JP5493078B2

JP5493078B2 - コグニティブ無線システムの共存マネージャー

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Publication number: JP5493078B2
Application number: JP2010167634A
Authority: JP
Inventors: チェンスン; ハグエンチャン; ヨハネスアレムスグドデメシ; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP2012029177A

Description

本発明は，コグニティブ無線システムの共存マネージャーを用いた無線通信方法に関する。

無線通信システムでは，通信デバイスに対して周波数を割り当てることで，その通信デバイスの通信（通信サービス）を可能にしている。しかし，現在では，最新のアプリケーションやサービスに対して周波数を割り当てることは困難である。その理由は，規制団体などによって各種のサービスに対して所定の周波数帯域が既に割り当てられているために，スペクトラムが飽和状態にあるためである。この飽和状態とは対照的に，実際には，スペクトラムには占有されていない周波数帯域があり，スペクトラムに事実上かかる負荷はそれほど大きくはない。

そこで，米連邦通信委員会（ＦＣＣ）は，２００２年に，スペクトラムポリシータスクフォース（ＳＰＴＦ）が用意した文書を公表した。この文書は，無線スペクトラムの効率的な利用に関するものである。具体的には，ライセンスされていない無線サービスが上述したような占有されていないスペクトラムにアクセスすることを許容することで，無線スペクトラムの効率的な利用が可能になるというものである。

占有されていないスペクトラムを利用する無線技術としては，コグニティブ無線技術がある。コグニティブ無線技術を利用したコグニティブ無線通信システムでは，まず，プライマリーユーザーが一時的に利用していないスペクトラムを，セカンダリーユーザーが特定する。ここで，プライマリーユーザーとは，スペクトラムの利用についてライセンスがなされているユーザーである。続いて，セカンダリーユーザーは，特定した無線スペクトラムを利用して通信を開始する。これにより，無線スペクトラムの効率的な利用が可能になる。

しかし，セカンダリーユーザーが複数存在する場合，各セカンダリーユーザーがスペクトラムを特定して通信を開始した場合，複数のセカンダリーユーザー間で互いに干渉が生じるという問題がある。特に，複数のセカンダリーユーザーが互いに異なるネットワークに属する場合や，互いに異なる通信プロトコルを用いる場合に，上述した問題は顕著となる。

上述した問題を解決するために，例えば，ＩＥＥＥの標準化グループは，互いに異なる複数の無線ネットワークが共存することをどのように管理するかについて研究している。そのような共存に関するこれまでの研究の成果としては，複数の無線ネットワーク間における情報交換を考慮して協働的な方法又は非協働的な方法によって共存を実現可能にするというものが挙げられる。ただし，そのような研究の対象は，主として，互いに異なる複数のプライマリーユーザー用ネットワーク（レガシー無線ネットワークともいう）である。ここで，互いに異なる複数のレガシー無線ネットワークの共存の一例としては，ＩＥＥＥ８０２．１１によるネットワークとＩＥＥＥ８０２．１５によるネットワークがある。したがって，セカンダリーユーザーを含むネットワークが他のネットワークと共存することについては，十分に研究がなされていない。

ここで，複数のセカンダリーユーザー用ネットワークの共存を実現させることを考える場合，レガシー無線ネットワーク同士の共存とは別の要件を考慮する必要があると考えられる。具体的には，以下の点を考慮しなければならず，共存を実現させることは容易ではない。

第１に，セカンダリーユーザー用ネットワークの共存を実現させるためには，プライマリーユーザーのネットワークに対する干渉を考慮しなければならない。通常，各セカンダリーユーザーは，プライマリーユーザーが一時的に利用していないスペクトラムにアクセスするように構成されている。そのため，複数のセカンダリーユーザーが同じスペクトラムにアクセスするという事態が生じうる。そして，そのような事態が生じると，プライマリーユーザーに対しても干渉が生じる可能性がある。

第２に，セカンダリーユーザー用ネットワークの共存が実現されるとしても，セカンダリーユーザー用ネットワークを再構成しなければならない可能性があり，そのような再構成のスキームを考慮しなければならない。

第３に，スペクトラムへのアクセスを決定するのに必要な情報を入手可能に（又はアクセス可能に）する必要がある点を考慮しなければならない。例えば，コグニティブ無線通信システムでは，アクセス決定に必要な情報として，センシング情報と規制情報との２つがある。しかしながら，非特許文献１によれば，規制情報は，センシング情報とは異なる場所に格納される。このように，アクセスの決定に必要な情報が複数であり，個別のデータベースに格納されているような場合には，複数の情報を入手可能に構成するのは容易ではない。

"ＳＥＣＯＮＤＲＥＰＯＲＴＡＮＤＯＲＤＥＲＡＮＤＭＥＭＯＲＡＮＤＵＭＯＰＩＮＩＯＮＡＮＤＯＲＤＥＲ"，ＦＣＣ（米連邦通信委員会），文書番号ＦＣＣ０８−２６０，２００８年１１月１４日

本発明は，複数のセカンダリーユーザーを含むネットワークが共存していても，干渉を回避することができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は，コグニティブ無線におけるスペクトル処理方法に関する。まず，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，アプリケーションサービスアクセスポイント（Ａ−ＳＡＰ）を介して接続されたデータベースから，センシング情報及び前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）とトランスポートサービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して接続された第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に関する情報を取得する。

次に，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，前記情報収集工程で収集したセンシング情報，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に関する情報を用いて，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルを詮索し，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルが見出された場合はスペクトルを決定するとともに，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルが見出されない場合は前記情報収集工程に戻って改めて情報を取得し，改めて取得した情報に基づいて前記決定を行う。

その後，前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，決定したスペクトルに関する情報を前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に送信する。

本発明によれば，複数のセカンダリーユーザーを含むネットワークが共存していても，干渉を回避することができる無線通信システム及び無線通信方法を提供できる。

図１は，本発明の方法を説明するためのフローチャートである。図２は，共存マネージャー基本構成を示す図である。図３は，コグニティブ無線の実装系の例を示す図である。図４は，この方法を実現するための共存管理のための工程を説明するための図である。図５は，本発明のインターフェイスの参照モデルを模式的に示す。図６は，本発明のコグニティブ無線通信システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。図７は，図６における共存マネージャー（ＣＭ）が実行する共存管理処理の手順を示すフローチャートである。図８は，図６に示す無線通信システムの別の例の構成を模式的に示すブロック図である。図９は，図６に示す無線通信システムのさらに別の例の構成を模式的に示すブロック図である。図１０は，図６に示す無線通信システムのさらにまた別の例の構成を模式的に示すブロック図である。図１１は，シミュレーション結果を示すグラフである。

以下，本発明の方法について説明する。図１は，本発明の方法を説明するためのフローチャートである。図１に示されるように本発明の方法は，情報を利用可能なスペクトルを決定するための情報を取得する情報取得工程と，得られた情報に基づいてＳＵが利用可能なスペクトルを決定する決定工程と，決定した情報をＳＵに送信する送信工程とを含む。

図１に示されるように，まず，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，アプリケーションサービスアクセスポイント（Ａ−ＳＡＰ）を介して接続されたデータベースから，センシング情報及び前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）とトランスポートサービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して接続された第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に関する情報を取得する。

次に，上記の方法を実現するための共存マネージャー（ＣＭ）について説明する。共存マネージャー（ＣＭ）が存在するため，コグニティブ無線通信を行うことができる。そして，ライセンスを受けていないセカンダリーユーザーが複数存在しても，干渉を起こす異なるコグニティブ無線通信を実現できる。このためには，各要素間で情報を交換できなければならない。図２は，共存マネージャー（ＣＭ）の参照モデルを示す図である。

図２に示されるように共存マネージャー（ＣＭ）の基本機能は，Ｍ−ＳＡＰ，Ｔ−ＳＡＰ，Ａ−ＳＡＰである。すなわち，共通マネージャーが様々な要素に対するサービスアクセスポイントとして機能するため，セカンダリーユーザーネットワーク／装置に利用可能なスペクトルを把握して，利用することができる。

ふたつのセカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークを管理する工程の例は，以下のとおりである。図３は，コグニティブ無線の実装系の例を示す図である。図３に示される通り，第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）は，それぞれ共存マネージャー（ＣＭ）を有する。これら２つの共存マネージャー（ＣＭ）は，２つの機能を実現する。すなわち，ＣＭは，ＳＵネットワーク（又はＳＵ装置）から情報を取得するとともに，ＳＵネットワーク（又はＳＵ装置）へ指令を送信する。スペクトル利用データベースやレギュレーションデータベースは，インターネットを介して利用可能となっている。さらに，共存マネージャー（ＣＭ）もインターネットを介してアクセス可能となっている。インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）の機能は，データベースにアクセスすることと，共存に関する示唆や決定及び再構築に関する指令を出すものを含む。これら３つの装置には，ＩＰアドレスを用いてアクセスできるようにされている。

ＳＵ（１，１）及びＳＵ（２，１）は，ライセンスユーザであるから，ある周波数帯を通してインターネットにアクセスできる。それゆえ，第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）は，それぞれのＳＵネットワーク又はＳＵ装置に関する情報を，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）に送信できる。インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，共存状態の情報，指令及び再構築命令を，ＳＵ（１，１）のＣＭ及びＳＵ（２，１）のＣＭを介して，ＳＵ（１，１）及びＳＵ（２，１）に送信する。このようにして，ＳＵネットワーク又はＳＵ装置は，共存を実現するために，タイムスロット割り当て率や共存のための送信出力といったオペレーション条件を再構築することができる。この特徴は，ＳＵネットワークのＲＡＴ（ラジオアクセス技術）によらないものであり，それゆえ異なるネットワーク間における情報交換や情報の調整を行うことができる。

図４は，この方法を実現するための共存管理のための工程を説明するための図である。

第１の情報収集工程
第１のセカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークが通信を始める前に，第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）がインターネットの共存マネージャー（ＣＭ）とコンタクトする。そして，第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）がインターネットの共存マネージャー（ＣＭ）に対して，その位置情報，及び情報収集における希望するスペクトル使用領域に関する情報を提供する。

一方，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，利用可能なチャネルに関する除法をレギュレーションデータベースから読み出すほか，利用可能なスペクトルに関する情報をスペクトル利用データベースから読み出す。利用可能なスペクトルに関する情報には，セカンダリーユーザーネットワークのリストが含まれていてもよい。

第１の決定工程
情報収集工程に続き，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，第１の決定工程に進む。決定工程では，利用可能なスペクトルを決定する。情報収集工程で入手し記憶した情報を読み出して，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，スペクトルの利用可能性について検討し，利用できるスペクトルを決定する。

第１の情報送信工程
インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，セカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークが共存しているか否か決定する。この決定方法は，公知である。１つのセカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークのみが存在し，ＳＵネットワークが共存する問題がない場合，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，スペクトル利用の許可に関する情報を第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）に送信する。

さらに，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，その第１のセカンダリーユーザー（１，１）ネットワークを，スペクトル利用データベースに登録する。このような登録作業は，この情報送信工程にて完了する。

第２の情報収集工程
第２のセカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークが通信を始める際に，第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）は，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）にコンタクトをとる。

第２の決定工程
次に，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，利用可能なスペクトルを決定する。

第２の情報送信工程
もしも共存に関する問題がある場合，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）に対し，解決方法を提供する。

第３の情報収集工程
インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）から提供された解決方法が，第２のセカンダリーユーザー（ＳＵ）ネットワークに受け入れられないと，第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）が判断した場合，第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）はインターネットの共存マネージャー（ＣＭ）に対し，別の解決方法を提供するように要求する。この要求がなされた場合，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，改めて情報を収集する。

第３の決定工程
次に，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，上記とは別の共存に関する決定を行う。その決定に従って，そのＣＭは，共存に関する新たな解決方法を求める。

第３の情報送信工程
インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）に対し，再構築指令を出す。

図５に，本発明のインターフェイスの参照モデルを模式的に示す。図５は，２つのセカンダリーユーザーが共存する例である。

インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，アプリケーションサービスアクセスポイント（Ａ−ＳＡＰ）を介して，データベースと接続されている。データベースは，レギュレーションデータベース及びスペクトル利用データベースを含む。一方，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）は，輸送サービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して，輸送システムと接続されている。輸送システムの例は，インターネットである。なお，

第１のセカンダリーユーザ（１，１）は，第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）を有する。そして，このＣＭは，メディアサービスアクセスポイント（Ｍ−ＳＡＰ）を介して，ＴＶＢＤ装置又はネットワークを含む第１のＳＵネットワークと接続されている。また，このＣＭは，輸送サービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して，輸送システムと接続されている。なお，ＴＶＢＤは，テレビバンド装置の略であり，ホワイトスペースを利用するための無線機である。

第２のセカンダリーユーザー（２，１）も，第１のセカンダリーユーザ（１，１）と同様の構成を有している。

第１のセカンダリーユーザ（１，１）の共存マネージャー（ＣＭ）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）の共存マネージャー（ＣＭ）は，輸送サービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して，インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）にアクセスできるようにされており，プロトコルスタックを利用できるようにされている。

図６は，本発明の無線通信システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。図６に示す無線通信システム１は，例えば，コグニティブ無線通信システムであり，レガシー無線ネットワークとしてのプライマリーユーザー用ネットワーク１０と，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０（以下，第１ネットワーク２０ともいう）と，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０（以下，第２ネットワーク３０ともいう）とを含んでいる。なお，無線通信システム１は，コグニティブ無線通信システムに限られることはなく，動的にアクセス可能なネットワークを含むものであればいかなるシステムであってもよい。

プライマリーユーザー用ネットワーク１０には，１つ以上のプライマリーユーザー１１が属する。プライマリーユーザー１１としては，無線通信可能に構成されたデバイスであればいかなるものであってもよく，例えば，ＩＥＥＥ８０２．１１やＩＥＥＥ８０２．１５に準拠したデバイスであればよい。また，プライマリーユーザー用ネットワーク１０でプライマリーユーザー１１が通信可能なエリアは，基地局（ベースステーション）１２によって定まる。

第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０には，１つ以上の第１のセカンダリーユーザー２１が属する。第１のセカンダリーユーザー２１としては，無線通信可能に構成されたデバイスであればいかなるものであってもよいが，好ましくは，コグニティブ無線通信可能に構成されたデバイスである。また，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０で第１のセカンダリーユーザー２１が通信可能なエリアは，基地局（ベースステーション）２２によって定まる。

第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０には，１つ以上の第２のセカンダリーユーザー３１が属する。第２のセカンダリーユーザー３１としては，無線通信可能に構成されたデバイスであればいかなるものであってもよいが，好ましくは，コグニティブ無線通信可能に構成されたデバイスである。また，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０で第２のセカンダリーユーザー３１が通信可能なエリアは，基地局（ベースステーション）３２によって定まる。

また，無線通信システム１は，さらに，データベース４０と，共存マネージャー（ＣＭ）５０とを含む。

データベース４０は，無線通信の制御に必要な情報を格納するためのものであり，基地局１２，２２，３２などからアクセス可能な位置に配置されている。データベース４０は，通信可能に構成されたデータアーカイブ（ＤＡ）であってもよい。好ましくは，データベース４０は，ＩＥＥＥ１９００．６で規定されるデータアーカイブであるか，又はＦＣＣによって規定された規制情報の格納場所（ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ）であり，より好ましくは，データベース４０は，コグニティブ無線通信の制御に必要なセンシング情報（ホワイトスペースに関する情報）と規制情報の双方を記憶したデータベース（ホワイトスペースセンシングデータベース（ＷＳＤ））である。また，好ましくは，データベース４０は，共存マネージャー（ＣＭ）５０が解釈可能なプリミティブ及びデータフォーマットで情報を記憶している。また，好ましくは，データベース４０は，共存マネージャー（ＣＭ）５０からもアクセス可能な位置に配置されている。

共存マネージャー（ＣＭ）５０は，上述した共存問題を解決するための新規なデバイスであり，具体的にはロジカル要素である。共存マネージャー（ＣＭ）は，図６に示す例では，スタンドアローン型のものであり，無線通信システム１の任意の位置に設置されている。なお，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，スタンドアローン型のものに限られることはなく，例えば，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，プライマリーユーザー１１やセカンダリーユーザー２１，３１に搭載されていてもよいし，基地局１２，２２，３２に搭載されていてもよい。ただし，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，プライマリーユーザー１１やセカンダリーユーザー２１，３２と通信可能なエリア内に設置される。また，本態様では，共存マネージャー（ＣＭ）は，基地局２２や基地局３２と通信可能であり，これにより，基地局２２や基地局３２を介してデータベース４０から情報を取得可能となっている。なお，図６に示す例では，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０の双方で通信可能に設置されて，中心的な制御を行うことができるように構成されている。しかし，共存マネージャー（ＣＭ）の設置は，これに限られることはなく，例えば，各ネットワークに分配的に又は分散的に設置されてもよく，この場合には，複数の共存マネージャー（ＣＭ）の間で情報交換可能に構成される（図８，図９参照）。なお，複数のネットワークの全てに共存マネージャー（ＣＭ）を設置しなくてもよい。

共存マネージャー（ＣＭ）５０を無線通信システム１に設置することにより，複数のセカンダリーユーザーによるスペクトラム利用を管理して，互いの干渉を回避するとともに，プライマリーユーザーに対する干渉も回避することができるようになる。これを実現するために，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，以下の複数の機能のうち，少なくともいくつかの機能を有するように構成されている。

第１に，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，データベース４０にアクセスすることが可能に構成されている。本態様では，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，基地局２２や基地局３２を介してデータベース４０にアクセスすることとなる。

これにより，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，データベース４０からセンシング情報を取得することができる。ここで，センシング情報は，所定のエリアにおけるスペクトラムの利用状況に関する情報を含んでいる。特に，本態様では，センシング情報は，セカンダリーユーザーの互いに異なる複数のネットワークが無線環境を共有しようとしている特定のエリアにおけるスペクトラムの利用状況に関する情報を含んでいる。また，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，データベース４０からセンシング情報を取得することができる。ここで，規制情報は，例えば，どの周波数が利用されていないのかに関する情報，又は利用可能な周波数に関する情報（例えば，利用可能なチャネルのリスト）を含む。

第２に，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，１つ以上のプライマリーユーザーに関する情報を保持する。ここで，プライマリーユーザーに関する情報としては，スペクトラム利用状況に関する情報やＭＡＣに関する情報が含まれる。好ましくは，プライマリーユーザーに関する情報には，プライマリーユーザーの地理上の位置に関する情報と，プライマリーユーザーの無線受信機の地理上の位置に関する情報とを含む。すなわち，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，プライマリーユーザーの地理上の位置に関する情報と，プライマリーユーザーの無線受信機の地理上の位置に関する情報とを保持することが好ましい。そして，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，プライマリーユーザーに関する情報を用いて，プライマリーユーザーが保護されるような要件として，セカンダリーユーザーに求められる要件を導き出す。

第３に，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，複数のセカンダリーユーザー用ネットワーク（例えば，第１及び第２ネットワーク２０，３０）に関する情報を保持可能に構成されている。ここで，セカンダリーユーザー用ネットワークに関する情報は，各ネットワークのＰＨＹに関する情報と，ＭＡＣに関する情報と，チャネル利用状況に関する情報とを含む。好ましくは，セカンダリーユーザー用ネットワークに関する情報は，ＰＨＹ層やＭＡＣ層より高い層の情報を含む。

第４に，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，利用可能なチャネル（つまり，スペクトラム機会）に関する情報を保持可能に構成されている。利用可能なチャネルに関する情報は，例えば，プライマリーユーザーが現在利用していないチャネルであって，セカンダリーユーザーがアクセス可能なチャネルに関する情報である。利用可能なチャネルに関する情報は，データベース４０からのセンシング情報から取得することが可能である。また，利用可能なチャネルに関する情報は，データベース４０からの規制情報から取得可能である。なお，ＦＣＣによれば，デバイスがテレビ用ホワイトスペースを利用する場合，各デバイスはデータベースをチェックして，アクセス可能な利用されていないチャネルを特定することが求められている。

第５に，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，保持している情報に基づいて，又はアルゴリズムに従うことで，共存ルール（例えばポリシー情報）とパラメーターを生成することが可能に構成されている。このパラメーターは，セカンダリーユーザーのネットワークに対して，該パラメーターに応じた再構成を実行するように促すための情報である。例えば，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，チャネル情報（例えば，ＲＳＳＩといったチャネル情報）に基づいて，セカンダリーユーザーに対して，送信出力の変更，パケットサイズの変更，チャネル利用状況の変更などを促す。すなわち，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザー用ネットワークに関する情報を用いることで，互いに異なるセカンダリーユーザー用ネットワークをコーディネートすることが可能である。また，共存ルールは，各セカンダリーユーザーが遵守することで，共存の秩序を守るための情報である。

具体的には，共存マネージャー（ＣＭ）は，対象となるネットワークに干渉が生じる場合には，第２のネットワークの共存を可能にするための共存ルールを所定のデータベースから取得し，データベースから取得した共存ルールから，第２のネットワーク及び第３のネットワークの共存に必要な制御メッセージと，第２のネットワーク及び第３のネットワークの少なくとも一方を再構築するために必要なパラメーター及びルールとを生成する。ここで，所定のデータベースとは，共存マネージャー（ＣＭ）５０に設けられた記憶装置に記憶されているものであってもよいし，他のソースに記憶されているものであってもよい。そして，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，生成した情報（制御メッセージ，パラメーター，及びルール）を対応するセカンダリーユーザーに送信（提供）する。なお，複数のネットワークを対象とする場合には，少なくとも１つのネットワークに属するセカンダリーユーザーに，共存マネージャー（ＣＭ）５０が生成した情報が提供される。これにより，干渉の発生をより確実に抑えることができる。

具体的には，このコーディネートのために，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザー用ネットワークのパラメーター（例えば，送信出力，占有周波数，データレート，パケットサイズ）を調整したり，共存ルールを新たに設定したりする。

好ましくは，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザーの送信品質を示す数値を，プライマリーユーザーに対するネガティブな干渉の値で割り算したものを共存品質（ＱｏＣ）として定義し，この共存品質の値を共存時におけるパフォーマンスの判断基準として用いて，送信出力に関するパラメーターやタイムスロットの割り当てに関するパラメーターの調整を行う。このようにすることで，スペクトラムの利用効率と，プライマリーユーザーに対する干渉の度合いの双方を評価した上でパラメーターを調整することができる。そして，第１のセカンダリーユーザーと第２のセカンダリーユーザーは，スペクトラムホームを，割り当てられたタイムスロット内で（つまり，時分割で）利用する。これにより，無線通信システム１において複数のネットワークが共存してもそのパフォーマンスを高めることができる。

上述したように共存マネージャー（ＣＭ）５０を構成することにより，無線通信システム１では，複数のセカンダリーユーザーが干渉するのを回避するための管理が実現される。特に，共存マネージャー（ＣＭ）５０がパラメーターの調整や共存ルールの設定などを行うことにより，複数のネットワークがスペクトラム機会を共有する際の最適化を行ってスペクトラム効率（つまり，無線通信システム１のパフォーマンス）を最大化させることができる。

続いて，共存マネージャー（ＣＭ）５０が実行するネットワーク管理処理について図７を用いて詳細に説明する。このネットワーク管理処理によって，複数のネットワークの共存が管理される。

図７は，図６における共存マネージャー（ＣＭ）５０によって実行されるネットワーク管理処理の手順を示すフローチャートである。図７に示すような処理は，例えば，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０が，特定されているスペクトラム機会（スペクトラムホール）の利用を開始している場合に，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０が，同じスペクトラムホールにアクセス可能であることに起因して，共存状態が生じるときに特に有効である。なお，図７に対応するプログラム（アルゴリズム）は，例えば記録媒体に記録されており，このプログラムを共存マネージャー（ＣＭ）５０が読み出して実行することにより，図７に対応する処理が行われる。

図７において，まず，ステップＳ１１０では，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，図６に示したような専用の制御チャネルを介して，利用可能なチャネル（スペクトラム機会）のリストを入手する。ここで，なお，専用の制御チャネルは，専用の周波数によって実現されるものであってもよいし，特定されているスペクトラム機会を用いて実現してもよい。

ここで，利用可能なチャネルとは，プライマリーユーザー用ネットワーク１０が一時的に利用していないチャネルである。そして，利用可能なチャネルは，共存マネージャー（ＣＭ）５０が，データベース４０にアクセスしてセンシング情報及び／又は規制情報を入手することで特定可能である。なお，テレビ用ホワイトスペースに関しては，ＦＣＣで規定される規制情報データベースが，特定位置で利用されていないチャネルに関する情報を保持することとなっている。そのため，共存マネージャー（ＣＭ）は，プライマリーユーザー用ネットワーク１０の地理上の位置に基づいて利用可能なチャネルを確認することができる。同様に，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０も，上記特定されたスペクトラムホール（利用可能なチャネルのリスト）とその利用状況に関する情報を確認することができる。

ステップＳ１２０では，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０はスペクトラムホールの利用を既に開始している場合において，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０がスペクトラムホールを利用しようとしているときは，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０は，共存マネージャー（ＣＭ）５０に対して，利用可能なチャネルについての問い合わせをする。つまり，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，利用可能なチャネルについての問い合わせを第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０から受ける。

ここで，複数の利用可能なチャネルのうち，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０が利用していないチャネルがある場合（ステップＳ１３０でＹＥＳ），第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０は，そのチャネルを利用してビーコン又はテスト信号を，パイロット信号（ｐｉｌｏｔｔｏｎｅ）として送信する（ステップＳ１４０）。

共存マネージャー（ＣＭ）５０は，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０に対して既にアクセスしているので，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，第１のセカンダリーユーザー２１に対して問い合わせをすることが可能である。そこで，ステップＳ１５０では，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０に対して問い合わせを行う。ここで，問い合わる内容は，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０がビーコンやテスト信号をセンシングした際に，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０が干渉を検出（センシング）したかどうかに関するものである。なお，問い合わせることに代えて，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，干渉警報があるかどうかを確認してもよい。

上述した問い合わせに対して，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０が干渉を受けた旨を受信した場合（ステップＳ１６０でＹＥＳ），共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０の再構成を提案する（ステップＳ２００）。このような再構成の提案は，共存マネージャー（ＣＭ）５０がセカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０に対して，制御メッセージ，再構成パラメーター，及びルールを送信することによって実現することができる。

第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０に干渉がない旨を共存マネージャー（ＣＭ）５０が受信した場合（ステップＳ１６０でＮＯ），共存マネージャー（ＣＭ）５０は，同じ周波数帯に共存する２つのネットワーク２０，３０がプライマリーユーザー用ネットワーク１０に対して干渉を生成する可能性があることを容認するかどうかを確認する（ステップＳ１７０）。

干渉の可能性がある場合（ステップＳ１７０でＹＥＳ），共存マネージャー（ＣＭ）５０は，セカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０のパラメーターに基づいて再構成を提案する（ステップＳ２００）。

一方，干渉の可能性がない場合（ステップＳ１７０でＮＯ），共存マネージャー（ＣＭ）５０は，２つのセカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０の共存を実現することが可能となる。具体的には，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０は，当該ネットワーク３０が利用する周波数帯（例えば，テレビ用ホワイトスペースの周波数帯）を共存マネージャー（ＣＭ）５０に登録する（ステップＳ１９０）。これにより，本処理が終了する。

なお，ステップＳ２００において再構成が提案されたセカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０が再構築を終了した場合には，本処理は，ステップＳ１２０に戻り，その後の処理が実行される。

上述した処理によれば，プライマリーユーザー用ネットワーク１０で利用されていないスペクトラム（つまり，スペクトラム機会又はスペクトラムホール）が特定されている場合に，２つのセカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０が，その特定されているスペクトラムホールにおいて共存することができる。言い換えると，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，少なくとも，セカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０の共存を管理することで，プライマリーユーザー用ネットワーク１０を保護するように（つまり，干渉が生じないように）機能する。

また，上述した処理によれば，第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク２０に干渉が生じないように，第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク３０が管理される。これにより，複数のネットワークの共存を確実に行うことができる。さらに，上述した処理によれば，第１ネットワーク２０及び第２ネットワーク３０の双方がスペクトラム利用の可能性が有る場合，双方のネットワークに属する共存マネージャー（ＣＭ）５０は，プライマリーユーザーに対する干渉の可能性が確認され，そして，干渉の可能性が有る場合，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，第１ネットワーク２０や第２ネットワーク３０に属するデバイスに再構成の提案に関する情報（制御メッセージ，パラメーター，及びルール）を送信する。これにより，プライマリーユーザーへの干渉を確実に抑制することができる。

なお，上述した処理は，共存マネージャー（ＣＭ）５０がセカンダリーユーザー用ネットワーク２０，３０を管理するときの一例にすぎない。なお，上述した処理は，複数のセカンダリーユーザー用ネットワークが存在する場面において適用することができる。また，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，互いに異なるアルゴリズム（プログラム）を利用可能に構成されていてもよいし，複数のアルゴリズム（プログラム）を利用して上述した処理を実現可能に構成されていてもよい。

続いて，本発明の一実施態様を説明する。

本実施態様では，無線技術を農村地域で適用した場合に相当する。農村地域では，長距離におよぶ地域エリアネットワーク（ＲＡＮ）によって，インターネットアクセスが農村地域内の各家庭に供給されている。ここで，インターネットアクセスは，例えば，テレビ用ホワイトスペースを利用して，基地局（ベースステーション）とカスタマー構内設備（ＣＰＥ）とを介して行われる。

上述したようなインターネットアクセスに係るサービスは，例えば，ＩＥＥＥ８０２．２２のテレビ用ホワイトスペース（ＴＶＷＳ）基準に準拠させることで実現可能である。

一方で，各家庭内では，無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）によって，家庭内での無線アクセスが実現されており，また，それにより，テレビ用ホワイトスペースを利用したアドホック型のネットワークが形成されている。

したがって，２種類の無線サービスが同じテレビ用ホワイトスペースを利用していることとなり，互いに干渉が生じることが考えられる。そして，干渉が生じた場合，２種類のシステム（ネットワーク）のスループットが低下し，結果として，ユーザーはパフォーマンスに満足することができない状態となる。

そこで，本実施態様では，上述したような２種類の無線サービスが存在する位置に，共存マネージャー（ＣＭ）を独立したデバイスとして設置する。なお，共存マネージャー（ＣＭ）は，ＷＬＡＮのアクセスポイントに設けられてもよいし，カスタマー構内設備（ＣＰＥ）に設けられてもよい。

そして，共存マネージャー（ＣＭ）は，スペクトラムの利用状況に関する情報，サービスタイプに関する情報，クオリティオブサービス（ＱｏＳ）に関する情報といった情報を双方の無線ネットワークから入手する。また，共存マネージャー（ＣＭ）は，データベースにアクセスして，セカンダリーユーザーの地理上の位置に関する情報，プライマリーユーザー地理上の位置に関する情報，及び伝播環境に関する情報などを入手している。そして，共存マネージャー（ＣＭ）は，これらの入手した情報を用いて，各ネットワークの干渉に関する数値を見積もるとともに，双方のネットワークに対して，再構成を提案する旨の情報を送出する。再構成は，双方のネットワークについて，送信出力，変調，データレート，クオリティオブサービス（ＱｏＳ）などのパラメーターを調整することによって実施される。調整に際しては，双方のネットワークが互いに干渉することがない状態で共存することができるようにする必要がある。そのために，共存マネージャー（ＣＭ）は，制御メッセージ，パラメーター，及びルールを設定する。上述したようにすることで，ユーザーは，同時に双方のネットワークからサービスを受けることができるようになる。

本発明は，無線ネットワーク（第１のネットワーク）がテレビ用ホワイトスペースを利用するようにセットアップされている場面において，他のサービスが同じ周波数帯を利用して他のネットワーク（第２ネットワーク）をセットアップしようとするときに有効である。このような場面では，第２のネットワークの共存マネージャー（ＣＭ）が，まず，第１のネットワークに属するデバイスの共存マネージャー（ＣＭ）と通信を行って，スペクトラム利用状況に関する情報を入手する。なお，共存マネージャー（ＣＭ）間の通信は，専用チャネルを利用することによって，又はビーコンを用いた手法を利用することによって実現される。続いて，第２のネットワークに属するデバイスは，利用されていないスペクトラムを特定して，その特定したスペクトラムを利用して，パイロット信号を送出する。その後，第１のネットワークに属するデバイスの各共存マネージャー（ＣＭ）は，第１のネットワークでの干渉が検出された場合にはその旨を第２のネットワークに属するデバイスの共存マネージャー（ＣＭ）に対して通知する。一方，干渉が検出されない場合には，双方のネットワークに属する共存マネージャー（ＣＭ）は，プライマリーユーザー（例えば，テレビの無線受信機）の情報が格納されているデータベースを確認することになる。

また，好ましい実施態様では，複数の共存マネージャー（ＣＭ）を，無線通信システムにおいて分散配置されるように設置される。例えば，各無線通信機器に共存マネージャー（ＣＭ）を設置する。これにより，無線通信デバイスの全てが共存マネージャー（ＣＭ）の機能をもつこととなる。また，別の例では，図８〜図６０に示すように，セカンダリーユーザー用ネットワークの各々の基地局（又はアクセスポイント）に共存マネージャー（ＣＭ）を搭載してもよい。図８に示す例では，共存マネージャー（ＣＭ）は，セカンダリーユーザー用ネットワークやそのネットワークに属するデバイスに対してアクセスのサービスを提供したり，コマンドやメッセージを送信したりする。図９に示す例では，２つの共存マネージャー（ＣＭ）が情報交換を行うことで，各共存マネージャー（ＣＭ）は，共存に必要な決定処理を行うことが可能となっている。図６０に示す例は，一方の共存マネージャー（ＣＭ）が情報収集と共存ルールを設定し，それらの情報をもう一方の共存マネージャー（ＣＭ）に供給する。そして，情報を受けた共存マネージャー（ＣＭ）は，共存に必要な決定処理を行う。決定処理で決定された情報にしたがって，各セカンダリーユーザーは動作する。このように，複数の共存マネージャー（ＣＭ）が１つの共存マネージャー（ＣＭ）の複数の機能を分散的に有していてもよい。したがって，図６０に示す例は，一例に過ぎず，他の方法で共存マネージャー（ＣＭ）の機能を分散させてもよい。

上述した態様では，共存マネージャー（ＣＭ）が２つのセカンダリーユーザー用ネットワークが共存できるように，パラメーター等の調整を行うことが可能に構成されている。本実施例では，２つのセカンダリーユーザーが時分割でスペクトラムホールを利用する場合に関して，各セカンダリーユーザーに対してタイムスロットを割り当てたときのシミュレーションを行った。

図１１は，本発明の実施例で得られたシミュレーション結果を示すグラフである。ここで，図１１における横軸は，スペクトラムホールを利用する時間を１としたときの一方のセカンダリーユーザー（第１のセカンダリーユーザー）に割り当てたタイムスロットｔ₁に対応している。なお，もう一方のセカンダリーユーザー（第２のセカンダリーユーザー）に割り当てられるタイムスロットｔ₂は，１からｔ₁を減算すればよい（つまり，ｔ₂＝１−t₁）。図１１における縦軸は，共存品質（ＱｏＣ）の数値を示している。また，図１１において，曲線Ａは，２つのセカンダリーユーザーの送信出力を共に１であるとした場合に対応しており，曲線Ｂは，第１のセカンダリーユーザーの送信出力を０．５とし，もう一方のセカンダリーユーザー（第２のセカンダリーユーザー）の送信出力を１．５とした場合に対応しており，曲線Ｃは，第１のセカンダリーユーザーの送信出力を０．５とし，もう一方のセカンダリーユーザー（第２のセカンダリーユーザー）の送信出力を１．５とした場合に対応している。

図１１から，割り当てるタイムスロットや送信出力によって，共存品質（ＱｏＣ）の値が変動することが分かる。そこで，本発明の好ましい態様では，共存マネージャー（ＣＭ）５０は，共存品質（ＱｏＣ）の値を共存時におけるパフォーマンスの判断基準として用いて，送信出力に関するパラメーターやタイムスロットの割り当てに関するパラメーターの調整を行う。具体例を挙げると，共存品質の値（ＱｏＣ）が最大化されるように，第１のセカンダリーユーザーの送信出力値が高くなるように調整するとともに，第２のセカンダリーユーザーのタイムスロットが長くなるように調整する。ただし，第１のセカンダリーユーザーの送信出力値と第２のセカンダリーユーザーの送信出力値の和が一定であるとしている。なお，第２のセカンダリーユーザーの送信出力値が高くなるように調整するとともに，第１のセカンダリーユーザーのタイムスロットが長くなるように調整してもよい。このようにすることで，スペクトラムの利用効率と，プライマリーユーザーに対する干渉の度合いの双方を評価した上でパラメーター等を調整することができる。そして，第１のセカンダリーユーザーと第２のセカンダリーユーザーは，スペクトラムホームを，割り当てられたタイムスロット内で（つまり，時分割で）利用する。これにより，無線通信システム１において複数のネットワークが共存してもそのパフォーマンスを高めることができる。

本発明は，無線通信システム及び無線通信方法に適用することができる。

１無線通信システム
１０プライマリーユーザー用ネットワーク
１１プライマリーユーザー
１２基地局
２０第１のセカンダリーユーザー用ネットワーク
２１第１のセカンダリーユーザー
２２基地局
３０第２のセカンダリーユーザー用ネットワーク
３１第２のセカンダリーユーザー
３２基地局
４０データベース

Claims

インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，アプリケーションサービスアクセスポイント（Ａ−ＳＡＰ）を介して接続されたデータベースから，センシング情報及び前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）とトランスポートサービスアクセスポイント（Ｔ−ＳＡＰ）を介して接続された第１のセカンダリーユーザー及び第２のセカンダリーユーザーに関する情報を取得する情報収集工程と，
前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，前記情報収集工程で収集したセンシング情報，前記第１のセカンダリーユーザー及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に関する情報を用いて，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルを詮索し，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルが見出された場合はスペクトルを決定するとともに，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に干渉なく利用できるスペクトルが見出されない場合は前記情報収集工程に戻って改めて情報を取得し，改めて取得した情報に基づいて前記決定を行う，決定工程と，
前記インターネットの共存マネージャー（ＣＭ）が，決定したスペクトルに関する情報を前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に送信する決定送信工程と，
を含む，
コグニティブ無線におけるスペクトル処理方法。
前記センシング情報は，現時点で利用できるチャネルに関する情報を含む，請求項１に記載の方法。
前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）に関する情報は，前記第１のセカンダリーユーザー（１，１）及び第２のセカンダリーユーザー（２，１）の位置に関する情報を含む，請求項１に記載の方法。