JP2012147206A - 管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法 - Google Patents

管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】混信の有無を判定して周波数帯を共用する無線装置における混信を防止することのできる管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法を提供する。
【解決手段】管理装置は、第1の無線システムが運用する周波数情報を管理する周波数データベースと接続され、第1の無線システムと重複した周波数帯を使用する優先順位が第1無線システムよりも低い第2の無線システムに属する第2の無線装置を管理し、空き周波数情報を周波数データベースから取得する手段と、空き周波数情報を第2の無線装置に提供する手段と、空き周波数情報に応じて第2の無線装置が送信した、第2の無線装置が利用を求める利用周波数情報、利用送信電力情報、および、スペクトラムマスク情報に基づいて、第2の無線装置が利用すべき許可周波数および許可送信電力を決定する手段と、許可周波数および許可送信電力を、第2の無線装置に与える手段とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、周波数帯を共用する無線システムにおいて混信を予め防止する管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法に関する。
アナログテレビからデジタルテレビの進化は、膨大な周波数資源を無線通信産業に残すこととなった。周波数が既に割当てられた現行サービスにより混雑していることから、新しいアプリケーションやサービスへ周波数割当が大きな課題となっている。
一方、監理当局により周波数が占有されていると目されている過密状況に反して、実際には広大な未使用の周波数帯が存在することがわかってきた。2002年、米国連邦通信委員会(FCC)は、免許不要の無線サービスに当該未使用の周波数帯を利用させることにより、周波数の効率的な利用を図るとの視点で準備されたスペクトラムポリシータスクフォース(SPTF)の文書を発行している。FCCもまた、TVホワイトスペース(TVWS:TV White Space)として知られる、TVバンドの免許を要さない利用についての規制に関する文書を発行している(非特許文献1)。
ところで、TVWSのように免許を必要としない無線装置と免許された無線装置とが利用する周波数帯を共用する場合、免許を必要としない無線装置は、当該周波数帯の利用について優先順位が低いから、免許された無線装置に対して混信を与えてはならない。しかし、免許を必要としない無線装置は、様々な諸元の無線通信標準が想定されるから、周波数(チャネル)の重複の有無だけで混信の有無を正確に判定することは困難である。
米国連邦通信委員会(FCC)、"Second report and order and memorandum opinion and order"、No.FCC08−260、2008年11月
このように、従来は、周波数帯を共用する無線システム(特に自己よりも優先順位の高い無線システム)の間で混信の有無を正確に判定することが困難であるという問題があった。本発明の実施形態はかかる課題を解決するためになされたもので、混信の有無を的確に判定して周波数帯を共用する無線装置における混信を防止することのできる管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法を提供することを目的としている。
上記した課題を解決するため、実施形態に係る管理装置は、第1の無線システムに属する第1の無線装置が運用する周波数情報を管理する周波数データベースと接続され、使用する周波数帯が第1の無線システムと重複し該重複した周波数帯を使用する優先順位が第1の無線システムよりも低い第2の無線システムに属する第2の無線装置を管理する管理装置であって、第2の無線装置が利用可能な空き周波数を示す空き周波数情報を周波数データベースから取得するデータベースアクセス部と、空き周波数情報を第2の無線装置に提供する周波数情報提供部と、周波数情報提供部が提供した空き周波数情報に応じて第2の無線装置が送信した、該第2の無線装置が利用を求める周波数を示す利用周波数情報、送信電力を示す利用送信電力情報、および、送信電波のスプリアス特性を示すスペクトラムマスク情報に基づいて、第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力を示す許可周波数および許可送信電力を決定する周波数決定部と、周波数決定部が決定した許可周波数および許可送信電力を、第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力として第2の無線装置に与える許可周波数提供部とを備えている。
本発明の実施形態は、混信の有無を的確に判定して周波数帯を共用する無線装置における混信を防止することのできる管理装置、無線装置、周波数および送信電力の決定方法を提供することを目的としている。
第1の実施形態の無線システムの概念を示す図である。 第1の実施形態の無線システムの機能要素を示すブロック図である。 第1の実施形態の無線システムで用いる情報の要素の具体例を示す図である。 第1の実施形態の無線システムで用いるスペクトラムマスクデータの一例を示す図である。 第1の実施形態の無線システムで用いるスペクトラムマスクデータの一例を示す図である。 第1の実施形態の無線システムで用いるスペクトラムマスクデータの一例を示す図である。 第1の実施形態の無線システムで用いるスペクトラムマスクデータの一例を示す図である。 第1の実施形態の無線システムの動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態におけるチャネル決定手順の例を示すフローチャートである。 第1の実施形態におけるチャネル決定手順で用いるスーパーマスクの例を示す図である。 第2の実施形態の無線システムの概念を示す図である。 第2の実施形態の無線システムの機能要素を示すブロック図である。 第2の実施形態の無線システムの動作を示すフローチャートである。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、実施形態に係る無線装置について詳細に説明する。図1に示すように、この実施形態の無線システムでは、プライマリシステム(PS)およびセカンダリシステム(SS)の二種類の無線システムが存在する。プライマリシステムPSおよびセカンダリシステムSSは、互いにサービスエリア(相手に混信を与えうる通信範囲)が重複するとともに利用する周波数帯が重複している。
プライマリシステムPSは、所定の周波数帯の特定のチャネルにおいて免許され、当該チャネルの利用につき他の無線局よりも優先順位が高い無線装置である。プライマリシステムPSは、例えばテレビ用バンドのうち特定チャネルの利用を免許されたテレビ放送局の無線装置PSTXなどが該当する。無線装置PSTXは、テレビ受像機などとしての無線装置PSCLとあわせて無線システムを構成している。
セカンダリシステムSSは、プライマリシステムPSに割当てられた周波数帯と利用する周波数帯が重複し、かつ当該重複した周波数帯を利用する優先順位が当該プライマリシステムPSよりも低い地位にある。すなわち、セカンダリシステムSSは、いわゆるホワイトスペース周波数(プライマリシステムPSに割当てられた周波数帯のうち実際には当該プライマリシステムPSが使用していないか、混信を生ずるおそれがない周波数(帯))のチャネルを利用する。セカンダリシステムSSは、例えば無線LAN(WLAN)などのアクセスポイント装置1(AP装置1:AP1)と、AP装置1と通信する端末装置2(STA装置2:STA2)とを有している。
セカンダリシステムSSのAP装置1は、インターネットなどのネットワークNWを介して、データベースDB(TVWS−DB)が接続されている。データベースDBは、プライマリシステムPSに属する無線装置の位置や周波数、送信電力、カバレッジエリアなどを管理するサーバ装置である。データベースDBは、ネットワークを介してセカンダリシステムSSに属する無線装置の位置、周波数帯、送信電力、カバレッジエリアなどを含むクエリに応じて、セカンダリシステムSSに属する当該無線装置が利用可能な周波数や電力(プライマリシステムPSが実際には使用していないか混信を生ずるおそれがない周波数や電力)などを検索して応答することができる。また、データベースDBは、クエリに含まれた無線装置(AP装置1やSTA装置2)がホワイトスペース周波数での利用を認められた無線装置であるか否かについて照合する機能をも有している。すなわち、データベースDBは、プライマリシステムPSの周波数情報とホワイトスペース周波数での運用が認められた無線装置に関する情報を格納し、提供することができる。データベースDBの登録内容は、プライマリシステムPSの許認可権者などにより随時更新される。
プライマリシステムPSは、AP装置1およびSTA装置2よりも当該周波数帯を使用する優先順位が高く、AP装置1・STA装置2は、プライマリシステムPSに対して混信妨害を与えてはならない状態にある。以下に説明する例では、プライマリシステムPSは、テレビジョン放送用バンドの特定チャネルを免許された無線装置であり、AP装置1およびSTA装置2は、WLANシステムとして機能しうる無線装置であるものとして説明する。
(第1実施形態の構成)
図2に示すように、この実施形態のAP装置1は、アンテナ11、受信部12、送信部13、インタフェース部(I/F)14を有している。受信部12は、通信相手たるSTA装置2から送られる電波をアンテナ11を介して受信し、所定の方式で復調する。送信部13は、STA装置2に対する情報を変調して無線信号を生成し、アンテナ11を介して通信相手に送信する。I/F14は、受信部12および送信部13とインターネットなどのネットワークNWとを接続する。
受信部12は、通信相手からの電波をアンテナ11を介して受信し、所定の方式で復調してI/F14を経由してNWに送る。一方、NWからの情報は、I/F14を介して送信部13に送られ、送信部13は、当該情報を無線信号に変換してアンテナ11を介して通信相手に送信する。すなわち、受信部12、送信部13およびI/F14は、クライアントたる通信相手を収容するWLANのアクセスポイントとして機能する。受信部12および送信部13は、例えば、IEEE802.11規格に準拠したシステムを用いて実現することができる。なお、受信部12および送信部13が使用する周波数帯は、プライマリシステムPSが使用する周波数帯と少なくとも一部が重複している。
さらに、AP装置1は、データベースアクセス部15(DBアクセス部15)、ビーコン生成部16、イネーブル制御部17、ネットワークチャネル制御部18(NWチャネル部18)および記憶部19を備えている。
DBアクセス部15は、ネットワークNWを介してデータベースDBにアクセスする機能要素である。DBアクセス部15は、データベースDBにアクセスして、AP装置1やSTA装置2が利用可能な周波数の照会や、AP装置1やSTA装置2がホワイトスペース周波数で利用を認められた無線装置であるかの照合要求などを実行する。
ビーコン生成部16は、配下のSTA装置2に対するビーコン信号を生成し、送信部13を介して送出する信号演算部である。この実施形態の無線システムでは、AP装置1が定期的にビーコンを送出してネットワーク確立のための情報を伝送する。
イネーブル制御部17は、AP装置1自身やSTA装置2がプライマリシステムPSに割当てられた周波数帯と重複するホワイトスペース周波数において利用を開始する手順を実行する信号演算部である。NWチャネル部18は、AP装置1とSTA装置2との間のネットワークを確立する手順を実行する信号演算部である。記憶部19は、ネットワークNW上のデータベースDBのアドレスや、取得したホワイトスペース周波数に関する情報、STA装置2とのネットワーク確立に必要な情報などを格納するメモリである。
STA装置2は、アンテナ21、受信部22、送信部23およびインタフェース部(I/F)24を有している。STA装置2のアンテナ21、受信部22、送信部23およびI/F24は、AP装置1のアンテナ11、受信部12、送信部13およびI/F14と対応し、共通の機能を有している。
さらに、STA装置2は、ビーコン監視部25、イネーブル制御部26、ネットワークチャネル制御部27(NWチャネル制御部27)および記憶部28を備えている。このうち、イネーブル制御部26、NWチャネル部27および記憶部28は、AP装置1のイネーブル制御部17、NWチャネル部18および記憶部19と対応し、共通の機能を有している。ビーコン監視部25は、AP装置1が発するビーコン信号を監視し、AP装置1とのネットワーク確立のタイミングを決定する信号演算部である。
(利用開始手順)
実施形態のAP装置1のイネーブル制御部17およびSTA装置2のイネーブル制御部26は、プライマリシステムPSに割当てられた周波数帯と重複するホワイトスペース周波数(テレビ用に割当てられた周波数帯のうち実際には未利用の周波数(帯))を利用するに先立って所定の情報を交換する。この情報交換手順は、利用開始手順(イネーブリング/イネーブルメント:enablement)と呼び、交換される情報をイネーブル情報と呼ぶ。
STA装置2のイネーブル制御部26がAP装置1に送るイネーブル情報としては、例えば、STA装置2を識別するID情報などが挙げられる。一方、AP装置1のイネーブル制御部17がSTA装置2に送るイネーブル情報としては、例えば、データベースDBへのアクセス結果に基づき利用可能性が確認された空きチャネルや利用可能スケジュール(タイムスロット)、照合に関するメッセージなどが挙げられる。すなわち、AP装置1のイネーブル制御部17が、STA装置2から得たID情報などに基づきデータベースDBで照合した結果、確認が取れた場合に利用可能チャネルなどをSTA装置2に伝えることを目的とした情報である。利用開始手順は、AP装置1やSTA装置2がホワイトスペース周波数のチャネルを許されているか否かをデータベースDBに照会するためにも用いられる。
(ネットワーク確立手順)
実施形態のAP装置1のNWチャネル制御部18およびSTA装置2のNWチャネル制御部27は、利用開始手順を経た後にAP装置1とSTA装置2との間のネットワークチャネルを確立するため、所定の情報を交換する。この情報交換手順は、ネットワーク確立手順(あるいはネットワークチャネル制御手順)と呼ぶ。
STA装置2のNWチャネル制御部27がAP装置1に送る情報としては、例えば、ネットワークの確立に必要な自己のID情報、スペクトラムマスク情報、運用クラス、利用しようとするチャネル番号(周波数)、利用しようとする送信電力などが挙げられる。すなわち、STA装置2が、実際に利用しようとするチャネルなどの情報(具体的に利用を期待するチャネルなどの情報)をAP装置1に伝えることを目的とした情報である。一方、AP装置1のNWチャネル制御部18がSTA装置2に送る情報としては、例えば、隣接チャネルの利用状況との関係で利用可能と判定された運用クラス、チャネル番号、最大送信電力などが挙げられる。すなわち、AP装置1のNWチャネル制御部18がSTA装置2から得た情報に基づき、隣接チャネルでの混信の有無を加味した判定結果および当該判定結果に基づき決定された利用可能なチャネルや送信電力等をSTA装置2に伝えることを目的とした情報である。ネットワーク確立手順は、STA装置2が運用する場合にプライマリシステムPSに混信を与えない運用条件をAP装置1からSTA装置2へ伝える作用をする。
図3に示すのは、ネットワーク確立手順においてAP装置1およびSTA装置2が交換する情報のフォーマットの一例を示している。図3に示すように、ネットワーク確立手順では、要求者アドレス(Requester STA address)、応答者アドレス(Responder STA address)、理由/結果コード(Reason Result code)、ネットワークチャネル制御ID(NW−Ch制御ID:Network Channel Control Identifier)、運用クラス(Operating class)、チャネル番号(Channel number)、スペクトラムマスククラス(Spectrum Mask Class)および送信電力制限(Transmit Power Constraint)の各情報要素が交換される。
要求者アドレスは、この手順を開始する要求者のアドレスであり、例えば、MACアドレスのような論理アドレスや、物理的な位置情報などである。応答者アドレスは、ネットワーク制御の制御者(応答者)のアドレスである。要求者アドレスと同様に、応答者アドレスは、MACアドレスのような論理アドレスや、物理的な位置情報などである。
理由/結果コードは、ネットワークチャネル制御の可否やその理由などが定義される。ネットワークチャネル制御IDは、ネットワーク確立手順において利用するIDである。運用クラスは、ホワイトスペース周波数においてSTA装置2が利用しようとするネットワークチャネルのセット(組)であり、チャネル番号は、対応するチャネルの番号である。運用クラスおよびチャネル番号は、当該ネットワークチャネルが利用可能かどうかを判定するためのチャネル周波数および周波数帯域幅を特定する。スペクトラムマスククラス(スペクトルマスククラス)は、送信電波のエネルギー分布を示す情報で、中心周波数から一定周波数離れた位置にどれだけ電波が広がっているかを示す。言い換えれば、スペクトラムマスククラスは、送信電波のスプリアス特性を示すものである。送信電力制限は、送信電力について制限が課せられる場合の許容される送信電力である。
図4Aないし図4Dに、チャネル間隔が5MHz、10MHz、20MHzおよび40MHzの場合のスペクトラムマスクデータの例を示す。これらスペクトラムマスクデータは、送信電波の中心周波数から所定の周波数のオフセットした位置において許される電力スペクトル密度の値として規定されており、送信電力に応じてクラス分けされている。
例えば、図4Aに示すチャネル間隔5MHzのスペクトラムマスクデータによれば、STA装置2の送信電力がクラスAに属する場合、中心周波数(±2.25MHz内)における電力スペクトル密度を基準として、中心周波数の±2.5MHzの周波数では−10dBに減衰していなければならず、同じく±5MHzの周波数では−28dBに減衰していなければならない。一方、STA装置2の送信電力がクラスAよりも大きいクラスDに属する場合は、中心周波数(±2.25MHz内)における電力スペクトル密度を基準として、中心周波数の±2.5MHzの周波数では−35dBに減衰していなければならず、同じく±5MHzの周波数では−55dBに減衰していなければならないことになる。図4Bないし図4Dに示すチャネル間隔10MHz、20MHzおよび40MHzの場合も同様にして規定されている。
この実施形態の無線システムでは、STA装置2からAP装置1に送られるスペクトラムマスクデータに基づいて、利用希望チャネルと隣接するチャネルにおける混信可能性を加味したチャネル選択や送信電力制限を行っている。
(第1の実施形態のシステム全体の動作)
次に、図5を参照してこの実施形態の無線システム全体の動作を説明する。AP装置1が配下のSTA装置2とホワイトスペース周波数にて通信を行う場合、予めプライマリシステムPSとの関係で混信を生じない周波数情報を取得しなければならない。AP装置1のDBアクセス部15は、許可チャネルに関する要求情報を生成する(S100)。この要求情報は、AP装置1のID情報、位置情報およびスペクトラムマスク情報などを含むものである。許可チャネルに関する要求情報を生成すると、DBアクセス部15は、当該要求情報をクエリとしてネットワークNWを介してデータベースDBに送信する(S102)。
データベースDBは、ネットワークNWを介してクエリを受信する(S104)。クエリを受信したデータベースDBは、AP装置1のID情報および位置情報を用いて自己のデータベースを検索し、AP装置1のホワイトスペース周波数の利用可否を判定するとともに、AP装置1の無線ネットワークが利用可能な周波数と利用スケジュール(タイムスロット)をリストにした空きチャネル情報を生成する(S106)。データベースDBは、生成した空きチャネル情報をAP装置1に返答する(S108)。
AP装置1のDBアクセス部15が空きチャネル情報を受信すると(S110)、イネーブル制御部17は、ホワイトスペース周波数を利用する利用開始手順に用いるイネーブル情報を生成する。このイネーブル情報は、ネットワークを確立するための情報である。ビーコン生成部16は、イネーブル制御部17が生成したイネーブル情報を用いてビーコン信号を生成し、送信部13を介して送信する(S112)。なお、このビーコン信号の送信周波数とDBアクセス部15が取得した空きチャネル情報に示される周波数とが異なる場合、例えば、ホワイトスペース周波数ではなくAP装置1が高い優先順位で利用できる周波数を用いてビーコン信号が送られる場合、ビーコン信号に含まれるイネーブル情報には、AP装置1へ送信可能なチャネル情報が含められる。すなわちSTA装置2がAP装置1と通信を確保できる周波数が含められている。
STA装置2のビーコン監視部25は、アンテナ21および受信部22を用いてAP装置1の発するビーコン信号を監視している(S114)。受信部22がビーコン信号を受信すると、ビーコン監視部25はビーコン信号からイネーブル情報を取り出してイネーブル制御部26に渡す。
イネーブル制御部26は、無線ネットワークを確立するため、AP装置1に対しイネーブル要求を発する(S116)。ここでのイネーブル情報は、STA装置2のID情報が含められている。イネーブル制御部26は、送信部23を介して、AP装置1がビーコン信号を送信した周波数でイネーブル情報を送信する(S118)。このとき、AP装置1から送られたイネーブル情報に利用可能な周波数情報が示されている場合、送信部23は、当該利用可能な周波数情報が示す周波数を用いてイネーブル情報を送信することができる。
AP装置1のイネーブル制御部17がSTA装置2からのイネーブル情報を受信すると(S120)、DBアクセス部15は、当該イネーブル情報からSTA装置2のID情報を読出してデータベースDBをアクセスするクエリを生成し、データベースDBに送信する(S122)。このクエリは、STA装置2がホワイトスペース周波数を利用するための資格を有することを認証するために送られるものである。
データベースDBは、ネットワークNWを介してクエリを受信する(S124)。クエリを受信したデータベースDBは、STA装置2のID情報を用いて自己のデータベースを検索し、STA装置2のホワイトスペース周波数の利用可否を判定する(S126)。データベースDBは、判定結果を含む照合結果情報をAP装置1に返答する(S128)。
DBアクセス部15が照合結果情報を受信すると(S130)、イネーブル制御部17は、照合結果情報にステップ110で取得した空きチャネル情報や照合結果情報に関するメッセージを付加してSTA装置2に送信する(S132)。
イネーブル制御部26は、受信部22を介して照合結果情報を受信する(S134)。この段階で、STA装置2は、自身がホワイトスペース周波数の利用を許可されたこと、および利用可能な周波数および利用スケジュールを知ることができる。
次いで、NWチャネル制御部27は、照合結果情報に基づいて、AP装置1に対しネットワークチャネル制御を要求する(S136)。すなわち、AP装置1に対してホワイトスペース周波数を利用したネットワークの確立を要求する。具体的には、NWチャネル制御部27は、照合結果情報を用いて、自己のID情報、スペクトラムマスク情報、利用しようとする運用クラス、チャネルおよび送信電力などの情報を含んだネットワーク制御情報を生成し、送信部23を介してAP装置1に送信する(S138)。
AP装置1の受信部12がネットワーク制御情報を受信すると(S140)、NWチャネル制御部18は、当該ネットワーク制御情報を解析してSTA装置2が利用しようとする周波数等の利用可否を判定する(S142)。すなわち、NWチャネル制御部18は、データベースDBから先に受け取った空きチャネル情報やSTA装置2が生成したネットワーク制御情報に基づいて、プライマリシステムPSに対する混信の有無を判定し、最終的に運用可能な周波数や送信電力を決定する。このとき、STA装置2のスペクトラムマスク情報を利用して、隣接チャネルへの混信の有無も判定の要素とする。さらに、AP装置1のスペクトラムマスク情報を隣接チャネルへの混信の有無の判定要素としてもよい。NWチャネル制御部18は、解析した結果(最終的に利用可能とされた周波数や送信電力)を解析結果情報として送信部13を介してSTA装置2に送信する(S144)。解析結果情報には、AP装置1が利用すべき許可運用クラス、許可チャネル番号、許可送信電力などが含められる。
STA装置2の受信部22が解析結果情報を受信すると(S146)、NWチャネル制御部27は解析結果情報に基づいて自己の利用周波数および送信電力を決定し、受信部22および送信部23のパラメータを設定する。設定が完了すると、STA装置2は運用を開始可能となる(S148)。
なお、STA装置2が運用を開始した後、AP装置1は、所定時間(たとえば60秒)ごとに解析結果情報が示す周波数等の継続使用を許可する信号をSTA装置2に送信する。また、AP装置1は、自己の位置情報を所定時間(たとえば30秒)ごとに確認し、毎日データベースDBにアクセスしなければならない。AP装置1が100m以上移動したり、1日以上データベースDBへのアクセスが途絶えたりした場合、AP装置1は、ステップ100からの手順を繰り返す。その場合、AP装置1は、STA装置2に対し利用停止信号を送信してSTA装置2によるホワイトスペース周波数の利用を停止させてもよい。
また、STA装置2が所定時間内に利用開始手順を完了できなかった場合や、STA装置2がAP装置1から利用停止信号を受信した場合、STA装置2は、ステップ114からの手順を繰り返す。さらに、STA装置2が受けた解析結果情報に示す周波数等が利用できない場合等は、STA装置2は、ステップ138からの手順を繰り返す。
このように、この実施形態の無線システムでは、AP装置1が予め空きチャネル情報を取得し、STA装置2が利用を希望する周波数等の利用可否をAP装置1において解析した上でSTA装置2に利用可能な周波数情報を提供している。特に、AP装置1は、STA装置2のスペクトラムマスクを利用して隣接チャネルへの混信の有無を加味してSTA装置2が利用可能な周波数を決定するので、より確実に混信を防止した無線システムを実現することができる。さらには、この実施形態ではAP装置1が予め取得した空きチャネル情報自体、AP装置1のスペクトラムマスク情報を利用してデータベースDBが決定したものであるから、混信を未然に防止することができる。
(第1の実施形態の周波数決定の動作)
ここで、図6および図7を参照してAP装置1のネットワーク確立手順における照合結果情報の生成について詳細に説明する。この実施形態のAP装置1は、データベースDBから取得した空きチャネル情報およびSTA装置2から受け取ったネットワーク制御情報を用いて、STA装置2が利用可能な周波数および送信電力を決定する(図5のステップS142)。この際、NWチャネル制御部18は、スペクトラムマスク情報を利用して隣接チャネルへの混信の有無を判定している。
NWチャネル制御部18は、まずAP装置1のスペクトラムマスク情報を取得する(S200)。すなわち、この実施形態では自己のスペクトラムマスク情報を取得することになる。具体的には、記憶部19に予め記憶されたスペクトラムマスク情報を参照したり、送信部13の内部に格納されているスペクトラムマスク情報を読出したりすることになる。
続いて、NWチャネル制御部18は、STA装置2のスペクトラムマスク情報を取得する(S202)。ただし、図5に示すステップ142の段階では、STA装置2から受け取ったネットワーク制御情報にSTA装置2のスペクトラムマスク情報が含まれているから、NWチャネル制御部18は、受け取ったネットワーク制御情報からSTA装置2のスペクトラムマスク情報を取得する。
AP装置1およびSTA装置2のスペクトラムマスク情報を取得すると、NWチャネル制御部18は、AP装置1のスペクトラムマスク情報とSTA装置2のスペクトラムマスク情報の両方をカバーするマスク情報(スーパーマスク)を生成する(S204)。例えば、図7に示すように、AP装置1のスペクトラムマスク情報が図中一点鎖線の特性、STA装置2のスペクトラムマスク情報が同二点鎖線の特性を有しているものとすると、NWチャネル制御部18は、両特性をカバーする特性、すなわち、両特性の最悪値をなぞる仮想的特性をスーパーマスクとして生成し、記憶部19に記憶する。これは、AP装置1のスプリアス特性およびSTA装置2のスプリアス特性のうち条件の悪い値を元に作成していることを意味しており、AP装置1およびSTA装置2による無線ネットワークで生じうるスプリアスの最悪値を示すことになる。
続いて、NWチャネル制御部18は、データベースDBから取得した空きチャネル情報から許可チャネルを取得する(S206)。この空きチャネル情報は、DBアクセス部15が図5のステップ102にてAP装置1のスペクトラムマスク情報をデータベースDBに送信した結果取得したものであるから、AP装置1のスプリアス特性で利用可能なホワイトスペース周波数のチャネルを示すことになる。
続いて、NWチャネル制御部18は、規制情報を取得する(S208)。規制情報は、例えば地域に応じて規定される法定最大送信電力や、空きチャネル情報にて特に規定される周波数や送信電力の制限に関する情報である。この規制情報は、予め記憶部19に格納しておいてもよいし、空きチャネル情報としてデータベースDBから取得してもよい。また、ネットワークNWを介して規制当局が提供する情報を適宜受信して取得しても構わない。
そして、NWチャネル制御部18は、スーパーマスク、空きチャネル情報、および規制情報に基づいて、STA装置2が利用可能な周波数や送信電力を決定する(S210)。これは、図5のステップ142に対応する。この決定は、例えば、STA装置2がネットワーク制御情報にて示した(希望する)送信電力でスーパーマスクが示す特性の電波を利用した場合に、隣接チャネルにおいてプライマリシステムPSに混信を与えるか否かの観点から行われる。仮に、スーパーマスクが示す特性により隣接チャネルでプライマリシステムPSに混信を生じうる場合、STA装置2の送信電力を当該混信が許容できるレベルまで低減しなければならない。なお、隣接チャネルにおける混信は、プライマリシステムPSには限定されず、他のセカンダリシステムに対する混信を加味しても構わない。また、目的チャネルに隣接する隣のチャネルだけでなく、当該隣のチャネルにさらに隣接するチャネルにおける混信を加味しても構わない。さらに、NWチャネル制御部18は、ステップ208にて取得した規制情報に基づいて、所定のスプリアス特性を満たすよう送信電力を低減することで送信電力を決定してもよい。
ステップ210の処理によりSTA装置2が利用可能な周波数および送信電力が決定されると、NWチャネル制御部18は、送信部13を介して解析結果情報としてSTA装置2に送信する(S212)。これは図5のステップ144に対応する。
なお、図5では、解析結果情報を受けたSTA装置2が周波数や送信電力を設定して運用を開始しているが、機能的理由などにより、解析結果情報がSTA装置2の要求した内容に沿わない場合があり得る(S214)。かかる場合、STA装置2のNWチャネル制御部27は、条件を変えて再度ネットワーク制御情報を生成し、AP装置1に送信してもよい(S214のYes)。この場合、スーパーマスクの生成から処理を繰り返すことになる。
このように、この実施形態の周波数決定プロセスでは、スペクトラムマスク情報を利用するので、隣接チャネルへの混信の有無を加味した周波数決定を実現するとともに、周波数選択と対応した送信電力の制限をも実現することができる。
なお、この実施形態では、AP装置1が空きチャネル情報およびスペクトラムマスク情報を用いて周波数および送信電力の決定を行っているが、これには限定されない。ネットワークNW上にAP装置1やSTA装置2の電波の利用を管理する電波管理サーバを設けて、上記ネットワーク確立手順(図6に示す処理:図5に示すS140〜S144の処理)を実行してもよい。この場合、AP装置1は、STA装置2と電波管理サーバとの間でネットワーク制御情報を中継する。同様に、AP装置1ではなくデータベースDBがネットワーク確立手順を実行しても構わない。この場合、AP装置1およびSTA装置2は、利用可能な周波数および送信電力をホワイトスペース周波数を管理するデータベースDBにより管理されることになる。
(第2の実施形態)
続いて、図8ないし図11を参照して、第2の実施形態に係る無線システムについて説明する。この実施形態の無線システムは、ネットワークNWとAP装置1の間に、AP装置を収容するロケーションサーバ3(LocSrv3)を配設したものである。以下の説明において、第1の実施形態の共通する構成や動作については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図8に示すように、この実施形態では、一つの建物に複数のBSS(Basic Service Set)が存在する場合(複数のAP装置が設置される場合)を想定している。このような場合、建物内での周波数を調整するロケーションサーバが設置され、建物内の複数のWLANシステムが当該ロケーションサーバに収容される。
(第2の実施形態の構成)
図9に示すように、ロケーションサーバ3は、インタフェース(I/F)34、データベースアクセス部35(DBアクセス部35)、イネーブル制御部37、NWチャネル制御部38および記憶部39を有している。インタフェース34、データベースアクセス部35(DBアクセス部35)、イネーブル制御部37、NWチャネル制御部38および記憶部39は、AP装置1におけるインタフェース部14、データベースアクセス部15、イネーブル制御部17、ネットワークチャネル制御部18および記憶部19に対応し、共通の機能を有している。ロケーションサーバ3は、AP装置1から受け取った情報をデータベースDBへ転送したり、データベースDBから受け取った情報をAP装置1へ転送したりする。このとき、受け取った情報は、記憶部39に格納され、NWチャネル制御部38による周波数・送信電力決定に利用される。
(第2の実施形態のシステム全体の動作)
図8ないし図10を参照して、第2の実施形態に係る無線システムの動作を説明する。この実施形態においても、AP装置1が配下のSTA装置2とホワイトスペース周波数にて通信を行う場合、予めプライマリシステムPSとの関係で混信を生じない周波数情報を取得しなければならない。AP装置1のDBアクセス部15aは、許可チャネルに関する要求情報を生成する(S100)。この要求情報は、AP装置1のID情報、位置情報、スペクトラムマスク情報などを含むものである。許可チャネルに関する要求情報を生成すると、DBアクセス部15aは、当該要求情報をクエリとしてローカルサーバ3に送信する(S102)。
ローカルサーバ3は、クエリを受信すると、ネットワークNWを介してデータベースDBに転送する(S103)。データベースDBは、ネットワークNWを介してクエリを受信する(S104)。クエリを受信したデータベースDBは、AP装置1のID情報および位置情報を用いて自己のデータベースを検索し、AP装置1のホワイトスペース周波数の利用可否を判定するとともに、AP装置1の無線ネットワークが利用可能な周波数と利用スケジュール(タイムスロット)をリストにした空きチャネル情報を生成する(S106)。データベースDBは、生成した空きチャネル情報をローカルサーバ3に返答し(S108)、ローカルサーバ3は、受け取った空きチャネル情報をAP装置1に送信する(S109)。このとき、ローカルサーバ3は、受け取った空きチャネル情報をコピーして記憶部39に格納しておく。
AP装置1のDBアクセス部15が空きチャネル情報を受信すると(S110)、イネーブル制御部17aは、ホワイトスペース周波数を利用する利用開始手順に用いるイネーブル情報を生成する。以下、イネーブル制御部17aが生成したイネーブル情報を用いたビーコン生成部16によるビーコン信号の送信(S112)、STA装置2のビーコン監視部25によるビーコン信号の監視(S114)、イネーブル制御部26によるAP装置1に対するイネーブル要求(S116)、イネーブル制御部26によるイネーブル情報の送信(S118)までは、第1の実施形態と共通する動作である。
AP装置1のイネーブル制御部17がSTA装置2からのイネーブル情報を受信すると(S120)、DBアクセス部15aは、当該イネーブル情報からSTA装置2のID情報を読出してデータベースDBをアクセスするクエリを生成してローカルサーバ3に送信し(S122)、ローカルサーバ3は、受け取ったクエリをデータベースDBに送信する(S123)。
データベースDBによるクエリの受信(S124)およびホワイトスペース周波数の利用可否の判定および照合結果情報の生成(S126)は、第1の実施形態と共通する動作である。データベースDBは、生成した照合結果情報をローカルサーバ3に返答し(S128)、ローカルサーバ3は、受け取った照会結果情報をAP装置1に送信する(S129)。
DBアクセス部15が照合結果情報を受信すると(S130)、イネーブル制御部17aは、照合結果情報にステップ110で取得した空きチャネル情報や照合結果情報に関するメッセージを付加してSTA装置2に転送する(S132)。
イネーブル制御部26は、受信部22を介して照合結果情報を受信する(S134)。この段階で、STA装置2は、自身がホワイトスペース周波数の利用を許可されたこと、および利用可能な周波数および利用スケジュールを知ることができる。
次いで、NWチャネル制御部27は、照合結果情報に基づいて、ローカルサーバ3に対しネットワークチャネル制御を要求する(S136)。すなわち、ローカルサーバ3に対してホワイトスペース周波数を利用したネットワークの確立を要求する。具体的には、NWチャネル制御部27は、照合結果情報を用いて、自己のID情報、スペクトラムマスク情報、利用しようとする運用クラス、利用チャネルおよび送信電力などの情報を含んだネットワーク制御情報を生成し、送信部23を介してAP装置1に送信する(S138)。ネットワーク制御情報を受け取ったAP装置1のNWチャネル制御部18aは、当該ネットワーク制御情報をローカルサーバ3へ転送する(S139)。
ローカルサーバ3がネットワーク制御情報を受信すると(S141)、NWチャネル制御部38は、当該ネットワーク制御情報を解析してSTA装置2の利用周波数等の利用可否を判定する(S142)。すなわち、NWチャネル制御部38は、データベースDBから先に受け取った空きチャネル情報とSTA装置2が生成したネットワーク制御情報に基づいて、プライマリシステムPSに対する混信の有無を判定し、最終的に運用可能な周波数や送信電力を決定する。このとき、STA装置2のスペクトラムマスク情報を利用して、隣接チャネルへの混信の有無も判定の要素とする。さらに、AP装置1のスペクトラムマスク情報を隣接チャネルへの混信の有無の判定要素としてもよい。NWチャネル制御部38は、解析した結果(最終的に利用可能とされた周波数や送信電力)を解析結果情報としてAP装置1に送信する(S143)。解析結果情報を受け取ったAP装置1のNWチャネル制御部18aは、当該解析結果情報を送信部13を介してSTA装置2に転送する(S145)。解析結果情報には、AP装置1が利用すべき許可運用クラス、許可チャネル番号、許可最大送信電力などが含められる。
STA装置2の受信部22が解析結果情報を受信すると(S146)、NWチャネル制御部27は解析結果情報に基づいて自己の利用周波数および送信電力を決定し、受信部22および送信部23のパラメータを設定する。設定が完了すると、STA装置2は運用を開始可能となる(S148)。
このように、この実施形態の無線システムでは、ローカルサーバ3が予め空きチャネル情報を取得し、STA装置2が利用を希望する周波数等の利用可否をローカルサーバ3において解析した上でSTA装置2に利用可能な周波数情報を提供している。ローカルサーバ3は、STA装置2のスペクトラムマスクを利用して隣接チャネルへの混信の有無を加味してSTA装置2が利用可能な周波数を決定するので、より確実に混信を防止した無線システムを実現することができる。さらには、この実施形態ではローカルサーバ3がAP装置1のスペクトラムマスク情報を利用してデータベースDBが決定した空きチャネル情報を利用しているから、混信を未然に防止することができる。そして、この実施形態では、STA装置2の周波数や送信電力の決定をAP装置1の上流に位置するローカルサーバ3が行うので、他のAP装置1aが存在した場合に相互の混信を防止した周波数決定・送信電力決定を実現することができる。
なお、この実施形態では、STA装置2の周波数や送信電力の決定をAP装置1の上流に位置するローカルサーバ3が行っているがこれには限定されない。ローカルサーバ3の上流に位置するデータベースDBがSTA装置2の周波数や送信電力の決定、すなわちネットワーク確立手順を実行しても構わない。この場合、ローカルサーバ3は、AP装置1とデータベースDBとの間でネットワーク制御情報を中継する。また、AP装置1およびSTA装置2は、利用可能な周波数および送信電力を、ホワイトスペース周波数を管理するデータベースDBにより管理されることになる。
本発明は上記実施形態およびその動作例のみに限定されるものではない。本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1…マスタ装置、11…アンテナ、12…受信部、13…送信部、14…インタフェース部、15…ネットワーク、16…要求解析部、17…混信判定部、18…応答生成部、2…AP装置、21…アンテナ、22…受信部、23…送信部、24…インタフェース部、25…ネットワーク、26…送信制御部、27…要求生成部、28…応答解析部、29…サービス検出部、3…STA装置、PS…プライマリシステム、DB…データベース。

Claims (8)

  1. 第1の無線システムに属する第1の無線装置が運用する周波数情報を管理する周波数データベースと接続され、使用する周波数帯が前記第1の無線システムと重複し該重複した周波数帯を使用する優先順位が前記第1の無線システムよりも低い第2の無線システムに属する第2の無線装置を管理する管理装置であって、
    前記第2の無線装置が利用可能な空き周波数を示す空き周波数情報を前記周波数データベースから取得するデータベースアクセス部と、
    前記空き周波数情報を前記第2の無線装置に提供する周波数情報提供部と、
    前記周波数情報提供部が提供した前記空き周波数情報に応じて前記第2の無線装置が送信した、該第2の無線装置が利用を求める周波数を示す利用周波数情報、送信電力を示す利用送信電力情報、および、送信電波のスプリアス特性を示すスペクトラムマスク情報に基づいて、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力を示す許可周波数および許可送信電力を決定する周波数決定部と、
    前記周波数決定部が決定した許可周波数および許可送信電力を、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力として前記第2の無線装置に与える許可周波数提供部と
    を具備したことを特徴とする管理装置。
  2. 前記周波数決定部は、前記利用周波数情報が示す前記第2の無線装置が利用を求める周波数に隣接する周波数において、前記第2の無線装置の送信電波が所定のレベルとなるよう前記利用送信電力情報が示す送信電力を減じて前記許可送信電力を求めることを特徴とする請求項1記載の管理装置。
  3. 前記第2の無線装置が送信したID情報を受け付け、該ID情報を用いて前記第2の無線装置の前記空き周波数の利用可否を照会する照会部と
    をさらに備え、
    前記周波数情報提供部は、前記照会部の照会の結果前記第2の無線装置による前記空き周波数の利用が確認された場合に前記空き周波数情報を提供すること
    を特徴とする請求項1または2記載の管理装置。
  4. 第1の無線システムに属する第1の無線装置が運用する周波数情報を管理する周波数データベースと接続され、使用する周波数帯が前記第1の無線システムと重複し該重複した周波数帯を使用する優先順位が前記第1の無線システムよりも低い第2の無線システムに属する第2の無線装置と通信する無線装置であって、
    前記第2の無線装置が利用可能な空き周波数を示す空き周波数情報を前記周波数データベースから取得するデータベースアクセス部と、
    前記空き周波数情報を前記第2の無線装置に提供する周波数情報提供部と、
    前記周波数情報提供部が提供した前記空き周波数情報に応じて前記第2の無線装置が送信した、該第2の無線装置が利用を求める周波数を示す利用周波数情報、送信電力を示す利用送信電力情報、および、送信電波のスプリアス特性を示すスペクトラムマスク情報と、自己のスペクトラムマスク情報とに基づいて、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力を示す許可周波数および許可送信電力を決定する周波数決定部と、
    前記周波数決定部が決定した許可周波数および許可送信電力を、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力として前記第2の無線装置に与える許可周波数提供部と
    を具備したことを特徴とする無線装置。
  5. 前記周波数決定部は、前記利用周波数情報が示す前記第2の無線装置が利用を求める周波数に隣接する周波数において、前記第2の無線装置および自己の電波のいずれもが所定のレベルとなるよう前記利用送信電力情報が示す送信電力を減じて前記許可送信電力を求めることを特徴とする請求項4記載の無線装置。
  6. 前記第2の無線装置に対してビーコン信号を送信するビーコン送出部と、
    前記ビーコン信号に応じて前記第2の無線装置が送信したID情報を受け付け、該ID情報を用いて前記第2の無線装置の前記空き周波数の利用可否を照会する照会部と
    をさらに備え、
    前記周波数情報提供部は、前記照会部の照会の結果前記第2の無線装置による前記空き周波数の利用が確認された場合に前記空き周波数情報を提供すること
    を特徴とする請求項4または5記載の無線装置。
  7. 前記ビーコン送出部は、前記データベースアクセス部が前記空き周波数情報を取得した後に前記ビーコン信号を送信することを特徴とする請求項6記載の無線装置。
  8. 第1の無線システムに属する第1の無線装置が運用する周波数情報を管理する周波数データベースと接続され、使用する周波数帯が前記第1の無線システムと重複し該重複した周波数帯を使用する優先順位が前記第1の無線システムよりも低い第2の無線システムに属する第2の無線装置と通信する第3の無線装置における前記第2の無線装置の周波数および送信電力の決定方法であって、
    前記第3の無線装置のデータアクセス部が前記第2の無線装置が利用可能な空き周波数を示す空き周波数情報を前記周波数データベースから取得するステップと、
    前記第3の無線装置の送信部が前記空き周波数情報を前記第2の無線装置に送信するステップと、
    前記第3の無線装置の送信部が送信した前記空き周波数情報に応じて前記第2の無線装置が送信した、該第2の無線装置が利用を求める周波数を示す利用周波数情報、送信電力を示す利用送信電力情報、および、送信電波のスプリアス特性を示すスペクトラムマスク情報を前記第3の無線装置の受信部が受信するステップと、
    前記受信した前記第2の無線装置が利用を求める周波数を示す利用周波数情報、送信電力を示す利用送信電力情報、および、送信電波のスプリアス特性を示すスペクトラムマスク情報と、前記第3の無線装置のスペクトラムマスク情報とに基づいて、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力を示す許可周波数および許可送信電力を前記第3の無線装置の演算部が計算するステップと、
    前記許可周波数および許可送信電力を、前記第2の無線装置が利用すべき周波数および送信電力として前記第2の無線装置に対し前記第3の送信装置の送信部が送信するステップと
    を有することを特徴とする決定方法。
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