JP5872926B2 - 電波環境管理システムおよび電波環境管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波環境管理システムおよび電波環境管理方法に関する。

近年、移動通信の分野においては、周波数の逼迫に対処するために、周波数の２次利用が多方面で検討されている。例えば、周波数の１次割当による移動通信システム（以下、第１無線システムと称する）が当該周波数を利用していない地域（一般にはホワイトスペースと呼ばれている）で、当該周波数が２次割当されている別の移動通信システム（以下、第２無線システムと称する）を運用し利用することが検討されている。このような運用形態では、第２無線システムの無線信号が第１無線システムに対して電波干渉を与えていないことが要求される。非特許文献１には、ホワイトスペースの利用に関しての技術課題として、ある一定の法則に従って第２無線システムの送信条件を予め決定する手法などが開示されている。

「ホワイトスペースにおける新たなブロードバンドアクセスに向けた研究開発」、信学技報、SR2011-76、2011年10月

ホワイトスペースの有効利用のためには、ホワイトスペースの変動を測定し推定して電波環境を管理することが肝要である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ホワイトスペースの変動を測定し推定して電波環境を管理することができる電波環境管理システムおよび電波環境管理方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電波環境管理システムは、第１無線システムのサービスエリア内の電波環境を管理する電波環境管理システムであり、電波環境管理装置と、前記電波環境管理装置に通信回線で接続される複数の信号検出器と、を設け、前記複数の信号検出器は前記第１無線システムのサービスエリア内に設けられ、前記信号検出器は、自己が受信した信号から前記第１無線システムの無線信号を検出する機能と、自己が受信した信号から前記第１無線システムの無線信号と同じ周波数帯域の第２無線システムの無線信号を検出する機能と、を有し、前記電波環境管理装置は、前記第１無線システムのサービスエリア内に在るホワイトスペースの範囲を推定するホワイトスペース推定部を有し、前記ホワイトスペース推定部は、前記第１無線システムおよび前記第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した前記信号検出器の位置において、前記第２無線システムの無線局が電波を発信してもよい電波発信点の範囲、を推定する、ことを特徴とする。

本発明に係る電波環境管理システムにおいて、前記ホワイトスペース推定部は、第１無線システムおよび第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した信号検出器が複数ある場合に、各信号検出器に関する前記推定された電波発信点の範囲についての重複部分を算出する、ことを特徴とする。

本発明に係る電波環境管理システムにおいて、前記電波環境管理装置は、第２無線システムに対する制御を行う制御部と、信号検出器の検出結果に基づいて、第１無線システムに対する第２無線システムからの電波干渉の有無を検証する電波干渉検証部と、を有し、前記制御部は、ホワイトスペースの推定範囲内に存在する第２無線システムに対して無線信号の送信を許可し、前記電波干渉検証部の検証結果により電波干渉ありと判断された第２無線システムに対して無線信号の送信停止を命令する、ことを特徴とする。

本発明に係る電波環境管理方法は、第１無線システムのサービスエリア内の電波環境を管理する電波環境管理方法であり、電波環境管理装置と、前記電波環境管理装置に通信回線で接続される複数の信号検出器と、を設け、前記複数の信号検出器は前記第１無線システムのサービスエリア内に設けられ、前記信号検出器は、自己が受信した信号から、前記第１無線システムの無線信号と、前記第１無線システムの無線信号と同じ周波数帯域の第２無線システムの無線信号を検出し、前記電波環境管理装置は、前記第１無線システムのサービスエリア内に在るホワイトスペースの範囲を推定する際に、前記第１無線システムおよび前記第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した前記信号検出器の位置において、前記第２無線システムの無線局が電波を発信してもよい電波発信点の範囲、を推定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ホワイトスペースの変動を推定して電波環境を管理することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る電波環境管理システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るエリア０〜５の説明である。 本発明の一実施形態に係る電波環境管理サーバ１０の構成図である。 本発明の一実施形態に係る電波環境管理方法の処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るホワイトスペース推定処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るホワイトスペース推定処理を説明するための説明図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電波環境管理システムの概略構成図である。図１において、第１無線システムの親局１００は、自己のサービスエリア内で子局２００と無線通信する。第１無線システムの親局１００のサービスエリア内には、信号検出器３０が複数設けられている。各信号検出器３０は、通信回線で電波環境管理サーバ１０と接続されている。電波環境管理サーバ１０は、本発明に係る電波環境管理装置の一実施形態としてのサーバコンピュータである。

信号検出器３０は、自己が受信した信号から、第１無線システムの無線信号（以下、第１無線システム信号と称する）を検出する機能と、第２無線システムの無線信号（以下、第２無線システム信号と称する）を検出する機能とを有する。第１無線システム信号は、第１無線システムの親局１００が送信する信号と、該親局１００に接続する子局２００が送信する信号とを含む。信号検出器３０は、第１無線システム信号のうち、親局１００が送信する信号と子局２００が送信する信号とを区別して検出する。第２無線システム信号は、第２無線システムの無線局（図示せず）が送信する信号である。

なお、第１無線システムは、周波数の１次割当により運用するものであればよい。例えば、第１無線システムとしては、移動通信システム（親局が基地局であり、子局が移動局である）、無線局が固定された（移動しない）無線通信システム、又は、放送システム（親局が放送局であり、子局が受信局である）などが挙げられる。第２無線システムは、周波数の２次割当（あるいは１次割当）により運用するものであればよい。例えば、第２無線システムとしては、移動通信システム（基地局と移動局から構成される）、又は、無線端末間で通信する端末間通信システムなどが挙げられる。

信号検出器３０は、自己が検出した信号（第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号もしくは子局２００が送信する信号、又は第２無線システム信号）を表す情報と、その検出した信号の受信強度を表す情報と、自己の識別情報とを電波環境管理サーバ１０へ送信する。

第１無線システムの親局１００のサービスエリアは、６個のエリア０〜５に分類される。図２は、本実施形態に係るエリア０〜５の説明である。

エリア０は、第２無線システム信号を所定の受信強度以上で検出できないエリアであって、第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号および子局２００が送信する信号の両方を、所定の受信強度以上で検出できるエリアである。

エリア１は、第２無線システム信号を所定の受信強度以上で検出できないエリアであって、第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号を所定の受信強度以上で検出できない、且つ、子局２００が送信する信号を所定の受信強度以上で検出できる、エリアである。

エリア２は、第２無線システム信号を所定の受信強度以上で検出できないエリアであって、第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号を所定の受信強度以上で検出できる、且つ、子局２００が送信する信号を所定の受信強度以上で検出できない、エリアである。

エリア３は、第２無線システム信号を所定の受信強度以上で検出できないエリアであって、第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号および子局２００が送信する信号の両方を、所定の受信強度以上で検出できないエリアである。

エリア４及び５は、第２無線システム信号を所定の受信強度以上で検出できるエリアであって、第１無線システム信号のうち親局１００が送信する信号および子局２００が送信する信号の両方を、所定の受信強度以上で検出できないエリアである。エリア５は、エリア４内に包含される。エリア５は、第２無線システムの無線局が信号を送信してもよい地点（ホワイトスペース）である。エリア４は、第２無線システムの無線局の信号送信が許容されない地点（ホワイトスペースではない）である。

図３は、本実施形態に係る電波環境管理サーバ１０の構成図である。図３において、電波環境管理サーバ１０は、通信部１１と記憶部１２と制御部１３と検出器分類部１４とホワイトスペース推定部１５と電波干渉検証部１６とを有する。通信部１１は、通信回線を介して信号検出器３０等とデータを送受信する。記憶部１２は各種のデータを記憶する。制御部１３は、第２無線システムに対する制御を行う。検出器分類部１４は、信号検出器３０の分類を行う。ホワイトスペース推定部１５は、ホワイトスペースの範囲を推定する。本実施形態では、エリア５がホワイトスペースである。電波干渉検証部１６は、第１無線システムに対する第２無線システムからの電波干渉の有無を検証する。

電波環境管理サーバ１０は、以下に示す情報を有する。
・第１無線システムの親局１００および子局２００の位置（緯度、経度）および通信仕様（周波数、帯域、アンテナ特性、出力電力など）の情報。
・第２無線システムの無線局の位置（緯度、経度）および通信仕様（周波数、帯域、アンテナ特性、出力電力など）の情報。
・信号検出器３０の位置および通信仕様（周波数、帯域、アンテナ特性など）の情報。
・地図データ（例えば、地図のプロファイル）
・電波伝搬路上の障害物のデータ

次に、図４を参照して本実施形態に係る電波環境管理サーバ１０の動作を説明する。図４は、本実施形態に係る電波環境管理方法の処理のフローチャートである。

（ステップＳ１）電波環境管理サーバ１０の通信部１１は、各信号検出器３０から、各信号検出器３０が検出した信号に関する情報を取得する。通信部１１は、取得した情報を記憶部１２に格納する。

（ステップＳ２）検出器分類部１４は、記憶部１２内の情報に基づいて、各信号検出器３０がエリア０〜５のうちどのエリアに属するのかを判定する。この判定には図２の判定基準を用いる。

（ステップＳ３）ホワイトスペース推定部１５は、検出器分類部１４による信号検出器３０の分類結果に基づいて、ホワイトスペース推定処理を行う。ホワイトスペース推定処理については後述する。

（ステップＳ４）制御部１３は、ホワイトスペース推定部１５によって推定されたホワイトスペースの範囲が所定の運用条件を満たすかを判定する。この運用条件は、第２無線システムを運用しても、第１無線システムの運用に支障をきたさないようにするためのものである。その判定の結果、合格である場合にはステップＳ５に進み、不合格である場合にはステップＳ９に進む。

（ステップＳ５）制御部１３は、ホワイトスペースの推定範囲内に存在する第２無線システムに対して第２無線システム信号の送信を許可する。

（ステップＳ６）電波干渉検証部１６は、検出器分類部１４による信号検出器３０の分類結果に基づいて、エリア０、１、２で電波干渉の有無を検証する。具体的には、エリア０、１、２に属する信号検出器３０から、該信号検出器３０が検出した信号に関する情報を取得する。そして、その取得した情報による第２無線システム信号の検出結果に基づいて、第２無線システム信号による第１無線システムへの電波干渉の有無を判断する。

（ステップＳ７）ステップＳ６の結果、電波干渉ありの場合にはステップＳ８に進み、電波干渉なしの場合にはステップＳ９に進む。

（ステップＳ８）制御部１３は、電波干渉ありと判断された第２無線システムに対して第２無線システム信号の送信停止を命令する。

（ステップＳ９）制御部１３は、第２無線システムに対する制御結果、及びホワイトスペースの推定範囲などの情報を含むメッセージを出力する。

次に、図５および図６を参照して、本実施形態に係るホワイトスペース推定処理を説明する。図５は、本実施形態に係るホワイトスペース推定処理のフローチャートである。図６は、本実施形態に係るホワイトスペース推定処理を説明するための説明図である。

（ステップＳ３１）ホワイトスペース推定部１５は、検出器分類部１４による信号検出器３０の分類結果に基づいて、エリア３に属する信号検出器３０を一つ選択する。

（ステップＳ３２）ホワイトスペース推定部１５は、ステップＳ３１で選択した信号検出器３０に関するエリア５の範囲を推定する。具体的には、第２無線システムの無線局が電波を発信した場合に、当該信号検出器３０の位置でエリア５の信号検出条件（図２参照）を満足する電波発信点の範囲、を推定する。この推定した範囲が、当該信号検出器３０に関するエリア５の推定範囲である。ホワイトスペース推定部１５は、当該エリア５の推定範囲を示すデータを記憶部１２に格納する。

エリア５の範囲の推定には、第２無線システムの無線局の通信仕様（周波数、帯域、アンテナ特性、出力電力など）および電波伝搬特性を用いる。電波伝搬特性は、当該地域の地図データ及び障害物データを用いて算出することができる。なお、電波伝搬損失は、２乗則としてもよい。電波伝搬損失に２乗則を用いる場合には、ホワイトスペースは安全方向に（狭くなるように）範囲が推定される。

（ステップＳ３３）ホワイトスペース推定部１５は、エリア３に属する他の信号検出器３０があるかを判断する。この結果、他の信号検出器３０がある場合にはステップＳ３１に戻る。一方、エリア３に属する全信号検出器３０を選択し終えた場合にはステップＳ３４に進む。

（ステップＳ３４）ホワイトスペース推定部１５は、エリア３に属する各信号検出器３０に関するエリア５の推定範囲に関して、その重複部分を算出する。この重複部分が、最終的なエリア５（ホワイトスペース）の推定範囲である。図６の例では、エリア３に属する３個の信号検出器３０に関するエリア５の推定範囲から、その重複部分としてエリア５の範囲が推定されている。

上述した実施形態によれば、信号検出器が検出した無線信号に基づいてホワイトスペースの変動を推定することにより、電波環境を管理することができる。これにより、以下に示すような効果が得られる。

既に利用されている周波数において、ホワイトスペースを活用することに寄与することができる。例えば、ホワイトスペースにおいて、携帯電話の端末間通信や自営通信によってデータオフロード等の効用が得られる。これにより、周波数の有効利用を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１０…電波環境管理サーバ（電波環境管理装置）、１１…通信部、１２…記憶部、１３…制御部、１４…検出器分類部、１５…ホワイトスペース推定部、１６…電波干渉検証部、３０…信号検出器

Claims (4)

1. 第１無線システムのサービスエリア内の電波環境を管理する電波環境管理システムであり、
   電波環境管理装置と、
   前記電波環境管理装置に通信回線で接続される複数の信号検出器と、を設け、
   前記複数の信号検出器は前記第１無線システムのサービスエリア内に設けられ、
   前記信号検出器は、自己が受信した信号から前記第１無線システムの無線信号を検出する機能と、自己が受信した信号から前記第１無線システムの無線信号と同じ周波数帯域の第２無線システムの無線信号を検出する機能と、を有し、
   前記電波環境管理装置は、前記第１無線システムのサービスエリア内に在るホワイトスペースの範囲を推定するホワイトスペース推定部を有し、
   前記ホワイトスペース推定部は、
   前記第１無線システムおよび前記第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した前記信号検出器の位置において、前記第２無線システムの無線局が電波を発信してもよい電波発信点の範囲、を推定する、
   ことを特徴とする電波環境管理システム。
2. 前記ホワイトスペース推定部は、第１無線システムおよび第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した信号検出器が複数ある場合に、各信号検出器に関する前記推定された電波発信点の範囲についての重複部分を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電波環境管理システム。
3. 前記電波環境管理装置は、
   第２無線システムに対する制御を行う制御部と、
   信号検出器の検出結果に基づいて、第１無線システムに対する第２無線システムからの電波干渉の有無を検証する電波干渉検証部と、を有し、
   前記制御部は、
   ホワイトスペースの推定範囲内に存在する第２無線システムに対して無線信号の送信を許可し、前記電波干渉検証部の検証結果により電波干渉ありと判断された第２無線システムに対して無線信号の送信停止を命令する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電波環境管理システム。
4. 第１無線システムのサービスエリア内の電波環境を管理する電波環境管理方法であり、
   電波環境管理装置と、
   前記電波環境管理装置に通信回線で接続される複数の信号検出器と、を設け、
   前記複数の信号検出器は前記第１無線システムのサービスエリア内に設けられ、
   前記信号検出器は、自己が受信した信号から、前記第１無線システムの無線信号と、前記第１無線システムの無線信号と同じ周波数帯域の第２無線システムの無線信号を検出し、
   前記電波環境管理装置は、前記第１無線システムのサービスエリア内に在るホワイトスペースの範囲を推定する際に、前記第１無線システムおよび前記第２無線システムの両方の無線信号を不検出であると判定した前記信号検出器の位置において、前記第２無線システムの無線局が電波を発信してもよい電波発信点の範囲、を推定する、
   ことを特徴とする電波環境管理方法。

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