(57)【要約】【課題】本発明は、ホワイトスペースを用いる無線通信システムにおいて、最大送信可能電力を考慮して高速にチャネル割当を行う手段と、仮に切替先のチャネルにおいて通信ができなかった場合においても通信を復旧可能とするための手段を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の無線通信システムは、基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムであって、基地局装置は複数の第１の無線送受信部と、チャネルを管理する第１の周波数管理部を有し、端末局装置は第２の無線送受信部と、第２の周波数管理部を有し、第１の周波数管理部はデータベースからのチャネル更新情報または端末局装置からの接続情報に基づいて端末局に対してチャネルの切替え指示を出すことを特徴とする。【選択図】  図１
2014207556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局装置は、複数の第１の無線送受信部と、チャネルを管理する第１の周波数管理部を有し、
前記端末局装置は、第２の無線送受信部と、第２の周波数管理部を有し、
前記第１の周波数管理部は、データベースからのチャネル更新情報または前記端末局装置からの接続情報に基づいて前記端末局装置に対してチャネルの切替え指示を出すことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムのチャネル割り当て方法において、
前記基地局装置は、データベースからのチャネル更新情報または前記端末局からの接続情報に基づいてチャネル割り当てを計算で求め、前記端末局装置に対してチャネル割り当て指示を送信することを特徴とする無線通信システムのチャネル割り当て方法。
【請求項３】
基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムのチャネル切替方法において、
前記基地局装置は、データベースからのチャネル更新情報または前記端末局装置からの接続失敗情報に基づいて前記端末局装置に対してチャネル切替え指示を送信することを特徴とする無線通信システムのチャネル切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用条件の異なる複数の周波数を切り替えながら無線通信を行う周波数共用型無線アクセスシステム（ダイナミックスペクトルアクセス）および既存業務への影響を十分回避しつつ、柔軟に電波を利用していく、ホワイトスペース利用無線通信システムにおける複数チャネルの同時利用技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、有限な資源である無線周波数の需要も増加の一途をたどっており、割当て可能な周波数の枯渇が世界各国で大きな問題となってきている。一般に、周波数は国がライセンス管理を行い、ライセンスを割当てられた者だけが、特定の場所および時間において、厳格な管理の下、その周波数を利用することができる。しかし、今後も増え続けると考えられている周波数需要に対応するためには、これまでの利用方法にとらわれない、新しい周波数の利用方法が求められている。
【０００３】
そこで近年、周波数の枯渇問題を解決するための新たな周波数の利用方法として、既に割当てられているにも関わらず、空間的、時間的に使用されない周波数帯（ホワイトスペース）を利用する方法が研究されている。例えば、ライセンスを受けている利用者（以下、「一次利用者」という）の既存システムの周波数使用への影響（干渉）を十分回避しつつ、ライセンスを受けていない利用者（以下、「二次利用者」という）が柔軟にホワイトスペースを利用するコグニティブ無線通信システムなどの研究開発が行われている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
例えば、IEEE802.22で標準化が行われている、ホワイトスペースを利用する無線通信システムでは、各無線局は、ＩＰネットワーク上のデータベース（ＤＢ：Database）にアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能チャネルリスト（利用可能チャネルリスト）と最大送信可能電力とを取得する。利用可能チャネルリストは、マスターデバイスである基地局（ＢＳ：Base  Station）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spectrum  Manager）によって、随時更新をしながら一括管理されている。そして、ＢＳはこの利用可能チャネルリストと各チャネルの最大送信可能電力情報に基づき利用可能チャネルの中から、自身の通信サービスの品質を最大化できるチャネルを運用チャネル（通信に用いるチャネル）として決定し、ＢＳのサービス範囲（セル）内の、戸別に設置される子局や携帯電話等の端末（ＣＰＥ：Customer  Premises  Equipment）と通信を行う。また、ＣＰＥも自身の利用可能チャネルリストと最大送信可能電力を取得可能であり、ＢＳのＳＭに対してスレーブデバイスであるＣＰＥが情報取得要求を行うことで情報を取得することによって、一次利用者のチャネル使用への影響を回避すると同時に、二次利用者の通信も実現する。また、ＤＢ情報（利用可能チャネルリスト、最大送信可能電力などの利用条件）は一次利用者の使用状況に応じて時々刻々と更新されるため、IEEE  802.22などホワイトスペースを利用する無線システムは、定期的なＤＢアクセスやＤＢからの情報通知（プッシュ送信）によってＤＢ情報を更新し、運用チャネルを切り替えながら一次利用者への影響を回避しつつ、自身の通信サービスの最大化を図る機能を具備している。
なお、ＢＳとＣＰＥはＤＢアクセスに加えて、一次利用者のみならず二次利用者同士の影響（干渉）を考慮したチャネル利用可能情報の通知を行うリソースマネージャ（ＲＭ：Resource  Manager）から得られる情報に従って、利用可能チャネルと最大送信可能電力を決定することも可能であり、これによってさらに周波数利用効率を高めることも可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤井宏治、“コグニティブ無線：電波利用のムダなくす、ホワイトスペース活用のコア技術”、［ｏｎｌｉｎｅ］、リックテレコム、［平成23年6月9日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｂｕｓｉｎｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋ．ｊｐ／ｔａｂｉｄ／６５／ａｒｔｉｄ／１１０／ｐａｇｅ／１／Ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐｘ＞
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．２２−２０１１，  １  Ｊｕｌｙ  ２０１１，  Ｐａｒｔ  ２２：  Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＲＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  （ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  （ＰＨＹ）  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ：  Ｐｏｌｉｃｉｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＴＶ  Ｂａｎｄｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ホワイトスペースを用いる無線システムは、ＣＰＥに対して長距離無線伝送によって無線ブロードバンド通信サービスを提供することを一つの目的としている。このため、無線局ごとに最大送信可能電力が異なることが考えられる。また、より高速な通信サービスを提供するために、IEEE 802.22を発展させ、ＢＳが複数のチャネル（マルチチャネル）を同時に利用することは当然に考えられる。しかしながら、非特許文献２においてチャネルの運用開始手段とチャネル切替手段と運用停止手段については規定されているが、どのチャネルを運用し、どのチャネルをＣＰＥに割り当てるかといった運用チャネル決定手段とチャネル割当決定手段については規定していない。また、切替先のチャネルで通信を継続可能であるかどうかは実際に切り替えてみるまで分からないため、チャネル切替によってそれまで通信可能であったＣＰＥが最大送信可能電力の制限やチャネルの伝搬特性の違いによって通信不可となったり、ＢＳが複数のチャネルを運用する場合において特定のチャネルにアクセスが集中してしまったりするなどの問題が考えられる。さらに、Ｎチャネルの利用可能チャネル（運用の候補となるチャネル）１台のＣＰＥにつき１チャネル割り当てる場合、チャネルを割り当てないという選択肢も含めると、Ｍ台のＣＰＥへのチャネル割り当てはＭＮ＋１通りの割当て方があるため、多くのＣＰＥが接続する場合には、高速にチャネル選択とチャネル割当を行うための方法も必要である。
【０００７】
そこで、本発明は、ホワイトスペースを用いる無線通信システムにおいて、最大送信可能電力を考慮して高速にチャネル割当を行う手段と、仮に切替先のチャネルにおいて通信ができなかった場合においても通信を復旧可能とするための手段を提供することを目的とする。なお、本発明はホワイトスペースを用いる無線通信システムにおいて特に好適であるが、ホワイトスペースを用いないシステムであってもよく、ＤＢやＲＭからチャネルの利用可否と利用条件を取得し、複数のチャネルを切り替えながら通信を行うようなダイナミックスペクトルアクセスを行うあらゆる無線通信システムにおいて適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の無線通信システムは、基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムであって、基地局装置は複数の第１の無線送受信部と、チャネルを管理する第１の周波数管理部を有し、端末局装置は第２の無線送受信部と、第２の周波数管理部を有し、第１の周波数管理部はデータベースからのチャネル更新情報または端末局装置からの接続情報に基づいて端末局に対してチャネルの切替え指示を出すことを特徴とする。
【０００９】
本発明の無線通信システムのチャネル割り当て方法は、基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムのチャネル割り当て方法であって、基地局装置はデータベースからのチャネル更新情報または端末局からの接続情報に基づいてチャネル割り当てを計算で求め、端末局装置に対してチャネル割り当て指示を送信することを特徴とする。
【００１０】
本発明の無線通信システムのチャネル切替方法は、基地局装置と複数の端末局装置が複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムのチャネル切替方法であって、基地局装置はデータベースからのチャネル更新情報または端末局からの接続失敗情報に基づいて端末局装置に対してチャネル切替え指示を送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無線通信システムは、基地局装置がデータベースまたは周波数管理部から利用可能チャネルと最大送信可能電力の利用条件の情報を取得する手段と、データベースまたは周波数管理部からの情報または命令によって基地局装置の運用チャネルの利用可否や最大送信可能電力の利用条件が更新された場合に、該運用チャネルに接続している端末局装置のみチャネル変更の候補としてチャネル割当の再計算を行い、該再計算結果に基づいて端末局にチャネル切替えまたは切断を命令する手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明の無線通信システムは、基地局装置がチャネル切替命令を行った端末局装置から切替先のチャネルの接続に失敗した通知を切替元のチャネルにおいて受信した場合、該端末局装置について該接続に失敗したチャネルを除外してチャネル割当の再計算を行い、該再計算結果に基づいて再度チャネル切替えまたは切断を命令する手段を具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の無線通信システムは、基地局装置がデータベースまたは周波数管理部から利用可能チャネルと最大送信可能電力の利用条件の情報を取得する手段と、取得した利用条件にしたがって通信を行う手段と、基地局装置からの命令により周波数の切り替えを行う手段と、命令されたチャネル切替先において通信を確立できない場合は元のチャネルに戻り接続失敗通知を送信する手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の無線通信システムは、上述の無線通信システムであって、基地局装置でのチャネル割当の再計算が、運用中のチャネルの周波数に依存する減衰率と切替先のチャネルの周波数に依存する減衰率の比と、現在の送信電力と切替先の最大送信可能電力の比と、現在の搬送波電力対雑音電力比（ＣＮＲ：Carrier  Power-to−Noise  Power  Ratio）からを用いて切替先のＣＮＲを推定する処理と、受信ＣＮＲに対応する伝送レートを導出してＱｏＳを評価する処理を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、ダイナミックスペクトルアクセスを行う無線通信システムにおいて、切替先のチャネルにおいて通信が継続できるか不明な場合でも、通信可能なチャネルの中で最も好適なチャネルを探し出すことを可能とし、さらに、高速にチャネル割当結果を計算するとともに、周波数利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の本実施形態に係る無線通信システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例である基地局装置と端末局装置を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の一実施例である無線通信システムの動作を説明するためのシーケンス図である。
【図４】本発明の一実施例である無線通信システムにおいて、通信接続が失敗した場合の動作を説明するためのシーケンス図である。
【図５】本発明の一実施例である無線通信システムの詳細な動作を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
【００１８】
（無線通信システムの概要）
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成の一例を示す図である。この無線通信システムは、IEEE802.22への適用（改正）を想定しており、基本的な構成は従来と同じである。ただし、基地局装置（ＢＳ、Base  Station）１、端末局装置（ＣＰＥ、Customer  Premises  Equipment）２，３は、複数のチャネルで同時に送受信する機能を有する等、従来のそれらと異なる構成を有する。
基地局装置（ＢＳ）１は、データベース（ＤＢ）およびリソースマネージャ（ＲＭ）４とネットワーク５を介して接続している。
基地局装置（ＢＳ）１と端末局装置（ＣＰＥ）２，３は、一次システム送受信機６と一次二次システム間干渉を起こして、特定のチャネルとの接続を阻害される可能性がある。
本発明は、ＢＳ１とＣＰＥ２，３はＤＢアクセスに加えて、一次利用者のみならず二次利用者同士の影響（干渉）を考慮したチャネル利用可能情報の通知を行うリソースマネージャ（ＲＭ）から得られる情報に従って、利用可能チャネルと最大送信可能電力を決定することも可能であり、これによってさらに周波数利用効率を高めることも可能である。
【００１９】
（基地局装置（ＢＳ）と端末局装置（ＣＰＥ）の具体的構成例）
図２は、本発明の一実施例である基地局装置と端末局装置を説明するためのブロック図である。
図２において、ＢＳ１は、無線送受信部（ＴＲＸ）１１０を備えており、ＴＲＸ１１０はアンテナ１０１と、ベースバンド（ＢＢ、Baseband）から無線周波数（ＲＦ、Radio  Frequency）帯への周波数変換や無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や信号増幅などを行うＲＦ部１０２と、誤り訂正符号化／復号処理や変復調処理を行う送受信信号処理部１０３と、使用するチャネルや送受信のタイミング制御やパケットに無線機を識別するためのＩＤの付加や送信元無線機の認識などを行うＭＡＣ（Medium  Access  Control；メディアアクセス制御）処理部１０４を備えている。
ＢＳ１はこの他に、バックホール回線やパソコンやルーターなどとのインターフェースとなるＩ／Ｆ部１０５と、チャネルを利用する無線システムが存在するかどうかを判断すべくスペクトラムセンシングの信号処理を行うセンシング部１０６と、ホワイトスペースとして利用可能なチャネルを記憶・管理する周波数管理部（ＳＭ）１０７と、無線機全体を管理制御する主制御部１０８と、バックホール回線やパソコンやルーターなどの外部機器や外部ネットワークに接続するための接続端子１０９を備えている。
【００２０】
主制御部１０８は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能であり、送受信信号処理部１０３、ＭＡＣ処理部１０４、センシング部１０６、周波数管理部１０７は、主制御部１０８が実行するプログラムに置き換えることも可能である。
また、複数の周波数を同時利用可能とするためＴＲＸ１１０は複数のハードウェアを備えていてもよく、ＴＲＸ１１０を構成するアンテナ１０１とＲＦ部１０２と送受信信号処理部１０３とＭＡＣ処理部１０４は機能の一部または全部が複数のハードウェアに分けて実装されていてもよい。また、複数のハードウェアは主制御部１０８によって集中制御してもよい。
【００２１】
周波数管理部１０７は、ＢＳ１とＣＰＥで機能が異なる。ＢＳ１の周波数管理部は自ＢＳと接続中のＣＰＥそれぞれについての、利用可能なチャネルの記憶・管理の他に、各チャネルの最大送信可能電力や各チャネルの利用可能期限の記憶管理と、最大送信可能電力以下で通信が行われるようどのチャネルを運用し、どのチャネルどのＣＰＥに割り当てるかのチャネルの割当計算を行う。ＣＰＥの周波数管理部は自ＣＰＥの利用可能なチャネルの記憶・管理の他に、各チャネルの最大送信可能電力や各チャネルの利用可能期限の記憶管理を行う。
【００２２】
（無線通信システムの動作）
以下、図３と図４を用いて、ＢＳ１が複数のＴＲＸ１１０具備しＣＰＥが単一のＴＲＸを具備している場合における無線通信システムの動作について説明する。図３は、ＢＳ１によるＣＰＥ２へのチャネルの切替命令が成功した場合の一例を示している。また、図４はＢＳ１によるＣＰＥ２へのチャネルの切替命令が失敗した場合の一例を示している。なお、本実施例は一態様に過ぎず、ＢＳ１とＣＰＥ２が単一のＴＲＸ１１０を備えていても複数のＴＲＸ１１０を備えていても同様のシーケンスによって本発明の効用を得ることができる。
【００２３】
（チャネル切替が成功した場合の動作例）
図３は、ＢＳ１が複数のＴＲＸ１１０を備えていてＣＰＥ２にチャネル切替指示を行うシーケンス図であり、ＢＳ１によるＣＰＥ２へのチャネルの切替命令が成功した場合の例を示している。
本実施例の前提条件として、ＢＳ１のＴＲＸ＃１とＣＰＥ２のＴＲＸがチャネル＃ｘを用いて通信を行う。
【００２４】
まず初めにステップ３０１として、ＢＳ１のＳＭはＤＢまたはＲＭから更新された利用可能チャネルリストと最大送信可能電力情報などの利用条件を受信する。ＢＳ１のＳＭはＣＰＥ２についての情報が更新されている場合には、更新があったＣＰＥ２に対して受信した最新の情報を通知する。本実施例では、通知はＢＳ１のＳＭはＴＲＸ＃１に更新情報を通知し（３０２）、チャネル＃ｘを用いてＣＰＥ２のＴＲＸに送信し（３０３）、ＣＰＥ２のＳＭに情報を通知している（３０４）。なお、ＤＢやＲＭからの更新情報の通知は、ＤＢやＲＭからのプッシュ送信の場合もあれば、ＢＳ１またはＣＰＥ２からの情報の取得要求に対する応答としてなされる場合もある。
【００２５】
ステップ３０５として、更新情報を受け取ったＢＳ１のＳＭはチャネル割当の最適化を行うための計算を行う。チャネル割当の最適性の基準は様々なものが考えられるが、その一例としては、（１）最低伝送レート（サービス品質：ＱｏＳ）を保証する、（２）システム全体の伝送レートを最大化する、（３）（１）と（２）の組み合わせなどが考えられる。（詳細は後述）
【００２６】
ＢＳ１のＳＭはチャネル割当の計算の結果、チャネルの切り替えが必要と判断されたＣＰＥ２に対して切替先のチャネルと切替までの制限時間を含めて切替命令送信指示をＴＲＸ＃１に送信し（３０６）、ＴＲＸ＃１はＣＰＥ２のＴＲＸに対してチャネル＃ｘを用いてチャネル＃ｙへのチャネル切替命令メッセージの送信を行う（３０９）。ＣＰＥ２のＴＲＸはＳＭに対して受信したメッセージを通知し（３１０）、ＳＭは切替先チャネルを確認し、最大送信可能電力を超えないようにチャネル切替命令をＴＲＸに送信する（３１１）。
【００２７】
ＢＳ１のＳＭはチャネル切替命令を行ったＣＰＥ２の切替待ちタイマーを設定し（３０７）、切替待ち状態になる（３０８）。
【００２８】
ＣＰＥ２のＴＲＸはＳＭからのチャネル切替命令に従ってチャネル切替えを実行し（３１２）、ＴＲＸのチャネル切替え（ハードウェアのPhase  Locked  Loopロックなど）が完了するとＳＭへ切替完了通知を送信する（３１３）。本実施例では通信中のチャネル＃ｘから切替命令メッセージに示されていたチャネル＃ｙへの切り替えを示している。
【００２９】
ステップ３１４として、切替え後のチャネル＃ｙで初期接続のための処理を行う。（本実施例ではＢＳ１のＴＲＸ＃ｎがチャネル＃ｙを運用中のため、ＣＰＥ２のＴＲＸはＢＳ１のＴＲＸ＃ｎへの接続を試みる。）初期接続の処理では、ＢＳ１のプリアンブルの捕捉、レンジングによる送信タイミング、周波数、送信電力の調整やレジストレーションなどの処理が行われ、この間ＢＳ１とＣＰＥ２の間で複数回の通信が行われる。
【００３０】
ＢＳ１からの接続成功（レジストレーション成功）の通知を受け取った場合、ＣＰＥ２のＴＲＸはＳＭに接続が確立したことを通知（接続確立通知１）する（３１５）。
ＢＳのＴＲＸ＃ｎはＳＭにＣＰＥのチャネル切替が成功したことを通知（接続確立通知２）し（３１７）、ＳＭは切替え待ちタイマーを停止してチャネル割当の処理を完了する（３１８）。
ステップ３１６として、ＣＰＥ２のＴＲＸはチャネル＃ｙでの通信を開始する。
【００３１】
（チャネル切替えが失敗した場合の動作例）
図４はＢＳ１によるＣＰＥ２へのチャネルの切替命令が失敗した場合の一例を示している。
ステップ３０１〜ステップ３１４までは図３の一例と同様である。
【００３２】
ステップ３１４として、ＢＳ１のＴＲＸ＃ｎとＣＰＥ２のＴＲＸは切替え後のチャネル＃ｙで初期接続のための処理を行う。本実施例では、ＢＳ１のプリアンブルの捕捉、レンジングによる送信タイミング、周波数、送信電力の調整やレジストレーションの処理などの初期接続処理がパケットエラーなどによって途中で破たんし、ＢＳ１からの接続成功の通知を受け取らなかった（接続の確立に失敗した）場合（４１５）、ＣＰＥ２のＴＲＸはＳＭに接続確立に失敗したことを通知する（接続失敗通知１）する（４１６）。その応答としてＳＭはＴＲＸに元の運用チャネル＃ｘに戻るようチャネル切替命令を送信し（４１７）、ＴＲＸはチャネル＃ｘへの切り替えを行う（４１８）。その後、ＴＲＸはチャネル＃ｘへのチャネル切替えが完了するとＳＭに切替完了通知を送信する（４１９）。
【００３３】
ステップ４２０として、ＴＲＸはＢＳ１のＴＲＸ＃１にチャネル＃ｘを用いて接続失敗通知２を送信する。
接続失敗通知２を受信したＢＳ１のＴＲＸ＃１はＣＰＥ２が接続に失敗したことをＢＳ１のＳＭに通知（接続失敗通知３）し（４２１）、切替え待ちタイマーを停止する（４２２）。
ステップ４２３として、ＣＰＥ２のＴＲＸはチャネル＃ｘでの通信を開始する。
【００３４】
ステップ４２４として、接続失敗通知を受信したＢＳ１のＳＭはステップ３０５の処理に戻り、チャネル割当の再計算を行う。この時、既に接続に失敗したチャネルの割当は除外して、切替先のチャネルを計算する。
新たに切替先のチャネルが決定するとステップ３０６以降の処理を再度実行し、チャネル切替えを試みる。以上のプロセスはチャネルの切り替えに成功するか、割り当て可能なチャネルの候補がなくなるまで繰り返す。
【００３５】
以上の手段によって、ダイナミックスペクトルアクセスを行う無線通信システムにおいて、切替先のチャネルにおいて通信が継続できるか不明な場合でも、通信可能なチャネルの中で最も好適なチャネルを探し出すことが可能となる。
なお、ＢＳ１のＴＲＸがチャネルを切り替える場合は、チャネル割当計算によってＴＲＸの切替先チャネルを決定し、IEEE  802.22などの従来の技術と同様に切替の手続きを行う。
【００３６】
（チャネル割当計算方法）
図３のステップ３０５と３１６において行われる、チャネル割当の計算方法を説明する。
【００３７】
（チャネルの割当を行うＣＰＥの決定基準）
チャネル割当の最適性の基準（評価関数）はさまざまなものが考えられるが、最適化の基準によらず、チャネルの最適割当の計算はチャネル数がＮ、全ＣＰＥが具備するＴＲＸの総数がＭのとき、ＭＮ＋１通り（チャネルを割り当てないという選択肢もあるため、１ＣＰＥあたりの選択肢はＮ＋１通りあることに注意）の探索空間の中から決定することになり、それぞれに対して評価関数を計算し、その中から最適なチャネル割当の組み合わせを探す必要があるため、ＣＰＥ数が増えるにつれ実行時間は膨大になり、最適解の探索は困難になる。そこで本発明では、現運用チャネルが利用不可になったＣＰＥと、最低保障ＱｏＳを満たさなくなったＣＰＥに対してのみチャネルの再割り当てを行うこととし、これによって探索空間そのものを限定することで高速にチャネル割当を決定する。
本実施例では、ＱｏＳは通信リソースを各ＣＰＥに均等に割り当てた場合の伝送レートとし、（式１）を満たすとき、ＣＰＥ＃ｊの最低保障ＱｏＳが満たされたこととする。
【数１】
2014207556.tif 000003
ＤＢやＲＭの情報が更新されるたびにＱｏＳの再計算が行われ、最大送信可能電力が制限された場合には、伝送レートが下がるため、ＱｏＳを満たさなくなり、チャネル再割当の対象となる。
なお、Ｒｊは標準規格で定められている変調方式と符号化方式（ＭＣＳ：Modulation  and  Coding  Scheme）ごとの感度を基に決めてもよい。また、Γはシステムオペレータが運用状況に応じて適宜調整してもよい最低保障ＱｏＳの閾値である。なおＢＳはＣＰＥからの制御メッセージを受信することでＣＰＥのＣＮＲや送信電力を知ることが可能である。
【００３８】
（最適化の評価関数）
本実施例では、ＱｏＳを満足するＣＰＥ数の最大化とシステム全体の伝送レートの最大化の２つの問題を同時に最適化する多目的最適化を行うこととし、それぞれの最適化項目に対して重み係数（α、β）を用いた評価関数を設定することで強調して最適化したい項目をシステムオペレータなどが運用状況に合わせ任意に設定できるようにする。
【数２】
2014207556.tif 000004
【００３９】
以上のチャネル割当計算方法の通り、（式１）の基準を用いてチャネルを高速に割り当てることができ、さらに、（式５）によって切替先のＣＮＲを考慮した解を得ることができる。
また、本実施例ではＣＰＥが単一のＴＲＸを保持する場合の例を示したが、QoSjとX(QoSj)をＣＰＥが具備するＴＲＸの総和とし、チャネルの組み合わせを考慮することで、複数のＴＲＸを持つＣＰＥにも容易に拡張可能である。なお、X(QoSj)のXは、QoSj に上線を付した記号として記載している。
【００４０】
次に、本発明の一実施例の詳細な動作について、図５を用いて説明する。
図５は本発明の一実施例である無線通信システムの詳細な動作を説明するためのシーケンス図である。
ステップ３０１〜ステップ３１４までは図３および図４の一例と同様である。
ステップ３１４として、ＢＳ１のＴＲＸ＃ｎとＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは切替後のチャネル＃ｙで初期接続のための処理を行う。
【００４１】
ＢＳ１のＴＲＸｎは、ＢＳ１のプリアンブルの捕捉、レンジングによる送信タイミング、周波数、送信電力の調整やレジストレーションの処理などの初期接続処理でＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍとの通信接続が確立しているか否かを判定し（５１５）、確立している場合（ＹＥＳ）にはステップ５１７へ進み、確立していない場合（ＮＯ）にはステップ５１６に進む。
ステップ５１６として、ＢＳ１のＴＲＸｎは、ＣＰＥ２との接続に失敗したことをＢＳ１のＳＭに通知（接続失敗通知）する。
ステップ５１７として、ＢＳ１のＴＲＸｎは、ＣＰＥ２との接続に成功したことをＢＳ１のＳＭに通知（接続確立通知）する。
【００４２】
ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＢＳ１のＴＲＸ＃ｎとの接続が確立しているか否かを判定し（５１８）、確立している場合（ＹＥＳ）にはステップ５１９および５２０の処理に進み、確立していない場合（ＮＯ）にはステップ５２０の処理に進む。
ステップ５１９として、ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＣＰＥ２のＳＭに切替完了通知を送信する。
【００４３】
ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＢＳ１のＴＲＸ＃ｎとの接続に失敗したか否かを判定し（５２０）し、接続に成功した場合（ＮＯ）にはステップ５２８の処理に進み、接続に失敗した場合（ＹＥＳ）にはステップ５２１および５２３の処理に進む。
ステップ５２１として、ＣＰＥ２のＴＲＸはＳＭに接続確立に失敗したことを通知（接続失敗通知）する。その応答としてＳＭはＴＲＸ＃ｍに元の運用チャネル＃ｘに戻るようチャネル切替命令を送信し（５２２）、ＴＲＸ＃ｍはチャネル＃ｘへの切り替えを行う（５２３）。
【００４４】
ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＢＳ１のＴＲＸｎとの接続が確立しているか否かを判定し（５２４）、確立している場合（ＹＥＳ）にはステップ５２７および５２８の処理に進み、確立していない場合（ＮＯ）にはステップ５２５の処理に進む。
ステップ５２７として、ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＣＰＥ２のＳＭに切替完了通知を送信する。
ステップ５２８として、ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、チャネル＃ｘまたはチャネル＃ｙでの通信を開始する。
【００４５】
ステップ５２５として、ＣＰＥ２のＴＲＸ＃ｍは、ＢＳ１のＴＲＸ＃１にチャネル＃ｘを用いて接続失敗通知を送信する。
ステップ５２６として、ＢＳ１のＴＲＸ＃１は、ＢＳ１のＳＭにチャネル＃ｘを用いて接続失敗通知を送信する。
【００４６】
ＢＳ１のＳＭは、接続確立通知の受信の有無を判定し（５２９）、受信している場合（ＹＥＳ）の方向の処理に進み、受信していない場合（ＮＯ）にはステップ５３０の処理に進む。
ＢＳ１のＳＭは、接続に失敗したか否かの通知の受信の有無を判定し（５３０）、受信している場合（ＹＥＳ）には３０５の処理に戻り、受信していない場合（ＮＯ）にはステップ５１６の処理の前に戻る。
【００４７】
本発明によれば、ダイナミックスペクトルアクセスを行う無線通信システムにおいて、切替先のチャネルにおいて通信が継続できるか不明な場合でも、通信可能なチャネルの中で最も好適なチャネルを探し出すことを可能とし、さらに、高速にチャネル割当結果を計算するとともに、周波数利用効率を高めることができる。
【００４８】
本実施形態に係る無線通信システムは、IEEE802.22で規定されている無線通信システムに対して特に好適であるが、これに限定されるものではない。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００４９】
１：基地局装置、２，３：端末局装置、４：データベースおよびリソースマネージャ、５：ネットワーク、６：一次システム送受信機、１１０：無線送受信部、１０１：アンテナ、１０２：ＲＦ部、１０３：送受信信号処理部、１０４：ＭＡＣ処理部、１０５：Ｉ／Ｆ部、１０６：センシング部、１０７：周波数管理部、１０８：主制御部、１０９：接続端子。
【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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