JP5942252B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばコグニティブ無線システムとコグニティブ無線システム以外の他の無線システムとの通信を行う通信装置及び通信方法に関する。

近年、通信に使用する周波数、帯域幅または通信システムなどをその時々の利用状況に応じて動的に変化させることにより、周波数資源の有効活用を行うコグニティブ無線システムの検討が行われている。このうち、他の無線システムと同じリソースを用いて通信を行う周波数共用型のコグニティブ無線システムを利用する場合は、他の無線システムへの干渉を防ぐため、空きリソースの探索技術が必要となる。

従来、空きリソースの探索技術として、他の無線システムの信号を監視する期間を設けて、空きリソースを探索する方法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、コグニティブ無線システムの無線フレーム内にキャリアセンス期間を設けて、他の無線システムの信号を監視する。そして、監視した結果、他の無線システムの信号が検出されなかった場合に空きリソースと判断し、空きリソースを用いてコグニティブ無線システムの通信を行う。これにより、他の無線システムへの干渉を防ぐことができる。

また、従来、空きリソースの探索と登録とを事前に行い、通信を開始する際に、登録しておいた空きリースを用いる方法が知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２では、移動局、中継局及び基地局などの各無線ポートは、発呼要求または接続要求がない場合は、空きチャネルの探索及び登録を繰り返し行い、発呼要求または接続要求があった場合は、登録されているチャネルにより後段の無線ポートに接続する。このように、他のシステムで使用しているリソースを避けながらステップバイステップ式に回線接続を行うことにより、異なる無線システム間でリソースを共用することができる。

特開２００８−７８８０７号公報 特開２００２−１３５８４１号公報

しかしながら、特許文献１においては、キャリアセンス期間内に他の無線システムの信号があるにも関わらず他の無線システムの信号検出に失敗した場合、コグニティブ無線システムの送信信号が他の無線システムへの干渉になるという問題がある。また、特許文献２においては、空きチャネルの探索に失敗して、空きチャネルが無いにも関わらず、誤って空きチャネルを登録してしまった場合、異なる無線システム間で干渉を生じるという問題がある。

本発明の目的は、空きリソースの探索を行うことなく空きリソースを確実に検出することができ、空きリソースの探索に失敗することによる無線システム間における干渉を回避することができる通信装置及び通信方法を提供することである。

本発明の通信装置は、第１の通信方式の中継装置として動作するとともに第２の通信方式の基地局装置として動作する通信装置であって、前記第１の通信方式を用いた通信におけるデータの送信に用いるリソースを前記第１の通信方式に従って割り当て、前記データを前記割り当てたリソースの少なくとも一部を用いて転送する転送手段と、前記第１の通信方式と異なる前記第２の通信方式の通信を行う通信手段と、前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ない場合、前記データに割り当てられたリソースのうち前記転送されるデータに用いられるリソース以外のリソースである空きリソースを用いて前記第２の通信方式の通信を行うように制御する制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明の通信方法は、第１の通信方式の中継装置として動作するとともに第２の通信方式の基地局装置として動作する通信装置における通信方法であって、前記第１の通信方式を用いた通信におけるデータの送信に用いるリソースを前記第１の通信方式に従って割り当て、前記データを前記割り当てたリソースの少なくとも一部を用いて転送するステップと、前記第１の通信方式と異なる前記第２の通信方式の通信を行うステップと、前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ない場合、前記データに割り当てられたリソースのうち前記転送されるデータに用いられるリソース以外のリソースである空きリソースを用いて前記第２の通信方式の通信を行うように制御するステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、空きリソースの探索を行うことなく空きリソースを確実に検出することができ、空きリソースの探索に失敗することによる無線システム間における干渉を回避することができる。

本発明の実施の形態１における通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る小型基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における各装置の下りリンクにおける動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態１における４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングを示す図 本発明の実施の形態１における４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングを示す図 本発明の実施の形態１における各装置の上りリンクにおける動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態１における４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングを示す図 本発明の実施の形態１における４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングを示す図 本発明の実施の形態２に係る小型基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における各装置の下りリンクにおける動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態２における各装置の上りリンクにおける動作を示すシーケンス図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施の形態では、他の無線システムを４Ｇ無線システム（3GPP LTE（Long Term Evolution）-Advanced）（第１の通信方式）とし、コグニティブ無線システム（第２の通信方式）の下りリンクをＯＦＤＭ及び上りリンクをＳＣ−ＦＤＭＡとする場合を例に説明する。本発明の実施の形態では、周波数共用型のコグニティブ無線システムを用いる場合について説明する。

なお、本発明では、他の無線システムは、４Ｇ無線システム以外であってもよい。また、本発明では、コグニティブ無線システムは、上りリンク及び下りリンクを上記以外の通信方式にしてもよい。

（実施の形態１）
＜通信システムの構成＞
本発明の実施の形態１における通信システム１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における通信システム１０の構成を示す図である。

通信システム１０は、４Ｇ基地局装置２０と、４Ｇ通信端末装置３０と、コグニティブ通信端末装置４０と、小型基地局装置１００とから主に構成されている。

４Ｇ基地局装置２０は、４Ｇ無線システムで通信を行う基地局装置である。４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００を介して４Ｇ通信端末装置３０に下りデータを送信するか、または４Ｇ通信端末装置３０に下りデータを直接送信する。４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００を介して４Ｇ通信端末装置３０から上りデータを受信するか、または４Ｇ通信端末装置３０から上りデータを直接受信する。

４Ｇ通信端末装置３０は、４Ｇ無線システムで通信を行う通信端末装置である。４Ｇ通信端末装置３０は、４Ｇ基地局装置２０から送信された下りデータを小型基地局装置１００を介して受信するか、または４Ｇ基地局装置２０から送信された下りデータを４Ｇ基地局装置２０から直接受信する。４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００を介して上りデータを４Ｇ基地局装置２０に送信するか、または上りデータを４Ｇ基地局装置２０に直接送信する。

コグニティブ通信端末装置４０は、周波数共用型のコグニティブ無線システムで通信を行う通信端末装置である。コグニティブ通信端末装置４０は、小型基地局装置１００から下りデータを受信する。コグニティブ通信端末装置４０は、小型基地局装置１００に対して上りデータを送信する。

小型基地局装置１００は、４Ｇ無線システム及び周波数共用型のコグニティブ無線システムで通信を行う基地局装置である。具体的には、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０と４Ｇ通信端末装置３０との間における無線通信の中継を行う４Ｇリレー局の機能を有している。小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０との間で無線通信を行うコグニティブ無線システムの基地局装置の機能を有している。

通信システム１０では、４Ｇ基地局装置２０と小型基地局装置１００との間の無線通信、小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０との間の無線通信、及び小型基地局装置１００とコグニティブ通信端末装置４０との間の無線通信を、同一周波数で運用する。また、４Ｇ基地局装置２０と小型基地局装置１００との間の無線通信、及び小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０との間の無線通信は時分割多重する。

＜小型基地局装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る小型基地局装置１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る小型基地局装置１００の構成を示すブロック図である。

転送データ生成部１０８、誤り訂正符号化部１０９、データ変調部１１０、リソースマッピング部１１１、ＲＦ部１１２、アンテナ１１３、誤り訂正符号化部１２８、データ変調部１２９、ＤＦＴ部１３０、リソースマッピング部１３１，ＲＦ部１３２及びアンテナ１３３は、４Ｇ無線システムのデータを転送する転送手段を構成している。

コグニティブ送信データ生成部１１５、誤り訂正符号化部１１６、データ変調部１１７、リソースマッピング部１１８、ＲＦ部１１９、アンテナ１２０、アンテナ１２１、ＲＦ部１２２、リソースデマッピング部１２３、ＩＤＦＴ部１３４、データ復調部１３５及び誤り訂正復号部１３６は、コグニティブ無線システムの通信を行う通信手段を構成している。

小型基地局装置１００は、下りリンク処理部１７０及び上りリンク処理部１８０を有している。下りリンク処理部１７０は、下りリンクにおける４Ｇ無線システムの転送、または下りリンクにおけるコグニティブ無線システムの通信を行う。上りリンク処理部１８０は、上りリンクにおける４Ｇ無線システムの転送、または上りリンクにおけるコグニティブ無線システムの通信を行う。

アンテナ１０１は、無線信号を受信してＲＦ部１０２に出力する。アンテナ１０１で受信される信号は、４Ｇ基地局装置２０から送信された４Ｇ通信端末装置３０へ転送する信号である。

ＲＦ部１０２は、アンテナ１０１から入力した受信信号をダウンコンバートするとともに同期処理する。その後、ＲＦ部１０２は、受信信号よりガードインターバルを除去するとともに受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行い、リソースデマッピング部１０３に出力する。

リソースデマッピング部１０３は、ＲＦ部１０２から入力した高速フーリエ変換した受信信号より、受信信号に含まれている制御信号部及びデータ信号部の周波数成分（サブキャリアまたはリソースブロック）を抽出してデータ復調部１０４に出力する。ここで、制御信号部は、自分宛の制御情報を探すために、既知である複数のリソース候補から一つを選択し、その情報に基づき抽出される。また、データ信号部は、制御情報の後述する復号後に、データ解読部１０６から入力した、データ信号のデマッピング情報に基づき、抽出される。

データ復調部１０４は、リソースデマッピング部１０３から入力した制御信号部及びデータ信号部の周波数成分を復調し、制御信号部及びデータ信号部の復調信号を誤り訂正復号部１０５に出力する。ここで、制御信号部は、既知の復調情報に基づき復調される。また、データ信号部は、制御情報の後述する復号後に、データ解読部１０６から入力した、データ信号の復調情報に基づき復調される。

誤り訂正復号部１０５は、データ復調部１０４から入力した制御信号部及びデータ信号部の復調信号に対して誤り訂正復号を施し、制御信号部の復号データをデータ解読部１０６に出力し、データ信号部の復号データを転送データ生成部１０８に出力する。ここで、制御信号部は、既知の復号情報に基づき復号される。また、データ信号部は、制御情報の復号後に、データ解読部１０６から入力した、データ信号の復号情報に基づき復号される。なお、誤り訂正復号部１０５は、レートデマッチ機能も有しているが、その処理の詳細な説明を省略する。

データ解読部１０６は、誤り訂正復号部１０５から入力した復号データに含まれる制御情報を抽出し、抽出した制御情報を読み解く。具体的には、データ解読部１０６は、対応するデータ信号のデマッピング情報、データ信号を復調するための復調情報、データ信号を復号するための復号情報、データサイズ情報、転送先の４Ｇ通信端末装置３０を特定する転送先情報、及び小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報を読み解く。データ解読部１０６は、データ信号のデマッピング情報をリソースデマッピング部１０３に出力し、データ信号の復調情報をデータ復調部１０４に出力し、データ信号の復号情報及びデータサイズ情報を誤り訂正復号部１０５に出力し、データサイズ情報、転送先情報、及び小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報を転送制御部１０７に出力する。ここで、小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報は、小型基地局装置１００から定期的に送信される既知信号を用いて４Ｇ基地局装置２０において生成される、小型基地局装置１００と４Ｇ基地局装置２０との間の回線品質情報に基づき生成した情報である。

転送制御部１０７は、データ解読部１０６から入力したデータサイズ情報及び転送先情報と、データ解読部１２７から入力した４Ｇ通信端末装置３０より受信した４Ｇ下り回線品質情報とに基づいて、転送のためのスケジューリングを行い、小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報を決定する。ここで、小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報とは、４Ｇ基地局装置２０から受信した４Ｇデータ信号を転送する際のリソース割り当て情報、変調情報、復調情報、符号化情報及び復号情報である。

転送制御部１０７は、データ解読部１０６から入力した小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報と、データ解読部１２７から入力した上りリンクの４Ｇ上り回線品質情報とに基づいて、４Ｇ通信端末装置３０の上りリンクのスケジューリングを行い、４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報を決定する。ここで、４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報とは、４Ｇ通信端末装置３０が４Ｇ無線システムのデータ信号を送信するためのリソース割り当て情報、変調情報、復調情報、符号化情報及び復号情報である。

転送制御部１０７は、小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報及び４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報を転送データ生成部１０８及びコグニティブ制御部１１４に出力する。転送制御部１０７は、符号化情報を誤り訂正符号化部１０９に出力し、変調情報をデータ変調部１１０に出力し、リソース割当情報をリソースマッピング部１１１に出力する。

転送制御部１０７は、上りリンク動作時には、リソース割当情報をリソースデマッピング部１２３に出力し、復調情報をデータ復調部１２５に出力し、復号情報を誤り訂正復号部１２６に出力する。

転送データ生成部１０８は、転送制御部１０７から入力した小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報及び４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報に基づいて、転送のための制御情報を生成する。転送データ生成部１０８は、生成した制御情報と、誤り訂正復号部１０５から入力したデータ信号（転送ペイロードデータ）部の復号データとを、誤り訂正符号化部１０９に出力する。

誤り訂正符号化部１０９は、転送制御部１０７から入力した符号化情報に基づいて、転送データ生成部１０８から入力した制御情報とデータ信号部の復号データに対してそれぞれ誤り訂正符号化を行い、符号化データをデータ変調部１１０に出力する。なお、誤り訂正符号化部１０９は、レートマッチ機能も有するが、その説明を省略する。

データ変調部１１０は、転送制御部１０７から入力した変調情報に基づいて、誤り訂正符号化部１０９から入力した符号化データに対して変調を行い、変調信号をリソースマッピング部１１１に出力する。

リソースマッピング部１１１は、転送制御部１０７から入力したリソース割当情報に基づいて、データ変調部１１０から入力した変調信号を、適切な周波数及び適切な時間にマッピングしてＲＦ部１１２に出力する。

ＲＦ部１１２は、リソースマッピング部１１１から入力した信号を高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）し、ガードインターバルを挿入する。さらに、ＲＦ部１１２は、ガードインターバルを挿入した信号をアップコンバートしてアンテナ１１３に出力する。

アンテナ１１３は、ＲＦ部１１２から入力した信号を送信する。

コグニティブ制御部１１４は、ネットワークにアクセスし、コグニティブ通信を必要とするコグニティブ通信端末装置４０の有無を調べる。コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ通信端末装置４０が存在する場合、転送制御部１０７から入力した小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報から、空きリソースの検出を行う。ここで、空きリソースとは、４Ｇ無線システムのデータ転送の際に使用可能なリソースのうち、小型基地局装置１００において４Ｇ無線システムで使用しないリソースである。空きリソースは、例えば周波数、時間、または符号である。

コグニティブ制御部１１４は、空きリソースがある場合、空きリソースを用いたコグニティブ送信のスケジューリングを行い、コグニティブ下りスケジューリング情報を決定する。コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ下りスケジューリング情報に基づいて、送信可能なデータサイズのペイロードデータをネットワークから取得する。コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ送信機能部１５０を起動し、取得したペイロードデータとコグニティブ下りスケジューリング情報とをコグニティブ送信データ生成部１１５に出力する。ここで、コグニティブ下りスケジューリング情報とは、小型基地局装置１００がコグニティブ無線システムの信号を送信する際のリソース割り当て情報、変調情報、復調情報、符号化情報及び復号情報である。

コグニティブ制御部１１４は、転送制御部１０７から入力した４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報から、転送の際の空きリソースの検出を行う。

コグニティブ制御部１１４は、空きリソースがある場合、空きリソースを用いたコグニティブ受信のスケジューリングを行い、コグニティブ上りスケジューリング情報を決定する。コグニティブ制御部１１４は、決定したコグニティブ上りスケジューリング情報をコグニティブ送信データ生成部１１５に出力する。ここで、コグニティブ上りスケジューリング情報とは、コグニティブ通信端末装置４０がコグニティブ送信する際のリソース割り当て情報、変調情報、復調情報、符号化情報及び復号情報である。

コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ無線システムの下りリンク動作時には、コグニティブ無線システムの下りリンクにおける、符号化情報を誤り訂正符号化部１１６に出力し、変調情報をデータ変調部１１７に出力し、リソース割当情報をリソースマッピング部１１８に出力する。

コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ無線システムの上りリンク動作時には、コグニティブ無線システムの上りリンクにおける、リソース割当情報をリソースデマッピング部１２３に出力する。さらに、コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ受信機能部１６０を起動し、復調情報をデータ復調部１３５に出力し、復号情報を誤り訂正復号部１３６に出力する。

また、コグニティブ制御部１１４は、誤り訂正復号部１３６から入力した復号データ(ペイロードデータ)を、ネットワークに出力する。

コグニティブ送信データ生成部１１５は、コグニティブ制御部１１４から入力したコグニティブ下りスケジューリング情報またはコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、コグニティブ送信の制御情報を生成する。コグニティブ送信データ生成部１１５は、生成した制御情報と、コグニティブ制御部１１４から入力したペイロードデータとを誤り訂正符号化部１１６に出力する。

誤り訂正符号化部１１６は、コグニティブ制御部１１４から入力した符号化情報に基づいて、コグニティブ送信データ生成部１１５から入力した制御情報及びペイロードデータに対して誤り訂正符号化を行い、符号化データをデータ変調部１１７に出力する。なお、誤り訂正符号化部１１６は、レートマッチ機能も有するが、その処理の詳細な説明を省略する。

データ変調部１１７は、コグニティブ制御部１１４から入力した変調情報に基づいて、誤り訂正符号化部１１６から入力した符号化データに対して変調を行い、変調信号をリソースマッピング部１１８に出力する。

リソースマッピング部１１８は、コグニティブ制御部１１４から入力したリソース割当情報に基づいて、データ変調部１１７から入力した変調信号を、適切な周波数及び適切な時間にマッピングしてＲＦ部１１９に出力する。

ＲＦ部１１９は、リソースマッピング部１１８から入力した信号を高速逆フーリエ変換し、ガードインターバルを挿入する。さらに、ＲＦ部１１９は、ガードインターバルを挿入した信号をアップコンバートしてアンテナ１２０に出力する。

アンテナ１２０は、ＲＦ部１１９から入力した信号を送信する。

アンテナ１２１は、信号を受信してＲＦ部１２２に出力する。アンテナ１２１により受信される信号は、４Ｇ通信端末装置３０から送信された４Ｇ基地局装置２０への転送用の信号、またはコグニティブ通信端末装置４０から送信された信号である。

ＲＦ部１２２、アンテナ１２１から入力した受信信号をダウンコンバートするとともに同期処理する。その後、ＲＦ部１２２は、受信信号よりガードインターバルを除去するとともに受信信号に対して高速フーリエ変換を行い、リソースデマッピング部１２３に出力する。

リソースデマッピング部１２３は、ＲＦ部１２２から入力した受信信号より、受信信号の周波数成分（サブキャリアまたはリソースブロック）を抽出する。リソースデマッピング部１２３は、転送制御部１０７から入力した４Ｇ無線システムの上りリンクのリソース割当情報と、コグニティブ制御部１１４から入力したコグニティブ無線システムの上りリンクのリソース割当情報とに基づいて、４Ｇ通信端末装置３０から送信された４Ｇデータ信号、およびコグニティブ通信端末装置４０から送信されたコグニティブデータ信号を抽出する。リソースデマッピング部１２３は、抽出した４Ｇデータ信号をＩＤＦＴ部１２４に出力し、抽出したコグニティブデータ信号をＩＤＦＴ部１２４に出力する。リソースデマッピング部１２３は、４Ｇ通信端末装置３０から定期的に送信される既知信号を抽出し、抽出した既知信号をデータ解読部１２７に出力する。

ＩＤＦＴ部１２４は、リソースデマッピング部１２３から入力した４Ｇデータ信号を離散逆フーリエ変換（ＩＤＦＴ：inverse discrete Fourier transform）してデータ復調部１２５に出力する。

データ復調部１２５は、ＩＤＦＴ部１２４から入力した４Ｇデータ信号を、転送制御部１０７から入力した復調情報に基づいて復調し、復調信号を誤り訂正復号部１２６に出力する。

誤り訂正復号部１２６は、データ復調部１２５から入力した復調信号に対して、転送制御部１０７から入力した復号情報に基づいて誤り訂正復号を施し、復号データをデータ解読部１２７に出力する。なお、誤り訂正復号部１２６は、転送制御部１０７から入力したデータサイズ情報を用いたレートデマッチ処理も行うが、その処理の詳細な説明を省略する。

データ解読部１２７は、誤り訂正復号部１２６から入力した復号データから、転送用のペイロードデータ、または小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０との間の下りリンクの４Ｇ下り回線品質情報を抜き出す。データ解読部１２７は、抜き出した転送用のペイロードデータを誤り訂正符号化部１２８に出力し、抜き出した４Ｇ下り回線品質情報を転送制御部１０７に出力する。データ解読部１２７は、リソースデマッピング部１２３から入力した既知信号を用いて、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の上りリンクの回線品質を測定し、測定結果を４Ｇ上り回線品質情報として転送制御部１０７に出力する。

誤り訂正符号化部１２８は、転送制御部１０７から入力した符号化情報に基づいて、データ解読部１２７から入力した転送用のペイロードデータに対して誤り訂正符号化を行い、符号化データをデータ変調部１２９に出力する。なお、誤り訂正符号化部１２８は、レートマッチ機能も有するが、その処理の詳細な説明を省略する。

データ変調部１２９は、転送制御部１０７から入力した変調情報に基づいて、誤り訂正符号化部１２８から入力した符号化データに対して変調を行い、変調信号をＤＦＴ部１３０に出力する。

ＤＦＴ部１３０は、データ変調部１２９から入力した変調信号を離散フーリエ変換（ＤＦＴ：discrete Fourier transform）してリソースマッピング部１３１に出力する。

リソースマッピング部１３１は、転送制御部１０７から入力したリソース割当情報に基づいて、ＤＦＴ部１３０から入力した信号を、適切な周波数及び適切な時間にマッピングしてＲＦ部１３２に出力する。

ＲＦ部１３２は、リソースマッピング部１３１から入力した信号を高速逆フーリエ変換し、ガードインターバルを挿入する。さらに、ＲＦ部１３２は、ガードインターバルを挿入した信号をアップコンバートしてアンテナ１３３に出力する。

アンテナ１３３は、ＲＦ部１３２から入力した信号を送信する。

ＩＤＦＴ部１３４は、リソースデマッピング部１２３から入力したコグニティブデータ信号を離散逆フーリエ変換してデータ復調部１３５に出力する。

データ復調部１３５は、ＩＤＦＴ部１３４から入力したコグニティブデータ信号を、コグニティブ制御部１１４から入力した復調情報に基づいて復調し、復調信号を誤り訂正復号部１３６に出力する。

誤り訂正復号部１３６は、データ復調部１３５から入力した復調信号に対して、コグニティブ制御部１１４から入力した復号情報に基づいて誤り訂正復号を施し、復号データをコグニティブ制御部１１４に出力する。なお、誤り訂正復号部１３６は、コグニティブ制御部１１４から入力したデータサイズ情報を用いたレートデマッチ処理も行うが、その処理の詳細な説明を省略する。

＜各装置の下りリンクにおける動作＞
本発明の実施の形態１における各装置の下りリンクにおける動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における各装置の下りリンクにおける動作を示すシーケンス図である。

まず、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０から４Ｇ下り回線品質情報を受信する（ステップＳＴ３０１）。この際、４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００から送信された既知信号を定期的に受信し、受信した既知信号を用いて４Ｇ下り回線品質情報を生成する。ここで、既知信号は、例えばリファレンス信号、報知チャネルまたは同期用信号などである。

また、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０から下りデータ信号を受信する（ステップＳＴ３０２）。

次に、小型基地局装置１００は、データ解読部１０６において、ステップＳＴ３０２で受信した下りデータ信号から制御情報を解読し、データサイズ情報、転送先情報、及び小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報を取得する（ステップＳＴ３０３）。

次に、小型基地局装置１００は、転送制御部１０７において、ステップＳＴ３０１で受信した４Ｇ下り回線品質情報と、ステップＳＴ３０３で取得したデータサイズ情報、転送先情報、小型基地局送信用４Ｇ上りスケジューリング情報とに基づいて、４Ｇ無線システムのスケジューリングを行う。即ち、転送制御部１０７は、転送のスケジューリング及び４Ｇ通信端末装置３０の上りリンクのスケジューリングを行う（ステップＳＴ３０４）。

転送のスケジューリングでは、転送制御部１０７は、転送先情報に基づいて、対応する４Ｇ通信端末装置３０の４Ｇ下り回線品質情報を選択する。その後、転送制御部１０７は、４Ｇ下り回線品質情報の回線品質が閾値以上である回線品質が良好な周波数及び時間に対して、転送に用いるリソース割り当てを行う。また、転送制御部１０７は、４Ｇ下り回線品質情報と送信データサイズとに基づいて、転送を行う際の符号化率及び変調多値数を決定する。

４Ｇ通信端末装置３０の上りリンクのスケジューリングでは、転送制御部１０７は、小型基地局装置１００と４Ｇ基地局装置２０との間については、４Ｇ基地局装置２０から受け取った上りリンクのスケジュール情報に従い、転送の際の変調多値数、符号化率、及びリソース割り当てを決定する。また、小型基地局装置１００は、データ解読部１２７において、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の上りリンクの回線品質を測定して４Ｇ上り回線品質情報を生成する。転送制御部１０７は、４Ｇ上り回線品質情報の回線品質が閾値以上である回線品質が良好な周波数及び時間に対して、リソース割り当てを行う。また、転送制御部１０７は、４Ｇ上り回線品質情報と受信予定データサイズとに基づき、転送を行う際の符号化率及び変調多値数を決定する。

次に、小型基地局装置１００は、転送データ生成部１０８において、ステップＳＴ３０４で決定した小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報及び４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報を、転送データに付加する（ステップＳＴ３０５）。

次に、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、コグニティブ通信を行うコグニティブ通信端末装置４０の有無を判定する（ステップＳＴ３０６）。

コグニティブ通信端末装置４０が無いと判定した場合（ステップＳＴ３０６：ＮＯ）には、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０に対する下りデータ転送を開始する（ステップＳＴ３０７）。

一方、コグニティブ通信端末装置４０が有ると判定した場合（ステップＳＴ３０６：ＹＥＳ）には、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、ステップＳＴ３０４で決定した小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報の空きリソースの検出を行う（ステップＳＴ３０８）。

次に、コグニティブ制御部１１４は、空きリソースが有るかを判定する（ステップＳＴ３０９）。

空きリソースが無いためにコグニティブ無線システムの送信不可と判定した場合（ステップＳＴ３０９：ＮＯ）には、小型基地局装置１００は、コグニティブ無線システムの送信を行わずに、４Ｇ通信端末装置３０に対する下りデータ転送を開始する（ステップＳＴ３０７）。

一方、空きリソースが有るためにコグニティブ無線システムの送信が可能と判定した場合（ステップＳＴ３０９：ＹＥＳ）には、コグニティブ制御部１１４は、空きリソースを利用したコグニティブ無線システムの下りリンク及び上りリンクのスケジューリングを行う（ステップＳＴ３１０）。具体的には、コグニティブ制御部１１４は、コグニティブ通信端末装置４０への下りリンク送信と、コグニティブ通信端末装置４０からの上りリンク受信とに対して、空きリソースを割り当てる。また、コグニティブ制御部１１４は、変調多値数及び符号化率を固定とし、空きリソースで送信可能なサイズのコグニティブデータ信号を決定する。

また、小型基地局装置１００は、コグニティブ送信データ生成部１１５において、コグニティブ送信データに対し、ステップＳＴ３１０で決定したコグニティブ下りスケジューリング情報およびコグニティブ上りスケジューリング情報を付加する（ステップＳＴ３１１）。

次に、小型基地局装置１００は、コグニティブデータ無線システムの下りデータ信号をコグニティブ通信端末装置４０に送信するとともに（ステップＳＴ３１２）、４Ｇ無線システムの下りデータ信号を４Ｇ通信端末装置３０に転送する（ステップＳＴ３０７）。

＜下りリンクにおける信号の送受信方法＞
本発明の実施の形態１における下りリンクの信号の送受信方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態における４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングを示す図である。図５は、本実施の形態における４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングを示す図である。

最初に、４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングについて、図４を用いて説明する。

図４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０から４Ｇ通信端末装置３０への送信信号の転送のみを行う。小型基地局装置１００による転送は、サブフレーム単位で行われる。４Ｇ無線システムの転送では、４Ｇ基地局装置２０が小型基地局装置１００に送信するタイミングと、小型基地局装置１００が４Ｇ通信端末装置３０に送信するタイミングとの２つのタイミングが存在する。ここで、各タイミングの単位をサブフレームとする。１サブフレームの信号は、４Ｇデータ信号４１１ａと４Ｇ制御信号４１１ｂとで構成される。４Ｇ制御信号４１１ｂは、４Ｇデータ信号４１１ａのデータサイズ情報と、４Ｇデータ信号４１１ａを復調及び復号するための復調情報及び復号情報と、リソース割当情報と、転送先情報とを含む。小型基地局装置１００は、４Ｇ制御信号４１１ｂを解読し、４Ｇ通信端末装置３０への転送用の４Ｇデータ信号を生成するため、その処理に要する時間だけ転送に遅延が発生する。従って、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０から信号を受信したサブフレームから２サブフレーム以降に４Ｇ通信端末装置３０に転送する。

図４では、転送のための遅延が２サブフレームより小さい場合を想定している。サブフレーム１では、４Ｇ基地局装置２０が、小型基地局装置１００に対して、制御信号４１１ｂ及び４Ｇデータ信号４１１ａを送信する（ステップＳＴ４０１）。ここで、制御信号４１１ｂは、小型基地局装置１００宛ての制御信号である。

サブフレーム２、３では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０からサブフレーム１で受信した制御信号４１１ｂを読み解き、４Ｇデータ信号４１１ａを復号する。その後、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号４１２ｂと転送用の４Ｇデータ信号４１２ａとを生成する。小型基地局装置１００は、サブフレーム２では、サブフレーム１より前のサブフレーム（図示省略）で４Ｇ基地局装置２０から受信した信号を４Ｇ通信端末装置３０に転送する（ステップＳＴ４０２）。

小型基地局装置１００は、サブフレーム３では、４Ｇ基地局装置２０より新たに送信される４Ｇ無線システムの信号を受信する（ステップＳＴ４０３）。

小型基地局装置１００は、サブフレーム４では、４Ｇ通信端末装置３０に対して、サブフレーム２、３で生成した４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号４１２ｂと転送用の４Ｇデータ信号４１２ａとを転送する（ステップＳＴ４０４）。

これ以降もサブフレーム単位で、この処理を繰り返す。このように、４Ｇ基地局装置２０と小型基地局装置１００との間の無線通信と、小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０との間の無線通信とは、異なる時間で実施するので、同一周波数で運用しても干渉を生じない。さらに、小型基地局装置１００は、送信と受信とを同時に処理する必要はないので、送信した信号を自ら受信することはない。

次に、４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の下りリンクの信号の送信タイミングについて、図５を用いて説明する。

小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０から４Ｇ通信端末装置３０への４Ｇ無線システムのデータの転送に加え、コグニティブ通信端末装置４０へのコグニティブ無線システムの送信を行う。基本的な転送のタイミング及びフレームフォーマットは、図４と同様である。小型基地局装置１００におけるコグニティブ無線システムの送信では、小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０とのデータの転送量に応じて、割り当て可能なリソースが可変であるため、大きく３つの送信パターンが考えられる。

送信パターン１について、図５のサブフレーム１１〜サブフレーム１４を用いて説明する。送信パターン１は、４Ｇデータ信号の転送に全てのリソースを使用する場合である。まず、サブフレーム１１では、４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００に対して、４Ｇ制御信号５１１ｂと４Ｇデータ信号５１１ａとを送信する（ステップＳＴ５０１）。なお、図５では、４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００への送信に全てのリソースを使用しているが、小型基地局装置１００への送信に一部のリソースのみを使用してもよい。

図示しないサブフレーム１２、１３では、小型基地局装置１００は、データ解読部１０６において、４Ｇ基地局装置２０からサブフレーム１１で受信した４Ｇ制御信号５１１ｂを読み解き、誤り訂正復号部１０５において、４Ｇデータ信号５１１ａを復号する。その後、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、４Ｇデータ信号を転送する際の空きリソースを調べる。小型基地局装置１００は、空きリソースが無い場合、４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号５１２ｂ及び転送用の４Ｇデータ信号５１２ａのみを生成する。

サブフレーム１４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０に対して、４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号５１２ｂと転送用の４Ｇデータ信号５１２ａとを転送する（ステップＳＴ５０２）。この際、小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０への送信は行わない。

次に、送信パターン２について、図５のサブフレーム２１〜サブフレーム２４を用いて説明する。送信パターン２は、４Ｇデータ信号の転送に利用可能なリソースを、４Ｇデータ信号の転送とコグニティブ無線システムの送信との両方に使用する場合である。まず、サブフレーム２１では、４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００に対して、４Ｇ制御信号５１３ｂと４Ｇデータ信号５１３ａとを送信する（ステップＳＴ５０３）。ここで、リソース５１３ｃは、空きリソースである。

図示しないサブフレーム２２、２３では、小型基地局装置１００は、データ解読部１０６において、４Ｇ基地局装置２０からサブフレーム２１で受信した４Ｇ制御信号５１３ｂを読み解き、誤り訂正復号部１０５において、４Ｇデータ信号５１３ｂを復号する。その後、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、４Ｇデータ信号を転送する際の空きリソースを調べる。その結果、コグニティブ制御部１１４は、空きリソース５１４ｃを検出し、コグニティブ無線システムの送信が可能と判断する。そして、小型基地局装置１００は、コグニティブ送信データ生成部１１５において、４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号５１４ｂと、転送用の４Ｇデータ信号５１４ａと、コグニティブ通信端末装置４０宛てのコグニティブ送信信号５１５とを生成する。ここで、コグニティブ送信信号５１５は、空きリソース５１４ｃで送信できる分だけ生成され、コグニティブ制御信号及びデータ信号で構成されている。

サブフレーム２４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０に対して、４Ｇ通信端末装置３０宛ての４Ｇ制御信号５１４ｂと転送用の４Ｇデータ信号５１４ａとを転送する（ステップＳＴ５０４）。また、小型基地局装置１００は、同時にコグニティブ通信端末装置４０に対して、コグニティブ送信信号５１５を送信する（ステップＳＴ５０５）。

次に、送信パターン３について、図５のサブフレーム３１〜サブフレーム３４を用いて説明する。送信パターン３は、４Ｇデータ信号の転送にリソースを使用しない場合である。サブフレーム３１では、４Ｇ基地局装置２０は、小型基地局装置１００に対する送信を行わない。従って、リソース５１６ｃは、空きリソースである。

図示しないサブフレーム３２、３３では、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、４Ｇ基地局装置２０から信号を受信しないため、４Ｇデータ信号を転送する際の全てのリソースを空きリソースと判断する。そして、小型基地局装置１００は、コグニティブ送信データ生成部１１５において、空きリソースで送信できる分だけコグニティブ通信端末装置４０宛てのコグニティブ送信信号５１７を生成する。ここで、コグニティブ送信信号５１７は、コグニティブ制御信号及びデータ信号で構成されている。

サブフレーム３４では、小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０に対してのみ、コグニティブ送信信号５１７を送信する（ステップＳＴ５０６）。

これ以降もサブフレーム単位で、上記パターン１、パターン２、またはパターン３のいずれかの送信パターンを繰り返す。このように、小型基地局装置１００と４Ｇ通信端末装置３０との間のデータの転送量に応じて空きリソースを決定し、上記パターン１、パターン２、またはパターン３のいずれかの送信パターンで通信を行うことで、複雑な空きリソースの探索を行うことなくシンプルな方法で、４Ｇ無線システムに干渉を与えることなくコグニティブ通信を行うことができる。

＜各装置の上りリンクにおける動作＞
本発明の実施の形態１における各装置の上りリンクにおける動作について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態における各装置の上りリンクにおける動作を示すシーケンス図である。

まず、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０から４Ｇ無線システムの上りデータ信号を受信する（ステップＳＴ６０１）。

また、小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０が上り送信を行う場合は、コグニティブ通信端末装置４０からコグニティブ無線システムの上りデータ信号を受信する（ステップＳＴ６０２）。

次に、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４において、コグニティブ通信端末装置４０への下り送信時に決定したコグニティブ上りスケジューリング情報を確認する（ステップＳＴ６０３）。

次に、小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０からの受信があるか否かを判定する（ステップＳＴ６０４）。

コグニティブ通信端末装置４０からの受信がある場合（ステップＳＴ６０４：ＹＥＳ）には、小型基地局装置１００は、コグニティブ通信端末装置４０から受信したデータの受信処理を行う（ステップＳＴ６０５）。

次に、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０からの４Ｇ無線システムの上りデータ信号の受信処理を行う（ステップＳＴ６０６）。

次に、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０から送信された既知信号を定期的に受信し、データ解読部１２７において、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の上りリンクの４Ｇ上り回線品質情報を生成する（ステップＳＴ６０７）。ここで、既知信号は、例えばリファレンス信号、報知チャネルまたは同期用信号などである。
次に、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０への上りデータ転送を開始する（ステップＳＴ６０８）。

一方、ステップＳＴ６０３において、コグニティブ通信端末装置４０からの受信がない場合（ステップＳＴ６０４：ＮＯ）には、小型基地局装置１００は、ステップＳＴ６０５の処理をスキップして、ステップＳＴ６０６以降の処理を行う。

＜上りリンクにおける信号の送受信方法＞
本発明の実施の形態１における上りリンクの信号の送受信方法について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本実施の形態における４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングを示す図である。図８は、本実施の形態における４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングを示す図である。

最初に、４Ｇ無線システムのデータ伝送のみを行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングについて、図７を用いて説明する。この場合、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０から４Ｇ基地局装置２０への４Ｇデータ信号の転送のみを行う。小型基地局装置１００による転送は、下りリンクと同様にサブフレーム単位で行われる。図７では、４Ｇ通信端末装置３０が小型基地局装置１００に送信するタイミングと、小型基地局装置１００が４Ｇ基地局装置２０に送信するタイミングとの２つのタイミングが存在する。ここで、各タイミングの単位をサブフレームとする。１サブフレームの信号は、４Ｇデータ信号７１１で構成されている。４Ｇデータ信号７１１のデータサイズ情報、４Ｇデータ信号７１１を復調復号するための情報、リソース割当情報、及び転送先情報などは全て小型基地局装置１００が管理しているため、上りリンクでは制御信号は送信しない。

小型基地局装置１００は、誤り訂正復号部１２６において、４Ｇ通信端末装置３０からのデータ信号を、転送制御部１０７で管理する４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報を用いて復号し、４Ｇ基地局装置２０への転送用の４Ｇデータ信号を生成する。そのため、この処理の分だけ転送に遅延が発生する。従って、４Ｇ基地局装置２０への転送は、４Ｇ通信端末装置３０から４Ｇデータ信号を受信したサブフレームから２サブフレーム以降に行う。

図７では、転送のための遅延が２サブフレームより小さい場合を想定している。

サブフレーム４１では、４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００に対して、４Ｇ基地局装置２０宛ての４Ｇデータ信号７１１を送信する（ステップＳＴ７０１）。

サブフレーム４２、４３では、小型基地局装置１００は、誤り訂正復号部１２６において、４Ｇ通信端末装置３０から受信した４Ｇデータ信号７１１を、復号情報に基づいて復号する。

また、サブフレーム４２では、小型基地局装置１００は、サブフレーム４１より前のサブフレーム３９（図示省略）で、４Ｇ通信端末装置３０から受信した４Ｇデータ信号を４Ｇ基地局装置２０に転送する（ステップＳＴ７０２）。

また、サブフレーム４３では、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０より新たに送信される４Ｇデータ信号を受信する（ステップＳＴ７０３）。

サブフレーム４４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０に対して、サブフレーム４２、４３で生成した４Ｇ基地局装置２０宛の転送用の４Ｇデータ信号７１２を転送する（ステップＳＴ７０４）。

これ以降もサブフレーム単位で、この処理を繰り返す。このように、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の無線通信と、小型基地局装置１００と４Ｇ基地局装置２０との間の無線通信とは、異なる時間で実施するため、同一周波数で運用しても干渉を生じない。さらに、小型基地局装置１００は、送信と受信とを同時に処理する必要はないため、送信した信号を自ら受信することはない。

次に、４Ｇ無線システムのデータ伝送とコグニティブ無線システムのデータ伝送との両方を行う場合の上りリンクの信号の送信タイミングについて、図８を用いて説明する。

この場合、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０から４Ｇ基地局装置２０への４Ｇデータ信号の転送に加え、コグニティブ通信端末装置４０からコグニティブ無線システムの受信を行う。ここで、基本的な転送のタイミングやフレームフォーマットは、図７と同様である。コグニティブ通信端末装置４０におけるコグニティブ無線システムの送信では、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の通信量に応じて、割り当て可能なリソースが可変であるため、大きく３つの送信パターンが考えられる。

送信パターン１について、図８のサブフレーム５１〜サブフレーム５４を用いて説明する。送信パターン１は、４Ｇ無線システムのデータ信号の送信に全てのリソースを使用する場合である。サブフレーム５１では、４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００に対して、４Ｇ基地局装置２０宛ての４Ｇデータ信号８１１を送信する（ステップＳＴ８０１）。このとき、４Ｇデータ信号８１１は、小型基地局装置１００から下りリンクにて受信した４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報に基づいて、上り送信に利用可能な全てのリソースを使用し送信される。また、コグニティブ通信端末装置４０は、小型基地局装置１００から下りリンクにて受信したコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、送信を行わない。

図示しないサブフレーム５２、５３では、小型基地局装置１００は、誤り訂正復号部１２６において、転送制御部１０７で管理する復号情報に基づいて、４Ｇ通信端末装置３０からサブフレーム５１で受信した４Ｇデータ信号８０１を復号し、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号８１２を生成する。ここで、４Ｇデータ信号８１２は、４Ｇ基地局装置２０から下りリンクで受信した上りスケジューリング情報に基づいて生成される。

サブフレーム５４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０に対して、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号８１２を転送する（ステップＳＴ８０２）。

次に、送信パターン２について、図８のサブフレーム６１〜サブフレーム６４を用いて説明する。送信パターン２は、端末送信に利用可能なリソースを、４Ｇ通信端末装置３０からの送信と、コグニティブ通信端末装置４０からの送信との両方に使用する場合である。

まず、サブフレーム６１では、４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００に対して、４Ｇ基地局装置２０宛ての４Ｇデータ信号８１３を送信する（ステップＳＴ８０３）。

また、コグニティブ通信端末装置４０は、小型基地局装置１００に対して、コグニティブデータ信号８１４を同時に送信する（ステップＳＴ８０４）。このとき、４Ｇ基地局装置２０宛ての４Ｇデータ信号８１３は、小型基地局装置１００から下りリンクにて受信した４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報に基づいて、指定された一部のリソースを使用し送信される。また、コグニティブデータ信号８１４は、小型基地局装置１００から下りリンクにてコグニティブ通信端末装置４０で受信したコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、指定された一部のリソースを使用し送信される。

図示しないサブフレーム６２、６３では、小型基地局装置１００は、転送制御部１０７で管理する４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報に基づいて４Ｇデータ信号の受信処理を行うとともに、コグニティブ制御部１１４で管理するコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいてコグニティブデータ信号の受信処理を行う。そして、小型基地局装置１００は、４Ｇ通信端末装置３０からサブフレーム６１で受信した４Ｇデータ信号８１３を復号し、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号８１５を生成する。ここで、４Ｇデータ信号８１５は、４Ｇ基地局装置２０から下りリンクで受信した上りのスケジューリング情報に基づいて生成される。

サブフレーム６４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０に対して、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号８１５を転送する（ステップＳＴ８０５）。

次に、送信パターン３について、図８のサブフレーム７１〜サブフレーム７４を用いて説明する。送信パターン３は、４Ｇ通信端末装置３０の送信にリソースを使用しない場合である。サブフレーム７１では、コグニティブ通信端末装置４０は、小型基地局装置１００に対して、コグニティブデータ信号８１６を送信する（ステップＳＴ８０６）。このとき、コグニティブデータ信号８１６は、小型基地局装置１００から下りリンクにてコグニティブ通信端末装置４０で受信したコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、本来は４Ｇ通信端末装置３０の送信に用意されているリソースの全てを使用して送信される。また、４Ｇ通信端末装置３０は、小型基地局装置１００から下りリンクにて受信した４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報に基づいて、送信を行わない。

図示しないサブフレーム７２、７３では、小型基地局装置１００は、コグニティブ制御部１１４で管理するコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、コグニティブデータ信号の受信処理のみを行う。従って、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号の生成を行わない。

サブフレーム７４では、小型基地局装置１００は、４Ｇ基地局装置２０宛ての転送用の４Ｇデータ信号がないため、送信を行わない。

これ以降もサブフレーム単位で、上記パターン１、パターン２、またはパターン３のいずれかの送信パターンを繰り返す。このように、４Ｇ通信端末装置３０と小型基地局装置１００との間の通信量に応じて空きリソースを決定し、上記パターン１、パターン２、またはパターン３のいずれかの送信パターンで通信を行うことで、複雑な空きリソース探索を行うことなくシンプルな方法で、４Ｇ無線システムに干渉を与えることなくコグニティブ通信を行うことができる。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、空きリソースの探索を行うことなく空きリソースを確実に検出することができ、空きリソースの探索に失敗することによる無線システム間における干渉を回避することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における通信システムの構成は、小型基地局装置１００の代わりに後述する小型基地局装置９００を設ける以外は図１と同一構成であるので、その説明を省略する。

＜小型基地局装置の構成＞
本発明の実施の形態２に係る小型基地局装置９００の構成について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る小型基地局装置９００の構成を示すブロック図である。

図９に示す小型基地局装置９００は、図２に示す実施の形態１に係る小型基地局装置１００に対して、データ解読部９０２を追加し、リソースデマッピング部１２３の代わりにリソースデマッピング部９０１を有し、コグニティブ制御部１１４の代わりにコグニティブ制御部９０３を有する。なお、図９において、図２と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

コグニティブ送信データ生成部１１５、誤り訂正符号化部１１６、データ変調部１１７、リソースマッピング部１１８、ＲＦ部１１９、アンテナ１２０、アンテナ１２１、ＲＦ部１２２、ＩＤＦＴ部１３４、データ復調部１３５、誤り訂正復号部１３６及びリソースデマッピング部９０１は、コグニティブ無線システムの通信を行う通信手段を構成している。

小型基地局装置９００は、下りリンク処理部１７０及び上りリンク処理部９８０を有している。上りリンク処理部９８０は、上りリンクにおける４Ｇ無線システムの転送、または上りリンクにおけるコグニティブ無線システムの通信を行う。

転送制御部１０７は、小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報及び４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報を転送データ生成部１０８及びコグニティブ制御部９０３に出力する。なお、転送制御部１０７における上記以外の構成は上記実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。

ＲＦ部１２２は、アンテナ１２１から入力した受信信号をダウンコンバートするとともに同期処理する。その後、ＲＦ部１２２は、受信信号よりガードインターバルを除去するとともに受信信号に対して高速フーリエ変換を行い、リソースデマッピング部９０１に出力する。

リソースデマッピング部９０１は、コグニティブ通信端末装置４０から定期的に送信される既知信号を、ＲＦ部１２２から入力した受信信号より抽出し、抽出した既知信号をデータ解読部９０２に出力する。なお、リソースデマッピング部９０１における上記以外の構成はリソースデマッピング部１２３と同一であるので、その説明を省略する。

ＩＤＦＴ部１３４は、リソースデマッピング部９０１から入力したデータ信号を離散逆フーリエ変換してデータ復調部１３５に出力する。

データ復調部１３５は、ＩＤＦＴ部１３４から入力したデータ信号を、コグニティブ制御部９０３から入力した復調情報に基づいて復調し、復調信号を誤り訂正復号部１３６に出力する。

誤り訂正復号部１３６は、データ復調部１３５から入力した復調信号に対して、コグニティブ制御部９０３から入力した復号情報に基づいて誤り訂正復号を施し、復号データをデータ解読部９０２に出力する。

データ解読部９０２は、リソースデマッピング部９０１から入力した既知信号より、コグニティブ通信端末装置４０と小型基地局装置９００との間の上りリンクの回線品質を測定してコグニティブ上り回線品質情報を取得し、取得したコグニティブ上り回線品質情報をコグニティブ制御部９０３に出力する。

データ解読部９０２は、誤り訂正復号部１３６から入力した復号データから、小型基地局装置９００とコグニティブ通信端末装置４０との間の下りリンクのコグニティブ下り回線品質情報を抜き出す。データ解読部９０２は、抜き出したコグニティブ下り回線品質情報をコグニティブ制御部９０３に出力する。

コグニティブ制御部９０３は、データ解読部９０２から入力したコグニティブ下り回線品質情報を用いて、コグニティブ無線システムの下りリンクのスケジューリングを行う。具体的には、コグニティブ制御部９０３は、転送制御部１０７から入力した小型基地局送信用４Ｇ下りスケジューリング情報から、転送の際の空きリソースがある場合、コグニティブ下り回線品質情報を参照して、回線品質のよいところにコグニティブ無線システムの送信に用いるリソースの割り当てを行う。例えば、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ無線システムの送信に用いるリソースを、回線品質情報が示す回線品質が閾値以上のリソースに割り当てる。

コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ下り回線品質情報と送信データサイズとに基づいて、コグニティブ無線システムの送信を行う際の符号化率及び変調多値数を決定する。

コグニティブ制御部９０３は、データ解読部９０２から入力したコグニティブ上り回線品質情報を用いて、コグニティブ無線システムの上りリンクのスケジューリングを行う。具体的には、コグニティブ制御部９０３は、転送制御部１０７から入力した４Ｇ端末送信用上りスケジューリング情報から、転送の際の空きリソースがある場合、コグニティブ上り回線品質情報を参照して、回線品質のよいところにコグニティブ無線システムの受信に用いるリソースの割り当てを行う。例えば、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ無線システムの受信に用いるリソースを、回線品質情報が示す回線品質が閾値以上のリソースに割り当てる。

コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ上り回線品質情報と受信予定データサイズとに基づいて、送信を行う際の符号化率及び変調多値数を決定する。

コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ無線システムの下りリンク動作時には、コグニティブ無線システムの下りリンクにおける、符号化情報を誤り訂正符号化部１１６に出力し、変調情報をデータ変調部１１７に出力し、リソース割当情報をリソースマッピング部１１８に出力する。

コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ無線システムの上りリンク動作時には、コグニティブ無線システムの上りリンクにおける、リソース割当情報をリソースデマッピング部９０１に出力する。さらに、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ受信機能部９６０を起動し、復調情報をデータ復調部１３５に出力し、復号情報を誤り訂正復号部１３６に出力する。

なお、コグニティブ制御部９０３における上記以外の構成はコグニティブ制御部１１４と同一であるので、その説明を省略する。

コグニティブ送信データ生成部１１５は、コグニティブ制御部９０３から入力したコグニティブ下りスケジューリング情報またはコグニティブ上りスケジューリング情報に基づいて、コグニティブ送信の制御情報を生成する。コグニティブ送信データ生成部１１５は、生成した制御情報と、コグニティブ制御部９０３から入力したペイロードデータとを誤り訂正符号化部１１６に出力する。

誤り訂正符号化部１１６は、コグニティブ制御部９０３から入力した符号化情報に基づいて、コグニティブ送信データ生成部１１５から入力した制御情報及びペイロードデータに対して誤り訂正符号化を行い、符号化データをデータ変調部１１７に出力する。

データ変調部１１７は、コグニティブ制御部９０３から入力した変調情報に基づいて、誤り訂正符号化部１１６から入力した符号化データに対して変調を行い、変調信号をリソースマッピング部１１８に出力する。

リソースマッピング部１１８は、コグニティブ制御部９０３から入力したリソース割当情報に基づいて、データ変調部１１７から入力した変調信号を、適切な周波数及び適切な時間にマッピングしてＲＦ部１１９に出力する。

＜各装置の下りリンクにおける動作＞
本発明の実施の形態２における各装置の下りリンクにおける動作について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施の形態における各装置の下りリンクにおける動作を示すシーケンス図である。なお、図１０において、図３と同一動作である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

ステップＳＴ３０１の後、小型基地局装置９００は、コグニティブ通信端末装置４０からコグニティブ下り回線品質情報を受信する（ステップＳＴ１００１）。

また、ステップＳＴ１００１の後、小型基地局装置９００は、４Ｇ基地局装置２０から下りデータ信号を受信する（ステップＳＴ３０２）。

ステップＳＴ３０９において、コグニティブ制御部９０３は、空きリソースが有るためにコグニティブ送信可能と判定した場合（ステップＳＴ３０９：ＹＥＳ）には、空きリソースを利用したコグニティブ無線システムの下りリンク及び上りリンクのスケジューリングを行う（ステップＳＴ１００２）。

具体的には、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ通信端末装置４０への下り送信と、コグニティブ通信端末装置４０からの上り受信に対して空きリソースを割り当てる。下りリンクのスケジューリングでは、コグニティブ制御部９０３は、４Ｇ無線システムの下りリンクの転送の際の空きリソースのうち、ステップＳＴ１００１で受信したコグニティブ下り回線品質情報の回線品質が閾値以上である回線品質が良好な周波数及び時間に対して、リソース割り当てを行う。また、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ下り回線品質情報と送信データサイズとに基づいて、符号化率及び変調多値数を決定する。上りリンクのスケジューリングでは、データ解読部９０２は、コグニティブ通信端末装置４０と小型基地局装置９００との間の上りリンクの回線品質を測定してコグニティブ上り回線品質情報を生成する。コグニティブ制御部９０３は、４Ｇ上り送信の空きリソース内で、コグニティブ上り回線品質情報の回線品質が閾値以上である回線品質が良好な周波数及び時間に対して、リソース割り当てを行う。また、コグニティブ制御部９０３は、コグニティブ上り回線品質情報と受信予定データサイズとに基づき、送信を行う際の符号化率及び変調多値数を決定する。

次に、小型基地局装置９００は、コグニティブ送信データ生成部１１５において、コグニティブ送信データに対し、ステップＳＴ１００２で決定したコグニティブ下りスケジューリング情報およびコグニティブ上りスケジューリング情報を付加する（ステップＳＴ３１１）。

＜各装置の上りリンクにおける動作＞
本発明の実施の形態２における各装置の上りリンクにおける動作について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態における各装置の上りリンクにおける動作を示すシーケンス図である。なお、図１１において、図６と同一動作である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

ステップＳＴ６０５の後、小型基地局装置９００は、データ解読部９０２において、コグニティブ通信端末装置４０から送信された既知信号より、コグニティブ通信端末装置４０と小型基地局装置９００との間のコグニティブ上り回線品質情報を生成する（ステップＳＴ１１０１）。

次に、小型基地局装置９００は、４Ｇ通信端末装置３０からの４Ｇ無線システムの上りデータの受信処理を行う（ステップＳＴ６０６）。

一方、ステップＳＴ６０３において、コグニティブ通信端末装置４０からの受信がない場合（ステップＳＴ６０４：ＮＯ）には、小型基地局装置９００は、ステップＳＴ６０５及びステップＳＴ１１０１の処理をスキップして、ステップＳＴ６０６以降の処理を行う。

なお、本実施の形態における下りリンクにおける信号の送受信方法及び上りリンクにおける信号の送受信方法は、上記実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、コグニティブ無線システムの送受信の際に回線品質を考慮して空きリソースの割り当てを行うので、コグニティブ無線システムにおける通信品質を向上させることができる。

＜全ての実施の形態に共通の変形例＞
上記実施の形態１及び実施の形態２において、小型基地局装置による転送を必要とする端末を４Ｇ通信端末装置としたが、本発明はこれに限らず、ＬＴＥ対応端末であってもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、４Ｇ通信端末装置及びコグニティブ通信端末装置をそれぞれ１台としたが、本発明はこれに限らず、それぞれ複数であってもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、４Ｇ無線システム及びコグニティブ無線システムのスケジューリングを行う際に、４Ｇ無線システム及びコグニティブ無線システムのリソースの割り当てを、過去のリソース利用率から決定し、スケジューリングの手間を省略してもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、小型基地局装置と４Ｇ通信端末装置との間の転送処理を空間多重で行うことにより、転送の際の空きリソースを増やしてコグニティブ送信に利用してもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、小型基地局装置により転送したが、本発明はこれに限らず、小型基地局装置以外の任意の通信装置、たとえばリレーノードを用いて転送することができる。

本発明にかかる通信装置及び通信方法は、例えばコグニティブ無線システムとコグニティブ無線システム以外の他の無線システムとの通信を行うのに好適である。

１００ 小型基地局装置
１０１、１１３、１２０、１２１、１３３ アンテナ
１０２、１１２、１１９、１２２、１３２ ＲＦ部
１０３、１２３ リソースデマッピング部
１０４、１２５、１３５ データ復調部
１０５、１２６、１３６ 誤り訂正復号部
１０６、１２７ データ解読部
１０７ 転送制御部
１０８ 転送データ生成部
１０９、１１６、１２８ 誤り訂正符号化部
１１０、１１７、１２９ データ変調部
１１１、１１８、１３１ リソースマッピング部
１１４ コグニティブ制御部
１１５ コグニティブ送信データ生成部
１２４、１３４ ＩＤＦＴ部
１３０ ＤＦＴ部
１５０ コグニティブ送信機能部
１６０ コグニティブ受信機能部
１７０ 下りリンク処理部
１８０ 上りリンク処理部

Claims (8)

1. 第１の通信方式の中継装置として動作するとともに第２の通信方式の基地局装置として動作する通信装置であって、
   前記第１の通信方式を用いた通信におけるデータの送信に用いるリソースを前記第１の通信方式に従って割り当て、前記データを前記割り当てたリソースの少なくとも一部を用いて転送する転送手段と、
   前記第１の通信方式と異なる前記第２の通信方式の通信を行う通信手段と、
   前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ない場合、前記データに割り当てられたリソースのうち前記転送されるデータに用いられるリソース以外のリソースである空きリソースを用いて前記第２の通信方式の通信を行うように制御する制御手段と、
   を具備する通信装置。
2. 前記制御手段は、転送先との間の回線品質に基づいて行われるスケジューリングの結果に基づいて、前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ないか否かを決定する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記制御手段は、過去のリソース利用率に基づいて、前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ないか否かを決定する、
   請求項１に記載の通信装置。
4. 前記第２の通信方式による通信相手との間の回線品質情報を取得する回線品質情報取得手段をさらに具備し、
   前記制御手段は、
   前記空きリソースのうち、前記回線品質情報が示す回線品質が所定の品質以上の空きリソースを用いて前記第２の通信方式の通信を行うように制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記第１の通信方式が割り当てるリソースは、少なくとも所定の時間と所定の周波数とから構成され、
   前記制御手段は、前記データが転送される時間における前記所定の周波数のうち、前記データの転送に用いられる周波数以外の周波数を前記空きリソースとして用いる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記制御手段は、前記データの転送が行われない時間では、前記所定の周波数の全体を前記空きリソースとして用いる、
   請求項５に記載の通信装置。
7. 前記第１の通信方式は、前記所定の時間のうち一部の時間において前記所定の周波数の全体を用いて制御信号を送信し、前記所定の時間のうち前記一部の時間以外の時間を用いて前記データを送信する通信方式である、
   請求項５に記載の通信装置。
8. 第１の通信方式の中継装置として動作するとともに第２の通信方式の基地局装置として動作する通信装置における通信方法であって、
   前記第１の通信方式を用いた通信におけるデータの送信に用いるリソースを前記第１の通信方式に従って割り当て、前記データを前記割り当てたリソースの少なくとも一部を用いて転送するステップと、
   前記第１の通信方式と異なる前記第２の通信方式の通信を行うステップと、
   前記転送されるデータの量が前記データに割り当てられたリソースで送信可能な量よりも少ない場合、前記データに割り当てられたリソースのうち前記データの転送に用いられるリソース以外のリソースである空きリソースを用いて前記第２の通信方式の通信を行うように制御するステップと、
   を具備する通信方法。

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