JP2012529780A - 無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワーク - Google Patents

Abstract

無線アクセスネットワークの帯域マネジャおよび基地局コントローラは、割り当てポリシー、ホワイトスペースデータベースからプルされた／プッシュされた情報、帯域検知エンジンから供給された帯域使用データ、および無線アクセスネットワークの少なくとも１つの他のピア帯域マネジャおよび基地局コントローラから受信された情報を用いて、制御下の全てのＴＶバンド装置にＴＶバンドホワイトスペースを割り当てる。
【選択図】図２

Description

本出願は、２００９年６月８日出願の米国特許出願第６１／１８５，０９７号の優先権の受益を主張する。

本発明は、一般に空いているＴＶバンドチャンネルの使用に関し、特に、空いているＴＶバンドチャンネル内で作動する無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワークに関する。

「ＴＶホワイトスペース」としても公知の空いているＴＶバンドチャンネルは、認可されていない無線通信サービスに理想的に適する。空いているＴＶバンドチャンネルへのアクセスは、新興のビル内ネットワークを含む低コストで大容量のモバイル無線ブロードバンドネットワークの市場を促進する。ＴＶホワイトスペースを用いて、無線ブロードバンド産業は、高くない価格で世帯および個人に無線通信サービスを提供できる。しかし、ＴＶバンド帯域はＴＶ放送業者に「属する」ため、あらゆる２次的使用は必ず条件付きでなければならない。従って、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）工学事務局は２００８年１１月１４日に報告および命令（ＦＣＣ Ｒ＆Ｏ）を発表し、ＴＶバンド装置がＴＶホワイトスペースを使用するために満たさなければいけない規則を打ち出した。現在検討されているのは、２次的無線サービスが使用可能なＴＶホワイトスペースに配置するＴＶバンド装置を補助するデータベースの構築である。主な要件は、あらゆる所定の地理的領域において作動中のメイン無線サービスに干渉しないことである。よって、ＴＶホワイトスペース内で作動するあらゆるＴＶバンド装置により送られる信号は、デジタルテレビ（ＤＴＶ）放送、無線マイクロホンシステム、または他の新興のすでに配備されたまたは配備される予定の認可されたサービスのようなメイン無線サービスの質が、ＴＶバンド装置により送信される信号によって劣化しないよう、ＦＣＣ Ｒ＆Ｏに従わなければならない。ＴＶホワイトスペース内で作動するように適応された装置の設計および使用に際して考慮しなければならない規定に、「ホワイトスペースエチケット」の語が使用される。これらの要件に準拠するため、ＦＣＣ Ｒ＆Ｏはいくつかの要件を規定しており、最も関連する４つを以下に要約する。

機能：この要件を遵守するため、ＦＣＣは固定およびモバイルホワイトスペース装置の両方が位置特定および検知機能を有し、それぞれのＴＶマーケット内で作動中のメインサービスに関する情報を提供するデータベース（本明細書では「ホワイトスペース（ＷＳ）データベース」と呼ぶ）を使用することを要求する。ＷＳデータベースは、無線マイクロホンシステムを操作する、スタジアム、電子ニュースグループ（ＥＮＧ）、劇場、教会、などのような主要な発生地のＴＶチャンネル割り当ておよび位置を有する。データベースアクセスおよび検知機能は、ＴＶバンド装置が、メインサービスに干渉することなく他の２次的サービスとＴＶホワイトスペースを共用できるようにすべきである。パーソナル／持ち運び可能なＴＶバンド装置は、固定ＴＶバンド装置の制御下にあるか、位置特定ならびに／または、データベースアクセスおよび帯域検知機能を採用しなければならない。ＴＶバンド装置が使用しているＴＶチャンネル内で保護された信号が検出されたとき、ＴＶバンド装置は２秒以内にそのＴＶチャンネル内での作動を停止しなければならない。

電力放射：ＦＣＣ Ｒ＆Ｏは、固定ＴＶバンド装置の最大送信電力は１ワットまで、アンテナ利得は等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）４ワットと規定している。パーソナル／持ち運び可能なＴＶバンド装置は、アンテナ利得無しでＥＩＲＰ１００ミリワットまでの放射を許可している。保護されたＴＶチャンネルに近接したＴＶチャンネルで作動するとき、電力放射はＥＩＲＰ４０ミリワットに限定される。

ＴＶチャンネル割り当て：固定および持ち運び可能なＴＶバンド装置は、遠隔測定のために確保されたＴＶチャンネル３７を除いて、ＴＶチャンネル２１からＴＶチャンネル５１までの任意の空いているＴＶバンドチャンネルで作動が可能である。２つの固定ＴＶバンド装置の間の通信も、公共安全のため個人陸上移動無線サービスが使用するチャンネルを除く、ＴＶチャンネル２およびＴＶチャンネル５から２０で許可される。

近接したＴＶチャンネルの制限：固定ＴＶバンド装置は、ＡＴＳＣ保護ＴＶチャンネルに直接隣り合ったＴＶチャンネルでの作動は許可されない。持ち運び可能なＴＶバンド装置は、保護されたＴＶチャンネルに直接隣り合ったＴＶチャンネルでの作動は許可されるが、近接したＴＶチャンネルの側の帯域外放射は、作動する電力レベルを下回り５５ｄＢに制限されるべきである。

無線産業は、快適で使いやすく魅力的な価格のアーキテクチャへ技術を統一する規格を開発することによるＴＶバンドホワイトスペースの使用を検討している。例えば、２００４年に形成されたＩＥＥＥ ８０２．２２ワーキンググループは、地域無線ネットワーク（ＷＲＡＮ）の規格を開発する指示を受け入れた。この規格の目標は、一戸建住宅、集合住宅、スモールオフィス／ホームオフィス、スモールビジネス、などに郊外ブロードバンドサービスを提供することである。この規格は、ＴＶホワイトスペース内で作動しＦＣＣ Ｒ＆Ｏに準拠するライセンス免除装置が使用する。８０２．２２規格の素案は、作動エリア内に存在する放送サービスとの干渉を避けながら、ベース送受信機ステーション（ＢＴＳ）またはアクセスポイント（ＡＰ）がサービスを提供する全ての顧客の施設の機器の媒体アクセスを制御するポイントツーマルチポイント構成内でネットワークが作動すべきであると規定する。ＷＲＡＮ ＢＴＳ／ＡＰの１つの主要な特徴は、配分された帯域の検知を実行する機能であり、顧客の施設の機器がその帯域を検知し、サービスを提供するＢＴＳ／ＡＰに検知された内容について通知する周期的レポートを送信する。集められた情報に基づき、ＢＴＳ／ＡＰは現在の作動チャンネルを変更する必要があるかどうかを判断する。

概念的に、ＴＶバンド装置は、ＴＶホワイトスペースを動的に使用するため、環境および位置の検知、ならびに電力、周波数、変調および他のパラメータの変更が可能であるべきである。ＴＶバンド装置は、交渉または機会主義ベースでの帯域共用を許可し、作動する環境のリアルタイムの状況の帯域使用に適合し、可能な帯域のより柔軟、効率的および包括的な使用の可能性を提供し、有害な干渉のリスクを減少させるべきである。一般に、ＴＶバンド無線システムは、４つの主要な構成要素、すなわち検知およびデータベースエンジン（ＳＤＥ）、物理層プロセッサ（ＰＨＹ）、ＭＡＣプロセッサならびに帯域マネジャ５Ｏａ（ＳＭ）を有してもよい。

帯域検知およびＷＳデータベースエンジン（ＳＤＥ）は、ＴＶ信号および無線マイクロホンシステムのようなメインサービスが生成した現動の信号を検出するため作動する。８０２．２２規格の素案作成において、ＡＴＳＣ信号検知および無線マイクロホン検知の両方での貢献を含むかなりの努力がなされた。いくつかの主要なアルゴリズムが、信号エネルギー検出、相関、周期定常特徴抽出、固有値分解、ファイン（ｆｉｎｅ）ＦＦＴなどのような信号の種々の特徴に基づき、開発されテストされた。

ＡＴＳＣ信号の検知では、検出はＡＴＳＣ信号フォーマットに基づき、公知の埋め込みビットシーケンス、すなわちＡＴＳＣパイロットおよび擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを含む。このようにして、種々の解決策が８０２．２２の貢献者により提案された。しかし、センサ／検出器のハードウェア実装は、手頃な低コストのフロントエンド部材の欠如により、まだかなりの困難を示す。今日、最も提案される設計は、現在のＴＶチューナーの設計を、必要とされる−１１４ｄＢｍの感度を扱うことが可能なように変更することを含む。しかし、ＡＴＳＣ信号検知についての現在の共通見解は、ＦＣＣ規則および命令が放送業者の実際の要求に合致しない可能性があるというものである。すなわち、放送業者は作動するＴＶチャンネルのコンターを提供し、一方、ＦＣＣ規則および命令は、ＴＶバンド装置のエリアで作動するＴＶチャンネルに干渉しないことを確実にするため、ＴＶバンド装置が検知を使用するよう要求する。しかし、ＴＶバンド装置がそのエリア内で認可されたＴＶチャンネルのコンター内に配置された場合でも、ＴＶバンド装置がＴＶ信号の検知に失敗することは全くありうる。これは、テレビ局がその時間にそのＴＶチャンネルで放送していない場合に起こりうる。放送業者は、使用されていないときでも、その帯域の使用を他者に許可しない。また、ＴＶ信号が検出不可能な建物の内部（例えば建物の地下）に検知エンジンが配置された場合、放送はＴＶバンド装置によって検出されない可能性がある。

無線マイクロホン信号の検知／検出は、より複雑な動作ですらある。これは、部分的には、無線マイクロホンシステムの世界規格がないからである。例えば、無線マイクロホンは、ＵＨＦまたはＶＨＦ周波数、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）、または種々のデジタル変調スキームを使用してもよい。より進化したモデルは、干渉を避けるためユーザが選択可能な周波数で作動し、いくつかのマイクロホンの同時使用を可能にする。周波数変調を使用する無線マイクロホンシステム用に、ＦＭ波形は、２００ｋＨｚの帯域幅内あたりを変動しうる４０ｋＨｚ周辺のエネルギー密度を有する。しかし、無線マイクロホン信号はいかなる公知のシーケンスをも有さず、信号エネルギーに基づいた検出閾値は非常に低く（−１１４ｄＢｍで）設定されている。これは検出を極度に困難にし、証明された解決策または実行可能な提案は、まだ利用可能となっていない。８０２．２２ ＴＧ−１のＩＥＥＥ８０２．２２ワーキンググループにより提案された１つの解決策は、無線マイクロホン信号に無線マイクロホン検知を容易にするであろうビーコンメカニズムを追加することである。しかし、この解決策は、既存の無線マイクロホンをビーコンメカニズム付きに改造することが実行不可能であるので、理想的でない。

ＩＥＥＥ ８０２．２２ワーキンググループは、所定のエリア内のＴＶバンド装置の作動を補助するため、ＷＳデータベースサーバと、無線パラメータに関する全ての重要なシステム情報およびポリシーを格納するＷＳデータベースの使用も提案した。これらのＷＳデータベースに格納された情報は、保護されたＴＶチャンネルの数、無線マイクロホンシステムを使用するそれぞれのＴＶ塔およびそれぞれのスタジアムまたは他のサイトの位置特定およびＴＶチャンネルのコンター、およびサービス区域の地形標高、認可されたＴＶチャンネルの最大ＥＩＲＰ、アンテナの高さおよび利得、伝搬モデル、干渉シナリオを含む。ＷＳデータベースの情報は、そのサービスエリア内の固定ＴＶ ＷＳ（ホワイトスペース）装置の識別および位置特定情報、それらの送信電力および作動するＴＶチャンネルなども含む。ＷＳデータベース内に格納された情報のタイプおよび範囲が、放送業者、監督機関およびサービスプロバイダに承認され、定期的にアップデートされることが期待される。ＷＳデータベースは、ＴＶバンド装置によりプルされるまたはＴＶバンド装置へプッシュされるべきである。そのようなＷＳデータベースサーバがそれぞれのローカルネットワークにサービスを提供するため提供され、区域のＷＳデータベースも利用可能でありうることも期待される。ＷＳデータベース内に格納された情報を指すのに、「システム情報」の語を使用する。

図１は、ＷＳデータベースサーバ１２を用いてＷＳデータベース１０を作動、使用および保守するエンティティの間の関係および相互作用を示す。放送業者１４および監督機関１６（またはそれらの権限を与えられた代理人）は、ＷＳデータベースサーバ１２およびＷＳデータベース１０のオーナーである。ＷＳデータベース１０のユーザは、ＴＶＷＳサービスプロバイダ１８およびＴＶバンド装置ユーザ２０である。このシステムは、クライアント−サーバ構造に組織化され、そこではＷＳデータベースサーバ１２が中央登録ユニット、ならびにコンテンツおよびサービスの唯一のプロバイダである。残りのエンティティ、ＴＶＷＳサービスプロバイダ１８およびＴＶバンド装置２０は、自身のいずれのリソースを共用する可能性なしに、コンテンツまたはサービスの提供の要求のみが可能である。

放送業者１４および監督機関１６は、サービスエリア内で利用可能なＴＶチャンネルの識別（すなわちＴＶチャンネル番号による）と保護されたＴＶチャンネルの識別を、関連したサービスのコンターとともに提供する。オーナー１４、１６は、そのために利用可能なあらゆる新しい情報で、ＷＳデータベース１０を定期的にアップデートしなければならない。彼らは、任意のオーソリゼーション、認証および管理（ＡＡＡ）機能も実行する。

ＷＳデータベース１０のユーザであるＴＶ ＷＳサービスプロバイダ１８およびＴＶバンド装置２０は、そのエリア内で識別した（検知した、検出した）可能性があるメインサービスの存在に関するあらゆる検知されたデータとともに、構成／送信パラメータをＷＳデータベースへ提供する。ＷＳデータベースのユーザとして、これらのエンティティ１４、１６は、ＷＳデータベースアクセス要求に際し、検証（認証およびオーソリゼーション）されなければならない。これらのユーザにダウンロードされた情報は、検証およびセキュリティ照合プロセスに投入される。放送業者１４および／または監督機関１６は、ＷＳデータベース１０のアップデート前にデータを確認する。ＴＶバンド装置２０、特にベース送受信機ステーション（ＢＴＳ）およびアクセスポイント（ＡＰ）は、帯域使用を構成しその情報を制御下の任意のＴＶバンド装置２０に伝送するために使用する、保護されたＴＶチャンネル情報、利用可能なＴＶチャンネル情報、干渉ステータス、電力制限データ、などを得るため、ＷＳデータベース１０にアクセスする。ＡＰまたはＢＴＳがＷＳデータベース１０からアップデートを受信する毎に、ＴＶバンド装置２０は３０秒以内にそれらの帯域情報を再構成しなければならない。例えば、放送業者がＴＶチャンネルの使用を決定するとき、そのＴＶチャンネルを３０秒の時間枠内で空けなければならない。

放送業者１４および監督機関１６は、そのサービスエリア内の全てのＴＶバンド装置２０へ、アップデートを直接またはＴＶ ＷＳサービスプロバイダ１８経由のどちらかでプッシュしてもよい。ＴＶ ＷＳサービスプロバイダ１８は、ＷＳデータベースサーバ１２がデータをプッシュすることが可能なアンカーポイントを提供することが望ましい。放送業者１４および監督機関１６は、一定の時間内に１つのＴＶチャンネルまたは複数のＴＶチャンネルを解放するため、特定のデータタイプをプッシュ／アップデートしてもよい。多くのコントロールネットワークおよびネットワークエンティティ、ならびに無線アクセスネットワークによる管理のためのＴＶホワイトスペース帯域使用が記述された。しかし、これらのコントロールネットワークおよびネットワークエンティティはクライアント−サーバ構造に基づくものであり、実装が高価で大規模なメンテナンスを必要とし、１箇所の故障に影響されやすい。

従って、頑強で実装が高価でない無線アクセスネットワークのコントロールネットワークのニーズが存在する。

本発明の実施形態は、ピア帯域マネジャが無線アクセスネットワーク（ＷＲＡＮ）内のホワイトスペース帯域使用を管理する基地局コントローラとしてサービスを提供する、ＷＲＡＮのピアツーピアコントロールネットワークのシステムおよび方法を提供する。

１つの態様では、無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワークは、ＴＶバンド帯域占有情報を収集するピアＴＶバンド検知エンジンと、無線アクセスネットワーク内の基地局およびＴＶバンド装置から位置特定情報を収集するピア位置特定エンジンと、ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンク、ならびに、ピアＴＶバンド検知エンジン、ピア位置特定エンジン、およびホワイトスペースデータベースから受信された帯域占有情報を処理し、少なくとも１つの基地局、および少なくとも１つの基地局に関連付けられたＴＶバンド装置にホワイトスペース帯域を割り当てるプロセッサを有するピア帯域マネジャおよび基地局コントローラと、を備える。

別の態様では、リモート無線アクセスネットワークの基地局によるＴＶバンドホワイトスペース帯域の使用を制御する方法は、ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンクをそれぞれ有するピア帯域マネジャおよび基地局コントローラと、ピアＴＶバンド検知エンジン、ピア位置特定エンジン、およびホワイトスペースデータベースから受信されたＴＶバンド帯域占有情報を処理し、ＴＶバンド帯域占有情報に基づき、ＴＶバンドホワイトスペース帯域を、基地局、および基地局に関連付けられたＴＶバンド装置に割り当てるプロセッサと、を備えるピアツーピアコントロールネットワークとともに、リモート無線アクセスネットワークを提供することを含む。

さらなる態様では、ＴＶバンドホワイトスペース無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワーク内の帯域マネジャおよび基地局コントローラは、ＴＶバンドホワイトスペース割り当てポリシーと、ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンクと、ピアＴＶバンド検知エンジン、ピア位置特定エンジン、およびホワイトスペースデータベースから受信された帯域占有情報を処理し、基地局、および基地局に関連付けられたＴＶバンド装置にホワイトスペース帯域を割り当てるプロセッサと、を有する。

本発明のこれらのおよび他の態様および利点は、以下の説明および添付の図面の検討によって、更に理解することができる。

以下では、例示のみを目的として、以下の図面を参照しながら、本発明を説明する。

ホワイトスペースデータベースサーバを用いてホワイトスペースデータベースを作動、使用および保守する先行技術のエンティティの間の関係および相互作用を示す図である。 本発明によるピアツーピアコントロールネットワークと帯域マネジャを、概略的に示すブロック図である。 ベース送受信機ステーションに常駐する、図２に示された帯域マネジャの実施形態を概略的に示すブロック図である。 複数のベース送受信機ステーション／アクセスポイントにサービスを提供する、帯域マネジャの実施形態を概略的に示す図である。 本発明による、ピアツーピアコントロールネットワーク内の帯域マネジャの原則アクションを示すフローチャートである。

本発明は、ピア帯域マネジャが無線アクセスネットワーク（ＷＲＡＮ）内のホワイトスペース帯域使用を管理する基地局コントローラとしてサービスを提供する、ＷＲＡＮのピアツーピアコントロールネットワークを提供する。帯域マネジャ間のピアツーピア関係は、ピアツーピアコントロールネットワークが配置されたネットワークのタイプによる。８０２．２２タイプのネットワークの場合、ピアツーピア関係は構造化されている。８０２．１１（ＷｉＦｉ）タイプのネットワークでは、Ｐ２Ｐ関係はネットワーク・トポロジによる。企業で使用される拡張サービスセット（ＥＳＳ）では、ピアツーピア関係は構造化される。スモールオフィス／ホームオフィス（ＳＯＨＯ）または家庭環境内で使用される基本サービスセットおよび独立ＢＳＳトポロジでは、ピアツーピア関係は構造化されない。この記載を読んだ後、当業者には種々の代替的な実施形態および代替的な適用における本発明の実施方法が明らかになるであろう。本発明の種々の実施形態が本明細書に記載されるが、これらの実施形態は例示のみの目的で示されたものであり、限定ではないことが理解される。そのようなものとして、種々の代替的な実施形態のこの詳細な説明は、本発明の範囲または幅を限定すると解釈されるべきではない。本明細書中に開示されるシステムおよび方法は、初心者の習熟を促進し、初心者から経験者レベルへの従来の習熟技術より速い移行を補助する。

図２は、本発明によるピアツーピアコントロールネットワーク２０を概略的に示すブロック図である。ピアツーピアコントロールネットワーク２０は、ピア管理および制御エンティティを有し、以下ではこれを帯域マネジャと呼ぶ。帯域マネジャの一例、帯域マネジャ５０ａは、ＢＴＳ／ＡＰに常駐が可能で、後でより詳しく述べるように、２つ以上のＢＴＳ／ＡＰおよび／または２つ以上のＴＶＷＳサービスプロバイダ１６にサービスを提供する、または２つ以上のＴＶＷＳサービスプロバイダサーバの間に分散されるスタンドアロンエンティティとして機能する。帯域マネジャ５０の主な機能は、サービスを提供し制御する全てのＢＴＳ／ＡＰ７０および関連付けられたＴＶバンド装置２０によるホワイトスペース帯域へのアクセスおよびその使用を制御し管理することである。帯域マネジャ５０ａは、ピアツーピアコントロールネットワーク２０内のネットワークノードであり、集中制御のあるなしにかかわらず、また持続的接続のあるなしにかかわらず、クライアントまたはサーバとして動作が可能である。帯域マネジャ５０ａのプロセッサ５１ａは、一般的に下記に分類されうる機能を実行するため、プログラム命令を実行する。

（ａ）ローカルまたは区域ＷＳデータベース１０との通信：帯域マネジャ５０ａは、情報を、ピアＴＶバンド検知エンジン６０、ピア位置特定エンジン６２、ピア帯域マネジャ５０ｂ、および／または、ＷＳデータベース１０からプルし、および／または、それらによりプッシュされる。プッシュされた／プルされた情報は、ＴＶチャンネル情報（使用可能性および使用）、位置特定、アンテナ利得、および性能測定基準のようなＴＶＷＳサービスプロバイダ１８およびＴＶバンド装置２０についての情報、干渉シナリオ（自己干渉および異なるＴＶＷＳサービスプロバイダ間の干渉の両方）、キャリア対干渉比（Ｃ／Ｉ）、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）測定値などを含む。

（ｂ）帯域割り当て：帯域マネジャ５０ａは、制御下のＴＶバンド装置２０にホワイトスペース帯域を割り当てる役割を果たす。割り当てポリシー５２ａは、ＦＣＣ Ｒ＆Ｏに準拠し、帯域マネジャ５０ａは、ＴＶバンド装置２０（図１）をシャットダウンし、上位機関に、制御下の問題があるＴＶバンド装置２０を通知する権限を持つ。一般に、帯域マネジャ５０ａは、組み込まれたサービス公平性をもってホワイトスペース帯域の割り当てを制御するため作動する。

（ｃ）ＢＴＳ／ＡＰ、ピア検知エンジン６０、ピア位置特定エンジン６２、ピア帯域マネジャ５０ｂ、およびＷＳデータベース１０との通信：帯域マネジャ５０ａは、制御下のそれぞれのＢＴＳ／ＡＰ７０とダイレクト通信リンクを有する。帯域マネジャ５０ａは、検知エンジン６０、位置特定エンジン６２、および帯域マネジャ５０ｂ、ならびにピアツーピアコントロールネットワーク内の全ての他の帯域マネジャ（図示せず）ともダイレクト通信リンクを有する。さらに、帯域マネジャ５０ａ、５０ｂは、ＷＳデータベースサーバ１２とのクライアント−サーバインタフェースを有し、従って放送業者１４および監督機関１６がＴＶバンド装置２０を間接的に管理することを可能にする。

（ｄ）ホワイトスペース帯域の使用の最適化：帯域マネジャ５０ａは、ホワイトスペース帯域の割り当てを実行し、一方でホワイトスペース帯域の使用の最適化を試みる。この目的を達成するために、帯域マネジャ５０ａのプロセッサ５１ａは、ローカル／区域ＷＳデータベース１０から利用可能な全ての情報、ならびに、プロセッサがサービスを提供し、ホワイトスペース帯域割り当てポリシー５０ａおよび全ての他の情報源から収集された情報に基づき帯域割り当てを決定するＴＶバンド装置２０から収集された情報を処理する。帯域割り当ての決定は、単一のＢＴＳ／ＡＰ７０またはＢＴＳ／ＡＰ７０のグループに対してなされ、ハードウェア効率、スループット、サービス待ち時間、信頼性、適用範囲および接続度、他の無線システムまたはネットワークとの共存などを最適化する。

図３は、帯域マネジャ５０ａの１つの実施形態のブロック図である。この実施形態では、帯域マネジャ５０ａは、ＢＴＳ／ＡＰ７０に常駐または共存する。帯域マネジャ５０ａのプロセッサ５１ａは、ＢＴＳ／ＡＰ７０のＰＨＹおよびＭＡＣ層管理エンティティ７４、７６および７８、ならびにＩＥＥＥ ８０２．１ｄ準拠コンバージェンスサブレイヤ（図示せず）を介してインターネットプロトコル（ＩＰ）および非同期転送モード（ＡＴＭ）のような上位層７２とインタフェースをとる。帯域マネジャ５０ａは、ＢＴＳ／ＡＰ７０にサービスされる全体のセル、およびＢＴＳ／ＡＰ７０にサービスされる全ての関連付けられたＴＶバンド装置２０のホワイトスペース帯域の使用およびアクセスを制御する。ＴＶバンド装置２０が、帯域マネジャ（ＳＭ２２）の他のインスタンス、および任意選択的により簡略なバージョンを備えることも可能である。ピアツーピアアーキテクチャは、任意の状況でＴＶバンド装置２０の干渉しない作動を確実にするため必要な自律的動作を提供する。

帯域マネジャ５０ａのＰＨＹ層には、３つの主要な機能としてデータ通信（ＭＡＣ層５４ａ）、ＴＶバンド検知機能５６ａおよび位置特定機能５８ａがある。ＴＶバンド検知機能５６および位置特定機能５８ａは、帯域マネジャ５０ａの認識能力を補助するため、ＴＶバンド検知エンジン６０および位置特定エンジン６２から受信された情報を個別に処理および分析する。ＭＡＣ層５４ａは、柔軟でおよび効率的なデータ通信のメカニズムを提供し、一方でＴＶバンド内の現動のサービスを確実に保護し、他のＴＶバンド装置２０と共存させる（すなわち、ＴＶバンド装置間の潜在的な干渉に対処するよう設計されたホワイトスペース帯域割り当てポリシー５２ａを適用することにより、同一のエリア内で複数のＴＶバンド装置２０の作動を可能にする）。図４に示されるように、帯域マネジャ５０ａがＢＴＳ／ＡＰに常駐または共存しているとき、帯域マネジャはリンクレベルパフォーマンスを最適化し、ＢＴＳ／ＡＰ７０に補助されたセルのデータスループットを最大化してもよい。

前述のように、帯域マネジャ５０ａはサービスプロバイダサーバと同一場所に配置が可能であり、または例えば図４で示すサーバ１およびサーバＮのように２つ以上のサービスプロバイダサーバに関連付けてもよい。あるいは、帯域マネジャ５０ａの機能は、１つまたは複数のＢＴＳ／ＡＰと１つまたは複数のＴＶＷＳサービスプロバイダサーバの間でピアツーピアで分散してもよい。

図４は、ＴＶＷＳサービスプロバイダ８０（ＴＶＷＳサービスプロバイダサーバ１）およびＴＶＷＳサービスプロバイダ８４（ＴＶＷＳサービスプロバイダサーバＮ）に属するＢＴＳ／ＡＰを含む複数のＢＴＳ／ＡＰに帯域マネジャ５０ａがサービスを提供する、本発明の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、帯域マネジャ５０ａは、ＢＴＳ／ＡＰコントローラとしてサービスを提供する。ＴＶＷＳサービスプロバイダ８０は、ＢＴＳ／ＡＰ８２ａ、８２ｂおよび８２ｃを介してＴＶバンド装置２０（図示せず）にサービスを提供する。ＴＶＷＳサービスプロバイダ８４は、ＢＴＳ／ＡＰ８６ａ、８６ｂ、８６ｃおよび８６ｄを介して他のＴＶバンド装置２０（図示せず）にサービスを提供する。帯域マネジャ５０ａは、それぞれのＢＴＳ／ＡＰ８２ａ〜８２ｃおよび８６ａ〜８６ｄを直接制御する。

帯域マネジャ５０ａの異なる実装は異なるシステムアーキテクチャを必要とする可能性があり、従って、異なる性能測定基準およびビジネスモデルを必要とする。帯域マネジャ５０ａがサービスプロバイダサーバ８０、８４と同一場所に配置されるとき、帯域マネジャ５０ａは、ホワイトスペース割り当てポリシー５２ａ、干渉軽減、無線資源の調整および管理、電力最適化およびダイバーシティデータルーティングなどを用いて、ネットワーク全体の最適化が可能である。

図５は、帯域マネジャ５０ａの他のソフトウェアおよびハードウェア構成要素と連動してプロセッサ５１ａにより実行される動作のハイレベルの概略を示すフローチャートである。簡単にするために、動作を帯域マネジャ５０ａのみに関連して説明する。帯域マネジャ５０ａは、ＷＳデータベース１０から保護されたＴＶチャンネルについての情報を取得する（１００）。前述のように、この情報は帯域マネジャ５０ａによりＷＳデータベース１０からプルされてもよく、またはＷＳデータベース１０により帯域マネジャ５０ａへプッシュされてもよい。帯域マネジャ５０ａは、ＴＶバンド装置２０を含むＴＶチャンネル検知源からＴＶチャンネル検知情報を収集、分析および抽出するピアＴＶバンド検知エンジン６０から、ＴＶチャンネル占有情報も受信する（１０２）。検知マネジャ５０ａは、基地局８２ａ〜８２ｃおよび８６ａ〜８６ｄならびにＴＶバンド装置２０の全地球測位システム（ＧＰＳ）センサを含む位置特定検知源から、装置の位置情報を収集、分析および抽出するピア位置特定エンジン６２からの位置特定情報も受信する（１０４）。検知マネジャ５０ａは、基地局８２ａ〜８２ｃおよび８６ａ〜８６ｄならびに／またはＴＶバンド装置２０から、制御下のＴＶバンド装置２０および他のサービスプロバイダに属するＴＶバンド装置の両方の無線構成のような他のデータ、ならびに位置に基づくビット誤り率／フレームエラー率（ＢＥＲ／ＦＥＲ）、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、キャリア対干渉比（Ｃ／Ｉ）などのような性能測定基準も受信してもよい（１０４）。

帯域マネジャ５０ａは、その後、ネットワークスループットを最適化するため、ホワイトスペース再使用スキーム、ネットワーク・トポロジおよび他の因子を考慮して、ホワイトスペース帯域割り当てポリシー５２ａに基づきホワイトスペース帯域の割り当てを計算する（１０６）。前述のように、帯域マネジャ５０ａは、放送業者１４および監督機関１６にアンカーポイントとしてサービスを提供し、帯域マネジャ５０ａの制御下のＴＶバンド装置２０の管理においてそれらのエンティティが介在することを可能にする。ＷＳデータベース１０がＴＶチャンネル使用データを帯域マネジャ５０ａへプッシュすると（１０８）、帯域マネジャ５０ａは現動のシステム放送が保護されるのを保証するよう（能動的かつ先見的に）反応し、一方でサービスを受けるエリア内で作動中のＴＶバンド装置２０に提供されるサービスの干渉を最小化する。ピア帯域マネジャ５０ｂがピア帯域マネジャ５０ａにマネジャの１つまたは複数の基地局がホワイトスペース帯域使用、例えばマネジャがサービスの提供のために使用しているＴＶチャンネルを変更したことを通知すると（１１０）、帯域マネジャ５０ａは、そのホワイトスペース帯域の割り当ての再計算が必要かどうかを判断する（１０６）。１つの例として、ＴＶチャンネル、またはその一部分が帯域マネジャ５０ａにより割り当てられた帯域の一部である場合、帯域マネジャ５０ａはそのホワイトスペース帯域の割り当てを再計算する（１０６）。当業者に理解されるように、ホワイトスペース帯域の割り当てにおけるあらゆる変更は干渉環境の変化を発生させる可能性があるので、帯域マネジャ５０ａは、帯域使用エチケットのもとで礼儀として、および／または、周波数計画および帯域共用計画を再配備し、ＴＶバンド装置２０をそれぞれのＢＴＳ／ＡＰ７０と再び関連付けるよう誘導することでネットワークデータスループットを再最適化するために、サービスする全てのＴＶバンド装置２０にわたる干渉環境パラメータを最適化することにより、反応する（１１４）。１つのサービスプロバイダサーバのみにサービスを提供する帯域マネジャ５０ａは、いずれの他のサービスプロバイダのホワイトスペース帯域使用を変更することもできないが、帯域マネジャ５０ａは制御下のＢＴＳ／ＡＰ７０にホワイトスペース帯域を割り当てるとき、他のサービスプロバイダによるホワイトスペース帯域の使用を検討してもよく、ホワイトスペース帯域の共用が必要とされるとき、他のサービスプロバイダにより作動される別のピア帯域マネジャと交渉してもよい。

帯域マネジャ５０ａは、様々なＷＳデータベース１０のアーキテクチャに適合する柔軟性を有する。帯域マネジャ５０ａは、同一のＢＴＳ／ＡＰ７０に常駐する可能性がある無線リソース管理（ＲＲＭ）エンティティと、機能のいくぶんかの重複があってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＲＭはＴＶ帯域のある部分にわたる無線リソースを管理するため作動する。このケースでは、帯域マネジャ５０ａはＲＲＭから情報を取得し、それからどの帯域の部分を使用するかを判断する。

本発明の種々の例示的な実装を記載した。しかし、当業者は付加的な実装も可能であり、それが本発明の範囲内にあることがわかるであろう。当業者は、前述の図および本明細書中に開示された実施形態に関連して記載された種々の例示的モジュールおよび方法ステップが、しばしば、電子ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせとして実装可能であることを理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すため、種々の例示的モジュールおよび方法ステップを、概して機能の観点から前に記述した。そのような機能がハードウェアとソフトウェアのどちらとして実装されるかは、システム全体に課せられた特定の適用および設計の制約による。当業者は記載された機能をそれぞれの特定の適用のために変更した様式で実装が可能であるが、そのような実装の判断は本発明の範囲からの逸脱を起こすと解釈されるべきではない。また、モジュールまたはステップ内の機能のグループ分けは、記載を容易にするためである。特定の機能は、本発明から逸脱することなくあるモジュールまたはステップから他へ移動させることが可能である。

また、本明細書中に開示された実施形態と関連して記載された種々の例示的なモジュールおよび方法ステップは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（”ＤＳＰ”）、特定用途向け集積回路（”ＡＳＩＣ”）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（”ＦＰＧＡ”）のようなハードウェア、または他のプログラム可能な論理装置、個々のゲートまたはトランジスタ論理、個々のハードウェア構成要素、または本明細書に記載された機能を実行するために設計されたこれらの任意の組み合わせで実装または実行が可能である。汎用プロセッサはハードウェアであり、マイクロプロセッサであってもよいが、別の方法では、プロセッサは任意のハードウェアプロセッサまたはコントローラ、マイクロコントローラであってもよい。プロセッサは、計算装置の組み合わせ、例えばＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、ＤＳＰコアと併せた１つまたは複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、または任意の他のそのような構成として実装してもよい。

また、本明細書中に開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェア内で、プロセッサに実行されるソフトウェアモジュール内で、またはこれら２つの組み合わせで実施してもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはネットワーク記憶媒体を含む任意の他の形態の記憶媒体を含む、コンピュータ可読記憶媒体にアクセス可能なコンピュータまたはコントローラ内に、常駐が可能である。例示的な記憶媒体はプロセッサに接続することが可能で、そのプロセッサは記憶媒体から情報の読み出しおよび情報の書き込みが可能である。別の方法では、記憶媒体はプロセッサと一体式であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣに常駐してもよい。

開示された実施形態の前述の記載は、あらゆる当業者が本発明を製作または使用を可能にするために提供される。これらの実施形態の種々の改良は当業者に容易に明らかになるであろうし、本明細書に記載された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態へ適用が可能である。よって、本明細書に記された記載および図は本発明の例示的な実施形態を示し、従って本発明で広く考察された主題を代表するものであることを理解すべきである。本発明の範囲が十分に他の実施形態を包含し、本発明の範囲は添付の請求項以外の何にも限定されないことがさらに理解される。

Claims (20)

1. ＴＶバンド帯域占有情報を収集するピアＴＶバンド検知エンジンと、
   無線アクセスネットワーク内の基地局およびＴＶバンド装置から位置特定情報を収集するピア位置特定エンジンと、
   ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンクと、前記ピアＴＶバンド検知エンジン、前記ピア位置特定エンジン、および前記ホワイトスペースデータベースから受信された帯域占有情報を処理し、少なくとも１つの基地局、および前記少なくとも１つの基地局に関連付けられたＴＶバンド装置にホワイトスペース帯域を割り当てるプロセッサと、を有するピア帯域マネジャおよび基地局コントローラと、を備える、
   無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワーク。
2. 前記基地局がアクセスポイント（ＡＰ）である、請求項１に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
3. 前記帯域マネジャが前記ＡＰに常駐する、請求項１に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
4. 前記帯域マネジャが、複数の前記ＡＰおよびそれぞれの前記ＡＰに関連付けられた全ての前記ＴＶバンド装置にサービスを提供するスタンドアロン装置である、請求項３に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
5. 前記帯域マネジャが、複数の前記ＡＰの間に機能的に分散される、請求項３に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
6. 前記基地局がベース送受信機ステーション（ＢＴＳ）である、請求項１に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
7. 前記帯域マネジャが前記ＢＴＳに常駐する、請求項６に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
8. 前記帯域マネジャが、複数のＢＴＳおよびそれぞれの前記ＢＴＳに関連付けられた全ての前記ＴＶバンド装置にサービスを提供するスタンドアロン装置である、請求項５に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
9. 前記帯域マネジャが複数の前記ＢＴＳの間に機能的に分散される、請求項５に記載のピアツーピアコントロールネットワーク。
10. ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンクをそれぞれ有するピア帯域マネジャおよび基地局コントローラと、ピアＴＶバンド検知エンジン、ピア位置特定エンジン、および前記ホワイトスペースデータベースから受信されたＴＶバンド帯域占有情報を処理し、前記ＴＶバンド帯域占有情報に基づき、ＴＶバンドホワイトスペース帯域を、基地局、および前記基地局に関連付けられたＴＶバンド装置に割り当てるプロセッサと、を備えるピアツーピアコントロールネットワークとともに、リモート無線アクセスネットワークを提供することを含む、
    リモート無線アクセスネットワークの基地局によるＴＶバンドホワイトスペース帯域使用を制御する方法。
11. 前記ピア帯域マネジャが前記ホワイトスペースデータベースにより前記ＴＶバンド帯域占有情報をプッシュされ、かつ変更があったピア帯域マネジャによりＴＶバンド帯域使用の変更をプッシュされる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ピア帯域マネジャが、前記ＴＶバンド帯域占有情報または前記ＴＶバンド帯域使用の変更をプッシュされる場合に、１つまたは複数の前記基地局のＴＶバンドホワイトスペース帯域割り当てを再計算しなければならないかどうかを個別に判断する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ピア帯域マネジャが、ＴＶバンドホワイトスペース帯域割り当てが再計算された任意の前記基地局に関連付けられた干渉環境を個別に最適化する、請求項１０に記載の方法。
14. ＴＶバンドホワイトスペース割り当てポリシーと、
    ホワイトスペースデータベースサーバへの通信リンクと、
    ピアＴＶバンド検知エンジン、ピア位置特定エンジン、および前記ホワイトスペースデータベースから受信された帯域占有情報を処理し、基地局、および前記基地局に関連付けられたＴＶバンド装置にホワイトスペース帯域を割り当てるプロセッサと、を備える、
    ＴＶバンドホワイトスペース無線アクセスネットワークのピアツーピアコントロールネットワーク内の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
15. 前記帯域マネジャおよび基地局コントローラが、制御する前記基地局に常駐する、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
16. 前記帯域マネジャおよび基地局コントローラが、複数の前記基地局、および前記それぞれの基地局に関連付けられた全てのＴＶバンド装置にサービスを提供するスタンドアロン装置である、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
17. 前記帯域マネジャおよび基地局コントローラが、前記帯域マネジャが、無線アクセスネットワーク内の複数の基地局の間に機能的に分散される、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
18. 前記割り当てポリシーが、ＴＶバンドホワイトスペース使用に関する連邦通信委員会規則および命令を順守し、前記帯域マネジャが、前記ＴＶバンド装置をシャットダウンし、上位機関に制御下の問題がある前記ＴＶバンド装置を通知する権限を持つ、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
19. 前記帯域マネジャおよび基地局コントローラが、前記ＴＶバンド検知エンジン、前記ＴＶバンド位置特定エンジン、および前記無線アクセスネットワーク内の全ての他の前記帯域マネジャおよび基地局コントローラとダイレクト通信リンクを有する、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。
20. 前記帯域マネジャおよび基地局コントローラが、制御する前記基地局へ前記ＴＶバンドホワイトスペース帯域を割り当てるとき、前記ＴＶバンドホワイトスペース帯域使用を最適化する、請求項１４に記載の帯域マネジャおよび基地局コントローラ。

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