DE112009000389B4

DE112009000389B4 - Mobilfunkkommunikationssystem und Funkkommunikationsverfahren

Info

Publication number: DE112009000389B4
Application number: DE112009000389.3T
Authority: DE
Inventors: Onur Altintas
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: DE112009000389T5; JP4512143B2; US8290426B2; US20100323694A1; WO2009104689A1; JP2009200773A

Abstract

Mobilfunkkommunikationssystem mit einer Vielzahl von mobilen Endgeräten und einer Datenbankvorrichtung, in dem das mobile Endgerät ein verfügbares Frequenzband auswählt, um eine Funkkommunikation durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass: die Datenbankvorrichtung eine Verwendungszustandstabelle aufweist, die eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist, wobei die Verwendungszustandstabelle durch statistisches Verarbeiten von Daten erhalten wird, die den Verwendungszustand von Frequenzen darstellen, wobei die Daten von der Vielzahl von mobilen Endgeräten empfangen und gesammelt werden; und das mobile Endgerät die Verwendungszustandstabelle von der Datenbankvorrichtung erhält und erfasst, ob ein Frequenzband, das gemäß der Verwendungszustandstabelle mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, zu einer Zeit, wenn das mobile Endgerät einen Versuch einer Funkkommunikation an einem Ort, an dem sich das mobile Endgerät zu dieser Zeit befindet, unternimmt, in Verwendung ist oder ungenutzt ist, und das mobile Endgerät eine Funkkommunikation unter Verwendung dieses Frequenzbandes durchführt wenn das Frequenzband ungenutzt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilfunkkommunikationssystem.
STAND DER TECHNIK
Um mit dem Mangel an verfügbaren Frequenzbändern für eine Funkkommunikation zurecht zu kommen, wurde in den letzten Jahren ”Cognitive Radio” studiert und entwickelt. Das Grundkonzept von ”Cognitive Radio” ist, dass ein Funkendgerät konfiguriert ist, um eine Funktion des Erkennens oder Wissens der Funkumgebung um sich herum aufweist und um eine Frequenz und ein Schema, das bei einer Funkkommunikation zu verwenden ist, gemäß der Funkumgebung auszuwählen, wobei die spektrale Effizienz verbessert wird.
Speziell tastet das ”Cognitive Radio”-Endgerät Frequenzbänder ab, um die Funkumgebung zu erkennen, wobei der Verwendungszustand erfasst wird, und verwendet ein verfügbares Frequenzband. Dies ermöglicht theoretisch eine Funkkommunikation mit einer guten spektralen Effizienz, die alle Frequenzbänder verwendet.
Patentdokument 1: JP2007 300419 A
Patentdokument 2: JP2000 207679 A
Die Druckschrift US 2007/0218880 A1 betrifft eine verbesserte Funkresourcenverwaltung in einem Telekommunikationsnetzwerk. Die Druckschrift offenbart, dass verschiedene Daten ermittelt werden und diese dann statistisch verarbeitet werden, um die Genauigkeit von Informationen zu erhöhen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Wenn jedoch ”Cognitive Radio” in einem Funknetzwerk verwendet wird, das aus mobilen Objekten, wie etwa Fahrzeugen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, besteht, entsteht das folgende Problem.
Bei ”Cognitive Radio” ist es notwendig, die Frequenzbänder vor einem Herstellen einer drahtlosen Verbindung abzutasten, um ein ungenutztes Frequenzband zu finden. Solch ein Abtasten von Frequenzbändern beansprucht eine bestimmte Zeitlänge. Andererseits ist es in dem Fall von mobilen Objekten, wie etwa Fahrzeugen, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegen, notwendig, dass die Kommunikation unmittelbar gestartet wird. Dies liegt daran, dass wenn die Kommunikation nicht unmittelbar gestartet werden kann, die Entfernung zu dem Teilnehmer am anderen Ende größer wird, wenn sich das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und/oder Informationen, die zu kommunizieren sind, mit einem Ablauf der Zeit nicht mehr aktuell ist.
Da es gemäß dem momentanen Stand der Technik schwierig ist, ein Abtasten von breiten Frequenzbändern in Echtzeit durchzuführen, ist es schwierig, ”Cognitive Radio” auf mobile Objekte anzuwenden, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend beschriebenen Situationen vorgenommen und hat eine Aufgabe, eine Technologie bereitzustellen, die eine Erfassung von leeren (oder ungenutzten) Frequenzbändern in einem Mobilfunkkommunikationssystem in kurzer Zeit ermöglicht.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Funkkommunikation unter Verwendung der folgenden Einrichtungen oder Verarbeitung durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Mobilfunkkommunikationssystem gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Funkkommunikationsverfahren gemäß Patentanspruch 3 bereitgestellt.
Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den anhängigen Patentansprüchen dargestellt.
Ein Mobilfunkkommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von mobilen Endgeräten und eine Datenbankvorrichtung, in dem die mobilen Endgeräte eine Funkkommunikation durch Auswählen einer verfügbaren Frequenz durchführen. In dieser Spezifikation umfassen mobile Endgeräte Endgeräte wie etwa Notebook-Computer, PDAs, und Mobiltelefone, die tragbar sind, und Endgeräte, die fest an motorbetriebenen Fahrzeugen oder Ähnlichem angebracht sind, aber die sich bewegen können, weil die Objekte (wie etwa motorbetriebene Fahrzeuge), an denen sie angebracht sind, mobile Objekte sind. In dieser Spezifikation bezieht sich die Datenbankvorrichtung auf eine Vorrichtung, die eine Dateneingabe von außerhalb erlaubt, die Eingabedaten sammeln kann und die gesammelten Daten verarbeiten kann. Die Datenbankvorrichtung kann physikalisch aus einem einzelnen Computer oder einer Vielzahl von zusammenarbeitenden Computern, die in einem Netzwerk verteilt sind, bestehen.
Die Datenbankvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Verwendungszustandstabelle, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist. Das mobile Endgerät erhält diese Verwendungszustandstabelle von der Datenbankvorrichtung und führt eine Funkkommunikation unter Verwendung eines Frequenzbandes durch, das zu einer Zeit, wenn es einen Versuch einer Funkkommunikation an einem Ort unternimmt, an dem sich das Endgerät zu dieser Zeit befindet, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht verwendet wird bzw. ungenutzt ist, basierend auf der Verwendungszustandstabelle.
Da die Verwendungszustandstabelle die Wahrscheinlichkeit enthält, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist, kann das mobile Endgerät die Wahrscheinlichkeit schätzen, dass jedes Frequenzband an dem momentanen Ort zur gegenwärtigen Zeit nicht verwendet wird. Deshalb führt das mobile Endgerät eine Funkkommunikation unter Verwendung eines Frequenzbandes durch, das mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist. Speziell tastet es ein Frequenzband ab, das mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, und wenn das Frequenzband tatsächlich ungenutzt ist, führt es eine Funkkommunikation unter Verwendung dieses Frequenzbandes durch. Bei dieser Verarbeitung kann das mobile Endgerät entweder das Frequenzband, das mit der höchsten Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, oder ein beliebiges Frequenzband, das mit einer Wahrscheinlichkeit, die höher als eine spezifische Wahrscheinlichkeit ist, ungenutzt ist, auswählen.
Da das mobile Endgerät ein Frequenzband kennen kann, das mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, basierend auf der vorstehend beschriebenen Verwendungszustandstabelle, kann die Abtastzeit im Vergleich zu dem Fall, in dem Frequenzbänder in einer vorbestimmten Reihenfolge abgetastet werden, um ein Frequenzband zu erfassen, das nicht in Verwendung ist, verkürzt werden.
Vorzugsweise wird die Verwendungszustandstabelle gemäß der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Einrichtungen und Verarbeitungen erzeugt. Vorzugsweise besitzt die Vielzahl von mobilen Endgeräten gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils eine Verwendungszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen, ob jedes Frequenzband verwendet wird oder ungenutzt ist, eine Ortsinformationsermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts und eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen des Verwendungszustands des Frequenzbandes, der durch die Verwendungszustandserfassungseinrichtung ermittelt wird, zusammen mit den Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts an die Datenbankvorrichtung. Vorzugsweise besitzt die Datenbankvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Empfangseinrichtung zum Empfangen und Sammeln des Verwendungszustands von Frequenzbändern und Informationen über einen Ort von den mobilen Endgeräten und eine Analyseeinrichtung zum Erzeugen der vorstehend erwähnten Verwendungszustandstabelle aus dem empfangenen Verwendungszustand von Frequenzbändern und Informationen über einen Ort.
Jedes der mobilen Endgeräte mit der vorstehend erwähnten Einrichtung tastet ein beliebiges Frequenzband zu einem bestimmten Zeitpunkt ab und übermittelt das Ergebnis an die Datenbankvorrichtung zusammen mit den Informationen über einen Ort. Die Datenbankvorrichtung kann den Verwendungszustand von Frequenzbändern, der von den mobilen Endgeräten übermittelt wird, sammeln und durch statistisches Verarbeiten der Daten die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist.
Die vorliegende Verbindung kann als ein Mobilfunkkommunikationssystem mit zumindest einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Einrichtungen angesehen werden. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung als ein Funkkommunikationsverfahren mit zumindest einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Verarbeitungen oder ein Programm zum Implementieren dieses Verfahrens angesehen werden. Die vorstehend beschriebenen Einrichtungen und Verarbeitungen können in jeder möglichen Kombination angewendet werden, um die vorliegende Erfindung zu bilden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Mobilfunkkommunikationssystem ein Frequenzband, das nicht in Verwendung ist, in kurzer Zeit gefunden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das funktionale Blöcke eines Fahrzeugs (oder mobilen Endgeräts) gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Diagramm, das in Umrissen ein Mobilfunkkommunikationssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Gesamtverarbeitung eines Funkkommunikationsverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist ein Diagramm, das funktionale Blöcke einer Datenbankvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf einer Testdatensammlungsverarbeitung zeigt.
6A zeigt ein beispielhaftes Format von Testdaten, die von einem Fahrzeug an die Datenbankvorrichtung gesendet werden.
6B zeigt ein beispielhaftes Format von Testdaten, die von einem Fahrzeug an die Datenbankvorrichtung gesendet werden.
6C zeigt ein beispielhaftes Format von Testdaten, die von einem Fahrzeug an die Datenbankvorrichtung gesendet werden.
7 ist ein schematisches Diagramm, das den Verwendungszustand von Frequenzen f1 und f2 zu einer bestimmten Zeit zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Wahrscheinlichkeiten zeigt, dass die entsprechenden Frequenzen an einem bestimmten Ort in verschiedenen Zeitperioden verwendet werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf einer Verarbeitung des Bestimmens einer zu verwendenden Frequenz zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Datenbankvorrichtung
10: Antenne
11: Funkübertragungs/-empfangs-Abschnitt
12: Verwendungszustanderfassungsabschnitt
12a: Leistungsmessabschnitt
12b: Bandeinstellabschnitt
13: GPS-Vorrichtung
14: Spektrumzustandübertragungsabschnitt
15: Kommunikationsbandbestimmungsabschnitt
16: Parametereinstellabschnitt
21: Empfangsabschnitt
22: Speicherabschnitt
23: Analyseabschnitt
24: Übertragungsabschnitt

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert als Beispiel mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Allgemeine Konfiguration des Systems)
2 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konfiguration eines Mobilfunkkommunikationssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt. Das Funkkommunikationssystem besteht aus einer Vielzahl von Fahrzeugen 1 und einer Datenbankvorrichtung 2. Jedes Fahrzeug 1 kann mit der Datenbankvorrichtung 2 bidirektional kommunizieren. Jedes Fahrzeug 1 kommuniziert mit der Datenbankvorrichtung 2 über ein Kommunikationsgerät (Zugriffspunkt), das an einer Straßenseite bereitgestellt ist. Die Datenbankvorrichtung 2 kann entweder aus einem einzelnen Computer oder einer Vielzahl von Computern bestehen, die separat angeordnet sind. Eine Kommunikationseinrichtung zwischen den Fahrzeugen 1 und der Datenbankvorrichtung 2 ist nicht auf das straßenseitige Kommunikationsgerät beschränkt, sondern kann jede Kommunikationseinrichtung sein, wie etwa ein Mobilfunknetzwerk oder ein Satellitenkommunikationsnetzwerk.
Jedes Fahrzeug 1 in diesem Funkkommunikationssystem führt eine ”Cognitive Radio”-Kommunikation durch, und zwar nimmt es den umgebungsbedingten Verwendungszustand von Funkressourcen wahr, um ein verfügbares Frequenzband zu erfassen, und führt eine Funkkommunikation in diesem Frequenzband durch. Um ein verfügbares Frequenzband zu erfassen, ist es notwendig, eine Abtastung von Frequenzbändern durchzuführen. Wenn jedoch viele Frequenzbänder in Verwendung sind, ist eine beträchtlich lange Zeit erforderlich, um ein ungenutztes Band zu erfassen, abhängig von der Reihenfolge einer Abtastung. Angesichts dessen ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Reduzierung der Abtastzeit durch Erzeugen und Verwenden einer Verwendungszustandstabelle zu erreichen, wie im Folgenden beschrieben wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das in Umrissen eine Gesamtverarbeitung in diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Als erstes werden als eine vorbereitende Verarbeitung die Verwendungszustände von Frequenzbändern an verschiedenen Orten und Zeiten durch Fahrzeuge 1, die als Testfahrzeuge dienen, gesammelt (S1). Die gesammelten Daten werden in der Datenbankvorrichtung 2 angehäuft. Nachdem ein bestimmter Betrag an Daten gesammelt wurde, werden die Daten statistisch verarbeitet, wobei eine Verwendungszustandstabelle, die die Wahrscheinlichkeit, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist, angibt, erzeugt wird (S2). Die Verwendungszustandtabelle wird an die Fahrzeuge 1 verteilt. Ein Fahrzeug 1, das versucht, eine Funkkommunikation zu starten, wählt basierend auf der Verwendungszustandstabelle ein Frequenzband aus, das mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt (oder leer) ist, und verwendet das ausgewählte Band für eine Funkkommunikation (S3). Somit, da das Fahrzeug 1 basierend auf der Verwendungszustandstabelle Frequenzbänder erkennen kann, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt sind, kann die Möglichkeit, dass sich herausstellt, dass das abgetastete Frequenzband in Verwendung ist, reduziert werden, und dadurch kann eine Reduzierung der Abtastzeit erreicht werden.
<Aufbau>
[Endgerät am Fahrzeug]
1 ist ein Blockdiagramm, das die funktionale Konfiguration eines Fahrzeugs 1 zeigt. Das Fahrzeug 1 besitzt eine Antenne 10, über die Funksignale übermittelt und empfangen werden, einen Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11, der empfangene Signale demoduliert und zu übertragende Signale moduliert, einen Verwendungszustandserfassungsabschnitt 12, der den Verwendungszustand eines beliebigen Frequenzbandes erfasst, eine GPS-Vorrichtung 13, die den momentanen Ort ermittelt, einen Spektrumzustandsübertragungsabschnitt 14, der den Verwendungszustand eines beliebigen Frequenzbandes an die Datenbankvorrichtung 2 überträgt, einen Kommunikationsbandbestimmungsabschnitt 15, der ein für die Funkkommunikation zu verwendendes Frequenzband bestimmt, und einen Parametereinstellabschnitt 16, der den Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 steuert und die notwendigen Parameter einstellt.
Im Folgenden werden die Operationen der entsprechenden Abschnitte beschrieben.
In der Übertragungsverarbeitung werden zu übertragende Daten an den Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 von der oberen Schicht zugeführt und der Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 moduliert die Daten für eine Funkübertragung und führt diese der Antenne 10 zu. Andererseits werden Funksignale, die durch die Antenne 10 empfangen werden, in dem Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 demoduliert und die demodulierten Daten werden an die obere Schicht weitergegeben. Der Parametereinstellabschnitt 16 ist eine Funktion, die notwendig ist, um ”Cognitive Radio” durchzuführen, und stellt Parameter, wie etwa einen Funkkanal (oder Funkfrequenz), der zu verwenden ist, eine Modulationsart und eine Übertragungsleistung ein. Der Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 führt eine Modulation und Demodulation von Funksignalen basierend auf den durch den Parametereinstellabschnitt 16 eingestellten Parametern durch.
Der Verwendungszustanderfassungsabschnitt 12 besteht aus einem Leistungsmessabschnitt 12a und einem Bandeinstellabschnitt 12b, um den Verwendungszustand eines Funkkanals zu erfassen, der durch den Bandeinstellabschnitt 12b eingestellt ist. Wenn es den Verwendungszustand erfasst, quadratur-demoduliert er ein empfangenes Signal, um die Schwankung in der Amplitude zu messen. Wenn die Schwankung in der Amplitude dem Rauschpegel entspricht, wird daraus gefolgert, dass der Kanal nicht in Verwendung ist. Die Erfassung des Verwendungszustandes des Funkkanals kann durch eine zyklostationäre Merkmalserfassung, die die zyklische Stationärität von Signalen erfasst, durchgeführt werden. Alternativ kann die Erfassung des Verwendungszustandes eines Funkkanals unter Verwendung eines angepassten Filters bzw. Matched-Filters durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Erfassung eines Verwendungszustandes eines Funkkanals (oder Trägerabfrage) unter Verwendung jeder vorhandenen Technologie durchgeführt werden.
Die GPS-Vorrichtung 13 empfängt GPS-Signale von GPS-Satelliten und ermittelt Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts. Der eigene Ort des Endgeräts kann nicht nur basierend auf GPS-Signalen bestimmt werden, sondern ebenso durch eine Durchführung einer Korrektur des erfassten Orts unter Verwendung von Karten-(Straßen-)Daten und eines Kreisel- oder Beschleunigungssensors.
Der Kommunikationsbandbestimmungsabschnitt 15 bestimmt den für die Funkkommunikation zu verwendenden Funkkanal (oder Frequenzband) basierend auf einer Verwendungszustandstabelle, die von der Datenbankvorrichtung 2 erhalten wird, und dem momentanen Ort. Wie nachstehend beschrieben wird, unternimmt der Kommunikationsbandbestimmungsabschnitt 15 einen Versuch einer Funkkommunikation unter Verwendung des Funkkanals, der höchstwahrscheinlich ungenutzt (leer) ist. Die ausgewählte Frequenz wird dem Verwendungszustanderfassungsabschnitt 12 mitgeteilt, an dem erfasst wird, ob die ausgewählte Frequenz tatsächlich ungenutzt ist oder nicht. Wenn die ausgewählte Frequenz tatsächlich ungenutzt ist, stellt der Bestimmungsabschnitt eines verwendeten Frequenzbandes 15 Kommunikationsparameter mit Hilfe des Parametereinstellabschnitts 16 derart ein, dass der Funkübertragungs-/empfangs-Abschnitt 11 unter Verwendung dieses Frequenzbandes kommunizieren kann.
[Datenbankvorrichtung]
4 ist ein Blockdiagramm, das die funktionale Konfiguration der Datenbankvorrichtung 2 zeigt. Die Datenbankvorrichtung 2 besitzt einen Empfangsabschnitt 21, der Frequenzverwendungszustandsdaten von den Fahrzeugen 1 empfängt, einen Speicherabschnitt 22, der die empfangenen Daten speichert, eine Analyseeinrichtung 23, die die Frequenzverwendungszustandsdaten, die in dem Speicherabschnitt 22 gesammelt werden, statistisch verarbeitet, um die Verwendungszustandstabelle zu erzeugen, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort ungenutzt ist, und einen Übertragungsabschnitt 24, der die Verwendungszustandstabelle, die somit erzeugt wurde, an die Fahrzeuge 1 überträgt.
Die Datenbankvorrichtung 2 ist, als Hardware, ein Computer mit einer CPU („Central Processing Unit”, zentrale Verarbeitungseinheit), einer Hauptspeichereinrichtung und einer Hilfsspeichervorrichtung usw. Die vorstehend beschriebenen Funktionalen Abschnitte der Datenbankvorrichtung 2 werden durch eine Ausführung von Programmen durch die CPU implementiert. Manche oder alle der vorstehend beschriebenen funktionalen Abschnitte können durch einen dedizierten Chip oder dedizierte Chips implementiert werden. Die vorstehend beschriebenen funktionalen Abschnitte können durch eine Vielzahl von Computern implementiert werden.
(Details einer Verarbeitung)
Im Folgenden werden die Details einer jeden Verarbeitung in der in 3 gezeigten Gesamtverarbeitung beschrieben.
5 zeigt Details der Verarbeitung des Sammelns von Testdaten (S1 in 3). Als erstes wählt das Fahrzeug 1 ein abzutastendes Frequenzband aus (S11). In diesem Schritt kann das Frequenzband beliebig ausgewählt werden. Das abgetastete Frequenzband kann entweder ein einzelner Kanal sein oder ein Frequenzband mit einer bestimmten Breite innerhalb eines bestimmten Bereichs. Als nächstes erfasst der Verwendungszustandserfassungsabschnitt 12 den Verwendungszustand einer Funkwelle in dem ausgewählten Frequenzband (S12). Das Fahrzeug 1 ermittelt die momentane Zeit und Informationen über seinen eigenen Ort unter Verwendung der GPS-Vorrichtung 13 (S13). Der Spektrumzustandsübertragungsabschnitt 14 überträgt den Verwendungszustand des abgetasteten Frequenzbandes, die Informationen über den eigenen Ort des Fahrzeugs und die momentane Zeit gemeinsam an die Datenbankvorrichtung 2 (S14). Die Frequenzabtastung (S11, S12) und die Ermittlung der Ortinformationen können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden oder können gleichzeitig durchgeführt werden.
Beispielhafte Formate der an die Datenbankvorrichtung 2 übertragenen Daten sind in 6A bis 6C gezeigt. Alle der in 6A bis 6C gezeigten drei Beispiele enthalten die Ortsinformationen (Breitengrad und Längengrad), Zeit, Frequenz und Verwendungszustand. Was als der Verwendungszustand übertragen wird, ist in dem in 6A gezeigten Fall die Amplitude des Funksignals, in dem in 6B gezeigten ein Genutzt/Ungenutzt-Marker (1 oder 0), und in dem in 6C gezeigten Fall, Informationen über das klassifizierte Niveau des Verwendungszustand. Die Ortsinformationen können eine ID zum Identifizieren des Bereichs, in dem sich das Fahrzeug befindet, unter den segmentierten Bereichen, die im Voraus vorbereitet sind, anstelle von Informationen über den Breitengrad und Längengrad sein. Obwohl in den vorstehend beschriebenen Fällen die übertragenen Daten die Zeit einer Erfassung des Spektrumzustands enthalten, können die Zeitinformationen von den übertragenen Daten ausgeschlossen sein, und die Zeit, zu der die Datenbankvorrichtung 2 die Daten von dem Fahrzeug 1 empfängt, kann als die Zeit des Erfassens des Spektrumzustands betrachtet werden.
Auf diese Weise sammelt die Datenbankvorrichtung 2 Daten von den Testfahrzeugen. Die Datensammlung wird für eine bestimmte Zeitperiode durchgeführt und wenn ein bestimmter Betrag an Daten gesammelt wurde, verarbeitet die Datenbankvorrichtung 2 die gesammelten Daten statistisch, um die Verwendungszustandstabelle zu erzeugen, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort ungenutzt ist (S2 in 3).
Jedes Gebiet weist Charakteristiken dahingehend auf, welches Frequenzband bzw. welche Frequenzbänder mit hoher Wahrscheinlichkeit zu jeder Zeit verwendet werden.
Wie dem so ist, unterscheiden sich zum Beispiel die Frequenzbänder, die in Verwendung sind, unter den Bereichen. 7 ist ein schematisches Diagramm, das den Verwendungszustand von zwei Frequenzen f1 und f2 zu einer bestimmten Zeit zeigt. Auf diese Weise können sich die Orte, an denen ein Frequenzband verwendet wird, von den Orten, in denen ein anderes Frequenzband verwendet, unterscheiden. Einer der Gründe dafür kann eine inhomogene Verteilung von Funkendgeräten sein, die ein spezifisches Funkfrequenzband verwenden. Zusätzlich kann sich der Verwendungszustand von Frequenzbändern in einem spezifischen Bereich in Abhängigkeit der Zeit ändern. Zum Beispiel können in einem Bereich verschiedene Frequenzbänder am Morgen und am Abend verwendet werden, aber werden charakteristischer Weise tagsüber nicht so viel verwendet, und in anderen Bereichen können Mobiltelefone (ungefähr 1,5 GHz) häufig am Morgen verwendet werden, können drahtlose LANs (2,4 GHz, 5 GHz) tagsüber verwendet werden, und können Amateurfunkgeräte (144 MHz, 430 MHz, usw.) häufig in Ferien verwendet werden.
Angesichts des Vorstehenden erzeugt die Datenbankvorrichtung 2 die Verwendungszustandstabelle, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband in jedem Bereich und zu jeder Zeit in Verwendung ist, durch Mitteln der gesammelten Testdaten. 8 ist ein konzeptionelles Diagramm der somit erzeugten Verwendungszustandstabelle. 8 zeigt den Verwendungszustand von mehreren Frequenzen in unterschiedlichen Zeitperioden in einem bestimmten Bereich. Mit anderen Worten wird eine Tabelle, wie die, die in 8 gezeigt ist, für jeden Bereich vorbereitet. Die Länge einer Zeitperiode in der Verwendungszustandstabelle kann beliebig eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Länge einer Zeitperiode auf eine Stunde oder zwei Stunden eingestellt werden. Unterschiedliche Verwendungszustandstabellen können für verschiedene Tage vorbereitet werden. Zum Beispiel können für Wochentage (d. h. Montag bis Freitag) und freie Tage (d. h. Samstag, Sonntag und nationale Feiertage) unterschiedliche Berechnungen durchgeführt werden, um unterschiedliche Tabellen vorzubereiten. Alternativ können für unterschiedliche Tage der Woche unterschiedliche Berechnungen durchgeführt werden, um unterschiedliche Tabellen vorzubereiten. Die Größe eines Bereichs, auf den die gleiche Verwendungszustandstabelle angewendet wird, und die Weise des Definierens dieses Bereichs kann beliebig bestimmt werden. Der einfachste Weg ist es, rechteckige Bereiche basierend auf Breitengrad und Längengrad-Informationen zu definieren. Zum Beispiel ist es einfach einen Bereich als einen rechteckigen Abschnitt einzustellen, der durch einen Punkt mit einem Breitengrad von Lat0° und einem Längengrad von Lng0° und einem Punkt mit einem Breitengrad von Lat0°1' und einem Längengrad von Lng0°1' definiert ist. Die Aufteilung der Bereiche kann durch andere Verfahren vorgenommen werden und die Feinheit der Bereichsaufteilung kann beliebig ausgewählt werden.
Die in der Datenbankvorrichtung 2 erzeugten Verwendungszustandstabellen werden an die Fahrzeuge 1 verteilt. Wenn ein Versuch einer Funkkommunikation vorgenommen wird, sagt das Fahrzeug 1 unter Verwendung der Verwendungszustandstabellen ein Frequenzband vorher, das mit hoher Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, und nimmt einen Versuch einer Funkkommunikation in diesem Frequenzband vor (S3 in 3).
9 zeigt Details der Verarbeitung, die durch das Fahrzeug 1 ausgeführt wird, um die zu verwendende Frequenz zu bestimmen. Das Fahrzeug 1 ermittelt als erstes die momentane Zeit und den momentanen Ort von der GPS-Vorrichtung 13 (S31). Dann wählt der Bestimmungsabschnitt eines verwendeten Frequenzbandes 15 das Frequenzband aus, das zu der vorliegenden Zeit in dem Bereich, in dem sich das Fahrzeug befindet, höchstwahrscheinlich ungenutzt ist, basierend auf der Verwendungszustandstabelle, die von der Datenbankvorrichtung 2 erhalten wird, dem momentanen Ort, und der, momentanen Zeit (S32). Das ausgewählte Frequenzband wird dem Verwendungszustanderfassungsabschnitt 12 mitgeteilt, in dem es abgetastet wird, wodurch bestimmt wird, ob das Frequenzband tatsächlich ungenutzt ist oder nicht (S33). Wenn das Frequenzband in Verwendung ist, oder nicht verfügbar ist (NEIN in S34), wird das Frequenzband, das mit Bezug auf die Verwendungszustandstabelle mit zweithöchster Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, ausgewählt (S35), und es wird eine Bestimmung vorgenommen, ob dieses Frequenzband tatsächlich ungenutzt ist. Andererseits, wenn das ausgewählte Frequenzband ungenutzt ist oder verfügbar ist, (JA in S34), wird eine Funkkommunikation unter Verwendung des ausgewählten Frequenzbandes durchgeführt (S36).
<Operation/vorteilhafte Effekte des Ausführungsbeispiels>
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Starten der Abtastung von einem Frequenzband, das basierend auf der Verwendungszustandstabelle mit einer großen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, die Zeit, die zum Finden eines verfügbaren Frequenzbandes erforderlich ist, reduziert werden. Im Falle von mobilen Objekten, wie etwa Fahrzeugen, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegen, ist es erforderlich, die Kommunikation unmittelbar zu starten. Dieses Ausführungsbeispiel kann dieses Erfordernis erfüllen.
Es ist eine Technologie bekannt, bei der, um für jedes Endgerät ein verfügbares Frequenzband bzw. verfügbare Frequenzbänder zu erkennen, um dadurch die Abtastzeit bei ”Cognitive Radio” zu reduzieren, ein zu verwendendes Frequenzband einem Verwaltungsserver oder Ähnlichem mitgeteilt wird, so dass der Verwendungszustand von Frequenzen immer durch den Verwaltungsserver verwaltet wird. Das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels ist um einiges leichter als dieses Verfahren und kann mit geringen Kosten implementiert werden. Zusätzlich kann es einen vorteilhaften Effekt bereitstellen, dass ein verfügbares Frequenzband unmittelbar gefunden werden kann.
Des Weiteren, da die Verwendungszustandstabellen, die den Verwendungszustand von Frequenzen angeben, unter Verwendung eines Testfahrzeugsystems erzeugt werden, können Daten für einen großen Bereich mit geringen Kosten gesammelt werden.
<Modifikation>
In der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels wurde beschrieben, dass jedes der Fahrzeuge 1 sowohl die Funktion des Sammelns/Übertragens von Testdaten (d. h. Verwendungszustand einer Frequenz) als auch die Funktion eines ”Cognitive Radio” aufweist. In diesem Funkkommunikationssystem können jedoch manche Fahrzeuge nur die Funktion des Sammelns/Übertragens von Testdaten oder nur die Funktion eines ”Cognitive Radio” aufweisen, das eine Frequenz bestimmt, die basierend auf der Verwendungszustandstabelle zu verwenden ist.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wählt das Fahrzeug 1 beim Versuch einer Funkkommunikation das Frequenzband aus, das mit Bezug auf die Verwendungszustandstabelle mit größter Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist. Um jedoch die Abtastzeit zu reduzieren, ist es nicht notwendiger Weise erforderlich, das Frequenzband auszuwählen, das mit höchster Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, sondern es ist ausreichend, ein Frequenzband auszuwählen, das mit einer Wahrscheinlichkeit, die höher als ein spezifischer Schwellenwert ist, ungenutzt ist.
Vorzugsweise wird die Verwendungszustandstabelle nach der Erzeugung von dieser auf einer regulären Basis aktualisiert. Vorzugsweise tastet jedes Fahrzeug ein Frequenzband bzw. Frequenzbänder auf einer regulären Basis ab und sendet das Ergebnis der Abtastung an die Datenbankvorrichtung 2, während es ”Cognitive Radio” unter Verwendung der Verwendungszustandstabelle durchführt. Wenn ein bestimmter Betrag an Daten gesammelt ist, kann die Datenbankvorrichtung 2 die Verwendungszustandsdatenbank aktualisieren und die aktualisierte Zustandverwendungstabelle an die Fahrzeuge senden.

Claims

Mobilfunkkommunikationssystem mit einer Vielzahl von mobilen Endgeräten und einer Datenbankvorrichtung, in dem das mobile Endgerät ein verfügbares Frequenzband auswählt, um eine Funkkommunikation durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass: die Datenbankvorrichtung eine Verwendungszustandstabelle aufweist, die eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist, wobei die Verwendungszustandstabelle durch statistisches Verarbeiten von Daten erhalten wird, die den Verwendungszustand von Frequenzen darstellen, wobei die Daten von der Vielzahl von mobilen Endgeräten empfangen und gesammelt werden; und das mobile Endgerät die Verwendungszustandstabelle von der Datenbankvorrichtung erhält und erfasst, ob ein Frequenzband, das gemäß der Verwendungszustandstabelle mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, zu einer Zeit, wenn das mobile Endgerät einen Versuch einer Funkkommunikation an einem Ort, an dem sich das mobile Endgerät zu dieser Zeit befindet, unternimmt, in Verwendung ist oder ungenutzt ist, und das mobile Endgerät eine Funkkommunikation unter Verwendung dieses Frequenzbandes durchführt wenn das Frequenzband ungenutzt ist.
Mobilfunkkommunikationssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Vielzahl von mobilen Endgeräten jeweils aufweist: eine Verwendungszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen, ob jedes Frequenzband in Verwendung ist oder ungenutzt ist, eine Ortsinformationsermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts, und ein Übertragungseinrichtung zum Übertragen des Verwendungszustandes des Frequenzbandes, der durch die Verwendungszustandserfassungseinrichtung ermittelt wird, zusammen mit den Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts; und die Datenbankvorrichtung aufweist: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen und Sammeln des Verwendungszustandes von Frequenzbändern und Informationen über einen Ort von den mobilen Endgeräten, und eine Analyseeinrichtung zum Erzeugen der Verwendungszustandstabelle aus dem empfangenen Verwendungszustand von Frequenzbändern und Informationen über einen Ort.
Funkkommunikationsverfahren in einem Mobilfunkkommunikationssystem mit einer Vielzahl von mobilen Endgeräten und einer Datenbankvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbankvorrichtung die Schritte durchführt: Empfangen und Sammeln von Daten von der Vielzahl von mobilen Endgeräten, wobei die Daten den Zustand von Frequenzen darstellen, Erzeugen einer Verwendungszustandstabelle, die eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass jedes Frequenzband zu jeder Zeit und an jedem Ort in Verwendung ist, durch statistisches Verarbeiten der gesammelten Daten, und Halten der Verwendungszustandstabelle; und das mobile Endgerät die Schritte durchführt: Erhalten der Verwendungszustandstabelle von der Datenbankvorrichtung, Erfassen, ob ein Frequenzband, das gemäß der Verwendungszustandtabelle mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ungenutzt ist, zu einer Zeit, wenn das mobile Endgerät einen Versuch einer Funkkommunikation an einem Ort, an dem sich das mobile Endgerät zu dieser Zeit befindet, unternimmt, in Verwendung ist oder ungenutzt ist, und Durchführen einer Funkkommunikation unter Verwendung des Frequenzbandes, wenn das Frequenzband ungenutzt ist.
Funkkommunikationsverfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von mobilen Endgeräten die Schritte durchführt: Erfassen, ob ein bestimmtes Frequenzband in Verwendung ist oder ungenutzt ist, Erhalten von Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts, und Übertragen des erfassten Verwendungszustandes des Frequenzbandes an die Datenbankvorrichtung zusammen mit den Informationen über den eigenen Ort des Endgeräts; und die Datenbankvorrichtung die Schritte durchführt: Empfangen und Sammeln des Verwendungszustandes von Frequenzbändern und Informationen über den Ort von den mobilen Endgeräten und Erzeugen der Verwendungszustandstabelle aus dem empfangenen Verwendungszustand und den Frequenzbändern und Informationen über einen Ort.