CN101800999B - 通信系统、通信装置、程序和通信控制方法 - Google Patents

通信系统、通信装置、程序和通信控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了通信系统、通信装置、程序和通信控制方法。提供了一种通信系统，包括：第一通信装置，该第一通信装置感测该第一通信装置周围的通信环境；第二通信装置，该第二通信装置获取由第一通信装置所感测的感测数据；以及第三通信装置，该第三通信装置基于从第二通信装置发送来的感测数据，判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性。

Description

通信系统、通信装置、程序和通信控制方法
技术领域
本发明涉及通信系统、通信装置、程序以及通信控制方法。
背景技术
最近已经在进行关于以下问题的讨论：依据分配给一次利用(primaryusage)的频谱的使用状况，对该频谱进行二次利用(secondary usage)，以提供二次通信服务。例如，用于允许美国数字TV广播(TV白空间)的频谱中包含的未用信道可用于无线电通信的标准规范已经在IEEE802.22作组中有所研究("IEEE802.22 WG on WRANs"，[在线]，[2009年1月5日检索]，cf.Intemet<URL：http://www.ieee802.org/22/>)。另外，根据2008年11月来自联邦通信委员会(FCC)的报告，讨论涉及以下问题：通过使用因为符合一定的标准而被授权的特定通信装置，来允许对TV白空间的二次利用("Second Report and Order and Memorandum Opinion and Order"，[在线]，[2009年1月5日检索]，cf.Internet<URL：http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-08-260A1.pdf>)。此外，EU领导着这样的行动，即，普遍地分配一专用控制信道，该专用控制信道被称为认知导频信道(cognitive pilot channel，CPC)，用于进行动态频谱接入(dynamic spectrum access，DSA)。对于进行DSA的二次利用系统的技术研究在IEEE标准协调委员会(SCC)41中也在进展着。
发明内容
然而，在二次利用系统的实现中，还没有报告这样的情况，即给出一种系统模型，该系统模型对要被结合到加入系统的通信装置中的功能进行分类，以便能够基于这种分类来高效实现频谱的二次利用。
鉴于以上情况，希望提供一种使能高效实现频谱的二次利用的新颖且改进的通信系统、通信装置、程序和通信控制方法。
根据本发明的一个实施例，提供了一种通信系统，包括：第一通信装置，该第一通信装置感测该第一通信装置周围的通信环境；第二通信装置，该第二通信装置获取由第一通信装置所感测的感测数据(senseddata)；以及第三通信装置，该第三通信装置基于从第二通信装置发送来的感测数据，判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性。
基于感测数据，当第二通信服务要使用的频谱未被第一通信服务实际使用时，第三通信装置可判定频谱可用于第二通信服务。
当第三通信装置判定第二通信服务的利用可行时，第三通信装置可请求另一通信装置允许开始第二通信服务的利用。
第三通信装置可以是被预先允许决定开始第二通信服务的利用的装置，并且，当第三通信装置判定第二通信服务的利用可行时，第三通信装置可开始第二通信服务。
第三通信装置还可从能够判定第二通信服务的利用的可行性的另一通信装置接收由该另一通信装置获取的感测数据，并且基于所接收的感测数据来判定第二通信服务的服务区域的扩展的可行性。
由该另一通信装置获取的感测数据可以是由再另一个通信装置感测的感测数据。
第二通信装置可把由另一通信装置获取的感测数据和由第二通信装置获取的感测数据发送到第三通信装置。
第三通信装置可把从第一通信装置或第二通信装置发送的用于第一通信服务的通信分组中继到另一通信装置。
第三通信装置可从另一通信装置获取规章信息，并且还基于该规章信息来判定第二通信服务的利用的可行性。
第三通信装置可把关于感测数据的硬判决的结果发送到向之请求允许开始第二通信服务的利用的通信装置。
第三通信装置可通过相互比较由多个通信装置获取的感测数据来评估每个感测数据的可靠性。
第二通信装置可通过使用自治分布式通信协议来与获取感测数据的那另一通信装置执行通信。
根据本发明的另一实施例，提供了一种通信装置，包括：通信单元，该通信单元接收由另一通信装置感测到的与该另一通信装置周围的通信环境有关的感测数据；以及判定单元，该判定单元判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性。
根据本发明的另一实施例，提供了一种程序，该程序使得控制通信装置的计算机实现包括以下各单元的功能：通信单元，该通信单元接收由另一通信装置感测到的与该另一通信装置周围的通信环境有关的感测数据；以及判定单元，该判定单元判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性。
根据本发明的另一实施例，提供了一种通信控制方法，包括以下步骤：利用第一通信装置感测该第一通信装置周围的通信环境；利用第二通信装置获取由第一通信装置所感测的感测数据；以及利用第三通信装置基于所获取的感测数据来判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性。
根据上述的本发明的实施例，可以提供使能高效实现频谱的二次利用的通信系统、通信装置、程序和通信控制方法。
附图说明
图1是示出根据一实施例的通信装置的硬件配置的示例的框图。
图2是示出根据第一实施例的通信系统的配置的示意图。
图3是示出图2的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图4是示出根据第一实施例的替换示例的通信系统的配置的示意图。
图5是示出图4的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图6是示出根据第二实施例的通信系统的配置的示意图。
图7是示出图6的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图8是示出根据第三实施例的通信系统的配置的示意图。
图9是示出图8的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图10是示出根据第四实施例的通信系统的配置的示意图。
图11是示出图10的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图12是示出根据第五实施例的通信系统的配置的示意图。
图13是示出图12的通信系统中的功能布局的示例的框图。
图14是示出实现频谱的二次利用的一般通信系统的配置的示意图。
图15是示出图14的通信系统中的功能布局的示例的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构元件用相同的标号来表示，并且对这些结构元件的重复说明被省略。
下面将按以下顺序来描述本发明的优选实施例。
1.频谱的二次利用的功能分类
2.通信装置的示例性配置
3.通信系统的示例性配置
4.节点之间交换的数据的示例
<1.频谱的二次利用的功能分类>
首先，下面列出了为了实现频谱的二次利用而将被结合到加入系统的通信装置中的主要功能(FC：功能类)。加入系统的通信装置结合了以下列出的七个功能(FC1至FC7)中的一个或多个。
FC1：二次通信认证节点
FC2：一次通信中继节点
FC3：高级判定节点(advanced determination node)
FC4：判定节点
FC5：智能感测节点(smart sensor node)
FC6：感测节点
FC7：通信节点
[1-1.二次通信认证节点(FC1)]
二次通信认证节点(FC1)在下文中描述的高级判定节点或判定节点判定频谱的二次利用可行时，根据频谱策略来允许与二次利用有关的通信服务(以下称为第二通信服务)的开始或扩展。例如，二次通信认证节点保存有一黑名单，该黑名单列出了过去曾进行过不正当的频谱利用的装置的认证ID、终端ID、装置ID、传感器ID等等。二次通信认证节点随后对照该黑名单来核对请求了开始或扩展第二通信服务的节点的ID，并且当该节点的ID不存在于黑名单上时，可以允许第二通信服务的开始或扩展。如果知晓第一通信服务的流量的基站是该二次通信认证节点，则该二次通信认证节点可以基于用户流量的历史来识别出许多信道空闲的时间段或区域。二次通信认证节点随后可通过允许在许多信道空闲的时间段或区域允许二次利用，来尝试对频谱进行高效使用。另外，二次通信认证节点可以生成、获取或更新将被高级判定节点或判定节点用于判定二次利用的可行性的信息，并将该信息提供给高级判定节点或判定节点。将被用于判定二次利用的可行性的信息例如包含基于地域或者基于服务区域的规章信息，例如可用于感测的电力水平以及由邻近基站提供的系统信息(例如，当前使用的频带或带宽)。二次通信认证节点因此可充当第二通信服务的所谓协调者。
存在两种二次通信认证节点：永久二次通信认证节点和临时二次通信认证节点。永久二次通信认证节点是因为其符合由法令等等设定的预定标准而被授权协调第二通信服务的通信装置。另一方面，临时二次通信认证节点是因为其根据通信环境等等符合特定标准而接收来自永久二次通信认证节点的授权并从而在所授予的权限的范围内(例如，在有限的频率信道或资源块的范围内，或者在特定最大值以下的发送功率的范围内)临时协调第二通信服务的通信装置。这里，对通信服务的“协调”例如可包括为该通信服务分配资源。临时二次通信认证节点例如可通过与永久二次通信认证节点相互交换调度信息，来为第二通信服务执行合作式资源分配。另外，永久二次通信认证节点在向临时二次通信认证节点授予协调第二通信服务的权限时，可以通过把接收临时权限的节点所知的流量与永久二次通信认证节点本身所知的流量相匹配，来验证临时二次通信认证节点的可靠性。这里采用对可靠性的验证是为了确保接收临时权限的节点的感测能力能够准确地确定信道的状况。在此情况下，例如，请求临时权限的节点首先向永久二次通信认证节点发送流量测量值和与流量测量值有关的时间信息。然后，永久二次通信认证节点将接收到的流量测量值与其自己保存的(实际)流量值相匹配。永久二次通信认证节点随后仅在接收到的流量测量值被验证为正确的情况下给予协商第二通信服务的临时权限。此时，永久二次通信认证节点可以通过为临时二次通信认证节点提供关于可用信道、频带或时隙的信息来间接给予权限。
[1-2.一次通信中继节点(FC2)]
一次通信中继节点(FC2)充当伪基站或接入点，该伪基站或接入点在与和一次利用有关的通信服务(以下称之为第一通信服务)相连接时允许附近的节点使用第一通信服务。
[1-3.高级判定节点(FC3)]
高级判定节点(FC3)基于从下文描述的判定节点获取的二次通信配置信息(profile)来判定与二次利用有关的通信网络(以下称之为第二通信网络)的扩展是否可行。二次通信配置信息通常包含感测数据(包括根据感测数据而以统计方式计算的链路数据)，这将在下文中具体描述。二次通信配置信息还可包含每个第二通信服务的调度信息。二次通信配置信息还可包含分配给每个判定节点的频谱策略的标识符等等。例如，当根据多个判定节点所遵守的规章信息指定的要使用的标准值或数据库服务器为共同的时，高级判定节点可判定将第二通信网络扩展到属于另一第二通信网络的节点是可行的。或者，当所有的第二通信网络都满足由多个规章信息指定的标准值中最严格的那个时，高级判定节点可判定第二通信网络的扩展可行。或者，当由于查询根据规章信息而许可的数据库服务器而发现共同可用的频带时，高级判定节点可以决定通过利用共同的频带来扩展第二通信网络。另外，在属于某一第二通信网络的某一节点希望与属于另一第二通信网络的另一节点执行数据交换时，高级判定节点可以仅出于对希望的数据进行中继或多跳传输的目的来把一第二通信网络的区域扩展到属于另一第二通信网络的另一节点。另外，当可以通过利用基于波束形成或发送功率控制的干扰控制技术来在不对第一通信服务造成不利影响的情况下提高最大发送功率时，高级判定节点可以判定第二通信网络的扩展可行。如果高级判定节点判定第二通信网络的扩展可行，则它请求二次通信认证节点允许第二通信网络的扩展。通常，高级判定节点也具有下文描述的判定节点的功能。应当注意，当高级判定节点和二次通信认证节点存在于同一实体装置上时，高级判定节点和二次通信认证节点之间的通信是以逻辑功能之间的通信的形式来执行的(或者该通信可以被省略)。另一方面，当高级判定节点和二次通信认证节点存在于不同实体装置上时，高级判定节点和二次通信认证节点之间的通信是利用无线链路或有线链路来执行的。这里的无线链路例如可以是基于第一通信服务的无线链路。这里的有线链路可以是私有网络(例如，核心网络)上或者公共网络(例如，ADSL)上的链路。
[1-4.判定节点(FC4)]
判定节点(FC4)基于由下文中描述的智能感测节点或感测节点(其可与判定节点实现在同一装置上，或者可与判定节点实现在不同装置上)所感测或获取的感测数据，根据频谱策略，来判定频谱的二次利用是否可行。判定节点例如可以在目标频带中测量的接收信号的功率水平或能量(或者其在一定时段中的平均值)低于由规章信息(或者由规章信息所许可的数据库服务器)指定的标准值时判定频谱的二次利用可行。或者，判定节点可以判定，对于基于从下行链路参考信号获取的调度信息而被认为空闲的信道，二次利用可行。或者判定节点可以判定，对于基于所感测或获取的数据而被选择为二次利用的目标的频带，频谱的二次利用可行。如果判定节点判定频谱的二次利用可行，则它请求二次通信认证节点允许第二通信服务的开始。然后，如果二次通信认证节点允许了第二通信服务的开始，则判定节点例如通过向附近的通信装置发送信标来邀请第二通信服务的用户，并且开始第二通信服务。判定节点所发送的信标可被附近的通信装置用于与第二通信服务有关的系统信息等等的检测、同步、获取。例如，一次同步信号和二次同步信号、PBCH(物理广播信道)上的信号等等是上述信标的示例。判定节点从而充当从第一通信服务切换到第二通信服务的认知无线电的引擎。另外，判定节点响应于来自上述高级判定节点的指令而生成二次通信配置信息，并将该配置信息发送给高级判定节点。应当注意，与以上关于高级判定节点的描述类似，判定节点和二次通信认证节点之间的通信也是以逻辑功能之间的通信的形式执行的(在它们处于同一装置上的情况下。但上述通信处理可被省略)或者是以使用无线链路或有线链路的通信的形式执行的(在它们处于不同装置上的情况下)。
[1-5.智能感测节点(FC5)]
智能感测节点(FC5)从位于其自身装置附近的感测节点或智能感测节点获取与每个节点中存储的通信环境有关的感测数据。智能感测节点还可把在其自身装置中感测的感测数据添加到所获取的感测数据(或者仅使用在其自身装置中感测到的感测数据)。智能感测节点从而充当能够与附近节点相合作来获取二次利用判定所需的感测数据的扩展传感器。另外，智能感测节点响应于来自智能感测节点或判定节点的指令而发送所存储的感测数据。
[1-6.感测节点(FC6)]
感测节点(FC6)感测其自身装置周围的通信环境并生成感测数据。如下文中详细描述的，感测数据通常是指示出与第一通信服务有关的周围通信环境的数据。例如，第一通信服务的接收信号的功率水平或能量或者调度信息可被用作指示周围通信环境的数据。感测节点从而充当生成二次利用判定所需的感测数据的传感器。另外，感测数据响应于来自智能感测节点或判定节点的指令而发送所生成的感测数据。
[1-7.通信节点(FC7)]
通信节点(FC7)在频谱的二次利用可行时利用第二通信服务来执行通信。通信节点从而充当一般通信装置。用于第二通信服务的通信协议例如可以是诸如IEEE802.11a/b/g/n/s、Zigbee或WiMedia之类的期望通信协议。
[1-8.术语“二次利用”的范围]
在本说明书中，术语“二次利用”通常指的是如上所述使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部来利用额外的或作为替换的通信服务(第二通信服务)。在关于术语“二次利用”的含义的这个上下文中，第一通信服务和第二通信服务可以是不同类型或相同类型的服务。不同类型的服务可以是从诸如以下服务中选出的服务：数字TV广播服务、卫星通信服务、移动通信服务、无线LAN接入服务、P2P(对等)连接服务等等。另一方面，相同类型的服务例如可包含由通信运营商提供的宏小区(macro-cell)的服务和由用户或MVNO(移动虚拟网运营者)操作的微小区(femto-cell)的服务之间的关系。另外，相同类型的服务例如可包含由通信服务的基站根据WiMAX、LTE(长期演进)、LTE-A(高级LTE)等等提供的服务和由中继站(中继节点)为了覆盖频谱漏洞而提供的服务之间的关系。另外，第二通信服务可以是利用多个碎片式频带的服务，这多个碎片式频带被利用频谱聚集技术来聚集。另外，第二通信服务可以是由微小区、中继站或者正常大小基站的服务区域内的用于比正常大小基站的服务区域更小的服务区域的小型或中型基站所提供的补充通信服务。本说明书中描述的每个实施例的主题可以应用到这种二次利用的每种模式。
<2.通信装置的示例性配置>
下面描述结合了前一节中列出的功能FC1至FC7中的一个或多个的通信装置的配置。
图1是示出根据本发明一实施例的通信装置的硬件配置的示例的框图。参考图1，根据一实施例的通信装置包括中央处理单元(CPU)22、只读存储器(ROM)24、随机存取存储器(RAM)26、总线30、输入/输出接口32、输入装置40、输出装置42、存储装置44、通信接口(I/F)46以及驱动器50。
在图1中，CPU 22整体上控制通用计算机的操作。ROM 24存储被CPU 22执行的程序、数据等等。RAM 26在CPU 22执行处理期间临时存储程序或数据。
CPU 22、ROM 24和RAM 26通过总线30与彼此相连。输入/输出接口32也连接到总线30。
输入/输出接口32将CPU 22、ROM 24和RAM 26与输入装置40、输出装置42、存储装置44、通信接口46和驱动器50相连接。
输入装置40例如接收用户通过按钮、开关、控制杆、鼠标、键盘、触摸面板等等输入的指令或信息。输出装置42例如通过诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器或有机发光二极管(OLED)之类的显示装置、诸如灯之类的发光装置或者诸如扬声器之类音频输出装置向用户输出信息。存储装置44例如由硬盘驱动器或闪存构成，并且存储程序、数据等等。通信接口46为第一通信服务或第二通信服务协调通信处理。可移除介质52根据需求被加载到驱动器50中。
前一节中列出的功能FC1至FC7中的每一个例如可实现为软件。在每个功能被实现为软件的情况下，例如，构成软件的程序被存储在图1所示的ROM 24或存储装置44中，在执行时被加载到RAM 26中并被CPU 22执行。相应地，CPU 22例如可以充当二次通信认证节点(FC1)、一次通信中继节点(FC2)、高级判定节点(FC3)、判定节点(FC4)、智能感测节点(FC5)、感测节点(FC6)或通信节点(FC7)。或者，每个功能可通过使用额外安装到通信装置的专用处理器来实现为硬件。
<3.通信系统的示例性配置>
下面描述由各自具有功能FC1至FC7中的一个或多个的通信装置构成的通信系统。
[3-1.一般系统配置]
图14是示出符合IEEE 802.22标准规范的一般通信系统9的配置示例的示意图。图14中带圈的数字对应于以上描述的功能(FC)的编号。图15是示出图14所示的通信系统9中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图14，通信系统9包括基站900、三个通信装置910、以及感测装置920。三个通信装置910和感测装置920位于可能与基站900通信的区域902内。基站900通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
信息处理装置10通过利用通过网络12连接的基站900来向位于基站900附近的通信装置提供第一通信服务。第一通信服务例如可以是数字TV广播服务或者另一种通信服务。
基站900向位于区域902内的装置提供上述第一通信服务。另外，基站900对在分配给第一通信服务的频谱中未被使用的一部分(或全部)频谱的二次利用进行协调。
更具体而言，如图15所示，基站900作为上述的二次通信认证节点(FC1)、判定节点(FC4)和感测节点(FC6)来工作。具体而言，基站900例如与位于基站附近的通信装置910通信，感测通信环境，并且生成感测数据。另外，基站900例如从感测装置920获取感测数据，将所获取的感测数据与其自己感测的感测数据相集成，然后根据频谱策略来判定频谱的二次利用是否可行。如果基站900基于感测数据判定二次利用可行，则它开始与二次利用有关的通信服务，也就是第二通信服务。
在此情况下，连接到固定网络12的基站900通过符合由法令等等设定的预定标准，可以作为上述的永久二次通信认证节点来工作。或者，基站900可以是从信息处理装置10接收允许第二通信服务开始的权限的上述临时二次通信认证节点。
同时，通信装置910作为上述的通信节点(FC7)来工作。具体而言，通信装置910向基站900发送并从基站900接收无线电信号。基站900从而可感测区域902中的通信环境。
感测装置920作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，感测装置920感测其自身装置周围的通信环境并生成感测数据。感测装置920随后将所生成的感测数据发送到基站900。注意，在通信系统9中可以省略感测装置920。
在这样配置的通信系统9中，可以通过使用分配给第一通信服务的频谱的未被使用的一部分(或全部)来向通信装置910和感测装置920提供第二通信服务。
然而，因为基站900以此情况下执行通信环境的感测、感测数据的获取、二次利用可行性的判定以及二次利用的开始，所以有这样一个担心，即，处理负担都集中在基站900。另外，因为基站900不是移动终端，所以难以根据通信环境来灵活地决定或扩展频谱的二次利用的范围。鉴于此，优选采用下文描述的根据本发明第一至第五实施例的系统配置中的任何一种。
[3-2.第一实施例]
图2是示出根据本发明第一实施例的通信系统1的配置示例的示意图。图3是示出图2所示的通信系统1中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图2，通信系统1包括基站100、三个感测装置120、以及智能感测装置130。三个感测装置120和智能感测装置130位于可能与基站100通信的区域102内。基站100通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
基站100可向位于区域102内的装置提供第一通信服务。另外，基站100对在分配给第一通信服务的频谱中未被使用的一部分(或全部)的二次利用进行协调。
更具体而言，如图3所示，基站100作为上述的二次通信认证节点(FC1)、判定节点(FC4)和感测节点(FC6)来工作。具体而言，基站100例如从位于基站附近的智能感测装置130获取感测数据。另外，基站100例如可与位于基站附近的感测装置120通信，另外还自己感测通信环境，以生成感测数据。然后，基站100例如把从智能感测装置130获取的感测数据与其自己感测的感测数据相集成(但这些数据不一定要被集成)，并且根据频谱策略来判定频谱的二次利用是否可行。如果基站100基于感测数据判定二次利用可行，则它开始第二通信服务。
感测装置120作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，例如，响应于来自智能感测装置130的指令，感测装置120通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据。感测装置120随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置130。
智能感测装置130作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。具体而言，智能感测装置130向其自身装置附近的感测装置120发出感测通信环境的指令，并且获取来自感测装置120的感测数据。另外，智能感测装置130可以把通过其自己感测周围通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。此时，智能感测装置130可以集成多个感测数据以生成一个感测数据。智能感测装置130随后将该感测数据发送到基站100。
在这样配置的通信系统1中，可以通过使用分配给第一通信服务的频谱的未被使用的一部分(或全部)来向感测装置120和智能感测装置130提供第二通信服务。另外，因为是智能感测装置130而不是基站100获取至少一部分感测数据，所以负担并不集中于基站100，从而可以迅速地开始第二通信服务。
[3-3.第一实施例(替换示例)]
图4是示出根据图2所示的第一实施例的通信系统1的替换示例的示意图。图5是示出图4所示的通信系统1的替换示例中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图4，取代图2所示的通信系统1中的智能感测装置130，包括了智能感测装置132和134。
在该替换示例中，智能感测装置132和134作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。智能感测装置132从位于其自身装置附近的感测装置120获取感测数据，例如将所获取的感测数据与自己感测的感测数据相集成，并随后将数据发送到智能感测装置134。
另一方面，智能感测装置134从位于其自身装置附近的感测装置120和智能感测装置132获取感测数据，例如将所获取的感测数据与其自己感测的感测数据相集成，并随后将集成的感测数据发送到基站100。智能感测装置132和134中的哪一个作为代表向基站100发送感测数据是通过例如在考虑它们的通信环境的情况下识别出更容易接入基站100的装置来决定的。
在这样配置的通信系统1中，取代基站100，智能感测装置132和134相互合作执行了更宽范围上的感测数据的获取。从而，可以基于更大量的信息来做出关于频谱的二次利用的可行性的判定。
[3-4.第二实施例]
图6是示出根据本发明第二实施例的通信系统2的配置示例的示意图。图7是示出图6所示的通信系统2中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图6，通信系统2包括基站200、两个感测装置220、两个感测装置222、智能感测装置230、以及判定装置240。两个感测装置220、智能感测装置230和判定装置240位于可能与基站200通信的区域202内。基站200通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
基站200可向位于区域202内的装置提供第一通信服务。另外，基站200(或者信息处理装置10)可以根据通信环境向下文中描述的判定装置240临时授予允许对分配给第一通信服务的频谱的未使用的一部分(或全部)的二次利用的权限。从而，基站200作为上述的永久二次通信认证节点(FC1)来工作。也可以不是基站200作为二次通信认证节点，而是网络12中的另一节点可以是二次通信认证节点，并且基站200可以协调从该节点到判定装置240的权限授予。
感测装置220作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，感测装置220通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据。感测装置120随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置230或判定装置240。感测装置222也作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，响应于来自智能感测装置230或判定装置240的指令，感测装置222通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据，并随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置230或判定装置240。
智能感测装置230作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。具体而言，响应于来自判定装置240的指令，智能感测装置230从位于其自身装置附近的感测装置220和222获取感测数据。另外，智能感测装置230把通过感测其自身装置周围的通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。智能感测装置230随后将感测数据发送到判定装置240。
判定装置240作为上述的一次通信中继节点(FC2)和判定节点(FC4)来工作。另外，判定装置240可作为上述的临时二次通信认证节点(FC1)来工作。具体而言，判定装置240从位于其自身装置附近的感测装置220和222以及智能感测装置230获取感测数据。然后，基于所获取的感测数据，判定装置240判定是否可能利用在分配给第一通信服务的频谱中未实际使用的频谱来提供第二通信服务。如果判定装置240根据感测数据判定第二通信服务的提供是可行的，则判定装置240请求基站200临时授予允许第二通信服务开始的权限。此时，判定装置240将所获取的感测数据、额外获得的其自身装置的位置数据等等发送到基站200。如果根据所发送的数据授予了权限，判定装置240则开始与位于其自身装置附近(例如区域204中)的通信装置之间的第二通信服务。
另外，判定装置240作为一次通信中继节点来工作，从而充当第一通信服务的伪基站或接入点，并且它可对从例如感测装置222发送到基站200的与第一通信服务相对应的通信分组进行中继。
如图6所示，两个感测装置222位于可向基站200发送和从基站200接收无线电信号的区域202之外。因为两个感测装置222位于无法与基站200通信的位置，所以基站200难以向两个感测装置222提供与二次利用有关的第二通信服务。然而，在根据此实施例的通信系统2的配置中，判定装置240作为判定节点来工作，从而它可以通过以位于区域204内的通信装置为对象来灵活地开始频谱的二次利用。
在以上描述的第一和第二实施例中，连接到固定网络12的装置具有允许开始对用于第一通信服务的频谱的二次利用的权限。另一方面，在以下描述的第三和第四实施例中，作为预先授权的移动终端的通信装置允许频谱的二次利用的开始。
[3-5.第三实施例]
图8是示出根据本发明第三实施例的通信系统3的配置示例的示意图。图9是示出图8所示的通信系统3中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图8，通信系统3包括基站300、两个感测装置320、两个感测装置322、智能感测装置330、以及判定装置350。两个感测装置320、智能感测装置330和判定装置350位于可与基站300通信的区域302内。基站300通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
基站300可向位于区域302内的装置提供第一通信服务。
另一方面，如图9所示，感测装置320和感测装置322作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，感测装置320通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据，并随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置330或判定装置350。类似地，感测装置322通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据，并随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置330或判定装置350。
智能感测装置330作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。具体而言，响应于来自判定装置350的指令，智能感测装置330从位于其自身装置附近的感测装置320和322获取感测数据。另外，智能感测装置330把通过感测其自身装置周围的通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。智能感测装置330随后将感测数据发送到判定装置350。
判定装置350作为上述的永久二次通信认证节点(FC1)、一次通信中继节点(FC2)和判定节点(FC4)来工作。具体而言，判定装置350从位于其自身装置附近的感测装置320和322以及智能感测装置330获取感测数据。然后，基于所获取的感测数据，判定装置350判定是否可能利用在分配给第一通信服务的频谱中未实际使用的频谱来提供第二通信服务。如果判定装置350根据感测数据判定第二通信服务的提供是可行的，则判定装置350开始与位于其自身装置附近(例如区域304中)的通信装置之间的第二通信服务。
另外，判定装置350作为一次通信中继节点来工作，从而充当第一通信服务的伪基站或接入点，并且它可对从例如感测装置322发送到基站300的与第一通信服务相对应的通信分组进行中继。然而，在此实施例中，判定装置350可能不一定作为一次通信中继节点来工作。
在这样配置的通信系统3中，可以通过使用分配给第一通信服务的频谱的未被使用的一部分(或全部)来提供第二通信服务。因为符合由法令等等设定的预定标准并从而被授权协调第二通信服务的判定装置350决定开始二次利用，所以可以迅速开始提供第二通信服务。另外，当判定装置350是移动终端时，可以根据判定装置350的位置来灵活地设定第二通信网络的范围。在此实施例中，作为永久二次通信认证节点的判定装置350不一定位于提供第一通信服务的通信区域302内。
[3-6.第四实施例]
图10是示出根据本发明第四实施例的通信系统4的配置示例的示意图。图11是示出图10所示的通信系统4中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图10，通信系统4包括基站400、五个感测装置420、智能感测装置430、判定装置450、以及高级判定装置460。基站400通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
基站400可向位于区域402内的装置提供第一通信服务。
另一方面，如图11所示，感测装置420作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，感测装置420通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据，并随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置430、判定装置450或高级判定装置460。
智能感测装置430作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。具体而言，响应于来自判定装置450的指令，智能感测装置430从位于其自身装置附近的感测装置420获取感测数据。另外，智能感测装置430把通过感测其自身装置周围的通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。智能感测装置430随后将感测数据发送到判定装置450。
判定装置450作为上述的永久二次通信认证节点(FC1)和判定节点(FC4)来工作。具体而言，判定装置450从位于其自身装置附近的感测装置420以及智能感测装置430获取感测数据。然后，判定装置450基于所获取的感测数据来判定频谱的二次利用的可行性。如果判定装置450判定可开始提供第二通信服务，则判定装置450开始向位于其自身装置附近(例如区域404中)的通信装置提供第二通信服务。另外，响应于来自高级判定装置460的请求，判定装置450创建包含所获取的感测数据、根据感测数据计算的链路数据、频谱策略等等在内的二次通信配置信息，并将该配置信息发送到高级判定装置460。所发送的二次通信配置信息被下文描述的高级判定装置460用于做出关于第二通信网络的扩展的可行性的判定。
高级判定装置460作为上述的永久二次通信认证节点(FC1)和高级判定节点(FC3)来工作。具体而言，高级判定装置460首先向判定装置450给出发送二次通信配置信息的指令。高级判定装置460随后基于从判定装置450接收的二次通信配置信息来判定第二通信网络的扩展是否可行。如果高级判定装置460判定第二通信网络的扩展可行，则它开始向其自身装置和判定装置450附近的通信装置提供具有扩展的网络范围的第二通信服务。
在这样配置的通信系统4中，可以通过使用分配给第一通信服务的频谱中未被使用的一部分(或全部)来在包括区域404和406在内的区域408中提供第二通信服务。因为第二通信服务是由高级判定装置460和判定装置450合作提供的，所以第二通信服务的服务区域扩展了。注意，在此实施例中，判定装置450可位于提供第一通信服务的区域402的外部。
[3-7.第五实施例]
图12是示出根据本发明第五实施例的通信系统5的配置示例的示意图。图13是示出图12所示的通信系统5中的装置之间的功能布局示例的框图。
参考图12，通信系统5包括基站500、五个感测装置520、智能感测装置530和532、判定装置550、以及高级判定装置560。基站500通过网络12连接到信息处理装置10，网络12是固定网络。
基站500可向位于区域502内的装置提供第一通信服务。另外，基站500可以根据通信环境向下文中描述的判定装置550和高级判定装置560临时授予允许对分配给第一通信服务的频谱的未使用的一部分(或全部)的二次利用的权限。从而，基站500作为上述的永久二次通信认证节点(FC1)来工作。
另一方面，如图13所示，感测装置520作为上述的感测节点(FC6)来工作。具体而言，感测装置520通过感测其自身装置周围的通信环境来生成感测数据，并随后将所生成的感测数据发送到智能感测装置530或532、判定装置550或高级判定装置560。
智能感测装置530和532作为上述的智能感测节点(FC5)来工作。具体而言，响应于来自判定装置550的指令，智能感测装置530从位于其自身装置附近的感测装置520获取感测数据。另外，智能感测装置530把通过感测其自身装置周围的通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。智能感测装置530随后将感测数据发送到判定装置550。类似地，响应于来自高级判定装置560的指令，智能感测装置532从位于其自身装置附近的感测装置520获取感测数据。另外，智能感测装置532把通过感测其自身装置周围的通信环境而获得的感测数据添加到所获取的数据。智能感测装置532随后将感测数据发送到高级判定装置560。
判定装置550作为上述的判定节点(FC4)来工作。另外，判定装置550可以作为上述的临时二次通信认证节点(FC1)来工作。具体而言，判定装置550从位于其自身装置附近的感测装置520以及智能感测装置530获取感测数据。然后，判定装置550基于所获取的感测数据来判定频谱的二次利用的可行性。如果判定装置550判定可开始提供第二通信服务，则判定装置550请求判定装置550临时授予允许开始第二通信服务的权限。此时，判定装置550将所获取的感测数据、额外获得的其自身装置的位置数据等等发送到基站500。如果根据所发送的数据授予了权限，判定装置550则开始向位于其自身装置附近(例如区域504中)的通信装置提供第二通信服务。另外，响应于来自高级判定装置560的请求，判定装置550创建包含所获取的感测数据、根据感测数据计算的链路数据、频谱策略等等在内的二次通信配置信息，并将该配置信息发送到高级判定装置560。所发送的二次通信配置信息被下文描述的高级判定装置560用于做出关于第二通信网络的扩展的可行性的判定。
高级判定装置560作为上述的高级判定节点(FC3)来工作。另外，高级判定装置560可以作为上述的临时二次通信认证节点(FC1)来工作。具体而言，高级判定装置560首先向判定装置550给出发送二次通信配置信息的指令。高级判定装置560随后从位于其自身装置附近的感测装置520和智能感测装置532获取感测数据。高级判定装置560随后基于从判定装置550接收的二次通信配置信息和从其自身装置附近获取的感测数据来判定第二通信网络的扩展是否可行。如果高级判定装置560判定第二通信网络的扩展可行，则高级判定装置560请求基站500临时授予允许扩展第二通信网络的权限。此时，高级判定装置560向基站500发送表明第二通信网络的扩展可行的判定结果、用于判定的数据等等。如果根据所发送的数据授予了权限，高级判定装置560则开始向位于其自身装置和判定装置550附近的通信装置提供具有扩展的网络范围的第二通信服务。
在这样配置的通信系统5中，可以通过使用分配给第一通信服务的频谱中未被使用的一部分(或全部)来在包括区域504和506在内的区域508中提供第二通信服务。因为通信环境的感测数据是在判定装置550和高级判定装置560之间多跳交换的，所以可以基于对更宽范围上的通信环境的准确掌握来判定第二通信服务的服务区域的扩展的可行性。在此实施例中，判定装置550和高级判定装置560中的任一者或两者还可作为一次通信中继节点(FC2)来工作。另外，虽然以上描述了判定装置550和高级判定装置560是临时二次通信认证节点的情况，但是判定装置550和高级判定装置560也可以是永久二次通信认证节点。如果在此实施例中判定装置550或高级判定装置560是永久二次通信认证节点，则作为永久二次通信认证节点的装置不一定位于提供第一通信服务的通信区域502的内部。
以上通过参考图2至13描述了根据第一至第五实施例的通信系统1至5的配置。下面，描述这种通信系统中的节点之间发送和接收的数据。
<4.节点之间交换的数据的示例>
根据本发明实施例，在节点之间发送和接收的数据主要涉及两类数据：感测数据和控制数据。
[4-1.感测数据]
感测数据是由上述的感测节点或智能感测节点感测的与通信环境有关的数据。感测节点或智能感测节点进行的感测的目标通信资源是可能被第一通信服务所使用并且由频率信道、资源块、代码等等所表示的通信资源。应当感测哪个范围的通信资源例如是通过监视第一通信服务的下行链路广播信道(例如LTE的PBCH等等)来判定的。感测数据可以包含感测了通信环境的装置的标识符和感测结果，并且还可包含利用全球定位系统(GPS)获取的装置的位置数据、感测算法的种类、时间戳等等。另外，通过在统计上总结感测数据、指示出与第一通信服务有关的周围通信环境的调度信息等等而获得的链路数据可被包含在广义的感测数据中。
装置的位置数据例如是指示感测通信环境的装置在感测时的位置的数据。位置数据例如被判定节点(或者高级判定节点)用于判定频谱的二次利用的可行性。具体而言，判定节点预先把在外部准备的位置信息数据库下载到其自身装置。位置信息数据库包含与位置数据相关联的第一通信服务的信道分配、信道使用历史等等。从而，判定节点可以通过使用位置数据作为关键字从位置信息数据库中检索信道分配和信道使用历史，从而评估二次利用对第一通信服务造成不利影响的可能性。判定节点也可以不预先把位置信息数据库下载到其自身装置，而是例如在判定二次利用的可行性时通过使用位置数据作为关键字来查询外部数据库。
感测算法的种类例如指示要感测(或者已感测)何种值，例如无线电信号能量、噪声功率电平、噪声比(例如SNR或CNR)或差错率(例如BER或PER)。
感测结果包含根据上述感测算法的种类的感测结果的值。感测结果的值可以由软比特(软判决值)或硬比特(硬判决值)来表示。例如，优选地，判定节点(或高级判定节点)用硬比特来表示要发送到二次通信认证节点的感测结果。在此情况下，根据感测值来判定二次利用的可行性的结果由诸如“0”或“1”之类的逻辑值表示。这使得节点之间的流量能得以减少。另一方面，要从感测节点(或智能感测节点)发送到判定节点(或高级判定节点)的感测结果通常用软比特表示。
时间戳例如包含通信环境感测开始的时间、通信环境感测结束的时间等等。
[4-2.控制数据]
控制数据是为了使构成二次利用系统的上述节点之一控制另一节点或者一个节点受到另一节点的控制而使用的数据。控制数据例如可包含开始或停止感测的指令、发送感测数据的指令、对感测算法的种类的指定、发送二次通信配置信息的指令、对位置信息数据库的访问请求，等等。
在高级判定节点、判定节点或智能感测节点集成来自多个节点的感测数据的情况下，在控制数据中可包含表明用何种方法(例如取平均或标准偏差)来集成感测数据的信息。
另外，二次通信认证节点、高级判定节点或判定节点可以通过把一个节点感测或获取的感测数据与另一节点感测或获取的感测数据相比较来评估每个感测数据的可靠性。例如，如果位置很接近的多个节点感测或获取的感测结果很不相同，则感测数据的可靠性可被评估为低。在这种情况下，感测数据的可靠性的评估结果被包括的控制数据中。另外，通过把一个节点感测或获取的感测数据与另一节点感测或获取的感测数据相比较，可以检测处于隐藏终端状态的节点。
另外，智能感测节点可与另一智能感测节点交换诸如可允许的跳数和可允许的感测节点数的上限以及感测节点的最低必需数目之类的控制数据。从而，可以扩展用于第二通信服务的感测区域，并且维护一定质量的感测数据。
[4-3.通信协议的选择]
在在智能感测节点之间或高级判定节点之间发送或接收上述感测数据或控制数据的情况下，可使用诸如IEEE802.11s或WiMedia之类的自治分布式通信协议。或者，根据首先发送了信标的智能感测节点或高级判定节点的控制，可以使用诸如Zigbee之类的分级管理通信协议。如果在上述的功能分类FC1至FC7中的同一级别的节点之间使用自治分布式通信协议，则可以根据装置的位置来很容易地改变二次利用系统的拓扑。另一方面，在功能分类FC1至FC7中的不同级别的节点之间，优选使用根据上位节点的控制的分级管理通信协议。
以上通过参考图1至13详细描述了根据本发明第一至第五实施例的通信系统和构成各个通信系统的通信装置。根据上述通信系统的配置中的任何一种，多个通信装置以分散方式执行了诸如针对频谱的二次利用的通信环境的感测、对二次利用开始的可能性的判定或者对二次利用的范围扩展的可行性的判定之类的处理。从而可以高效地实现频谱的二次利用。
本说明书中描述的每个实施例的主题可以应用到各种模式的二次利用。例如，如上所述，可以认为中继节点或微小区覆盖第一通信服务的频谱漏洞的操作是一种模式的频谱二次利用。另外，宏小区、RRH(RemoteRadio Head，远程无线电头部)、热区(Hotzone)、中继节点、微小区等等中的任何一个或多个之间的关系可以形成一种模式的频谱二次利用(例如异质网络)。
虽然以上参考附图详细描述了本发明的优选实施例，但本发明并不限于此。本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围内即可。
本申请包含与2009年1月14日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-005911中公开的主题相关的主题，特此通过引用并入该在先专利申请的全部内容。

Claims (14)

1.一种通信系统，包括：
第一通信装置，该第一通信装置感测该第一通信装置周围的通信环境；
第二通信装置，该第二通信装置获取由所述第一通信装置所感测的感测数据，其中所述感测数据包括指示感测通信环境的所述第一通信装置在感测时的位置的位置数据和感测通信环境的所述第一通信装置在感测时的标识符；以及
第三通信装置，该第三通信装置基于从所述第一通信装置发送来的感测数据，判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性，其中
如果所述第三通信装置判定所述第二通信服务的利用是可行的，则所述第二通信装置获取临时授予允许所述第二通信服务开始的权限的请求和所述感测数据。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中
基于所述感测数据，当所述第二通信服务要使用的频谱未被所述第一通信服务实际使用时，所述第三通信装置判定所述频谱可用于所述第二通信服务。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其中
当所述第三通信装置判定所述第二通信服务的利用可行时，所述第三通信装置请求另一通信装置允许开始所述第二通信服务的利用。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述第三通信装置是被预先允许决定开始所述第二通信服务的利用的装置，并且，当所述第三通信装置判定所述第二通信服务的利用可行时，所述第三通信装置开始所述第二通信服务。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其中
所述第三通信装置还从能够判定所述第二通信服务的利用的可行性的另一通信装置接收由该另一通信装置获取的感测数据，并且基于所接收的感测数据来判定所述第二通信服务的服务区域的扩展的可行性。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其中
由所述另一通信装置获取的感测数据是由再另一个通信装置感测的感测数据。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述第二通信装置把由另一通信装置获取的感测数据和由所述第二通信装置获取的感测数据发送到所述第三通信装置。
8.根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述第三通信装置把从所述第一通信装置或所述第二通信装置发送的用于所述第一通信服务的通信分组中继到另一通信装置。
9.根据权利要求1所述的通信系统，其中
所述第三通信装置从另一通信装置获取规章信息，并且还基于该规章信息来判定所述第二通信服务的利用的可行性。
10.根据权利要求3所述的通信系统，其中
所述第三通信装置把关于所述感测数据的硬判决的结果发送到向其请求允许开始所述第二通信服务的利用的通信装置。
11.根据权利要求5所述的通信系统，其中
所述第三通信装置通过相互比较由多个通信装置获取的感测数据来评估每个感测数据的可靠性。
12.根据权利要求7所述的通信系统，其中
所述第二通信装置通过使用自治分布式通信协议来与获取感测数据的所述另一通信装置执行通信。
13.一种通信装置，包括：
通信单元，该通信单元接收由另一通信装置感测到的与该另一通信装置周围的通信环境有关的感测数据，其中所述感测数据包括指示感测通信环境的该另一通信装置在感测时的位置的位置数据和感测通信环境的该另一通信装置在感测时的标识符；以及
判定单元，该判定单元判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性，其中
如果所述通信装置判定所述第二通信服务的利用是可行的，则所述通信装置开始所述第二通信服务。
14.一种通信控制方法，包括以下步骤：
利用第一通信装置感测该第一通信装置周围的通信环境；
利用第二通信装置获取由所述第一通信装置所感测的感测数据，其中所述感测数据包括指示感测通信环境的所述第一通信装置在感测时的位置的位置数据和感测通信环境的所述第一通信装置在感测时的标识符；以及
利用第三通信装置基于所获取的感测数据来判定使用被分配给第一通信服务的频谱的一部分或全部的第二通信服务的利用的可行性，其中
如果所述第三通信装置判定所述第二通信服务的利用是可行的，则由所述第二通信装置获取临时授予允许所述第二通信服务开始的权限的请求和所述感测数据。
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