JP5586051B2 - Cognitive radio communication system and method - Google Patents
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Description
本発明は、コグニティブ無線通信システム及び方法に関し、特にセカンダリシステムにおけるデバイスが、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、円滑なコグニティブ無線通信を実現する上で好適な、コグニティブ無線通信システム及び方法に関する。 The present invention relates to a cognitive radio communication system and method, and particularly to a cognitive radio communication that is suitable for realizing smooth cognitive radio communication even if a device in a secondary system cannot acquire position information or channel information. The present invention relates to a wireless communication system and method.
アナログテレビからデジタルテレビへの移行に伴い、ある程度の周波数が開放されてそれらの周波数帯域が移動通信に使用されるようになっている。特に、新しい通信サービスや様々なアプリケーションが次々に実用化されている昨今において、この無線帯域の割り当ては細分化され、複雑なものとなっている。このようにして割り当てられた各通信サービスが無線帯域において混在している中で、更に新たな通信サービスをこの無線帯域に割り当てるのは徐々に困難になりつつある。FCC(Federal Communications Commission)は、2002年においてSPTF(Spectrum Policy Task Force)において、市場メカニズムで電波利用権を割り当てる方式と、電波をコモンズとして開放する方式の双方をバランス良く取り入れることを提言している。また、FCCは、TV White Space(TVWS)として知られているような、TV帯域の使用に関する規定について発表もしている。 With the shift from analog TV to digital TV, some frequencies are released and those frequency bands are used for mobile communications. In particular, in recent years when new communication services and various applications are put into practical use one after another, the allocation of the radio band is subdivided and complicated. While the communication services allocated in this way are mixed in the radio band, it is gradually becoming difficult to allocate new communication services to the radio band. The FCC (Federal Communications Commission) proposed in 2002 that the SPTF (Spectrum Policy Task Force) should incorporate both a method of allocating radio wave usage rights through market mechanisms and a method of releasing radio waves as commons in a balanced manner. . The FCC is also announcing regulations regarding the use of TV bands, known as TV White Space (TVWS).
またこれら以外には、周波数の有効利用しつつ無線通信を行う方法としてコグニティブ(Cognitive)無線通信技術が近年において注目されている(例えば、特許文献1−3参照。)。コグニティブ無線通信とは、限定された周波数リソースを再活用してより効率的に周波数リソースを使用する技術である。即ち、コグニティブ無線通信によれば、セカンダリシステムに属するデバイスは、プライマリシステムにおいて使用されていない周波数リソースを周期的または非周期的にセンシングして使用可能な周波数リソースを認知し、認知された使用可能な周波数リソースを利用してデータを送受信するものである。 In addition to these, a cognitive wireless communication technique has recently attracted attention as a method for performing wireless communication while effectively using frequencies (see, for example, Patent Documents 1-3). Cognitive radio communication is a technology that uses frequency resources more efficiently by reusing limited frequency resources. In other words, according to cognitive radio communication, devices belonging to the secondary system recognize frequency resources that can be used by sensing frequency resources that are not used in the primary system periodically or aperiodically, and can be used. Data is transmitted / received using various frequency resources.
コグニティブ無線では、もともとある通信帯域を使用する優先システム(プライマリシステム)と、プライマリシステムが使用していない周波数帯域や時間などを監視して、この情報をもとに通信を行うコグニティブシステム(セカンダリシステム)が存在する。基本的にはプライマリシステムは、優先的に与えられた通信帯域を常に使用することが可能であり、例えばテレビシステム等がある。セカンダリシステムは、プライマリシステムに干渉を与えることなく、自システム内に属するデバイスによる通信を行う。セカンダリシステムは、上述したプライマリシステムとしてのテレビシステムに割り当てられている周波数を使用することが前提となる。この中でも、特にこのセカンダリシステムでは、自身が判断して周波数を利用して通信を行うデバイスがあり、例えば自らの位置情報と、当該位置において利用可能なプライマリシステムの周波数に関する情報を取得することができるデバイスがある。また、このセカンダリシステムでは、このような位置情報やプライマリシステムの周波数情報を取得することができない場合には、他のデバイスによる制御の下で通信を行うものもある。 In cognitive radio, the primary system (primary system) that uses the original communication band and the cognitive system (secondary system) that monitors the frequency band and time that the primary system is not using and communicates based on this information ) Exists. Basically, the primary system can always use a preferentially assigned communication band, such as a television system. The secondary system performs communication by devices belonging to the own system without interfering with the primary system. The secondary system is premised on using the frequency allocated to the television system as the primary system described above. Among these, in particular, in this secondary system, there is a device that performs communication using frequency determined by itself. For example, it is possible to acquire information about its own position information and frequency of the primary system that can be used at the position. There is a device that can. Further, in this secondary system, when such position information and frequency information of the primary system cannot be acquired, there are some which perform communication under the control of another device.
コグニティブ無線通信では、以下の手順により通信を行う。先ず、セカンダリシステムは、プライマリシステムが無線通信を行っていない時間や、利用していない周波数帯域を検出する。次に、セカンダリシステムは、自システムに属するデバイスによる通信によりプライマリシステムの各デバイスが通信を行う上で干渉を与えないか否かを確認し、問題ないと判断した場合には、上記検出した周波数帯域又は時間により無線通信を行う。上述した処理を自ら行うことができないデバイスは、他のデバイスによる制御の下で行うことは勿論である。 In cognitive radio communication, communication is performed according to the following procedure. First, the secondary system detects a time when the primary system is not performing wireless communication and a frequency band that is not used. Next, the secondary system checks whether or not each device of the primary system performs interference by communication by a device belonging to its own system, and when it is determined that there is no problem, the detected frequency Wireless communication is performed according to bandwidth or time. Of course, a device that cannot perform the above-described processing itself is performed under the control of another device.
ところで、このようなコグニティブ無線通信においては、上述したセカンダリシステムを構成するデバイスのような、正式な規格において未だ認可されていないものについて、3650〜3700MHz帯域において動作させる際には、DSE(Dynamic Station Enablement)に基づくものとなる。例えば図13に示すように、ステップS31において、セカンダリシステムのデバイスは、プライマリシステムの基地局から通信許可通知の待ち受けを継続して実行する。このステップS31における待ち受け時において、プライマリシステムの基地局から通信許可通知を受信した場合、ステップS32へ移行する。ステップS32に移行した場合、プライマリシステムの基地局は、このセカンダリシステムのデバイスに対して、その後の通信を行うことを許可する。セカンダリシステムのデバイスは、ステップS33へ移行して無線通信を開始する。このステップS33において、基地局から通信不可通知を受信した場合、通信を停止するとともに、ステップS31へ戻り、再び待ち受け状態となる。 By the way, in such cognitive wireless communication, when operating in the 3650 to 3700 MHz band for devices that have not yet been approved in the official standard, such as the devices constituting the secondary system described above, DSE (Dynamic Station Enablement). For example, as shown in FIG. 13, in step S31, the device of the secondary system continues to wait for a communication permission notification from the base station of the primary system. If a communication permission notification is received from the base station of the primary system at the standby time in step S31, the process proceeds to step S32. When the process proceeds to step S32, the base station of the primary system permits subsequent communication to the device of the secondary system. The device of the secondary system moves to step S33 and starts wireless communication. In step S33, when a communication failure notification is received from the base station, the communication is stopped and the process returns to step S31 to be in a standby state again.
ところで、上述の如きコグニティブ無線通信システムでは、セカンダリシステムにおけるデバイスが、自らの位置情報の取得やTVWS等のデータベースからチャネル情報の取得ができない場合には、適用することができないという問題点があった。 By the way, the cognitive radio communication system as described above has a problem that it cannot be applied when the device in the secondary system cannot acquire its own location information or channel information from a database such as TVWS. .
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特にセカンダリシステムにおけるデバイスが、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、円滑なコグニティブ無線通信を実現することが可能なコグニティブ無線通信システム及び方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is that a device in the secondary system in particular cannot acquire position information or channel information. Another object of the present invention is to provide a cognitive radio communication system and method capable of realizing smooth cognitive radio communication.
本発明に係るコグニティブ無線通信システムは、上述した問題点を解決するために、プライマリシステムを構成するとともに、位置情報を取得する位置情報取得手段及び/又はチャネル情報が記録されたデータベースから上記チャネル情報を取得するためのチャネル情報取得手段を有する第1のデバイスと、セカンダリシステムを構成するとともに、上記位置情報取得手段及び上記チャネル情報取得手段を有しない第2のデバイスとを備え、上記第2のデバイスは、上記第1のデバイスから送信されてくる通信開始メッセージを検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、上記第1のデバイスとの間で、信号レベルを低くしつつ通信を行うことにより、上記第1のデバイスから上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得するアンダーレイ通信ステップと、上記アンダーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信許可通知を受信した場合には、上記信号レベルを高くしつつ、上記第1のデバイスによる制御の下で他のデバイスとの間で通信を行うオーバーレイ通信ステップとを有し、上記オーバーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合には、上記アンダーレイ通信ステップに移行し、上記アンダーレイ通信ステップ又は上記オーバーレイ通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信終了メッセージを受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行することを実行することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the cognitive radio communication system according to the present invention constitutes the primary system and the channel information from the location information acquisition means for acquiring the location information and / or the database in which the channel information is recorded. Comprising a first device having channel information acquisition means for acquiring a second system and a second device that constitutes a secondary system and does not have the position information acquisition means and the channel information acquisition means, When the device detects a communication start message transmitted from the first device, the device starts a communication start processing step for executing the communication start processing, and when the communication start processing is successful within a predetermined period, A frequency detection step for detecting a frequency channel and the frequency detection step described above. If the predetermined radio frequency channel is not detected, communication with the first device while lowering the signal level allows the position information and / or the first device to be transmitted from the first device. When an underlay communication step for acquiring channel information and a communication permission notification are received from the first device in the underlay communication step, the signal level is increased and the control is performed by the first device. And an overlay communication step for performing communication with another device, and when the communication failure notification is received from the first device in the overlay communication step, the process proceeds to the underlay communication step, and Communication from the first device in the underlay communication step or the overlay communication step When receiving the completion message, or when detecting a communication signal by the first device, and executes to migrate into the communication start processing steps.
本発明に係るコグニティブ無線通信システムは、上述した問題点を解決するために、プライマリシステムを構成するとともに、位置情報を取得する位置情報取得手段及び/又はチャネル情報が記録されたデータベースから上記チャネル情報を取得するためのチャネル情報取得手段を有する第1のデバイスと、セカンダリシステムを構成するとともに、上記位置情報取得手段及び上記チャネル情報取得手段を有しない第2のデバイスとを備え、上記第2のデバイスは、上記第1のデバイスから送信されてくる通信許可通知を検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、通信を開始する通信ステップとを有し、上記通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行することを実行することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the cognitive radio communication system according to the present invention constitutes the primary system and the channel information from the location information acquisition means for acquiring the location information and / or the database in which the channel information is recorded. Comprising a first device having channel information acquisition means for acquiring a second system and a second device that constitutes a secondary system and does not have the position information acquisition means and the channel information acquisition means, When the device detects a communication permission notification transmitted from the first device, the device starts a communication start processing step for executing the communication start processing, and when the communication start processing is successful within a predetermined period, A frequency detection step for detecting a frequency channel, and the frequency detection step described above. When the radio frequency channel is not detected, and a communication step of starting the communication, in the communication step, when receiving a communication failure notification from the first device, or by the first device When a communication signal is detected, a transition to the communication start processing step is executed.
本発明に係るコグニティブ無線通信方法は、上述した問題点を解決するために、プライマリシステムを構成するとともに、位置情報を取得し、及び/又はチャネル情報が記録されたデータベースから上記チャネル情報を取得する第1のデバイスと、セカンダリシステムを構成するとともに上記位置情報の取得及び上記チャネル情報の取得を行わない第2のデバイスとを有する無線通信システムにおけるコグニティブ無線通信方法において、上記第2のデバイスにより、上記第1のデバイスから送信されてくる通信開始メッセージを検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、上記第1のデバイスとの間で、信号レベルを低くしつつ通信を行うことにより、上記第1のデバイスから上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得するアンダーレイ通信ステップと、上記アンダーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信許可通知を受信した場合には、上記信号レベルを高くしつつ上記第1のデバイスによる制御の下で他のデバイスとの間で通信を行うオーバーレイ通信ステップとを順に実行し、上記オーバーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合には、上記アンダーレイ通信ステップに移行し、上記アンダーレイ通信ステップ又は上記オーバーレイ通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信終了メッセージを受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the cognitive radio communication method according to the present invention constitutes a primary system, acquires position information, and / or acquires the channel information from a database in which channel information is recorded. In a cognitive radio communication method in a radio communication system having a first device and a second device that constitutes a secondary system and does not acquire the position information and the channel information, the second device When a communication start message transmitted from the first device is detected, a communication start processing step for executing the communication start processing; and when the communication start processing is successful within a predetermined period, In the frequency detection step for detection and the frequency detection step If the predetermined radio frequency channel is not detected, communication is performed with the first device while lowering the signal level, so that the position information and / or the first device is transmitted from the first device. Underlay communication step for acquiring channel information, and when communication permission notification is received from the first device in the underlay communication step, the control is performed by the first device while increasing the signal level. When performing an overlay communication step for communicating with other devices in order and receiving a communication failure notification from the first device in the overlay communication step, the process proceeds to the underlay communication step. In the underlay communication step or the overlay communication step, the first device When receiving a communication termination message, or when detecting a communication signal by the first device is characterized in that the transition to the communication start processing steps.
本発明に係るコグニティブ無線通信方法は、上述した問題点を解決するために、プライマリシステムを構成するとともに、位置情報を取得し、及び/又はチャネル情報が記録されたデータベースから上記チャネル情報を取得する第1のデバイスと、セカンダリシステムを構成するとともに上記位置情報の取得及び上記チャネル情報の取得を行わない第2のデバイスとを有する無線通信システムにおけるコグニティブ無線通信方法において、上記第2のデバイスにより、上記第1のデバイスから送信されてくる通信許可通知を検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、通信を開始する通信ステップとを順に実行し、上記通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the cognitive radio communication method according to the present invention constitutes a primary system, acquires position information, and / or acquires the channel information from a database in which channel information is recorded. In a cognitive radio communication method in a radio communication system having a first device and a second device that constitutes a secondary system and does not acquire the position information and the channel information, the second device If a communication permission notification transmitted from the first device is detected, a communication start processing step for executing the communication start processing; and if the communication start processing is successful within a predetermined period, In the frequency detection step for performing the detection, and in the frequency detection step If the constant radio frequency channel is not detected, performs a communication step of starting the communication in order, in the communication step, when receiving a communication failure notification from the first device, or the first When a communication signal from the device is detected, the process proceeds to the communication start processing step.
上述した構成からなる本発明によれば、セカンダリシステムにおける第2のデバイスが、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、最初にアンダーレイ通信において、第1のデバイスからこれら各種情報を取得することが可能となり、さらに通信許可通知を受けた場合に実際にクライアント−マスターの関係の下で、第2のデバイスは、第1のデバイスによる制御に基づいて他のデバイスとの間でコグニティブ通信を行うことが可能となる。即ち、本発明によれば、セカンダリシステムにおける第1のデバイスが、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、円滑なコグニティブ無線通信を実現することが可能となる。 According to the present invention having the above-described configuration, even if the second device in the secondary system cannot acquire the position information or the channel information, the first device in the underlay communication first performs these operations. Various types of information can be acquired, and when the communication permission notification is received, the second device can actually communicate with other devices under the control of the first device under the client-master relationship. Cognitive communication can be performed between them. That is, according to the present invention, smooth cognitive radio communication can be realized even when the first device in the secondary system cannot acquire position information or channel information.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、本発明を適用したコグニティブ無線通信システム1の構成を示している。このコグニティブ無線通信システム1は、もともとある通信帯域を優先的に使用するプライマリシステム10と、プライマリシステム10が使用していない周波数帯域や時間などを監視して、この情報をもとに通信を行うセカンダリシステム20が存在する。即ち、このセカンダリシステムは、正式な規格において未だ認可されていないものであり、あくまでプライマリシステム10により使用されていない周波数帯域を選択的に使用して通信を行うものである。
FIG. 1 shows a configuration of a cognitive radio communication system 1 to which the present invention is applied. The cognitive radio communication system 1 monitors a frequency band and a time that are not used by the
基本的にはプライマリシステム10は、優先的に与えられた通信帯域を常に使用することが可能であり、例えばテレビシステム等がある。セカンダリシステム20は、プライマリシステム10に干渉を与えることなく、自システム内に属する第2のデバイス21による通信を行うことが前提となる。ちなみに、このコグニティブ無線通信システム1では、IEEE802.11afの規定の下で、図示しない電波塔からテレビジョン受像機に向けてテレビジョン用の電波が放射されていることが前提となる。
Basically, the
プライマリシステム10は、基地局12と、基地局12にアクセス可能な第1のデバイス11とを備えている。
The
第1のデバイス11は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ(ノートPC)や、携帯電話等を初めとした各種携帯情報端末等で構成される。この第1のデバイス11は、少なくとも基地局12との間で無線通信を行うことができ、更には基地局12を介して他の第1のデバイス11との間で無線パケット通信を行うことができる。この第1のデバイス11は、GPS(Global Positioning System)に基づいて自らの位置情報を取得する位置情報取得手段を有している。また第1のデバイス11は、例えばTVWS等のチャネル情報が記録された図示しないデータベースからチャネル情報を取得するためのチャネル情報取得手段を有している。なお、この位置情報取得手段、チャネル情報取得手段は、双方が第1のデバイス11に実装されていることは必須とならず、何れか1以上が実装されていればよい。
The
基地局12は、第1のデバイス11から送信されてくるビーコンを取得し、また第1のデバイス11との間でリンクを確立するために、これらを互いに同期化させる役割を担う。また、この基地局12は、図示しないテレビジョン受像機に対して割り当てた周波数チャネルを利用し、電波を送信する。
The
セカンダリシステム20は、第2のデバイス21を少なくとも有している。この第2のデバイス21は、上述した第1のデバイス11に含まれている位置情報取得手段、チャネル情報取得手段を有していないことが前提となる。
The
次に、このようなコグニティブ無線通信システム1の動作について図面を参照しながら詳細に説明をする。このコグニティブ無線通信システム1の具体的な動作フローは、主としてセカンダリシステム20における第2のデバイス21側において実行していくことになる。
Next, the operation of such a cognitive radio communication system 1 will be described in detail with reference to the drawings. The specific operation flow of the cognitive radio communication system 1 is mainly executed on the
先ず図2に示すように、ステップS11において、第2のデバイス21は、待ち受け状態に入る。第2のデバイス21は、この待ち受け状態において、プライマリシステム10における第1のデバイス11からの通信開始メッセージを待ち続ける。この通信開始メッセージには、第1のデバイス11が第2のデバイス21に対して通信を許可する周波数帯域も指定される。第2のデバイス21は、かかる第1のデバイス11からの通信開始メッセージの取得を所定時間毎に実行し、仮に通信開始メッセージを受信した場合には、ステップS12へと移行する。また第2のデバイス21は、第1のデバイス11からの通信開始メッセージを受信することができなかった場合、このステップS11における待ち受けをそのまま継続して実行することになる。
First, as shown in FIG. 2, in step S11, the
ステップS12に移行した場合に、第2のデバイス21は、通信開始処理(イニシャライズ)を実行する。このイニシャライズでは、第2のデバイス21内部の各構成要素につき、実際に通信を開始するための各種制御を行っていくことになる。このステップS12において所定時間内にイニシャライズ処理が成功した場合には、ステップS13へと移行する。これに対して、所定時間内にイニシャライズ処理が終了せず、或いは所定時間内においてイニシャライズ処理が失敗に終わった場合には、ステップS11へと戻り、待ち受け状態に入ることとなる。
When the process proceeds to step S12, the
ステップS13へ移行した場合には、第2のデバイス21は、無線周波数チャネルの検出を行う。即ち、この無線周波数チャネルの検出は、プライマリシステム10において使用されていない周波数リソースを周期的または非周期的にセンシングして使用可能な周波数リソースを認知するために行うものである。このとき、第2のデバイス21は、上述した通信開始メッセージを介して予め第1のデバイス11により通信を許可された所定の帯域について、無線周波数チャネルの検出を行う。仮に第2のデバイス21が属するセカンダリシステム20が、FCCの規定に従う場合には、無線周波数チャネルの検出を30秒程度行う。
When the process proceeds to step S13, the
このステップS13において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、他の無線周波数チャネルが検出された場合には、ステップS11へ戻る。ここでいう他の無線周波数チャネルとは、TVWSに基づく信号も含まれる。また、このステップS13において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、検出エラーが生じた場合には、ステップS11へ戻ることになる。この検出エラーの例としては、A)第2のデバイス21における周波数チャネルの検出モジュールが第2のデバイス21内部の他の機能によりロックされている、B)検出した周波数チャネルの帯域が、予め第1のデバイス11により通信を許可された所定の帯域をカバーしていない、等である。これに対して、このステップS13において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、他の無線周波数チャネルが何ら検出されなかった場合には、ステップS14へ移行する。
In step S13, when another radio frequency channel is detected as a result of detecting the radio frequency channel, the process returns to step S11. The other radio frequency channels here include signals based on TVWS. If a detection error occurs as a result of detecting the radio frequency channel in step S13, the process returns to step S11. Examples of this detection error include: A) the frequency channel detection module in the
ステップS14へ移行した場合に、第2のデバイス21は、第1のデバイス11との間で、信号レベルを低くしつつ通信を行う。この通信は、図3(a)に示すようなアンダーレイ通信でデバイス11、21間において無線通信を行っていくことになる。このアンダーレイ通信とは、UWB通信のように広帯域でしかも低い信号レベルからなる信号を生成することにより通信を行うものである。このアンダーレイ通信によれば、第2のデバイス21は、第1のデバイス11に向けて発信する際に、その信号出力の制御を行い、低出力レベルとなるようにこれを抑え込む。また第2のデバイス21は、第1のデバイス11による通信の干渉を避けるために、サービスモニタリングも同時に実行する。
When the process proceeds to step S14, the
このステップS14において、あえて低い出力レベルからなる信号によるアンダーレイ通信を行う理由は、プライマリシステム10において第1のデバイス11が自ら通信を行う際に、この第2のデバイス21との通信により干渉を受けることを防止するためである。即ち、第1のデバイス11と第2のデバイス21との通信をアンダーレイ通信とすることで出力レベルを低くすることにより、第1のデバイス11と基地局12との間で送受信される信号に干渉を与えてしまうのを防止することができる。また、ステップS14において第2のデバイス21は、第1のデバイス11から上記位置情報及び/又は上記チャネル情報をアンダーレイ通信を通じて取得する。第1のデバイス11は、位置情報取得手段及び/又はチャネル情報取得手段を有していることから、上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得することが可能となるが、第2のデバイス21は、これらの各手段を有しないことから当該情報を自ら取得できない。このため、第2のデバイス21は、このアンダーレイ通信を通じて第1のデバイス11を介して上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得することが可能となる。ちなみに、このステップS14において、例えばFCCによる規定の下で動作させる場合には、最大出力電圧は、50mW程度となる。
In step S14, the reason why the underlay communication is performed with a signal having a low output level is that when the
このステップS14において、第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信終了メッセージを受信した場合、又は第1のデバイス11が自ら通信を行うための通信信号を検出した場合には、ステップS11へと移行する。これに対して、第2のデバイス21は、このステップS14において、第1のデバイス11から通信許可通知を受信した場合には、ステップS15へ移行する。
In step S14, when the
ステップS15に移行した場合に、第2のデバイス21は、第1のデバイス11との間で、信号レベルを高くしつつ通信を行う。この通信は、図3(b)に示すようなオーバーレイ通信で第1のデバイス11、21間において無線通信を行っていくことになる。このオーバーレイ通信とは、現時点において使用されていない空き周波数において、信号レベルを高くしつつ通信を行うものである。このオーバーレイ通信を行うためには、モードIの下で動作することが必要となる。即ち、このモードIでは、第2のデバイス21がマスターとなり、第1のデバイス11がクライアントとなるようにして通信を行うものである。これにより、第2のデバイス21は、第1のデバイス11による制御の下で、他のデバイスとの間でオーバーレイ通信を行うことが可能となる。ちなみに、このオーバーレイ通信では、アンダーレイ通信と比較して、より高い容量のデータを広い伝達範囲を以って伝送することが可能となる。
When the process proceeds to step S15, the
このステップS15において、第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信終了メッセージを受信した場合、又は第1のデバイス11が自ら通信を行うための通信信号を検出した場合には、ステップS11へと移行する。
In this step S15, when the
このように、本発明を適用したコグニティブ無線通信システム1は、セカンダリシステムにおける第2のデバイス21が、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、最初にアンダーレイ通信において、第1のデバイス11からこれら各種情報を取得することが可能となり、さらに通信許可通知を受けた場合に実際にクライアント−マスターの関係の下で、第2のデバイス21は、第1のデバイス11による制御に基づいて他のデバイスとの間でコグニティブ通信を行うことが可能となる。即ち、本発明によれば、セカンダリシステム10における第1のデバイス11が、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、円滑なコグニティブ無線通信を実現することが可能となる。
As described above, in the cognitive radio communication system 1 to which the present invention is applied, even if the
なお、上述した図2の例では、コグニティブ無線通信システム1が非ライセンス帯域において作動する場合の例である。以下の図4の例では、コグニティブ無線通信システム1において、例えばプライマリシステム10がISM(Industry Science Medical)、GSM(Group Special Mobile)等のような正式に認可されたものある場合である。
2 is an example in which the cognitive radio communication system 1 operates in the non-licensed band. In the example of FIG. 4 below, in the cognitive radio communication system 1, for example, the
図4におけるステップS21において、第2のデバイス21は、待ち受け状態に入る。第2のデバイス21は、この待ち受け状態において、プライマリシステム10における第1のデバイス11からの通信許可通知を待ち続ける。この通信許可通知は、第1のデバイス11が第2のデバイス21に対して通信を許可する旨が記述されてなるとともに、その他通信開始のために必要な各種情報、更に通信可能なチャネルのリストといった情報も含まれる。第2のデバイス21は、かかる第1のデバイス11からの通信許可通知の取得を所定時間毎に実行し、仮に通信許可通知を受信した場合には、ステップS22へと移行する。また第2のデバイス21は、第1のデバイス11からの通信許可通知を受信することができなかった場合、このステップS21における待ち受けをそのまま継続して実行することになる。
In step S21 in FIG. 4, the
ちなみに、この図4のモードでは、第2のデバイス21は、第1のデバイス11による制御の下で動作する。即ち、第2のデバイス21が第1のデバイス11から有効なチャネルリストを得るプロセスや、第1のデバイス11によって制御されるプロセスは、何れも第1のデバイス11の通信帯域において実行される。第2のデバイス21は、第1のデバイス11との間で、あたかもプライマリシステム10を使用する第一ユーザ間の通信のように振舞いつつ通信を行うことになる。
Incidentally, in the mode of FIG. 4, the
ステップS22に移行した場合に、第2のデバイス21は、通信許可処理(イネーブル)を実行する。このステップS22では、第2のデバイス21内部の各構成要素につき、実際に通信を開始するための各種制御を行っていくことになる。このステップS22において所定時間内に通信許可処理が成功した場合には、ステップS23へと移行する。これに対して、所定時間内に通信許可処理が終了せず、或いは所定時間内において通信許可処理が失敗に終わった場合には、ステップS21へと戻り、待ち受け状態に入ることとなる。
When the process proceeds to step S22, the
ステップS23へ移行した場合には、第2のデバイス21は、無線周波数チャネルの検出を行う。即ち、この無線周波数チャネルの検出は、プライマリシステム10において使用されていない周波数リソースを周期的または非周期的にセンシングして使用可能な周波数リソースを認知するために行うものである。このとき、第2のデバイス21は、上述した通信開始メッセージを介して予め第1のデバイス11により通信を許可された所定の帯域について、無線周波数チャネルの検出を行う。仮に第2のデバイス21が属するセカンダリシステム20が、FCCの規定に従う場合には、無線周波数チャネルの検出を30秒程度行う。
When the process proceeds to step S23, the
このステップS23において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、他の無線周波数チャネルが検出された場合には、ステップS21へ戻る。ここでいう他の無線周波数チャネルとは、TVWSに基づく信号も含まれる。また、このステップS23において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、検出エラーが生じた場合には、ステップS21へ戻ることになる。この検出エラーの例としては、A)第2のデバイス21における周波数チャネルの検出モジュールが第2のデバイス21内部の他の機能によりロックされている、B)検出した周波数チャネルの帯域が、予め第1のデバイス11により通信を許可された所定の帯域をカバーしていない、等である。これに対して、このステップS23において、無線周波数チャネルの検出を行った結果、他の無線周波数チャネルが何ら検出されなかった場合には、ステップS24へ移行する。このとき、第2のデバイス21は、アンダーレイモードの下でイニシャライズされることになる。
In step S23, if another radio frequency channel is detected as a result of detecting the radio frequency channel, the process returns to step S21. The other radio frequency channels here include signals based on TVWS. If a detection error occurs as a result of detecting the radio frequency channel in step S23, the process returns to step S21. Examples of this detection error include: A) the frequency channel detection module in the
ステップS24へ移行した場合に、第2のデバイス21は、第1のデバイス11とともに通信を開始する。このステップS24においては、非ライセンス帯域において、又はあくまで第2ユーザとして通信を行う。また第2のデバイス21は、第1のデバイス11による通信の干渉を避けるために、サービスモニタリングも同時に実行する。
When the process proceeds to step S <b> 24, the
このステップS24において、第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信不可通知を受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、ステップS11へと移行する。
In step S24, when the
上述した図4のモードにおいて、セカンダリシステム10における第1のデバイス11が、位置情報の取得やチャネル情報の取得ができないものであっても、円滑なコグニティブ無線通信を実現することが可能となる。
In the mode of FIG. 4 described above, smooth cognitive radio communication can be realized even if the
上述した図4のモードでは、第2のデバイス21が通信許可処理(イネーブル)を実行し、かかる通信許可処理が成功した場合に、使用可能なチャネルを検索する場合である。
In the mode of FIG. 4 described above, the
図5は、他のモードのタイムチャートで示したものである。先ず第2のデバイス21は、通信許可通知用の周波数帯域(例えばISM帯域)を使用し、通信許可メッセージを待ち受ける。第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信許可メッセージを受信した場合には、第1のデバイス11に対して通信許可要求を送信する。かかる通信許可要求を受けた第1のデバイス11において通信許可処理が成功した場合には、かかる通信許可認証通知が第2のデバイス21へと送られることになる。
FIG. 5 is a time chart of another mode. First, the
次に第2のデバイス21は、無線周波数チャネルの検出を行う。即ち、この無線周波数チャネルの検出は、プライマリシステム10において使用するテレビチャネルが使用可能であるかを確認する。仮にこのテレビチャネルが使用されていない場合には実際にそのチャネルを使用して通信を行う。これに対して、テレビチャネルが使用されていた場合には、再度、使用可能なテレビチャネルの探索を続けることとなる。
Next, the
仮に第2のデバイス21が、使用可能ないくつかの有用情報を取得している場合、認証が成功した後に、第2のデバイス21が使用可能なテレビチャネルの探索を行うこととなる。
If the
図6は、図5の処理フローを示したものである。ステップS31において、第2のデバイス21は、待ち受け状態に入る。第2のデバイス21は、この待ち受け状態において、プライマリシステム10における第1のデバイス11からの通信許可通知を待ち続ける。第2のデバイス21は、かかる第1のデバイス11からの通信許可通知を待ち続け、仮に通信許可通知を受信した場合には、ステップS32へと移行する。また第2のデバイス21は、第1のデバイス11からの通信許可通知を受信することができなかった場合、このステップS31における待ち受けをそのまま継続して実行することになる。
FIG. 6 shows the processing flow of FIG. In step S31, the
ステップS32に移行した場合に、第2のデバイス21は、通信許可処理(イネーブル)を実行する。このステップS32において所定時間内に通信許可処理が成功した場合、或いは他の信号が検出されなかった場合には、ステップS33へと移行する。これに対して、所定時間内に通信許可処理が終了せず、或いは所定時間内において通信許可処理が失敗に終わった場合、或いは他の信号検出を確認した場合、或いは他に有効なチャネルが存在しない場合には、ステップS31へと戻り、待ち受け状態に入ることとなる。
When the process proceeds to step S32, the
ステップS33へ移行した場合には、認証されたものとして通信の開始を行うことになるが、このステップS33において通信不可通知、或いは他の信号検出がなされてかつ有効なチャネルが無い場合、或いはdot11DSER有効時間内においてイネーブル信号を検出することができなかった場合た場合にはステップS31へと戻ることになる。また、このステップS33において、他の信号検出がなされてかつ有効なチャネルが存在する場合には、ステップS32へ移行する。 When the process proceeds to step S33, the communication is started as being authenticated. However, in this step S33, when communication is disabled or other signal is detected and there is no effective channel, or dot11DSER If the enable signal cannot be detected within the valid time, the process returns to step S31. In step S33, if another signal is detected and an effective channel exists, the process proceeds to step S32.
図4の処理フローと異なる点は、使用可能なチャネルの確認作業が、ステップS33のイネーブル状態のみならず、その前段階の非イネーブル状態においても実行され得る点である。 The difference from the processing flow of FIG. 4 is that the check operation of usable channels can be executed not only in the enabled state in step S33 but also in the previous non-enabled state.
また、第2のデバイス21が、周波数帯域内において信号を検出した場合には、当該第2のデバイス21は、イネーブル状態を維持し、他の帯域内において有効なチャネルのチェックを行う。また第2のデバイス21は、イネーブル要求を互いに送受信し、STAをイネーブルするための返答を行うことにより、テレビチャネルの有効性を確認する。この有効性のチェック結果は、有効なチャネルリストをアップーデートする際に使用される。
When the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図7に示すような処理フローに基づいて実行するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be executed based on a processing flow as shown in FIG. 7, for example.
先ずテレビチャネルにおいて第2のデバイス21は、通信許可メッセージを待ち受ける。第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信許可メッセージを受信した場合には、イネーブル処理のためのモードに切り替わる。このモードにおいて、第2のデバイス21は、使用可能なテレビチャネルの探索を継続して行うこととなる。そして、その探索が終了した後、第2のデバイス21は、通信許可要求を第1のデバイス11へと送信する。仮にイネーブル処理が成功した場合には、イネーブル状態に入り、通信開始となる。
First, in the television channel, the
これに対して、図8に示すように通信許可要求を送ったが、イネーブル処理が失敗緒に終わった場合には、非イネーブル状態に入り、テレビチャネルの探索期間に移行することとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, a communication permission request is sent, but when the enable process is unsuccessful, it enters a non-enable state and shifts to a TV channel search period.
また図9に示す例において、第2のデバイス21は、テレビチャネル#1を使用し、通信許可メッセージを待ち受ける。第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信許可メッセージを受信した場合には、第1のデバイス11に対して通信許可要求を送信する。かかる通信許可要求を受けた第1のデバイス11において通信許可処理が成功した場合には、かかる通信許可認証通知が第2のデバイス21へと送られることになる。
In the example shown in FIG. 9, the
次に第2のデバイス21は、テレビチャネル#2において無線周波数チャネルの検出を行う。即ち、この無線周波数チャネルの検出は、プライマリシステム10において使用するテレビチャネルが使用可能であるかを確認する。仮にこのテレビチャネルが使用されていない場合には実際にそのチャネルを使用して通信を行う。これに対して、テレビチャネルが使用されていた場合には、再度、使用可能なテレビチャネルの探索を続けることとなる。仮に第2のデバイス21が、イネーブル成功の場合にはイネーブル状態に移行し、通信を実行することになる。これに対してイネーブル失敗の場合には、非イネーブル状態となり、使用可能なテレビチャネルの探索を継続して実行することになる。
Next, the
図10の例では、第2のデバイス21は、ISM帯域において、通信許可メッセージを待ち受ける。第2のデバイス21は、第1のデバイス11から通信許可メッセージを受信した場合には、第1のデバイス11に対して通信許可要求を送信する。かかる通信許可要求を受けた第1のデバイス11において通信許可処理が成功した場合には、かかる通信許可認証通知が第2のデバイス21へと送られることになる。
In the example of FIG. 10, the
また、第2のデバイス21は、上述したISM帯域における処理と併行して、テレビチャネル#2において使用可能なテレビチャネルの探索を行い、その後の処理は、上述と同様である。
The
図11の例では、第2のデバイス21は、ISM帯域において、テレビチャネル#1に関する通信許可メッセージを待ち受ける。第2のデバイス21は、第1のデバイス11からテレビチャネル#1に関する通信許可メッセージを受信した場合には、第1のデバイス11に対して通信許可要求を送信する。かかる通信許可要求を受けた第1のデバイス11において通信許可処理が成功した場合には、かかる通信許可認証通知が第2のデバイス21へと送られることになる。
In the example of FIG. 11, the
また、第2のデバイス21は、上述したISM帯域における処理と併行して、テレビチャネル#2において使用可能なテレビチャネルの探索を行う。そして、信号を検出できた場合には、イネーブル状態に移行する。また更に30秒以上に亘って探索時間を増加させ、テレビチャネル#2において使用可能なテレビチャネルの探索を行う。仮に第2のデバイス21が、イネーブル成功の場合にはイネーブル状態に移行し、通信を実行することになる。これに対してイネーブル失敗の場合には、非イネーブル状態となり、使用可能なテレビチャネルの探索を継続して実行することになる。
Further, the
図12の例では、図11の例の変形例であって、テレビチャネル#1の探索が終わった後、サービスモニタリング期間を設ける例である。その他の細かい動作フローは図11の例と同様であるが、係る図12の例においても上述と同様の効果を奏することは勿論である。 The example of FIG. 12 is a modification of the example of FIG. 11, and is an example in which a service monitoring period is provided after the search for the television channel # 1 is completed. The other detailed operation flow is the same as that of the example of FIG. 11, but it is needless to say that the example of FIG.
1 コグニティブ無線通信システム
10 プライマリシステム
11 第1のデバイス
12 基地局
20 セカンダリシステム
21 第2のデバイス
1 Cognitive
Claims (4)
セカンダリシステムを構成するとともに、上記位置情報取得手段及び上記チャネル情報取得手段を有しない第2のデバイスとを備え、
上記第2のデバイスは、
上記第1のデバイスから送信されてくる通信開始メッセージを検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、
所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、
上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、上記第1のデバイスとの間で、信号レベルを低くしつつ通信を行うことにより、上記第1のデバイスから上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得するアンダーレイ通信ステップと、
上記アンダーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信許可通知を受信した場合には、上記信号レベルを高くしつつ、上記第1のデバイスによる制御の下で他のデバイスとの間で通信を行うオーバーレイ通信ステップとを有し、
上記オーバーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合には、上記アンダーレイ通信ステップに移行し、
上記アンダーレイ通信ステップ又は上記オーバーレイ通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信終了メッセージを受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行すること
を実行することを特徴とするコグニティブ無線通信システム。 A first device that constitutes a primary system and has channel information acquisition means for acquiring position information acquisition means for acquiring position information and / or channel information acquisition means from a database in which channel information is recorded;
A secondary system and a second device that does not include the position information acquisition unit and the channel information acquisition unit;
The second device is
If a communication start message transmitted from the first device is detected, a communication start processing step for executing communication start processing;
When the communication start process is successful within a predetermined period, a frequency detection step for detecting a radio frequency channel;
When the predetermined radio frequency channel is not detected in the frequency detection step, the position information is transmitted from the first device by performing communication with the first device while reducing the signal level. And / or underlay communication step for obtaining the channel information;
When a communication permission notification is received from the first device in the underlay communication step, communication is performed with another device under the control of the first device while increasing the signal level. An overlay communication step,
If a communication failure notification is received from the first device in the overlay communication step, the process proceeds to the underlay communication step.
In the underlay communication step or the overlay communication step, when a communication end message is received from the first device or when a communication signal is detected by the first device, the process proceeds to the communication start processing step. A cognitive radio communication system characterized by:
セカンダリシステムを構成するとともに、上記位置情報取得手段及び上記チャネル情報取得手段を有しない第2のデバイスとを備え、
上記第2のデバイスは、
上記第1のデバイスから送信されてくる通信許可通知を検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、
所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、
上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、通信を開始する通信ステップとを有し、
上記通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行すること
を実行することを特徴とするコグニティブ無線通信システム。 A first device that constitutes a primary system and has channel information acquisition means for acquiring position information acquisition means for acquiring position information and / or channel information acquisition means from a database in which channel information is recorded;
A secondary system and a second device that does not include the position information acquisition unit and the channel information acquisition unit;
The second device is
A communication start processing step for executing a communication start process when a communication permission notification transmitted from the first device is detected;
When the communication start process is successful within a predetermined period, a frequency detection step for detecting a radio frequency channel;
When a predetermined radio frequency channel is not detected in the frequency detecting step, and a communication step of starting the communication,
In the communication step, when a communication failure notification is received from the first device, or when a communication signal from the first device is detected, the process proceeds to the communication start processing step. A cognitive radio communication system.
上記第2のデバイスにより、
上記第1のデバイスから送信されてくる通信開始メッセージを検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、
所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、
上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、上記第1のデバイスとの間で、信号レベルを低くしつつ通信を行うことにより、上記第1のデバイスから上記位置情報及び/又は上記チャネル情報を取得するアンダーレイ通信ステップと、
上記アンダーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信許可通知を受信した場合には、上記信号レベルを高くしつつ上記第1のデバイスによる制御の下で他のデバイスとの間で通信を行うオーバーレイ通信ステップとを順に実行し、
上記オーバーレイ通信ステップにおいて上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合には、上記アンダーレイ通信ステップに移行し、
上記アンダーレイ通信ステップ又は上記オーバーレイ通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信終了メッセージを受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行すること
を特徴とするコグニティブ無線通信方法。 A first device that constitutes a primary system, obtains position information and / or obtains the channel information from a database in which channel information is recorded, and constitutes a secondary system and obtains the position information and the channel In a cognitive radio communication method in a radio communication system having a second device that does not acquire information,
With the second device,
If a communication start message transmitted from the first device is detected, a communication start processing step for executing communication start processing;
When the communication start process is successful within a predetermined period, a frequency detection step for detecting a radio frequency channel;
When the predetermined radio frequency channel is not detected in the frequency detection step, the position information is transmitted from the first device by performing communication with the first device while reducing the signal level. And / or underlay communication step for obtaining the channel information;
When a communication permission notification is received from the first device in the underlay communication step, an overlay for communicating with other devices under the control of the first device while increasing the signal level The communication steps are executed in order,
If a communication failure notification is received from the first device in the overlay communication step, the process proceeds to the underlay communication step.
In the underlay communication step or the overlay communication step, when a communication end message is received from the first device or when a communication signal is detected by the first device, the process proceeds to the communication start processing step. A cognitive radio communication method characterized by the above.
上記第2のデバイスにより、
上記第1のデバイスから送信されてくる通信許可通知を検出した場合には、通信開始処理を実行する通信開始処理ステップと、
所定期間内において通信開始処理が成功した場合には、無線周波数チャネルの検出を行う周波数検出ステップと、
上記周波数検出ステップにおいて所定の無線周波数チャネルが検出されなかった場合には、通信を開始する通信ステップとを順に実行し、
上記通信ステップにおいて、上記第1のデバイスから通信不可通知を受信した場合、又は上記第1のデバイスによる通信信号を検出した場合には、上記通信開始処理ステップへ移行すること
を特徴とするコグニティブ無線通信方法。 A first device that constitutes a primary system, obtains position information and / or obtains the channel information from a database in which channel information is recorded, and constitutes a secondary system and obtains the position information and the channel In a cognitive radio communication method in a radio communication system having a second device that does not acquire information,
With the second device,
A communication start processing step for executing a communication start process when a communication permission notification transmitted from the first device is detected;
When the communication start process is successful within a predetermined period, a frequency detection step for detecting a radio frequency channel;
When a predetermined radio frequency channel is not detected in the frequency detecting step performs a communication step of starting the communication in order,
In the communication step, when a communication failure notification is received from the first device, or when a communication signal from the first device is detected, the process proceeds to the communication start processing step. Communication method.
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