(57)【要約】【課題】階層変調を用いた無線通信において、要求される通信品質を満足するように各階層の信号の受信電力を決定する。【解決手段】第１データが第１の階層となり第２データが第２の階層となるように階層変調し、変調された各シンボルを合成して送信する無線通信装置であって、第１データおよび第２データのそれぞれについて、要求される送信距離および当該送信距離内で許容されるアウテージ確率を取得する要求取得手段と、要求される送信距離における受信電力を所定の伝搬損失モデルを用いて評価し、受信電力が所定の最低受信電力未満となる確率であるアウテージ確率が、許容アウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する送信電力決定手段と、決定された第１データおよび第２データの送信電力に基づいて、第１データと第２データの階層変調および合成を行う送信手段と、を備える。【選択図】図３
2018093444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１データが第１の階層となり第２データが第２の階層となるように階層変調し、変調された各シンボルを合成して送信する無線通信装置であって、
第１データおよび第２データのそれぞれについて、要求される送信距離および当該送信距離内で許容されるアウテージ確率を取得する要求取得手段と、
前記要求される送信距離における受信電力を所定の伝搬損失モデルを用いて評価し、当該受信電力が所定の最低受信電力未満となる確率であるアウテージ確率が、前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する送信電力決定手段と、
前記送信電力決定手段によって決定された第１データおよび第２データの送信電力に基づいて、第１データと第２データの階層変調および合成を行う送信手段と、
を備える、無線通信装置。
【請求項２】
前記送信電力決定手段は、
送信電力と、前記伝搬損失モデルに基づく伝搬損失と、所定の確率分布にしたがうシャドウイングによる伝搬損失とに基づいて、前記要求される送信距離における受信電力の確率分布を求め、
前記確率分布に基づいて、前記アウテージ確率が前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する、
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記送信電力決定手段は、前記決定された第１データおよび第２データの送信電力を用いた送信が実行可能か否かを判断し、実行不可能な場合には、第１の階層および第２の階層の少なくともいずれかのコンスタレーションを変更した上で、再度第１データおよび第２データの送信電力を決定する、
請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記送信電力決定手段は、前記決定された第１データおよび第２データの送信電力を用いた送信が実行可能か否かを判断し、実行不可能な場合には、第１データおよび第２データについての要求される送信確率および許容されるアウテージ確率の少なくともいずれかを変更した上で、再度第１データおよび第２データの送信電力を決定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
第１データが第１の階層となり第２データが第２の階層となるように階層変調し、変調された各シンボルを合成して送信する無線通信装置が行う無線通信方法であって、
第１データおよび第２データのそれぞれについて、要求される送信距離および当該送信距離内で許容されるアウテージ確率を取得する要求取得ステップと、
前記要求される送信距離における受信電力を所定の伝搬損失モデルを用いて評価し、当該受信電力が所定の最低受信電力未満となる確率であるアウテージ確率が、前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する送信電力決定ステップと、
前記送信電力決定ステップにおいて決定された第１データおよび第２データの送信電力に基づいて、第１データと第２データの階層変調および合成を行う送信ステップと、
を含む、無線通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、階層変調を用いた無線通信技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両は、無線通信機能を有し、周囲の車両や路側機と通信を行うようになっている。複数の情報を送信するために、複数の情報を同時に送信する階層変調（hierarchical
modulation）が利用できる（特許文献１，非特許文献１）。階層変調は、重畳符号化（superposition coding）とも称される。
【０００３】
階層変調では、優先度の高いデータを低階層（第１階層）、優先度の低いデータを高階層（第２階層）となるように変調し、その変調後の無線信号を送信する。なお、典型的な階層変調では、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調信号に、他のＱＰＳＫ
変調信号が重畳される。すなわち、第１階層の情報は、例えば、信号点がどの象限に位置するかによって、第２階層の情報は、信号点が象限内のどこに位置するかによって、それぞれ伝送される。低階層の方が高階層よりも高い信頼性で通信できることからより広い範囲に情報を送信できる。
【０００４】
車両アドホックネットワークでは、送信される情報は複数の受信者に関連することが多い。ここで、階層変調を用いて複数の情報を同時に送信することが有効なケースが存在する。例えば、自動運転車両は、車載カメラによって撮影された画像データを周囲の車両と、路側機の両方に向けて送信することが想定される。ここで、一般に、路側機は見通しのよい場所に設置されることから、路車間（V2I）通信の通信状況の方が車車間（V2V）通信の通信状況よりもよいことが多い。したがって、周囲の車両に対しては低次の変調を用いて低解像度の画像データを送信し、路側機に対しては高次の変調を用いて高解像度の画像データを送信するために、階層変調を用いることが考えられる。
【０００５】
ここでは、車両から他車両および路側機への送信の例を挙げたが、路側機から車両および他の路側機への送信でも同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１９２０８９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jiang, Hong, Paul A. Wilford, and Stephen A. Wilkus. "Providing local content in a hybrid single frequency network using hierarchical modulation." IEEE Transactions on Broadcasting 56.4 (2010): 532-540.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のような階層変調を用いた通信においては、要求される通信品質を満足するように送信することが必要である。具体的には、送信者から所定の通信距離以内において、アウテージ確率が許容値以下となることが要求される。なお、アウテージとは、受信者における受信電力が復調に必要なＳＮ比より小さくなり信号を復調できないことであり、アウテージ確率とは、アウテージが発生する確率（頻度）である。
【０００９】
本発明は、階層変調を用いた無線通信において、要求される通信品質を満足するように
各階層の信号の受信電力を決定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様は、第１データが第１の階層となり第２データが第２の階層となるように階層変調し、変調された各シンボルを合成して送信する無線通信装置であって、
第１データおよび第２データのそれぞれについて、要求される送信距離および当該送信距離内で許容されるアウテージ確率を取得する要求取得手段と、
前記要求される送信距離における受信電力を所定の伝搬損失モデルを用いて評価し、当該受信電力が所定の最低受信電力未満となる確率であるアウテージ確率が、前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する送信電力決定手段と、
前記送信電力決定手段によって決定された第１データおよび第２データの送信電力に基づいて、第１データと第２データの階層変調および合成を行う送信手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明における前記送信電力決定手段は、
送信電力と、前記伝搬損失モデルに基づく伝搬損失と、所定の確率分布にしたがうシャドウイング（シャドウフェージング）による伝搬損失とに基づいて、前記要求される送信距離における受信電力の確率分布を求め、
前記確率分布に基づいて、前記アウテージ確率が前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する、
ことができる。
【００１２】
このように要求される送信距離における受信電力を確率分布の形式で求めることで、その受信電力が受信に必要な最低電力以下となるアウテージの発生確率を求めることができる。アウテージ発生確率は送信電力の関数となるので、アウテージ発生確率が許容アウテージ確率以下となるような送信電力を決定可能である。なお、シャドウイングの伝搬損失は、典型的には対数正規分布によって表すことができる。
【００１３】
受信に必要な最低電力は、受信に必要な最低ＳＮ比と、熱雑音および受信者側でのノイズフロアなどから決定可能である。ここで、受信に必要な最低ＳＮ比は、変調方式、符号化・インターリーブ方式、ダイバーシティ、マルチパスフェージングなど種々の条件によって定まる。変調方式や符号化・インターリーブ方式などは実際に使われている方式を用いればよい。ダイバーシティやマルチパスフェージングなどはその環境における典型的な値を推定して用いればよい。
【００１４】
本発明において、前記送信電力決定手段は、前記決定された第１データおよび第２データの送信電力を用いた送信が実行可能か否かを判断し、実行不可能な場合には、第１の階層および第２の階層の少なくともいずれかのコンスタレーションを変更した上で、再度第１データおよび第２データの送信電力を決定する、ようにしてもよい。
【００１５】
決定された送信電力での送信は、例えば最大送信電力を超えるなどして実際には実行できない場合もある。そのような場合には、より信頼性の高い、すなわち符号化率の低いコンスタレーションを用いて再度評価を行えばよい。
【００１６】
また、本発明において、前記送信電力決定手段は、前記決定された第１データおよび第２データの送信電力を用いた送信が実行可能か否かを判断し、実行不可能な場合には、第１データおよび第２データについての要求される送信確率および許容されるアウテージ確率の少なくともいずれかを変更した上で、再度第１データおよび第２データの送信電力を決定する、ようにしてもよい。
【００１７】
決定された送信電力での送信は、例えば最大送信電力を超えるなどして実際には実行できない場合には、送信距離を小さくしたり許容アウテージ確率を大きくしたりするなどしてもよい。採用可能なコンスタレーションについて実行不可能であることが判明した後に、送信距離や許容アウテージ確率を変更するようにすることが好ましい。
【００１８】
なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を備える無線通信装置として捉えることもできる。本発明は、また、上記処理の少なくとも一部を実行する無線通信方法として捉えることができる。また、本発明は、この方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、あるいはこのコンピュータプログラムを非一時的に記憶したコンピュータ可読記憶媒体として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【００１９】
例えば、本発明の一態様は、第１データが第１の階層となり第２データが第２の階層となるように階層変調し、変調された各シンボルを合成して送信する無線通信装置が行う無線通信方法であって、
第１データおよび第２データのそれぞれについて、要求される送信距離および当該送信距離内で許容されるアウテージ確率を取得する要求取得ステップと、
前記要求される送信距離における受信電力を所定の伝搬損失モデルを用いて評価し、当該受信電力が所定の最低受信電力未満となる確率であるアウテージ確率が、前記許容されるアウテージ確率以下となるように、第１データおよび第２データの送信電力をそれぞれ決定する送信電力決定ステップと、
前記送信電力決定ステップにおいて決定された第１データおよび第２データの送信電力に基づいて、第１データと第２データの階層変調および合成を行う送信ステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、階層変調を用いた無線通信において、要求される通信品質を満足するように各階層の信号の受信電力を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図２】実施形態に係る無線通信装置の通信制御部の機能構成を示す図。
【図３】実施形態に係る通信制御処理の流れを説明する図。
【図４】階調変調における、（Ａ）低階層および（Ｂ）高階層の信号点配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態の一例である車載無線通信装置について図面と共に説明する。なお、本実施形態は、車両に搭載される無線通信装置であって、他の車両に搭載された無線通信装置や路側機との間で無線通信を行うことにより、各種情報の送受信を行う車車間通信システムに用いられる。
【００２３】
本実施形態では、例えば、階層変調を用いて、車両に搭載されたカメラから得られる画像データのうち低解像度画像を他の車両宛てに低階層の変調で、高解像度画像を路側機宛てに高階層の変調で、それぞれ同時に送信することを想定する。しかしながら、送信するデータの内容や、送信先がこれらに限られないことは明らかであろう。
【００２４】
以下の説明では、低階層において送信されるデータ（ここでは低解像度画像）を第１データ、高階層において送信されるデータ（ここでは高解像度画像）を第２データと称する
。また同様に、低階層を第１階層、高階層を第２階層と称することもある。
【００２５】
＜装置構成＞
図１に示すように、本実施形態の無線通信装置１は、パケットデータをブロードキャストする送信部１０と、パケットデータを受信する受信部２０と、これら送信部１０および受信部２０に対して各種データの送受信等を行う通信制御部３０と、所定の周波数帯の無線信号を送受信するためのアンテナ２と、アンテナ２と送信部１０および受信部２０との間で送信信号と受信信号とを分離するためのサーキュレータ４と、ＲＦ部６とを備えている。
【００２６】
ＲＦ部６は、送信部１０が生成した無線信号を予め設定された周波数帯（ＲＦ帯）の信号にアップコンバートして、サーキュレータ４へ出力する。ＲＦ６はまた、サーキュレータ４から入力されたＲＦ帯の信号を復調可能な信号にダウンコンバートして、受信部２０に出力する。
【００２７】
［送信部の構成］
送信部１０は、通信制御部３０から送られる第１送信データおよび第２送信データのうち、第１送信データが低階層、第２送信データが高階層となるように階層変調する低階層変調部１１および高階層変調部１２と、低階層変調部１１および高階層変調部１２にてそれぞれ変調された各シンボルを合成する加算部１４とを備えている。
【００２８】
このうち、低階層変調部１１は、通信制御部３０から入力された第１送信データに、予め設定された符号化率の畳み込み符号（誤り訂正符号）を用いて符号化処理を施すことで符号列を生成して、この符号列の順番を所定の規則に従って並べ替えるインターリーブ処理を施した符号列を生成する。そして、さらに送信データの先頭（始まり）を示すプリアンブルを付加した符号列ついて単位ビット（Ｌビット）毎に、送信マッピング上で予め設定された複数の象限のうち信号点が配置される象限を設定することにより、符号列を２ＬＱＡＭのシンボル点にマッピングして、変調されたシンボルを出力する。プリアンブルには、低階層と高階層の電力比を表す情報を含めることができる。
【００２９】
一方、高階層変調部１２は、通信制御部３０から入力された第２送信データに、上記符号化処理およびインターリーブ処理を施すことで符号列を生成し、この符号列について単位ビット（Ｌビット）毎に、送信マッピング上の象限内における信号点の位置を設定することにより、符号列を２ＬＱＡＭのシンボル点にマッピングして、変調されたシンボルを出力する。
【００３０】
例えば、低階層変調部１１では、図４（Ａ）に示すように、Ｉ軸とＱ軸のそれぞれの軸で２値の振幅変調を行うことにより、４個のシンボル点をＩＱ平面上で異なる位置に配置する。これにより、多値化を行うことができ１シンボルで２ビットの情報を伝送することができる。また、高階層変調部１２では、図４（Ｂ）に示すように、Ｉ軸とＱ軸のそれぞれの軸で４値の振幅変調を行うことにより、１６個のシンボル点をＩＱ平面上で異なる位置に配置する。これにより、低階層と高階層とを合わせると、１シンボルで４ビットの情報を伝送することができる。
【００３１】
なお、多値変調として知られる１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）は、同様に１シンボルで４ビットの情報を伝送できる方式であり、通常、ＩＱ平面上における信号点間距離が予め固定されているが、階層変調は、低階層と高階層の電力比を変えることで任意の信号点間距離に変更することができる点で異なる。ここで、低階層と高階層の電力比は、後ほど説明するように通信制御部３０によって決定される。
【００３２】
また、上記は低階層をＱＰＳＫで変調した信号に、高階層をＱＰＳＫで変調した信号を加算した場合を説明したが、各階層の変調方式はＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying
）や１６ＱＡＭでも同様に階層化可能である。
【００３３】
加算部１４は、低階層変調部１１により出力されたシンボルと、高階層変調部１２により出力されたシンボルとを表す二つのベースバンド信号を混合して無線信号を生成し、この無線信号をＲＦ部６に出力する。
【００３４】
［受信部の構成］
次に、受信部２０は、受信した無線信号から、低階層の受信データ（第１受信データ）および高階層の受信データ（第２受信データ）を取り出すための階層復調を行う低階層復調部２１および高階層復調部２２を備えている。なお、第１受信データは、他の車両に搭載された無線通信装置１から送信されてくる第１送信データに相当し、第２受信データは路側機から送信されてくる第２送信データに相当する。
【００３５】
低階層復調部２１は、次のようにして、受信した無線信号から第１受信データを取り出す。まず、予め設定された変調多値数（本実施形態では２値）の受信信号を振幅復調してＩ成分及びＱ成分を表すベースバンド信号を生成する。生成されたベースバンド信号に付加されているプリアンブルを検出して、そのプリアンブルに続く第１送信データを復元するのに要する同期タイミングを設定する。設定された同期タイミングで復調されたシンボルに復号化処理を施して、第１受信データを復元する。
【００３６】
なお、復号化処理は以下のように行われる。まず、復調されたシンボルに基づいて軟判定値が生成される。生成された軟判定値からなる符号列の順番をデインターリーブ処理により元の順番に並べ替えて、誤り訂正による復号（最尤復号）を行う。そして、予め設定された符号率に基づいて冗長さを取り除く。これらの処理によって、他車両の無線通信装置からの第１送信データを復元できる。低階層復調部２１は、復元した第１送信データを、第１受信データとして通信制御部３０に出力するように構成されている。
【００３７】
高階層復調部２２は、次のようにして、受信した無線信号から第２受信データを取り出す。まず、予め設定された変調多値数（本実施形態では４値）の受信信号を振幅復調してＩ成分及びＱ成分を表すベースバンド信号を生成する。復調されたシンボルに基づいて軟判定値を生成する。生成された軟判定値からなる符号列の順番をデインターリーブ処理により元の順番に並べ替えて、誤り訂正による復号（最尤復号）を行う。そして、予め設定された符号率に基づいて冗長さを取り除く。これらの処理によって、他車両の無線通信装置からの第２送信データを復元できる。高階層復調部２２は、復元した第２送信データを、第２受信データとして通信制御部３０に出力するように構成されている。
【００３８】
［通信制御部の構成］
通信制御部３０は、ＣＰＵやメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）と、プログラムやデータを記憶する記憶部（不図示）を含んで構成される。通信制御部３０は、各種の車両制御を行う車両制御部４０に車内ＬＡＮを介して接続されている。
【００３９】
通信制御部３０をマイコンが行う処理として機能的に表すと、車両制御部４０（あるいは車両アプリケーション）から送られる第１送信データおよび第２送信データを取得し、それぞれ低階層および高階層に出力して送信する。また、通信制御部３０は、受信した無線信号から復調した第１受信データおよび第２受信データを、車両制御部４０に送信する。
【００４０】
通信制御部３０は、送信部１０が第１送信データと第２送信データを送信する際のそれぞれの電力を決定する処理を行う。この送信電力決定処理に関する機能ブロックを、図２に示す。通信制御部３０は、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、通信要求取得部３１、伝搬損失モデルパラメータ記憶部３２、最低受信電力決定部３３、送信電力決定部３４として機能する。
【００４１】
通信要求取得部３１は、車両制御部４０（あるいは車両アプリケーション）から、第１送信データおよび第２送信データの通信に関する要求を取得する。通信要求には、第１の送信データが到達すべき送信距離、第１の送信データの受信者側での許容アウテージ確率、第２の送信データが到達すべき送信距離、第２の送信データの受信者側での許容アウテージ確率が含まれる。アウテージとは、受信者における受信電力が復調に必要なＳＮ比より小さくなり信号を変調できないことであり、アウテージ確率とは、アウテージが発生する確率（頻度）である。アウテージ確率は、一般に、送信者からの距離が離れるほど大きくなるので、許容アウテージ確率は、到達すべき送信距離における受信電力が受信（復調）に必要な電力より小さくなる確率と表現することもできる。
【００４２】
伝搬損失モデルパラメータ記憶部３２は、伝搬損失モデルを規定するモデルパラメータを記憶する。モデルパラメータは、無線通信装置１の周辺状況によっても変化するので、記憶部３２は種々の状況に応じたモデルパラメータを記憶してもよい。この場合、通信制御部３０は周辺状況に応じたモデルパラメータを取得して利用すればよい。
【００４３】
最低受信電力決定部３３は、低階層と高階層のそれぞれについて、受信者側において復調に必要な最低受信電力を決定する。低階層と高階層の最低受信電力をPl_minおよびPh_minと称する。最低受信電力は、受信に必要な最低ＳＮ比と、熱雑音および受信者側でのノイズフロアなどから決定可能である。ここで、受信に必要な最低ＳＮ比は、変調方式、符号化・インターリーブ方式、ダイバーシティ、マルチパスフェージングなど種々の条件によって定めることができる。
【００４４】
送信電力決定部３４は、伝搬損失モデルを用いて、第１送信データおよび第２送信データの送信範囲内でアウテージが生じる確率が許容確率以下となるように、第１送信データおよび第２送信データの送信電力を決定する。具体的な決定方法については、後ほどフローチャートと共に説明する。第１送信データおよび第２送信データの送信電力は、低階層および高階層の信号レベルαｌおよびαｈ（図４（Ｂ）参照）の比を決定する。したがって、送信電力決定部３４は、低階層と高階層の信号レベルを決定しているとも捉えられる。ここで決定された信号レベルは、送信部１０に出力され低階層変調部１１および高階層変調部１２において用いられると共に、ＲＦ部にも出力され無線信号の送信電力の決定に用いられる。
【００４５】
＜送信電力決定処理＞
ここで、通信制御部３０によって行われる送信電力決定処理について、図３を参照して説明する。
【００４６】
通信要求取得部３１は、車両制御部４０（あるいは車両アプリケーション）から通信要求に基づいて、使用するコンスタレーションの取得（Ｓ１０１）、低階層および高階層の送信データの送信距離（到達すべき距離）の取得（Ｓ１０２）、および許容アウテージ確率の取得（Ｓ１０３）を行う。低階層および高階層の送信データの送信距離を、それぞれdlおよびdhと表す。またここでは、許容アウテージ確率は低階層と高階層の両方で同一としPout_thと表す。ただし、許容アウテージ確率の値は、低階層と高階層で異なっていて
もよい。
【００４７】
ステップＳ１０４において、最低受信電力決定部３３が低階層と高階層のそれぞれについて、受信者側で受信（復調）に必要な最低受信電力Pl_min, Ph_minを決定する。最低受信電力（ｄＢ）は、次の式（１）によって求めることができる（算出式は低階層と高階層に共通）。
【数１】
2018093444.tif 000003
【００４８】
ここで、ｋＢはボルツマン定数、θは温度（Ｋ）、Ｂは帯域幅（Ｈｚ）であり、式（１）の右辺第１項は熱雑音に関する項である。Ｎｆは受信者側のノイズフロアを表し、Ｓｍｉｎ受信者が復調するために必要な最低ＳＮ比を表す。
【００４９】
Ｓｍｉｎの値は、通信に用いる変調方式、符号化・インターリーブ方式、ダイバーシティ、マルチパスフェージング、受信者側の時刻・周波数同期、受信者側のチャネル推定・等化アルゴリズムなどによって定まる。変調方式や符号化・インターリーブ方式は最低受信電力決定部３３が把握可能である。その他の項目は、受信者側から取得してもよいし、送信者側で推定してもよいし、典型的な値を用いてもよい。Ｓｍｉｎは典型的には５〜４０ｄＢの値となる。
【００５０】
受信者側のノイズロアＮｆも同様に、受信者側から取得してもよいし、路側機から取得してもよいし、送信者側におけるノイズフロアの値を受信者側のノイズフロアの値として推定してもよいし、典型的な値を用いてもよい。ノイズフロアＮｆは典型的には５〜１０ｄＢの値となる。
【００５１】
最低受信電力決定部３３は、低階層および高階層のそれぞれについて、数式（１）を用いて最低受信電力Pl_min, Ph_minを決定する。
【００５２】
ステップＳ１０５において、送信電力決定部３４は、送信距離dl, dh以内においてアウテージが発生する確率が、許容アウテージ確率Pout_th以下となるように、低階層および
高階層の送信電力Pl, Phを決定する。アウテージが発生する確率は、送信距離れたdl, dh位置における受信電力が、最低受信電力Pl_min, Ph_minよりも低くなる確率として求められる。
【００５３】
まず、距離dだけ離れた位置における受信電力は、二波モデルを用いると次のように表
せる（低階層と高階層に共通）。
【数２】
2018093444.tif 000004
【００５４】
ここで、Ptは送信電力（dBm）、λは搬送波の波長（ｍ）、d0はブレークポイント距離
（ｍ）、γはブレークポイント以遠での減衰の指数、ηはシャドウイングによる減衰を表す。右辺第２項は送信機近くでの自由空間損失による減衰を表す。右辺第３項は直接波と反射波の干渉による急激な減衰（通常γ=4程度）を表す。
【００５５】
シャドウイングによる減衰ηは、対数正規分布（ログノーマル分布）lnN(0,σ2)にしたがう。標準偏差σは、一般的に12dB以下であり、典型的な市街地において6dBから8dBの間の値である。
【００５６】
アウテージは、P(d) < Pminの時に発生する。したがって、距離dにおいてアウテージ確
率Pout(d)は次のように表現できる。
【数３】
2018093444.tif 000005
【００５７】
ここでアウテージ確率Pout(d)は距離dの増加関数と捉えられるので、送信範囲内でアウテージ確率が許容アウテージ確率以下となるためには、d = dl, dhにおいてPout(d) ≦ Pout_thを満たせばよい。
【００５８】
Pout(d)は、具体的には次のように求められる。
【数４】
2018093444.tif 000006
【００５９】
関数Q(z)は、対数正規分布にしたがう確率変数がz以上の値をとる確率であり、数式（
４）は、対数正規分布にしたがうシャドウイング減衰ηが、シャドウイングを考慮しない場合の受信電力と最低受信電力の差以上となる確率を表すと捉えることができる。
【００６０】
ここでPout(d)=Pout_thを満たすように送信電力Ptを決定すれば、距離d以内でのアウテージ確率をPout_thとすることができる。上述したように、低階層についてはd=dlを用い
、高階層についてはd=dhを用いる。また、伝搬モデルの各種パラメータも、低階層と高階層に適切な値を用いる。このようにして決定された低階層用および高階層用の送信電力をそれぞれPlおよびPhと表す。
【００６１】
以上のようにして、ステップＳ１０５において、送信電力決定部３４による送信電力Pl, Phの決定処理が完了する。なお、各階層の送信電力は、各階層におけるシンボルの信号点間距離を定める。
【００６２】
ステップＳ１０６において、通信制御部３０は決定された送信電力Pl, Phを用いた通信が実行可能か否か判定する。実行不可能であると判定される場合として、無線通信装置が対応できない場合や、法令に違反する場合が挙げられる。
【００６３】
決定された送信電力Pl, Phを用いた通信が実行不可能であると判定された場合（Ｓ１０６−ＮＯ）は、条件を変えて上記の処理を再度繰り返す。
【００６４】
変更する条件は、まず使用するコンスタレーションなどを変えることが考えられる。例えば、低階層および高階層において１６ＱＡＭを用いていた場合には、これをＱＰＳＫやＢＰＳＫに変更することが考えられる。なお、低階層と高階層の両方のコンスタレーションを変えてもよいし、一方の階層のみのコンスタレーションを変えてもよい。あるいはコンスタレーションの代わりにあるいはコンスタレーションと共に、符号化率などを変えることも好ましい。
【００６５】
コンスタレーションの変更によって通信要求を満たすことができない場合には、車両アプリケーションに対して通信要求を満足することができない旨を通知し、新しい通信要求を取得するとよい。新しい通信要求は、先の通信要求よりも緩いものであり、通信距離が短くなっていたり、許容アウテージ確率が増加されていたりすることが好ましい。
【００６６】
決定された送信電力Pl, Phを用いた通信が実行可能であると判定された場合（Ｓ１０６−ＹＥＳ）は、通信制御部１０３は決定された送信電力Pl, Phを送信部１０に出力する。送信部１０では、通知された送信電力Pl, Phに応じて階層変調を行う。また、送信部１０は、プリアンブルに低階層と高階層の電力比（信号点間距離を表す）を含める。
【００６７】
＜本実施形態の有利な効果＞
本実施形態によれば、要求された送信距離内において、受信電力が復調に必要な最低ＳＮＲ未満となるアウテージ確率を要求された許容確率以下になるように、階層変調を用いた送信が可能となる。
【００６８】
＜変形例＞
上記の説明では、各階層の変調をＱＰＳＫとする例を用いたが、各階層における変調波その他任意のものであってよい。また、低階層と高階層で異なる変調を用いてもよい。さらに、上記の説明では低階層と高階層の２階層からなる階層変調を例に挙げたが、３階層以上の階層変調にも、上記と同様の手法が適用可能である。
【００６９】
上記の説明では、距離dにおける受信電力を求める際に二波モデル（平面大地伝搬モデ
ル）に基づいて伝搬損失を計算している。しかしながら、利用する電波伝搬モデルは二波モデルに限られず、奥村−秦モデル、坂上モデル、加地モデル、市坪モデルなどその他の任意の電波伝搬モデルを利用してもよい。
【００７０】
また、どの電波伝搬モデルを利用するか、あるいは伝搬モデルにおける各種パラメータとしてどのような値を利用するかは、無線通信装置の周辺状況に応じて決定することが好ましい。利用するモデルおよびパラメータの決定は、無線通信装置自身が周囲の状況を測定して決定してもよい。あるいは、他の無線通信装置から、利用するモデルおよびパラメータの通知を受けてもよい。車両ネットワークの場合は、例えば、路側機から車両に対して利用するモデルおよびパラメータを通知することとよい。
【００７１】
上記の説明では、車両に搭載された無線通信装置が、他の車両および路側機に対して階層変調を用いて同時に情報を送信する例を挙げたが、本発明の適用はこれに限られない。例えば、車両に搭載された無線通信装置が、近隣の車両と遠方の車両に対して異なる情報を同時に送信してもよい。あるいは、路側機が、他の路側機と車両に対して異なる情報を同時に送信してもよい。もちろん、本発明は車両ネットワークへの適用に限定されず、任意の無線通信装置への適用が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１：無線通信装置
１０：送信部
２０：受信部
３０：通信制御部
３１：通信要求取得部
３２：伝搬損失モデルパラメータ記憶部
３３：最低受信電力決定部
３４：送信電力決定部
４０：車両制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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