CN104756543B

CN104756543B - 多信道无线通信系统、基站、信道利用方法

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Publication number: CN104756543B
Application number: CN201380055995.5A
Authority: CN
Inventors: 长谷川圭吾; 杜吉明; 竹川雅之; 柳泽庆; 田中周
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: IN2015DN02408A; BR112015009346B1; EP2914033A1; BR112015009346A2; CN104756543A; JP5898331B2; WO2014065002A1; JP2016129411A; EP2914033A4; JP6108576B2; US20150257152A1; US9781719B2; JPWO2014065002A1; EP2914033B1

Abstract

本发明在白色空间用系统中导入了多信道MAC。基站和终端站分别由多个无线通信部及它们的集中控制部构成。各个无线通信部进行一条信道量的无线收发。基站按照白色空间信道的状况采用多条或者一条信道，并分配给终端站。在采用多条信道的情况下，能够选择将该终端站的数据复制到该多条信道中并分配数据的冗余模式、和将数据分割后分配给多条信道的高速模式。

Description

多信道无线通信系统、基站、信道利用方法

技术领域

本发明涉及构成小区的多信道无线通信系统，在该小区中一个基站利用多条信道来容纳无线通信终端。

背景技术

通常，国家对频率实行许可管理，只有被分配了许可才能够在特定的场所及时间、而且在严格的管理下利用该频率。作为有限资源的无线频率的需求在日趋增加，可分配频率的枯竭正在成为世界各个国家的问题。

因此，近年来作为用于解决频率的枯竭问题的新的频率利用方法，正在研究利用尽管已经被分配、但在空间上、时间上并未使用的频带(白色空间，white space)的方法。为了充分避免已接受许可的利用者(以下称为“一次利用者”)的已有系统对频率使用的影响，并使尚未接受许可的利用者(以下称为“二次利用者”)能灵活利用白色空间，采用认知无线(cognitive wireless)的技术。

在用于正确识别哪个频率信道是白色空间的一种方法中，在因特网上设置成使各无线站能够直接或者通过代理服务器等访问数据库(DB：Database)服务器，该数据库服务器管理白色空间的信道(WSCH：White Space Channel)列表，并提供位置信息、天线高度、天线的指向性、增益等。各无线站从DB服务器取得本站的WSCH列表(可利用的频率信道列表)和对应各WSCH的最大可发送功率、可用期限等。

在另一种方法中，各无线站通过频谱感知(spectral sensing)进行一次系统利用的电波的检测，在确认到不存在时能够将一次系统的频率信道用作白色空间，在检测到存在时将该信道从本站的WSCH列表中删除。

另外，IEEE 802.22被公知为是利用白色空间的无线通信系统的国际标准化组织中的一个(参照非专利文献2)。图1示出了IEEE 802.22-2011(以下简称为802.22)的系统结构。该系统由一个基站(BS：Base Station)和一个以上的终端(CPE：Customer PremisesEquipment)构成小区，并且通过经由因特网5对DB服务器6进行的访问等，避免对一次系统的干扰，实现二次利用。

802.22系统运行的信道的管理和设定由基站内的频谱管理器(SM：SpectrumManager)控制，SM根据管理信息库(MIB：Management Information Base)取得的DB访问结果(该BS用的WSCH列表)和频谱感知的结果和位置信息，进行WSCH的优先度赋值，并选择一条运行信道来使用。

下面，使用图2示出802.22系统的动作例。

BS若通过电源接通而起动，则通过对DB服务器6的访问和频谱感知来取得WSCH列表，从WSCH列表中选择一条信道作为运行信道并开始运行。即，以该运行信道的频率进行无线信号的收发。

BS若开始运行，则向服务区(小区)广播通信控制信息。802.22采用如图3所示将16帧作为1个超帧的结构，BS周期地发送作为超帧的控制信息的SCH(Superframe ControlHeader：超帧控制头)和作为帧的控制信息的FCH(Frame Control Header：帧控制头)和DS-MAP(Downstream Map：下游图)和US-MAP(Upstream Map：上游图)等，并进行小区的管理和控制。

CPE若接通电源，则在通过感知而确认到不存在一次系统的信道后，通过BS搜索处理来一边切换频率一边尝试BS的信号(SCH)的接收。(另外，感知也可以包含在BS搜索处理中，还可以在检测出BS信号(SCH)后对该信道进行感知)。

CPE在来自BS的SCH的接收成功、而且FCH、DS-MAP、US-MAP等帧控制信息的接收成功时，能够正确识别出帧内的结构，因此进行BS和CPE之间的信号收发的定时及发送功率的调整等同步处理、CPE的终端信息(ID、位置信息、最大发送功率)的登记、验证、服务分配等步骤。此时，也可以是，CPE通过提示自身的位置信息，向BS进行询问是否能够将当前的运行CH用作自身的WSCH。

当在BS和CPE之间建立连接时，在BS控制下进行数据通信。在802.22中，作为多元连接方式采用OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：正交频分多址)，复用方式采用TDD(Time Division Duplex：时分双工)。

BS进行数据通信，另一方面，定期或者根据需要通过DB访问或感知进行WSCH列表的更新，此时在判定为不能利用运行信道的情况下进行信道的切换处理，在小区整体中进行信道的切换。但是，在诸如只是特定的CPE不能利用当前的运行信道的情况下，仅对该CPE切断连接、并以原样的信道继续运行的判定也可能通过BS的运行策略来实现。

CPE进行数据通信，另一方面，定期或者按照来自BS的指示进行感知，当在运行信道中检测出一次系统的情况下，向BS通知信息。以此为触发，BS进行信道切换。并且，在由于来自BS的信道切换请求等控制消息的接收失败等，导致CPE不能接收BS的信号达一定时间以上的情况下，CPE通过BS搜索处理来实现信道的切换。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2011/0039593号说明书

非专利文献

非专利文献1：藤井宏治、“コグニティブ無線：電波利用のムダなくす、ホワイトスペース活用のコア技術”、[online]、リックテレコム、[平成23年(2011年)6月9日検索]、因特网＜URL:http://businessnetwork.jp/tabid/65/artid/110/page/1/Default.aspx＞

非专利文献2：美国电气电子学会(IEEE)Computer Society部门、“IEEE Std802.22-2011Part 22:Cognitive Wireless RAN Medium Access Control(MAC)andPhysical Layer(PHY)Specifications:Policies and Procedures for Operation inthe TV Bands”(美国)、IEEE标准化协会、2011年7月27日

发明概要

发明要解决的问题

上述的非专利文献2(IEEE802.22-2011)是以对CPE提供无线宽带通信服务为目的而制定的。但是，在连接多个CPE等情况下，有可能不能以充分的质量提供通信服务。预测到这种未来的对更宽频带的通信服务的需求，目前正在研究以比特速率的集约(aggregate)为目的之一的802.22的修订。

但是，非专利文献2的运行信道确定单元将多条信道用作运行信道这一点尚未被设想。因此，如果单纯地扩展非专利文献2，将引发各种不合理情况，有可能在白色空间的有效利用、对用户的高速通信的提供、构建低成本系统等方面都成为问题。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，在具有分别利用多条信道构成小区的多个基站(BS)的多信道无线通信系统中，能够动态地利用WSCH，有效地利用白色空间实现高速通信，在所述小区中容纳无线通信终端(CPE)。

用于解决问题的手段

本发明的一个方面的多信道通信系统由基站和一个或者多个终端构成，所述基站由多个无线通信部及它们的集中控制部构成，所述终端由多个无线通信部及它们的集中控制部构成，其特征在于，基站按照白色空间信道的状况运行多条或者一条信道，当在分配给终端的基础上运行多条信道的情况下，按照将该终端的数据复制到该多条信道中并分配数据的鲁棒模式、或者将数据分割后进行数据分配的高速模式进行通信。

在本发明的另一个方面中，所述基站的集中控制部包括：对所述基站的多个无线通信部分配运行信道的信道追加单元；切换所述多个无线通信部的运行信道的单元；停止所述多个无线通信部的运行信道的单元；对所述多个终端进行信道的分配判定的单元；向所述多个无线通信部进行发送数据的分配处理和数据发送命令的单元；对所述多个无线通信部接收到的数据进行集约及整理的单元。

另外，该集中控制部的信道追加单元包括：从未开始运行的该多个无线通信部中选择一个无线通信部的处理；对该无线通信部进行运行开始请求的处理；以包括该无线通信部运行的信道号码和发送功率信息的形式向该无线通信部通知管理信息的处理；以及从该无线通信部接收运行准备完成通知的处理。

另外，本发明的特征在于，该集中控制部切换运行信道的单元包括：根据白色空间信道的列表判定切换后的信道的处理、命令所述无线通信部发送指定了切换后的信道的切换请求消息的处理，该无线通信部包括对所述多个或者一个终端站进行广播或者单播发送的处理、向该集中控制部通知信道切换完成通知的处理。

本发明的特征在于，该集中控制部停止运行信道的单元包括：根据白色空间信道的列表判定信道的运行停止的处理、命令所述无线通信部进行停止请求消息的发送的处理，该无线通信部包括：对所述多个或者一个终端进行广播或者单播发送的处理、对该集中控制部进行停止完成通知的处理。

本发明的特征在于，所述停止请求，将停止请求消息或者所述信道切换请求消息的切换后的信道设为NULL而进行发送。

该集中控制部进行数据集约及整理的单元包括：在鲁棒模式时，在该多个无线通信部接收到的数据中选择一个正常接收到的数据，然后排列数据的顺序的处理；在高速模式时排列该多个无线通信部接收到的数据的顺序的处理。

本发明的特征在于，所述终端的集中控制部包括：

对所述终端的多个无线通信部进行运行开始命令的信道追加单元；切换所述多个无线通信部的运行信道的单元；停止所述多个无线通信部的运行信道的单元；对所述多个无线通信部进行发送数据的分配处理和数据发送命令的单元；对所述多个无线通信部接收到的数据进行集约及整理的单元。

本发明的特征在于，该集中控制部进行运行开始命令的信道追加单元包括：从该多个无线通信部中选择一个无线通信部的处理；对该无线通信部进行基站检索(搜索)命令的处理；接收该无线通信部发现了基站时的基站检测通知的处理；判定该基站与其它运行中的无线通信部所连接的基站是否相同的处理；在该判定处理为真时对该无线部进行连接处理继续命令，并接收该无线通信部完成同步的通知的处理；登记包括以新的信道开始与该基站连接的处理；在所述基站一致判定处理为假时向该无线通信部发送基站不一致通知，继续检索基站的处理。

本发明的特征在于，该集中控制部切换运行信道的单元包括：从所述无线通信部接收来自所述基站的信道切换请求接收通知的处理；认可该无线通信部进行信道切换并进行切换命令的处理；接收该无线通信部完成了信道的切换的通知的处理。

本发明的特征在于，该集中控制部使运行停止的单元包括：从所述无线通信部接收来自所述基站的运行停止请求接收通知的处理；认可该无线通信部停止运行并进行停止命令的处理；接收该无线通信部完成了运行停止的通知的处理。

发明效果

根据本发明，在利用白色空间的多信道无线通信系统中，能够实现多条频率信道的动态的运行，而且在不对一次系统形成干扰的情况下实现高速的鲁棒性的通信。

附图说明

图1是有关以往及本发明的一实施方式的多信道无线通信系统的结构图。

图2是有关以往(802.22系统)及本发明的实施方式的多信道无线通信系统的基本动作处理的流程图。

图3是有关以往及本发明的实施方式的多信道无线通信系统使用的无线帧的结构图。

图4是表示实施例1的多信道无线通信系统的BS2与CPE7的通信的示意图。

图5是在实施例1～4的多信道无线通信系统中使用的MACPDU的格式。

图6是实施例1的BS2的CAM41的信道分配动作的流程图。

图7是实施例1的CPE7的CAM81的信道分配动作的流程图。

图8是实施例1的BS2和CPE7的信道追加处理的流程图。

图9是实施例1的BS2和CPE7的信道切换处理的流程图。

图10是实施例1的BS2和CPE7的信道停止处理的流程图。

图11是实施例2的多信道无线通信系统的BS120的功能框图。

图12是实施例2的CPE170的功能框图。

图13是实施例2的BS120的初始化处理的流程图。

图14是实施例2的CPE170的初始化处理的流程图。

图15是实施例3的BS220的运行信道发现处理的流程图。

图16是实施例3的步骤S54的信道协商的消息的流程图。

图17是实施例4的BS2和CPE7之间的信道追加处理的流程图。

图18是实施例4的BS2和CPE7之间的信道追加处理的另一流程图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

另外，在下面的说明中参照的各个附图与其它附图相同的部分用相同的标号表示。

实施例1

图1表示本实施例1的多信道无线通信系统的整体结构的一例。该多信道无线通信系统假设是对802.22的应用(修订)，基本结构与以往相同。但是，BS2、CPE7a、7b具有以多条信道同时进行收发等与以往的BS、CPE不同的结构。将CPE7a、7b统称为CPE7。

图4是表示本实施例1的多信道无线通信系统的BS2与CPE7的通信的示意图。

BS2具有多个无线通信部(BS-CHU)13a、13b、和进行这些BS-CHU的控制等的信道单元控制部(CHU-M)14。另外，在BS-CHU13和CHU-M14分别设有单元间I/F16、15，以便连接BS-CHU13和CHU-M14。CHU-M14还具有用于连接因特网(WAN)的因特网连接I/F17。

BS-CHU13具有与以往的802.22-2011一样的、以具有规定的频带宽度(例如5MHz)的一条频率信道来收发无线信号的能力。另外，优选各CHU使用的信道的频率是可变(可编程)的。其中，由于白色空间的频率比较广泛，因而也可以构成为将该频带进行分割，各CHU能够在一个分割频带的范围内改变频率信道。各CHU13使物理层(superframe(超帧)、frame(帧)、TDD)的定时同步地进行动作。

CHU-M14管理来自因特网的下行数据(数据平面)对CHU的分配，并生成MAP信息。并且，对来自CPE的上行数据(数据平面)进行缓存，并进行顺序整理或选择等。CHU-M14具有(未图示)：信道分配部(BS-CAM：BS-Channel Allocation Manager，BS信道分配管理器)41，对各个BS-CHU13分配运行信道；CPE管理部42，保存与BS2连接的CPE的信息，并管理CPE的状态。

单元间I/F15、16都是逻辑上的要素，不一定具有硬件。

CPE7的结构除细节部分外与BS2一样，具有多个CPE-CHU71。

CPE-CHU71所需要的发送功率比BS的BS-CHU13低，容易设为全频段的硬件。

CHU-M72具有对各个CPE-CHU71分配运行信道的信道分配部(CPE-CAM)81(未图示)。

BS-CHU13及CPE-CHU71也可以是被用作在MAC层处理中作为进行一信道量的无线处理的单位的软件上的实体。BS-CHU13和CPE-CHU71分别具有固有的CHUID(CHU-Identification)。

在本实施例1中，在关注于任意的BS与其小区内的一个CPE的组时，假设各个CHU是一对一连接的。即，一个CHU不会同时和多个CHU成为连接状态。并且，在BS与CPE的通信中同时使用的信道数量是由BS和CPE各自的CHU数量中较少一方限制的。

作为在多信道中的数据传输的方式有以下三种：在连接状态的多个(全部)CHU的对(pair)中收发相同数据的鲁棒模式，将数据分配到任意的对中进行收发的分散模式，以及自适应地选择上述两个模式的自适应模式。

图5表示在本例中进行多信道的数据传输时使用的MAC PDU的格式。MAC PDU(Protocol Data Unit：协议数据单元)是构成图3所示的各burst(脉冲串)的数据的单位。换言之，burst由一个或多个MAC PDU构成，这些burst被配置在OFDM的子信道及码元(symbol)上。802.22的MAC PDU基本上由规定长度(对于Generic MAC header是32比特)的MAC header、紧接其后的可变长度的MAC payload(有效载荷)、紧接其后的32比特的CRC(Cyclic Redundancy Check：循环冗余校验)代码构成。在MAC header和MAC payload之间能够设置子标题(sub header)，CRC在能够利用其它的误码保护(check vector等)时不是必须的。

在本例中，如图5所示，在多信道动作过程中进行通信的MAC PDU中，在相当于子标题的位置通常设有Aggregation Header(集约头)。Aggregation Header是在管理被集约的数据序列及集约类型时使用的，利用如表1所示定义的格式通知接收侧。

[表1]

其中，Aggregation Type的分集模式(Diversity mode)(0x01)对应于上述的鲁棒模式，批量传输模式(Bulk transmission mode)(0x02)是使多条信道看起来如同在一条较宽频带传输路径中的模式，对应于上述的分散模式。Aggregation ID在每当新生成该Aggregation header时递增1，在到达上限的8191时返回为0(在16比特中，上位3比特是为以后预留的)。另外，分集模式(Diversity mode)中的Aggregation ID相对于从多条信道被冗余地发送的源相同的PDU是相同的值。另外，Aggregation Header基本上被附加在多信道动作过程中从BS或CPE发送的所有的PDU中，但也存在如果以一个PHY帧最少发送一次即可实现该目的的情况。例如，也可以仅附加在各burst的开头的PDU中，在发送到诸如不需要识别多信道动作或者不能识别多信道动作的(以往的802.22系统)的接收侧的burst的MACPDU中不需要。

图6是表示本实施例1的BS-CAM41的信道分配动作的流程图。为了进行多条信道的分配，新定义了信道追加处理(CAM-ADD)、信道停止处理(CAM-STP)及信道切换处理(CAM-SWH)这三个基本功能。如后面所述，在BS和CPE之间相互传递或者单向地发送规定的消息等，由此实现这三个功能。BS-CAM41主导地进行运行信道确定、以及之后三个功能中的某一个功能的执行。

在BS2中，成为BS-CAM41的运行信道确定(即信道的追加、停止和切换)的契机的是在通过DB访问、感知、CPE感知结果的接收而发现了WSCH的变更时、和仅在所设定的时间特定的信道能够使用这样的调度。但是，即使是存在这些契机，BS-CAM41也有可能确定为不变更运行信道(即，既不追加也不停止也不切换)。例如，即使是残留有能够对多信道运行分配的备份或者候选信道，如果当前只存在一个具有多信道运行能力的CPE，则不需要再追加运行信道。另外，CPE的多信道运行能力可以根据CBC-REQ消息(后述)从CPE得知。

图7是表示本实施例1的CPE-CAM81的信道分配动作的流程图。CPE-CAM81与BS-CAM41一样也具有信道追加处理、信道停止处理、及信道切换处理这三个功能。但是，这些功能许多是按照来自BS-CAM41的指示执行的。

即，信道切换处理是在接收到来自BS的控制消息(管理消息)之一的切换请求(CAM-SWH)时执行的。

信道停止处理是在接收到控制消息之一的停止请求(CAM-STP)时、通过自身的感知而检测到一次系统时、或被确定为根据调度而应该停止的信道时执行的。

信道追加处理是在根据调度判定为能够在某条信道开始运行时、从CHU71接收到BS丢失消息(即存在与BS是非连接状态的CHU)时、或接收到控制消息之一的集约信息(CAM-AIF)时(未图示)执行的。

图8是在本实施例1的BS2和CPE7之间执行的信道追加处理的流程图。

作为步骤S1，BS2的BS-CAM41选择成为信道追加处理的对象的CHU。该CHU从BS2的BS-CHU13中选择当前未使用(未分配)、而且硬件与想要分配的信道的频率对应(accept)的BS-CHU13。另外，该步骤S1的一部分也可以包含在图6的运行信道确定中。

作为步骤S2，BS-CAM41向所选择的BS-CHU13发送CHU运行开始请求。CHU运行开始请求可以包括信道频率(中心频率)和其偏置等有关物理层的各种参数、MIB信息的一部分(例如软件版本信息等)。

作为步骤S3，BS-CHU13向BS-CAM41发送开始请求接收应答。在开始请求接收应答中可以包含在CHU-M中所需要的CHU固有的MIB的信息(例如，CHU的序列号或者设备ID等)。另外，在由于版本的不一致等而不能接收到开始请求时，应答错误。

作为步骤S4，BS-CAM41向BS-CHU13发送管理信息通知。管理信息通知主要包括由BS-CAM41维护、BS-CHU13所需要的MIB的信息，也可以包含用于确定BS-CPE之间的连接的ID(与信道频率对应的carrier index(运营商索引))等。另外，如果BS-CHU13具有MAC层功能的一部分功能，则需要Station ID(站ID)和BS2的MAC地址等在MAC中使用的MIB的信息。

若步骤S2～S4的三方向的通信成功，则作为步骤S5，BS-CHU13进行存储在步骤S4接收到的管理信息的处理。所存储的信息(MIB的信息)的一部分马上体现在CHU的各个部分中，或者转变状态被初始化。

作为步骤S6，BS-CHU13进行频率设定处理。因此，在步骤S2或者S4接收到的中心频率及其偏置被体现在BS-CHU13的局部振荡器中。

作为步骤S7，BS-CHU13进行CHU同步处理。该处理是在无线通信系统内的多个BS之间使超帧、帧、TDD的定时同步的网络同步用的处理，以在从GPS等取得的UTC时刻的各部分的开头使超帧同步为基础。结果使得运行中的CHU彼此相互同步。

若步骤S5～S7的处理成功，则在步骤S8，BS-CHU13向BS-CAM41发送运行准备完成通知。另外，当在中途失败时发送表示错误的应答。

在步骤S8之后，作为步骤S9，周期地发送包括SCH的无线帧。SCH包括BS2的MAC地址即BS_ID，另外也可以包括表示从哪个BS-CHU13发送的、新定义的约2比特的CHID(信道ID)。

另一方面，在CPE7侧无论步骤S1～S8的进展如何，都进行下述的处理。

首先，作为步骤S11，CPE7的CPE-CAM81选择成为信道追加处理的对象的CHU。在多数情况下，该处理是在当CPE7中产生了BS丢失状态的CPE-CHU71的情况下开始的，因而选择该CPE-CHU71。

作为步骤S12，CPE-CAM81向所选择的BS-CHU13发送BS搜索命令。BS搜索命令包括指定一条或者多条信道进行搜索的命令、和在CHU对应的所有频率中进行搜索的命令。在根据扩展后的DCD消息等判明是BS2使用中且未连接的信道的情况下或者能够根据备份信道进行估计的情况下，也可以指定该信道。另外，不搜索已经由其它的CPE-CHU71使用的信道，以防止重复。并且，将通过以前的搜索等判明其它的BS在使用的信道的搜索设为最低的优先度。

作为步骤S13，接收到BS搜索命令的CPE-CHU71尝试以搜索对象的频率检测来自BS的无线信号(前置码及SCH)。在能够检测出规定的信号强度以上的强度的情况下，作为步骤S14，向CPE-CAM81发送BS检测通知。在该通知中包含对SCH进行解码得到的BS-ID。

作为步骤S15，CPE-CAM81判定是否还有其它正在动作中(与任意一个BS是连接状态的)CHU。当在该时刻不存在动作中的其它CHU的情况下，不属于信道的追加(多信道动作)情况，因而与以往的IEEE802.22一样进入同步处理(后述的步骤S18)。

作为步骤S16，当存在动作中的CHU的情况下，判定该CHU的连接对象是否与在步骤S13示出的BS相同。

在不一致的情况下，作为步骤S17，CPE-CAM81向CPE-CHU71发送BS不一致通知作为BS检测通知的应答。由此，CPE-CHU71再次开始剩余的对象频率的搜索。或者，返回到步骤S12，CPE-CAM81向CPE-CHU71发送用于指定其它搜索对象的频率的新的BS搜索命令。

当在步骤S16判定为一致的情况下，作为步骤S18，作为BS检测通知的应答，根据需要发送继续通知。

作为步骤S19，接收到继续通知的CPE-CHU71以检测出SCH的频率继续执行同步处理。步骤S19包括检测FCH和DS-MAP并进行解码来取得下行流的参数的狭义的同步处理、以及接收UCD(Upstream Channel Descriptor：上行流信道描述符)消息并得到上行流的参数的处理、调整TDD的定时的测距(ranging)处理。

然后，作为步骤S20，CPE-CHU71向CPE-CAM81发送同步完成通知作为对继续通知的应答。由此，CPE-CAM81能够识别出对于一个BS2吊挂了多个CHU(成为多信道)，作为步骤S21，CPE7向BS2发送用于请求已成功多信道化(aggregation)的登记的通知。另外，该登记请求包括能够确定构成多信道的各个信道的号码(carrier index或CHID等)，还包括通信模式的指定(鲁棒、分散、自适应各模式中的哪种模式)。CPE如果对接收质量不满意，则能够指定可以期待分集效应的鲁棒模式，如果对通信速度不满意，则能够指定分散模式。

作为步骤S22，正常接收到登记请求的BS2的CPE管理部42返回登记完成通知。由此，信道追加处理结束，以后按照所指定的模式在BS2和CPE7之间进行数据的通信。

另外，CPE13虽然处于能够在多信道化之前通过管理即SNMP传递MIB信息的状态，但是如果存在所追加的信道固有的MIB信息或必要的设定文件，则也可以在管理消息中明确通知其取得已完成、因此有关该追加的信道的登记已完成。

图9是本实施例1的在BS2和CPE7之间执行的信道切换处理的流程图。

作为步骤S31，BS2的BS-CAM41向成为信道切换的对象的BS-CHU13发送CH切换请求。该BS-CHU13必须与切换对象的信道频率对应(accept)。

作为步骤S32，正常接收到CH切换请求的BS-CHU13设定信道切换定时器。BS-CHU13始终计数帧号码，定时器的设定意味着确定进行切换的将来的帧号码。

作为步骤S33，BS-CHU13向CAM发送CH切换请求的接收应答。并且，在下行流中发送CH切换请求。另外，该CH切换请求是管理消息的一种，与单纯的装置内的信号即步骤S31的CH切换请求不同。管理消息具有从规定的类型字段开始的数据结构，通过广播连接而传输给所有的CPE。各CPE原则上必须接收所有的管理消息并进行解释。

作为一例，本实施例1的CH切换请求是在IEEE802.22-2011规定的ManagementMessage Type＝26的CHS-REQ消息中追加如在DREG-CMD消息中所具有的表示切换对象的信道号码的字段或者信息要素而新定义的，也具有用于确定切换对象的(当前的)信道的信息、表示切换前的剩余帧数的Switch Count(切换计数)字段。表示信道号码的信息要素既可以是信道号码(carrier index)自身，也可以是其它的管理消息即DCD(DownstreamChannel Descriptor)消息中包含的、表示在备份和候选列表中是第几个信道的要素。另外，用于确定切换对象的信道的信息也可以是信道号码自身，还可以是识别BS侧的CHU与CPE侧的CHU的连接(对应)的ID(CHID等)，也存在用SID(Station ID)、CID(Connection ID)等替代的情况。

另外，DCD信道信息要素也可以追加包括与该CH切换请求一样的字段或者信息要素。另外，在仅采用分散模式并按照每条信道来区分管理消息的情况下，不一定需要用于确定切换对象的信道的信息。

作为步骤S34，正常接收到CH切换请求的CPE7的CPE-CHU71设定CH切换定时器。

作为步骤S35，CPE-CHU71通知CPE-CAM81接收CH切换请求。

作为步骤S36，已掌握此后将产生信道切换的CPE-CAM81在切换对象的信道没有问题时，进行切换认可(命令)。

作为步骤S37，接收到切换认可的CPE-CHU71在上行流中朝向BS2发送接收应答，作为对步骤S33的CH切换请求的应答。该接收应答也是管理消息的一种，在本实施例1中新定义使用与Management Message Type＝27的CHS-RSP消息相似的消息。

作为步骤S38，在到达被设定了CH切换定时器的帧号码并启动(ignite)时，BS-CHU13进行信道切换。即，在帧的边界(RTG)的时间内变更运行参数，将局部振荡器的频率调谐为变更对象的信道。在大多数情况下，信道切换是迫于需要让出当前的信道而进行的，因而即使从哪个CPE都未接收到S37的接收应答时，也断然执行信道切换。

与步骤S38同时，作为步骤S39，在CPE7中根据定时经过而进行信道切换。

然后，作为步骤S40，BS2的BS-CHU13向BS-CAM41发送切换完成通知。这表示在物理层中完成了切换(局部振荡器的频率已锁定等)。

然后，作为步骤S41，BS-CHU13发送SCH、DS-MAP、DCD、UCD。

然后，作为步骤S42，CPE7的CPE-CHU71接收包括SCH的帧，在能够正确接收到上述SCH等时，向CPE-CAM81发送切换完成通知。该切换完成通知意味着在MAC层大体完成了切换。

最后，作为步骤S43，CPE-CHU71朝向BS2发送切换完成通知(CHS-CPLT)。该切换完成通知是管理消息的一种，在本实施例1中新定义了与CHS-RSP消息相似的消息，接收到该消息的BS2的CPE管理部42更新所保存的CPE的信息。

另外，在上述的信道切换处理中，也可以在CAM进行定时器的管理。例如，也可以是，CPE-CAM81接收步骤S33的CH切换请求，并命令CPE-CHU71进行定时器设定。

图10是本实施例1的在BS2和CPE7之间执行的信道停止处理的流程图。

作为步骤S51，BS2的BS-CAM41向成为信道停止的对象的BS-CHU13发送CHU停止请求。

然后，作为步骤S52，接收到CH停止请求的BS-CHU13设定运行停止定时器。在此，定时器的设定意味着确定进行停止的将来的帧号码。

然后，作为步骤S53，BS-CHU13向BS-CAM41发送CH停止请求的接收应答。并且，在下行流中发送运行停止请求。另外，该CH停止请求是管理消息的一种，在本实施例1中定义如下所述的新的消息(CHOS-REQ)：在Management Message Type＝21的DREG-CMD(De/Re-Register Command)消息或者CHS-REQ消息中追加了Switch Count字段或者Next ChannelNumber字段、和用于确定停止对象的信道的信息。DREG-CMD用于使所有CPE马上停止在当前的运行信道的发送等，在发出用于许可在该频率的发送的新的DREG-CMD之前不能从任何CHU进行发送，以便保护一次系统。另外，Management Message Type＝28的CHS-REQ消息意在设置临时的静默期间(QP)。与此相对，本例的运行停止请求具有仅将特定的CHU从CAM断开(释放)的意图，也不在运行信道中进行接收。该CH停止请求也可以通过对在图9的信道切换处理中使用的管理消息的CH切换请求指定Null作为切换对象的信道号码来实现。

然后，作为步骤S54，接收到运行停止请求的CPE-CHU71根据用于确定该请求所示出的停止对象的信道的信息，判定该请求是否是发给自己的，在是发给自己时与步骤S52一样地设定运行停止定时器。

作为步骤S55，CPE-CHU71通知CPE-CAM81接收运行停止请求。

作为步骤S56，已掌握到此后将产生信道运行停止的CPE-CAM81进行停止认可及请求。

作为步骤S57，接收到停止认可及请求的CPE-CHU71在上行流中向BS2发送运行停止接收应答，作为对步骤S53的运行停止请求的应答。该接收应答也是管理消息的一种，在本实施例1中新定义使用与CHS-RSP消息等相似的消息。

作为步骤S58，在到达设定了运行停止定时器的帧号码并启动时，CPE-CHU71停止运行。即，停止一切的发送及接收，也忘记运行信道。

与步骤S58同时，作为步骤S59，在BS2的BS-CHU13中根据定时经过而停止运行。

最后，作为步骤S59，已完成运行停止的CPE-CHU71和BS-CHU13向CPE-CAM81和CPE管理部42发送运行完成通知。

运行停止的CHU以后可能成为CHU追加处理的对象。

另外，在上述的信道停止处理中，也可以在CAM进行定时器的管理。

如上所述，在本例中(仅)在切换源的信道中发送CH切换请求，(仅)在停止对象的信道中发送运行停止请求。即，为了进行切换及停止，不会强迫在未成为该切换或停止的对象的信道中接收管理消息，也不会对信道设定主从关系。由此，与如专利文献1那样仅在BS确定的特定的一条控制信道(主载波)中进行收发管理消息的情况相比，具有对于不能接收这样的控制信道的环境中的CPE也能够可靠地实施信道切换和停止的优越性。

实施例2

图11是本实施例2的多信道无线通信系统的BS120的功能框图。在图12中一并示出了本实施例2的多信道无线通信系统的CPE170的功能框图。在本例中对实施例1中未提及的安装的细节部分等进行说明，只要没有特殊说明，就是沿用实施例1的结构和功能。在图11、图12中，与图4相比更有意地表述硬件。

如图11所示，BS120具有多个BS-CHU130a、130b(统称为130)、CHU-M124、和感知部125。

CHU-M124具有：信道分配部(CAM：Channel Allocation Manager)41，对各个BS-CHU130分配运行信道；CPE管理部42，保存与BS2连接的CPE170的信息并管理CPE的状态；管理信息处理部(MIB)43；DB访问控制部44；通信数据控制部45；感知控制部46。

信道分配部(BS-CAM)41是与在实施例1中叙述的BS-CAM对应的、进行信道管理的部分，与CPE之间相互通信规定的管理消息，并进行信道追加、停止、切换处理，实现多信道MAC。BS-CAM41至少掌握有关自己的BS120的各个BS-CHU13的频率对应状况、使用状况、转变状态等，进行诸如分配与BS-CHU对应且位于WSCH列表中的频率的管理、和SCH、DCD的生成等信道描述符管理。并且，BS-CAM41也具有上位层(Network Control and ManagementSystem：网络控制和管理系统)侧的功能，对运行信道确定产生影响。

CPE管理部42将在管理消息等中取得的与BS120连接的所有CPE170的最新的信息保存在表中，并对来自其它方面的查询做出响应。在表中，按照每个CPE保存用于确定CPE的ID、Device ID或序列号或station ID中任意一项、CPE170(CPE的CHU-M)的MAC地址等每个CPE固有的信息、CHU的数量、每个CHU的ID(CHUID)或者信道号码和状态。状态包括停止中、同步(连接)中、是否managed node的区分、是否被多信道化、以及被多信道化时的模式等信息。各个CPE的CHU的信息是能够掌握的范围内的信息，例如不需要包含连接其它基站的CHU。

CPE管理部42根据这些信息，在BS进行多信道动作时，按照每个CPE进行向信道分配或复制数据的控制(信道调度)。

管理信息处理部43使用SNMP(Simple Network Management Protocol：简单网络管理协议)等将MIB的信息维持为最新状态，并对来自其它方面的查询做出响应，或者直接从硬件得到并提供。另外，将利用SNMP来保持MIB的更新的BS或CPE称为managed node(管理节点)。

DB访问控制部44使用PAWS(Protocol to Access White Space database：访问白色空间数据库协议)等自己发现因特网上的DB服务器6并进行访问，取得WSCH列表，将自己占用的信道和检测出一次系统的信道通知DB服务器6。这些信息被适当体现在管理信息处理部43的MIB中。

通信数据控制部45进行与数据(数据平面)的类(class)对应的队列、发送顺序、流程的控制、缓存，并与管理平面、认知平面的通信数据(管理消息等)一起进行MAP分配。通过MAP分配而确定的映射的信息成为DS-MAP、US-MAP等管理消息，与对应的通信数据一起输出给BS-CHU130。上行子帧的MAP分配是根据来自各CPE的频带请求或接收状态等进行的。在多信道运行过程中进行横穿多条信道的分配处理。即，根据规定的调度规则和多信道通信模式确定在哪条信道的哪个脉冲串中记述多少各个队列或者各个CPE的数据。另外，也可以在通信数据控制部45进行从多个BS-CHU130接收到的上行数据的集约和整理(冗余包的废弃)，但也可以在MAC层中位于更上位侧的convergence sublayer进行处理，或在更上位的层中进行处理。

感知控制部46作为SM(频谱管理器)及其上位层发挥作用，根据频谱感知自动机(automaton)(SSA)控制感知部125等进行感知(Out-of-band感知)。在In-band感知中主要使用从BS-CHU130得到的信息(UCS等)。根据这些感知信息更新用于保存可用(Available)信道的分类的信道列表。在该列表中，可用信道被分类为“Disallowed”(禁止)、“Operating”(运行)、“Backup”(备份)、“Candidate”(候选)、“Protected”(受保护)、“Unclassified”(未分类)中任意一类。

感知部125具有信号接收部和信号分析部，对感知控制部46提供作为物理层的频谱感知功能。

本例的BS-CHU130分别具有MAC处理部131、PHY处理部132、收发部133、管理信息处理部134、单元间I/F135、天线136。各个BS-CHU130具有固有的CHUID。

MAC处理部131进行一信道量的低级别MAC处理。该MAC处理包括：根据从通信数据控制部45得到的表示MAP分配的信息，对来自CHU-M的MAC PDU或者脉冲串单位的通信数据进行MAC帧化的处理及其相反的解帧化处理等、基于来自CHU-M的指示的处理或安全层处理等。

PHY处理部132由数字信号处理装置构成，从MAC处理部131接收MAC帧进行信道编码、脉冲串调制、物理帧化、OFDM调制、D/A变换后输出给收发部，并且进行这些处理的逆处理。根据需要，PHY处理部132也进行MIMO或自适应天线的处理。

收发部133由高次谐波装置等构成，进行无线频率和中间频率的变换、发送信号的功率放大、发送功率的控制、接收信号的放大、接收功率的测定、接收增益的控制等。

MAC处理部131～收发部133的发送用的处理是以从通信数据控制部45接收到匹配的信息为契机而进行的，能够将该信息视为发送命令。

管理信息处理部134对MAC处理部131、PHY处理部132、或收发部133提供MIB信息等，或者从它们取得MIB信息等，与管理信息处理部43协作来管理MIB。作为应由管理信息处理部134保存的MIB信息，包括表示信道号码(carrier index)与实际的载波频率的对应关系的表。管理信息处理部134除保存对MIB定义的信息以外，与信道单元或者频率无关地，也保存正确管理发送功率和天线的指向性等所需要的信息等，并控制PHY处理部132。例如，预先保存各个信道单元固有的特性(可用频率范围、及该范围的各信道频率的增益及延迟等的值。也包括连接信道单元和天线的供电电线的特性)，利用该信息进行补偿或对MAC层的通知。另外，也保存收发部的性能不足、以后的使用被禁止或者发送功率受限制的信道的信息等，并通知MAC层。

GPS单元除了提供从DB服务器6取得WSCH列表时所需要的BS2的地理位置信息以外，也能够作为用于使多个BS同步的高精度的时钟、高精度的频率源进行动作。

另外，在本例中，对每个CHU设置天线135，但不限于此，也可以使用CIB(ConstantImpedance Band-pass)共用器或巴特勒矩阵(Butler matrix)来共用天线。

另外，关于图12所示的CPE170的结构，概略地讲，除不具备CPE管理部以外，其余与BS120相同。

下面，图13和图14表示本例的BS120和CPE170的初始化处理。

本例的BS120的初始化处理如图13所示新设计了以下步骤：在一次系统检测处理之后或者初始化处理的最后，将可用的TV信道的列表提示给上位层的步骤(S69)，在该提示后开始多信道动作的步骤(S70)，这些与802.22的初始化处理不同。

首先，在步骤S61，由专家安装BS120。

然后，在步骤S62，取得包括天线增益表的天线信息。天线增益表被保存在管理信息处理部41的MIB中，如果未保存，则从天线(天线单元)通过串行通信来取得。

然后，在步骤S63，确定BS120的地理位置(WGS 84测地系统的经度和纬度)。

然后，在步骤S64，判定在BS120的服务区域中是否存在(能否访问)WSDB。在判定为不存在时，在步骤S65，BS120的频谱管理器(感知控制部46)视为在初期能够利用所有的信道。

在判定为存在时，在步骤S66，根据M-DB-AVAILABLE-REQUEST等原语，从WSDB接收初期能够利用的信道列表(WSCH列表)。

然后，在步骤S67，BS120的操作者在需要时将初期能够利用的信道中的一部分信道设为不能利用。

然后，在步骤S68，在所有的能够利用信道中实施已有系统的检测，并且与相邻的其它BS进行网络同步。

然后，在步骤S69，BS120的频谱管理器在上位层(Network Control andManagement System)中使用M-AVAIL-TV-CH-REPORT本原(primitive)信息提示可用信道列表，以便选择一条或多条运行信道。本例中的M-AVAIL-TV-CH-REPORT.request原语的格式如表2所示。

[表2]

M-AVAIL-TV-CH-REPORT.request原语在进行不许可信道指定或者运行信道选择的某个请求时使用，具有比802.22更扩展的mode参数，在以单载波运行起动时指定mode＝2，在以多载波运行起动时指定mode＝3。然后，将使用M-OPERATING-TV-CH或者M-OPERATING-TV-CHS原语从上位层选择的一条或者多条运行信道通知频谱管理器，并体现在MIB中。本例中的M-OPERATING-TV-CHS.indication原语的格式如表3所示。

[表3]

The M-OPERATING-TV-CHS.indication原语是在上位层中基于如下目的使用的：每当频谱管理器请求在多信道运行模式时从可用信道列表中选择的多条运行信道时进行应答。多条运行信道利用在M-AVAIL-TV-CH-REPORT.Request中提示的可用信道列表中表示从开头起第几条信道的数字(Channel_Number)表示。

上位层从可用信道列表中任意选择运行信道，但是优选根据频谱感知的结果选择在设于BS的各CHU的硬件中实际能够使用的、干扰的可能性最小的信道。也可以是，频谱管理器在被上位层拒绝了多信道运行的情况下，重新发行mode＝2的M-AVAIL-TV-CH-REPORT原语，并接受一条运行信道。

最后，在步骤S70，开始在所选择的运行信道中的单载波运行或者多载波运行。

CPE170的初始化处理如图14所示新设计了如下步骤(S75)：在得到了基于物理层的相同类型(具有兼容性)的802.22的服务广告、接收信号强度、感知的结果后、或者GPS位置信息取得完成以前，选择在设置时或者起动时的802.22的服务，这一点与以往的802.22的初始化处理不同。

首先，在步骤S71，CPE170实施自检。

然后，在步骤S72，与在BS的步骤S62一样取得自己的天线增益信息。

然后，在步骤S73，感知BS的WARN服务并进行同步。在该步骤，感知线程也开始发送中的已有系统(电视机)的检测。

然后，在步骤S74，CPE170的频谱管理器将感知结果提示给上位层(应用层)。具体而言，频谱管理器的频谱感知自动机(SSA)发行M-WARN-SERVICE-REPORT原语，对应用请求从可用WARN服务列表中选择多条信道。M-WARN-SERVICE-REPORT.request原语包括列表，在该列表中包括可用WARN服务、其频率信道、接收信号强度(RSSL)。

然后，在步骤S75，应用在需要进行多载波运行的情况下，根据所提示的感知结果(在该区域中确定的可用BS和已有系统的存在)，从可用BS中选择多个WARN服务。即，该应用决定是多载波运行还是单载波运行。例如，能够按照CHU的设置数量优选地选择与多信道对应的喜服务，或进行与其相反的选择。

并且，作为对M-WARN-SERVICE-REPORT.request的应答，向SSA发行包括所选择的多条信道的信息在内的M-WARN-SERVICES-RESPONSE原语。本例中的M-WARN-SERVICES-RESPONSE.indication原语是将应答一条选择信道时的M-WARN-SERVICE-RESPONSE扩展并重新定义的信息，其格式如表4所示。

[表4]

在本例中利用信道号码表示选择信道。

在接受选择信道后，SSA在选择信道及其相邻信道中更加严格地重新进行感知，检测较弱的已有服务是否未被选择信道的WARN服务遮蔽。

然后，在步骤S76，使用GPS收集有效的地理位置数据。如果数据收集失败，CPE不能继续进行初始化。

然后，在步骤S77，从所选择的WARN服务中取得下行流及上行流的参数。

然后，在步骤S78，如果需要，使CPE的天线的方位(放射光束方向)朝向BS的方向、或者朝向能够进一步降低给予干扰或被干扰的方向。调整后的方位的角度(设正北方为0度以顺时针计)体现在MIB中，也被BS侧知道。

然后，在步骤S79，判定是否选择信道中的一条(信道N)及其相邻信道感知标准(sensing criteria)合格，而且能够进行测距请求的定时的检测成功。如果未在规定时间内成功，CPE从最初开始重新初始化。

在判定为成功的情况下，在步骤S80，CPE与BS实施初始测距。

然后，在步骤S81，CPE利用CBC-REQ消息向BS发送自己的基本能力(basiccapabilities)。CBC-REQ(CPE Basic Capability REQuest)消息是原则上仅在CPE的初始化时传输的、Management Message Type＝19的管理消息(后述)，该基本能力包括从CPE发送的最大的EIRP、CPE所对应的调制方式、是否具有多信道运行能力等CPE支持的物理参数。多信道运行能力如表5所示新定义为被称为“Multi-channel operation supported”的信息要素。

[表5]

另外，在此即使CPE发送了0x01，至于实际是否发挥多信道运行能力，由CPE裁量。例如，基于节能的目的，在图7的S11，即使存在BS lost状态的CPE-CHU，也能够不设为信道追加处理的对象。

然后，在步骤S82，上位层的AAA(Authentication，Authorization，andAccounting)服务尝试进行CPE的验证。

在验证失败时，在步骤S83，CPE记录该验证拒绝的结果，暂时不考虑拒绝了该验证的BS。在BS侧，也将测距成功时进行的CPE的临时登记取消。

在验证成功时，在步骤S84，AAA实施BS-CPE之间的密钥交换。

然后，在步骤S85，通过收发REG-REQ/RSP消息来实施CPE的登记。在从CPE发送给BS的REG-REQ消息中包含CPE的地理位置的测定结果即NMEA0183格式的字符串、表示是否支持ARQ等的CPE能力的信息要素。

BS的频谱管理器判定NMEA字符串是否有效，如果有效，则返回包括与CPE能力对应的CPE设定(IP的版本、在预备的管理用连接中使用的IP地址等)在内的REG-RSP(步骤S85a)。如果无效，则初始化失败(步骤S85b)。然后，CPE将用REG-RSP指定的CPE设定与自己的能力进行对照，如果能够执行CPE设定，则允许接入网络(步骤S85c)。然后，当确认在BS-CPE之间能够进行MIB信息的传递时，登记完成。

然后，在步骤S86，BS向CPE发送包括信道设定的DCD消息。信道设定是频谱管理器管理的信道列表的一部分或者全部用DCD等发送时的称呼方式。此处所讲的“Operating(运行)”是指在发送对象的CPE中也在运行中，不包含正在初始化过程中的信道。因此，发送给CPE的信道设定通常指Element ID＝10的“Backup and Candidate channel list”(备份和候选信道列表)。

然后，在步骤S87，CPE利用DHCP等机制建立IP连接，然后，在步骤S101，利用NTP等机制进行CPE的内置时钟的日期和时刻核对。

然后，在步骤S88，CPE使用TFTP(Trivial File Transfer Protocol：简单文件传输协议)从BS取得包括运行参数的设定文件。

然后，在步骤S89，BS发送DSA-REQ消息，使CPE建立预先提供的服务流程。

最后，在步骤S90，将通过尝试接收从其它BS发送的前置码、SCH、CBP包而发现的相邻网络报告给BS。另外，在运行开始后，也与BS协作执行与S75及S90一样的处理，并设为IDRP(incumbent detection recovery protocol：现任检测恢复协议)体现在DCD消息的信道设置(set)中。

实施例3

在本例中说明在实施例1及2未提及的公平的信道共享用的方案。沿用实施例1的结构和功能。

本实施例1的BS220明确具备自我共存功能部47。自我共存功能部47在基于以往的frame contention等的共存的基础上，还具有新的信道协商功能。信道协商用于消除先开始运行的BS占用多条信道、后起动的BS只能利用一条信道的情况。

为了实现信道协商功能，在MAC层中定义4个新的消息即信道释放请求(CHN-REQ)、信道释放时刻通知(CHN-RSP)、信道释放时刻肯定应答(CHN-ACK)、信道释放完成(CHN-CPLT)。

图15表示本实施例3的BS220的运行信道发现(确定)处理的流程图。

该流程是从收集(多个)相邻小区的信道的利用状况开始的。

首先，在步骤S91，参照WSCH列表，搜索是自己的备份信道、而且未被相邻BS指定为备份信道的信道(排他性备份信道)。

在发现了排他性备份信道的情况下，在步骤S92，与以往一样按照考虑了公平性的频谱规则(spectrum etiquette)进行信道选择处理。

另一方面，在不存在排他性备份信道的情况下，在步骤S93，进行是否自己小区内的服务质量符合满意度、并且是否需要运行信道的判定。满意度SSR(ServiceSatisfaction Ratio)例如被定义为满意的CPE的数量N_sat相对于该小区内的CPE的数量N_CPE的比例，至于是否满意，根据如式1所示对该CPE的业务量(traffic)赋予加权W后的值是否超过该BS能够对每一台CPE提供的传输速率进行定义。

SSR＝N_CPE/N_sat……(式1)

N_sat＝Countif_i[R_i·N_OPE/N_CPE>W_i·λ_i]……(式2)

其中，Countif[]表示括弧[]内的条件式一致的CPE的数量，i是表示CPE的索引的1～N_CPE的整数，N_OPE表示运行信道数，R表示每一信道的(最大)传输速率。如果不考虑BS与CPE之间的距离等，R_i也可以是与CPE无关的常数。

另外，在SSR超过规定的值、而且判定为不需要继续发现运行信道的情况下，结束处理。

然后，在步骤S94，接受在上述步骤S92判定为需要更多的运行信道的情况，判定是否能够进行信道协商。该判定例如是根据是否发现了如下所述的小区而进行的，即：存在以多信道进行动作的相邻小区、而且该相邻小区的CSA(Cell Service Availability)值大于本小区的CSA、而且假设即使该小区将一条信道让给本小区、本小区的CSA也不逆转(不大于进行了协商的相邻小区的CSA值)的相邻小区。CSA值如式3所示被定义为该小区内的各CPE的业务量处理时间之和的倒数。

CSA＝{Σ_i[W_i·λ_i/(R_i·N_OPE/N_CPE)]}^-1……(式3)

因此，为了进行步骤S93和S94的判定，需要事前或者以充分的实时性与相邻BS之间交换SSR、CSA或者进行其计算时使用的值。

然后，在步骤S95，接受被判定为能够进行信道协商的情况，执行信道协商，从协商对象取得(受让)信道。

另一方面，在判定为不能进行信道协商的情况下，在步骤S96，判定是否是应执行以往的自我共存的状况。即，如果N_OPE＝0、而且能够执行SC模式(Self Co-existence mode：自我共存)，则判定为执行自我共存。

如果能够执行SC模式，在步骤S97，执行在IEEE802.22中规定的Self Co-existence。即，任意选择自己的备份信道而且是相邻小区的运行信道的信道，利用被称为ODFC的随机算法取得帧单位的信道运行权，以时分方式实现小区之间的信道共享，或者在能够通过使下行收发期间(DS：Down Stream)和上行收发期间(US：Up Stream)在小区之间同步来避免协商的情况下，由此实现信道共享。

图16表示步骤S94的信道协商中的消息的流程图。依次传递信道释放请求(CHN-REQ)、信道释放时刻通知(CHN-RSP)、信道释放时刻肯定应答(CHN-ACK)、信道释放完成(CHN-CPLT)。这些消息是管理消息，与其利用下行流的脉冲串相比，不如利用SCW(SelfCoexistence Window)进行传输。

也可以是，信道释放请求包括协商源和协商对象的CSA值，接收到信道释放请求的协商对象的BS验证该请求，按照其结果等返回包括表示拒绝的动作代码的信道释放时刻通知(CHN-RSP)。

另外，在本实施例中，在步骤S92和S93使用了SSR和CSA这样的指标，但不限于此。在本例中使用两个指标的意图如下所述。即，因为SSR在特定的CPE的业务量非常大时施加给BS的负荷不是定量地出现的，如果在步骤S93也使用SSR，在信道释放后有可能不能处理本小区的业务。

实施例4

在本例中说明在实施例1和2中在起动时等同时对多个CHU进行初始化处理时的动作、和明确管理消息的格式的示例。只要没有特殊说明，就是沿用实施例1和2的结构和功能。

图17是本实施例4的在BS2和CPE7之间执行的信道追加处理的流程图。

图17的流程在步骤S8之后，追加了判定是否还存在BS-CAM41未使用的BS-CHU的步骤S101，在步骤S16之后，追加了判定是否还存在CPE-CAM81未使用的CPE-CHU71的步骤S102，这一点与实施例1的图8不同。

由此，在BS2侧，在从步骤S2的运行开始请求到步骤S8的运行开始准备完成通知的进程结束后，进行步骤S101的判定，并进入到明确针对另一个未使用的BS-CHU的运行开始请求(S2)。

另外，在CPE7侧，在从步骤S12的BS搜索命令到步骤S18的继续通知的进程结束后，进行步骤S102的判定，并进入到明确针对另一个未使用的CPE-CHU的BS搜索命令(S12)。

另外，可以随意使未使用的CPE-CHU仅进行如BS搜索那样的接收动作，因而在S12也可以一齐对多个未使用的CPE-CHU进行使搜索范围不同的BS搜索命令。从BS检测成功的CPE-CHU开始依次进行步骤S14的BS检测通知，最后检测未成功的CPE-CHU将检测成功的CPE-CHU未搜索的剩余频带追加在搜索范围中。

图18是本实施例4的在BS2和CPE7之间执行的信道追加处理的另一个流程图。

图18的流程是已经至少一个BS-CHU13或CPE-CHU71在运行，并且处于在它们之间能够进行管理消息的通信的状态时的信道追加处理。在步骤S1之前，具有从BS2向CPE7通知包括信道号码等有关多信道运行的集约信息的步骤(S103～S105)，这一点与图17不同。

首先，在步骤S103，BS-CAM41在开始多信道动作时和动作过程中定期向运行中的至少一个BS-CHU13a发送集约信息。优选在进行了信道追加、停止及切换处理后也进行发送。

在步骤S104，BS-CHU13a将接收到的集约信息作为管理消息(CAM-AIF：ChannelAllocation Manager-Aggregation InFormation)向CPE7发送。优选从运行中的所有(现在即将追加的信道和被集约的其它信道)BS-CHU13发送CAM-AIF消息。

在步骤S105，接收到集约信息的CPE7的CPE-CHU71a向CPE-CAM81转发集约信息。

在步骤S103～105进行处理的集约信息和管理消息包括表6所示的CAM-AIF消息所需要的参数。但是，Type号码不是仅对管理消息必须的，也可以在从BS-CAM41进行发送的时刻成为管理消息，中途的BS-CHU13a和CPE-CHU71a不需要理解该管理消息。

[表6]

表6——CAM-AIF消息格式

在表6中，将“Maximum Aggregation Channels”设定为与在BS2中成为多信道运行的对象的BS-CHU13的数量相同或者比其少。CPE7禁止超过该数量进行多信道运行，由此可以消除无用的BS搜索。在需要控制小区内的多信道运行CPE与通常运行CPE之比时，有时也设定更小的“Maximum Aggregation Channels”。另外，“Channel Number[i]”表示按照“Maximum Aggregation Channels”的数量列举了信道号码(carrier index)等。

本实施例4的在BS2和CPE7之间执行的信道切换处理的流程基本上与图9所示的实施例1的流程相同。步骤S33的CH切换请求是如表7所示新定义的CAM-SWH消息，步骤S31的CH切换请求包括CAM-SWH所需要的参数。

[表7]

“Transaction ID”用于在该值相同的多个消息到达时忽视第一个消息以外的消息，通常每当发行需要Transaction ID的新的消息时其值递增而使用。“Switch ChannelNumber”表示切换对象的信道号码(carrier index)等。假设该消息是只从切换源的信道发送的，与“Aggregation Type”是“Diversity mode”还是“Bulk transmission mode”无关，不设置表示切换源的信息。在也从切换源的信道以外的信道进行发送的情况下，CPE能够考虑其它信息(Transaction ID的连续性等)确定切换源，但是不推荐该方式。“ConfirmationNeeded”是表示是否向CPE7请求接收应答(S37)的标志。该标志为1时，新定义表8所示的quot；CAM-SWH-ACK”消息，作为CPE7在S37应答的接收应答。CAM-SWH-ACK应该也是只从切换源的信道进行应答。

[表8]

表8——CAM-SWH-ACK消息格式

“Confirmation Code”使用在802.22的“7.2.24Confirmation codes”定义的代码。“Transaction ID”使用与CAM-SWH消息的该值相同的值。

本实施例4的在BS2和CPE7之间执行的信道停止处理的流程基本上与图10所示的实施例1的流程相同。新定义表9所示的quot；CAM-STP”消息，作为步骤S53的运行停止请求，并且新定义表10所示的quot；CAM-STP-ACK”消息，作为步骤S57的运行停止接收应答。与信道切换时一样，假设这些信息也只在停止对象的信道中进行收发，不特意设置表示停止的信道的信息。

[表9]

表9——CAM-STP消息格式

[表10]

表10——CAM-STP-ACK消息格式

在该实施例中，假设步骤S33的CH切换请求等BS-CPE之间的消息是管理消息，但不限于这样的广播通信发送，例如也可以是仅朝向需要切换的CPE的单播通信或者多播发送。因此，在访问集中于特定的信道的情况下，能够使分配给CPE的信道分散。

本发明的范围不限于上述示例所示的基于BS之间的通信的实施例，对于在上述示例中由BS进行的处理，也可以由配置在因特网上的服务器、管理器等进行集中控制。例如，信道协商不限于在BS之间通过无线来进行，也能够通过将管理消息封装化(encapsulating)等经由因特网来进行。或者，也可以由服务器、管理器监视各个BS的信道的运行状态并进行控制，还可以是各个BS向服务器进行信道请求，都能够发挥与本发明的目的均等的效果。

另外，也可以不由多个系统构成CHU的物理层，而将CHU的物理层构成为一个整体，例如也可以是通过物理层中的数字信号处理将在多条信道接收到的信号进行分集合成的方式。

标号说明

2、120、220基站(BS)；5因特网；6DB服务器；7、170、270终端装置(CPE)；13、130无线通信部(BS-CHU：BS信道收发器单元)；14、72、124信道单元控制部(CHU-M：CHU-Manager)；15、16单元间I/F；41信道分配部(BS-CAM：BS-Channel Allocation Manager)；42CPE管理部；43管理信息处理部(MIB)；44DB访问控制部；45通信数据控制部；46感知控制部；71CPE-CHU；81信道分配部(CPE-CAM)；125感知部；131MAC处理部；132PHY处理部；133收发部(Tx/Rx)；134管理信息处理部；135单元间I/F；136天线。

Claims

1.一种多信道通信方法，基站和多个终端站通过白色空间的多条信道进行无线通信，其特征在于，该多信道通信方法包括：

第1步骤(S1)，该基站的MAC层中的信道分配管理器决定该基站中的多条运行信道，或者从上位层向该信道分配管理器通知该基站中的多条运行信道；

第2步骤(S2)，该基站的该信道分配管理器向该基站具有的无线通信实体发送运行开始请求，该运行开始请求包括所述多条运行信道中未分配的一条运行信道的指定；

第3步骤(S4)，在该基站中，将提供无线收发所需要的管理信息通知给该无线通信实体；

第4步骤(S5～S7)，该基站的该无线通信实体存储所通知的所述管理信息，按照所述信道的指定来设定频率，使超帧及帧的定时与成为基准的时刻同步；

第5步骤(S9)，该基站在所述多条运行信道中定期发送包括该基站的ID的无线帧；

第6步骤(S103～S105)，开始了所述第5步骤即多信道动作的基站，将用于确定所述多条运行信道的信道集约信息作为MAC层的管理消息，向该多个终端站发送；

第7步骤(S12)，该多个终端站中至少一个终端站的信道分配管理器对该终端站所具有的无线通信实体发行基站搜索命令；

第8步骤(S13～S14)，在该终端站的无线通信实体检测出来自该基站的无线信号及该基站的ID时，该信道分配管理器根据该检测出的该基站的ID，检查连接对象的基站的一致性；

第9步骤(S19～S20)，该终端站的无线通信实体以检测出所述无线信号的频率进行新的运行信道用的同步处理，将该同步处理的完成通知给该终端站的信道分配管理器；

第10步骤(S21)，该终端站以所述同步处理的完成为契机，向该基站发送所述新的运行信道用的登记请求；

第11步骤(S22、S85)，该基站将该终端站的设定信息作为对所述登记请求的应答，通知给该终端站；以及

第12步骤，该终端站根据所述设定信息同时使用包括所述新的运行信道的所述多条信道，与该基站进行数据通信，

所述第12步骤包括：

该基站在所述多条信道中分别发送至少包括下行流信道描述符DCD在内的、共同格式的MAC层的完整的管理消息的子步骤；

该基站以所述多条信道各自的PHY帧向终端站发送至少一次MACPDU协议数据单元的子步骤，在该MAC PDU中设置了用于仅管理遍及所述多条信道而被捆绑的数据序列的集约头；

该终端站以所述多条信道各自的PHY帧向该基站发送至少一次设置了该集约头的MACPDU的子步骤；

该基站和该终端站在分散模式中将发送数据分配到所述多条信道中进行发送的子步骤；以及

该基站和该终端站整理在分散模式中在所述多条信道中接收到的数据的顺序的子步骤。

2.根据权利要求1所述的多信道通信方法，其特征在于，

所述多个终端站是仅运行所述多条信道中的一条信道的通常终端，

在所述第11步骤中，该基站在包括新的运行信道在内的所述多条信道内的任意信道中受理所述登记请求，

在所述第12步骤中，多信道动作中的该终端站对要发送的所有的该MAC PDU设置该集约头，与此同时，对通常终端发送的该MAC PDU不设置该集约头。

3.根据权利要求1所述的多信道通信方法，其特征在于，还包括：

第13步骤，该基站的该信道分配管理器接收访问外部的DB而取得的能够利用的频率信道列表；

第14步骤，该基站的该信道分配管理器接收为了检测已有系统在该基站进行的感知的结果；以及

第15步骤，该基站的该信道分配管理器接收在该终端站进行的感知的结果，

该信道分配管理器的该第1步骤的该决定或者该通知是通过该第13～第15步骤发现了可用白色空间的信道的变更为契机而进行的。

4.根据权利要求2或3所述的多信道通信方法，其特征在于，

所述集约头包括集约ID，该集约头是对从多信道动作中的该基站及该终端站发送的所有的MAC PDU设置的，每当新生成该集约头时，该集约ID被加1，在达到上限时返回为0。

5.根据权利要求2或3所述的多信道通信方法，其特征在于，

所述信道集约信息包括：表示信道集约的开启和关闭的区分的标志；该基站确定的最大集约信道数量；以及包括已经运行的所述信道及所述新的运行信道的信道号码的列举。

6.根据权利要求2所述的多信道通信方法，其特征在于，

在所述第7步骤中，该终端站的信道分配管理器发送根据接收到的所述信道集约信息指定了搜索范围的所述基站搜索命令，

该终端站向该基站发送至少最初的运行信道中的登记请求用的、表示有无多信道运行能力的信息要素。

7.根据权利要求2所述的多信道通信方法，其特征在于，还包括：

第16步骤，在所述第12步骤后的该基站中，该信道分配管理器从切换源的信道向该无线通信实体发送信道切换请求的管理消息，该信道切换请求包括切换对象的信道号码及切换定时的指定；

第17步骤，该终端站向该基站发送表示接收到所述信道切换请求的管理消息的确认应答的管理消息；以及

第18步骤，该基站及该终端站各自的所述无线通信实体在该指定的切换定时执行信道切换。

8.根据权利要求2所述的多信道通信方法，其特征在于，还包括：

第19步骤，在所述第12步骤后的该基站中，信道分配管理器从应该停止运行的信道向该无线通信实体发送信道停止请求的管理消息，该信道停止请求包括该应该停止运行的信道的号码及切换定时的指定；

第20步骤，该终端站向该基站发送表示接收到所述信道切换请求的管理消息的确认应答的管理消息；以及

第21步骤，该基站及该终端站各自的所述无线通信实体在该指定的切换定时停止该信道的运行，并从该信道中释放出来。

9.一种多信道通信系统，基站和多个终端站通过白色空间的多条信道进行无线通信，其特征在于，

所述基站和所述终端站中的每个终端站分别具有在共同的MAC层的基础上提供一条信道量的无线收发的多个无线通信实体、和控制该多个无线通信实体的控制部，

所述基站和所述终端站各自的所述控制部具有：

信道分配管理器CAM，按照白色空间信道的状况决定运行的信道，并分配给所述无线通信实体中的某个无线通信实体；

通信数据控制器，决定针对所述多个无线通信实体所处理的资源的通信数据的分配，并向对应的无线通信实体输出数据发送命令；以及

集约处理器，进行所述多个无线通信实体接收到的数据的整理，

所述基站和所述终端站的所述信道分配管理器执行以下处理：

通过相互交换或者单方地发送MAC层的管理消息，对本站的所述多个无线通信实体中的某个无线通信实体分配运行信道的信道追加处理；

切换所述多个无线通信实体中的某个无线通信实体的运行信道的处理；以及

使所述多个无线通信实体中的某个无线通信实体的运行信道停止的处理，

该信道追加处理包括：

该基站的信道分配管理器决定与已经运行的信道不同的另一条新的运行信道，或者被通知与已经运行的信道不同的另一条新的运行信道，从所述多个无线通信实体中选择尚未开始运行的一个无线通信实体，并发送包括所述新的运行信道和发送功率的指定的运行开始请求，所选择的该无线通信实体按照所述信道的指定来设定频率，并使超帧及帧的定时与成为基准的时刻同步，由此该基站在所述已经运行的信道和所述新的运行信道中定期发送包括该基站的ID的无线帧；

该终端站的信道分配管理器对该终端站具有的无线通信实体中的一个无线通信实体发行基站搜索命令，在该终端站的该无线通信实体检测出的无线信号是来自该基站的信号时，使该无线通信实体以检测出所述无线信号的频率继续执行所述新的运行信道用的同步处理，由此该终端站以该同步处理的完成为契机，向该基站发送所述新的运行信道中的登记请求，

该基站是将该终端站的设定信息作为对所述登记请求的应答而通知给该终端站的基站，

该终端站根据所述设定信息同时使用包括所述新的运行信道在内的多条信道，与该基站进行数据通信，

该基站在所述多条信道的全部信道中，发送至少包括下行流信道描述符DCD的MAC层的管理消息，并且以每一个PHY帧至少一次地向该终端站发送MAC PDU协议数据单元，在该MACPDU中设置了用于管理被捆绑的数据序列的集约头。

10.根据权利要求9所述的多信道通信系统，其特征在于，

该基站的该信道分配管理器接收访问外部的DB而取得的能够利用的频率信道列表，并接收为了检测已有系统在该基站进行的感知的结果，还接收在该终端站进行的感知的结果，在通过这些结果的接收而发现了能够利用的白色空间的信道的变更的情况下，决定要运行的信道。

11.根据权利要求10所述的多信道通信系统，其特征在于，

切换所述运行信道的处理包括：

该基站的该信道分配管理器根据白色空间信道的列表判定切换后的信道的处理；

该基站的该信道分配管理器使被分配了切换源的信道的所述基站的所述无线通信实体发送指定了切换后的信道的MAC层的切换请求消息的处理；以及

该终端站的该信道分配管理器使被分配了切换源的信道的所述终端站的所述无线通信实体发送针对接收到的该切换请求消息的应答消息的处理，

使所述运行信道停止的处理包括：

该基站的该信道分配管理器根据白色空间信道的列表判定使信道的运行停止的处理；

该基站的该信道分配管理器使被分配了停止对象的信道的所述基站的所述无线通信实体发送指定了停止定时的MAC层的停止请求消息的处理；以及

该终端站的该信道分配管理器使从被分配了停止对象的信道的所述终端站的所述无线通信实体发送针对接收到的该停止请求消息的应答消息的处理。

12.根据权利要求10所述的多信道通信系统，其特征在于，

所述基站的控制部还具有：

终端站管理器，对于与该基站连接的所述多个终端站的每个终端站，分别将用于确定终端站的ID、至少用于确定与该基站连接的无线通信实体的信息、表示该连接的无线通信实体是否被多信道化的信息关联起来进行管理；

通信数据控制部，按照类对数据平面的数据进行排队、发送顺序及流程控制，并与管理平面或认知平面的数据一起进行映射，将包括该映射的信息的管理消息及对应的通信数据，输出给对应的无线通信实体；以及

感知控制部，控制所述基站具有的物理层的频谱感知功能并进行感知，根据感知信息更新用于保持可用信道的分类的信道列表，

所述通信数据控制部根据该终端站管理器管理的信息、来自该多个终端站的频带请求及接收状态进行该映射，

所述集约处理器执行如下处理：

在鲁棒模式时，在该多个无线通信部冗余地接收到的数据中选择一个正常接收到的数据，然后排列数据的顺序的处理；以及

在高速模式时排列该多个无线通信部接收到的数据的顺序的处理，

该基站及该终端站的无线通信实体分别具有低级别MAC处理部，该低级别MAC处理部按照来自所述数据通信控制部的该映射的信息或者包括该映射的信息的管理消息，进行MAC平面化处理及帧化处理。