(57)【要約】【課題】  認知無線通信を行う場合において効率的な通信を行う。【解決手段】  本発明の一態様としての無線通信装置は、複数の周波数帯域の中から空き周波数帯域を検出し、検出した周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、無線信号を送受信するアンテナと、前記アンテナを介して通信を行う通信処理部と、前記複数の周波数帯域の中から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を、第１の時間の間行い、前記選択した周波数帯域が利用可能である場合は、前記通信処理部を用いて、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間の間データ通信を行う、前記第１の時間と前記第２の時間とを前記選択した周波数帯域に応じて決定する、制御処理部と、を備える。【選択図】  図１
2007060410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、
無線信号を送受信するアンテナと、
前記アンテナを介して通信を行う通信処理部と、
前記複数の周波数帯域の中から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を、第１の時間の間行い、
前記選択した周波数帯域が利用可能である場合は、前記通信処理部を用いて、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間の間データ通信を行う、
前記第１の時間と前記第２の時間とを前記選択した周波数帯域に応じて決定する、制御処理部と、
を備えた無線通信装置。
【請求項２】
前記複数の周波数帯域の各々と、前記第１の時間と前記第２の時間の比率とを対応付けた比率決定情報を格納した記憶装置をさらに備え、
前記制御処理部は、前記比率決定情報に基づいて前記第１の時間および前記第２の時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記制御処理部は、外部の装置から比率決定情報を取得し、取得した前記比率決定情報によって前記記憶装置内の比率決定情報を更新することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、
無線信号を送受信するアンテナと、
前記アンテナを介して通信を行う通信処理部と、
前記複数の周波数帯域の中から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を、第１の時間の間行い、
前記選択した周波数帯域が利用可能である場合は、前記通信処理部を用いて、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間の間データ通信を行う、制御処理部とを備え、
前記制御処理部は、所定回数連続して同一の周波数帯域が利用可能であった場合、次の検査では、前記第１の時間を短くする、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
前記第１の時間と前記第２の時間の比率を複数保持した記憶装置をさらに備え、
前記制御処理部は、前記複数の比率のうち初期値として与えられた比率を用いて前記第１および第２の時間を決定し、前記所定回数連続して同一の周波数帯域が利用可能であった場合は、次の検査では、前記第１の時間が所定段数短い比率を用いることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記記憶装置は、変更後の比率を前記周波数帯域別に保持した履歴情報を有し、
前記制御処理部は、前記初期値として、前記履歴情報に保持された比率を用いることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記制御処理部は、前記アンテナによって受信された受信信号の電力値に基づいて前記選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記制御処理部は、前記選択した周波数帯域が利用可能でない場合は、他の周波数帯域を選択し、選択した前記他の周波数帯域について前記検査を行うことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項９】
複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信方法であって、
前記複数の周波数帯域から周波数帯域を選択し、
選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を行う時間としての第１の時間と、前記選択した周波数帯域が利用可能な場合にデータ通信を行う時間としての、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間とを、前記選択した周波数帯域に応じて決定し、
前記選択した周波数帯域について、前記第１の時間の間、前記検査を行い、
前記選択した周波数帯域が利用可能な場合は、前記第２の時間の間、前記データ通信を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信方法に係り、特に複数の周波数帯域から空き周波数帯域を効率的に検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線通信システムでは、無線通信を行うために割り当てられた無線周波数帯域を、一定の帯域幅を有する複数の無線周波数チャネルに分割し、それらのチャネルを一時的に無線通信装置に割り当てることで無線通信装置間の無線通信を確立することが一般的に行われている。
【０００３】
上記技術では、一度無線通信装置に割り当てられたチャネルは、通信が終了するまでその無線通信装置に使用権があり、他のシステムや他の無線通信装置によって使用されることが無いという前提条件がある。よって、無線通信で使用する周波数帯が空いているかどうかはチャネルを割り当てる際において、使用中／未使用の検出結果を最初に判断するだけでよい。
【０００４】
上記技術では、無線通信システムは、その通信システムに固有に割り当てられた無線周波数帯のみを利用することのみを考慮している。ところが、最近、無線通信システムに対して割り当てられている無線周波数帯以外の周波数帯であっても、他のシステムによって使用中である無線周波数チャンネルをキャリアセンスによって回避しつつ、当該無線通信システムに動的に配分し、一時的に共用するという認知無線(cognitive radio)技術が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】J.Mitola III他、”Cognitive Radio; Making Software Radios More Personal”（IEEE Personal Communications Magazine (Aug, 1999) Volume: 6  Issue: 4 Page(s): 13-18）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この認知無線通信では、他のシステム／無線通信装置が利用している周波数帯を一時的に共用することを前提としているため、利用する無線通信チャネルが常に利用できる環境にあると限らない。しかも、本来その周波数帯が割り当てられている無線通信システムや無線通信装置に対して干渉を与えてはならないことが前提条件となる。
【０００６】
よって、認知無線通信を行う場合には、自分の通信を行うことに加え、認知無線通信で利用している周波数帯が使用されていないかを定期的に検査する必要がある。既存のシステムに干渉を与えることは許されないため、通信時間と比較して検査にかける時間の比率が必然的に大きくなる。したがって、通信時間の比率が少ない場合、無線通信装置にとって効率的とはいえない。
【０００７】
本発明は、認知無線通信の場合において効率的な通信を行うことを可能にした無線通信装置および無線通信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様としての無線通信装置は、複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、無線信号を送受信するアンテナと、前記アンテナを介して通信を行う通信処理部と、前記複数の周波数帯域の中から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を、第１の時間の間行い、前記選択した周波数帯域が利用可能である場合は、前記通信処理部を用いて、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間の間データ通信を行う、前記第１の時間と前記第２の時間とを前記選択した周波数帯域に応じて決定する、制御処理部と、を備える。
【０００９】
本発明の一態様としての無線通信装置は、複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、無線信号を送受信するアンテナと、前記アンテナを介して通信を行う通信処理部と、前記複数の周波数帯域の中から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を、第１の時間の間行い、前記選択した周波数帯域が利用可能である場合は、前記通信処理部を用いて、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間の間データ通信を行う、制御処理部とを備え、前記制御処理部は、所定回数連続して同一の周波数帯域が利用可能であった場合、次の検査では、前記第１の時間を短くする、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様としての無線通信方法は、複数の周波数帯域の中から検出した空き周波数帯域を用いてデータ通信を行う無線通信方法であって、前記複数の周波数帯域から周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域が利用可能か否かの検査を行う時間としての第１の時間と、前記選択した周波数帯域が利用可能な場合にデータ通信を行う時間としての、前記第１の時間との合計が一定である第２の時間とを、前記選択した周波数帯域に応じて決定し、前記選択した周波数帯域について、前記第１の時間の間、前記検査を行い、前記選択した周波数帯域が利用可能な場合は、前記第２の時間の間、前記データ通信を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、認知無線通信の場合において効率的な通信を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に従った無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１の無線通信装置は、アンテナ１０１で受信した信号をRF(Radio Frequency)アナログ信号処理部１０２でベースバンド信号にダウンコンバートし、A/D変換器１０３にてディジタル信号に変換し、このディジタル信号をディジタル信号処理部１０６にてディジタル処理して受信情報を得る。送信では、ディジタル信号処理部１０６からの送信情報をD/A変換器１０５にてアナログベースバンド信号に変換し、RFアナログ信号処理部１０４にて送信周波数帯にアップコンバートしてアンテナ１０１から送信する。ブロック１０２、１０３、１０４、１０５、１０６はたとえば通信処理部に対応する。制御処理部１０７は、送信処理および受信処理の制御を行うものであり、各ブロック１０２、１０３、１０４、１０５、１０６との間で制御信号を授受する。図１では１つのアンテナが示されるが、アンテナは複数配置されてもよい。
【００１４】
ここで、制御処理部１０７は、無線通信を行う周波数帯が空いている(未使用)か否かを検査する機能を有している。具体的には、ディジタル信号処理部１０６に入力された信号電力がある閾値Ｔｈ１以上になるか否かにより周波数帯が空いているか否かの検査を行う。もしくは、RFアナログ信号処理部１０２における受信アナログ信号の電力値がある閾値Ｔｈ２以上になるか否かにより検査を行う。検査にあたってはここに示した例の他に、既知の種々の手法を用いることができる。
【００１５】
図２は、図１の無線通信装置が、無線通信を行う周波数帯が空いている(未使用)か否かを定期的に検出しつつ、無線通信を行う様子を示したものである。無線通信装置は、空き周波数検出時間２０３とデータ通信時間２０４とからなる繰り返し単位２０５を繰り返し行う。空き周波数検出時間２０３においては、無線通信を行う周波数帯域の信号を観測し続けることによりこの周波数帯域が空いているか否かを確認する（空き周波数検出処理）。確認の結果、この周波数帯域が空いている場合（他のシステムによる利用が検出されなかった場合）はこの周波数帯域を用いてデータ通信時間２０４においてデータ通信を行う。空き周波数検出処理において他のシステムによる周波数帯域の利用が検出された場合には、その周波数帯での通信をあきらめ別の周波数帯を選択し、再度、空き周波数検出処理を行う。
【００１６】
ここで、従来の無線通信装置では、空き周波数検出時間およびデータ通信時間は一定であることが一般的である。これに対し、本実施の形態における無線通信装置の制御処理部１０７は、図２における空き周波数検出時間２０３とデータ通信時間２０４の比率を制御しており、利用する周波数帯域に応じて、その比率を変更可能である。ただし、空き周波数検出時間２０３とデータ通信時間２０４との合計は一定である。以下、このように、利用する周波数帯域に応じて比率を変更するようにした理由について説明する。
【００１７】
本実施の形態における無線通信装置では、認知無線（コグニティブ無線）通信を想定している。一般に、認知無線通信では、無線通信装置に対し本来割り当てられていない周波数帯を利用することになるため、正式に周波数が割り当てられた無線通信システムに対して干渉を与えないように配慮する必要がある。したがって、図２における空き周波数検出時間２０３とデータ通信時間２０４では、空き周波数検出時間２０３の比率を大きくせざるを得ない。空き周波数検出時間２０３の比率を大きくすれば周波数帯が空きか否かの検出精度を高めることが出来るが、その分データ通信時間が短くなり効率が悪くなる。
【００１８】
そこで、本実施の形態では、認知無線通信で利用され得る各周波数帯が既存システム(本来その周波数帯が割り当てられている無線通信システム)によってどのような形態で利用されているかに応じて、各周波数帯に対する空き周波数検出時間２０３とデータ通信時間２０４の比率をあらかじめ決定しておく。そして、利用する周波数帯に応じた比率によって空き周波数検出処理およびデータ通信を行う。これにより効率的なデータ通信が可能となる。以下これについてさらに詳細に説明する。
【００１９】
図４は、認知無線通信で利用する各周波数帯に対する既存システムの周波数利用形態と、各周波数帯に適用する比率とを示したテーブル（比率決定情報）である。このテーブルは、図１の記憶装置１０８に保存されている。ただし、周波数利用形態は任意情報であり必ずしも保存する必要はない。
【００２０】
本例においては、比率１と比率２との２段階の比率が存在する。ただし、比率は３段階以上の多段構成でもよい。比率１および比率２の具体例を図３に示す。比率２は比率１よりも空き周波数検出時間が短く設定され、その分データ通信時間が長く設定されている。
【００２１】
図４に示すように、たとえば周波数帯の利用形態が「放送」の場合、無線通信装置が存在する場所では放送があるか無いかの判断を行えばよいため、当該周波数帯に対しては空き周波数検出時間が短い比率２を適用する。一方、周波数帯の利用形態が「セルラー無線通信」や「無線ＬＡＮ」の場合、他システムで行われている通信に影響を与えないよう、当該周波数帯に対しては空き周波数検出時間が長い比率１を適用する。
【００２２】
図１の制御処理部１０７は、空き周波数検出処理を行う場合、まず周波数帯を選択し、選択した周波数帯に適用すべき比率を図４のテーブルから検出する。検出した比率に基づいて、あらかじめ指定された繰り返し単位時間から、空き周波数検出時間およびデータ通信時間をそれぞれ計算する。ただし、比率に直接、空き周波数検出時間およびデータ通信時間が含まれる場合、たとえば「空き周波数検出時間：データ通信時間」の形式で比率が保存されている場合は、この計算処理は不要である。
【００２３】
制御処理部１０７は、空き周波数検出時間の間、選択した周波数帯について空き周波数検出処理を行う。例えばRFアナログ信号処理部１０２から、選択した周波数帯における受信信号の受信電力を取得し、取得した受信電力に基づいて、この選択した周波数帯が利用可能であるか否かを判断する。
【００２４】
制御処理部１０７は、選択した周波数帯が利用可能である場合は、上記データ通信時間の間、データ通信を行うべく、各ブロック１０２〜１０６を制御する。制御処理部１０７は、データ通信を行う前に、あらかじめ用意された制御チャネルを用いるなどして、通信相手と同期をとってもよい。例えば、選択した周波数帯が直前のデータ通信における周波数帯と異なることとなった場合は、あらたに使用する周波数帯域を通知し、また、比率が変更された場合は、変更後の比率も通知する。制御処理部１０７は、データ通信を行った後、通信を継続する場合は、再度、この選択した周波数帯と同一の周波数帯について空き周波数検出処理を行う。
【００２５】
一方、制御処理部１０７は、選択した周波数帯が利用可能でなかった場合は、別の周波数帯を選択し、再度空き周波数検出処理を行う。
【００２６】
以上のように、本実施の形態によれば、利用可能か否かを検出すべき周波数帯に応じて、空き周波数検出時間とデータ通信時間との比率を変化させるようにしたため、効率的なデータ通信を実現できる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本第２の実施の形態は、空き周波数検出処理における判定結果として「空き」が連続して所定回数に達した場合は、次の空き周波数検出処理では、空き周波数検出時間とデータ通信時間の比率を、空き周波数検出時間が一段短い比率、すなわちデータ通信時間が一段長い比率に、変更しようとするものである。
【００２８】
たとえば、図３に示したような、２つの比率（比率１および比率２）があるとする。図５のように、最初は、比率１によって空き周波数検出処理およびデータ通信を行うことを繰り返すが、「空き」と検出された（他のシステムによる周波数利用が検出されなかった）回数が連続してＮ（Ｎは正の整数）回以上となった場合は、次の繰り返し単位以降では、空き周波数検出時間が一段短い比率２を用いる。なお、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、空き周波数検出時間とデータ通信時間の比率を比率１および比率２の２段階としているが、比率を3段階以上としておき、段階的にデータ通信時間を増加させてもよい。また、本例では段数を一段上げるとしているが、複数段上げるようにしてもよい。
【００２９】
図６は、本実施の形態における処理の流れを示すフローチャートである。この処理は制御処理部１０７によって行われる。
【００３０】
制御処理部１０７は、複数の周波数帯域の中から周波数帯を選択し、選択した周波数帯に対し、初期値として比率１を選択したとする（Ｓ６０１）。なお、選択した周波数帯域に対する比率を図４のテーブルから選択してもよい。続いて、未検出回数パラメータＤをＤ＝０として初期化する（Ｓ６０２）。選択した周波数帯に対して空き周波数検出処理を行う（Ｓ６０３）。選択した周波数帯が「空き」でない場合、すなわち他のシステムによるこの周波数帯の周波数利用が検出された場合は（Ｓ６０４のＮＯ）、別の周波数帯を探す（Ｓ６０６）。一方、選択した周波数帯が「空き」である場合、すなわちこの周波数帯の周波数利用が検出されなかった場合は（Ｓ６０４のＹＥＳ）、データ通信を行うべく各ブロック１０２〜１０６を制御し、さらに未検出回数パラメータＤを１増やす（Ｓ６０５）。未検出回数パラメータＤが閾値Ｎ未満である場合は（Ｓ６０７のＮＯ）再度同一の周波数帯に対して空き周波数検出処理を行う。一方、未検出回数パラメータＤが閾値Ｎ以上である場合は（Ｓ６０７のＹＥＳ）、比率を比率１から比率２に変更する（Ｓ６０８）。
【００３１】
以上では「空き」と判断された回数が閾値以上になった場合はデータ通信時間が一段長い比率へ比率を変更したが、これとは逆に「空き」と判断されなかった回数が閾値以上になった場合は、空き周波数検出時間が一段または複数段長い比率へ比率を変更するようにしてもよい。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、「空き」と判断された回数が閾値以上となった場合は、データ通信時間がより長い比率へ比率を変更するようにしたため、効率的なデータ通信を実現できる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本第３の実施の形態は、第２の実施の形態において認知無線通信の終了時に使用していた比率を周波数帯別に履歴情報として保存しておき、新たな通信を行う時にはその履歴情報における比率を利用することにより、より効率的な通信を行うものである。
【００３４】
図７に履歴情報の一例を示す。履歴情報は記憶装置１０８に保存される。過去に認知無線通信が成功した周波数帯について、そのときの通信終了時に使用していた、空き周波数検出時間とデータ通信時間の比率を図７のように制御処理部１０７が記憶装置１０８に保存する。図７では、図３に示した２つの比率（比率１および比率２）を利用する場合が示される。もちろん、本実施の形態においても、比率は３段以上の多段構成でもよい。制御処理部１０７は、認知無線通信を行う際は、図７の履歴情報に基づいて、比率の初期値を決定する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、空き周波数検出処理にかける時間を効率よく短縮でき、よって効率的なデータ通信を実現できる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、図１の記憶装置１０８に保存すべき周波数利用形態および比率（図４参照）を、無線通信装置外から無線通信によって取得するものである。
【００３７】
図８のように、無線通信装置は、外部の情報提供サーバー８０１から無線通信によって周波数利用形態の情報および比率の情報を受信し、記憶装置８０２に保存する。この受信を例えば定期的に行い、２回目以降は、受信したこれらの情報によって記憶装置８０２を更新する。これによって、たとえば周波数利用形態が異なる地理的領域に無線通信装置を移動させた場合であっても、適正な比率を選択できる。
【００３８】
ここでは、周波数利用形態の情報および比率の情報を外部サーバーから無線通信で取得する場合を示したが、これらの情報は、無線通信装置に接続可能な外部記憶装置を媒介して取得してもよいし、有線により接続された装置から取得することも可能である。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。たとえば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に従った無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】空き周波数検出処理とデータ通信とを繰り返す様子を示した図である。
【図３】比率の内容を示す図である。
【図４】周波数帯域ごとの、周波数利用形態および比率の一例を示す図である。
【図５】「空き」と判断された回数が連続してＮ回以上継続した場合には比率を変更することを説明する図である。
【図６】比率を変更する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】履歴情報の一例を示す図である。
【図８】周波数利用形態情報および比率情報を外部の情報提供サーバーから取得する例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  アンテナ
１０２  ＲＦアナログ信号処理部
１０３  Ａ／Ｄ変換器
１０４  ＲＦアナログ信号処理部
１０５  Ｄ／Ａ変換器
１０６  ディジタル信号処理部
１０７  制御処理部
１０８、８０２  記憶装置
８０１  情報提供サーバー
【図１】
2007060410.tif 000003
【図２】
2007060410.tif 000004
【図３】
2007060410.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007060410.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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