(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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一の基地局が実行する方法であって、
前記一の基地局が利用可能な予備チャネルの内に、前記一の基地局のセルに隣接するセルを構成する他の基地局の運用チャネルでないチャネルがあるかを判定する判定処理と、
前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該チャネルの１つを自己の運用チャネルとする公平化処理と、
前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルがない場合は、セル内における無線通信端末ごとの発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として一の基地局及び他の基地局の夫々に対して算出される満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を決定し、当該決定した基地局に運用チャネルを開放させる交渉処理と、を含むことを特徴とするチャネル利用方法。
【請求項２】
請求項１に記載のチャネル利用方法において、
前記公平化処理は、
前記一の基地局が利用可能な予備チャネルの内に、前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルがある場合、更に、当該チャネルが当該他の基地局が利用可能な予備チャネルでないかを判定し、
前記他の基地局の予備チャネルでない場合は、前記チャネルを自己の運用チャネルとし、
前記他の基地局の予備チャネルである場合は、前記一の基地局の満足度が当該他の基地局の満足度より小さいか又は前記判定処理以降の一連の処理の繰り返しによって当該他の基地局の満足度が不変であることを条件に、前記チャネルを前記一の基地局の運用チャネルとすることを特徴とするチャネル利用方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のチャネル利用方法において、
前記交渉処理は、
前記一の基地局の満足度が前記他の基地局の満足度に比べて最小であるか又は前記判定処理以降の一連の処理の繰り返しによって当該他の基地局の満足度が不変であること、かつ、当該他の基地局に運用チャネルを開放させたことにより両者の満足度が逆転しないことを条件に、当該他の基地局に運用チャネルを開放させることを特徴とするチャネル利用方法。
【請求項４】
無線通信端末を収容するセルを１又は複数のチャネルを利用して構成する複数の基地局と、複数の基地局の夫々が利用可能な予備チャネルに関する情報を管理する管理装置と、を備えたマルチチャネル無線通信システムであって、
前記管理装置は、一の基地局が利用可能な予備チャネルの内に、当該一の基地局のセルに隣接するセルを構成する他の基地局が運用していないチャネルがあるかを判定し、当該運用していないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該運用していないチャネルの１つを当該一の基地局の運用チャネルとし、当該運用していないチャネルがない場合は、セル内における発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として定まる満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を選択し、当該選択した基地局とチャネル交渉を行うことを特徴とするマルチチャネル無線通信システム。
【請求項５】
ホワイトスペースの周波数のチャネルを複数利用して無線通信端末を収容するセルを構成する基地局であって、
スペクトルセンシングにより把握した自己が利用可能な予備チャネルの内に、自己のセルに隣接するセルを構成する他の基地局が運用していないチャネルがあるかを判定し、当該運用していないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該チャネルの１つを自己の運用チャネルとし、当該運用していないチャネルがない場合は、セル内における無線通信端末ごとの発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として自己及び他の基地局の夫々に対して算出される満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を決定し、当該決定した基地局に運用チャネルを開放させるチャネル管理手段を有することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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技術に関し、特に、隣接する基地局間でのチャネル利用を制御する技術に関する。
【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。
しかしながら、今後も増え続けるであろう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（非特許文献１参照）。
【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：Data Base）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（周波数リスト）と最大送信可能電力とを取得する。送信可能チャネルリストは、基地局（ＢＳ：Base Stati
on）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spe ctrum 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はこの送信可能チャネルリストに基づき通信に利用可能なチャネルを、運用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無線通信端末（ＣＰＥ：Customer Premises Equipment）と通信を行う。
【０００５】
また、ＳＭはスペクトルセンシング情報の管理を行う。各無線局（ＢＳおよびＣＰＥ。以下同様。）はスペクトルセンシング機能を具備している。各無線局は、スペクトルセンシングによって、決定された運用チャネルが既存システム（一次利用者のシステム）によって使用されていることを検知すると、その情報をＳＭに通知する。すると、ＳＭはＤＢに検知情報を通知した上で、送信可能チャネルリストからこのチャネルを除外する。
ホワイトスペースを利用する無線通信システムは、このようにして時々刻々と更新される情報に基づきダイナミックなスペクトルアクセスを行うことで、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。
【０００６】
ＳＭに具備されているこの他の機能としては運用しているチャネル（ＯＰＥ）のリストや、予備チャネル（ＢＡＫ）のリストを隣接ＢＳ間で共有する機能があり、この情報に基づき、地理的に近接するIEEE802.22セル（隣接セル）間で干渉を起こさないよう、チャネルを排他的に選択できる。また、排他利用不可能な場合には、隣接するセル間でチャネルを時分割で共用するSelf Co-existence 機能（ＳＣ）を備える。（非特許文献２参照）
【０００７】
図８は、非特許文献２における、自セルの利用可能チャネルリストと、全隣接セルのチャネルリスト取得後の、運用チャネル（Operating Channel）決定の流れを示すフローチャートである。
【０００８】
非特許文献２では、チャネルの状態として、例えば以下の状態がある。
ＡＶＡ（Available）：ＤＢによりホワイトスペースとして利用可能と通知されたチャネル。
ＯＰＥ（Operation）：セル内で運用しているチャネル。
ＢＡＫ（Backup）：ＡＶＡであり、かつ、センシング結果からも運用可能と判断した運用候補チャネル。
ＬＰ１（Local priority1）：ＢＡＫの中で、隣接セルのＯＰＥでもＢＡＫでもないチャネル。
ＬＰ２（Local priority2）：ＢＡＫの中で、隣接セルのＯＰＥではないチャネル。
ＬＰ３（Local priority3）：ＢＡＫの中で、隣接セルのＯＰＥチャネル。
【０００９】
また、前提として、隣接セルからのＳＣＨ（Superframe Control Header）やＣＢＰ（Co-existence Beacon Protocol）の受信を行うことで、各ＢＳは隣接セルのＯＰＥ、ＢＡＫチャネルのリストを取得可能である。そして、隣接セルのチャネルの運用状態に基づき、隣接セル間で干渉を起こさないようなチャネルの選択を行う。
【００１０】
ＳＣＨは１６フレームを１つの制御周期とするスーパーフレームの先頭フレームにおいて送信されるフレームヘッダであり、ＢＳを固有に識別するためのＩＤや利用候補チャネルの情報を含む。
【００１１】
また、ＣＢＰは上りサブフレームの最後に割当てられるＳＣＷ（Self Co-existence Window）と呼ばれる期間に送信され、ＳＣＨと同様、ＢＳを固有に識別するためのＩＤやＢＡＫチャネル番号の情報などを含み、さらにはSelf Co-existence モードにおいて用いられる、ＯＤＦＣ（On-Demand Frame Contention）（図８、Ｓ１０４）のためのフレーム開放要求（ＦＣ−ＲＥＱ）、応答（ＦＣ−ＲＳＰ）、応答確認（ＦＣ−ＡＣＫ）、開放通知（ＦＣ−ＲＥＬ）などといった情報要素（ＩＥ：Information Element）を含む。
【００１２】
まず始めに、ＳＭは隣接セルの運用チャネル情報を基に、排他的に利用可能なチャネル、すなわちＬＰ１またはＬＰ２の状態のチャネルがあるかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。
そして、排他利用可能なチャネルが存在し、ＬＰ１が存在する場合には、ＬＰ１の中からＯＰＥとするチャネルを選択し、ＬＰ１が存在しない場合には、ＬＰ２の中からＯＰＥとするチャネルを選択する（ステップＳ１０２）。さらに、このとき、チャネル利用の優先順位などシステム規定の基準にしたがい、チャネルを選択し、そのチャネルを運用チャネルとして決定してもよい。優先順位には、ＣＩＮＲ（搬送波電力対干渉雑音電力比；Carrier power to Interference and Noise power Ratio）などのチャネルの品質や国の定める無線通信規制やネットワークの運用ルールやネットワークオペレータの指示にしたがう方法などがある。
【００１３】
他方、排他的に利用可能なチャネルが無い場合には、ＳＭはＳＣ（Self Co-existence）モードを実行可能かどうか判断する（ステップＳ１０３）。
ＬＰ３が存在しない場合や、国の定める無線通信規制やネットワークの運用ルールやネットワークオペレータの指示などによりＳＣモードを実行できない場合には、運用チャネルを取得せず、ＢＳの動作を停止するか、排他利用可能なチャネルが現れるまで待機することとなる。
ＳＣモードを実行できる場合には、ＬＰ３の中から任意のチャネルを選択し、ＯＤＦＣと呼ばれるランダムアルゴリズムよって隣接セルのＯＰＥからフレーム単位で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（down stream subframe）と上り送受信期間（up stream subframe）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特表２００９−５１５４６８号公報
【非特許文献】
【００１５】
【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】
【００１６】
IEEE802.22システムは、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いるため、より高速な通信サービスを提供するために、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。このため、仮に非特許文献２の方法によって複数の運用チャネルを取得しようとする場合には、先にチャネルの取得を試みたセルが多くのチャネルを占有してしまうため、後から起動したＢＳが構成・管理するセルや、トラヒックなどに応じて後からチャネルを追加して取得したい場合などには、既に排他的に運用可能なチャネルが残されておらず、セル間のサービスに不公平が生じてしまう。
【００１７】
なお、IEEE802.22システムを具体的な例の１つにあげて説明したが、IEEE802.22システムに限らず、加入者局を収容するエリアをそれぞれ複数のチャネルを利用して構成する複数のＢＳを備えたコグニティブ無線通信システムにおいては、同様な不公平が生じてしまう。
【００１８】
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、複数チャネルをセル間で公平利用可能にし、各セルの顧客満足度（ＣＳ：Customer Satisfaction）の向上を実現することを目的とする。
また、本発明は、マルチチャネル無線通信システムにおいて、公平性をもって、ホワイトスペースの有効利用を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るチャネル利用方法は、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基地局が実行する方法であって、自己が利用可能な予備チャネルの内に、自己のセルに隣接するセルを構成する他の基地局の運用チャネルでないチャネルがあるかを判定する判定処理と、前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該チャネルの１つを自己の運用チャネルとする公平化処理と、前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルがない場合は、セル内における発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として規定される満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を決定し、当該決定した基地局に運用チャネルを開放させる交渉処理と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
上記のようにＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３を定義したシステムを例にすれば、自己の基地局が利用可能な予備チャネル（ＢＡＫ）の内に、自己のセルに隣接するセルを構成する他の基地局の運用チャネル（ＯＰＥ）でないチャネル（すなわち、ＬＰ１又はＬＰ２）があるかを判定し、このようなチャネルがある場合は、スペクトルエチケットが許す限り当該チャネルを自己の運用チャネル（ＯＰＥ）とし、他方、このようなチャネルがない場合（すなわち、ＬＰ３）は、満足度に基づく交渉処理によって、当該他の基地局に運用チャネル（ＯＰＥ）を開放させるという一連の処理が繰り返される。
【００２１】
本発明に係るチャネル利用方法では、前記公平化処理は、例えば、自己が利用可能な予備チャネルの内に、前記他の基地局の運用チャネルでないチャネルがある場合、更に、当該チャネルが当該他の基地局が利用可能な予備チャネルでないかを判定し、前記他の基地局の予備チャネルでない場合は、前記チャネルを自己の運用チャネルとし、前記他の基地局の予備チャネルである場合は、自己の満足度が当該他の基地局の満足度より小さいか又は前記判定処理以降の一連の処理の繰り返しによって当該他の基地局の満足度が不変であることを条件に、前記チャネルを自己の運用チャネルとする、ことができる。
【００２２】
すなわち、上記例によれば、自己の基地局がＢＡＫの中のチャネルをＯＰＥとしようとする場合、ＬＰ１であれば、当該チャネルをＯＰＥとすることができ、ＬＰ２であれば、満足度のバランスを考慮して、他の基地局のＢＡＫを自己の基地局のＯＰＥとする。
したがって、隣接セルの基地局と公平性をもって、自己の基地局がＢＡＫの中のチャネルをＯＰＥとすることができる。
【００２３】
本発明に係るチャネル利用方法では、前記交渉処理は、例えば、自己の満足度が前記他の基地局の満足度に比べて最小である（他の基地局のいずれの満足度より小さいか等しい）か又は前記判定処理以降の一連の処理の繰り返しによって当該他の基地局の満足度が不変であること、かつ、当該他の基地局に運用チャネルを開放させたことにより両者の満足度が逆転しないことを条件に、当該他の基地局に運用チャネルを開放させることができる。
【００２４】
すなわち、上記例によれば、自己の基地局がＢＡＫの中のチャネルをＯＰＥとしようとする場合、ＬＰ３（他の基地局のＯＰＥ）であれば、当該チャネルをそのままＯＰＥとすると通信干渉を生じてしまうので、満足度のバランスを考慮して、他の基地局のＯＰＥを開放させ、当該チャネルを自己の基地局のＯＰＥとすることを可能にする。
したがって、隣接セルの基地局と通信干渉を生ずることなく、かつ、公平性をもって、自己の基地局がＢＡＫの中のチャネルをＯＰＥとすることができる。
【００２５】
本発明に係るマルチチャネル無線通信システムは、無線通信端末を収容するセルを１又は複数のチャネルを利用して構成する複数の基地局と、複数の基地局の夫々が利用可能な予備チャネルに関する情報を管理する管理装置と、を備えて、前記管理装置は、当該一の基地局が利用可能な予備チャネルの内に、当該位置の基地局のセルに隣接するセルを構成する他の基地局が運用していないチャネルがあるかを判定し、当該運用していないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該運用していないチャネルの１つを自己の運用チャネルとし、当該運用していないチャネルがない場合は、セル内における発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として定まる満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を選択し、当該選択した基地局とチャネル交渉を行うことを特徴とする。
【００２６】
ここで、マルチチャネル無線通信システムにおける管理装置は、各基地局を集中管理するネットワーク上のサーバーなどの形態で設けることや、或いは、各基地局が管理装置の機能を備える形態で設けることが可能である。
したがって、このマルチチャネル無線通信システムは、上記本発明に係るチャネル利用方法を実施する。
【００２７】
本発明に係る基地局は、ホワイトスペースの周波数のチャネルを複数利用して無線通信端末を収容するセルを構成する基地局であって、スペクトルセンシングにより把握した自己が利用可能な予備チャネルの内に、自己のセルに隣接するセルを構成する他の基地局が運用していないチャネルがあるかを判定し、当該運用していないチャネルが１つ以上ある場合は、所定のエチケットに従って、当該チャネルの１つを自己の運用チャネルとし、当該運用していないチャネルがない場合は、セル内における発生通信量と、基地局と無線通信端末との間の伝搬環境に依存する伝送レートと、現に割り当てられている運用チャネル数との関数として自己及び他の基地局の夫々に対して算出される満足度に基づいて、当該他の基地局の中から運用チャネルの開放を求める基地局を決定し、当該決定した基地局に運用チャネルを開放させるチャネル管理手段を有することを特徴とする。
したがって、この基地局は、上記本発明に係るチャネル利用方法を実施する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、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、セル間で公平なチャネル利用が可能となり、無線通信端末を使用するユーザの帯域要求に対し、公平にサービスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基地局（ＢＳ）の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る無線通信端末（ＣＰＥ）の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るチャネル決定処理を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る公平化処理を説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る交渉処理を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る交渉処理を説明する図である。
【図８】従来例に係る運用チャネル取得処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
〈マルチチャネル無線通信システムの概要〉
図１は、本実施形態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図である。
図１に示されるように、本例のシステムは、セル１（Ｃｅｌｌ１）と、セル２（Ｃｅｌｌ２）と、Ｃｅｌｌ１のバックホール回線５１と、Ｃｅｌｌ２のバックホール回線５２と、インターネット５と、ホワイトスペースの情報を提供する管理装置のＤＢ６から構成される。このＤＢ６を備えた管理装置は、後述するように、各セルを構成する各基地局（ＢＳ）に割り当てられた排他的に使用する運用チャネル（ＯＰＥ）等に関する情報を管理する。
【００３２】
Ｃｅｌｌ１は、図示の例では、戸別に設置される子局や携帯電話等の無線通信端末であるＣＰＥ１１及びＣＰＥ１２と、これらの無線通信端末が接続する基地局であるＢＳ１０とを含んでおり、ＣＰＥ１１とＣＰＥ１２とＢＳ１０を囲む円はＢＳ１０のサービス範囲、すなわちＣｅｌｌ１の範囲を示している。
また、Ｃｅｌｌ２は、図示の例では、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２、ＣＰＥ２３及びＣＰＥ２４と、ＢＳ２０とを含んでおり、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２、ＣＰＥ２３、ＣＰＥ２４とＢＳ２０を囲む円はＢＳ２０のサービス範囲、すなわちＣｅｌｌ２の範囲を示している。
【００３３】
また、例えば国から周波数使用のライセンスを受けている一次利用者の無線通信システム（以下、「既存システム」という）３は、送信局３０を含んで構成されている。また、送信局３０を囲む円は既存システム３のサービス範囲を示しており、ライセンスを受けているチャネルｆ３を利用してサービスを行っている。
また、既存システム４は、送信局４０を含んで構成されている。また、送信局４０を囲む円は既存システム４のサービス範囲を示しており、ライセンスを受けているチャネルｆ５を用いてサービスを行っている。
【００３４】
ここで、図１に示されるように、Ｃｅｌｌ１のサービス範囲と既存システム３のサービス範囲は、地理的に近い位置に存在し、さらにオーバーラップしているため、Ｃｅｌｌ１がチャネルｆ３をＯＰＥチャネルとしてしまうと、既存システム３に干渉を与えてしまう。よって、Ｃｅｌｌ１はチャネルｆ３をホワイトスペースとして利用することができない。
【００３５】
チャネルｆ３を利用できない事実は、ＢＳ１０がＤＢ６にアクセスすることによって取得可能である。また、仮にＤＢ６の情報が古く、不正確で、チャネルｆ３をＡＶＡチャネルとしてＢＳ１０に通知したとしても、ＣＰＥ１１がスペクトルセンシングを行い、検出結果として既存システム３の検出情報をＢＳ１０に通知することで、使用不可であることを認識可能である。
このような手段により、Ｃｅｌｌ１はチャネルｆ１、ｆ２、ｆ４、ｆ５をＢＡＫチャネルとして認識している。さらに、後述するように、これらのチャネルの中からＳＭを用いて各セルの顧客満足度（ＣＳ）が公平となるように、ＯＰＥチャネルが決定される。
【００３６】
同様に、Ｃｅｌｌ２は既存システム４が近隣に存在するため、ＤＢ６へのアクセスによって、チャネルｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４をホワイトスペースとして利用することができるＡＶＡであることを認識し、さらにＣＰＥ２４によるスペクトルセンシングによって、既存システムの不在を確認することで、該チャネルがＢＡＫチャネルであることを認識している。
本例における、各セル（各ＢＳ）の顧客満足度ＣＳの定義は、（式１ａ）又はの（式１ｂ）通りである。
【００３７】
ＣＳ＝ＮOPE／ＭａｘCPE（Ｗ×λ／（Ｒ／ＮCPE））・・・（式１a）
ＣＳ＝ＮOPE／SigmaCPE（Ｗ×λ／Ｒ）・・・（式１b）
【００３８】
ここで、ＣＳは値が大きいほどセル内の満足度が高いことを意味し、ＮOPE はセル内の運用チャネル数（ただし、本例では、ＳＣモードのチャネルは含まない）、λはセル内のＣＰＥごとの発生通信量（トラヒック）、Ｒはセル内のＢＳとＣＰＥとの間の距離や伝搬環境などに依存して決定するＣＰＥごとの最大伝送レートまたは通信路容量、Ｗはセル内のＣＰＥごとの重み、ＮCPEはセル内のＣＰＥの数を表し、SigmaCPEはセル内の全てのＣＰＥに対する総和演算を表す。ＮOPEが０のときはＣＳも０になる。
また、Ｗは、例えば、加入者の会員資格などでその値が決まり、高額料金プランの加入者や、自治体、プラントなどの重要インフラなどに対して、大きな値を割当てる。
【００３９】
式１ａは、全てのチャネルの伝送容量Ｒが等しいと仮定し、Ｒ／ＮCPEはセル内の全ＣＰＥに均等に通信機会を割当てた場合の各ＣＰＥのチャネルあたりの伝送容量を表し、λ／（Ｒ／ＮCPE）はそのＣＰＥが必要とするチャネル数を表し、重み（W）を付けた必要チャネル数の最大値をセル内の必要チャネル数としたときに、ＣＳ値は現に割当てられたチャネル数がセル内の必要チャネル数に対して何倍の余裕があるかを示す値とも解せる。
一方、式１ｂは、各ＣＰＥにとって、他のＣＰＥも自己と同じＲだと仮定して、ＢＳの全伝送容量（ＮOPE・Ｒ。このＲは１チャネル当りのレートとする）が自己のトラフィック（λ）に対して何倍の余裕があるかを示す値を、重み（Ｗ）付きで足し合わせたものとも解せる。ＣＳ値は通常、ＮOPEやＲについての単調増加関数であり、ＮCPEやλについての単調減少関数である。なおＲが常に変動しうるため、ＣＳ値は比較可能な程度の精度を有した概算値でよい。
本例では、後述するように、このＣＳ値を基準値とし、例えば、隣接セルと比較したときに相対的にＣＳ値が小さいと判断したセルが、優先的にＯＰＥチャネルを選択したり、ＯＰＥチャネルの獲得交渉を行ったりする。
【００４０】
〈基地局（ＢＳ）の具体的構成例〉
図２には、ＢＳ１０やＢＳ２０となるＢＳの構成例を示す。
ＢＳは、アンテナ１０１と、ベースバンド（ＢＢ）から無線周波数（ＲＦ）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と、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。
【００４１】
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。
【００４２】
周波数管理部１０７は、利用可能なチャネルの記憶・管理の他に、近隣のセルのチャネルの運用状況の管理を行い、図２に示すようなセル内で運用するＯＰＥチャネルの決定処理を行う機能が含まれる。さらに、本発明においては、近隣のＢＳに対して、チャネルの開放要求・応答を行うチャネル交渉機能を具備する。
すなわち、周波数管理部１０７は、自己が利用可能な予備チャネル（ＢＡＫ）の内に、自己のセルに隣接するセルを構成する他の基地局の運用チャネル（ＯＰＥ）でないチャネルがあるかを判定し、当該他の基地局の運用チャネルでないチャネルがある場合は、上記顧客満足度（ＣＳ）に基づいて、当該チャネルを自己が排他的に使用する運用チャネル（ＯＰＥ）とするチャネル管理手段を構成している。
【００４３】
〈無線通信端末（ＣＰＥ）の具体的構成例〉
図３には、ＣＰＥ１１，ＣＰＥ１２，ＣＰＥ２１，ＣＰＥ２２等となるＣＰＥの構成例を示す。
ＣＰＥは、アンテナ２０１と、ＢＢからＲＦ帯への周波数変換やＲＦ帯からＢＢへの周波数変換や信号増幅などを行うＲＦ部２０２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２０３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処理部２０４と、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２０５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２０６と、無線機全体を管理制御する主制御部２０７と、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２０８を備えている。
【００４４】
主制御部２０７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２０３、ＭＡＣ処理部２０４、センシング部２０６は、主制御部２０７が実行するプログラムに置き換えることも可能である。
【００４５】
〈マルチチャネル無線通信システムの動作〉
以下、本実施形態に係るマルチチャネル無線通信システムの動作について説明する。
ここで、本例では、初期状態として、ＢＳ１０とＢＳ２０のそれぞれに含まれる周波数管理部１０７は、ＩＰネットワーク上のＤＢ６にアクセスして利用可能チャネルリストを取得しているものとし、ＢＳ１０は自己が構成・管理するＣｅｌｌ１でチャネルｆ１、ｆ２、ｆ４、ｆ５が利用可能である（ＢＡＫである）ことを認識しており、ＢＳ２０は自己が構成・管理するＣｅｌｌ２でチャネルｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４がＢＡＫであることを認識しているものとする。また、IEEE802.22が規定する手段、すなわち、隣接セルのＢＳが定期的に送信するＳＣＨの受信や、隣接セルのＢＳまたはＣＰＥが送信するＣＢＰの受信にことにより、ＢＳ１０とＢＳ２０のそれぞれに含まれる周波数管理部１０７は、隣接セルのチャネルの運用状態として、ＢＡＫチャネルとＯＰＥチャネルを認識しているものとする。
【００４６】
なお、本例のＣＢＰでは、IEEE802.22規定の情報要素に加え、隣接セルが運用するチャネルを自ＢＳが運用するための手続きに用いられるメッセージとして、チャネル開放要求（ＣＮ−ＲＥＱ：Channel Negotiation Request）、応答（ＣＮ−ＲＳＰ： CN Response）、応答確認（ＣＮ−ＡＣＫ：CN Acknowledgement）、開放通知（ＣＮ−ＲＥＬ：CN Release）、ＯＰＥチャネル数（ＮOPE）、運用チャネル番号、ＣＳ値などといった情報要素を含む。
【００４７】
図４は、各ＢＳが行なうＯＰＥチャネル決定フローである。
まず始めに、隣接セル（複数存在しうる）のチャネルの利用状況を収集するために、システム規定の時間、待機する（ステップＳ２０１）。この間、センシングなどを行い、新たに既存システムがＢＡＫチャネルの利用を開始していないかについても確認を行う。
また、ＣＳ値やＯＰＥチャネル数（ＮOPE）が大きいほど待機時間を長くとってもよく、これにより、ＯＰＥチャネルを取得しようとするＢＳ間で優先順位を設けることも可能である。
【００４８】
そして、待機時間の経過後に、自己の予備チャネル（ＢＡＫ）の内に、排他利用可能なチャネルＬＰ１またはＬＰ２の状態のチャネルがあるかどうかを判定する（ステップＳ２０２）。
この判断の結果、排他利用可能なチャネルが存在する場合には、図５を参照して後述するように、公平性を考慮し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（ステップＳ２０３）。
【００４９】
他方、排他利用可能なチャネルが存在しない場合は、自己のセル内のサービス品質が満足されたかの判定を行う（ステップＳ２０４）。本例では、例えば判定指標として、式２を用いる。
【００５０】
Ｎsat＝CountifCPE〔ＮOPE／ＮCPE×Ｒ＞αλ〕・・・（式２）
【００５１】
ここで、CountifCPE〔  〕はカッコ〔  〕内の条件式が一致するＣＰＥの数を表し、ＮCPE はセル内のＣＰＥの数、αは会員資格に応じて決まる、トラヒックλに対する余裕度を表す。また、式１と同様、ＮOPE は運用チャネル数、Ｒは各ＣＰＥの最大伝送レートを表す。
したがって、式２のＮsatは、セル内の全ＣＰＥに対して均等に帯域を割当てた場合に、帯域要求（トラヒック処理速度）を満足できるＣＰＥの数を表す。
【００５２】
そして、Ｎsat＝ＮCPEである場合にセル内のＣＳが満足したとしてＯＰＥチャネルの取得を終了する。
なお、式２に表す指標は、セル内の全ＣＰＥに対して均等に帯域を割当てるようなＢＳを用いる場合の例に過ぎず、条件式は、セル内の帯域割当基準（アルゴリズム）に基づき割当てた場合に、該ＣＰＥが帯域要求を満足するかどうかを判定の条件式とすべきである。
また、上記の指標は、ＣＳと同様に、セル内における発生通信量に対する運用チャネルの必要数と現に割り当てられている運用チャネル数との比に応じた満足度を表す指標ということもできるので、ＣＳ値に対する閾値を設ける方法が簡易な手段として考えられる。
【００５３】
上記ステップＳ２０４の判定がＮsat＜ＮCPEの場合は、チャネル交渉後のCS値が自セルより大きい隣接セルが存在するかの判定を行う（ステップＳ２０５）。
この結果、チャネル交渉後のCS値が自セルより大きい隣接セルが存在する場合には、図６及び図７を参照して後述するように、隣接セルのＢＳに対してチャネル交渉処理を行なって、隣接セルのＢＳに対してＯＰＥチャネルの開放要求を行い、交渉結果によりＯＰＥチャネルの追加取得を行う（ステップＳ２０６）。
【００５４】
上記判定の結果、チャネル交渉後のCS値が自セルより大きい隣接セルが存在しない場合には、ＮOPE ＝０、かつ、ＳＣモード（Self Co-existence mode）を実行可能であるかの判定を行う（ステップＳ２０７）。
ＳＣモードを実行可能な場合には、IEEE802.22で規定されているSelf Co-existenceを実行する（ステップＳ２０８）。すなわち、ＬＰ３の中から任意のチャネルを選択し、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。
【００５５】
なお、本例では、後述するように、チャネル交渉処理では、必ずしも、隣接セルがチャネルを開放して、これを自己の排他利用可能なチャネルとして取得できるとは限らないので、自己のＯＰＥチャネルが１つもない場合には、ＳＣモードにより隣接セルとチャネルを共用する処理を行なう。
【００５６】
図５は、ステップＳ２０３（公平化処理）の詳細な動作を示すフローチャートである。
まず始めに、隣接セルのＯＰＥチャネルでなく、かつ、ＢＡＫチャネルでないチャネルＬＰ１が存在するかどうかの判定を行う（ステップＳ３０１）。
この結果、ＬＰ１が存在する場合には、隣接セルによって該チャネルを使用されることはないので、自己のＯＰＥチャネルとしてＬＰ１の中から１チャネルを選択する（ステップＳ３０２）。
【００５７】
他方、上記の判定の結果、ＬＰ１が存在しない場合（すなわち、ＬＰ２の場合）には、隣接ＢＳと比較して自ＢＳのＣＳ値が最小であるか、あるいは、運用チャネル取得プロセス（図４）において、Ｎ回連続でステップＳ２０３に分岐し、その都度ステップＳ３０３が実行され、さらにこの間、隣接セルのＣＳ値が不変であるかどうかの判定を行う（ステップＳ３０３）。
連続回数Ｎは、簡単のためシステム規定の定数であってもよいが、隣接セルのＣＳ値の順位に基づき公平にチャネル選択を行うために、ＣＳ値の昇順順位とする手段（ＣＳ値が最小の場合に、Ｎ＝１）を用いることもできる。各隣接ＢＳのＣＳ値はこの判定をする都度、ステップＳ２０１等で取得された値で更新されていることが望ましいが、それが困難であれば、その時点で最新のＣＳ値、或いは過去に取得できた複数個のＣＳ値の最小値（最悪値）等を用いることができる。
【００５８】
そして、ステップＳ３０３でＹｅｓと判定された場合には、自セルと同じＣＳ値のセルが存在するかどうかの判定を行い（ステップＳ３０４）、Ｎｏと判定された場合には、公平化処理（ステップＳ２０３）を終了する。
次いで、自セルと同じＣＳ値のセルが存在する（つまりＳ３０３において最小値が複数存在し、その１つが自セルのＣＳだった）と判定された場合には、自セルと同じＣＳ値のセルに比べて、自セルのＢＡＫチャネル数が最小であるかどうかの判定を行う（ステップＳ３０５）。
【００５９】
そして、自セルと同じＣＳ値のセルが存在しない場合（ステップＳ３０４）とＢＡＫチャネル数が該同じＣＳ値のセルと比べ最小である場合（ステップＳ３０５）には、ＢＡＫチャネルの中から任意の１チャネルをＯＰＥチャネルとして選択する（ステップＳ３０６）。
他方、ステップＳ３０５でＮｏと判定された場合には、今回はＯＰＥチャネルを新たに選択しない。
【００６０】
すなわち、上記の公平化処理では、ＬＰ１については、自己のＢＡＫチャネルの内からＯＰＥチャネルを選択し、ＬＰ２については、隣接セルとのＣＳのバランスやＢＡＫチャネル数のバランスに基づいて、自セルのＯＰＥチャネルの選択により、これらバランスが一方に不公平とならないようにしている。
なお、図５の公平化処理において、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の一部を省略してもよい。
【００６１】
図６は、ステップＳ２０６（交渉処理）の詳細な動作を示すフローチャートである。
まず始めに、隣接セルのＢＳと比較して自ＢＳのＣＳ値が最小であるか、あるいは、運用チャネル取得プロセス（図４）においてＭ回連続でステップＳ２０６が実行され、さらにこの間、隣接セルのＣＳ値が不変であるかどうかの判定を行う（ステップＳ４０１）。
連続回数Ｍは、簡単のためシステム規定の定数であってもよいが、隣接セルのＣＳ値の順位に基づき公平かつ効率的にチャネル交渉を行うために、ＣＳ値の昇順順位とする手段（ＣＳ値が最小の場合に、Ｍ＝１）としてもよい。
【００６２】
そして、ステップＳ４０１でＹｅｓと判定された場合、チャネル交渉を行った場合のＣＳ値が最大となる隣接セルを交渉先（ＤＳＴ）として選択する（ステップＳ４０２）。
チャネル交渉を行った場合の、交渉後のＤＳＴのＣＳ値（ＣＳDST）は、現在のＤＳＴの運用チャネル数とＣＳ値を元に、式３によって計算できる。
【００６３】
ＣＳDST＝ＣＳ×（ＮOPE−１）／ＮOPE・・・（式３）
【００６４】
そして、ＤＳＴとのチャネル交渉によって、ＣＳ値が逆転しないかどうかの判定を行う（ステップＳ４０３）。
これは、例えば、１チャネルしか運用していないＤＳＴに対しては、チャネル交渉を行わないようにするためである（そのようなＤＳＴでは、ＣＳDSTは０になる。また自セルのＣＳDSTはλ、Ｒが不明ではあるが０より大きな値となる）。また、チャネルを相互に奪い合う（交渉を繰り返す）ことを避けるためである。
【００６５】
そして、ＤＳＴとのチャネル交渉によって、ＣＳ値が逆転しない場合は、選択したＤＳＴのＯＰＥチャネルの中で、自ＢＳの隣セルによって運用されている数が最も少ないチャネルを交渉チャネルとして１つ選択する（ステップＳ４０４）。
次いで、交渉チャネルを運用している全隣接セルをＤＳＴとし、全隣接セルに対して、チャネル交渉を実行し、自セルのＯＰＥチャネルを獲得する（ステップＳ４０５）。
なお、ステップＳ４０１やＳ４０３でＮｏと判定された場合には、交渉処理を終了する。
【００６６】
すなわち、交渉処理では、隣接セルとのＣＳのバランスに基づいて、自セルのＯＰＥチャネルの選択により、これらバランスが一方に不公平とならないようにしている。
【００６７】
図７は、ステップＳ４０５の詳細な動作を示すシーケンス図であり、ここでは、ＢＳ１が交渉元（ＳＲＣ）、ＢＳ２が交渉相手（ＤＳＴ）である場合について示している。
まず始めに、ステップＳ５０１として、ＳＲＣは、ＣＢＰの情報要素であるチャネル交渉要求（ＣＮ−ＲＥＱ）を送信する。ＣＮ−ＲＥＱは、情報要素がＣＮ−ＲＥＱであることを識別するためのＩＤ、交渉相手であるＤＳＴ（ＢＳ２）のＩＤ、現在のＳＲＣ（ＢＳ１）のＣＳ値、交渉成立後のＣＳ値、運用チャネル数、交渉チャネル番号などを含む。
【００６８】
次いで、ステップＳ５０２として、ＣＮ−ＲＥＱを受信したＤＳＴ（ＢＳ２）は、ＣＢＰの情報要素であるチャネル交渉応答（ＣＮ−ＲＳＰ）をＳＲＣ（ＢＳ１）に返送する。
ＣＮ−ＲＳＰは、情報要素がＣＮ−ＲＳＰであることを識別するためのＩＤ、交渉元であるＳＲＣ（ＢＳ１）のＩＤ、現在のＤＳＴ（ＢＳ２）のＣＳ値、交渉成立後のＣＳ値、運用チャネル数、開放するチャネル番号（交渉チャネル番号）、チャネル開放時刻などを含む。
【００６９】
ステップＳ５０３として、ＳＲＣ（ＢＳ１）は、全てのＤＳＴからＣＮ−ＲＳＰを受信した後、ＣＢＰの情報要素であるチャネル交渉応答確認（ＣＮ−ＡＣＫ）をＳＲＣ（ＢＳ１）に対して返送する。
ＣＮ−ＡＣＫは、情報要素がＣＮ−ＡＣＫであることを識別するためのＩＤ、交渉元であるＳＲＣ（ＢＳ１）のＩＤ、現在のＤＳＴ（ＢＳ２）のＣＳ値、交渉成立後のＣＳ値、運用チャネル数、開放するチャネル番号（交渉チャネル番号）、チャネル開放時刻などを含む。
【００７０】
ステップＳ５０４として、ＤＳＴは、チャネル開放時刻経過後チャネルの開放をIEEE802.22規定の１スーパーフレーム以内に行うことをＳＲＣ及びＤＳＴの隣接セルに通知するため、ＣＢＰの情報要素であるチャネル開放（ＣＮ−ＲＥＬ）を送信する。
ＣＮ−ＲＥＬは、情報要素がＣＮ−ＲＳＰであることを識別するためのＩＤ、交渉元であるＳＲＣ（ＢＳ１）のＩＤ、チャネル開放後のＣＳ値、運用チャネル数、開放するチャネル番号（交渉チャネル番号）などを含む。
【００７１】
上記のように、本発明によって、IEEE802.22システムにおいて、複数チャネルをセル間で公平利用可能にし、各セルの顧客満足度（ＣＳ）の向上を実現できる。
なお、上記したＣＳ値は一例に過ぎず、本発明は、例えば、ＣＳ＝ＮOPEとするなど、セル内における運用チャネルの必要性に対する現に割り当てられている運用チャネル数を表す種々な指標を用いることができる。
また、上記実施例では簡単のため、（チャネル交渉で獲得しようとするチャネルも含め）全チャネルの伝送容量Rが等しいことを仮定したが、実際には、現に割当てられている運用チャネルの最大送信可能電力や他のシステムなどからの干渉や伝送路の状態はチャネルごとに異なるため、ＣＳ＝ＮOPE／ＭａｘCPE（Ｗ×λ／（SigmaOPE（Ｒ）／ＮCPE））としてチャネルごとの伝送容量を用いた式としても良い。SigmaOPEは現に割当てられている運用チャネルに関する総和を表す。
また、セル内のサービス品質が満足されたかの判定指標もＮsat＝CountifCPE〔(SigmaOPE×Ｒ／ＮCPE)＞αλ〕としても良い。
【００７２】
また、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、例えば、上記例では基地局のＳＭが行なっている処理を、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。すなわち、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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、周波数資源を複数の局（基地局）で共有して使用するコグニティブ無線システムに利用でき、特にベストエフォート形のサービスを複数のユーザに提供するシステムに好適である。
【符号の説明】
【００７４】
１，２，３，４：セル、  ６：データベース（ＤＢ）、
１１，１２，２１，２２，２３，２４：無線通信端末（ＣＰＥ）、
１０，２０：基地局（ＢＳ）、  １０７：周波数管理部（ＳＭ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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