干渉する。このため、電波高度計の動作が妨げられたり、航空機内における通信装置間の無線通信が妨げられるおそれがある。

　電波高度計との干渉を避けるための通信方法はいくつか提案されている（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３を参照）。しかし、航空機内外における環境は多様に変化するため、かかる変化があっても安定して無線通信を可能にすることが求められる。

　本開示においては、航空機内において電波高度計と通信装置間における電波の干渉の影響を防ぐのに有効な通信装置及び通信制御方法を提供することを目的とする。

　本開示における通信装置は、航空機内に配置され、他の通信装置と無線で通信可能な通信装置であって、制御部と、送信部とを備える。制御部は、航空機の高度情報を取得し、高度情報に応じた送信電力を決定する。送信部は、決定した送信電力を用いて、他の通信装置に送信データを送信する。

　本開示に係る通信装置及び通信制御方法は、航空機内において電波高度計と通信装置間における電波の干渉の影響を防ぐのに有効である。

図１は、航空機に搭載されている電波高度計を模式的に示す。 図２は、電波高度計の信号波形を示す。 図３は、ＦＭＣＷ式の電波高度計の内部構成を示す。 図４は、電波高度計のビート信号と受信ＬＰＦの帯域幅の関係を示す。 図５は、実施形態１に係る通信装置の構成を示す。 図６は、送信電力の制御情報の一例を示す。 図７は、送信電力の制御情報の一例を示す。 図８は、送信電力の制御情報の一例を示す。 図９は、実施形態２に係る通信装置の構成を示す。 図１０は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図１１は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図１２は、時間軸に対する通信装置の受信信号を示す。 図１３は、送信フレームを示す。 図１４は、通信装置から送信される送信フレームの状態を示す。 図１５は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図１６は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図１７は、実施形態３に係る通信装置の構成を示す。 図１８は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図１９は、通信装置から送信される送信フレームを示す。 図２０は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図２１は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図２２は、送信フレームの一例を示す。 図２３は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図２４は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図２５は、電波高度計の送信周波数及び通信装置の帯域幅の関係を示す。 図２６は、実施形態４に係る通信装置の構成を示す。 図２７は、ウェイトを変化させたときの電波高度計の信号の受信信号振幅を示す。 図２８は、実施形態５に係る通信装置の構成を示す。 図２９は、電波高度計の送信信号の波形の例を示す。 図３０は、電波高度計の送信信号の波形の例を示す。 図３１は、電波高度計の送信信号の波形の例を示す。 図３２は、電波高度計の送信信号の波形の例を示す。 図３３は、電波高度計の送信信号の波形の例を示す。 図３４は、航空機内における複数の通信装置の位置関係を示す。 図３５は、実施形態６に係る制御装置の構成を示す。 図３６は、実施形態６に係る通信装置の構成を示す。 図３７は、実施形態７に係る複数の通信装置のアンテナ指向性を示す。 図３８は、実施形態８に係る航空機に配置された複数の通信装置と電波高度計を示す。 図３９は、実施形態８に係る通信装置の構成を示す。 図４０は、実施形態９に係る通信装置の構成を示す。 図４１は、実施形態９に係る通信装置による送信信号の状態を示す。 図４２は、実施形態１０に係る航空機に配置された複数の通信装置と電波高度計を示す。 図４３は、実施形態１０に係る制御装置の構成を示す。 図４４は、実施形態１１における複数の航空機の位置関係を示す。 図４５は、実施形態１１に係る通信装置の構成を示す。 図４６は、実施形態１２に係る航空機に配置された複数の通信装置と他の航空機に配された電波高度計との位置関係を示す。 図４７は、実施形態１３に係る航空機に配置された複数の通信装置と電波高度計を示す。 図４８は、電波高度計の干渉信号と通信装置の受信信号のスペクトルを示す。 図４９は、電波高度計の干渉信号と通信装置の受信信号のスペクトルを示す。 図５０は、実施形態１３に係る通信装置の受信部の構成を示す。 図５１は、電波高度計の干渉信号と実施形態１３に係る通信装置の受信信号のスペクトルを示す。 図５２は、電波高度計の干渉信号と実施形態１３に係る通信装置の受信信号のスペクトルを示す。 図５３は、電波高度計の干渉信号と実施形態１３に係る通信装置の受信信号のスペクトルを示す。 図５４は、電波高度計の干渉信号と実施形態１３に係る通信装置の受信信号のスペクトルを示す。

　以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

　なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

　＜電波高度計＞
　図１は、航空機１の底部１０ｂに搭載されている電波高度計２を模式的に示す。電波高度計２は、送信部３と受信部４とを備える。送信部３は、送信波ＴＷを送信する。送信波ＴＷは、航空機１の底部１０ｂから下向き、つまり地面Ｇ方向に対して放射される。送信波ＴＷは地面Ｇで反射し、反射波である受信波ＲＷとして受信部４で受信される。このとき、受信部４で受信される受信波ＲＷは、送信部３が送信した送信波ＴＷより、遅延して受信される。遅延時間は、（２×高度）／光速に等しい。よって、この遅延時間から航空機１の高度を求めることができる。

　図２は、電波高度計２の信号波形を示す。民生の航空機向けの電波高度計としては、ＦＭＣＷ（Frequency modulated continuous waves）型の電波高度計が広く使われている。ＦＭＣＷ式の電波高度計は、搬送波を周波数変調することにより送信波を送信する。図２に示すように、送信部３からの送信波ＴＷの搬送波周波数は、与えられた周波数帯域の中で連続してスイープされ、スイープ波形を形成する。スイープ波形は三角波で、スイープ周波数は多くの場合５０Ｈｚから３００Ｈｚの間である。送信部３は、スイープ波形のレベルが高くなれば搬送波の周波数を高くし、低くなれば搬送波の周波数を低くするように変調を行う。

　前述のとおり、電波高度計２は、４．２－４．４ＧＨｚ帯で動作する。電波高度計２が利用可能な２００ＭＨｚの周波数帯域のうち、中間の１００～１５０ＭＨｚが多くの場合使用される。送信電力のレンジは、１０ｍＷ （＋１０ ｄＢｍ） ～ ５００ ｍＷ （＋２７ ｄＢｍ）までである。

　受信部４で受信する受信波ＲＷは、送信波ＴＷに比べて遅延しているため、受信波ＲＷの周波数は送信波ＴＷの周波数と異なる。もし、送信波ＴＷの周波数の変化（スイープ）速度が一定であれば、遅延時間、すなわち高度は、計測された送信波ＴＷの周波数と受信波ＲＷの周波数との差に直接比例する。

　図３は、ＦＭＣＷ式の電波高度計２の一般的な内部構成図である。受信アンテナを含む受信部４は、受信波を周波数ミキサ２２に入力する。周波数ミキサ２２からは、送信波と受信波の周波数の差分が出力される。一方、送信アンテナを含む送信部３は、送信波のうち一部をホモダイン式の周波数ミキサ２２に入力する。その出力を受信ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４に入力する。受信ＬＰＦ２４は、受信ミキサ２２の出力から送信部３と受信部４の周波数差であるビート信号を検出する。

　周波数カウンタ２６は、ビート信号の周波数（ビート周波数）を検出する。ビート周波数は多くの場合１ＭＨｚ以下である。電波高度計２はビート周波数から高度を推定し、高度警報部２７や高度表示器２８に出力する。ビート周波数が高ければ、図２の遅延時間Δｔは大きくなり、ビート周波数が低ければ遅延時間Δｔは小さくなる。

　電波高度計２は送信波を生成するための、スィープ生成器２９と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０とを備える。スィープ生成器２９は、三角形のスィープ波形を生成する。電圧制御発振器３０は、生成されたスィープ波形信号を入力し、スィープ波形に対応した電圧の値により周波数が変化する電波信号を生成する。生成された電波は、バッファアンプ３１を通って送信部３より送信される。

　図４は、ビート信号と受信ＬＰＦ２４の帯域幅の関係を示す。周波数ミキサ２２は、電波高度計２の送信周波数ｆｔと受信周波数ｆｒの乗算を行い、その結果得られるｆｔ＋ｆｒの成分とｆｔ－ｆｒの成分のうち、ビート信号に相当する差の成分（ｆｔ－ｆｒ）のみを受信ＬＰＦ２４により取り出す。受信ＬＰＦ２４の帯域幅Ｂｌｐｆは、ビート周波数より大きく、かつ、和の成分（ｆｔ＋ｆｒ）より小さくなるように設計されている。

　前述の通り、典型的な電波高度計は、ＷＡＩＣシステムに割り当てられた４．２－４．４ＧＨｚ帯の２００ＭＨｚの周波数の中心の１００～１５０ＭＨｚを連続的に使用する。そのため、ＷＡＩＣシステムの通信装置は、電波高度計と同じ周波数帯を用いるため干渉が発生する。特に、電波高度計の受信信号に干渉成分が含まれると、航空機の航行高度に誤差が生じてしまい、安全な航行に支障をきたすため、干渉を避けなければいけない。

　本開示は、電波高度計へ干渉を与えないような送信方法を採ることで、電波高度計が使用している周波数帯でも使用可能な通信装置に関するものである。例えば、図４で示した電波高度計の受信ＬＰＦ２４の帯域幅Ｂｌｐｆ内に通信装置の送信信号が含まれないように送信することにより、電波高度計に干渉を与えないようにする。例えば、後述するように、通信装置の送信信号が使用する周波数と、電波高度計の送信信号の周波数の差の絶対値が、電波高度計の受信信号に適用するＬＰＦの遮断周波数より大きくなるように、送信信号の周波数スペクトルを制御する。通信装置の信号が受信ＬＰＦ２４の帯域幅Ｂｌｐｆ外に存在する場合、この信号は電波高度計の受信ＬＰＦ２４でカットされるため電波高度計へ干渉を与えない。すなわち通信装置は、電波高度計の周波数スイープのタイミングに応じて、電波高度計の受信ＬＰＦ２４の帯域幅の外側の周波数帯域を使って信号の送受信を行う。

　（実施形態１）
　本実施形態においては、航空機内で使用される通信装置は、航空機の高度に応じて無線信号を送信する送信電力を変更する。

　図５は、実施形態１に係る通信装置１００の構成を示す。通信装置１００は、アンテナ１１１、受信部１０２、復号部１０３、通信制御部１０４、符号化部１０５、送信部１０６、高度情報取得部１０７、及び送信電力制御部１０８を備える。

　通信装置１００は、アンテナ１１１で受信された信号を受信部１０２に送る。受信部１０２は受信処理を行い、デジタル化された受信信号を復号部１０３に送る。

　通信装置１００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ１１０を備える。プロセッサ１１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部１０３、通信制御部１０４、符号化部１０５、高度情報取得部１０７、及び送信電力制御部１０８の機能を実現する。

　復号部１０３は、受信信号を復号し、受信データを取り出す。通信制御部１０４は、受信データに記述されている宛先を読み、受信データが自局あてのデータである場合、受信データの処理を行う。

　高度情報取得部１０７は、航空機１の高度情報を取得し、取得した高度情報を通信制御部１０４に送る。高度情報取得部１０７が航空機１の高度を取得する方法として、電波高度計２やその他の計器と接続することで現在の高度から取得する方法、また高度情報を保持している他の通信装置から通知を受ける方法、航空機の乗務員が高度情報を入力することで取得する方法等がある。

　通信装置１００が、他の通信装置に信号を送信するとき、通信制御部１０４は、送信するデータの生成、及び、送信パラメータを決定する。送信パラメータとして、符号化方式、符号化率、変調方式、周波数帯域、プリコーディング情報、使用チャネル、送信電力等がある。通信制御部１０４は、高度情報取得部１０７が取得した高度情報に基づいて、通信装置１００の送信電力を決定し、送信電力制御部１０８に送る。

　一例として、通信制御部１０４は、図６に示される条件に従って送信電力を決定する。高度情報として、航空機１の高度が４０００フィート以上である場合、通信制御部１０４は、送信電力として１０ｄＢｍを使用する。一方、航空機１の高度が４０００フィート未満である場合、通信制御部は送信電力として１ｄＢｍを使用する。

　このようにすることで、航空機１の高度が低く、電波高度計２が動作している高度では、送信電力を低くすることで、通信装置１００が電波高度計２に与える干渉の影響を少なくすることができる。一方、航空機１の高度が高く、電波高度計が動作していない高度では、電波高度計２への干渉の影響を考慮する必要はないため、通信装置１００は高い送信電力を用いて通信を行う。なお、図６で４０００フィートを境界に送信電力を切り替えているのは、電波高度計２の使用を停止する高度が４０００フィートである場合の一例である。送信電力切り替えの境界値は、使用する電波高度計の種類や実運用に応じた値を用いる。また、送信電力の値も一例に過ぎず、変更してもよい。

　通信制御部１０４は、符号化部１０５に送信データを送る。符号化部１０５は、送信データに対して、通信制御部１０４が定めたパラメータに従った符号化処理を行い、符号化データを作成する。送信部１０６は、符号化データを変調しアンテナ１１１に送信する。このとき、送信電力制御部１０８は、送信部１０６から送信される送信信号の送信電力を通信制御部１０４が決定した送信電力の値となるよう制御する。

　本実施形態では、高度情報に応じて２つの送信電力の値を使用する通信制御部１０４について記述したが、これに限るわけではなく、送信電力の値は３つ以上使用してもよい。例えば、通信制御部１０４は、図７に示すように、電波高度計２が動作している間において、高度情報が示す高度が低くなるに従い、通信装置１００の送信電力が増加する、というような決定方法をとってもよい。

　図３に示す電波高度計２の受信部４は、送信部３が送信した電波が地表で反射した電波を受信する。このため、一般に高度が低い場合の方が電波高度計２の受信電力は高くなる。そのため、電波高度計２の動作に影響を与えないＳＩ比（信号対干渉電力比）が高度によらず一定とすると、高度が低い場合の方がより高い干渉電力を許容することができる。

　なお、本実施形態では、高度情報取得部１０７は、航空機１の高度情報を取得することについて記述したが、高度情報は実際の高度の値でもよいし、高度の値を符号化した値であってもよい。例えば図８に示すような２進数の記号で表した高度情報であっても、本発明による効果を得ることができる。

　本実施形態では、通信制御部１０４は、高度情報に応じて送信電力を決定する制御を行うとしたが、送信電力に合わせて符号化・変調方式（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｄｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ）を決定する制御を行ってもよい。この場合、通信制御部１０４は、航空機１の高度が高く電波高度計２への干渉が問題とならない場合は、高い送信電力を決定し、かつ変調多値数が多く、符号化率が高いＭＣＳを選択する。一方、航空機１の高度が低く電波高度計への干渉の可能性がある場合は、通信制御部１０４は、低い送信電力を決定し、かつ変調多値数が少なく、符号化率が低いＭＣＳを選択する。このようにすることで、通信装置１００は、低い送信電力であっても、ＭＣＳを下げることでビット誤り確率の低い通信を実現することができる。

　また、通信制御部１０４は、送信電力を制御する方法として、送信信号を拡散し、単位周波数当たりの送信電力を下げる処理を採用してもよい、この場合、送信部１０６は、符号化データを変調処理する際に、拡散処理を行うことで、スペクトル拡散信号を生成し、アンテナ１１１から送信する。このようにすることで、電波高度計２が使用している周波数における干渉電力を低減することができる。

　以上のように、本開示に係る通信装置１００は、電波高度計２の信号の受信電力と、通信装置１００からの干渉電力との比であるＳＩ比が、電波高度計２の動作に影響を与えない程度に十分高い値とすることができる。よって、通信装置１００による通信は、電波高度計２へ干渉を抑制でき、電波高度計２が使用している周波数帯でも使用可能できる。

　（実施形態２）
　本実施形態に係る通信装置１００は、電波高度計２が周波数チャネル内の周波数を使って信号を送信している場合は、当該周波数チャネル内の周波数を使って通信を行わないように、通信制御を実行する。

　図９は、本実施形態に係る通信装置２００の構成を示す。通信装置２００は、アンテナ２１１、受信部２０２、復号部２０３、通信制御部２０４、符号化部２０５及び送信部２０６を備える。

　通信装置２００は、アンテナ２１１で受信された信号を受信部２０２に送る。受信部２０２は受信処理を行い、デジタル化された受信信号を復号部２０３に送る。

　通信装置２００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ１１０を備える。プロセッサ２１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部２０３、通信制御部２０４、及び符号化部２０５の機能を実現する。

　復号部２０３は、受信信号を復号し、受信データを取り出す。通信制御部２０４は、受信データに記述されている宛先を読み、受信データが自局あてのデータである場合、受信データの処理を行う。

　通信制御部２０４は、送信時、電波高度計２が、通信装置２００が現在使用している周波数チャネルを使用していないタイミングで、送信データを送るよう送信タイミングの制御を行う。送信可能なタイミングの場合、通信制御部２０４は送信データを符号化部２０５に送る。符号化部２０５は、送信データの符号化を行う。送信部２０６は、符号化された送信データを変調して送信信号を生成し、アンテナ２１１に送信する。

　次に、通信装置２００が、電波高度計２が該当周波数チャネルを使用するタイミングを推定する方法について述べる。

　図１０に示す通り、通信装置２００は帯域幅Ｂｗａｉｃの周波数チャネルＣＨａを使用しているとする。電波高度計２の送信周波数ｆｒａは、電波高度計２の周波数帯域幅Ｂｒａの下限から上限を繰り返しスイープしている。図１０では、電波高度計２の送信周波数ｆｒａは通信装置２００が使用している周波数チャネルＣＨａの外側を使用している。

　通信装置２００は、キャリアセンスを行う。他の通信装置からの信号を受信していない場合、通信装置２００の受信部２０２には受信信号（キャリア）は観測されない。

　次に、図１１に示すように、電波高度計２の送信周波数ｆｒａが通信装置１００の周波数チャネルＣＨａ内に存在する場合、通信装置２００の受信部２０２には、電波高度計２の送信信号が現れる。

　図１２は、時間に対する通信装置２００の受信信号の様子を示す。図１２において、時刻ｔ１からｔ２の間は、電波高度計２の送信信号の周波数ｆｒａが、周波数チャネルＣＨａ内に存在する時間である。通信装置２００の受信部２０２には、受信信号が観測される。また、時刻ｔ３からｔ４の間と時刻ｔ５からｔ６の間も同様である。

　ここで、通信装置２００は、受信部２０２での受信波形において、波形が現れる時刻の間隔を観測することで、電波高度計２の周波数スイープの周期を推定することができる。通信装置２００の通信制御部２０４は、この周期に基づいて、電波高度計２の送信信号が周波数チャネルＣＨａ内の周波数を使用していない時刻、すなわち電波高度計２へ干渉を与えない時刻を推定し、そのタイミングで送信データを送信する。

　なお、電波高度計２への干渉は、電波高度計２の受信部４（図３）において発生する。そこで、電波高度計２の送信部３により送信した信号が、地表で反射して受信部４に届くまでの時間差Δtを、電波高度計２の送信信号が通信装置２００の受信部２０２に現れなくなる時刻に足した時刻より後を電波高度計２へ干渉を与えない時間とする。Δｔは、航空機の航行高度によって変化するため、通信制御部２０４は、電波高度計２を使用する最高高度、又は電波高度計２が計測を保証する最高高度の時の時間差をΔｔとして用いてもよい。これにより、高度に依存せず電波高度計２への干渉を回避することができる。

　なお、通信装置２００が送信する送信データは、図１３に示すように、送信データの単位長さの一例であるフレーム単位で送信される。通信装置２００が送信フレームを送信する時間が、現時刻から次の電波高度計２の送信信号がＣＨａを使用する時刻ｔ１までの時間より長くかかる場合がある。このようなことが予想される場合、通信装置２００の通信制御部２０４は、送信データを分割し、二つの送信フレームを作成する。

　通信制御部２０４は、図１４に示す送信フレームＡの長さを、現時刻から時刻ｔ１までの間に送信完了できる長さに設定する。また、通信装置２００は、送信フレームＢを、電波高度計２の送信信号がＣＨａの周波数を使用しなくなった後に送信する。このようにすることで、送信データのサイズが多い場合であっても、電波高度計２へ干渉を与えることなく、送信データを送ることができる。

　上記では送信フレームを二つに分割する場合について述べたが、これに限らず、三つ以上に分割する場合や、分割した送信フレームの送信間隔を広くしても、本開示の効果を享受することができる。

　通信装置２００が送信フレームを二つ以上に分割する場合、送信フレームＡを受信した他の通信装置がＡＣＫフレームを送信すると、電波高度計２へ干渉を与える可能性がある。このような場合、通信装置２００は、複数のデータに対してＡＣＫを一括して返す仕組みであるブロックＡＣＫ機能を使用することで、他の通信装置が、送信フレームＡを送信後にＡＣＫフレームを送信することを回避することができる。

　（実施形態３）
　本実施形態に係る通信装置３００は、電波高度計２が使用している周波数帯域以外を使用して通信を行う。

　ここでは、広帯域伝送を行う通信装置を考える。例えば、通信装置が使用する帯域幅が、電波高度計２が使用する帯域幅と等しいか、より広い場合、例えば実施形態２の通信装置２００では、受信部２０２によって電波高度計の送信周波数ｆｒａが検出されるため、送信可能となる時間が発生しない。また、図１５及び図１６に示すように、通信装置が使用する帯域幅ＣＨｂが、電波高度計２が使用する帯域幅Ｂｒａより狭い場合であっても、その多くの部分が重複する場合は、通信装置が送信可能となる時間が少なくなる、という問題が発生する。そのため、本実施形態では、そのような状態でも動作する通信装置について記述する。

　図１７は、本実施形態の通信装置３００を示す。通信装置３００は、実施形態２の通信装置２００と同様の構成であり、アンテナ３１１、受信部３０２、復号部３０３、通信制御部３０４、符号化部３０５及び送信部３０６を備える。

　通信装置３００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ３１０を備える。プロセッサ３１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部３０３、通信制御部３０４、及び符号化部３０５の機能を実現する。

　特に、通信装置３００は、電波高度計２への干渉を避けるため、図１８に示すスペクトルＳ１１を有する信号を送信する。図１８に示す通り、スペクトルＳ１１は、電波高度計２が使用している周波数ｆｒａを含むＢｎｕｌｌの帯域幅のスペクトラムノッチを含む。ここで、通信装置３００における通信制御部３０４は、スペクトラムノッチの幅Ｂｎｕｌｌを次の基準を満たすように設定する。

　電波高度計２がサポートする最大測定可能高度Ｈｍａｘに対応するビート周波数をｆｂｍａｘ、電波高度計２の受信ＬＰＦの帯域幅Ｂｌｐｆとする。

　図１９から図２１に示すように、図１９に示す通信装置３００が送信する送信フレームの送信開始時刻ｔｓにおける電波高度計２の送信周波数ｆｒａ１と、送信フレームの送信終了時刻ｔｅにおける電波高度計２の送信周波数ｆｒａ２の差を、ｆａｄｉｆｆとする。

　Ｂｎｕｌｌは、
　ｆｂｍａｘ＋Ｂｌｐｆ＋ｆａｄｉｆｆ（式１）
より大きな値とすることで、通信装置３００は、電波高度計２に干渉を与えることなく、送信フレームを送信することができる。

　また、通信制御部３０４は、Ｂｎｕｌｌの下限と上限の周波数を、それぞれ、
　ｆｒａ１－（ｆｂｍａｘ+Ｂｌｐｆ）（式２）
　ｆｒａ２＋（ｆｂｍａｘ+Ｂｌｐｆ）（式３）
と設定する。

　なお、本実施形態の通信制御部３０４は、ビート周波数として最大値のｆｂｍａｘを用いたが、これに限るものではなく、現在の航空機の高度に相当するビート周波数ｆｂｎｏｗを用いてもよい。このようにすることで、通信装置３００は、Ｂｎｕｌｌの幅を削減することができ、送信フレームで送信可能なデータ量を多くすることができる。

　通信装置３００における送信部３０６は、通信制御部３０４で決められたスペクトルの送信信号を生成する。ノッチのあるスペクトルの送信信号を生成する方法としては、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア信号のうち、Ｂｎｕｌｌの周波数に相当するサブキャリアをゼロにすることや、プリコーディングのウェイトをかけること、所定の時間だけ遅延させたもう一つの送信信号を重ね合わせることでスペクトルを変形させる、という方法を採ることができる。

　上記の実施形態では、通信制御部３０４が、送信フレームの送信が終了するときの電波高度計２の送信周波数を含んだ周波数をヌルにすることについて記述したが、送信フレームが長く、ｆａｄｉｆｆと通信装置３００の帯域幅Ｂｗａｉｃ２との差が小さくなってくると、Ｂｎｕｌｌを広くとる必要が出てきて、送信に利用できる帯域幅が狭くなってしまう。このような場合は、通信制御部３０４は、図２２から図２５に示すように送信フレームを構成する送信シンボルごとに、Ｂｎｕｌｌの位置を変えることで、電波高度計２への干渉を回避しつつ、長い送信フレームを送信することができる。

　（実施形態４）
　本実施形態では、指向性を電気的に制御できるアダプティブアンテナアレイを備え、電波高度計からの信号電力が最小となるアンテナ指向性パターンで通信を行う通信装置について説明する。

　図２６は、本実施形態における通信装置４００を示す。通信装置４００は、アンテナアレイ４１１、受信部４０２、通信制御部４０４及び送信部４０６を備える。

　通信装置３００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ４１０を備える。プロセッサ４１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部４０３、通信制御部４０４、及び符号化部４０５の機能を実現する。

　アンテナアレイ４１１は、複数のアンテナ素子を備えたアンテナアレイである。受信部４０２は、アンテナアレイ４１１の各アンテナ素子の受信信号にそれぞれウェイト（振幅変化、位相回転）をかけたものを合成して受信する。ここで、受信部４０２で適用するウェイトの決定方法について説明する。

　図２７は、受信部４０２においてウェイトを変化させたときの電波高度計２の信号の受信信号振幅を示す。図２７は、ウェイトをＷ１、Ｗ２、Ｗ３と変化させたときの受信信号振幅の例である。ウェイトを変化させることで、受信信号の振幅が変わる。受信信号振幅が最も小さくなるウェイトパターンを使用すれば、電波高度計２からの干渉が最小となる。

　また、通信装置４００が、時間分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）を用いて、送信と受信とを切り替えている場合、受信で使用したウェイトパターンを送信でも使用すれば、電波高度計２へ与える干渉を少なくすることができる。

　このように、本実施形態の通信装置４００は、受信部４０２でのウェイトパターンを、電波高度計２からの受信信号の振幅が最小となるウェイトパターンにすることで、電波高度計２への干渉、及び電波高度計２からの干渉を小さくすることができる。

　（実施形態５）
　本実施形態では、航空機の高度によって無線信号を送信するパラメータを変更する通信装置について説明する。

　図２８は、通信装置５００の構成を示す。通信装置５００は、実施形態１の通信装置１００と同様に、アンテナ５１１、受信部５０２、復号部５０３、通信制御部５０４、符号化部５０５、送信部５０６、高度情報取得部５０７を備える。通信装置５００は、実施形態１の通信装置１００と同様に、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ５１０を備える。プロセッサ５１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部５０３、通信制御部５０４、符号化部５０５、及び高度情報取得部５０７の機能を実現する。

　通信装置５００が、他の通信装置に信号を送信するとき、通信制御部５０４は、高度情報取得部５０７から現在の高度の情報を取得する。通信制御部２０４は、取得した高度の情報に基づいて、送信するデータの生成、及び、送信パラメータを決定する。送信パラメータは、符号化方式、符号化率、変調方式、帯域幅、プリコーディング情報、使用チャネル、送信電力等である。このようにすることで、航空機１が、高度によって異なる動作をする電波高度計２を備える場合であっても、通信装置２００は、電波高度計２に干渉を与えない送信パラメータを使用することができる。

　図２９から図３３は、電波高度計２の信号の波形の例を示す。図２９は、高度が低いときの電波高度計２の送信周波数と時間の関係を示し、図３０は、高度が高いときの電波高度計２の送信周波数と時間の関係を示す。電波高度計２は、航空機１の航行高度が高くなると、図３０に示すように、送信する三角波の周波数を低くするよう動作を変える。通信装置５００の高度情報取得部５０７は、電波高度計２が動作を切り替える高度及び切り替え後の動作パターンを取得する。これは、通信装置５００が、電波高度計２が動作を変える周波数の情報をあらかじめ記憶する、電波高度計２からの送信信号を受信し観測する、又は電波高度計２の周波数の情報を保持している他の通信装置から通知してもらう、等の手段で、行われる。高度情報取得部５０７は、通信制御部５０４に、現在高度と、電波高度計２が動作を切り替える高度と動作パターンとを伝える。通信制御部５０４は、高度情報取得部５０７から受信した情報に基づいて、通信装置５００の送信パラメータを決定する。通信制御部５０４は、符号化部５０５に送信データを送る。符号化部５０５は、送信データに対して、通信制御部５０４が定めたパラメータに従った符号化処理を行い、符号化データを作成する。送信部５０６は、符号化データを変調しアンテナ５１１から送信する。

　本実施形態では、高度に応じて三角波の周波数の値を変更する電波高度計２の例について説明したが、これに限定されない。例えば、図３１に示す周波数でスイープする帯域幅を図３２に示すような帯域幅に変更する電波高度計２や、図３３に示す、送信する三角波の数を変更する電波高度計２であってもよい。これらの電波高度計２であっても、通信制御部５０４は、その動作の変化に対応して適切な送信パラメータで送信信号を送ることができる。

　（実施形態６）
　本実施形態では、通信装置が設置されている位置に応じて、送信電力などの通信条件の制御を行う通信装置について説明する。

　図３４は、航空機１内における複数の通信装置６００（６００ａ～６００ｃ）の位置関係の一例を示す。制御装置６１００は、無線基地局であり、通信装置６００ａ、通信装置６００ｂ、通信装置６００ｃと通信を行う。制御装置６１００は、各通信装置６００ａ～６００ｃとの間の通信の通信条件を制御する。

　図３５は、制御装置６１００の構成を示す。制御装置６１００は、アンテナ６１１１、受信部６１０２、復号部６１０３、通信制御部６１０４、位置情報取得部６１０７、符号化部６１０５、及び送信部６１０６を備える。位置情報取得部６１０７は、電波高度計２の位置情報と、制御装置６１００が通信を行う複数の通信装置６００ａ～６００ｃが設置されている位置情報とを取得し、メモリに格納する。位置情報取得部６１０７が、各通信装置６００ａ～６００ｃの位置情報を取得する方法としては、各通信装置６００ａ～６００ｃとの通信における受信電力及び伝送路応答から推定する方法や、各通信装置６００ａ～６００ｃの位置が記載されたテーブルを保持しておき、それを参照する、という方法を採ることができる。

　図３６は、通信装置６００（６００ａ～６００ｃ）の構成を示す。通信装置６００は、アンテナ６１１、受信部６０２、復号部６０３、通信制御部６０４、制御情報保持部６０７、符号化部６０５、送信部６０６、及び送信電力制御部６０８を備える。

　制御情報保持部６０７は、例えばメモリであり、制御装置６１００から通知された、通信のための制御情報を保持する。通信制御部６０４は、無線信号の送信及び受信の際に必要な制御情報を制御情報保持部６０７より取得する。

　通信装置６００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ６１０を備える。プロセッサ６１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部６０３、通信制御部６０４、符号化部６０５、及び送信電力制御部６０８の機能を実現する。

　制御装置６１００と通信装置６００の通信手順について説明する。ここで、電波高度計２は機体外部の前方底部に設置されているものとする。制御装置６１００の位置情報取得部６１０７は、通信装置６００ａ、通信装置６００ｂ、通信装置６００ｃの位置情報を取得する。電波高度計２は機体前方底部に設置されている。よって、電波高度計２との干渉の影響は、機体前方窓側に設置されている通信装置６００ａでは大きく、機体中央部に設置されている通信装置６００ｂや機体後方窓側に設置されている通信装置６００ｃでは小さくなる。制御装置６１００が通信装置３００ａと通信を行う場合、制御装置６１００の位置情報取得部６１０７は、通信装置６００ａの位置情報を取得し、通信制御部６１０４に渡す。通信制御部６１０４は、通信装置６００ａの位置情報に基づいて、通信装置６００ａが通信に使う通信条件を決定する。この例では、通信装置６００ａは、電波高度計２へ干渉を与える恐れのある機体前方窓側に位置しているため、低い送信電力を用いる、という条件を付け、その条件を通信装置６００ａに通知するための送信データを作成する。通信制御部６１０４は、送信データを符号化部６１０５に送る。符号化部６１０５は送信データを符号化し、送信部６１０６に送る。送信部６１０６は、符号化データを無線信号で送信できる形式に変調した後、アンテナ６１１１から送信する。

　通信装置６００ａは、制御装置６１００からの信号をアンテナ６１１で受信する。受信部６０２は、受信信号を復調し復調データを作成する。復号部６０３はデジタル化された復調データを復号化し、受信データを得る。通信制御部６０４は、受信データをデコードして、制御装置６１００から通知された通信条件を取得し、制御情報保持部６０７に記憶する。この場合、低送信電力、という条件を保持する。通信装置６００ａが、制御装置６１００又は他の通信装置に信号を送信する際、通信制御部６０４は、制御情報保持部６０７に保持されている通信条件を読み出し、その条件に沿った送信パラメータを決定する。通信制御部６０４は、送信データを符号化部６０５に送る。符号化部６０５は決定された送信パラメータに従い符号化データを作成する。送信部６０６は、決定された送信パラメータに従って符号化データを変調し、無線信号として送信できる形式にする。このとき、送信電力制御部６０８は通信制御部６０４が決定した送信パラメータに従って、無線信号の送信電力を制御する。この場合、送信電力制御部６０８は、送信電力を所定の値より低くする。

　一方、制御装置６１００の通信制御部６１０４は、通信装置６００ｂと通信を行う際、通信装置６００ｂの位置情報に基づき通信装置６００ｂは電波高度計２へ与える干渉の影響が少ないと判断する。この判断に基づき、通信制御部６１０４は、通信装置６００ｂが通信に使う通信条件として、高い送信電力を用いる、という条件を設定し、その条件を通信装置６００ｂに通知するための送信データを作成する。制御装置６１００からの送信データを受け取った通信装置６００ｂは、制御情報保持部６０７に、制御装置６１００から受け取った通信条件を格納し保持させる。この場合、制御情報保持部６０７は、高送信電力、という条件を保持する。通信装置６００ｂが、制御装置６１００又は他の通信装置に信号を送信する際、通信制御部６０４は、制御情報保持部６０７に保持されている、通信条件を読み出し、その条件に沿った送信パラメータを決定する。通信制御部６０４は、送信データを符号化部６０５に送る。符号化部６０５は決定された送信パラメータに従い符号化データを作成する。送信部６０６は、結滞された送信パラメータに従って符号化データを変調し、無線信号として送信できる形式にする。このとき、送信電力制御部６０８は通信制御部６０４が決定した送信パラメータに従って、無線信号の送信電力を制御する。この場合、送信電力制御部６０８は、送信電力を所定の値より高くする。

　制御装置６１００と通信装置６００ｃが通信する場合の制御は、制御装置６１００と通信装置６００ｃと同様である。

　以上の通信制御により、制御装置６１００は、通信装置６００の位置情報に応じて、電波高度計２へ干渉を与える可能性の高い通信装置６００の送信電力を低く設定し、また電波高度計２へ干渉を与える可能性の低い通信装置６００の送信電力を高く設定する。これにより、電波高度計２との共存が可能なＷＡＩＣネットワークを構築できる。

　なお、上記実施形態及び以下の実施形態においては、制御装置６１００を含む制御装置は、通信装置とは独立して設けられているが、複数の通信装置の一つが制御装置の機能（例えば、通信装置６００の通信制御部６０４の機能として）を含んでいてもよい。この場合、各通信装置６００が位置情報を管理する機能を有していてもよい。

　また、通信装置６００が移動体に取り付けられ、移動可能である場合、制御装置６１００は、通信装置６００と電波高度計２との距離を推定し、同推定に基づいて通信装置６００の位置情報を更新するようにしてもよい。

　本実施形態は、図３４に示した制御装置６１００と通信装置６００と電波高度計２の位置関係を用いて説明したがこれに限定されない。通信装置６００の数、制御装置６１００と通信装置６００と電波高度計２の位置が異なっていても、上記例と同様の効果を得ることができる。例として、電波高度計２が機体後方の底部に設置されている場合、制御装置６１００は通信装置６００ｃの送信電力を下げる、という制御を行う。また、通信装置６００が、機体下層部のカーゴエリアに設置されている場合や、機体外部、例えば翼や機体下部に設置されている場合は、制御装置６１００の通信制御部６１０４は、そのような通信装置３００の位置情報から、電波高度計２へ干渉を与える可能性があると判断した場合は、低い送信電力で送信するという通信条件を決定し、通信装置６００に通知する。

　（実施形態７）
　図３５に示す制御装置６１００は、通信装置６００の位置情報に基づき、通信装置６００のアンテナ６１１の指向性パターンを切り替える制御を行ってもよい。この場合の制御装置６１００と通信装置６００の通信手順について説明する。ここで、図３４に示すように、電波高度計２は機体前方底部に設置されている場合で説明する。また、図３６に示す通信装置６００のアンテナ６１１は複数の指向性パターンを備えており、通信制御部６０４は、指向性パターンの切り替え制御を行う。制御装置６１００の位置情報取得部６１０７は、通信装置６００ａ、通信装置６００ｂ、通信装置６００ｃの位置情報を取得する。電波高度計２が機体外部の前方底部に設置されている場合、電波高度計２との干渉の影響は、機体前方窓側に設置されている通信装置６００ａでは大きく、機体中央部に設置されている通信装置６００ｂや機体後方窓側に設置されている通信装置６００ｃでは小さくなる。制御装置６１００が通信装置６００ａと通信を行う場合、制御装置６１００の位置情報取得部６１０７は、通信装置６００ａの位置情報を通信制御部６１０４に渡す。通信制御部６１０４は、通信装置６００ａの位置情報に基づいて、通信装置６００ａが通信に使う通信条件を決定する。ここでは、通信装置６００ａは、電波高度計２へ干渉を与える恐れのある機体前方窓側に位置しているため、最大利得が窓の方向を向いていない指向性パターンを選択、という条件を付け、その条件を通信装置３００ａに通知するための送信データを作成する。通信制御部６１０４は、送信データを符号化部６１０５に送る。符号化部６１０５は送信データを符号化し、送信部６１０６に送る。送信部６１０６は、符号化データを無線信号で送信できる形式に変調した後、アンテナ６１０１から通信装置６００ａに送信する。

　このようにすることで、図３７に示すように、機体前方窓側に設置されている通信装置６００ａは、機体前方中央側に最大利得があるビームパターンＤｒ－ａを用いて、送信信号を送信することができ、機体前方底部に設置されている電波高度計２への干渉を低減することができる。

　電波高度計２との干渉は比較的小さいにある制御装置６１００、通信装置６００ｂ、６００ｃについては、図３７に示すように、通常の最大利得があるビームパターンビームパターンＤｒ－１、Ｄｒ－ｂ、Ｄｒ－ｃを用いる。

　（実施形態８）
　本実施形態では、電波高度計２の近くに設置されており、電波高度計２の動作の情報を他の通信装置に通知する通信装置について説明する。図３８は、航空機１に配置された、電波高度計２、複数の通信装置８００（８００ａ～８００ｃ）を示す。通信装置８００ｃは、電波高度計２の近くに設置されており、電波高度計２の送信部３（図１）が送信する信号を受信できる。

　図３９に通信装置８００の構成を示す。通信装置８００は、アンテナ８１１、受信部８０２、復号部８０３、通信制御部８０４、高度計情報管理部８０７、高度計情報推定部８０９、符号化部８０５、送信部８０６を備える。

　通信装置８００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ８１０を備える。プロセッサ１１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部８０３、通信制御部８０４、符号化部８０５、高度計情報管理部８０７、及び高度計情報推定部８０９の機能を実現する。

　高度計情報推定部８０９は、受信部８０２で受信した電波高度計２の信号から、電波高度計２の情報を推定する。具体的には、使用している周波数帯域幅、三角波の周波数（周波数スイープ速度）、周波数スイープのタイミング等である。高度計情報推定部８０９は、推定した電波高度計２の情報を高度計情報管理部８０７に送る。高度計情報管理部８０７は、電波高度計２の情報を取得してメモリに保持し、電波高度計２の情報を通信制御部８０４に渡す。また、高度計情報管理部８０７は、高度計情報推定部８０９から高度計情報の更新値を受け取った場合、メモリに保持された情報を更新する。通信装置８００（例えば、８００ｃ）は、他の一つ又は複数の通信装置８００（例えば、８００ａ，８００ｂ）に、電波高度計２の情報を通知する。通信制御部８０４は、高度計情報管理部８０７から受け取った、電波高度計２の情報を含めた送信データを作成する。符号化部８０５は送信データを符号化する。送信部８０６は、符号化データを変調し、送信信号を生成し、アンテナ８１１から送信する。

　図３８の例のように、電波高度計２の信号を直接受信できない通信装置８００ａ，８００ｂであっても、電波高度計２の信号を直接受信できる通信装置８００ｃが推定した電波高度計２の動作情報を取得することができる。これにより、通信装置８００ａ，８００ｂは、電波高度計２に干渉を与えない通信方式にて、信号を送信できるようになる。

　通信装置８００ｃは、図３９に示す通り、受信部８０２、復号部８０３を備えるため、電波高度計２からの信号だけでなく、他の通信装置からの信号も受信することができる。通信装置８００ｃは、電波高度計２からの受信信号の電力と、他の通信装置から受信した信号の電力から、ＳＩ比（信号対干渉電力比）を演算する。ＳＩ比が低い場合、すなわち他の通信装置から受信した信号電力が高い場合、他の通信装置に、通信条件の変更を指示する信号を送信する。例えば、通信装置８００ｃは、送信電力を下げる、ビームパターンを変更する、使用する周波数帯域を変える、送信するタイミングをずらす、等の通信条件の変更を通知する。

　また、航空機１６内に、他の通信装置８００が２台以上存在する場合、通信装置８００ｃは、電波高度計２の情報を定期的にブロードキャストしてもよい。これにより、２台以上の通信装置８００に、電波高度計２の情報を通知することができる。このようにすることで、２台以上の他の通信装置８００に対して、１台１台通知する必要がなくなり、通信リソースを節約することができる。

　（実施形態９）
　本実施形態では、電波高度計２に干渉を与える送信タイミングを、同じ周波数チャネルを使用している他の通信装置に通知する通信装置について述べる。

　図４０は、本実施形態に係る通信装置９００の構成を示す。通信装置９００は、実施形態２に係る通信装置２００（図９）と同様の構成であり、アンテナ９１１、受信部９０２、復号部９０３、通信制御部９０４、符号化部９０５及び送信部９０６を備える。通信装置９００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ９１０を備える。プロセッサ９１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部９０３、通信制御部９０４、及び符号化部９０５の機能を実現する。

　通信装置９００の通信制御部９０４は、電波高度計２の送信タイミングを取得する。通信制御部９０４は、電波高度計２に干渉を与える時刻となる前に、送信禁止時間が記述された送信フレームを作成し、符号化部９０５に送る。符号化部９０５は送信フレームのデータを符号化し、送信部９０６に送る。送信部９０６は符号化されたデータを送信信号に変調し、アンテナ９１１を通じて他の通信装置に送る。

　通信装置９００と同様の構成を有する他の通信装置の通信制御部は、このように作成された送信禁止期間が記述された送信フレームを受信し、復号することで、送信禁止期間を知ることができる。

　通信装置９００は、送信禁止期間を記述した送信フレームの例として、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のＲＴＳフレームを使うことができる。

　図４１は、ＩＥＥＥ８０２．１１のＲＴＳの仕組みを示す。通信装置９００ａの通信制御部は、電波高度計２に干渉を与える期間より長い期間のＮＡＶを設定したＲＴＳフレームを作成する。ＲＴＳフレームの宛先には通信装置９００ｂの宛先が記述される。通信装置９００ｂの通信制御部は、ＲＴＳフレームを受信した場合、同様にＮＡＶを設定したＣＴＳフレームを作成し、他の通信装置に送る。

　このようにすることで、通信装置９００ａ、及びＲＴＳフレームを受信した他の通信装置９００ｂ、ＣＴＳフレームを受信した他の通信装置、ＲＴＳフレームとＣＴＳフレームの両方を受信した他の通信装置は、ＮＡＶの期間中は送信を行わない。よって、電波高度計２への干渉は発生しない。他の通信装置は、ＮＡＶが終了した後、所定の時間経過したらキャリアセンスを開始し、送信フレームがある場合は、送信を行うことができる。

　なお、前記の説明では通信装置９００ａの通信制御部は、ＲＴＳフレームの宛先として通信装置９００ｂのアドレスを用いたが、本効果を得るためにはこれに限らない。例えば、ダミーのアドレスを記載してもよい。この場合でもＣＴＳフレームを送信する通信装置が不在となるだけで、通信装置９００ａからの信号を受信可能な他の通信装置は、ＲＴＳフレームを受信することができ、その中に記載のＮＡＶを読み取ることができるため、送信禁止期間を設定することは可能である。

　また、他の通信装置における通信制御部は、ＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの情報を蓄積することで、電波高度計２の送信信号のキャリアセンスができなくても、電波高度計の送信タイミングを推測することができる。

　（実施形態１０）
　本実施形態では、制御装置と通信装置の通信を、複数の他の通信装置を中継して行う場合に、電波高度計との干渉を低減する通信装置について述べる。

　図４２は、航空機１に配置されている、電波高度計２、制御装置１０００、通信装置１００１ａ、１００１ｂを示す。ここで、電波高度計２は、航空機１の機体外部の前方底部に設置されている。制御装置１０００と通信装置１００１ａが通信する場合を考える。

　図４３は、に制御装置１０００の構成を示す。制御装置１０００は、アンテナ１０１１、受信部１００２、復号部１００３、通信制御部１００４、経路制御部１００８、符号化部１００５、送信部１００６を備える。経路制御部１００８は、制御装置１０００と通信装置１００１ａの間の通信経路を作成する。通信経路は、電波高度計２の位置と、複数の他の通信装置の位置と通信装置１００１ａの位置、及び制御装置１０００の位置から作成する。経路制御部１００８の経路作成の指針として、電波高度計２へ干渉を与える可能性の高い通信装置を通信経路に含めないこと、を用いる。つまり、経路制御部１００８は、機体前方窓側に存在する、例えば通信装置１００１ｂを使用せず、図４２に例示するように、機体中央部に配置された通信装置を用いた通信経路を作成する。制御装置１０００が通信装置１００１ａに信号を送信する場合、通信制御部１００４は、次の中継ノードとなる通信装置宛てに、通信装置１００１ａまでの通信経路情報を含んだ送信データを作成する。符号化部１００５は、送信データを符号化する。送信部１００６は、符号化データを変調し無線信号で送信できる形式にした後、アンテナ１０１１から送信する。制御装置１０００からの送信信号を受信した通信装置１００１ｃは、受信データに含まれる通信経路情報をもとに、次の中継ノードとなる通信装置１００１ｄの宛先を取得し、その宛先に対して、中継データを送信する。

　本実施形態の制御装置１０００は、機体前方窓側に設置されている通信装置１００１ｂを含めない通信経路を作成する。これにより、電波高度計２へ干渉を与える可能性のある通信装置１００１ｂを使用せずに、通信装置１００１ａとの通信を行うことができる。

　本実施形態では、制御装置１０００と通信装置１００１ａが通信する場合のみに着目したが、実際の通信環境では制御装置１０００は複数の通信装置と同時に通信する。また、通信装置間での通信も発生し得る。このような場合に電波高度計２へ干渉を与える可能性のある通信装置を除外した通信経路を用いると、通信トラフィックが特定の中継ノードに集中する可能性がある。通信トラフィックが特定の中継ノードに集中するとスループットが低下してしまう。

　このような現象に対し、制御装置１０００は、実施形態６の制御装置６１００と同様に、電波高度計２へ干渉を与える可能性が少ない通信装置の送信電力を高くする、という制御を行うことにより、スループットの低下を回避できる。つまり、制御装置１０００は、通信経路に含まれる通信装置の送信電力を増加し、合わせてＭＣＳを上げることで、中継ノード間の通信容量を増加し、その結果スループットを向上することができる。

　また、制御装置１０００は、他の航空機の電波高度計２へ干渉を与える可能性のある、航空機１の機体後方窓側に設置された通信装置１００１ｃを使用しない通信経路を作成するようにしてもよい。これにより、他の航空機の電波高度計２への干渉の影響を低減することができる。また、制御装置１０００が航空機９の位置を知る方法として、航空機１に設置されているレーダーや、航行に必要な情報を集約した装置と接続して、情報を取得するという方法がある。

　（実施形態１１）
　本実施形態では、近接する航空機の電波高度計への干渉を低減する通信装置について説明する。

　図４４は、空港の滑走路及び誘導路に存在する航空機１ａ～１ｄの位置を図示する。本実施形態では、航空機１ｂ、航空機１ｃ、及び航空機１ｄは誘導路上にあり、航空機１ａが、上空に存在し滑走路に着陸中である場合を例として、通信装置の構成及び動作について説明する。航空機１ｂ～１ｄの通信装置が、４．２ＧＨｚ～４．４ＨＧｚ帯を使用してＷＡＩＣ通信を行うと、着陸中の航空機１ａの電波高度計へ干渉を与えてしまう。本実施形態の通信装置は、航空機１ａの電波高度計が使用している周波数と時間、及び航空機１ａとの位置関係を考慮して、ＷＡＩＣ通信を行う通信装置である。

　図４５は、航空機１ｂに設置される通信装置１１００の構成を示す。通信装置１１００は、アンテナ１１１１、受信部１１０２、復号部１１０３、通信制御部１１０４、符号化部１１０５、送信部１１０６、リソース情報取得部１１０７、及び送信電力制御部１１０８で構成される。

　通信装置１１００は、ＣＰＵ等、電子回路を含むプロセッサ１１１０を備える。プロセッサ１１１０は、所定のアルゴリズムに従って制御及び演算を行うことにより、復号部１１０３、通信制御部１１０４、符号化部１１０５、リソース情報取得部１１０７、及び送信電力制御部１１０８の機能を実現する。

　通信装置１１００は、アンテナ１１１１で受信された信号を受信部１１０２に送る。受信部１１０２は受信処理を行い、デジタル化された受信信号を復号部１１０３に送る。復号部１１０３は、受信信号を復号し、受信データを取り出す。通信制御部１１０４は、受信データに記述されている宛先を読み、受信データが自局あてのデータである場合、受信データの処理を行う。

　リソース情報取得部１１０７は、隣接する複数の電波高度計２の送信周波数、タイミング、及び／又は隣接航空機が存在する方向（以下、リソース情報と表記）を取得する。通信制御部１１０４は、取得したリソース情報に基づき、送信電力、指向性、使用周波数帯域、送信タイミング等のパラメータ又は通信条件を制御する。

　通信装置１１００が、他の通信装置に信号を送信するとき、通信制御部１１０４は、リソース情報取得部１１０７からリソース情報を取得する。通信制御部１１０４は、取得したリソース情報に基づいて送信するデータの生成、及び、送信パラメータを決定する。送信パラメータとして、アンテナ指向性、符号化方式、符号化率、変調方式、帯域幅、プリコーディング情報、使用チャネル、送信タイミング、送信電力等がある。通信制御部１１０４は、符号化部１１０５に送信データを送る。符号化部１１０５は、送信データに対して、通信制御部１１０４が定めたパラメータに従った符号化処理を行い、符号化データを作成する。送信部１１０６は、通信制御部１１０４が定めたパラメータに従って符号化データを変調し、アンテナ１１０１から送信する。このとき、送信電力制御部１１０８は、送信部１１０６から送信される送信信号の送信電力を、通信制御部１１０４が決定した送信電力の値となるよう制御を行う。

　（１）航空機１ａの位置を用いたリソース制御
　リソース情報取得部１１０７は、航空機１ａの位置情報を取得する。リソース情報取得部１１０７は、航空機１ａの位置情報の取得手段として、空港の管制塔から管制情報や、航空機１ａに搭載のレーダーからの情報を使う手段等を使うことができる。リソース情報取得部１１０７は、前記手段により得た航空機１ａの位置情報より、航空機１ｂと航空機１ａの位置関係を得る。通信制御部１１０４は、他のＷＡＩＣ通信装置に信号を送信する際、リソース情報取得部１１０７より、航空機１ｂと航空機１ａの位置関係の情報を取得し、その情報に基づいて、送信信号を送信する際のアンテナ１１０１の指向性パターンを決定する。指向性パターンの決定基準として、航空機１ａが存在する方向の利得を低くしたパターンを使用する、といった基準を使用することができる。

　このようにすることで、通信装置１１００は、航空機１ａが存在する方向への電波の放射量を少なくすることができる。よって、着陸中の航空機１ａの電波高度計への干渉を低減することができる。

　（２）航空機１ａの電波高度計の送信周波数の情報を用いたリソース制御
　リソース情報取得部１１０７は、航空機１ａの電波高度計が送信している信号の周波数を取得する。通信制御部１１０４は、他のＷＡＩＣ通信装置に信号を送信する際、リソース情報取得部１１０７より、航空機１ａの電波高度計の使用周波数の情報を取得し、その情報に基づいて、送信信号を送信する周波数チャネル又は送信タイミングを決定する。例えば、図２に示すように、電波高度計２の送信周波数は、決められた周波数の範囲内で時間的に変化しているため、電波高度計２が使用していない周波数を含んだ周波数チャネルを用いることで電波高度計への干渉を回避することができる。また、通信装置１１００が決められた周波数チャネルでしか信号を送信できない場合、電波高度計２が該当周波数チャネルの周波数を使っていない時間を取得し、同時間にＷＡＩＣ通信信号を送信することで、電波高度計２への干渉を回避することができる。

　なお、本実施形態では，図４４の航空機１ａの電波高度計を対象に、航空機１ｂの通信装置１１００の構成及び動作を説明したが、これに限定されない。航空機１ｃ又は航空機１ｄの電波高度計に対しても同様の構成・動作により、干渉を低減・回避することができる。

　通信装置１１００は、送信電力の制御を行わず、前記送信データの送信周波数及び／又は送信タイミングのみの通信条件によって、送信データを送信してもよい。

　通信装置１１００は、取得したリソース情報や決定した通信条件を他の通信装置に送信し、他の通信装置が利用できるようにしてもよい。この場合、通信装置１１００は、実施形態６の制御装置６１００のように、他の通信装置全てを管理する制御装置であってもよい。

　（実施形態１２）
　図４６に示すように、航空機１の近辺に他の航空機が存在する場合、航空機１内の通信装置が、他の航空機に設置された電波高度計へ干渉を与える可能性がある。図４６に示すように、航空機９が、航空機１の左舷後方に存在する場合を考える。

　制御装置１２００は、他の実施形態の通信装置、例えば実施形態６の制御装置６１００と同様の構成を有する。通信装置１２０１ａ～１２０１ｃはそれぞれ、上記他の実施形態の通信装置、例えば実施形態２の通信装置２００、実施形態６の通信装置６００、或いは実施形態１１の通信装置１１００と同様の構成を有する。

　この場合、航空機１の通信装置１２０１ｃからの送信信号が、航空機９の機体外側前方底部に設置されている電波高度計２への干渉となる。制御装置１２００の通信制御部は、通信装置１２０１ｃの送信電力を低下させるという送信条件を含んだ送信データを作成し、通信装置１２０１ｃに送る。

　このようにすることで、通信装置１２０１ｃは、航空機９の電波高度計２への干渉の影響を少なくしつつ、通信を行うことができる。また、制御装置１２００の位置情報取得部が、航空機９の位置を知る方法として、航空機１に設置されているレーダーや、航行に必要な情報を集約した装置と接続して、情報を取得するという方法がある。

　（実施形態１３）
　図４７は、航空機１に搭載されている、電波高度計２、通信装置１３００ａ、及び通信装置１３００ｂの位置関係を示す。本実施形態では、電波高度計２からの干渉があっても無線信号の送受信ができる通信装置１３００ａと通信装置１３００ｂについて説明する。

　図４７において、次の場合について考える。電波高度計２の送信信号が、通信装置１３００ａには届かず、つまり雑音とみなすことができる程度に低い電力で受信される。一方、通信装置１３００ｂでは、電波高度計２の送信信号が干渉信号として受信される。通信装置１３００ａの送信信号が、電波高度計２には届かず、通信装置３００ｂには届いている。つまり、通信装置１３００ａと電波高度計２はお互い干渉をしないが、通信装置１３００ｂは、通信装置１３００ａと電波高度計２の双方からの無線信号を受信できる。

　図４８及び図４９は、通信装置１３００ｂの受信端で観測できるスペクトル１３１ａと１３１ｂを図示する。図４８は、通信装置１３００ａからの受信信号のスペクトルであるスペクトル１３１ｂと、電波高度計２からの干渉信号のスペクトルであるスペクトル１３１ａが、それぞれ異なる周波数である。このため、通信装置１３００ｂは、通信装置１３００ａからの送信信号を干渉なく受信できる。しかし、図４９に示すように、スペクトル１３１ａとスペクトル１３１ｂの周波数が同じ、又は重複した周波数がある場合、電波高度計２からの信号が干渉となる。このため、通信装置１３００ｂが受信する、通信装置１３００ａからの信号の品質が劣化する。このことを避けるため、本実施形態の通信装置１３００ａ，１３００ｂの送信部は、図５０に示す構成を備える。送信部１３１０は、符号化部１３１１、インタリーブ部１３１２、変調部１３１３、マルチキャリア変調部１３１４、出力部１３１５、及びアンテナ１３１６を含む。

　符号化部１３１１は、送信データに対して誤り訂正符号化を行う。ここで、符号化部１３１１は、マルチキャリア変調部１３１４で生成するマルチキャリア変調信号１シンボルに含まれるビット数より同じかそれより長い符号長の符号化方式を用いる。インタリーブ部１３１２は、符号化された送信データの順序を並び替える。ここで、インタリーブ部１３１２は、符号化部１３１１で用いた符号化方式の符号長と同じか、それより長いサイズで送信データの順序を並び替える。変調部１３１３は、インタリーブされた送信データを用いてＱＰＳＫやＱＡＭなどの変調信号を作成する。マルチキャリア変調部１３１４は、複数の変調信号から一つのマルチキャリア変調信号を生成する。出力部１３１５は、マルチキャリア変調信号に波形整形フィルタ処理や周波数変換処理を施し、無線信号波形を生成し、アンテナ１３１６から送信する。

　送信部１３１０は、無線信号としてマルチキャリア変調信号を用いるため、図５１～図５４に示す通り、電波高度計２のスペクトル１３１ａが、通信装置１３００ａの送信信号のスペクトル１３１ｂと同じ周波数を使用していたとしても、図５２、図５３及び図５４に示すようにマルチキャリア変調信号の一部のサブキャリアのみが、干渉の影響を受け、その他のサブキャリアは干渉の影響を受けない。また、送信部１３１０の符号化部１３１１で、マルチキャリア変調信号１シンボルのビット数と同じか、それより長い符号長で符号化処理をしており、更にインタリーブ部３１２で、符号長と同じかそれより長いサイズで符号化ビット系列を並び替えている。このため、マルチキャリア変調信号の一部のサブキャリアが干渉の影響を受け、受信品質が劣化したとしても、受信側の通信装置１３００ｂの復号処理において、干渉の影響による受信誤りを訂正することができる。

　本実施形態の通信装置１３００ａを用いることで、電波高度計２からの干渉が存在する環境下でも、通信装置１３００ｂに対して無線信号を高い受信品質で送信することができる。

　なお、本実施形態では、電波高度計２が通信装置１３００ｂに干渉を与える場合について説明したが、例えば、図４４に示すように、周囲に複数の航空機が存在する場合等、他の航空機に搭載されている電波高度計２が干渉源となる場合でも、同様の効果を得ることができる。

１…航空機、２…電波高度計、３…送信部、４…受信部、９…航空機、１０ｂ…底部、１６…航空機、２２…周波数ミキサ、２４…受信ＬＰＦ、２６…周波数カウンタ、２７…高度警報部、２８…高度表示器、２９…スィープ生成器、３０…電圧制御発振器、３１…バッファアンプ、１００，２００，３００，３００ａ～３００ｂ，４００，５００，６００，６００ａ～６００ｃ，８００，８００ａ～８００ｃ，９００，９００ａ～９００ｂ，１０００，１０００ａ～１０００ｄ，１１００，１２００，１２０１ａ～１２０１ｃ，１３００ａ～１３００ｂ…通信装置、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，８０２，９０２，１００２，１１０２，６１０２…受信部、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，８０３，９０３，１００３，１１０３，６１０３…復号部、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，８０４，９０４，１００４，１１０４，６１０４…通信制御部、１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５，８０５，９０５，１００５，１１０５，６１０５…符号化部、１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，８０６，９０６，１００６，１１０６，６１０６…送信部、１０７，５０７…高度情報取得部、１０８，６０８，１１０８…送信電力制御部、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，８１０，９１０，１１１０，…プロセッサ、１１１，２１１，３１１，５１１，６１１，８１１，９１１，１０１１，１１０１，１１１１，６１０１，６１１１…アンテナ、１３１ａ…スペクトル、１３１ｂ…スペクトル，４１１…アンテナアレイ、３１２…インタリーブ部、６０７…制御情報保持部、８０７…高度計情報管理部、８０９…高度計情報推定部、１０００，６１００…制御装置、１００８…経路制御部、１１０７…リソース情報取得部、１３１０…送信部、１３１１…符号化部、１３１２…インタリーブ部、１３１３…変調部、１３１４…マルチキャリア変調部、１３１５…出力部、１３１６…アンテナ、６１０７…位置情報取得部

米国特許出願公開第２０１７／０１７６５８８号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０１８００７２号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０１８１１４６号明細書

Claims (13)

1. 　航空機内に配置され、他の通信装置と無線で通信可能な通信装置であって、
   　前記航空機の高度情報を取得し、前記高度情報に応じた送信電力を決定する制御部と、
   　前記決定した送信電力を用いて、前記他の通信装置に送信データを送信する送信部と、
   を備える、通信装置。
2. 　前記通信装置の動作周波数帯域は、前記航空機に配置された電波高度計の送信周波数の帯域を含む、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 　前記制御部は、前記高度情報の値が所定の値よりも高い場合前記送信電力を高くし、前記高度情報の値が所定の値以下である場合は前記送信電力を低くする、
   請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 　前記制御部は、前記高度情報の値が前記所定の値以下である場合、前記高度情報の値が低いほど、前記送信電力を高くする、
   請求項３に記載の通信装置。
5. 　前記制御部は、前記送信電力に応じて、前記送信データの符号化・変調方式を変更する、
   請求項１から４のいずれかに記載の通信装置。
6. 　前記制御部は、
   　前記航空機に設置された電波高度計の位置情報と、前記他の通信装置の位置情報とを取得し、
   　前記電波高度計の位置と、前記他の通信装置の位置とに基づいて、前記他の通信装置との通信で使用する通信条件を決定し、
   　前記送信部は、
   　前記通信条件に応じて前記他の通信装置に送信データを送信する、
   請求項１から５のいずれかに記載の通信装置。
7. 　アンテナを備え、
   　前記通信条件は、前記送信電力及び前記アンテナの指向性パターンの少なくとも一つを含む、
   請求項６に記載の通信装置。
8. 　前記制御部は、
   　前記航空機に設置された電波高度計から信号が送信されている時間を検知し、
   　前記時間を前記送信データの送信に使用しないよう、前記送信データの単位長さを変更する、
   請求項１から７のいずれかに記載の通信装置。
9. 　前記制御部は、
   　前記航空機に設置された電波高度計による信号の送信周波数を使用しないよう、前記送信データの周波数スペクトルを制御する、
   請求項１から８のいずれかに記載の通信装置。
10. 　前記制御部は、
    　前記送信データの成分が、前記電波高度計の受信信号に適用するＬＰＦの遮断周波数より低い周波数帯域に含まれないよう、前記周波数スペクトルを制御する、
    請求項９に記載の通信装置。
11. 　指向性を制御可能な複数のアンテナを備え、
    　前記制御部は、前記複数のアンテナそれぞれが受信した信号の振幅及び位相の少なくとも一方を変化させ、合成した信号の振幅が最小となるよう制御する、
    請求項１から１０のいずれかに記載の通信装置。
12. 　前記制御部は、前記送信部により、前記制御部により決定される送信データの通信条件を、複数の前記他の通信装置に送信する、
    請求項１から１１に記載の通信装置。
13. 　航空機内に配置され、他の通信装置と無線通信を行う通信制御方法であって、
    　前記航空機の高度情報を取得し、
    　前記高度情報に応じた送信電力を決定し、
    　前記決定した送信電力を用いて、前記他の通信装置に送信データを送信する、
    ことを含む、通信制御方法。

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