(57)【要約】ホワイトスペース利用システムに、マルチチャネルＭＡＣを導入する。基地局と端末局のそれぞれを、複数の無線通信部とそれらの集中制御部とで構成した。無線通信部のそれぞれは、１チャネル分の無線送受信を行なう。基地局は、ホワイトスペースチャネルの状況に応じて複数または単一のチャネルを運用し、端末局に割当てる。複数のチャネルを運用する場合には、該端末局のデータを該複数チャネルに複製してデータを割当てる冗長モードと、データを分割して複数チャネルに配分する高速モードを選択可能とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホワイトスペースのチャネルを複数用いて端末局と通信する基地局であって、
識別子と、１つの無線チャネル分の送受信データを入出力するインタフェースと、を有して、当該１つの無線チャネル分の無線送受信機能を提供する無線通信部と、
前記インタフェースを介して複数の前記無線通信部を識別し制御するＭＡＣ（Medium Access Control）機能部と、を備え、
前記ＭＡＣ機能部は、それぞれの前記無線通信部のインタフェースを介して、対応する当該無線通信部の運用の開始を要求する指示と、運用中の該無線チャネルの切替を要求する指示と、該無線チャネルの運用の停止を要求する指示と、を発することを特徴とする基地局。
【請求項２】
基地局と複数の端末局とがホワイトスペースの複数のチャネルで無線通信するマルチチャネル通信システムであって、
前記基地局と前記端末局のそれぞれは、１チャネル分の無線送受信を提供する複数の無線通信エンティティと、当該複数の無線通信エンティティを制御する制御部と、を備え、
前記基地局と前記端末局のそれぞれの前記制御部は、
ホワイトスペースチャネルの状況に応じて運用するチャネルを決定し、前記無線通信エンティティのいずれかに割当てるチャネル割当管理器と、
前記複数の無線通信エンティティが扱うリソースに対する通信データの割当てを決定し、対応する無線通信エンティティにデータ送信命令を出す通信データ制御器と、
前記複数の無線通信エンティティが受信したデータの集約（convergence）および整理を行う集約処理器と、を有し、
前記チャネル割当管理器は、前記基地局の複数の無線通信エンティティのいずれかに運用チャネルを割当てるチャネル追加処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを切り替える処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを停止させる処理と、を実行する請求項１記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項３】
前記チャネル追加処理は、前記複数の無線通信エンティティの中から運用を開始していないひとつの無線通信エンティティを選択する処理と、選択された該無線通信エンティティに運用開始要求を行う処理と、該無線通信エンティティが新たに運用するチャネル番号と送信電力情報とを含む管理情報を該無線通信エンティティに通知する処理と、該無線通信エンティティからの運用準備完了通知を受信する処理と、を含む請求項２記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項４】
前記基地局の前記チャネル割当管理器が行う前記運用チャネルを切り替える処理は、ホワイトスペースチャネルのリストに基づき切替後のチャネルを判断する処理と、切替後のチャネルを指定した切替要求メッセージの送信を前記基地局の前記無線通信エンティティのいずれかに命令をする処理と、を含み、
該命令を受けた無線通信エンティティは、前記複数の端末局または単一の端末局に対してブロードキャストまたはユニキャスト送信する処理とチャネル切替完了通知を該集中制御部に通知する処理と、を含む請求項２又は３に記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項５】
前記基地局の前記チャネル割当管理器が運用チャネルを停止させる手段は、ホワイトスペースチャネルのリストに基づきチャネルの運用を停止判断する処理と、停止要求の送信を前記基地局の前記無線通信エンティティのいずれかに命令をする処理と、を含み、
該命令を受けた無線通信エンティティは、前記複数の端末局または単一の端末局に対してブロードキャストまたはユニキャスト送信する処理と、停止完了通知を該集中制御部に通知する処理と、を含む請求項２乃至４に記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項６】
前記停止要求は、切替後のチャネルにNULLを指定した前記チャネル切替要求メッセージとして送信することを特徴とする請求項５記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項７】
前記集約処理器は、ロバストモードにおいて、該複数の無線通信部が受信したデータのうち、正常に受信したデータを一つ選択したうえで、データの順序を整列する処理と、高速モードにおいて、該複数の無線通信部が受信したデータの順序を整列する処理と、を含む請求項２記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項８】
前記基地局の制御部は、  
該基地局に接続している前記複数の端末局の夫々について、端末局を特定するＩＤと、少なくとも該基地局に接続している無線通信エンティティを特定する情報と、該接続している無線通信エンティティが、マルチチャネル化されているか否かを示す情報とを、対応付けて管理する端末局管理器を備えたことを特徴とする請求項２記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項９】
前記端末局のチャネル追加処理は、
該複数の無線通信エンティティの中からひとつの無線通信エンティティを選択する処理と、選択された該無線通信エンティティに基地局検索命令を行う処理と、該無線通信エンティティが基地局を発見した場合の基地局検知通知を受信する処理と、発見した該基地局が他の運用中の無線通信エンティティが接続する基地局と同一であるかを判断する処理と、該判断処理が真の場合、該無線通信エンティティが同期を完了した後、新たなチャネルで接続を開始したことを該基地局に登録する処理と、を含むことを特徴とする請求項８記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項１０】
前記端末局の前記運用チャネルを切り替える処理は、該端末局のいずれかの前記無線通信エンティティを通じて前記基地局からのチャネル切替要求を受信する処理と、該無線通信エンティティにチャネル切替命令を行う処理と、該無線通信エンティティからチャネルの切替を完了した通知を受信する処理と、を含む請求項８又は９に記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項１１】
前記端末局の前記運用チャネルを停止させる手段は、該端末局のいずれかの前記無線通信エンティティを通じて前記基地局からの運用停止要求を受信する処理と、該無線通信エンティティに運用停止命令を行う処理と、該無線通信エンティティから運用停止を完了した通知を受信する処理と、を含む請求項８乃至１０に記載のマルチチャネル通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基地局が複数のチャネルを利用して無線通信端末を収容するセルを構成するマルチチャネル無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。有限な資源である無線周波数の需要は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問題となっている。【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。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ために、コグニティブ無線の技術が用いられる。【０００４】
どの周波数チャネルがホワイトスペースであるかを正しく認識するための１つの方法では、ホワイトスペースのチャネル（WSCH：White Space Channel）リストを管理し位置情報やアンテナ高やアンテナの指向性、利得などを提供するデータベース（DB：Database）サーバーを、各無線局が直接またはプロキシサーバなどを介してアクセスできるようにインターネット上に設置する。各無線局は自己のWSCHリスト（利用可能な周波数チャネルリスト）と各WSCHに対応する最大送信可能電力、利用可能期限などDBサーバから取得する。
他の方法では、各無線局がスペクトルセンシングによって一次システムの利用する電波の検知を行い、不在を確認した場合に一次システムの周波数チャネルをホワイトスペースとして利用可能としたり、存在を検知した場合に自局のWSCHリストから当該チャネルを除外する。【０００５】
また、ホワイトスペースを利用する無線通信システムの国際標準化団体のひとつとしてIEEE 802.22 が知られる（非特許文献２参照）。図１にIEEE 802.22-2011（以下、単に802.22と呼ぶ）のシステム構成が示される。このシステムは、１つの基地局（BS：Base Station）と１以上の端末局（ＣＰＥ：Customer Premises Equipment）によってセルを構成し、また、インターネット５を経由したDBサーバー６へのアクセスなどによって、一次システムへの干渉を回避し、二次利用を実現する。
802.22システムが運用するチャネルの管理や設定は、基地局内のスペクトルマネージャ（SM：Spectrum Manager）によって制御されており、SMは管理情報ベース（MIB：Management Information Base）が取得したDBアクセス結果（そのBSのためのWSCHリスト）とスペクトルセンシングの結果と位置情報をもとに、WSCHの優先付けを行い、運用チャネルを１つ選択して使用する。【０００６】
以下、図２を用いて、802.22 システムの動作例を示す。
BSは電源投入により起動すると、DBサーバー６へのアクセスとスペクトルセンシングによってWSCHリストを取得し、WSCHリストの中から１チャネルを運用チャネルとして選択し、運用を開始する。つまりその運用チャネルの周波数で無線信号の送受信をする。
BSは、運用を開始すると、制御情報をサービスエリア（セル）に対してブロードキャストする。802.22は図３に示すように16フレームを1スーパーフレームとする構成を採っており、BSは周期的にスーパーフレームの制御情報であるSCH（Superframe Control Header）やフレームの制御情報であるFCH（Frame Control Header）やDS-MAP（Downstream Map）やUS-MAP（Upstream Map）などを送信し、セルの管理及び制御を行う。【０００７】
CPEは電源を投入すると、センシングにより一次システムが不在であるチャネルを確認したのち、BSサーチ処理により周波数を切り替えながらBSの信号（SCH）の受信を試みる。（なお、センシングはBSサーチ処理に含めてもよく、BS信号（SCH）を検知したのちに、当該チャネルに対してセンシングを行ってもよい。）
CPEは、BSからのSCHの受信に加え、FCH、DS-MAP、US-MAPなどのフレーム制御情報の受信に成功すると、フレーム内の構成が正しく認識できるため、BSとCPE間の信号送受信タイミングや送信電力の調整などの同期処理や、CPEの端末情報（ID、位置情報、最大送信電力）の登録、認証、サービス割当などの手続きを行う。このとき、CPEは、自己の位置情報を提示することにより、現在の運用CHが自己のWSCHとして利用可能かどうかの問い合わせをBSに対して行ってもよい。【０００８】
BSとCPEの間で接続が確立すると、BS制御の下、データ通信が行われる。802.22では多元接続方式としてOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）、複信方式としてTDD（Time Division Duplex）を採用している。【０００９】
BSはデータ通信を行う一方で、定期的もしくは必要に応じてDBアクセスやセンシングによってWSCHリストの更新を行っており、その際に、運用チャネルが利用不可であると判断した場合には、チャネルの切替処理が行われ、セル全体でチャネルの切替が行われる。ただし、特定のCPEのみが現在の運用チャネルを利用できないような場合には、そのCPEのみ、接続を切断し、そのままのチャネルで運用を継続するという判断も、BSの運用ポリシーによっては可能である。【００１０】
CPEはデータ通信を行う一方で、定期的もしくはBSからの指示によってセンシングを行っており、運用チャネルにおいて一次システムを検知した場合、BSに情報を通知する。これをトリガーとして、BSはチャネル切替を行う。また、CPEがBSからのチャネル切替要求などの制御メッセージの受信失敗などによってBSの信号を一定時間以上受信できなくなった場合には、CPEはBSサーチ処理によってチャネルの切替を達成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００３９５９３号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【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】米国電気電子学会（IEEE）Computer Society編、”IEEE Std 802.22-2011 Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands”、（米国）、ＩＥＥＥ標準化協会、２０１１年７月２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の非特許文献２（IEEE802.22-2011）は、無線ブロードバンド通信サービスをＣＰＥに対して提供することを目的として制定された。しかし、多くのCPEが接続する場合などには、十分な品質で通信サービスを提供できない恐れがある。このような将来のより帯域の広い通信サービスへの需要を見込んで、現在、ビットレートの集約（aggregate）を目的の１つとする802.22の改訂が検討されている。【００１４】
しかしながら、非特許文献２の運用チャネル決定手段は、複数のチャネルを運用チャネルとして用いることは想定していない。そのため非特許文献２を単純に拡張すると、様々な不合理を引き起こし、ホワイトスペースの有効利用、ユーザへの高速通信の提供、システムの安価での構築等の上で問題となる恐れがあった。【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無線通信端末（ＣＰＥ）を収容するセルをそれぞれ複数のチャネルを利用して構成する複数の基地局（ＢＳ）を備えたマルチチャネル無線通信システムにおいて、WSCHをダイナミックに利用可能とし、ホワイトスペースを有効に利用しながら高速通信を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１側面は、複数の無線通信部とそれらの集中制御部からなる基地局と、複数の無線通信部とそれらの集中制御部からなる一つまたは複数の端末局からなるマルチチャネル通信システムであって、ホワイトスペースチャネルの状況に応じて複数または単一のチャネルを基地局が運用し、端末局に割当てた上で、複数のチャネルを運用する場合には、該端末局のデータを該複数チャネルに複製してデータを割当てるロバストモードまたは分割してデータを割当てる高速モードによって通信を行うことを特徴とする。【００１７】
本発明の他の側面では、前記基地局の集中制御部は、前記基地局の複数の無線通信部に運用チャネルを割当てるチャネル追加手段と、前記複数の無線通信部の運用チャネルを切り替える手段と、前記複数の無線通信部の運用チャネルを停止させる手段と、前記複数の端末局に対してチャネルの割当判断を行う手段と、前記複数の無線通信部への送信データの割当処理とデータ送信命令を行う手段と、前記複数の無線通信部が受信したデータを集約および整理を行う手段と、を含む。
更に、該集中制御部のチャネル追加手段は、運用を開始していない該複数の無線通信部の中からひとつの無線通信部を選択する処理と、該無線通信部に運用開始要求を行う処理と、該無線通信部が運用するチャネル番号と送信電力情報を含めた形で管理情報を該無線通信部に通知する処理と該無線通信部からの運用準備完了通知を受信する処理とを含む。【００１８】
更に、該集中制御部が運用チャネルを切り替える手段は、ホワイトスペースチャネルのリストに基づき切替後のチャネルを判断する処理と、切替後のチャネルを指定した切替要求メッセージの送信を前記無線通信部に命令をする処理とを含み、該無線通信部は前記複数または単一の端末局に対してブロードキャストまたはユニキャスト送信する処理とチャネル切替完了通知を該集中制御部に通知する処理とを含むことを特徴とする。【００１９】
該集中制御部が運用チャネルを停止させる手段は、ホワイトスペースチャネルのリストに基づきチャネルの運用を停止判断する処理と、停止要求メッセージの送信を前記無線通信部に命令をする処理とを含み、該無線通信部は前記複数または単一の端末局に対してブロードキャストまたはユニキャスト送信する処理と停止完了通知を該集中制御部に通知する処理とを含むことを特徴とする。【００２０】
前記停止要求は、停止要求メッセージまたは前記チャネル切替要求メッセージの切替後のチャネルをNULLとして送信することを特徴とする。【００２１】
該集中制御部がデータ集約および整理する手段は、ロバストモードの場合は該複数の無線通信部が受信したデータのうち、正常に受信したデータを一つ選択したうえで、データの順序を整列する処理と、高速モードの場合は該複数の無線通信部が受信したデータの順序を整列する処理を含む。【００２２】
前記端末局の集中制御部は、
前記端末局の複数の無線通信部に運用開始命令をするチャネル追加手段と前記複数の無線通信部の運用チャネルを切り替える手段と前記複数の無線通信部の運用チャネルを停止させる手段と、
前記複数の無線通信部への送信データの割当処理とデータ送信命令を行う手段と、前記複数の無線通信部が受信したデータを集約および整理を行う手段とを含むことを特徴とする。【００２３】
該集中制御部が運用開始命令をするチャネル追加手段は、該複数の無線通信部の中からひとつの無線通信部を選択する処理と、該無線通信部に基地局検索（サーチ）命令を行う処理と、該無線通信部が基地局を発見した場合の基地局検知通知を受信する処理と、該基地局が他の運用中の無線通信部が接続する基地局と同一であるかを判断する処理と、該判断処理が真である場合に該無線部に接続処理継続命令を行い該無線通信部が同期を完了の通知を受信する処理と、該基地局に新たなチャネルで接続を開始したことを含めて登録する処理と前記基地局一致判断処理が偽の場合には該無線通信部に基地局不一致通知を送信し、継続して基地局を検索させる処理とを含むことを特徴とする。【００２４】
該集中制御部が運用チャネルを切り替える手段は、前記無線通信部から前記基地局からのチャネル切替要求受信通知を受信する処理と、該無線通信部がチャネル切替を行うことを承認し切替命令を行う処理と、該無線通信部がチャネルの切替を完了した通知を受信する処理とを含むことを特徴とする。【００２５】
該集中制御部が運用停止させる手段は、前記無線通信部から前記基地局からの運用停止要求受信通知を受信する処理と、該無線通信部が運用停止することを承認し停止命令を行う処理と、該無線通信部が運用停止完了した通知を受信する処理とを含むことを特徴とする。【００２６】
該集中制御部がデータ集約および整理する手段は、ロバストモードの場合は該複数の無線通信部が受信したデータのうち、正常に受信したデータを一つ選択したうえで、データの順序を整列する処理と、高速モードの場合は該複数の無線通信部が受信したデータの順序を整列する処理を含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ホワイトスペースを利用するマルチチャネル無線通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのダイナミックな運用を可能とし、一次システムに干渉を与えることなく、高速でロバストな通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来及び本発明の一実施形態に係るマルチチャネル無線通信システムの構成図。
【図２】従来（802.22 システム）および本発明の実施形態に係るマルチチャネル無線通信システムの基本動作処理のフロー図。
【図３】従来および本発明の実施形態に係るマルチチャネル無線通信システムで用いられる無線フレームの構造図。
【図４】実施例１に係るマルチチャネル無線通信システムのＢＳ２とＣＰＥ７との通信を示す模式図。
【図５】実施例１〜４に係るマルチチャネル無線通信システムで用いられるMAC PDUのフォーマット。
【図６】実施例１に係るＢＳ２のＣＡＭ４１によるチャネル割当て動作のフロー図。
【図７】実施例１に係るＣＰＥ７のＣＡＭ８１によるチャネル割当て動作のフロー図。
【図８】実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７でのチャネル追加処理のフロー図。
【図９】実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７でのチャネル切替処理のフロー図。
【図１０】実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７でのチャネル停止処理のフロー図。
【図１１】実施例２に係るマルチチャネル無線通信システムのＢＳ１２０の機能ブロック図。
【図１２】実施例２に係るＣＰＥ１７０の機能ブロック図。
【図１３】実施例２に係るＢＳ１２０の初期化処理のフロー図。
【図１４】実施例２に係るＣＰＥ１７０の初期化処理のフロー図。
【図１５】実施例３のＢＳ２２０による、運用チャネル発見処理のフロー図。
【図１６】実施例３のステップＳ５４のチャネル交渉におけるメッセージのフロー図。
【図１７】実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間でのチャネル追加処理のフロー図。
【図１８】実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間でのチャネル追加処理の別のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【実施例１】
【００３０】
図１に、本実施例１に係るマルチチャネル無線通信システムの全体構成の一例を示す。このマルチチャネル無線通信システムは、802.22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、ＢＳ２、ＣＰＥ７ａ、７ｂは、複数のチャネルで同時に送受信する等、従来のそれらと異なる構成を有する。ＣＰＥ７ａ、７ｂは、総称してＣＰＥ７と呼ぶ。【００３１】
図４は、本実施例１に係るマルチチャネル無線通信システムのＢＳ２とＣＰＥ７との通信を示す模式図である。
ＢＳ２は、複数の無線通信部（BS-CHU）１３ａ，１３ｂと、それらBS-CHUの制御等を行うチャネルユニット制御部（CHU-M）１４と、を有する。またBS-CHU１３とCHU-M１４とを接続するため、それらにはユニット間Ｉ／Ｆ１６、１５がそれぞれ備えられる。CHU-M１４はまた、インターネット（ＷＡＮ）に接続するためのインターネット接続Ｉ／Ｆ１７を備える。
BS-CHU１３は、従来の802.22-2011と同様に、所定の帯域幅（例えば５ＭＨｚ）を有する１つの周波数チャネルで無線信号を送受信する能力を有する。なお、各ＣＨＵが使うチャネルの周波数は可変（プログラマブル）であることが望ましい。ただし、ホワイトスペースの周波数は広範であるため、その帯域を分割し、各ＣＨＵは１つの分割帯域の範囲で周波数チャネルを可変できる構成とするとよい。各ＣＨＵ１３は、物理層（superframe、frame、TDD）のタイミングを同期して動作する。
CHU-M１４は、インターネットからの下りデータ（データプレーン）のＣＨＵへの割当て（分配）を管理し、ＭＡＰ情報を生成する。またＣＰＥからの上りデータ（データプレーン）をバッファし、順序整理や選択などを行う。CHU-M１４は、個々のBS-CHU１３に運用チャネルを割当てるチャネル割当部（BS-CAM：BS-Channel Allocation Manager）４１と、ＢＳ２に接続しているＣＰＥの情報を保持しＣＰＥの状態を管理するＣＰＥ管理部４２と、を有する（不図示）。
ユニット間Ｉ／Ｆ １５、１６は、論理的なものであり、必ずしもハードウェアを伴わなくてよい。【００３２】
ＣＰＥ７の構成は、細部を除けばＢＳ２と同様であり、複数のCPE-CHU７１を有する。
CPE-CHU７１はＢＳのBS-CHU１３に比べ、必要とされる送信電力が低いので、オールバンドのハードウェアとすることが容易である。
CHU-M７２は、個々のCPE-CHU７１に運用チャネルを割当てるチャネル割当部（CPE-CAM）８１（不図示）を有する。
BS-CHU１３やCPE-CHU７１は、ＭＡＣ層処理において、１チャネル分の無線処理を行う単位として扱える、ソフトウェア上のエンティティであってもよい。BS-CHU１３やCPE-CHU７１のそれぞれは、固有のCHUID（CHU-IDentification）を有する。【００３３】
本実施例１では、任意のＢＳとそのセル内の１つのＣＰＥとの組に注目したときに、それぞれのＣＨＵが１対１で接続することを想定する。つまり、１つのＣＨＵが複数のＣＨＵと同時に接続状態となることはない。そして、ＢＳとＣＰＥとの通信で同時に使われるチャネル数は、ＢＳとＣＰＥそれぞれのＣＨＵの数の内、少ない方によって制限される。
マルチチャンネルでのデータ伝送の方式としては、接続状態の複数(全て)のＣＨＵのペアで同一データを送受信するロバストモード、データをいずれかのペアに振り分けて送受信する分散モード、及び上記２モードを適応的に選択する適応モードの３つがある。【００３４】
図５に、本例においてマルチチャネルのデータ伝送をする際に用いられるMAC PDUのフォーマットを示す。MAC PDU（Protocol Data Unit）とは、図３に示す各burstを構成するデータの単位である。言い換えればburstは、１ないし複数のMAC PDUから構成され、それらがOFDMのサブチャネル及びシンボル上に配置されたものである。802.22のMAC PDUは基本的には、所定の長さ（Generic MAC headerの場合、32bit）のMAC headerと、それに続く可変長のMAC payloadと、それに続く32bitのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号とから構成される。MAC headerとMAC payloadの間にはサブヘッダを設けることができ、またＣＲＣは他のエラー保護(check vector等)が利用できる場合、必須ではない。
本例では、図５に示すように、マルチチャネル動作中に通信されるMAC PDUには、サブヘッダにあたる位置にAggregation Headerが常に設けられる。Aggregation Headerは、束ねられたデータシーケンス及び集約タイプを管理するために用いられ、表１のように定義されるフォーマットにより受信側に通知される。【００３５】
【表１】
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ここで、Aggregation TypeのDiversity mode（0x01）は上述のロバストモードに対応し、Bulk transmission mode（0x02）は複数のチャネルをあたかも一本の広帯域伝送路のように見せるもので上述の分散モードに対応する。Aggregation IDは、このAggregation headerが新たに生成されるたびに１ずつインクリメントされ、上限の8191の次は０に戻る（16ビット中、上位3ビットは将来のために予約する）。なおDiversity modeにおけるAggregation IDは、複数のチャネルから冗長に送信される源が同一のPDUに対して同じ値となる。なお、Aggregation Headerは、基本的にはマルチチャネル動作中のＢＳやＣＰＥから送信される全てのPDUに付すが、１つのPHYフレーム中に最低１回送信すればその目的を達成できる場合がある。例えば、各burstの先頭のPDUのみに付してもよく、またマルチチャネル動作を認識させる必要がない或いは認識できない（従来の802.22システム）ような受信側に送信するburstのMAC PDUには不要である。【００３６】
図６は、本実施例１に係るBS-CAM４１による、チャネル割当て動作を示すフローである。複数チャネルの割当てを行うため、チャネル追加処理（ＣＡＭ−ＡＤＤ）、チャネル停止処理（ＣＡＭ−ＳＴＰ）、及びチャネル切替処理（ＣＡＭ−ＳＷＨ）の３つの基本機能が新たに定義される。３機能は、後述するようにＢＳとＣＰＥとの間で、所定のメッセージ等を互いに交換する、或いは一方的に送信することで達成される。BS-CAM４１は、運用チャネル決定と、それに続く３機能のいずれかの実行を主導的に行う。
ＢＳ２において、BS-CAM４１による運用チャネル決定（つまりチャネルの追加、停止、及び切替）の契機となるのは、ＤＢアクセス、センシング、ＣＰＥセンシング結果の受信により、WSCHの変更に気付いた場合と、決められた時間のみ特定のチャネルが使用可能になるといったスケジューリングである。ただしこれらの契機があっても、BS-CAM４１は運用チャネルを変更しない（つまり、追加も停止も切替もしない）という決定をしうる。例えば、マルチチャネル運用に割当て可能なバックアップ或いは候補チャネルが残っていても、マルチチャネル運用能力を有するＣＰＥが現在１つも存在しないなら、運用チャネルを更に追加する必要はない。なおＣＰＥのマルチチャネル運用能力は、CBC-REQメッセージ（後述）によりＣＰＥから知らされる。【００３７】
図７は、本実施例１に係るCPE-CAM８１による、チャネル割当て動作を示すフローである。CPE-CAM８１もBS-CAM４１同様、チャネル追加処理、チャネル停止処理、及びチャネル切替処理の３機能を有する。しかし、それらの多くは、BS-CAM４１からの指示に従い実行される。
即ち、チャネル切替処理は、ＢＳからの制御メッセージ（管理メッセージ）の１つである切替要求（ＣＡＭ−ＳＷＨ）を受信した場合に実行される。
チャネル停止処理は、制御メッセージの１つである停止要求（ＣＡＭ−ＳＴＰ）を受信した場合や、自身のセンシングにより1次システムを検知した場合や、スケジューリングにより停止すべきチャネルであると決定された場合に、実行される。
チャネル追加処理は、スケジューリングにより、あるチャネルで運用を開始できると判断された場合や、ＣＨＵ７１からＢＳロストメッセージを受取った（つまりＢＳと非接続状態となったＣＨＵがある）場合や、制御メッセージの１つである集約情報（ＣＡＭ−ＡＩＦ）を受信した場合（不図示）に、実行されうる。【００３８】
図８は、本実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル追加処理のフローである。
ステップＳ１として、ＢＳ２のBS-CAM４１は、チャネル追加処理の対象となるＣＨＵを選択する。このＣＨＵは、ＢＳ２のBS-CHU１３の中から、現在未使用（未割当て）で、且つ、ハードウェアが、割当てたいチャネルの周波数に対応（accept）しているものを選ぶ。なおこのステップＳ１の一部は、図６の運用チャネル決定に含めてもよい。
ステップＳ２として、BS-CAM４１は、選択されたBS-CHU１３に対し、ＣＨＵ運用開始要求を送信する。ＣＨＵ運用開始要求は、チャネル周波数（中心周波数）やそのオフセットなどの物理層に関わる各種パラメータや、ＭＩＢ情報の一部（例えばソフトウェアバージョン情報等）を含みうる。【００３９】
ステップＳ３として、BS-CHU１３は、開始要求受信応答をBS-CAM４１に送信する。開始要求受信応答には、CHU-Mで必要となるCHU固有のＭＩＢの情報（例えばCHUのシリアルナンバーまたはDevice ID等）が含まれうる。なお、バージョンの不一致等で開始要求を受け入れられないときは、エラーを応答する。
ステップＳ４として、BS-CAM４１は、管理情報通知をBS-CHU１３に送信する。管理情報通知は、主に、BS-CAM４１でメンテナンスされBS-CHU１３に必要なＭＩＢの情報を含み、ＢＳ−ＣＰＥ間の接続を特定するためのＩＤ（チャネル周波数に対応付けられたcarrier index）等も含みうる。なおBS-CHU１３がＭＡＣ層機能の一部を有していれば、Station IDや、ＢＳ２のＭＡＣアドレス等、ＭＡＣで用いるＭＩＢの情報が必要になる。【００４０】
ステップＳ２からＳ４の３方向の通信が成功すると、ステップＳ５として、BS-CHU１３はステップＳ４で受信した管理情報を記憶する処理を行う。記憶した情報（ＭＩＢの情報）の一部は、即座にＣＨＵの各所に反映され、或いは、遷移状態が初期化される。
ステップＳ６として、BS-CHU１３は、周波数設定処理を行う。そこでは、ステップＳ２或いはＳ４で受取った中心周波数やそのオフセットが、BS-CHU１３の局部発振器に反映される。
ステップＳ７として、BS-CHU１３は、ＣＨＵ同期処理を行う。この処理は、無線通信システム内の複数のＢＳ間で、superframe、frame、TDDのタイミングを同期させるネットワーク同期のためものであり、ＧＰＳ等から取得したＵＴＣ時刻の各分の開始にsuperframeを同期させることを基本とする。結果的に、運用中のＣＨＵ同士も互いに同期することになる。【００４１】
ステップＳ５からＳ７の処理が成功すると、ステップＳ８として、BS-CHU１３は、運用準備完了通知をBS-CAM４１に送信する。なお、途中で失敗した場合は、エラーを示す応答を送信する。
ステップＳ８に続けて、ステップＳ９として、ＳＣＨを含む無線フレームを周期的に送信する。ＳＣＨは、ＢＳ２のＭＡＣアドレスであるBS_IDを含み、更にどのBS-CHU１３から送信されたかを示す、新たに定義する２bit程度のCHID（Channel ＩＤ）を含んでも良い。【００４２】
他方、ＣＰＥ７側では、ステップＳ１〜Ｓ８の進行とは無関係に、下記の処理を行う。
まず、ステップＳ１１として、ＣＰＥ７のCPE-CAM８１は、チャネル追加処理の対象となるＣＨＵを選択する。多くの場合、この処理は、ＣＰＥ７にBS lost状態のCPE-CHU７１が生じた場合に開始するので、そのCPE-CHU７１が選択される。
ステップＳ１２として、CPE-CAM８１は、選択されたBS-CHU１３に対し、ＢＳサーチ命令を送信する。ＢＳサーチ命令は、１つあるいは複数のチャンネルを指定して行うものと、ＣＨＵが対応している全ての周波数でサーチさせるものがある。拡張されたＤＣＤメッセージ等によりＢＳ２が使用中で未接続のチャネルが判明している場合或いはバックアップチャネルに基づき推定できる場合は、そのチャネルを指定すると良い。なお、既に他のCPE-CHU７１が使用しているチャンネルは、重複を防止するためサーチしない。また、以前のサーチ等により別のＢＳが使用していることが判明しているチャネルのサーチは、最低の優先度とする。【００４３】
ステップＳ１３として、ＢＳサーチ命令を受けたCPE-CHU７１は、サーチ対象の周波数でＢＳからの無線信号（プリアンブル及びＳＣＨ）の検出を試みる。所定の信号強度以上で検出できた場合に、ステップＳ１４として、ＢＳ検知通知をCPE-CAM８１に送信する。この通知にはＳＣＨを復号して得たＢＳ−ＩＤが含まれる。【００４４】
ステップＳ１５として、CPE-CAM８１は、動作中（何らかのＢＳと接続状態の）ＣＨＵが他にあるか判断する。その時点で動作中のＣＨＵが他にない場合は、チャネルの追加（マルチチャネル動作）には該当しないので、従来のIEEE802.22と同様に、同期処理（後述のステップＳ１８）に進む。
ステップＳ１６として、動作中のＣＨＵがある場合に、そのＣＨＵの接続先が、ステップＳ１３で示されたＢＳと同じであるか判断する。
不一致の場合、ステップＳ１７として、CPE-CAM８１は、ＢＳ検知通知の応答としてＢＳ不一致通知をCPE-CHU７１に送信する。これによりCPE-CHU７１は残りの対象周波数でのサーチを再開する。あるいは、ステップＳ１２に戻り、CPE-CAM８１は別のサーチ対象の周波数を指定する新たなＢＳサーチ命令をCPE-CHU７１に送信する。【００４５】
ステップＳ１６で一致と判断した場合、ステップＳ１８として、ＢＳ検知通知の応答として必要に応じ、継続通知を送信する。
ステップＳ１９として、継続通知を受信したCPE-CHU７１は、ＳＣＨを検出した周波数で、同期処理を続行する。ステップＳ１９は、ＦＣＨやＤＳ−ＭＡＰを検出及び復号し下りストリームのパラメータを取得する狭義の同期処理のほか、ＵＣＤ(Upstream Channel Descriptor)メッセージを受信して上りストリームのパラメータを得る処理や、ＴＤＤのタイミングを調整するレインジング処理を含む。【００４６】
次にステップＳ２０として、CPE-CHU７１は、継続通知への応答として、同期完了通知をCPE-CAM８１に送信する。これにより、CPE-CAM８１は、１つのＢＳ２に複数のＣＨＵがぶら下がったこと（マルチチャネルになったこと）を認識でき、ステップＳ２１として、ＣＰＥ７がマルチチャネル化（aggregation）に成功したことの登録を要求する通知をＢＳ２に送信する。なお、この登録要求は、マルチチャネルを構成する各チャンネルを特定できる番号（carrier indexやCHID等）を含み、更に通信モードの指定（ロバスト、分散、適応の各モードのいずれか）を含むことが出来る。ＣＰＥは、受信品質に不満があれば、ダイバーシチ効果が期待できるロバストモードを指定でき、通信速度に不満があれば、分散モードを指定できる。
ステップＳ２２として、登録要求を正常に受信したＢＳ２のＣＰＥ管理部４２は、登録完了通知を返信する。これによりチャネル追加処理が完了し、以後、指定したモードでＢＳ２とＣＰＥ７の間でデータの通信が行われる。
なお、CPE１３はマルチチャネル化する前からマネージドつまりSNMPによってＭＩＢ情報を交換可能な状態となっているが、もし追加したチャネルに固有のMIB情報や必要な設定ファイルがあれば、その取得が済んでからその追加したチャネルについての登録が完了したことを管理メッセージで明示的に通知してもよい。【００４７】
図９は、本実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル切替処理のフローである。
ステップＳ３１として、ＢＳ２のBS-CAM４１は、チャネル切替の対象となるBS-CHU１３に、ＣＨ切替要求を送信する。このBS-CHU１３は、切替え先のチャネル周波数に対応（accept）していなければならない。
ステップＳ３２として、ＣＨ切替要求を正常に受取ったBS-CHU１３は、チャネル切替えタイマーをセットする。BS-CHU１３は常にフレームナンバーをカウントしており、タイマーのセットとは、切替えを行う将来のフレームナンバーを決めることを意味する。【００４８】
ステップＳ３３として、BS-CHU１３は、ＣＨ切替要求の受信応答をＣＡＭに送信する。またＣＨ切替要求を下りストリームで送信する。なお、このＣＨ切替要求は、管理メッセージの一種であり、単なる装置内の信号であるステップＳ３１のＣＨ切替要求とは異なる。管理メッセージは、所定のTypeフィールドから始まるデータ構造を有し、broadcast connectionにより全ＣＰＥに伝送される。各ＣＰＥは原則として全ての管理メッセージを受信し解釈しなければならない。
本実施例１のＣＨ切替要求は、一例として、IEEE802.22-2011に規定されたManagement Message Type=26のCHS-REQメッセージに、DREG-CMDメッセージにあるような切替先のチャネル番号を示すフィールド或いは情報要素を追加し、新たに定義されるものであり、切替対象の（現在の）チャネルを特定する情報や、切り替えまでの残りフレーム数を示すSwitch Countフィールドも有する。チャネル番号を示す情報要素は、チャネル番号（carrier index）そのものでもよいし、別の管理メッセージであるＤＣＤ（Downstream Channel Descriptor）メッセージに含まれる、バックアップ及び候補チャネルリストにおいて何番目のチャネルであるかを示すものでもよい。また、切替対象のチャネルを特定する情報も、チャネル番号そのものでもよいし、ＢＳ側のＣＨＵとＣＰＥ側のＣＨＵとの接続（対応付け）を識別するＩＤ（CHID等）でもよく、SID(Station ID)、CID(Connection ID)等で代用できる場合がある。
なお、ＤＣＤ Channel information elementsは、このＣＨ切替要求と同様のフィールド或いは情報要素を追加的に含んでも良い。また、分散モードしか用いず、管理メッセージをチャネル毎に分けている場合は、切替対象のチャネルを特定する情報は必ずしも必要ではない。【００４９】
ステップＳ３４として、ＣＨ切替要求を正常に受信したＣＰＥ７のCPE-CHU７１は、ＣＨ切替タイマーをセットする。
ステップＳ３５として、CPE-CHU７１は、ＣＨ切替要求の受信をCPE-CAM８１に通知する。
ステップＳ３６として、これからチャネル切替が起こることを把握したCPE-CAM８１は、切替先のチャネルに問題がなければ、切替承認（命令）を行う。【００５０】
ステップＳ３７として、切替承認を受取ったCPE-CHU７１は、ステップ３３のＣＨ切替要求への応答として、受信応答をＢＳ２に向けて上りストリームで送信する。この受信応答もまた管理メッセージの一種であり、本実施例１ではManagement Message Type＝27のCHS-RSPメッセージと類似のものを新たに定義して用いる。
ステップＳ３８として、ＣＨ切替タイマーがセットされたフレームナンバーに到達し発火（ignite）すると、BS-CHU１３は、チャネル切替を行う。即ち、フレームの境界（ＲＴＧ）の時間内で、運用パラメータを変更し、また、局部発振器の周波数を変更先のチャネルに同調させる。殆どの場合、チャネル切替は、現在のチャネルを明け渡す必要に迫られて行うものなので、Ｓ３７の受信応答をいずれのＣＰＥからも受取れなかったとしても、チャネル切替は断行される。
ステップＳ３８と同時に、ステップＳ３９として、ＣＰＥ７においてもタイマー経過によりチャネル切替が行われる。【００５１】
次にステップＳ４０として、ＢＳ２のBS-CHU１３は、切替完了通知をBS-CAM４１に送信する。これは、物理層において切替が完了した（局部発振器の周波数がロックした等）ことを示すものである。
次にステップＳ４１として、BS-CHU１３は、ＳＣＨ、DS-MAP、DCD、UCDを送信する。【００５２】
次にステップＳ４２として、ＣＰＥ７のCPE-CHU７１は、ＳＣＨを含むフレームを受信し、上記ＳＣＨ等を正しく受信できたときに、切替完了通知をCPE-CAM８１に送信する。この切替完了通知は、ＭＡＣ層で切替が一応完了したことを意味する。
最後にステップＳ４３として、CPE-CHU７１は、切替完了通知（CHS-CPLT）をＢＳ２に向けて送信する。この切替完了通知は、管理メッセージの一種であり、本実施例１ではCHS-RSPメッセージと類似のものが新たに定義され、これを受取ったＢＳ２のＣＰＥ管理部４２は、保持しているＣＰＥの情報を更新する。【００５３】
なお、上述のチャネル切替処理において、タイマーの管理をＣＡＭで行うようにしても良い。例えば、ステップＳ３３のＣＨ切替要求をCPE-CAM８１が受取り、CPE-CHU７１にタイマーセットを命じるようにしてもよい。【００５４】
図１０は、本実施例１に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル停止処理のフローである。
ステップＳ５１として、ＢＳ２のBS-CAM４１は、チャネル停止の対象となるBS-CHU１３に、ＣＨＵ停止要求を送信する。
次にステップＳ５２として、ＣＨ停止要求を受取ったBS-CHU１３は、運用停止タイマーをセットする。ここでタイマーのセットとは、停止を行う将来のフレームナンバーを決めることを意味する。【００５５】
次にステップＳ５３として、BS-CHU１３は、ＣＨ停止要求の受信応答をBS-CAM４１に送信する。また運用停止要求を下りストリームで送信する。なお、このＣＨ停止要求は、管理メッセージの一種であり、本実施例１ではManagement Message Type = 21のDREG-CMD（De/Re-Register Command）メッセージ或いはCHS-REQメッセージに、Switch Countフィールド或いはNext Channel Numberフィールドと、停止対象のチャネルを特定する情報を追加したような、新たなメッセージ（CHOS-REQ）を定義する。DREG-CMDは、一次システム保護のために全ＣＰＥに対し現在の運用チャネルでの送信を直ちに停止させることなどを意図し、その周波数での送信を許可する新たなDREG-CMDが発せられるまで、如何なるCHUからも送信できない。またManagement Message Type = 28のCHS-REQメッセージは、一時的な静粛期間(QP)を設けることを意図している。それに対し本例の運用停止要求は、特定のCHUのみをCAMから切り離す（開放する）意図があり、運用チャネルでの受信も行わなくなる。このＣＨ停止要求は、図９のチャネル切替処理で用いた管理メッセージのＣＨ切替要求において、切替先のチャネル番号としてNullを指定することで実現しても良い。【００５６】
次にステップＳ５４として、運用停止要求を受信したCPE-CHU７１は、その要求が示す停止対象のチャネルを特定する情報に基づき、その要求が自己宛のものか判断し、自己宛の場合にはステップＳ５２同様に運用停止タイマーをセットする。
ステップＳ５５として、CPE-CHU７１は、運用停止要求の受信をCPE-CAM８１に通知する。
ステップＳ５６として、これからチャネル運用停止が起こることを把握したCPE-CAM８１は、停止承認及び要求を行う。【００５７】
ステップＳ５７として、停止承認及び要求を受取ったCPE-CHU７１は、ステップ５３の運用停止要求への応答として、運用停止受信応答をＢＳ２に向けて上りストリームで送信する。この受信応答もまた管理メッセージの一種であり、本実施例１ではCHS-RSPメッセージ等と類似のものを新たに定義して用いる。
ステップＳ５８として、運用停止タイマーがセットされたフレームナンバーに到達し発火すると、CPE-CHU７１は、運用を停止する。即ち、一切の送信及び受信を止め、運用チャネルも忘れてしまう。
ステップＳ５８と同時に、ステップＳ５９として、ＢＳ２のBS-CHU１３においてもタイマー経過により運用停止する。
最後に、ステップＳ５９として、運用停止が完了したCPE-CHU７１とBS-CHU１３は、運用完了通知をCPE-CAM８１とＣＰＥ管理部４２に送信する。【００５８】
運用停止されたＣＨＵは、その後、ＣＨＵ追加処理の対象となりうる。
なお、上述のチャネル停止処理において、タイマーの管理をＣＡＭで行うようにしても良い。【００５９】
以上述べたように、本例ではＣＨ切替要求は切替元のチャネルで（のみ）送信され、運用停止要求は停止対象のチャネルで（のみ）送信される。つまり、切替や停止を行うためにその切替や停止の対象になっていないチャネルで管理メッセージを受信することを強要したり、チャネルに主従関係を設けたりはしない。これにより、特許文献１のように、管理メッセージをＢＳが定めた特定の１つの制御チャネル（主搬送波）でのみ送受信するものに比べ、そのような制御チャネルを受信できない環境のＣＰＥに対してもチャネル切替や停止を確実に実施できるという優位性を有する。
【実施例２】
【００６０】
図１１は、本実施例２に係るマルチチャネル無線通信システムのＢＳ１２０の機能ブロック図である。合わせて図１２には、本実施例２に係るマルチチャネル無線通信システムのＣＰＥ１７０の機能ブロック図を示す。本例では、実施例１では言及しなかった実装の細部等について説明し、特に断らない限り、実施例１の構成や機能を踏襲する。図１１、図１２では、図４に比べよりハードウェアを意識して表現してある。【００６１】
図１１に示されるように、ＢＳ１２０は、複数のBS-CHU１３０ａ，１３０ｂ（総称として１３０と呼ぶ）と、ＣＨＵ−Ｍ１２４と、センシング部１２５とを有する。
CHU-M１２４は、個々のBS-CHU１３０に運用チャネルを割当てるチャネル割当部（ＣＡＭ：Channel Allocation Manager）４１と、ＢＳ２に接続しているＣＰＥ１７０の情報を保持しＣＰＥの状態を管理するＣＰＥ管理部４２と、管理情報処理部（ＭＩＢ）４３と、ＤＢアクセス制御部４４と、通信データ制御部４５と、センシング制御部４６と、を有する。【００６２】
チャネル割当部（BS-CAM）４１は、実施例１で述べたBS-CAMに対応する、チャネル管理を行う部分であり、ＣＰＥとの間で所定の管理メッセージを通信しあいながら、チャネル追加、停止、切替処理を行い、マルチチャネルＭＡＣを実現する。BS-CAM４１は、少なくとも自己のＢＳ１２０の各BS-CHU１３０について、その周波数対応状況、使用状況、遷移状態等を把握しており、BS-CHUが対応しており且つWSCHリストにある周波数を割当てるような管理や、ＳＣＨ、ＤＣＤの生成等、チャネル記述子管理を行う。またBS-CAM４１は、上位レイヤ（Network Control and Management System）側の機能も有し、運用チャネル決定に影響を与える。
ＣＰＥ管理部４２は、管理メッセージ等で取得した、ＢＳ１２０に接続している全ＣＰＥ１７０の最新の情報をテーブルに維持し、他からの照会に答える。テーブルはＣＰＥ毎に、ＣＰＥを特定するＩＤと、Device IDかシリアルナンバーかstation IDのいずれかと、ＣＰＥ１７０（ＣＰＥのＣＨＵ−Ｍ）のＭＡＣアドレス等のＣＰＥ毎に固有の情報と、ＣＨＵの数と、更にＣＨＵ毎のＩＤ（CHUID）又はチャネル番号と状態と、を保持する。状態には、停止中、同期（接続）途中、managed nodeであるかの区別や、マルチチャネル化されているか否か、及びマルチチャネル化されている場合のモード等の情報を含む。各ＣＰＥのＣＨＵの情報は、把握できる範囲のものであり、例えば他の基地局に接続しているＣＨＵまで含む必要はない。
ＣＰＥ管理部４２はこれらの情報に基づき、ＢＳがマルチチャネル動作しているときは、CPE毎に、チャネルにデータを振分けたり複製したりする制御（チャネルスケジューリング）を行う。【００６３】
情報管理処理部４３は、ＭＩＢの情報を、SNMP（Simple Network Management Protocol）等を用いて最新に維持して他からの照会に答えたり、或いはハードウェアから直接得たり与えたりする。なおSNMPによりMIBの更新が保たれているBSやCPEを、managed nodeと呼ぶ。
DBアクセス制御部４４は、ＰＡＷＳ（Protocol to Access White Space database）等を用いて、インターネット上のDBサーバー６を自ら発見し、アクセスして、WSCHリストを取得したり、自己が占有しているチャネルや１次システムを検知したチャネルをDBサーバー６へ通知したりする。これらの情報は適宜情報管理処理部４３のＭＩＢに反映される。【００６４】
通信データ制御部４５は、データ（データプレーン）のクラスに応じたキューや送信順序やフローの制御、バッファリングをし、管理プレーンやコグニティブプレーンの通信データ（管理メッセージ等）と共にＭＡＰ割当てする。ＭＡＰ割当てにより決まったマッピングの情報は、DS-MAP、US-MAP等の管理メッセージとなって、対応する通信データと共に各BS-CHU１３０に出力される。上りサブフレームのMAP割当ては、各ＣＰＥからの帯域要求や受信状態等に基づき行なう。マルチチャネル運用中は、複数のチャネルに横断的な割当て処理を行う。つまり各キュー或いは各ＣＰＥのデータをどのチャネルのどのバーストにどれだけ載せるか、所定のスケジューリング規則およびマルチチャネル通信モードに基づき決定する。なお、複数のBS-CHU１３０から受取った上りデータの集約や整理（冗長パケットの破棄）は、通信データ制御部４５で行なってもよいが、ＭＡＣ層内でより上位に位置するconvergence sublayerや、更に上位のレイヤで処理してもよい。
センシング制御部４６は、ＳＭ（スペクトラムマネージャ）およびその上位レイヤとして機能し、スペクトラムセンシングオートマトン（SSA）に基づきセンシング部１２５等を制御してセンシング（Out-of-bandセンシング）を行う。In-bandセンシングには、BS-CHU１３０から得られた情報（ＵＣＳ等）が主に利用される。これらのセンシング情報に基づき、利用可能（Available）チャネルの分類を保持するチャネルリストを更新する。このリストの中で利用可能チャネルは、"Disallowed"、"Operating"、"Backup"、"Candidate"、"Protected"、"Unclassified"のいずれかに分類される。
センシング部１２５は、信号受信部や信号解析部を有し、物理層としてのスペクトラムセンシング機能を、センシング制御部４６に提供する。【００６５】
本例のBS-CHU１３０はそれぞれ、ＭＡＣ処理部１３１と、ＰＨＹ処理部１３２と、送受信部１３３と、管理情報処理部１３４と、ユニット間Ｉ／Ｆ１３５と、アンテナ１３６を備える。各BS-CHU１３０は、固有のCHUIDを有する。
ＭＡＣ処理部１３１は、１チャネル分の低レベルMAC処理を行う。このＭＡＣ処理は、CHU-MからのMAC PDU或いはバースト単位の通信データを、通信データ制御部４５から得たＭＡＰ割当を示す情報に基づいてＭＡＣフレーム化する処理やその逆のデフレーム化処理など、CHU-Mからの指示に従った処理や、セキュリティーレイヤ処理などを含む。【００６６】
ＰＨＹ処理部１３２は、デジタル信号処理デバイスで構成され、ＭＡＣ処理部１３１からＭＡＣフレームを受取り、チャネル符号化、バースト変調、物理フレーム化、ＯＦＤＭ変調、Ｄ／Ａ変換して送受信部に出力するとともに、これらの逆の処理を行う。必要に応じＰＨＹ処理部１３２は、ＭＩＭＯや適応アンテナの処理も行う。
送受信部１３３は、高周波デバイス等で構成され、無線周波数と中間周波数との変換、送信信号の電力増幅、送信電力の制御、受信信号の増幅、受信電力の測定、受信ゲインの制御等を行う。
ＭＡＣ処理部１３１〜送受信部１３３の送信のための処理は、通信データ制御部４５からマッピングの情報を受取ることを契機に行なわれ、これを送信命令とみなすことが出来る。【００６７】
管理情報処理部１３４は、ＭＩＢ情報などを、ＭＡＣ処理部１３１やＰＨＹ処理部１３２や送受信部１３３に与え或いはそれらから取得し、管理情報処理部４３と連携してＭＩＢを管理する。管理情報処理部１３４が保持すべきＭＩＢ情報として、チャンネル番号（carrier index）と実際のキャリア周波数との対応を示すテーブルが含まれる。管理情報処理部１３４は、ＭＩＢに定義された情報の他に、チャネルユニット或いは周波数に依存せずに、送信電力やアンテナの指向性などを正確に管理するために必要な情報なども保持し、ＰＨＹ処理部１３２を制御する。例えば個々のチャネルユニットに固有の特性（使用可能周波数範囲、およびその範囲の各チャネル周波数における、利得や遅延等の値。チャネルユニットとアンテナを結ぶ給電線の特性も含む）を予め保持しておき、その情報により補償したりＭＡＣ層への通知を行う。また、送受信部の性能が不足し、後天的に使用が禁止されあるいは送信電力が制限されたチャネルの情報なども保持し、ＭＡＣ層へ通知する。
GPSユニットは、DBサーバー６からWSCHリストを取得する際に必要な、ＢＳ２の地理的位置情報を提供するほか、複数のＢＳを同期させるための高精度な時計、高精度な周波数源としても動作しうる。
なお、本例ではＣＨＵ毎にアンテナ１３５を設ける構成としたが、これに限らず、ＣＩＢ（Constant Impedance Band-pass）共用器やバトラーマトリクス（Butler matrix）を用いて、アンテナを共用しても良い。【００６８】
なお、図１２に示したＣＰＥ１７０の構成に関しても、概略的には、ＣＰＥ管理部を備えない点を除き、ＢＳ１２０と同様である。【００６９】
次に、本例のＢＳ１２０とＣＰＥ１７０の初期化処理を、図１３と図１４に示す。
本例のＢＳ１２０の初期化処理は、図１３に示されるように、１次システム検出処理の後或いは初期化処理の最後に、利用可能なＴＶチャネルのリストを、上位層に提示するステップ（Ｓ６９）と、その提示後にマルチチャネル動作を開始するステップ（Ｓ７０）と、を新たに設けた点で、802.22の初期化処理と異なる。
まずステップＳ６１で、ＢＳ１２０は専門家によりインストールされる。
次にステップＳ６２で、アンテナ利得テーブルを含むアンテナ情報を取得する。アンテナ利得テーブルは管理情報処理部４１のＭＩＢに保存されているが、もしなければアンテナ（アンテナユニット）からシリアル通信により取得する。
次にステップＳ６３で、ＢＳ１２０の地理的位置（WGS 84測地系の経緯度）を決定する。
次にステップＳ６４で、ＢＳ１２０のサービスエリアにおいてWSDBが存在するか（アクセスできるか）判断する。存在しないと判断された場合、ステップＳ６５で、ＢＳ１２０のスペクトラムマネージャ（センシング制御部４６）は初期的に全てのチャネルが利用可能とみなす。
存在すると判断された場合、ステップＳ６６で、M-DB-AVAILABLE-REQUEST等のプリミティブに基づき、WSDBから初期の利用可能チャネルリスト（WSCHリスト）を受け取る。
次にステップＳ６７で、ＢＳ１２０の運用者はもし必要なら、初期の利用可能チャネルの内、一部のチャネルを利用不可にする。
次にステップＳ６８で、全ての利用可能チャネルにおいて、既存システムの検出を実施するとともに、近隣の他のＢＳとネットワーク同期を行う。
次にステップＳ６９で、１乃至複数の運用チャネルを選ぶために、ＢＳ１２０のスペクトラムマネージャは上位レイヤ（Network Control and Management System）にM-AVAIL-TV-CH-REPORTプリミティブを用いて利用可能チャネルリストを提示する。本例におけるM-AVAIL-TV-CH-REPORT.requestプリミティブのフォーマットを表２に示す。【００７０】
【表２】
2014065002.tif 000004
M-AVAIL-TV-CH-REPORT.requestプリミティブは不許可チャネル指定或いは運用チャネルの選出のいずれの要求を行う際に用いられ、802.22よりも拡張されたmodeパラメータを有し、シングルキャリア運用で起動する際はmode=2を、マルチキャリア運用で起動する際はmode=3を指定する。その後上位レイヤから、M-OPERATING-TV-CH或いはM-OPERATING-TV-CHSプリミティブを用いて、選ばれた１或いは複数の運用チャネルがスペクトラムマネージャに通知され、ＭＩＢに反映される。本例におけるM-OPERATING-TV-CHS.indicationプリミティブのフォーマットを表３に示す。【００７１】
【表３】
2014065002.tif 000005
The M-OPERATING-TV-CHS.indicationプリミティブは、マルチチャネル運用モードにおいて利用可能チャネルリストから選出された複数の運用チャネルをスペクトラムマネージャから要求される都度応答する目的で、上位レイヤによって用いられる。複数の運用チャネルは、M-AVAIL-TV-CH-REPORT.requestで提示された利用可能チャネルリストにおいて先頭から何番目のチャネルかを示す数（Channel_Number）によって、示される。
上位レイヤは、利用可能チャネルリストから任意に運用チャネルを選べるが、スペクトルセンシングの結果に基づき、ＢＳに備えられた各ＣＨＵのハードウェアで実際に使用可能であり、最も干渉の恐れが少ないチャネルを選ぶことが望まし。スペクトラムマネージャは、上位層からマルチキャリア運用を拒否された場合、mode=2のM-AVAIL-TV-CH-REPORTプリミティブを発行しなおして、１つの運用チャネルを受取るようにしてもよい。
最後にステップＳ７０で、選ばれた運用チャネルでのシングルキャリア運用或いはマルチキャリア運用を開始する。【００７２】
ＣＰＥ１７０の初期化処理は、図１４に示されるように、物理層による同種の（互換性のある）802.22のサービス広告、受信信号強度、センシングの結果が得られた後、或いはＧＰＳ位置情報取得完了の前に、設置時又は起動時における802.22のサービスを選択するステップ（Ｓ７５）を新たに設けた点で、従来の802.22の初期化処理と異なる。
まずステップＳ７１で、ＣＰＥ１７０は、セルフテストを実施する。
次にステップＳ７２で、ＢＳでのステップＳ６２同様、自己のアンテナ利得情報を取得する。
次にステップＳ７３で、ＢＳによるＷＲＡＮサービスをセンシングし、同期する。このステップにおいてセンシングスレッドは、送信中の既存システム（テレビ）の検出も開始する。
次にステップＳ７４で、ＣＰＥ１７０のスペクトラムマネージャは、センシング結果を上位レイヤー（アプリケーションレイヤー）に提示する。具体的には、スペクトラムマネージャのスペクトラムセンシングオートマトン（SSA）が、M-WRAN-SERVICE-REPORTプリミティブを発行し、アプリケーションに対して、利用可能WRANサービスリストの中から複数のチャネルを選出することを要求する。M-WRAN-SERVICE-REPORT.requestプリミティブは、利用可能WRANサービスと、その周波数チャネルと、受信信号強度(RSSL)とを含むリストを含む。
次にステップＳ７５で、アプリケーションは、マルチキャリア運用をしようとする場合、提示されたセンシング結果（そのエリアにおいて特定された利用可能なＢＳと既存システムの存在）に基づいて、利用可能なＢＳの中から複数のWRANサービスを選出する。つまり、マルチキャリア運用かシングルキャリア運用かは、このアプリケーションが決定する。例えば、ＣＨＵの具備数に応じ、マルチチャネルに対応したサービスを好んで選択したり、その逆の選択をすることができる。
そして、M-WRAN-SERVICE-REPORT.requestへの応答として、SSAに向けて、選出された複数のチャネルの情報を含むM-WRAN-SERVICES-RESPONSEプリミティブを発行する。本例におけるM-WRAN-SERVICES-RESPONSE.indicationプリミティブは、１つの選出チャネルを応答する際のM-WRAN-SERVICE-RESPONSを拡張して新たに定義されたものであり、そのフォーマットを表４に示す。【００７３】
【表４】
2014065002.tif 000006
本例では選出チャネルはチャネル番号により示される。
選出チャネルを受け取った後、SSAは、選出チャネル及びその隣接チャネルにおいて、より厳密にセンシングし直して、弱い既存サービスが選出チャネルのＷＲＡＮサービスによって隠されていないか検出する。【００７４】
次にステップＳ７６で、ＧＰＳを用いて有効な地理的位置データを収集する。もしデータ収集に失敗した場合、ＣＰＥは初期化を続行できない。
次にステップＳ７７で、選出されたWRANサービスから、下り及び上りストリームのパラメータを取得する。
次にステップＳ７８で、もし必要であれば、ＣＰＥのアンテナのアジマス（放射ビーム方向）を、ＢＳの方向へ、或いは予干渉や被干渉がより低減できる方向へ向ける。調整後のアジマスの角度（真北を０度とし時計回りに計る）はＭＩＢに反映され、ＢＳ側にも知られることとなる。
次にステップＳ７９で、選出チャネルの内の１つ（チャンネルＮ）とその隣接チャネルが、センシングに合格し、さらにレインジング要求が可能なタイミングの検出に成功すると、ＣＰＥはＢＳと初期レインジングを実施する。
次にステップＳ８０で、選出チャネルの内の１つ（チャンネルＮ）とその隣接チャネルが、センシングクリテリアに合格し、且つ、レインジング要求が可能なタイミングの検出に成功したか判断する。所定時間内に成功しなければ、ＣＰＥは初期化を最初からやり直す。
成功したと判断された場合、ステップＳ８０で、ＣＰＥはＢＳと初期レインジングと実施する。
次にステップＳ８１で、ＣＰＥは、CBC-REQメッセージにより自己の基本能力（basic capabilities）をＢＳに送信する。CBC-REQ(CPE Basic Capability REQuest)メッセージは、原則としてＣＰＥの初期化時にのみ伝送される、Management Message Type = 19の管理メッセージ（後述）であり、この基本能力には、ＣＰＥから送信される最大のＥＩＲＰや、ＣＰＥが対応している変調方式、マルチチャネル運用能力を有しているか否か等の、ＣＰＥでサポートされる物理パラメータが含まれる。マルチチャネル運用能力は、表５に示すように"Multi-channel operation supported"と呼ばれる情報要素として新たに定義される。【００７５】
【表５】
2014065002.tif 000007
なお、ここでＣＰＥが0x01を送信したとしても、マルチチャネル運用能力を実際に発揮するかは、ＣＰＥの裁量である。例えば省電力の目的で、図７のＳ１１においてBS lost状態のCPE-CHUがあってもチャネル追加処理の対象としないことも可能である。【００７６】
次にステップＳ８２で、上位レイヤのＡＡＡ（Authentication, Authorization, and Accounting）サービスが、ＣＰＥの認証を試行する。
認証に失敗した場合ステップＳ８３として、ＣＰＥはその認証拒否の結果を記録し、当面の間その認証拒否したＢＳを考慮しないようにする。ＢＳ側でも、レインジング成功時にしたＣＰＥの仮登録を消去する。
認証に成功した場合ステップＳ８４として、ＡＡＡはＢＳ−ＣＰＥ間の鍵交換を実施する。
次にステップＳ８５で、REG-REQ/RSPメッセージを送受信することで、ＣＰＥの登録を実施する。ＣＰＥからＢＳに送信されるREG-REQメッセージには、ＣＰＥの地理的位置の測定結果であるNMEA 0183フォーマットの文字列や、ＡＲＱをサポートするか否か等のＣＰＥ能力を示す情報要素が含まれる。
ＢＳのスペクトラムマネージャはNMEA文字列が有効か判断し、有効であれば、及びＣＰＥ能力に対応するＣＰＥ設定（ＩＰのバージョン、予備の管理用接続で用いるＩＰアドレス等）を含むREG-RSPを返信する(ステップＳ８５ａ）。無効であれば、期化は失敗となる（ステップＳ８５ｂ）。その後ＣＰＥはREG-RSPで指定されたＣＰＥ設定を自己の能力と照合し、ＣＰＥ設定を遂行可能であれば、ネットワークへのエントリが許される(ステップＳ８５ｃ）。その後、ＢＳ−ＣＰＥ間でＭＩＢ情報の交換が可能になったことが確認されると、登録が達成される。【００７７】
次にステップＳ８６で、ＢＳはＣＰＥにチャネルセットを含むDCDメッセージを送信する。チャネルセットは、スペクトラムマネージャが管理しているチャネルリストの一部または全部がDCD等で送られる時の呼び方である。ここで言う"Operating"は、送り先のＣＰＥにおいても運用中であること意味し、初期化の最中のチャネルは含まれない。従ってＣＰＥに送信されるチャネルセットは通常、Element ID = 10の"Backup and Candidate channel list"である。
次にステップＳ８７で、ＣＰＥはDHCP等のメカニズムを利用して、ＩＰ接続を確立し、次にステップＳ１０１で、ＮＴＰ等のメカニズムを利用して、ＣＰＥの内蔵時計の日付及び時刻合わせを行う。
次にステップＳ８８で、ＣＰＥはＴＦＴＰ（Trivial File Transfer Protocol）を用いてＢＳから運用パラメータを含む設定ファイルを取得する。
次にステップＳ８９で、ＢＳはDSA-REQメッセージを送信し、あらかじめ提供されたサービスフローをＣＰＥにセットアップさせる。
最後にステップＳ９０で、他のＢＳから送信されたプリアンブルやＳＣＨ、ＣＢＰパケットの受信を試みることで発見した近隣ネットワークを、ＢＳに報告する。なおＳ７５及びＳ９０と同様の処理が、運用開始後も、ＢＳと協働しながらIDRP（incumbent detection recovery protocol）として実施され、DCDメッセージのチャネルセットに反映される。
【実施例３】
【００７８】
本例では、実施例１や２では言及しなかった公平なチャネルの共有のためのスキームを説明する。実施例１の構成や機能を踏襲する。【００７９】
本実施例１に係るＢＳ２２０は、自己共存機能部４７を明示的に備える。自己共存機能部４７は、従来のframe contention等による共存の他、チャネル交渉機能を新たに有する。チャネル交渉は、先に運用開始したＢＳが複数チャネルを占有し、後から起動したＢＳが１つもチャネルを利用できない事態を解消する。
チャネル交渉機能を実現するため、ＭＡＣ層で４つの新たなメッセージ、即ち、チャネル開放要求（CHN-REQ）、チャネル開放時刻通知（CHN-RSP）、チャネル開放時刻肯定応答（CHN-ACK）、チャネル開放完了（CHN-CPLT）を定義する。【００８０】
図１５に、本実施例３のＢＳ２２０による、運用チャネル発見（決定）処理のフローを示す。
このフローは、（複数の）隣接セルのチャネルの利用状況を収集してから開始する。
まず、ステップＳ９１として、ＷＳＣＨリストを参照し、自己のバックアップチャネルであり、且つ、隣接ＢＳでバックアップチャネルに指定されていないチャネル（排他的バックアップチャネル）を捜す。
排他的バックアップチャネルが見つかった場合、ステップＳ９２として、従来同様に公平性が考慮されたスペクトルエチケットに従ってチャネル選択処理を行う。【００８１】
他方、排他的バックアップチャネルが存在しない場合は、ステップＳ９３として、自己のセル内のサービス品質が満足度に応じ、もっと運用チャネルが必要か否か判定を行う。満足度ＳＳＲ（Service Satisfaction Ratio）は例えば、そのセル内のＣＰＥの数ＮCPEに対する、満足しているＣＰＥの数Ｎsat の割合で定義され、満足しているかは、式１のように、そのＣＰＥのトラフィックに重みＷを与えた値が、そのＢＳがＣＰＥ１台当りに提供できる伝送レートを超えないか否かで定義する。【００８２】
ＳＳＲ ＝ ＮCPE／Ｎsat ・・・（式１）
Ｎsat ＝ Countifi〔Ｒi・ＮOPE／ＮCPE ＞ Ｗi・λi〕・・・（式２）【００８３】
ここで、Countif〔  〕はカッコ〔  〕内の条件式が一致するＣＰＥの数を表し、iはＣＰＥのインデックスを表す１〜ＮCPEの整数であり、ＮOPEは運用チャネル数、Ｒは１チャネル当りの（最大）伝送レートを表す。Ｒiは、ＢＳとＣＰＥ間の距離等を考慮しなければ、ＣＰＥに依存しない定数でも良い。
そして、ＳＳＲが所定値を超え、これ以上運用チャネルを見つける必要が無いと判断された場合は、処理を終了する。【００８４】
次に、ステップＳ９４として、上記ステップＳ９２でより多くの運用チャネルが必要と判定されたことを受けて、チャネル交渉が可能かどうか判定する。この判定は例えば、マルチチャネルで動作している隣接セルが存在し、その隣接セルのＣＳＡ（Cell Service Availability）値が自セルのＣＳＡよりも大きく、且つ、仮にそのセルが１チャネルを自セルに譲っても、自セルのＣＳＡが逆転しない（譲った隣接セルのそれよりも大きくならない）ような隣接セルが見つかった否かで行う。ＣＳＡ値は、式３のように、そのセル内の各ＣＰＥのトラフィック処理時間の和の逆数として定義される。
ＣＳＡ ＝ {Σi〔Ｗi・λi／（Ｒi・ＮOPE／ＮCPE）〕}-1   ・・・（式３）【００８５】
従って、ステップＳ９３やＳ９４の判定を行うためには、事前に或いは十分なリアルタイム性で、ＳＳＲやＣＳＡ或いはその算出に用いる値を、隣接ＢＳ間で交換する必要がある。【００８６】
次に、ステップＳ９５として、チャネル交渉が可能と判定されたことを受けて、チャネル交渉を実行し、交渉先からチャネルを取得（譲受）する。【００８７】
一方、チャネル交渉が不能と判定さえた場合は、ステップＳ９６として、従来の自己共存を行うべき状況か否か判定する。即ち、ＮOPE＝０、かつ、ＳＣモード（Self Co-existence mode）を実行可能であれば、己共存を行うべきと判定する。
ＳＣモードを実行可能であれば、ステップＳ９７として、IEEE802.22で規定されているSelf Co-existenceを実行する。すなわち、自己のバックアップチャネルで且つ隣接セルの運用チャネルであるチャネルを任意に選択し、ＯＤＦＣと呼ばれるランダムアルゴリズムよってフレーム単位でのチャネル運用権を取得し、時分割でセル間のチャネル共用を実現するか、下り送受信期間（ＤＳ：Down Stream）と上り送受信期間（ＵＳ：Up Stream）をセル間で同期させることによって干渉回避可能な場合には、これによりチャネル共用を実現する。【００８８】
図１６に、ステップＳ９４のチャネル交渉におけるメッセージのフローを示す。チャネル開放要求（CHN-REQ）、チャネル開放時刻通知（CHN-RSP）、チャネル開放時刻肯定応答（CHN-ACK）、チャネル開放完了（CHN-CPLT）が順次やり取りされる。これらのメッセージは、管理メッセージであり、下りストリームのバーストよりはむしろ、ＳＣＷ（Self Coexistence Window）によって伝送される。
チャネル開放要求に、交渉元及び交渉先のＣＳＡ値を含め、チャネル開放要求を受取った交渉先のＢＳは、それを検証して、その結果等に応じて拒否を示すアクションコードを含むチャネル開放時刻通知（CHN-RSP）を返信するようにしても良い。【００８９】
なお、本実施例ではステップＳ９２やＳ９３でＳＳＲやＣＳＡといった指標を用いたが、これに限るものではない。本例において２つの指標を用いた意図は下記の通りである。即ち、ＳＳＲは、特定のＣＰＥのトラフィックが非常に大きいときにＢＳに与える負荷が定量的に現れず、ステップＳ９３でもＳＳＲを使うと、チャネル開放後にそのセルのトラフィックを捌ききれなくなる恐れがあるからである。
【実施例４】
【００９０】
本例では、実施例１や２における起動時など複数のＣＨＵを同時に初期化処理する際の動作や、管理メッセージのフォーマットを明確化した例を説明する。特に言及しない限り、実施例１や２の構成や機能を踏襲する。【００９１】
図１７は、本実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル追加処理のフローである。
図１７のフローは、ステップＳ８の後に、BS-CAM４１が未使用のBS-CHUが残っているかどうか判断するステップＳ１０１が追加され、ステップＳ１６の後に、CPE-CAM８１が未使用のCPE-CHU７１が残っているかどうか判断するステップＳ１０２が追加された点で、実施例１の図８と異なる。【００９２】
これによりＢＳ２の側では、ステップＳ２の運用開始要求からステップＳ８の運用開始準備完了通知までのプロセスが完了したら、ステップＳ１０１の判断が行われ、別の未使用のBS-CHUへの運用開始要求（Ｓ２）へ明示的に進めるようになる。
また、ＣＰＥ７の側では、ステップＳ１２のＢＳサーチ命令からステップＳ１８の継続通知までのプロセスが完了したら、ステップＳ１０２の判断が行われ、別の未使用のCPE-CHUへのＢＳサーチ命令（Ｓ１２）へ明示的に進めるようになる。
なお、未使用のCPE-CHUに対しＢＳサーチのような受信のみの動作をさせることは自由であるから、Ｓ１２において、複数の未使用CPE-CHUに対して、サーチ範囲を異ならたＢＳサーチ命令を一斉に行なっても良い。ＢＳ検知に成功したCPE-CHUから順次ステップＳ１４のＢＳ検知通知を行い、最後まで検知に成功していないCPE-CHUは、検知に成功したCPE-CHUが探索し残した帯域を、サーチ範囲に追加する。【００９３】
図１８は、本実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル追加処理の他のフローである。
図１８のフローは、既にBS-CHU１３やCPE-CHU７１が少なくとも１つ運用され、それらの間で管理メッセージの通信が可能な状態になっている場合のチャネル追加処理である。ステップＳ１の前に、チャンネル番号等を含むマルチチャネル運用に関する集約情報をＢＳ２からＣＰＥ７へ通知するステップ（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）を備えた点で、図１７と異なる。【００９４】
まず、ステップＳ１０３として、BS-CAM４１は、マルチチャネル動作を開始する場合及び動作中定期的に、集約情報を運用中の少なくとも１つのBS-CHU１３ａに送信する。チャネル追加、停止並びに切替処理が行われた後にも送信することが望ましい。
ステップＳ１０４として、BS-CHU１３ａは、受取った集約情報を管理メッセージ(CAM-AIF:Channel Allocation Manager-Aggretgation InFormation)としてＣＰＥ７へ送信する。CAM-AIFメッセージは、好ましくは運用中の全て（今追加しようとしてるチャネルと集約される他のチャネル）のBS-CHU１３から送信する。
ステップＳ１０５として、集約情報を受信したＣＰＥ７のCPE-CHU７１ａは、集約情報をCPE-CAM８１へ転送する。
ステップＳ１０３〜１０５で扱われる集約情報及び管理メッセージは、表６に示すCAM-AIFメッセージに必要なパラメータを含む。ただしType番号は管理メッセージにのみ必須であるが、BS-CAM４１から送信する時点で管理メッセージになっていても良く、途中のBS-CHU１３ａやCPE-CHU７１ａはこの管理メッセージを理解する必要はない。【００９５】
【表６】
2014065002.tif 000008
【００９６】
表６において、"Maximum Aggregation Channels"は、ＢＳ２においてマルチチャネル運用の対象となるBS-CHU１３の数と同じかそれ未満に定められる。ＣＰＥ７はこの数を超えてマルチチャネル運用しようとすることが禁止され、これにより無駄なＢＳサーチをせずに済む。セル内のマルチチャネル運用ＣＰＥと通常運用ＣＰＥの比を制御したいときには、より小さな"Maximum Aggregation Channels"を設定することもある。また、"Channel Number[i]"は、チャンネル番号（carrier index）等を"Maximum Aggregation Channels"の数だけ列挙したものである。【００９７】
本実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル切替処理のフローは、図９に示される実施例１のものと基本的には同じである。ステップＳ３３のＣＨ切替要求は、表７に示すように新たに定義されたCAM-SWHメッセージであり、ステップＳ３１のＣＨ切替要求は、CAM-SWHに必要なパラメータを含む。【００９８】
【表７】
2014065002.tif 000009
【００９９】
"Transaction ID"は、この値が同じメッセージが複数届いたときに、最初のメッセージ以外を無視するためのもので、通常、Transaction IDを要するメッセージを新たに発行するたびにインクリメントして使う。"Switch Channel Number"は、切替先のチャンネル番号（carrier index）等である。このメッセージは、"Aggregation Type"が"Diversity mode"か"Bulk transmission mode"かに関わらず切替元のチャネルのみから送信されることを想定しており、切替元を示す情報は設けていない。推奨されないが、切替元のチャネル以外のチャネルからも送信する場合、ＣＰＥは他の情報（Transaction IDの連続性等）を考慮して切替元を特定することができる。"Confirmation Needed"は、ＣＰＥ７に受信応答（Ｓ３７）を要求するか否かを示すフラグである。これが１のとき、Ｓ３７でＣＰＥ７が応答する受信応答として、表８に示すquot;CAM-SWH-ACK"メッセージを新たに定義する。CAM-SWH-ACKも切替元のチャネルのみから応答されるべきである。【０１００】
【表８】
2014065002.tif 000010
"Confirmation Code"には、802.22の"7.2.24 Confirmation codes"で定義されたものを使う。"Transaction ID"には、CAM-SWHメッセージのそれと同じ値を使う。【０１０１】
本実施例４に係るＢＳ２とＣＰＥ７の間で実行されるチャネル停止処理のフローは、図１０に示される実施例１のものと基本的には同じである。ステップＳ５３の運用停止要求として、表９に示すquot;CAM-STP"メッセージを新たに定義し、ステップＳ５７の運用停止受信応答として、表１０に示すquot;CAM-STP-ACK"メッセージを新たに定義する。このらのメッセージも、チャネル切替の場合と同様、停止対象のチャネルでのみ送受信されることを想定しており、停止するチャネルを示す情報は特段設けていない。【０１０２】
【表９】
2014065002.tif 000011
【０１０３】
【表１０】
2014065002.tif 000012
【０１０４】
この実施例では、ステップＳ３３のＣＨ切替要求等のＢＳ−ＣＰＥ間のメッセージを管理メッセージであると想定したが、このようなブロードキャスト送信に限らず、例えば切替える必要のあるＣＰＥのみに向けたユニキャスト或いはマルチキャスト送信であってもよい。これにより、特定のチャネルにアクセスが集中してしまった場合、CPEに割当てるチャネルを分散させることができる。【０１０５】
本発明の範囲は、上記例で示したＢＳ間の通信による実施例に限定されるものではなく、上記例ではＢＳで行っている処理を、インターネット上に配置された、サーバー、マネージャーなどによって集中制御を行ってもよい。例えば、チャネル交渉は、ＢＳ間で無線を介して行うもの限らず、管理メッセージをカプセル化するなどしてインターネットを介して行なうこともできる。または、各ＢＳのチャネルの運用状態をサーバー、マネージャーが監視し、制御を行ってもよく、各ＢＳがサーバーに対してチャネル要求をしても、本発明の目的と均等な効果をもたらすことが可能である。
また、ＣＨＵの物理層を多系統で構成せず、１つにまとめて構成しても良く、例えば物理層におけるデジタル信号処理によって複数チャネルで受信した信号をダイバーシチ合成するようなものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
２，１２０，２２０：基地局（ＢＳ）、
５：インターネット、    ６：ＤＢサーバー、
７，１７０，２７０：端末装置（ＣＰＥ）、
１３，１３０：無線通信部（BS-CHU：BS-CHannel transceiver Unit）、
１４，７２，１２４：チャネルユニット制御部（CHU-M：CHU-Manager）、
１５，１６：ユニット間Ｉ／Ｆ、
４１：チャネル割当部（BS-CAM：BS-Channel Allocation Manager）、
４２：ＣＰＥ管理部、
４３：管理情報処理部（ＭＩＢ）、  ４４：ＤＢアクセス制御部、
４５：通信データ制御部、  ４６：センシング制御部、
７１：CPE-CHU、
８１：チャネル割当部（CPE-CAM）、
１２５：センシング部、
１３１：ＭＡＣ処理部１３１と、  １３２：ＰＨＹ処理部、
１３３：送受信部（Tx/Rx）、  １３４：管理情報処理部、
１３５：ユニット間Ｉ／Ｆ、  １３６：アンテナ、
【図１】
2014065002.tif 000013
【図２】
2014065002.tif 000014
【図３】
2014065002.tif 000015
【図４】
2014065002.tif 000016
【図５】
2014065002.tif 000017
【図６】
2014065002.tif 000018
【図７】
2014065002.tif 000019
【図８】
2014065002.tif 000020
【図９】
2014065002.tif 000021
【図１０】
2014065002.tif 000022
【図１１】
2014065002.tif 000023
【図１２】
2014065002.tif 000024
【図１３】
2014065002.tif 000025
【図１４】
2014065002.tif 000026
【図１５】
2014065002.tif 000027
【図１６】
2014065002.tif 000028
【図１７】
2014065002.tif 000029
【図１８】
2014065002.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月24日(2014.12.24)
【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】
基地局と複数の端末局とがホワイトスペースの複数のチャネルで無線通信するマルチチャネル通信方法であって、
該基地局のＭＡＣ層におけるチャネル割当マネージャが、既に運用しているチャネルとは別に、１つの新たな運用チャネルを決定する或いは通知される第１ステップ（S１）と、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、該基地局が備える無線通信エンティティに、前記新たな運用チャネルの指定を含む運用開始要求を送信する第２ステップ（S２）と、
該基地局において、該無線通信エンティティに、無線送受信を提供するために必要な管理情報を通知する第３ステップ（S４）と、
該基地局の該無線通信エンティティが、前記通知された管理情報を記憶し、前記チャネルの指定に従って周波数を設定し、スーパーフレーム及びフレームのタイミングを基準となる時刻に同期させる第４ステップ（S５〜７）と、
該基地局が、前記既に運用しているチャネル及び前記新たな運用チャネルにおいて、該基地局のＩＤを含む無線フレームを定期的に送信する第５ステップ（S９）と、
前記第５ステップ（マルチチャネル動作）を開始した基地局が、チャネル集約情報を、MAC層の管理メッセージとして該端末局へ送信する第６ステップ（S103-105）と、
該端末局のチャネル割当マネージャが、該端末局が備える無線通信エンティティに、基地局サーチ命令を発行する第７ステップ（S１２）と、
該端末局の無線通信エンティティが、該基地局からの無線信号を検出したときに、検出された該基地局のＩＤを、該端末局のチャネル割当マネージャに通知する第８ステップ（S１３〜１４）と、
該端末局の無線通信エンティティが、前記無線信号を検出した周波数で、前記新たな運用チャネルのための同期処理を行い、該同期処理の完了を該端末局のチャネル割当マネージャに通知する第９ステップ（S１９〜２０）と、
該端末局が、前記完了の通知を契機として、前記新たな運用チャネルのための登録要求を該基地局に送信する第１０ステップ（S２１）と、
該基地局が、前記登録要求への応答として、該端末局の設定情報を該端末局に通知する第１１ステップ（S２２、S８５）と、
該端末局が、前記設定情報に基づいて、前記新たな運用チャネルを含む複数のチャネルを同時に用いて、該基地局とデータ通信を行う第１２ステップと、を有するマルチチャネル通信方法。
【請求項２】
該基地局の該チャネル割当マネージャが、外部のＤＢにアクセスして取得した、利用可能な周波数チャネルリストを受取る第１３ステップと、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、既存システムを検出するために該基地局で行われたセンシングの結果を受取る第１４ステップと、
該基地局の該チャネル割当マネージャが、該端末局で行われたセンシングの結果を受取る第１５ステップと、
をさらに有し、
該チャネル割当マネージャによる該第１ステップの決定は、該第１９乃至２１ステップによって、利用可能なホワイトスペースのチャネルの変更に気付いた場合に行われることを特徴とする請求項１記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項３】
前記第１１ステップは、
該基地局が、束ねられたデータシーケンス及び集約タイプを管理するためのAggregation Headerを設けたMAC PDU（P）を、１つのPHYフレームにおいて少なくとも１回、端末局へ送信するサブステップと、
該端末局が、該Aggregation Headerを設けたMAC PDUを、１つのPHYフレームにおいて少なくとも１回、該基地局へ送信するサブステップと、
を有する請求項２記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項４】
前記Aggregation Headerは、No aggregation、DiverSity mode又はBulk tranSmiSSion modeの別を示す前記集約タイプと、該Aggregation headerが新たに生成されるたびに１ずつインクリメントされ上限に達すると０に戻るAggregation ＩＤと、を含むことを特徴とする請求項３記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項５】
前記チャネル集約情報は、チャネル集約のオンとオフの別を示すフラグと、該基地局が定める最大集約チャンネル数と、前記既に運用しているチャネル及び前記新たな運用チャネルを含むチャンネル番号の列挙と、を含むことを特徴とする請求項２記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項６】
前記第７ステップにおいて、該端末局のチャネル割当マネージャは、受信した前記チャネル集約情報に基づいてサーチ範囲を指定した前記基地局サーチ命令を送信し、
該端末局が、少なくとも最初の運用チャネルにおける登録要求のために、マルチチャネル運用能力の有無を示す情報要素を該基地局に送信することを特徴とする請求項２記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項７】
前記第１２ステップの後の該基地局において、該チャネル割当マネージャが、切替先のチャネル番号及び切替タイミングの指定を含むチャネル切替要求の管理メッセージを、該無線通信エンティティに切替元のチャネルから送信させる第１６ステップと、
該端末局が、前記チャネル切替要求の管理メッセージを受信したことの確認応答の管理メッセージを、該基地局へ送信する第１７ステップと、
該基地局及び該端末局の夫々の前記無線通信エンティティが、該指定された切替タイミングで、チャネル切替を実行する第１８ステップと、
を有する請求項２記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項８】
前記第１２ステップの後の該基地局において、チャネル割当マネージャが、運用を停止すべきチャネルの番号及び停止タイミングの指定を含むチャネル停止要求の管理メッセージを、該無線通信エンティティに該運用を停止すべきチャネルから送信させる第１９ステップと、
該端末局が、前記チャネル切替要求の管理メッセージを受信したことの確認応答の管理メッセージを、該基地局へ送信する第２０ステップと、
該基地局及び該端末局の夫々の前記無線通信エンティティが、該指定された切替タイミングで、該チャネルの運用を停止し、該チャネルから解放される第２１ステップと、
を有する請求項２記載のマルチチャネル通信方法。
【請求項９】
基地局と複数の端末局とがホワイトスペースの複数のチャネルで無線通信するマルチチャネル通信システムであって、
前記基地局と前記端末局のそれぞれは、１チャネル分の無線送受信を提供する複数の無線通信エンティティと、当該複数の無線通信エンティティを制御する制御部と、を備え、
前記基地局と前記端末局のそれぞれの前記制御部は、
ホワイトスペースチャネルの状況に応じて運用するチャネルを決定し、前記無線通信エンティティのいずれかに割当てるチャネル割当マネージャ（CAM）と、
前記複数の無線通信エンティティが扱うリソースに対する通信データの割当てを決定し、対応する無線通信エンティティにデータ送信命令を出す通信データ制御器と、
前記複数の無線通信エンティティが受信したデータの集約（convergence）および整理を行う集約処理器と、を有し、
前記基地局と前記端末局の前記チャネル割当マネージャは、MAC層の管理メッセージを互いに交換する或いは一方的に送信することで、自局の前記複数の無線通信エンティティのいずれかに運用チャネルを割当てるチャネル追加処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを切り替える処理と、前記複数の無線通信エンティティのいずれかの運用チャネルを停止させる処理と、を実行し、
該チャネル追加処理では、
該基地局のチャネル割当マネージャが、既に運用しているチャネルとは別に１つの新たな運用チャネルを決定し或いは通知され、前記複数の無線通信エンティティの中から運用を開始していない１つの無線通信エンティティを選択して前記新たな運用チャネル及び送信電力の指定を含む運用開始要求を送信し、選択された該無線通信エンティティが、前記チャネルの指定に従って周波数を設定し、スーパーフレーム及びフレームのタイミングを基準となる時刻に同期させることで、該基地局は前記既に運用しているチャネル及び前記新たな運用チャネルにおいて、該基地局のＩＤを含む無線フレームを定期的に送信し、
該端末局のチャネル割当マネージャが、該端末局が備える無線通信エンティティの１つに、基地局サーチ命令を発行し、該端末局の該無線通信エンティティが検出した無線信号が該基地局からであったときに、前記無線信号を検出した周波数で該無線通信エンティティに前記新たな運用チャネルのための同期処理を続行させることで、該端末局は該同期処理の完了を契機として、前記新たな運用チャネルでの登録要求を該基地局へ送信し、
該基地局が、前記登録要求への応答として、該端末局の設定情報を該端末局に通知するものであり、
該端末局は、前記設定情報に基づいて、前記新たな運用チャネルを含む複数のチャネルを同時に用いて、該基地局とデータ通信を行うことを特徴とするマルチチャネル通信システム。
【請求項１０】
該基地局の該チャネル割当マネージャは、外部のＤＢにアクセスして取得した、利用可能な周波数チャネルリストを受取り、また既存システムを検出するために該基地局で行われたセンシングの結果を受取り、更に該端末局で行われたセンシングの結果を受取り、これらの受取りにより利用可能なホワイトスペースのチャネルの変更に気付いた場合に、前記運用するチャネルの決定を行うことを特徴とする請求項９記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項１１】
前記運用チャネルを切り替える処理は、該基地局の該チャネル割当マネージャが、ホワイトスペースチャネルのリストに基づき切替後のチャネルを判断する処理と、該基地局の該チャネル割当マネージャが、切替後のチャネルを指定したMAC層の切替要求メッセージを、切替元のチャネルが割当てられた前記基地局の前記無線通信エンティティに送信させる処理と、該端末局の該チャネル割当マネージャが、受信した該切替要求メッセージへの応答メッセージを、切替元のチャネルが割当てられた前記端末局の前記無線通信エンティティに送信させる処理と、を含み、
前記運用チャネルを停止させる処理は、該基地局の該チャネル割当マネージャが、ホワイトスペースチャネルのリストに基づきチャネルの運用を停止判断する処理と、該基地局の該チャネル割当マネージャが、停止タイミングを指定したMAC層の停止要求メッセージを、停止対象のチャネルが割当てられた前記基地局の前記無線通信エンティティに送信させる処理と、該端末局の該チャネル割当マネージャが、受信した該停止要求メッセージへの応答メッセージを、停止対象のチャネルが割当てられた前記端末局の前記無線通信エンティティから送信させる処理と、を含む請求項１０に記載のマルチチャネル通信システム。
【請求項１２】
前記基地局の制御部は、
該基地局に接続している前記複数の端末局の夫々について、端末局を特定するＩＤと、少なくとも該基地局に接続している無線通信エンティティを特定する情報と、該接続している無線通信エンティティが、マルチチャネル化されているか否かを示す情報とを、対応付けて管理する端末局マネージャと、
データプレーンのデータをクラスに応じてキューイング、送信順序およびフロー制御し、管理プレーンやコグニティブプレーンのデータと共にマッピングし、該マッピングの情報を含む管理メッセージと対応する通信データとを、対応する無線通信エンティティに出力する通信データ制御部と、
前記基地局が備える物理層のスペクトラムセンシング機能を制御してセンシングを行い、センシング情報に基づき、利用可能チャネルの分類を保持するチャネルリストを更新するセンシング制御部と、を更に備え、
前記通信データ制御部は、該端末局マネージャが管理する情報、該複数の端末局からの帯域要求及び受信状態に基づいて該マッピングを行い、
前記集約処理器は、ロバストモードにおいて、該複数の無線通信部が冗長に受信したデータのうち、正常に受信したデータを一つ選択したうえで、データの順序を整列する処理と、高速モードにおいて、該複数の無線通信部が受信したデータの順序を整列する処理と、を行い、
該基地局及び該端末局の無線通信エンティティのそれぞれは、前記通信データ制御部からの該マッピングの情報或いはそれを含んだ管理メッセージに従って、ＭＡＣフレーム化処理及びでフレーム化処理を行う低レベルＭＡＣ処理部を有することを特徴とする請求項１０記載のマルチチャネル通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
次に、本例のＢＳ１２０とＣＰＥ１７０の初期化処理を、図１３と図１４に示す。
本例のＢＳ１２０の初期化処理は、図１３に示されるように、１次システム検出処理の後或いは初期化処理の最後に、利用可能なＴＶチャネルのリストを、上位層に提示するステップ（Ｓ６９）と、その提示後にマルチチャネル動作を開始するステップ（Ｓ７０）と、を新たに設けた点で、802.22の初期化処理と異なる。
まずステップＳ６１で、ＢＳ１２０は専門家によりインストールされる。
次にステップＳ６２で、アンテナ利得テーブルを含むアンテナ情報を取得する。アンテナ利得テーブルは管理情報処理部４３のＭＩＢに保存されているが、もしなければアンテナ（アンテナユニット）からシリアル通信により取得する。
次にステップＳ６３で、ＢＳ１２０の地理的位置（WGS 84測地系の経緯度）を決定する。
次にステップＳ６４で、ＢＳ１２０のサービスエリアにおいてWSDBが存在するか（アクセスできるか）判断する。存在しないと判断された場合、ステップＳ６５で、ＢＳ１２０のスペクトラムマネージャ（センシング制御部４６）は初期的に全てのチャネルが利用可能とみなす。
存在すると判断された場合、ステップＳ６６で、M-DB-AVAILABLE-REQUEST等のプリミティブに基づき、WSDBから初期の利用可能チャネルリスト（WSCHリスト）を受け取る。
次にステップＳ６７で、ＢＳ１２０の運用者はもし必要なら、初期の利用可能チャネルの内、一部のチャネルを利用不可にする。
次にステップＳ６８で、全ての利用可能チャネルにおいて、既存システムの検出を実施するとともに、近隣の他のＢＳとネットワーク同期を行う。
次にステップＳ６９で、１乃至複数の運用チャネルを選ぶために、ＢＳ１２０のスペクトラムマネージャは上位レイヤ（Network Control and Management SyStem）にM-AVAIL-TV-CH-REPORTプリミティブを用いて利用可能チャネルリストを提示する。本例におけるM-AVAIL-TV-CH-REPORT.requeStプリミティブのフォーマットを表２に示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
次にステップＳ７６で、ＧＰＳを用いて有効な地理的位置データを収集する。もしデータ収集に失敗した場合、ＣＰＥは初期化を続行できない。
次にステップＳ７７で、選出されたWRANサービスから、下り及び上りストリームのパラメータを取得する。
次にステップＳ７８で、もし必要であれば、ＣＰＥのアンテナのアジマス（放射ビーム方向）を、ＢＳの方向へ、或いは予干渉や被干渉がより低減できる方向へ向ける。調整後のアジマスの角度（真北を０度とし時計回りに計る）はＭＩＢに反映され、ＢＳ側にも知られることとなる。
次にステップＳ７９で、選出チャネルの内の１つ（チャンネルＮ）とその隣接チャネルが、センシングクリテリアに合格し、且つ、レインジング要求が可能なタイミングの検出に成功したか判断する。所定時間内に成功しなければ、ＣＰＥは初期化を最初からやり直す。
成功したと判断された場合、ステップＳ８０で、ＣＰＥはＢＳと初期レインジングと実施する。
次にステップＳ８１で、ＣＰＥは、CBC-REQメッセージにより自己の基本能力（baSic capabilitieS）をＢＳに送信する。CBC-REQ(CPE BaSic Capability REQueSt)メッセージは、原則としてＣＰＥの初期化時にのみ伝送される、Management MeSSage Type = 19の管理メッセージ（後述）であり、この基本能力には、ＣＰＥから送信される最大のＥＩＲＰや、ＣＰＥが対応している変調方式、マルチチャネル運用能力を有しているか否か等の、ＣＰＥでサポートされる物理パラメータが含まれる。マルチチャネル運用能力は、表５に示すように"Multi-channel operation Supported"と呼ばれる情報要素として新たに定義される。
【国際調査報告】
2014065002.tif 000031
2014065002.tif 000032
2014065002.tif 000033
2014065002.tif 000034