JPWO2015060033A1 - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、独自のバックホールを有しない基地局が、一次利用者へ干渉を与える可能性がある周波数の電波を発射することなく、無線通信を開始する方法が開示される。孤立したＢＳ２０は、データベース５０にアクセスして送信可能周波数リストを取得するために、既にインターネットに接続されたＣＰＥ２１と無線通信を開始する。その際、所定の周波数ｆ１０を用いてＣＰＥ２１との無線通信を行い、当該無線通信を介して送信可能周波数リストを取得した後は、当該取得した送信可能周波数リストに基づいてＣＰＥ２１やＣＰＥ２２との無線通信を行う。ＢＳ２０は、自局が一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された所定の周波数ｆ１０の情報を予め保持することができる。

Description

本発明は、ホワイトスペースを利用する無線通信システムに関し、特に、無線通信装置が利用する周波数の割当て方法に関する。

近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、有限な資源である無線周波数の需要も増加の一途をたどっており、割当て可能な周波数の枯渇が世界各国で大きな問題となってきている。一般に、周波数は国がライセンス管理を行い、ライセンスを割当てられた者だけが、特定の場所および時間において、厳格な管理の下、その周波数を利用することができる。しかし、今後も増え続けるであろう周波数需要に対応するためには、これまでの利用方法にとらわれない、新しい周波数の利用方法が求められている。

そこで近年、周波数の枯渇問題を解決するための新たな周波数の利用方法として、既に割当てられているにも関わらず、空間的、時間的に使用されない周波数帯（ホワイトスペース）を利用する方法が研究されている。例えば、ライセンスを受けている利用者（以下、「一次利用者」という）の既存システムの周波数使用への影響（干渉）を十分回避しつつ、ライセンスを受けていない利用者（以下、「二次利用者」という）が柔軟にホワイトスペースの電波を利用するコグニティブ無線通信システムなどの研究開発や標準化が行われている（例えば、非特許文献１）。

一例として、IEEE 802.22で標準化が行われている、ホワイトスペースを利用する広域無線通信（ＷＲＡＮ：Wireless Regional Area Network）システムでは、各無線局は、ＩＰネットワーク上のホワイトスペースデータベースや共存マネージャ（以下、「データベース等」という）にアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リスト（一次利用者に干渉を与えることなく無線通信を行うことができる周波数のリスト）と最大許容送信電力とを取得する。送信可能周波数リストは、戸別に設置される子局等の端末局（ＣＰＥ：Customer Premises Equipment）が接続する基地局（ＢＳ：Base St ation）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spectrum Manager）によって、随時更新をしながら一括管理されている。そして、ＢＳはこの送信可能周波数リストに基づき、自局の運用周波数を決定する。

また、各無線局（ＢＳおよびＣＰＥ、以下同様）はスペクトルセンシング機能を具備していることもある。各無線局は、スペクトルセンシングによって、決定された使用周波数が既存システム（一次利用者のシステム）によって使用されていることを検出すると、その情報をＳＭに通知する。すると、ＳＭは送信可能周波数リストからこの周波数を除外する。ホワイトスペースを利用する無線通信システムは、このようにして時々刻々と更新される情報に基づきダイナミックなスペクトルアクセスを行うことで、一次利用者の周波数使用への影響を回避すると同時に、二次利用者の通信も実現する。

ホワイトスペースを利用する無線通信システムに関し、これまでに種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、第１の基地局は、第２の基地局に、共有チャネルを使用して、第１のバックホール情報を提供することができ、共有チャネルは、ホワイトスペースチャネル、認可共有マルチユーザ（ＡＳＭ）チャネル、または、計測、化学、測定用（ＩＳＭ）チャネルであることができ、第１の基地局はさらに、レガシーバックホールチャネルを使用して、第２のバックホール情報を提供することができる、ワイヤレス通信の方法が開示されている。

例えば、特許文献２には、第１のチャネル上で第１の信号を受信することと、第１の信号に基づいて第２のチャネルを決定することと、第２のチャネル上で第２の信号を受信することと、第２の信号の品質に基づいて、第２のチャネル上でワイヤレスデバイスと通信することとを含む、ワイヤレス通信の方法が開示されている。

特表２０１３−５２３０２４号公報 特表２０１３−５２９０４７号公報

IEEE Std 802.22-2011, 1 July 2011, Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands

上述の通り、IEEE 802.22は、各無線局がデータベース等から取得した送信可能周波数リストや、スペクトラムセンシング機能によって、一次利用者への干渉を回避しつつ、周波数の二次利用を実現するシステムである。
ここで、図７に示すように、IEEE 802.22無線リンクを用いた中継通信システムを構成することを考える。同図の中継通信システムは、インターネットにバックホール回線を介して接続された第１の基地局（ＢＳ１）と、ＢＳ１と周波数ｆ１で無線通信する第１の端末局（ＣＰＥ１）と、ＣＰＥ１と有線接続された第２の基地局（ＢＳ２）と、ＢＳ２と周波数ｆ２で無線通信する第２の端末局（ＣＰＥ２）と、を有している。同図のＢＳ２およびＣＰＥ１は、中継局として機能する。

IEEE 802.22は、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式であり、システム内のBSは、干渉を軽減するために、GPS時計などを利用してスーパーフレームやフレームのタイミングを同期させることが基本である。従って、図７のような中継通信を行う場合に、中継局として近接して配置されたＢＳ２およびＣＰＥ１の送受信タイミングは、図８に示すような関係となる。
すなわち、下り信号（上位装置から下位装置への信号）を伝送するタイミングでは、ＣＰＥ１がＢＳ１から周波数ｆ１の下り信号を受信するとともに、ＢＳ２がＣＰＥ２へ周波数ｆ２の下り信号を送信する。この結果、ＢＳ２から送信される周波数ｆ２の下り信号が高い電力でＣＰＥ１に飛び込んで妨害となる。
また、上り信号（下位装置から上位装置への信号）を伝送するタイミングでは、ＣＰＥ１がＢＳ１へ周波数ｆ１の上り信号を送信するとともに、ＢＳ２がＣＰＥ２から周波数ｆ２の上り信号を受信する。この結果、ＣＰＥ１から送信される周波数ｆ２の下り信号が高い電力でＢＳ２に飛び込んで妨害となる。

このため、基地局（ＢＳ２）と端末局（ＣＰＥ１）の２つの無線局で構成された中継局では、一方の無線局が発射する電波が高いレベルのまま他方の無線局に受信されることによるブロッキングの発生、一方の無線局が発射する電波に含まれる帯域外漏洩成分が高いレベルのまま他方の無線局に入り込むことによる信号対雑音比の劣化など、中継局を構成する各無線局の受信動作に妨害が発生するという問題がある。

この問題を解決するために、図９に示すような中継構成をとることがある。同図の中継通信システムは、インターネットにバックホール回線を介して接続された第１の基地局であるＢＳ１と、ＢＳ１と周波数ｆ１で無線通信する第１の端末局であるＣＰＥ１と、ＣＰＥ１と有線接続された第２の端末局であるＣＰＥ２と、ＣＰＥ２と周波数ｆ２で無線通信する第２の基地局であるＢＳ２と、を有している。同図のＣＰＥ１およびＣＰＥ２は、協働して中継局として機能する。

図９のような中継通信を行う場合に、中継局として近接して配置されたＣＰＥ１とＣＰＥ２の送受信タイミングは、図１０に示すような関係となる。
すなわち、下り信号を伝送するタイミングでは、ＣＰＥ１がＢＳ１から周波数ｆ１の下り信号を受信するとともに、ＣＰＥ２がＢＳ２から周波数ｆ２の下り信号を受信する。
また、上り信号を伝送するタイミングでは、ＣＰＥ１がＢＳ１へ周波数ｆ１の上り信号を送信するとともに、ＣＰＥ２がＢＳ２へ周波数ｆ２の上り信号を送信する。

このような中継構成では、近接して配置されたＣＰＥ１とＣＰＥ２で送信と受信のタイミングが一致するので、互いに妨害とならない。
つまり、中継局を構成する２つの無線局をともに端末局（ＣＰＥ１とＣＰＥ２）とすることで、送受信タイミングが図１０のような関係となり、一方の無線局が受信しているときに他方の無線局が送信しているという状況を回避することができる。また、このような中継局をあるＢＳの通信エリアの辺縁に配置する方法は、2つのエリアの辺縁同士を連結するので、エリア配置の効率も良い。

ここで、図９の中継構成におけるＢＳ２は、ＣＰＥ２との無線リンクを確立していない状況ではインターネットに接続されずに孤立しており、以下では、このようなＢＳを孤立ＢＳと呼ぶこととする。
孤立ＢＳであるＢＳ２が２ホップ目の無線リンクを確立するために新たなホワイトスペースを利用した無線通信を開始しようとする際には、ＣＰＥ２との無線リンクが確立されていないことから、自局の位置情報に基づいてインターネット上のデータベース等が提供する送信可能周波数リストを取得することができない。つまり、ＢＳ２は自局位置での送信可能周波数を知ることなく電波を発射する必要があり、ＢＳ２がスペクトラムセンシング機能を具備しない場合には、一次利用者へ干渉を与える危険性が高くなる。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、上記の状況、すなわち孤立ＢＳの位置情報に基づいてデータベース等からホワイトスペースの情報（例えば、送信可能周波数リスト）を取得する以前に、一次利用者へ干渉を与える可能性がある周波数の電波を発射することなく当該孤立ＢＳが無線通信を開始することを可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、本発明は、一次利用者にライセンスされた周波数のうち使用されていないホワイトスペースを二次利用して基地局と端末局との間で無線通信を行う無線通信システムであって、ホワイトスペースの情報を管理する管理装置を備え、前記基地局には、自局が前記一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された所定の周波数の情報が予め設定してあり、前記基地局は、自局で使用可能なホワイトスペースの情報を前記管理装置から取得するために自セル内の端末局との無線通信を介して前記管理装置にアクセスする必要がある場合に、前記所定の周波数を用いて自セル内の端末局との無線通信を行い、当該無線通信を介して前記管理装置にアクセスして自局で使用可能なホワイトスペースの情報を取得した後は、当該ホワイトスペースを用いて自セル内の端末局との無線通信を行う、ことを特徴とする。

また、本発明は、一構成例として、前記端末局には、自局をセル内に有する基地局が前記一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された前記所定の周波数の情報が予め設定してあり、前記端末局は、自局が前記管理装置にアクセスすることが可能な場合には、前記所定の周波数の情報に基づいて基地局のサーチを行い、自局が前記管理装置にアクセスすることが可能でない場合には、周波数に制限を設けずに基地局のサーチを行う、ことを特徴とする。

また、本発明は、一構成例として、前記管理装置にアクセスするために自セル内の端末局との無線通信を介する必要がない第１の基地局と、前記管理装置にアクセスするために自セル内の端末局との無線通信を介する必要がある第２の基地局と、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間の通信を中継する中継局と、を備え、前記中継局は、前記第１の基地局のセル内のいずれかの端末局と、前記第２の基地局のセル内のいずれかの端末局とを有線接続して構成されており、前記第２の基地局は、自局で使用可能なホワイトスペースの情報を前記管理装置から取得するために前記所定の周波数を用いて前記中継局を構成する自セル内の端末局との無線通信を行い、当該無線通信を介して前記管理装置にアクセスして自局で使用可能なホワイトスペースの情報を取得した後は、当該ホワイトスペースを用いて自セル内の端末局との無線通信を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、端末局を経由しなければホワイトスペースの情報（例えば、送信可能周波数リスト）を取得できない基地局を用いてマルチホップ無線通信システムを構成する場合であっても、当該基地局がホワイトスペースの情報を取得する以前でありながら、一次利用者へ干渉を与える可能性がある周波数の電波を発射することなく無線通信を開始することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示す図。 ＢＳの具体的な構成の例を示す図。 ＣＰＥの具体的な構成の例を示す図。 ＢＳ２０が孤立している状態における周波数の使用状況の例を示す図。 ＣＰＥ２１がＢＳ２０に無線接続した直後における周波数の使用状況の例を示す図。 ＢＳ２２がＣＰＥ２１を介してインターネットに接続された状態における周波数の使用状況の例を示す図。 ＩＥＥＥ８０２．２２無線リンクを用いた中継通信システムのシステム構成の例を示す図。 図７の中継通信システムにおいて中継局を構成するＣＰＥ１とＢＳ２の送受信タイミングの例を示す図。 ＩＥＥＥ８０２．２２無線リンクを用いた中継通信システムのシステム構成の他の例を示す図。 図９の中継通信システムにおいて中継局を構成するＣＰＥ１とＣＰＥ２の送受信タイミングの例を示す図。

本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
［実施形態の概要］
本発明の一実施形態に係る無線通信システムは、無線通信を行う無線通信装置である基地局と端末局とを含んで構成され、ホワイトスペースを利用してマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであり、概略的に、以下のような構成となっている。
すなわち、基地局は、自局がネットワーク的に孤立しており、無線通信以外の手段で自局の送信可能周波数リストを取得する手段がない場合において、当該無線通信システムが無線通信を行うホワイトスペースの周波数以外に、自局の送信可能周波数リストを取得するために必要な無線通信に使用するために、自局が送信可能であることを保証されている所定の使用可能周波数の電波を用いて無線通信を行う手段を備え、自局の送信可能周波数リストを取得するまでは、所定の使用可能周波数を使用して、送信周波数リストを取得するために必要な情報及びそれ以外の情報を送受信するものであり、基地局が、自局の送信可能周波数でない可能性のある周波数の電波を発射することなく、自局の位置情報に基づいた送信周波数可能リストに含まれる周波数を使用することを可能にしている。

［無線通信システムの概要］
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示す図である。本実施形態に係る無線通信システム１は、ホワイトスペースを利用してマルチホップ無線通信を行う。

図１に示されるように、無線通信システム１は、端末局であるＣＰＥ１１，ＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２と、これらの端末局が接続する基地局であるＢＳ１０およびＢＳ２０と、ＢＳ１０のバックホール回線３０と、インターネット４０と、ホワイトスペースデータベース（ＤＢ）（以下、「データベース」という）５０と、ホワイトスペース共存マネージャ（ＣＭ）（以下、「共存マネージャ」という）６０とを含んで構成される。なお、本実施形態では、データベース５０と共存マネージャ６０が、本発明に係る管理装置に相当する。特に断らない限り、本例のＢＳやＣＰＥは、IEEE802.22においてそれらに求められる機能を全て有しているものとする。

ＢＳ１０は、バックホール回線３０を通してインターネット４０に接続され、インターネット上に存在するデータベース５０、共存マネージャ６０へのアクセスを行う。ＢＳ１０は、その無線通信エリア内に存在するＣＰＥ１１とともに、セル１を構成している。ＢＳ２０は、その無線通信エリア内に存在するＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２とともに、セル２を構成している。ＣＰＥ１１とＣＰＥ２１は有線接続されることで、中継局として機能する。ＢＳ２０およびＣＰＥ２２は、ＢＳ１０とＣＰＥ１１との間の無線リンク（１ホップ目の無線リンク）およびＣＰＥ２１とＢＳ２０との間の無線リンク（２ホップ目の無線リンク）を介してインターネット４０に接続される。この中継構成により、ＢＳ１０からの電波が届かないエリアに存在するＣＰＥ２２にも、ＢＳ２０を介したインターネット接続が提供される。

また、周波数使用のライセンスを受けている一次利用者の通信システム（以下、「既存システム」という）２は、送信局７０と受信局８０とを含んで構成されており、周波数ｆ１およびｆ２のライセンスを受けて使用しているものとする。以下の説明においては、周波数ｆ１およびｆ２の使用ライセンスを受けていない二次利用者が、周波数ｆ１およびｆ２をホワイトスペースとして利用するものとする。

ここで、図１に示されるように、既存システム２が周波数ｆ１およびｆ２を使用して通信を行っているときでも、既存システム２のサービスエリアから地理的に十分な距離をおいて無線通信システム１のサービスエリアを配置し、かつ無線通信システム１を構成する無線局の送信電力を十分小さくすれば、無線通信システム１が周波数ｆ１やｆ２を用いて送信を行っても、既存システム２に干渉を与えることなく通信を行うことが可能である。本構成例では、このように、空間的・時間的に一時利用システムへ影響を与えずに無線通信に使用可能な周波数（送信可能周波数）の情報を提供するのがデータベース５０の役割である。

更に、無線通信システム１を構成するＢＳ１０およびＢＳ２０は、それぞれ異なる周波数を二次利用（例えば、ＢＳ１０が周波数ｆ１を、ＢＳ２０が周波数ｆ２をそれぞれ利用）して無線通信を行うことができる。本構成例では、このように、周波数を二次利用する無線通信システムが複数存在している場合に、二次利用システム間の干渉を避けて適切に無線通信が行われるよう、各無線局の送信可能周波数リストを再構築するのが共存マネージャ６０の役割である。
このように、ホワイトスペース利用無線システムは、空間的に使用可能な周波数資源を有効利用できる。

ここで、ＢＳ１０が二次利用する周波数は、ＢＳ１０がインターネット４０上に存在するデータベース５０や共存マネージャ６０へアクセスすることによって得られるものとする。すなわち、ＢＳ１０は、まずデータベース５０へアクセスし、自局の位置情報等を渡して、自局の設置位置における送信可能周波数リスト及びその周波数に対応する最大許容送信電力の情報を取得する。次に、共存マネージャ６０へ自局の設置位置、送信可能周波数リスト、最大送信可能電力の情報を通知する。共存マネージャ６０は、ＢＳ１０の送信可能周波数リスト及びＢＳ１０の周辺に存在している別の二次利用システムの運用チャネル情報等から、ＢＳ１０の送信可能周波数リストを再構築し、ＢＳ１０へ再構築後の送信可能周波数リストを回答する。ＢＳ１０は、再構築後の送信可能周波数リストから運用チャネルを選択し、共存マネージャ６０へ自局の運用チャネルを通知する。これにより、共存マネージャ６０は、ＢＳ１０が現在二次利用している周波数を把握する。

一方、ＢＳ２０は、初期化された直後（ＣＰＥ２１との無線リンクが確立される前）にはインターネット４０に接続されていないため、無線通信に使用する周波数として、自局が送信可能であることを保証されている周波数ｆ１０を用いて、電波の送受信を行う。ＢＳ２０は、ＣＰＳ２１との無線リンクが確立してネットワークエントリが完了した後に、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ１１、ＢＳ１０を経由してインターネット４０上のデータベース５０へアクセスし、自局の位置情報等を送信して、自局の設置位置における送信可能周波数リスト及びその周波数に対応する最大許容電力の情報を取得する。次に、共存マネージャ６０へ自局の設置位置、送信可能周波数リスト、最大送信可能電力の情報を通知する。共存マネージャ６０は、ＢＳ２０の送信可能周波数リスト及びＢＳ２０の周辺に存在している別の二次利用システムの運用チャネル情報等から、ＢＳ２０の送信可能周波数リストを再構築し、ＢＳ２０へ再構築後の送信可能周波数リストを回答する。ＢＳ２０は、再構築後の送信可能周波数リストから運用チャネルを選択し、共存マネージャ６０へ自局の運用チャネルを通知する。これにより、共存マネージャ６０は、ＢＳ２０が現在二次利用している周波数を把握する。

このとき、ＢＳ２０の位置情報に基づいた送信可能周波数リストを取得するための無線通信に使用する周波数ｆ１０は、一次利用者へ干渉を与えないことが保証された周波数である。ＢＳやＣＰＥがこのような周波数を使用するには、例えば、ＵＨＦ帯のチャネルのうち、特定の位置情報の範囲内に設置された無線局が送信可能であることを保証する周波数を予め定め、ＢＳにデバイスの初期化情報として保持しておき、当該周波数をＢＳが選択して使用し、また、ＣＰＥにおいてもデバイスの初期化情報として当該周波数を保持しておき、電源投入直後にはその周波数においてＢＳをサーチする等の構成とすることができる。
また、他の構成としてもよく、例えば、ＢＳ２０を周波数ｆ１０の一次利用者として割り当てる等の構成によっても実現が可能である。

［ＢＳ１０、ＢＳ２０の具体的構成］
以下、図２を参照しながら、ＢＳ１０、ＢＳ２０のより具体的な構成を説明する。
図２に示すように、ＢＳ１０、ＢＳ２０は、電波の送受信を行うアンテナ１０１と、データの送受信を行うデータ伝送部１０２と、運用チャネルや送信可能周波数の管理を行うスペクトルマネージャ（ＳＭ）１０３と、自局全体の制御を行う主制御部１０４と、バックホール回線３０や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部１０５と、バックホール回線３０や外部装置と接続するための端子１０６とを備える。

データ伝送部１０２は、ＲＦ部１１１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部１１２と、ＭＡＣ処理部１１３とを備える。
ＲＦ部１１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
ＢＢ信号処理部１１２は、誤り訂正符号化・復号処理、および変復調処理などを行う。
ＭＡＣ処理部１１３は、自局が使用する運用チャネルやデータ送受信タイミングの制御、通信パケットへの自局識別子の付加、およびデータ送信元の無線装置の認識などの処理を行う。

ＳＭ１０３は、周波数情報通信部１２１と、周波数情報管理部１２２とを備える。
周波数情報通信部１２１は、データベース５０へ自局の位置情報等を送信し、データベース５０から自局の設置位置における送信可能周波数リスト及びその周波数に対応する最大許容電力を取得する。そして、共存マネージャ６０へ自局の設置位置、送信可能周波数リスト、最大送信可能電力の情報を送信し、共存マネージャ６０から再構築後の送信可能周波数リストを受信する。

周波数情報管理部１２２は、自装置がインターフェース部１０５を通じてインターネット４０に接続している場合（データベース５０や共存マネージャ６０にアクセス可能な場合）には、共存マネージャ６０から受信した送信可能周波数リストの中から運用チャネルを選択し、自局が使用する周波数をデータ伝送部１０２へ通知するとともに、共存マネージャ６０に対して自局の運用チャネルを通知する。自装置がインターフェース部１０５を通じてインターネット４０に接続していない場合（データベース５０や共存マネージャ６０にアクセス可能でない場合）には、一次利用者が存在しないことが保証されている周波数ｆ１０をメモリ等から読み出し、当該周波数ｆ１０を自セルの運用周波数としてデータ伝送部１０２へ通知する。

主制御部１０４は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能である。また、ＢＢ信号処理部１１２、ＭＡＣ処理部１１３、およびＳＭ１０３における処理は、例えば、主制御部１０４のプロセッサがハードディスクやフラッシュメモリ等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

［ＣＰＥ１１、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２の具体的構成］
以下、図３を参照しながら、ＣＰＥ１１、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２のより具体的な構成を説明する。
図３に示すように、ＣＰＥ１１、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２は、電波の送受信を行うアンテナ２０１と、データの送受信を行うデータ伝送部２０２と、自局の使用する周波数を制御する使用周波数制御部２０３と、自局全体の制御を行う主制御部２０４と、外部回線や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部２０５と、外部回線や外部装置と接続するための端子２０６とを備える。

また、データ伝送部２０２は、ＲＦ部２１１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２１２と、ＭＡＣ処理部２１３とを備える。
ＲＦ部２１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
ＢＢ信号処理部２１２は、誤り訂正符号化・復号処理、および変復調処理などを行う。
ＭＡＣ処理部２１３は、自局が使用する運用チャネルやデータ送受信タイミングの制御、通信パケットへの自局識別子の付加、およびデータ送信元の無線装置の認識などの処理を行う。

使用周波数制御部２０３は、自装置がインターフェース部２０５を通じてインターネット４０に接続されている場合（データベース５０や共存マネージャ６０にアクセス可能な場合）には、一次利用者が存在しないことが保証されている周波数ｆ１０をメモリ等から読み出し、当該周波数ｆ１０を使用してＢＳのサーチを行う。一方、インターフェース部２０５を通じてインターネット４０に接続されていない場合（データベース５０や共存マネージャ６０にアクセス可能でない場合）には、周波数に制限を設けずにＢＳをサーチするように制御を行う。

なお、主制御部２０４は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能である。また、ＢＢ信号処理部２１２、ＭＡＣ処理部２１３における処理は、例えば、主制御部２０４のプロセッサがハードディスク等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

［無線通信に使用する周波数の切り替えパターンの例］
以下、図４、図５、図６を参照して、ＢＳ１０、ＢＳ２０、ＣＰＥ１１、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２が無線通信に使用する周波数の切り替えパターンの例について説明する。

図４には、ＢＳ２０が孤立している状態における周波数の使用状況の例を示してある。ＢＳ１０、ＣＰＥ１１はインターネット４０から自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得し、その中に含まれる運用周波数ｆ１を使用して無線通信を行っている。一方、ＢＳ２０は、ＣＰＥ２１と無線接続する前は孤立しており、インターネット４０に接続されていないため、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得することができず、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている周波数ｆ１０を使用して無線通信を行っている。また、ＣＰＥ２２は、自装置がインターフェース部２０５を通じてインターネット４０に接続されていないため、周波数に制限を設けずにＢＳをサーチし、その結果、周波数ｆ１０を送信しているＢＳ２０の電波が届いたために周波数ｆ１０を使用してＢＳ２０に接続している。

図５には、ＣＰＥ２１がＢＳ２０に無線接続した直後における周波数の使用状況の例を示してある。ＣＰＥ２１は、自装置がインターフェース部２０５を通じてＣＰＥ１１と接続され、更にＣＰＥ１１とＢＳ１０との間の無線通信によりインターネット４０に接続されている。この場合、ＣＰＥ２１は、一次利用者に干渉を与えないことが保証されている周波数ｆ１０でＢＳをサーチし、ＢＳ２０に接続する。その結果、ＢＳ２０は、ＣＰＥ２１と接続したことによりインターネット４０へ接続され、データベース５０や共存マネージャ６０へアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得できる。

図６は、ＣＰＥ２１がＢＳ２０に接続されたことによりＢＳ２０がインターネット４０に接続され、ＢＳ２０がインターネット４０上に存在するデータベース５０等から自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストを取得できる状況となった後の状態である。ＢＳ２０は、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストの中から周波数ｆ２を選択し、無線通信に使用する周波数を周波数ｆ１０から周波数ｆ２に切り替える。これに対応して、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２が無線通信に使用する周波数も周波数ｆ１０から周波数ｆ２に切り替えられる。

［まとめ］
以上のとおり、本実施形態によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、データベース等から送信可能周波数リストを取得する以前に端末局との無線通信を行う必要がある基地局が存在している場合でも、当該基地局が、自局が送信可能であることを保証されている所定の使用可能周波数の電波を用いた無線通信により送信周波数リストを取得することで、自局の送信可能周波数でない可能性のある電波を発射することなくホワイトスペースを使用した無線通信が可能となる。

なお、基地局が、所定の使用可能周波数以外の周波数資源を利用するためにホワイトスペースを使用したい場合にも適用することができ、この場合にも、自局の送信可能周波数でない可能性のある電波を発射することなくホワイトスペースを使用した無線通信が可能となる。
ここで、所定の使用可能周波数以外の周波数資源を利用するためにホワイトスペースを使用したい場合の例としては、使用可能周波数が混雑しておりオフロードのためホワイトスペースを使用したい場合、中継システムを構成する際に使用可能周波数だけでは不足するため追加の周波数としてホワイトスペースを使用したい場合、使用可能周波数の帯域が狭帯域であり広帯域データ伝送に使用できないためデータ伝送用としてホワイトスペースを使用したい場合などが挙げられる。

また、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．２２で規定されている無線通信システムに対して特に好適であるが、これに限定されるものではない。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと同様な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

本発明は、ホワイトスペースを利用して無線通信を行う種々の形式の無線通信システムに適用することができる。

１：無線通信システム、 ２：既存システム、 １０：基地局（ＢＳ）、 １１，２１，２２：無線通信端末（ＣＰＥ）、 ３０：バックホール回線、 ４０：インターネット、 ５０：データベース（ＤＢ）、 ６０：共存マネージャ（ＣＭ）、 ７０：送信局、 ８０：受信局、
１０１：アンテナ、 １０２：データ伝送部、 １０３：スペクトルマネージャ（ＳＭ）、 １０４：主制御部、 １０５：インターフェース部、 １０６：端子、 １１１：ＲＦ部、 １１２：ＢＢ信号処理部、 １１３：ＭＡＣ処理部、 １２１：周波数情報通信部、 １２２：周波数情報管理部、
２０１：アンテナ、 ２０２：データ伝送部、 ２０３：使用周波数制御部、 ２０４：主制御部、 ２０５：インターフェース部、 ２０６：端子、 ２１１：ＲＦ部、 ２１２：ＢＢ信号処理部、 ２１３：ＭＡＣ処理部

Claims (5)

1. 一次利用者にライセンスされた周波数のうち使用されていないホワイトスペースを二次利用して基地局と端末局との間で無線通信を行う無線通信システムであって、
   ホワイトスペースの情報を管理する管理装置を備え、
   前記基地局には、自局が前記一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された所定の周波数の情報が予め設定してあり、
   前記基地局は、自局で使用可能なホワイトスペースの情報を前記管理装置から取得するために、通信可能な距離内の端末局と、前記所定の周波数を用いて無線通信を行い、当該所定の周波数を用いた無線通信を介して前記管理装置にアクセスし、自局で使用可能なホワイトスペースの情報を取得した後は、当該ホワイトスペースを用いて自セル内の端末局との無線通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記端末局は、該端末局をセル内に有する基地局が前記一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された前記所定の周波数の情報を、予め記憶し或いは前記管理装置から取得し、
   前記端末局は、該基地局と無線通信によって接続されていない間は、前記所定の周波数において基地局のサーチを行い、該所定の周波数で発見した基地局へ優先的に接続することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記端末局は、前記管理装置に或いはインターネットにアクセスすることが可能な場合には、前記所定の周波数において基地局のサーチを行い、該アクセスが可能でない場合には、周波数に制限を設けずに基地局のサーチを行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 無線アクセス方式を利用して中継動作を行う、ホワイトスペースを使用した無線通信システムであって、
   ホワイトスペースの情報を管理する管理装置にアクセスするために自セル内の端末局との無線通信を介する必要がない第１の基地局と、
   前記管理装置にアクセスするために自セル内の端末局との無線通信を介する必要がある第２の基地局と、
   前記第１の基地局と前記第２の基地局との間の通信を中継する中継局と、を備え、
   前記第１の基地局と前記第２の基地局は、同一のＴＤＤ無線アクセス方式を用い、互いに同期したフレームタイミングで動作し、
   前記中継局は、前記第１の基地局のセル内の第1の端末局と、前記第２の基地局のセル内の第２の端末局とを有線接続して構成されており、
   前記第２の基地局は、自局で使用可能なホワイトスペースの情報を前記管理装置から取得するために前記所定の周波数を用いて前記第２の端末局との無線通信を行い、当該無線通信を介して前記管理装置にアクセスして自局で使用可能なホワイトスペースの情報を取得した後は、当該ホワイトスペースを用いて第２の端末局及び自セル内の他の端末局との無線通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
5. 前記中継局を構成する前記第２の基地局のセル内のいずれかの端末局は、該端末局をセル内に有する基地局が前記一次利用者の無線通信に干渉を与えないことが保証された前記所定の周波数の情報を、予め記憶し或いは前記管理装置から取得し、
   該基地局と無線通信によって接続されていない間は、前記所定の周波数において基地局のサーチを行い、該所定の周波数で発見した基地局へ優先的に接続することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。

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