JP2014222796A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＰＥが、自局の位置情報に基づいた送信可能周波数リストを取得する前に、送信可能周波数ではない周波数の電波を発射して、一次利用システムに干渉を与えるのを防ぐことができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】 ホワイトスペースを利用する無線通信システムであり、ＢＳ１０及びＣＰＥ２２が、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数を記憶しておき、ＢＳ１０が、ホワイトスペースを利用した運用周波数で通信を行う第１の期間と、特定の周波数で通信を行う第２の期間とを定期的に切り替え、ＣＰＥ２２が、運用周波数が自局の送信可能周波数であるかどうか不明な場合には、第２の期間において特定の周波数で基地局と通信を行い、運用周波数が送信可能周波数であることを認識している場合には、第１の期間では運用周波数で通信を行い、第２の期間では特定の周波数で通信を行う無線通信システムとしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホワイトスペースを利用する無線通信システムに係り、特に、一次利用者に干渉を与えず、効率的に周波数の二次利用を行うことができる無線通信システムに関する。

［先行技術の説明］
近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、有限な資源である無線周波数の需要も増加の一途をたどっており、割当て可能な周波数の枯渇が世界各国で大きな問題となってきている。

一般に、周波数は国がライセンス管理を行い、ライセンスを割当てられた者だけが、特定の場所および時間において、厳格な管理の下、その周波数を利用することができる。しかし、今後も増え続けるであろう周波数需要に対応するためには、これまでの利用方法にとらわれない、新しい周波数の利用方法が求められている。

そこで近年、周波数の枯渇問題を解決するための新たな周波数の利用方法として、既に割当てられてはいるものの、空間的、時間的に使用されない周波数帯（ホワイトスペース）を利用する方法が研究されている。
例えば、ライセンスを受けている利用者（以下、「一次利用者」という）の既存システムの周波数使用への影響を十分回避しつつ、ライセンスを受けていない利用者（以下、「二次利用者」という）が柔軟にホワイトスペースの電波を利用するコグニティブ無線通信システムなどの研究開発が行われている（例えば、非特許文献１）。

コグニティブ無線通信システムとしては、例えば、IEEE802.22で標準化が行われている、ホワイトスペースを利用する広域無線通信（Wireless Regional Area Network: WRAN）システムがある。
このようなシステムでは、ＩＰネットワーク上に、周波数の利用を管理するホワイトスペースデータベース（ＤＢ）や共存マネージャ（ＣＭ）（以下、「データベース等」という）を備え、各無線局は、データベース等にアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストと最大許容送信電力とを取得する。
送信可能周波数リストは、一次利用者に干渉を与えることなく無線通信を行うことができる周波数のリストである。

送信可能周波数リストは、戸別に設置される子局や携帯電話等の端末（ＣＰＥ：Customer Premises Equipment）が接続する基地局（ＢＳ：Base Station）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spectrum Manager）によって、随時更新されながら一括管理されている。
そして、ＢＳはこの送信可能周波数リストに基づき、自局の運用周波数を決定する。

また、各無線局（ＢＳ及びＣＰＥ、以下同様）は、スペクトルセンシング機能を具備していることもある。
各無線局は、スペクトルセンシングによって、決定された使用周波数が既存システム（一次利用者のシステム）によって使用されていることを検知すると、その情報をＳＭに通知する。すると、ＳＭは送信可能周波数リストからこの周波数を除外するとともにデータベース等に報知する。

ホワイトスペースを利用する無線通信システムは、このようにして時々刻々と更新される情報に基づきダイナミックなスペクトルアクセスを行うことで、一次利用者の周波数使用への影響を回避すると同時に、二次利用者の通信も実現する。
ところで、IEEE802.22では、スペクトラムセンシング機能を具備しないＣＰＥが、自局の送信可能周波数を知るための手段について、明確な規定が存在しない。

ここで、一般に、ＣＰＥは、ＢＳとの間で無線通信を行うための無線インタフェース（すなわち、IEEE 802.22のエア・インタフェース）以外の無線インタフェースを搭載していないため、ＢＳとの間で無線通信を行うことなくローカルエリアネットワーク以外のＩＰネットワーク（インターネットなど）に接続する手段を持たない。

したがって、あるＣＰＥが新たにホワイトスペースを利用した無線通信を開始しようとする際には、当該ＣＰＥの位置情報に基づきデータベース等が提供する送信可能周波数リストを取得する前に、ＢＳへ向けて電波を発射する必要がある。
IEEE 802.22のようなＴＤＤ（Time Division Duplex；時分割複信）システムの場合、ＣＰＥもＢＳと同一の周波数の電波を利用し無線通信を行う必要がある。

そのため、新たにホワイトスペースを利用した無線通信を行おうとするＣＰＥは、自局の位置に基づく送信可能周波数を知るためにＢＳとの通信を行う際には、ＢＳの送信可能周波数で送信を行う。
当該ＣＰＥにとって、この周波数が送信可能周波数であるかどうかはまだ不明であり、送信可能周波数ではない可能性がある。特に、スペクトラムセンシング機能を備えていないＣＰＥの場合、近くの一次利用者が利用していたとしてもそれを認識できない。

［従来の周波数利用パターン：図５］
従来の無線通信システムにおける周波数の利用パターンについて図５を用いて説明する。
図５は、従来の無線通信システムにおける周波数の利用パターンを示す模式説明図である。
ここでは、ＢＳが管理する無線通信システム内にＣＰＥ２１，２２が存在し、ＣＰＥ２１は既に通信中であり、ＣＰＥ２２が新たに通信を開始するところを示している。

また、ＢＳはスペクトルマネージャに対して提示された送信可能周波数リストの中から運用周波数としてｆ1を選択して通信を行っており、ＣＰＥ２１は、既にＤＢからｆ1が送信可能周波数であることを通知されている。

そして、図５に示すように、従来の無線通信システムでは、ＢＳは、常に運用周波数ｆ１を用いて通信を行うため、ＣＰＥ２１だけでなく、新たに通信を開始しようとするＣＰＥ２２とも運用周波数ｆ１での通信を行うことになる。
ここで、ＣＰＥ２２は、これからＢＳを介してＤＢから送信可能周波数のリストを取得するため、ｆ１の使用が可能かどうか不明である。つまり、ＣＰＥ２２は、使用不可かもしれない周波数ｆ１を用いて通信している。

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６月９日検索］、インターネットhttp://businessnetwork.jp/tabid/65/artid/110/page/1/Default.aspx

このように、従来のホワイトスペースを利用した無線通信システムでは、スペクトラムセンシング機能を備えていないＣＰＥは、データベース等から自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得する前にＢＳとの通信を行う。
その際、ＣＰＥはＢＳからの下り信号を受信して、それと同じ周波数で送信を行う。
そのため、ＢＳが許可されている周波数であっても、ＣＰＥが一次利用者の近くに位置している場合には、当該ＣＰＥがその周波数を発射すると一次利用者への影響がある場合が考えられる。

つまり、センシング機能を備えていないＣＰＥは、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得する前にＢＳとの通信を行うため、送信可能周波数ではない周波数の電波を発射して、一次利用者に干渉を与えてしまう可能性があるという問題点があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、ＣＰＥが、データベース等から自局の位置情報に基づいた送信可能周波数リストを取得する前に、送信可能周波数ではない周波数の電波を発射してしまうのを防ぎ、一次利用システムに干渉を与えるのを防ぐことができる無線通信システムを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基地局と端末局との間でホワイトスペースを利用して無線通信を行う無線通信システムであって、基地局及び端末局が、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報を記憶しておき、基地局が、ホワイトスペースを利用した運用周波数で通信を行う第１の期間と、特定の周波数で通信を行う第２の期間とを定期的に切り替えて通信を行い、端末局が、運用周波数が自局の位置情報に基づく送信可能周波数であるかどうかを認識していない場合には、第２の期間において特定の周波数で基地局と通信を行い、運用周波数が自局の位置情報に基づく送信可能周波数であることを認識している場合には、第１の期間において運用周波数で基地局と通信を行うと共に、第２の期間において特定の周波数で基地局と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。

また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、基地局が、指示された周波数で無線通信を行うデータ伝送部と、ホワイトスペースを利用した運用周波数の情報と、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報とを記憶しており、運用周波数と特定の周波数とを定期的に切り替えてデータ伝送部に指示する周波数管理部とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、端末局が、指示された周波数で無線通信を行うデータ伝送部と、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報を記憶し、自局の位置情報に基づく送信可能周波数を認識していない場合には、特定の周波数をデータ伝送部に指示する使用周波数制御部とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、基地局と端末局との間でホワイトスペースを利用して無線通信を行う無線通信システムであって、基地局及び端末局が、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報を記憶しておき、基地局が、ホワイトスペースを利用した運用周波数で通信を行う第１の期間と、特定の周波数で通信を行う第２の期間とを定期的に切り替えて通信を行い、端末局が、運用周波数が自局の位置情報に基づく送信可能周波数であるかどうかを認識していない場合には、第２の期間において特定の周波数で基地局と通信を行い、運用周波数が自局の位置情報に基づく送信可能周波数であることを認識している場合には、第１の期間において運用周波数で基地局と通信を行うと共に、第２の期間において特定の周波数で基地局と通信を行う無線通信システムとしているので、端末局が自局の位置情報に基づく送信可能周波数のリストを取得する前に、基地局にとっては送信可能でも、当該端末局にとっては送信可能周波数ではない周波数の電波を発射してしまうのを防ぐことができ、一次利用者に干渉を与えてしまうのを防ぐことができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムを含むシステム全体の説明図である。 ＢＳ１０の構成ブロック図である。 ＣＰＥ２１の構成ブロック図である。 本システムにおける周波数切り替えパターンを示す模式説明図である。 従来の無線通信システムにおける周波数の利用パターンを示す模式説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、基地局及び端末局が、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数を予め記憶しておき、基地局は、ホワイトスペースを利用するホワイトスペース通信期間と、当該特定の周波数を用いて通信を行うネットワークエントリ期間とを定期的に切り替えて通信を行い、新たにホワイトスペースを利用した通信を開始しようとする端末局は、ネットワークエントリ期間において、当該特定の周波数を用いて基地局と通信を行って、位置情報に基づく利用可能な周波数のリストを取得するものであり、新たに通信を開始しようとする端末局が、自己の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得する前に、当該端末局にとって送信可能ではない周波数の電波を発射するのを防ぎ、一次利用者に干渉を与えるのを防ぐことができるものである。

［実施の形態に係る無線通信システム：図１］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムを含むシステム全体の説明図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本システム）１は、ホワイトスペースを利用する無線通信システムであり、戸別に設置される子局や携帯電話等の無線通信端末（端末局）であるＣＰＥ２１及びＣＰＥ２２と、これらの無線通信端末が接続する基地局であるＢＳ１０と、ＢＳ１０のバックホール回線（Backhaul）３０と、インターネット４０と、ホワイトスペースデータベース（ＤＢ）（以下、「データベース」という）５０と、ホワイトスペース共存マネージャ（ＣＭ）（以下、「共存マネージャ」という）６０とを含んで構成される。

また、周波数使用のライセンスを受けている一次利用者の通信システム（以下、「既存システム」という）２は、送信局７０と受信局８０とを含んで構成されており、周波数ｆ１およびｆ２のライセンスを受け使用しているものとする。
以下の説明においては、周波数ｆ１およびｆ２の使用ライセンスを受けていない二次利用者が、周波数ｆ１およびｆ２をホワイトスペースとして利用するものとする。
図１の例では、二次利用者として、本無線通信システム１と、別の二次利用システム３とがある。

本システム１の各部について説明する。
［データベース（ＤＢ）５０］
データベース５０は、周波数の利用状況を管理するものであり、空間的・時間的に一次利用システムへ影響を与えずに無線通信に使用可能な周波数（送信可能周波数）の情報を記憶し、二次利用システムに提供する。

［共存マネージャ（ＣＭ）６０］
共存マネージャ６０は、二次利用システム間の干渉を避け、適切に無線通信が行われるよう周波数を割り当てる。
図１に示すように、ホワイトスペースを利用する別の二次利用システム３が無線通信システム１のサービスエリア内に存在する場合であっても、無線通信システム１と別の二次利用システム３が、それぞれ異なる周波数を二次利用することにより、互いに干渉することなく通信を行うことができる。
例えば、無線通信システム１が周波数ｆ１を、別の二次利用システム３が周波数ｆ２をそれぞれ利用して無線通信を行うよう、共存マネージャ６０は、各無線局の送信可能周波数リストを再構築する。

［ＢＳ１０］
ＢＳ１０は、バックホール回線３０を通してインターネット４０に接続し、インターネット４０上に存在するデータベース５０、共存マネージャ６０へのアクセスを行って使用可能周波数リストを取得し、運用周波数を決定して、当該運用周波数で無線通信システム１内のＣＰＥ２１,２２との通信を行う。

また、本システムの特徴として、ＢＳ１０は、予め、一次利用者（既存システム）に干渉を与えない、つまり、一次利用者が使用しないことが保証されている特定の周波数の値を記憶している。特定の周波数をエントリ用周波数と称するものとする。

エントリ用周波数としては、例えば、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンド等、ホワイトスペースの帯域とは連続しない帯域の周波数や、一次利用者が存在しないことが保証されているホワイトスペース周波数を選んだり、例えばＵＨＦ帯で、特定のＴＶチャンネルをエントリ用周波数として割り当てることができる。
また、エントリ用周波数による通信では、伝搬特性や許容放射電力等は、ホワイトスペースにおけるそれらの特性とは大きく異なる場合がある。

そして、本システムでは、ＢＳ１０は、新たにホワイトスペースを利用した通信を開始しようとするＣＰＥと、運用周波数ではなくエントリ用周波数を利用して通信を行う期間として、エントリ用周波数で通信を行う期間を設けている。これについては後述する。

［ＣＰＥ２１，２２］
ＣＰＥ２１，２２は、センシング機能を持たず、ＢＳ１０を介して送信可能周波数のリストを取得する。
本システムの特徴として、ＣＰＥ２１,２２は、新たにホワイトスペースを利用した通信を開始する場合（新規通信参入時）には、上述した一次利用者（既存システム）に干渉を与えないことが保証されているエントリ用周波数でＢＳ１０と通信を行って、自己の位置情報に基づく送信可能周波数のリストを取得する。

これにより、ＣＰＥ２１，２２が、位置情報に基づく送信可能な周波数を認識していない新規通信参入時に、ＢＳ１０にとっては送信可能であっても当該ＣＰＥ２１，２２にとっては送信不可となる周波数の電波を発射してしまうのを防ぎ、一次利用者に干渉を与える危険を回避できるものである。

また、ＣＰＥ２１，２２は、予めＢＳ１０と同様にエントリ用周波数の情報を記憶していてもよいし、ＢＳ１０から送信される信号をサーチすることによってエントリ用周波数を取得してもよい。サーチによって取得する場合には、エントリ用周波数が含まれる周波数範囲を予め記憶しておき、当該範囲内をサーチして、取得した周波数をエントリ用周波数として記憶し、これを用いて送信する。

具体的には、予めエントリ用周波数が含まれる範囲を、例えば、ＵＨＦ帯として設定してＢＳ１０が記憶しておき、ＢＳ１０が、ＵＨＦ帯のチャネルのうち、特定の周波数チャネルをエントリ用周波数と定め、当該エントリ用周波数を送信し、ＣＰＥ２１，２２においてもデバイスの初期化情報として当該エントリ用周波数の値を記憶しておき、電源投入直後にはその周波数でＢＳからの下り信号をサーチする。
または、ＣＰＥ２１,２２は、エントリ用周波数が含まれる帯域を保持しておき、電源投入直後には当該帯域においてＢＳ１０からの下り信号をサーチすることで実現可能である。
尚、エントリ用周波数は複数あってもよく、いずれも一次利用者に影響を与えないことが保証された周波数とする。

［本無線通信システムの動作概略：図１］
本無線通信システムの動作の概略について図１を用いて説明する。
まず、ＢＳ１０は、データベース５０へアクセスし、自局の設置位置における送信可能周波数リスト及びその周波数に対応する最大許容送信電力を取得する。
最大許容送信電力とは、一次利用者に影響を与えない電力範囲の制限値である。

そして、ＢＳ１０は、最大許容送信電力に基づいて最大送信可能電力を決定し、共存マネージャ６０に、自局の設置位置、送信可能周波数リスト、最大送信可能電力の情報を通知し、共存マネージャ６０によって再構築された送信可能周波数リストを要求する。
最大送信可能電力とは、装置として出力できる最大の電力と、最大許容送信電力の内、いずれか小さい方の電力である。

尚、ＢＳ１０が共存マネージャ６０に位置情報を教えて、共存マネージャ６０がデータベース５０に問い合わせることにより、送信可能周波数リストや最大許容送信電力を取得して、その中から共存マネージャ６０が送信可能周波数を選択するようにしてもよいし、ＢＳ１０がデータベース５０に問い合わせ、共存マネージャ６０に対して、位置情報、送信可能周波数リスト、最大送信可能電力を通知し、共存マネージャ６０がその中から送信可能周波数を選ぶようにしてもよい。

共存マネージャ６０は、ＢＳ１０の送信可能周波数リスト及びＢＳ１０の周辺に存在している別の二次利用システムの運用チャネル情報等から、ＢＳ１０の送信可能周波数リストを再構築し、ＢＳ１０へ当該送信可能周波数リストを回答する。

ＢＳ１０は、上記再構築された送信可能周波数リストから運用チャネルを選択し、共存マネージャ６０へ自局の運用チャネルを通知する。これにより、共存マネージャ６０は、無線通信システム１が現在二次利用している周波数を把握する。
そして、ＢＳ１０は当該運用チャネルを用いて無線通信システム１内のＣＰＥとホワイトスペースを利用した通信を開始する。

本システムでは、ＢＳ１０は、通信開始後において、共存マネージャ６０からの送信可能周波数リストから決定された運用チャネルだけでなく、ＢＳ１０が予め記憶しているエントリ用周波数を用いて通信を行う。エントリ用周波数は、一次利用システムに影響を与えないことが保証されている周波数である。
そして、ＢＳ１０は、定期的に運用チャネルとエントリ用周波数とを交互に切り替えて通信を行う。この動作については後述する。

［ＢＳ１０の構成：図２］
次に、ＢＳ１０の構成について図２を用いて説明する。図２は、ＢＳ１０の構成ブロック図である。
図２に示すように、ＢＳ１０は、電波の送受信を行うアンテナ１０１と、データの送受信を行うデータ伝送部１０２と、運用チャネルや送信可能周波数の管理を行うスペクトルマネージャ（ＳＭ）１０３と、自局全体の制御を行う主制御部１０４と、バックホール回線３０や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部１０５と、バックホール回線や外部装置と接続するための端子１０６とを備える。

各構成部分について説明する。
データ伝送部１０２は、ＲＦ部１１１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部１１２と、ＭＡＣ処理部１１３とを備える。
ＲＦ部１１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換及び無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
ＢＢ信号処理部１１２は、誤り訂正符号化・復号処理、および変復調処理などを行う。
ＭＡＣ処理部１１３は、自局が使用する周波数やデータ送受信タイミングの制御、通信パケットへの自局識別子の付加、及びデータ送信元の無線装置の認識などの処理を行う。

ＳＭ１０３は、周波数情報通信部１２１と、周波数情報管理部１２２とを備える。尚、ＳＭ１０３は、請求項に記載した周波数管理部に相当する。
周波数情報通信部１２１は、共存マネージャ６０へ自局の位置情報等を送信し、共存マネージャ６０から送信可能周波数リストを受信する。

周波数情報管理部１２２は、受信した送信可能周波数リストの中から運用チャネルを選択し、自局が使用する周波数を決定して、共存マネージャ６０に対し、自局の運用チャネルを通知する。
更に、周波数情報管理部１２２は、エントリ用周波数（エントリ用チャネル）を記憶しており、予め設定されたタイミングで、特定時間毎に運用チャネルとエントリ用チャネルとを切り替えるよう、主制御部１０４を介してデータ伝送部１０２に通知する。

主制御部１０４は、運用周波数の決定や、運用周波数とエントリ用周波数の切り替え等の制御を行い、たとえば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能である。
また、ＢＢ信号処理部１２２、ＭＡＣ処理部１２３、およびＳＭ１０３における処理は、たとえば、主制御部１０４のプロセッサがハードディスクやフラッシュメモリ等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

［ＣＰＥ２１の構成：図３］
次に、端末局であるＣＰＥ２１の構成について図３を用いて説明する。図３は、ＣＰＥ２１の構成ブロック図である。尚、ＣＰＥ２２もＣＰＥ２１と同じ構成であり、説明は省略する。
図３に示すように、ＣＰＥ２１は、電波を送信及び受信するアンテナ２０１と、データの送受信を行うデータ伝送部２０２と、自局の使用する周波数を制御する使用周波数制御部２０３と、自局全体の制御を行う主制御部２０４と、外部回線や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部２０５と、外部回線や外部装置と接続するための端子２０６とを備える。

また、データ伝送部２０２は、ＲＦ部２１１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２１２と、ＭＡＣ処理部２１３とを備える。
ＲＦ部２１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
ＢＢ信号処理部２１２は、誤り訂正符号化、復号処理、および変復調処理等を行う。
ＭＡＣ処理部２１３は、自局が使用する周波数チャネルやデータ送受信タイミングの制御、パケットへの自局識別子の付加、及びデータ送信元の無線装置の認識等の処理を行う。

使用周波数制御部２０３は、新規通信参入時等、データベース５０等からの自局の位置情報等に基づく送信可能周波数が不明な時点においては、一次利用者が存在しないことが保証されているエントリ用周波数のみを使用するよう制御を行い、送信可能周波数が判明した後は、自局の送信可能周波数である本システム１の運用周波数を使用するよう制御を行う。
具体的には、送信可能周波数が判明した後は、使用周波数制御部２０３は、運用周波数とエントリ用周波数とを交互に切り替えて通信するよう制御する。

使用周波数制御部２０３は、予めエントリ用周波数の値を記憶しておいてもよいし、上述したように、特定周波数範囲についてＢＳ１０からの下り信号をサーチして、受信周波数からエントリ用周波数を求めてもよい。

ＢＳ１０と同様に、主制御部２０４は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することも可能である。また、ＢＢ信号処理部２１２、ＭＡＣ処理部２１３における処理は、例えば、主制御部２０３のプロセッサがハードディスク等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

［本システムにおける周波数切り替えパターンの例：図４］
次に、本システムにおける周波数切り替えパターンの例について図４を用いて説明する。図４は、本システムにおける周波数切り替えパターンを示す模式説明図である。
上述したように、本システムのＢＳ１０は、定期的に運用周波数とエントリ用周波数とを切り替えて通信を行う。ここでは、運用周波数をｆ１とし、エントリ用周波数をｆ１０としている。
また、図４では、ＢＳ１０が管理する本システム内にＣＰＥ２１，２２が存在し、ＣＰＥ２１は既に通信中であり、ＣＰＥ２２が新たに通信を開始するところを示しており、ＣＰＥ２１は、ｆ１が送信可能周波数であることを既に認識している。

そして、図４に示すように、本システムでは、運用周波数ｆ１を用いるホワイトスペース通信期間と、エントリ用周波数ｆ１０を用いるネットワークエントリ期間とを交互に設けている。
ホワイトスペース通信期間とネットワークエントリ期間の時間は任意に設定可能であり、例えば、ＣＰＥの接続数やトラフィックに応じて可変としてもよく、各期間の長さは初期設定情報として各ＣＰＥに与えられる。

ホワイトスペース通信期間では、ＢＳ１０は、既にｆ１が送信可能周波数であることがわかっているＣＰＥ２１と、運用周波数ｆ１を用いて送受信を行う。
ホワイトスペース通信期間においては、新たに通信に参入しようとするＣＰＥ２２は、エントリ用周波数ｆ１０以外の周波数は利用できないため、ＢＳ１０との通信は行わない。

そして、特定時間経過後、ＢＳ１０は、使用周波数をｆ１からｆ１０に切り替え、ネットワークエントリ期間とする。
ネットワークエントリ期間になると、ＣＰＥ２１は、使用周波数をｆ１からｆ１０に切り替え、引き続き通信を行う。
つまり、ＣＰＥ２１は、運用周波数であるｆ１と、エントリ用周波数であるｆ１０をいずれも使用することができることを認識している為、ホワイトスペース通信期間ではｆ１を用いて送受信を行い、ネットワークエントリ期間においてはｆ１０を用いて送受信を行う。

また、ＣＰＥ２２は、まず、自局の位置情報に基づく送信可能周波数の情報を取得するためにＢＳ１０と通信を行うが、送信可能周波数が不明な時点では、エントリ用周波数ｆ１０のみを使用する。
そのため、ＣＰＥ２２は、ネットワークエントリ期間においてｆ１０を用いてＢＳ１０と送受信を行って、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストの取得を試みる。

送信可能周波数リストの取得は、１回のネットワークエントリ期間では完了しないこともあり、その場合には次回以降のネットワークエントリ期間で引き続き通信を行う。
このように、ＣＰＥ２２にとって運用周波数ｆ１が使用可能か否かが不明な場合には、確実に送信可能であるエントリ用周波数ｆ１０を用いて通信を行うことにより、一次利用者に干渉を与えるのを未然に防ぐことができるものである。

そして、特定時間が経過すると、ＢＳ１０は、使用周波数をｆ１０からｆ１に切り替えてホワイトスペース通信期間とする。
図４の例では、この時点では、ＣＰＥ２２はまだ自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストが取得できておらず、ＣＰＥ２１のみが運用周波数ｆ１を用いて通信を行っている。

ＣＰＥ２２が自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得し、ｆ１がリストに含まれていた場合、ＣＰＥ２２はホワイトスペース通信期間においてｆ１を用いて通信可能となる。
また、ＣＰＥ２２がｆ１を使用できないことが判明した場合、ＢＳ１０は、自局の送信可能周波数リストの中からＣＰＥ２１，２２の両方が使用可能な周波数を選択し、これを運用周波数としてホワイトスペース通信期間の通信を行う。
このようにして、本システムにおける周波数の切り替えが行われるものである。

これにより、本システムでは、制御チャネルに専用の周波数を割り当てることなく送信可能周波数リストを取得するために必要な無線通信を行うことができ、効率的な周波数の二次利用が可能となる。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムによれば、予めＢＳ１０及びＣＰＥ２１，２２が、一次利用者が使用しないことが保証されている特定の周波数をエントリ用周波数として記憶しておき、ＢＳ１０は、送信可能周波数リストから選択した運用周波数を用いるホワイトスペース通信期間と、エントリ用周波数を用いるネットワークエントリ期間とを一定時間毎に切り替えて通信を行い、ＣＰＥ２１，２２は、自局の位置情報に基づく送信可能周波数が不明な場合には、エントリ用周波数のみを使用し、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストの取得後は、ホワイトスペース通信期間においては運用周波数を用い、ネットワークエントリ期間においてはエントリ用周波数を用いて通信を行うようにしているので、基地局を経由しなければ送信可能周波数リストを取得できない端末局を用いて無線通信システムを構成する場合であっても、新たに通信に参入しようとするＣＰＥ２１，２２が、自己の位置情報に基づく送信可能周波数を把握するまでは、確実に一次利用者に影響を与えないエントリ用周波数を用いるようにして、送信可能か否かが不明である運用周波数で通信するのを防ぎ、周波数の有効利用を図りつつ、一次利用者に干渉を与えるのを防ぐことができる効果がある。

尚、本実施の形態では、ＢＳ１０が運用する周波数を決定する際、共存マネージャ６０から取得した送信可能周波数リストから選択していたが、データベース５０から取得した送信可能周波数リストから選択するような動作としてもよい。

また、本実施の形態では、ＢＳ１０がネットワークエントリ期間にｆ１０で電波の送受信を行っていたが、このネットワークエントリ期間を、「Quiet Period」と呼ばれる、一次利用者の存在をセンシングによって検出するために二次利用者が電波の発射を停止する期間と同一としてもよい。

また、本実施の形態では、ＢＳ１０がネットワークエントリ期間にｆ１０で電波の送受信を行っていたが、送信はｆ１を使用し、受信にｆ１０を用いるような、Half-FDD（Frequency Division Duplex）システムとしてもよい。この場合ＣＰＥ２２は、ｆ１の電波を受信し、ｆ１０の電波を送信する。

更に、本実施の形態では、ＢＳ１０が使用する周波数は１チャネルであったが、複数のデータ伝送部を備えたマルチチャネル対応基地局として、特定のデータ伝送部を常にネットワークエントリ期間として運用してもよい。

また、本無線通信システムは、IEEE802.22で規定されている無線通信システムに対して特に好適であるが、これに限定されるものではない。

本発明は、一次利用者に干渉を与えず、効率的に周波数の二次利用を行うことができる無線通信システムに適している。

１...無線通信システム、 ２...既存システム、 ３...別の二次利用システム、 １０...基地局（ＢＳ）、 ２１，２２...端末局（ＣＰＥ）、 ３０...バックホール回線、 ４０...インターネット、 ５０...データベース（ＤＢ）、 ６０...共存マネージャ、 ７０...送信局、 ８０...受信局、 １０１...アンテナ、 １０２...データ伝送部、 １０３...スペクトルマネージャ（ＳＭ）、 １０４，２０４...主制御部、 １０５，２０５...インターフェース部、 １０６...端子 １１１，２１１...ＲＦ部、 １１２，２１２...ベースバンド信号処理部、 １１３，２１３...ＭＡＣ処理部、 １２１...周波数情報通信部、 １２２...周波数情報管理部、 ２０３...使用周波数制御部

Claims (3)

1. 基地局と端末局との間でホワイトスペースを利用して無線通信を行う無線通信システムであって、
   前記基地局及び前記端末局が、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報を記憶しておき、
   前記基地局が、ホワイトスペースを利用した運用周波数で通信を行う第１の期間と、前記特定の周波数で通信を行う第２の期間とを定期的に切り替えて通信を行い、
   前記端末局が、前記運用周波数が自局の位置情報に基づく送信可能周波数であるかどうかを認識していない場合には、前記第２の期間において前記特定の周波数で前記基地局と通信を行い、前記運用周波数が前記自局の位置情報に基づく送信可能周波数であることを認識している場合には、前記第１の期間において前記運用周波数で前記基地局と通信を行うと共に、前記第２の期間において前記特定の周波数で前記基地局と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 基地局が、指示された周波数で無線通信を行うデータ伝送部と、
   ホワイトスペースを利用した運用周波数の情報と、一時利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報とを記憶しており、前記運用周波数と前記特定の周波数とを定期的に切り替えて前記データ伝送部に指示する周波数管理部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 端末局が、指示された周波数で無線通信を行うデータ伝送部と、
   一次利用者に干渉を与えないことが保証されている特定の周波数の情報を記憶し、自局の位置情報に基づく送信可能周波数を認識していない場合には、前記特定の周波数を前記データ伝送部に指示する使用周波数制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。

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