JP6071159B2 - Heterogeneous system coexistence method and wireless gateway device - Google Patents
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Description
本発明は、既存業務(primary system、一次利用者、一次利用システム)への影響を十
分回避しつつ柔軟に電波を利用していく、ホワイトスペース利用無線通信システムにおい
て、複数の異なるホワイトスペース利用無線システムで同一周波数の利用を可能とする異
種システム共存方法及び無線ゲートウェイ装置に関する。
The present invention provides a plurality of different white space use radios in a white space use radio communication system that uses radio waves flexibly while sufficiently avoiding the influence on existing business (primary system, primary user, primary use system). The present invention relates to a heterogeneous system coexistence method and a wireless gateway device that enable use of the same frequency in a system.
周波数の枯渇問題を解決する新たな周波数の利用方法として、近年、既に割当て済みの
周波数であっても空間的、時間的に利用可能な周波数帯(ホワイトスペース)について、
既存業務への影響を十分回避しつつ、柔軟に電波を利用する、コグニティブ無線などのホ
ワイトスペース利用無線システムの研究開発が行われている。
As a new frequency utilization method that solves the problem of frequency depletion, in recent years, even for frequencies that have already been allocated, the frequency band (white space) that can be used spatially and temporally,
Research and development of wireless systems using white space, such as cognitive radios, that flexibly use radio waves while sufficiently avoiding the impact on existing business.
例えば、ホワイトスペースを利用する無線システムとして、IEEE802.22(非特許文献1
参照)やIEEE802.11af における標準規格化が進んでいる。これらの標準規格では既存業
務(例えばテレビ放送など)への影響を回避するために、
1)各無線局がIPネットワーク上のホワイトスペースを管理するデータベース(Incumb
ent DB、whitespace database、WSDB)やネットワークマネージャにアクセスし自身の位
置情報に基づく利用可能周波数リストと最大送信可能電力を取得することと、
2)スペクトルセンシング機能(信号検知機能)によって、利用しようとする周波数を
用いる既存局が周囲に存在しないことを確認した上で通信を行うこと、を規定している。
これらを効率的に行うため、帯域幅及びチャネル配置をテレビ放送と同じにすることが考
えられている。
For example, as a wireless system using white space, IEEE802.22 (Non-Patent Document 1)
Standardization) and IEEE802.11af are being standardized. In order to avoid impact on existing business (such as TV broadcasting) in these standards,
1) Database (Incumb) where each wireless station manages white space on the IP network
ent DB, whitespace database, WSDB) and network manager to obtain available frequency list and maximum transmittable power based on own location information,
2) It is defined that communication is performed after confirming that there is no existing station using the frequency to be used by the spectrum sensing function (signal detection function).
In order to perform these efficiently, it is considered that the bandwidth and channel arrangement are the same as those of television broadcasting.
ところで、各標準規格は、それぞれ目的とするサービスが異なり、IEEE802.22では遠距
離の無線伝送により広域をカバーするWRAN(Wireless Regional Area Network)を構築す
ることを目的とし、IEEE802.11afでは中近距離の無線伝送により中規模のエリアをカバー
するWMAN(Wireless Metropolitan Area Network)や小規模のエリアをカバーするWLAN(
Wireless Local Area Network)を構築することを目的としている。これらのシステムは
、例えばインターネット接続のためのバックホール回線として遠距離伝送設備であるIEEE
802.22 WRANを用い、各家庭や町内をカバーするための中近距離無線伝送設備としてIEEE8
02.11af WLANを用いる方法が考えられている。したがって、IEEE802.22とIEEE802.11afの
無線システムが干渉することなく、共存するための制御が求められている(例えば特許文
献1乃至3および非特許文献2参照)。
By the way, each standard has a different target service. IEEE802.22 aims to construct a WRAN (Wireless Regional Area Network) that covers a wide area by long-distance wireless transmission. WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) covering a medium-sized area by wireless transmission over a distance and WLAN (
The goal is to build a Wireless Local Area Network. These systems are, for example, IEEE, which is a long-distance transmission facility as a backhaul line for Internet connection.
802.22 IEEE8 as a short-range wireless transmission facility for covering each home and town using WRAN
02.11af A method using WLAN is considered. Therefore, control for coexistence without interference between IEEE802.22 and IEEE802.11af wireless systems is required (see, for example, Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 2).
例えば、ホワイトスペースとして利用可能な周波数が唯一である場合において、IEEE80
2.22 WRANのサービスエリア内に、IEEE802.11af WLAN システムが存在する場合を考える
。この様な場合、以下のような問題点が考えられる。
For example, if the only frequency available as white space is IEEE 80
2.22 Consider an IEEE802.11af WLAN system in the WRAN service area. In such a case, the following problems can be considered.
(1)IEEE802.22とIEEE802.11afの無線局は互いのシステムの受信機能を備えていない
ため、周波数センシングによって他システムの存在を検知することは可能であるが、一次
利用者なのか、ホワイトスペースを利用する他のシステム(二次利用者)なのかの区別す
ることはできない。この様な場合、いずれも利用可能な周波数であるにもかかわらず、利
用不可能な周波数と判断し、通信不能な状態となってしまう。
(1) Since IEEE802.22 and IEEE802.11af radio stations do not have the reception function of each other's system, it is possible to detect the presence of other systems by frequency sensing. It cannot be distinguished whether it is another system (secondary user) that uses the space. In such a case, although both are frequencies that can be used, it is determined that the frequency is not usable and communication is impossible.
(2)仮に、特徴検出などの信号処理技術によって相互のシステムを認識できたとして
も、2つのシステムが共存するためのプロトコルが無いため、周波数共用をすることがで
きない。なぜならば、アクセス方式がOFDMA/TDDであるIEEE802.22が周期的に電波の送信
を行うため、直前に電波の空きを確認した上で送信するアクセス方式のCSMA/CA(Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance:搬送波検知多元接続衝突回避方式)
であるIEEE802.11afは、IEEE802.22が通信しないわずかな時間にのみしか通信を行えない
ため、帯域の利用に不公平が生じる。また、IEEE802.22が通信しない期間は、IEEE802.11
afが利用可能な期間とは限らず、一次利用者をセンシングするための期間(Quiet Period
:QP)や上り下り回線の切り替え期間などの場合もある。この間にIEEE802.11afが送信を
開始してしまうと、IEEE802.22は一次利用者の誤検出や見逃しが発生したり、データの送
受信期間(上り/下りフレーム)に干渉を受けるといった問題が生じる。
(2) Even if the mutual systems can be recognized by a signal processing technique such as feature detection, there is no protocol for the two systems to coexist, so frequency sharing cannot be performed. This is because IEEE802.22, which uses OFDMA / TDD as the access method, periodically transmits radio waves, so the access method CSMA / CA (Carrier
(Sense Multiple Access with Collision Avoidance)
IEEE802.11af, which can communicate only during a short time when IEEE802.22 does not communicate, causes unfairness in the use of bandwidth. Also, when IEEE802.22 does not communicate, IEEE802.11
The period for sensing a primary user (Quiet Period)
: QP) and uplink / downlink switching periods. If IEEE802.11af starts transmission during this period, IEEE802.22 may have problems such as false detection or oversight of the primary user, or interference during the data transmission / reception period (up / down frame).
また、この他の例としては、郊外や僻地などの各家庭にブロードバンド回線を提供する
際に、FTTH(Fiber To The Home)などの有線ネットワークを敷設するのではなく、無線
ネットワークによって提供する方法が考えられる。この様な場合、バックホール回線とし
ての遠距離伝送設備と各家庭などが利用する中近距離伝送設備が連携し、異なる無線シス
テムとの相互接続やマルチホップ伝送による方法が解決策として考えられる。このため、
この様な状況下でも、協調関係にあるべき2つのシステムを共存させる必要がある。
As another example, when providing broadband lines to households such as suburbs and remote areas, a wired network such as FTTH (Fiber To The Home) is not used, but a method of providing it via a wireless network. Conceivable. In such a case, a long-distance transmission facility as a backhaul line and a medium / short-distance transmission facility used by each home or the like cooperate, and a method based on interconnection with different wireless systems or multi-hop transmission is considered as a solution. For this reason,
Even under such circumstances, it is necessary to coexist two systems that should be in a cooperative relationship.
本発明は、上記課題に鑑み為されたもので、上記のようなIEEE802.22とIEEE802.11afが
混在する状況において、異なるホワイトスペース利用無線システムの共存を可能とし、特
にIEEE802.11af WLANがIEEE802.22 WRANをバックホール回線として使用するような、シス
テム間をまたいだマルチホップ伝送やシステム間の共存を実現するための技術を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems. In the situation where IEEE802.22 and IEEE802.11af are mixed as described above, different wireless wireless systems using white space can coexist. .22 The purpose is to provide technology for realizing multi-hop transmission between systems and coexistence between systems, such as using WRAN as a backhaul line.
本発明の1つの側面は、基地局に具備されているネットワーク管理部と中継局に具備さ
れている異システム共存機能部がIEEE802.22の無線回線を利用して通信を行い、IEEE802.
11af WLANが用いる周波数チャネルの決定、管理することで周波数を共用し共存を実現す
る。
According to one aspect of the present invention, a network management unit provided in a base station and a different system coexistence function unit provided in a relay station communicate using an IEEE802.22 wireless line, and IEEE802.
By coordinating and managing the frequency channels used by 11af WLAN, the frequency is shared and coexistence is realized.
また、本発明の好ましい側面では、また、該周波数チャネルについてIEEE802.22 WRAN
とIEEE802.11af WLANが送信停止期間(Quiet Period:QP)を同期し、QPにおいて一次利
用者の不在確認を行うことで、二次利用者を一次利用者として誤検出することを防ぐ。
Also, in a preferred aspect of the present invention, IEEE802.22 WRAN is also used for the frequency channel.
And the IEEE802.11af WLAN synchronize the transmission stop period (Quiet Period: QP) and confirm the absence of the primary user in the QP, thereby preventing the secondary user from being erroneously detected as the primary user.
さらに、IEEE802.22 WRANとIEEE802.11afが同一周波数を時分割で共用する場合には、I
EEE802.22 の基地局がフレーム制御のための信号を無送信とすることでIEEE802.22の端末
(CPE: Customer Premise Equipment)を無送信状態にし、この間にIEEE802.11af WLAN
が通信を行う。IEEE802.22が通信を行う期間はIEEE802.11af WLANはQPとしてあらかじ
めIEEE802.11af端末に通知しておくことで、無送信状態にし、この間にIEEE802.22 WRAN
が通信を行う。
以上の手段により、IEEE802.22とIEEE802.11afの共存を実現する
In addition, when IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af share the same frequency in time division, I
The base station of EEE802.22 sets the IEEE802.22 terminal (CPE: Customer Premise Equipment) to the non-transmission state by making the signal for frame control non-transmission, and during this time, the IEEE802.11af WLAN
Communicate. During the period in which IEEE802.22 communicates, the IEEE802.11af WLAN notifies the IEEE802.11af terminal in advance as a QP so that it does not transmit. During this period, the IEEE802.22 WRAN
Communicate.
By the above means, coexistence of IEEE802.22 and IEEE802.11af is realized.
本発明によれば、異なる規格のホワイトスペース利用無線システム間の相互接続と共存が
可能となる。
According to the present invention, interconnection and coexistence between wireless systems using white space of different standards are possible.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るホワイトスペース利用システムの構成図である。
本実施例のホワイトスペース利用システムは、IEEE802.22 WRANセルの管理・制御を行
う基地局(BS)1と、中継局(RS:Relay Station)2と、端末(MS、STA)3と、イン
ターネット4と、ホワイトスペースデータベース(WSDB)5からなる。本例のホワイトス
ペース利用システムでは、中継局2が、基地局1とはIEEE802.22で通信し、端末3とはIE
EE802.11afで通信しながら、基地局1と端末3との間で行われる通信を中継する。このよ
うに異システムを接続する中継局2は、ゲートウェイとも称される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a white space utilization system according to the present embodiment.
The white space utilization system of the present embodiment includes a base station (BS) 1 that manages and controls IEEE802.22 WRAN cells, a relay station (RS) 2, a terminal (MS, STA) 3, an Internet 4 and white space database (WSDB) 5. In the white space utilization system of this example, the
While communicating with EE802.11af, the communication performed between the base station 1 and the
図2は、基地局1のブロック図である。基地局1は、アンテナ101と、IEEE802.22
準拠の基地局の送受信機能を有するIEEE802.22送受信部102と、IEEE802.22準拠のスペ
クトルマネージャ(Spectrum Manager:SM)であるIEEE802.22 周波数管理部103と
、基地局1に接続している中継局が管理するネットワーク(IEEE802.11af WLAN)の利用
周波数チャネルや送信可能タイミングや最大送信電力を制御するネットワーク管理部10
4と、インターネットに接続する接続端子105と、各機能部(102〜104)及び接
続端子105の間のインターフェースとなるインターフェース部106からなる。
IEEE802.22周波数管理部103は、コグニティブ無線の基地局において中核的な機能部
であり、IEEE802.22として利用可能な周波数の情報を維持し、自己及び近隣のIEEE802.22
基地局の運用チャネルや予備チャネルのリストを管理し、QPのスケジュールを管理し、
IEEE802.22同士の共存機能を実装する。
ネットワーク管理部104は、IEEE802.22周波数管理部103が維持しているIEEE802.
22利用可能周波数情報を参照し考慮して、IEEE802.11af WLANの利用周波数チャネルを管
理するほか、必要に応じ、IEEE802.11afに割当てたチャネルを干渉情報として、あるいは
自己又は仮想のIEEE802.22基地局で運用、準備或いは候補チャネルになっているものとし
て、IEEE802.22周波数管理部103に通知する。
FIG. 2 is a block diagram of the base station 1. Base station 1 includes
IEEE802.22 transmission /
4, a
The IEEE802.22
Manage the list of base station operation channels and backup channels, manage the QP schedule,
Implement coexistence function between IEEE802.22.
The
In addition to managing available frequency channels of IEEE802.11af WLAN by referring to and considering available frequency information, the channel assigned to IEEE802.11af is used as interference information, as necessary, or as a self or virtual IEEE802.22 base. The IEEE802.22
図3は、中継局2のブロック図である。中継局2は、アンテナ201と、IEEE802.22
準拠の端末機能を備えるIEEE802.22 CPE 機能部202と、IEEE802.11af 準拠のWLANアク
セスポイント機能(ルーティング機能を含む)を備えるIEEE802.11af AP機能部203と
、ネットワーク管理部104にログインし、帯域(周波数チャネル)の要求、獲得を行う
機能を備える異システム共存機能部204と、各機能部(202〜204)のインターフ
ェースとなるインターフェース部205からなる。これにより中継局2は、IEEE 802.11a
f WLAN内で通信可能であり、またIEEE802.22 WRANをバックホールとして利用できる。
なおルーティング機能は、異なるネットワークを接続する際に必要なもので、IEEE802.
11af AP機能部203以外の機能部(インターフェース部205や106)に備えてもよ
い。異システム共存機能部204は、SNMP(Simple Network Management Protocol)
や他の公知技術(近隣者発見プロトコル等)を用いてネットワーク管理部104への接続
に必要な情報(アドレス等)を自ら得る。
FIG. 3 is a block diagram of the
IEEE802.22
f Communication within WLAN is possible, and IEEE802.22 WRAN can be used as a backhaul.
The routing function is necessary when connecting different networks.
A functional unit (
And other known techniques (neighbor discovery protocol, etc.), the information (address, etc.) necessary for connection to the
なお図3において、アンテナ201はIEEE802.22 CPE 機能部202とIEEE802.11af AP
機能部203に異なるアンテナを接続しているが、指向性、利得などが同一で良い場合に
は、分配器、合成器などを用いて1つのアンテナを共用しても構わない。
In FIG. 3, the
Different antennas are connected to the
本実施形態では、基地局1に具備されているネットワーク管理部104と中継局2に具
備されている異システム共存機能部204がIEEE802.22の無線回線を利用して通信を行う
ことにより、IEEE802.11af
WLANが用いる周波数チャネルの決定、管理することを特徴とする。また、一次利用者の検
出を正しく行うため、該周波数チャネルについてIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが
送信停止期間(Quiet Period: QP)を同期することも特徴の一つである。
In the present embodiment, the
It is characterized by determining and managing frequency channels used by the WLAN. Another feature is that the IEEE802.22 WRAN and the IEEE802.11af WLAN synchronize the transmission stop period (Quiet Period: QP) for the frequency channel in order to correctly detect the primary user.
以下図4、図5、図6を用いて、IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANの共存の流れを
3つのケースごとに説明する。 3つのケースとはそれぞれ、IEEE802.11afのみが利用可
能なチャネルがある場合(ケース1)、利用可能なチャネルが複数ありIEEE802.22 WRAN
と IEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合(ケース2)、利用可能なチャ
ネルが1チャネルしかなくIEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利
用できない場合(ケース3)である。ケース1と2におけるIEEE802.22 WRANとIEEE802.1
1af WLANの各システムが利用可能な周波数を、以下の表のように想定する。
And IEEE802.11af WLAN can use different channels (Case 2), and only one channel can be used and IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN cannot use different channels (Case 3). IEEE802.22 WRAN and IEEE802.1 in
The frequencies that can be used by each system of 1af WLAN are assumed as shown in the table below.
この想定では、IEEE802.22 WRANはf1, f2が利用可能であり、f3, f4 は一次利用者への
干渉保護のため使用することができない。IEEE802.11af WLANは、周波数チャネルf1、f2
、f4がホワイトスペースとして利用可能であり、周波数チャネルf3は、一次利用者への干
渉保護のため使用できない。
ここで、周波数チャネルf4をIEEE802.11af WLANが使用できて、IEEE802.22 WRAN が使
用できないのは、送信電力の違いによるものであり、IEEE802.11af WLANは中近距離の通
信を目的としているため、IEEE802.22 WRANよりも小電力で通信可能であり、一次利用者
に干渉を与えることなく、通信可能なためである。その逆の場合(IEEE802.22のみが利用
可能なチャネルがある場合)は想定しない。仮にIEEE802.22のみが利用可能なチャネルが
ある場合は、IEEE802.22 WRANが規格にしたがってそのチャネルを任意に使えるものとす
る。
Under this assumption, IEEE802.22 WRAN can use f1 and f2, and f3 and f4 cannot be used to protect interference to the primary user. IEEE802.11af WLAN uses frequency channels f1, f2
, F4 can be used as white space, and the frequency channel f3 cannot be used for interference protection to the primary user.
Here, the reason why IEEE802.11af WLAN can be used for frequency channel f4 and IEEE802.22 WRAN cannot be used is due to the difference in transmission power, and IEEE802.11af WLAN is intended for mid-to-short distance communication. This is because communication is possible with lower power than IEEE802.22 WRAN, and communication is possible without causing interference to the primary user. The reverse case (when there is a channel that can use only IEEE802.22) is not assumed. If there is a channel that can be used only by IEEE802.22, IEEE802.22 WRAN can use the channel arbitrarily according to the standard.
またWSDB5は、この表1の通りの情報或いはこの表を導出可能な情報を維持している。
例えば、その周波数チャネルにおける利用可否(一次システムの有無)と、可能な場合に
おける最大許容送信電力とを、周波数チャネル毎に保持し、最大許容送信電力を各システ
ムで最低限必要とされる電力と比較するようなものでも良い。
なお、IEEE802.11afにおけるチャネル配置が、IEEE802.22(或いは一次システム)のそ
れと異なるような場合(例えばチャネル間隔が、前者が4MHzで後者が6MHzである
ような場合)が考えられる。その場合、IEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが異なる
チャネルを利用すると言ったときは、それらのチャネルの占有帯域は重なりが無いことを
意味し、IEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが同じチャネルを利用すると言ったとき
は、それらのチャネルの占有帯域は重なりがあることを意味するものとする。
The WSDB 5 maintains information as shown in Table 1 or information from which this table can be derived.
For example, the availability of the frequency channel (presence / absence of the primary system) and the maximum allowable transmission power when possible are held for each frequency channel, and the maximum allowable transmission power is the minimum required power for each system. It may be something to compare.
Note that there may be a case where the channel arrangement in IEEE802.11af is different from that in IEEE802.22 (or the primary system) (for example, the channel interval is 4 MHz for the former and 6 MHz for the latter). In that case, when IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN use different channels, it means that the occupied bands of those channels do not overlap, and IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN are the same channel. Is used, it means that the occupied bands of those channels are overlapped.
[ケース1:IEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合]
図4にIEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合の共存動作の詳細を説明する
。
[Case 1: When there is a channel that can use only IEEE802.11af]
FIG. 4 illustrates details of the coexistence operation when there is a channel that can be used only by IEEE802.11af.
[S401]
まず初めに、中継局2は、基地局1とのバックホール回線を確立するため、IEEE802.22
のCPE機能202を用いて、IEEE802.22 WRANにネットワークエントリを行う。
本例では、IEEE802.22 WRANは周波数チャネルf1を用いて通信しており、中継局2は基
地局1が周波数f1を用いて送信するSCH(Superframe Control Header)やCBP(Coe
xistence Beacon Protocol)といったメッセージを受信することによって、IEEE802.22 W
RANが使用するチャネル(運用チャネル:operating channel)や予備チャネル(バックア
ップチャネル:backup channel)を認識する。それらの情報はIEEE802.22CPE機能部20
2と異システム共存機能部204に記憶される。
中継局2は、IEEE802.22 WRANへのネットワークエントリに加え、IEEE802.11af WLANの
中継装置であることを基地局1のネットワーク管理部104に通知する。
[S401]
First of all, the
The network entry is made to IEEE802.22 WRAN using the
In this example, IEEE802.22 WRAN communicates using the frequency channel f1, and the
by receiving messages such as xistence Beacon Protocol)
Recognizes the channel used by RAN (operating channel) and backup channel (backup channel). The information is IEEE802.22CPE function part 20
2 and the different system
In addition to the network entry to IEEE802.22 WRAN, the
[S402]
基地局1と中継局2の通信を確立した後、中継局2のIEEE802.11af AP機能部203は
、IEEE802.11af WLANが利用可能な周波数チャネル候補のリストの取得するために、異シ
ステム共存機能部204に対し、WSDB5へアクセスしホワイトスペースとして利
用可能なチャネルを取得するよう命令を出す。
命令を受けた異システム共存機能部204は、WSDB5にアクセスし、IEEE802.11af
WLANが利用可能な周波数チャネル候補のリストを取得し、取得情報を記憶する。
このように、IEEE802.11af機能部203は、IEEE802.22 WRANの無線回線を利用して直
接DBにアクセスするのではなく、異システム共存機能部204をゲートウェイやプロキシ
サーバーのように用いることによって、ホワイトスペース情報の取得を試みる。
[S402]
After establishing communication between the base station 1 and the
Upon receiving the command, the different system
A list of frequency channel candidates that can be used by the WLAN is acquired, and the acquired information is stored.
In this way, the IEEE802.
なお、異システム共存機能部204は、ネットワーク管理部104をゲートウェイやプ
ロキシサーバーとして利用し、ネットワーク管理部104が周波数候補のリストを代理取
得し、異システム共存機能部204に通知しても良い。したがって、ネットワーク管理部
104は、基地局1内に具備されずに、インターネット4内にサーバー等として設置して
も良い。ネットワーク管理部104は、IEEE802.22周波数管理部103やWSDB5に問
合せたホワイトスペース情報をキャッシュすることで、WSDB5の負荷を軽減させるこ
とができる。
The different system
[S403]
中継局2の異システム共存機能部204は、IEEE802.11af WLANが利用可能なチャネル
リストを取得すると、取得したリストを基地局1のネットワーク管理部104に通知し、
基地局1は受信確認メッセージを返信する。
なお、ステップS402において、ゲートウェイ、プロキシサーバー機能などによって
異システム共存機能部204がネットワーク管理部104に代理させてリストの取得を行
った場合には、その時点でネットワーク管理部104が記憶を行えばよく、本ステップS
403は不要である。
[S403]
When the different system
The base station 1 returns a reception confirmation message.
In step S402, if the different system
403 is unnecessary.
[S404]
中継局2の異システム共存管理部204は、IEEE802.22 WRANが利用可能なチャネルリ
ストと、IEEE802.11af WLANが利用可能なチャネルリストの比較を行う。IEEE802.11af WL
ANのみで使用可能なチャネルがあり、システム規定の通信品質を満足するチャネルであれ
ば、そのチャネルを用いることと判断し、そのチャネルをIEEE802.11af AP機能部203
に通知する。
本例では、IEEE802.11af WLANで利用可能なチャネルである周波数チャネルf4を用いる
。異システム共存管理部204から周波数チャネルf4が利用可能という通知を受けたIEEE
802.11af AP機能部203は、一次利用者の不在を定期的に確認するため、無送信期間(Q
uiet Period:QP)の周期、期間を設定、記憶し、さらに異システム共存管理部204に
通知を行う。QPの周期は、IEEE802.22 WRANの無線フレームの周期(10ms)或いはスーパ
ーフレームの周期(160ms)の整数倍に設定することが望ましい。
なお、IEEE802.11af WLANのみで使用可能なチャネルが無い場合には、図5、図6に示
す手続きによって、通信に用いる周波数を決定する。(詳細は後述する。)
[S404]
The different system
If there is a channel that can be used only by AN and the channel satisfies the system-defined communication quality, it is determined that the channel is used, and the channel is designated as IEEE802.11af
Notify
In this example, a frequency channel f4 that is a channel that can be used in the IEEE802.11af WLAN is used. IEEE that received a notification from the different system
The 802.11af
uiet Period: QP) period and period are set and stored, and the different system
When there is no channel that can be used only by the IEEE802.11af WLAN, the frequency used for communication is determined by the procedure shown in FIGS. (Details will be described later.)
[S405]
中継局2の異システム共存管理部204は、周波数チャネルf4の使用決定とQPに関す
る情報を基地局1のネットワーク管理部104に通知する。通知を受信した基地局1は、
受信確認メッセージを中継局2に返信し、ネットワーク管理部104はIEEE802.22 周波
数管理部103に受信したQPに関する情報を通知する。
このステップにより、周波数チャネルf4についてQPを同期させることが可能になる。
つまり、IEEE802.22 周波数管理部103は、IEEE802.11af WLANのQP期間に一致させた
f1のQP期間で、f4を帯域外(out-band)センシングする。一致させることができなか
ったQP期間は、f4以外のセンシングに利用すればよい。これにより、IEEE802.22 WRA
N がIEEE802.11af WLANを一次利用者として誤検出してしまうことを防ぐことができ、IEE
E802.22 WRANは一次利用者の不在を正しく確認可能となる。また、WSDB5のチャネルリス
トが更新されIEEE802.22 WRAN が周波数チャネルf4を利用することが可能となった際には
、QPタイミングに基づきIEEE802.11af WLANによる使用が強く想定されるタイミングで
十分センシングする。これにより、IEEE802.11af WLANの存在の検知に失敗しIEEE802.11a
f WLANに干渉を与えてしまうことをより確実に防ぐこともできる。
なお、周波数チャネルf4以外の周波数については、QPの同期を行わなくてもよく、周
波数f1については、既にIEEE802.22 WRANが設定しているQPによって一次利用者の不在
確認を行ってよい。
[S405]
The different system
A reception confirmation message is returned to the
This step makes it possible to synchronize the QP for the frequency channel f4.
That is, the IEEE802.22
N can prevent the IEEE802.11af WLAN from being falsely detected as a primary user.
E802.22 WRAN can correctly confirm the absence of the primary user. In addition, when the WSDB5 channel list is updated and the IEEE802.22 WRAN can use the frequency channel f4, sufficient sensing is performed at a timing that is strongly assumed to be used by the IEEE802.11af WLAN based on the QP timing. . As a result, the detection of the presence of the IEEE802.11af WLAN fails and the IEEE802.11a
f It is also possible to more reliably prevent interference with the WLAN.
Note that it is not necessary to perform QP synchronization for frequencies other than the frequency channel f4, and for the frequency f1, the absence of a primary user may be confirmed by a QP already set by IEEE802.22 WRAN.
[S406]
中継局2はIEEE802.11af規定の手続きにより、端末3と認証、接続確立を行う。
[S406]
The
[S407]
端末3はIEEE802.11af規定の手続きにより、中継局2と接続確立時に取得したQPの情
報を記憶する。
[S407]
The terminal 3 stores the QP information acquired at the time of establishing a connection with the
[S408]
中継局2は、周波数f4を用いてIEEE802.11af WLANの通信を行う。これと平行してIEEE8
02.22 WRANは周波数f1を用いて通信可能であり、2つのシステムは共存可能である。また
、IEEE802.11af WLANの端末3は、基地局1と中継局2を介してインターネット5に接続
することができる。
[S408]
The
02.22 WRAN can communicate using frequency f1, and the two systems can coexist. The IEEE802.
[S409]
中継局2は、ステップS405で決定した期間(QP)において、一次利用者の不在を
確認する。一次利用者を検知した場合は、そのチャネルを保護チャネルとして使用を禁止
する。
IEEE802.22 WRAN が周波数チャネルf4についてホワイトスペースとして利用可能かどう
かを確認する場合には、周波数チャネルf4のQPを同期して、一次利用者の不在確認を行
う。
以後、さらなる帯域要求が発生した場合には、S404、S405のステップにより、
チャネルの取得を行う。また、新たな帯域要求がなくても、定期的あるいは次のQPのス
ケジュールが決まるたびにS405の通知をし、IEEE802.22 周波数管理部103は通知
から所定時間経過したQPを無効として消去するようにしてもよい。
[S409]
The
When confirming whether IEEE802.22 WRAN can be used as a white space for the frequency channel f4, the absence of the primary user is confirmed by synchronizing the QP of the frequency channel f4.
Thereafter, when a further bandwidth request occurs, the steps S404 and S405
Get the channel. Even if there is no new bandwidth request, S405 is notified periodically or whenever the next QP schedule is determined, and the IEEE802.22
[ケース2:IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合]
図5にIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合、すな
わちホワイトスペースとして利用可能なチャネルが2チャネル以上ある場合の共存動作の
詳細を説明する。
[Case 2: When IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN can use different channels]
FIG. 5 illustrates the details of the coexistence operation when IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN can use different channels, that is, when there are two or more channels that can be used as white space.
[S501〜S504]
ステップS401〜S404と同様である。
[S501 to S504]
This is the same as steps S401 to S404.
[S505]
ステップS504において、IEEE802.11af WLANのみが使用できるチャネルが存在しな
い場合、中継局2の異システム共存機能部204は、基地局1のネットワーク管理部10
4に帯域要求(チャネル割当要求)を行う。
IEEE802.22 WRANが未使用のチャネルはIEEE802.11af WLANが干渉を与えることなく使用
可能であるため、これらのチャネルから任意のチャネルを選択し、チャネルを指定して割
当要求してもよいし、チャネルは未指定としてネットワーク管理部104にチャネルの割
当を任せても良い。
[S505]
In step S504, if there is no channel that can be used only by the IEEE802.11af WLAN, the different system
4. Band request (channel allocation request) is made.
Channels not used by IEEE802.22 WRAN can be used without interference by IEEE802.11af WLAN, so you can select any channel from these channels, specify the channel, and request allocation. The channel management may be left to the
[S506]
帯域要求を受信した基地局1のネットワーク管理部104は、割当チャネルが指定され
ている場合は、近隣に存在する他のIEEE802.22 WRANに対して干渉を与えないかなどを考
慮した上でそのチャネルが使用可能かどうかの判定を行い、割当チャネルが未指定の場合
には、任意の割当チャネルを選択する(本実施例ではf2を選択)。
さらに、ネットワーク管理部104は、近隣のIEEE802.22 WRANのチャネル使用状況な
どを考慮した上で、他のシステムに干渉を与えないような、割当チャネルにおける送信可
能なタイミング(アクティブフレーム)とQPと許容最大電力(必要であれば)を決定す
る。このとき、IEEE802.22 WRANが複数のチャネルを使用している場合に、使用中のチャ
ネルを開放し、IEEE802.11af WLANに割当てる選択を行っても良い。
決定したQPは、IEEE802.22周波数管理部(SM)103に通知・設定される。これに
より、IEEE802.22システムがIEEE802.11afがQPのときにf2を用いて送信を行うことを
防ぐことができる。
さらに、BS001は、定期的に送信するCBPにf2が運用チャネルであるという情報
を含めてもよく、これにより他のIEEE802.22 WRANが周波数チャネルf2を使用するのを防
ぐことができる。
[S506]
The
In addition, the
The determined QP is notified / set to the IEEE802.22 frequency management unit (SM) 103. As a result, it is possible to prevent the IEEE802.22 system from performing transmission using f2 when IEEE802.11af is QP.
Further, the BS001 may include information that f2 is an active channel in a CBP that is periodically transmitted, thereby preventing another IEEE802.22 WRAN from using the frequency channel f2.
[S507]
基地局1は決定した割当チャネル、送信可能タイミング、QPを中継局2に通知する。
帯域要求時にチャネルを指定されていて、そのチャネルが使用不可と判断した場合には、
割当チャネルなし(使用不可)として情報を中継局2に通知する。
割当結果を受信した中継局2は、受信確認メッセージを基地局1に返信する。
[S507]
The base station 1 notifies the
If a channel is specified when requesting bandwidth and it is determined that the channel cannot be used,
Information is notified to the
The
[S508]
割当結果を受信した中継局2のIEEE802.22 CPE 機能部202は、異システム共存機能
部204とIEEE802.11af機能部203に、割当チャネル、送信可能タイミング及びQPを
通知し、そこで記憶・設定が行われる。この送信タイミングとQPは近隣のIEEE802.22 W
RANのチャネル使用状況を考慮して決定されたものであるため、近隣のIEEE802.22との干
渉を未然に防ぎ、さらに、QPにおける一次利用者の誤検出や誤警報を防ぐことができる
。
[S508]
The IEEE802.22
Since it is determined in consideration of the RAN channel usage situation, it is possible to prevent interference with neighboring IEEE802.22 and further prevent false detection and false alarm of the primary user in QP.
[S509]
中継局2のIEEE802.11af機能部203は、IEEE802.11af規定の手続きにより、端末3と
認証、接続確立を行う。
[S509]
The IEEE802.
[S510]
端末3は、IEEE802.11af規定の手続きにより、端末3と接続確立時に取得したQPの情
報を記憶する。
[S510]
The terminal 3 stores the QP information acquired at the time of establishing a connection with the
[S511〜S512]
決定した送信可能期間とQPにおいて、IEEE802.22及びIEEE802.11afが通信と一時シス
テムの不在確認を夫々行う。本実施例では、IEEE802.22とIEEE802.11afの送信可能期間と
QPが同期しているが、使用している周波数が異なるため同期は必須ではない。
[S511-S512]
In the determined transmittable period and QP, IEEE802.22 and IEEE802.11af confirm the absence of communication and the temporary system, respectively. In the present embodiment, the transmission period of IEEE802.22 and IEEE802.11af and the QP are synchronized, but synchronization is not essential because the frequency used is different.
[ケース3:IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用できない場合
]
図6にIEEE802.22 WRAN とIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用できない場合、
たとえば、ホワイトスペースとして利用可能なチャネルが1チャネルしかなく、周波数チ
ャネルf1のみが利用可能であると仮定した場合の共存動作の詳細を説明する。本実施例
では、利用可能なチャネルが1チャネルしかない場合は、時分割でチャネルを共用し、各
システムはIEEE802.22規定のフレーム単位でチャネルを利用する。
[Case 3: When IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN cannot use different channels]
In FIG. 6, when IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN cannot use different channels,
For example, details of the coexistence operation when it is assumed that there is only one channel that can be used as white space and only the frequency channel f1 can be used will be described. In this embodiment, when there is only one channel that can be used, the channel is shared in a time-sharing manner, and each system uses the channel in frame units defined by IEEE802.22.
[S601〜S605]
ステップS501〜S505と同様である。
[S601 to S605]
This is the same as steps S501 to S505.
[S606]
帯域要求を受信した基地局1のネットワーク管理部104は、周波数チャネルf1を用い
てIEEE802.11af WLAN と時分割共用するため、IEEE802.11af WLANの送信可能タイミング
(フレーム)、QPの周期、期間を決定する。決定した情報は周波数管理部103に通知
される。なお、通常のSCHやCBPにはIEEE802.22 WRANが使用するフレームをアクティブフ
レームとして情報を付加するが、本発明においては、IEEE802.11af が使用するフレーム
もIEEE802.22 WRANと区別することなくアクティブフレームとして情報を付加する。これ
により、近隣のIEEE802.22 WRANによってIEEE802.11afに割当てたフレームが使用される
ことを防止できる。
[S606]
The
[S607〜S610]
ステップS507〜S510と同様である。ただし、複数の中継局2で同じチャネルを
共有することができ、その際S607で各中継局に通知する割当チャネル、送信可能タイ
ミング、QPは共通である。
また端末3は一般に、一次利用者の不在確認(センシング)を行わないので、端末3に
対しては、IEEE802.11afが送信可能なフレーム以外は全てQPとして通知・設定しても一
次利用者を誤検出することはないため、その期間をQP(送信が禁止された期間であれば
よい)に設定する。
[S607 to S610]
This is the same as steps S507 to S510. However, a plurality of
In addition, since the
[S611]
IEEE802.11af WLANIEEE802.11af AP機能部203及び端末3)は、割当てられた送信可
能期間において、周波数チャネルf1を用いて通信を行う。
IEEE802.22 WRANは無送信で待機する。なお、基地局1はSCHやCBPを用いて本レームを
基地局1のアクティブフレームとして通知しているので、IEEE802.22のCPEはIEEE802.22
WRANのフレームが送信されているものと認識するが、実際には基地局1からフレームプリ
アンブルやFCH(Frame Control Header)、DSMAP、USMAPなどのフレーム制御情報の送信
を行わない。このため、本フレームにおいて、CPEが送信することはなく、IEEE802.11af
WLANに対して干渉を与えることはない。
[S611]
The IEEE802.11af WLAN IEEE802.11af
IEEE802.22 WRAN waits without transmission. Since the base station 1 notifies this frame as an active frame of the base station 1 using SCH or CBP, the IEEE802.22 CPE is IEEE802.22.
Although it is recognized that a WRAN frame is being transmitted, frame control information such as a frame preamble, FCH (Frame Control Header), DSMAP, and USMAP is not actually transmitted from the base station 1. Therefore, CPE is not transmitted in this frame, and IEEE802.11af
There is no interference to the WLAN.
[S612]
IEEE802.22 WRAN は、割当てられた送信可能期間において、周波数チャネルf1を用い
て通信を行う。
IEEE802.11af WLAN(IEEE802.11af AP機能部203及び端末3)は無送信で待機する。
無送信は各種の公知の方法で実現でき、例えば、アクセス方式にPCF(Point Coordina
tion Function)を利用している場合は、IEEE802.22 WRANがアクティブな期間に一致させ
てCFP(Contention Free period)を設定し、ビーコン或いはProbe Responseに含ませる
パラメータで通知するとともに、CFPの間、全ての端末3にアクセス権を与えない(C
F−Pollを送信しない)ことで実現できる。
[S612]
IEEE802.22 WRAN performs communication using the frequency channel f1 in the allocated transmission available period.
The IEEE802.11af WLAN (IEEE802.11af
Non-transmission can be realized by various known methods. For example, PCF (Point Coordina) is used as an access method.
option Function), a CFP (Contention Free period) is set in accordance with the period in which IEEE802.22 WRAN is active, and notified with a parameter included in a beacon or Probe Response, and during CFP, Do not give access rights to all terminals 3 (C
This can be realized by not transmitting F-Poll.
[S613]
IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANは無送信となり、一次利用者の不在確認を行う。
なお、(使用周波数をWSDB5に確認しているという理由で)IEEE802.11af WLANが
スペクトルセンシングを必須としないなら、このステップのIEEE802.11af WLANのQPは
、単なる無送信でよい。IEEE802.22 WRANのQPには、”Intra-frame sensing”用の短期
間且つ短周期のQPと、”Inter-frame sensing”用の長期間且つ長周期のQPの2種類
がある。短期間QPであれば、IEEE802.11af WLANはRTS/CTS手順により通信予告
をし、実際には通信を行わないことで、期間中の無送信を実現できる。
[S613]
IEEE802.22 WRAN and IEEE802.11af WLAN are not transmitted, and the absence of the primary user is confirmed.
If the IEEE802.11af WLAN does not require spectrum sensing (because the used frequency is confirmed by the WSDB5), the QP of the IEEE802.11af WLAN at this step may be simply no transmission. IEEE 802.22 WRAN QP has two types: a short-period QP for “Intra-frame sensing” and a long-period QP for “Inter-frame sensing”. In the case of a short period QP, the IEEE802.11af WLAN makes a communication advance notice according to the RTS / CTS procedure, and can actually realize no transmission during the period by not performing communication.
以上のように、本実施例のような中継局を用いることによって、IEEE802.22とIEEE802.
11afの共存が可能となる。
As described above, by using the relay station as in this embodiment, IEEE802.22 and IEEE802.
11af can coexist.
1…基地局(BS)、2…中継局(RS)、3…端末(MS,STA)、4…接続端子
(ポート)、5…ホワイトスペースデータベース(WSDB)、
101…アンテナ、102…IEEE802.22送受信部、103…IEEE802.22 周波数管理部
、104…ネットワーク管理部、105…接続端子(ポート)端子、106…インターフ
ェース部106、
201…アンテナ、202…IEEE802.22 CPE 機能部、203…IEEE802.11af AP機能部
、204…異システム共存機能部、205…インターフェース部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base station (BS), 2 ... Relay station (RS), 3 ... Terminal (MS, STA), 4 ... Connection terminal (port), 5 ... White space database (WSDB),
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該第1の無線システムの端末として、該第1の無線システムの基地局と無線通信する第1システム端末部と、 A first system terminal unit that wirelessly communicates with a base station of the first wireless system as a terminal of the first wireless system;
該第2の無線システムの基地局として、該第2の無線システムの端末と無線通信する第2システムAP部と、 A second system AP unit that wirelessly communicates with a terminal of the second wireless system as a base station of the second wireless system;
該第1の無線システムの基地局にログインして周波数チャネルを要求し、獲得した周波数チャネルを該第2システムAP部に使わせ、該獲得した周波数チャネルにおいて送信可能なタイミングが定められているときは、該タイミング以外の全ての期間に亘り、該第2の無線システムを無送信期間とするように該第2システムAP部を設定する異システム共存機能部と、を備え、 When logging in to the base station of the first radio system, requesting a frequency channel, causing the second system AP unit to use the acquired frequency channel, and when transmission timing is determined in the acquired frequency channel Includes a different system coexistence function unit that sets the second system AP unit to set the second wireless system to a non-transmission period over all periods other than the timing,
該異システム共存機能部は、外部に備えられるデータベースから取得した第2の無線システムが利用可能な周波数チャネルのリストに、第1の無線システムで利用できない周波数チャネルを発見したときは、該利用できない周波数チャネルを該第2システムAP部に使わせるとともに、該第2システムAP部が使用する周波数チャネル及び無送信期間を、該第1の無線システムの基地局に通知し、 The different system coexistence function unit cannot be used when it finds a frequency channel that cannot be used in the first radio system in the list of frequency channels that can be used by the second radio system acquired from a database provided outside. The frequency channel used by the second system AP unit is used by the second system AP unit, and the frequency channel and the non-transmission period used by the second system AP unit are notified to the base station of the first radio system,
該リストの中で、該第1の無線システムでは利用できない周波数チャネルが発見されないときは、該異システム共存機能部は、第2システムAP部に該獲得した周波数チャネルを使わせるとともに送信停止期間を該第1の無線システム送信停止期間に同期させることを特徴とする無線ゲートウェイ装置。 When no frequency channel that cannot be used in the first wireless system is found in the list, the different system coexistence function unit causes the second system AP unit to use the acquired frequency channel and sets a transmission stop period. A wireless gateway apparatus that is synchronized with the first wireless system transmission stop period.
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