特許 7381258 無線解析装置及び無線解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】無線解析装置及び無線解析方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 17/309 20150101AFI20231108BHJP

   H04B 17/23 20150101ALI20231108BHJP

   H04B 17/391 20150101ALI20231108BHJP

   G01R 29/08 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

H04B17/309

H04B17/23

H04B17/391

G01R29/08 B

G01R29/08 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019160470

(22)【出願日】2019-09-03

(65)【公開番号】P2021040242

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-02-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001678

【氏名又は名称】藤央弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山崎 良太

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１４４８３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１６０９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５３０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５０９８６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １／６０

Ｈ０４Ｂ ３／４６－３／４９３

Ｈ０４Ｂ １７／００－１７／４０

Ｇ０１Ｒ ２９／００－２９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線解析装置であって、
無線信号を受信するアンテナ及び無線受信部と、
前記無線信号のスペクトル波形を取得するスペクトログラム計算部と、
前記スペクトル波形のパターンによって前記無線信号を識別する識別部と、
前記識別部が識別した無線信号を信号長によって分類し、前記分類された無線信号の出現回数を計数する解析部と、
前記識別部による識別結果と前記解析部による解析結果を出力する出力部とを備え、
前記解析部は、
スペクトル波形パターンと、中心周波数と、帯域幅と、信号長と、出現回数とを含む通信解析情報によって前記スペクトル波形の情報を管理し、
前記識別部が識別した無線信号と同じ信号長のデータが、前記通信解析情報に存在するかを検索し、
前記識別部が識別した無線信号と同じ信号長のデータが存在し、かつ、当該無線信号と当該同じ信号長のデータの中心周波数及び帯域幅が同じである場合は、当該データを選択し、
同じ長さの信号が存在しない、又は、中心周波数及び帯域幅が異なる場合は、前記識別部が新しく識別した無線信号のデータを前記通信解析情報に追加し、
選択又は追加されたデータの出現回数を加算して前記分類された無線信号の出現回数を計数することを特徴とする無線解析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
前記識別部は、
前記スペクトログラム計算部が取得したスペクトル波形の歪み方のパターンを識別し、
過去に取得したスペクトル波形と一致すれば、同じスペクトル波形パターンとして分類し、
過去に取得したスペクトル波形と異なれば、新しいスペクトル波形パターンとして分類することを特徴とする無線解析装置。

【請求項3】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
前記スペクトル波形のパターンは、周波数選択性フェージングの影響を受けて歪んでおり、
前記識別部は、歪み方が異なる信号を、異なるスペクトル波形パターンとして認識することを特徴とする無線解析装置。

【請求項4】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
前記出力部は、前記スペクトル波形のパターンごとに計数した出現回数を通信量として出力することを特徴とする無線解析装置。

【請求項5】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
前記出力部は、前記スペクトル波形のパターン及び信号長ごとに計数した出現回数を、信号種別ごとの通信量として出力することを特徴とする無線解析装置。

【請求項6】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
無線部及び信号処理部を備え、
前記無線部は、前記アンテナと、前記無線受信部と、前記スペクトログラム計算部と、スペクトログラムに変換された波形データを記録する信号記録部とを有し、
前記信号処理部は、前記識別部と、前記出力部とを有し、前記スペクトル波形のデータが入力されることを特徴とする無線解析装置。

【請求項7】

請求項１に記載の無線解析装置であって、
無線通信部と解析処理部を備え、
前記無線通信部は、前記アンテナと、前記無線受信部と、無線信号を復調してデータ信号を取り出す無線復調部と、前記復調されたデータ信号を処理するデータ処理部を有し、
前記解析処理部は、前記スペクトログラム計算部と、前記識別部と、前記出力部とを有し、受信した無線信号が変換されたデジタル信号が入力されることを特徴とする無線解析装置。

【請求項8】

無線解析装置が実行する無線解析方法であって、
無線信号を受信する無線受信処理と、
前記無線信号のスペクトル波形を取得するスペクトログラム取得処理と、
前記スペクトル波形のパターンによって前記無線信号を識別する識別処理と、
前記識別された無線信号を信号長によって分類し、前記分類された無線信号の出現回数を計数する解析処理と、
前記識別処理の結果と前記解析処理の結果を出力する出力処理とを実行し、
前記解析処理では、
スペクトル波形パターンと、中心周波数と、帯域幅と、信号長と、出現回数とを含む通信解析情報によって前記スペクトル波形の情報を管理し、
前記識別処理で識別された無線信号と同じ信号長のデータが、前記通信解析情報に存在するかを検索し、
前記識別処理で識別された無線信号と同じ信号長のデータが存在し、かつ、当該無線信号と当該同じ信号長のデータの中心周波数及び帯域幅が同じである場合は、当該データを選択し、
同じ長さの信号が存在しない、又は、中心周波数及び帯域幅が異なる場合は、前記識別処理で新しく識別された無線信号のデータを前記通信解析情報に追加し、
選択又は追加されたデータの出現回数を加算して前記分類された無線信号の出現回数を計数することを特徴とする無線解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，無線通信システムの解析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信システムの解析装置に関する技術を記載した文献として特許文献１がある。

【0003】

特許文献１には、受信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した受信信号に関するスペクトログラムを取得する取得部と、周波数領域に対応する非負値行列であり、各周波数チャネルに応じた周波数スペクトルに対応する基底ベクトルを有する行列である周波数行列を受け付ける受付部と、前記取得部が取得したスペクトログラムに対応する非負値行列であるスペクトログラム行列を、非負値行列因子分解により、前記周波数行列と、時間領域に対応する非負値行列である時間行列とに分解する分解部と、前記分解部によって分解された前記時間行列を用いて各周波数チャネルの利用状況を取得するチャネル利用状況取得部と、を備えたチャネル利用状況取得装置が開示されている（請求項１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－５０６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

鉄道、建設機械、工場、倉庫などの様々な分野で無線接続を前提としたＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）システムが検討及び導入がされている。これらのシステムでは、無線通信品質がシステム稼働率に直結することから、現場における無線通信の品質評価や無線システムの挙動解析を行う無線エンジニアリング技術が求められている。

【0006】

ＩｏＴシステムで利用される無線通信規格は複数あり、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯電話（３Ｇ／４Ｇ）、ＬＰＷＡなどの様々な無線通信規格が利用される。また、それらの通信規格とは異なる独自規格の無線システムも利用されており、クレーンのリモコン操作や温湿度計の遠隔モニタリングなど、様々な無線方式を使ったシステムが存在する。

【0007】

これらの様々な無線通信が利用されている現場で、無線通信品質の評価及び無線システムの挙動を、無線方式に依存せずに解析することが求められている。特許文献１に記載された技術では、周波数チャネルの状況を取得して無線通信品質を評価できるが、無線システムの挙動を解析するという点について何ら考慮されていない。

【0008】

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、ＩｏＴシステムが稼働する現場において、様々な無線通信規格の無線システムが運用されている環境下で、無線通信方式に依存せず、無線通信の品質を評価し、無線システムの挙動を解析することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、無線解析装置であって、無線信号を受信するアンテナ及び無線受信部と、無線信号のスペクトル波形を取得するスペクトログラム取得部と、前記スペクトル波形のパターンによって前記無線信号を識別する識別部と、前記識別部が識別した無線信号を信号長によって分類し、前記分類された無線信号の出現回数を計数する解析部と、前記識別部による識別結果と前記解析部による解析結果を出力する出力部とを備え、前記解析部は、スペクトル波形パターンと、中心周波数と、帯域幅と、信号長と、出現回数とを含む通信解析情報によって前記スペクトル波形の情報を管理し、前記識別部が識別した無線信号と同じ信号長のデータが、前記通信解析情報に存在するかを検索し、前記識別部が識別した無線信号と同じ信号長のデータが存在し、かつ、当該無線信号と当該同じ信号長のデータの中心周波数及び帯域幅が同じである場合は、当該データを選択し、同じ長さの信号が存在しない、又は、中心周波数及び帯域幅が異なる場合は、前記識別部が新しく識別した無線信号のデータを前記通信解析情報に追加し、選択又は追加されたデータの出現回数を加算して前記分類された無線信号の出現回数を計数することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、無線通信規格や無線通信方式に依存せずに無線通信の品質を評価できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第一実施形態の無線通信システム及び無線解析装置の概略構成を示す図である。

【図2】第一実施形態の無線解析装置の機能ブロック図である。

【図3】スペクトル電力の形状をパターンごとに分類して識別する処理を示す図である。

【図4】スペクトル電力の形状パターンの例を示す図である。

【図5】通信解析テーブルの例を示す図である。

【図6】解析部が実行する処理を示す図である。

【図7】無線通信システムが正常な通信状態であるときのスペクトログラムである。

【図8】無線通信システムが異常な通信状態であるときのスペクトログラムである。

【図9】出力部が識別・解析処理の結果として表示する情報の例を示す図である。

【図10】出力部が識別・解析処理の結果として表示する情報の別の例を示す図である。

【図11】第二実施形態の無線解析装置のハードウェア構成の例を示す図である。

【図12】第三実施形態の無線解析装置のハードウェア構成の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。なお、以下の実施の形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。

【0013】

また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に格納することができる。

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0015】

＜第一実施形態＞
［システム構成］
第一実施形態は、複数の無線基地局であるアクセスポイント（ＡＰ）と複数の移動無線局であるモバイルステーション（ＳＴＡ）で構成される無線通信システムを解析対象とする無線解析装置（ＷＡ）２００で構成される。以下、本発明の第一実施形態に係る無線通信システム及び無線解析装置２００について、図面を参照しながら説明する。

【0016】

まず、図１を参照して第一実施形態に係る無線通信システム及び無線解析装置２００の概略構成について説明する。図１は、第一実施形態に係る無線通信システム及び無線解析装置２００の概略構成を示す図である。図１に示す無線通信システムは、工場や倉庫のような建物における屋内環境１００に設置されている。但し、本発明は、屋内環境への適用に限定されるものではなく、屋外環境にも適用可能である。無線通信システムは、複数の無線基地局であるアクセスポイント（ＡＰ）１０１、１０２、１０３、１０４、１０５と、複数の移動無線局であるモバイルステーション（ＳＴＡ）１０５、１０７、１０８で構成される。各ＡＰは屋内環境において、図１に示すように配置されている。各ＳＴＡは屋内環境１００の中を自由に動くことができる。各ＡＰと各ＳＴＡは相互に無線通信によって接続される。各ＳＴＡは移動に応じて接続先のＡＰを切り替えるローミング動作を行う一般的な無線通信システムを想定する。この無線通信システムを解析対象とする無線解析装置（ＷＡ）２００が屋内環境１００内の定位置に設置されており、無線解析装置（ＷＡ）２００は移動しない。

【0017】

次に、図２を参照して、無線解析装置（ＷＡ）２００の機能ブロックについて説明する。図２は、無線解析装置２００の機能ブロック図である。図２に示すように、無線解析装置２００は、アンテナ２０１、無線受信部２０２、スペクトログラム計算部２０３、パターン識別部２０４、通信解析部２０５、及び出力部２０６を含んで構成される。

【0018】

アンテナ２０１は電波を受信する機能を有する。無線受信部２０２は受信した電波をダウンコンバージョンしてＡＤ変換を行い、デジタル信号に変換する。スペクトログラム計算部２０３は、デジタル化した無線信号のスペクトログラム（周波数スペクトルの時間変動を表すデータ形式）を計算する。パターン識別部２０４はスペクトログラムデータを、信号の電力スペクトルの歪み方に応じて識別するものであり、詳細な動作は図３及び図４を参照して説明する。通信解析部２０５は、パターン識別部２０４で識別された信号パターンのそれぞれにおける通信量を解析するものであり、詳細な動作は図５及び図６を参照して説明する。出力部２０６は、通信解析部２０５で解析した結果をモニター等の表示装置に出力するものであり、無線解析装置（ＷＡ）２００の操作者に情報を提供する。

【0019】

次に、図３及び図４及び図５を参照して、図２に示すパターン識別部２０４が行う処理について説明する。図３はスペクトル電力の形状をパターンごとに分類して識別する処理を示す図であり、図４はスペクトル電力の形状パターンの例を示す図であり、図５はスペクトル電力の形状パターンを記録し格納する通信解析テーブル５００の例を示す図である。

【0020】

図３に示すように、パターン識別部２０４は、スペクトログラム計算部２０３が計算したスペクトル電力パターンを取得する（３０１）。図４にスペクトル電力パターンの例を示す。図４のパターン４０１は、縦軸に電力、横軸に周波数をとったスペクトル電力を表しており、ＯＦＤＭ信号のスペクトル形状を例示している。ＯＦＤＭのような広帯域信号は、空間を伝搬し、反射や回折等によるマルチパス伝搬路を経由して、周波数選択性フェージングの影響を受け、その結果としてスペクトル形状に歪みが発生することが知られている。図４のパターン４０２は、周波数選択性フェージングによって歪みが生じたスペクトル形状を例示している。このスペクトル形状の歪み方は、電波の送信局と受信局との間の位置関係によって決定されるマルチパス伝搬路の影響を受ける。従って、送信局と受信局の位置関係が異なる場合は、図４のパターン４０３、４０４で例示するように、スペクトル形状は異なった形状に歪む。この異なる歪み方を識別して分類したものを、スペクトル形状パターンと呼ぶ。

【0021】

第一実施形態では、図１で示したＡＰ１（１０１）が送信した信号をＷＡ（２００）で受信したスペクトル形状パターンを４０１、ＡＰ２（１０２）が送信した信号をＷＡ（２００）で受信したスペクトル形状パターンを４０２、ＡＰ３（１０３）が送信した信号をＷＡ（２００）で受信したスペクトル形状パターンを４０３、ＡＰ４（１０４）が受信したスペクトル形状パターンを４０４として説明する。各ＡＰが固定箇所に設置され、無線解析装置ＷＡ（２００）が固定箇所に設置され、両者が移動しなければ、異なるスペクトル形状パターン４０１～４０４が識別され、ＷＡ（２００）が受信した信号を分類できる。

【0022】

次に、パターン識別部２０４は、図３の３０１において取得したスペクトル電力パターンが過去に取得したスペクトル形状パターンと一致するかを照合する（３０２）。図５に示す通信解析テーブル５００を用いて照合するとよい。通信解析テーブル５００は、一つのスペクトル形状パターンについて、情報フィールド５０１～５０５の情報を格納して管理するテーブルであり、情報フィールドとして、スペクトル形状パターン５０１、中心周波数５０２、帯域幅５０３、信号長さ５０４、及び出現回数５０５を持つ。パターン識別部２０４は、新たに取得したスペクトル形状パターンについて、通信解析テーブル５００を参照して、類似するスペクトル形状パターンがあるかを検索する（３０２）。類似するスペクトル形状パターンが無い場合は、新しいスペクトル形状パターンを通信解析テーブル５００に追加する（３０３）。具体的には、通信解析テーブル５００のスペクトル形状パターン５０１の情報フィールドに新しい情報を追加する。類似するスペクトル形状パターンがある場合は、取得したスペクトル電力パターンを該当するスペクトル形状パターン５０１の情報フィールドに分類する（３０４）。第一実施形態では、図４のスペクトル形状パターン４０１～４０４が、図５のスペクトル形状パターン１～４として格納されているものとして説明する。

【0023】

次に、図６を参照して、通信解析部２０５が実行する処理を説明する。通信解析部２０５は、パターン識別部２０４で識別したスペクトル形状パターンが継続している時間の長さを取得する（６０１）。取得した時間の長さが、通信解析テーブル５００の該当するスペクトル形状パターンの信号長さ５０４フィールドと一致するかを判定する（６０２）。一致する場合は、該当する同じ信号長さのデータを選択する（６０３）。一致しない場合は、通信解析テーブル５００に新しい信号長さのデータを追加する（６０４）。次に、スペクトル形状パターンの中心周波数と帯域幅が、通信解析テーブル５００の選択したデータにおける中心周波数５０２フィールドと帯域幅５０３フィールドの値と一致するかを判定する（６０５）。一致する場合は、該当する同じ中心周波数及び帯域幅のデータを選択する（６０６）。一致しない場合は、通信解析テーブル５００に新しいデータを追加する（６０７）。そして、選択されたデータ又は新しく追加されたデータの出現回数５０５フィールドの数値を加算する（６０８）。

【0024】

次に、図７及び図８を参照して、実際のスペクトル形状パターンを識別し、解析する処理の例を説明する。図７及び図８では、図１に示す構成において無線解析装置（ＷＡ）２００が取得したスペクトログラム情報を用いて説明する。縦軸が周波数（ＭＨｚ）で、横軸が経過時間（ミリ秒）、濃淡が信号の電力強度（ｄＢｍ）を表している。図７は無線通信システムが正常な通信状態であるときのスペクトログラムであり、図８は無線通信システムが異常な通信状態であるときのスペクトログラムである。図７では、複数のＡＰ及びＳＴＡが複数の周波数チャネルを使って無線パケットを送受信していることが分かる。図８では、同様に無線パケットの送受信が分かるが、中心周波数５２２０ＭＨｚの周波数チャネルにパケットが集中しており、またスペクトルに縞模様が見える点が、図７と異なっている。この縞模様は、図４で示した周波数選択性フェージングによるスペクトル形状の歪みを表している。スペクトルの縞模様は、特定のＡＰが無線リソースを独占して連続してパケットを送信していることを意味しており、図７と比較すると、異常な通信状態であると判断できる。この様に、スペクトル形状の歪み方のパターンによって、その信号の送信元となる無線局を識別し、識別された各無線局が無線リソースを消費している程度（どの程度の通信量か）を解析できる。第一実施形態で示す構成及び処理によって、無線通信システムの通信状態を解析できる。

【0025】

次に、図９を参照して、識別・解析処理の結果として、出力部２０６が表示する情報の例を説明する。出力例９０１は、識別されたスペクトル形状パターンの信号のそれぞれの通信量を表示する。出力例９０１の識別パターンが、情報解析テーブルの５０１で管理されるスペクトル形状パターンに相当し、出力例９０１の通信量が、情報解析テーブルの５０５で管理される出現回数に相当する。また、それぞれの識別パターンを持つ信号は、特定のＡＰが送信した信号であると推定される。この結果により、図１で示す無線通信システムにおいて、各ＡＰの無線通信量と、無線リソースの消費量を解析できる。

【0026】

次に、図１０を参照して、識別・解析処理の結果として、出力部２０６が表示する別の情報の例を説明する。出力例１００１は、識別されたスペクトル形状パターン毎に、信号の長さ（例えば、５００μｓ、１００μｓ、２０μｓの３種類）で分類し、それぞれの通信回数を表示する。出力例１００１においては、ＡＰ１が送信したと推測される信号パターン１において、５００μｓの長さの信号と、１００μｓの長さの信号と、２０μｓの長さの信号の比率が分かる。信号の長さは、信号の種別や送信するデータ量によって変化することから、データ通信の速度や、送受信されるパケットの種別（データパケットか管理パケットか）などの傾向を分析できる。

【0027】

なお、出力部２０６が識別・解析処理の結果として、図９及び図１０に示す画面を出力する例を説明したが、出力部２０６はパターン識別部２０４による解析結果が記録される通信解析テーブル５００（図５）の一部の項目（スペクトル形状パターン５０１、中心周波数５０２、帯域幅５０３）を出力してもよい。

【0028】

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態で示す機能を実現するための別のハードウェア構成を示す。第一実施形態で示した図２の機能ブロック図は、単一の無線解析装置２００として実現してもよい。第二実施形態の無線解析装置１１１０は、ハードウェア構成として、アンテナ等の高周波素子、高周波回路、ＦＰＧＡ、デジタル回路、ＣＰＵ、メモリ、そして制御を実現するソフトウェアによって実現される。

【0029】

図１１を参照して、第二実施形態に係る無線解析装置１１１０のハードウェア構成を説明する。第二実施形態では、図１１に示すように、無線信号を受信してスペクトログラムデータに変換し、信号データとして記録する無線部（例えば、無線測定器）１１００と、信号の識別、解析、出力を行う信号処理部１１０６に分割したハードウェア構成として実現する。無線部１１００は、アンテナ１１０１、無線受信部１１０２、スペクトログラム計算部１１０３、及びスペクトログラム変換された信号を記録する信号記録部１１０４を含んで構成される。信号記録部１１０４は、信号処理部１１０６に出力する信号データ（例えば、スペクトログラムデータ）を格納、保持する。信号処理部１１０６は、信号データ格納部１１０５、パターン識別部１１０７、通信解析部１１０８、及び出力部１１０９を含んで構成される。信号データ格納部１１０５は、無線部１１００から出力された信号データ（スペクトログラムデータ）を格納する。

【0030】

第二実施形態の各構成は第一実施形態との対比において、アンテナ１１０１はアンテナ２０１と、無線受信部１１０２は無線受信部２０２と、スペクトログラム計算部１１０３はスペクトログラム計算部２０３と、パターン識別部１１０７はパターン識別部２０４と、通信解析部１１０８は通信解析部２０５と、出力部１１０９は出力部２０６と同じであるので、それらの説明は省略する。

【0031】

実用的な構成として、例えば、無線部１１００をスペクトラムアナライザ等の無線測定器によって構成し、信号処理部１１０６をパーソナルコンピュータ上のソフトウェア処理によって構成するとよい。無線部（スペクトラムアナライザ）１１００は、スペクトログラムに変換された波形データを出力し、信号処理部（パーソナルコンピュータ）１１０６には、スペクトログラムに変換された波形データが入力される。この構成において、信号処理部１１０６は、受信信号をリアルタイムで処理する必要がないので、より広帯域で大きなデータ量を持った信号を解析できる。

【0032】

＜第三実施形態＞
第三実施形態では、第一実施形態で示す機能を実現するための別のハードウェア構成を示す。第一実施形態で示した図２の機能ブロック図は、単一の無線解析装置２００として実現してもよい。第三実施形態の無線解析装置１２１０は、ハードウェア構成として、アンテナ等の高周波素子、高周波回路、ＦＰＧＡ、デジタル回路、ＣＰＵ、メモリ、そして制御を実現するソフトウェアによって実現される。

【0033】

図１２を参照して、第三実施形態に係る無線解析装置１２１０のハードウェア構成を説明する。第三実施形態では、図１２に示すように、通常の無線通信機能を実現する無線通信部１２００と、信号解析処理を行う解析処理部１２０５とが一つの無線通信装置内に構成される。無線通信部１２００と解析処理部１２０５とは、別のハードウェアで構成されてもよい。無線通信部１２００は、アンテナ１２０１、無線受信部１２０２、無線復調部１２０３、及びデータ処理部１２０４を含んで構成される。無線受信部１２０２は、受信した電波をダウンコンバージョンしてＡＤ変換を行い、デジタル信号に変換して、無線復調部１２０３及び解析処理部１２０５に出力する。無線復調部１２０３は、無線（高周波）信号を復調してデータ信号を取り出す。データ処理部１２０４は、復調されたデジタルデータを処理する。また、解析処理部１２０５は、スペクトログラム計算部１２０６と、パターン識別部１２０７と、通信解析部１２０８と、及び出力部１２０９を含んで構成される。無線受信部１２０２で受信した無線信号を、解析処理部１２０５へ入力することで、第一実施形態で示した処理と同じ処理を実現できる。

【0034】

第三実施形態の各構成は第一実施形態との対比において、アンテナ１２０１はアンテナ２０１と、無線受信部１２０２は無線受信部２０２と、スペクトログラム計算部１２０６はスペクトログラム計算部２０３と、パターン識別部１２０７はパターン識別部２０４と、通信解析部１２０８は通信解析部２０５と、出力部１２０９は出力部２０６と同じであるので、それらの説明は省略する。

【0035】

第三実施形態の構成においては、無線解析のみを行う単独の装置ではなく、無線通信装置（例えば、スマートフォンやタブレット端末）の中にソフトウェアによる解析機能を追加した構成となる。無線通信装置とは別に無線解析装置１２１０を用意する必要がなく、図１に示す無線通信システムにおいて、解析機能を有する無線通信装置のみを設置することによって、システムの構成要素の数を低減でき、コストを削減できる。また、無線通信システムを常時監視し、解析できる。

【0036】

以上に説明したように、本発明の実施例の無線解析装置２００、１１１０、１２１０は、無線信号を受信するアンテナ２０１及び無線受信部２０２と、無線信号のスペクトル波形を取得するスペクトログラム取得部（スペクトログラム計算部２０３）と、スペクトル波形のパターンによって無線信号を識別するパターン識別部２０４と、パターン識別部２０４による識別結果を出力する出力部２０６とを備えるので、無線通信規格や無線通信方式に依存せずに無線通信の品質を評価でき、無線システムの挙動を解析できる。そして、現場で利用されている無線システムにおいて、現場に設置されている各無線装置の無線リソースの消費を解析できる。

【0037】

また、パターン識別部２０４が識別した無線信号を信号長によって分類し、分類された無線信号の出現回数を計数する通信解析部２０５を備え、出力部２０６は、通信解析部２０５による解析結果を出力するので、パケットの種類毎の通信量を解析できる。

【0038】

また、パターン識別部２０４は、スペクトログラム計算部２０３が取得したスペクトル波形の歪み方のパターンを識別し、過去に取得したスペクトル波形と一致すれば、同じスペクトル波形パターンとして分類し、過去に取得したスペクトル波形と異なれば、新しいスペクトル波形パターンとして分類するので、プロトコル依存せずに無線信号の送信元を識別できる。

【0039】

また、前記スペクトル波形パターンは、周波数選択性フェージングの影響を受けて歪んでおり、パターン識別部２０４は、歪み方が異なる信号を、異なるスペクトル波形パターンとして認識するので、無線信号の送信元のアクセスポイントを容易に判定できる。

【0040】

また、通信解析部２０５は、スペクトル形状パターンと、中心周波数と、帯域幅と、信号の長さと、出現回数とを含む通信解析情報（通信解析テーブル５００）によって前記スペクトル波形の情報を管理するので、解析した無線信号を確実に管理できる。

【0041】

また、通信解析部２０５は、パターン識別部２０４が識別した無線信号の信号長をと同じ長さの信号が、通信解析テーブル５００に存在するかを検索し、同じ長さの信号が存在しない場合は、新しいデータを通信解析テーブル５００に追加し、同じ長さの信号が存在する場合は、該当するデータの中心周波数及び帯域幅が同じかを判定し、中心周波数及び帯域幅が同じである場合は、当該データを選択し、中心周波数及び帯域幅が異なる場合は、新しいデータを通信解析テーブル５００に追加し、選択又は追加されたデータの出現回数を加算するので、通信解析テーブル５００のデータを自動的に更新でき、通信の傾向を正確に解析できる。

【0042】

また、出力部２０６は、スペクトル波形パターンごとに計数した出現回数を通信量として出力するので（９０１）、アクセスポイントごとの通信量が分かり、通信量の大小や、通信の偏りを知ることができ、システムの分析に貢献できる。

【0043】

また、出力部２０６は、スペクトル波形パターン及び信号長ごとに計数した出現回数を、信号種別ごとの通信量として出力するので（１００１）、どの種類のパケットがどの程度送信されているかが分かる。

【0044】

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

【0045】

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

【0046】

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

【0047】

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

【符号の説明】

【0048】

１００ 屋内環境
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 無線基地局、アクセスポイント（ＡＰ）
１０６、１０７、１０８ 無線移動局、モバイルステーション（ＳＴＡ）
２００、１１１０、１２１０ 無線解析装置（ＷＡ）
１１００ 無線部
１２００ 無線通信部
２０１、１１０１、１２０１ アンテナ
２０２、１１０２、１２０２ 無線受信部
１２０３ 無線復調部
１２０４ データ処理部
１２０５ 解析処理部
２０３、１１０３、１２０６ スペクトログラム計算部
１１０４ 信号記録部
１１０５ 信号データ格納部
１１０６ 信号処理部
２０４、１１０７、１２０７ パターン識別部
２０５、１１０８、１２０８ 通信解析部
２０６、１１０９、１２０９ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】