(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用する周波数帯が第1の無線システムと重複する該第1の無線システムとは異なる第2の無線システムに属する無線装置であって、
前記周波数帯の電波を送信する送信部と、
所定の検出タイミングで所定の検出期間、前記第1の無線システムの電波を検出する検出部と、
前記検出部の前記検出タイミングおよび前記検出期間に応じて前記送信部の送信を停止させるとともに、前記検出部が前記第1の無線システムの電波を検出した場合に前記送信部の電波の発射を停止させる送信制御部と、
前記第2の無線システムに属する他の無線装置から送られた前記検出期間および前記検出タイミングの少なくとも1つを前記他の無線装置と同期を求める要求信号を受信する要求受信部と、
所定の条件に基づき前記要求信号による同期の受入可否を判定する判定部と、
前記判定部が前記要求信号による同期を受入れる判定をした場合に、前記要求受信部が受信した前記静寂同期情報に基づいて、前記検出タイミングおよび前記検出期間を修正する静寂期間修正部と
を具備し、
前記判定部は、前記検出期間および前記検出タイミングの少なくとも一方を前記他の無線装置とは異なる他の無線装置との間で既に同期した場合に、前記同期の受入を拒否することを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記判定部が前記要求信号による同期の受入を拒否する判定をした場合に、受入可能な前記検出期間および前記検出タイミングの少なくとも1つを前記他の無線装置に送信する提案送信部をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載の無線装置。
【請求項３】
前記第2の無線システムは、クライアント装置を収容する無線LANシステムであり、
前記送信部は、前記クライアント装置に対して電波を送信すること
を特徴とする請求項1記載の無線装置。
【請求項４】
前記第1の無線システムはテレビ放送システムであり、前記第2の無線システムは、無線LANシステムであることを特徴とする請求項1記載の無線装置。
【請求項５】
前記第2の無線システムは、前記第1の無線システムよりも前記周波数帯を使用する優先順位が低いことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数帯を共用する無線システムにおいて混信を予め防止する無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波関連産業において、TVWS（TV White Space：テレビ用空きスペース）を使用するシステムの開発が進められている。TVWSでの通信を実現するには、既存の無線通信システムを改修して、これらのシステムの動作を電波関連法規に適合させる必要がある。
【０００３】
IEEE 802.11作業部会は、TVWSの技術について作業を進めてきた。802.11afと呼ばれるタスクグループが2009年から活動しており、802.11ネットワークをTVWSの周波数帯で運用可能とするための標準化を進めている。このタスクグループの計画方針は、802.11規格ファミリに定められた既存のメカニズムを再利用して、当該規則に適合させるために必要な運用手順を追加することにある。
【０００４】
IEEE 802.11規格ファミリの基本であるIEEE 802.11 2007 [2]という規格が、TVWSを使用する優先順位が高いプライマリユーザ（例えばテレビ放送局）を検出するために電波発射を止める静寂期間（quiet period）を生成する手順を定めている。この規格では、WLAN（Wireless LAN:無線LAN）のアクセスポイント（AP）が、静寂期間の要素を含んだビーコンまたはプローブフレーム（probe frame）を送ることによって手順を開始することができる。この静寂期間の要素は、当該ビーコンに対する静寂期間のオフセット、周波数、および静寂期間の継続期間を表している。ビーコンやプローブフレームを受信したデバイスは、指定された当該静寂期間の間送信を停止するので、プライマリユーザからの信号を容易に検出することができる。
【０００５】
しかしながら、このメカニズムには大きな問題がある。WLANシステムのカバー範囲は通常数百メートル程度であるから、複数のWLANシステムが接近して存在することがあり得る。また、これらのWLANが個々のアクセスポイントの制御下で運用するので、異なるWLANによって生成された静寂期間は互いに一致しない可能性がある。結果として、WLANの静寂期間の間も、近傍の他のWLANは依然として送信することが可能であり、プライマリユーザの検出を互いに妨害してしまう。
【０００６】
さらに、このような同期しない動作は、検出タイミングに関するFCCの規則を満足しない。FCC規則によれば、ネットワークが動作を開始するときには、少なくとも一回30秒間、当該チャネルを検出することが必要である。また、通信中にも、少なくとも一回60秒間、当該チャネルを検出する必要がある。一定期間ごとに検出動作が実行されると、同期しない静寂期間は、個々の802.11ネットワークに対して妨害を発生させてしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】FCC, “Second report and order and memorandum opinion and order,” no. FCC 08-260, Nov. 2008.
【非特許文献２】IEEE Std 802.11TM-2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来の無線装置では、周波数帯を共用する無線システム（特に自己よりも優先順位の高い無線システム）の電波検出を妨害しうるという問題があった。本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、周波数帯を共用する無線システムの電波を確実に検出することのできる無線装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る無線装置は、使用する周波数帯が第1の無線システムと重複する該第1の無線システムとは異なる第2の無線システムに属する無線装置であって、当該周波数帯の電波を送信する送信部と、所定の検出タイミングで所定の検出期間、第1の無線システムの電波を検出する検出部と、検出部の検出タイミングおよび検出期間に応じて送信部の送信を停止させるとともに、検出部が第1の無線システムの電波を検出した場合に送信部の電波の発射を停止させる送信制御部と、第2の無線システムに属する他の無線装置と検出部の検出期間および検出タイミングの少なくとも一方を同期させる同期部と、を具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周波数帯を共用する無線システムの電波を確実に検出することのできる無線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る無線装置およびその動作環境を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る無線装置の同期部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る無線装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る無線装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】静寂期間同期要求フレームの一例を示す図である。
【図６】静寂期間同期要求エレメントの一例を示す図である。
【図７】静寂期間同期要求エレメントの一例を示す図である。
【図８】静寂期間返答フレームの一例を示す図である。
【図９】静寂期間同期返答エレメントの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施形態に係る無線装置について詳細に説明する。図１に示すように、この実施形態の無線装置1は、クライアントC1と無線通信するアクセスポイントであり、プライマリシステムPSと重複する周波数帯を使用する。無線装置1の周辺には、無線装置１と無線システムが共通しクライアントC2と無線通信する無線装置2が存在している。無線装置2は、無線装置1と同様に、プライマリシステムPSと重複する周波数帯を使用する。プライマリシステムPSは、無線装置1および無線装置2よりも当該周波数帯を使用する優先順位が高く、無線装置1および無線装置2は、プライマリシステムPSに対して混信妨害を与えてはならない状態にある。以下に説明する例では、プライマリシステムPSは、テレビジョン放送の電波を送信する無線システムであり、無線装置1および無線装置2は、カバー範囲が限定された無線LANシステムであるものとして説明する。
【００１３】
図１に示すように、この無線装置1は、受信部12、送信部13、インタフェース部14を有している。受信部12は、クライアントC1から送られる電波をアンテナ11を介して受信し、所定の方式で復調する。送信部13は、クライアントC1に対する情報を変調して無線信号を生成し、アンテナ11を介してクライアントC1に送信する。インタフェース部14は、受信部12および送信部13と、インターネットなどのネットワーク15とを接続する。
【００１４】
受信部12は、クライアントC1からの電波をアンテナ11を介して受信し、所定の方式で復調してインタフェース部14を経由してネットワーク15に送る。一方、ネットワーク15からの情報は、インタフェース部14を介して送信部13に送られ、送信部13は、当該情報を無線信号に変換してアンテナ11を介してクライアントC1に送信する。すなわち、受信部12、送信部13およびインタフェース部14は、クライアントC1を収容するWLANのアクセスポイントとして機能する。受信部12および送信部13は、例えば、IEEE802.11規格に準拠したシステムを用いて実現することができる。なお、受信部12および送信部13が使用する周波数帯は、プライマリシステムPSが使用する周波数帯と少なくとも一部が重複している。また、送信制御部16は、プライマリシステムPSに妨害を与えないため、無線装置1の全ての電波発射を停止させる機能をも有している。
【００１５】
また、無線装置1は、送信制御部16、検出部17、同期部18を備えている。送信制御部16は、送信部13による電波の発射を制御する。送信制御部16は、送信部13が送信を停止すべきタイミングや停止期間などを含んだ静寂期間情報を保持しており、当該静寂期間情報に基づいて送信部13を制御する。
【００１６】
検出部17は、プライマリシステムPSの電波を検出する。検出部17は、単にプライマリシステムPSが使用する周波数の電波のエネルギーを検出してもよいし、プライマリシステムPSと対応する復調部を用いてプライマリシステムPSの電波を正確に識別して検出してもよい。検出部17は、静寂期間情報に基づいて、所定のタイミングで所定の期間、プライマリシステムPSの電波検出動作を実行する。
【００１７】
本実施形態では、プライマリシステムPSと無線装置1の送信部13とが重複する周波数帯（完全同一でもよいし一部重複でもよい）を使用する。無線装置1は、プライマリシステムPSよりも当該周波数帯を使用する優先順位が低いから、プライマリシステムPSが電波を発射しているときには、送信部13は、電波の発射を止めなければならない。そのため、検出部17は、プライマリシステムPSの電波発射の有無を検出する。しかし、各々が使用する周波数帯が重複するため、送信部13がクライアントC1に対して送信している間は、検出部17による電波検出が困難である。そこで、送信制御部16は、静寂期間情報に基づいて定期的に送信部13の送信を停止させ、検出部17は、送信部13が送信を停止した期間中（quiet period：静寂期間）に、プライマリシステムPSの電波を検出する。
【００１８】
同期部18は、共通する無線システムに属する無線装置と静寂期間情報を同期させる機能を有する。すなわち、プライマリシステムPSと比べて電波発射の優先順位が低い無線装置に対して、静寂期間を同期する機能を有する。
【００１９】
無線装置1が単独で存在する場合、自ら送信部13の送信動作を制御することで、検出部17による電波検出を容易に実現できる。しかし、WLANなど小規模の無線装置は、ユーザ個々が比較的自由に配置できるから、無線装置1の近傍に他の無線装置が存在する可能性がある。このとき、他の無線装置がプライマリシステムPSの電波を検出しようとするときに送信部13が電波を発射すれば当該他の無線装置に妨害を与えることになる。一方、検出部17がプライマリシステムPSの電波を検出しようとするときに当該他の無線装置が電波を発射すれば、検出部17による電波検出は困難になる。同期部18は、検出部17による電波検出に影響を与える範囲の無線装置と静寂期間を同期させて互いの電波検出を確実に行えるようにするものである。
【００２０】
なお、図1に示す例では、無線装置1の電波が届く範囲には、他の無線装置としての無線装置2が配置されている。無線装置2は、アンテナ21、受信部22、送信部23、インタフェース部24、送信制御部26、検出部27、および同期部28を備えており、無線装置1と共通の構成および機能を有している。すなわち、無線装置2のアンテナ21、受信部22、送信部23、インタフェース部24、送信制御部26、検出部27、および同期部28は、それぞれアンテナ11、受信部12、送信部13、インタフェース部14、送信制御部16、検出部17、および同期部18と対応し、それぞれ共通の機能を有している。そのため、無線装置2の各構成についての説明は省略する。
【００２１】
ここで、図2を参照して同期部18について詳細に説明する。図2に示すように、この実施形態の同期部18は、要求発行部181、返答発行部182、送受信部183、判定部184、クロック生成部185および静寂期間生成部186を有している。なお、無線装置2の検出部28についても、無線装置1の同期部18と共通の構成および機能を有しているから、重複する説明を省略する。
【００２２】
要求発行部181は、無線装置1の周辺の他の無線装置に対し静寂期間情報を同期させる要求信号を生成する信号生成器である。返答発行部182は、無線装置1の周辺の他の無線装置から送られる当該要求信号に対して同期の可否等を返答する返答信号を生成する信号生成器である。送受信部183は、要求発行部181および返答発行部182が生成した要求信号および返答信号を、無線装置1周辺の他の無線装置との間で送受信する無線ユニットである。
【００２３】
なお、送受信部183は、受信部12および送信部13が使用する周波数帯と共通の周波数帯を使用してもよいし、異なる周波数帯を使用してもよい。同様に、送受信部183は、受信部12および送信部13により実現されてもよい。
【００２４】
判定部184は、要求発行部181が生成した要求信号に応じて他の無線装置から送られた返答信号、あるいは他の無線装置から送られた要求信号を解析し、送信制御部16が保持する自己の静寂期間情報を修正すべきか否か判定する。クロック生成部185は、送信制御部16や同期部18に基準信号を与える発振器である。静寂期間生成部186は、他の無線装置から送られた要求信号や返答信号に基づいて、送信制御部16が保持すべき静寂期間情報を生成または修正する。
【００２５】
要求発行部181、返答発行部182、判定部184、クロック生成部185および静寂期間生成部186は、コンピュータプログラムとCPUとの組み合わせにより実現してもよいし、デジタル回路によりハードウェアとして実現してもよい。
【００２６】
続いて、図3を参照して、この実施形態の無線装置1の動作のうち、無線装置1が要求信号を発する動作例について説明する。
【００２７】
静寂期間生成部186は、所定のタイミングで、静寂期間情報を生成する（ステップ30。以下「S30」のように示す。）。静寂期間情報に含まれる送信部13の送信停止タイミング（＝検出部17の電波検出タイミング）や静寂期間の長さ（＝送信部13の電波が停止し検出部17が電波を検出する長さ）は、法令その他に応じて決定することができる。静寂期間生成部186が静寂期間情報を生成するタイミングは、クロック生成部185のクロック信号に基づき決定される。静寂期間生成部186は、生成した静寂期間情報を要求発行部181に送る。
【００２８】
静寂期間情報を受けると、要求発行部181は、静寂期間同期要求フレームを生成し、送受信部183は、生成された静寂期間同期要求フレームをビーコンとして送信する（S31）。
【００２９】
図5に、静寂期間同期要求フレームの例を示す。静寂期間同期要求フレームは、例えば、IEEE802.11 2007に規定される管理フレームの一種である「パブリックアクションフレーム（Public Action Frame）」を用いて実現することができる。図5に示す例では、静寂期間同期要求フレームとして、識別目的のカテゴリおよびアクションフィールド、要求または報告を識別するダイアログトークンフィールド、フレームを送信するために用いられるプロトコル層を特定するプロトコル情報エレメント、および、静寂期間情報の詳細が規定される静寂期間同期要求エレメントが含まれている。
【００３０】
図6に、静寂期間同期要求エレメントの例を示す。静寂期間同期要求エレメントは、静寂期間情報を他の無線装置へ伝える作用をする。図6に示す例では、静寂期間同期要求エレメントとして、情報エレメントを識別するエレメントIDフィールド、情報エレメントの長さを示すフィールド長、フレームプリアンブルの受信から静寂期間の開始までのオフセットを示す静寂期間オフセットフィールド、連続する2つの静寂期間の間隔を示す静寂期間フィールド、静寂期間の継続期間を示す静寂継続期間フィールド、および任意のサブエレメントフィールドが含まれている。
【００３１】
さらに、図7に、サブエレメントフィールドの例を示す。図7に示す例では、サブエレメントフィールドとして、要求が送られる無線装置のSSIDを示すSSIDフィールド、および動作に必要な他の情報を含むベンダ特定フィールドが含まれている。
【００３２】
ビーコンが送信されると、送受信部183は、他の無線装置からの返答信号の受信を待機する（S32）。送受信部183がビーコン送信から所定時間内に同期に合意する旨の返答信号を受信した場合（S32のYes）、判定部184は、返答信号を解析して同期の正否を判定し、静寂期間が同期された無線装置のIDを静寂期間生成部186に送る。静寂期間生成部186は、静寂期間情報に当該無線装置のIDを記録する（S33）。
【００３３】
なお、返答信号は、同期要求に対する条件として、静寂期間情報の修正提案を含んでもよい。判定部184の判定の結果、返答信号に静寂期間情報の修正提案が含まれていた場合、静寂期間生成部186は、自己の静寂期間情報を当該修正提案に整合することができる。これにより、静寂期間情報をより厳密に整合させることができる。
【００３４】
送受信部183がビーコン送信から所定時間内に合意の返答信号を受信しない場合（S32のNo）、判定部184は、同期に失敗したと判定し、静寂期間生成部186は当初生成した静寂期間情報をそのまま用いる。静寂期間情報に修正等が施され内容が確定すると、静寂期間生成部186は、送信部13を介してクライアントC1に静寂期間情報を伝達する。クライアントC1による電波発射の停止を制御するためである（S34）。
【００３５】
一方、静寂期間生成部186は、静寂期間情報を検出部17および送信制御部16へ送る。検出部17および送信制御部16は、クロック生成部185からのクロック信号に基づき、静寂期間の開始まで待機する（S35のNo）。
【００３６】
静寂期間になると（S35のYes）、すなわち、静寂期間情報に規定された送信部13の送信停止タイミングとなると、送信制御部16は、送信部13の送信を停止させる（S36）。
【００３７】
送信部13が送信を停止すると、検出部17は、プライマリシステムPSの電波の検出を開始する（S37）。検出部17がプライマリシステムPSの電波検出に成功した場合（S37のYes）、送信制御部16は、送信部13の送信停止を継続する（S38）。併せて、送受信部183によるビーコン発射も停止することになる。すなわち、プライマリシステムPSが当該周波数帯を使用しており、送信部13の電波発射がプライマリシステムPSへの妨害となりうるから、無線装置1全体の電波発射を停止する。
【００３８】
検出部17がプライマリシステムPSの電波を検出できない場合（S37のNo）、送信制御部16は、送信部13に送信許可を与える（S39）。これにより、次の静寂期間が到来するまで、送信部13はクライアントC1に電波を送信することができる。すなわち、プライマリシステムPSは当該周波数帯を使用していない（少なくとも妨害を与えるおそれが少ない）から、無線装置1は運用を続行できる。
【００３９】
次に、図4を参照して、この実施形態の無線装置1の動作のうち、無線装置1が隣接する他の無線装置2から要求信号を受ける動作例について説明する。
【００４０】
送受信部183は、他の無線装置から自己宛の静寂期間同期要求フレームの受信を待機する（S40）。具体的には、送受信部183は、受信した信号に含まれるBSSIDを照合し、自己宛の要求か否か確認する（S40のNo）。なお、送受信部183は、単純に電波の受信を待機してもよい。この場合、BSSIDの照合は省略される。
【００４１】
送受信部183が無線装置2から静寂期間同期要求フレームを受信すると、判定部184は、無線装置2からの要求を受け入れ可能か否か判定する（S41）。受入の判定は、例えば既に無線装置2以外の他の無線装置と静寂期間が同期済みであること等を基準とすることができる。
【００４２】
判定の結果受入可能である場合（S41のYes）、送受信部183が受信した静寂期間同期要求フレームに含まれる静寂期間情報に基づき、静寂期間生成部186は、自己の静寂期間情報を修正する（S42）。具体的には、静寂期間生成部186は、送信部3の送信停止タイミングや送信停止期間などを、受信した静寂期間情報と整合させる。静寂期間情報が整合されると、返答発行部182は、同期を受け入れる旨の返答信号を生成し、送受信部183は、当該返答信号を無線装置２に送信する（S43）。なお、前述の通り、返答信号には、同期に同意する条件として修正提案を含めてもよい。
【００４３】
一方、判定の結果受入不可能な場合（S41のNo）、判定部184は、受入不可能な理由を特定して返答発行部182に送る（S44）。判定部184から受入不可能な理由を受けると、返答発行部182は、同期を受け入れない旨およびその理由を含む返答信号を生成し、送受信部183は、当該返答信号を無線装置２に送信する（S43）。この場合も、返答信号に受入可能な条件として修正提案を含めてもかまわない。
【００４４】
図8に返答信号をなす静寂期間返答フレームの例を示し、図9に、静寂期間返答フレームに含まれる静寂期間同期返答エレメントの要素の例を示す。図8および図9に示すように、静寂期間返答フレームを含む返答信号には、返答する無線装置1を識別するBSSID、要求が受け入れられたか否かを示す結果フィールド、要求が拒絶された場合の理由コードフィールドが含まれている。
【００４５】
返答信号が送信されると、静寂期間生成部186は、検出部17および送信制御部16へ静寂期間情報を送る。ここで、判定部184が無線装置2からの要求を受け入れた場合は、静寂期間情報は無線装置2からの要求に従って修正されていることになる。併せて、静寂期間生成部186は、送信部13を介してクライアントC1に静寂期間情報を伝達する（S45）。
【００４６】
検出部17および送信制御部16は、クロック生成部185からのクロック信号に基づき、静寂期間まで待機する（S46のNo）。
【００４７】
静寂期間になると（S46のYes）、すなわち、静寂期間情報に規定された送信部13の送信停止タイミングとなると、送信制御部16は、送信部13の送信を停止させる（S47）。
【００４８】
送信部13が送信を停止すると、検出部17は、プライマリシステムPSの電波の検出を開始する（S48）。検出部17がプライマリシステムPSの電波を検出した場合（S48のYes）、送信制御部16は、送信部13の送信停止を継続する（S49）。
【００４９】
検出部17がプライマリシステムPSの電波を検出できない場合（S48のNo）、送信制御部16は、送信部13に送信許可を与える（S50）。これにより、次の静寂期間が到来するまで、送信部13はクライアントC1に電波を送信することができる。
【００５０】
この実施形態によれば、クライアントを収容するアクセスポイントとして機能する無線装置が、隣接するアクセスポイントたる無線装置と静寂期間を同期させるので、広範囲かつ確実に静寂期間を同期させることができる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態およびその動作例のみに限定されるものではない。例えば上記実施形態では、プライマリシステムPSが、無線装置1および無線装置2よりも当該周波数帯を使用する優先順位が高いものとして説明したが、これには限定されない。当該周波数帯についての優先順位の高低にかかわらず、本発明を適用することは可能である。すなわち、プライマリシステムPSが当該周波数帯の使用につき無線装置1より優先順位が高くなくても、無線装置1は、他の無線システムに属するプライマリシステムPSに対する混信妨害を予め防止することができる。これは、異なる無線システムを共通する周波数帯で使用することを可能にするものである。同様に、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…無線装置、１１…アンテナ、１２…受信部、１３…送信部、１４…インタフェース部、１５…ネットワーク、１６…送信制御部、１７…検出部、１８…同期部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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