(57)【要約】【課題】通信環境の変化に対応した最適なソフトウェアを自律的に生成可能で、ハードウェアへの依存を大きく減らすことができる無線通信装置の無線機ソフトウェアモデルジェネレータを提供する。【解決手段】機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベース３１，３２と、無線通信装置の外部および内部の環境から要求される無線通信装置の無線機ソフトウェアを設計する際に必要な仕様および条件の少なくとも一部に基づき、知識データベース３１を参照して無線機ソフトウェアモデル４３を構築する無線機ソフトウェアモデル構築部３４と、仕様および条件の少なくとも一部に基づき、知識データベース３２を参照して無線機ソフトウェアモデル４３を最適化して、無線機ソフトウェアモデル４５を生成する最適性判定部３５とを備え、環境に応じて最適化された無線機ソフトウェアモデル４５を生成することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置を構成する要素に関する機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベースと、
前記無線通信装置の外部および内部の環境から要求される前記無線通信装置の無線機ソフトウェアを設計する際に必要な仕様および条件の少なくとも一部に基づき、前記知識データベースを参照して無線機ソフトウェアモデルを構築する無線機ソフトウェアモデル構築部と、
前記仕様および前記条件の少なくとも一部に基づき、前記知識データベースを参照して前記無線機ソフトウェアモデルを最適化して、前記無線機ソフトウェアモデルを生成する最適性判定部とを備え、
前記環境に応じて最適化された前記無線機ソフトウェアモデルを生成することを特徴とする無線機ソフトウェアモデルジェネレータ。
【請求項２】
前記無線機ソフトウェアモデルが前記仕様を満足するか否かをシミュレートして検証するとともに、検証結果を前記最適性判定部に伝達して、前記最適性判定部における前記無線機ソフトウェアモデルの生成に反映させる仮想実行部を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータ。
【請求項３】
前記無線機ソフトウェアモデルは機能仕様と性能仕様に基づいて生成されるとともに、
前記仮想実行部は、
前記無線機ソフトウェアモデルが機能仕様を満足するか否かをシミュレートして機能面について検証する機能検証部と、
前記無線機ソフトウェアモデルが性能仕様を満足するか否かをシミュレートして性能面について検証する性能検証部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータ。
【請求項４】
前記無線機ソフトウェアモデル構築部は、前記仕様の機能仕様に基づき前記無線機ソフトウェアモデルを構築するとともに、
前記最適性判定部は、前記無線機ソフトウェアモデルと前記仕様の性能仕様ならびに前記条件の制約条件および環境条件に基づき前記無線機ソフトウェアモデルを生成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータ。
【請求項５】
前記無線機ソフトウェアモデルから選択ポリシーに基づいて最適モデルを選択する最適モデル選択部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータ。
【請求項６】
上述した請求項１ないし請求項５のいずれか１の請求項に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータと、
前記環境を認識する環境認識部と、
前記環境認識部により認識した前記環境を仕様に変換するとともに、前記無線機ソフトウェアモデルジェネレータに入力する仕様生成部と、
前記無線機ソフトウェアモデルジェネレータにより生成された前記無線機ソフトウェアモデルをソフトウェア無線プラットフォーム用ソフトウェアに変換するモデル変換部と、
前記モデル変換部から出力される前記ソフトウェア無線プラットフォーム用ソフトウェアを実行するソフトウェア無線プラットフォーム部とを備えることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置の無線機ソフトウェアモデルジェネレータおよび無線通信装置に関し、特に、ハードウェアに変更を加えることなく、ソフトウェアを変更することによって、例えば、帯域幅、フィルタリング、変復調、符号化等といった無線の基本的な機能を変更することが可能なシステムであるソフトウェア無線を生成するのに適した無線機ソフトウェアモデルジェネレータおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信装置として、ハードウェア部とソフトウェア部とを備えたものが広く普及している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２０に示すように、この無線通信装置１００では、ハードウェア部１０１としては、例えば、増幅器１０２と、ミキサ１０３と、シンセサイザ１０４と、ディジタル／アナログ変換器１０５と、アナログ／ディジタル変換器１０６と、ＡＳＩＣ１０７と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Allay）１０８と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０９と、Ｉ／Ｏ１１０等のデバイスと、各デバイスに接続されたＣＰＵ１１１とを備えている。
【０００４】
また、ソフトウェア部１１２としては、例えば、上述した各デバイスに対応するデバイスドライバ１１３と、オペレーティングシステム１１４と、ライブラリ１１５と、ライブラリ１１５に実装されたプログラムおよび制御コマンドを管理するライブラリ管理部１１６と、分配された機能に従って個々のデバイス用のプログラムおよびコマンドを生成するプログラム生成部１１７と、個々のデバイスに対して無線機能を分配する機能分配部１１８と、アプリケーションプログラム１１９とを備えている。
【０００５】
アプリケーションプログラム１１９は無線通信装置１００の動作が記述されたプログラムであり、仕様、機能、実現に関する定義、制約条件（消費電力上限、処理時間上限）等が記述されている。
【０００６】
プログラム生成部１１７は、アプリケーションプログラム１１９に記述された無線機能の定義および制約条件に従って、無線通信を実現するためのＦＰＧＡ１０８のＨＤＬプログラムと、各デバイスの個々の機能を制御するためのコマンドと、ＤＳＰやＣＰＵ１１１のプログラムとを生成する。さらに、プログラム生成部１１７では、アプリケーションプログラム１１９で定義された各機能の各デバイスに対する振り分けを決定する。
【０００７】
プログラム生成部１１７は、機能分配部の割り当て結果に基づいてライブラリ１１５を参照して、その時点で最適なプログラムを生成する。すなわち、プログラム生成部１１７は、最適なプログラムをライブラリ１１５から読み出して、必要なデバイスに割り当てる。
【０００８】
さらに、機能分配部１１８を外部から制御可能な外部制御部と、無線通信装置１００の外部および内部の通信環境状態を評価する評価部とを備えている。そして、評価部の結果を機能分配部およびプログラム生成部１１７が利用するようになっている。これにより、無線通信装置１００は、時系列的に変化する通信環境に動的に対応可能となっている。
【０００９】
このように、従来の無線通信装置１００では、通信環境の変化に対して所謂ハードウェアオリエンティッドであり、まずハードウェアの選択や変更があり、それに対応してソフトウェアの割り当て、すなわちソフトウェア生成があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３０６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のような無線通信装置１００の構成にあっては、プログラム生成部１１７は決められた内容に従ってライブラリ１１５からプログラムを選択して各デバイスに割り当てているが、通信環境の変化に応じた最適性を十分に考慮してプログラムを生成しているとはいえない。上述の無線通信装置１００では、例えば性能および演算量は複数のアルゴリズムの組合せにより変化するものであるが、その最適な妥当な点を探索するようにはなっていない。このため、電波環境や無線通信装置１００の状態の変化に対しても予め決められた対応しかできないという問題があった。
【００１２】
例えば、符号誤り率（ＢＥＲ：Bit error rate）を改善するために、周波数同期機能と、通信路等化機能と、誤り訂正機能等との複数の組合せの中に性能と演算量の最適なものが存在するはずである。しかしながら、上述した無線通信装置１００では、そのような性能と演算量のバランスが最適となるものを探索するようにはなっていないという問題があった。
【００１３】
また、上述の無線通信装置１００は、選択されたハードウェアに対してソフトウェアをマッピングするハードウェアオリエンティッドであり、ハードウェアに依存する割合も多くなっている。このため、ハードウェアに依存する割合を少なくして汎用性を高めるために、与えられた条件下で性能を満たすソフトウェアを生成し、これをハードウェアに割り付けるソフトウェアオリエンティッドな構成が望まれている。
【００１４】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、通信環境の変化に対応した最適なソフトウェアを自律的に生成可能で、ハードウェアへの依存を大きく減らすことができる無線通信装置の無線機ソフトウェアモデルジェネレータおよび無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータは、上記目的達成のため、（１）無線通信装置を構成する要素に関する機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベースと、前記無線通信装置の外部および内部の環境から要求される前記無線通信装置の無線機ソフトウェアを設計する際に必要な仕様および条件の少なくとも一部に基づき、前記知識データベースを参照して無線機ソフトウェアモデルを構築する無線機ソフトウェアモデル構築部と、前記仕様および前記条件の少なくとも一部に基づき、前記知識データベースを参照して前記無線機ソフトウェアモデルを最適化して、前記無線機ソフトウェアモデルを生成する最適性判定部とを備え、前記環境に応じて最適化された前記無線機ソフトウェアモデルを生成することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベースを利用して無線機ソフトウェアの最適化が行われるので、従来のように技術者の経験により無線機ソフトウェアを生成する場合に比べて、最適化の客観性を高めて高性能の無線機ソフトウェアを実現することができるようになる。
【００１７】
また、仕様としては、機能仕様と性能仕様等があり、機能仕様としては、必要帯域、通信周波数、変調方式、誤り訂正符号等があり、性能仕様としては、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対するビット誤り率（ＢＥＲ）要求特性等がある。条件としては、制約条件と環境条件等があり、制約条件としては、無線通信装置の状態（リソース空き、バッテリ残量等）、通信路条件(干渉状況、ＳＮＲ等)等があり、環境条件としては、電波強度、周波数利用状況、干渉状況等がある。
【００１８】
上記（１）に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータにおいては、（２）前記無線機ソフトウェアモデルが前記仕様を満足するか否かをシミュレートして検証するとともに、検証結果を前記最適性判定部に伝達して、前記最適性判定部における前記無線機ソフトウェアモデルの生成に反映させる仮想実行部を備えることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、仮想実行部により、無線機ソフトウェアモデルについて機能仕様あるいは性能仕様を満足するか否かをシミュレートして検証しているので、より最適化された無線機ソフトウェアモデルを得ることができるようになる。
【００２０】
上記（２）に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータにおいては、（３）前記無線機ソフトウェアモデルは機能仕様と性能仕様に基づいて生成されるとともに、前記仮想実行部は、前記無線機ソフトウェアモデルが機能仕様を満足するか否かをシミュレートして機能面について検証する機能検証部と、前記無線機ソフトウェアモデルが性能仕様を満足するか否かをシミュレートして性能面について検証する性能検証部とを備えていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、機能仕様と性能仕様に基づいて構築された無線機ソフトウェアモデルは機能検証部により機能仕様の充足性を検証されるとともに、性能検証部により性能仕様の充足性を検証されるようになる。このため、各モデルの機能検証および性能検証を実現できるので、より最適化された無線機ソフトウェアモデルを得ることができるようになる。
【００２２】
上記（１）ないし（３）に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータにおいては、（４）前記無線機ソフトウェアモデル構築部は、前記仕様の機能仕様に基づき前記無線機ソフトウェアモデルを構築するとともに、前記最適性判定部は、無線機ソフトウェアモデルと前記仕様の性能仕様ならびに前記条件の制約条件および環境条件に基づき前記無線機ソフトウェアモデルを生成することが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、まず機能仕様に基づいて無線機ソフトウェアモデルが構築され、この無線機ソフトウェアモデルに対して性能仕様、制約条件、環境条件に基づいて最適化された無線機ソフトウェアモデルが生成されるので、最適化された無線機ソフトウェアモデルを効率良く生成することができるようになる。
【００２４】
上記（１）ないし（４）に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータにおいては、（５）前記無線機ソフトウェアモデルから選択ポリシーに基づいて最適モデルを選択する最適モデル選択部を備えることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、例えば、回路規模の小さいことを優先する、あるいは回路規模よりも性能を優先する、といった選択ポリシーに基づいて最適モデルを選択できるので、仕様や条件だけでは反映し難い要求についても最適化の過程に含めることができ、より最適化を促進することができる。
【００２６】
本発明に係る無線通信装置は、上記目的達成のため、（６）上述した（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の無線機ソフトウェアモデルジェネレータと、前記環境を認識する環境認識部と、前記環境認識部により認識した前記環境を仕様に変換するとともに、前記無線機ソフトウェアモデルジェネレータに入力する仕様生成部と、前記無線機ソフトウェアモデルジェネレータにより生成された前記無線機ソフトウェアモデルをソフトウェア無線プラットフォーム用ソフトウェアに変換するモデル変換部と、前記モデル変換部から出力される前記ソフトウェア無線プラットフォーム用ソフトウェアを実行するソフトウェア無線プラットフォーム部とを備えることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、環境認識部が、電波利用状態、ユーザ通信内容、無線機の状態等の無線通信装置の外部および内部の環境を認識する。そして、仕様生成部が、環境認識部により認識された環境を機能仕様、性能仕様、制約条件等の仕様に変換する。さらに、無線機ソフトウェアモデルジェネレータが、仕様生成部で生成された仕様から最適化された無線機ソフトウェアモデルを生成する。そして、モデル変換部が、無線機ソフトウェアモデルジェネレータにより生成された無線機ソフトウェアモデルをソフトウェア無線プラットフォーム用ソフトウェアに変換する。ソフトウェア無線プラットフォーム部は、モデル変換部により生成されたソフトウェアを実行する。
【００２８】
このように、無線通信環境に適応して、ソフトウェアを都度生成するので、現状に対して最適なソフトウェアを用いて動作する無線通信装置を実現することができる。これにより、電波状況に適合した適切な周波数あるいは帯域の通信を行うことによる電波資源の有効利用や、無線通信装置のマルチモード化、無線通信装置のバッテリ残量に応じた省電力化等を実現できる。
【００２９】
一般に無線通信装置では、電波環境、位置、ユーザ要求等の環境によって、必要とされる性能が異なるが、無線通信装置のリソースは一定である。様々な環境にも適応できるようなソフトウェアを最初から用意すると、無線通信装置において必要とされる無線通信装置のリソースが大きくなり、回路規模や消費電力が大きくなってしまう。
【００３０】
これに対し、本発明に係る無線通信装置では、外部および内部の環境を認識し、その環境に適し、かつ現状の無線通信装置のリソースに収まるよう性能と演算量等を最適化する。これにより、限られたリソースを最大限に利用できる無線通信装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベースを利用して無線機ソフトウェアの生成および最適化が行われるので、通信環境の変化に対応した最適なソフトウェアを自律的に生成可能で、ハードウェアへの依存を大きく減らすことができる無線機ソフトウェアモデルジェネレータおよび無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の全体を機能別ブロックで示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置のソフトウェア部を示す概略図であり、（ａ）は最適ソフトウェア生成部の構成の詳細を記載しない場合、（ｂ）は最適ソフトウェア生成部の構成の詳細を記載した場合をそれぞれ示す。
【図３】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置のソフトウェア部を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置のモデルジェネレータ部を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置のモデルジェネレータ部およびモデル変換部を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の機能要素リストの例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の機能要素の接続順序を表す雛型リストの例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の構成を階層状に示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置のモデルジェネレータにおけるモデル構成アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の無線機ソフトウェアモデル構築部において、仕様から内容を解釈する例を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の無線機ソフトウェアモデル構築部において、抽象機能モデルを生成する例を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の変換部において、抽象機能モデルから実行機能モデルを生成する例を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の無線機ソフトウェアモデル構築部において、知識データベースを利用して抽象機能モデルを生成する例を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の最適性判定部において、抽象機能モデルから抽象改善モデルを生成する手順の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の最適性判定部において、機能補完およびパラメータ変更を行う場合の例を示す説明図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の機能要素の接続順序を表す雛型リストの例を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の構成を階層状に示す概略図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の実施例を示す説明図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る無線機ソフトウェアモデルジェネレータを搭載した無線通信装置の実施例を示す説明図であり、（ａ）は環境変化前の実施例１、（ｂ）は環境変化後の実施例１、（ｃ）は環境変化後の実施例２である。
【図２０】従来の無線通信装置の構成を階層状に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の無線機ソフトウェアモデルジェネレータの実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、無線機ソフトウェアモデルジェネレータを無線通信装置に搭載した場合について説明している。
【００３４】
まず、本実施の形態に係る無線通信装置１の構成について説明する。
図１に示すように、無線通信装置１は、ソフトウェア部２とハードウェア部３とを備えている。これらソフトウェア部２とハードウェア部３とは、単一の無線機本体１ａに収容されている。
【００３５】
図１および図２に示すように、ソフトウェア部２は、外部および内部の環境を認識する環境認識部４と、環境認識部４により認識した環境に対して最適化されたソフトウェアを生成する最適ソフトウェア生成部５と、最適ソフトウェア生成部５から出力されるソフトウェアを実行するソフトウェア無線プラットフォーム部６とを備えている。ソフトウェア部は、単一または複数のプロセッサ（またはＦＰＧＡ、あるいはこれらの組合せ）７に内蔵されている。
【００３６】
このプロセッサ７では、ＯＳ上等で、変復調等の無線機信号処理ソフトウェアを動作させるようになっている。プロセッサ７で動作される無線機信号処理ソフトウェアは、周波数変更等のアナログ系の各種制御も行うようになっている。
【００３７】
環境認識部４は、電波環境、電波利用状態、ユーザ通信内容、無線機の状態等の無線通信装置１の外部および内部の環境を認識する。
【００３８】
環境認識部４は、例えばユーザ要求として、通信内容がメール伝送であるのか動画通信であるのか等を認識する。また、環境認識部４は、例えば無線機の状態として、無線機リソース空きやバッテリ残量を認識する。さらに、環境認識部４は、例えばスペクトル利用状況センシング結果から空き周波数を認識する（例えば、周波数範囲ｆ１〜ｆ２の間に空き周波数１０ＭＨｚあり等）。また、環境認識部４は、例えば信号対ノイズ比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を測定して認識する（例えば、ＳＮＲ＝１０ｄＢ等）。また、環境認識部４は、例えば干渉の状況を認識する（例えば、干渉は無し等）。 
【００３９】
図２（ｂ）に示すように、最適ソフトウェア生成部５は、環境認識部４により認識した環境を仕様に変換する仕様生成部１０と、仕様生成部１０により生成された仕様から最適化されたソフトウェアを生成するソフトウェア生成部２０とを備えている。さらに、ソフトウェア生成部２０は、仕様から最適化された汎用ソフトウェアモデルを生成する無線機ソフトウェアモデルジェネレータとしてのモデルジェネレータ部３０と、モデルジェネレータ部３０により生成された汎用ソフトウェアモデルをソフトウェア無線プラットフォーム部６で動作する形式に変換するモデル変換部５０とを備えている。
【００４０】
図３に示すように、仕様生成部１０は、ルールデータベース１１を備えている。仕様生成部１０は、環境認識部４により認識された環境を機能仕様、性能仕様、制約条件、環境条件等の仕様に変換するようになっている。仕様生成部１０での変換は、単純に選択するのではなく、ルールデータベース１１を利用して複数の可能性の組合せから認識結果、すなわち現状に最適な機能仕様、性能仕様、制約条件、環境条件等を生成するようになっている。
【００４１】
機能仕様としては、必要帯域、通信周波数、変調方式、誤り訂正符号等がある（例えば、必要帯域＝５ＭＨｚ、通信周波数＝ｆ１〜ｆ２の間のｆ４、変調方式＝１６ＱＡＭ、誤り訂正符号＝Ｒ１／２の畳込み符号等）。性能仕様としては、ＳＮＲに対するＢＥＲ要求特性等がある（例えば、ＳＮＲ＝１０ｄＢでＢＥＲ＜１０−５等）。制約条件としては、無線通信装置１の状態（リソース空き、バッテリ残量等）、通信路条件(干渉状況、ＳＮＲ等)がある。環境条件としては、電波強度、周波数状況、干渉状況等がある。
【００４２】
図３〜図５に示すように、モデルジェネレータ部３０は、仕様生成部１０で生成された仕様から最適化された汎用ソフトウェアモデルを生成するようになっている。モデルジェネレータ部３０は、モデル生成用の知識データベース３１と、設計上のノウハウ情報を含む他の知識データベースとしての性能改善データベース３２とを備えている。知識データベース３１は、機能要素データベース３１ａ（図１０参照）と接続情報データベース３１ｂ（図１１参照）とを含んで構成されている。
【００４３】
図６に示すように、機能要素データベース３１ａには、カテゴライズされた機能要素情報である機能要素リスト４１が記録されている。ここでの機能要素は、無線機ソフトウェアにおける信号処理機能を表す要素であり、例えば、誤り訂正符号化（符号４１ａ）、変調（符号４１ｂ）、歪補正、フィルタ等である。機能要素データベース３１ａの機能要素リスト４１では、各機能要素に入出力定義やパラメータ定義等が付随されている。
【００４４】
図７に示すように、接続情報データベース３１ｂには、機能要素データベース３１ａにカテゴライズされて記録された機能要素の接続順序を表す接続の雛型リスト４２が記録されている。ここでの接続順序の雛型は、例えば、図示するように、誤り訂正符号化→変調→フィルタ（符号４２ａ）、あるいは誤り訂正符号化→変調→歪補正→フィルタ（符号４２ｂ）のような接続順序をそのまま雛型としたものである。
【００４５】
図３〜図５に示すように、モデルジェネレータ部３０は、無線機ソフトウェアモデル構築部３４と、最適性判定部３５と、仮想実行部３６とを備えている。
【００４６】
無線機ソフトウェアモデル構築部３４は、仕様生成部１０で生成された機能仕様に基づき、知識データベース３１を参照して無線機ソフトウェアモデルの原形である抽象機能モデル４３を構築する。抽象機能モデル４３は、送信抽象機能モデル４３ａと受信抽象機能モデル４３ｂとを備えている（図１１参照）。
【００４７】
最適性判定部３５は、性能仕様、制約条件、環境条件、後述する仮想実行部３６の検証結果に基づき、性能改善データベース３２を参照して無線機ソフトウェアモデルとしての抽象機能モデル４３を最適化して、無線機ソフトウェアモデルとしての抽象改善モデル４５を生成する。最適性判定部３５では、性能改善データベース３２を参照しながら抽象機能モデル４３に対して機能追加を適宜行い、また各機能のパラメータ調整を行うことで新たな抽象機能モデル４３を生成し、性能仕様、制約条件等に基づく評価関数を利用して複数の可能性の中から最適性の判定を行い、最適な抽象機能モデル（抽象改善モデル４５）を絞り込む（最適化）。この最適化における評価関数には各機能の組合せが無線機の演算リソースに収まること等（演算量最小化等）の要件が反映される。すなわち、例えば、通信路条件、無線機リソース、バッテリ残量を考慮して複数のアルゴリズムから制約条件を満たしつつ最適となる機能構成の組合せとパラメータが生成される。 
【００４８】
また、モデルジェネレータ部３０は、抽象機能モデル４３を仮想実行環境に合わせた実行機能モデル４４に変換する変換部３７と、変換に必要な情報を記憶した実行検証用データベース３８とを備えている。実行検証用データベース３８は、実行環境データベース３８ａおよび実行環境構文データベース３８ｂを備えている（図１２参照）。
【００４９】
抽象機能モデル４３は、変換部３７により実行検証用データベース３８を参照して仮想実行環境に合わせた実行機能モデル４４に変換される。抽象改善モデル４５は、変換部３７により実行検証用データベース３８を参照して仮想実行環境に合わせた実行改善モデル４６に変換される。
【００５０】
仮想実行部３６は、機能検証部３６ａと性能検証部３６ｂとを備えている。機能検証部３６ａは、実行機能モデル４４が仮想実行環境上で正しい機能を有して作動するかシミュレートして検証する。性能検証部３６ｂは、実行改善モデル４６が仮想実行環境上で各種性能を満たすかシミュレートして検証する。これらの検証結果は、最適性判定部３５に伝達されて、最適性判定部３５における抽象改善モデル４５の生成に反映される。
【００５１】
また、モデルジェネレータ部３０は、最適性判定部３５より生成される複数の抽象改善モデル４５から選択ポリシーに基づいて最適モデルを選択し、抽象最適モデル４７を生成する最適モデル選択部３９を備えている。ここでの選択ポリシーは、例えば、回路規模の小さいことを優先する、回路規模よりも性能を優先するといったモデルを選択するための基準である。
【００５２】
モデル変換部５０は、モデルジェネレータ部３０により生成された汎用ソフトウェアモデル（抽象最適モデル）４７をソフトウェア無線プラットフォーム部６で動作する形式に変換するようになっている。モデル変換部５０は、無線機ソフトウェアモデルの各機能を無線機プラットフォーム内のプロセッサ（あるいはＦＰＧＡ）７に割り当て、各デバイスの実行形式への変換（モデルのコンパイル、あるいはコンパイル済みの機能コンポーネントのリンク）を実施する。
【００５３】
モデル変換部５０は、変換部５１と、変換データベース５２と、コンパイラ５３とを備えている。変換部５１は、変換データベース５２を参照して、例えば、速度制約から誤り訂正復号をＦＰＧＡに割り当て、残りはプロセッサ上のソフトウェアとして実装するよう決定し、実行用ソース５４を生成する。コンパイラ５３は、実行用ソース５４に対してそれぞれデバイス用のライブラリを用いてコンパイルを実施し、実行用オブジェクト５５を生成する。
【００５４】
さらに、モデル変換部５０は、実行用オブジェクト５５を無線機プラットフォームのプロセッサとＦＰＧＡにロードすることで無線機ソフトウェアを実行する。モデル変換部５０は、実行用オブジェクト５５を無線機プラットフォームのプロセッサ（あるいはＦＰＧＡ）７にロードすることで無線機ソフトウェアを実行するようになっている。
【００５５】
一方、図１に示すように、ハードウェア部３は、送信部７０と、受信部８０と、共通部９０とを備えている。送信部７０は、ディジタル／アナログ変換器７１と、各種デバイスである送信用中間周波（ＩＦ：Intermediate Frequency）変換・増幅器７２と、送信用高周波（ＲＦ：Radio Frequency）変換・増幅器７３、電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）７４とを備えている。受信部８０は、アナログ／ディジタル変換器８１と、各種デバイスである受信用中間周波変換・増幅器８２と、受信用高周波変換・増幅器８３、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）８４とを備えている。共通部９０は、アンテナ共用器９１と、アンテナ９２とを備えている。
【００５６】
ハードウェア部３の各構成要素については、公知または新規のものを適用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００５７】
図８に示すように、この無線通信装置１では、無線機本体１ａであるハードウェアプラットフォームにプロセッサ７を搭載し、このプロセッサ７においてソフトウェア部２を全て実行するようになっている。
【００５８】
次に、無線通信装置１の作用について以下に説明する。
【００５９】
環境認識部４により電波環境、電波利用状態、ユーザ通信内容、無線機の状態等の無線通信装置１の外部および内部の環境が認識され、無線機ソフトウェアを変更する必要が生じたときは、仕様生成部１０により、環境認識部４で認識された環境が機能仕様、性能仕様、制約条件、環境条件等の仕様に変換される。
【００６０】
以下、仕様生成部１０で生成された仕様から抽象機能モデル４３および実行機能モデル４４を生成する手順、すなわちモデル構成アルゴリズムを、図９のフローチャートにおよび図１０〜図１３の説明図に基づいて説明する。
【００６１】
プロセッサ７は、無線機ソフトウェアモデル構築部３４において、与えられた仕様の具体的内容を解釈する（ステップＳ１）。例えば、図１０に示すように、仕様として生成された図示するＸＭＬファイルの場合、機能要素データベース３１ａを参照して、畳込み符号化、ＱＰＳＫ変調、ＲＲＣフィルタという内容を読み取り、これに対する機能要素を機能要素データベース３１ａから抽出することができる。
【００６２】
次に、プロセッサ７は、無線機ソフトウェアモデル構築部３４において、送信抽象機能モデル４３ａを構成する（ステップＳ２）。これは、仕様から読み取られた機能構成に対して、接続情報データベース３１ｂを参照して、順番を設定することで送信抽象機能モデル４３ａを構成する。
【００６３】
ここで、図１３に示す例では、接続情報データベース３１ｂに記録された雛型リスト４２のうちで誤り訂正符号化→変調→フィルタという雛型４２ａが選択されている。そこで、この雛型４２ａの各要素に対して、先に選択した機能要素データベース３１ａに記録された機能要素リスト４１から機能要素を当てはめる。誤り訂正符号化がＲＳ符号、変調が１６ＱＡＭである場合の機能要素データベース３１ａに記録された機能要素リスト４１の例を図１３に示す。
【００６４】
次に、プロセッサ７は、無線機ソフトウェアモデル構築部３４において、受信抽象機能モデル４３ｂを構成する（ステップＳ３）。これは、仕様から読み取られた機能構成に対して、接続情報データベース３１ｂを参照して、順番を設定することで受信抽象機能モデル４３ｂを構成する。具体的な手順としては、送信抽象機能モデル４３ａを構成する場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６５】
さらに、プロセッサ７は、変換部３７において、実行検証用データベース３８を参照して抽象機能モデル４３を仮想実行環境に合わせた実行機能モデル４４に変換する（ステップＳ４）。変換部３７では、例えば、図１２に示すように、送信抽象機能モデル４３ａおよび受信抽象機能モデル４３ｂに対して、実行環境データベース３８ａおよび実行環境構文データベース３８ｂを参照して変換し、実行機能モデル４４を生成する。
【００６６】
生成された実行機能モデル４４は、機能検証部３６ａにおいて機能検証が行われる。
【００６７】
次に、抽象機能モデル４３を最適化して抽象改善モデル４５を生成する手順、すなわちモデル最適化アルゴリズムを、図１４に基づいて説明する。
【００６８】
プロセッサ７は、最適性判定部３５に抽象機能モデル４３と、性能仕様と、制約条件と、環境条件等を入力する（ステップＳ１０）。プロセッサ７は、最適性判定部３５において、入力された性能仕様と、制約条件と、環境条件等に対して評価すべき性能項目および性能項目に対応する劣化要素を抽出する（ステップＳ１１）。これにより、性能に対する劣化要素を考慮した性能評価系が構築される。
【００６９】
そして、プロセッサ７は、最適性判定部３５において、基本性能の評価を行う（ステップＳ１２）。ここでは改善要素は無い。さらに、プロセッサ７は、最適性判定部３５において、機能（性能改善要素）の補完および各機能のパラメータ調整を行って抽象改善モデル４５を生成し、仮想実行環境３６上で実行改善モデル４６を含む性能評価系を動作させ、性能仕様、制約条件等に基づく評価関数を用いて静的性能の評価（ステップＳ１３）と動的性能の評価（ステップＳ１４）を行う。また、これらの機能補完および各機能のパラメータ調整は、性能改善データベース３２を参照して行われる。
【００７０】
ここで、機能補完およびパラメータ変更の例として、図１５に示すように、例えば最初に雛型４２ｃがあった場合、性能改善データベース３２を参照して、等化（符号４１ｃ）および周波数同期（符号４１ｄ）の機能要素を追加して、各パラメータを調整するようにできる。
【００７１】
また、プロセッサ７は、ステップＳ１４の実行後、性能改善要素ごとにステップＳ１３に戻り、また、性能項目ごとにステップＳ１１に戻ってループ処理を行う。すなわち、個々の性能項目を順次評価するようにしている。
【００７２】
そして、プロセッサ７は、ステップＳ１４までの評価で評価関数を満たす性能改善要素を性能改善候補として記憶する。記憶された性能改善候補の組合せに対して評価関数を用いた結合総合評価を行う（ステップＳ１５）。さらに、プロセッサ７は、最適性判定部３５において演算量の評価を行い（ステップＳ１６）、単一あるいは複数の抽象改善モデル４５が生成される。
【００７３】
同時に、プロセッサ７は、抽象機能モデル４３と、性能仕様と、制約条件と、環境条件等を利用して、仮想実行環境３６上に上述した性能改善データベース３２を参照して行われる機能補完およびパラメータ変更の結果が反映された実行改善モデル４６を含む性能評価系を構築する。この性能評価系における実行改善モデル４６が、ステップＳ１３およびステップＳ１４での性能評価とステップＳ１６の演算量の評価において参照される。
【００７４】
ステップＳ１３、ステップＳ１４、およびステップＳ１５において機能補完およびパラメータ調整されたモデルは、変換部３７により実行検証用データベース３８を参照して実行改善モデル４６に変換されて、前述の性能評価系に組み込まれ、性能検証部３６ｂにおいて性能検証が行われる。その結果は、最適性判定部３５に伝達されてステップＳ１３およびステップＳ１４における機能補完、パラメータ調整に反映される。
【００７５】
また、抽象改善モデル４５からは、最適モデル選択部３９により、選択ポリシーに基づいて最適モデルが選択され、抽象最適モデル４７とされる。これにより、モデルジェネレータ部３０から抽象最適モデル４７が出力される。
【００７６】
さらに、モデル変換部５０において、変換部５１が、変換データベース５２を参照して、例えば、速度制約から誤り訂正復号をＦＰＧＡに割り当て、残りはプロセッサ上のソフトウェアとして実装するよう決定し、実行用ソース５４を生成する。そして、コンパイラ５３が、実行用ソース５４に対してそれぞれデバイス用のライブラリを用いてコンパイルを実施し、実行用オブジェクト５５を生成する。
【００７７】
実行用オブジェクト５５は、ソフトウェア無線プラットフォーム部６に入力されて実行され、無線通信装置１が動作される。
【００７８】
以上のように、本実施の形態に係る無線通信装置１のモデルジェネレータ部３０によれば、機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベース３１，３２を利用して無線機ソフトウェアの生成および最適化が行われるので、通信環境の変化に対応した最適なソフトウェアを自律的に生成可能で、ハードウェアへの依存を大きく減らすことができるモデルジェネレータ部３０を得ることができる。特に、機能要素情報、接続情報および設計上のノウハウ情報を記憶した知識データベース３１，３２を利用して無線機ソフトウェアの最適化が行われるので、従来のように技術者の経験により無線機ソフトウェアを生成する場合に比べて、最適化の客観性を高めて高性能の無線機ソフトウェアを実現することができるようになる。
【００７９】
また、本実施の形態に係るモデルジェネレータ部３０によれば、仮想実行部３６により、抽象機能モデル４３および抽出改善モデル４５の少なくとも一方について機能仕様あるいは性能仕様を満足するか否かをシミュレートして検証しているので、より最適化された無線機ソフトウェアモデルを得ることができるようになる。
【００８０】
また、本実施の形態に係るモデルジェネレータ部３０によれば、機能仕様に基づいて構築された抽象機能モデル４３は機能検証部３６ａにより機能仕様の充足性を検証されるとともに、抽象機能モデル４３と性能仕様に基づいて生成された抽象改善モデル４５は性能検証部３６ｂにより性能仕様の充足性を検証されるようになる。このため、各モデルの機能検証および性能検証結果を最適性判定部３５にフィードバックすることができるので、より最適化された無線機ソフトウェアモデルを得ることができるようになる。
【００８１】
また、本実施の形態に係るモデルジェネレータ部３０によれば、最適モデル選択部３９を備えているので、例えば、回路規模の小さいことを優先する、あるいは回路規模よりも性能を優先する、といった選択ポリシーに基づいて最適モデルを選択でき、仕様や条件だけでは反映し難い要求についても最適化の過程に含めることができ、より最適化を促進することができる。
【００８２】
また、本実施の形態に係る無線通信装置１によれば、通信環境の変化に対応した最適なソフトウェアを自律的に生成可能で、ハードウェアへの依存を大きく減らすことができる無線通信装置１を得ることができる。
【００８３】
また、無線通信環境に適応して、ソフトウェアを都度生成するので、現状に対して最適なソフトウェアを用いて動作する無線通信装置１を実現することができる。これにより、電波状況に適合した適切な周波数あるいは帯域の通信を行うことによる電波資源の有効利用や、無線通信装置１のマルチモード化、無線通信装置１のバッテリ残量に応じた省電力化等を実現できる。
【００８４】
一般に無線通信装置１では、電波環境、位置、ユーザ要求等の環境によって、必要とされる性能が異なるが、無線通信装置１のリソースは一定である。様々な環境にも適応できるようなソフトウェアを最初から用意すると、無線通信装置１において必要とされる無線通信装置１のリソースが大きくなり、回路規模や消費電力が大きくなってしまう。
【００８５】
これに対し、本実施の形態に係る無線通信装置１では、外部および内部の環境を認識し、その環境に適し、かつ現状の無線通信装置１のリソースに収まるよう性能と演算量等を最適化する。これにより、限られたリソースを最大限に利用できる無線通信装置１を実現できる。
【００８６】
また、本実施の形態の無線通信装置１によれば、図２（ｂ）に示すように、無線機本体１ａに環境認識部４と、最適ソフトウェア生成部５と、ソフトウェア無線プラットフォーム部６とを含んでいるので、無線通信装置１は外部と通信を行うことなく単体の無線機本体１ａのみで最適化されたソフトウェアを生成することができる。このため、外部と通信することなくソフトウェアを生成することができるので、不測の事態による通信エラー等の発生を考慮する必要が無く、ソフトウェア生成の確実性を高めることができる。
【００８７】
上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、プロセッサ７は最適性判定部３５において機能の補完および性能評価が静的性能および動的性能についてなされると（ステップＳ１３およびステップＳ１４）、性能項目ごとにステップＳ１１に戻ってループ処理を行うが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えば複数の性能項目を同時に、すなわち多次元的に評価することにより、ステップＳ１１へのループ処理を不要にしてもよい。
【００８８】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、接続情報データベース３１ｂには、機能要素データベース３１ａにカテゴライズされて記録された機能要素の接続順序を表す接続の雛型リスト４２が記録されているが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えば「誤り訂正符号化は変調の前」等のように、接続の順序関係のリストで示すこともできる。
【００８９】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、モデル構成アルゴリズムとモデル最適化アルゴリズムとが明確に分離されているが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えばモデル構成アルゴリズムとモデル最適化アルゴリズムとが明確に分離されていなくてもよい。この場合、例えば、図１６に示すように、接続の雛型リスト４２に性能改善要素を含め、このような接続の雛型リスト４２を接続情報データベース３１ｂに記録する。そして、機能要素データベース３１ａ、接続情報データベース３１ｂ、および性能改善データベース３２とを利用して、ソフトウェアの最適化を行うようにする。
【００９０】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、無線機本体１ａに環境認識部４と、最適ソフトウェア生成部５と、ソフトウェア無線プラットフォーム部６とを含んでいるが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えば図１７に示すように、無線機本体１ａの外部に最適ソフトウェア生成部５を備えるようにしてもよい。この場合、無線機本体１ａに最適ソフトウェア生成部５を設ける必要が無いので、無線機本体１ａの構造を小型化かつ簡素化することができる。また、複数の無線機本体１ａに対して１つの最適ソフトウェア生成部５を共用することができるので、無線通信システム全体の規模を小さく抑えることができる。
【００９１】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、無線機本体１ａに送信部７０および受信部８０の両方を備えているが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、送信部７０あるいは受信部８０の一方のみを備えるようにしてもよい。
【００９２】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、送信部７０に送信用中間周波変換・増幅器７２を備えるとともに、受信部８０に受信用中間周波変換・増幅器８２を備えているが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えばダイレクトコンバージョン方式の場合は、これら送信用中間周波変換・増幅器７２および受信用中間周波変換・増幅器８２の一方または両方は無くてもよい。
【００９３】
また、上述した本実施の形態の無線通信装置１においては、コンパイラ５３が実行用ソース５４をコンパイルすることにより実行用オブジェクト５５を生成するが、本発明に係る無線通信装置においては、これに限られず、例えばコンパイル済オブジェクトのリンクにより実行用オブジェクト５５を生成するようにしてもよい。
【実施例】
【００９４】
上述した無線通信装置１を利用して、外部の環境が変化した場合の動作の実施例を説明する。
【００９５】
（実施例１）
図１８（ａ）に示すように、機能仕様および性能仕様として、４００ＭＨｚ帯、ＢＷ＝２５ｋＨｚ、ＱＰＳＫ、Ｒ＝１／２ＣＣ、制約条件として、ＣＮＲ＝１０ｄＢ以下、干渉無しである場合に、無線通信装置１のソフトウェア部２では、無線機モデルＡが構成された。
【００９６】
この場合、図１８（ａ）および図１９（ａ）に示すように、この無線機モデルＡでは、ＢＥＲとＳＮＲに関する規格（図中、破線で示す。）を満たした。しかしながら、図１８（ａ）および図１９（ｂ）に示すように、無線機モデルＡでは、マルチパス条件下では規格を満たさなかった。
【００９７】
（実施例２）
次いで、機能仕様および性能仕様は変更することなく、制約条件をＣＮＲ＝１０ｄＢ以下、マルチパスに変更した。
【００９８】
この場合、図１８（ｂ）および図１９（ｃ）に示すように、無線通信装置１のソフトウェア部２では、無線機モデルＢが構成された。この無線機モデルＢでは、ＢＥＲとＳＮＲに関する規格を満たした。
したがって、環境認識部４および最適ソフトウェア生成部５の動作により、環境に応じて無線機モデルが変更されることにより、性能が改善されたことが確認された。
【００９９】
以上説明したように、本発明に係る無線ソフトウェアモデルジェネレータおよび無線通信装置は、ハードウェアに変更を加えることなく、ソフトウェアを変更することによって、例えば、帯域幅、フィルタリング、変復調、符号化等といった無線の基本的な機能を変更することが可能なシステムであるソフトウェア無線に好適な無線通信装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１  無線通信装置
４  環境認識部
６  ソフトウェア無線プラットフォーム部
１０  仕様生成部
３０  モデルジェネレータ部（無線機ソフトウェアモデルジェネレータ）
３１，３２  知識データベース
３１ａ  機能要素データベース
３１ｂ  接続情報データベース
３４  無線機ソフトウェアモデル構築部
３５  最適性判定部
３６  仮想実行部
３６ａ  機能検証部
３６ｂ  性能検証部
３９  最適モデル選択部
４３  抽象機能モデル（無線機ソフトウェアモデル）
４５  抽象改善モデル（無線機ソフトウェアモデル）
５０  モデル変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2014182746.tif 000018
【図１７】
2014182746.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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