JP2017060187A - テレビジョンホワイトスペースネットワークのチャネル選択およびネットワーク構成に対するサービスベースの手法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年10月12日に出願した米国特許仮出願第61/392350号、2011年2月22日に出願した米国特許仮出願第61/445285号、および2011年4月1日に出願した米国特許仮出願第61/470914号の利益を主張するものである。
470〜862MHz周波数帯でのアナログからデジタルへのTV(テレビジョン)送信の遷移の結果として、スペクトルの一部が、もはやTV送信には使用されないが、未使用スペクトルの量および正確な周波数は、位置によって異なる。スペクトルの未使用部分を、TVWS(TVホワイトスペース)と称する。連邦通信委員会(FCC)は、470〜790MHz帯内のWSの使用を含む、さまざまなライセンス不要使用のためにこれらのTVWS周波数を開放しようとしている。セカンダリユーザが他のインカンベントおよび/またはプライマリユーザと干渉しないならば、これらの周波数を、セカンダリユーザによって任意の無線通信に活用することができる。TV信号以外に、インカンベントと考えられる、これらの周波数上で送信されるライセンス交付された信号がある場合がある。たとえば、インカンベント信号が、TBS(放送サービス)または特に無線マイクロホンを含むPMSE(Program Making and Special Event)サービスである場合がある。プライマリユーザは、WSジオロケーションデータベースに登録することができる。WSジオロケーションデータベースは、インカンベント周波数使用に関する最新の情報を他のエンティティに提供することができる。
本明細書で、後で言及される用語「WTRU(ワイヤレス送信/受信ユニット)」は、UE(ユーザ機器)、移動局、固定またはモバイルの加入者ユニット、ページャ、セル電話機、PDA(携帯情報端末)、コンピュータ、または無線環境で動作することができる任意の他のタイプのユーザデバイスを含むが、これに限定されない。本明細書で後で言及される用語「基地局」は、Node B、サイトコントローラ、AP(アクセスポイント)、または無線環境で動作することができる任意の他のタイプのインターフェースするデバイスを含むが、これに限定されない。
図1Aは、1つまたは複数の開示される実施形態を実施できる通信システム100の例の図である。通信システム100を、音声、データ、ビデオ、メッセージング、放送、その他などのコンテンツを複数のワイヤレスユーザに提供する多元接続システムとすることができる。通信システム100は、複数のワイヤレスユーザが、ワイヤレス帯域幅を含むシステムリソースの共有を介してそのようなコンテンツにアクセスすることを可能にすることができる。たとえば、通信システム100は、CDMA(符号分割多元接続)、TDMA(時分割多元接続)、FDMA(周波数分割多元接続)、OFDMA(直交FDMA)、SC−FDMA(単一キャリアFDMA)など、1つまたは複数のチャネルアクセス方法を使用することができる。
図3に、IMT帯およびTVWS帯のキャリアアグリゲーションと、3つの主エンティティすなわち基地局(BS)305、CCP(Central Control Point:中央制御点)310、およびWSジオロケーションデータベース315の間のアーキテクチャを示す。BS305は、LTE標準規格におけるeNB(進化型Node B)を表すことができる。BS305は、それに接続されたすべてのWTRU320のスケジューリング判断およびリソース割当判断を行うことができる。図3では、BS305は、ライセンス不要スペクトル使用の制御のためにCCP310に接続される。BS305は、ライセンス交付された帯域のみまたはライセンス交付された帯域とLE帯との両方で動作できるものとすることができる。
共存サービスは、情報ベースの共存サービスと管理ベースの共存サービスとの両方を含むことができる。共存情報サービスでは、共存システムは、TVWSチャネル使用情報および検出データをセカンダリユーザネットワーク(すなわち、LTE HeNB/eNBネットワーク)に提供し、後者に動作パラメータに関する情報を与えられた判断を行わせる。共存管理サービスでは、共存システムは、セカンダリユーザネットワークのチャネル選択判断(調整、ネゴシエーション、または予約の種類の努力を含むことができる)を行うことができる。したがって、共存管理サービスを、ネゴシエーションに関して本明細書で説明するように、共存情報サービスの高度な版と考えることができる。
(直接相互通信を用いる共存システムのアーキテクチャ)
直接CM間通信を用いる集中化された共存エンティティに基づく展開例を図19に示す。この展開では、TVWSデータベース1905ならびにCDIS(共存ディスカバリおよび情報サーバ)1910が、インターネット1915上に配置される。各LTEネットワークオペレータ1920、1925、1930は、コアネットワーク上、具体的にはHeMS(HeNB管理システム)1965内に存在するそれ自体のCM(共存マネージャ)1935、1940、1945およびオペレータ共存データベース1950、1955、1960を有することができる。各ネットワーク、たとえばHeNB1970は、それ自体のCE(共存イネーブラ)1975を有し、送受器1980、ラップトップ機1985、または他のデバイスに接続され得る。情報共存サービスについて、チャネル選択機能性を、HeNB1970内で行うことができるが、管理共存サービスについて、チャネル選択機能性を、CM1935、1940、1945で行うことができることに留意されたい。
図21に、情報共存サービスに関する潜在的なCMの動作を示す。この場合に、TVWS帯内で動作できるHeNB/CEがアクティブ化されるときに、そのHeNB/CEは、まず、CMに登録要求を送信し(2105)、これに、オプションで、オペレータ共存データベースの更新が続く(2110)。HeNBは、FCC規制の文脈でMode II TVBDとして、TVWSデータベースに直接にまたは間接に登録することができる(2115)。この登録では、CMは、ネットワークID、ネットワーク管理者連絡情報、およびおそらくはHeNB内のすべてのTVBDデバイスの情報(たとえば、デバイスID、デバイスタイプ、デバイス通し番号、位置、送信アンテナ高さ、その他)などのHeNBネットワーク情報を収集することができる。そのような情報は、オペレータ共存データベース内に格納される。
CEは、HeNB上に存在し、HeNBが共存サービスから利益を得ることを可能にするためにCMとの主インターフェースであることができる。情報サービスに関するCEの動作を、図23に示す。
(登録手順)
HeNBは、共存サービスを使用する前に、共存システムに登録することができる。登録手順をCEによって使用して、CMへのそのHeNBネットワークまたはデバイスの情報を更新することができる。基本的に、CEは、HeNBから、共存のために要求される情報に関して収集する。CEは、この情報を処理し、そのサービングCMに送達する。その後、CMは、その共存データベースを更新し、HeNBをTVWSデータベースおよびCDISに登録する。
HeNBネットワークが更新を有する場合に、CE1975は、CM1935に知らせることができる。それに対応して、CM1935は、オペレータ共存データベースを更新することができる。必要な場合には、CM1935は、TVWSデータベース1905およびCDISデータベース1910を更新することもできる。ネットワーク更新手順の例示的な呼出フローを図25に示し、メッセージの内容を下で説明する。
HeNBネットワークが新しいスペクトル要求を有する場合に、CE1975は、スペクトル要求メッセージをCM1935に送信する。CM1935は、ダウンロードされたTVWSデータベース1905、オペレータ共存データベース、およびその隣接CM1935をチェックして、HeNBの相互依存性マッピングに基づいて検出および使用データを獲得することができる。その後、CM1935は、この情報を処理し、HeNBの使用可能なチャネルのリストを含まなければならないチャネル使用情報をHeNBの代わりにCE1975に戻って供給することができる。使用可能なチャネルのこのリストを、ある種の判断基準に従ってランキングすることができる。追加の情報を、リストの一部として提供することができる。
HeNBネットワークが、既にTVWSチャネルを占有しているが、チャネル品質が低いことを検出する場合に、CE1975は、スペクトル調整メッセージをCM1935に送信することができる。スペクトル要求手順と同様に、CM1935は、ダウンロードされたTVWSデータベース1905、オペレータ共存データベース、およびその隣接CM1945をチェックして、HeNBの相互依存性マッピングに基づいて検出および使用データを獲得することができる。その後、CM1935は、この情報を処理し、HeNB1970に関する使用可能なチャネルのリストを含まなければならないチャネル使用情報を、HeNB1970の代わりにCE1975に戻って供給することができる。使用可能なチャネルのこのリストを、ある種の判断基準に従ってランキングすることができる。追加の情報を、リストの一部として提供することができる。チャネルタイプ(サブライセンスド、使用可能、PU割当済み)に関する情報も提供されなければならない。HeNBは、ローカル無線環境および他の要因に基づいて、この使用可能なチャネルリストから1つを選択する。CE1975は、このスペクトル割当判断をCM1935に通知し、CM1935は、その後、その共存データベースを更新する。同一チャネル共有すなわちHeNBがその隣接HeNBと同一のチャネルを使用する場合には、CM1935は、対応する隣接HeNBに知らせることができる。
OAMインターフェースタイプ1が、HeMSからHeNBへオペレータポリシを転送するのに使用される。ここで、オペレータポリシエンジン2216は、図22の2202によって示されるように、ある種のオペレータポリシをHeNBポリシエンジン2250に送信することができる。
進行中の仮定は、HeMSで終端されるOAMタイプ1インターフェースを介してCEをCMに接続することである。しかし、通常のeNBは、標準OAMインターフェースから利益を得ることができず、CM機能と通信するためにS1インターフェースに頼らなければならない可能性がある。HeNBとLTEコアネットワーク(具体的には、MME(Mobility Management Entity)またはS−GW(サービングゲートウェイ))との間の通常の接続は、S1インターフェースを介するものとすることができる。図29に示されるように、S1インターフェースは、ユーザプレーン用のS1−Uインターフェースと制御プレーン用のS1−MMEインターフェースとを含む。S1−MMEインターフェースは、HeNB GW(ゲートウェイ)を通ることができる。
送信できる複数のCM間メッセージがある。全体的なアーキテクチャ(図20参照)によれば、各LTEネットワークオペレータは、LTEコアネットワークに存在するそれ自体のCMを有することができる。しかし、LTEネットワーク以外のオペレータのCMは、異なる場所に存在することができる。たとえば、WLANネットワークのCMを、APに配置することができる。したがって、CM間の接続が、異なるタイプを有することができる。CM間で交換されるメッセージを、次の2タイプに分類することができる。(1)スペクトル情報問合せメッセージ:このタイプのメッセージは、スペクトル使用情報の送信を伴う。これは、スペクトル割当判断を行うのを容易にする。CM問合せメッセージおよびCM応答メッセージは、このタイプに属する。(2)スペクトル解決メッセージ:このタイプのメッセージは、最終的なスペクトル割当解決に関するCM間のネゴシエーションプロセスを伴う。スペクトル割当提案メッセージおよびスペクトル割当応答メッセージは、このタイプに属する。
(直接相互通信を用いない共存システムのアーキテクチャ)
直接CM間通信を用いない集中化された共存機構の例示的な展開を図30に示す。この展開は、CM1935、1940、1945の間のリンクがもはや存在しないことを除いて、図19に類似する。やはり、この展開では、TVWSデータベース1905およびCDIS1910を、インターネット上に配置することができる。各LTEネットワークオペレータは、コアネットワーク上に存在するそれ自体のCMおよびオペレータ共存データベースを有することができる。各ネットワーク、たとえばLTEシステム内のHeNB1970は、それ自体のCE1975を有することができる。
(登録手順)
登録手順の呼出フローは、図24に類似する。相違点は、CDIS登録要求メッセージの内容に関する。
ネットワーク更新手順の呼出フローは、図25に類似する。唯一の相違点は、CDIS更新メッセージの内容に存する。
情報サービスのスペクトル要求手順の例示的な呼出フローを図32に示し、メッセージの内容を下で説明する。
スペクトル調整手順の呼出フローは、図32(情報サービス)および図33(管理サービス)に類似する。相違は、「スペクトル要求」メッセージを「スペクトル調整」メッセージに置換することである。
送信される複数のCMとCDISとの間のメッセージがある。全体的なアーキテクチャ(図30参照)によれば、各LTEネットワークオペレータは、LTEコアネットワーク上に存在するそれ自体のCM1935を有することができ、CDIS1910は、インターネット上に存在する。したがって、CM1935間の接続を、最もありそうなことにインターネットを介するものとすることができる。ここで、焦点は、CM1935とCDIS1910との間の高水準APIにある。
FDMベースの同一チャネル共有の場合について、要求するHeNBネットワークは、どのサブチャネルを使用すべきかを指定することができる。TDMベースの同一チャネル共有の場合について、要求するHeNBネットワークは、どのタイムスロットを使用すべきかを指定することができる。干渉管理ベースの同一チャネル共有の場合について、要求するHeNBネットワークは、衝突するHeNBネットワークをそこまで減らさなければならない送信パワーレベルを指定することができる。
価格を、要求するHeNBネットワークが衝突するHeNBネットワークのチャネルリソースについて衝突するHeNBネットワークに解放することを望むチャネルリソースとすることもできる。この動作は、チャネル交換プロセスに関係する。チャネル交換の1つの目的は、キャリアアグリゲーション応用例で、いくつかのガードスペクトルを隣接チャネル条件で利用できるので、隣接チャネルが、分離されたチャネルより効率的になり得ることである。
図5は、共存データベース425を使用して図4のワイヤレス通信システム400内で実行される、BSによって開始されるLE帯動作をアクティブ化する手順の流れ図である。
(基地局の状態)
図15に、基地局状態図を示す。図15では、基地局は、2つの可能な状態のうちの1つであることができる。第1の状態すなわちBS状態1(BS1)1510では、BSは、ライセンス交付された帯域でのみ動作することができる。BS1 1510では、BSは、ライセンス交付された帯域で動作するセルのみをアクティブ化することができる。第2の状態すなわちBS状態2(BS2)1520では、BSは、ライセンス交付されたスペクトルとLEスペクトルとの両方で動作することができる。BS2 1520では、BSの制御下で動作するセルのうちの少なくとも1つを、LEスペクトル内とすることができる。
図16に、WTRU状態遷移図を示す。図16では、WTRUは、3つの可能な状態であることができる。第1の状態すなわちアイドルモード1605では、WTRUは、RRC_Idleであることができ、したがって、使用可能にされたCAを有しない。第2の状態すなわちWTRU状態1(US1)1610では、WTRUは、ライセンス交付された帯域のCC上でRRC_Connectedモードであることができるが、アグリゲーションに関してLE帯を使用しない。第3の状態すなわちWTRU状態2(US2)1620では、WTRUは、RRC_Connectedモードであることができ、ライセンス交付された帯域とLE帯との間でCAを使用している(すなわち、LE帯上のCCが、現在アクティブである)。
SAPを実行するために、アルゴリズムを、SAPプロトコルによって提供されるファシリティを使用してお互いに通信する共存システムコンポーネントによって実施することができる。
図14に、PCI提案変形形態でのチャネルおよびPCI情報のフォーマットの例を示す。このリスト1400は、情報要素(IE)のセットからなり、各IEは、1つのLEチャネル1410、1420、1430、1440を定義する。このIEの一部として、使用可能なPCIのリストが与えられる。さらに、本明細書で説明するように、この情報の異なるフォーマットが、PCI提案の使用を制限してはならない。
チャネル選択アルゴリズムは、複数のステップを含むことができる。
別のアルゴリズムは、同一の共存システムの一部である特定の区域内でネットワークに関する測定の機会を調整することができる(これは、「調整されたサイレンスインターバル(coordinated silence intervals)」として広く知られている可能性がある)。このアルゴリズムは、特定の区域内の共存システムの一部であるすべてのネットワークに、事前に定義された時刻に沈黙させ、その結果、測定のセットを既知にすることができるようにすることを含む。ネットワーク(すなわち、共存システムの一部であるネットワーク)を、測定されないものとすることができる。事前に定義された時刻に沈黙する能力は、干渉/既知のネットワーク以外のネットワークが既知のネットワークによって占有されるチャネル上に存在するかどうかの識別を助けることができる。
別のアルゴリズムは、ネットワークがカバーしなければならない区域がどれほど広いのかを選択することができる。チャネル選択アルゴリズムと同様に、判断を、スペクトルマスクに基づくものとすることができるが、このアルゴリズムの必要を満足するために、マスクを、ネットワークコントローラがチャネルをどのように選択できるのかを判定するのに十分に詳細に述べることができる。
他の潜在的なアルゴリズムは、媒体アクセス技術(たとえば、CSMA/TDMA)、最大ネットワークデータレートの選択を含むことができる。
下で述べるアルゴリズムに加えて、能力の基本的なセット(基本的なサービスセット)は、規制データベースへの基本的なアクセスを含むことができ、このアクセスを、共存システムへの登録ならびにシステムへのサブスクリプションの方法を伴わずに可能にすることができる。
4つのタイプのサービスは、情報サービス、イベントサービス、コマンドサービス、および基本サービスを含むことができる。
このサービスを使用して、制御する要素からその制御される要素へとその逆との両方で情報を散布することができる(ネットワークは、複数の層を有する階層的とすることができる)。
このサービスを、制御する要素によって使用して、制御する要素にコマンド(または要求)を発行することができる。
このサービスを、制御される要素によって使用して、制御する要素に情報を提供することができる。
このサービスは、上で基本的なサービスセット実施形態に関連して前に定義した基本的な能力を提供する。本明細書で定義するメッセージングに加えて、基本的なサービスセットは、認証交換を含む。認証交換は、周知の認証技法に頼るが、議論されない複数のメッセージを用いる。
1.動的スペクトル管理ネットワーク内でチャネル選択を管理する方法であって、
を含むことを特徴とする方法。
を含むことを特徴とする方法。
Claims (15)
- 動的スペクトル管理ネットワーク内でチャネル選択を管理する方法であって、
スペクトル割当要求を受信するステップと、
前記スペクトル割当要求のソースに基づいて、使用可能なチャネルについてチェックするステップと、
前記スペクトル割当要求のソースに基づいて、前記使用可能なチャネルの検出および使用データを収集するステップと、
前記スペクトル割当要求を送信したエンティティに前記チャネル使用データを提供するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記スペクトル割当要求は、ワイヤレス送信/受信ユニット(WTRU)で受信されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記スペクトル割当要求は、前記WTRU内の共存マネージャ(CM)によって受信されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記CMは、地理的位置に基づいて前記使用可能なチャネルのリストについてデータベースをチェックすることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記スペクトル割当要求を送信した前記エンティティに、ランキングされたチャネル候補リストを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記スペクトル割当要求を送信した前記エンティティは、基地局(HeNB)であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記HeNBが前記チャネル使用情報を受信することを条件として、前記HeNBは前記チャネルを選択することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記HeNBは、前記チャネル選択に関して前記CMに知らせることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記HeNBをスペクトルユーザのデータベースに登録するステップをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 動的スペクトル管理ネットワーク内でチャネル選択を管理する方法であって、
スペクトル割当要求を送信するステップと、
使用可能なチャネルについてデータベースをチェックするステップと、
前記スペクトル割当要求を送信したエンティティにチャネル使用データを提供するステップと、
前記要求に応答して、使用すべき1つまたは複数のチャネルを選択するステップと、
前記1つまたは複数のチャネルが使用中であることを示すために前記データベースを更新するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - チェックされる前記データベースは、スペクトルユーザに関するジオロケーション情報を含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- チャネルを使用している可能性がある副スペクトルユーザに関する情報を含む共存データベースをチェックするステップをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- チャネルを使用している可能性がある副スペクトルユーザに関する情報を含む共存データベースをチェックするステップをさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 最大送信パワーをセットすることを含むスペクトル使用に関する送信ポリシを送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記チャネルは、情報要素のセットとしてフォーマットされ、各情報要素は、ライセンス免除チャネルを定義することを特徴とする請求項10に記載の方法。
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