(57)【要約】主ノードが予備センシングによりプライマリシステムにおける周波数帯域の使用状況を確認した上で協調センシングの対象周波数帯域を含むセンシングリクエストを従ノードに送信する。従ノードは、指示されたパラメータに従ってスペクトルセンシングを行い、その結果を主ノードに返信する。これを主ノードが一括受信し、従ノードのセンシング結果を総合判定し、対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行なう。
2009084465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムであって、
前記第１の無線機が、通信に利用しようとする対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング手段と、該センシング手段の観察結果に基づいて前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないかを判定し前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないと判定すると、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信手段に送信させる制御手段を含み、
前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察する手段と、該無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記第１の無線機に返信する手段を含み、
前記第１の無線機はさらに、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定手段を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムであって、
前記第１の無線機が、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング手段と、該センシング手段の観察結果に基づいて前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知し、実際に利用する対象周波数帯域を決定すると共に、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信手段に送信させる制御手段を含み、
前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察する手段と、該無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記第１の無線機に返信する手段を含み、
前記第１の無線機はさらに、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定手段を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記指示信号は、送信先の第２の無線機を特定しなくてもよいブロードキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記指示信号は、特定の複数の第２の無線機を宛先とするマルチキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記指示信号は、特定の単一の第２の無線機を宛先とするユニキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記指示信号は、
周囲の無線電波環境の観察を行う前記第２の無線機を特定するための情報、
該第２の無線機が前記第１の無線機に同期するための同期信号、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を開始するタイミングに関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を平均化するための情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信する信号の形態に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信するタイミングに関する情報、
の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記指示信号は、
周囲の無線電波環境の観察を行う前記第２の無線機を特定するための情報、
該第２の無線機が前記第１の無線機に同期するための同期信号、
の少なくとも１つを含むビーコン信号として機能し、
該第２の無線機においては、通信に利用しようとする対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うための条件として、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を開始するタイミングに関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を平均化するための情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信する信号の形態に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信するタイミングに関する情報、
の少なくとも１つを含む内容が、予め定められるかあるいは予め通知されているか、または前記受信した指示信号の内容から推察されるものである
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記第１の無線機における制御手段はさらに、前記センシング手段により前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察した結果に基づいて、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、通信に利用する複数の周波数帯域の候補の内、空き周波数帯域として利用できる確率の高い順に、候補順位を決定する機能を有し、
決定された前記候補順位に従って、まず第１位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、請求項２に記載の前記第１の無線機と第２の無線機の動作により周囲の無線電波環境の観察を行い、
該第１の無線機が、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、次順位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、請求項２に記載の前記第１の無線機と第２の無線機の動作により周囲の無線電波環境の観察を行い、
該第１の無線機が、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、候補順位を繰り下げるようにして、前記動作を、繰り返し行うことで最終的に通信に利用可能な対象周波数帯域を発見する
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察において、ある同時刻に、複数の前記第２の無線機が異なる対象周波数帯域の候補を分担して観察することを特徴とする
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察において、前記第１の無線機が、通信に利用する周波数帯域として前記第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域を決定する際に、
前記第２の無線機の位置情報或いは位置情報の推定値、
前記第１の無線機と第２の無線機間の距離情報或いは距離情報の推定値、
前記第１の無線機と第２の無線機間の無線電波伝搬環境情報或いは無線電波伝搬環境の推定値、
の少なくとも１つを利用する
ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信方法であって、
前記第１の無線機が、通信に利用する対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、該観察の結果、前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないことを認知すると、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信し、
前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、
該第２の無線機はさらに、前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、該第１の無線機に返信し、
該第１の無線機は、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１２】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信方法であって、
前記第１の無線機が、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、該観察の結果、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知すると共に、実際に利用する対象周波数帯域として決定し、
該第１の無線機はさらに、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信し、
前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、
該第２の無線機はさらに、前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、該第１の無線機に返信し、
該第１の無線機は、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１３】
前記指示信号は、送信先の第２の無線機を特定しなくてもよいブロードキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
前記指示信号は、特定の複数の第２の無線機を宛先とするマルチキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１５】
前記指示信号は、特定の単一の第２の無線機を宛先とするユニキャスト型信号である
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１６】
前記指示信号は、
周囲の無線電波環境の観察を行う前記第２の無線機を特定するための情報、
該第２の無線機が前記第１の無線機に同期するための同期信号、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を開始するタイミングに関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を平均化するための情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信する信号の形態に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信するタイミングに関する情報、
の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１１から請求項１５の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１７】
前記指示信号は、
周囲の無線電波環境の観察を行う前記第２の無線機を特定するための情報、
該第２の無線機が前記第１の無線機に同期するための同期信号、
の少なくとも１つを含むビーコン信号として機能し、
該第２の無線機においては、通信に利用しようとする対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うための条件として、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を開始するタイミングに関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を平均化するための情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信する信号の形態に関する情報、
該第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察結果を前記第１の無線機に返信するタイミングに関する情報、
の少なくとも１つを含む内容が、予め定められるかあるいは予め通知されているか、または前記受信した指示信号の内容から推察されるものである
ことを特徴とする請求項１１から請求項１５の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１８】
前記第１の無線機がさらに、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察した結果、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、実際に利用する複数の周波数帯域の候補の内、空き周波数帯域として利用できる確率の高い順に、候補順位を決定し、
決定された前記候補順位に従って、まず第１位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、請求項１２に記載の前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察を行い、
該第１の無線機が、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、次順位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、請求項１２に記載の前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察を行い、
該第１の無線機が、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、候補順位を繰り下げるようにして、前記動作を、繰り返し行うことで最終的に通信に利用可能な対象周波数帯域を発見する
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項１９】
前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察において、ある同時刻に、複数の前記第２の無線機が異なる対象周波数帯域の候補を分担して観察する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
【請求項２０】
前記第１の無線機と第２の無線機の動作による周囲の無線電波環境の観察において、前記第１の無線機が、通信に利用する周波数帯域として前記第２の無線機が周囲の無線電波環境の観察を行う対象周波数帯域を決定する際に、
前記第２の無線機の位置情報或いは位置情報の推定値、
前記第１の無線機と第２の無線機間の距離情報或いは距離情報の推定値、
前記第１の無線機と第２の無線機間の無線電波伝搬環境の情報或いは無線電波伝搬環境の推定値、
の少なくとも１つを利用する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１９の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２１】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なうに際し、前記第１の無線機の備えるコンピュータに、
通信に利用しようとする対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するステップと、
該観察の結果に基づいて前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないかを判定するステップと、
前記判定の結果、前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないと判定すると、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信するステップと、
前記第２の無線機から無線電波環境観察の結果を受信するステップと、
前記第２の無線機から受信した無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行うステップ
を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２２】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なうに際し、前記第１の無線機の備えるコンピュータに、
通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するステップと、
前記観察の結果、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知し、実際に利用する対象周波数帯域を決定するステップと、
前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信するステップと、
前記第２の無線機から無線電波環境観察の結果を受信するステップと、
前記第２の無線機から受信した無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行うステップ
を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２３】
前記対象周波数帯域を決定するステップにおいて、前記観察の結果に基づいて、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、実際に利用する複数の周波数帯域の候補の内、空き周波数帯域として利用できる確率の高い順に、候補順位を決定するステップを実行させ、
前記指示信号を送信するステップにおいては、決定された前記候補順位に従って、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が第１位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、周囲の無線電波環境の観察を行うように指示する指示信号を送信するステップを実行させ、
前記対象周波数帯域が利用可能かどうか判断を行なうステップにおいては、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、次順位の候補を実際に利用する対象周波数帯域として、周囲の無線電波環境の観察を行うように指示する指示信号を送信し、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、候補順位を繰り下げるようにして、前記動作を、繰り返し行うことで最終的に通信に利用可能な対象周波数帯域を発見するステップを実行させる
ことを特徴とする請求項２２に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２４】
前記指示信号を送信するステップにおいて、前記複数の第２の無線機に対し、周囲の無線電波環境の観察を行なうに際し、ある同時刻に、前記複数の第２の無線機が異なる対象周波数帯域の候補を分担するように指示信号を送信するステップを実行させる
ことを特徴とする請求項２２に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２５】
第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なうに際し、前記第２の無線機の備えるコンピュータに、
前記第１の無線機から送信された、周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を受信するステップと、
受信した指示信号で指示された対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するステップと、
前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号で指定された条件に基づいて、前記第１の無線機に返信するステップ
を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２６】
主ノード用の無線機と少なくとも１つの従ノード用の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムにおける前記主ノード用の無線機であって、
該主ノード用の無線機は、通信に利用する対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング手段と、
前記センシング手段の観察結果に基づいて、前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないかを判定し前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないと判定すると、前記従ノード用の無線機に対し、該従ノード用の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信手段に送信させる制御手段と、
前記従ノード用の無線機から送信された信号を受信する受信手段と、
該受信した信号に含まれる無線電波環境観察の結果情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定手段
を含むことを特徴とする無線機。
【請求項２７】
主ノード用の無線機と少なくとも１つの従ノード用の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムにおける前記主ノード用の無線機であって、
該主ノード用の無線機は、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング手段と、
前記センシング手段の観察結果に基づいて、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知し、実際に利用する対象周波数帯域を決定すると共に、前記従ノード用の無線機に対し、該従ノード用の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信手段に送信させる制御手段と、
前記従ノード用の無線機から送信された信号を受信する受信手段と、
該受信した信号に含まれる無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定手段
を含むことを特徴とする無線機。
【請求項２８】
前記制御手段は、前記センシング手段の観察結果に基づいて、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、実際に利用しようとする複数の周波数帯域の候補の内、空き周波数帯域として利用できる確率の高い順に、候補順位を決定する機能を有し、
前記制御手段はまた、決定された前記候補順位に従って、前記従ノード用の無線機に対し、該従ノード用の無線機が第１位の候補を実際に利用しようとする対象周波数帯域として、周囲の無線電波環境の観察を行うように指示する指示信号を送信し、
前記判定手段は、前記従ノード用の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該第１位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断された場合には、前記制御手段は、次順位の候補を実際に利用しようとする対象周波数帯域として、周囲の無線電波環境の観察を行うように指示する指示信号を送信し、前記判定手段は、前記従ノード用の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用可能かどうかの判断を行い、その結果、該次順位の候補の対象周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、候補順位を繰り下げるようにして、前記動作を、繰り返し行うことで最終的に通信に利用可能な対象周波数帯域を発見する
ことを特徴とする請求項２７に記載の無線機。
【請求項２９】
前記制御手段は、前記複数の従ノード用の無線機に対し、周囲の無線電波環境の観察を行なうに際し、ある同時刻に、前記複数の従ノード用の無線機が異なる周波数帯域の候補を分担するように指示信号を送信する
ことを特徴とする請求項２７に記載の無線機。
【請求項３０】
請求項２６または請求項２７に記載の主ノード用の無線機と組み合わされて用いられる従ノード用の無線機であって、
前記主ノード用の無線機から送信された指示信号を受信する受信手段と、
受信した指示信号で指示された周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察する手段と、
前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記主ノード用の無線機に返信する手段
を備えたことを特徴とする無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲の無線環境を認知する機能を有する無線通信システム、無線通信方法及び無線機に関し、特に複数の無線機が連携して無線環境を認知する無線通信システム、無線通信方法、無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲の無線環境に応じて適応的に無線パラメータを変更する無線通信システムであるコグニティブ無線システムにおいては、周囲の無線環境を認知し、認知した無線環境に応じて無線パラメータの最適化を行う。
コグニティブ無線システムは、例えば特許文献１（特開２００７−８８８５６号公報）に開示されている。特許文献１のコグニティブ無線システムでは、あるグループの複数の無線送受信機がある通信方式を用いて無線通信を行い、別のグループの複数の無線送受信機が別の通信方式を用いて無線通信を行なう。上記あるグループにおける複数の無線送受信機の１つがテレビ放送局で、他の無線送受信機がテレビ受信機である場合、上記別のグループの複数の無線送受信機の１つがコグニティブ無線基地局で、他の無線送受信機はコグニティブ無線端末である。そして、コグニティブ無線基地局とコグニティブ無線端末は、テレビ放送が行なわれていない時間および周波数を利用して通信を行なう。従って、上記あるグループと上記別のグループとの間の干渉を考慮する必要は無い。
これに対し、既存の無線通信システム（以下、プライマリシステムと呼ぶことがある）に割り当てられた周波数帯域において、コグニティブ無線システムがセカンダリシステムとして同じ周波数帯域を共用することができれば周波数の利用効率を向上できる。
一般的に、周波数帯域の共用に際しては、既存システム保護の観点から、プライマリシステムが予め割り当てられた周波数帯域を優先的に利用し、セカンダリシステムはプライマリシステムに影響を与えないことが基本である。従って、セカンダリシステムは、プライマリシステムに使用されていない周波数帯域を利用するか、プライマリシステムで許容される干渉量以下となるよう送信電力を制御するなど、プライマリシステムへの与干渉を回避することが求められる。そのため、セカンダリシステムは、利用しようとする周波数帯域のプライマリシステムによる使用状況を正確に認識する必要がある。
セカンダリシステムがプライマリシステムにおける周波数帯域の使用状況を認識する状況は主に２通りに分類できる。一つは、通信開始前にセカンダリシステムと周波数共用が可能な広範囲な周波数帯域候補において、プライマリシステムの通信の検出を行う場合である。もう一つは、セカンダリシステムが使用中の周波数帯域において、通信を開始したプライマリシステムの検出である。いずれも、プライマリシステムの通信を検出した場合、セカンダリシステムは該当する周波数帯域においてプライマリシステムへの与干渉回避策を講じる必要がある。
プライマリシステムの通信の存在を検出する具体的な手法の一つとして、セカンダリシステムの無線機が周囲の信号を検出するスペクトルセンシングがある。スペクトルセンシングには、時間平均により求めた受信信号電力の大きさを判定に用いる電力検出方法や、プライマリシステムの送信信号に含まれる特徴量を検出に利用する方法などがある。信号の特徴量としては、プライマリシステムの送信信号に含まれる周期定常性やパイロット信号などが利用できる（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｄ  Ｃａｂｒｉｃ，Ｓ  Ｍ  Ｍｉｓｈｒａ，ａｎｄ  Ｒ  Ｗ  Ｂｒｏｄｅｒｓｅｎ，″Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｉｓｓｕｅｓ  ｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  ｒａｄｉｏｓ，″Ｐｒｏｃ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｈｉｒｔｙ−Ｅｉｇｈｔｈ  Ａｓｉｌｏｍａｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００４．
【０００３】
しかし、個別のセカンダリシステム無線機によるスペクトルセンシングでは、フェージング、シャドウイング、距離減衰等の周囲の無線伝搬環境の影響により、プライマリシステムの確実な検出が難しいという問題がある。その解決策の一つとして、複数の無線機でのスペクトルセンシング機能を連携させることで、検出精度を高める協調センシングシステムが検討されている（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献２】Ｓｈｒｉｄｈａｒ  Ｍ  Ｍｉｓｈｒａ，Ａｎａｎｔ  Ｓａｈａｉ  ａｎｄ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｗ  Ｂｒｏｄｅｒｓｅｎ，“Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｍｏｎｇ  Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｏｓ，”Ｐｒｏｃ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＣＣ）２００６．
【０００４】
協調センシングシステムの概念図を図１に示す。図１に示す例では、プライマリシステムとして無線機１００と無線機１１０とが互いに通信する。無線機２００、２１０、２２０、２３０はセカンダリシステムとしてプライマリシステムと同じ周波数帯域を共用する。ここで、セカンダリシステムの無線機２００、２１０、２２０、２３０はスペクトルセンシング機能で互いに連携を図る協調グループを構成する。この中で無線機２００は主ノードとして機能し、協調グループ内の各無線機を制御し、プライマリシステムの通信の存在有無の検出に関して該協調グループとしての判定を行う。その他の無線機２１０、２２０、２３０は主ノードの指示に従って協調センシング動作を行う従ノードとして機能する。それゆえ、以下では無線機２００を主ノード２００と呼び、無線機２１０、２２０、２３０をそれぞれ従ノード２１０、２２０、２３０と呼ぶことがある。
協調センシングの基本的な動作は以下の通りである。協調グループに属する複数の従ノード２１０、２２０、２３０が対象とする周波数帯域に対して各々スペクトルセンシングを行い、その結果を検出情報として各々が主ノード２００に通知する。主ノード２００は通知された検出情報を統合して該対象周波数帯域におけるプライマリシステムの通信の存在有無を判定する。
このようにして、協調センシングでは複数のセカンダリシステム無線機が空間的に分散配置されていることを利用して無線伝搬環境の影響を軽減できるため、セカンダリシステム無線機による個別のスペクトルセンシングと比べて検出性能を向上することができる。
【発明の開示】
【０００５】
このような協調センシングのための情報交換については、交換した結果を用いたセンシング精度向上手法は過去に様々な検討があるものの、実際に運用する際に、どのようにして情報交換をするのかという検討がなされていない。コグニティブ無線ではプライマリシステム存在下でセカンダリシステムの通信が可能かを判定する必要があるため、データ通信前にセンシング情報を交換する必要がある。そのため、プライマリシステムに影響を与えない交換手法が必要となる。また、複数の無線機間で個別に情報交換のためのパケット交換を行う場合、協調する無線機の数が多くなった場合に交換パケットが無線帯域を占有してしまうという問題がある。さらに、実際にどのような手順で、主ノードが各無線機から判定結果を収集するかという制御手法については、検討が行われていない。特に、主ノードが、必要なときに広い周波数帯の中から必要な帯域の情報を得るための情報交換制御手法の確立は重要な課題である。
従って、本発明は、プライマリシステムの通信に影響を与えずにセカンダリシステムがセンシング情報を交換可能な手法を提供することを企図している。
本発明はまた、セカンダリシステムが無線リソースを効率的に利用して、主ノードが必要な時に広い周波数帯の中から必要なセンシング情報を収集することを可能とする制御手法を提供することを企図している。
本発明の第１の態様によれば、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムが提供される。本無線通信システムにおける前記第１の無線機は、通信に利用する対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング部と、該センシング部の観察結果に基づいて前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないかを判定し前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないと判定すると、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信部に送信させる制御部を含む。一方、前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセクションと、該無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記第１の無線機に返信するセクションを備える。前記第１の無線機はさらに、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定部を含む。
本発明の第２の態様による無線通信システムにおいても、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう。本無線通信システムにおける前記第１の無線機は、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング部と、該センシング部の観察結果に基づいて前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知し、実際に利用しようとする対象周波数帯域を決定すると共に、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信部に送信させる制御部を含む。一方、前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセクションと、該無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記第１の無線機に返信するセクションを含む。前記第１の無線機はさらに、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定部を含む。
本発明の第３の態様によれば、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信方法が提供される。本無線通信方法においては、前記第１の無線機が、通信に利用する対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、該観察の結果、前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないことを認知すると、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信する。前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、該第１の無線機に返信する。該第１の無線機では、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う。
本発明の第４の態様による無線通信方法においても、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう。本無線通信方法においては、前記第１の無線機が、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、該観察の結果、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知すると共に、実際に利用する対象周波数帯域として決定し、さらに、前記第２の無線機に対し、該第２の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信する。前記第２の無線機は、前記指示信号を受信し受信した指示信号で指示された前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察し、さらに、前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、該第１の無線機に返信する。該第１の無線機では、前記第２の無線機から受信した前記無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う。
本発明の第５の態様によれば、主ノード用の無線機と少なくとも１つの従ノード用の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムにおける前記主ノード用の無線機が提供される。該主ノード用の無線機は、通信に利用する対象周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング部と、前記センシング部の観察結果に基づいて、前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないかを判定し前記対象周波数帯域が前記別の無線通信システムにおいて使用されていないと判定すると、前記従ノード用の無線機に対し、該従ノード用の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信部に送信させる制御部と、前記従ノード用の無線機から送信された信号を受信する受信部と、該受信した信号に含まれる無線電波環境観察の結果情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定部を含む。
本発明の第６の態様による無線機も、主ノード用の無線機と少なくとも１つの従ノード用の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、前記別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムにおける前記主ノード用の無線機である。該主ノード用の無線機は、通信に利用できる可能性のある周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセンシング部と、前記センシング部の観察結果に基づいて、前記通信に利用できる可能性のある周波数帯域の中から、前記別の無線通信システムにおいて使用されていない周波数帯域を利用可能な周波数帯域として認知し、実際に利用する対象周波数帯域を決定すると共に、前記従ノード用の無線機に対し、該従ノード用の無線機が前記対象周波数帯域における周囲の無線電波環境の観察を行うよう指示する指示信号を送信部に送信させる制御部と、前記従ノード用の無線機から送信された信号を受信する受信部と、該受信した信号に含まれる無線電波環境観察の結果の情報を用いて、前記対象周波数帯域が利用可能かどうかの最終的な判断を行う判定部を備える。
本発明の第７の態様によれば、前記第５または第６の態様による主ノード用の無線機と組み合わされて用いられる従ノード用の無線機が提供される。該従ノード用の無線機は、前記主ノード用の無線機から送信された指示信号を受信するセクションと、受信した指示信号で指示された周波数帯域における周囲の無線電波環境を観察するセクションと、前記無線電波環境観察の結果を、予め定められた条件または前記受信した指示信号により指定された条件に基づいて、前記主ノード用の無線機に返信するセクションを含む。
本発明によれば、別の無線通信システム、例えばプライマリシステムの通信に影響を与えずにセカンダリシステムがセンシング情報を交換する手法を実現することができる。また、本発明によれば、セカンダリシステムが無線リソースを効率的に利用し、高速に、低処理量にて、主ノードが必要な時に広い周波数帯の中から必要なセンシング情報を収集することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、プライマリシステムの無線機と協調センシングを行うセカンダリシステムの無線機が共存する形態を示す図である。
図２は、本発明の第１の実施形態における、協調センシングを行う主ノードの構成を示すブロック図である。
図３は、本発明の第１〜第３の実施形態における、協調センシングを行う従ノードの構成を示すブロック図である。
図４は、本発明の第１〜第３の実施形態の内、単一の従ノードに着目した基本動作を示す流れ図である。
図５は、本発明の第１〜第３の実施形態における、主ノードと従ノード間の動作を示す流れ図である。
図６は、本発明の第１〜第３の実施形態における、主ノードと従ノード間の別の動作を示す流れ図である。
図７は、本発明の第２及び第３の実施形態における、協調センシングを行う主ノードの構成を示すブロック図である。
図８は、本発明の第３の実施形態における、スペクトルセンシング処理の結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
以下に説明する本発明の第１の実施形態では、図１と同様の構成にて、協調グループを構成する主ノード２００および従ノード２１０、２２０、２３０が協調センシングを行う例を取り上げる。
図２に本発明の第１の実施形態における主ノード２００の構成例を示す。主ノード２００は、アンテナ２００１と、送受分離部２００２と、受信部２００３と、スペクトルセンシング部２００４と、送信部２００５と、センシング結果処理制御部（制御部）２００６と、協調センシング総合判定部（判定部）２００７と、検出結果記憶部２００８と、システムパラメータ記憶部２００９を含む。
受信部２００３は、協調グループに属する他のノード、例えば従ノード２１０〜２３０から送信された信号を、アンテナ２００１、送受分離部２００２を経由して受信し、復調、復号処理を行う。
送信部２００５は、協調グループに属する他のノード宛の信号に符号化、変調処理を施し、送受分離部２００２、アンテナ２００１を経由して送信する。送信する信号には、検出結果記憶部２００８より取り出した情報を含めることができる。送信部２００５は、特定の単一ノードに宛ててユニキャスト送信することも可能であるし、複数ノードに宛ててマルチキャスト送信することも可能であるし、また不特定のノードに宛ててブロードキャスト送信することも可能である。これらの送信条件や通信パラメータは、送信部２００５がシステムパラメータ記憶部２００９にアクセスして設定を行う。
スペクトルセンシング部２００４は、スペクトルセンシング対象とする周波数帯域（以下、対象周波数帯域と呼ぶことがある）においてプライマリシステムの通信の有無の検出を行う。
センシング結果処理制御部２００６は、スペクトルセンシング部２００４からの検出結果に基づき、プライマリシステムが、対象周波数帯域を使用していないと判定した場合には、協調グループ内の従ノードに対して、該対象周波数帯域のスペクトルセンシング処理を指示する信号を送信するよう、送信部２００５を制御する。この際、送信部２００５は、前述の通りシステムパラメータ記憶部２００９に格納されている通信パラメータを設定する。また、センシング結果処理制御部２００６は、検出結果記憶部２００８にアクセスし、現在のスペクトルセンシングの結果を格納したり、格納してあるスペクトルセンシングの結果を取り出したりすることができる。
協調センシング総合判定部２００７は、従ノード２１０〜２３０からの受信信号に含まれる各従ノードでのスペクトルセンシング結果の情報と、スペクトルセンシング部２００４で自ら行ったスペクトルセンシング結果を考慮して、協調グループ内での該対象周波数帯域におけるプライマリシステムの通信の存在有無を判定し、判定結果を検出結果記憶部２００８に格納する。
図３に本発明の第１の実施形態における従ノード２１０の構成例を示す。従ノード２１０は、アンテナ２１０１と、送受分離部２１０２と、受信部２１０３と、スペクトルセンシング部２１０４と、送信部２１０５と、センシング結果処理制御部２１０６と、システムパラメータ記憶部２１０９を含む。
受信部２１０３は、協調グループに属する他のノード、例えば主ノード２００から送信された信号をアンテナ２１０１、送受分離部２１０２を経由して受信し、復調、復号処理を行う。
送信部２１０５は、協調グループに属する他のノード、例えば主ノード２００宛の信号に符号化、変調処理を施し、送受分離部２１０２、アンテナ２１０１を経由して送信する。送信部２１０５は、特定の単一ノードに宛ててユニキャスト送信することも可能であるし、複数ノードに宛ててマルチキャスト送信することも可能であるし、また不特定のノードに宛ててブロードキャスト送信することも可能である。但し、ここで記述する例においては、主ノード２００に宛てて、スペクトルセンシング結果をユニキャスト送信することを想定する。これらの送信条件や通信パラメータは、センシング結果処理制御部２１０６の指示に基づき、送信部２１０５がシステムパラメータ記憶部２１０９にアクセスして設定される。
スペクトルセンシング部２１０４は、スペクトルセンシング対象とする周波数帯域においてプライマリシステムの通信の有無の検出を行う。スペクトルセンシング対象とする周波数帯域（対象周波数帯域）や、その他のスペクトルセンシングに必要なパラメータは、主ノード２００から受信した信号に含まれている場合は受信部２１０３より与えられ、システムパラメータ記憶部２１０９に格納されている場合にはスペクトルセンシング部２１０４がシステムパラメータ記憶部２１０９にアクセスして設定する。
センシング結果処理制御部２１０６は、スペクトルセンシング部２１０４からのスペクトルセンシング結果に基づき、例えば送信部２１０５がスペクトルセンシングの結果情報を送信するタイミング等を制御する。
なお、上記説明は、セカンダリシステムにおける無線機２００〜２３０のうちの無線機２００が主ノードで、残りの無線機２１０、２２０、２３０が従ノードである場合を想定しているが、無線機２００〜２３０のうちのどれが主ノードになるかは任意である。それ故、セカンダリシステムにおける無線機２００〜２３０のすべてが、図２に示した主ノードの構成及び図３に示した従ノードの構成を有していることが好ましい。これは、以降で説明される実施形態でも同様である。
次に、同一の協調グループに属する主ノードおよび従ノードが協調センシングを行う際の動作手順を説明する。図４に、最も単純な例として、主ノード２００および従ノード２１０間の基本動作手順例を示す。なお、主ノード、従ノードの各部はハードウェアで実現されても良いが、コンピュータで実現することもできる。この場合、以降で説明される動作を実行するためのプログラムが記憶装置に格納され、コンピュータは動作に際し、記憶装置からプログラムを読み出し、読み出したプログラムに基づいて動作を実行する。
主ノード２００は、予め協調センシング情報交換のための候補周波数帯域（対象周波数帯域）を対象に予備スペクトルセンシングを行う（Ｓ１０）ことにより、プライマリシステムの帯域使用状況の予備情報を得る。主ノード２００は予備スペクトルセンシングの結果、プライマリシステムが対象周波数帯域を使用していないと判断すると、周囲の従ノード２１０に対してセンシングリクエスト（指示信号）を送信する。ここで、センシングリクエストはセンシングに必要なパラメータを含むセンシングリクエストメッセージを含む。また、センシングリクエスト送信は、プライマリシステムと同じ周波数帯域、或いはその一部を利用してもよく、またはプライマリシステムとは別の周波数帯域を利用しても良い。
センシングリクエストを受信した従ノード２１０は、センシングリクエストメッセージに含まれるパラメータに基づきスペクトルセンシング処理を行う（Ｓ２０）。該パラメータは、同期信号、スペクトルセンシングの対象周波数帯域、スペクトルセンシング開始タイミング、スペクトルセンシングを行うノード情報、スペクトルセンシング結果の平均化時間、スペクトルセンシング結果リプライの送信タイミングなどの少なくとも１つを含む。
従ノード２１０は、スペクトルセンシング処理Ｓ２０を行った後、前記パラメータにより指定された送信タイミングにおいて、スペクトルセンシング結果の情報をセンシング結果リプライメッセージとして主ノード２００へ返信する（Ｓ３０）。
主ノード２００では、前記リプライメッセージを受信して復調を行い、これに含まれる従ノード２１０によるスペクトルセンシング結果の情報を用いて協調センシング総合判定Ｓ４０を行い、周囲の周波数使用環境を把握する事が可能となる。ここで、協調センシング総合判定Ｓ４０に利用する情報としては、従ノード２１０からのスペクトルセンシング結果の情報だけでなく、主ノード２００での予備スペクトルセンシングＳ１０のセンシング結果や、主ノード２００において予備スペクトルセンシング処理以後に行われるスペクトルセンシング処理（図示せず）の結果を用いても良い。
尚、センシングリクエストメッセージに含ませるパラメータ群は、予め主ノード、従ノード間で設定しておくことも可能である。この場合には、センシングリクエストは単なるビーコン信号とすることも可能である。さらに、このような場合には、従ノードは予め設定されたパラメータに基づいて自律的にスペクトルセンシングを適宜実行し、主ノードはセンシングリクエストにより従ノードからのセンシング結果情報の収集タイミングのみを制御することも可能である。
図５は、第１の実施形態における別の動作例として、主ノード２００および従ノード２１０〜２３０が協調センシングを行う動作手順例を示す。
主ノード２００は、予め協調センシング情報交換のための候補周波数帯域（対象周波数帯域）を対象に予備スペクトルセンシングを行う（Ｓ１０）ことにより、プライマリシステムの周波数帯域使用状況の予備情報を得る。主ノード２００は、予備スペクトルセンシングの結果、プライマリシステムが対象周波数帯域を使用していないと判断すると、周囲の従ノード群に対してセンシングリクエストをブロードキャスト送信する。センシングリクエスト送信は、プライマリシステムと同じ周波数帯域、或いはその一部を利用してもよく、またはプライマリシステムとは別の周波数帯域を利用しても良い。
センシングリクエストを受信した従ノード２１０〜２３０は、センシングリクエストメッセージに含まれるパラメータに基づきセンシング処理を行う（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）。該パラメータは、前述の通りである。
各従ノード２１０〜２３０は、スペクトルセンシング処理を行った後、前記パラメータにより指定された送信タイミングにおいて、スペクトルセンシング結果の情報をセンシング結果リプライメッセージとして主ノード２００へ一斉返信する（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３）。この時、各従ノードからの送信信号は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）による符号や直交周波数多重（ＯＦＤＭ）によるサブキャリアなどで区別される。
主ノード２００では、従ノード２１０〜２３０からのリプライメッセージを受信し一括して復調を行い、これらに含まれる従ノード２１０〜２３０によるスペクトルセンシング結果の情報を用いて協調センシング総合判定Ｓ４０を行い、周囲の周波数使用環境を把握する事が可能となる。前述の例同様、協調センシング総合判定Ｓ４０に利用する情報としては、従ノード２１０〜２３０からのスペクトルセンシング結果の情報だけでなく、主ノード２００での予備スペクトルセンシングＳ１０の結果や、主ノード２００において予備スペクトルセンシング処理以後に行われるスペクトルセンシング処理（図示せず）の結果を用いても良い。
本方法によれば、主ノードはセンシングリクエストメッセージをブロードキャストする形態のため、主ノードでは従ノードの把握は緩くてよい。さらに、前述の通り従ノードからのセンシング結果リプライも一斉返信することにより、協調センシング動作時の無線リソース利用の効率化が可能となる。但し、本発明は、センシングリクエスト及びセンシング結果リプライについてはブロードキャストと一斉返信する形態に限定するものではなく、図６に示すように従ノード毎に個別にメッセージをやりとりしてもよい。
図６において、主ノード２００は、対象周波数帯域について予備スペクトルセンシングを行い（Ｓ１０）、プライマリシステムの帯域使用状況の予備情報を得る。主ノード２００は予備スペクトルセンシングの結果、プライマリシステムが対象周波数帯域を使用していないと判断すると、従ノード２１０、２２０、２３０に対してユニキャスト送信により個別にセンシングリクエストを送信する。
図５で説明した動作と同様に、センシングリクエストを受信した従ノード２１０〜２３０は、センシングリクエストメッセージに含まれるパラメータに基づきセンシング処理を行う（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）。各従ノード２１０〜２３０は、スペクトルセンシング処理を行った後、前記パラメータにより指定された送信タイミングにおいて、スペクトルセンシング結果の情報をセンシング結果リプライメッセージとして主ノード２００へ指定された送信タイミングで返信する（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３）。
主ノード２００では、従ノード２１０〜２３０からのリプライメッセージを受信して復調を行い、これらに含まれる従ノード２１０〜２３０によるスペクトルセンシング結果の情報を用いて協調センシング総合判定Ｓ４０を行い、周囲の周波数使用環境を把握する。
以上のように、第１の実施形態によれば、プライマリシステムの通信に影響を与えずにセカンダリシステムが無線リソースを効率的に利用してセンシング情報を交換することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下に説明する本発明の第２の実施形態においても、図１と同様の構成にて、協調グループを構成する主ノード２０１および従ノード２１０〜２３０が協調センシングを行う例を取り上げる。ここで主ノード２０１は、図１における主ノード２００と同様の役割を担う。
図７に本発明の第２の実施形態による主ノード２０１の構成例を示す。主ノード２０１は、アンテナ２００１と、送受分離部２００２と、受信部２００３と、スペクトルセンシング部２００４’と、送信部２００５と、センシング結果処理制御部２００６と、協調センシング総合判定部（判定部）２００７と、検出結果記憶部２００８と、システムパラメータ記憶部２００９と、センシング帯域制御部２０１０を含む。
受信部２００３は、協調グループに属する他のノード、例えば従ノード２１０〜２３０から送信された信号をアンテナ２００１、送受分離部２００２を経由して受信し、復調、復号処理を行う。
送信部２００５は、協調グループに属する他のノード宛の信号に符号化、変調処理を施し、送受分離部２００２、アンテナ２００１を経由して送信する。送信する信号には、検出結果記憶部２００８より取り出した情報を含めることができる。送信部２００５は、特定の単一ノードに宛ててユニキャスト送信することも可能であるし、複数ノードに宛ててマルチキャスト送信することも可能である。送信部２００５はまた、不特定のノードに宛ててブロードキャスト送信することも可能である。これらの送信条件や通信パラメータは、送信部２００５がシステムパラメータ記憶部２００９にアクセスして設定を行う。
スペクトルセンシング部２００４’は、センシング帯域制御部２０１０より指示されたスペクトルセンシングの対象となる周波数帯域においてプライマリシステムの通信の有無の検出を行う。
センシング結果処理制御部２００６は、スペクトルセンシング部２００４’からのスペクトルセンシングの結果に基づき、プライマリシステムが、対象となる周波数帯域を使用していないと判定した場合には、センシング帯域制御部２０１０と連携して対象周波数帯域を決定する。センシング結果処理制御部２００６は続いて、協調グループ内の従ノードに対して、決定した対象周波数帯域のスペクトルセンシング処理を指示する信号を送信するよう、送信部２００５を制御する。この際、送信部２００５は、システムパラメータ記憶部２００９に格納されている通信パラメータを設定する。センシング結果処理制御部２００６は、検出結果記憶部２００８にアクセスし、現在のスペクトルセンシングの結果を格納したり、格納されているスペクトルセンシングの結果を取り出したりすることができる。
センシング帯域制御部２０１０は、前述の通り、主ノード２０１自身および、関連する従ノードのスペクトルセンシング対象の周波数帯域を制御する。センシング帯域制御部２０１０は、システムパラメータ記憶部２００９及び検出結果記憶部２００８へアクセスする機能を有する。センシング帯域制御部２０１０はまた、センシング結果処理制御部２００６からのセンシング結果の情報を得て主ノード２０１自身のスペクトルセンシング周波数帯域を決定したり、センシング結果処理制御部２００６を通じて従ノードへの協調センシングの対象周波数帯域に関する情報の送信を制御したりすることが可能である。以上のことから、センシング結果処理制御部２００６とセンシング帯域制御部２０１０は、まとめて制御部と呼ばれても良い。
協調センシング総合判定部２００７は、従ノード２１０〜２３０からの受信信号に含まれる各従ノードでのスペクトルセンシング結果の情報と、スペクトルセンシング部２００４’で自ら行った結果を考慮して、協調グループ内での上記対象周波数帯域におけるプライマリシステムの通信の存在有無を判定し、判定結果を検出結果記憶部２００８に格納する。
本発明の第２の実施形態における従ノードは、図３に示された構成例と同様のものとすることができる。
次に、本発明の第２の実施形態において、同一の協調グループに属する主ノードおよび従ノードが協調センシングを行う際の動作手順を説明する。
主ノード２０１は、第１の実施形態において説明した予備スペクトルセンシング実行時に、周波数帯域候補全体にわたり広範囲に予めスペクトルセンシングを実行する。主ノード２０１はスペクトルセンシング結果より、セカンダリシステムとして利用する空き周波数帯域候補を決定する。即ち、主ノード２０１は、予備スペクトルセンシングを行った広範囲な周波数帯域の内、プライマリシステムの通信が検出された一部の周波数帯域やその他電波環境が良好でないと判断された一部の周波数帯域は、セカンダリシステムにおいて利用する空き周波数帯域候補から除外する。主ノード２０１は、この予備スペクトルセンシング処理を繰り返し行って精度を高めた上でセカンダリシステムの空き周波数帯域候補を決定しても良い。主ノード２０１は、このようにして決定したセカンダリシステムとして協調センシングの対象とすべき空き周波数帯域候補を、センシングリクエストを用いて周囲の従ノードへブロードキャスト送信する。
ここで、主ノード２０１は、センシングリクエスト送信に際し、プライマリシステムと同じ周波数帯域、或いはその一部の周波数帯域を利用してもよく、またはプライマリシステムとは別の周波数帯域を利用しても良い。また、センシングリクエスト送信は、ブロードキャストに限定されず、第１の実施形態と同様に、ユニキャスト、マルチキャストを利用することが可能である。
各従ノードでは、受信したセンシングリクエストに含まれる、主ノードが指定した空き周波数帯域候補を対象としてスペクトルセンシングを行い、第１の実施形態と同じ動作でセンシング情報を返信する。従って、第２の実施形態の動作は、図４、図５、図６で説明した動作手順と同様の流れで実現され得る。
本発明の第２の実施形態によれば、各従ノードのスペクトルセンシング範囲を狭めることができ、処理量の低減、センシング情報収集の高速化が可能となる。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について詳細に説明する。以下に説明する第３の実施形態においても、図１と同様の構成にて、協調グループを構成する主ノード２０１および従ノード２１０〜２３０が協調センシングを行う例を取り上げる。ここで主ノード２０１は、図１で説明した主ノード２００と同様の役割を担う。
本発明の第３の実施形態による主ノードは、図７に示された構成例と同様のものとすることができる。第３の実施形態による従ノードは、図３に示された構成例と同様のものとすることができる。
第３の実施形態においては、主ノード及び従ノードが前述の第２の実施形態と概ね同様にして動作するが、特に主ノード２０１のセンシング帯域制御部２０１０の動作に特徴を持つ。よって、以下に、第３の実施形態の動作について、前述の第２の実施形態と相違する点を中心に説明する。
第３の実施形態においては、前述の第２の実施形態と同様に、主ノード２０１で個別に広帯域の予備スペクトルセンシングを実行する。例えば、図８に示す周波数帯域３００を予備スペクトルセンシングの対象とする。主ノード２０１は、空き周波数帯域候補の決定に際しては、予備スペクトルセンシング結果において検出したレベルが低い順、即ち空き周波数帯域である確率が高い順に協調センシングの対象周波数候補として複数選択し、リストを作成する。
図８に示す例では、第１位候補が周波数帯域３０４、第２位候補が周波数帯域３０７、第３位候補が周波数帯域３０５となる。ここで、主ノード２０１は、予備スペクトルセンシングの結果に、図８に示すように閾値ＳＶを用いた判定を組み合わせることも可能である。
第１位候補から順に、第２の実施形態と同様の手順で、例えば図４〜図６に示した処理に基づいて、協調センシング処理が実行される。この協調センシング処理の結果、主ノード２０１の協調センシング総合判定部２００７が、当該候補周波数帯域が利用不可能と判断した場合には、次候補周波数を対象に協調センシング処理が実行される。以下、同様に繰り返して利用可能な周波数帯域を発見する。
尚、第１〜第３の実施形態では、ある時刻において、全従ノードが同一の周波数帯域候補を対象として協調センシングを実行する例を記しているが、従ノード毎に異なる周波数帯域候補をセンシング対象として分担させることも可能である。この際には、先に主ノードにて作成した協調センシングの対象周波数帯域の候補リストをベースに、従ノードの位置情報（推定値を含む）や、従ノードの主ノードからの距離情報（推定値を含む）を利用して、センシング対象を設定しても良い。また、プライマリシステムより与えられるパイロット信号や、システム間で共有される共通信号などが得られる場合には、これらを補助情報として用いても良い。
以上の様に、本発明によれば、プライマリシステムの通信に影響を与えずにセカンダリシステムがセンシング情報を交換する手法を実現することができる。また、本発明によれば、セカンダリシステムが無線リソースを効率的に利用し、高速に、低処理量にて、主ノードが必要な時に広い周波数帯の中から必要なセンシング情報を収集することが可能となる。
以上、本発明を、複数の実施形態を参照して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、請求項に記載された本発明の精神や範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。以下にその例を挙げる。
本発明においては、プライマリシステムは予め固定的に周波数帯域が割当てられた既存の無線通信システムに限定されるものではない。つまり、本発明は、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、既存の無線通信システムに割り当てられた周波数帯域を共用し、且つ、既存の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムに限定されない。本発明は、第１の無線機と少なくとも１つの第２の無線機との間で、別の無線通信システムが利用する周波数帯域を共用し、且つ、別の無線通信システムに影響を与えないようにして無線通信を行なう無線通信システムにも適用可能である。例えば、周波数割当てが固定的でなく緩やかな動的割当ての場合に、プライマリシステムは、セカンダリシステム（対象となるコグニティブ無線システム）が利用しようとする周波数帯域に対して優先的利用権を持つ場合も本発明の適用対象となる。
また、共用が可能な周波数帯域において、対象のコグニティブ無線システムと同じ優先度で利用している（あるいは利用しようとしている）別の無線通信システムをプライマリシステムと見立てることも可能である。
この出願は、２００７年１２月２８日に出願された日本出願特願２００７−３４１２７７号及び２００８年１１月１０日に出願された日本出願特願２００８−２８７６９６号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【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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【国際調査報告】
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