JP2009005196A - キャリアセンス方法，チャネル割当方法及び基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】特別のハードウエア（回路及び測定器）を使用することなく、ソフトウエア処理によって、キャリアセンス及びその結果に応じたチャネル割当てを効率良く実行できるキャリアセンス方法，チャネル割当方法及び基地局を提供する。
【解決手段】チャネル割当要求に応じて、基地局で通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるために、前記基地局が使用可能な周波数帯域についてキャリアセンスを実行するキャリアセンス方法であって、前記基地局の記憶部に蓄積された履歴情報である、当該基地局における過去のキャリアセンス結果、過去の通常帯域及び拡張帯域別のチャネル割当結果及び伝送データ量の内の少なくとも１つに基づいて決定された優先順位によりキャリアセンスの開始周波数を決定することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の周波数チャネルが設定された通信システムに使用するキャリアセンス方法、キャリアセンス結果に応じたチャネル割当方法及びキャリアセンスを実行する基地局に関する。

従来、複数の周波数帯域（チャネル）からなる周波数帯域の内の一つの周波数チャネルを選択して通信を行う無線通信システムが知られている。
このような無線システムでは、他の機器との混信を防ぐため、これから使用したい周波数チャネルが空いているかどうか事前にチェックする「キャリアセンス」機能が実行されている。
このようなキャリアセンスを実行し、その結果に応じてチャネルを割当てる技術としては以下のものが知られている。（特許文献１参照）

上記特許文献１に記載の技術は以下のものである。
「複数の周波数チャネルから所定の空きチャネルを送信チャネルに設定して送信を行う無線送信装置であって、上記複数の周波数チャネルから空きチャネルを検出するキャリアセンスと、前記キャリアセンスにより、キャリアが検出された周波数チャネルおよびチャネル間隔値をキャリア情報として記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶されたキャリア情報に基いて、隣接区間に一定間隔以上キャリアが検出されていないクリアチャネルを算出するクリアチャネル算出部と、前記クリアチャネルならびに１以上の既知周波数チャネルとを記憶する第２の記憶手段と、前記第２の記憶手段に記憶された既知周波数チャネルを用いて通信を確立するよう試み、通信が確立できた場合はそのまま前記既知周波数チャネルを送信チャネルに設定するとともに、前記クリアチャネルを新たに次候補の既知周波数チャネルに設定する送信チャネル割当手段と、所定の送信チャネルが設定された際に、その送信チャネルにより所要の送信データを送信することができる通信手段と、を有することを特徴とする無線送信装置。」（請求項１）

次に、従来の既知のキャリアセンスの手順を、図５の原理図及び図６のフローチャートを用いて説明する。
ここで説明するPHSの規格であるRCR-STD-28では、チャネル割当ての際には、連続する３波（チャネル）についてキャリアセンスを実施することが定められている。
このPHSに割当てられる周波数帯域として、通常帯域である300kHzと、拡張帯域である900kHzとがあるので、キャリアセンスした結果空きチャネルとして割当てるためには、通常帯域の場合は、300kHzの３波（チャネル）分の連続した空きチャネル、拡張帯域の場合は、900kHzの３波（チャネル）分（即ち、300kHzの９波分）の連続した空きチャネルを必要とする。

従来のキャリアセンスでは、上述の通常帯域の300kHzの３波（チャネル）分の連続した空きチャネル、拡張帯域の900kHzの３波（チャネル）分の連続した空きチャネルを発見するために、図５に示す如く周波数軸の一方から他方に向かって順番にキャリアセンスを実施していた。（図５の場合は、低い周波数から高い周波数に向かってキャリアセンスを実施しているが、逆に高い周波数から低い周波数に向かってキャリアセンスを実施しても良い。）

図５は、本発明の原理図であって、低い周波数から高い周波数に向かって全てのチャネルに対してキャリアセンスを実施した結果を示している。
図５では、周波数軸上の棒グラフは通常帯域（チャネル）毎における電波の有無及びその強さを示し、棒グラフの無い部分は、そのチャネルが空きチャネルであることを示している。

図５において、(a)(b)は、連続した空きチャネルは存在するが、その連続数は５及び３であって、そこに拡張帯域（900kHz）のチャネルを割当てることはできない。
また、(c)(d)は、連続した空きチャネルの連続数は９であって、拡張帯域（900kHz）のチャネルを割当てることが可能である。

次に図５の従来のキャリアセンスの手順を図６を用いて説明する。
・先ず、データ通信の開始要求に伴うチャネル割当て要求に応じて基地局はチャネル割当て処理を開始する。（ステップS1）
・伝送されるデータ容量（量）を確認する。（ステップS2）
・データ容量が予め設定した閾値より大きいか否かの判断をする。（ステップS3）
・ステップS3での判断がYesの場合には、拡張帯域（900kHz）のチャネルを割当てるために、300kHzで９波（チャネル）分の空きチャネルを検出する拡張帯域キャリアセンスモードにモードを設定する。（ステップS4）
・図５に示す通常の順番のキャリアセンスを実行する。（ステップS5）
・図５の如きキャリアセンス結果から、300kHzで９波（チャネル）分の空きチャネルが検出できた場合には、拡張帯域チャネルを割当てる。（ステップS6）
・ステップS3での判断がNoの場合には、通常帯域（300kHz）のチャネルを割当てるために、300kHzで３波（チャネル）分の空きチャネルを検出する通常帯域キャリアセンスモードにモードを設定する。（ステップS7）
・図５に示す通常の順番のキャリアセンスを実行する。（ステップS5）
・図５の如きキャリアセンス結果から、300kHzで3波（チャネル）分の空きチャネルが検出できた場合には、通常帯域チャネルを割当てる。（ステップS6）
特開２００６−１４０８５４号公報

従来のキャリアセンスでは、図５に示したように、チャネル要求に対して拡張帯域（900kHz）のチャネルを割当てるために、周波数が低い方から高い方に向かってキャリアセンスを実施した場合には、少なくとも(c）の周波数までキャリアセンスを実施する必要があって、拡張帯域のチャネルを割当てるまでの時間が多くかかるという問題があった。

本発明の課題（目的）は、特別のハードウエア（回路及び測定器）を使用することなく、ソフトウエア処理によって、キャリアセンス及びその結果に応じたチャネル割当てを効率良く実行できるキャリアセンス方法，チャネル割当方法及び基地局を提供することにある。

前記課題を解決するために、チャネル割当要求に応じて、基地局で通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるために、前記基地局が使用可能な周波数帯域についてキャリアセンスを実行するキャリアセンス方法であって、
前記基地局の記憶部に蓄積された履歴情報である、当該基地局における過去のキャリアセンス結果、過去の通常帯域及び拡張帯域別のチャネル割当結果及び伝送データ量の内の少なくとも１つに基づいて決定された優先順位によりキャリアセンスの開始周波数を決定することを特徴とする。（請求項１）

また、チャネル割当要求に応じて、基地局が使用可能な全ての周波数帯域についてキャリアセンスを実行した結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるチャネル割当方法であって、
前記基地局の記憶部に蓄積された履歴情報である、当該基地局における過去のキャリアセンス結果、過去の通常帯域及び拡張帯域別のチャネル割当結果、及び伝送データ量の内の少なくとも１つに基づいて決定された優先順位によりキャリアセンスの開始周波数を決定して実行したキャリアセンス結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てることを特徴とする。（請求項２）

また、チャネル割当要求に応じて、基地局が使用可能な周波数帯域についてキャリアセンスを実行した結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てる基地局であって、前記基地局には、当該基地局における過去のキャリアセンス結果及び過去のチャネル割当結果を蓄積する履歴情報蓄積手段と、前記履歴情報蓄積手段に蓄積された履歴情報及び伝送データ量に基づいてキャリアセンスの開始周波数を変更するための優先順位を決定するキャリアセンス優先順位決定手段と、前記キャリアセンス優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてキャリアセンスしたキャリアセンス結果応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるチャネル割当手段とを備えることを特徴とする。（請求項４）

本発明のキャリアセンス方法，チャネル割当方法及び基地局によれば、基地局自身が収集した、日々の時間帯毎のキャリアセンス結果，回線使用状況を統計情報（履歴情報）として蓄積しておくことによって、通常帯域（300kHz）又は拡張帯域（900kHz）のそれぞれの帯域に応じた優先順位を付けて、その基地局にとって最適になるように自立的にキャリアセンスが可能になってチャネル割当てに要する時間を減少させることができる。
また、日々の回線使用状況が統計情報（履歴情報）として蓄積されているので、広帯域（900kHz）のチャネル割当ての確率が著しく低い場合には、広帯域（900kHz）のチャネル割当てのためにキャリアセンスを開始せずに、狭帯域（300kHz）のチャネル割当てのためのキャリアセンスに切替えることができ、無駄な動作（時間）を減らすことができる。

先ず、本発明のキャリアセンスについての基本原理を図１を用いて説明する。
図１は、従来のキャリアセンスの説明の項で使用した図５と基本的には、同じ基地局におけるキャリアセンス結果と同じである。
しかし、本発明のキャリアセンスでは、周波数軸上におけるキャリアセンスの開始位置及び順序が図５のものとは異なっている。

図１では、図示の如く、キャリアセンスを(c)の周波数から開始し、次に（d)の周波数、次に、(a)の周波数という順序でキャリアセンスが実行される。

図２を用いて、本発明のキャリアセンス及びキャリアセンス結果に応じたチャネル割当てを実行する基地局の説明をする。
図２は、本発明の無線通信システムの構成を示す図であって、１は基地局であり、該基地局は複数存在して基幹バックボーン回線部３を介して無線通信システムの図示しないサーバ（ホスト）に接続されている。
また、２は基地局によって割当てられた無線通信チャネルを介して接続される端末局（端末装置）である。

基地局１には、前記基地局によってチャネルが割当てられて相互に通信をするための複数の無線部1a1〜1an，変復調部1b，制御部1c，データ容量確認部1e，データ入出力部1f，記憶部1gが含まれている。
前記制御部（CPU)1cは、搭載されたプログラムによって、前記端末局２との通信及び図示しないサーバとの通常の通信制御を実行する。

前記制御部1cに含まれるキャリアセンス部1dは、本発明の特徴部であって、前記記憶部1gに含まれる日々の時間帯毎の回線使用状況の統計情報の保有蓄積部（以下履歴蓄積部という）の蓄積データ及び前記データ容量確認部1eの出力と協同して本発明に特有のキャリアセンス及びキャリアセンス結果に応じたチャネル割当てを実行する。

次に本発明の前記キャリアセンス部1dによるキャリアセンス及びキャリアセンス結果に応じてチャネル割当ての手順を図３を用いて説明する。
・先ず、データ通信の開始要求に伴うチャネル割当て要求に応じて基地局はチャネル割当て処理を開始する。（ステップS11）
・伝送されるデータ容量（量）を確認する。（ステップS12）
・データ容量が予め設定した閾値より大きいか否かの判断をする。（ステップS13）
・ステップS13での判断がYesの場合には、拡張帯域（900kHz）のチャネルを割当てるために、300kHzで９波（チャネル）分の連続した空きチャネルを検出する拡張帯域キャリアセンスモードにモードを設定する。（ステップS14）
・基地局の記憶手段に蓄積された統計（履歴）情報により、キャリアセンスに優先順位を付けられるか否かの判断をする。（ステップS15）
・ステップS15の判断がYesの場合、統計情報に基づいて、キャリアセンスに優先順位を付けてキャリアセンスを実行する。（ステップS16）
・図１の如き優先順位を付けたキャリアセンス結果から、300kHzで９波（チャネル）分の連続した空きチャネルが検出できた場合には、拡張帯域チャネルを割当てる。（ステップS17）

・ステップS15の判断がNoの場合、拡張帯域の割当ての見込みがあるか否かの判断をする。（ステップS18）
・ステップS18の判断がYesの場合、図５に示す如き通常のキャリアセンスを実行する。（ステップS19）
・図５の如き通常のキャリアセンス結果から、300kHzで９波（チャネル）分の連続した空きチャネルが検出できた場合には、拡張帯域チャネルを割当てる。（ステップS17）

・ステップS13の判断がNoの場合または、ステップS18の判断がNoの場合には通常帯域キャリアセンスモードにモードを設定する。（ステップS20）、次に、基地局の記憶手段に蓄積された統計（履歴）情報により、キャリアセンスに優先順位を付けられるか否かの判断をする。（ステップS21）
・ステップS21の判断がYesの場合、統計情報に基づいて、キャリアセンスに優先順位を付けてキャリアセンスを実行する。（ステップS22）
・図１の如きキャリアセンス結果から、300kHzで3波（チャネル）分の連続した空きチャネルが検出できた場合には、通常帯域チャネルを割当てる。（ステップS17）
・ステップS21の判断がNoの場合、図５の如き通常のキャリアセンスを実行する。（ステップS23）
・図１の如きキャリアセンス結果から、300kHzで3波（チャネル）分の連続した空きチャネルが検出できた場合には、通常帯域チャネルを割当てる。（ステップS17）

次に、キャリアセンスの優先順位（キャリアセンスの開始周波数及び順序等）を決定するための履歴情報の１例を図４に示し、その履歴情報を用いた処理について説明する。
図４は、平日及び休日別の各時間帯（１時間）における各周波数帯（チャネル）の使用回数（割当て結果）を、過去の周波数帯（チャネル）割当結果として示している。

図４（ａ）は平日の例であって、各時間帯（0:00−1:00，1:00−2:00・・・23:00−0:00）における各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数が示されている。
図４（ｂ）は、休日の例であって、図４（ａ）と同様に、各時間帯（0:00−1:00，1:00−2:00・・・23:00−0:00）における各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数が示されている。

図４の履歴情報は、図３のデータ通信の開始要求に伴うチャネル割当て要求に応じて基地局が行うチャネル割当て処理において、ステップS15以下の手順における判断に際して利用される。
以下に、その判断例について詳細に説明する。

ステップS15の判断では、拡張帯域のキャリアセンスにおいて、統計情報（この場合は、図４の平日，休日別の各時間帯毎，各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数）に基き、対応する時間帯における各周波数帯毎の使用回数のバラツキが大きい場合に優先順位を付けることに適していると判断する。

また、ステップS15の判断は、統計情報（この場合は、図４の平日，休日別の各時間帯毎，各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数）で、対応する時間帯における各周波数帯毎の使用回数のバラツキが小さい場合には、優先順位を付けることに意味がないので優先順位を付けないと判断する。

例えば、図４（ａ）において、0:00−1:00の時間帯では、fn-1の周波数帯の使用回数(5)が他の周波数帯に比較して少ないので、ステップS15の判断でYes（優先順位が付けられる）と判断する。次のステップS16では、この周波数帯（fn-1帯）から順に拡張帯域でのキャリアセンスを実行することによって、拡張帯域を割当て可能な周波数帯を見つけるまでの時間を短縮できる可能性が高くなる。

また、図４（ａ）において、例えば、17:00−00:00の時間帯では、各周波数帯の使用回数のバラツキが少ないので、ステップS15の判断でNo（優先順位を付けない）と判断される。

また、ステップS18は拡張帯域の割当て見込みがあるか否かの判断であるが、図４（ａ）の例では、17:00−21:00の時間帯では、各周波数帯の使用回数が全体的に多いので、拡張帯域の割当ての見込みは無いと判断して通常帯域のキャリアセンスへ移行する。

また、22:00−20:00の時間帯では、各周波数帯の使用回数が全体的に少ないので、拡張帯域の割当ての見込みは有ると判断して、図５の如く通常のキャリアセンスで拡張帯域の割当てが可能な周波数帯域を見つける。

ステップS21の判断は、通常帯域のキャリアセンスにおいて、ステップS15と同様に、統計情報（この場合は、図４の平日，休日別の各時間帯毎，各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数）で、対応する時間帯における各周波数帯毎の使用回数のバラツキが大きい場合に優先順位を付けると判断し、バラツキが小さい場合には、優先順位を付けることに意味がないので優先順位を付けないと判断する。

例えば、図４（ａ）において、18:00−21:00の時間帯では、fnの周波数帯の使用回数が他の周波数帯に比較して少ないので、ステップS18の判断でYes（優先順位が付けられる）と判断する。次のステップS22では、この周波数帯（fn帯）から拡張帯域でのキャリアセンスを実行することによって、通常帯域の割当てが可能な周波数帯を見つけるまでの時間を短縮できる可能性が高くなる。

また、図４（ａ）において、例えば、17:00−18:00の時間帯では、各周波数帯の使用回数のバラツキが少ないので、ステップS22の判断でNo（優先順位を付けない）と判断して、図５の如く通常のキャリアセンスで通常帯域の割当てが可能な周波数帯域を見つける。

図４（ｂ）の休日の例では、全ての時間帯（0:00−1:00，1:00−2:00・・・23:00−0:00）毎の各周波数帯（f1，f2・・・f7・・・fn-1，fn）毎の使用回数は全体的に少なく、且つ、バラツキも小さいので、ステップS15の判断である、優先順位が付けられるか否かの判断で、Yes若しくはNoのいずれの場合でも、拡張帯域の周波数帯を短い時間で見つけることが可能である。

図４（ａ）（ｂ）は、過去の平日又は休日の時間帯別の周波数帯（チャネル）割当結果による履歴情報であるが、本発明は、図４（ａ）（ｂ）の履歴情報に限られるものではなく、曜日別，通信時間別，割当チャネル別若しくは狭帯域広帯域別に蓄積された履歴情報を用いることができる。

なお、本発明のキャリアセンス方法，チャネル割当方法及び基地局は、実施例として説明したPHSに限定されるものではなく、キャリアセンスを伴う他の無線方式にも適用可能なことはいうまでもない。
また、通常帯域と拡張帯域の周波数帯域として、300kHz及び900kHzを実施例として説明しているが、この周波数帯域に制限されるものでなく、他の周波数帯域に適用できることはいうまでもない。

本発明のキャリアセンスの原理図であって、優先順位によって特定された周波数所定の順序でキャリアセンスを実施した結果を示す図である。 本発明のキャリアセンス及びキャリアセンス結果に応じたチャネル割当てを実行する基地局の構成を示す図である。 本発明のキャリアセンスの手順の１例を示すフローチャートである。 過去の平日又は休日の時間帯別の周波数帯（チャネル）割当結果による履歴情報を示す図である。 従来のキャリアセンスの原理図であって、低い周波数から高い周波数に向かって全てのチャネルに対してキャリアセンスを実施した結果を示す図である。 従来のキャリアセンスの手順の１例を示すフローチャートである。

符号の説明

１：基地局
２：端末局
1a1〜1an：無線部
1b ：変復調部
1c ：制御部
1d ：キャリアセンス部
1e ：データ容量確認部
1f ：データ入出力部
1g：履歴データ（統計情報）蓄積部
３：基幹バックボーン回線部

Claims (6)

1. チャネル割当要求に応じて、基地局で通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるために、前記基地局が使用可能な周波数帯域についてキャリアセンスを実行するキャリアセンス方法であって、
   前記基地局の記憶部に蓄積された履歴情報である、当該基地局における過去のキャリアセンス結果、過去の通常帯域及び拡張帯域別のチャネル割当結果及び伝送データ量の内の少なくとも１つに基づいて決定された優先順位によりキャリアセンスの開始周波数を決定することを特徴とするキャリアセンス方法。
2. チャネル割当要求に応じて、基地局が使用可能な全ての周波数帯域についてキャリアセンスを実行した結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるチャネル割当方法であって、
   前記基地局の記憶部に蓄積された履歴情報である、当該基地局における過去のキャリアセンス結果、過去の通常帯域及び拡張帯域別のチャネル割当結果、及び伝送データ量の内の少なくとも１つに基づいて決定された優先順位によりキャリアセンスの開始周波数を決定して実行したキャリアセンス結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てることを特徴とするチャネル割当方法。
3. 前記キャリアセンスは、前記通常帯域又は拡張帯域それぞれの所定数倍以上の連続した空き周波数帯域を検出することを特徴とする請求項２に記載のチャネル割当方法。
4. チャネル割当要求に応じて、基地局が使用可能な周波数帯域についてキャリアセンスを実行した結果に応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てる基地局であって、
   前記基地局には、当該基地局における過去のキャリアセンス結果及び過去のチャネル割当結果を蓄積する履歴情報蓄積手段と、
   前記履歴情報蓄積手段に蓄積された履歴情報及び伝送データ量に基づいてキャリアセンスの開始周波数を変更するための優先順位を決定するキャリアセンス優先順位決定手段と、
   前記キャリアセンス優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてキャリアセンスしたキャリアセンス結果応じて通常帯域又は拡張帯域のチャネルを選択的に割当てるチャネル割当手段と、
   を備えることを特徴とする基地局。
5. 前記キャリアセンスは、前記通常帯域又は拡張帯域それぞれの所定数倍以上の連続した空き周波数帯域を検出することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. 前記過去のチャネル割当結果は、曜日別，時間帯別，通信時間別，割当チャネル別又は狭帯域広帯域別に蓄積されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のキャリアセンス方法，チャネル割当方法若しくは基地局。

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