JP6474699B2 - 無線環境推定方法、無線環境推定装置および無線環境推定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、干渉電波が存在する無線環境において、干渉電波を発する各干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を推定する無線環境推定方法、無線環境推定装置および無線環境推定プログラムに関する。

近年、無線通信サービスが多様化し、様々な無線通信方式を用いた送信局が増加している。ある一定のエリア内で、同一周波数帯の電波を利用する送信局が増加すると、ある送信局が無線通信を行う際に干渉が発生する確率が高まり、周波数利用効率が劣化する恐れがある。これは、いわゆる隠れ端末などにより干渉回避機能が正常に機能していない場合や、同一周波数帯の電波を利用する送信局がそれぞれ異なるプロトコルで運用されている場合などにさらに顕著となることが考えられる。また、例えばＩＳＭ（Industry-Science-Medical) バンドで運用されるＩＳＭ機器等、これらの送信局と同一周波数帯の電波を発する通信用途ではない電子機器がある場合も、干渉が発生する確率が高まり、周波数利用効率が劣化する恐れがある。

このような同一周波数帯の電波を利用する近隣の送信局や電子機器（以下、干渉源という）が発する電波をすべて干渉電波とすると、この干渉電波が存在する無線環境では、無線通信システムに対して干渉電波を考慮した制御を行うことで周波数利用効率を向上する効果が期待できる。ただし、この制御を効率的に行うためには、各干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を高精度に推定する無線環境推定技術が必要である。

特許文献１には、停止制御等のアクセス制御可能な各送信局を一定期間停止し、停止期間中に受信した電波を停止制御等のアクセス制御不可能な干渉源から到来する干渉電波として観測することで、干渉源ごとの干渉電波情報を推定する無線環境推定技術が提案されている。

また、送信局のアクセス制御方式が符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）の場合、送信局が事前に拡散符号を用いて拡散処理を行うため、受信した電波から逆拡散処理により分離した干渉電波を観測することで、送信局の停止期間を設けずに干渉源ごとの干渉電波情報を推定する方法も提案されている。

一方、非特許文献１には、受信する電波に含まれる全ての信号に対する復調機能を備えている無線ＬＡＮアナライザを用い、復調できた信号から送信局と宛先のＭＡＣアドレスやシーケンス番号などのパケット情報を取得し、このパケット情報に基づいて復調できなかった信号を補間することで、停止期間を設けずに干渉源ごとの干渉電波情報を推定する方法が提案されている。

また、非特許文献２には、所定のアクセス制御方式で動作する複数の送信局と所定のアクセス制御方式と異なる方式で動作する干渉源とが含まれる電波環境において、復調不可電波のうち送信局から到来する干渉電波間の重畳を除いた復調不可電波を、干渉源からの干渉電波とみなして、干渉源から到来する干渉電波の発生頻度や時間占有率等の干渉電波情報を算出する方法が提案されている。

図７は、非特許文献１に記載の従来方法における無線環境推定手順の一例を示す。

図７に示すように、従来の方法では、観測期間内に受信した電波を復調して取得したパケット情報を時系列に記録する（ステップＳ０１）。次に、従来の方法では、取得したパケット情報に記載の送信局と宛先のセットごとに、受信できたパケットの占有時間から個別時間占有率を算出し、さらに送信局と宛先のセットごとにシーケンス番号と再送フラグを確認して、受信局に受信できたパケットと受信できなかったパケットの比であるパケット誤り率を算出する（ステップＳ０２）。そして、従来の方法では、算出したパケット誤り率を用いて受信できなかったパケットの占有時間を算出し、個別占有時間を補完する（ステップＳ０３）。

特開２０１３−１１５５０３号公報

福原忠行、「無線ＬＡＮにおける無線占有率測定手法」、信学技報SR2009-46 (2009) 笹木裕文、山田貴之、増野淳、杉山隆利、「周波数共用環境におけるシステム間干渉を考慮した状態遷移モデルに基づく電波環境認識技術の提案」、信学技報 SR2015-06 (2015)

特許文献１に記載の無線環境推定技術では、送信局の信号を一時停止して干渉電波を観測し、干渉源ごとの干渉電波情報を推定する必要があるため、信号を停止することによって無線通信システムの通信品質が劣化する場合がある。

また、符号分割多元接続方式において逆拡散処理により干渉電波を分離する手法では、全ての送信局において符号化の事前処理が必要であり、符号化などの事前処理を行わない電子機器から到来する干渉電波については、その干渉電波情報を取得することができない。

一方、非特許文献１に記載の無線環境推定技術では、時間的に重畳していない全ての信号についてシーケンス番号等のパケット情報が取得できることが前提である。したがって、パケット情報を取得できない干渉電波の影響は考慮されていないため、受信局が対応していない無線規格または通信用途以外の干渉電波が存在し、パケット情報が取得できない場合は干渉源ごとの干渉電波情報を取得できない。

また、非特許文献２に記載の無線環境推定技術では、送信局から到来する１つの干渉電波に、他の干渉源から到来する複数の干渉電波が重畳したとしても１つの干渉電波の重畳とカウントしてしまう。このため、非特許文献２では、各干渉源から到来する干渉電波の発生頻度を低く見積もってしまい、時間占有率を多く見積もってしまう。

本発明は、干渉電波が存在する無線環境において、各干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を従来と比べて正確に推定できる無線環境推定方法、無線環境推定装置および無線環境推定プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、互いに同じ周波数帯域の干渉電波を発する１以上の送信局および１以上の干渉源の各々から受信した干渉電波の受信電力を測定し、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波を復調して得られるフレーム時間を復調成功フレーム情報として取得するとともに、所定の閾値以上の受信電力で復調できなかった干渉電波である復調不可電波のフレーム時間を復調不可電波情報として取得し、取得した復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として記録する第１のステップと、干渉電波時系列情報に対して所定の統計処理期間にわたって統計処理を行った干渉電波統計情報を算出する第２のステップと、干渉源からの干渉電波の到来が確率到着過程に基づいて定義され、かつ送信局におけるアクセス制御方式の動作を表す状態遷移モデルと、状態遷移モデルが復調不可電波を受信する状態が、干渉源からの干渉電波のみが受信される場合、送信局からの干渉電波に干渉源からの干渉電波が重畳する場合、および２つの送信局からの干渉電波が重畳して受信される場合のいずれであるかを示すパターン情報と、干渉電波統計情報とに基づいて、干渉電波統計情報と干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報との関係式を解くことにより、送信局および干渉源ごとの干渉電波情報を算出する第３のステップとを有する。

第２の発明は、互いに同じ周波数帯域の干渉電波を発する１以上の送信局および１以上の干渉源の各々から干渉電波を受信する干渉電波受信部と、受信した干渉電波の受信電力を測定し、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波を復調して得られるフレーム時間を復調成功フレーム情報として取得するとともに、所定の閾値以上の受信電力で復調できなかった干渉電波である復調不可電波のフレーム時間を復調不可電波情報として取得し、取得した復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として記録する干渉電波処理部と、干渉電波時系列情報に対して所定の統計処理期間にわたって統計処理を行った干渉電波統計情報を算出する干渉電波統計処理部と、干渉源からの干渉電波の到来が確率到着過程に基づいて定義され、かつ送信局におけるアクセス制御方式の動作を表す状態遷移モデルと、状態遷移モデルが復調不可電波を受信する状態が、干渉源からの干渉電波のみが受信される場合、送信局からの干渉電波に干渉源からの干渉電波が重畳する場合、および２つの送信局からの干渉電波が重畳して受信される場合のいずれであるかを示すパターン情報と、干渉電波統計情報とに基づいて、干渉電波統計情報と干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報との関係式を解くことにより、送信局および干渉源ごとの干渉電波情報を算出する干渉電波情報算出部とを備える。

第３の発明の無線環境推定プログラムは、第１の発明の無線環境推定方法の各ステップをコンピュータに実行させる。

本発明は、干渉電波が存在する無線環境において、各干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を従来と比べて正確に推定できる。

無線環境推定装置の一実施形態を示す図である。 図１に示した無線環境推定装置における処理手順の一例を示す図である。 ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格対応の無線ＬＡＮのアクセス制御方式で動作する送信局の状態遷移モデルの一例を示す図である。 図３に示した状態遷移モデルが復調不可電波を受信する状態の一例を示す図である。 無線環境推定装置の別の実施形態を示す図である。 図５に示した無線環境推定装置における処理手順の一例を示す図である。 非特許文献１に記載の時間占有率を推定する処理手順の一例を示す図である。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。

図１は、無線環境推定装置の一実施形態を示す。

図１に示した無線環境推定装置１００は、複数の無線通信システムによる周波数共用環境、同一周波数帯の電波を利用する複数の送信局が高密度に存在する無線環境、ＩＳＭ機器等の無線通信用途以外の電波を発する電子機器が存在する環境において設置され、干渉源ごとに干渉電波に関する干渉電波情報を高精度に推定する。

無線環境推定装置１００は、干渉電波受信部２０と、干渉電波処理部３０と、干渉電波統計処理部４０と、干渉電波情報算出部５０とを有する。なお、これらの要素の全部は、無線通信機能を有する送信局装置に備えられてもよく、その一部が送信局を制御する中央制御局装置に備えられてもよい。すなわち、無線環境推定装置１００は、専用のハードウェアにより実現されてもよい。また、無線環境推定装置１００は、無線受信部が接続されたコンピュータ装置がメモリ等の記憶装置に記憶された無線環境推定プログラムを実行することにより実現されてもよい。この場合、無線環境推定プログラムは、例えば、ＣＤ（Compact Disc）あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクに記録して頒布することができる。さらに、無線環境推定装置１００は、無線環境推定装置１００に含まれるネットワークインタフェースを介して、ネットワークを通じて無線環境推定プログラムをダウンロードし、記憶装置に格納してもよい。

干渉電波受信部２０は、干渉電波を受信し、受信した干渉電波統計を干渉電波処理部３０に出力する。

干渉電波処理部３０は、受信した干渉電波の受信電力を測定し、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波を復調して得られる干渉電波の送信元である送信局と、その送信局から到来するフレームの有無を表す時系列情報を復調成功フレーム情報として取得する。また、干渉電波処理部３０は、所定の閾値以上の受信電力で復調できなかった干渉電波（以下、復調不可電波とも称される）の有無を表す時系列情報を復調不可電波情報として取得する。干渉電波処理部３０は、取得した復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として干渉電波統計処理部４０に出力する。なお、干渉電波処理部３０は、取得した干渉電波時系列情報を、無線環境推定装置１００に含まれるメモリ等の記憶装置に記憶してもよい。

干渉電波統計処理部４０は、受信した干渉電波時系列情報に対して所定の統計処理期間にわたって統計処理を行った干渉電波統計情報を算出する。干渉電波統計処理部４０の動作については、図２で説明する。

干渉電波情報算出部５０は、一部または全ての干渉電波の到来を確率到着過程に基づいて定義される少なくとも１つの干渉源におけるアクセス制御方式の動作を表す状態遷移モデルと、状態遷移モデルが復調不可電波を受信する状態を示すパターン情報と、干渉電波統計情報とを用い、各干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を算出する。干渉電波情報算出部５０の動作およびパターン情報については、図２から図４で説明する。

図２は、図１に示した無線環境推定装置１００における処理手順の一例を示す。図２では、例えば、無線環境推定装置１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の規格に基づいて、互いに同一の周波数帯域の電波を送受信する複数の無線ＬＡＮ機器（すなわち送信局）と、無線ＬＡＮ機器と異なるアクセス制御方式で、同じ周波数帯域の無線通信を行う１つの送信局もしくは無線通信用途以外に電波を発する１つの電子機器が存在する無線環境において、干渉源ごとの干渉電波情報を算出する。

ステップＳ１０では、干渉電波処理部３０は、干渉電波受信部２０で干渉電波が受信された場合、受信した干渉電波の受信電力を測定し、復調処理を行う。例えば、干渉電波処理部３０は、干渉電波の復調に成功し干渉電波の受信電力が所定の閾値以上の場合、復調した干渉電波の送信元である送信局と、その送信局から到来するフレームの有無を表す時系列情報とを示す復調成功フレーム情報を取得する。一方、干渉電波処理部３０は、干渉電波の復調に失敗しかつ受信電力が所定の閾値以上の場合、復調不可電波の有無を表す時系列情報を示す復調不可電波情報を取得する。干渉電波処理部３０は、受信した干渉電波における受信電力情報、復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を含んだ干渉電波時系列情報を干渉電波統計処理部４０に出力する。

なお、干渉電波処理部３０は、通信を行う上で必要不可欠な待ち時間や応答時間を復調成功フレームの時間として補完してもよい。また、干渉電波処理部３０は、２つの復調不可電波の間に一定時間未満の空き時間が存在する場合、当該空き時間を復調不可電波が存在する時間として補完してもよい。

ステップＳ２０では、干渉電波統計処理部４０は、ステップＳ１０で取得された干渉電波時系列情報（受信電力情報、復調成功フレーム情報、復調不可電波情報）を用いて、統計処理期間Ｔ_mのうち送信局ごとに復調に成功したフレーム時間を合計した個別復調成功時間Ｔ_suc、送信局ごとに復調成功回数をカウントした個別復調成功回数Ｎ_suc、送信局ごとの平均フレーム時間（平均復調成功時間）Ｔｃ、復調不可電波の受信時間を合計した復調不可電波受信時間Ｔ_int、連続して復調不可電波を受信した回数をカウントした復調不可電波受信回数Ｎ_int、および受信電力が所定の閾値未満であった時間を合計した空き時間Ｔ_fを、干渉電波統計情報として算出する。

また、干渉電波統計処理部４０は、上述したように通信を行う上で必要不可欠な待ち時間や応答時間を復調成功フレームの時間として補完した場合や、２つの復調不可電波の間の一定時間未満の空き時間を復調不可電波が存在する時間として補完した場合、補完した時間を空き時間Ｔ_fから除外するのが好ましい。

ステップＳ３０では、干渉電波情報算出部５０は、ステップＳ２０で算出された干渉電波統計情報を用い、特定のアクセス制御方式の動作を表した状態遷移モデルの各状態が継続する時間の平均値である平均状態継続時間Ｅｓを、式（１）を用いて算出する。

ここで、（Ｎ_suc）_jはＭ台（Ｍ∈Ｎ，Ｎ：自然数）の送信局のうち、ｊ番目の送信局（ｊ∈Ｋ，Ｋ＝１，２，３，…，Ｍ）の個別復調成功回数を表し、Ｔ_sはアクセス制御方式に固有の空き状態の継続時間を表す。

ステップＳ４０では、干渉電波情報算出部５０は、ステップＳ２０で算出された干渉電波統計情報と、ステップＳ３０で求めた平均状態継続時間Ｅｓと、特定のアクセス制御方式で運用される送信局（すなわち無線ＬＡＮ機器）の状態遷移モデルとを用い、状態遷移モデルの遷移確率を表す状態遷移パラメータを算出する。

図３は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格対応の無線ＬＡＮのアクセス制御方式で動作する送信局ｉ（ｉ∈Ｋ，Ｋ＝１，２，３，…，Ｍ）の状態遷移モデルの一例を示す。図３に示した状態遷移パラメータは次の通りである。なお、送信局ｉの状態遷移パラメータを示す場合は、各記号に添え字ｉを付して示す。
ｐ：他の送信局が信号を送信する確率（状態遷移パラメータ）
ｑ：１回の状態の継続中に、送信するフレームが新たに発生する確率（状態遷移パラメータ）
ｒ：フレーム送信が成功した際、および再送回数が最大値に達してフレームを破棄した際に、次に送信するフレームを保有している確率（状態遷移パラメータ）
Ｒ：再送回数の最大値
Ｗ_s ：再送回数がｓの場合のコンテンションウィンドウの最大値
ここで、各状態における送信局ｊの電波送信確率τ_jを用いて、送信局ｉの状態遷移パラメータｐ_iは式（２）のように表される。

無線ＬＡＮのアクセス制御方式で運用されるＭ台の送信局の発する干渉電波が存在する場合、図３に示した状態遷移モデルに基づき、所定の統計時間Ｔ_mと、送信局ｉの個別復調成功時間（Ｔ_suc）_iと、送信局ｉの平均フレーム時間Ｔｃ_iと、各状態における送信局ｊ（ｊ∈Ｋ）の電波送信確率τ_jと、空き時間Ｔ_fと、空き状態の継続時間Ｔ_sと、平均状態継続時間Ｅｓの関係は、式（３）、（４）のように表される。

なお、無線ＬＡＮのアクセス制御方式で運用されるＭ台の送信局に加えて、無線ＬＡＮ機器と異なるアクセス制御方式で、同じ周波数帯域の無線通信を行う１つの送信局もしくは電子機器である干渉源ｌ（ｌはＫに含まれない）の発する干渉電波が存在する場合、式（３）、（４）は、状態ｘにおける干渉源ｌの電波送信確率τ_lxを用い式（５）、（６）のように書き換えられる。

ここで、干渉源ｌが発する干渉電波の到来をポアソン到着過程で定義する。すなわち、ある状態ｘの継続時間をＴ_x とすると、状態ｘにおける干渉源ｌの電波送信確率τ_lxと、干渉電波の単位時間あたりの発生頻度に関する変数λ_l（状態遷移パラメータ）の関係式は、式（７）のように表される。

式（５）、（６）、（７）より、干渉源ｌが発する干渉電波の到来をポアソン到着過程で定義した場合における、所定の統計時間Ｔ_m と、送信局ｉの個別復調成功時間（Ｔ_suc）_iと、送信局ｉの平均フレーム時間Ｔｃ_iと、空き時間Ｔ_fと、空き状態の継続時間Ｔ_sと、平均状態継続時間Ｅｓと、各状態における送信局ｊの電波送信確率τ_jと、干渉電波の単位時間あたりの発生頻度に関する変数λ_lとは、式（８）、（９）のように関係付けられる。

そして、干渉電波情報算出部５０は、逐次代入法、はさみうち法およびニュートン法等の数値解析法、遺伝アルゴリズム等の多目的最適化手法、あるいはそれらの組み合わせを用いて式（８）、（９）を解き、τ_jおよびλ_lの状態遷移パラメータを算出する。

ステップＳ５０では、干渉電波情報算出部５０は、ステップＳ２０で算出された干渉電波統計情報と、ステップＳ３０で求めた平均状態継続時間Ｅｓと、ステップＳ４０で算出した状態遷移パラメータを用いて、干渉源ｌのフレーム時間Ｔｃ_ｌを算出する。算出される干渉源ｌのフレーム時間Ｔｃ_ｌは、統計処理期間Ｔ_ｍにおいて受信した各復調不可電波の時間から算出される平均値等の代表値である。あるいは、干渉源ｌのフレーム時間Ｔｃ_ｌは、統計処理期間Ｔ_ｍにおいて受信した各復調不可電波のフレーム時間の分布における中央値、または分布におけるピークを示すフレーム時間および分散値から算出される値を示す。

図４は、図３に示した状態遷移モデルが復調不可電波を受信する状態の一例を示す。図４（ａ）は、復調不可電波を受信する状態として、網掛けの矩形で示した干渉源ｌからの干渉電波のみが受信される場合を示す。この場合の復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間となる。

図４（ｂ）および図４（ｃ）は、復調不可電波を受信する状態として、白色の矩形で示した送信局ｉからの干渉電波に、網掛けの矩形で示した干渉源ｌからの干渉電波が重畳する場合を示す。この場合、干渉源ｌの干渉電波が送信局ｉからの干渉電波の一部に重畳しているため、無線環境推定装置１００は、時刻ｔ３から時刻ｔ５および時刻ｔ７から時刻ｔ９の間に受信した送信局ｉからの干渉電波を復調できない。このため、図４（ｂ）に示した送信局ｉからの干渉電波より干渉源ｌからの干渉電波の受信が遅く終了する場合、復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌは、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの時間となる。一方、図４（ｃ）に示した送信局ｉからの干渉電波より干渉源ｌからの干渉電波の受信が早く終了する場合、復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌは、時刻ｔ７から時刻ｔ１０までの時間となる。なお、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、干渉源ｌが発した干渉電波は１つとしたが、２つ以上の複数でもよい。

図４（ｄ）は、復調不可電波を受信する状態として、白色の矩形で示した２つの送信局からの干渉電波が重畳して受信される場合を示す。この場合、無線環境推定装置１００は、重畳して受信した２つの送信局からの干渉電波を分離できないため、２つの送信局からの干渉電波をそれぞれ復調できない。このため、復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌは、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの時間となる。

図４に示した復調不可電波を受信する各状態を考慮することで、干渉源ｌのフレーム時間Ｔｃ_ｌ、送信局ｊの電波送信確率τ_j、干渉源ｌの干渉電波の単位時間あたりの発生頻度λ_l、および空き状態の継続時間Ｔ_sを用い、平均状態継続時間Ｅｓは、式（１０）のように表される。

ここで、Ｐ_ｙおよびＥｓ_ｙは、状態ｙをとる確率および状態ｙにおける状態継続時間の期待値を示し、Ｙは全ての状態ｙの集合である。集合Ｙに含まれる状態ｙは、干渉電波が受信されない空き状態（ｙ＝ｆｒｅｅ）、図４（ａ）に示した干渉源ｌからの電波のみが到来する状態（ｙ＝ｉｎｔ）、および図４（ｂ）から図４（ｄ）に示した送信局ｉから到来する干渉電波を含む状態（ｙ＝ｓｉｇ）を含む。すなわち、干渉電波が受信されない空き状態の場合の平均状態継続時間は、式（１１）、（１２）のように表される。

また、干渉源ｌからの電波のみが到来する状態の場合の平均状態継続時間は、式（１３）、（１４）のように表される。

また、送信局ｉから到来する干渉電波を含む状態の場合の平均状態継続時間は、式（１５）〜（１７）のように表される。

ここで、Ｐ_ｊおよびＥｓ_ｊは、送信局から到来する信号を含む状態の中で、送信局ｊから到来する信号のフレーム時間が、送信局から到来する信号の中で最も長い状態である確率および状態継続時間の期待値である。

また、Ｐ_ｚおよびＥｓ_ｚは、状態ｚをとる確率および状態ｚにおける状態継続時間の期待値であり、Ｚ（ｊ）は、送信局ｊから到来する信号のフレーム時間が、送信局から到来する信号の中で最も長い場合に取りうるすべての状態ｚの集合である。

なお、状態ｚについては、送信局ｊから到来する電波に対して干渉源ｌから到来する電波の重畳数と終了時刻で分類する。なお、終了時刻による分類とは、送信局ｊから到来する信号を含む状態において、送信局ｊおよび干渉源ｌから到来する電波の終了時刻を時系列に考えた際に、送信局ｊから到来する電波の終了時刻が最も遅い場合（すなわち図４（ｃ）の場合）と、それ以外（すなわち図４（ｂ）の場合）である。

そして、上記のような分類を行うことで各状態ｚにおけるＰ_ｚおよびＥ_ｚが一意に定まるため、干渉電波情報算出部５０は、ニュートン法等の数値解析法、遺伝アルゴリズム等の多目的最適化手法、あるいはそれらの組み合わせを用いて式（１０）〜（１７）を解き、復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌを算出する。

ステップＳ６０では、干渉電波情報算出部５０は、ステップＳ２０で算出された干渉電波統計情報と、ステップＳ３０で求めた平均状態継続時間Ｅｓと、ステップＳ４０で算出された状態遷移パラメータと、ステップＳ５０で算出した復調不可電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌのうち一部または全てを用いて、干渉電波情報を算出する。例えば、干渉電波情報算出部５０は、式（１８）、（１９）を用いて、送信局ｉが発する干渉電波の発生頻度Ｎ_iと時間占有率Ｔ_iとを算出することができる。

さらに、干渉電波情報算出部５０は、式（２０）、（２１）を用いて、干渉源ｌが発する干渉電波の発生頻度Ｎ_ｌと時間占有率Ｔ_ｌとを算出することができる。

干渉電波情報算出部５０は、他にも送信局ｉのスループット、遅延時間、干渉発生率、ＱｏＳ（Quality of Service）等の干渉電波情報を算出することができる。例えば、干渉電波情報算出部５０は、式（２２）を用いて、送信局ｉのスループットＴＰ（ｉ）を算出することができる。

ここで、ＤＡＴＡは、１フレーム当たりのデータ量を示す。

以下に具体的な数値例を示す。

無線環境推定装置１００を備えるＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格に対応した送信局の近隣に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格に対応した無線ＬＡＮのアクセス制御方式に従って運用され、干渉電波を発する送信局１〜５と、無線環境推定装置を備える送信局が復調できない干渉電波を発する干渉源６とが存在するものとする。ここで、無線環境推定装置を備える送信局においてすべての干渉電波が受信される場合、無線環境推定装置の干渉電波処理部３０は、干渉電波の受信電力および復調結果に基づいて得られる干渉電波時系列情報を干渉電波統計処理部４０に出力する。干渉電波時系列情報の一例を表１に示す。

次に、干渉電波統計処理部４０は、表１の干渉電波時系列情報について統計処理を行い、例えば表２の干渉電波統計情報を干渉電波情報推定部５０に出力する。

表２は、所定の統計時間Ｔ_mを１秒とした場合に、送信局１〜５の個別復調成功時間（Ｔ_suc）₁〜（Ｔ_suc）₅がそれぞれ0.107秒、0.093秒、0.093秒、0.093秒、0.076秒、復調不可電波受信時間Ｔ_intが0.588秒、空き時間Ｔ_fが0.050秒であり、送信局１〜５の個別復調成功回数（Ｎ_suc）₁〜（Ｎ_suc）₅がそれぞれ82回、47回、47回、47回、29回、復調不可電波受信回数Ｎ_intが 277回であり、送信局１〜５の平均フレーム時間Ｔｃ₁〜Ｔｃ₅がそれぞれ1.3×10^-3秒、2.0×10^-3秒、2.0×10^-3秒、2.0×10^-3秒、2.6×10^-3秒であったことを意味する。なお、復調不可電波は、復調できない干渉電波を発する干渉源からのものに限らず、送信局１〜５からの干渉電波が衝突したときも含む。

表２の干渉電波統計情報と、空き状態の継続時間Ｔ_sを用いて、式（１）より平均状態継続時間Ｅｓは2.39×10^-4秒と求まる。ここでＴ_sは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格に規定されているスロットタイムである9.0×10^-6秒を用いた。

次に、表２の干渉電波統計情報と、空き状態の継続時間Ｔ_sと、平均状態継続時間Ｅｓの値を用いて式（８），（９）より、干渉電波情報算出部５０は、送信局ｊの電波送信確率τ_j（ｊ＝１，２，３，４，５）および干渉源６の干渉電波の単位時間あたりの発生頻度に関する変数λ₆について解き、τ₁＝3.08×10^-2、τ₂＝2.16×10^-2、τ₃＝2.16×10^-2、τ₄＝2.16×10^-2，τ₅＝1.62×10^-2を算出し、λ₆＝2.86×10⁺²を算出する。

ここで、式（１７）の状態ｚは、例えば干渉源６のフレーム時間Ｔｃ_６＝1.0×10^-3秒と仮定する場合、送信局１から到来する干渉電波に対して干渉源６から到来する干渉電波の重畳数と終了時刻の観点で分類すると、４通りある。すなわち、状態ｚは、図４（ｂ）に示したパターンで干渉源６から到来する干渉電波の重畳数が２の場合、図４（ｃ）に示したパターンで干渉源６から到来する干渉電波の重畳数が１の場合、図４（ｂ）に示したパターンで干渉源６から到来する干渉電波の重畳数が１の場合、および図４（ｄ）に示したパターンで干渉源６から到来する干渉電波の重畳数が０の場合である。このように、干渉源６のフレーム時間に依存して式（１７）は一意に定まる。そのため、表２の干渉電波統計情報と、平均状態継続時間Ｅｓと、τ_jおよびλ₆の値を用いて式（１０）〜（１７）を干渉源６のフレーム時間について解くことにより、干渉源６のフレーム時間Ｔｃ_６＝1.5×10^-3を算出する。

最後に、干渉源ごとの干渉電波の発生頻度、時間占有率およびスループットの干渉電波情報を推定する。推定された送信局１〜５における干渉電波の発生頻度Ｎ₁〜Ｎ₅、時間占有率Ｔ₁〜Ｔ₅およびスループットＴＨ₁〜ＴＨ₅と、干渉電波をランダムに発する干渉源６からの干渉電波の発生頻度Ｎ₆および時間占有率Ｔ₆を表３に示す。

図５は、無線環境推定装置の別の実施形態を示す。図１で説明した要素と同一または同様の要素については、同一または同様の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

図５に示した無線環境推定装置１００Ａは、干渉電波受信部２０と、干渉電波処理部３０ａと、干渉電波統計処理部４０と、干渉電波情報算出部５０ａとを有する。

干渉電波処理部３０ａは、受信した干渉電波の受信電力を測定する。例えば、干渉電波処理部３０ａは、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波が示す帯域幅、変調方式または振幅の変動と、送信局ｉおよび干渉源ｌのアクセス制御方式ごとに予め設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動とを比較し、受信した干渉電波が送信局ｉから到来したものか、図４に示した復調不可電波かを識別する。このとき、受信した復調不可電波が図４に示したいずれの状態かを複数のアンテナ素子を用いた信号分離技術によって識別してもよい。すなわち、干渉電波処理部３０ａは、受信した復調不可電波が図４に示したいずれの状態かを識別する。

そして、干渉電波処理部３０ａは、識別の結果に基づいて、送信局ｉから到来したフレームの有無を表す時系列情報を復調成功フレーム情報として取得し、復調不可電波の有無を表す時系列情報を復調不可電波情報として取得する。干渉電波処理部３０ａは、取得した復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として干渉電波統計処理部４０に出力する。なお、干渉電波処理部３０ａは、取得した干渉電波時系列情報を、無線環境推定装置１００Ａに含まれるメモリ等の記憶装置に記憶してもよい。

また、無線環境推定装置１００Ａの記憶装置は、送信局ｉおよび干渉源ｌごとに予め設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動を示す情報を予め記憶する。あるいは、送信局ｉおよび干渉源ｌごとに予め設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動を示す情報は、例えば、無線環境推定装置１００Ａの外部に配置されるメモリ等の記憶装置に格納されてもよい。この場合、無線環境推定装置１００Ａは、送信局ｉおよび干渉源ｌごとに予め設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動を示す情報を外部の記憶装置から読み込む。

干渉電波情報算出部５０ａは、干渉電波統計処理部４０により算出された干渉電波統計情報を用いて、送信局ｉが発する干渉電波の干渉電波情報を算出する。

また、干渉電波情報算出部５０ａは、例えば、干渉電波処理部３０ａが算出した干渉電波時系列情報に含まれる受信した復調不可電波のフレーム時間に対して平均処理等を実行し、復調不可電波（すなわち干渉源ｌが発した干渉電波）のフレーム時間の代表値（すなわちフレーム時間Ｔｃ_ｌ）を算出することもできる。すなわち、干渉電波情報算出部５０ａは、式（１０）〜（１７）を解くことなく干渉源ｌから受信した干渉電波のフレーム時間Ｔｃ_ｌを算出する。

図６は、図５に示した無線環境推定装置１００Ａにおける処理手順の一例を示す。

ステップＳ１００では、干渉電波処理部３０ａは、測定し受信電力が所定の閾値以上の干渉電波が示す帯域幅、変調方式または振幅の変動と、送信局ｉおよび干渉源ｌのアクセス制御方式ごとに設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動とを比較する。例えば、干渉電波処理部３０ａは、受信した干渉電波が送信局ｉから到来したものと識別した場合、干渉電波の送信元である送信局ｉと、送信局ｉのフレームの有無を表す時系列情報とを示す復調成功フレーム情報を取得する。一方、干渉電波処理部３０ａは、受信した干渉電波が干渉源ｌから到来したものと識別した場合、復調不可電波の重畳状態および復調不可電波の有無を表す時系列情報を示す復調不可電波情報を取得する。干渉電波処理部３０ａは、受信した干渉電波における受信電力情報、復調成功フレーム情報および復調不可電波情報を含んだ干渉電波時系列情報を干渉電波統計処理部４０に出力する。

ステップＳ１１０では、干渉電波統計処理部４０は、ステップＳ１００で取得された干渉電波時系列情報（受信電力情報、復調成功フレーム情報、復調不可電波情報）を用いて、統計処理期間Ｔ_mのうち送信局ごとに受信電波のフレーム時間を合計した個別復調成功時間Ｔ_suc、送信局ごとに復調成功回数をカウントした個別復調成功回数Ｎ_suc、復調不可電波の受信時間を合計した復調不可電波受信時間Ｔ_int、連続して復調不可電波を受信した回数をカウントした復調不可電波受信回数Ｎ_int、および受信電力が所定の閾値未満であった時間を合計した空き時間Ｔ_fを、干渉電波統計情報として算出する。

ステップＳ１２０では、干渉電波情報算出部５０ａは、ステップＳ１１０で算出された干渉電波統計情報を用いて、干渉電波情報を算出する。例えば、干渉電波情報算出部５０は、個別復調成功時間Ｔ_suc と個別復調成功回数Ｎ_suc とを所定の統計時間Ｔ_mで除算することによって、送信局ｉが発する干渉電波の発生頻度Ｎ_iと時間占有率Ｔ_iの干渉電波情報を算出することができる。また、干渉電波情報算出部５０は、復調不可電波受信時間Ｔ_intと復調不可電波受信回数Ｎ_intとを所定の統計時間Ｔ_mで除算することによって、干渉源ｌが発する干渉電波の発生頻度Ｎ_ｌと時間占有率Ｔ_ｌとを算出することができる。

以上、図５および図６に示した実施形態では、干渉電波処理部３０ａは、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波が示す帯域幅、変調方式または振幅の変動と、送信局ｉおよび干渉源ｌのアクセス制御方式ごとに予め設定された帯域幅、変調方式または振幅の変動とを比較し、干渉源ｌから到来した復調不可電波のパターン情報を識別する。干渉電波情報算出部５０ａは、干渉電波処理部３０ａにより算出された干渉電波時系列情報を用いて、送信局ｉおよび干渉源ｌが発する干渉電波の干渉電波情報を算出する。

これにより、無線環境推定装置１００は、干渉電波が存在する無線環境において、干渉源から到来する干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報を従来と比べて正確に推定できる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

２０…干渉電波受信部；３０，３０ａ…干渉電波処理部；４０…干渉電波統計処理部；５０，５０ａ…干渉電波情報算出部；１００，１００Ａ…無線環境推定装置

Claims (7)

1. 互いに同じ周波数帯域の干渉電波を発する１以上の送信局および１以上の干渉源の各々から受信した干渉電波の受信電力を測定し、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波を復調して得られるフレーム時間を復調成功フレーム情報として取得するとともに、前記所定の閾値以上の受信電力で復調できなかった干渉電波である復調不可電波のフレーム時間を復調不可電波情報として取得し、取得した前記復調成功フレーム情報および前記復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として記録する第１のステップと、
   前記干渉電波時系列情報に対して所定の統計処理期間にわたって統計処理を行った干渉電波統計情報を算出する第２のステップと、
   前記干渉源からの前記干渉電波の到来が確率到着過程に基づいて定義され、かつ前記送信局におけるアクセス制御方式の動作を表す状態遷移モデルと、前記状態遷移モデルが前記復調不可電波を受信する状態が、前記干渉源からの干渉電波のみが受信される場合、前記送信局からの干渉電波に前記干渉源からの干渉電波が重畳する場合、および２つの前記送信局からの干渉電波が重畳して受信される場合のいずれであるかを示すパターン情報と、前記干渉電波統計情報とに基づいて、前記干渉電波統計情報と前記干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報との関係式を解くことにより、前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出する第３のステップと
   を有することを特徴とする無線環境推定方法。
2. 請求項１に記載の無線環境推定方法において、
   前記第３のステップでは、前記状態遷移モデルの各状態が継続する時間の平均値を示す平均状態継続時間と前記パターン情報との関係に基づいて、前記復調不可電波のフレーム時間の代表値を算出し、算出した前記代表値を用いて前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出することを特徴とする無線環境推定方法。
3. 請求項１に記載の無線環境推定方法において、
   前記第１のステップでは、受信した前記干渉電波が示す特徴量と前記アクセス制御方式に応じて設定された特徴量との比較から、受信した前記復調不可電波における前記パターン情報を識別し、識別した前記パターン情報を前記復調不可電波情報として取得し、
   前記第３のステップでは、取得された前記復調不可電波情報を用いて、前記復調不可電波のフレーム時間の代表値を算出し、算出した前記代表値を用いて前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出する
   ことを特徴とする無線環境推定方法。
4. 互いに同じ周波数帯域の干渉電波を発する１以上の送信局および１以上の干渉源の各々から前記干渉電波を受信する干渉電波受信部と、
   受信した干渉電波の受信電力を測定し、所定の閾値以上の受信電力の干渉電波を復調して得られるフレーム時間を復調成功フレーム情報として取得するとともに、前記所定の閾値以上の受信電力で復調できなかった干渉電波である復調不可電波のフレーム時間を復調不可電波情報として取得し、取得した前記復調成功フレーム情報および前記復調不可電波情報を干渉電波時系列情報として記録する干渉電波処理部と、
   前記干渉電波時系列情報に対して所定の統計処理期間にわたって統計処理を行った干渉電波統計情報を算出する干渉電波統計処理部と、
   前記干渉源からの前記干渉電波の到来が確率到着過程に基づいて定義され、かつ前記送信局におけるアクセス制御方式の動作を表す状態遷移モデルと、前記状態遷移モデルが前記復調不可電波を受信する状態が、前記干渉源からの干渉電波のみが受信される場合、前記送信局からの干渉電波に前記干渉源からの干渉電波が重畳する場合、および２つの前記送信局からの干渉電波が重畳して受信される場合のいずれであるかを示すパターン情報と、前記干渉電波統計情報とに基づいて、前記干渉電波統計情報と前記干渉電波の受信状態を示す干渉電波情報との関係式を解くことにより、前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出する干渉電波情報算出部と
   を備えることを特徴とする無線環境推定装置。
5. 請求項４に記載の無線環境推定装置において、
   前記干渉電波情報算出部は、前記状態遷移モデルの各状態が継続する時間の平均値を示す平均状態継続時間と前記パターン情報との関係に基づいて、前記復調不可電波のフレーム時間の代表値を算出し、算出した前記代表値を用いて前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出することを特徴とする無線環境推定装置。
6. 請求項４に記載の無線環境推定装置において、
   前記干渉電波処理部は、受信した前記干渉電波が示す特徴量と前記アクセス制御方式に応じて設定された特徴量との比較から、受信した前記復調不可電波における前記パターン情報を識別し、識別した前記パターン情報を前記復調不可電波情報として取得し、
   前記干渉電波情報算出部は、取得された前記復調不可電波情報を用いて、前記復調不可電波のフレーム時間の代表値を算出し、算出した前記代表値を用いて前記送信局および干渉源ごとの前記干渉電波情報を算出する
   ことを特徴とする無線環境推定装置。
7. 請求項１に記載の無線環境推定方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする無線環境推定プログラム。

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