JP2016019221A - スペクトラムセンシング方法および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＳＤＢからＷＳ情報が取得できないときに、センシング対象の周波数を絞り込んで、センシング処理に要する時間を短縮する。
【解決手段】スペクトラムセンシング方法であって、ＷＳＤＢから、周波数ごとの利用状況を表すＷＳ情報を取得するＷＳ取得ステップと、ＷＳＤＢからＷＳ情報が取得できない場合にスペクトラムセンシングを実施するセンシングステップと、を含む。センシングステップは、直近に取得できたＷＳ情報に基づいて、ＰＵが使用していない周波数をセンシング対象周波数に設定し、直近に取得できたＷＳ情報に基づいてＰＵが使用している周波数のうち一部の周波数をセンシング対象周波数に追加し、このように決定されたセンシング対象周波数を対象としてスペクトラムセンシングを実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スペクトラムセンシングに関し、特に、ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報を取得できない場合のスペクトラムセンシングに関する。

周波数の利用効率を高めるために、周囲の電波環境を認識・認知して、無線通信に利用する周波数や無線方式などを無線通信装置が適応的に変更するコグニティブ無線の研究が進められている。特に免許者（プライマリユーザ）に割り当てられているが実際には使用されていない周波数を無免許者（セカンダリユーザ）が使用する形態が考えられる。このような周波数は、２次的に使用可能な周波数、あるいはホワイトスペースなどと称される。セカンダリユーザはこのようなホワイトスペースを利用する場合には、利用可能な周波数（チャネル）を検出する必要がある。

利用可能な周波数をセカンダリユーザが取得する方式として、ホワイトスペースデータベースから取得する手法の検討が進められている。ホワイトスペースデータベース（ホワイトスペース情報提供装置）は、それぞれの場所においてセカンダリユーザが利用可能な周波数を取得し、セカンダリユーザに通知する装置である。各場所において利用可能な周波数は、プライマリユーザに関する情報（送信所の場所、周波数、送信電力等）や地形情報等に基づいて決定することが考えられている。

しかしながら、セカンダリユーザとホワイトスペースデータベースとの間の通信が行えなくなる事態が想定される。ホワイトスペースデータベースにアクセスできない場合であってもプライマリユーザに干渉を与えずにセカンダリ通信を継続するためには、セカンダリユーザが自らスペクトラムセンシングを行い、センシング結果を基に通信を継続する必要がある。

ここで、スペクトラムセンシングには時間がかかるため、全ての周波数を対象として順番にセンシングを繰り返すと、センシング処理だけで多大な時間を要してしまう。

特表２０１３−５３０６０８号公報 特表２０１２−５２９１９６号公報

上述のように、全ての周波数（チャネル）をセンシングすると処理時間が多大になるので、センシング対象とする周波数を絞り込んでセンシングを行うことが望ましい。

本発明は、ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報が取得できないときに、センシング対象の周波数を絞り込んで、センシング処理に要する時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第一の態様は、
無線通信装置が実施するスペクトラムセンシング方法であって、
ホワイトスペース情報提供装置から、周波数ごとの利用状況を表すホワイトスペース情
報を取得するホワイトスペース情報取得ステップと、
前記ホワイトスペース情報提供装置から前記ホワイトスペース情報が取得できない場合にスペクトラムセンシングを実施するセンシングステップと、
を含み、
前記センシングステップは、
直近に取得できたホワイトスペース情報に基づいて、プライマリユーザが使用していない周波数の少なくとも一部をセンシング対象周波数に設定する第１ステップと、
直近に取得できたホワイトスペース情報に基づいて、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を前記センシング対象周波数に追加する第２ステップと、
前記第１ステップおよび前記第２ステップにおいて決定された前記センシング対象周波数を対象としてスペクトラムセンシングを実施する第３ステップと、
を含むことを特徴とする。

このような方法によれば、無線通信装置は、直近にホワイトスペースデータベースから取得したホワイトスペース情報に基づいてセンシング対象を決定できるため、全ての周波数をセンシングする必要がなくなる。

この際、プライマリユーザが使用していない周波数のうちの全部または少なくとも一部をセンシング対象にするのは、ホワイトスペース情報からセカンダリ使用が可能であると判明している周波数が継続して使用可能であることを確認するためである。なお、プライマリユーザが使用していない周波数の全てをセンシング対象にすることが好ましいが、プライマリユーザが使用していない周波数の一部だけをセンシング対象としてもよい。一部のみをセンシング対象とする際には、無線通信装置がセカンダリ使用している周波数をセンシング対象に含めることが好ましい。

プライマリユーザが使用している周波数の一部もセンシング対象にするのは、無線通信装置の移動や時間の経過に伴い、プライマリユーザによる周波数使用が終了する可能性があるためである。プライマリユーザが使用していない周波数のみをセンシング対象とすると、新たにセカンダリ使用が可能となる周波数を検出できず、周波数の利用効率が低下してしまうおそれがある。そこで、プライマリユーザが使用中の周波数であっても、一部の周波数をセンシング対象とすることで、周波数の利用効率を高めることができる。

本発明の前記第２ステップでは、プライマリユーザが使用している周波数のうち、所定個の周波数を、前記センシング対象周波数に追加することも好ましい。ここで、センシング対象に追加する周波数の数（所定個）は、あらかじめ定められた固定値であってもよいし、他の要素に基づいて決定される値であってもよいし、ランダムに決定される値であってもよい。

また、本発明の前記第２ステップでは、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を、ランダムに選択して、前記センシング対象周波数に追加することも好ましい。あるいは、センシング対象になっていない期間が長い周波数ほど優先的にセンシング対象に追加するようにしてもよい。

また、前記ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報が取得できない間は、前記センシングステップを繰り返し実行することが好ましい。この際、繰り返し処理の最初のセンシングステップではホワイトスペースデータベースから直近に取得したホワイトスペース情報に基づいてセンシング対象を決定するが、繰り返し処理における２度目以降の前記センシングステップにおいては、前回のセンシング結果に基づいて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを実施することが好ましい。こうすることで、自らが直近に行ったセンシング結果を利用した効率的なセンシングが行える。

なお、本発明は、上記処理の少なくとも一部を実行するスペクトラムセンシング方法として捉えることもできる。本発明は、上記処理の少なくとも一部を実行する手段を備える無線通信装置あるいは当該無線通信装置を備える移動体として捉えることができる。また、本発明は、この方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、あるいはこのコンピュータプログラムを非一時的に記憶したコンピュータ可読記憶媒体として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報が取得できないときに、センシング対象の周波数を絞り込んで、センシング処理に要する時間を短縮することができる。

本実施形態に係る通信システムの概要を示す図。 本実施形態における車載無線通信装置の機能ブロックを示す図。 本実施形態におけるスペクトラムセンシング処理の流れを示すフローチャート。

＜システム概要＞
図１は、本実施形態に係る車両通信システムの概要を示す図である。車両通信システムは、車載無線通信装置１０を搭載した車両１とホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ）２とから構成される。ＷＳＤＢは、各周波数（チャネル）についてプライマリユーザが利用しているか否か（すなわち、セカンダリユーザが使用可能であるか否か）を把握しており、プライマリユーザの利用状況についての情報を車両１へ送信する。車両１は、ＷＳＤＢ装置２から送信されるプライマリユーザの利用状況に基づいて、セカンダリ通信に使用するチャネルを決定する。

以下では、各チャネルについてのプライマリユーザの利用状況を表す情報（すなわち、セカンダリ通信への使用可否を表す情報）をホワイトスペース情報（ＷＳ情報）と称する。

ここで、時刻Ａの時点ではＷＳＤＢ装置２からＷＳ情報が取得可能であったのに対し、時刻Ｂの時点では車両１とＷＳＤＢ装置２との間の通信が切断し、車両１がＷＳＤＢ装置２からＷＳ情報を取得できなくなった状況を想定する。車両１が、セカンダリ通信を継続するためには、プライマリユーザに干渉を与えないために、スペクトラムセンシングを行う必要がある。ここで、全てのチャネルを対象としてセンシングを行うと処理に時間を要してしまうので、車両１は直近にＷＳＤＢ装置２から取得したＷＳ情報を保存しておき、保存されたＷＳ情報に基づいてセンシング対象のチャネルを決定して、一部のチャネルについてのスペクトラムセンシングを実施する。センシング対象チャネルの具体的な決定方法については、後ほど詳細に説明する。

＜装置構成および処理詳細＞
ここで、車載無線通信装置１０の構成について説明する。車載無線通信装置１０は、無線通信機能を有する情報処理装置（コンピュータ）である。車載無線通信装置１０は、中央演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置、入出力装置、通信インタフェースなどを有し、中央演算処理装置がプログラムを実行することで、図２に示す機能を実現する。すなわち、車載無線通信装置１０は、無線通信部１１、ＷＳ情報取得部１２、ＷＳ情報記
憶部１３、センシング対象チャネル決定部１４、センシング部１５、チャネル決定部１６として機能する。なお、これらの機能のうち一部または全部について専用のハードウェア回路によって実現しても構わない。

無線通信部１１は、ＷＳＤＢ装置２や他の車両（車載無線通信装置）との間で無線通信を行う機能部である。無線通信部１１の無線通信方式は、特に限定されず、既存の任意の通信方式を採用することができる。例えば、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）、無線ＬＡＮ（IEEE 802.11系）、ミリ波通信、モバイルＷｉＭＡＸ（IEEE 802.16e,m）、携帯電話通信などを採用することができる。なお、無線通信部１１は、ＷＳＤＢ装置２との間の通信と他の車両との間の通信とについて、それぞれ異なる通信インタフェースを有し異なる無線通信方式で通信を行っても構わない。

ＷＳ情報取得部１２は、無線通信部１１を介してＷＳＤＢ装置２からＷＳ情報を取得する機能部である。ＷＳＤＢ装置２から得られるＷＳ情報には、チャネルごとのプライマリユーザの利用状況が含まれる。なを、ＷＳ情報のフォーマットは本発明においては特に限定されず、任意の形式で表現されてよい。例えばＷＳ情報には、現在地での各チャネルのチャネル利用状況のみが含まれてもよいし、複数のエリアについてのチャネル利用状況が含まれてもよい。

ＷＳ情報取得部１２がＷＳＤＢ装置２から取得したＷＳ情報は、ＷＳ情報記憶部１３に格納される。ＷＳ情報取得部１２はＷＳＤＢ装置２からＷＳ情報を取得する度にＷＳ情報記憶部１３に格納するので、ＷＳ情報記憶部１３には直近にＷＳＤＢ装置２から受信したＷＳ情報が格納される。

ＷＳ情報記憶部１３にはＷＳ情報が格納される。ＷＳ情報記憶部１３に格納されたＷＳ情報は、セカンダリ通信に用いるチャネルを決定する際にチャネル決定部１６によって参照されるとともに、センシング対象チャネル決定部１４がセンシング対象チャネルを決定する際に参照される。

センシング対象チャネル決定部１４は、ＷＳＤＢ装置２との通信が切断した場合に車載無線通信装置１０が自らスペクトラムセンシングを実施する際の、センシング対象チャネルを決定する機能部である。センシング対象チャネル決定部１４は、ＷＳ情報記憶部１３に格納された直近のＷＳ情報に基づいて、センシング対象チャネルを決定する。センシング対象チャネルの決定方法の詳細については、後ほど説明する。

センシング部１５は、センシング対象チャネル決定部１４によって決定されたセンシング対象チャネルを対象として、スペクトラムセンシングを実行してプライマリユーザがチャネルを利用中であるか否か検出する機能部である。センシングアルゴリズムは任意のものを採用可能である。検出する無線通信方式に応じて、例えば、エネルギー検出、ウェーブレット分解技法、パイロットベースのスペクトラムセンシング、固有値ベースセンシング、特徴（feature）検出、マッチドフィルター（matched filter）方法などによって、
チャネルが利用中であるか否かを判別することができる。

以下、センシング対象チャネル決定処理を含むスペクトラムセンシング処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。車載無線通信装置１０によるスペクトラムセンシング処理は、ＷＳＤＢ装置２との接続が切断したり時間内にＷＳ情報が取得できなかったりした場合（Ｓ１０）に開始する。

ステップＳ１１では、センシング対象チャネル決定部１４は、ＷＳ情報記憶部１３に格納されている最も新しいＷＳ情報を取得し、プライマリユーザが利用しているチャネルは
センシング対象から排除し（排除リストに追加）、プライマリユーザが利用していないその他のチャネルをセンシング対象チャネルに設定する。このように、センシング対象チャネル決定部１４は、直近にＷＳＤＢ装置２から取得したＷＳ情報に基づいて、センシング対象のチャネルを決定する。なお、以下では、ＷＳＤＢ装置から取得したＷＳ情報を、自らセンシングして取得したＷＳ情報と区別するために、ＤＢ情報とも称する。

ステップＳ１１においては、プライマリユーザが利用していない全てのチャネルをセンシング対象に加えてもよいし、そのうちの一部のみをセンシング対象に加えてもよい。一部のみをセンシング対象とする場合には、あらかじめ定められた数のチャネルをセンシング対象にすることが考えられる。また、車載無線通信装置１０が、セカンダリ通信に現在利用しているチャネルや今後利用する可能性が高いチャネルについては、センシング対象に加えることが好ましい。

ステップＳ１２において、センシング対象チャネル決定部１４は、排除リストに登録されている排除チャネルの中から所定個（Ｎ個とする）を選択して、センシング対象チャネルに追加する。所定数Ｎは、あらかじめ定められた値であってもよいし、その他の要素に基づいて決定してもよい。センシング対象に追加するチャネルは、例えば、排除リスト内のチャネルからランダムに選択することができる。

ステップＳ１３において、センシング部１５はステップＳ１２で決定されたセンシング対象チャネルを対象として、スペクトラムセンシングを実施する。センシング結果は、ＷＳ情報記憶部１３に最新のＷＳ情報として格納されるとともに、チャネル決定部１６に通知される。

ステップＳ１４において、チャネル決定部１６は、セカンダリ通信に使用するチャネルを決定する。例えば、それまで使用していたチャネルにおいてプライマリユーザの通信が検出された場合には、このチャネルの使用を即座に中止して、使用可能なその他のチャネルから任意の基準にしたがって使用チャネルを決定する。使用しているチャネルにプライマリユーザの通信が検出されない場合、そのチャネルの使用を継続すればよい。

ステップＳ１５では、ＷＳＤＢ装置２との接続が回復し、ＷＳＤＢ装置２からＷＳ情報が取得可能であるか否かを判定する。ＷＳＤＢ装置２との通信が不可能な場合（Ｓ１５−ＮＯ）には、ステップＳ１６に進む。ＷＳＤＢ装置２との通信が可能な場合（Ｓ１５−ＹＥＳ）には、スペクトラムセンシング処理を中止し、ＷＳＤＢ装置２から取得したＷＳ情報に基づくチャネル決定処理に戻る（ステップＳ１７）。

ステップＳ１６では、センシング対象チャネル決定部１４が、ステップＳ１３におけるスペクトラムセンシング結果に基づいて、プライマリユーザが利用中のチャネルを排除リストに追加し、プライマリユーザが利用していないチャネルをセンシング対象に設定する。

ステップＳ１６の後は、ステップＳ１２に戻って、上記ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行する。この繰り返し処理は、ＷＳＤＢ装置２との接続が回復するまで継続する。繰り返し処理の２度目以降のセンシング対象チャネル決定処理は、1回目の処理と
比較すると、ＷＳＤＢ装置２から取得したＷＳ情報ではなく自らがセンシングして取得したＷＳ情報に基づいてセンシング対象を決定している点で異なるが、その他は基本的に同様である。ただし、ステップＳ１２において、排除チャネルからセンシング対象チャネルを選択する際に、単にランダムに選択してもよいが、スペクトラムセンシングの対象になっていない期間が長い周波数ほど優先的にセンシング対象に追加するなどの基準にしたがって選択してもよい。

＜本実施形態の有利な効果＞
車載無線通信装置１０において自らスペクトラムセンシングを行う場合に、全てのチャネルを対象とすると時間的コストが高くなってしまうが、最近のＷＳ情報に基づいてセンシング対象のチャネルを絞り込むことでセンシングに要する時間を短縮することができる。この際、セカンダリ通信に使用可能なチャネルをセンシングすることで、それまで使用可能であったチャネルが継続して使用可能であるか否かを検出できる。また、セカンダリ通信に使用不可能なチャネルについてもいくつか選択してセンシングすることで、車両の移動や時間の経過に伴ってプライマリユーザの通信がなくなるチャネルを検出することができる。それまで使用可能なチャネルのみをセンシング対象とすると、使用可能なチャネルは減るだけであるが、それまで使用不可能なチャネルもセンシング対象とすることで、使用可能なチャネル数が増える可能性がある。

＜変形例＞
上記の説明は、本発明を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その技術的思想の範囲内で、種々の変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では車両に搭載された無線通信装置を例にして説明しているが、セカンダリユーザは車載無線通信装置には限られない。本発明におけるセカンダリユーザは、車載の無線通信装置以外の任意の移動可能な無線通信装置であってよい。移動可能な無線通信装置とは、車両や飛行機、船舶などに備え付けられた無線通信装置や、車両や飛行機、船舶などに持ち込まれそれらの移動に伴って移動する無線通信装置や、人間が持ち運び可能な無線通信装置などが該当する。

１０ 車載無線通信装置
１１ 無線通信部
１２ ＷＳ情報取得部
１３ ＷＳ情報記憶部
１４ センシング対象チャネル決定部
１５ センシング部
１６ チャネル決定部

Claims (11)

1. 無線通信装置が実施するスペクトラムセンシング方法であって、
   ホワイトスペース情報提供装置から、周波数ごとの利用状況を表すホワイトスペース情報を取得するホワイトスペース情報取得ステップと、
   前記ホワイトスペース情報提供装置から前記ホワイトスペース情報が取得できない場合にスペクトラムセンシングを実施するセンシングステップと、
   を含み、
   前記センシングステップは、
   直近に取得できたホワイトスペース情報に基づいて、プライマリユーザが使用していない周波数の少なくとも一部をセンシング対象周波数に設定する第１ステップと、
   直近に取得できたホワイトスペース情報に基づいて、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を前記センシング対象周波数に追加する第２ステップと、
   前記第１ステップおよび前記第２ステップにおいて決定された前記センシング対象周波数を対象としてスペクトラムセンシングを実施する第３ステップと、
   を含む、ことを特徴とするスペクトラムセンシング方法。
2. 前記第２ステップでは、プライマリユーザが使用している周波数のうち、所定個の周波数を、前記センシング対象周波数に追加する、
   請求項１に記載のスペクトラムセンシング方法。
3. 前記第２ステップでは、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を、ランダムに選択して、前記センシング対象周波数に追加する、
   請求項１または２に記載のスペクトラムセンシング方法。
4. 前記ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報が取得できない間は、前記センシングステップを繰り返し実行する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のスペクトラムセンシング方法。
5. 繰り返し処理における２度目以降の前記センシングステップにおいては、前回のセンシング結果に基づいて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを実施する、
   請求項４に記載のスペクトラムセンシング方法。
6. ホワイトスペース情報提供装置から、周波数ごとの利用状況を表すホワイトスペース情報を取得する取得手段と、
   前記ホワイトスペース情報提供装置から前記ホワイトスペース情報が取得できない場合にスペクトラムセンシングを実施するセンシング手段と
   を備え、
   前記センシング手段は、直近に取得できたホワイトスペース情報に基づいて、プライマリユーザが使用していない周波数の少なくとも一部をセンシング対象周波数に設定し、さらに、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を前記センシング対象周波数に追加し、当該センシング対象周波数を対象としてスペクトラムセンシングを実施する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
7. 前記センシング手段は、プライマリユーザが使用している周波数のうち、所定個の周波数を、前記センシング対象周波数に追加する、
   請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記センシング手段は、プライマリユーザが使用している周波数のうち一部の周波数を
   、ランダムに選択して、前記センシング対象周波数に追加する、
   請求項６または７に記載の無線通信装置。
9. 前記センシング手段は、前記ホワイトスペース情報提供装置からホワイトスペース情報が取得できない間は、センシング対象周波数の決定およびスペクトラムセンシングを繰り返し実行する、
   請求項６〜８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 繰り返し処理における２度目以降の処理においては、前記センシング手段は、前回のセンシング結果に基づいて、センシング対象周波数を決定する、
    請求項９に記載の無線通信装置。
11. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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