WO2023203639A1 - 周波数制御装置、制御回路、記憶媒体および周波数制御方法 - Google Patents

周波数制御装置、制御回路、記憶媒体および周波数制御方法 Download PDF

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拓海 村田
章範 大橋
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三菱電機株式会社
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    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel

Definitions

  • the present disclosure relates to a frequency control device, a control circuit, a storage medium, and a frequency control method that perform frequency control.
  • wireless systems that use the ISM (Industrial, Scientific, and Medical) band may be subject to interference from radio waves radiated from other systems because various devices use the ISM band.
  • Examples of systems that use the ISM band include wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), microwave ovens, and the like.
  • Frequency control is one method for suppressing the influence of radio wave interference emitted from these devices. Frequency control is control that avoids interference by monitoring the radio wave environment of the used band and changing the used frequency when interference waves are observed.
  • Patent Document 1 discloses a technique for detecting a frequency hopping signal based on a spectrogram image, targeting a frequency hopping signal that is difficult to detect.
  • the above-mentioned conventional technology is based on the premise that signals in a sufficient band are received and analyzed at one time. Therefore, there is a problem in that it is difficult to use the method in which interference information is partially acquired while frequency hopping.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a frequency control device capable of frequency control for highly reliable communication.
  • a frequency control device of the present disclosure includes a high-resolution processing unit that increases the resolution of an interference map to generate a high-resolution interference map, and a high-resolution processing unit that generates a high-resolution interference map based on the high-resolution interference map.
  • an interference type estimation unit that estimates the interference type and generates interference type information indicating the type of interference of time and frequency signals estimated to be interference in a high-resolution interference map; , and a frequency control unit that determines a frequency channel to be used for communication.
  • the frequency control device has the advantage of being able to perform frequency control for highly reliable communication.
  • a diagram showing a configuration example of a frequency control device according to Embodiment 1. Flowchart showing the operation of the frequency control device according to the first embodiment Flowchart showing the operation of the frequency control section of the frequency control device according to Embodiment 1
  • a diagram showing an example of a processing circuit when the processing circuit realizing the frequency control device according to Embodiment 1 is configured with dedicated hardware.
  • a diagram showing a configuration example of a frequency control system according to Embodiment 2 Flowchart showing the operation of the frequency control system according to the second embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a frequency control device 100 according to the first embodiment.
  • the frequency control device 100 includes a high resolution processing section 102, an interference type estimation section 104, a frequency control section 106, and a storage section 108a that stores a communication quality database 108.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of frequency control device 100 according to the first embodiment.
  • the high-resolution processing unit 102 increases the resolution of the interference map 101 input to the frequency control device 100 to generate a high-resolution interference map 103 (step S101).
  • the high-resolution interference map 103 is a high-resolution version of the interference map 101. It is conceivable that the high-resolution processing unit 102 generates the high-resolution interference map 103 by increasing the resolution of the interference map 101 by performing interpolation processing using signal processing, super-resolution using a machine learning model, etc., for example. It is not limited to this.
  • the high resolution processing unit 102 uses SRDNN (Super Resolution Deep Neural Network), SRCNN (Super Resolution Convolutional Neural Network), SRGAN (Super Resolution Generative Adversarial Network), etc.
  • the high-resolution processing unit 102 When performing super-resolution using a machine learning model, the high-resolution processing unit 102 prepares a high-resolution interference map 103 as learning data, and performs summation, averaging, A low-resolution interference map is generated by performing moving averages, filtering, maximum value extraction, etc.
  • the high-resolution processing unit 102 inputs the generated low-resolution interference map to a machine learning model, uses the high-resolution interference map 103 used to generate the low-resolution interference map as a label, and uses the output of the machine learning model and the label. Learn to minimize the calculated error function.
  • the interference type estimation unit 104 generates interference type information 105 by estimating the interference type based on the high-resolution interference map 103 (step S102).
  • the interference type information 105 is information indicating the type of interference of time and frequency signals estimated to be interference in the high-resolution interference map 103.
  • the interference type estimation unit 104 performs interference type estimation using a machine learning model, for example.
  • the interference type estimation unit 104 uses a classification task that outputs one interference type for the entire high-resolution interference map 103, and an object detection task that simultaneously identifies the position and type of interference. , classification using semantic segmentation or the like that identifies the interference type on a pixel-by-pixel basis may be considered, but the present invention is not limited to these methods.
  • the frequency control unit 106 determines the frequency channel 110 to be used for communication based on the high-resolution interference map 103 acquired from the high-resolution processing unit 102 and the interference type information 105 acquired from the interference type estimation unit 104. Specifically, the frequency control unit 106 generates channel information 107 based on the high-resolution interference map 103 and interference type information 105 (step S103).
  • Channel information 107 is information indicating the state of interference received by each channel, such as the type of interference received by each channel and the number of subcarriers received by each channel.
  • the frequency control unit 106 searches the communication quality database 108 based on the channel information 107, and obtains the communication quality index 109 from the communication quality database 108 (step S104).
  • the communication quality index 109 indicates the communication quality allowed for the frequency channel 110 used for communication.
  • the frequency control unit 106 determines the frequency channel 110 to be used based on the communication quality index 109 (step S105). Note that the frequency control unit 106 may store information on the determined frequency channel 110 in the communication quality database 108 in association with the channel information 107, the communication quality index 109, and the like.
  • the storage unit 108a stores the communication quality database 108.
  • the communication quality database 108 stores communication quality indicators 109 corresponding to the channel information 107 and the like.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of frequency control section 106 of frequency control device 100 according to the first embodiment.
  • the frequency control unit 106 first refers to the high-resolution interference map 103 and the interference type information 105 (step S201), and checks whether there is interference in the channel, that is, whether there is a channel without interference (Ste S202). If there is an interference-free channel (step S202: Yes), the frequency control unit 106 determines the interference-free channel as the frequency channel 110 to be used (step S208).
  • the frequency control unit 106 checks the interference type for each channel (step S203). Even if interference is observed on a channel, if the type of interference is highly time-varying, such as frequency hopping interference, the frequency control unit 106 will not occupy the same channel for a long time. Since there is no time interference, it is determined that the channel is communicable. The frequency control unit 106 can determine whether the time variability is high or low by comparing the occupied time during which interference exists in the channel with a predefined first threshold. It is not limited to this.
  • the frequency control unit 106 determines the channel of the highly time-varying interference type as the frequency channel 110 to be used (step S208). . That is, if the interference present in the channel is of a type of interference that has a prescribed time variability, the frequency control unit 106 determines the channel of the type of interference that has a prescribed time variability as the frequency channel 110 to be used.
  • the frequency control unit 106 next checks the number of subcarriers that receive interference in the channel (step S205). Frequency control section 106 determines that the channel is communicable if the number of subcarriers subjected to interference can be suppressed by interference suppression technology. Frequency control section 106 determines whether or not the number of subcarriers receiving interference can be suppressed by interference suppression technology by comparing the number of subcarriers receiving interference with a predefined second threshold. However, the determination method is not limited to this. Note that the frequency control unit 106 may determine whether interference can be suppressed using an error correction technique or the like in addition to the interference suppression technique.
  • frequency control unit 106 determines whether interference exists and the number of subcarriers receiving interference is within the range in which interference can be suppressed (step S206: Yes).
  • a channel of an interference type with low time variability and a channel in which the number of subcarriers subjected to interference can suppress interference is determined as the frequency channel 110 to be used (step S208).
  • the frequency control unit 106 evaluates the channel in advance where interference is present and the type of interference is low in time variability. A channel is selected based on the communication quality index 109 for each interference type (step S207). In step S207, the frequency control unit 106 selects a channel that does not become error-free due to interference suppression.
  • the communication quality index 109 is assumed to be, for example, a bit error rate such as BER (Bit Error Rate) or PER (Packet Error Rate), but is not limited to these.
  • Frequency control unit 106 refers to communication quality database 108 based on channel information 107 such as interference type and number of subcarriers subjected to interference, and specifies communication quality index 109 from communication quality database 108 based on channel information 107. By doing so, the communication quality index 109 can be obtained.
  • the frequency control unit 106 determines the channel selected in step S207 as the frequency channel 110 to be used (step S208).
  • the storage unit 108a is a memory.
  • the resolution enhancement processing section 102, interference type estimation section 104, and frequency control section 106 are realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory that executes a program stored in memory, or may be dedicated hardware.
  • the processing circuit is also called a control circuit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the processing circuit 90 when the processing circuit realizing the frequency control device 100 according to the first embodiment is implemented by the processor 91 and the memory 92.
  • a processing circuit 90 shown in FIG. 4 is a control circuit and includes a processor 91 and a memory 92.
  • each function of the processing circuit 90 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is written as a program and stored in memory 92.
  • each function is realized by a processor 91 reading and executing a program stored in a memory 92.
  • the processing circuit 90 includes a memory 92 for storing a program by which the processing of the frequency control device 100 is eventually executed.
  • This program can also be said to be a program for causing the frequency control device 100 to execute each function realized by the processing circuit 90.
  • This program may be provided by a storage medium in which the program is stored, or may be provided by other means such as a communication medium.
  • the above program includes a first step in which the high-resolution processing unit 102 increases the resolution of the interference map 101 to generate a high-resolution interference map 103, and an interference type estimation unit 104 performs interference based on the high-resolution interference map 103.
  • a second step of estimating the type and generating interference type information 105 indicating the type of interference of time and frequency signals estimated to be interference in the high-resolution interference map 103; 103 and the interference type information 105 the program causes the frequency control device 100 to execute a third step of determining the frequency channel 110 to be used for communication.
  • the processor 91 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 92 may be a nonvolatile or volatile memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), or EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). This includes semiconductor memory, magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, and DVDs (Digital Versatile Discs).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the processing circuit 93 when the processing circuit realizing the frequency control device 100 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 5 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these. applicable.
  • a part may be realized by dedicated hardware, and a part may be realized by software or firmware. In this way, the processing circuit can implement each of the above-mentioned functions using dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the frequency control device 100 uses the high-resolution interference map 103 obtained by increasing the resolution of the interference map 101 and the estimation result of the interference type using the high-resolution interference map 103. Frequency control is performed based on interference type information 105. This allows the frequency control device 100 to perform frequency control for highly reliable communication. In addition, the frequency control device 100 can generate a high-resolution interference map 103 even from the interference map 101 with a low sampling rate and estimate the type of interference. Effects such as reduced power consumption can also be obtained.
  • the frequency control device 100 can achieve sophisticated frequency control in frequency control using the interference map 101 even when the resolution of the obtained interference map 101 is very rough. Specifically, for example, when transmitting one amount of interference for each specified channel width to a database, the frequency control device 100 generates the interference map 101 in the conventional manner and then generates the interference map 101 using a technique such as super-resolution. The resolution of the interference map 101 is increased. Thereby, the frequency control device 100 can achieve advanced interference avoidance. Although super-resolution by machine learning is assumed as a technique for increasing the resolution of the interference map 101 in the frequency control device 100, it is also possible to use an interpolation technique such as Bicubic.
  • Methods for avoiding interference in the frequency control device 100 include (1) using a channel without interference, (2) selecting a channel with a small number of subcarriers affected by interference in the case of a channel with interference, etc. There are possible ways.
  • the frequency control device 100 improves the accuracy of the high-resolution interference map 103 by identifying the radio specifications of the interference type, such as the center frequency and frequency bandwidth, from the interference type information 105. be able to. For example, by specifying the center frequency and frequency bandwidth of the interference from the interference type information 105 of the interference existing in the high-resolution interference map 103, if there is interference of the same type as the above, the center frequency and frequency bandwidth It is assumed that it will fit within. Therefore, if the frequency exceeds the center frequency and frequency bandwidth and is of the same type of interference, the frequency control device 100 corrects the high-resolution interference map 103 by eliminating the interference from the high-resolution interference map 103. By doing so, the accuracy of the interference map 101 can be improved.
  • the frequency control device 100 corrects the high-resolution interference map 103 by eliminating the interference from the high-resolution interference map 103. By doing so, the accuracy of the interference map 101 can be improved.
  • the frequency control device 100 receives the interference map 101 generated by the conventional method as input, increases the resolution of the obtained interference map 101, and then controls the frequency, thereby reducing the influence of interference. Can be done. Furthermore, if there is no channel that is not affected by interference, frequency control device 100 can reduce the effect of interference by selecting a channel with fewer subcarriers that are affected by interference. In addition, when the frequency control device 100 is introduced into a system that utilizes interference suppression technology, the frequency control device 100 suppresses the influence of interference by selecting a channel of an interference type that can further suppress the influence of interference by the interference suppression function of the system. can be reduced. In addition, when controlling the channel to be used depending on the interference type, the frequency control device 100 is equipped with a machine learning model that estimates the interference type with respect to the interference map 101, and performs control based on the estimation result to reduce interference. The impact can be reduced.
  • Embodiment 2 a frequency control system including frequency control device 100 described in Embodiment 1 will be described.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a frequency control system 200 according to the second embodiment.
  • the frequency control system 200 includes a frequency converter 201, an ADC (Analog to Digital Converter) 202, a symbol rate converter 203, an interference signal extractor 204, an interference information storage memory 205, and an interference map generator 206. , a high resolution processing unit 207, an interference type estimation unit 208, a frequency control unit 209, and a storage unit 210a that stores a communication quality database 210.
  • the antenna 220 is connected to the frequency control system 200 as shown in FIG. 6, the antenna 220 may also be included in the frequency control system 200.
  • the storage unit 210a that stores the high-resolution processing unit 207, the interference type estimation unit 208, the frequency control unit 209, and the communication quality database 210 of the second embodiment shown in FIG. It is similar to the storage unit 108a that stores the resolution processing unit 102, interference type estimation unit 104, frequency control unit 106, and communication quality database 108. That is, it can be said that the frequency control system 200 includes the frequency control device 100 described in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of frequency control system 200 according to the second embodiment.
  • the frequency conversion unit 201 converts the frequency of the received analog signal received by the antenna 220 to a desired frequency instructed by the user of the frequency control system 200 (step S301).
  • the ADC 202 samples the analog signal after frequency conversion by the frequency conversion unit 201, and converts the analog signal into a digital signal (step S302).
  • the symbol rate conversion unit 203 downsamples the sampling sequence of the digital signal obtained by the ADC 202 to a desired symbol rate (step S303).
  • the interference signal extraction unit 204 extracts interference components based on untransmitted intervals in time and frequency (step S304).
  • the interference component can be expressed by, for example, an RSSI (Received Signal Strength Indicator), a complex value, or the like.
  • the interference signal extraction unit 204 stores the extracted interference components in the interference information storage memory 205.
  • the interference information storage memory 205 is a memory for accumulating the interference components extracted by the interference signal extraction section 204.
  • the interference map generation unit 206 reads the sample values of the interference components at the specified time and frequency from the interference information storage memory 205, and generates the interference map 101 at the desired time and frequency range (step S305).
  • the high-resolution processing unit 207 increases the resolution of the interference map 101 generated by the interference map generation unit 206 to generate a high-resolution interference map 103 (step S306).
  • the interference type estimation unit 208 generates interference type information 105 by estimating the interference type based on the high-resolution interference map 103 (step S307).
  • the frequency control unit 209 generates channel information 107 based on the high-resolution interference map 103 and interference type information 105 (step S308).
  • the frequency control unit 209 searches the communication quality database 210 based on the channel information 107, and obtains the communication quality index 109 from the communication quality database 210 (step S309).
  • the frequency control unit 209 determines the frequency channel 110 to be used based on the communication quality index 109 (step S310).
  • the frequency control unit 209 may store information on the determined frequency channel 110 in the communication quality database 210 in association with the channel information 107, the communication quality index 109, and the like.
  • the operation until the frequency control section 209 determines the frequency channel 110 to be used is the operation until the frequency control section 106 of the first embodiment determines the frequency channel 110 to be used, that is, the operation in the flowchart shown in FIG. It is similar to
  • the storage unit 210a stores a communication quality database 210.
  • the communication quality database 210 stores communication quality indicators 109 corresponding to the channel information 107 and the like.
  • the frequency control system 200 is connected to one antenna 220 in the example of FIG.
  • the resolution of the map 101 may be increased.
  • the frequency control system 200 uses a plurality of spatially arranged antennas 220 to create a three-dimensional interference map 101 including the spatial axis, by increasing the resolution while suppressing memory increase. This can be easily realized.
  • frequency control system 200 has the same configuration as frequency control device 100 of Embodiment 1, and thus has the same structure as frequency control device 100 of Embodiment 1. effect can be obtained.
  • 100 frequency control device 101 interference map, 102, 207 high resolution processing unit, 103 high resolution interference map, 104, 208 interference type estimation unit, 105 interference type information, 106, 209 frequency control unit, 107 channel information, 108, 210 communication quality database, 108a, 210a storage unit, 109 communication quality index, 110 frequency channel, 200 frequency control system, 201 frequency conversion unit, 202 ADC, 203 symbol rate conversion unit, 204 interference signal extraction unit, 205 interference information storage Memory, 206 Interference map generation unit, 220 Antenna.

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Abstract

周波数制御装置（１００）は、干渉マップ（１０１）を高解像度化して高解像度干渉マップ（１０３）を生成する高解像度化処理部（１０２）と、高解像度干渉マップ（１０３）に基づいて干渉種別を推定し、高解像度干渉マップ（１０３）において干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報（１０５）を生成する干渉種別推定部（１０４）と、高解像度干渉マップ（１０３）および干渉種別情報（１０５）に基づいて、通信に使用する周波数チャネル（１１０）を決定する周波数制御部（１０６）と、を備える。

Description

周波数制御装置、制御回路、記憶媒体および周波数制御方法
　本開示は、周波数制御を行う周波数制御装置、制御回路、記憶媒体および周波数制御方法に関する。
　従来、ＩＳＭ（Industrial　Scientific　and　Medical）帯を使用する無線システムは、様々な機器がＩＳＭ帯を使用することから、他のシステムから放射される電波による干渉を受けるおそれがある。ＩＳＭ帯を使用するシステムの例としては、無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、電子レンジなどが挙げられる。これらの機器から発せられる電波の干渉による影響を抑えるための１つの方法として、周波数制御がある。周波数制御は、使用帯域の電波環境を監視し、干渉波が見られたときには使用周波数を変更することによって干渉回避を行う制御である。
　周波数制御の前提となる電波環境監視の一形態として、受信信号を解析して信号電力を時間周波数軸にマッピングしたスペクトログラムなどに代表される情報を取得した後、取得した情報に基づいて周波数制御を行うことが考えられている。例えば、特許文献１には、検出難易度の高い周波数ホッピングする信号をターゲットとして、スペクトログラム画像に基づいて周波数ホッピングする信号を検出する技術が開示されている。
特許第４１２７２５０号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、一度に十分な帯域の信号を受信して解析することを前提としている。そのため、周波数ホッピングしながら部分的に干渉情報を取得するような形態では利用が難しい、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、高信頼な通信を行うための周波数制御が可能な周波数制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の周波数制御装置は、干渉マップを高解像度化して高解像度干渉マップを生成する高解像度化処理部と、高解像度干渉マップに基づいて干渉種別を推定し、高解像度干渉マップにおいて干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報を生成する干渉種別推定部と、高解像度干渉マップおよび干渉種別情報に基づいて、通信に使用する周波数チャネルを決定する周波数制御部と、を備えることを特徴とする。
　本開示に係る周波数制御装置は、高信頼な通信を行うための周波数制御ができる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る周波数制御装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る周波数制御装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る周波数制御装置の周波数制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る周波数制御装置を実現する処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１に係る周波数制御装置を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図 実施の形態２に係る周波数制御システムの構成例を示す図 実施の形態２に係る周波数制御システムの動作を示すフローチャート
　以下に、本開示の実施の形態に係る周波数制御装置、制御回路、記憶媒体および周波数制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る周波数制御装置１００の構成例を示す図である。周波数制御装置１００は、高解像度化処理部１０２と、干渉種別推定部１０４と、周波数制御部１０６と、通信品質データベース１０８を記憶する記憶部１０８ａと、を備える。図２は、実施の形態１に係る周波数制御装置１００の動作を示すフローチャートである。
　高解像度化処理部１０２は、周波数制御装置１００に入力された干渉マップ１０１を高解像度化して高解像度干渉マップ１０３を生成する（ステップＳ１０１）。高解像度干渉マップ１０３は、干渉マップ１０１を高解像度化したものである。高解像度化処理部１０２は、例えば、信号処理による補間処理、機械学習モデルによる超解像などを行うことによって干渉マップ１０１を高解像度化して高解像度干渉マップ１０３を生成することが考えられるが、これに限定されるものではない。高解像度化処理部１０２は、機械学習モデルによる超解像を行う場合について、ＳＲＤＮＮ（Super　Resolution　Deep　Neural　Network）、ＳＲＣＮＮ（Super　Resolution　Convolutional　Neural　Network）、ＳＲＧＡＮ（Super　Resolution　Generative　Adversarial　Network）などを使用することが考えられるが、これらに限定されるものではない。高解像度化処理部１０２は、機械学習モデルによる超解像を行う場合、学習用データとして高解像度干渉マップ１０３を用意し、干渉マップ１０１の生成方法に合わせて特定領域内の総和、平均化、移動平均、フィルタリング、最大値抽出などを行うことによって低解像度干渉マップを生成する。高解像度化処理部１０２は、生成した低解像度干渉マップを機械学習モデルの入力とし、低解像度干渉マップの生成のために使用した高解像度干渉マップ１０３をラベルとして、機械学習モデルの出力とラベルによって計算される誤差関数を最小化するように学習する。
　干渉種別推定部１０４は、高解像度干渉マップ１０３に基づいて干渉種別を推定することで干渉種別情報１０５を生成する（ステップＳ１０２）。干渉種別情報１０５は、高解像度干渉マップ１０３において干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す情報である。干渉種別推定部１０４は、例えば、機械学習モデルによる干渉種別推定を行う。干渉種別推定部１０４は、干渉種別推定の方法について、高解像度干渉マップ１０３全体に対して１つの干渉種別を出力する分類タスクによる分類、干渉の位置および種類の特定を同時に行う物体検出タスクによる分類、画素単位で干渉種別を特定するセマンティックセグメンテーションなどを用いた分類などの方法を行うことが考えられるが、これらに制限されるものではない。
　周波数制御部１０６は、高解像度化処理部１０２から取得した高解像度干渉マップ１０３、および干渉種別推定部１０４から取得した干渉種別情報１０５に基づいて、通信に使用する周波数チャネル１１０を決定する。具体的には、周波数制御部１０６は、高解像度干渉マップ１０３および干渉種別情報１０５に基づいてチャネル情報１０７を生成する（ステップＳ１０３）。チャネル情報１０７は、各チャネルについて、各チャネルが受けている干渉の種別、各チャネルで干渉を受けているサブキャリア数など、各チャネルで受けている干渉の状況を示す情報である。周波数制御部１０６は、チャネル情報１０７に基づいて通信品質データベース１０８を検索し、通信品質データベース１０８から通信品質指標１０９を取得する（ステップＳ１０４）。通信品質指標１０９は、通信に使用する周波数チャネル１１０として許容される通信品質などを示すものである。周波数制御部１０６は、通信品質指標１０９に基づいて使用する周波数チャネル１１０を決定する（ステップＳ１０５）。なお、周波数制御部１０６は、決定した周波数チャネル１１０の情報を、チャネル情報１０７、通信品質指標１０９などに関連付けて通信品質データベース１０８に記憶させてもよい。
　記憶部１０８ａは、通信品質データベース１０８を記憶する。通信品質データベース１０８には、チャネル情報１０７に対応する通信品質指標１０９などが格納されている。
　つづいて、周波数制御部１０６が、使用する周波数チャネル１１０を決定するまでの動作について詳細に説明する。図３は、実施の形態１に係る周波数制御装置１００の周波数制御部１０６の動作を示すフローチャートである。周波数制御部１０６は、まず、高解像度干渉マップ１０３および干渉種別情報１０５を参照し（ステップＳ２０１）、チャネル内の干渉の有無を確認、すなわち干渉のないチャネルが存在するか否かを確認する（ステップＳ２０２）。周波数制御部１０６は、干渉のないチャネルが存在する場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、干渉のないチャネルを使用する周波数チャネル１１０として決定する（ステップＳ２０８）。
　周波数制御部１０６は、干渉のないチャネルが存在しない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、次に、それぞれのチャネルにかかる干渉種別を確認する（ステップＳ２０３）。周波数制御部１０６は、仮に干渉が観測されていたチャネルであっても、周波数ホッピングする干渉など時間変動性の高い干渉種別であれば長時間同じチャネルを占有するわけではない、すなわち当該チャネルに長時間干渉が存在するわけではないので、当該チャネルは通信可能と判定する。周波数制御部１０６は、時間変動性が高いか低いかの判定方法について、チャネルに干渉が存在する占有時間と予め規定された第１の閾値との比較によって判定することができるが、判定方法はこれに限定されない。周波数制御部１０６は、チャネルに存在する干渉が時間変動性の高い干渉種別の場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、時間変動性の高い干渉種別のチャネルを使用する周波数チャネル１１０として決定する（ステップＳ２０８）。すなわち、周波数制御部１０６は、チャネルに存在する干渉が規定された時間変動性を有する干渉種別の場合、規定された時間変動性を有する干渉種別のチャネルを使用する周波数チャネル１１０として決定する。
　周波数制御部１０６は、チャネルに存在する干渉が時間変動性の高い干渉種別ではない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、次に、当該チャネルにおいて干渉を受けるサブキャリア数を確認する（ステップＳ２０５）。周波数制御部１０６は、干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧技術によって干渉抑圧可能であれば、当該チャネルは通信可能と判定する。周波数制御部１０６は、干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧技術によって干渉抑圧可能か否かの判定方法について、干渉を受けるサブキャリア数と予め規定された第２の閾値との比較によって判定することができるが、判定方法はこれに限定されない。なお、周波数制御部１０６は、干渉抑圧技術のほか、誤り訂正技術などを用いて干渉抑圧可能か否かを判定してもよい。周波数制御部１０６は、干渉が存在し、かつ時間変動性の低い干渉種別のチャネルについて、干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧可能な範囲の場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、干渉が存在し、かつ時間変動性の低い干渉種別のチャネルであって干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧可能なチャネルを使用する周波数チャネル１１０として決定する（ステップＳ２０８）。
　周波数制御部１０６は、干渉が存在し、かつ時間変動性の低い干渉種別のチャネルについて、干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧可能な範囲ではない場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、事前に評価しておいた干渉種別ごとの通信品質指標１０９に基づいてチャネルを選択する（ステップＳ２０７）。周波数制御部１０６は、ステップＳ２０７において、干渉抑圧によってエラーフリーとならないチャネルを選択する。通信品質指標１０９については、例えば、ビット誤り率であるＢＥＲ（Bit　Error　Rate）、ＰＥＲ（Packet　Error　Rate）などを想定しているが、これらに限定されるものではない。周波数制御部１０６は、例えば、干渉種別、干渉を受けるサブキャリア数などのチャネル情報１０７に基づいて通信品質データベース１０８を参照し、通信品質データベース１０８からチャネル情報１０７に基づいて通信品質指標１０９を特定することで、通信品質指標１０９を取得することができる。周波数制御部１０６は、ステップＳ２０７で選択したチャネルを使用する周波数チャネル１１０として決定する（ステップＳ２０８）。
　つづいて、周波数制御装置１００の各装置のハードウェア構成について説明する。周波数制御装置１００において、記憶部１０８ａはメモリである。高解像度化処理部１０２、干渉種別推定部１０４、および周波数制御部１０６は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。
　図４は、実施の形態１に係る周波数制御装置１００を実現する処理回路をプロセッサ９１およびメモリ９２で実現する場合の処理回路９０の構成例を示す図である。図４に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、周波数制御装置１００の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を周波数制御装置１００に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。
　上記プログラムは、高解像度化処理部１０２が、干渉マップ１０１を高解像度化して高解像度干渉マップ１０３を生成する第１のステップと、干渉種別推定部１０４が、高解像度干渉マップ１０３に基づいて干渉種別を推定し、高解像度干渉マップ１０３において干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報１０５を生成する第２のステップと、周波数制御部１０６が、高解像度干渉マップ１０３および干渉種別情報１０５に基づいて、通信に使用する周波数チャネル１１０を決定する第３のステップと、を周波数制御装置１００に実行させるプログラムであるとも言える。
　ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図５は、実施の形態１に係る周波数制御装置１００を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の例を示す図である。図５に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、周波数制御装置１００は、干渉マップ１０１を高解像度化した高解像度干渉マップ１０３、および高解像度干渉マップ１０３を用いた干渉種別の推定結果である干渉種別情報１０５に基づいて、周波数制御を行う。これにより、周波数制御装置１００は、高信頼な通信を行うための周波数制御が可能となる。また、周波数制御装置１００は、低いサンプリングレートの干渉マップ１０１からでも高解像度な高解像度干渉マップ１０３を生成し、干渉種別を推定できるため、メモリ量削減、発振器などの部品の低コスト化、低消費電力化などの効果も得ることができる。
　本実施の形態において、周波数制御装置１００は、干渉マップ１０１を用いた周波数制御において、取得した干渉マップ１０１の解像度が非常に荒い場合でも周波数制御の高度化を達成することができる。具体的には、周波数制御装置１００は、例えば、指定のチャネル幅ごとに１つの干渉量をデータベースに送信する場合などにおいて、従来通り干渉マップ１０１を生成した後に超解像などの技術を用いて干渉マップ１０１の解像度を上げる。これにより、周波数制御装置１００は、高度な干渉回避を実現できる。周波数制御装置１００における干渉マップ１０１の高解像度化のための技術としては機械学習による超解像を想定しているが、Ｂｉｃｕｂｉｃなどの補間技術を使うことも考えられる。
　周波数制御装置１００における干渉の回避方法としては、（１）干渉のないチャネルを使用する、（２）干渉のあるチャネルの場合は干渉の影響を受けるサブキャリア数が少ないチャネルを選択する、などの方法が考えられる。
　さらに発展的な形態として、周波数制御装置１００は、干渉種別情報１０５から干渉種別の無線諸元、例えば、中心周波数、周波数帯域幅などを特定することで、高解像度干渉マップ１０３の精度を向上させることができる。例えば、高解像度干渉マップ１０３に存在する干渉の干渉種別情報１０５から、上記干渉の中心周波数および周波数帯域幅を特定することで、上記干渉種別と同じ干渉がある場合には中心周波数および周波数帯域幅に収まることが想定される。そのため、周波数制御装置１００は、上記中心周波数および周波数帯域幅から超えており、かつ同じ干渉種別である場合、高解像度干渉マップ１０３から上記干渉を排除するなどして、高解像度干渉マップ１０３を補正することで干渉マップ１０１の精度を向上させることができる。
　このように、周波数制御装置１００は、従来の手法で生成された干渉マップ１０１を入力としつつ、取得した干渉マップ１０１を高解像度化した上で周波数制御することによって、干渉の影響を低減することができる。また、周波数制御装置１００は、干渉の影響がないチャネルが存在しない場合は干渉の影響を受けるサブキャリアが少ないチャネルを選択することによって、干渉の影響を低減することができる。また、周波数制御装置１００は、干渉抑圧技術を活用したシステムに導入される場合、システムの干渉抑圧機能によって干渉の影響をより抑えることができる干渉種別のチャネルを選択することによって、干渉の影響を低減することができる。また、周波数制御装置１００は、干渉種別によって使用するチャネルを制御する場合、干渉マップ１０１に対して干渉種別推定を行う機械学習モデルを具備し、推定結果に基づいて制御を行うことによって、干渉の影響を低減することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、実施の形態１で説明した周波数制御装置１００を備える周波数制御システムについて説明する。
　図６は、実施の形態２に係る周波数制御システム２００の構成例を示す図である。周波数制御システム２００は、周波数変換部２０１と、ＡＤＣ（Analog　to　Digital　Converter）２０２と、シンボルレート変換部２０３と、干渉信号抽出部２０４と、干渉情報保存用メモリ２０５と、干渉マップ生成部２０６と、高解像度化処理部２０７と、干渉種別推定部２０８と、周波数制御部２０９と、通信品質データベース２１０を記憶する記憶部２１０ａと、を備える。周波数制御システム２００には、図６に示すようにアンテナ２２０が接続されているが、アンテナ２２０も周波数制御システム２００に含めてもよい。
　図６に示す実施の形態２の高解像度化処理部２０７、干渉種別推定部２０８、周波数制御部２０９、および通信品質データベース２１０を記憶する記憶部２１０ａは、図１に示す実施の形態１の高解像度化処理部１０２、干渉種別推定部１０４、周波数制御部１０６、および通信品質データベース１０８を記憶する記憶部１０８ａと同様のものである。すなわち、周波数制御システム２００は、実施の形態１で説明した周波数制御装置１００を備えていると言える。図７は、実施の形態２に係る周波数制御システム２００の動作を示すフローチャートである。
　周波数変換部２０１は、アンテナ２２０で受信されたアナログ信号の受信信号に対して、周波数制御システム２００の使用者などによって指示された所望周波数に周波数変換する（ステップＳ３０１）。
　ＡＤＣ２０２は、周波数変換部２０１で周波数変換後のアナログ信号をサンプリングし、アナログ信号からデジタル信号に変換する（ステップＳ３０２）。
　シンボルレート変換部２０３は、ＡＤＣ２０２によって得られたデジタル信号のサンプリング系列に対して、所望のシンボルレートにダウンサンプリングする（ステップＳ３０３）。
　干渉信号抽出部２０４は、時間および周波数における未送信区間に基づいて干渉成分を抽出する（ステップＳ３０４）。干渉成分は、例えば、ＲＳＳＩ（Received　Signal　Strength　Indicator）、複素値などによって表すことができる。干渉信号抽出部２０４は、抽出した干渉成分を干渉情報保存用メモリ２０５に蓄積する。
　干渉情報保存用メモリ２０５は、干渉信号抽出部２０４で抽出された干渉成分を蓄積するためのメモリである。
　干渉マップ生成部２０６は、干渉情報保存用メモリ２０５から規定された時間および周波数における干渉成分のサンプル値を読み出し、所望の時間および周波数の範囲における干渉マップ１０１を生成する（ステップＳ３０５）。
　高解像度化処理部２０７は、干渉マップ生成部２０６で生成された干渉マップ１０１を高解像度化して高解像度干渉マップ１０３を生成する（ステップＳ３０６）。
　干渉種別推定部２０８は、高解像度干渉マップ１０３に基づいて干渉種別を推定することで干渉種別情報１０５を生成する（ステップＳ３０７）。
　周波数制御部２０９は、高解像度干渉マップ１０３および干渉種別情報１０５に基づいてチャネル情報１０７を生成する（ステップＳ３０８）。周波数制御部２０９は、チャネル情報１０７に基づいて通信品質データベース２１０を検索し、通信品質データベース２１０から通信品質指標１０９を取得する（ステップＳ３０９）。周波数制御部２０９は、通信品質指標１０９に基づいて使用する周波数チャネル１１０を決定する（ステップＳ３１０）。なお、周波数制御部２０９は、決定した周波数チャネル１１０の情報を、チャネル情報１０７、通信品質指標１０９などに関連付けて通信品質データベース２１０に記憶させてもよい。また、周波数制御部２０９が使用する周波数チャネル１１０を決定するまでの動作は、実施の形態１の周波数制御部１０６が使用する周波数チャネル１１０を決定するまでの動作、すなわち図３に示すフローチャートの動作と同様である。
　記憶部２１０ａは、通信品質データベース２１０を記憶する。通信品質データベース２１０には、チャネル情報１０７に対応する通信品質指標１０９などが格納されている。
　なお、周波数制御システム２００は、図６の例では１つのアンテナ２２０に接続されているが、複数のアンテナ２２０を用い、複数のアンテナ２２０から得られる干渉信号に基づいて干渉マップ１０１の生成、干渉マップ１０１の高解像度化などを行ってもよい。また、周波数制御システム２００は、空間的に配置された複数のアンテナ２２０を用いて、空間軸を含めた３次元の干渉マップ１０１の作製を、メモリ増大を抑えつつ高解像度化を行うことで、簡易に実現することが可能である。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、周波数制御システム２００は、実施の形態１の周波数制御装置１００と同様の構成を備えることによって、実施の形態１の周波数制御装置１００と同様の効果を得ることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１００　周波数制御装置、１０１　干渉マップ、１０２，２０７　高解像度化処理部、１０３　高解像度干渉マップ、１０４，２０８　干渉種別推定部、１０５　干渉種別情報、１０６，２０９　周波数制御部、１０７　チャネル情報、１０８，２１０　通信品質データベース、１０８ａ，２１０ａ　記憶部、１０９　通信品質指標、１１０　周波数チャネル、２００　周波数制御システム、２０１　周波数変換部、２０２　ＡＤＣ、２０３　シンボルレート変換部、２０４　干渉信号抽出部、２０５　干渉情報保存用メモリ、２０６　干渉マップ生成部、２２０　アンテナ。

Claims (8)

  1. 　干渉マップを高解像度化して高解像度干渉マップを生成する高解像度化処理部と、
    　前記高解像度干渉マップに基づいて干渉種別を推定し、前記高解像度干渉マップにおいて干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報を生成する干渉種別推定部と、
    　前記高解像度干渉マップおよび前記干渉種別情報に基づいて、通信に使用する周波数チャネルを決定する周波数制御部と、
    　を備えることを特徴とする周波数制御装置。
  2. 　前記高解像度化処理部は、信号処理による補間処理、または機械学習モデルによる超解像によって、前記干渉マップを高解像度化して前記高解像度干渉マップを生成する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の周波数制御装置。
  3. 　前記周波数制御部は、前記高解像度干渉マップおよび前記干渉種別情報に基づいて、各チャネルで受けている干渉の状況を示すチャネル情報を生成し、前記チャネル情報に基づいて、通信に使用する前記周波数チャネルとして許容される通信品質を示す通信品質指標を取得し、前記通信品質指標に基づいて使用する前記周波数チャネルを決定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の周波数制御装置。
  4. 　前記チャネル情報に対応する前記通信品質指標が格納された通信品質データベースを記憶する記憶部、
    　を備え、
    　前記周波数制御部は、前記チャネル情報に基づいて前記通信品質データベースを検索し、前記通信品質データベースから前記通信品質指標を取得する、
    　ことを特徴とする請求項３に記載の周波数制御装置。
  5. 　前記周波数制御部は、干渉のないチャネル、またはチャネルに存在する干渉が規定された時間変動性を有する干渉種別のチャネル、または干渉を受けるサブキャリア数が干渉抑圧可能なチャネルを前記周波数チャネルとして決定する、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の周波数制御装置。
  6. 　周波数制御装置を制御するための制御回路であって、
    　干渉マップを高解像度化して高解像度干渉マップを生成、
    　前記高解像度干渉マップに基づいて干渉種別を推定し、前記高解像度干渉マップにおいて干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報を生成、
    　前記高解像度干渉マップおよび前記干渉種別情報に基づいて、通信に使用する周波数チャネルを決定、
    　を前記周波数制御装置に実施させることを特徴とする制御回路。
  7. 　周波数制御装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、
    　前記プログラムは、
    　干渉マップを高解像度化して高解像度干渉マップを生成、
    　前記高解像度干渉マップに基づいて干渉種別を推定し、前記高解像度干渉マップにおいて干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報を生成、
    　前記高解像度干渉マップおよび前記干渉種別情報に基づいて、通信に使用する周波数チャネルを決定、
    　を前記周波数制御装置に実施させることを特徴とする記憶媒体。
  8. 　高解像度化処理部が、干渉マップを高解像度化して高解像度干渉マップを生成する第１のステップと、
    　干渉種別推定部が、前記高解像度干渉マップに基づいて干渉種別を推定し、前記高解像度干渉マップにおいて干渉と推定される時間および周波数の信号の干渉の種別を示す干渉種別情報を生成する第２のステップと、
    　周波数制御部が、前記高解像度干渉マップおよび前記干渉種別情報に基づいて、通信に使用する周波数チャネルを決定する第３のステップと、
    　を含むことを特徴とする周波数制御方法。
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