(57)【要約】セカンダリシステムとして複数のコグニティブ無線機が連携して周波数帯域使用状況のセンシング情報を交換する協調センシングにおいて、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効率よくセンシング情報を交換する。本発明による無線通信システムは、第１の無線通信装置において、周囲の無線通信環境を観測する手段と、前記観測した情報を無線通信に用いるパラメータに変換する手段と、前記パラメータを用いて送信する手段を備え、また、第２の無線通信装置において、前記第１の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から送信側で観測した周囲の無線通信環境情報を抽出する手段を備える。
2009084464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの或いは周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成し、該観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換し、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記パラメータとして、直交周波数多重サブキャリアを利用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記パラメータとして、時間スロットを利用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記パラメータとして、スペクトル拡散符号を利用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記パラメータとして、直交周波数多重サブキャリア、時間スロット、及びスペクトル拡散符号のうちの２つ以上の組み合わせを利用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記観測結果が、周囲の無線通信による受信電力強度であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記観測結果が、周囲の無線通信によるトラフィックであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記観測結果が、無線機の電池残量であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項９】
前記観測結果が、測定値を量子化した量子化測定値であることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の無線通信方法において、測定した受信電力強度を、均一な量子化幅で量子化し、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアに対応させて、当該単一の周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の無線通信方法において、測定した受信電力強度を、均一な量子化幅で量子化し、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている一の周波数サブキャリア群に対応させて、当該周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の無線通信方法において、測定した受信電力強度を、不均一な任意の量子化幅で量子化し、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させて、前記単一の周波数サブキャリアまたは前記一の周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１３】
請求項６に記載の無線通信方法において、測定した受信電力強度を、予め得た受信電力強度の度数分布情報に基づき定めた度数が高いほど狭くなる量子化幅で量子化し、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させて、前記単一のサブキャリアまたは前記一のサブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３の何れかに記載の無線通信方法において、複数の無線機が同時に送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１５】
単一または複数の第１の無線機が、請求項１から請求項１４の何れかに記載の無線通信方法により送信を行い、第２の無線機が、前記第１の無線機から送信された信号を受信し、該受信信号から、前記第１の無線機で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１６】
単一または複数の第１の無線機が、請求項１から請求項１４の何れかに記載の無線通信方法により送信を行い、第２の無線機が、前記第１の無線機から送信された信号を受信し、該受信信号から、前記第１の無線機で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出し、前記第２の無線機は、また別途、自ら周囲の無線通信環境を観測し、自ら観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す自観測情報と、前記受信観測情報とを用いて、第１の無線機及び第２の無線機の周囲の無線通信環境を判定することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１７】
単一または複数の第１の無線機が、請求項１から請求項１４の何れかに記載の無線通信方法により送信を行うために、第２の無線機が、前記第１の無線機から過去に送信された信号から抽出した受信観測情報および自ら観測した観測結果を表す自観測情報のうち少なくとも一方に基づいて、前記第１の無線機が新たな観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換するためのパラメータ変換指標を決定し、該決定したパラメータ変換指標を第２の無線機が第１の無線機に送信し、第１の無線機が受信したパラメータ変換指標に従って、前記新たな観測情報を２の無線機に送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１８】
前記第２無線機が、前記第１の無線機から送信された信号を受信したときの受信信号電力に基づいて、第２の無線機と第１の無線機間の相対距離を推定し、前記自観測情報と前記受信観測情報とに加え、該推定した相対距離を用いて第１無線機及び第２の無線機の周囲の無線通信環境を判定することを特徴とする請求項１６に記載の無線通信方法。
【請求項１９】
前記観測結果を判定基準と比較して前記観測情報の送信可否を判定し、送信可と判定した場合に、前記観測情報を送信することを特徴とする請求項１から請求項１４の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項２０】
前記無線通信に用いられる周波数が他の無線通信システムに優先的に割り当てられている場合に、当該他の無線通信システムの特性に基づいて送信電力を制御して送信することを特徴とする請求項１から請求項１４の何れかに記載の無線通信方法。
【請求項２１】
自らの或いは周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成する手段と、前記観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換する手段と、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２２】
前記パラメータとして、直交周波数多重サブキャリアを利用する手段を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
前記パラメータとして、時間スロットを利用する手段を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信装置。
【請求項２４】
前記パラメータとして、スペクトル拡散符号を利用する手段を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の第１の無線通信装置。
【請求項２５】
前記パラメータとして、直交周波数多重サブキャリア、時間スロット、及びスペクトル拡散符号のうちの２つ以上の組み合わせを利用する手段を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
【請求項２６】
前記観測結果を生成する手段が、周囲の無線通信による受信電力強度を観測する手段であることを特徴とする請求項２１から請求項２５の何れかに記載の無線通信装置。
【請求項２７】
前記観測結果を生成する手段が、周囲の無線通信によるトラフィックを観測する手段であることを特徴とする請求項２１から請求項２５の何れかに記載の無線通信装置。
【請求項２８】
前記観測結果を生成する手段が、電池残量を観測する手段であることを特徴とする請求項２１から請求項２５の何れかに記載の無線通信装置。
【請求項２９】
前記測定結果を生成する手段が、測定値を量子化することを特徴とする請求項２１から請求項２８の何れかに記載の無線通信装置。
【請求項３０】
請求項２６に記載の無線通信装置において、前記測定結果を生成する手段が、測定した受信電力強度を、均等な量子化幅で量子化する手段を備え、前記パラメータに変換する手段が、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアに対応させる手段を備え、前記観測情報を送信する手段が、当該単一の周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３１】
請求項２６に記載の無線通信装置において、前記測定結果を生成する手段が、測定した受信電力強度を、均等な量子化幅で量子化する手段を備え、前記パラメータに変換する手段が、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、前記観測情報を送信する手段が、当該周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３２】
請求項２６に記載の無線通信装置において、前記測定結果を生成する手段が、測定した受信電力強度を、不均一な任意の量子化幅にて量子化する手段を備え、前記パラメータに変換する手段が、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、前記観測情報を送信する手段が、前記単一の周波数サブキャリアまたは前記一の周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３３】
請求項２６に記載の無線通信装置において、前記測定結果を生成する手段が、予め得た受信電力強度の度数分布情報に基づき定めた、度数が高いほど狭くなる量子化幅で、測定した受信電力強度を量子化する手段を備え、前記パラメータに変換する手段が、量子化されたレベルを、量子化レベルに各々対応付けられた単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、前記観測情報を送信する手段が、前記単一の周波数サブキャリアまたは前記一の周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つのサブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３４】
請求項２１から請求項３３の何れかに記載の無線通信装置において、前記観測情報を送信する手段は、他の無線通信装置の送信動作と同時に観測情報を送信することを特徴とする無線通信装置。
【請求項３５】
請求項２１から請求項３４の何れかに記載された無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から、送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３６】
請求項２１から請求項３４の何れかに記載された無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から、送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段と、自ら周囲の無線通信環境を観測し、観測結果を表す自観測情報を生成する手段と、前記自観測情報と前記受信観測情報とを用いて、周囲の無線通信環境を判定する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３７】
自ら周囲の無線通信環境を観測し、観測結果を表す自観測情報を生成する手段と、請求項２１から請求項３４の何れかに記載の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段と、前記自観測情報および前記受信観測情報の少なくとも一方を用いて、他の無線通信装置が観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換するためのパラメータ変換指標を決定する手段と、該決定したパラメータ変換指標を送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３８】
請求項３６に記載の無線通信装置において、前記無線通信環境を判定する手段が、前記自観測情報と前記受信観測情報とに加え、前記受信信号の受信信号電力に基づいて送信側の無線通信装置との相対距離を推定した情報を用いて周囲の無線通信環境を判定する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３９】
前記測定結果を判定基準と比較して前記観測情報の送信可否を判定する手段を備え、該送信可否を判定する手段が送信可と判定した場合に、前記観測情報を送信する手段が、前記観測情報を送信することを特徴とする請求項２１から請求項３４のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項４０】
前記観測情報を送信する手段が、前記無線通信に用いられる周波数が優先的に割り当てられている他の無線通信システムの特性に基づいて、送信電力を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項２１から２４のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項４１】
コンピュータを請求項２１から請求項４０の何れかに記載の無線通信装置として機能させるためのプログラム。
【請求項４２】
請求項２１から請求項４０の何れかに記載の無線通信装置を用いて、優先的に周波数帯域を割り当てられたプライマリシステム存在下において、同周波数帯域を共有して動作する無線通信システム。
【請求項４３】
第１の無線通信装置と、第２の無線装置を含むコグニティブ無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置は、周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成する手段と、前記観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換する手段と、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信する手段を備え、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から、送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段を含むことを特徴とするコグニティブ無線通信システム。
【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、無線通信装置および無線通信用プログラムに関し、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方法、無線通信装置、無線通信用プログラムおよび無線通信システムに関する。
【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技術が知られている（特許文献１：ＷＯ２００４／０７５４３８号公報、又は特許文献２：特許第３６７０４４５号公報参照）。このような技術を利用して、周波数利用効率の向上を計るコグニティブ無線通信システムが種々提案されている。
コグニティブ無線においては、周囲の無線環境を認知し、その無線環境に応じて無線パラメータの最適化を行う。特に、既存の無線通信システム（プライマリシステム）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で周波数の利用効率を向上できる。
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により判定する電力検出による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：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．）。
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、シャドウィング、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。その解決策としての一つとして、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方式が検討されている（例えば、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．）。
協調センシングのシステム概念図を図１に示す。ここに示す例では、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２００，２１０，２２０，２３０，２４０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２００，２１０，２２０，２３０，２４０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２１０，２２０，２３０，２４０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。
協調センシングの基本的な動作は、協調グループに属する複数の従ノード２１０，２２０，２３０，２４０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、その結果を各々が主ノードに２００に通知し、主ノードは該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ものである。ここで、従ノードで用いられるスペクトルセンシング手法は、非特許文献１に示されている手法やそれら以外の手法でもよく、特に制限はない。また、主ノード２００での判定においては、一部の従ノードから収集した検出情報を利用しても良いし、従ノードから収集した検出情報に加えて主ノード自身が行ったスペクトルセンシングによる検出情報をも利用しても良い。
このようにして、協調センシングでは各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、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と比べて検出性能を向上することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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、複数の端末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。
なお、特許文献１や２に記載された技術は、使用すべき送信パラメータや動作環境を通知するものであって、観測結果を送信するものではない。
従って、本発明の目的は、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にある。
また、本発明の別の目的は、セカンダリシステム内の無線機が無線リソースを効率的に利用して、必要なセンシング情報を交換することを可能とするシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１視点によれば、自らの或いは周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成し、該観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換し、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信することを特徴とする無線通信方法が提供される。
本発明の別の視点によれば、自らの或いは周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成する手段と、前記観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換する手段と、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信する手段を備えたことを特徴とする無線通信装置が提供される。
本発明の他の視点によれば、第１の無線通信装置と、第２の無線装置を含むコグニティブ無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置は、周囲の無線通信環境を観測して観測結果を生成する手段と、前記観測結果を表す観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換する手段と、前記パラメータを用いて前記観測情報を送信する手段を備え、前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から、送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段を含むことを特徴とするコグニティブ無線通信システムが得られる。
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提供することができる。また、本発明によれば、さらに、セカンダリシステム内の無線機が無線リソースを効率的に利用して、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】
【０００５】
図１は、本発明が適用される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模式的に示す図である。
図２は、本発明の第１或いは第２の実施の形態における、協調センシングを行う主ノードの構成例を示すブロック図である。
図３は、図２の主ノードに含まれる従ノード検出判定手段の構成例を示すブロック図である。
図４は、本発明の第１或いは第２の実施の形態における、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５は、本発明の第１の実施の形態における、ＯＦＤＭサブキャリアへの検出電力割当てマップの一例を示す図である。
図６は、本発明の第１の実施の形態における、従ノードによるセンシング結果をサブキャリアに割り当てて送信し、主ノードにてサブキャリア位置から従ノードのセンシング結果電力レベルを抽出する動作の概念図を示す。
図７は、本発明の第２の実施の形態における、検出電力度数分布に応じたＯＦＤＭサブキャリアへの割当てマップの一例を示す図である。
図８は、本発明の第３の実施の形態における、協調センシングを行う主ノードの構成例を示すブロック図である。
図９は、本発明の第３の実施の形態における、協調センシングを行う従ノードの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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の実施の形態］
以下に説明する本発明の第１の実施の形態では、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２１０〜２４０が協調センシングを行う例を取り上げる。ここでは、協調グループ内のセカンダリシステムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）或いは直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）により通信している例を取り上げる。以下の説明では、簡素化のため、ＯＦＤＭ或いはＯＦＤＭＡについての記述を単にＯＦＤＭと記す。
［主ノード（上位）の構成と動作］
図２に本発明の第１の実施の形態における主ノード２００の構成例を示す。本発明の第１の実施の形態における主ノード２００は、アンテナ２００１と、受信手段２００３と、スイッチ２００５と、プライマリ信号センシング手段２００６と、従ノード検出判定手段２００７を有する。
受信手段２００３は、プライマリシステムの信号及びセカンダリシステムの信号を受信する。即ち、例えばプライマリシステム無線機１００，１１０から送信された信号や、協調グループに属する他のノード、例えば従ノード２１０〜２４０から送信された信号を受信することができる。
スイッチ２００５は、受信手段２００３からの出力を処理の目的に応じて後段の処理手段との接続先を切り替える。例えば、スイッチ２００５は、該主ノード２００が自らプライマリ信号のセンシングを行う場合にはプライマリ信号センシング手段２００６に接続し、該主ノード２００が従ノードからの受信信号を用いて検出判定を行う場合には従ノード検出判定手段２００７に接続する。
プライマリ信号センシング手段２００６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、受信電力強度（レベル）、あるいはトラフィック等の検出を行う。その結果は、従ノード検出判定手段２００７に渡される。
従ノード検出判定手段２００７は、従ノード２１０〜２４０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を取り出し、更にプライマリ信号センシング手段２００６で自ら行ったスペクトルセンシング結果を用いて、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総合判定する。但し、前記総合判定の際には、プライマリ信号センシング手段２００６で自ら行ったスペクトルセンシング結果を考慮することが望ましいが、必ずしも必須ではなく、各従ノードでのスペクトルセンシング結果の情報のみを用いて行うことも可能である。
［主ノード（検出判定部）の構成と動作］
図３に本発明の第１の実施の形態における、主ノード２００内の従ノード検出判定手段２００７の構成例を示す。従ノード検出判定手段２００７は、離散フーリエ変換（ＦＦＴ）処理手段２０１０と、サブキャリア信号電力判定手段２０１１と、協調センシング総合判定手段２０１２と、プライマリ信号検出結果記憶手段２０１３を有する。
従ノードからの受信信号を用いて検出判定を行う場合に、受信手段２００３より得た受信信号は、ＦＦＴ処理手段２０１０にて周波数軸上の信号に変換される。ここで、後述する様に、従ノードからの受信信号は、各ＯＦＤＭサブキャリアに従ノードでのスペクトルセンシング結果の情報が載せられており、前記周波数軸上の信号からそれを抽出することができる。これにより、サブキャリア信号電力判定手段２０１１では、受信した信号のサブキャリア成分を観測することにより、従ノードでのセンシング情報を得ることができる。ここで得られた各従ノードでのセンシング情報、及びプライマリ信号センシング手段２００６より得る主ノード２００自ら行ったスペクトルセンシング結果を用いて、協調センシング総合判定手段２０１２にて、協調グループにおける周囲の周波数使用環境、例えばプライマリシステムの信号の有無、を総合判定する。また、該協調センシング総合判定結果は、プライマリ信号検出記憶手段２０１３に記憶させておき、その後の協調センシング総合判定の際に、過去に記憶した情報（過去の協調センシング総合判定結果、過去の従ノードによるセンシング結果、過去の主ノードによるセンシング結果、の何れかまたは組み合わせ）として用いることもできる。
［従ノードの構成と動作］
図４に本発明の第１の実施の形態における従ノード２１０の構成例を示す。なお、他の従ノード２２０〜２４０の構成も従ノード２１０と同様である。本発明の第１の実施の形態における従ノード２１０は、アンテナ２１０１と、送受分離手段２１０２と、受信手段２１０３と、送信手段２１０４と、プライマリ信号センシング手段２１０５と、逆離散フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理手段２１０７と、サブキャリアマッピング手段２１０８を有する。
受信手段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の受信処理を行う。
プライマリ信号センシング手段２１０５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、受信電力強度（レベル）、あるいはトラフィック等の検出を行う。ここでは、例えば対象とする帯域の受信電力強度を検出すると仮定するが、本発明はこれに限定しない。
サブキャリアマッピング手段２１０８は、プライマリ信号センシング手段２１０５から得たセンシング結果に基づき、検出電力情報に対応するＯＦＤＭサブキャリアに信号マッピングを行う。図５にＯＦＤＭサブキャリアへの検出電力割当てマップの一例を示す。同図に示す様に、ＯＦＤＭの各サブキャリアｆ１〜ｆ６は、検出した電力レベルＰＡ〜ＰＦと対応付けられており、例えば該受信機で検出した電力レベルがＰＤであればサブキャリアｆ４にマッピングされる。或いは、このマッピング処理は、受信した電力情報（受信電力強度）を量子化し、サブキャリア番号に符号化する機能ととらえることもできる。つまり、検出した受信電力レベルは、ダイナミックレンジ内を均等に分割した均一な量子化幅で、量子化レベルＰＡ〜ＰＦのいずれに量子化され、各量子化レベルに対応付けられたサブキャリアに変換される。該サブキャリアマッピング手段２１０８では、この検出した電力レベルに対応するサブキャリア成分のみの信号を持つＯＦＤＭ信号を生成する。
然る後、該ＯＦＤＭ信号はＩＦＦＴ処理手段２１０７にて時間軸の信号に変換され、送信部２１０４を経て主ノードへ送信される。
従ノード２１０〜２４０は、通常、互いに異なる場所に位置しているため、それぞれが検出する受信電力レベルは互いに異なる可能性が高い。それゆえ、ＯＦＤＭサブキャリアｆ１〜ｆ６に検出電力レベルＰＡ〜ＰＦを対応付けておけば、各従ノードから送信されるＯＦＤＭ信号は、異なるサブキャリア成分を持つ可能性が高くなる。その結果、プライマリシステムの通信に影響を与えることなく、セカンダリシステム無線機間でセンシング情報交換を行うことができる。
［主ノードでのセンシング情報受信］
本発明の第１の実施の形態によれば、このようにして、協調グループに属する各従ノードがスペクトルセンシングを行い、検出した電力レベル情報を予め定められたサブキャリア成分の信号としてＯＦＤＭ送信する。これらのＯＦＤＭ信号が複数の従ノードから同時に送信された場合、受信する主ノードにおいては、周囲の従ノードが検出した電力レベルに応じたサブキャリア成分のみに信号が含まれるＯＦＤＭ信号を受信することとなる。主ノードでは、受信したＯＦＤＭ信号のサブキャリア成分を観測することにより、周囲の従ノードによるセンシング結果の情報を得ることが可能となる。
図６に、この様子の一例を示している。同図は、従ノード２１０〜２４０がスペクトルセンシングを行った結果の検出電力レベルが各々ＰＡ，ＰＢ，ＰＤ，ＰＡであり、これらを各々定められたサブキャリアにマッピングして同時にＯＦＤＭ送信する様子を示している。主ノードでは、同図に示す様に、前記各従ノード２１０〜２４０から同時送信されたＯＦＤＭ信号を受信すると、サブキャリアｆ１、ｆ２、ｆ４に信号成分を観測でき、この結果、協調グループ内にＰＡ，ＰＢ，ＰＤの電力レベルを検出した従ノードが存在することが分かる。
［本実施の形態の効果］
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、プライマリシステムを確実に認知し、その上で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可能となる。
なお、上記実施の形態では、主ノードと従ノードが区別されているが、すべての無線機を同一構成とし、各無線機を主ノードとしても従ノードとしても動作可能にしてもよい。この場合、例えば発信者となる無線機が、主ノードとして機能するようにしてよい。
また、上記実施の形態では、周囲の通信環境を観測して観測結果を送信する例について説明したが、自機の状態、例えば電池残量、を観測した結果を通知するようにしてもよい。
［第２の実施の形態］（サブキャリアマッピングの応用例）
本発明によれば、上記の第１の実施の形態を基本として、以下の様に機能を拡張することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第１の実施の形態においては、スペクトルセンシングの結果検出した電力レベルを量子化した際の１単位を１ＯＦＤＭサブキャリアにマッピングしたが、前記１単位を割り当てるサブキャリア候補を複数持つことも可能である。例えば、スペクトルセンシング結果の検出電力レベルＰＸに対して、ＯＦＤＭサブキャリアｆ１００、ｆ１０１、ｆ１０２、ｆ１０３の４サブキャリアを割り当てる場合、検出電力レベルがＰＸであった従ノードは、ｆ１００〜ｆ１０３の内の１つのサブキャリアを例えばランダムに選択する。この場合、割当て候補サブキャリアが１本の場合に比べて主ノードで受信時の衝突確率を１／４に低減できる。これにより、セカンダリシステムの無線機間でのセンシング情報交換が、プライマリシステムの通信へ影響を与える可能性をさらに低減することができる。
また、本発明の第２の実施の形態の別の応用例として、図７に示す様に、スペクトルセンシング結果の量子化の幅を度数分布に従って可変とすることも可能である。同図に示す様に、度数の高い部分ほど量子化の幅を狭くすることによって、主ノードにおける受信信号において、信号成分を持つサブキャリアを分散化できる。尚、図７の様に、度数の高い部分ほど量子化の幅を狭くし、更に、量子化１単位に複数のサブキャリアを割り当てることも勿論可能である。
また別の応用例として、主ノードがより詳細に協調センシングを実施したいレンジを重点的に、サブキャリア割当幅を詳細化する方法も可能である。
［第３の実施の形態］（サブキャリアマッピングを主ノード指示により可変とする応用例）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、前記本発明の第１或いは第２の実施の形態として示したようなサブキャリアマッピングを主ノードの指示により可変とすることができる。
図８に、本発明の第３の実施の形態における主ノード２０１の構成例を示す。同図に示すように、本実施の形態による主ノード２０１は、図２に示した第１の実施の形態における主ノード２００に対してスイッチ２００５を拡張し、加えてサブキャリアマップ制御手段２００８及びセカンダリ信号変復調手段２００９、送信手段２００４を有する。サブキャリアマップ制御手段２００８においては、従ノード検出判定手段２００７から与えられる情報を用いて、前記本発明の第１或いは第２の実施の形態として示したようなサブキャリアマッピングを決定する。ここで、従ノード検出判定手段２００７から与えられる情報とは、協調センシングの結果各従ノードから得られたセンシング情報、或いは協調プライマリ総合判定の結果、或いはこれらに加えてプライマリ信号検出結果記憶手段２０１３に保存されている過去の協調センシング情報、などの情報の何れか或いは組み合わせを用いても良い。また、サブキャリアマップ制御手段２００８は、該サブキャリアマッピングを決定する際に、プライマリ信号センシング手段２００６で自ら行ったスペクトルセンシング結果を用いても良い。設定されたサブキャリアマッピング制御情報（パラメータ変換指標）は、セカンダリ信号変復調手段２００９により変調され、送信手段２００４を経て各従ノードへ送信される。
図９に、対応する従ノード２１１の構成例を示す。同図に示すように、本実施の形態による従ノード２１１は、図４に示した第１の実施形態による主ノード２１０に対してサブキャリアマッピング手段２１０８を拡張し、加えてセカンダリ信号復調手段２１０６を有する。該従ノード２１１では、セカンダリ信号復調手段２１０６において、主ノードから受信したセカンダリ信号からサブキャリアマッピング制御情報を抽出し、該制御情報に従ってサブキャリアマッピングを設定する。
以上の本発明の第３の実施の形態によれば、サブキャリアマッピングを柔軟に変更することができ、これによって主ノードにおいて、受信信号の信号成分を持つサブキャリア配置の最適化が可能となる。これにより、セカンダリシステムの無線機間でのセンシング情報交換が、プライマリシステムの通信へ影響を与える可能性をさらに低減することができる。
［第４の実施の形態］（サブキャリア電力から従ノードとの距離を推定し総合判定に反映させる応用例）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、主ノードにおける協調センシング総合判定時に、受信電力を基に主ノードと周囲の従ノードとの間の相互関係を判断し、利用する。これは、従ノードでは、スペクトルセンシング結果である検出電力レベル情報を送信時に送信電力を一定に保ち、主ノードでの受信信号強度が無線区間の通信路状況によって変動することを利用する。この通信路状況（受信信号強度）は、概して無線区間の距離に応じて変動するため、大まかな無線区間の距離を推測することが可能である。主ノードでは、受信したサブキャリア番号に乗せられた従ノードでのセンシング結果情報に加え、この信号強度情報を利用して総合判定する機能を付加することが可能である。また、主ノードが別の手段で、従ノードの位置情報などの補助情報を得ることが可能な場合には、これらを用いて総合判定を行っても勿論良い。
［第５の実施の形態］（従ノードにて足切りをする応用例）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、主ノードのみがスペクトルセンシング結果の判定機能を有するのではなく、該判定機能を従ノードと分担する。従って、本実施の形態によれば、従ノードにおいて、スペクトルセンシング結果に対してある閾値を基に該電力検出情報を主ノードに送信するかどうか判断し、主ノードへの検出電力情報通知が必要と判断した場合のみ送信する。これによって、セカンダリシステム内での無線リソースのより効率的な利用が可能となる。
［その他の実施の形態］（サブキャリアでなく、時間や符号を用いる応用例）
以上、これまでに説明した本発明による実施の形態では、協調グループ内の従ノードからスペクトルセンシング情報を送信する手法としてＯＦＤＭサブキャリアの周波数成分を利用しているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばスペクトルセンシング検出結果を時間軸のタイムスロットに対応させて多重送信する応用手法や、スペクトル拡散符号等に対応させて多重送信する応用手法も可能である。また、ＯＦＤＭサブキャリア、タイムスロット及びスペクトル拡散符号のうちの２つ以上の組み合わせをパラメータとして用いてもよい。
（電力制御応用例）
さらに、このような協調センシングの情報交換をプライマリシステムと同じ帯域を用いて行うために、想定するプライマリシステムに合わせて協調センシング情報交換時の送信電力に制限を加える機能を付加することも可能である。
以上のように、本発明によれば、コグニティブ無線においてプライマリシステムを確実に認知し、その上でセカンダリシステムを運用する際に、無線リソースを効率的に使用して情報交換を行うことが可能となる。
尚、上記本発明の実施の形態に係る詳細な説明では、プライマリシステムの信号を検出する例を挙げて記述したが、本発明によれば、協調グループをセカンダリシステムとみた場合に、それ以外の複数のプライマリシステムがある場合にも適用可能である。
また本発明は、周波数帯域を二次利用する様態のコグニティブ無線に限定せず、現状の無線ＬＡＮの品質確保の上での周波数共用にも活用することが可能である。
さらにまた、本発明は、固定的に周波数帯域が割り当てられている既存のシステムが存在する場合のみならず、（緩やかな）動的な周波数割り当てが行われている２つのシステムの一方（他方が優先的利用権を持つ）に対しても適用可能である。また、本発明は、周波数帯域を共用する特に優先度が定められていない２つのシステムの一方に適用することも可能である。
本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、パラメータとして直交周波数多重サブキャリアを利用する手段を備えてよい。また、前記パラメータとして時間スロットを利用する手段を備えてよい。あるいは、パラメータとしてスペクトル拡散符号を利用する手段を備えてよい。さらにまた、パラメータとして直交周波数多重サブキャリア、時間スロット、及びスペクトル拡散符号のうちの２つ以上の組み合わせを利用する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、観測結果を生成する手段として、周囲の無線通信による受信電力強度を観測する手段を備えてよい。また、観測結果を生成する手段として、周囲の無線通信によるトラフィックを観測する手段を備えてよい。あるいは、観測結果を生成する手段として、電池残量を観測する手段をそなえてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、測定結果を得る手段が、測定値を量子化して測定結果とする手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、前記測定結果を得る手段が、測定した受信電力強度を、均等な量子化幅で量子化して前記観測結果とする手段を備え、パラメータに変換する手段が、観測結果を表す測定情報を、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアに対応させる手段を備え、観測情報を送信する手段が、当該単一の周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、測定結果を得る手段が、測定した受信電力強度を、均等な量子化幅で量子化して前記観測結果とする手段を備え、パラメータに変換する手段が、観測結果を表す測定情報を、量子化レベルに各々対応付けられている一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、観測情報を送信する手段が、当該周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、測定結果を得る手段が、測定した受信電力強度を、不均一な任意の量子化幅にて量子化して前記観測結果とする手段を備え、前記パラメータに変換する手段が、前記観測結果を表す測定情報を、量子化レベルに各々対応付けられている単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、観測情報を送信する手段が、前記単一の周波数サブキャリアまたは前記一の周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つの周波数サブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、測定結果を得る手段が、予め得た受信電力強度の度数分布情報に基づき定めた、度数が高いほど狭くなる量子化幅で、測定した受信電力強度を量子化して観測結果とする手段を備え、パラメータに変換する手段が、観測結果を表す測定情報を、量子化レベルに各々対応付けられた単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群に対応させる手段を備え、観測情報を送信する手段が、単一の周波数サブキャリアまたは一の周波数サブキャリア群の中から任意に選択された一つのサブキャリアのみに信号成分を持たせて直交周波数多重送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、観測情報を送信する手段が、他の無線通信装置と同時に送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、他の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から、送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段と、自ら周囲の無線通信環境を観測し、観測結果を表す自観測情報を生成する手段と、自観測情報と受信観測情報とを用いて、周囲の無線通信環境を判定する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、自ら周囲の無線通信環境を観測し、観測結果を表す自観測情報を生成する手段と、他の無線通信装置により送信された信号を受信する手段と、該受信信号から送信側で観測した周囲の無線通信環境の観測結果を表す受信観測情報を抽出する手段と、自観測情報および受信観測情報の少なくとも一方を用いて、他の無線通信装置が観測情報を無線通信に用いるパラメータに変換するためのパラメータ変換指標を決定する手段と、該決定したパラメータ変換指標を送信する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、受信信号の受信信号電力に基づいて、送信側の無線通信装置との相対距離を推定する手段を備え、無線通信環境を判定する手段が、自観測情報と受信観測情報とに加え、推定した相対距離を用いて周囲の無線通信環境を判定する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、測定結果を判定基準と比較して観測情報の送信可否を判定する手段を備えてもよい。この場合、送信可否を判定する手段が送信可と判定した場合に、観測情報を送信する手段が観測情報を送信することができる。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、観測情報を送信する手段が、無線通信に用いられる周波数が優先的に割り当てられている他の無線通信システムの特性に基づいて、送信電力を制御する手段を備えてよい。
また、本発明の他の実施の形態に係る無線通信装置は、コンピュータに上述した手順実行させ又は機能を実現させることにより実現されるようにしてもよい。
さらに、本発明の他の実施の形態においては、上述したいずれかの無線通信装置を用いることで、優先的に周波数帯域を割り当てられたプライマリシステム存在下において、同周波数帯域を共有して動作する無線通信システムを実現することができる。
【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８】
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【図９】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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