(57)【要約】【課題】コグニティブ無線システムにおいて利用可能な周波数帯をより迅速に検出することのできる技術を提供する。【解決手段】コグニティブ無線システムにおける各無線通信装置は、時刻情報と位置情報とから周波数範囲を得るためのハッシュ関数を共通して有している。各無線通信装置は、ＧＰＳ信号から自端末の位置情報と現在の時刻情報を取得し、ハッシュ関数に代入することで検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込んで未使用周波数帯の検出を行う。通信を行う送受信ノードは同じ時間に近い位置に存在するので、同一の周波数範囲を検出対象とするため、互いに利用可能な未使用周波数帯を検出可能である。また、位置や時間が異なれば異なる周波数範囲を検出するため、効率的な周波数利用が可能である。なお、各ノードが有する共通のハッシュ関数は、複数種類とすることも好ましい。【選択図】図３
2010136290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コグニティブ無線システムにおける未使用周波数帯検出方法であって、
各無線通信装置が、位置情報および時刻情報を利用して、検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込む
ことを特徴とする未使用周波数帯検出方法。
【請求項２】
時刻情報と位置情報とから周波数範囲を得るためのハッシュ関数を共通して有する複数の無線通信装置のそれぞれが、
自端末の位置情報を取得する位置情報取得工程と、
現在の時刻情報を取得する時刻情報取得工程と、
取得した位置情報および時刻情報と前記ハッシュ関数を利用して、検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込む検出範囲限定工程と、
前記絞り込まれた周波数範囲内で未使用周波数帯の検出を行う検出工程と、
を実行することを特徴とする請求項１に記載の未使用周波数帯検出方法。
【請求項３】
前記位置情報および前記時刻情報は、ＧＰＳ信号から取得される
ことを特徴とする請求項２に記載の未使用周波数帯検出方法。
【請求項４】
前記位置情報は、所定の広さの範囲内で同じ値を取る
ことを特徴とする請求項２または３に記載の未使用周波数帯検出方法。
【請求項５】
各無線通信装置は、前記共通のハッシュ関数を複数種類有しており、
前記周波数範囲限定工程では、複数のハッシュ関数から得られる周波数範囲のそれぞれを検出処理の対象として絞り込む
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の未使用周波数帯検出方法。
【請求項６】
コグニティブ無線システムにおける無線通信装置であって、
位置情報および時刻情報を利用して、未使用周波数帯検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込む
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
前記コグニティブ無線システム内で共通する、時刻情報と位置情報とから周波数範囲を得るためのハッシュ関数を記憶する記憶手段と、
自端末の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
現在の時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
取得した位置情報および時刻情報と前記ハッシュ関数を利用して、検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込んで未使用周波数帯の検出を行う未使用周波数帯検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記位置情報取得手段および前記時刻情報取得手段は、ＧＰＳ受信装置である
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記位置情報は、所定の広さの範囲内で同じ値を取る
ことを特徴とする請求項７または８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記記憶手段は、前記コグニティブ無線システム内で共通するハッシュ関数が複数種類記憶しており、
前記未使用周波数帯検出手段は、複数のハッシュ関数から得られる周波数範囲のそれぞれを検出処理の対象とする
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コグニティブ無線システムにおいて未使用の周波数帯を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、未使用の周波数帯を検出して利用するコグニティブ無線システムの研究・開発が進められている。使用可能な周波数帯は、プライマリーユーザーの通信や端末の移動などによって、時間的にも空間的にも随時変化する。したがって、未使用周波数帯検出のためのスペクトラムセンシングは、コグニティブ無線システムにおいて鍵となる技術の一つである。
【０００３】
未使用周波数帯の検出方法として、特許文献１〜５のような方法が知られている。特許文献１には、ＩＥＥＥ８０２．２２のようなＴＶ周波数帯を利用する基地局同士が強調してセンシングする技術が記載されている。特許文献２には、複数のノードがそれぞれスペクトラムのあらかじめ定められた部分をスキャンし、そのスキャン結果を共用することが記載されている。特許文献３〜５には、最初に周波数帯全体を粗くスキャンし、その結果を元に２回目は精度の高いスキャンを行うことが記載されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１０８３６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１０１２８４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００８０６０４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／００９２０４５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／００９１７２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コグニティブ無線では今後利用対象とする周波数帯がますます広範囲となることが予想される。たとえば、数ＭＨｚ〜数十ＧＨｚあるいはそれ以上の広範囲の周波数帯を対象とすることが考えられるが、現在のところ数百ＭＨｚ〜５ＧＨｚ程度をスキャンするのにも数十秒間要してしまう。さらに、車両のように高速に移動する場合は、迅速に利用する周波数帯を決定する必要性が高まる。
【０００５】
そこで、本発明は、コグニティブ無線システムにおいて利用可能な周波数帯をより迅速に検出することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によって未使用周波数帯の検出を行う。
【０００７】
本発明に係るコグニティブ無線システムにおける未使用周波数帯検出方法では、各無線通信装置が、位置情報および時刻情報を利用して、検出の対象とする周波数範囲を絞り込むことを特徴とする。このように、検出範囲を絞り込むことで、より迅速にスキャンが実行できる。ここで、位置情報および時刻情報を利用して、各無線通信装置であらかじめ定められた規則で検出対象の周波数範囲の絞り込みを行うことで、同じ時刻に同じ場所に存在する無線通信装置同士は、共通の周波数範囲をスキャンすることになり、通信に利用する周波数帯を決定することができる。
【０００８】
より詳細には、本発明においてはコグニティブ無線システムを構成する無線通信装置のそれぞれが、上記共通の規則として、時刻情報と位置情報とから周波数範囲を得るためのハッシュ関数を共通して有することが好ましい。なお、ハッシュ関数を利用することで、時刻情報と位置情報に応じた値（ハッシュ値）を得ることができる。したがって、ハッシュ値と周波数範囲を対応付けておけば、位置情報および時刻情報とハッシュ関数から周波数範囲を得ることができる。
【０００９】
そして、本発明においては、このような共通するハッシュ関数を有する無線通信装置が、自端末の位置情報を取得する位置情報取得工程と、現在の時刻を取得する時刻情報取得工程と、取得した位置情報および時刻情報とハッシュ関数を利用して、検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込む検出範囲限定工程と、絞り込まれた周波数範囲内で未使用周波数帯の検出を行う検出工程とを、実行することが好ましい。
【００１０】
このように、位置情報と時刻情報を利用するハッシュ関数によって、検出処理の対象とする周波数範囲を絞り込んでいるので、無線通信装置が対応可能な全ての周波数帯をスキャンする場合に比べて迅速に未使用周波数帯の検出処理を完了できる。このとき、位置と時刻が同じであれば同じ周波数範囲をスキャンすることになり、近接する無線通信装置同士がコグニティブ無線に利用する周波数帯を決定することができる。また、位置または時刻が異なれば基本的に異なる周波数範囲を分散してスキャンすることになるので、利用周波数帯が分散され、効率的な周波数帯の利用が実現できる。
【００１１】
本発明において、位置情報および時刻情報はＧＰＳ信号から取得することが好ましい。ＧＰＳ信号には位置情報と時刻情報の両方が格納されているので、これらの情報をＧＰＳ信号から取得することとすれば装置の構成を簡易なものとすることができる。さらに、時刻同期の問題も発生しない。
【００１２】
また、本発明において位置情報は所定の広さの範囲内で同じ値を取ることが好ましい。位置情報の値が異なるとハッシュ関数によって得られる周波数範囲が異なるものとなるため、近接する無線通信装置が通信可能とするためにある程度の広さの範囲内で位置情報が同じ値を取ることが好ましい。また、この広さは無線通信の通信距離に依存したものとすることが好適である。
【００１３】
また、本発明においては、各無線通信装置が複数種類のハッシュ関数を有することも好ましい。そして、複数種類のハッシュ関数によって得られる複数の周波数のそれぞれをスキャンの対象とすることが好ましい。このようにすれば、ある周波数範囲が使用不可であった場合にも、迅速にスキャン範囲を変更することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明は、上記処理の少なくとも一部を実行する未使用周波数帯検出方法、またはこの方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。また、本発明は、上記処理を実行して未使用周波数帯を検出する無線通信装置として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コグニティブ無線システムにおいて利用可能な周波数帯をより迅速に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムは、複数の無線通信装置から構成される。無線通信装置は車両に搭載されており、車車間通信無線ネットワークを構成する。これらの端末間での通信は周囲の電波状況を検出して利用する周波数帯（周波数チャネル）を動的に切り替えつつ行われる。本無線通信システムは、無線通信装置がアクセスポイント等のインフラの介在無しに相互に接続するアドホックネットワークである。したがって、通信に利用する周波数帯を割り当てる制御装置は存在しない。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムを構成する、無線通信装置の機能構成を示す概略図である。無線通信装置１は、アンテナ２、高周波部３、ＡＤ変換部４、デジタル信号処理部５およびＧＰＳ装置６を備える。高周波部３は、無線信号を受信してデジタル信号処理が行いやすい周波数帯に変換したり、送信信号を実際に送信する周波数に変換する。ＡＤ変換部４は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。なお、無線通信装置１は、アンテナ２から受信した広帯域の信号（例えば、９００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ）を、一括してＡＤ変換して、チャネル選択などを含めて復調処理等はデジタル信号処理部５で実現する。
【００１９】
デジタル信号処理部５は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ダイナミック・リコンフィギュラブルプロセッサなどによっ
て構成することができる。デジタル信号処理部５は、その機能部として、通信制御部５１、電波状況検出部５２および検出範囲限定部５３を含む。デジタル信号処理部５は、その他にも変復調等のための機能部を要するが、これらは公知であるため詳しい説明は省略する。
【００２０】
通信制御部５１は、接続確立処理や、データの送受信処理、チャネルの使用状況を通信相手に通知する処理、利用するチャネルを選択する処理などを行う。
【００２１】
電波状況検出部５２は、自ノード周囲における電波状況を検出し、各周波数帯が使用中であるか未使用であるか（言い換えると、自ノードが利用可能であるか否か）を判断する。具体的なセンシング技術は既知の種々の手法を採用することができる。電波状況検出部５２は、検出する無線通信方式に応じて、エネルギー検出、ウェーブレット分解技法、パイロットベースのスペクトラムセンシング、固有値に基づくスペクトラムセンシング、特徴（feature）検出、マッチドフィルター（matched filter）方法などによって、周波数
帯が使用中であるか未使用であるかを判別する。
【００２２】
検出範囲限定部５３は、電波状況検出部５２が未使用周波数の検出を行う対象の周波数範囲を算出する。検出範囲限定部５３は、ＧＰＳ装置６から得られる現在の位置情報と時刻情報をハッシュ関数５４に与えて、検出対象とする周波数範囲を決定する。本コグニティブ無線システム内の全ての無線通信装置は、同一のハッシュ関数５４を利用する。
【００２３】
以下、図２を参照して通信確立時の処理について簡単に説明する。まず、送受信ノードのそれぞれが利用可能な周波数帯（周波数チャネル）を、電波状況検出部５２によって検出する（Ｓ１０、Ｓ１２）。そして、送信ノードが利用可能な周波数チャネルを通信相手（受信ノード）に通知しつつ接続要求を送信する（Ｓ１４）。受信ノード側は利用可能な周波数帯で電波の受信を待っており、接続要求を受信すると、少なくとも自ノード（受信ノード）と送信ノードの両方が利用可能な周波数チャネルを、送信ノードに通知しつつ接続要求に対する応答を送信する（Ｓ１６）。受信ノードから接続応答を受信した送信ノードは、互いが利用可能な周波数チャネルを利用して、無線通信を開始する（Ｓ１８）。
【００２４】
ここで、ステップＳ１０，Ｓ１２における利用可能な周波数帯の検出処理について、図
３を参照して説明する。
【００２５】
まず、各ノードは、ＧＰＳ装置６から現在の位置情報と時刻情報を取得する（Ｓ２０）。そして、これらの位置情報と時刻情報をハッシュ関数５４のキーとして与えて、ハッシュ値の算出を行う（Ｓ２２）。
【００２６】
なお、ハッシュ関数５４に与える位置情報は、近くに位置するノード同士が同じ周波数範囲をスキャンできるように同じ値とする必要がある。そこで、地図をあらかじめ所定の広さを有するエリアに区分しておき、ハッシュ関数に与える位置情報としてエリアＩＤを採用する。各エリアの大きさは、通信距離に応じた値とすることが好ましく、たとえば５０メートル四方の大きさとする。もっとも、全てのエリアの大きさを均一とする必要はなくエリアごとにその大きさを異なるものとしても良い。また、ハッシュ関数５４に与える位置情報として、エリアＩＤではなく、たとえば１０秒単位に丸めた緯度経度情報を利用しても良い。
【００２７】
また、位置情報のみによって周波数範囲を定めると、多くのノードが近くの場所にいた場合に、同一のハッシュ値（すなわち、スキャンする周波数範囲）が得られることになってしまう。そこで、ハッシュ関数に時刻情報も与えることで、通信を行う時刻に応じてハッシュ値を分散させる。
【００２８】
次に、周波数範囲限定部５３は、得られたハッシュ値からそれに対応する周波数範囲を決定する（Ｓ２４）。ハッシュ値と周波数範囲の対応付けはどのように行っても良い。最も簡単な実装は、Ｈを得られたハッシュ値、Δｆをあらかじめ定められた周波数幅として、Ｈ〜Ｈ＋Δｆを周波数範囲とする方法である。
【００２９】
そして、電波状況検出部５２が、上述のようにして決定された周波数範囲を対象として、未使用の周波数帯の検出処理を実行する。
【００３０】
このような未使用周波数帯検出処理により、スキャンする周波数範囲を狭めることができる。図４に示すように、無線通信装置が対応可能な周波数範囲１１（装備周波数という）は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚと非常に広範囲にわたるが、ハッシュ関数を利用してスキャン範囲を範囲１２に狭める。そして、この狭められた範囲１２の中で未使用周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎを検出する。このように、非常に広範囲な周波数範囲の中から、一部の周波数範囲をスキャンするだけなので、スキャン処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３１】
なお、ここで、互いに通信を行う送受信ノードは、同じ時刻に近い位置に存在する。したがって、ハッシュ関数から得られるスキャン範囲も同一となり、互いに同じ周波数範囲で未使用周波数帯を検出可能である。逆に、離れた位置に存在する車両は、異なる周波数範囲をスキャンし、その範囲内の周波数帯を利用して通信することになるので、使用する周波数帯を分散させることができ、効率的な周波数利用が可能である。また、近い場所に多くのノードが存在する場合にも、通信を開始するタイミングが異なれば異なる周波数範囲を利用することになるので、やはり効率的な周波数利用が可能となる。
【００３２】
このように、送受信ノードで検出された使用可能な周波数帯を互いに通知する処理（図２のステップＳ１４，Ｓ１６）は、種々の方法を採用することができるが、ここではその一例を説明する。
【００３３】
まず、通信を開始しようとする送信ノードは、自ノードが利用可能であると検出された全ての周波数帯で接続要求を送信する。そして、受信ノードはいずれかの周波数帯で接続
要求を受信すると、自ノードが利用可能であると検出された全ての周波数帯で接続要求に応答する接続応答を送信する。送信ノード側では、接続応答を受信できた周波数帯が互いのノードで利用可能な周波数帯であると判断できるので、それ以降はこれらの周波数帯の一部または全部を利用して通信を行う。
【００３４】
なお、使用可能な周波数帯を互いに通知する処理は、上述以外の方法によって行っても構わない。たとえば、送信ノードは、自ノードが利用可能な周波数の一部（１つでも良い）を利用して接続要求を送信することとし、この接続要求に自ノードが利用可能な周波数の情報を含めても良い。これにより、受信ノードが接続要求を１つでも受信できれば、送信ノード側で利用可能な周波数を判断可能である。また、受信ノードも接続要求を受信した周波数の一部（１つでも良い）を利用してＡＣＫを送信することとし、このＡＣＫに自ノードが利用可能な周波数の情報を含めても良い。これにより、送信ノードがＡＣＫを１つでも受信できれば、受信ノードが利用可能な周波数を判断可能である。
【００３５】
通信が確立した後も、送受信ノードの移動や時間の経過などに伴って、周囲の電波状況が変化する。そこで、通信中においても送受信ノードは互いに自ノード周辺の電波状況を定期的にスキャンして、自ノードが利用可能な周波数帯を互いに通知し合う。この定期的なスキャンにおいても、上述したようにハッシュ関数を利用して一部の周波数範囲のみをスキャンする。そして、現在通信に使用している周波数帯でプライマリーユーザーが通信を開始した場合などには、互いのノードで利用可能な他の周波数帯に切り替えて通信を継続する。
【００３６】
本実施形態に係るコグニティブ無線システムによれば、位置情報と時刻情報をハッシュ関数に与えてスキャンする周波数範囲を絞り込んでいるので、未使用周波数帯のスキャンを迅速に完了することができる。したがって、車両ネットワークのように、周囲の電波状況の変化が激しく、また、短時間に利用周波数帯を決定する必要のある環境であっても、リアルタイムにセンシングを実行することが可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、検出範囲限定部５３はハッシュ関数５４を１つのみしか有していないが、本実施形態では複数種類（たとえば３種類）のハッシュ関数５４を利用する。こうすることで、複数のスキャン範囲の候補を保持でき、周波数利用率が高い際にも迅速にスキャンを実行できる。
【００３８】
すなわち、複数のハッシュ関数から得られる複数の範囲のそれぞれを対象としてスキャンすることで、スキャン範囲を拡げることができる。したがって、周波数利用率が高い場合であっても、利用可能な周波数帯を迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係るコグニティブ無線システムにおける無線通信装置の機能ブロックを示す図である。
【図２】第１の実施形態における、通信確立時の送受信ノードでの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】未使用周波数帯検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】ハッシュ関数を利用して検出範囲を狭められることを説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  無線通信装置
５  デジタル信号処理部
６  ＧＰＳ装置
５１  通信制御部
５２  電波状況検出部
５３  検出範囲限定部
５４  ハッシュ関数
【図１】
2010136290.tif 000003
【図２】
2010136290.tif 000004
【図３】
2010136290.tif 000005
【図４】
2010136290.tif 000006