(57)【要約】【課題】周波数帯の二次利用に際して、信号の衝突を回避し及び干渉を抑制するための効果的なフレームワークを提供すること。【解決手段】第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスの通信を制御するための方法であって、通信装置を用いて、前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で受信するステップと、前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて、前記第２の通信サービスの通信の制御のために使用されるパラメータ値を決定するステップと、前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのために送信される無線信号を観測するステップと、前記第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記パラメータ値に基づいて前記第２の通信サービスのためのビーコンを送信するステップと、を含む方法を提供する。【選択図】図１３
2014014117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスの通信を制御するための方法であって、通信装置を用いて：
前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で受信するステップと；
前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて、前記第２の通信サービスの通信の制御のために使用されるパラメータ値を決定するステップと；
前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのために送信される無線信号を観測するステップと；
前記第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記パラメータ値に基づいて前記第２の通信サービスのためのビーコンを送信するステップと；
を含む方法。
【請求項２】
前記パラメータ値を決定するステップは、前記第１の区間において受信された前記無線信号に基づいて、前記第３の区間内で送信される前記ビーコンの送信電力を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビーコンを受信した二次利用ノードから、前記第３の区間に続く第４の区間内で前記第２の通信サービスへの接続要求を受信するステップ、をさらに含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第４の区間内で前記二次利用ノードから送信される前記接続要求の送信電力は、前記第３の区間内で前記通信装置から送信される前記ビーコンに含まれるデータに基づいて決定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第４の区間内で受信された前記接続要求の送信元の各二次利用ノードに対し、前記第４の区間に続く第５の区間に含まれるスロットを当該二次利用ノードによるデータ送信のために割当てるステップ、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコンは、ビーコン周期を示すデータを含み、
前記第１の区間、前記第２の区間、前記第３の区間、前記第４の区間及び前記第５の区間は、前記ビーコン周期に相当する周期をもって繰り返される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の通信サービスについて要求されるデータレートが変化した場合に、前記ビーコン周期を変更するステップ、をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第５の区間の後に、さらにガードインターバルが設けられる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の区間内で送信された前記ビーコンと他の無線信号との衝突が二次利用ノードにより検知された場合に、前記第４の区間内で、ビーコンの衝突が発生したことを示す通知を当該二次利用ノードから受信するステップ、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記第４の区間内で、二次利用ノードから、当該二次利用ノードにおいて観測された第１の通信サービス又は第２の通信サービスの通信状況に関するデータを受信するステップ、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の区間内で、前記通信装置の外部のノードから、複数の通信装置の間で区間を同期させるための基準信号を受信するステップ、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスのための無線信号を送受信可能な通信部と、
前記通信部による通信を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で前記通信部に受信させ；
前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて、前記第２の通信サービスの通信の制御のために使用するパラメータ値を決定し；
前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのために送信される無線信号を前記通信部を介して観測し；
前記第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記パラメータ値に基づいて前記第２の通信サービスのためのビーコンを前記通信部に送信させる；
通信装置。
【請求項１３】
第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスのための無線信号を送受信可能な通信部、を備える通信装置を制御するコンピュータを：
前記通信部による通信を制御する制御部であって、
前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で前記通信部に受信させ；
前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて、前記第２の通信サービスの通信の制御のために使用するパラメータ値を決定し；
前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのために送信される無線信号を前記通信部を介して観測し；
前記第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記パラメータ値に基づいて前記第２の通信サービスのためのビーコンを前記通信部に送信させる；
制御部、として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信制御方法、通信装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一次利用される周波数帯（スペクトラム）の利用状況に応じて、その周波数帯を二次的な通信サービスに利用できるようにするための議論が進められている。例えば、米国のデジタルＴＶ放送の周波数帯に含まれる未使用のチャネル（ＴＶホワイトスペース）を無線通信に開放するための標準規格がＩＥＥＥ８０２．２２ワーキンググループにおいて検討されている（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
また、２００８年１１月のＦＣＣ（Federal  Communications  Commission）からの勧告によれば、一定の条件を満たして許可を受けた通信装置を用いてＴＶホワイトスペースを二次利用することが認められる方向にある。このＦＣＣの勧告は、ＴＶホワイトスペースの二次利用の標準化の先駆けであるＩＥＥＥ８０２．２２の上記標準規格を容認すると共に、ＩＥＥＥのＮｅｗ  Ｓｔｕｄｙ  Ｇｒｏｕｐの動きもカバーするものであった。技術的な内容としては、例えば、既存の技術を用いて−１１４［ｄＢｍ］（例えばＮＦ（Noise  Figure）＝１１［ｄＢ］だとすると、ＳＮＲ＝−１９［ｄＢ］程度）レベルの信号検知を行うことが要求されるため、地理位置情報データベースアクセス（Geo-location  Database  Access）のような補助的な機能が必要となる見込みである（下記非特許文献２参照）。また、ＦＣＣは、新たな二次利用のためのチャネルとして、５ＧＨｚ帯の一部の２５０ＭＨｚの帯域を開放することを模索している。
【０００４】
また、ＥＵでは、長期的な戦略の下、ＤＳＡ（Dynamic  Spectrum  Access）を実現するためのＣＰＣ（Cognitive  Pilot  Channel）と呼ばれる専用の制御チャネルを全世界共通で割当てようとする動きもある。ＣＰＣの割当てについては、２０１１年のＩＴＵ（International  Telecommunication  Union）−ＷＰ１１のアジェンダに組み込まれている。さらに、ＤＳＡを行う二次利用システムのための技術検討は、ＩＥＥＥのＳＣＣ（Standards  Coordinating  Committee）４１においても進められている。
【０００５】
このような背景において、近年、放送システム、衛星通信システム又は移動体通信システムなどを一次システム（Primary  System）と仮定した場合の周波数帯の二次利用（Secondary  Usage）に関するいくつかの研究報告がなされている。例えば、下記非特許文献３は、ＵＨＦ（Ultra  High  Frequency）のＴＶホワイトスペース上でＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準を使用して無線システムを運用する場合のシステムアーキテクチャを提案している。また、下記非特許文献４は、同様にＴＶホワイトスペースを対象とし、一次システムのサービスエリアの位置情報を外部情報として活用する形態を提案している。
【０００６】
周波数帯の二次利用に際しては、二次利用する側のシステム（二次システム（Secondary  System））には、通常、一次システムの通信の品質を低下させることのないような運用が求められる。そのため、二次システムにおいて無線信号を送信する場合、その送信電力を制御して一次システムのノードに干渉を与えることを避けることが望ましい。
【０００７】
このような送信電力の制御に関し、下記非特許文献３又は４のようなＴＶホワイトスペースの二次利用のケースでは、二次利用されるチャネルが完全に使用されてないことを事前に確認できるため、多くの場合最大のレベルの送信電力を使用してよいと判断され得る。一方、下記非特許文献５は、優先度の低いシステムにおける送信電力を適応的に制御し、優先度の高いシステムのノードを保護することを提案している。
【０００８】
さらに、下記非特許文献６は、場所に応じてフェージングなどの影響により端末の受信環境が変化する移動体通信システムなどのシステムを一次システムとした場合に、その一次システムにおける二次利用前後の通信容量の比（通信容量保持率）を保護基準として採用し、その通信容量保持率を充足するための送信電力制御の手法を提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「IEEE802.22  WG  on  WRANs」、［online］、［２００９年１月５日検索］、インターネット＜URL：http://www.ieee802.org/22/＞
【非特許文献２】「SECOND  REPORT  AND  ORDER  AND  MEMORANDUM  OPINION  AND  ORDER」、［online］、［２００９年７月１０日検索］、インターネット＜URL：http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-08-260A1.pdf＞
【非特許文献３】Alan  Bok  et  al.,  “Cognitive  Radio  System  using  IEEE802.11a  over  UHF  TVWS”,  Motorola,  Oct  2008
【非特許文献４】D.Gueny  et  al.,  “Geo-location  database  techniques  for  incumbent  protection  in  the  TV  White  space”,  DySPAN,  Oct  2008
【非特許文献５】藤井、吉野  “非優先システムのための送信電力制御型周波数共用方法”,   電子情報通信学会技術研究報告．ＳＲ、ソフトウェア無線,  Nov  2007，pp.15-20
【非特許文献６】稲毛他、“プライマリ通信容量保持率に基づくコグニティブ無線周波数共用の検討”，IEICE  Technical  Report  SR2009,  May  2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、限りある周波数帯を十分に有効利用するためには、上述したようなホワイトスペース、即ち一次利用に係る通信サービス（以下、第１の通信サービスという）が提供されていない領域における周波数帯の二次利用を実現するだけでは十分でない。その１つの理由は、ホワイトスペースの二次利用が、特定の地域において中長期的に見て明らかに空いている周波数帯を活用しようとするものであって、事実上の利用機会は第１の通信サービスのユーザが少ないエリアに限定されるためである。また、例えば、米国におけるＴＶホワイトスペースの二次利用については、その周波数帯の一部がオークションの対象となり、二次利用のために残される帯域は小さいものとなることが予測されている。
【００１１】
そこで、例えば、第１の通信サービスのコーディネータ（例えば基地局）の許可を受けて当該第１の通信サービスのサービスエリアの内部で周波数帯を二次利用することが考えられる。また、例えば、第１の通信サービスのサービスエリアの内部又は周辺部の領域であって、シャドウイング（遮蔽）又はフェージングなどの影響により信号の受信状況が比較的良好でない領域において、第１の通信サービスには使用できない周波数帯を二次利用することも考えられる。このような二次利用のケースでは、一次システムのノード（以下、一次利用ノードという）と二次システムのノード（以下、二次利用ノードという）とが互いにより近い位置にいることが想定される。その場合、二次利用ノードから送信される第２の通信サービスの無線信号（二次信号：Secondary  Signal）が一次利用ノードにより受信される第１の通信サービスの無線信号（一次信号：Primary  Signal）と衝突し、あるいは一次信号に干渉を与える可能性が高まる。そのため、周波数帯の二次利用に際して、周囲の通信状況に応じて信号の衝突を回避し、及び干渉を抑制するための、周波数帯の二次利用のフレームワークを提供することは有益である。
【００１２】
例えば、上記非特許文献６に記載の手法では、１つのセルにおける一次システムの全体の通信容量を一定の割合で減少させ、その減少分を二次システムに割当てるため、結果として、１つの一次利用ノードにおける一次信号の受信が周囲の二次利用ノードからの干渉によって局所的に困難となるリスクが残されている。
【００１３】
従って、本発明は、周波数帯の二次利用に際して、信号の衝突を回避し及び干渉を抑制するための効果的なフレームワークを提供することのできる、新規かつ改良された通信制御方法、通信装置、及びプログラムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある実施形態によれば、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスの通信を制御するための方法であって、通信装置を用いて、上記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で受信するステップと、上記第１の区間内で受信された上記無線信号に基づいて、上記第２の通信サービスの通信の制御のために使用されるパラメータ値を決定するステップと、上記第１の区間に続く第２の区間内で上記第２の通信サービスのために送信される無線信号を観測するステップと、上記第２の区間内で上記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、上記第２の区間に続く第３の区間内で上記パラメータ値に基づいて上記第２の通信サービスのためのビーコンを送信するステップと、を含む方法が提供される。
【００１５】
上記通信装置は、例えば、後に説明するＳＳＣ（Secondary  Spectrum  Coordinator）に相当し得る。かかる構成によれば、例えばＳＳＣは、周波数帯の二次利用に際して、第１の通信サービスのために送信される一次信号を、第１の区間内で受信する。次に、ＳＳＣは、一次信号観測区間内で受信された一次信号に基づいて、第２の通信サービスの通信の制御のために使用されるパラメータ値を決定する。ここで決定されるパラメータ値は、例えば、二次信号の送信に使用する送信電力、周波数、又は変調の次数などであってよい。次に、ＳＳＣは、第２の区間内で二次信号をセンシング（観測）する。そして、ＳＳＣは、第２の区間内で二次信号が検知されなかった場合に、第３の区間内で、上述したパラメータ値に基づいて、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。
【００１６】
また、上記パラメータ値を決定するステップは、上記第１の区間において受信された上記無線信号に基づいて、上記第３の区間内で送信される上記ビーコンの送信電力を決定することを含んでもよい。
【００１７】
また、上記ビーコンを受信した二次利用ノードから、上記第３の区間に続く第４の区間内で上記第２の通信サービスへの接続要求を受信するステップ、をさらに含んでもよい。
【００１８】
また、上記第４の区間内で上記二次利用ノードから送信される上記接続要求の送信電力は、上記第３の区間内で上記通信装置から送信される上記ビーコンに含まれるデータに基づいて決定されてもよい。
【００１９】
また、上記第４の区間内で受信された上記接続要求の送信元の各二次利用ノードに対し、上記第４の区間に続く第５の区間に含まれるスロットを当該二次利用ノードによるデータ送信のために割当てるステップ、をさらに含んでもよい。
【００２０】
また、上記ビーコンは、ビーコン周期を示すデータを含み、上記第１の区間、上記第２の区間、上記第３の区間、上記第４の区間及び上記第５の区間は、上記ビーコン周期に相当する周期をもって繰り返されてもよい。
【００２１】
また、上記第２の通信サービスについて要求されるデータレートが変化した場合に、上記ビーコン周期を変更するステップ、をさらに含んでもよい。
【００２２】
また、上記第５の区間の後に、さらにガードインターバルが設けられてもよい。
【００２３】
また、上記第３の区間内で送信された上記ビーコンと他の無線信号との衝突が二次利用ノードにより検知された場合に、上記第４の区間内で、ビーコンの衝突が発生したことを示す通知を当該二次利用ノードから受信するステップ、をさらに含んでもよい。
【００２４】
また、上記第４の区間内で、二次利用ノードから、当該二次利用ノードにおいて観測された第１の通信サービス又は第２の通信サービスの通信状況に関するデータを受信するステップ、をさらに含んでもよい。
【００２５】
また、上記第１の区間内で、上記通信装置の外部のノードから、複数の通信装置の間で区間を同期させるための基準信号を受信するステップ、をさらに含んでもよい。
【００２６】
また、本発明の別の実施形態によれば、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスのための無線信号を送受信可能な通信部と、上記通信部による通信を制御する制御部と、を備え、上記制御部は、上記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で上記通信部に受信させ、上記第１の区間内で受信された上記無線信号に基づいて、上記第２の通信サービスの通信の制御のために使用するパラメータ値を決定し、上記第１の区間に続く第２の区間内で上記第２の通信サービスのために送信される無線信号を上記通信部を介して観測し、上記第２の区間内で上記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、上記第２の区間に続く第３の区間内で上記パラメータ値に基づいて上記第２の通信サービスのためのビーコンを上記通信部に送信させる、通信装置、が提供される。
【００２７】
また、本発明の別の実施形態によれば、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスのための無線信号を送受信可能な通信部、を備える通信装置を制御するコンピュータを、上記通信部による通信を制御する制御部であって、上記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で上記通信部に受信させ、上記第１の区間内で受信された上記無線信号に基づいて、上記第２の通信サービスの通信の制御のために使用するパラメータ値を決定し、上記第１の区間に続く第２の区間内で上記第２の通信サービスのために送信される無線信号を上記通信部を介して観測し、上記第２の区間内で上記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、上記第２の区間に続く第３の区間内で上記パラメータ値に基づいて上記第２の通信サービスのためのビーコンを上記通信部に送信させる、制御部、として機能させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明に係る通信制御方法、通信装置、及びプログラムによれば、周波数帯の二次利用に際して、信号の衝突を回避し及び干渉を抑制するための効果的なフレームワークを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】周波数帯の二次利用により一次利用ノードが干渉を受ける第１の例を示す模式図である。
【図１Ｂ】周波数帯の二次利用により一次利用ノードが干渉を受ける第２の例を示す模式図である。
【図２Ａ】通信方式及びチャネル方向に応じた干渉の影響について説明するための第１の模式図である。
【図２Ｂ】通信方式及びチャネル方向に応じた干渉の影響について説明するための第２の模式図である。
【図２Ｃ】通信方式及びチャネル方向に応じた干渉の影響について説明するための第３の模式図である。
【図２Ｄ】通信方式及びチャネル方向に応じた干渉の影響について説明するための第４の模式図である。
【図３Ａ】第２の通信サービス間の干渉について説明するための第１の模式図である。
【図３Ｂ】第２の通信サービス間の干渉について説明するための第２の模式図である。
【図４】周波数帯の二次利用のためのフレームワークについて説明するための説明図である。
【図５】周波数帯の二次利用のためのビーコン周期が変更される様子を示す説明図である。
【図６Ａ】二次信号同士の衝突に関する第１のシナリオにおける二次利用ノードの位置関係を示す模式図である。
【図６Ｂ】二次信号同士の衝突に関する第１のシナリオを示すシーケンス図である。
【図７Ａ】二次信号同士の衝突に関する第２のシナリオにおける二次利用ノードの位置関係を示す模式図である。
【図７Ｂ】二次信号同士の衝突に関する第２のシナリオを示すシーケンス図である。
【図８】第１の実施形態に係る通信システムの概要について説明するための説明図である。
【図９】第１の実施形態に係る管理ノードの論理的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】第１の実施形態に係る送信電力決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１１】第１の実施形態に係る送信電力分配処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１２】第１の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＳＣ）の論理的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】第１の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＳＣ）の二次利用開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】二次利用ノード（ＳＵＥ）の位置に基づく送信電力制御の概要について説明するための説明図である。
【図１４Ｂ】二次利用ノード（ＳＵＥ）の位置の分類について説明するための説明図である。
【図１５】第１の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＵＥ）の論理的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】第１の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＵＥ）による送信電力制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１７】第２の実施形態に係る通信システムの概要について説明するための説明図である。
【図１８】第２の実施形態に係る管理ノードの論理的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】第２の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＳＣ）の論理的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】第２の実施形態に係る二次利用ノード（ＳＳＣ）の二次利用開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２１】ＴＶバンドへの適用について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００３１】
また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．一実施形態に係る干渉制御モデル
１−１．周波数帯の二次利用による干渉の例
１−２．干渉制御モデルの説明
１−３．二次利用のためのチャネルの比較
１−４．第２の通信サービス間の干渉の検討
１−５．第２の通信サービス間の送信電力の分配
１−６．二次利用のためのフレームワーク
１−７．衝突の検知及び回避方法
１−８．二次利用という用語の範囲
２．第１の実施形態
２−１．通信システムの概要
２−２．管理ノードの構成例
２−３．二次利用ノード（ＳＳＣ）の構成例
２−４．二次利用ノード（ＳＵＥ）の構成例
２−５．第１の実施形態のまとめ
３．第２の実施形態
３−１．通信システムの概要
３−２．管理ノードの構成例
３−３．二次利用ノード（ＳＳＣ）の構成例
３−４．第２の実施形態のまとめ
４．ＴＶバンドへの適用
【００３２】
＜１．一実施形態に係る干渉制御モデル＞
［１−１．周波数帯の二次利用による干渉の例］
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら、周波数帯の二次利用により一次利用ノードが干渉を受ける簡略化された事例について説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、周波数帯の二次利用により一次システムに含まれるいずれかの一次利用ノードが干渉を受ける一例を示す模式図である。
【００３３】
図１Ａを参照すると、第１の通信サービスのセル１０の内部に、一次利用ノードＰｎ１及びＰｎ２が位置している。このうち、一次利用ノードＰｎ１は、セル１０の内部に位置する端末装置（ユーザ機器（ＵＥ：User  Equipment）ともいう）に第１の通信サービスを提供する基地局（ＰＢＳ：Primary  Base  Station）である。第１の通信サービスは、例えば、デジタルＴＶ放送サービス、衛星通信サービス、又は移動体通信サービスなどを含む任意の通信サービスであってよい。一方、一次利用ノードＰｎ２は、第１の通信サービスの提供を受ける端末装置（ＰＵＥ：Primary  User  Equipment）である。一次利用ノードＰｎ１と一次利用ノードＰｎ２及び図中の他の一次利用ノードは、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を使用して無線信号を送受信することにより、一次システムを形成する。
【００３４】
また、図１Ａには、セル１０の内部に位置する複数の二次利用ノードＳｎ１、Ｓｎ２、Ｓｎ３及びＳｎ４も示されている。これら二次利用ノードは、所定のスペクトラムポリシー（周波数利用規定）に従って、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して（即ち、当該周波数帯を二次利用して）第２の通信サービスを運用し、二次システムを形成する。第２の通信サービスは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ｓ、Ｚｉｇｂｅｅ、又はＷｉＭｅｄｉａなどの任意の無線通信プロトコルに従って実現される無線通信サービスであってよい。１つのセル内において複数の二次システムが形成されてもよく、図１Ａの例では、セル１０の内部の領域１２ａ、領域１２ｂ、及び領域１２ｃにおいてそれぞれ異なる二次システムが形成されている。なお、ここでは説明の明瞭さの観点から一次利用ノードと二次利用ノードとを分けて説明しているが、一次利用ノードの一部が二次利用ノードとして動作してもよい。
【００３５】
図１Ａに示したように、第１の通信サービスのセル１０の内部で第２の通信サービスが運用される場合、その第２の通信サービスのために送信される無線信号が第１の通信サービスに干渉するおそれがある。図１Ａの例は、二次利用ノードＳｎ１、Ｓｎ２及びＳｎ３から送信された無線信号が一次利用ノードＰｎ２から一次利用ノードＰｎ１へ送信されたアップリンク信号に干渉する可能性を示している。この場合、一次利用ノードＰｎ１は、アップリンク信号を正常に受信できず、又は受信できたとしても所望のサービス品質を得られないおそれがある。
【００３６】
図１Ａと同様に、図１Ｂにおいても、第１の通信サービスのセル１０の内部に、一次利用ノードＰｎ１及びＰｎ２が位置し、基地局である一次利用ノードＰｎ１から端末装置である一次利用ノードＰｎ２に第１の通信サービスが提供されている。また、第１の通信サービスのセル１０の内部に、二次利用ノードＳｎ１、Ｓｎ２、Ｓｎ３及びＳｎ４が示されている。図１Ｂの例では、二次利用ノードＳｎ１、Ｓｎ２、Ｓｎ３及びＳｎ４から送信された無線信号が一次利用ノードＰｎ１から一次利用ノードＰｎ２へ送信されたダウンリンク信号に干渉する可能性を示している。この場合、一次利用ノードＰｎ２は、ダウンリンク信号を正常に受信できず、又は受信できたとしてもやはり所望のサービス品質を得られないおそれがある。
【００３７】
周波数帯の二次利用によるこのような干渉を防ぎ、第１の通信サービスに通信品質の低下などの悪影響を与えないための１つの解決策は、二次利用ノードからの無線信号の送信に使用される送信電力を低くすることである。その反面、送信電力が低いと第２の通信サービスの通信容量が減少し通信品質も低下する。そのため、第１の通信サービスへの干渉を与えない範囲で、第２の通信サービスのための送信電力を可能な限り高めることが有益である。そこで、次に、周波数帯の二次利用による第１の通信サービスへの干渉と二次利用ノードにおいて使用される送信電力との間の関係について説明する。
【００３８】
［１−２．干渉制御モデルの説明］
二次利用により干渉を与える側の二次利用ノードと干渉を受ける側の一次利用ノード（以下、被干渉ノードという）との１対１の関係に着目した場合に、その干渉が当該被干渉ノードにおいて許容されるためには、次の関係式（１）が満たされている必要がある。なお、被干渉ノードとは、例えば、図１Ａの一次利用ノードＰｎ１又は図１Ｂの一次利用ノードＰｎ２に相当し得る。
【００３９】
【数１】
2014014117.tif 000003
【００４０】
ここで、ＳＩＮＲrequiredは、被干渉ノードにおいて要求される最小のＳＩＮＲ（信号対干渉及び雑音比：Signal  to  Interference  and  Noise  Ratio）を表す。ＳＩＮＲrequiredは、例えば、被干渉ノードの最小受信感度、又はＱｏＳ（Quality  of  Service）に応じて与えられる最小のＳＩＮＲなどであってよい。また、Ｐrx_primary,primaryは第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の受信レベル、Ｐrx_primary,secondaryは二次利用ノードから送信される無線信号の被干渉ノードにおける受信レベルをそれぞれ表す。また、Ｎprimaryは、被干渉ノードに適用され得る干渉又は雑音レベル（干渉レベル及び雑音レベルの一方又は双方を含む）を表す。
【００４１】
また、無線信号の受信レベルは、次の式（２）及び（３）に示したように、無線信号の送信電力と経路損失とにより表される。
【００４２】
【数２】
2014014117.tif 000004
【００４３】
ここで、Ｐtx_secondaryは二次利用ノードにおける無線信号の送信電力、Ｌpath_tx_secondaryは二次利用ノードから被干渉ノードまでの通信経路上の経路損失を表す。また、Ｐtx_primaryは第１の通信サービスにおける無線信号の送信電力、Ｌpath_tx_primaryは第１の通信サービスにおける無線信号の通信経路上の経路損失を表す。よって、上記関係式（１）は、次式のように変形される。
【００４４】
【数３】
2014014117.tif 000005
【００４５】
なお、式（１）、式（４）に含まれる干渉又は雑音レベルＮprimaryは、一例として、ボルツマン定数ｋ＝１．３８×１０-23［Ｊ／Ｋ］、絶対温度Ｔ［Ｋ］、雑音指数（ノイズ・フィギュア）ＮＦ及び帯域ＢＷ［Ｈｚ］を用いて、次式のように計算され得る。
【００４６】
【数４】
2014014117.tif 000006
【００４７】
ここで、Ｉprimaryは、第１の通信サービスにおける隣接セル間干渉、並びにフェムトセル、小規模セル若しくはリレーノードがマクロセルにオーバレイされるようなヘテロジーニアス環境下におけるセル内の干渉、又は帯域外放射による干渉などを含み得る。また、無線信号の通信経路上の経路損失は通常は２つのノード間の距離ｄに依存し、一例として、次式のように計算され得る。
【００４８】
【数５】
2014014117.tif 000007
【００４９】
ここで、ｄ0は参照距離、λはキャリア周波数の波長、ｎは伝播係数である。
【００５０】
次に、関係式（４）はさらに次式のように変形される。
【００５１】
【数６】
2014014117.tif 000008
【００５２】
この関係式（７）が充足されるように二次利用ノードの送信電力が制御されれば、少なくとも二次利用ノードと被干渉ノードとの局所的な１対１の関係においては、その干渉は被干渉ノードにおいて許容され得る。さらに、複数の二次利用ノードが存在する場合には、干渉源となる二次利用ノードの総数をｎとすると、次の関係式を満たすことが求められる。
【００５３】
【数７】
2014014117.tif 000009
【００５４】
従って、第２の通信サービスにおいても可能な限り大きな通信容量又は高い通信品質を確保することを前提とすれば、全体として第２の通信サービスに許容される干渉電力レベルＩacceptableは、次式で与えられる。
【００５５】
【数８】
2014014117.tif 000010
【００５６】
ここで、式（９）における右辺のパラメータ及び左辺の経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値は既知であるため、干渉電力レベルＩacceptableに応じた送信電力Ｐtx_secondary,iのみが決定すべきパラメータとなる。式（９）は、二次システムが一次システムに与えることが許容される干渉電力の総和量を評価するための評価式であると理解されてもよい。
【００５７】
即ち、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する二次利用ノードは、個々の被干渉ノードに着目した場合に、送信電力が全体として式（９）を満たす範囲で、送信電力を制御することが望ましい。
【００５８】
［１−３．二次利用のためのチャネルの比較］
図２Ａ〜図２Ｄは、第１の通信サービスに使用される通信方式及びチャネル方向に応じた、二次利用の際の干渉の影響について説明するための模式図である。
【００５９】
各図には、基地局である一次利用ノードＰｎ１、並びにＰＵＥである３つの一次利用ノードＰｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４が示されている。これら一次利用ノードＰｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４は、図２Ａ及び図２Ｂの例では、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiple  Access：直交周波数分割多重アクセス）方式を使用して一次システムを形成する。その場合の一次システムは、例えば、ＷｉＭＡＸ（登録商標）システム、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）システム、又はＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）システムなどであってよい。また、一次利用ノードＰｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４は、図２Ｃ及び図２Ｄの例では、ＣＤＭＡ（Code  Division  Multiple  Access：符号分割多重アクセス）方式を使用して一次システムを形成する。その場合の一次システムは、例えば、ＵＭＴＳ（Universal  Mobile  Telecommunications  System）又はＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-CDMA）などであってよい。
【００６０】
また、各図には、二次利用ノードＳｎ１も示されている。二次利用ノードＳｎ１は、領域１２ｄ内に位置する他の二次利用ノードとの間で第２の通信サービスのための無線信号（二次信号）を送受信し、それにより一次利用ノードＰｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４への干渉が生じ得る。その干渉の影響範囲は、以下に説明するように、二次利用の対象となる第１の通信サービスの通信方式及びチャネル方向に依存する。
【００６１】
まず、図２Ａに関し、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルが二次利用される場合、干渉は、一次システムのいずれか１つのＰＵＥから基地局へのアップリンク信号についてのみ生じ得る。図２Ａの例では、一次利用ノードＰｎ２から一次利用ノード（基地局）Ｐｎ１へのアップリンク信号に、二次利用ノードＳｎ１からの二次信号が干渉している。この場合、他のＰＵＥからのアップリンク信号は、異なるリソースブロック（又は異なる周波数スロット若しくは時間スロット）に予め割当てられるため、二次信号の影響を受けない。
【００６２】
次に、図２Ｂに関し、ＯＦＤＭＡ方式のダウンリンクチャネルが二次利用される場合、干渉は、一次システムの基地局から各ＰＵＥへのダウンリンク信号について生じ得る。図２Ｂの例では、一次利用ノード（基地局）Ｐｎ１から一次利用ノードＰｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４へのダウンリンク信号に、二次利用ノードＳｎ１からの二次信号が干渉している。これは、ダウンリンク信号（例えば制御チャネルの信号）が、複数のＰＵＥについて共通的なリソースブロック等を用いて送信され得るためである。
【００６３】
次に、図２Ｃに関し、ＣＤＭＡ方式のアップリンクチャネルが二次利用される場合、干渉は、一次システムの各ＰＵＥから基地局へのアップリンク信号について生じ得る。図２Ｃの例では、一次利用ノードＰｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４から一次利用ノード（基地局）Ｐｎ１へのアップリンク信号に、二次利用ノードＳｎ１からの二次信号が干渉している。一般的に、ＣＤＭＡ方式においては、一次信号が各ＰＵＥに割当てられる拡散符号を用いて帯域全体に拡散され同時に送信されるため、このように複数のＰＵＥからの一次信号に二次信号が干渉し得る。
【００６４】
次に、図２Ｄに関し、ＣＤＭＡ方式のダウンリンクチャネルが二次利用される場合、干渉は、一次システムの基地局から各ＰＵＥへのダウンリンク信号について生じ得る。図２Ｄの例では、一次利用ノード（基地局）Ｐｎ１から一次利用ノードＰｎ２、Ｐｎ３及びＰｎ４へのダウンリンク信号に、二次利用ノードＳｎ１からの二次信号が干渉している。これは、ダウンリンク信号（例えば制御チャネルの信号）が、複数のＰＵＥに共通的に受信され得ること、及びＣＤＭＡ方式のアップリンクチャネルと同様に一次信号が帯域全体に拡散され同時に送信されることが原因である。
【００６５】
上述した４種類のチャネルを二次利用のために使用する場合の、干渉の影響範囲及び技術的要件を、表１にまとめる。
【００６６】
【表１】
2014014117.tif 000011
【００６７】
表１を参照すると、上で述べたように、干渉の影響範囲はＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルが最も小さい。即ち、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルを二次利用する場合には、１つのＵＥ（“ａ  ＵＥ”）から基地局へのリンクに干渉が生じ得るのみであるのに対し、他のチャネルを二次利用する場合には、複数のＵＥに関連するリンクに干渉が生じ得る。機能要件の観点では、ＣＤＭＡ方式では一次信号のセンシングのために拡散符号を検知することが必要となるのに対し、ＯＦＤＭＡ方式ではＵＬ（Uplink）又はＤＬ（Downlink）同期のみでよいため、ＯＦＤＭ方式の方が実現が容易である。さらに、最小受信感度は、例えばＣＤＭＡ方式では−１２０ｄＢｍ（ＵＭＴＳの場合）であるのに対し、ＯＦＤＭＡ方式では−９０ｄＢｍ（ＷｉＭＡＸの場合）であり、ＯＦＤＭＡ方式の方が干渉を受け難いと言える。従って、周波数帯の二次利用に際しては、ＯＦＤＭＡ方式を使用する第１の通信サービスの周波数帯のうち、特にアップリンクチャネルの周波数帯を二次利用するのが望ましいと言うことができる。そこで、本明細書で後述する一実施形態では、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルを二次利用することを前提として説明を行う。但し、本発明は、ＯＦＤＭＡ方式のダウンリンクチャネル、又はＯＦＤＭＡ方式以外の通信方式を使用するチャネルにも適用可能である。
【００６８】
［１−４．第２の通信サービス間の干渉の検討］
ここまで、周波数帯の二次利用が第１の通信サービスに与える干渉について説明した。次に、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスが複数存在する場合の、第２の通信サービス間の干渉について説明する。
【００６９】
図３Ａ及び図３Ｂは、第２の通信サービス間の干渉について説明するための模式図である。このうち、図３Ａは、隣接する異なるセルにおいてそれぞれ第２の通信サービスが運用される例を示している。一方、図３Ｂは、同一のセルにおいて２つの第２の通信サービスが運用される例を示している。
【００７０】
図３Ａを参照すると、セル１０ｄの内部に位置する基地局である一次利用ノードＰｎ１ｄ、及びセル１０ｅの内部に位置する基地局である一次利用ノードＰｎ１ｅが示されている。また、セル１０ｄの内部には、二次利用ノードＳｎ１ｄ及びＳｎ２ｄ、並びに二次利用ノードＳｎ２ｅが含まれる。セル１０ｅの内部には、二次利用ノードＳｎ１ｅ及びＳｎ２ｅ、並びに二次利用ノードＳｎ２ｄが含まれる。このうち、二次利用ノードＳｎ１ｄ及びＳｎ２ｄは、領域１２ｄの内部において第２の通信サービスを運用する。また、二次利用ノードＳｎ１ｅ及びＳｎ２ｅは、領域１２ｅの内部において第２の通信サービスを運用する。
【００７１】
ここで、第１の通信サービスが例えばＯＦＤＭＡ方式を使用する場合、典型的には、隣接セル間の干渉回避アルゴリズムにより、隣接セル間において使用されるチャネル周波数には異なる周波数が割当てられる。図３Ａの例では、セル１０ｄのアップリンクチャネル周波数はＦ１、セル１０ｅのアップリンクチャネル周波数はＦ２である。そのため、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルを二次利用の対象とする場合、二次利用ノードＳｎ１ｄとＳｎ２ｄとの間の通信に使用される周波数はＦ１、二次利用ノードＳｎ１ｅとＳｎ２ｅとの間の通信に使用される周波数はＦ２となる。その結果、図３Ａの例では領域１２ｄと領域１２ｅとが互いに重複しているものの、重複した場所に位置する二次利用ノードＳｎ２ｄ及び二次利用ノードＳｎ２ｅがそれぞれ送受信する二次信号は、互いに干渉（又は衝突）することがない。
【００７２】
一方、図３Ｂを参照すると、セル１０ｄの内部に位置する基地局である一次利用ノードＰｎ１ｄが示されている。また、セル１０ｄの内部には、二次利用ノードＳｎ１ｄ及びＳｎ２ｄ、並びに二次利用ノードＳｎ１ｆ及びＳｎ２ｆが含まれる。このうち、二次利用ノードＳｎ１ｄ及びＳｎ２ｄは、領域１２ｄの内部において第２の通信サービスを運用する。また、二次利用ノードＳｎ１ｆ及びＳｎ２ｆは、領域１２ｆの内部において第２の通信サービスを運用する。この場合、二次利用ノードＳｎ１ｄとＳｎ２ｄとの間の通信に使用される周波数、及び二次利用ノードＳｎ１ｆとＳｎ２ｆとの間の通信に使用される周波数は、共にＦ１である。その結果、領域１２ｄと領域１２ｆとが重複する場所に位置している二次利用ノードＳｎ２ｄ及び二次利用ノードＳｎ２ｆにおいて、両者が送受信する二次信号が干渉（又は衝突）する可能性がある。
【００７３】
従って、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯のうち、例えばＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルを二次利用して第２の通信サービスを運用する場合、少なくとも同一セル内の他の第２の通信サービスの存在を考慮することが望ましいことが理解される。
【００７４】
［１−５．第２の通信サービス間の送信電力の分配］
上述した干渉制御モデルに従って第２の通信サービスの許容干渉電力を決定したとき、同一セル内に２以上の第２の通信サービスが存在する場合には、それら第２の通信サービスの間で、許容干渉電力に応じた送信電力をさらに分配する必要がある。例えば、複数の二次利用ノードがコーディネータとして周波数帯の二次利用を開始する場合には、各コーディネータが送信するビーコンの送信電力が全体として上記許容干渉電力を満たすように、それぞれの送信電力が制御されるべきである。また、第２の通信サービスに加入する二次利用ノードの間でさらに送信電力が分配されることも考えられる。そのような送信電力の分配の基準として、均等型、非均等型、及び与干渉マージン低減型の３つの基準を提案する。
【００７５】
（均等型）
均等型とは、上述した干渉制御モデルに従って決定した許容干渉電力に応じた送信電力を、２以上の第２の通信サービスに均等に割当てる分配基準である。均等型の分配基準では、ｎ個の第２の通信サービスのうちｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の第２の通信サービスに割当てられる送信電力の値Ｐtx_secondary,iは、次式に従って導かれる。
【００７６】
【数９】
2014014117.tif 000012
【００７７】
式（１０）の右辺は、式（９）の右辺を経路損失Ｌpath_tx_secondary,iに基づく係数Ｋで割ったものである。このような送信電力の分配基準によれば、個々の第２の通信サービスのコーディネータに均等に通信機会を与えることができるため、ユーザの視点からはサービスとして公平かつ明瞭である。但し、二次利用ノードが一次利用ノードへ与える個々の干渉レベルは不均一となる。なお、送信電力を第２の通信サービスに加入する二次利用ノードの間で分配する場合には、係数のＫの決定におけるｎの値は、第２の通信サービスの総数の代わりに、第２の通信サービスに加入する二次利用ノードの総数であってよい。
【００７８】
（非均等型）
非均等型とは、上述した干渉制御モデルに従って決定した許容干渉電力に応じた送信電力を、２以上の第２の通信サービスに非均等に割当てる分配基準である。非均等型の分配基準では、送信電力の値Ｐtx_secondary,iは、二次利用ノードと被干渉ノードとの間の距離に依存し、次式に従って導かれる。
【００７９】
【数１０】
2014014117.tif 000013
【００８０】
式（１１）の右辺は、式（９）の右辺を第２の通信サービスの総数ｎで割った値を、さらに経路損失の総和に対する個々の二次利用ノードについての経路損失の割合で重み付けしたものである。このような送信電力の分配基準によれば、被干渉ノードまでの距離が遠い二次利用ノードほど、多くの通信機会又は通信距離を得ることができる。それにより、全体としての通信範囲も最大化され得る。
【００８１】
（与干渉マージン低減型）
与干渉マージン低減型とは、干渉源となる二次利用ノードの数を余剰数を含むように見積もることで、一次利用ノードに干渉を与えるリスクをさらに低減させる（即ち、“干渉マージン”を設ける）分配基準である。与干渉マージン低減型の分配基準では、送信電力の値Ｐtx_secondary,iは、次式に従って導かれる。
【００８２】
【数１１】
2014014117.tif 000014
【００８３】
式（１２）のＮestimationは、干渉源となる二次利用ノードの総数を余剰数を含むように見積もった値を表す。例えば、Ｎestimationの値を、干渉源となる二次利用ノードの総数が１０個であれば送信電力が１０［ｄＢ］減少し、１００個であれば送信電力が２０［ｄＢ］減少するように設定することができる。
【００８４】
このような３つの送信電力分配基準の特徴を、表２にまとめる。
【００８５】
【表２】
2014014117.tif 000015
【００８６】
なお、送信電力を分配するノードは、上述した３つの送信電力分配基準のうち、予め選択した１つの基準に従って送信電力を分配してもよい。その代わりに、送信電力を分配するノードは、全ての二次利用ノード（若しくは優先度の高い二次利用ノード）に与えられる通信容量の合計、又は確立される二次リンクの総数などの評価値が結果的に最大となる基準を適応的に選択して送信電力を分配してもよい。
【００８７】
［１−６．二次利用のためのフレームワーク］
上述した干渉制御モデルに従った許容送信電力の決定処理、及び送信電力の分配処理においては、一次システムの被干渉ノード（例えば基地局など）の位置データ、二次利用ノードの位置データ、及び経路損失などを含むデータが用いられる。従って、周波数帯の二次利用に際しては、一次システムの被干渉ノードの位置データ等にアクセス可能な特別な（典型的には１つの）二次利用ノードを用いて、セントリックに第２の通信サービスが制御されるのが好適である。本明細書では、このような第２の通信サービスの制御の中心となる二次利用ノードを、ＳＳＣ（Secondary  Spectrum  Coordinator）という。
【００８８】
図４は、第２の通信サービスをＳＳＣがセントリックに制御することを前提とした、二次利用のためのフレームワークについて説明するための説明図である。
【００８９】
図４を参照すると、ビーコン周期Ｔｂに相当する周期をもって繰り返されるフレーム構造が、時間軸に沿って示されている。１つの繰返し周期には、第１の区間（＃１）から第６の区間（＃６）までの６つの区間が含まれる。このうち、第２の区間（＃２）から第６の区間（＃６）は、第２の通信サービスのためのスーパーフレームを構成する。
【００９０】
第１の区間（＃１）は、一次信号観測区間（Primary  Sensing  Period）である。第１の区間では、ＳＳＣにより一次信号のセンシング（観測）が行なわれる。例えば、ＳＳＣは、第１の区間内で、第１の通信サービスの制御チャネルを識別し、アップリンクチャネルの同期を獲得する。また、例えば、ＳＳＣは、第１の区間において、制御チャネル上で送信される被干渉ノード（例えば、一次システムの基地局など）の位置データ、許容送信電力の値、スペクトラムマスク、又は二次利用のために使用すべき変調方法などを受信する。それに応じて、ＳＳＣは、第２の通信サービスの通信を制御するために使用する送信電力、周波数、又は変調の次数などのパラメータ値を決定することができる。
【００９１】
また、第１の区間（＃１）において、制御チャネル上で、図４に例示したスーパーフレームのタイミングを複数のＳＳＣの間で同期させるための基準信号が供給されてもよい。基準信号は、例えば、第１の区間（＃１）の開始タイミングとビーコン周期Ｔｂとを通知する信号であってもよい。また、基準信号は、例えば、クロック信号を含んでもよい。基準信号は、例えば、周波数帯の二次利用を共通的に管理する管理ノードから複数のＳＳＣに供給され得る。この場合、後に説明する第２の区間（＃２）以降の通信機会は、ランダムバックオフの手順を用いて均等に（あるいは公平に）与えられ、又は各ＳＳＣの優先権に応じて非均等に与えられ得る。
【００９２】
なお、ＳＳＣは、一次信号のセンシングの結果として第２の通信サービスの運用のために十分な送信電力を用いることができないと判断される場合には、二次利用に用いるべき他のチャネルを検出するために、第１の区間内でさらなるセンシングを試みてもよい。また、ＳＳＣは、１度に複数のチャネルのセンシングをすることが可能な場合には、当該複数のチャネルについてセンシングを行い、第２の通信サービスの通信を制御するためのパラメータ値をそれぞれ決定してもよい。その場合、ＳＳＣは、後に説明する第３又は第４の区間内で、ＳＵＥが二次利用に用いることのできる２以上のチャネルの選択肢を、ビーコンを用いて提示することができる。このとき、選択肢として提示される２以上のチャネルをできる限り周波数の近いチャネルとしておくことで、第２の通信サービスに加入する装置の負荷が軽減され得る。センシングの対象となる複数のチャネルとは、例えば、隣接する２以上のセルにおいて一次利用されているチャネル、又はＬＴＥ−Ａで採用されるスペクトラムアグリゲーションなどにより１つのセルにおいて複合的に利用されている２以上のチャネルなどであってよい。個々のチャネルは、典型的には、ある中心周波数を基準とする１つのまとまった帯域として区別され得る（例えば、ＬＴＥの場合には、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚの各帯域幅の運用モードが存在する）。その代わりに、例えば、リソーススケジューリングの最小単位（例えば、ＬＴＥの場合には、ＯＦＤＭの１２本のサブキャリアを含むリソースブロックがリソーススケジューリングの最小単位となる）を個々のチャネルとして扱ってもよい。
【００９３】
次に、第２の区間（＃２）は、二次信号観測区間（Secondary  Sensing  Period）である。第２の区間では、ＳＳＣにより二次信号のセンシングが行なわれる。ここでのセンシングは、主に、隣接するサブセル間での二次信号の衝突を回避する目的で行なわれる。即ち、ＳＳＣは、第２の区間内で、他の通信装置から送信される二次信号の有無を観測する。そして、ＳＳＣは、他の通信装置から送信される二次信号が検知されなかった場合に、第２の区間に続く第３の区間内で後述するビーコンを送信する。一方、ＳＳＣは、第２の区間内で二次信号が検知された場合には、所定の時間が経過した後にあらためてビーコンの送信を試みる。かかる点に関し、ＳＳＣは、例えば、自ら送信するビーコン（及び他の二次信号）に、スーパーフレームが終了するまでの時間又はスーパーフレームの終了時刻に関する情報を含めておくのが好適である。それにより、第２の区間内で二次信号を検知した他のＳＳＣは、二次信号を復号して当該情報を取得することで、自らのビーコンが送信可能となるまでの待機時間（上記所定の時間）を把握することができる。
【００９４】
次に、第３の区間（＃３）は、制御フレーム送信区間（Control  Frame  Transmission  Period）である。ＳＳＣは、例えば、第２の区間内で他の通信装置から送信される二次信号が検知されなかった場合に、第３の区間内で、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。その際、例えば、ビーコンの送信電力の値は、第１の区間内で受信した無線信号に基づいて決定された値に設定される。また、ビーコンには、例えば、第２の通信サービスを個々に識別するための識別子（サブセルＩＤなど）、及びビーコンの送信電力を示す送信電力値などのデータが含められる。かかるビーコンは、ＳＳＣの周囲に位置する二次利用ノード（ＳＵＥ：Secondary  User  Equipment）により受信される。そして、第２の通信サービスによるデータ通信を望むＳＵＥは、第３の区間に続く第４の区間内で、第２の通信サービスへの接続要求をＳＳＣへ送信する。
【００９５】
また、ＳＳＣは、二次利用に用いることのできる２以上のチャネルが存在する場合には、第３の区間内で、それぞれのチャネル上でビーコンを並列的に送信してもよい。その場合、各ビーコンには、当該ビーコンに対応するチャネルについて決定された上記パラメータ値がそれぞれ含まれ得る。
【００９６】
次に、第４の区間（＃４）は、接続及びスケジューリング区間（Connection  and  Scheduling  Period）である。ＳＳＣは、第４の区間において、上記第２の通信サービスへの接続要求をＳＵＥから受信する。そうすると、ＳＳＣは、受信した接続要求についてアソシエーション及び認証を実行した後、接続を許可するＳＵＥについてスケジューリングを行なう。より具体的には、ＳＳＣは、例えば、後述する第５の区間に含まれるスロット１〜ｎのいずれかに、接続を許可する各ＳＵＥを割当てる（早い者勝ちの基準などであってよい）。そして、ＳＳＣは、スロットごとのＳＵＥの割当て情報（スケジューリング情報）をブロードキャストする。それにより、各ＳＵＥは、自らに割当てられたスロットを認識し、割当てられたそのスロットにおいて、第２の通信サービスによるデータ通信を行うことができる。
【００９７】
なお、その時点のスーパーフレームにおいて第２の通信サービスによる通信の対象とすべきデータが発生していないＳＵＥは、第３の区間までに引続き一次信号又は二次信号のセンシングを行い、第４の区間において、そのセンシングの結果をＳＳＣへ報告してもよい。その代わりに、当該ＳＵＥは、そのセンシングの結果を、次の接続の機会においてスロットを獲得した第５の区間内でＳＳＣへ報告してもよい。ここで報告されるセンシングの結果には、例えば、一次信号若しくは二次信号の受信レベル、又は近傍の一次利用ノード若しくは二次利用ノードの存在などを示す、通信状況に関するデータが含まれ得る。それにより、ＳＳＣは、周囲の通信状況をより的確に把握し、干渉制御の正確性を向上させることができる。
【００９８】
また、ＳＵＥは、二次利用に用いることのできる２以上のチャネル上でビーコンが並列的に送信されている場合には、当該２以上のビーコンを受信し、最も受信条件のよいチャネル（例えば、ビーコンの受信レベルが最も高いチャネルなど）を選択してもよい。その場合、ＳＵＥは、選択したチャネル上で、ビーコンへの応答としての接続要求をＳＵＥへ送信し得る。
【００９９】
次に、第５の区間（＃５）は、データ通信区間（Data  Communication  Period）である。第５の区間は、図４に示したように、典型的には、複数のスロット１〜ｎ（時間、周波数若しくは符号又はそれらの組合せにより互いに区別され得る）を含む。そして、各ＳＵＥは、第４の区間内でＳＳＣから提供されるスケジューリング情報に従って、これら複数のスロット１〜ｎのいずれかにおいて第２の通信サービスによるデータ通信を行う。
【０１００】
次に、第６の区間（＃６）は、ガードタイム区間（Guard  Time  Period）である。第６の区間は、ガードインターバルという用語でも言及され得る。第６の区間が設けられることにより、通信経路上で遅延した無線信号と次のサイクルで送信される無線信号とが干渉して通信品質が劣化することを避けることができる。第６の区間の長さは、例えば、第５の区間の最後のスロットにおいて送信されたパケットがＳＳＣに到達するまでの時間Ｔｄに一定の時間αを加えた時間Ｔｄ＋αなどとして設定され得る。
【０１０１】
上述したように、図４に示した第２の区間から第６の区間は、第２の通信サービスのための１つのスーパーフレームを構成する。また、これら各区間は、ビーコン周期Ｔｂに相当する周期をもって繰り返される。但し、第１の区間において一次信号をセンシングした結果から、例えば第２の通信サービスの運用のために十分な送信電力を用いることができないと判断される場合には、ＳＳＣは、一次信号のセンシングを継続する。即ち、この場合、第２の区間から第６の区間までを含むスーパーフレームが周期的に現れる代わりに、ＳＳＣ（及び／又はＳＵＥ）により、一次信号のさらなるセンシングが行なわれる。
【０１０２】
また、図４に示したビーコン周期Ｔｂは、必ずしも一定の周期でなくてもよい。即ち、ビーコン周期Ｔｂは、例えば、第２の通信サービス上で実現されるべきアプリケーションのための要求データレートが高い場合に、スーパーフレームに占めるデータ通信区間（第５の区間）の割合を高めるために、より長い周期へと動的に変更されてもよい。例えば、図５の例では、図４に示したビーコン周期Ｔｂと同等の長さを有するビーコン周期Ｔｂ１（５ａ参照）がビーコン周期Ｔｂ２に変更されることで（５ｂ参照）、１つのスーパーフレームに占めるデータ通信区間の割合が高められている。なお、この場合、ＳＳＣは、第３の区間において送信するビーコンに次のビーコン周期の値を挿入するのが好適である。それにより、ビーコンを受信したＳＵＥ（又は周囲に位置する他のＳＳＣ）は、自装置の動作を、新たなビーコン周期に自律的に同期することができる。さらに、ビーコンを受信してビーコン周期の変更を検知したＳＵＥは、同じスーパーフレーム内で自ら送信するフレームに、当該新たなビーコン周期の値を挿入してもよい。それにより、ＳＳＣからのビーコンを直接受信できない位置にいるＳＵＥ（又は他のＳＳＣ）も、ビーコン周期の変更を知ることができる。
【０１０３】
なお、上で第１の区間においてＳＳＣが１度に複数のチャネルをセンシングし得る点について述べたが、１度に複数のチャネルをセンシングするための受信機の構成としては、次のような構成が考えられる。即ち、例えば、ＳＳＣは、広帯域フィルタ又はフィルタバンク等を用いて複数のチャネルにわたる無線信号を同時に受信し、受信信号の信号レベル（ＲＳＳＩなどアナログ領域又はデジタル領域のいずれでもよい）が所定の閾値以上であるチャネルに合わせて、その後の復調処理を行う。それにより、ＳＳＣは、１度に複数のチャネルをセンシングすることができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの４０Ｍモードでは、レガシー端末との共存を想定して、Ａ／Ｄ変換後のベースバンド信号のＦＦＴ処理結果について電力を測定し、４０Ｍのフルチャネル又は４０ＭＨｚのうち下位２０ＭＨｚ若しくは上位２０ＭＨｚのうちいずれが使用されているかが判定され得る。そして、その判定結果に応じて、その後のデジタル復調の動作が動的に変更される。このような受信機の構成を、ＳＳＣによる複数のチャネルのセンシングに応用することができる。
【０１０４】
［１−７．衝突の検知及び回避方法］
図４及び図５を用いて説明したフレームワークに従って、第２の通信サービスは、コーディネータとしての役割を有するＳＳＣによりセントリックに制御される。この場合、上述した干渉制御モデルに従って、ビーコンの送信電力は、ＳＳＣにより決定される。また、ＳＵＥが接続要求の送信又はデータ通信に使用すべき送信電力は、ＳＳＣから送信されるビーコンに基づいてＳＵＥが決定し得る（かかる点については後にさらに説明する）。その結果、周波数帯の二次利用により一次システムにおいて実質的な干渉が生じることは防がれる。但し、このフレームワークでは、特に第２の区間及び第３の区間においてＣＳＭＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access）方式での通信手順を採用していることから、二次信号同士の衝突が生じる可能性がある。そこで、図６及び図７を用いて、二次信号同士の衝突を検知し、これを回避する手法について説明する。
【０１０５】
（第１のシナリオ）
図６Ａ及び図６Ｂは、図４を用いて説明したフレームワークにおいて二次信号の衝突が発生する第１のシナリオについて説明するための説明図である。このうち、図６Ａは、第１のシナリオにおける二次利用ノードの位置関係を示している。一方、図６Ｂは、第１のシナリオに沿った通信の流れの一例を示すシーケンス図である。
【０１０６】
図６Ａを参照すると、セル１０ｄの内部で第１の通信サービスを提供する基地局Ｐｎ１ｄ、並びに第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する二次利用ノードＳｎ１ｇ、Ｓｎ２ｇ、Ｓｎ１ｈ及びＳｎ２ｈが示されている。このうち、二次利用ノードＳｎ１ｇは、第２の通信サービスのコーディネータの役割を有し、領域１２ｇの内部に位置する二次利用ノードへ、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。一方、二次利用ノードＳｎ１ｈもまた、第２の通信サービスのコーディネータの役割を有し、領域１２ｈの内部に位置する二次利用ノードへ、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。しかし、図６Ａにおいて、領域１２ｈの内部には、二次利用ノードＳｎ１ｇが存在する。また、領域１２ｇの内部には、二次利用ノードＳｎ１ｈが存在する。そのため、二次利用ノードＳｎ１ｇ及び二次利用ノードＳｎ１ｈが同時にビーコンを送信すると、それらビーコンが衝突する可能性がある。
【０１０７】
このような位置関係において、図６Ｂのシーケンス図では、二次利用ノードＳｎ１ｇが二次利用ノードＳｎ１ｈよりも先に二次利用を開始したものとする。図６Ｂを参照すると、まず、二次利用ノードＳｎ１ｇは、第２の通信サービスの開始にあたり、第１の区間内で、一次信号をセンシング（観測）する（ステップＳ１０）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｇは、センシングにより同期を獲得すると共に、ビーコンの送信電力を決定する。
【０１０８】
次に、二次利用ノードＳｎ１ｇは、第２の区間内で、二次信号をセンシング（観測）する（ステップＳ１２）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｇは、他の二次利用ノードから二次信号が送信されていないことを確認すると、第３の区間内で、ステップＳ１０において決定した送信電力を用いて、領域１２ｇの内部に第２の通信サービスのためのビーコンを送信する（ステップＳ１４）。
【０１０９】
一方、二次利用ノードＳｎ１ｇからビーコンが送信された時に、二次利用ノードＳｎ１ｈもまた二次利用を開始しようとしていたとする。その場合、二次利用ノードＳｎ１ｈは、第１の区間内で一次信号をセンシングした後（ステップＳ１６）、第２の区間内で二次信号をセンシングする（ステップＳ１８）。このとき、二次利用ノードＳｎ１ｈは、二次利用ノードＳｎ１ｇから送信されたビーコンを検知すると、その後に続く第３の区間内での自らのビーコンの送信を中止し、所定の時間待機する（ステップＳ２８）。ここで、所定の時間とは、上述したように、例えば、二次利用ノードＳｎ１ｇから送信されたビーコンを復号して取得されるスーパーフレームの終了時刻から把握される時間などであってよい。
【０１１０】
なお、図示していないが、二次利用ノードＳｎ１ｈは、ステップＳ２８において所定の時間だけ待機する代わりに、他に二次利用することのできるチャネルの候補が存在する場合には、そのチャネル上でスーパーフレームの形成を試みてもよい。
【０１１１】
一方、二次利用ノードＳｎ１ｈが待機している間、二次利用ノードＳｎ１ｇからのビーコンを受信した二次利用ノードＳｎ２ｇは、第４の区間内で二次利用ノードＳｎ１ｇへ接続要求を送信する（ステップＳ２０）。そうすると、二次利用ノードＳｎ１ｇにより認証及びスケジューリングが行われ、接続許可（スケジューリング情報を含む）が二次利用ノードＳｎ１ｇから二次利用ノードＳｎ２ｇへ送信される（ステップＳ２２）。その後、二次利用ノードＳｎ２ｇは、第５の区間内の割当てられたスロットを用いて、データ通信を行う（ステップＳ２４）。
【０１１２】
また、上記所定の時間が経過すると、二次利用ノードＳｎ１ｈは、再び第１の区間内で一次信号をセンシングした後（ステップＳ３０）、第２の区間内で二次信号をセンシングする（ステップＳ３２）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｈは、他の二次利用ノードから二次信号が送信されていないことを確認すると、第３の区間内で、領域１２ｈの内部に第２の通信サービスのためのビーコンを送信する（ステップＳ３４）。その後、二次利用ノードＳｎ１ｈからのビーコンを受信した二次利用ノードＳｎ２ｈは、第４の区間内で二次利用ノードＳｎ１ｈへ接続要求を送信する（ステップＳ３６）。なお、その後の通信の流れはステップＳ２０〜Ｓ２４と同様であるため、その説明を省略する。
【０１１３】
（第２のシナリオ）
図７Ａ及び図７Ｂは、図４を用いて説明したフレームワークにおいて二次信号の衝突が発生する第２のシナリオについて説明するための説明図である。このうち、図７Ａは、第２のシナリオにおける二次利用ノードの位置関係を示している。一方、図７Ｂは、第２のシナリオに沿った通信の流れの一例を示すシーケンス図である。
【０１１４】
図７Ａを参照すると、セル１０ｄの内部で第１の通信サービスを提供する基地局Ｐｎ１ｄ、並びに第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する二次利用ノードＳｎ１ｉ、Ｓｎ２ｉ、Ｓｎ１ｊ及びＳｎ２ｊが示されている。このうち、二次利用ノードＳｎ１ｉは、第２の通信サービスのコーディネータの役割を有し、領域１２ｉの内部に位置する二次利用ノードへ、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。一方、二次利用ノードＳｎ１ｊもまた、第２の通信サービスのコーディネータの役割を有し、領域１２ｊの内部に位置する二次利用ノードへ、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。ここで、図７Ａにおいて、二次利用ノードＳｎ２ｉ及び二次利用ノードＳｎ２ｊは互いに近くに位置する。そのため、二次利用ノードＳｎ２ｉが二次信号を送信すると、その二次信号が二次利用ノードＳｎ２ｊにおいて受信されるべき他の無線信号（例えば二次利用ノードＳｎ１ｊからのビーコン）と衝突する可能性がある。
【０１１５】
このような位置関係において、図７Ｂのシーケンス図では、二次利用ノードＳｎ１ｉが二次利用ノードＳｎ１ｊよりも先に二次利用を開始したものとする。図７Ｂを参照すると、まず、二次利用ノードＳｎ１ｉは、第２の通信サービスの開始にあたり、第１の区間内で、一次信号をセンシング（観測）する（ステップＳ６０）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｉは、センシングにより同期を獲得すると共に、ビーコンの送信電力を決定する。
【０１１６】
次に、二次利用ノードＳｎ１ｉは、第２の区間内で、二次信号をセンシング（観測）する（ステップＳ６２）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｉは、他の二次利用ノードから二次信号が送信されていないことを確認すると、第３の区間内で、ステップＳ６０において決定した送信電力を用いて、領域１２ｉの内部に第２の通信サービスのためのビーコンを送信する（ステップＳ６４）。次に、二次利用ノードＳｎ１ｉからのビーコンを受信した二次利用ノードＳｎ２ｉは、第４の区間内で二次利用ノードＳｎ１ｉへ接続要求を送信する（ステップＳ６６）。そうすると、二次利用ノードＳｎ１ｉにより認証及びスケジューリングが行われ、接続許可（スケジューリング情報を含む）が二次利用ノードＳｎ１ｉから二次利用ノードＳｎ２ｉへ送信される（ステップＳ６８）。その後、二次利用ノードＳｎ２ｉは、第５の区間内の割当てられたスロットを用いて、データ通信を行う（ステップＳ７０）。
【０１１７】
一方、二次利用ノードＳｎ２ｉによりデータ通信が行われている時に、二次利用ノードＳｎ１ｊ及びＳｎ２ｊもまた二次利用を開始しようとしていたとする。その場合、二次利用ノードＳｎ１ｊは、第１の区間内で一次信号をセンシングした後（ステップＳ８０）、第２の区間内で二次信号をセンシングする（ステップＳ８２）。そして、二次利用ノードＳｎ１ｊは、他の二次利用ノードから二次信号が送信されていないことを確認すると、第３の区間内で、領域１２ｊの内部に第２の通信サービスのためのビーコンを送信する（ステップＳ８４）。このとき、二次利用ノードＳｎ２ｊに、同じタイミングで二次利用ノードＳｎ２ｉから送信されたデータ信号と二次利用ノードＳｎ１ｊから送信されたビーコンとが届くと、これら２つの二次信号の衝突が発生する。そうすると、二次利用ノードＳｎ２ｊは、二次利用ノードＳｎ１ｊから送信されたビーコンを正常に受信することができない。例えば、二次利用ノードＳｎ２ｊは、自らもセンシングを行ってＳＩＮＲのレベルを予め把握しておき、ＳＩＮＲが十分なレベルにあるにも関わらずビーコン（又は他の二次信号）を受信できない場合には、二次信号の衝突が発生したと判断することができる。
【０１１８】
この場合、二次利用ノードＳｎ２ｊは、第４の区間内で二次信号の衝突が発生したことを二次利用ノードＳｎ１ｊへ通知する（ステップＳ８６）。そうすると、二次利用ノードＳｎ１ｊは、例えば、二次利用ノードＳｎ２ｊをスケジューリングの対象から除外し、又は他の二次利用チャネルの候補にチャネルを切り替えるなど、衝突を回避するための動作を行なう。
【０１１９】
また、二次利用ノードＳｎ２ｊは、二次利用ノードＳｎ１ｊ及び他のコーディネータのいずれからのビーコンも正常に受信できない場合には、干渉信号を観測することにより、当該干渉信号が近隣の二次利用ノードＳｎ２ｉからの信号であると判断してもよい。二次利用ノードＳｎ２ｊは、近隣の二次利用ノードＳｎ２ｉから干渉信号を受信していると判断すると、次に接続機会を得た場合に、他の第２の通信サービスに加入している近隣のＳＵＥの存在を、二次利用ノードＳｎ１ｊへ通知することができる。その場合にも、二次利用ノードＳｎ１ｊは、例えば、二次利用ノードＳｎ２ｊをスケジューリングの対象から除外し、又は他の二次利用チャネルの候補にチャネルを切り替えるなど、衝突を回避するための動作を行なう。また、二次利用ノードＳｎ１ｊは、二次信号の再送の回数を監視し、再送の回数が多くなった場合に二次信号の衝突が発生していると自ら判断してもよい。
【０１２０】
このように、周波数帯の二次利用に際して、コーディネータの役割を有する二次利用ノードが図４に示したフレームワークに従ってセントリックに第２の通信サービスを制御することで、周囲の通信状況に応じて信号の衝突を検知又は回避し、及び干渉を抑制することができる。
【０１２１】
［１−８．二次利用という用語の範囲］
ここで、本明細書において、“二次利用”という用語は、典型的には、上述したように、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して追加的あるいは代替的な通信サービス（第２の通信サービス）を利用することをいう。そして、“二次利用”という用語の意味において、第１の通信サービスと第２の通信サービスとは、異なる種類の通信サービスであってもよく、又は同一の種類の通信サービスであってもよい。異なる種類の通信サービスとは、例えば、デジタルＴＶ放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線ＬＡＮアクセスサービス、又はＰ２Ｐ（Peer  To  Peer）接続サービスなどの任意の通信サービスから選択し得る２以上の異なる種類の通信サービスをいう。一方、同一の種類の通信サービスとは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザ又はＭＶＮＯ（Mobile  Virtual  Network  Operator）により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含み得る。また、同一の種類の通信サービスとは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）又はＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などに準拠した通信サービスにおける、基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局（リレーノード）により提供されるサービスとの間の関係をも含み得る。さらに、第２の通信サービスは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。さらに、第２の通信サービスは、基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群により提供される補助的な通信サービスであってもよい。本明細書において説明する本発明の各実施形態の要旨は、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。
【０１２２】
ここまで、提案する干渉制御モデル及び二次利用のフレームワークについて説明すると共に、関連する技術的な検討事項についてその要点を順に述べた。次に、これらに基づいて、周波数帯の二次利用に際して信号の衝突を回避し及び干渉を抑制するための、通信制御方法の２つの実施形態について説明する。
【０１２３】
＜２．第１の実施形態＞
［２−１．通信システムの概要］
図８は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの概要について説明するための説明図である。
【０１２４】
図８を参照すると、第１の通信サービスが運用される一次システム１０２、並びにそれぞれ第２の通信サービスが運用される二次システム２０２ａ及び２０２ｂが示されている。このうち、一次システム１０２は、管理ノード１００及び複数の一次利用ノード１０４を含む。
【０１２５】
管理ノード１００は、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の二次利用を管理する役割を有する一次利用ノードである。図８の例では、管理ノード１００として基地局を示しているが、管理ノード１００は、かかる例に限定されない。即ち、管理ノード１００は、基地局以外の一次利用ノードであってもよく、又は基地局と有線若しくは無線で接続される他のノード（例えばデータサーバなど）であってもよい。本実施形態において、管理ノード１００は、一次システム１０２に含まれる一次利用ノードの位置を表す位置データを保持しているデータベース１０６にアクセスすることができる。
【０１２６】
一次利用ノード１０４は、一次システム１０２において、第１の通信サービスのための無線信号を送受信するノードである。一次利用ノード１０４が一次システム１０２に加入すると、その位置を表す位置データがデータベース１０６に登録される。
【０１２７】
データベース１０６は、典型的には、地理位置情報データベースとして実装される。本実施形態において、データベース１０６は、管理ノード１００からの要求に応じて、一次利用ノードごとの位置データを管理ノード１００へ出力する。なお、データベース１０６は、管理ノード１００と一体に構成されてもよく、又は管理ノード１００とは別体の装置として構成されてもよい。
【０１２８】
一方、二次システム２０２ａは、ＳＳＣ２００ａ及び複数のＳＵＥ２０４ａを含む。同様に、二次システム２０２ｂは、ＳＳＣ２００ｂ及び複数のＳＵＥ２０４ｂを含む。
【０１２９】
ＳＳＣ２００ａ及び２００ｂは、第２の通信サービスを制御する上述したコーディネータの役割を有する二次利用ノードである。即ち、ＳＳＣ２００ａ及び２００ｂは、それぞれ、所定のスペクトラムポリシーに従って二次利用の可否を判断し、管理ノード１００から送信電力の割当てを受けて、ＳＵＥ２０４ａ又は２０４ｂと共に第２の通信サービスを開始する。ＳＳＣ２００ａ及び２００ｂは、例えば、コグニティブ無線のためのエンジン（ＣＥ：Cognitive  Engine）として動作してもよい。
【０１３０】
ＳＵＥ２０４ａ及び２０４ｂは、二次システム２０２ａ及び２０２ｂにおいてそれぞれ第２の通信サービスのための無線信号を送受信する二次利用ノード（あるいは端末装置、又はＵＥ）である。
【０１３１】
なお、本明細書の以降の説明においては、特にＳＳＣ２００ａと２００ｂとを相互に区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略してＳＳＣ２００と総称する。また、二次システム２０２ａと２０２ｂ（二次システム２０２）、ＳＵＥ２０４ａと２０４ｂ（ＳＵＥ２０４）についても同様とする。
【０１３２】
［２−２．管理ノードの構成例］
（各機能ブロックの説明）
図９は、図８に示した管理ノード１００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。図９を参照すると、管理ノード１００は、通信部１１０、データベース入出力部１２０、記憶部１３０、及び制御部１４０を備える。
【０１３３】
通信部１１０は、第１の通信サービスの所定の通信方式に従い、アンテナ、ＲＦ回路、及びベースバンド回路等を含み得る通信インタフェースを用いて、一次利用ノード１０４との間で無線信号を送受信する。また、通信部１１０は、後にさらに説明するように、ＳＳＣ２００から当該ＳＳＣ２００の位置データを受信し、受信した位置データを制御部１４０へ出力する。
【０１３４】
データベース入出力部１２０は、制御部１４０によるデータベース１０６へのアクセスを仲介する。即ち、データベース入出力部１２０は、制御部１４０からの要求に応じて一次利用ノード１０４の位置を表す位置データをデータベース１０６から取得し、取得した位置データを制御部１４０へ出力する。また、データベース入出力部１２０は、新たに一次システム１０２に加入した一次利用ノード１０４から通信部１１０を介して位置データが受信されると、その位置データをデータベース１０６に登録する。さらに、データベース入出力部１２０は、外部装置からの問い合わせに応じてデータベース１０６に記憶されている位置データを取得して出力してもよい。
【０１３５】
記憶部１３０は、例えばハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体を用いて、管理ノード１００の各部の動作のために使用されるプログラム及びデータを記憶している。さらに、本実施形態において、記憶部１３０は、上述した干渉制御モデルに従った送信電力の計算に必要とされる各種パラメータを記憶する。記憶部１３０に記憶されるパラメータには、例えば、第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質に関するパラメータ（例えば、要求される無線信号の受信レベル、及び信号対干渉及び雑音比）、及び第１の通信サービスにおける干渉又は雑音レベルに関するパラメータが含まれ得る。なお、これらパラメータの値は、動的に更新されてもよい。例えば、要求される無線信号の品質の値は、一次利用ノードに提供されるべきアプリケーションの種類などに応じて動的に更新され得る。また、例えば、干渉又は雑音レベルの値は、通信部１１０を介したセンシングにより動的に更新され得る。
【０１３６】
制御部１４０は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などの制御装置を用いて、管理ノード１００の機能全般を制御する。また、本実施形態において、制御部１４０は、ＳＳＣ２００が第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する場合に、上述した干渉制御モデルに従って第２の通信サービスに許容する送信電力を決定する。制御部１４０が行う送信電力決定処理については、後により具体的に説明する。さらに、制御部１４０は、２以上の第２の通信サービスが存在する場合には、決定した送信電力を当該２以上の第２の通信サービスに分配する。制御部１４０が行う送信電力分配処理については、後により具体的に説明する。そして制御部１４０は、決定し又は分配した送信電力値を通信部１１０を介して各ＳＳＣ２００に通知する。
【０１３７】
（送信電力決定処理の流れ）
図１０は、管理ノード１００の制御部１４０により第２の通信サービスに許容する送信電力を決定するための送信電力決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１３８】
図１０を参照すると、まず、制御部１４０は、通信部１１０を介して、ＳＳＣ２００から当該ＳＳＣ２００の位置データを受信する（ステップＳ１０２）。本明細書において、位置データとは、例えば、ＧＰＳ機能を用いて測定される緯度及び経度の値、又は到来方向推定アルゴリズムなどを応用して測定される所定の基準点を原点とした座標値などを含んでよい。また、制御部１４０は、ＳＳＣ２００の位置データだけではなく、各ＳＵＥ２０４の位置データをＳＳＣ２００から受信してもよい。
【０１３９】
次に、制御部１４０は、データベース入出力部１２０を介して、データベース１０６から一次利用ノードの位置データを取得する。また、制御部１４０は、記憶部１３０から必要なパラメータを取得する（ステップＳ１０４）。なお、図２Ａに示した例のように、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルが二次利用される場合には、被干渉ノードは基地局のみである。そのため、かかる場合には、ステップＳ１０４において、制御部１４０は、一次利用ノードの位置データとして基地局である管理ノード１００の位置データのみを取得すればよい。また、ステップＳ１０４における必要なパラメータとは、例えば、上述した第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質、及び第１の通信サービスにおける干渉若しくは雑音レベル（又はこれらレベルを計算するためのパラメータ）などに相当する。
【０１４０】
次に、制御部１４０は、ステップＳ１０２において受信し、ステップＳ１０４において取得した位置データ及びパラメータに基づいて、第２の通信サービスに許容される干渉電力を決定する（ステップＳ１０６）。より具体的には、制御部１４０は、例えば、上述した干渉制御モデルにおける式（９）に従って、第２の通信サービスに許容される干渉電力を決定することができる。その際、例えば、第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質は、式（９）のＰrx_primary,primary／ＳＩＮＲrequiredの項に対応する。また、干渉又は雑音レベルは式（９）のＮPrimaryの項に対応する。さらに、式（９）の経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値は、一次利用ノードの位置データ及び各ＳＳＣ２００の位置データから導かれる距離ｄを用いて、式（６）に従ってそれぞれ算出され得る。なお、制御部１４０は、例えば、個々の経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値を位置データから算出する代わりに、ステップＳ１０２において各ＳＳＣ２００から個々の経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値を受信してもよい。経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値は、例えば、基地局からのダウンリンク信号の送信電力値と各ＳＳＣ２００における当該ダウンリンク信号の受信レベルとの差として計算され得る。
【０１４１】
次に、制御部１４０は、送信電力の値を分配する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。例えば、図８に例示したように、２以上のＳＳＣ２００により二次利用が行われる場合には、制御部１４０は、送信電力の値を当該２以上のＳＳＣ２００の間で分配する必要があると判定される。その場合、処理はステップＳ１１０へ移動し、制御部１４０により送信電力分配処理が行われる（ステップＳ１１０）。一方、例えば二次利用を行うＳＳＣ２００が１つのみ存在し、送信電力の値を分配する必要がない場合には、ステップＳ１１０はスキップされ得る。
【０１４２】
そして、制御部１４０は、決定され又は分配された送信電力の値を、通信部１１０を介して各ＳＳＣ２００へ通知する（ステップ１１２）。なお、このとき、制御部１４０は、周波数帯の二次利用に際して二次利用ノードが順守すべきポリシー（例えば送信スペクトラムマスク、変調方法など）などの追加情報を、送信電力の値と共に各ＳＳＣ２００へ通知してもよい。その後、ＳＳＣ２００と各ＳＵＥ２０４との間で、第２の通信サービスが開始され得る。
【０１４３】
（送信電力分配処理の流れ）
図１１は、２以上のＳＳＣ２００が存在する場合、即ち、同一のセル内で２以上の第２の通信サービスが運用される場合の、管理ノード１００の制御部１４０による送信電力分配処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１４４】
図１１を参照すると、まず、制御部１４０は、図１０のステップＳ１０６において決定された許容される干渉電力に応じた送信電力（許容送信電力）を、第１の基準に従って分配する（ステップＳ２０２）。次に、制御部１４０は、ステップＳ２０２と同じ干渉電力に応じた送信電力を、第２の基準に従って分配する（ステップＳ２０４）。ここでの第１の基準及び第２の基準は、例えば、それぞれ上述した均等型の送信電力分配基準及び非均等型の送信電力分配基準であってよい。
【０１４５】
次に、制御部１４０は、第１の基準に従って分配された送信電力、及び第２の基準に従って分配された送信電力を、所定の評価条件により評価する（ステップＳ２０６）。所定の評価条件とは、例えば、結果的に全てのＳＳＣ２００に与えられる合計通信容量であってもよい。その場合、合計通信容量Ｃは、次式に従って評価され得る。
【０１４６】
【数１２】
2014014117.tif 000016
【０１４７】
ここで、Ｐtx_secondary,iはｉ番目のＳＳＣ２００に分配された送信電力、Ｎｉはｉ番目のＳＳＣ２００の雑音レベルを表す。
【０１４８】
また、制御部１４０は、式（１３）において、ｎ個のＳＳＣ２００のうち、優先度が高いＳＳＣ２００のみを通信容量の集計の対象としてもよい。ここでの優先度とは、例えば、第２の通信サービスの種類又は内容などによって与えられ得る。例えば、動画配信又は通信型のゲームなど、低遅延が要求されるサービスについて高い優先度が定義されてもよい。また、一定のサービス品質が保証されるようにサービス料が高く設定されたサービスについて高い優先度が定義されてもよい。そして、当該優先度は、例えば、図１０のステップＳ１０２において、ＳＳＣ２００の位置データと共に受信され得る。
【０１４９】
また、制御部１４０は、ステップＳ２０６において、式（１３）のような通信容量の代わりに、分配された送信電力を使用して確立することのできる第２の通信サービスのリンクの総数を評価してもよい。その場合、まず、各ＳＳＣ２００に分配された送信電力に応じて、通信を希望する個々の二次利用ノードのペアが通信を確立することができるか否かが判定される。そして、通信を確立することができると判定されたリンクの数が、第２の通信サービスのリンクの総数として集計され得る。
【０１５０】
次に、制御部１４０は、ステップＳ２０６で評価した通信容量又はリンク総数を比較することにより、第１の基準と第２の基準のいずれが適しているかを判定する（ステップＳ２０８）。例えば、第１の基準に従って分配した送信電力の方が、第２の基準に従って分配した送信電力よりも多くの通信容量を達成できる場合には、第１の基準の方が適していると判定され得る。また、第２の基準に従って分配した送信電力の方が、第１の基準に従って分配した送信電力よりも多くの通信容量を達成できる場合には、第２の基準の方が適していると判定され得る。ここで、第１の基準の方が適していると判定された場合には、処理はステップＳ２１０へ進む。一方、第２の基準の方が適していると判定された場合には、処理はステップＳ２１２へ進む。
【０１５１】
ステップＳ２１０では、より適していると判定された第１の基準に従って分配された送信電力が、各ＳＳＣ２００に割当てられる（ステップＳ２１０）。一方、ステップＳ２１２では、より適していると判定された第２の基準に従って分配された送信電力が、各ＳＳＣ２００に割当てられる（ステップＳ２１２）。そして、図１１に示した送信電力分配処理は終了する。
【０１５２】
なお、ここでは、特に均等型と非均等型とに相当し得る第１の基準と第２の基準とを、通信容量又は確立できるリンク数の観点で評価する例について説明した。しかしながら、かかる例に限定されず、例えば、均等型及び非均等型以外の送信電力分配基準が採用されてもよい。また、３つ以上の送信電力分配基準について評価がなされてもよい。
【０１５３】
［２−３．二次利用ノード（ＳＳＣ）の構成例］
（各機能ブロックの説明）
図１２は、図８に示したＳＳＣ２００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。図１２を参照すると、ＳＳＣ２００は、第１通信部２１０、第２通信部２２０、記憶部２３０、及び制御部２４０を備える。本実施形態において、ＳＳＣ２００は、第１通信部２１０を介して管理ノード１００との間で通信できると共に、第２通信部２２０を介して第２の通信サービスのための無線信号を送受信することができる。
【０１５４】
第１通信部２１０は、所定の通信方式に従い、管理ノード１００との間で通信を行う。第１通信部２１０と管理ノード１００との間の通信に使用されるチャネルは、例えば、制御用チャネルであるコグニティブパイロットチャネル（ＣＰＣ）などであってもよい。ＣＰＣは、例えば、既存の通信システム（例えば一次システム１０２）においてＣＰＣ情報が外挿されるインバンドＣＰＣ、又はＣＰＣ情報が内挿される専用のチャネルであるアウトバンドＣＰＣを含み得る。
【０１５５】
例えば、第１通信部２１０は、周波数帯の二次利用の開始等の指示（ユーザによる指示操作又は他のノードからの要求）に応じて、自装置の位置を表す位置データを管理ノード１００へ送信する。自装置の位置を表す位置データは、例えば、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）機能を用いて測定されたデータなどであってよい。その後、第１通信部２１０は、上述した手法に従って決定された許容送信電力の値を管理ノード１００から受信し、制御部２４０へ出力する。また、第１通信部２１０は、二次利用が開始された場合に干渉を受ける被干渉ノードの位置データを管理ノード１００から受信し、制御部２４０へ出力する。なお、本実施形態において、二次利用が開始された場合に干渉を受ける被干渉ノードとは、一次システム１０２の基地局である管理ノード１００に相当する。
【０１５６】
第２通信部２２０は、所定の通信方式に従い、ＳＵＥ２０４との間で無線信号を送受信する。例えば、第２通信部２２０は、まず、第１の通信サービスの無線信号をセンシングし、アップリンクチャネルの同期を獲得する。そして、第２通信部２２０は、同期を獲得した当該アップリンクチャネルを使用して、周囲のＳＵＥ２０４へ定期的にビーコンを送信する。このとき、第２通信部２２０により使用される送信電力は、制御部２４０からの制御を受けて、一次利用ノードへ実質的な干渉を与えない範囲内に制限される。また、周囲のＳＵＥ２０４へ送信されるビーコンには、上記第１通信部２１０により受信された許容干渉電力の値、並びに、被干渉ノード及びＳＳＣ２００の位置データが含められる。これら許容干渉電力の値及び各位置データは、後にさらに説明するように、ＳＵＥ２０４による送信電力制御処理のために使用される。
【０１５７】
なお、第１通信部２１０と管理ノード１００との間の通信リンクが無線リンクである場合には、第１通信部２１０及び第２通信部２２０は、アンテナ、ＲＦ回路、及びベースバンド回路等を含み得る物理的に同一の通信インタフェースを共用してもよい。第１通信部２１０と管理ノード１００との間の通信リンクは、バックホールリンクと呼ばれる場合がある。
【０１５８】
記憶部２３０は、例えばハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体を用いて、ＳＳＣ２００の各部の動作のために使用されるプログラム及びデータを記憶している。さらに、本実施形態において、記憶部２３０は、第２の通信サービスの運用及び送信電力の制御のための各種パラメータを記憶する。記憶部２３０に記憶されるパラメータには、例えば、自装置（及び、必要に応じて第２の通信サービスに加入する他の二次利用ノード）の位置データ、並びに管理ノード１００から通知された許容送信電力、スペクトラムマスク、及び変調方法などが含まれ得る。
【０１５９】
制御部２４０は、例えばＣＰＵなどの制御装置を用いて、ＳＳＣ２００の機能全般を制御する。例えば、本実施形態において、制御部２４０は、第２通信部２２０により無線信号の送信に使用される送信電力の値を、管理ノード１００から通知された許容送信電力の範囲内の値に設定する。そして、制御部２４０は、第２通信部２２０から、上述した許容干渉電力の値及び各位置データを含むビーコンを送信させる。さらに、制御部２４０は、当該ビーコンを受信したＳＵＥ２０４から第２の通信サービスに対する接続要求を受信すると、その接続要求の認証、及びＳＵＥ２０４のスケジューリング（スロットの割当て）などを行なう。
【０１６０】
（二次利用開始処理の流れ）
図１３は、ＳＳＣ２００による二次利用開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１６１】
図１３において、例えば二次利用の開始の指示が検知されると、第１通信部２１０は、管理ノード１００へＳＳＣ２００の位置データを送信する（ステップＳ３０２）。このとき、ＳＳＣ２００の位置データだけではなく、他のＳＵＥ２０４の位置データが管理ノード１００へ送信されてもよい。
【０１６２】
次に、第１通信部２１０は、上述した干渉制御モデルに従って決定された許容送信電力の値、及び、想定される被干渉ノードである管理ノード１００の位置データを、当該管理ノード１００から受信する（Ｓ３０４）。また、例えば、許容送信電力に加えて、送信スペクトラムマスク及び変調方法などの追加情報が受信されてもよい。
【０１６３】
次に、制御部２４０は、一次信号観測区間内で一次信号をセンシングし、第１の通信サービスのアップリンクチャネルの同期を獲得する（ステップＳ３０６）。また、制御部２４０は、二次信号観測区間内で二次信号をセンシングし、周囲の通信装置から二次信号が送信されていないことを確認する（ステップＳ３０８）。ここで、周囲の通信装置からの二次信号が検知された場合には、処理はステップＳ３１６へ進む。一方、周囲の通信装置からの二次信号が検知されない場合には、処理はステップＳ３１２へ進む。
【０１６４】
ステップＳ３１２では、制御部２４０は、ステップＳ３０４において受信された許容送信電力の範囲内の送信電力を用いて、制御フレーム送信区間内で、第２通信部２２０から第２の通信サービスのためのビーコンを送信させる（ステップＳ３１２）。かかるビーコンには、第２の通信サービスに割当てられた上記許容送信電力の値、並びに被干渉ノード及びＳＳＣ２００の位置データが含められる。
【０１６５】
次に、制御部２４０は、接続及びスケジューリング区間内で、第２通信部２２０を介してＳＵＥ２０４から第２の通信サービスへの接続要求を受信すると、その接続要求を認証し、ＳＵＥ２０４をスケジューリングする（ステップＳ３１４）。それにより、ＳＵＥ２０４は、データ通信区間内で、第２の通信サービスによるデータ通信を行うことが可能となる。このとき、ＳＵＥ２０４は、ステップＳ３１２においてＳＳＣ２００から送信されたビーコンに含まれる許容送信電力の値及び各位置データに基づいて、第２の通信サービスのための無線信号の送信に使用する送信電力を制御する。なお、ここでのＳＵＥ２０４による送信電力制御処理については、後にさらに説明する。
【０１６６】
一方、ステップＳ３１６では、制御部２４０は、他の通信装置から送信される二次信号と自ら送信するビーコンとが衝突することを避けるために、所定の時間だけ待機する（ステップＳ３１６）。その後、処理はステップＳ３０６へ戻る。
【０１６７】
このような二次利用開始処理により、ＳＳＣ２００は、自ら送信するビーコン及びＳＵＥから送信される二次信号の送信電力を一次システムに実質的な干渉を与えない範囲に抑制すると共に、二次信号同士の衝突を回避することができる。
【０１６８】
［２−４．二次利用ノード（ＳＵＥ）の構成例］
上述したように、本実施形態において、ＳＵＥ２０４は、第２の通信サービスのためのビーコンをＳＳＣ２００から受信する。そして、ＳＵＥ２０４は、受信したビーコンに含まれるＳＳＣ２００及び被干渉ノードの位置データ等に基づき、接続及びスケジューリング区間内で送信する接続要求、並びにデータ通信区間内で送信するデータ信号の送信電力を制御する。そこで、本節では、まず、図１４Ａを用いて、ＳＵＥ２０４による上記位置データに基づく送信電力制御の概要について説明する。
【０１６９】
図１４Ａは、二次利用ノード（ＳＵＥ）による位置に基づく送信電力制御の概要について説明するための説明図である。また、図１４Ｂは、二次利用ノード（ＳＵＥ）の位置の分類について説明するための説明図である。
【０１７０】
図１４Ａの左上には、本実施形態において第２の通信サービスにより干渉を受ける管理ノード１００（被干渉ノードである側面に着目する場合には、主に基地局１００と言及される）が示されている。基地局１００は、部分的に示された境界１０１に囲まれるセル内に、第１の通信サービスを提供する。また、図１４Ａには、第２の通信サービスのコーディネータであるＳＳＣ２００も示されている。ＳＳＣ２００は、基地局１００との間で距離Ｄ１を有する。そして、ＳＳＣ２００は、上述した干渉制御モデルに従って決定された許容送信電力を超えない送信電力を用いて、境界２０１に囲まれる範囲内で受信可能な第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。
【０１７１】
さらに、図１４Ａには、複数のＳＵＥ２０４（２０４−１〜２０４−４）が示されている。ＳＵＥ２０４は、基地局１００及びＳＳＣ２００との間の位置関係に応じて、４つのタイプ（タイプ１〜４）に分類される。
【０１７２】
（タイプ１）
タイプ１に分類されるのは、被干渉ノード（即ち基地局１００）から自装置までの距離が被干渉ノードからビーコンの送信元ノード（即ちＳＳＣ２００）までの距離よりも長く、かつ上記ビーコンを受信可能な領域に位置するＳＵＥである。例えば、図１４Ａにおいて、基地局１００とＳＳＣ２００との間の距離はＤ１である。また、ＳＳＣ２００から送信されるビーコンを受信可能な位置とは、境界２０１の内部の位置である。従って、図１４Ｂにおいて斜線で網掛けした領域Ｒ１に位置するＳＵＥ２０４は、タイプ１に分類される。
【０１７３】
より具体的には、図１４Ａに示されたＳＵＥ２０４−１ａ及び２０４−１ｂ（ＳＵＥ２０４−１と総称する）は、タイプ１に分類される。ＳＵＥ２０４−１は、ＳＳＣ２００と比較して基地局１００から遠くに位置するため、ＳＳＣ２００から受信されるビーコンの送信電力と同等の送信電力を使用して、基地局１００に干渉を与えることなく二次信号を送信することができる。また、ＳＵＥ２０４−１は、例えば、ＳＳＣ２００からのビーコンを受信できないＵＥに対し、アドホック通信により二次信号をリレー（中継）するゲートウェイとして動作してもよい。
【０１７４】
（タイプ２）
次に、タイプ２及びタイプ３も、上記ビーコンを受信可能な領域に位置するＳＵＥである。このうち、タイプ２に分類されるのは、被干渉ノードから自装置までの距離が、被干渉ノードからビーコンの送信元ノードまでの距離よりも近く、かつ被干渉ノードから自装置までの距離が、自装置からビーコンの送信元ノードまでの距離よりも遠い領域に位置するＳＵＥである。例えば、図１４Ａにおいて、上述したように、基地局１００とＳＳＣ２００との間の距離はＤ１である。また、点線Ｄ２は、基地局１００への距離とＳＳＣ２００への距離が等しい位置を辿る直線である。従って、図１４Ｂにおいてドットで網掛けした領域Ｒ２に位置するＳＵＥ２０４は、タイプ２に分類される。
【０１７５】
より具体的には、図１４Ａに示されたＳＵＥ２０４−２は、タイプ２に分類される。ＳＵＥ２０４−２は、ＳＳＣ２００から受信されるビーコンの送信電力と同等の送信電力を使用すると、基地局１００に許容し得ないレベルの干渉を与えるリスクが生じる。しかし、ＳＵＥ２０４−２は、ビーコンの送信電力よりも小さい適切な送信電力を使用することで、基地局１００に干渉を与えることなく二次信号を送信することができる。また、ＳＵＥ２０４−２は、例えば、より基地局１００の近くに位置するＵＥに対し、アドホック通信により二次信号をリレーするゲートウェイとして動作してもよい。
【０１７６】
（タイプ３）
また、タイプ３に分類されるのは、被干渉ノードから自装置までの距離が、被干渉ノードからビーコンの送信元ノードまでの距離よりも近く、かつ被干渉ノードから自装置までの距離が、自装置からビーコンの送信元ノードまでの距離よりも近い領域に位置するＳＵＥである。即ち、図１４Ｂにおいて横線で網掛けした領域Ｒ３に位置するＳＵＥ２０４は、タイプ３に分類される。
【０１７７】
より具体的には、図１４Ａに示されたＳＵＥ２０４−３は、タイプ３に分類される。ＳＵＥ２０４−３は、ＳＳＣ２００へ二次信号を直接送信すると、基地局１００に許容し得ない干渉を与える可能性がある。そのため、ＳＵＥ２０４−３は、ＳＳＣ２００からビーコンを受信できたとしても、そのビーコンに直接応答しないことが望ましい。そこで、ＳＵＥ２０４−３は、ＳＳＣ２００と自装置との中間に位置する他のノード（例えば図１４ＡのＳＵＥ２０４−２）が検知されるまで、ビーコンへの応答の送信を待機する。そして、ＳＵＥ２０４−３は、例えば、ＳＵＥ２０４−２から送信されるリレー用のビーコンを受信すると、ＳＵＥ２０４−２のみに受信可能な低い送信電力を用いて、当該リレー用のビーコンへの応答を送信する。この場合、ＳＵＥ２０４−２がＳＵＥ２０４−３からの応答をＳＳＣ２００へリレーすることにより、ＳＵＥ２０４−３も第２の通信サービスに加入することが出来る。なお、ＳＵＥ２０４−２からのリレー用のビーコンは、例えば、二次信号をリレーするためのアドホック通信により、被干渉ノードに干渉を与えないレベルの低い送信電力を用いて送信され得る。
【０１７８】
（タイプ４）
次に、タイプ４に分類されるのは、上記ビーコンを受信することができない領域に位置するＳＵＥである。より具体的には、図１４Ａに示されたＳＵＥ２０４−４は、タイプ４に分類される。ＳＵＥ２０４−４は、ＳＳＣ２００からビーコンを受信することができないため、直接的には第２の通信サービスに加入することができない。そこで、ＳＵＥ２０４−４は、二次信号をリレーする他のノード（例えば図１４ＡのＳＵＥ２０４−１ｂ）が検知されるまで待機する。そして、ＳＵＥ２０４−４は、例えば、ＳＵＥ２０４−１ｂから送信されるリレー用のビーコンを受信すると、当該リレー用のビーコンへの応答を送信する。この場合、ＳＵＥ２０４−１ｂがＳＵＥ２０４−４からの応答をＳＳＣ２００へリレーすることにより、ＳＵＥ２０４−４も第２の通信サービスに加入することが出来る。なお、ＳＵＥ２０４−１ｂからのリレー用のビーコンもまた、例えば、二次信号をリレーするためのアドホック通信により、被干渉ノードに干渉を与えないレベルの低い送信電力を用いて送信され得る
【０１７９】
このように、ＳＵＥ２０４は、典型的には４つのタイプに分類される基地局１００及びＳＳＣ２００との間の位置関係に応じて送信電力を制御することで、基地局１００に干渉を与えることなく、安全に第２の通信サービスのための接続要求又はデータ信号を送信することができる。
【０１８０】
（各機能ブロックの説明）
図１５は、上述した考え方に従って構成されるＳＵＥ２０４の論理的な構成の一例を示すブロック図である。図１５を参照すると、ＳＵＥ２０４は、通信部２０５、記憶部２０６、及び制御部２０７を備える。
【０１８１】
通信部２０５は、所定の通信方式に従い、第２の通信サービスのためのビーコンをＳＳＣ２００から受信することができる。また、通信部２０５は、制御部２０７からの制御を受けて、一次利用ノードへ実質的な干渉を与えない範囲の送信電力を用いて、接続要求又はデータ信号を送信する。
【０１８２】
記憶部２０６は、例えばハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体を用いて、ＳＵＥ２０４の各部の動作のために使用されるプログラム及びデータを記憶している。さらに、本実施形態において、記憶部２０６は、例えば、通信部２０５により受信されるビーコンに含まれる送信電力の値、及び位置データなどを記憶する。
【０１８３】
制御部２０７は、例えばＣＰＵなどの制御装置を用いて、ＳＵＥ２０４の機能全般を制御する。例えば、本実施形態において、制御部２０７は、通信部２０５により二次信号の送信に使用される送信電力の値を、上述したように、基地局１００及びＳＳＣ２００との間の位置関係に応じて制御する。制御部２０７による具体的な送信電力制御処理の流れについては、図１６を用いて説明する。
【０１８４】
（送信電力制御処理の流れ）
図１６は、ＳＵＥ２０４による送信電力制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１８５】
図１６において、例えば二次利用の開始の指示が検知されると、ＳＵＥ２０４の制御部２０７は、通信部２０５における第２の通信サービスのビーコンの受信を待ち受ける（ステップＳ３５２）。この間、制御部２０７は、通信部２０５を介して二次信号をセンシングし、第２の通信サービスの通信状況に関するデータ（例えばＳＩＮＲなど）を取得してもよい。そして、所定の期間の間、第２の通信サービスのビーコンが受信されない場合には、処理はステップＳ３５６へ進む。一方、例えばＳＳＣ２００から送信されるビーコンが通信部２０５により受信された場合には、処理はステップＳ３５８へ進む（ステップＳ３５４）。
【０１８６】
ステップＳ３５６では、制御部２０７は、第２の通信サービスのビーコンが受信されなかったことから、上述したタイプ４に従った処理として、二次信号を送信することなく、リレー用のビーコンの受信を待ち受ける（ステップＳ３５６）。なお、図１６には示していないが、制御部２０７は、ビーコンが受信されなかった原因が二次信号の衝突であると判断した場合には、リレー用のビーコンの受信を待ち受ける代わりに、二次信号の衝突が発生したことをＳＳＣ２００へ通知してもよい。
【０１８７】
一方、ステップＳ３５８では、制御部２０７は、通信部２０５により受信されたビーコンに含まれるＳＳＣ２００及び基地局１００の位置を表す位置データを取得する（ステップＳ３５８）。
【０１８８】
次に、制御部２０７は、取得した位置データ及び自装置の位置データを用いて、被干渉ノードである基地局１００から自装置までの距離が、基地局１００からＳＳＣ２００までの距離よりも遠いか否かを判定する（ステップＳ３６０）。ここで、基地局１００から自装置までの距離の方が遠い場合には、処理はステップＳ３６４へ進む。一方、基地局１００から自装置までの距離の方が近い場合には、処理はステップＳ３６２へ進む。
【０１８９】
ステップＳ３６２では、制御部２０７は、通信部２０５からビーコンへの応答としての二次信号をＳＳＣ２００へ直接送信すると、基地局１００に実質的な干渉を与えることとなるか否かを判定する（ステップＳ３６２）。例えば、基地局１００から自装置までの距離が自装置からＳＳＣ２００までの距離よりも近い場合には、二次信号をＳＳＣ２００へ直接送信すれば基地局１００に実質的な干渉を与えると判定され得る。その場合、処理はステップＳ３７４へ進む。一方。ビーコンの送信電力よりも小さい送信電力を使用して、基地局１００に実質的な干渉を与えることなく二次信号をＳＳＣ２００へ直接送信できると判定される場合には、処理はステップＳ３６６へ進む。
【０１９０】
ステップＳ３６４では、基地局１００から自装置までの距離が基地局１００からＳＳＣ２００までの距離よりも遠いことから、制御部２０７は、自装置が上述したタイプ１に分類されることを認識する。この場合、制御部２０７は、ＳＳＣ２００から受信したビーコンと同等の送信電力を通信部２０５に設定する（ステップＳ３６４）。
【０１９１】
また、ステップ３６６では、基地局１００から自装置までの距離が基地局１００からＳＳＣ２００までの距離よりも近いものの、二次信号をＳＳＣ２００へ直接送信できることから、制御部２０７は、自装置が上述したタイプ２に分類されることを認識する。この場合、制御部２０７は、ＳＳＣ２００から受信したビーコンよりも小さい送信電力を通信部２０５に設定する（ステップＳ３６４）。ここで設定される送信電力の値は、基地局１００には実質的な干渉を与えない一方で、ＳＳＣ２００により二次信号を受信することのできる値である。
【０１９２】
次に、制御部２０７は、ステップＳ３６４又はステップ３６６において設定された送信電力を用いて、ビーコンに対する応答として、ＳＳＣ２００へ第２の通信サービスへの接続要求を送信する。そうすると、ＳＳＣ２００による認証及びスケジューリングの後、制御部２０７は、ＳＳＣ２００から送信されるスケジューリング情報を受信する。その後、ＳＵＥ２０４は、データ通信区間内の割当てられたスロットにおいて、第２の通信サービスによるデータ通信を行うことができる（ステップ３６８）。
【０１９３】
さらに、制御部２０７は、例えば、自装置の周囲に位置する他のＳＵＥ２０４（例えばＳＵＥ２０４−３又はＳＵＥ２０４−４）に対するアドホックゲートウェイとして動作するために、リレー用のビーコンを周囲に送信してもよい（ステップＳ３７０）。
【０１９４】
一方、ステップＳ３７４では、制御部２０７は、二次信号をＳＳＣ２００へ直接送信すれば基地局１００に実質的な干渉を与えてしまうことから、自装置が上述したタイプ３に分類されることを認識する。この場合、制御部２０７は、二次信号を送信することなく、リレー用のビーコンの受信を待ち受ける（ステップＳ３７４）。
【０１９５】
次に、制御部２０７は、リレー用のビーコンの受信を待ち受けている状況（即ち、タイプ３又はタイプ４の場合）において、通信部２０５によりリレー用のビーコンが受信されると、そのビーコンへの応答として、第２の通信サービスへの接続要求を送信する。ここでの接続要求の送信に使用される送信電力は、基地局１００へ実質的な干渉を与えないレベルの値に設定される。そうすると、接続要求は、アドホックゲートウェイとして動作する他のＳＵＥ２０４により、ＳＳＣ２００へリレーされる。そして、ＳＳＣ２００による認証及びスケジューリングの後、制御部２０７は、ＳＳＣ２００から送信され他のＳＵＥ２０４により中継されるスケジューリング情報を受信する。その後、ＳＵＥ２０４は、データ通信区間内の割当てられたスロットにおいて、第２の通信サービスによるデータ通信を行うことができる（ステップ３７８）。
【０１９６】
［２−５．第１の実施形態のまとめ］
ここまで、図８〜図１６を用いて、本発明の第１の実施形態について説明した。本実施形態によれば、ＳＳＣ２００は、図４〜図７Ｂを用いて説明した二次利用のためのフレームワークに従って、第２の通信サービスを制御する。より具体的には、ＳＳＣ２００は、例えば、周波数帯の二次利用に際して、一次信号観測区間（第１の区間）内で一次信号を受信し、受信した当該一次信号に基づいて、二次信号の送信に使用する送信電力、周波数、又は変調の次数などのパラメータ値を決定する。そして、ＳＳＣ２００は、二次信号観測区間（第２の区間）内で二次信号が検知されなかった場合に、制御フレーム送信区間（第３の区間）内で、上述したパラメータ値に基づいて、第２の通信サービスのためのビーコンを送信する。それにより、周波数帯の二次利用に際して、一次信号と二次信号、又は二次信号同士の信号の衝突を回避すると共に、干渉を効果的に抑制することができる。
【０１９７】
また、上述した干渉制御モデルによれば、ＳＳＣ２００から送信されるビーコンの送信電力は、第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質、第１の通信サービスにおける干渉又は雑音レベル、及び１以上の二次利用ノードについての通信経路上の経路損失に基づいて、被干渉ノードにおける干渉が許容される範囲内となるように決定される。それにより、一部の一次利用ノードにおいて局所的に一次信号の受信が困難となるリスクをなくす（又は少なくとも緩和する）ことができる。
【０１９８】
また、本実施形態によれば、ＳＵＥ２０４は、制御フレーム送信区間（第３の区間）内で送信されたビーコンを受信する。そして、ＳＵＥ２０４は、受信したビーコンに含まれる位置データに基づいて認識される位置関係に応じて、接続及びスケジューリング区間（第４の区間）内で送信する接続要求、又はデータ通信区間（第５の区間）内で送信するデータ信号の送信電力を制御する。それにより、ＳＵＥ２０４は、ビームフォーミング技術などを用いることなく、簡易な仕組みで一次システムに与える干渉を抑制することができる。
【０１９９】
なお、本実施形態では、第２の通信サービスの開始の際の通信の制御の一例について主に説明した。しかしながら、上述した二次利用のためのフレームワーク及び送信電力制御の手法は、第２の通信サービスの開始の後のどの時点についても適用可能である。
【０２００】
また、本実施形態では、第１の通信サービスのアップリンクチャネルが二次利用される場合、即ち、第１の通信サービスの基地局のみを被干渉ノードとして考慮すればよい例について説明した。しかしながら、被干渉ノードが複数存在する場合にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【０２０１】
＜３．第２の実施形態＞
本発明の第１の実施形態では、第２の通信サービスに割当てられる許容送信電力は、一次利用ノードの位置データを保持するデータベースにアクセス可能な一次利用ノード（管理ノード）により決定された。これは、ＳＳＣの視点からは受動的な手法である。これに対し、ＳＳＣが必要なパラメータを取得し、第２の通信サービスのために許容される送信電力を能動的に決定することもできる。そこで、本節では、本発明の第２の実施形態として、二次利用を行う端末装置が能動的に許容される送信電力を決定する例について説明する。
【０２０２】
［３−１．通信システムの概要］
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムの概要について説明するための説明図である。
【０２０３】
図１７を参照すると、第１の通信サービスが運用される一次システム３０２、並びにそれぞれ第２の通信サービスが運用される二次システム４０２ａ及び４０２ｂが示されている。このうち、一次システム３０２は、管理ノード３００及び複数の一次利用ノード１０４を含む。
【０２０４】
管理ノード３００は、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の二次利用を管理する役割を有する一次利用ノードである。図１７の例では、管理ノード３００として基地局を示しているが、管理ノード３００は、かかる例に限定されない。本実施形態において、管理ノード３００は、一次システム３０２に含まれる一次利用ノードの位置を表す位置データを保持しているデータベース１０６にアクセスすることができる。
【０２０５】
一方、二次システム４０２ａは、ＳＳＣ４００ａ及び複数のＳＵＥ２０４ａを含む。同様に、二次システム４０２ｂは、ＳＳＣ４００ｂ及び複数のＳＵＥ２０４ｂを含む。
【０２０６】
ＳＳＣ４００（４００ａ及び４００ｂ）は、第２の通信サービスを制御する上述したコーディネータの役割を有する二次利用ノードである。即ち、ＳＳＣ４００は、それぞれ、所定のスペクトラムポリシーに従って二次利用の可否を判断し、管理ノード１００から必要なパラメータを取得して許容される送信電力を決定した後、第２の通信サービスのためのビーコンを周囲のＳＵＥ２０４へ送信する。ＳＳＣ４００は、例えば、コグニティブ無線のためのエンジン（ＣＥ）として動作してもよい。
【０２０７】
［３−２．管理ノードの構成例］
図１８は、図１７に示した管理ノード３００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。図１８を参照すると、管理ノード３００は、通信部３１０、データベース入出力部１２０、記憶部１３０、及び制御部３４０を備える。
【０２０８】
通信部３１０は、第１の通信サービスの所定の通信方式に従い、アンテナ、ＲＦ回路、及びベースバンド回路等を含み得る通信インタフェースを用いて、一次利用ノード１０４との間で無線信号を送受信する。また、通信部３１０は、後にさらに説明するように、データベース１０６に記憶されている一次利用ノード１０４の位置データ、及びデータベース１０６又は記憶部１３０に記憶されている送信電力の決定に使用されるパラメータを、ＳＳＣ４００へ送信する。
【０２０９】
制御部３４０は、例えばＣＰＵなどの制御装置を用いて、管理ノード３００の機能全般を制御する。また、本実施形態において、制御部３４０は、ＳＳＣ４００が上述した干渉制御モデルに従って許容送信電力を決定する際に使用する上記位置データ及びパラメータを、通信部３１０（又は他のバックホールリンク）を介してＳＳＣ４００へ送信させる。位置データ及びパラメータの送信は、例えば、ＣＰＣなどの所定のチャネルを使用して定期的に行われてもよい。その代わりに、位置データ及びパラメータの送信は、例えば、ＳＳＣ４００からの送信要求への応答として行われてもよい。
【０２１０】
［３−３．二次利用ノード（ＳＳＣ）の構成例］
（各機能ブロックの説明）
図１９は、図１７に示したＳＳＣ４００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。図１９を参照すると、ＳＳＣ４００は、第１通信部４１０、第２通信部２２０、記憶部４３０、及び制御部４４０を備える。
【０２１１】
第１通信部４１０は、所定の通信方式に従い、管理ノード３００から送信される上記データ及びパラメータを含む無線信号を受信する。第１通信部４１０と管理ノード３００との間の通信に使用されるチャネルは、制御用のチャネルである上述したＣＰＣなどであってもよい。
【０２１２】
より具体的には、第１通信部４１０は、例えば周波数帯の二次利用の開始等の指示に応じて、管理ノード３００から送信電力の決定に使用されるデータ及びパラメータの受信を試みる。送信電力の決定に使用されるデータ及びパラメータには、例えば、被干渉ノードの位置データ、並びに第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質、及び第１の通信サービスにおける干渉又は雑音レベルなどが含まれ得る。また、送信電力の決定に使用されるデータには、他の二次利用ノードの位置を表す位置データが含まれていてもよい。そして、第１通信部４１０は、これらデータ及びパラメータを管理ノード３００から受信すると、受信した当該データ及びパラメータを制御部４４０へ出力する。また、第１通信部４１０は、信号の受信環境が良好でないなどの理由で必要なデータ及びパラメータを受信できない場合には、その旨を制御部４４０へ通知する。
【０２１３】
記憶部４３０は、例えばハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体を用いて、ＳＳＣ４００の各部の動作のために使用されるプログラム及びデータを記憶している。さらに、本実施形態において、記憶部４３０は、第２の通信サービスのための許容送信電力の決定及び送信電力の制御のための各種パラメータを記憶する。記憶部４３０に記憶されるパラメータには、例えば、自装置（及び、必要に応じて第２の通信サービスに加入する他の二次利用ノード）の位置データ、並びに管理ノード３００から第１通信部４１０を介して受信される上記パラメータなどが含まれ得る。
【０２１４】
制御部４４０は、例えばＣＰＵなどの制御装置を用いて、ＳＳＣ４００の機能全般を制御する。例えば、本実施形態において、制御部４４０は、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する場合に、上述した干渉制御モデルに従って第２の通信サービスのための許容送信電力を決定する。その際、制御部４４０は、管理ノード３００からの無線信号を受信できず一次利用ノードの最新の位置データ及び必要なパラメータを取得できない場合には、一次利用ノードに干渉を与える可能性を低減するためのマージンを算入して許容送信電力を決定する。そして、制御部４４０は、第２通信部２２０により第２の通信サービスのためのビーコン、及び他の二次信号の送信に使用される送信電力の値を、決定した許容送信電力の範囲内に制御する。
【０２１５】
（二次利用開始処理の流れ）
図２０は、ＳＳＣ４００による二次利用開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０２１６】
図２０を参照すると、まず、制御部４４０は、通信部４１０を介して管理ノード３００から無線信号（一次信号）を受信することが可能か否かを判定する（ステップＳ５０２）。ここで、管理ノード３００からの無線信号を受信できる場合には、処理はステップＳ５０４へ進む。一方、管理ノード３００からの無線信号を受信できない場合には、処理はステップＳ５０８へ進む。
【０２１７】
ステップＳ５０４では、制御部４４０は、通信部４１０を介して管理ノード３００から受信された被干渉ノードとなる一次利用ノードの位置データを取得する。また、制御部４４０は、同様に管理ノード３００から受信されたパラメータを取得する（ステップＳ５０４）。なお、図２Ａに示した例のように、ＯＦＤＭＡ方式のアップリンクチャネルが二次利用される場合には、被干渉ノードは基地局のみである。そのため、かかる場合には、制御部４４０は、一次利用ノードの位置データとして基地局である管理ノード３００の位置データのみを取得すればよい。また、ステップＳ５０４における必要なパラメータとは、例えば、上述した第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質、及び第１の通信サービスにおける干渉若しくは雑音レベル（又はこれらレベルを計算するためのパラメータ）などに相当する。
【０２１８】
次に、制御部４４０は、ステップＳ５０４において受信された位置データ及びパラメータに基づいて、第２の通信サービスに許容される干渉電力に応じた送信電力を決定する（ステップＳ５０６）。より具体的には、制御部４４０は、例えば、上述した干渉制御モデルにおける式（９）に従って、第２の通信サービスに許容される干渉電力に応じた送信電力を決定することができる。その際、例えば、第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質は、式（９）のＰrx_primary,primary／ＳＩＮＲrequiredの項に対応する。また、干渉又は雑音レベルは式（９）のＮPrimaryの項に対応する。さらに、式（９）の経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値は、一次利用ノードの位置データ及びＳＳＣ４００の位置データから導かれる距離ｄを用いて、式（６）に従って算出され得る。なお、制御部４４０は、例えば、経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値を位置データから算出する代わりに、経路損失Ｌpath_tx_secondary,iの値を基地局からのダウンリンク信号の送信電力値と当該ダウンリンク信号の受信レベルとの差として計算してもよい。さらに、制御部４４０は、他の第２の通信サービスが存在している場合には、均等型の式（１０）、又は非均等型の式（１１）に従って、送信電力を分配してもよい。
【０２１９】
一方、管理ノード３００からの無線信号を受信できない場合には、ステップＳ５０８において、制御部４４０は、送信電力を決定するための位置データ及びパラメータを記憶部４３０から取得する（ステップＳ５０８）。例えば、制御部４４０は、管理ノード３００との間の通信が可能となった時に第１通信部を介して被干渉ノードの位置データ及び必要なパラメータを受信し、それらを後の使用のために記憶部４３０に記憶させておくことができる。また、例えば、二次利用の対象とする第１の通信サービスの種類が予めいくつかの候補に限定されている場合には、当該第１の通信サービスにおいて要求される無線信号の品質などを表すパラメータを既定値として記憶部４３０に記憶させておいてもよい。
【０２２０】
次に、制御部４４０は、ステップＳ５０８において取得された位置データ及びパラメータに基づいて、第２の通信サービスに許容される干渉電力に応じた送信電力を決定する（ステップＳ５１０）。但し、この場合、送信電力の決定に使用できるパラメータは、最新のものではない可能性がある。そのため、制御部４４０は、一次利用ノードに干渉を与える可能性を低減するために、送信電力の値に所定のマージンを算入する。より具体的には、制御部４４０は、例えば、上述した与干渉マージン低減型の式（１２）に従って送信電力を決定することができる。式（１２）におけるＮestimaionの値は、例えば、第２の通信サービスへの加入が見込まれるＳＵＥ２０４の数に応じて、余剰数を含むように決定される。
【０２２１】
次に、制御部４４０は、管理ノード３００からの一次信号を受信できる場合には、一次信号をセンシングして第１の通信サービスのアップリンクチャネルの同期を獲得する（ステップＳ５１６）。管理ノード３００からの一次信号を受信できない場合には、ステップＳ５１６はスキップされ得る。次に、制御部４４０は、二次信号観測区間内で二次信号をセンシングし、周囲の通信装置から二次信号が送信されていないことを確認する（ステップＳ５１８）。ここで、周囲の通信装置からの二次信号が検知された場合には、処理はステップＳ５２６へ進む。一方、周囲の通信装置からの二次信号が検知されない場合には、処理はステップＳ５２２へ進む（ステップ５２０）。
【０２２２】
ステップＳ５２２では、制御部４４０は、ステップＳ５０６又はステップＳ５１０において決定した送信電力を用いて、制御フレーム送信区間内で、第２通信部２２０から第２の通信サービスのためのビーコンを送信させる（ステップＳ５２２）。かかるビーコンには、第２の通信サービスに割当てられた上記許容送信電力の値、並びに被干渉ノード及びＳＳＣ４００の位置データが含められる。
【０２２３】
次に、制御部４４０は、接続及びスケジューリング区間内で、第２通信部２２０を介してＳＵＥ２０４から第２の通信サービスへの接続要求を受信すると、その接続要求を認証し、ＳＵＥ２０４をスケジューリングする（ステップＳ５２４）。それにより、ＳＵＥ２０４は、データ通信区間内で、第２の通信サービスによるデータ通信を行うことが可能となる。このとき、ＳＵＥ２０４は、ステップＳ５２２においてＳＳＣ４００から送信されたビーコンに含まれる許容送信電力の値及び各位置データに基づいて、接続要求及びデータ信号の送信電力を決定する。
【０２２４】
一方、ステップＳ５２６では、制御部４４０は、他の通信装置から送信される二次信号と自ら送信するビーコンとが衝突することを避けるために、所定の時間だけ待機する（ステップＳ５２６）。その後、処理はステップＳ５１６（管理ノード３００からの一次信号を受信できない場合にはステップＳ５１８）へ戻る。
【０２２５】
このような二次利用開始処理により、ＳＳＣ４００は、自ら送信するビーコン及びＳＵＥから送信される二次信号の送信電力を一次システムに実質的な干渉を与えない範囲に抑制すると共に、二次信号同士の衝突を回避することができる。
【０２２６】
［３−４．第２の実施形態のまとめ］
ここまで、図１７〜図２０を用いて、本発明の第２の実施形態について説明した。本実施形態によれば、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスにおいて許容される送信電力が、上述した干渉制御モデルに従い、第２の通信サービスのコーディネータの役割を有するＳＳＣ４００により決定される。それにより、ＳＳＣ４００は、第２の通信サービスに使用する送信電力を能動的に決定した上で、一次信号と二次信号、又は二次信号同士の信号の衝突を回避すると共に、干渉を効果的に抑制することができる。
【０２２７】
また、ＳＳＣ４００が管理ノード３００からの無線信号を受信できず一次利用ノードの最新の位置データを取得できない場合には、許容される送信電力は、一次利用ノードに干渉を与える可能性を低減するためのマージンを算入して決定される。それにより、ＳＳＣ４００がシャドウイング（遮蔽）又はフェージングなどの影響により信号の受信状況が比較的良好でない領域に位置している場合であっても、ＳＳＣ４００は、自律的かつ安全に周波数帯の二次利用を開始することができる。
【０２２８】
［４．ＴＶバンドへの適用］
図２１は、上述した第１又は第２の実施形態のＴＶバンドへの適用について説明するための説明図である。図２１の例において、一次利用ノード９００は、テレビジョン放送の放送局である。また、一次利用ノード９１０ａ〜９１０ｃは、テレビジョン放送の受信局である。一次利用ノード９００は、境界９０２又は９０４の内部に位置する一次利用ノード９１０ａ〜９１０ｃに、周波数帯Ｆ１上でデジタルＴＶ放送サービスを提供する。境界９０２の内部は、デジタルＴＶ放送サービスのサービスエリアである。また、斜線で示された境界９０２と境界９０４との間の領域は、周波数帯の二次利用が制限されるガードエリアである。一方、境界９０４と境界９０６との間の領域はＴＶホワイトスペースである。二次利用ノード９２０ａ〜９２０ｃは、かかるＴＶホワイトスペースに位置し、例えば周波数帯Ｆ１とは異なる周波数帯Ｆ３上で第２の通信サービスを運用する。しかし、例えば第１の通信サービスの周波数帯Ｆ１と第２の通信サービスの周波数帯Ｆ３との間にガードバンドを設けたとしても、例えば位置Ｐ０において二次システムのみならず一次システムへの致命的な干渉が生じるリスクがある。このようなリスクは、例えば、ガードエリアの幅を拡張することにより低減される。しかし、ガードエリアの幅を拡張することは、周波数帯の二次利用機会の減少を意味する。これに対し、上述した第１又は第２の実施形態に従って第２の通信サービスに使用する送信電力を制御することにより、ガードエリアの幅を過度に拡張することなく、一次システムに与える干渉を許容される範囲内に抑制することができる。
【０２２９】
なお、本明細書において説明した第１、及び第２の実施形態に係る一連の処理をハードウェアで実現するかソフトウェアで実現するかは問わない。一連の処理又はその一部をソフトウェアで実行させる場合には、ソフトウェアを構成するプログラムが、例えばＲＯＭ（Read  Only  Memory）などの記録媒体に予め記憶され、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）に読み込まれた後、ＣＰＵを用いて実行される。
【０２３０】
本明細書において説明した各実施形態の要旨は、上述したように様々な二次利用の形態に広く適用可能である。例えば、上述したように、第１の通信サービスのスペクトラムホールをカバーするためのリレーノード又はフェムトセルの運用は、周波数帯の二次利用の一形態ということができる。また、互いに共通する周波数帯を使用するマクロセル、ＲＲＨ（Remote  Radio  Head）、Ｈｏｔｚｏｎｅ、リレーノード又はフェムトセルなどの相互の関係も、周波数帯の二次利用の一形態（例えば、ヘテロジーニアスネットワークなど）を形成し得る。
【０２３１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属すものと了解される。
【符号の説明】
【０２３２】
１００，３００            管理ノード
１０２，３０２            一次システム
１０４                    一次利用ノード
１０６                    データベース
２００，４００            二次利用ノード（ＳＳＣ）
２１０，２２０，４１０    第１／第２通信部（ＳＳＣ）
２３０，４３０            記憶部（ＳＳＣ）
２４０，４４０            制御部（ＳＳＣ）
２０２，４０２            二次システム
２０４                    二次利用ノード（ＳＵＥ）
【図１Ａ】
2014014117.tif 000017
【図１Ｂ】
2014014117.tif 000018
【図２Ａ】
2014014117.tif 000019
【図２Ｂ】
2014014117.tif 000020
【図２Ｃ】
2014014117.tif 000021
【図２Ｄ】
2014014117.tif 000022
【図３Ａ】
2014014117.tif 000023
【図３Ｂ】
2014014117.tif 000024
【図４】
2014014117.tif 000025
【図５】
2014014117.tif 000026
【図６Ａ】
2014014117.tif 000027
【図６Ｂ】
2014014117.tif 000028
【図７Ａ】
2014014117.tif 000029
【図７Ｂ】
2014014117.tif 000030
【図８】
2014014117.tif 000031
【図９】
2014014117.tif 000032
【図１０】
2014014117.tif 000033
【図１１】
2014014117.tif 000034
【図１２】
2014014117.tif 000035
【図１３】
2014014117.tif 000036
【図１４Ａ】
2014014117.tif 000037
【図１４Ｂ】
2014014117.tif 000038
【図１５】
2014014117.tif 000039
【図１６】
2014014117.tif 000040
【図１７】
2014014117.tif 000041
【図１８】
2014014117.tif 000042
【図１９】
2014014117.tif 000043
【図２０】
2014014117.tif 000044
【図２１】
2014014117.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月20日(2013.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスの通信を制御するための方法であって、通信装置を用いて：
前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で受信することにより、前記周波数帯のうちのアップリンクチャネルの同期を獲得するステップと；
前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記アップリンクチャネル上で前記第２の通信サービスのためのビーコンを送信するステップと；
を含む方法。
【請求項２】
前記ビーコンは、前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて決定される前記第２の通信サービスの通信の制御のためのパラメータ値に基づいて送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パラメータ値は、前記第３の区間内で送信される前記ビーコンの送信電力を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記送信電力は、前記第１の通信サービスの基地局により許容される許容送信電力に基づいて決定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ビーコンは、前記許容送信電力の値を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコンを受信した二次利用ノードから、前記第３の区間に続く第４の区間内で前記第２の通信サービスへの接続要求を受信するステップ、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第４の区間内で前記二次利用ノードから送信される前記接続要求の送信電力は、前記第３の区間内で前記通信装置から送信される前記ビーコンに含まれる前記許容送信電力の値に基づいて決定される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第４の区間内で受信された前記接続要求の送信元の各二次利用ノードに対し、前記第４の区間に続く第５の区間に含まれるスロットを当該二次利用ノードによるデータ送信のために割当てるステップ、をさらに含む、請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ビーコンは、ビーコン周期を示すデータを含み、
前記第１の区間、前記第２の区間、前記第３の区間、前記第４の区間及び前記第５の区間は、前記ビーコン周期に相当する周期をもって繰り返される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の通信サービスについて要求されるデータレートが変化した場合に、前記ビーコン周期を変更するステップ、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の通信サービスに割当てられた周波数帯を二次利用する第２の通信サービスのための無線信号を送受信可能な通信部と、
前記通信部による通信を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１の通信サービスのために送信される無線信号を時間軸上の第１の区間内で前記通信部に受信させることにより、前記周波数帯のうちのアップリンクチャネルの同期を獲得し；
前記第１の区間に続く第２の区間内で前記第２の通信サービスのための無線信号が検知されなかった場合に、前記第２の区間に続く第３の区間内で前記アップリンクチャネル上で前記第２の通信サービスのためのビーコンを前記通信部に送信させる；
通信装置。
【請求項１２】
前記ビーコンは、前記第１の区間内で受信された前記無線信号に基づいて決定される前記第２の通信サービスの通信の制御のためのパラメータ値に基づいて送信される、請求項１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記パラメータ値は、前記第３の区間内で送信される前記ビーコンの送信電力を含む、請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記送信電力は、前記第１の通信サービスの基地局により許容される許容送信電力に基づいて決定される、請求項１３に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記ビーコンは、前記許容送信電力の値を含む、請求項１４に記載の通信装置。
【請求項１６】
前記制御部は、さらに、前記ビーコンを受信した二次利用ノードから、前記第３の区間に続く第４の区間内で前記第２の通信サービスへの接続要求を前記通信部に受信させる、請求項１５に記載の通信装置。
【請求項１７】
前記第４の区間内で前記二次利用ノードから送信される前記接続要求の送信電力は、前記第３の区間内で送信される前記ビーコンに含まれる前記許容送信電力の値に基づいて決定される、請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１８】
前記制御部は、さらに、前記第４の区間内で受信された前記接続要求の送信元の各二次利用ノードに対し、前記第４の区間に続く第５の区間に含まれるスロットを当該二次利用ノードによるデータ送信のために割当てる、請求項１６又は請求項１７に記載の通信装置。
【請求項１９】
前記ビーコンは、ビーコン周期を示すデータを含み、
前記第１の区間、前記第２の区間、前記第３の区間、前記第４の区間及び前記第５の区間は、前記ビーコン周期に相当する周期をもって繰り返される、
請求項１８に記載の通信装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記第２の通信サービスについて要求されるデータレートが変化した場合に、前記ビーコン周期を変更する、請求項１９に記載の通信装置。