JP6108576B2 - マルチチャネル通信システム及びマルチチャネル通信方法 - Google Patents
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Description
他の方法では、各無線局がスペクトルセンシングによって一次システムの利用する電波の検知を行い、不在を確認した場合に一次システムの周波数チャネルをホワイトスペースとして利用可能としたり、存在を検知した場合に自局のWSCHリストから当該チャネルを除外する。
802.22システムが運用するチャネルの管理や設定は、基地局内のスペクトルマネージャ(SM:Spectrum Manager)によって制御されており、SMは管理情報ベース(MIB:Management Information Base)が取得したDBアクセス結果(そのBSのためのWSCHリスト)とスペクトルセンシングの結果と位置情報をもとに、WSCHの優先付けを行い、運用チャネルを1つ選択して使用する。
BSは電源投入により起動すると、DBサーバー6へのアクセスとスペクトルセンシングによってWSCHリストを取得し、WSCHリストの中から1チャネルを運用チャネルとして選択し、運用を開始する。つまりその運用チャネルの周波数で無線信号の送受信をする。
BSは、運用を開始すると、制御情報をサービスエリア(セル)に対してブロードキャストする。802.22は図3に示すように16フレームを1スーパーフレームとする構成を採っており、BSは周期的にスーパーフレームの制御情報であるSCH(Superframe Control Header)やフレームの制御情報であるFCH(Frame Control Header)やDS-MAP(Downstream Map)やUS-MAP(Upstream Map)などを送信し、セルの管理及び制御を行う。
CPEは、BSからのSCHの受信に加え、FCH、DS-MAP、US-MAPなどのフレーム制御情報の受信に成功すると、フレーム内の構成が正しく認識できるため、BSとCPE間の信号送受信タイミングや送信電力の調整などの同期処理や、CPEの端末情報(ID、位置情報、最大送信電力)の登録、認証、サービス割当などの手続きを行う。このとき、CPEは、自己の位置情報を提示することにより、現在の運用CHが自己のWSCHとして利用可能かどうかの問い合わせをBSに対して行ってもよい。
更に、該集中制御部のチャネル追加手段は、運用を開始していない該複数の無線通信部の中からひとつの無線通信部を選択する処理と、該無線通信部に運用開始要求を行う処理と、該無線通信部が運用するチャネル番号と送信電力情報を含めた形で管理情報を該無線通信部に通知する処理と該無線通信部からの運用準備完了通知を受信する処理とを含む。
前記端末局の複数の無線通信部に運用開始命令をするチャネル追加手段と前記複数の無線通信部の運用チャネルを切り替える手段と前記複数の無線通信部の運用チャネルを停止させる手段と、
前記複数の無線通信部への送信データの割当処理とデータ送信命令を行う手段と、前記複数の無線通信部が受信したデータを集約および整理を行う手段とを含むことを特徴とする。
なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
BS2は、複数の無線通信部(BS-CHU)13a,13bと、それらBS-CHUの制御等を行うチャネルユニット制御部(CHU-M)14と、を有する。またBS-CHU13とCHU-M14とを接続するため、それらにはユニット間I/F16、15がそれぞれ備えられる。CHU-M14はまた、インターネット(WAN)に接続するためのインターネット接続I/F17を備える。
BS-CHU13は、従来の802.22-2011と同様に、所定の帯域幅(例えば5MHz)を有する1つの周波数チャネルで無線信号を送受信する能力を有する。なお、各CHUが使うチャネルの周波数は可変(プログラマブル)であることが望ましい。ただし、ホワイトスペースの周波数は広範であるため、その帯域を分割し、各CHUは1つの分割帯域の範囲で周波数チャネルを可変できる構成とするとよい。各CHU13は、物理層(superframe、frame、TDD)のタイミングを同期して動作する。
CHU-M14は、インターネットからの下りデータ(データプレーン)のCHUへの割当て(分配)を管理し、MAP情報を生成する。またCPEからの上りデータ(データプレーン)をバッファし、順序整理や選択などを行う。CHU-M14は、個々のBS-CHU13に運用チャネルを割当てるチャネル割当部(BS-CAM:BS-Channel Allocation Manager)41と、BS2に接続しているCPEの情報を保持しCPEの状態を管理するCPE管理部42と、を有する(不図示)。
ユニット間I/F 15、16は、論理的なものであり、必ずしもハードウェアを伴わなくてよい。
CPE-CHU71はBSのBS-CHU13に比べ、必要とされる送信電力が低いので、オールバンドのハードウェアとすることが容易である。
CHU-M72は、個々のCPE-CHU71に運用チャネルを割当てるチャネル割当部(CPE-CAM)81(不図示)を有する。
BS-CHU13やCPE-CHU71は、MAC層処理において、1チャネル分の無線処理を行う単位として扱える、ソフトウェア上のエンティティであってもよい。BS-CHU13やCPE-CHU71のそれぞれは、固有のCHUID(CHU-IDentification)を有する。
マルチチャンネルでのデータ伝送の方式としては、接続状態の複数(全て)のCHUのペアで同一データを送受信するロバストモード、データをいずれかのペアに振り分けて送受信する分散モード、及び上記2モードを適応的に選択する適応モードの3つがある。
本例では、図5に示すように、マルチチャネル動作中に通信されるMAC PDUには、サブヘッダにあたる位置にAggregation Headerが常に設けられる。Aggregation Headerは、束ねられたデータシーケンス及び集約タイプを管理するために用いられ、表1のように定義されるフォーマットにより受信側に通知される。
BS2において、BS-CAM41による運用チャネル決定(つまりチャネルの追加、停止、及び切替)の契機となるのは、DBアクセス、センシング、CPEセンシング結果の受信により、WSCHの変更に気付いた場合と、決められた時間のみ特定のチャネルが使用可能になるといったスケジューリングである。ただしこれらの契機があっても、BS-CAM41は運用チャネルを変更しない(つまり、追加も停止も切替もしない)という決定をしうる。例えば、マルチチャネル運用に割当て可能なバックアップ或いは候補チャネルが残っていても、マルチチャネル運用能力を有するCPEが現在1つも存在しないなら、運用チャネルを更に追加する必要はない。なおCPEのマルチチャネル運用能力は、CBC-REQメッセージ(後述)によりCPEから知らされる。
即ち、チャネル切替処理は、BSからの制御メッセージ(管理メッセージ)の1つである切替要求(CAM−SWH)を受信した場合に実行される。
チャネル停止処理は、制御メッセージの1つである停止要求(CAM−STP)を受信した場合や、自身のセンシングにより1次システムを検知した場合や、スケジューリングにより停止すべきチャネルであると決定された場合に、実行される。
チャネル追加処理は、スケジューリングにより、あるチャネルで運用を開始できると判断された場合や、CHU71からBSロストメッセージを受取った(つまりBSと非接続状態となったCHUがある)場合や、制御メッセージの1つである集約情報(CAM−AIF)を受信した場合(不図示)に、実行されうる。
ステップS1として、BS2のBS-CAM41は、チャネル追加処理の対象となるCHUを選択する。このCHUは、BS2のBS-CHU13の中から、現在未使用(未割当て)で、且つ、ハードウェアが、割当てたいチャネルの周波数に対応(accept)しているものを選ぶ。なおこのステップS1の一部は、図6の運用チャネル決定に含めてもよい。
ステップS2として、BS-CAM41は、選択されたBS-CHU13に対し、CHU運用開始要求を送信する。CHU運用開始要求は、チャネル周波数(中心周波数)やそのオフセットなどの物理層に関わる各種パラメータや、MIB情報の一部(例えばソフトウェアバージョン情報等)を含みうる。
ステップS4として、BS-CAM41は、管理情報通知をBS-CHU13に送信する。管理情報通知は、主に、BS-CAM41でメンテナンスされBS-CHU13に必要なMIBの情報を含み、BS−CPE間の接続を特定するためのID(チャネル周波数に対応付けられたcarrier index)等も含みうる。なおBS-CHU13がMAC層機能の一部を有していれば、Station IDや、BS2のMACアドレス等、MACで用いるMIBの情報が必要になる。
ステップS6として、BS-CHU13は、周波数設定処理を行う。そこでは、ステップS2或いはS4で受取った中心周波数やそのオフセットが、BS-CHU13の局部発振器に反映される。
ステップS7として、BS-CHU13は、CHU同期処理を行う。この処理は、無線通信システム内の複数のBS間で、superframe、frame、TDDのタイミングを同期させるネットワーク同期のためものであり、GPS等から取得したUTC時刻の各分の開始にsuperframeを同期させることを基本とする。結果的に、運用中のCHU同士も互いに同期することになる。
ステップS8に続けて、ステップS9として、SCHを含む無線フレームを周期的に送信する。SCHは、BS2のMACアドレスであるBS_IDを含み、更にどのBS-CHU13から送信されたかを示す、新たに定義する2bit程度のCHID(Channel ID)を含んでも良い。
まず、ステップS11として、CPE7のCPE-CAM81は、チャネル追加処理の対象となるCHUを選択する。多くの場合、この処理は、CPE7にBS lost状態のCPE-CHU71が生じた場合に開始するので、そのCPE-CHU71が選択される。
ステップS12として、CPE-CAM81は、選択されたBS-CHU13に対し、BSサーチ命令を送信する。BSサーチ命令は、1つあるいは複数のチャンネルを指定して行うものと、CHUが対応している全ての周波数でサーチさせるものがある。拡張されたDCDメッセージ等によりBS2が使用中で未接続のチャネルが判明している場合或いはバックアップチャネルに基づき推定できる場合は、そのチャネルを指定すると良い。なお、既に他のCPE-CHU71が使用しているチャンネルは、重複を防止するためサーチしない。また、以前のサーチ等により別のBSが使用していることが判明しているチャネルのサーチは、最低の優先度とする。
ステップS16として、動作中のCHUがある場合に、そのCHUの接続先が、ステップS13で示されたBSと同じであるか判断する。
不一致の場合、ステップS17として、CPE-CAM81は、BS検知通知の応答としてBS不一致通知をCPE-CHU71に送信する。これによりCPE-CHU71は残りの対象周波数でのサーチを再開する。あるいは、ステップS12に戻り、CPE-CAM81は別のサーチ対象の周波数を指定する新たなBSサーチ命令をCPE-CHU71に送信する。
ステップS19として、継続通知を受信したCPE-CHU71は、SCHを検出した周波数で、同期処理を続行する。ステップS19は、FCHやDS−MAPを検出及び復号し下りストリームのパラメータを取得する狭義の同期処理のほか、UCD(Upstream Channel Descriptor)メッセージを受信して上りストリームのパラメータを得る処理や、TDDのタイミングを調整するレインジング処理を含む。
ステップS22として、登録要求を正常に受信したBS2のCPE管理部42は、登録完了通知を返信する。これによりチャネル追加処理が完了し、以後、指定したモードでBS2とCPE7の間でデータの通信が行われる。
なお、CPE13はマルチチャネル化する前からマネージドつまりSNMPによってMIB情報を交換可能な状態となっているが、もし追加したチャネルに固有のMIB情報や必要な設定ファイルがあれば、その取得が済んでからその追加したチャネルについての登録が完了したことを管理メッセージで明示的に通知してもよい。
ステップS31として、BS2のBS-CAM41は、チャネル切替の対象となるBS-CHU13に、CH切替要求を送信する。このBS-CHU13は、切替え先のチャネル周波数に対応(accept)していなければならない。
ステップS32として、CH切替要求を正常に受取ったBS-CHU13は、チャネル切替えタイマーをセットする。BS-CHU13は常にフレームナンバーをカウントしており、タイマーのセットとは、切替えを行う将来のフレームナンバーを決めることを意味する。
本実施例1のCH切替要求は、一例として、IEEE802.22-2011に規定されたManagement Message Type=26のCHS-REQメッセージに、DREG-CMDメッセージにあるような切替先のチャネル番号を示すフィールド或いは情報要素を追加し、新たに定義されるものであり、切替対象の(現在の)チャネルを特定する情報や、切り替えまでの残りフレーム数を示すSwitch Countフィールドも有する。チャネル番号を示す情報要素は、チャネル番号(carrier index)そのものでもよいし、別の管理メッセージであるDCD(Downstream Channel Descriptor)メッセージに含まれる、バックアップ及び候補チャネルリストにおいて何番目のチャネルであるかを示すものでもよい。また、切替対象のチャネルを特定する情報も、チャネル番号そのものでもよいし、BS側のCHUとCPE側のCHUとの接続(対応付け)を識別するID(CHID等)でもよく、SID(Station ID)、CID(Connection ID)等で代用できる場合がある。
なお、DCD Channel information elementsは、このCH切替要求と同様のフィールド或いは情報要素を追加的に含んでも良い。また、分散モードしか用いず、管理メッセージをチャネル毎に分けている場合は、切替対象のチャネルを特定する情報は必ずしも必要ではない。
ステップS35として、CPE-CHU71は、CH切替要求の受信をCPE-CAM81に通知する。
ステップS36として、これからチャネル切替が起こることを把握したCPE-CAM81は、切替先のチャネルに問題がなければ、切替承認(命令)を行う。
ステップS38として、CH切替タイマーがセットされたフレームナンバーに到達し発火(ignite)すると、BS-CHU13は、チャネル切替を行う。即ち、フレームの境界(RTG)の時間内で、運用パラメータを変更し、また、局部発振器の周波数を変更先のチャネルに同調させる。殆どの場合、チャネル切替は、現在のチャネルを明け渡す必要に迫られて行うものなので、S37の受信応答をいずれのCPEからも受取れなかったとしても、チャネル切替は断行される。
ステップS38と同時に、ステップS39として、CPE7においてもタイマー経過によりチャネル切替が行われる。
次にステップS41として、BS-CHU13は、SCH、DS-MAP、DCD、UCDを送信する。
最後にステップS43として、CPE-CHU71は、切替完了通知(CHS-CPLT)をBS2に向けて送信する。この切替完了通知は、管理メッセージの一種であり、本実施例1ではCHS-RSPメッセージと類似のものが新たに定義され、これを受取ったBS2のCPE管理部42は、保持しているCPEの情報を更新する。
ステップS51として、BS2のBS-CAM41は、チャネル停止の対象となるBS-CHU13に、CHU停止要求を送信する。
次にステップS52として、CH停止要求を受取ったBS-CHU13は、運用停止タイマーをセットする。ここでタイマーのセットとは、停止を行う将来のフレームナンバーを決めることを意味する。
ステップS55として、CPE-CHU71は、運用停止要求の受信をCPE-CAM81に通知する。
ステップS56として、これからチャネル運用停止が起こることを把握したCPE-CAM81は、停止承認及び要求を行う。
ステップS58として、運用停止タイマーがセットされたフレームナンバーに到達し発火すると、CPE-CHU71は、運用を停止する。即ち、一切の送信及び受信を止め、運用チャネルも忘れてしまう。
ステップS58と同時に、ステップS59として、BS2のBS-CHU13においてもタイマー経過により運用停止する。
最後に、ステップS59として、運用停止が完了したCPE-CHU71とBS-CHU13は、運用完了通知をCPE-CAM81とCPE管理部42に送信する。
なお、上述のチャネル停止処理において、タイマーの管理をCAMで行うようにしても良い。
CHU-M124は、個々のBS-CHU130に運用チャネルを割当てるチャネル割当部(CAM:Channel Allocation Manager)41と、BS2に接続しているCPE170の情報を保持しCPEの状態を管理するCPE管理部42と、管理情報処理部(MIB)43と、DBアクセス制御部44と、通信データ制御部45と、センシング制御部46と、を有する。
CPE管理部42は、管理メッセージ等で取得した、BS120に接続している全CPE170の最新の情報をテーブルに維持し、他からの照会に答える。テーブルはCPE毎に、CPEを特定するIDと、Device IDかシリアルナンバーかstation IDのいずれかと、CPE170(CPEのCHU−M)のMACアドレス等のCPE毎に固有の情報と、CHUの数と、更にCHU毎のID(CHUID)又はチャネル番号と状態と、を保持する。状態には、停止中、同期(接続)途中、managed nodeであるかの区別や、マルチチャネル化されているか否か、及びマルチチャネル化されている場合のモード等の情報を含む。各CPEのCHUの情報は、把握できる範囲のものであり、例えば他の基地局に接続しているCHUまで含む必要はない。
CPE管理部42はこれらの情報に基づき、BSがマルチチャネル動作しているときは、CPE毎に、チャネルにデータを振分けたり複製したりする制御(チャネルスケジューリング)を行う。
DBアクセス制御部44は、PAWS(Protocol to Access White Space database)等を用いて、インターネット上のDBサーバー6を自ら発見し、アクセスして、WSCHリストを取得したり、自己が占有しているチャネルや1次システムを検知したチャネルをDBサーバー6へ通知したりする。これらの情報は適宜情報管理処理部43のMIBに反映される。
センシング制御部46は、SM(スペクトラムマネージャ)およびその上位レイヤとして機能し、スペクトラムセンシングオートマトン(SSA)に基づきセンシング部125等を制御してセンシング(Out-of-bandセンシング)を行う。In-bandセンシングには、BS-CHU130から得られた情報(UCS等)が主に利用される。これらのセンシング情報に基づき、利用可能(Available)チャネルの分類を保持するチャネルリストを更新する。このリストの中で利用可能チャネルは、"Disallowed"、"Operating"、"Backup"、"Candidate"、"Protected"、"Unclassified"のいずれかに分類される。
センシング部125は、信号受信部や信号解析部を有し、物理層としてのスペクトラムセンシング機能を、センシング制御部46に提供する。
MAC処理部131は、1チャネル分の低レベルMAC処理を行う。このMAC処理は、CHU-MからのMAC PDU或いはバースト単位の通信データを、通信データ制御部45から得たMAP割当を示す情報に基づいてMACフレーム化する処理やその逆のデフレーム化処理など、CHU-Mからの指示に従った処理や、セキュリティーレイヤ処理などを含む。
送受信部133は、高周波デバイス等で構成され、無線周波数と中間周波数との変換、送信信号の電力増幅、送信電力の制御、受信信号の増幅、受信電力の測定、受信ゲインの制御等を行う。
MAC処理部131〜送受信部133の送信のための処理は、通信データ制御部45からマッピングの情報を受取ることを契機に行なわれ、これを送信命令とみなすことが出来る。
GPSユニットは、DBサーバー6からWSCHリストを取得する際に必要な、BS2の地理的位置情報を提供するほか、複数のBSを同期させるための高精度な時計、高精度な周波数源としても動作しうる。
なお、本例ではCHU毎にアンテナ135を設ける構成としたが、これに限らず、CIB(Constant Impedance Band-pass)共用器やバトラーマトリクス(Butler matrix)を用いて、アンテナを共用しても良い。
本例のBS120の初期化処理は、図13に示されるように、1次システム検出処理の後或いは初期化処理の最後に、利用可能なTVチャネルのリストを、上位層に提示するステップ(S69)と、その提示後にマルチチャネル動作を開始するステップ(S70)と、を新たに設けた点で、802.22の初期化処理と異なる。
まずステップS61で、BS120は専門家によりインストールされる。
次にステップS62で、アンテナ利得テーブルを含むアンテナ情報を取得する。アンテナ利得テーブルは管理情報処理部43のMIBに保存されているが、もしなければアンテナ(アンテナユニット)からシリアル通信により取得する。
次にステップS63で、BS120の地理的位置(WGS 84測地系の経緯度)を決定する。
次にステップS64で、BS120のサービスエリアにおいてWSDBが存在するか(アクセスできるか)判断する。存在しないと判断された場合、ステップS65で、BS120のスペクトラムマネージャ(センシング制御部46)は初期的に全てのチャネルが利用可能とみなす。
存在すると判断された場合、ステップS66で、M-DB-AVAILABLE-REQUEST等のプリミティブに基づき、WSDBから初期の利用可能チャネルリスト(WSCHリスト)を受け取る。
次にステップS67で、BS120の運用者はもし必要なら、初期の利用可能チャネルの内、一部のチャネルを利用不可にする。
次にステップS68で、全ての利用可能チャネルにおいて、既存システムの検出を実施するとともに、近隣の他のBSとネットワーク同期を行う。
次にステップS69で、1乃至複数の運用チャネルを選ぶために、BS120のスペクトラムマネージャは上位レイヤ(Network Control and Management System)にM-AVAIL-TV-CH-REPORTプリミティブを用いて利用可能チャネルリストを提示する。本例におけるM-AVAIL-TV-CH-REPORT.requestプリミティブのフォーマットを表2に示す。
上位レイヤは、利用可能チャネルリストから任意に運用チャネルを選べるが、スペクトルセンシングの結果に基づき、BSに備えられた各CHUのハードウェアで実際に使用可能であり、最も干渉の恐れが少ないチャネルを選ぶことが望ましい。スペクトラムマネージャは、上位層からマルチキャリア運用を拒否された場合、mode=2のM-AVAIL-TV-CH-REPORTプリミティブを発行しなおして、1つの運用チャネルを受取るようにしてもよい。
最後にステップS70で、選ばれた運用チャネルでのシングルキャリア運用或いはマルチキャリア運用を開始する。
まずステップS71で、CPE170は、セルフテストを実施する。
次にステップS72で、BSでのステップS62同様、自己のアンテナ利得情報を取得する。
次にステップS73で、BSによるWRANサービスをセンシングし、同期する。このステップにおいてセンシングスレッドは、送信中の既存システム(テレビ)の検出も開始する。
次にステップS74で、CPE170のスペクトラムマネージャは、センシング結果を上位レイヤー(アプリケーションレイヤー)に提示する。具体的には、スペクトラムマネージャのスペクトラムセンシングオートマトン(SSA)が、M-WRAN-SERVICE-REPORTプリミティブを発行し、アプリケーションに対して、利用可能WRANサービスリストの中から複数のチャネルを選出することを要求する。M-WRAN-SERVICE-REPORT.requestプリミティブは、利用可能WRANサービスと、その周波数チャネルと、受信信号強度(RSSL)とを含むリストを含む。
次にステップS75で、アプリケーションは、マルチキャリア運用をしようとする場合、提示されたセンシング結果(そのエリアにおいて特定された利用可能なBSと既存システムの存在)に基づいて、利用可能なBSの中から複数のWRANサービスを選出する。つまり、マルチキャリア運用かシングルキャリア運用かは、このアプリケーションが決定する。例えば、CHUの具備数に応じ、マルチチャネルに対応したサービスを好んで選択したり、その逆の選択をすることができる。
そして、M-WRAN-SERVICE-REPORT.requestへの応答として、SSAに向けて、選出された複数のチャネルの情報を含むM-WRAN-SERVICES-RESPONSEプリミティブを発行する。本例におけるM-WRAN-SERVICES-RESPONSE.indicationプリミティブは、1つの選出チャネルを応答する際のM-WRAN-SERVICE-RESPONSを拡張して新たに定義されたものであり、そのフォーマットを表4に示す。
選出チャネルを受け取った後、SSAは、選出チャネル及びその隣接チャネルにおいて、より厳密にセンシングし直して、弱い既存サービスが選出チャネルのWRANサービスによって隠されていないか検出する。
次にステップS77で、選出されたWRANサービスから、下り及び上りストリームのパラメータを取得する。
次にステップS78で、もし必要であれば、CPEのアンテナのアジマス(放射ビーム方向)を、BSの方向へ、或いは予干渉や被干渉がより低減できる方向へ向ける。調整後のアジマスの角度(真北を0度とし時計回りに計る)はMIBに反映され、BS側にも知られることとなる。
次にステップS79で、選出チャネルの内の1つ(チャンネルN)とその隣接チャネルが、センシングに合格し、さらにレインジング要求が可能なタイミングの検出に成功すると、CPEはBSと初期レインジングを実施する。
次にステップS80で、選出チャネルの内の1つ(チャンネルN)とその隣接チャネルが、センシングクリテリアに合格し、且つ、レインジング要求が可能なタイミングの検出に成功したか判断する。所定時間内に成功しなければ、CPEは初期化を最初からやり直す。
成功したと判断された場合、ステップS80で、CPEはBSと初期レインジングと実施する。
次にステップS81で、CPEは、CBC-REQメッセージにより自己の基本能力(basic capabilities)をBSに送信する。CBC-REQ(CPE Basic Capability REQuest)メッセージは、原則としてCPEの初期化時にのみ伝送される、Management Message Type = 19の管理メッセージ(後述)であり、この基本能力には、CPEから送信される最大のEIRPや、CPEが対応している変調方式、マルチチャネル運用能力を有しているか否か等の、CPEでサポートされる物理パラメータが含まれる。マルチチャネル運用能力は、表5に示すように"Multi-channel operation supported"と呼ばれる情報要素として新たに定義される。
認証に失敗した場合ステップS83として、CPEはその認証拒否の結果を記録し、当面の間その認証拒否したBSを考慮しないようにする。BS側でも、レインジング成功時にしたCPEの仮登録を消去する。
認証に成功した場合ステップS84として、AAAはBS−CPE間の鍵交換を実施する。
次にステップS85で、REG-REQ/RSPメッセージを送受信することで、CPEの登録を実施する。CPEからBSに送信されるREG-REQメッセージには、CPEの地理的位置の測定結果であるNMEA 0183フォーマットの文字列や、ARQをサポートするか否か等のCPE能力を示す情報要素が含まれる。
BSのスペクトラムマネージャはNMEA文字列が有効か判断し、有効であれば、及びCPE能力に対応するCPE設定(IPのバージョン、予備の管理用接続で用いるIPアドレス等)を含むREG-RSPを返信する(ステップS85a)。無効であれば、初期化は失敗となる(ステップS85b)。その後CPEはREG-RSPで指定されたCPE設定を自己の能力と照合し、CPE設定を遂行可能であれば、ネットワークへのエントリが許される(ステップS85c)。その後、BS−CPE間でMIB情報の交換が可能になったことが確認されると、登録が達成される。
次にステップS87で、CPEはDHCP等のメカニズムを利用して、IP接続を確立し、次にステップS101で、NTP等のメカニズムを利用して、CPEの内蔵時計の日付及び時刻合わせを行う。
次にステップS88で、CPEはTFTP(Trivial File Transfer Protocol)を用いてBSから運用パラメータを含む設定ファイルを取得する。
次にステップS89で、BSはDSA-REQメッセージを送信し、あらかじめ提供されたサービスフローをCPEにセットアップさせる。
最後にステップS90で、他のBSから送信されたプリアンブルやSCH、CBPパケットの受信を試みることで発見した近隣ネットワークを、BSに報告する。なおS75及びS90と同様の処理が、運用開始後も、BSと協働しながらIDRP(incumbent detection recovery protocol)として実施され、DCDメッセージのチャネルセットに反映される。
チャネル交渉機能を実現するため、MAC層で4つの新たなメッセージ、即ち、チャネル開放要求(CHN-REQ)、チャネル開放時刻通知(CHN-RSP)、チャネル開放時刻肯定応答(CHN-ACK)、チャネル開放完了(CHN-CPLT)を定義する。
このフローは、(複数の)隣接セルのチャネルの利用状況を収集してから開始する。
まず、ステップS91として、WSCHリストを参照し、自己のバックアップチャネルであり、且つ、隣接BSでバックアップチャネルに指定されていないチャネル(排他的バックアップチャネル)を捜す。
排他的バックアップチャネルが見つかった場合、ステップS92として、従来同様に公平性が考慮されたスペクトルエチケットに従ってチャネル選択処理を行う。
Nsat = Countifi〔Ri・NOPE/NCPE > Wi・λi〕・・・(式2)
そして、SSRが所定値を超え、これ以上運用チャネルを見つける必要が無いと判断された場合は、処理を終了する。
CSA = {Σi〔Wi・λi/(Ri・NOPE/NCPE)〕}-1 ・・・(式3)
SCモードを実行可能であれば、ステップS97として、IEEE802.22で規定されているSelf Co-existenceを実行する。すなわち、自己のバックアップチャネルで且つ隣接セルの運用チャネルであるチャネルを任意に選択し、ODFCと呼ばれるランダムアルゴリズムよってフレーム単位でのチャネル運用権を取得し、時分割でセル間のチャネル共用を実現するか、下り送受信期間(DS:Down Stream)と上り送受信期間(US:Up Stream)をセル間で同期させることによって干渉回避可能な場合には、これによりチャネル共用を実現する。
チャネル開放要求に、交渉元及び交渉先のCSA値を含め、チャネル開放要求を受取った交渉先のBSは、それを検証して、その結果等に応じて拒否を示すアクションコードを含むチャネル開放時刻通知(CHN-RSP)を返信するようにしても良い。
図17のフローは、ステップS8の後に、BS-CAM41が未使用のBS-CHUが残っているかどうか判断するステップS101が追加され、ステップS16の後に、CPE-CAM81が未使用のCPE-CHU71が残っているかどうか判断するステップS102が追加された点で、実施例1の図8と異なる。
また、CPE7の側では、ステップS12のBSサーチ命令からステップS18の継続通知までのプロセスが完了したら、ステップS102の判断が行われ、別の未使用のCPE-CHUへのBSサーチ命令(S12)へ明示的に進めるようになる。
なお、未使用のCPE-CHUに対しBSサーチのような受信のみの動作をさせることは自由であるから、S12において、複数の未使用CPE-CHUに対して、サーチ範囲を異ならたBSサーチ命令を一斉に行なっても良い。BS検知に成功したCPE-CHUから順次ステップS14のBS検知通知を行い、最後まで検知に成功していないCPE-CHUは、検知に成功したCPE-CHUが探索し残した帯域を、サーチ範囲に追加する。
図18のフローは、既にBS-CHU13やCPE-CHU71が少なくとも1つ運用され、それらの間で管理メッセージの通信が可能な状態になっている場合のチャネル追加処理である。ステップS1の前に、チャンネル番号等を含むマルチチャネル運用に関する集約情報をBS2からCPE7へ通知するステップ(S103〜S105)を備えた点で、図17と異なる。
ステップS104として、BS-CHU13aは、受取った集約情報を管理メッセージ(CAM-AIF:Channel Allocation Manager-Aggregation InFormation)としてCPE7へ送信する。CAM-AIFメッセージは、好ましくは運用中の全て(今追加しようとしてるチャネルと集約される他のチャネル)のBS-CHU13から送信する。
ステップS105として、集約情報を受信したCPE7のCPE-CHU71aは、集約情報をCPE-CAM81へ転送する。
ステップS103〜105で扱われる集約情報及び管理メッセージは、表6に示すCAM-AIFメッセージに必要なパラメータを含む。ただしType番号は管理メッセージにのみ必須であるが、BS-CAM41から送信する時点で管理メッセージになっていても良く、途中のBS-CHU13aやCPE-CHU71aはこの管理メッセージを理解する必要はない。
また、CHUの物理層を多系統で構成せず、1つにまとめて構成しても良く、例えば物理層におけるデジタル信号処理によって複数チャネルで受信した信号をダイバーシチ合成するようなものであってもよい。
5:インターネット、 6:DBサーバー、
7,170,270:端末装置(CPE)、
13,130:無線通信部(BS-CHU:BS-CHannel transceiver Unit)、
14,72,124:チャネルユニット制御部(CHU-M:CHU-Manager)、
15,16:ユニット間I/F、
41:チャネル割当部(BS-CAM:BS-Channel Allocation Manager)、
42:CPE管理部、
43:管理情報処理部(MIB)、 44:DBアクセス制御部、
45:通信データ制御部、 46:センシング制御部、
71:CPE-CHU、
81:チャネル割当部(CPE-CAM)、
125:センシング部、
131:MAC処理部131と、 132:PHY処理部、
133:送受信部(Tx/Rx)、 134:管理情報処理部、
135:ユニット間I/F、 136:アンテナ、
Claims (5)
- 基地局と複数の端末局とがホワイトスペースの複数のチャネルで無線通信するマルチチャネル通信方法であって、
該基地局のMAC層におけるチャネル割当マネージャが、該基地局における複数の運用チャネルを決定する或いは上位層から通知される第1ステップと、
マルチチャネル動作を開始する基地局が、複数の運用チャネルを特定するチャネル集約情報を、MAC層の管理メッセージとして該複数の端末局へ向けて、現在の運用チャンネルの全てにおいて送信する第2ステップと、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、前記複数の運用チャネルの内、未割当ての1つの運用チャネルの指定を含む運用開始要求を、該基地局が備える無線通信エンティティに送信する第3ステップと、
該基地局において、該無線通信エンティティに、無線送受信を提供するために必要な管理情報を通知する第4ステップと、
該基地局の該無線通信エンティティが、前記通知された管理情報を記憶し、前記チャネルの指定に従って周波数を設定し、スーパーフレーム及びフレームのタイミングを基準となる時刻に同期させる第5ステップと、
該基地局が、前記複数の運用チャネルにおいて、該基地局のIDを含む無線フレームを定期的に送信する第6ステップと、
該複数の端末局の内の少なくとも1つの端末局のチャネル割当マネージャが、該端末局が備える無線通信エンティティに、基地局サーチ命令を発行する第7ステップと、
該端末局の無線通信エンティティが該基地局からの無線信号及び該基地局のIDを検出したときに、該チャネル割当マネージャが、該検出された該基地局のIDによって接続先の基地局の一致を検査する第8ステップと、
該端末局の無線通信エンティティが、前記無線信号を検出した周波数で、新たな運用チャネルのための同期処理を行い、該同期処理の完了を該端末局のチャネル割当マネージャに通知する第9ステップと、
該端末局が、前記同期処理の完了を契機として、前記新たな運用チャネルのための登録要求を該基地局に送信する第10ステップと、
該基地局が、前記登録要求への応答として、登録完了通知を該端末局に通知する第11ステップと、
該端末局が、前記登録完了通知に基づいて、前記新たな運用チャネルを含む前記複数のチャネルを同時に用いて、該基地局とデータプレーンで通信を行う第12ステップと、を有し、
前記第12ステップは、
該基地局が、前記複数のチャネルに亘って束ねられたデータシーケンスのみを管理するためのAggregation Headerを設けたMAC PDU(Protocol Data Unit)を、前記複数のチャネルの夫々のPHYフレームで少なくとも1回、端末局へ送信するサブステップと、
該端末局が、該Aggregation Headerを設けたMAC PDUを、前記複数のチャネルの夫々のPHYフレームで少なくとも1回、該基地局へ送信するサブステップと、
該基地局及び該端末局が、分散モードにおいて送信データを前記複数のチャネルに振り分けて送信するサブステップと、
該基地局及び該端末局が、分散モードにおいて前記複数のチャネルで受信したデータの順序を整理するサブステップと、
を有するマルチチャネル通信方法。 - 前記複数の端末局は、前記複数のチャネルの内の1つのチャネルのみを運用する通常端末であり、
前記第11ステップにおいて、該基地局は、新たな運用チャネルを含む前記複数のチャネルの内の任意のチャネルで、前記登録要求を受け付け、
前記第12ステップにおいて、マルチチャネル動作中の該端末局は送信する全ての該MAC PDUに該Aggregation Headerを設け、それと同時に、該レガシー端末が送信する該MAC PDUには該Aggregation Headerを設けないことを特徴とする請求項1記載のマルチチャネル通信方法。 - 該基地局の該チャネル割当マネージャが、外部のDBにアクセスして取得した、利用可能な周波数チャネルリストを受取る第13ステップと、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、既存システムを検出するために該基地局で行われたセンシングの結果を受取る第14ステップと、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、該端末局で行われたセンシングの結果を受取る第15ステップと、
をさらに有し、
該チャネル割当マネージャによる該第1ステップの該決定または該通知は、該第13乃至 15ステップによって、利用可能なホワイトスペースのチャネルの変更に気付いたことを契機に行われることを特徴とする請求項1記載のマルチチャネル通信方法。 - 前記Aggregation Headerは、マルチチャネル動作中の該基地局及び該端末局から送信される全てのMAC PDUに設けられ、該Aggregation headerが新たに生成されるたびに1ずつインクリメントされ上限に達すると0に戻るAggregation IDを含むことを特徴とする請求項2又は3記載のマルチチャネル通信方法。
- 基地局と複数の端末局とがホワイトスペースの複数のチャネルで無線通信するマルチチャネル通信システムであって、
前記基地局と前記端末局のそれぞれは、共通のMAC層のもとで1チャネル分の無線送受信を提供する複数の無線通信エンティティと、当該複数の無線通信エンティティを制御する制御部と、を備え、
前記基地局と前記端末局のそれぞれの前記制御部は、
ホワイトスペースチャネルの状況に応じて運用するチャネルを決定し、前記無線通信エンティティのいずれかに割当てるチャネル割当マネージャと、
前記複数の無線通信エンティティが扱うリソースに対する通信データの割当てを決定し、対応する無線通信エンティティにデータ送信命令を出す通信データ制御器と、
前記複数の無線通信エンティティが受信したデータの整理を行う集約処理器と、を有し、
前記基地局と前記端末局の前記チャネル割当マネージャは、MAC層の管理メッセージを互いに交換する或いは一方的に送信することで、自局の前記複数の無線通信エンティティのいずれかに運用チャネルを割当てるチャネル追加処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを切り替える処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを停止させる処理と、を実行し、
該チャネル追加処理は、
該基地局のチャネル割当マネージャが、既に運用しているチャネルとは別に1つの新たな運用チャネルを決定し或いは通知され、前記複数の無線通信エンティティの中から運用を開始していない1つの無線通信エンティティを選択して前記新たな運用チャネル及び送信電力の指定を含む運用開始要求を送信し、選択された該無線通信エンティティが、前記チャネルの指定に従って周波数を設定し、スーパーフレーム及びフレームのタイミングを基準となる時刻に同期させることで、該基地局は前記既に運用しているチャネル及び前記新たな運用チャネルにおいて、該基地局のIDを含む無線フレームを定期的に送信し、
該端末局のチャネル割当マネージャが、該端末局が備える無線通信エンティティの1つに、基地局サーチ命令を発行し、該端末局の該無線通信エンティティが検出した無線信号が該基地局からであったときに、前記無線信号を検出した周波数で該無線通信エンティティに前記新たな運用チャネルのための同期処理を続行させることで、該端末局は該同期処理の完了を契機として、前記新たな運用チャネルでの登録要求を該基地局へ送信し、
該基地局が、前記登録要求への応答として、該端末局の登録完了通知を該端末局に通知するものであり、
該端末局は、前記登録完了通知に基づいて、前記新たな運用チャネルを含む複数のチャネルを同時に用いて、該基地局とデータ通信を行い、
該基地局は、前記複数のチャネルの全てにおいて、DCD(Downstream Channel Descriptor)を少なくとも含むMAC層の管理メッセージを送信するとともに、束ねられたデータシーケンスを管理するためのAggregation Headerを設けたMAC PDU(Protocol Data Unit)を、1つのPHYフレーム当たり少なくとも1回、該端末局へ送信することを特徴とするマルチチャネル通信システム。
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