本発明は、他の無線端末に優先的にライセンスされた周波数帯を含む複数の周波数帯を用いてデータ送信を行う無線端末に関する。

情報化社会の発展により、身近な場面で使用出来る通信手段が飛躍的に増加しており、その通信容量の増加も著しい。 通信容量を増加させるために、特定の用途に使用されてきた帯域を違う用途に使用させる例も多い。 例えば、現状の一般的な無線通信では、特定の帯域を特定の用途に限定して使用するよう法律で定めているが、すでにいくつかの帯域は複数の用途に開放されている。 将来的にはＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ）のように非常に広い帯域を小電力近距離通信に限定して、他の用途と併用できるように開放する可能性がある。

また、さらに、特定のシステムに対してライセンスされている帯域を、そのシステムが使用していない場所・時間に限ってライセンスされていない無線端末が使用できるようにするコグニティブ無線と呼ばれる方式の検討が開始されている（例えば、特許文献１を参照）。

コグニティブ無線の基本的な考え方は、使用可能性がある帯域をスキャンして使用状況を検出し、その帯域をライセンスされているシステムが使用していなければ使用するというものである。 近年の無線通信の高速化・広帯域化を考慮すれば、非常に広い帯域をスキャンし、かつ、その中で自らが要求する性能を満たすことができる帯域を使用するよう決定する性能が要求されると予想される。

特許第３５８３９６２号公報（７頁、図３）

上述のようにコグニティブ無線による通信を行う無線端末（以下、コグニティブ無線機と呼ぶ）は、他のシステムにライセンスされた周波数帯の空きを検出して使用する。 したがって、コグニティブ無線機がある周波数帯を使用する場合、その周波数帯の本来のユーザであるライセンスされた無線端末（以下、ライセンス端末と呼ぶ）が使用を開始したら、即座にその周波数帯の使用を中止し、ライセンス端末のデータ送信への影響を抑えなければならないという問題がある。

また、ライセンス端末の通信開始に伴って、使用を予定していた周波数帯の使用を中止すると、コグニティブ無線機側の通信の継続性が保証されず、例えば、必要なファイル転送が完了できない、等時性通信のＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）が保証されないなどの問題も生じうる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、コグニティブ無線機のデータ送信の品質低下を最小限に抑え、かつ、ライセンス端末が行うデータ送信への干渉を小さくすることを可能とする無線端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無線端末は、他の無線端末にライセンスされた周波数帯を含む複数の周波数帯を用いてデータ送信を行う無線端末であって、周波数帯ごとに無線信号を検出する検出手段と、前記検出された無線信号を変調解析して前記無線信号がライセンスされた無線端末からの無線信号であるか否かを判定する手段と、前記判定結果に基づいて、データ送信に使用する複数の周波数帯を選択する選択手段と、前記選択された複数の周波数帯を使用した間欠的なデータ送信のスケジュールを生成するスケジュール生成手段と、前記間欠的なデータ送信のためのデータを生成するデータ生成手段と、前記生成されたデータを前記スケジュールにしたがって送信するデータ送信手段と、前記間欠的なデータ送信ごとに、データ送信を行う前にデータ送信を行う周波数帯をキャリアセンスするキャリアセンス手段と、前記キャリアセンスの結果、ある周波数帯においてライセンスされた無線端末からの無線信号が検出された場合に、少なくともその周波数帯を用いたデータ送信を停止する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明のコグニティブ無線端末によれば、他の無線端末にライセンスされた周波数帯の空きを検出し、ライセンス端末による使用が検出されなかった複数の周波数帯で間欠的なデータ送信を行うとともに、ライセンス端末の使用の有無をモニタし、ある周波数帯においてライセンス端末のデータ送信開始が検出された場合には、その周波数帯におけるデータ送信を停止することにより、ライセンスされた無線端末が行うデータ送信には干渉を与えず、かつ、残った複数の周波数帯でのデータ送信が継続できるので、高品質なデータ送信を実現することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１から図４は、周波数ホッピングを使用する場合の本発明の実施の形態を説明する図である。

図２は、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機がデータ送信を開始した後の動作を説明するための図である。 図３および図４は、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機がデータ送信を開始する前に、送信周波数帯を選択する動作を説明するための図である。 図３は、周波数スペクトルと周波数帯を模式的に示した図であり、図４は、チャンネルスキャンによって検出された各周波数帯の使用状況を示す図である。 図１は、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の構成の概要を示す図である。

なお、図１には、本発明の実施の形態に関連する部分のみを示し、関連しない部分は省略している。 例えば、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、通信を行うための無線機であるので、データ送信部のほかにデータを受信するための構成が必要であるが、図１ではこれらの構成については示していない。

以下に、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の動作を説明する。 本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、その周波数帯のライセンス端末の送信を検知するためのキャリアセンス部４と変調解析部５を有している。

キャリアセンス部４は、アンテナ２から入力されて、送信・受信の方向を決定するサーキュレータ３を通って入力した無線信号を受信し、キャリアセンスのターゲットとなっている１つ、または、複数の周波数帯において、無線信号が受信されたかどうかを検出する。 さらには、無線信号が検出された時刻を検出する。

変調解析部５はキャリアセンス部４が受信した無線信号を解析し、これがその周波数帯におけるライセンス端末からの信号かどうかを判別する。 変調解析部の具体的な実現方法については後述する。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の特徴的な動作は、送信に使用する周波数帯を決定するステップと、その周波数帯を使用したデータ送信の方法にある。 以下では、まず、送信に使用する周波数帯を決定するステップについて説明する。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、そのデータ送信時に複数の周波数帯を使用する。 図３のように本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、ｆ _Ｌからｆ _Ｈに及ぶ広い周波数範囲において送信できる能力を持っている。 この周波数範囲内は、コグニティブ無線機が使用する可能性がある複数の周波数帯に周波数が分割されている。

周波数帯への分割の仕方は種々可能である。 将来、電波開放が進み、コグニティブ無線方式が既存の無線システムと共存できるようになった場合、コグニティブ無線に関する強制規格が定められると推測される。 そのような強制規格の中で周波数帯の分割の仕方が定められている可能性もある。 あるいは、そのように強制規格では定められない場合、そのコグニティブ無線システムの仕様で定められている可能性もあるし、さらに、コグニティブ無線機のその場の判断に任される可能性もある。

コグニティブ無線機の判断で周波数分割をする場合、全周波数範囲を複数の周波数帯に分割しなくとも、使用する可能性のある周波数の周辺だけチャンネルスキャンして、その結果に基づいて、使用できる周波数帯の中心周波数や帯域幅を決めるような方法を取ることも出来る。

図３では、送信能力がある周波数範囲の中は予め複数の周波数帯に分割されており、それぞれの周波数帯の中心周波数、帯域幅は、それぞれの周波数におけるライセンスシステムの帯域に合わせて分割されている。 ライセンスシステムの帯域に合わせず、例えば、機械的に同じ幅で分割することも可能であるが、図３の例では、その後の変調解析処理を容易にするため、ライセンスシステムの周波数帯に合わせてある。

コグニティブ無線が広く一般に用いられる場合には、広帯域な通信に用いられる可能性が高いと考えられる。 このような場合には、ライセンスシステムの周波数帯域の分割が狭帯域でなされていれば、ライセンスシステムの複数の帯域をまとめた周波数帯を、コグニティブ無線で用いる１つの周波数帯としてもよい。 また、周波数分割多重を使用している同一のライセンスシステムの複数のチャンネルをいくつか、または、全部まとめてもよいし、周波数の隣接する異なるライセンスシステムの周波数帯域をまとめてもよい。 なお、ライセンスシステムのいずれかのチャンネルが、コグニティブ無線が使用する複数の周波数帯にまたがらないように周波数帯が分割されていると、その後の変調解析が容易になる。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、データの送信を開始する前に、まず、キャリアセンス機能と変調解析機能を使用してチャンネルスキャンを行って、送信に使用する複数の周波数帯を決定する。 具体的には、まず、各チャンネルについてそれぞれ時間を定めてキャリアセンスを行う。 キャリアセンスの結果、何がしかの無線信号が受信された場合はこれを変調解析部に送って、ライセンス端末からの送信かどうか判定する。 そして、ライセンス端末からの送信が確認された周波数帯は、コグニティブ端末が送信に使用する周波数帯の候補から外す。

図４は、チャンネルスキャンの結果の一例である。 横軸は時間で、ｔ０の期間の間、各周波数帯をスキャンしている。 縦軸は、図３における１つの周波数帯を１つの行として表示している。 図４では、各周波数帯において、ライセンス端末からの送信があったと判定された時間と、ライセンス端末以外の無線端末（他のコグニティブ無線機）からの送信があったと判定された時間を区別して表示している。

なお、図４では合計３６個の周波数帯をチャンネルスキャンしている。 このようなスキャンは例えば、１つずつの周波数帯を時系列で順次スキャンしてもよいが、時系列で１つずつスキャンするのでは、スキャンしている間に周波数帯の使用状況が変化する可能性がある。 そこで、以下のような方法のいずれかを取ることが望ましい。

例えば、１つの方法では、非常に短期間にスキャンする周波数帯を切替えて、一通り全周波数帯をスキャンし、その中でライセンス端末による送信が確認された周波数帯を除いて、再度今度は、各周波数帯を、時間をかけて詳細にスキャンする。

また、別の方法では、周波数帯を適切な順番でスキャンしていき、所望の数の送信周波数帯が選択できたところで、スキャンを中止する。 スキャンの順番は、周波数の低いところから、あるいは、高いところからといった順番でもよいが、後述するように、本発明の実施の形態では、複数の周波数帯の望ましい組み合わせがあるので、その組み合わせに沿うような周波数の近辺のみスキャンし、それぞれの周波数の近辺で必要数だけ送信周波数帯が選択できたらスキャンを中止するようにしてもよい。

また、本発明の実施の形態に係わるキャリアセンス部が同時にキャリアセンス可能な帯域幅は、必ずしも周波数帯１つ分である必要はない。 キャリアセンスを高速にするため、あるいは、キャリアセンス部が多くの場合、データ受信部の構成を時間的にそのまま流用して用いることを考慮すれば、広帯域データ送受信に対応するため非常に広帯域な受信最大帯域幅を有していることもある。 このような場合、周波数の近い複数の周波数帯を一括してチャンネルスキャンすることが可能である。 例えば、図１２のコグニティブ無線機が送信能力を持つ周波数範囲全体の約１／５程度のキャリアセンス帯域幅を持っていれば、図４に相当する結果を約５回のチャンネルスキャンで得ることができる。

なお、本発明の実施の形態での送信周波数帯は、上述のような広帯域なデータの送受信を行うために、図３における各々の周波数帯１つ分でなく、隣接する複数の周波数帯をまとめて１つの送信周波数帯とみなすことがある。 このような場合、また、前述のような複数の隣接するライセンスシステム用チャンネルをまとめて、１つの周波数帯としている場合、キャリアセンス時に複数のライセンスシステム用チャンネルを調べることになる。 この場合でも基本的な動作、すなわち、チャンネルスキャン時にライセンス端末が送信を行っている周波数帯は選択しないこと、さらに、コグニティブ無線機がデータ送信を開始した後のキャリアセンス時にライセンス端末の送信を確認したら、その周波数帯での送信を即座に中止することは変わらない。

そこで以下では、説明の簡略化のため、周波数ホッピングにおいては、１つの時刻に図３における１つの周波数帯で送信を行うという前提で説明をする。

本発明の実施の形態では、このようなチャンネルスキャンの結果から、複数の送信周波数帯を選択する。 その際の基準は、まず第１にチャンネルスキャンの期間中にその周波数帯のライセンス端末の送信が確認されなかったことである。

このとき、あらかじめライセンス端末のデータ送信時間に対する上限値を定め、チャンネルスキャンの期間中におけるライセンス端末からのデータ送信時間が、その上限値を下回っている周波数帯を選択するようにしてもよいが、ライセンス端末のデータ送信に対する干渉をできるだけ小さくするために、チャンネルスキャンによって、ライセンス端末からのデータ送信が検出された周波数帯は、選択の候補から除くようにすることが望ましい。

すなわち、例えば、図４において、ライセンス端末のチャンネルスキャン中の全期間での送信が確認されている場合、周期的に送信が行われている場合、あるいは、チャンネルスキャンの期間中に送信が開始されているような場合はもちろんであるが、チャンネルスキャン期間中に送信が終了しているような周波数帯も候補から除いておくとよい。 これは、そのライセンス端末の送信の周期がチャンネルスキャンの期間より長い可能性や、断続的にバースト送信を行っている可能性があるからである。 このように、ライセンス端末が少しでも使用している周波数帯を候補から除くことによって、ライセンス端末の送信に干渉を与える確率を下げることができる。

次に、ライセンス端末からの送信は確認されなかったが、それ以外の無線機、多くの場合は、他のコグニティブ無線機による送信があった周波数帯については、その送信の時刻を確認し、送信の空白期間が一定期間以上あるかどうか確認する。 例えば、図４において一番上の周波数帯では、チャンネルスキャンの期間中に他のコグニティブ無線機による送信が２回確認されている。 これらの送信の間、あるいは、その前後に一定期間以上の空白時間が無かった場合には、この周波数帯は候補から外す。 空白期間の基準時間次第であるが、他のコグニティブ無線機による送信がチャンネルスキャン中に１回のみ確認された周波数帯についても同様である。

なお、この基準時間の決め方は種々可能である。 例えば以下のようである。 本発明の実施の形態では、コグニティブ端末がデータ送信を行っている時、各周波数帯でのデータ送信の前に、キャリアセンスおよび変調解析を行う。 キャリアセンスによって検出された何がしかの無線信号が、ライセンス端末からのものであるかどうかを変調解析するために、ある程度以上の時間がかかる。 さらに、そのライセンスシステムの無線信号の性質、例えば、帯域幅、変調方式、ビットレート、スペクトルの特性等によって、必要な時間は変化する。 したがって、上記基準時間は、少なくてもこのような変調解析に必要な時間以上である必要がある。

本発明の実施の形態では、周波数ホッピングも含めてコグニティブ無線機は１つの周波数帯でのデータ送信を間欠的に行うことで、その周波数帯でライセンス端末が突然送信を開始した時に、コグニティブ無線機の送信と重なってライセンス端末に干渉を与える確率を下げている。 既に他のコグニティブ無線機が送信を行っている周波数帯で、自身が新たにデータ送信を行う場合、その周波数帯を使用したデータ送信の時間が増大し、ライセンス端末が送信を開始した際に干渉を与える確率が許容範囲を超えてしまう可能性がある。 したがって、他のコグニティブ端末の送信と自身の送信の双方が同じ周波数帯に存在してもなお、ある程度の空白時間が存在する周波数帯を選択する。

このような観点から、実用上は変調解析に必要な時間よりずっと長い基準時間を設定し、自身の送信がその周波数帯に追加されても、ライセンス端末に干渉を与える確率が許容範囲を超えないようにする。

チャンネルスキャンの結果に基づいて、必要な数の送信周波数帯を選択する。 この時、全周波数帯の中で選択可能な送信周波数帯が必要数以上ある、あるいは、あると見込まれる場合には、必要数の送信周波数帯を適切な方法によって選択するとよい。 例えば、各々の周波数帯に優先順位をつけて、優先順位にしたがって選択するなどである。

優先順位は、例えば、コグニティブ無線機による送信を分散させるために他のコグニティブ無線機による送信が無い周波数帯を優先的に選択する、あるいは、逆にコグニティブ無線機によるライセンスシステムへの干渉が発生しても、それが一部のライセンスシステムのみで済むように、出来るだけコグニティブ無線機による送信を集中させるために、既に他のコグニティブ無線機の送信があるところを優先させる、などである。

これをさらに進めると、本発明の実施の形態では、後述するように、各周波数帯に対してコグニティブ無線機が使用できる時間的な使用率を定めて、それ以内となるようにコグニティブ無線機による送信を行う形態をとることがある。 そのような場合、自身の送信を加えると規定の使用率を超過してしまう周波数帯は、選択対象から除かれる。 自身の送信が加わった後の使用率を計算し、これが各周波数帯に対して定められた規定の使用率を超過しない周波数帯に対しては、規定の使用率に対する比率が小さい順に決定しても良い。

規定の使用率の決定法は後述するように種々あるが、基本的には、その周波数帯のライセンス端末の耐干渉性の強さに依存している。 したがって、使用率という形態を取らない場合でも、より大まかには、コグニティブ無線機がデータベースのような形で各周波数帯のライセンスシステムの耐干渉性の強さを知っているという前提で、耐干渉性の強いライセンスシステムの周波数帯を優先的に選択してもよい。

他の方法としては、後述するようにコグニティブ無線機として都合の良い周波数帯があるので、そのような周波数帯から選択していく、あるいは、そのような周波数からチャンネルスキャンを行っていき、必要な数に達した時点でスキャンを終了してもよい。

また他の方法では、周波数の高い方、あるいは低い方、あるいはランダムな順番でチャンネルスキャンを行っていき、必要な数に達した時点でチャンネルスキャンを終了してもよい。

なお、複数の送信周波数帯の必要な数の定め方は種々ある。 周波数ホッピングでは、時系列に周波数帯を切替えて送信していく。 多くの場合、ホッピングシーケンスは周期的に用いられるが、本発明の実施の形態では、その周期の間の全ての時間が送信（切替ガードタイムを含む）によって埋め尽くされている必要はない。

本発明の実施の形態では、コグニティブ無線機がライセンス端末に対して干渉を与える確率を下げることが重要な目的のひとつであり、このような観点から、周波数ホッピングの１つの周波数帯で継続して送信を行う時間、あるいは、後述する使用率を制限している。 したがって、必要な送信周波数帯の数は、各周波数帯のライセンスシステム側への配慮から決定されたコグニティブ無線機の連続送信時間または使用率で各送信周波数帯にコグニティブ無線機の送信を設定して行った場合に、コグニティブ無線機が必要とする送信ビットレートを満たすのに必要な数によって決定される。 １系列の周波数ホッピングではコグニティブ無線機が必要とするビットレートに不足する場合は、２つ以上のホッピングシーケンスを同時に送信できる能力をコグニティブ無線機が持っているという前提で、このような系列を複数系列準備し、それぞれの系列に必要な数の送信周波数帯を選択すればよい。

なお、本発明の実施の形態は、周波数ホッピングを前提としているが、後述するように周波数ホッピングせず、各送信周波数帯で独立に間欠的なデータ送信を行う形態もある。 このような場合の必要な送信周波数帯の数も、同様に、ライセンスシステム側への配慮によって決定された各周波数帯での連続送信時間または使用率で決まるコグニティブ無線機の通信容量を足し合わせて、コグニティブ無線機が必要とするビットレートになるような数とすればよい。 この場合、周波数ホッピングの場合と異なり、同時刻に送信される可能性がある送信周波数帯数が非常に多い可能性がある。 コグニティブ無線機の送信部の構成によるが、複数の送信周波数帯での送信を１系統の広帯域な送信部で行えるならば特に問題はない。 しかし、１つの送信周波数帯での送信を１系統の送信部から行い、複数の送信周波数帯での送信を各々異なる送信部で行うような構成の場合には、ビットレートから決定される必要数よりそのコグニティブ無線機に備えられている送信部の数が少ないために、送信部の数で送信周波数帯の数が決定してしまうことがある。

このようにして、必要数の送信周波数帯を選択したら、図１から図４で示した本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は周波数ホッピングで送信を行っていく。 その様子を図２に示す。

図２ではｆ１からｆ４の４つの送信周波数帯を、その順番で切り替えて送信していくようにホッピングシーケンスを組んで送信をスケジュールしている。 そして、各送信周波数帯で送信を行っている間に、時間的に次に来る送信周波数帯に関してキャリアセンスおよび変調解析を行っている。

例えば、図２においては、時間ｔ０からｔ１の間に周波数帯ｆ１で送信を行っているが、同時に、時間ｔ０からｔ１の間に周波数帯ｆ２のキャリアセンスおよび変調解析を行っている。 次の時間ｔ１からｔ２では、前の時間に行ったキャリアセンスの結果に問題がなければスケジュール通り周波数帯ｆ２で送信を行う。 そして、時間ｔ１からｔ２では、さらに次の送信周波数帯であるｆ３のキャリアセンスおよび変調解析を行っている。 このように続けていき、送信周波数帯ｆ４で送信している間は、１周して次の送信周波数帯となっているｆ１のキャリアセンスおよび変調解析を行っている。

上記ではキャリアセンスと変調解析が同時に行われているように述べたが、前述のように、本発明の実施の形態ではまずキャリアセンスを行い、その結果、何も無線信号が検出されなければ、変調解析は行われない。 キャリアセンスの結果何がしかの無線信号がそのキャリアセンスを行った周波数帯で検出されたならば、それを変調解析部に渡し、変調解析を行って、検出された無線信号がその送信周波数帯のライセンス端末からのものであるかどうか判定する。

図２では、送信周波数帯ｆ２において、ｔ２とｔ３の間の時刻にその周波数帯のライセンス端末が送信を開始している。 本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機はデータ送信を開始した後には１つの周波数帯でのキャリアセンスは、その周波数帯で送信を行う直前に行われるだけであるので、ｔ２とｔ３の間にライセンス端末が送信を開始しても、図２のコグニティブ無線機は、すぐにはライセンス端末が送信開始したことを検出することは出来ない。 しかし、本発明の実施の形態では、各周波数帯でのコグニティブ無線機の送信が（周波数ホッピングであるないにかかわらず）間欠的であるようにしているため、ライセンス端末が送信を開始しても、その間欠的な送信時間と重なっていなければ干渉を与えない。

コグニティブ無線機が、次に周波数帯ｆ２のキャリアセンスを行うのは時間ｔ４からｔ５の間である。 コグニティブ無線機がこの期間にｆ２でキャリアセンスを行うと、何がしかの無線信号が検出されるので、これを変調解析部に渡し、変調解析を行う。 その結果、それがｆ２の周波数帯のライセンス端末のものであることが判明する。 そこで、コグニティブ無線機は次のｆ２での送信のスケジュールをキャンセルし、何も送信しない。 ただし、次の時間の送信周波数ｆ３のキャリアセンスは予定通り行う。

このように、まず、各周波数帯でのコグニティブ無線機の送信を間欠的にすることによって、ライセンス端末へ干渉を与える確率を下げる。 さらに、各周波数帯での送信の直前にキャリアセンスおよび変調解析を行うことによって、その前にライセンス端末が送信を開始していればこれを検出して次の時間のコグニティブ無線機の送信を中止する。 その結果、ライセンス端末へ与える干渉の確率を著しく減らすことが可能となる。

さらに、コグニティブ無線機は複数の送信周波数帯を用いてデータの送信を行っているため、１つの周波数帯でライセンス端末の送信が開始されて、その周波数帯でコグニティブ無線機が送信を中止しても、他の送信周波数帯での送信は継続できる。 したがって、コグニティブ無線機の通信の継続性は、一時的に若干通信容量が落ちる程度であり、大きな問題とならない。 また、このような間欠的な送信を周波数ホッピングという形態で行うことによって、各送信周波数帯で間欠的に送信を行う空白時間を有効に活用して、コグニティブ無線機の送信部を時分割で利用することができ、そのハードウェア構成を軽減することができる。

これが図１の構成でどのように動作するか、以下に簡単に説明する。

周波数管理部６は図３のような周波数帯の構成を把握しており、まず、チャンネルスキャンの段階では、これにしたがって（前述のように）必要な周波数帯をスキャンする。

周波数管理部６は、シンセサイザ７にスキャンすべき周波数帯を指示してその周波数帯をスキャンするのに必要なローカル信号を出力させる。 これがキャリアセンス部４に入力され、その周波数にしたがって必要な周波数帯のキャリアセンスが行われる。

タイミング制御部１０は、その周波数帯でのキャリアセンスの開始、期間、終了をキャリアセンス部４に指示する。 具体的には、シンセサイザ７にその周波数でのローカル信号の出力の開始・終了タイミングを指示し、あわせて、キャリアセンス部４・変調解析部５にも指示する。

キャリアセンス部４は、入力した信号に無線信号が含まれているか、エネルギーまたはパワー検出を行っており、無線信号が検出されたら、これを変調解析部５に送る。 また、検出された期間を記憶し周波数管理部６に送る。

変調解析部５は、周波数管理部６から、現在キャリアセンスしている周波数帯がどれであるか指示を受けており、その周波数帯のライセンス端末の変調方式を内部のメモリ等から取り出してきており、キャリアセンス部４から入力があった場合に、その変調方式を分析して、ライセンス端末の変調方式と合致するかどうか検証する。 これが合致しなければ、ライセンス端末以外の送信があったことを周波数管理部６に通知し、合致すればライセンス端末の送信があったことを周波数管理部６に通知する。 周波数管理部６は、これを記憶し、必要に応じて次の周波数帯のチャンネルスキャンを指示する。 前述の通りに必要なチャンネルスキャンが終了したら、周波数管理部６は、複数の送信周波数帯を選択する。 周波数管理部６は、これに基づいてホッピングシーケンスを組み立てて、これを他のブロックに通知する。 タイミング制御部１０は、これを受けて、必要な周波数の切り替えタイミングをシンセサイザ７に通知する。 シンセサイザ７は、これを受けて、その時間に必要なキャリアセンス用のローカル信号とデータ送信用のローカル信号を、それぞれキャリアセンス部４および無線信号生成部９に出力する。 データ送信を開始するにあたって、送るべきデータは、データ入力端子１１からパケットスケジューラ８に入力される。

パケットスケジューラ８は、周波数管理部６から受けた通知によって、各送信周波数帯での１回のデータ送信で送ることが出来るデータの量を知っているので、データ入力端子から入力されたデータを、タイミング制御部１０からの指示、すなわち、次はどの周波数帯の送信であるかに基づいて適切な長さに分割し、必要に応じてバッファに蓄積し、タイミング制御部からの出力タイミングの指示に基づいて、無線信号生成部９に出力する。

無線信号生成部９は、これをシンセサイザ７から入力されるローカル信号に基づいて無線信号の形態に変換し、サーキュレータ３を介してアンテナ２に送る。 アンテナ２に送られた無線信号は電波の形態で放射される。

一方、キャリアセンス部４は、シンセサイザ７から送られてくるローカル信号に基づいて必要な周波数帯のキャリアセンスを行い、無線信号が検出されたら変調解析部５に送る。 変調解析部５は、送られてきた無線信号の変調方式を解析し、これがその周波数帯のライセンス端末のものであるか否かを判定してその結果を周波数管理部６に通知する。 ライセンス端末からの送信が通知されなければ、スケジュールどおりにデータが送信される。 一方、ライセンス端末からの送信が通知された場合、周波数管理部６は、タイミング制御部１０に、その周波数帯での次の送信を中止するよう指示する。

タイミング制御部１０は、これを受けて、シンセサイザ７、パケットスケジューラ８および無線信号生成部９にこれを通知し、まず、シンセサイザ７にその周波数帯の送信用のローカル信号の出力を停止させる。 そして、パケットスケジューラ８に、次の送信のためにバッファに蓄積されているデータを破棄または、他のメモリ領域に一時的に非難させるように指示する。 さらに、無線信号生成部９には、次の送信が中止されるためシンセサイザ７やパケットスケジューラ８からの入力が無いことを通知し、場合によっては、その期間、無線信号生成部９から一切の信号が出力されないようにする。

図２において、ｆ２での送信を中止した後の動作は種々可能である。 例えば、最も単純な方法は、図２のコグニティブ無線機は、ｆ２を除いてｆ１、ｆ３、ｆ４の繰り返しを通信終了まで継続する。 このような方法は、例えば、多少ビットレートが落ちても問題にならないファイル転送等のバースト性のデータ送信で、かつ、その量が少なく、比較的短期間で終了できる場合に適している。 このとき、ｆ２を除いたまま、最後まで続けると決めてしまえば、ｆ１の送信期間におけるｆ２のキャリアセンスは、以後行わなくてよい。

他の方法としては、ｆ１での送信期間におけるｆ２のキャリアセンスをずっと続け、ライセンス端末の送信終了を確認し、さらに、その後暫くの期間ライセンス端末からの送信が無かった場合に、ｆ２での送信を再開するという方法がある。 これは、長期間送信を続ける場合で、かつ、多少ビットレートが落ちても影響があまり無い場合に適している。

ここで、ライセンス端末からの送信が終了した後も暫く待つのは、そのライセンス端末の通信相手が時分割で送信を開始する可能性があることと、そのライセンス端末が周期的な送信を行っており、一旦終了したように見えても実際には全通信を終了していないような場合があるためである。

このような判定は実際には難しいため、望ましくは、ｆ２での送信時間を他の送信周波数帯に振り替えるとよい。 コグニティブ無線機は、チャンネルスキャン時に、最初に使用する複数の送信周波数帯のほかに、図３のｆ５のような、予備送信周波数帯を１つ以上選択しておく。 ｆ２での送信が中止されたら、次のｆ１の送信時間では、図５のように、ｆ２の代わりに予備送信周波数帯の１つ、例えば、ｆ５のキャリアセンスを行う。 次のｆ２の送信時間では前回と同様何も送信は行わない。 何回かこのような形でｆ５のキャリアセンスを行って、その結果、周波数帯ｆ５でのライセンス端末の送信が確認されなかったら、その次のｆ２の送信時間ではｆ５で送信を行う。

ここで、キャリアセンスを何周期かに渡って行うのは、チャンネルスキャンの場合と異なり、１回のキャリアセンスに十分な時間がとれないため、数周期をトータルして十分な時間のキャリアセンスを行ったとみなすためである。

このようにしてホッピングシーケンスを変更する。 この時、新たな送信周波数帯としては、周波数帯ｆ２と性質の近い周波数帯を選択しておくと、コグニティブ無線機の送信品質への影響が少なく出来る。

ここで、性質が近いとは、帯域幅や送ることが出来る伝送容量が近い、また、それぞれのライセンス端末の耐干渉性の強弱が近く、コグニティブ無線機の送信に要求される空白期間や使用率が近い、また、他のコグニティブ無線機の使用状況が近い、などである。 これらのパラメータを重み付け等で評価して適切な予備送信周波数帯を選択するとよい。

このような方法は、少々の期間の間ビットレートが落ちるだけですぐに回復できるため、音声や映像のような等時性通信を長期間行うような場合に適している。

なお、図２において、ｔ５からｔ６の間の時間にｆ２で送られる予定だったデータの処理についても種々可能である。

最も単純で効果が高い方法は、そのデータは破棄してしまい、データの欠損についてはＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）以上の上位レイヤに任せてしまうことである。 無線通信の場合、伝搬環境劣化によるパケットの欠損は頻繁に起こりうるため、ほとんどの場合このような方法により対応できると考えられる。

また、仮にパケットスケジューラの処理が間に合うならば、ｔ５からｔ６の間の時間に、ｆ２で送られるはずだったパケット化されたデータを一旦ほどいて、ｆ３以降で送信されるようにパケットを組み直しても良よい。 このような方法は、１つの周波数帯での送信期間に対して、パケットスケジューラの処理が非常に高速である場合に可能である。 パケットの欠損が無いためデータ通信としてはよりよい品質が確保できる。

他の方法としては、そのデータを一旦他のメモリ領域に避難させて、後ろに続くデータ列の適当なところに入れ直して送る方法がある。 このような場合、データの順序が逆転するので、パケットの物理層フレームやＭＡＣフレームなどでデータの順序が入れ替わっていることをシーケンス番号等で表示する必要がある。 ＭＡＣあるいはそれ以上のレイヤと協調して、データの性質（順番が狂っても送りたいかどうか等）によって、破棄するか、順番を変えてでも送るかを決めてもよい。

また、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、ｆ２でのデータ送信を中止する場合には、通信相手のコグニティブ無線機に、その旨を通知することが望ましい。 データの欠損という問題だけを見るならば、ｆ２での送信中止を通知する必要はない。 しかし、本発明の実施の形態に係わる構成では、一旦ｆ２で送信を中止したならば、その後しばらくはｆ２での送信が中止されたままであることと、場合によっては、他の周波数帯に移動するようなことがあるため、受信側がこれらの動作に協調できるように、ｆ２での送信中止を受信側に通知しておく必要がある。

通知の方法は、もし、比較的ゆっくりとした周波数ホッピングを行っているならば、ｔ４からｔ５での送信の最後に、例えば物理層フレームの末尾などを使用して、次のｆ２での送信は中止することを通知すればよい。 これを実現するには、パケットスケジューラ８でパケット化されている次の送信データを変更する必要があるため、周波数管理部６やパケットスケジューラ８に非常に高速な動作が要求される。 しかし、相手に対して予め送信の中止を通知できるため、データ送受信はスムーズに行えるようになる。

他の方法では、ｆ２に続くｆ３やｆ４での送信時に事後通知という形態で、ｆ２での送信を中止したことを通知すればよい。 無線通信は、このような故意の送信中止以外にも伝搬環境の変化などによってデータの受信に失敗することがあるため、できれば、事前の通知と事後の通知を併用したり、事後の通知だけでも複数の送信周波数帯で何回か通知したりするようなことが望ましい。

その場合、どのタイミングでどの周波数帯での送信が中止されたかが識別できるようにホッピングシーケンス内の周波数帯の番号やホッピングフレームの番号等で示す必要がある。 そのために、それぞれのホッピングシーケンスの繰り返しであるホッピングフレームに対して短いビット数でよいのでシリアル番号を振り、また、ホッピングシーケンス内の各周波数帯に番号を与えておくとよい。 あるいは、このような通知は、コグニティブ無線機がデータ通信用周波数帯とは別に専用、または、ＩＳＭバンド（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉｃａｌ バンド）等を利用した制御チャンネルを持っているならば、それを介して通知してもよい。

図２のような形態では、ある周波数帯でコグニティブ無線機がデータ送信している間に、その周波数帯のライセンス端末の送信が開始される可能性もある。 本発明の実施の形態は、周波数ホッピングも含めて各周波数帯でのデータ送信を間欠的にすることによって、コグニティブ無線機のデータ送信とライセンス端末のデータ送信との間の干渉の可能性を減らしているが、このような干渉を完全に排除することはできない。

そこで、１つの周波数帯での連続送信時間が比較的長く、かつ、データ送信とは別に制御チャンネル用の送受信部を持っており、さらに、受信側のコグニティブ無線機が、受信する信号にライセンス端末による干渉が加わっていることを判別できる機能を持っている場合には、受信側のコグニティブ無線機でその干渉有無を判別し、制御チャンネルを介して送信側のコグニティブ無線機に通知して、送信側のコグニティブ無線機でその周波数帯での送信をただちに中止できるようにするとよい。 ここで、干渉を判別する機能とは、伝搬環境の劣化等ではなく、受信パワーが落ちていないにもかかわらず、変調精度が劣化したり、誤り率が増加したりしたことを判別できる機能をいう。

一方、１つの周波数帯での連続送信時間が比較的短く、そのような制御チャンネルでのやり取りが間に合わない場合や、送信周波数帯とは異なる制御チャンネルを持たない場合は、その送信周波数帯での送信が終わるまでライセンス端末が送信する無線信号に干渉を与えてしまうことになる。 そこで、このように独立した制御チャンネルでの通知が出来ないような場合には、ひとつの周波数帯での連続送信時間を、その時間だけライセンス端末に干渉を与えてもライセンス端末側の通信品質に大きな影響を与えない程度に短く設定することが望ましい。

ここで、ほとんどの無線システムは通信開始時に、まず同期のためのプリアンブル等、あまり、情報量の大きくない信号を送る。 一般的には、同期信号は多少受信し損なっても通信に大きな影響は与えない。 したがって、ライセンス端末の通信品質に大きな影響を与えない長さとは、そのような同期信号の期間に対して十分短い時間を意味する。

なお、データ送信を開始した後に、各周波数帯での送信期間の前のキャリアスセンスでライセンス端末以外の送信を確認した場合については、例えば、以下のようにすればよい。

前の周波数帯での送信期間中、すなわち、キャリアセンス期間中にその送信が終了したならば、続けてスケジュール通りに送信を行い、そうでない場合は、一旦、そこでの送信を中止する。 次のホッピングフレームで同様の無線信号が検出されなければ、スケジュール通りその周波数帯での送信は継続する。 仮に、キャリアセンス期間中に他のコグニティブ端末の送信が終了しないといった事態が何周期か続いたら、ライセンス端末が確認されたときと同様の手順で、その周波数帯での送信を中止してもよいし、ホッピングシーケンスの順番を入れ替えるなどして、他のコグニティブ端末の送信とタイミングをずらすようにして回避してもよい。

なお、データ送信中に干渉の形態で送信が重なるような場合は、キャリアセンスが出来ないのみでなく、受信側のコグニティブ無線機でも、重なった状態で受信した信号がライセンス端末からのものであるか、他のコグニティブ無線機であるか判別できないことが多い。 この場合、ライセンス端末である可能性が否定できない以上、ライセンス端末からの送信として扱うとよい。 コグニティブ無線機が他の無線機の周波数的時間的合間を縫って通信する無線機である以上、他のコグニティブ無線機が重なるように送信をする可能性は小さい。 しかし、電波伝搬距離等の不均等によって、あるコグニティブ無線機の送信を他のコグニティブ無線機が受信できないこともあり、このような問題の発生を完全に回避することはできない。 本発明の実施の形態では、このような事態に陥らない限りライセンス端末かどうかを見分ける変調解析機能を持つため、相手を見極めてその周波数帯での送信を中止するかどうかを決められる。 したがって、本来優先権の無い他のコグニティブ無線機に対して不必要に周波数帯を明け渡すことなく、また、ライセンス端末であれば即座に明け渡すことが可能となっている。

上記の構成において、基本的に１つの周波数帯をチャンネルスキャンする時間の方が、送信中にその周波数帯での送信の前にキャリアセンスする時間より十分長い。 これは、コグニティブ無線機がライセンス端末に干渉を与えないことを前提としているためである。 すなわち、チャンネルスキャンには十分な時間を取って、ライセンス端末の有無の確認を行う。 さらに、送信中の各送信周波数帯での連続送信時間や使用率を下げることによってライセンス端末が送信を開始した時に干渉を与えてしまう確率を下げ、干渉の結果ライセンス端末の通信品質に与える影響を小さくしているが、周波数ホッピングでは、キャリアセンスをその１つ前の周波数の送信期間の間しか行わないため、結果として、キャリアセンス期間が短くなっているためである。

ここで、周波数ホッピングでキャリアセンスをその１つ前の周波数の送信期間の間しか行わないのは、周波数ホッピングの利点が、時分割によって送信部およびキャリアセンス部を複数の送信周波数帯で共用することによって、そのハードウェア構成を削減できることであるためである。

次に、変調解析部５の具体的な実現方法について述べる。 変調解析部５の具体的な実現方法は、たとえば、以下のようである。

変調解析に一般的に用いられる方法は、いくつかある。 まず、受信された信号をサンプリングし、その周波数的、時間的な統計値を求めて、それが特定の変調方式の統計的な特徴と合致するかどうかを調べるパターン認識法がある。 パターン認識において特徴が合致するかどうかは、それぞれの統計値のベクトル的な距離から判別する方法と、学習させたニューラルネットなどを用いて判定させる方法が知られている。

この他に、統計値１種類ごとにグループに分類していき、これが、最終的にひとつの変調方式からなるグループに分類されるまで分類を繰り返す決定論的方法や、周波数の自己相関を調べてそのパターンを解析する周期定常性を用いる方法などか知られている。 いずれの方法でも、一旦、サンプリングした信号をデジタル処理によって解析する。

本発明の実施の形態で用いる変調解析はいずれの方法を用いてもかまわないが、本発明の実施の形態に特有に必要とされる特徴がある。 変調解析の正答率は、必ずしも１００%ではなく、失敗することもあるが、その誤りの方向と確率を不均等にしておくことである。 すなわち、ライセンス端末をライセンス端末でないと誤判定してしまう確率は例えば１０ ^−４といった非常に小さい値となるように設定し、一方で、ライセンス端末以外の端末の送信がライセンス端末からの送信と判定されてしまう確率は例えば１０%とある程度大きくても良いことにする。 これは、例えば、パターン認識法ならば、ライセンス端末と判定するベクトルの範囲を広めに設定しておいたり、決定論的方法ならば、グループに分類するときの統計値の閾値をライセンス端末が存在するグループに判定されやすいように設定しておいたりすることで可能である。 このようにすることによって、ライセンス端末に干渉を与える可能性を減らすことができる。

（変形例１）
次に、使用率にしたがって、送信周波数帯を選択する具体的な実施の形態について説明する。

図６は使用率に基づいて、複数の送信周波数帯を選択する動作を説明するための図である。 図６の横軸は時間、縦軸は周波数帯に与えた番号を示している。 表の右に示されている数字は、その周波数帯でコグニティブ無線機が占めることができる最大の使用率である使用率基準値を示している。

コグニティブ無線機が複数の送信周波数帯を選択するに当たって、まず、チャンネルスキャンを行うのは図４の場合と同様である。 図４の場合と同様に図６では、ライセンス端末からの送信があったと判定された時間と、ライセンス端末以外の無線端末からの送信があったと判定された時間を区別して示している。

図４の場合と同様に、コグニティブ無線機はこのようなチャンネルスキャンの結果に基づいて送信周波数帯を選択していく。 その際、候補となっている周波数帯の使用率基準値を参照し、自身がその周波数帯で送信を行っても、その使用率基準値内の使用率に収まっている周波数帯を選択する。

ここで、使用率の計算には、その周波数帯のライセンス端末による使用は含めない。 本発明の実施の形態では、ライセンス端末が送信中、または、近々送信する可能性が高いと推測される周波数帯では基本的に送信を行わないためである。 したがって、使用率は、ライセンス端末以外の無線機、すなわち、コグニティブ無線機による送信の使用率を測定・計算する。

使用率の測定は、チャンネルスキャンをそれぞれの周波数帯で十分な時間行い、その中でコグニティブ無線機による送信が受信されたトータルの期間の比率を計算する。 コグニティブ無線機が送信周波数帯を選択する際に、自身の送信を加えた状態の使用率を計算し、これがその周波数帯の使用率基準値を超える場合には、その周波数帯は選択しないか、その周波数帯での自身の連続送信時間を短く設定して、使用率基準値に収まるようにして選択する。

図６において、周波数帯番号２６および３０は使用率基準値が０．０５と小さく、他の周波数帯と同様の連続送信時間にすると基準値を超えてしまうため、連続送信時間を短くして選択している。 これらの周波数帯で縮めた送信時間を補うため、基準値が０．２と大きい周波数帯番号３１の連続送信時間を長く設定している。

図６では基準値が最大で０．３、平均的には０．１〜０．２程度と小さいので、図２のように４周波数帯をほとんど隙間なしで切り替えて１周期を組むようなホッピングシーケンスを組むことは出来ない。 前述のように時間的に全部の時間を埋めるかどうかはビットレートの要求で決定するので、必ずしも全時間が埋まっている必要はないが、図６に示すような基準値に収まるように、かつ、ガードインターバルを除いてほぼ全時間が埋まるようにホッピングシーケンスを組もうとすれば、図６のように、より多数の周波数帯を使用する必要がある。 図６では１０個の周波数帯を選択してホッピングシーケンスを組んでいる。

なお、使用率基準値は、例えば、その周波数帯のライセンスシステムの耐干渉性の強さと、ライセンスシステムの使用頻度に対して定められる。 ライセンス端末の送信とコグニティブ無線機の送信が重なったとき、重なった時間が長くても影響が小さい場合は、大きい基準値に、重なる時間が短くないと影響が大きい場合は小さい基準値が定められる。 また、ライセンス端末の使用頻度が少ない場合には、大きめに、多い場合には小さめに定められる。 これら２つのパラメータは重み付けして合成され、最終的に１つの基準値が決定される。 このように基準値は、例えば、各々のコグニティブ無線機に予め備えられる情報、あるいは、外部のデータベースから得られた耐干渉性、使用頻度の情報に基づいて、各々のコグニティブ無線機、あるいは、そのコグニティブ無線機が属する無線システムによって決定されてもよいが、将来的にコグニティブ無線機に対する標準や強制規格によって定められる可能性もある。

図６において、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機が選択した送信周波数帯のほとんどは、他のコグニティブ無線機による使用がない周波数帯であるが、他のコグニティブ無線機による送信がある周波数帯（周波数帯番号９）も選択している。 このとき、当然、他のコグニティブ無線機のよる送信と、自身の送信を合わせて、その周波数帯の使用率基準値以下となっていることを確認してから選択している。

ここで、他のコグニティブ無線機の送信が、単発のパケット送信ではなく、周期的に行われている場合は、その送信と、自身の送信が将来においてもかち合わないように、自身の送信のタイミング、すなわちホッピングシーケンス中の位置を設定する必要がある。 ホッピングシーケンスの周期が、例えば、標準などで一定の値に決定している場合は、タイミングがずれるようにするだけでよい。 そうでない場合は、チャンネルスキャン時にその送信周波数帯での他のコグニティブ端末の送信周期を確認し、その周波数帯では確認した周期に併せた周期で送信するか（具体的な方法は後述する）、多少、周期が合わなくても自身が送信を終了するまで、かち合わない程度にずらしておくとよい。

本発明の実施の形態ではこのように、コグニティブ無線機による送信が、自身のみでなく他のコグニティブ無線機の分も合わせて使用率の基準値以下になるようにしている。 そのため、その周波数帯におけるライセンス端末に与える干渉の確率が、ライセンス端末送信開始時に、その基準値以下となる。 基準値はその周波数帯のライセンス端末の耐干渉性に基づいて定められるため、このように基準値に基づいてコグニティブ端末の送信を設定することによって、ライセンス端末への影響を小さく保つことが可能となる。

なお、使用率に基づいて送信周波数帯を選択する方法として、特に基準値を用いずに行うことも可能である。 例えば、チャンネルスキャンを行って、その時点での使用率を測定し、自身の送信を加えたときに、周波数帯ごとの使用率のばらつきが出来るだけ小さくなるように、すなわち、コグニティブ無線機による送信が出来るだけ多くの周波数帯に分散されるように選択してもよい。 このような方法は、強制規格や標準で使用率基準値が定められないような場合に適している。 あるいは、各周波数帯に対して、使用率基準値ではなく、耐干渉性のグレードが与えられている場合には、耐干渉性が高い周波数帯に対しては、大きめの使用率まで、低い周波数帯に対しては低めの使用率となるように、自身の送信を分散させてもよい。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、各送信周波数帯での使用率の測定は、チャンネルスキャンのステップで行い、データ送信を開始した後には行わない。 しかし、コグニティブ無線機に複数の規格が存在し、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機のように、使用率に基づいて送信周波数帯を選択するコグニティブ無線機と、使用率は考慮せずに、空いていればその周波数帯を使用するようなコグニティブ無線機が混在して存在するような場合も考えられる。 その場合、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機が使用率を考慮した上で選択し使用している送信周波数帯に、使用率の上限を超えて送信を開始する他の規格のコグニティブ無線機が現れることも考えられる。

そのような事態に備えて、例えば、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、定期的に送信を止めてチャンネルスキャンを行ったり、キャリアセンス・変調解析部をもう１系統用意して、送信しながら各送信周波数帯のチャンネルスキャンを同時に行ったりするようにしてもよい。 その結果、使用率が自身の基準値を超えているような場合は、ライセンス端末が検出された場合と同様の手順でその周波数帯での送信を中止したり、他の予備送信周波数帯に移動したりすればよい。

なお、上述のように、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、各々の送信周波数帯における連続送信時間は、使用率基準値を満たすため、すなわち、ライセンス端末に与える影響を一定値以下に保つために、送信周波数帯ごとに異なっていてよい。 これは、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機が、ライセンス端末に対して与える影響をライセンス端末の耐干渉性に応じてそれぞれ最小限に留めることを目的としているためである。

（変形例２）
以上は周波数ホッピングによって実現された構成であるが、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の効果に着目すれば、必ずしも周波数ホッピングである必要はない。

図２と同様の４周波数帯を使用する場合で、周波数ホッピングを用いずに複数の周波数帯で間欠的な送信を行う例を図７に示す。

図７では、時間ｔ１からｔ２の間に、全ての送信周波数帯で一斉に送信し、その後一定の期間をあけてｔ６からｔ７の期間で再び一斉に送信しており、これを繰り返している。 なお、送信周波数帯を選択するステップまではこれまでと同様である。 この方法では、送信周波数帯を時系列で切り替えていないという点が異なるだけで、間欠的な複数の周波数帯での送信という点で、周波数ホッピングと同様の効果が得られる。

ただし、この方法では複数の送信周波数帯で一斉にまたは独立に送信する必要が有るため、送受信器構成が大きくなる。 各々の送信周波数帯を別の送信系で送信するならば複数の送信系が必要なるし、例えば、全周波数範囲を網羅するような高速フーリエ変換とデジタルアナログ変換器をベースに構成された送信部で構成するならば、非常に高速のサンプリングレートで動作する必要がある。 しかし、その分周波数ホッピングと比較してキャリアセンス時間を長くできるので、十分なキャリアセンス、および、より精度の高い変調解析が可能である。

図７に示すように間欠送信の空白期間を全てキャリアセンスに利用しているため、ライセンス端末による送信がいずれかの送信周波数帯で開始されたときに、それをより早く検出することが可能である。 ただし、図７のような形態では、データ送信は断続的に行われるため、データを送信する周期の短さにもよるが等時性データの送信には向かない場合がある。

さらに、図７の例では、周期的な送信を行うことによって、受信側の同期確立を容易に出来るなどの利点がある。 しかし、本発明の大目的であるライセンス端末への干渉を減らすという目的に照らす範囲では、間欠的な送信でありさえすれば、それぞれの送信周波数帯が明確な周期を持っている必要はなく、送信の間に十分な空白期間がとれていればよい。 極端な例では、１回だけ送信して、それで終了するような送信周波数帯があってもよい。

なおこのような形態で、各送信周波数帯における連続送信時間が周波数帯ごとに異なっていても良いことはこれまでと同様である。 さらに、各送信周波数帯における周期が異なっていてもよい。

これらを行っている例を図８に示す。 図８では、図７と異なり、各送信周波数帯は一斉の送信を行っていない。 しかし、周波数ホッピングのように時系列で切り替えて送信をしているものでもない。 各送信周波数帯で独立した周期とタイミングでそれぞれ送信を行っている。

このように、データ送信の周期が送信周波数帯ごとに異なる場合の一例としては、使用率を基準値以内に抑えたいという要求があり、かつ、連続送信時間は短く出来ないようなときに、周期を長くすることでこれに対応している場合があげられる。 また、別の場合としては、ライセンス端末がキャリアセンスを行うか、また、行う場合にはどのくらいの時間行うかによって、データ送信の周期、すなわち、空白期間を変えている場合があげられる。

ライセンス端末がキャリアセンスを行ってから送信を開始する場合、コグニティブ無線機の送信がライセンス端末によって受信されると、そのコグニティブ無線機の送信の大きさや長さによっては、そのチャンネルが使用中であるとライセンス端末に認識されてしまう場合がある。 すなわち、ライセンス端末が送信を開始する以前に干渉を与えてしまうことと同等である。 このとき、例えば、コグニティブ無線機のその周波数帯での送信周期がライセンス端末のキャリアセンス時間より短ければ、コグニティブ無線機の送信は（その電波が届く範囲にいる）キャリアセンス中のライセンス端末に必ず受信され、その大きさによっては干渉が存在するとみなされてしまう。 一方、送信周期がキャリアセンス時間より長ければ、ライセンス端末がコグニティブ無線機の送信をキャリアセンスしてしまう確率を下げることが可能になる。

ライセンス端末のキャリアセンスにおける干渉の有無を判断する閾値が低いために、多少なりともコグニティブ無線機の送信があると、ライセンス端末が、干渉が存在すると判断してしまうような場合は、その周波数帯におけるコグニティブ無線機のデータ送信の周期をライセンス端末のキャリアセンス時間より長めにするとよい。 そのようにすることによって、コグニティブ無線機の送信がライセンス端末のキャリアセンスで検出されてしまう確率を下げることが可能となる。

次に、ライセンス端末がキャリアセンスを行わないで送信を開始する場合を考える。 コグニティブ無線機の、その周波数帯の使用率が同一と仮定すると、周期を短くすることで１周期内の送信時間を短くする方がライセンス端末に与える干渉が少なくなる。 もちろん、周期を短くすることでキャリアセンス時間が短くなるので、その間にキャリアセンスと変調解析ができる程度の長さまでしか短くすることは出来ない。

このようにその周波数帯のライセンスシステムの性質によって周期を変えることで、より、ライセンス端末に与える干渉を少なくすることが出来る。

（変形例３）
このような、送信周波数帯ごとに異なる送信周期を適用する方法は、図８や図７のような周波数ホッピングでない間欠的送信では比較的容易に行うことが出来る。 一方で、周波数ホッピングでも、このように周波数帯ごとに異なる周期を設定することは可能である。

図９にその例を示す。 図９は４周波数帯でそれぞれ異なる周期で送信を行う例である。 周波数帯ｆ１の周期は５（以下数値の単位は任意）、連続送信時間は１、ｆ２は周期３、連続送信時間は０．５、ｆ３は周期８、連続送信時間は１、ｆ４は周期６、連続送信時間は１．５である。 これを単純に並べると図９の上のようになり、送信が重なっている部分があって、このままでは周波数ホッピングが出来ない。 そこで、一定の規則に従ったアルゴリズム、ここでは、例えば、時間的に重なったら、各送信周波数帯に付与された周波数帯番号の若い方から順番に送信していく、調整前にスケジュールされた送信時刻の早い方を優先する、という規則を適用して、重ならないように調整すると図９の下の図のようになる。 なお、それぞれの送信周波数帯での時間的使用率は、順に０．２、０．１７、０．１２５、０．２５である。 合計で０．７４程度であって余裕があるので、送信タイミングが多少ずれてもシーケンスが入りきらないといった事態にはならない。 図９では、重なった場合、基本的には後ろにずらすことで対応しているが、合計に余裕がない場合には前にずらしてもよい。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、例えば、送信開始前に受信器に対して、使用する送信周波数帯の情報（周波数、帯域、ビットレート等）の他に各送信周波数帯に付与された番号と、連続送信時間、周期を前述のような制御チャンネルを介して通知し、互いが、上述のような既知で決定しているアルゴリズムにしたがって、ホッピングシーケンスを組み立てていくことによって、周波数ホッピングであっても、各周波数帯ごとに独立した周期で送信を行うことができる。

このとき各送信周波数帯での厳密な周期は、最初に決定した周期を平均として、その回りでばらつく形になるが、周期を周波数ごとに変えたい理由が、上述のようなライセンスシステムに対する配慮であることを考えれば、これが完全に同一時間である必要は無く、多少ばらついても平均値が設定どおりであれば効果は変わらない。

なお、図９のような方法を取っているときにライセンス端末が送信を開始したら、当然、コグニティブ無線機はその周波数帯での送信を停止する。 この時、図２のような単純に送信周波数帯を飛ばす方法と異なり、飛び方がいびつになる。 しかし、コグニティブ無線機とその相手の受信機は双方、既知のアルゴリズムでシーケンスを組み立て、これに従って、どの時刻にどの周波数を送信または受信を行うというスケジュールを立てている。 飛び方は多少いびつになっても、問題となっている周波数帯を飛ばすという動作は同じであるので、その周波数帯の送受信を単純に飛ばすという方法で対処できる。 引き続いて、送信を中止した送信周波数帯を予備周波数帯と入れ替えるような場合には、その段階で、上述のような番号のやり取りを再び行って、新しいシーケンスを双方が組みたてた段階で、そのシーケンスに移行すればよい。

なお、周期は上述のような理由で決定されてもよいが、前述のように、既に他のコグニティブ無線機が送信を行っている周波数帯に自身の送信を入れるような場合には、その既にある送信の周期に合わせるようにして、それと重ならないようにするという目的で決定されてもよい。 この場合、相手の周期や自分の周期が多少ずれても重ならないような相対的な時間位置に送信を配置するとよい。 また、シーケンス決定アルゴリズムに、その周波数帯での送信周期が出来るだけばらつかないように優先するなどというオプションを設けておいてもよい。

なお、図９は説明が容易であるように４周波数帯の例を挙げているので、周期に対するばらつきはかなり大きいが、使用率という観点から図６のような多数の送信周波数帯を用いて行う場合は、周期のばらつきはさほど大きくならない。

既に他のコグニティブ無線機による送信が行われている周波数帯に自身も送信を行う場合により望ましい方法としては、自身の送信が、他のコグニティブ端末の後ろに来るようにするとよい。 図１０にその例を示す。

図１０は図６をベースとしているが、周波数帯番号９において、自身の送信が他のコグニティブ無線機による送信の後ろに来るように配置している。 なお、図１０の例では、このような他のコグニティブ無線機が既にデータ送信を行っている周波数帯を使用するのは周波数帯番号９だけである。 そのため、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機は、使用する全ての送信周波数帯の周期を、周波数帯番号９でデータ送信を行っている他のコグニティブ無線機の周期に合わせて、全体が１周期に１回ずつ送信するようにしている。

このように、他のコグニティブ無線機による送信が既に行われている周波数帯に自身の送信をスケジュールする場合、その周期を予め測定し、これに同期して、他のコグニティブ無線機による送信の後ろに自身の送信をスケジュールするとよい。 当然、多少の周期のばらつきに備えて、その間に十分なガードインターバルを取っておく必要がある。

他のコグニティブ無線機は、例えば、図１０のような状況では、他にはいかなる送信もないものと考えて送信を行っている。 したがって、もし、自身の送信をその前に挿入すれば、他のコグニティブ無線機のキャリアセンスに引っかかって、他のコグニティブ無線機に対して無用な混乱をおこす可能性がある。 また、それぞれの送信周波数帯での連続送信時間は可変であるし、ホッピングシーケンスは必ずしも密に詰め込まれていなくてもよいことを考慮すれば、他のコグニティブ無線機がその送信周波数帯でどのくらい前からキャリアセンスを行っているかを正確に知ることは難しい。 また、その送信周波数帯での周期は、その周波数帯に適した周期に設定されている可能性がある。

したがって、周期は出来るだけ変えない方がよく、かつ、他のコグニティブ無線機のキャリアセンスに引っかからないようにするためには、自身の送信は、他のコグニティブ無線機の後ろに繋げることが望ましい。

その結果、自身のキャリアセンス期間に、他のコグニティブ無線機の送信が一部入ってくるような形になり、変調解析が十分に出来ない可能性がある。 しかし、仮に、他のコグニティブ無線機の送信の前にライセンス端末が送信を開始していれば、他のコグニティブ無線機は送信を中止するので、その結果、自身の変調解析は可能になる。

また、他のコグニティブ無線機の送信中にライセンス端末が送信を開始したような場合は、他のコグニティブ端末の送信が干渉によって潰れるような形になる。 本発明の実施の形態に係わる変調解析部は、ライセンス端末の送信とそれ以外を見分ける機能を持つものであるが、例えば、ライセンス端末以外の無線機の送信でも、それが、干渉によって不自然な潰れ方をしたかどうかは、パワーと統計的な傾向の不自然な変化から検出出来る。 この場合、不自然な潰れ方をしたことしか検出できないが、コグニティブ無線機は多少でもライセンス端末からの送信開始が疑われる場合には、その周波数帯での送信は中止する。 そのようなことは、前提として織り込まれているため、著しい不利益を被るといったものではない。

このように、他のコグニティブ無線機の送信の後ろに自身の送信をつけるような形にすることによって、ライセンス端末に対する影響や、他のコグニティブ無線機に対する影響を軽減することが出来る。

なお、ひとつの送信周波数帯に、複数の他のコグニティブ端末からの送信が既にある場合がある。 このような場合、おそらくは、それぞれが周期を合わせて送信している可能性が高いが、場合によっては、送信と送信の間隔が一定でなく、周期がそれぞれ異なっている場合も発生しうる。 このような状態に対応するために、本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の変調解析の機能が、これまでのように変調方式を識別するのみでなく、他のコグニティブ無線機の送信の内容、すなわちＰＨＹ（物理層）やＭＡＣのフレームを検出して複数の他のコグニティブ無線機の数を識別できるようになっていてもよい。 このような場合に自身の送信を同じ周波数帯に入れたい場合は、チャンネルスキャン時にそれぞれの他のコグニティブ無線機の周期を検出し、自身の送信周期をそのうちの１つに同期させて、望ましくはその後ろに続くように入れるとよい。

（変形例４）
本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、複数のホッピングシーケンスを同時に送信してもよい。

図１１にその例を示す。 複数の送信周波数帯を選択するステップはこれまでと同様である。 また、それぞれのシーケンス内において、その送信の直前にその送信周波数帯でキャリアセンスを行い、ライセンス端末の送信が検出されたら送信を中止するなど、ほとんどの動作はこれまでと同様である。 ただ、複数のシーケンスを同時に出力するために、複数の送信系が必要になる点が異なるのみである。

図１１では、第１、第２の２つのホッピングシーケンスが存在する。 これらは、それぞれ４つの周波数帯によるシーケンスと、３つの周波数帯によるシーケンスとして独立に繰り返されている。 あるいは、その周期を合わせて、第２のシーケンスは、少し時間的に間隔を空けるような形で使用してもよい。 基本的には、シーケンスは、コグニティブ無線機の送信系統の数と、どの程度のビットレートを必要としているかによって異なる。

ビットレートを増大させる方法としては、このようにシーケンスの数を増加させる他に、近接するいくつかの周波数帯を結合して１つのまとまりとし、そのような結合送信周波数帯をいくつか用意してホッピングする方法がある。 図１２に周波数の結合の様子を示す。 図３をベースとし、ｆｎ１、ｆｎ２、ｆｎ３１、ｆｎ３２、ｆｎ４１、ｆｎ４２がビットレート増大のために新たに選択された送信周波数帯であり、これらの周波数帯がｆ１からｆ４の周波数帯とそれぞれ結合されてＦ１〜Ｆ４の結合送信周波数帯として用いられる。

図１２の例では、それぞれの結合送信周波数帯がほぼ同じ帯域幅となるように新たな周波数帯を選択しているが、実際には、データ送信に必要なビットレートに対応するだけの数の送信周波数帯が選択されればよく、結合送信周波数帯の幅が、それぞれ大きく異なっていてもよい。 これらの送信周波数帯の選択までの手順はこれまでと同様である。

周波数ホッピングは、これらをひとまとまりの周波数帯として、例えば、Ｆ１の結合周波数帯全体にまたがるような信号を送出して行われる。 周波数ホッピングの動作は、これまでとほぼ同様である。 ただし、周期や連続送信時間、使用率をライセンスシステムの性質によって変えるような場合は、図１２のような状況では、複数のライセンスシステムが１つの結合送信周波数帯に含まれているので、含まれているライセンスシステムに対する基準の内、最も厳しい基準に合わせて選択するとよい。

また、コグニティブ無線機が送信を開始した後にキャリアセンスをする場合、そのキャリアセンスは結合送信周波数帯について行うが、変調解析はサンプリングされた信号をそれぞれのライセンスシステムのチャンネルごとに分割し、それぞれについて変調解析を行ってライセンス端末からの送信の有無を検出する。 これらの動作は、図１２のような状況に限らず、ひとつの送信周波数帯に複数のライセンスシステムが含まれている場合も同様である。

なお、このような結合送信周波数帯に対応できるように、コグニティブ無線機が広帯域に出力できる送信部を有している場合に、このような帯域の拡大が可能である。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、図３に示したように、各々の周波数帯の帯域幅は、周波数帯によって異なっている。 これは、コグニティブ無線機がキャリアセンス、変調解析を行うにあたって、ライセンス端末からの送信をその帯域幅が欠けることなく受信してより精度の高い変調解析ができるようにするためである。

一方、このような形態をとると、コグニティブ無線機が送信する時の帯域幅が時間で変動する。 このことは、送信ごとのゆっくりした変動のみでなく、周波数ホッピングの各周波数帯での帯域幅がすべて微妙に異なっているといった事態にもつながる。 このような事態に対応するために、例えば、複数の送信周波数帯のうち、最も帯域幅の狭い送信周波数帯の帯域幅に適合する変調パラメータを用いて、各周波数帯での送信を行ってしまう方法がとれる。

しかし、これでは周波数帯域の一部が無駄になっているので、それぞれの送信周波数帯の帯域幅を無駄なく使用した送信を行いたい。 ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などのように、１キャリアに変調を掛ける方式で、周波数ホッピングの各送信周波数帯で異なる帯域幅に合わせるためには、それぞれの送信周波数帯でシンボルレートを変更する必要がある。 このようなことは、送信部をデジタル的に構成し、基準クロックに基づいたシンボルレートに対応するクロックの合成や、変調、変調後のフィルタ処理などを全てデジタル部で行った後、デジタル−アナログ変換して無線信号に変換するような形態によって実現可能である。 ただしデジタル部にクロック的にも処理時間的にも非常に高速の処理が要求される。

一方、OＦDMのような周波数分割に基づいた変調方式を適用すれば、帯域幅の整形は比較的容易に可能である。 すなわち、OＦDMの最大の帯域幅を、送信する可能性がある最大の帯域幅と同等かそれ以上にしておき、実際に使用するそれぞれの送信周波数帯の帯域幅に相当するサブキャリア以外は振幅を０にすることで、帯域幅を自由に設定することが出来る。 ただし、OＦDMではサブキャリア間隔の逆数がシンボル長に比例するため、シンボル長の自由度が低い。 したがって、本発明の実施の形態に係わる構成のように、各送信周波数帯での連続送信時間が可変であるようにするには、シンボル長を変えるのではなく、連続送信時間を比較的長く取って、その中に入るシンボル数を変化させる形態が望ましい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、コグニティブ無線機の受信部に関しては詳細に説明を行わなかったが、コグニティブ無線機を簡素に構成しようとするならば、キャリアセンス部は、データ受信のための受信部と大部分を共用し、送信と受信を時分割で分けるＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）を適用することが望ましい。 以下では、このような実施の形態について説明する。

図１３にコグニティブ無線機がＴＤＤで送信と受信を多重し、かつ、送信能力を持つ周波数範囲が１オクターブを超える広帯域な周波数範囲に対応する場合のキャリアセンス・変調解析部の詳細なブロック図を示す。 受信部とキャリアセンス部が共用されている例である。

図１４に、本願の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の動作を説明するためのスペクトルの様子を示す。 サーキュレータ３から入力された無線信号は、まず、広帯域のプリアンプ（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で増幅される。 これを図３における周波数範囲が全部含まれるような広帯域のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタ１５でフィルタし（図１４（ａ））、範囲外の信号を除去する。 これを周波数変換器１４−１で第１中間周波数に変換するが、このとき、ローカル信号は、図１４（ａ）の第１のローカル信号で示されるように周波数範囲より高周波側に立てる。 したがって、この周波数変換は、必ずしもダウンコンバージョンではない。

第１のローカル信号を変化させることによって、そのとき受信する信号の中心周波数を選択している。 なお、周波数変換器１４−１、１４−２は単なるミキサではなく、周波数変換に必要な他の機能、例えばイメージ信号除去のためのフィルタやレベル調整なども含まれた周波数変換器である。

周波数変換器１４−１の出力は、図１４（ｂ）に特性を示すような、このコグニティブ無線機が受信できる１つの周波数帯（結合送信周波数帯を含む）の最大の帯域幅に対応するＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタ１６で帯域制限される。 これが、図１４（ｂ）に示す第２のローカル信号によって周波数変換器１４−２で、図１４（ｃ）のようにＡ／Ｄ変換器１７のサンプリング帯域内に入る低周波に変換され、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器１７の出力は、信号検出部１８に入力され、そのときキャリアセンスしている周波数帯に何がしかの無線信号があるかどうかが検出される。 これ以降の動作は図１と同様である。

Ａ／Ｄ変換器１７の出力は、受信機として動作するデータ受信時には、復調部１９に入力されて適宜復調され、得られたデータはデータ出力端子２０から出力される。

Ａ／Ｄ変換器１７以降の処理は、ひとつのデジタル信号処理部１２の中で、ソフトウェア的に機能が分割されていてもよい。

Ａ／Ｄ変換器１７の量子化ビット数は、消費電力や回路規模、サンプリングレートとのトレードオフなどの問題があり、一般的に、特に高速なサンプリングレートにおいてはあまり大きいビット数のものを用いることは難しい。 このような量子化ビット数の制限は、受信信号をデジタル化する際に、ダイナミックレンジの減少という形で現れる。 通常は、受信中の信号にレベル制御を施して、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの範囲内に所望の信号が収まるようにする。

一方で、本発明の実施の形態に係わる構成のうち、特に周波数ホッピングを行う場合の構成では、ひとつの送信周波数帯で送信を行っている間に、次の時間の送信周波数帯のキャリアセンスを行っている。 事実上、送受信を同時に行っているため、送信中の信号がキャリアセンス部に漏れ込む問題が発生する。 特に本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機では、送信周波数帯の幅が様々であり、結合送信周波数帯のようなものまで含めるとＡ／Ｄ変換器がかなり広い入力帯域幅を持っている可能性がある。

一般的に、送受信を同時に行うようなＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、受信帯域幅を必要最小限の幅に限定してそれ以外を鋭いフィルタで除去してしまうことで自身の送信が受信に漏れ込む影響を軽減している。 本発明の実施の形態では、図１４（ｂ）で示したIＦフィルタ透過帯域の帯域幅が事実上Ａ／Ｄ変換器に入力する入力帯域幅となるが、この幅は多くの場合、そのとき送信している送信周波数帯の帯域幅や、次に備えてキャリアセンスしている送信周波数帯の帯域幅より大幅に広い。

Ａ／Ｄ変換器で十分なダイナミックレンジが確保できないという前提で、そのサンプリング帯域内に自身が送信中の信号が漏れ込むと、自身の送信は受信信号に対して非常にパワーが強いので、漏れ込み程度の量でであってもＡ／Ｄ変換器が飽和して送信中の信号の周辺の周波数に大量の歪成分が発生する。 また、歪が発生しないように漏れ込みに対して入力レベルを最適化すれば、小さい信号は量子化雑音に埋もれて検出できなくなり、コグニティブ無線機の重要な機能であるキャリアセンスが行えなくなる可能性がある。

そこで、本発明の実施の形態では、図１５のように、ホッピングシーケンス内で時間的に隣接する送信周波数帯が、Ａ／Ｄ変換器に入力する帯域幅よりも離れているように、ホッピングシーケンスを組み立てる。 それに先立って、そのようなホッピングシーケンスが組み立て可能であるような送信周波数帯を選択する。 すなわち、図１５において、時間的に隣接する送信周波数帯の周波数の差はΔＦ１〜ΔＦ４で示されているが、これらが、図１４におけるＩＦフィルタ透過帯域の帯域幅であるΔＦＩＦより大きくなるようにする。

なお、複数の送信周波数帯の帯域幅にあまり差がないのであれば、ΔＦ１〜ΔＦ４は送信周波数帯の中心周波数の差でよいが、著しい差がある場合は、図１６のΔＦ１で示すように、それらの送信周波数帯の近いほうの帯域端の差の周波数とするとよい。 なお、帯域端や帯域幅の定義は一般的な定義にしたがい、ピークから１０dBダウンの点をとるなどして決定すればよい。

このようにすると、キャリアセンスを行っている間に送信している周波数が、Ａ／Ｄ変換器の入力帯域幅の外に出ることになる。 したがって、Ａ／Ｄ変換器が自身の送信の漏れ込みで飽和することがなく、受信された無線信号のレベルにＡ／Ｄ変換器の入力レベルを合わせることが可能であり、良好なキャリアセンス・変調解析が可能となる。

なお、Ａ／Ｄ変換器の送信漏れ込みによる飽和の問題の他に、ＬＮＡが広帯域であることに起因するＬＮＡの歪成分の問題がある。 ＬＮＡは、通常、Ａ／Ｄ変換器に比較して十分に広いダイナミックレンジのものを容易に適用することができる。 しかし、送信信号の漏れ込みが非常に大きい場合、多少の歪成分が発生することは避けられない。 図１７にその様子を示す。

図１７には、ｆ１で送信を行っている場合に、これがＬＮＡを通ることで発生する歪の様子を示している。 すなわち、ｆ１のもともとの信号の漏れ込みの他に、それに接して、その両外側に３次混変調歪（ＩＭ３：Ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ３）、さらにその外側に５次混変調歪（ＩＭ５）が発生している。 また、ｆ１の２倍波である２ｆ１付近に、ｆ１およびｆ１のＩＭ３によって発生した２次高調波歪が発生している。 これらが他の受信信号に重なると、信号の検出や変調解析に悪影響を及ぼしてしまう。

そこで、本発明の実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器の場合と同様に、ひとつの送信周波数帯の信号がＬＮＡを通過することによって発生するＩＭ３、ＩＭ５、２次高調波、仮に３次高調波がＬＮＡの帯域内に発生するならば３次高調波の周波数を含まない送信周波数帯をホッピングシーケンスの次に並べるようにする。 また、そのようなシーケンスを構成できるような送信周波数帯をあらかじめ選択する。 なお、Ａ／Ｄ変換器の場合と同様に、ホッピングシーケンスの最後の送信周波数帯と、最初の送信周波数帯も同様の関係を満たすようにしておく。 なお、図１５のシーケンスはＬＮＡの歪から要求されるこのような条件も同時に満たしている。

このようにすることによって、自身の送信の漏れ込みによりキャリアセンスの性能が劣化することなく、良好なキャリアセンス・変調解析が可能となり、コグニティブ無線機の重要な機能であるライセンス端末の検出を高い感度で行うことが可能となる。

なお、図１５のシーケンスは４つの周波数によるシーケンスであり、このような関係を満たすような送信周波数帯を選択し、ホッピングシーケンスを組み立てることは比較的容易である。 基本的には、なるべく離れた送信周波数帯を選択し、時間的に隣接する送信周波数帯の周波数差が大きくなるように並べて、歪成分の周波数位置を計算し、重なっていたら、重なっている送信周波数帯の周辺で重ならない周波数帯を新たに選択しなおすといった手順で実現することができる。

しかし、図６に示すような多数の送信周波数帯を用いる場合、このような手順で条件を満足するシーケンスをスケジュールすることは時間がかかる。 そこで、図１８に示すように、このような条件を満たす十分間隔の離れた２つ以上の（図１８では２つの）周波数帯をまず選択し、その周辺の周波数帯で送信周波数帯として選択できる周波数帯を複数選択してグループ化する。 図１８の場合は、グループごとに、全体として必要な送信周波数帯数の半分を選択している。 これを、それぞれ第１のグループ、第２のグループとする。

そして、図１９のように、第１および第２のグループから互い違いに送信周波数帯を選択して並べることによって、上述のような条件を満たすシーケンスを容易に構成することができる。 なお、図１９のように２組で通常は十分であるが、例えば、図１６のｆ１からｆ４の近辺からそれぞれ２つか３つずつの周波数帯を選択してこれらを組み合わせていくような形で、３組以上のグループを生成し、これらのグループから周波数帯を選択して順次並べていってもよい。

なお、このようなホッピングシーケンスを組み立てるためには、チャンネルスキャンを行って複数の送信周波数帯を選択する際に、あらかじめこのようなシーケンスの組み立てが可能となるような送信周波数帯を選択しておくことが望ましい。

本発明の実施の形態では、ライセンス端末の使用がないことを確認するため、チャンネルスキャンは比較的長い時間をかけて行う。 したがって、チャンネルスキャンを行う周波数帯の数は出来るだけ少なくし、他の周波数帯をチャンネルスキャンしている間に、以前にチャンネルスキャンした周波数帯の状態が変わってしまうことが極力少なくなるよう、必要数の送信周波数帯が確保できた時点で速やかに送信動作に移行することが望ましい。

上述のような特定の周波数条件（ホッピングシーケンス内で時間的に隣接する送信周波数帯がＡ／Ｄ変換器の帯域幅以上離れている、または、ＬＮＡの歪が重ならない周波数帯であるなど）を満たすようなホッピングシーケンスを組み立てるためには、チャンネルスキャンの時点で、そのようなシーケンスを想定して、その条件を満たすような周波数帯をチャンネルスキャンしていくことが望ましい。 以下に、そのようなチャンネルスキャンの方法の例を示す。

比較的単純な方法（第１の方法と呼ぶ）では、シーケンスの順に周波数帯を選択してチャンネルスキャンしていく方法がある。 まず、周波数帯を任意に1つ選択してチャンネルスキャンを行う。 チャンネルスキャンの結果、使用可能でなければ別の任意の周波数帯をチャネルスキャンする。 チャンネルスキャンの結果使用可能であったならば、これをシーケンスの最初の送信周波数帯（送信周波数帯１と呼ぶ）とする。

次に、送信周波数帯１に対して、上述の特定の周波数条件を満たす周波数範囲を計算によって求める。 すなわち、送信周波数帯１からＡ／Ｄ変換器の入力帯域幅以上離れている周波数帯、あるいは、送信周波数帯１の有害な歪成分の周波数を計算し、その歪成分を含まない周波数の範囲を計算によって求める。 なお、これらの条件を、いずれも満たす周波数の範囲を求めるようにしてもよい。

次に、このような条件を満たす周波数範囲に含まれる周波数帯の内、任意のひとつの周波数帯を選択してチャンネルスキャンを行う。 チャンネルスキャンの結果、使用可能でなければ、周波数条件を満たす他の周波数帯を選択してチャンネルスキャンを行う。 チャンネルスキャンの結果使用可能であれば、これをシーケンスの次の送信周波数帯（送信周波数帯２と呼ぶ）として決定する。 以降、送信周波数帯１の周波数を送信周波数帯２の周波数に置き換えて、上述した選択動作を、必要なシーケンスが組み立つまで繰り返す。

このとき、途中で条件に適合する周波数帯がなくなってしまった場合には、シーケンスをひとつ戻って、別の周波数帯を選択しスキャンするところからやり直すとよい。 すなわちシーケンスのｎ番目の送信周波数帯である送信周波数帯ｎとなるべき周波数帯の候補がなくなってしまった場合には、送信周波数帯ｎ−１として、すでに選択した周波数帯とは別の周波数帯を選択してチャンネルスキャンするところからやり直す。 このとき、いかなる周波数帯を送信周波数帯ｎ−１としても、送信周波数帯ｎを決定できない場合は、送信周波数帯ｎ−２の選択まで戻って、再度の選択を行う。

また、周波数帯の選択の途中で条件に適合する周波数帯がなくなってしまった場合の別の方法としては、すでに決定された送信周波数帯の数によらず、送信周波数帯１まで戻って選択しなおしてもよい。

また別の方法（第２の方法）としては、例えば、以下のような方法が可能である。 まず、送信能力を持つ周波数帯に含まれる全ての周波数帯に関して、周波数条件を満たしシーケンスの次に来ることが出来る周波数帯候補数を計算によって求める。 そして、候補数が最も多かった周波数帯についてチャンネルスキャンを行い、使用可能であると判定されれば、その周波数帯をシーケンスの最初の送信周波数帯（送信周波数帯１）とする。 使用可能でない場合には、次に周波数帯候補数が多かった周波数帯のチャンネルスキャンを行う。 このような処理を、送信周波数帯１を決定することができるまで繰り返す。

次に、送信周波数帯１が決定したら、計算済みの次の送信周波数帯２の候補について、上記の処理と同様に、さらにその次の送信周波数帯の候補数を計算し、やはりその候補数が多い順にチャンネルスキャンを行って送信周波数帯２を決定する。 このような処理を、必要なシーケンスが組み立つまで繰り返す。

この場合、次の送信周波数帯となるべき周波数帯の候補数が多い順にチャンネルスキャンを行っているため、使用可能な周波数帯が見つからないといった事態が発生しにくい。 しかし、それでも使用可能な周波数帯が見つからないといった状態になった場合は、最初の方法と同様に戻りながら進めるとよい。

なお、上述した第２の方法では、次の送信周波数帯の候補数をチャンネルスキャンの順番の基準としたが、それぞれの周波数帯のライセンス端末のおおよその使用頻度、使用率等が与えられており、チャンネルスキャンの成功率が予測できるような場合には、それぞれの次の送信周波数帯の候補についての予測した成功率の合計値を基準としてチャンネルスキャンの順番を決定してもよい。 このようにすることによって、使用可能な周波数帯が見つからないといった事態がさらに発生しにくくなる。

図１８に示したような、周波数条件を満たす送信周波数帯で複数のグループを構成して、それぞれのグループから送信周波数帯を順番に選択して並べることによってシーケンスを組み立てる場合において、送信周波数帯を選択するステップでは、以下のような方法が可能である。

まず、単純な方法では、上述の第１の方法において、シーケンスの最初からグループの数（例えばｍ個）からひとつ少ない送信周波数帯ｍ−１まで選択したら、次の送信周波数帯ｍは送信周波数帯ｍ−１から決定される条件を満たすと同時に、送信周波数帯１が送信周波数帯ｍから決定される条件をおおよそ満たすような送信周波数帯ｍを選択する。 送信周波数帯ｍが選択されたら、次は、送信周波数帯１の近くの周波数帯から送信周波数帯ｍ＋１を選択するようにすればよい。

送信周波数帯ｍが送信周波数帯ｍ−１からの条件を満たすとともに、送信周波数帯１が送信周波数帯ｍからの条件を満たすように選択することは一見複雑に見えるが、グループの数が２つであるならば、非常に単純である。 送信周波数帯２に対して、送信周波数帯１がＡ／Ｄ変換器の入力帯域幅以上離れていれば、送信周波数帯１に対して送信周波数帯２は同様に、Ａ／Ｄ変換器の入力帯域以上離れている。

また、ＩＭ３、ＩＭ５は送信周波数帯１の近辺から周波数が十分に離れていればよいので、同様に逆に対しても成立する。 さらに、３次高調波、５次高調波は高周波側に現われるので、送信周波数帯１に対して、まず送信周波数帯２を高周波側に選んでおけば、送信周波数帯２の３次高調波、５次高調波は、送信周波数帯１には全く影響しない。 このようにグループが２つであれば非常に単純に複数の送信周波数帯を選択できる。

他の方法（第３の方法）では、周波数の条件を満たすグループのおおよその周波数を予め計算によって求めて記憶しておき、その周波数の周辺で必要数だけ送信周波数帯が選択されるようにチャンネルスキャンを行ってもよい。 このとき、そのような周波数の組を何通りか記憶しておき、チャンネルスキャンの結果必要数の送信周波数帯が選択できなかった場合には、他の組の周波数でやり直してもよい。

また例えば、送信周波数選択のステップの始めに、全周波数帯を各々非常に短期間にスキャンしておおよその使用状況を把握し、上述の予め記憶しておいた周波数の組のいずれかに適合する周波数の近辺で、かつ、短期間のスキャンの結果ライセンス端末が未使用である可能性が高い周波数帯が集中しているあたりの周波数帯をチャンネルスキャンして必要数の送信周波数帯を決定してもよい。 このように、あらかじめ短期間のスキャンを行うことによって、ある程度チャンネルスキャンの成功率を上げることができ、送信周波数帯選択にかかる時間を短縮できる。

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。 例えば、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。

本発明の実施の形態に係わるコグニティブ無線機の構成図。

本発明の実施の形態のコグニティブ無線機の動作の一例を示す図。

本発明の実施の形態の周波数帯の分割の一例を示す図。

本発明の実施の形態のチャンネルスキャンの結果の一例を示す図。

本発明の実施の形態のコグニティブ無線機の動作の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例１のホッピングシーケンスの一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例２の動作の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例２の動作の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例３のホッピングシーケンスの一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例３のホッピングシーケンスの一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例４の動作の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例４の結合周波数帯の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例５のキャリアセンス部および変調解析部の構成図。

本発明の実施の形態の変形例５の動作を説明するための図。

本発明の実施の形態の変形例５のホッピングシーケンスの一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例５の周波数帯の選択方法の一例を示す図。

ＬＮＡ歪を説明するための図。

本発明の実施の形態の変形例５の周波数帯の選択方法の一例を示す図。

本発明の実施の形態の変形例５の動作を説明するための図。

符号の説明

１・・・コグニティブ無線機２・・・アンテナ３・・・サーキュレータ４・・・キャリアセンス部５・・・変調解析部６・・・周波数管理部７・・・シンセサイザ８・・・パケットスケジューラ９・・・無線信号生成部１０・・・タイミング制御部１１・・・データ入力端子１２・・・デジタル信号処理部１３・・・ＬＮＡ
１４−１、１４−２・・・周波数変換器１５・・・ＲＦフィルタ１６・・・ＩＦフィルタ１７・・・Ａ／Ｄ変換器１８・・・信号検出部１９・・・復調部２０・・・データ出力端子