JPWO2015151138A1 - 無線通信システム、無線機、無線通信方法及び無線通信プログラム - Google Patents

Abstract

本発明に係る無線通信システムは、複数の無線機で構成され、第一の無線機（１０）は、他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する第一情報取得部（１１）と、取得した第一の情報を基に、周波数利用に関する第二の情報を生成する第二情報生成部（１２）と、生成した第二の情報を、第二の無線機に配信する第二情報配信部（１３）と、を備え、第二の無線機（２０）は、第一の無線機（１０）から第二の情報を取得する第二情報取得部（２１）と、取得した第二情報を保持する第二情報保持部（２２）と、を備える。これにより、簡易な構成で無線通信システムを実現することができる。

Description

本発明は、無線通信を行う無線通信システム、無線機、無線通信方法及び無線通信プログラムに関する。

周波数の利用効率を高めるために、無線免許保持者によって地理的あるいは時間的に使用されていない周波数、いわゆるホワイトスペースを認識・認知して、一時的に使用するコグニティブ無線の研究が進められている。周波数の動的割り当て技術の一つとして、周辺の既存無線通信システムの周波数利用状況に関する情報と、位置・時間毎に利用可能な空き周波数を算出する機能を保有するデータベースを用いて、コグニティブ無線端末に動的に周波数を割り当てる周波数選択手法が提案されている。

例えば、関連する技術として、図１９に示した特許文献１に記載の車両間通信向けコグニティブ無線システムのように、車両７１と車両間通信を行おうとしている車両７０がＧＰＳによって取得する車両７０の現在位置情報９０をデータベース８０に通知し、車両７０に対する割り当て周波数９１と割り当て周波数９１の利用可能範囲９２をデータベース８０から取得するといったものがある。このデータベース８０は、通信範囲９３内での既存の無線通信システムの周波数利用状況や地理に関する情報を保有し、車両の現在位置において利用可能な周波数ごとに利用可能範囲９２を算出する装置である。

その他の関連する技術として、特許文献２には、周波数割当装置が選定したチャネルの情報を各基地局と他の通信システムに配信することが記載されている。特許文献３には、受信機が使用用途や無線電力規格などを示す周波数利用情報を記憶するデータベースを有してもよいことが記載されている。特許文献４には、衛星移動通信システムにおける周波数チャネル利用状況に基づいて、無線通信システムにおける通信に利用することを禁止する周波数利用禁止範囲を設定することが記載されている。

国際公開第２０１３／０６９６８８号 国際公開第２０１０／０６４４３８号 特開２０１３−０９８８５４号公報 特開２００７−２５１９３５号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載のような関連する技術では、種々の周波数について、現時点でその周波数が利用可能な領域を識別する情報（ホワイトスペース情報）を記憶するデータベース（データベース装置）を備えることが前提となっている。すなわち、関連する技術では、移動端末（無線機）を含む無線通信システムのホワイトスペースを管理するデータベースが必須の構成であるため、簡易に無線通信システムを構成することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で実現することが可能な無線通信システム、無線機、無線通信方法及び無線通信プログラムを提供することを目的としている。

本発明に係る無線通信システムは、複数の無線機で構成される無線通信システムであって、前記無線通信システムを構成する第一の無線機は、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する第一情報取得部と、前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成する第二情報生成部と、前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する第二情報配信部と、を備え、前記第二の無線機は、前記第一の無線機から前記第二の情報を取得する第二情報取得部と、前記取得した第二情報を保持する第二情報保持部と、を備えるものである。

本発明に係る無線機は、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機であって、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する第一情報取得部と、前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成する第二情報生成部と、前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する第二情報配信部と、を備えるものである。

本発明に係る無線機は、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機であって、前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得する第二情報取得部と、前記取得した第二情報を保持する第二情報保持部と、を備えるものである。

本発明に係る無線通信方法は、複数の無線機で構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線通信システムを構成する第一の無線機は、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信し、前記第二の無線機は、前記第一の無線機から前記第二の情報を取得し、前記取得した第二情報を保持するものである。

本発明に係る無線通信方法は、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機における無線通信方法であって、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信するものである。

本発明に係る無線通信方法は、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機における無線通信方法であって、前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得し、前記取得した第二情報を保持するものである。

本発明に係る無線通信プログラムは、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機に実行させるための無線通信プログラムであって、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信するものである。

本発明に係る無線通信プログラムは、無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機に実行させるための無線通信プログラムであって、前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得し、前記取得した第二情報を保持するものである。

本発明によれば、簡易な構成で実現することが可能な無線通信システム、無線機、無線通信方法及び無線通信プログラムを提供することができる。

第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すシステム構成図である。 第１の実施形態に係る無線機の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線機で使用する第一の情報の具体例を示す図である。 第１の実施形態に係る無線機で使用する第二の情報の具体例を示す図である。 第１の実施形態に係る無線機で使用する第二の情報の他の具体例を示す図である。 第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。 第１の実施形態に係る第一の無線機の情報共有動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る第二の無線機の情報共有動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る第一の無線機および第二の無線機の情報共有後の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すシステム構成図である。 第２の実施形態に係る無線機の内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る無線機で使用する第二の情報の具体例を示す図である。 第２の実施形態に係る無線機で使用する第二の情報の具体例を示す図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。 第２の実施形態に係る第一の無線機の第二の情報の変換動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る無線機の内部構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る第一の無線機および第二の無線機の情報共有後の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る無線通信システムの概要を示す構成図である。 特許文献１に記載された関連する無線通信システムを示す図である。

（実施形態の概要）
実施形態の説明に先立って、実施形態の特徴についてその概要を説明する。図１８は、実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示している。図１８に示すように、実施形態に係る無線通信システムは第一の無線機１０、第二の無線機２０を含む複数の無線機で構成されている。

第一の無線機１０は、第一情報取得部１１、第二情報生成部１２、第二情報配信部を備えている。第一情報取得部１１は、無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する。第二情報生成部１２は、取得した第一の情報を基に、無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成する。第二情報配信部１３は、生成した第二の情報を、無線通信システムを構成する第二の無線機２０に配信する。

第二の無線機２０は、第二情報取得部２１、第二情報保持部２２を備えている。第二情報取得部２１は、第一の無線機１０から第二の情報を取得する。第二情報保持部２２は、取得した第二情報を保持する。

このように、無線通信システムを構成する第一の無線機が、他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報に基づいて、周波数利用に関する第二の情報を生成し、第二の無線機に配信するようにした。さらに、第二の無線機では、第二の情報を取得し、保持するようにした。これにより、関連する技術のようなデータベースが不要となるため、簡易な構成でコグニティブ無線などの無線通信システムを実現することができる。

上記のように、特許文献１に記載の関連する無線通信システムでは、データベースが常に固定的なものであり、移動端末がデータベースの通信範囲外に移動、または、データベースが損壊した場合、移動端末が周波数を選択することができなくなるという問題がある。

なお、通信範囲外をカバーするためには、携帯基地局のセルのように通信範囲が重なるようデータベースを配置すればよいが、データベース設備を密に設置するためには設置コストなどの問題があり、また、密に設置できない場合、データベース通信範囲から外れてしまうエリアがなお存在し、移動端末が周波数を選択することができなくなる問題は残る。

このような課題を解決するため、例えば、実施形態に係る無線通信システムを次のように構成してもよい。すなわち、無線通信システムを構成する移動端末を含む複数の無線機のうち１つの第一の無線機が、第一の無線機とは異なる他の無線機の位置、周波数をはじめとした電波利用状況の情報を収集するための情報収集手段と、電波利用状況の情報を基に無線通信システムが存在するエリアにおいて位置毎の利用可能な周波数や送信電力値を算出し、周波数選択のためのデータベースを構築するためのデータベース構築手段と、他の無線機に対するデータベースの情報を配信する情報配信手段と、を備える。また、他の無線機が、通知されたデータベースの情報を保持する情報保持手段と、周波数選択のためのデータベースを構築するためのデータベース構築手段と、を備える。そして、無線通信システム全体でデータベースを共有し、各無線機が、共有したデータベースを基に、使用する周波数や送信電力をはじめとした利用パラメータを選択するためのパラメータ選択手段を備える。

ここで、電波利用状況の情報の収集とデータベースの共有を行うために、情報共有専用の周波数（チャネル）を割り当てるか、または、データ通信用のチャネルにおいて情報共有のためのタイムスロットを割り当てるか、といった手段は問わない。

実施形態に係る無線装置間情報共有法は、複数の無線機の電波利用状況に関する情報を収集する無線機を１つの無線機に絞ることで、情報伝達経路を生成するアルゴリズムを簡単にし、情報の重複や情報の不足を回避しつつ、同じ内容の情報をもったデータベースをシステム全体の無線機で共有する。以下では、データベースを無線機間で共有する一連の動作を「情報共有」と呼称する。

実施形態によれば、無線通信システムを構成する全無線機が個別に利用する周波数を選択することができるようになり、１度データベースを構築すると、ある１つの無線機が他の無線機またはデータベースと通信できない状態になっても、利用する周波数を選択することができるようになる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１から図９を参照して説明する。

［構成の説明］
図１に本発明の第一の実施形態に係る無線通信システムのシステム構成を示す。図１に示すように、本無線通信システムは、１台の第一の無線機１と、１台以上の第二の無線機２とを備えている。さらに、本無線通信システムは、第一の無線機１が第二の無線機２から取得する第一の情報３と、第一の無線機１が第二の無線機２に配信する第二の情報４とを含んでいる。

第一の無線機１とは、本無線通信システムを構成する複数の無線機のなかから選出される無線機のことである。このときの第一の無線機１の選出の基準は、たとえば、複数の無線機のなかで一番中央に位置している無線機を第一の無線機１とするなどとしてもよい。第二の無線機２とは、第一の無線機１が第二の情報４を配信する対象となる無線機のことである。例えば、第一の無線機１と第二の無線機２を同じ構成の無線機として、いずれか一方を第二の情報４を配信する無線機とし、他方を第二の情報４を受信する無線機としてもよい。

第一の情報３とは、本無線通信システムを構成する無線機の現在位置や利用中周波数をはじめとした電波利用に関する情報のことである。第二の情報４とは、たとえば、第一の無線機１が収集した第一の情報３の集合、または、第一の情報３を基に生成される周波数をはじめとした位置毎に二次利用可能なパラメータに関する情報のことである。

また、本発明の無線通信システムには、第一の無線機１と第二の無線機２以外の他の無線機が存在していても構わない。この場合、前記他の無線機とは、自身の電波利用に関する情報が周辺の第一の無線機１または第二の無線機２が保持する第一の情報３に含まれていてもよい。

図２に本実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の内部構成のブロック図を示す。図２に示すように、第一の無線機１は、第二情報生成部１０、無線通信部１−１、第一情報保持部１−２、第二情報保持部１−３、パラメータ選択部１−４を備えている。第二の無線機２は、無線通信部２−１、第一情報保持部２−２、第二情報保持部２−３、パラメータ選択部２−４を備えている。

ここで、無線通信部１−１と無線通信部２−１、第一情報保持部１−２と第一情報保持部２−２、第二情報保持部１−３と第二情報保持部２−３、パラメータ選択部１−４とパラメータ選択部２−４、はそれぞれ同じ機能、同じ構成の装置で構わない。

無線通信部１−１または２−１は、無線通信を実現するために、一般的な信号処理と信号の送受信を行う装置である。無線通信部１−１または２−１は、ホワイトスペースでコグニティブ無線通信を行う無線通信部であるとともに、コグニティブ無線通信を行うために必要な情報（第一の情報３や第二の情報４）を送受信する送受信部であってもよい。例えば、無線通信部１−１を、第一の情報３を取得する取得部、第二の情報４を配信する配信部等とし、無線通信部２−１を、第一の情報３を通知する通知部、第二の情報４を取得する取得部、第一の情報３または第二の情報４を転送する転送部等としてもよい。なお、無線通信部１−１または２−１以外の通信手段を介して、コグニティブ無線通信を行うために必要な情報を送受信してもよい。第一情報保持部１−２または２−２は、自身の無線機が利用中の周波数や送信電力値をはじめとした電波利用状況の情報、つまり第一の情報３を保持する記憶媒体である。

第二情報生成部１０は、第二の無線機２から送られてきた第一の情報３と第一の無線機１の第一の情報３を基に第二の情報４を生成する演算処理装置である。また、第二情報生成部１０は、本実施形態に係る無線通信システム内において第一の無線機１のみにおいて稼働するが、第一の無線機１のバックアップとして第二の無線機２をはじめとした他の無線機が第二情報生成部１０を保有していても構わない。

第二情報保持部１−３または２−３は、第二情報生成部１０で生成された第二の情報４、および、第一の無線機１から第二の無線機２に対して配信された第二の情報４を保持する記憶媒体である。パラメータ選択部（パラメータ算出部）１−４または２−４は、第二の情報４を基に利用する最適な周波数と送信電力値をはじめとしたパラメータ（利用可能パラメータ）を選択（算出）する演算処理装置である。

図３に本実施形態に係る第一の情報３の内容の例を示す。図３に示すように、第一の情報３には少なくとも、無線機の位置と利用周波数に関する情報が含まれており、この２つの情報で位置ごとのおおよその利用可能な周波数に関する第二の情報４の生成が可能になる。これに送信電力値の情報を加えることで、周波数ごとの電波到達範囲が分かり、さらに詳細な第二の情報４を生成することが可能になる。このように、アンテナ利得、フィルタ性能、地形モデル、等々といった情報を第一の情報３に含ませるほど、より詳細な第二の情報４を生成することが可能になる。

図４と図５に本実施形態に係る第二の情報４の内容の例を示す。図４で示されている（ｘ、ｙ）、ｆ、Ｗ、ｆ_ＢＷはそれぞれ第一の情報３の送信元の無線機の座標位置、利用中の周波数、利用中の送信電力値、利用中の帯域幅をそれぞれ意味している。一方、図５で示されている（ｘ、ｙ）は座標位置を意味し、ｆ、Ｗ、ｆ_ＢＷは（ｘ、ｙ）の位置において利用可能な周波数、送信電力値、帯域幅（ホワイトスペース）をそれぞれ意味している。

図４の第二の情報４は、本実施形態に係る無線通信システムを構成する各無線機の第一の情報３の集合である。第一の情報３は現在利用中のパラメータの情報であり、それらの集合体である第二の情報４はシステム内の各所において現在利用中のパラメータの情報であるため、各無線機のパラメータ選択部１−４または２−４は、取得したこの第二の情報４を基に各無線機にとって二次利用可能な周波数をはじめとしたパラメータに変換する。

図５の第二の情報４は、本実施形態に係る無線通信システムが稼働するエリアをある一定の面積のピクセルに分割し、二次利用可能なパラメータがピクセルごとに記載されるマップ情報である。第一の無線機１は、第二情報生成部１０において収集した第一の情報３を基に上記の第二の情報４を生成および保持し、第二の無線機２に配信する。図４とは異なり、図５の第二の情報４は、配信された時点で、二次利用可能な周波数をはじめとしたパラメータなので、各無線機が変換を行う必要はない。例えば、マップ形式以外の任意の形式により、各地点で利用可能なパラメータの情報を配信してもよい。

なお、図５の第二の情報４には、干渉問題回避の観点やデータ転送速度をはじめとした各無線機の要求に基づいた各パラメータの二次利用優先順位などの特徴が記載されてもよい。また、第二の無線機２の移動範囲に含まれないピクセルにおける二次利用可能なパラメータの情報を省略し、図５の第二の情報４の情報量を削減して構わない。すなわち、少なくとも第二の無線機２の現在の位置（または周辺）における利用可能情報（または利用中情報）を第二の情報４とし、さらに、第二の無線機２の移動範囲における利用可能情報（または利用中情報）を第二の情報４としてもよい。

図４は送信する第二の情報４の情報量が少量になり、第二の情報４の情報配信にかかる時間が図５よりも短くてよいのに対して、図５は第一の無線機１のみが干渉電力推定をはじめとした演算処理を行うため、図４よりもシステム全体の処理量が少量でよい。

第二の無線機２が２台以上存在するとき、効率的な情報伝達を行うため、複数の無線機がネットワーク的に階層分けされた複数のグループを構成する場合がある。このとき、たとえば、第一の無線機１をネットワークの最上位の無線機として、第二の無線機２は、その下位のネットワークに属する無線機として仕分けして構わない。また、第二の無線機２が多く存在する場合、複数の第二の無線機２を上位、下位と仕分けしてさらなる階層を構成してもよい。例えば、第二の無線機２は、第二の無線機２が保持する第一の情報３と、自身より下位の層の第二の無線機２、または、無線通信システムを構成する他の無線機から通知された第一の情報３と、を自身より１つ上位の層に属する第二の無線機２、または、第一の無線機１に対して通知し、第一の無線機１は、第二の無線機２から収集した第一の情報３を基に第二の情報４を生成し、第二の情報４を保持し、第二の情報４を自身より１つ下位の層に属する少なくとも１台以上の第二の無線機２に対して個別または一斉配信し、第二の無線機２は、第一の無線機１、または、自身より１つ上位の第二の無線機２から配信された第二の情報４を保持し、自身より１つ下位の層に属する少なくとも１台以上の第二の無線機２に対して個別または一斉配信してもよい。

［動作の説明］
図６は本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。図６に示すように、まず、第一の無線機１は、第二の無線機２から第一の情報３を収集する（Ｓ１１）。次に、第一の無線機１は、収集した第一の情報３を基に第二の情報４を生成し（Ｓ１２）、生成した第二の情報４を第二の無線機２に配信する（Ｓ１３）。最後に、第一の無線機１および第二の無線機２は、取得した第二の情報４を基に利用するパラメータを選択し（Ｓ１４）、各位置において通信を開始する（Ｓ１５）。

図７及び図８に本実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の情報共有の動作フローをそれぞれ示す。

まず、第一の無線機１の動作について説明する。最初に、第一の無線機１は、情報収集を開始するための条件を満たしたか否かを判定し、条件を満たしていればＳ１０２に進む（Ｓ１０１）。なお、情報収集を開始するための条件は、たとえば、ある無線機が移動したときや周波数を切り替えたときとして構わない。例えば、一定時間が経過した場合、または、第一または第二の無線機の利用周波数、送信電力、位置のいずれかに一定値以上の変更があった場合を条件としてもよい。

次に、第一の無線機１は、第二の無線機２の数分だけ第一の情報３を要求するための信号を送信する（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。次に、第一の無線機１は、要求信号を受信した第二の無線機２全てから第一の情報３を収集するとＳ１０８に進む（Ｓ１０５〜Ｓ１０７）。

次に、第一の無線機１は、収集した第一の情報３を基に第二情報生成部１０で第二の情報４を生成し（Ｓ１０８）、第二情報保持部１−３に保持する（Ｓ１０９）。例えば、収集した第一の情報３を結合して図４のような第二の情報４を生成し、また、収集した第一の情報３に基づき各地点で利用可能なパラメータを求めて図５のような第二の情報４を生成する。最後に、第一に無線機１は通知先である第二の無線機２全てに対して第二の情報４を配信する（Ｓ１１０〜Ｓ１１２）。

上記の説明は、第一の無線機１が第二の無線機２に対して第二の情報４をユニキャストした場合であるが、第一の無線機１が第二の無線機２に対して第二の情報４をブロードキャストしてもよい。その場合、複数の第二の無線機２に対して第二の情報４が一括で配信されるため、Ｓ１１０とＳ１１２は省略される。また、ユニキャストとブロードキャストを交えてもよい。その場合、たとえば、通常時はブロードキャストにより情報を一斉配信しつつ、確実に情報を通知したい相手に対してはユニキャストするといったように、状況に合わせて最適な送信方法を選択する。

次に、第二の無線機２の動作について説明する。最初に、第二の無線機２は、第一の無線機１から第一の情報３を要求する信号を受信したか否かを判定し、受信した場合、Ｓ２０２に進む（Ｓ２０１）。次に、第二の無線機２は第一情報保持部２−２に格納している第一の情報３を第一の無線機１に対して通知する（Ｓ２０２）。最後に、第二の無線機２は第一の無線機１から第二の情報４を取得し（Ｓ２０３）、第二情報保持部２−３に保持する（Ｓ２０４）。

図９に本実施形態に係る第一の無線機１および第二の無線機２の情報共有後の動作フローを示す。図７及び図８に示した情報共有後、まず、第一の無線機１と第二の無線機２は、それぞれ自身が保持している第二の情報４を基に周波数や送信電力値をはじめとしたこれから利用するパラメータを選択する（Ｓ３０１）。図４のような第二の情報４の場合、第二の情報４に含まれる利用中のパラメータに基づいて利用可能なパラメータを求め、その中から自身が利用するパラメータを選択する。図５のような第二の情報４の場合、第二の情報４に含まれる利用可能なパラメータの中から自身が利用するパラメータを選択する。

次に、第一の無線機１および第二の無線機２は、第一情報保持部１−２および２−２に格納されている第一の情報３をＳ３０１で選択した利用パラメータ値に更新する（Ｓ３０２）。なお、第一の無線機１および第二の無線機２は、Ｓ３０２の前後に、他の無線機に対して選択した利用パラメータを利用しても構わないか確認してもよい。

第二の情報４を保持しない他の無線機がいる場合、前記他の無線機は、周辺のアクセス可能な第一の無線機１または第二の無線機２に利用パラメータを問い合わせる。または、周辺のアクセス可能な第一の無線機１と第二の無線機２が能動的に前記他の無線機に対して利用パラメータを通知してもよい。

本実施形態に係る無線通信システムを構成する無線機が、階層的なネットワークグループを複数組んだ場合、数段下位のネットワークグループに属する第二の無線機２と最上位である第一の無線機１が通信を行うときは途中の階層のネットワークグループに属する第二の無線機２を中継してデータの送受信を行う。また、ネットワーク的に離れた第二の無線機２同士が通信を行うときはグループ間にいるネットワークグループに属する第一の無線機１または第二の無線機２を中継してデータの送受信を行う。

［効果］
第１の実施形態の効果は、各無線機が、他所に配置されているデータベースにアクセスすることなく周波数や送信電力値をはじめとしたパラメータを現在位置に応じて自身のデータベースの判断で最適化できることである。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図１０から図１５を参照して説明する。第２の実施形態では、無線機Ａが受信する無線機Ｂからの干渉電力と無線機Ａの雑音電力の比、つまり干渉電力対雑音電力比（ＩＮＲ：Interference to Noise Ratio）が一定値以下になるような無線機Ｂに関する情報を必要としない。

［構成の説明］
図１０に本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムのシステム構成を示す。図１０に示すように、第二の実施形態では、無線通信システムは、１台の第一の無線機１と、第二の無線機５と第二の無線機６を含む第二の無線機２とを備えている。さらに、本無線通信システムは、第一の情報３と、第二の無線機５が保持する第二の情報４１と、第二の無線機６が保持する第二の情報４２とを含んでいる。

なお、第二の情報４１および第二の情報４２は、第二の無線機５と第二無線機６の位置と無線機間の距離またはそれぞれの送信電力に基づいて内容が変化する第二の情報４の一例である。

図１１に本実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機５と第二の無線機６の内部構成のブロック図を示す。図１１に示すように、第２の実施形態に係る第一の無線機１の内部構成は、第１の実施形態に係る第一の無線機１の内部構成に通知範囲算出部１１を追加したものである。第二の無線機５は、第二の情報４１を第二情報保持部５−３に保持し、第二の無線機６は、第二の情報４２を第二情報保持部６−３に保持する。

ここで、無線通信部１−１と無線通信部５−１と無線通信部６−１、第一情報保持部１−２と第一情報保持部５−２と第一情報保持部６−２、第二情報保持部１−３と第二情報保持部５−３と第二情報保持部６−３、パラメータ選択部１−４とパラメータ選択部５−４とパラメータ選択部６−４、はそれぞれ同じ機能、同じ構成の装置で構わない。

通知範囲算出部１１は、収集した第一の情報３を基に第二情報生成部１０で行われる干渉電力推定の結果から導出される第二の無線機５と第二の無線機６の間の干渉量または距離やそれぞれの送信電力にしたがって第二の情報４を第二の情報４１および第二の情報４２に変換する装置である。

次に、第二の情報４１および第二の情報４２について説明する。第二の無線機５が第二の無線機６から受ける干渉電力と第二の無線機５内の雑音電力の比、つまり干渉電力対雑音電力比（ＩＮＲ）が一定値以下、たとえば、０ｄＢ以下になる場合、第二の無線機５にとって利用可能なパラメータは第二の無線機６の位置における電波利用状況に依存しない。つまり、第二の無線機５が利用パラメータを選択する際に、第二の無線機６の第一の情報３を必要としない。したがって、この場合、第二の情報４１は第二の無線機６の第一の情報３に基づかない第二の情報４になる。ななお、第二の情報４２についても同様である。

図１２及び図１３に、たとえばＩＮＲが０ｄＢ以下になるほど第二の無線機５と第二の無線機６が互いに離れているときの、第二の情報４１および第二の情報４２の例を示す。図１２及び１３に示した第二の情報４１および第二の情報４２は、図４と同様に、本実施形態に係る無線通信システムを構成する各無線機の第一の情報３の集合である。ただし、第二の情報４１には、無線機ＩＤがｂである第二の無線機６の第一の情報３は含まれず、第二の情報４２には、無線機ＩＤがａである第二の無線機５の第一の情報３は含まれない様子が示されている。

また、図５に示した第二の情報４と同様の内容の第二の情報４１および第二の情報４２が生成されても構わない。その場合、第二の情報４１は第二の無線機６の第一の情報３に基づいておらず、同様に、第二の情報４２は第二の無線機５の第一の情報３に基づかない。

［動作の説明］
図１４は本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。図１４に示すように、まず、第一の無線機１は、第二の無線機５と第二の無線機６から第一の情報３を収集する（Ｓ２１）。次に、第一の無線機１は、収集した第一の情報３を基に第二の情報４を生成し（Ｓ２２）、生成した第二の情報４を第二の無線機５と第二の無線機６のそれぞれのために第二の情報４１及び４２に変換する（Ｓ２３）。例えば、第一の無線機１は、第二の無線機間の距離または送信電波の到達範囲に基づいて、第二の情報に含まれる第二の無線機に関する情報（パラメータ）を選択する。さらに、第一の無線機１は、第二の情報４１を第二の無線機５に、第二の情報４２を第二の無線機６に配信する（Ｓ２４）。最後に、第一の無線機１、第二の無線機５および第二の無線機６は、取得した第二の情報４１または第二の情報４２を基に利用するパラメータを選択し（Ｓ２５）、各位置において通信を開始する（Ｓ２６）。

第２の実施形態に係る第一の無線機１の情報共有の動作フローは、図７に示した動作フロー内のＳ１０９とＳ１１０の間に、通知範囲算出部１１で第一の情報３を基に第二の情報４を第二の情報４１に変換または第二の情報４２に変換するステップが入る。その他の第２の実施形態に係る第一の無線機１の動作フローは第１の実施形態の動作フローと同様である。

第二の情報４を第二の情報４１または第二の情報４２に変換する際の、第一の無線機１の動作フロー例を図１５に示す。第一の無線機１は、図７におけるＳ１０９の後、第二の無線機２の中から１つの無線機Ａを選出する（Ｓ４０１）。

次に、以降のＳ４０３とＳ４０４を第二の無線機２の数分だけ行う（Ｓ４０２〜Ｓ４０５）。第一の無線機１は、前記無線機Ａが他の第二の無線機２から受ける干渉電力と前記無線機Ａの雑音電力の比であるＩＮＲを算出し（Ｓ４０３）、その値に基づき、第二の情報４を変換または更新する（Ｓ４０４）。例えば、図４のような第二の情報４の場合、図１２及び図１３のように、第二の無線機２において干渉しない電波の情報は削除し、また、図５のような第二の情報４の場合、第二の無線機２において干渉しない電波の情報は除いて、利用可能なパラメータを再計算する。これを全ての第二の無線機２について行い、図７におけるＳ１１０に進む。なお、Ｓ４０４の第二の情報４の変換又は更新はＩＮＲではなく、距離や送信電力値に基づいても構わない。

第２の実施形態に係る第二の無線機５と第二の無線機６の情報共有の動作フローは、取得する第二の情報４が異なるのみであり、第１の実施形態に係る第二の無線機２の動作フローと同様である。

［効果］
第２の実施形態の効果は、第１の実施形態の効果に加えて、第二の無線機２に通知する第二の情報４の情報量を削減することで、無線通信システム内におけるデータベースの共有に要する時間を短縮できることである。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１６から図１７を参照して説明する。第３の実施形態では、少なくとも２台以上の無線機がほぼ同時に新しい周波数に切り替えて通信を行うときに起こり得る電波の干渉をスペクトルセンシングによって回避する。

［構成の説明］
第３の実施形態に係る無線通信システムのシステム構成は第１または第２の実施形態の構成と同様である。

図１６に本実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の内部構成のブロック図を示す。図１６に示す第３の実施形態の第一の無線機１と第二の無線機２の内部構成は、第１の実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の内部構成にスペクトルセンシング部１−５およびスペクトルセンシング部２−５をそれぞれ追加したものである。

また、第３の実施形態に係る第一の無線機１の内部構成は、第２の実施形態に係る第一の無線機１の内部構成にスペクトルセンシング部１−５を追加したものでもかまわない。ここで、スペクトルセンシング部１−５とスペクトルセンシング部２−５はそれぞれ同じ機能、同じ構成の装置で構わない。なお、本実施形態では、第一の情報３はスペクトルセンシングの結果を含んでも構わない。すなわち、第二の無線機２が、スペクトルセンシング部２−５でスペクトルセンシングを行い、スペクトルセンシングの結果に基づき第一の情報３を生成し、生成した第一の情報３を第一の無線機１へ通知してもよい。

［動作の説明］
第３の実施形態に係る無線機間のシーケンスは図６、図１４に示した第１、第２の実施形態のそれと同様である。また、第３の実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の動作は図７〜図９に示した第１の実施形態におけるそれとほぼ同様である。

ただし、第３の実施形態に係る第一の無線機１と第二の無線機２の情報共有後の動作フローは、図１７に示すように、図９のＳ３０１とＳ３０２の間にスペクトルセンシングによる干渉源の有無の判定（Ｓ５０１）が加わったものになる。スペクトルセンシング部１−５またはスペクトルセンシング部２−５は、選択（算出）された利用可能パラメータをもとに少なくとも利用する周波数の情報を含む利用パラメータを変更した後、スペクトルセンシングを実行し、スペクトルセンシングの結果、近辺に干渉源となる無線機が存在する場合、Ｓ３０１に戻り、干渉を回避するために利用するパラメータを再度選択する。なお、第一の無線機１、または、第二の無線機２は、利用パラメータを再度選択（変更）する前に、他の無線機に対して希望利用周波数の利用申請を通知し、希望利用周波数が利用可能か否かを確認してもよい。一方、近辺に干渉源となる無線機が存在しなかった場合、第一の情報３を更新し（Ｓ３０２）、通信を開始する。

［効果］
第３の実施形態の効果は、第１、第２の実施形態の効果に加えて、第１の実施形態の動作の説明に示した他の無線機に対する選択したパラメータの利用申請よりも短い時間で、利用パラメータを変更した直後の無線機同士の電波干渉を回避できることである。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施形態における各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。無線装置の各機能（各処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置に実施形態における無線通信方法を行うための無線通信プログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納された無線通信プログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。

これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
複数の無線機で構成される無線通信システムであって、
前記無線通信システムに属する第一の無線機が、
前記第一の無線機とは異なる、前記無線通信システムに属する少なくとも１台以上の他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、
前記第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関わる第二の情報を生成し、
前記第二の情報を保持し、かつ、前記他の無線機のうち少なくとも１台以上の第二の無線機に配信し、
前記第二の無線機は、前記第二の情報を保持する、
無線通信システム。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年３月３１日に出願された日本出願特願２０１４−０７０８７５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 第一の無線機
２ 第二の無線機
３ 第一の情報
４ 第二の情報
５ 第二の無線機に含まれる１つの無線機
６ 第二の無線機に含まれる１つの無線機
１−１ 第一の無線機１の無線通信部
１−２ 第一の無線機１の第一情報保持部
１−３ 第一の無線機１の第二情報保持部
１−４ 第一の無線機１のパラメータ選択部
１−５ 第一の無線機１のスペクトルセンシング部
１０ 第二情報生成部
１１ 通知範囲算出部
２−１ 第二の無線機２の無線通信部
２−２ 第二の無線機２の第一情報保持部
２−３ 第二の無線機２の第二情報保持部
２−４ 第二の無線機２のパラメータ選択部
２−５ 第二の無線機２のスペクトルセンシング部
５−１ 第二の無線機５の無線通信部
５−２ 第二の無線機５の第一情報保持部
５−３ 第二の無線機５の第二情報保持部
５−４ 第二の無線機５のパラメータ選択部
４１ 第二の無線機５が取得する第二の情報
６−１ 第二の無線機６の無線通信部
６−２ 第二の無線機６の第一情報保持部
６−３ 第二の無線機６の第二情報保持部
６−４ 第二の無線機６のパラメータ選択部
１０ 第一の無線機
１１ 第一情報取得部
１２ 第二情報生成部
１３ 第二情報配信部
２０ 第二の無線機
２１ 第二情報取得部
２２ 第二情報保持部
４１ 第二の無線機５が取得する第二の情報
４２ 第二の無線機６が取得する第二の情報
７０ 周波数要求元車両
７１ 通信対象車両
８０ データベース
９０ 現在位置情報
９１ 割り当て周波数
９２ 割り当て周波数の利用可能範囲
９３ データベースの通信範囲

Claims (17)

1. 複数の無線機で構成される無線通信システムであって、
   前記無線通信システムを構成する第一の無線機は、
   前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する第一情報取得手段と、
   前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成する第二情報生成手段と、
   前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する第二情報配信手段と、
   を備え、
   前記第二の無線機は、
   前記第一の無線機から前記第二の情報を取得する第二情報取得手段と、
   前記取得した第二情報を保持する第二情報保持手段と、
   を備える、無線通信システム。
2. 前記他の無線機は、前記無線通信システムを構成する少なくとも１台以上の無線機であり、
   前記第二の情報は、前記無線通信システムが存在するエリアにおける前記他の無線機に関する前記第一の情報の集合である、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第二の情報は、前記無線通信システムが存在するエリアにおける地点毎の利用可能周波数に関する情報である、
   請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記第一および第二の無線機は、前記第二の情報を基に、自無線機が参照するための少なくとも利用可能な周波数の情報を含む利用可能パラメータを算出するパラメータ算出手段を備える、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記第一の無線機、または、第二の無線機は、前記無線通信システムを構成する無線機のうち前記第一および第二の無線機を除く無線機に、当該無線機の現在位置における周波数利用に関する前記第二の情報を通知する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記第一情報取得手段は、一定時間が経過した場合、または、前記第一または第二の無線機の利用周波数、送信電力、位置のいずれかに一定値以上の変更があった場合に、前記第一の情報を前記第二の無線機に対して要求し、前記第二情報生成手段が、前記第二の情報を生成する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
7. 第二情報生成手段は、二台以上の前記第二の無線機間の距離または送信電波の到達範囲に基づいて、前記第二の情報に含まれる前記第二の無線機に関する情報を選択する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 前記第一の無線機、または、前記第二の無線機は、スペクトルセンシングを行うスペクトルセンシング手段を備え、
   前記スペクトルセンシング手段は、算出された前記利用可能パラメータを基に少なくとも利用する周波数の情報を含む利用パラメータを変更した後に、前記スペクトルセンシングを実行し、干渉する前記他の無線機が周辺に存在するか否かを確認し、前記他の無線機の存在が確認できた場合、前記利用パラメータを再度変更し、前記他の無線機の存在が確認できなかった場合、前記利用パラメータを用いた通信を続行する、
   請求項４に記載の無線通信システム。
9. 前記第一の無線機、または、前記第二の無線機は、前記利用パラメータを変更する前に、前記他の無線機に対して希望利用周波数の利用申請を通知し、前記希望利用周波数が利用可能か否かを確認する、
   請求項８に記載の無線通信システム。
10. 前記第一の無線機と少なくとも１台以上の前記第二の無線機が、前記第一の無線機を最上位層とする多段階層のネットワークを構成し、
    前記第二の無線機は、前記第二の無線機が保持する前記第一の情報と、前記第二の無線機より下位の層の前記第二の無線機、または、前記無線通信システムを構成する前記他の無線機から通知された前記第一の情報と、を１つ上位の層に属する前記第二の無線機、または、前記第一の無線機に対して通知する第一情報通知手段を備え、
    前記第二情報生成手段は、前記第二の無線機から収集した前記第一の情報を基に前記第二の情報を生成し、
    前記第二情報配信手段は、前記生成した第二の情報を１つ下位の層に属する少なくとも１台以上の前記第二の無線機に対して個別または一斉配信し、
    前記第二情報保持手段は、前記第一の無線機、または、１つ上位の前記第二の無線機から配信された前記第二の情報を保持し、
    前記第二の無線機は、前記保持した第二の情報を１つ下位の層に属する少なくとも１台以上の前記第二の無線機に対して個別または一斉配信する第二情報転送手段を備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線通信システム。
11. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機であって、
    前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得する第一情報取得手段と、
    前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成する第二情報生成手段と、
    前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する第二情報配信手段と、
    を備える、無線機。
12. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機であって、
    前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得する第二情報取得手段と、
    前記取得した第二情報を保持する第二情報保持手段と、
    を備える、無線機。
13. 複数の無線機で構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    前記無線通信システムを構成する第一の無線機は、
    前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、
    前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、
    前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信し、
    前記第二の無線機は、
    前記第一の無線機から前記第二の情報を取得し、
    前記取得した第二情報を保持する、
    無線通信方法。
14. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機における無線通信方法であって、
    前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、
    前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、
    前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する、
    無線通信方法。
15. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機における無線通信方法であって、
    前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得し、
    前記取得した第二情報を保持する、
    無線通信方法。
16. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機に実行させるための無線通信プログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
    前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を取得し、
    前記取得した第一の情報を基に、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を生成し、
    前記生成した第二の情報を、前記無線通信システムを構成する第二の無線機に配信する、
    無線通信プログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体。
17. 無線通信システムを構成する複数の無線機に含まれる無線機に実行させるための無線通信プログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
    前記無線通信システムを構成する第一の無線機が、前記無線通信システムを構成する他の無線機の周波数利用状況に関する第一の情報を基に生成した、前記無線通信システムが存在するエリアにおける周波数利用に関する第二の情報を、前記第一の無線機から取得し、
    前記取得した第二情報を保持する、
    無線通信プログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体。

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