(57)【要約】  基地局２１０と複数の遠隔端末２２０とを有する無線通信ネットワーク２００において、上記複数の遠隔端末２２０は上記基地局２１０と通信するために複数のクラスタ２３０に分割され、これら遠隔端末２２０の各々は、当該通信ネットワーク２００とは関連付けられていない１以上の外部地上送信機２５０により送信される１以上の外部信号の、斯かる遠隔端末２２０の１以上により測定された少なくとも１つの特性に基づいて、或るクラスタ２３０に割り当てられる。従って、基地局２１０と各遠隔端末２２０との間の通信のパラメータを各遠隔端末２２０が属するクラスタ２３０に従って選択することができ、或るクラスタ２３０内の遠隔端末２２０は互いに直接通信するのを可能にされ、及び／又は当該通信ネットワーク２００により使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイル測定を実行するために、遠隔端末２２０を自身が割り当てられたクラスタに従って選択することができる。
2009509386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、
前記基地局との通信のために、前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、
前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定された少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、
３つの処理、即ち、
（１）各遠隔端末が属するクラスタに従って、前記基地局と各遠隔端末との間の通信の少なくとも１つのパラメータを選択する処理、
（２）割り当てられたクラスタに従って、当該無線通信ネットワークとは関連のない前記外部地上送信機により使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイル測定を前記複数の遠隔端末のうちのどれが行うかを選択する処理、及び
（３）割り当てられたクラスタに従って、当該無線通信ネットワークとは関連のない前記外部地上送信機により使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイル測定値を前記複数の遠隔端末のうちのどれが前記基地局に送信するかを選択する処理、
のうちの少なくとも１つを実行するステップと、
を有する通信方法。
【請求項２】
前記１以上の遠隔端末により測定された前記少なくとも１つの特性が、当該無線通信ネットワークとは関連のない前記１以上の外部地上送信機により送信される前記１以上の外部信号により生成される、前記遠隔端末の各々において測定された周波数スペクトルプロファイルを含むような請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数スペクトルプロファイルが１＊ｆなるサイズの測定ベクトルｘｉバーを含み、ここで、ｆは前記１以上の外部地上送信機により送信された前記外部信号を定義するために割り当てられたチャンネルの数であり、ｉは対応する遠隔端末のインデックス数であり、ｊはクラスタのインデックス数であるような請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の遠隔端末がｎ個であり、前記基地局との通信のために前記ｎ個の遠隔端末を複数のクラスタに分割すると共に、前記ｎ個の遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに前記１以上の外部信号の前記測定された特性に基づいて割り当てるステップが、
ｋ＝２のクラスタの試行値を確立するステップ（６１０）と、
前記ｎ個の遠隔端末のｎ個の測定ベクトルのうちのｋ個を、前記ｋ個のクラスタの各々に対して試行平均測定ベクトルｍｊバーとして割り当てるステップ（６３０）と、
前記ｎ個の遠隔端末の各々に対して、前記試行平均測定ベクトルｍｊバーのどれが自身の測定ベクトルｘｉバーに最も近いかを判定すると共に、当該遠隔端末を対応するクラスタｊに試行割り当てとして割り当てるステップ（６４０）と、
各クラスタｊに対して、ステップ（６４０）においてクラスタｊに試行的に割り当てられた遠隔端末の全てに対する前記測定ベクトルを使用して新たな平均測定ベクトルｍｊバーを計算するステップ（６５０）と、
前記平均測定ベクトルｍｊバーの値に変化がなくなるまで、ステップ（６４０）及び（６５０）を繰り返すステップと、
前記ｎ個の遠隔端末の各々に対する測定ベクトルｘｉバーと、ステップ（６４０）において当該遠隔端末が最後に試行的に割り当てられたクラスタｊに対する平均ベクトルｍｊバーとの間の総ベクトル距離Ｊを計算するステップ（６６０）と、
Ｊを最大許容値Ｊ＊と比較するステップ（６７０）と、
Ｊが前記最大許容値Ｊ＊より大きい場合にｋを１だけインクリメントすると共に、Ｊが該最大許容値Ｊ＊以下となるまでステップ（６３０）ないし（６７０）を繰り返すステップ（６８０）と、
Ｊが前記最大許容値Ｊ＊以下である場合に、前記ｋなる試行値を前記ｎ個の遠隔端末が分割されるクラスタの数として使用すると共に、前記ｎ個の遠隔端末の各々を前記ｋ個のクラスタの１つに割り当てるためにステップ（ｃ）の前記試行割り当てを使用するステップと、
を有するような請求項３に記載の方法。
【請求項５】
当該遠隔端末が属するクラスタに従って選択された、前記基地局と該遠隔端末との間の通信の前記少なくとも１つのパラメータが、エラー訂正コード、変調フォーマット、隣接する送信シンボル間のガード区間、及び１以上の周波数チャンネルからなる群から選択される少なくとも１つを含むような請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１以上の遠隔端末により測定される前記１以上の外部信号の前記少なくとも１つの特性が、当該無線通信ネットワークとは関連のない前記１以上の外部地上送信機により送信される前記１以上の外部信号のうちの少なくとも１つに含まれるシンク信号の到達時刻を含むような請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記シンク信号が、デジタルテレビジョン（ＤＴＶ）放送信号におけるフィールドシンクシーケンスであるような請求項６に記載の方法。
【請求項８】
当該無線通信ネットワークとは関連のない前記１以上の外部地上送信機により送信される前記１以上の外部信号が、該無線通信ネットワークが動作する周波数チャンネル内のテレビジョン放送信号を含むような請求項１に記載の方法。
【請求項９】
基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、
前記基地局に対する前記複数の遠隔端末の各々の位置を決定するステップと、
前記基地局との通信のために、前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、
前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、前記決定された各遠隔端末の位置に基づいて、これら遠隔端末を互いの近さに従って各クラスタにグループ化するように割り当てるステップと、
前記基地局と各遠隔端末との間の通信の少なくとも１つのパラメータを、各遠隔端末が属するクラスタに従って選択するステップと、
を有する通信方法。
【請求項１０】
前記基地局に対する前記複数の遠隔端末の各々の位置を決定する前記ステップが、各遠隔端末に対して、
前記基地局と当該遠隔端末との間の距離ｄ１２を決定するステップと、
当該遠隔端末とテレビジョン放送アンテナの既知の位置との間の距離ｄ０２を決定するステップと、
当該遠隔端末の位置を決定するために、（１）前記距離ｄ１２及びｄ０２、（２）前記テレビジョン放送アンテナの前記既知の位置、並びに（３）前記基地局の既知の位置を用いて１対の連立方程式を解くステップと、
を有するような請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基地局と当該遠隔端末との間の距離ｄ１２を決定する前記ステップが、
トークンが前記基地局と当該遠隔端末との間で往復送信される往復時間ｔ１２を測定するステップと、
前記往復時間ｔ１２から前記距離ｄ１２を決定するステップと、
を有するような請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記テレビジョン放送アンテナの前記既知の位置と当該遠隔端末との間の距離ｄ０２を決定する前記ステップが、
前記テレビジョン放送アンテナにより送信されたテレビジョン信号に含まれるシンク信号の前記基地局における到達時刻ｔ１を決定するステップと、
前記テレビジョン放送アンテナにより送信された前記テレビジョン信号に含まれる前記シンク信号の当該遠隔端末における到達時刻ｔ２を決定するステップと、
前記テレビジョン信号が前記テレビジョン放送アンテナから当該遠隔端末まで進行する時間ｔ０２を、前記到達時刻ｔ１及びｔ２並びに前記基地局と前記テレビジョン放送アンテナとの間の既知の距離ｄ０１を用いて決定するステップと、
ｃを光速とした場合に、ｄ０２を式ｄ０２＝ｔ０２＊Ｃにより決定するステップと、
を有するような請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記テレビジョン信号が、当該無線通信ネットワークが動作する周波数チャンネル内にあるような請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
当該遠隔端末が属するクラスタに従って選択された、前記基地局と該遠隔端末との間の通信の前記少なくとも１つのパラメータが、エラー訂正コード、変調フォーマット、隣接する送信シンボル間のガード区間、及び１以上の周波数チャンネルからなる群から選択される少なくとも１つを含むような請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて前記基地局に対する前記複数の遠隔端末の各々の位置を決定する方法であって、
（ａ）前記基地局と当該遠隔端末との間の距離ｄ１２を、トークンが前記基地局と当該遠隔端末との間で往復送信される往復時間ｔ１２に基づいて決定するステップと、
（ｂ）既知の位置に位置する外部地上送信機により送信された外部信号に含まれるシンク信号の前記基地局における到達時刻ｔ１を決定するステップと、
（ｃ）前記外部信号が前記外部地上送信機から当該遠隔端末まで進行する時間ｔ０２を、（１）前記基地局と前記外部地上送信機との間の既知の距離ｄ０１、（２）前記到達時刻ｔ１、及び（３）前記外部地上送信機により送信された前記外部信号に含まれる前記シンク信号の当該遠隔端末における到達時刻ｔ２を用いて決定するステップと、
（ｄ）当該遠隔端末と前記外部地上送信機の前記既知の位置との間の距離ｄ０２を、前記時間ｔ０２に基づいて決定するステップと、
（ｅ）当該遠隔端末の位置を、（１）前記距離ｄ１２及びｄ０２、（２）前記外部地上送信機の前記既知の位置、並びに（３）前記基地局の既知の位置を用いて決定するステップと、
を有するような方法。
【請求項１６】
前記外部地上送信機がテレビジョン放送送信機であり、前記外部信号が当該無線通信ネットワークが動作する周波数チャンネル内のテレビジョン信号であるような請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
（ｆ）既知の位置に位置する当該無線通信ネットワークとは関連のない第２外部地上送信機により送信された第２外部信号に含まれるシンク信号の、前記基地局における到達時刻ｔ３を決定するステップと、
（ｇ）前記第２外部信号が前記第２外部地上送信機から当該遠隔端末まで進行する時間ｔ２３を、（１）前記基地局と前記第２外部地上送信機との間の既知の距離ｄ１３、（２）前記到達時刻ｔ３、及び（３）当該無線通信ネットワークとは関連のない前記第２外部地上送信機により送信された前記第２外部信号に含まれる前記シンク信号の当該遠隔端末における到達時刻ｔ４を用いて決定するステップと、
（ｈ）当該遠隔端末と前記第２外部地上送信機の既知の位置との間の距離ｄ２３を、前記時間ｔ２３に基づいて決定するステップと、
（ｉ）当該遠隔端末の位置を、（１）前記距離ｄ１３及びｄ２３、（２）前記第２外部地上送信機の前記既知の位置、並びに（３）前記基地局の既知の位置を用いて決定するステップと、
（ｊ）前記第１及び第２外部地上送信機により送信される前記第１及び第２外部信号を用いて前記ステップ（ｅ）及び（ｉ）において生成される位置を平均して、当該遠隔端末の位置を一層正確に決定するステップと、
を更に有するような請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
第２の既知の位置に位置する当該無線通信ネットワークとは関連のない第２外部地上送信機により送信された第２外部信号に含まれるシンク信号の、前記基地局における到達時刻ｔ３を決定するステップと、
前記第２外部信号が前記第２外部地上送信機から当該遠隔端末まで進行する時間ｔ２３を、（１）前記基地局と前記第２外部地上送信機との間の既知の距離ｄ１３、（２）前記到達時刻ｔ３、及び（３）当該無線通信ネットワークとは関連のない前記第２外部地上送信機により送信された前記第２外部信号に含まれる前記シンク信号の当該遠隔端末における到達時刻ｔ４を用いて決定するステップと、
前記第２外部地上送信機の既知の位置から当該遠隔端末までの距離ｄ２３を、前記時間ｔ２３に基づいて決定するステップと、
を更に有し、
当該遠隔端末の位置を（１）前記距離ｄ１２及びｄ０２、（２）前記外部地上送信機の前記既知の位置並びに（３）前記基地局の既知の位置を用いて決定する前記ステップが、三次元における当該遠隔端末の位置を（４）前記第２外部地上送信機の既知の位置及び（５）前記距離ｄ２３を更に用いて決定するステップを更に有するような請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、
前記基地局との通信のために、前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、
前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定された少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、
各遠隔端末が、前記基地局を介してデータを通過させることなく、自身が割り当てられたクラスタにおける他の遠隔端末と該データを直接通信するのを可能にするステップと、
を有するような通信方法。
【請求項２０】
基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、
前記基地局との通信のために、前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、
前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定された少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、
当該無線通信ネットワークとは関連のない前記外部地上送信機により使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイル測定を前記複数の遠隔端末のうちのどれが実行するかを、これら遠隔端末が割り当てられたクラスタに従って選択するステップと、
を有するような通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月１６日に出願した米国予備特許出願第６０／７１８，１２７号の利益を主張するもので、該出願の内容は参照により本明細書に全体として組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、無線通信ネットワークに係り、更に詳細には無線通信ネットワークにおいて装置をクラスタ化する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
米国において、近年、連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、無認可通信ネットワークが放送テレビジョン等の他の既存の（incumbent）無線サービスにより現在使用されている特定の帯域上で動作するのを許可するという規則作成案を公開した。ＦＣＣは、斯かる無認可無線ネットワークの送信する装置が既存無線サービスを妨害するのを防止する規格を提案した。例えば、これらの無認可の送信している装置は、既存送信機が動作を開始した後、短期間（例えば、数秒）内に如何なるチャンネルも明け渡すことを要する。無認可無線ネットワークの送信している装置が、そのようにすることを要求された場合にチャンネルを明け渡すことを保証する１つの方法は、該装置が定期的に送信を停止し、既存送信機から何らかの送信が存在するかについて、斯かる送信機の動作帯域内で全チャンネルをチェックすることにより斯かる既存送信機を傾聴することである。当該装置が如何なる既存無線送信の存在を検出した場合も、該装置は、既存信号（又は複数の信号）を妨害しないことを保証するために適切な対策（例えば、チャンネルを変更する、出力を低減する、停止（shut down）する等）を講ずることを要する。
【０００４】
図１は、基地局（ＢＳ）１１０と、複数の遠隔端末（ＲＴ）１２０とを有する例示的な無認可無線通信ネットワーク１００を示す。一実施例において、無線通信ネットワーク１００は無線地域ネットワーク（ＷＲＡＮ）とすることができる。１つの典型的な応用例は広帯域サービスであり、その場合、ＲＴ１２０は消費者側（例えば、広帯域モデム）にある一方、ＢＳ１１０はサービスプロバイダに属し、多くのＲＴ１２０をサービスする。
【０００５】
ＲＴ１２０は固定型又は移動型装置とすることができる。典型的には、無線通信ネットワーク１００は、ＢＳ１１０と共に動作する１００又はそれ以上のＲＴを有することができる。図１に示されるように、一般的に、無線通信ネットワーク１００と同一の普通の地理的領域に無線信号（又は複数の信号）を送信するような、通信ネットワーク１００とは関連のない１以上の外部送信機（例えば、既存テレビジョン送信機）が存在し得る。更に、新たな外部送信機１５０が如何なる時でも送信を開始する可能性があり、これらの新たな送信機も既存者とみなされるので、これら送信機の信号はＲＴ１２０の何れか又はＢＳ１１０からの送信による妨害から保護されねばならない。
【０００６】
前記チャンネル明け渡し要件を満たすために、ＢＳ１１０及びＲＴ１２０の全てが、定期的に送信を停止し、全ての可能性のあるチャンネル上の既存送信機を傾聴することを要する場合、このチェックに要する時間はかなりのものとなり、その頻度は頻繁になり、これが無線通信ネットワーク１００の能力を著しく低減させ得る。
【０００７】
更に、無線通信ネットワーク１００は数十マイルのオーダの直径を持つ領域にわたり動作することもあり得る。従って、第１のグループのＲＴ１２０が第２のグループのＲＴ１２０よりも既存外部送信機１５０に何マイルも近くに位置することもあり得る。その場合、既存外部送信機１５０の信号を保護するために、第１のグループにおけるＲＴ１２０に対して１以上のチャンネル上の通信が禁止される可能性がある一方、これら同一のチャンネル上の通信は、既存外部送信機１５０から何マイルも離れて位置する第２のグループのＲＴ１２０に対しては許可可能である場合もある。逆に、第２のグループのＲＴ１２０が、別の第２の既存外部送信機１５０に対して第１のグループのＲＴ１２０よりも何マイルも近くに位置し、従って、１以上の異なるチャンネル上での通信が、第１のグループのＲＴ１２０に対しては許可可能であるが、第２のグループのＲＴ１２０に対しては禁止されることもあり得る。ＢＳ１１０は、自身の運用領域における既存外部送信機１５０の全ての位置及び周波数を知り得るとしても、一般的にＢＳ１１０は何のＲＴ１２０が何の既存外部送信機１５０の近くに位置するかを知る便利な方法を有していない。その場合、既存外部送信機１５０の何れかが動作している全チャンネル上での全ＲＴ１２０との通信を不能化することが強制され得る。このことは、当該ネットワークの効率及びデータ容量を減少させる。
【０００８】
更に、幾つかの場合においては、互いに接近して位置するＲＴ１２０が、ＢＳ１１０を介してデータ又はメッセージを通過させることなしに互いに直接通信することができることが望ましく且つ通信効率を増加させるであろう。しかしながら、ＢＳ１１０及びＲＴ１２０が、何のＲＴ１２０が近くに位置しているかを知る便利な方法を有さない場合、そのような直接的通信を可能にすることは現実的でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、通信ネットワークにおいて遠隔端末をグループ化する方法及び手段であって、当該通信ネットワークにより使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイルを測定するための資源の効率的な割り当てを可能にするような方法及び手段を提供することが望ましい。また、通信ネットワークにおいて遠隔端末をグループ化する方法及び手段であって、基地局が、遠隔端末との自身の通信の１以上のパラメータを該遠隔端末が属するグループの１以上の共通特性に基づいて選択し及び適合させるのを可能にするような方法及び手段を提供することも望ましい。更に、通信ネットワークにおいて遠隔端末をグループ化する方法及び手段であって、互いに地理的に近い遠隔端末間の直接通信を容易化するような方法及び手段を提供することも望ましい。更にまた、無線通信ネットワークにおいて固定型及び移動型遠隔端末の位置を決定するシステム及び方法を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様においては、基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、通信方法は、前記基地局との通信のために前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定される少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、前記基地局と各遠隔端末との間の通信の少なくとも１つのパラメータを各遠隔端末が属するクラスタに従って選択するステップとを有する。
【００１１】
本発明の他の態様においては、基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、通信方法は、前記基地局に対する前記複数の遠隔端末の各々の位置を決定するステップと、前記基地局と通信するために前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、前記決定された各遠隔端末の位置に基づいて前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに割り当てて、遠隔端末を互いの近さに従って各クラスタにグループ化するステップと、前記基地局と各遠隔端末との間の通信の少なくとも１つのパラメータを各遠隔端末が属するクラスタに従って選択するステップとを有する。
【００１２】
本発明の更なる態様においては、基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、前記基地局に対する前記複数の遠隔端末の各々の位置を決定する方法は、（ａ）前記基地局と前記遠隔端末との間の距離ｄ１２を、トークンが該基地局と該遠隔端末との間で往復送信される往復時間ｔ１２に基づいて決定するステップと、（ｂ）当該無線通信ネットワークとは関連が無く且つ既知の位置に位置する外部地上送信機により送信される外部信号に含まれるシンク信号の前記基地局における到達時刻ｔ１を決定するステップと、（ｃ）前記外部信号が前記外部地上送信機から前記遠隔端末まで進行する時間ｔ０２を、（１）前記基地局と前記外部地上送信機との間の既知の距離ｄ０１と、（２）前記到達時刻ｔ１と、（３）当該無線通信ネットワークとは関連が無い前記外部地上送信機により送信される前記外部信号に含まれる前記シンク信号の前記遠隔端末における到達時刻ｔ２とを用いて決定するステップと、（ｄ）前記遠隔端末と前記外部地上送信機の前記既知の位置との間の距離ｄ０２を、前記時間ｔ０２に基づいて決定するステップと、（ｅ）前記遠隔端末の位置を、（１）前記距離ｄ１２及びｄ０２と、（２）前記外部地上送信機の前記既知の位置と、（３）前記基地局の既知の位置とを用いて決定するステップとを有する。
【００１３】
本発明の更に他の態様においては、基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、通信方法は、前記基地局と通信するために前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定される少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、各遠隔端末が自身に割り当てられたクラスタ内の他の遠隔端末とデータを、前記基地局を介して該データを通過させること無しに、直接通信するのを可能にするステップとを有する。
【００１４】
本発明の更に他の態様においては、基地局と複数の遠隔端末とを有する無線通信ネットワークにおいて、通信方法は、前記基地局と通信するために前記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割するステップと、前記遠隔端末の各々を前記クラスタの１つに、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号の、前記遠隔端末の１以上により測定される少なくとも１つの特性に基づいて割り当てるステップと、前記複数の遠隔端末のうちの何れが当該無線通信ネットワークとは関連のない前記外部地上送信機により使用される周波数帯域の周波数スペクトルプロファイル測定を実行するかを、これらが割り当てられたクラスタに従って選択するステップとを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に述べる方法及びシステムの種々の原理及びフィーチャは種々の通信システムに適用することが可能であるが、解説の目的で、下記の実施例は、既存送信機により使用される1以上の周波数帯域で動作する前述したような無認可無線通信ネットワークの筋書きで説明する。勿論、本発明の範囲は添付請求項により規定されるもので、下記の特定の実施例により限定されるものではない。更に、ここで使用される限りにおいて、"当該無線通信ネットワークとは関連のない外部地上送信機"なる用語は、自身の信号を当該無線通信ネットワークの動作とは独立に送信する如何なる地上無線送信機をも、例えば地上アナログ又はデジタルテレビジョン放送送信機、テレビジョン中継送信機、地上商用無線放送送信機、公衆サービス又はアマチュア無線帯域における無線リピータ等を指す。
【００１６】
ここで述べるものは、基地局及び複数の遠隔端末を有する無線通信ネットワークのための通信方法である。該方法は、上記基地局との通信のために上記複数の遠隔端末を複数のクラスタに分割すると共に、これら遠隔端末の各々を斯かるクラスタの１つに割り当てる。
【００１７】
図２は、基地局（ＢＳ）２１０と、クラスタ２３０に分割された複数の遠隔端末（ＲＴ）２２０とを含む無線通信ネットワーク２００を示す。
【００１８】
後に詳述するように、ＲＴ２２０の各々はクラスタ２３０の１つに、当該無線通信ネットワーク２００とは関連のない1以上の外部地上送信機２５０により送信される1以上の外部信号の、ＲＴ２２０の1以上により測定される少なくとも１つの特性（characteristic）に基づいて割り当てられる。
【００１９】
一実施例において、上記の測定される特性は、外部地上送信機２５０により送信された外部信号に含まれるシンク（sync）信号のＲＴ２２０における到達時刻である。例えば、外部地上送信機２５０がデジタルテレビジョン（ＤＴＶ）送信機である場合、上記シンク信号は該ＤＴＶ放送信号におけるフィールドシンクシーケンスとすることができる。その場合、ＲＴ２２０における該シンクシーケンスの測定された到達時刻は、該ＲＴ２２０の位置を計算するために使用され、該位置はＲＴ２２０を特定のクラスタ２３０に割り当てるために使用される。
【００２０】
他の実施例では、上記測定される特性は、ＲＴ２２０の各々において受信される、全外部地上送信機２５０からの既存送信の"プロファイル"である。有利には、該既存プロファイルは、外部地上送信機２５０からの外部信号により生成された、ＲＴ２２０の各々において測定される周波数スペクトルプロファイルとすることができる。その場合、ＲＴ２２０はクラスタ２３０に、各クラスタ２３０に同様の既存（例えば、周波数スペクトル）プロファイルを持つＲＴ２２０がグループ化されるように割り当てられる。
【００２１】
第1実施例に従って、図３は、無線通信ネットワークにおける遠隔端末の位置を、当該無線通信ネットワークとは関連のない1以上の外部地上送信機により送信される外部信号の到達時刻に基づいて決定する方法を説明するための説明図を示す。図３は、基地局（ＢＳ）２１０、遠隔端末（ＲＴ）２２０、及び当該無線通信ネットワーク２００とは関連のない外部地上送信機２５０（例えば、地上放送テレビジョン（ＴＶ）送信機）を示している。
【００２２】
ＢＳ２１０の位置（ｘ１，ｙ１）は既知であると仮定する。外部地上送信機２５０の位置（ｘ０，ｙ０）も既知であると仮定する（米国におけるＴＶ送信機の位置の記録は、ＦＣＣにより維持されている）。かくして、ＴＶ送信機２５０とＢＳ２１０との間の距離ｄ０１は、計算し、ＢＳ２１０に記憶することができる。更に、ＢＳ２１０及びＴＶ送信機２５０の位置はＢＳ２１０に別々に記憶することができる。
【００２３】
更に、ＢＳ２１０はＲＴ２２０と自身との間の距離ｄ１２を下記のように決定することができる。先ず、ＢＳ２１０は、トークンをＲＴ２２０に送信し、ＲＴ２２０がＢＳ２１０に応答することを要求する。ＲＴ２２０から応答を受信するまでの往復時間ｔＲＴから如何なる処理時間をも減算したものを、下記の式に従ってＢＳ２１０とＲＴ２２０との間の距離ｄ１２を計算するために使用することができる：
【数１】
2009509386.tif 000003
ここで、ｃは光速である。
【００２４】
次に、ＴＶ送信機２５０とＲＴ２２０との間の距離ｄ０２が、下記のように決定される。
【００２５】
地上テレビジョン放送信号は、典型的に、既知の同期信号を含んでいる。例えば、米国においては、地上デジタルテレビジョン（ＤＴＶ）放送信号は、或る繰り返し構造を有している。米国における地上ＤＴＶ送信機は、２４.２ｍｓ毎に既知の信号（"フレーム同期"と呼ばれる）を送信する。
【００２６】
この既知の信号を、下記のようにＴＶ局２５０とＲＴ２２０との間の距離ｄ０２を計算するために使用することができる。先ず、ＢＳ２１０はＲＴ２２０に、ＴＶ送信機２５０により送信されたテレビジョン信号におけるシンクシーケンスを捜すように命令する。ＲＴ２２０におけるシンクシーケンスの到達時刻ｔ２が決定される。その間に、ＢＳ２１０も、ＴＶ送信機２５０により送信されたＴＶ信号におけるシンクシーケンスを捜し、自身の位置における該シンクシーケンスの到達時刻ｔ１を記録する。その場合、上記ＴＶ信号がＴＶ送信機２５０からＲＴ２２０まで進行するのに要する時間ｔ０２は、
【数２】
2009509386.tif 000004
と計算することができる。
【００２７】
ｔ０２が一旦分かったら、ｄ０２は、
【数３】
2009509386.tif 000005
と計算することができる。
【００２８】
かくして、ｄ０２及びｄ１２は上述したように計算されたので、ＲＴ２２０の位置（ｘ２，ｙ２）を、下記の対の連立方程式を解くことにより決定することができる：
【数４】
2009509386.tif 000006
ｘ２及びｙ２を除き、上記方程式対（４）における全ての他の変数は既知である。従って、該方程式対を同時に解くことによりＲＴ２２０の位置（ｘ２，ｙ２）を見付けることができる。
【００２９】
ところで、多数の要因が、上述した位置決定方法の精度に悪く影響する可能性がある。例えば、マルチパス及びクロック不整合は、上記到達時刻測定の精度に影響し得る。幸いなことに、広帯域無線通信ネットワーク用途に対しては、高度の正確さは必要とされない。このような用途では、ＢＳ２１０はＲＴ２２０の概略位置を知るだけで良く、従って、ＢＳはそれに応じてＲＴ２２０をグループ化することができる。これらの場合において、上述した方法は典型的には満足のゆくものである。
【００３０】
ＲＴ２２０の位置の一層正確な決定が必要とされるような状況では、精度は、当該無線通信ネットワーク２００とは関連のない２以上の異なる外部地上送信機２５０（例えば、ＴＶ送信機）に対して上述した手順を繰り返し、次いで結果を平均してＲＴ２２０の位置を一層正確に決定することにより、大幅に改善することもできる。
【００３１】
更に、当該無線通信ネットワーク２００とは関連のない２以上の異なる外部地上送信機２５０（例えば、ＴＶ送信機）により送信される信号が利用可能な場合、ＲＴ２２０の三次元空間内での位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を下記の式の組を解くことにより計算することもでき：
【数５】
2009509386.tif 000007
ここで、ｄ２３は上述して手順を使用して決定されたＲＴ２２０と第２ＴＶ送信機２５０との間の距離であり、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）はＢＳ２１０の三次元空間内での位置であり、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は第１ＴＶ送信機２５０の三次元空間内での位置であり、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）は第２ＴＶ送信機の三次元空間内での位置である。
【００３２】
上述した手順は無線通信ネットワーク２００における全ＲＴ２２０に対して実行することができるので、ＢＳ２１０は全てのＲＴ２２０の位置を知る。
【００３３】
１以上の既存送信機により利用される周波数帯域内で動作する無認可無線通信ネットワークの性能は、当該無線通信ネットワークの遠隔端末の位置がわかれば向上させることができる。斯かる位置がわかる場合、基地局は遠隔端末を複数のクラスタに分割し、斯かる遠隔端末を斯かるクラスタに、遠隔端末を各クラスタに遠隔端末の互いの近さに従ってグループ化するように割り当てることができる。その場合、グループスケジューリング又は多アンテナダイバーシティ（multiple antenna diversity）等の技術を使用することができる。同じ地理的領域内の遠隔端末は同じ指向性を共有させられるようにし、これにより容量及び性能を改善することができる。
【００３４】
図４は、ＢＳ２１０及びＲＴ２２０を有する無線通信ネットワーク２００を示し、ここでは、ＲＴ２２０はクラスタ２３０に分割され、各ＲＴ２２０はクラスタ２３０の１つに、ＲＴ２２０を互いの近さに従って各クラスタ２３０にグループ化するように割り当てられている。
【００３５】
ＲＴ２２０を、それらの地理的近さに従ってクラスタ化することにより、ＢＳ２１０は下記のうちの１以上を行うことができる。
・  ＢＳ２１０は、ＢＳ２１０と各ＲＴ２２０との間の通信の少なくとも１つのパラメータを、当該ＲＴ２２０が属する特定のクラスタ２３０に従って選択することができる。例えば、ＢＳ２１０は、ＲＴ２２０の異なるクラスタ２３０に対して、異なる変調及び／又はエラー訂正符号化フォーマットを当該クラスタ２３０の概略位置に依存して選択することができる。即ち、ＢＳ２１０は、ＢＳ２１０から離れたＲＴ２２０のクラスタ２３０に対して、又は当該無線通信ネットワーク２００とは関連のない外部地上送信機２５０の近くに位置し、従って増加した妨害を受けるＲＴ２２０のクラスタ２３０に対して、より強い（robust）符号化／変調フォーマットを選択することができる。更に、ＢＳ２１０は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）等のマルチキャリア方式が使用される場合に、ガード区間（guard interval）を特定のクラスタ２３０の予測されるマルチパス遅延バラツキに従って最適化することができる。このようにして、クラスタ化はＢＳ２１０が自身のＲＴ２２０との通信の１以上のパラメータを、当該ＲＴ２２０が属するクラスタ２３０の１以上の共通のパラメータに基づいて特別に適合させるのを可能にする。
・  ＢＳ２１０は、指向性アンテナを、クラスタ２３０間の空間分割多重化等の技術と組み合わせて使用することができる。これは、当該無線通信ネットワーク２００の全体的容量を増加させることができる。何故なら、同一のクラスタ２３０にないＲＴ２２０は、同時に、殆ど干渉無しで送信及び受信することができるからである。また、ＢＳ２１０は、ＲＴ２２０の異なるクラスタ２３０と通信するために、既存送信機２５０の相対的位置に依存して異なる周波数チャンネルを使用することができる。即ち、ＢＳ２１０は第１クラスタ２３０との通信のために第１周波数チャンネルを使用することができるが、第２クラスタ２３０は第１周波数チャンネル上で動作している既存送信機２５０に近いために、該第２クラスタ２３０との通信に対しては同じ第１周波数チャンネルを使用することが許されない。同時に、ＢＳ２１０は第２クラスタ２３０との通信のために第２周波数チャンネルを使用することができるかも知れないが、第１クラスタ２３０は第２周波数チャンネル上で動作している第２の既存送信機２５０に近いために、第１クラスタ２３０との通信に対しては該周波数チャンネルを使用することが許されない。このように、クラスタ化はＢＳ２１０が複数のＲＴ２２０との通信において自身の通信資源を一層効率的に使用するのを可能にする。
・  ＢＳ２１０は、或るクラスタ２３０におけるＲＴ２２０が、ＢＳ２１０を介してメッセージ又はデータを通過させることを要すること無しに、互いに直接通信するようにスケジューリングすることができる。これは、広帯域サービス以外の用途に使用することができるようなマルチセンサネットワークを生成することができる。
【００３６】
上述して説明では、説明の容易さのために、外部地上送信機２５０は地上放送テレビジョン（ＴＶ）送信機に関するものとして説明したが、実際には、外部地上送信機２５０は、到達時刻検出をやり易い何らかのシンク又はパラメータの他の特徴を含む信号を送信すると共に、ＢＳ２１０により位置が知られた如何なる外部地上送信機とすることもできる。一実施例において、外部地上送信機２５０は、無線通信ネットワーク２００においてＲＴ２２０をクラスタ化するために使用することができるような信号を送信する専用のビーコン送信機を有する。
【００３７】
上記においては無線通信ネットワークにおいて遠隔端末をクラスタ化する処理を、各遠隔端末の地理的位置を決定することに基づいて説明したが、他の実施例では、遠隔端末は、当該無線通信ネットワークとは関連のない１以上の外部地上送信機により送信される１以上の外部信号により生成され、遠隔端末の各々において測定される既存プロファイルに従ってクラスタに割り当てられる。その場合、上記外部大気経由（over-the-air）送信機の位置は知る必要はなく、遠隔端末は、同様の既存プロファイルを持つ遠隔端末が各クラスタにグループ化されるようにクラスタに割り当てられる。
【００３８】
この実施例によれば、各ＲＴ２２０は、各既存（例えば、ＴＶ）チャンネルにおいて当該無線通信ネットワーク２００には関連しない１以上の外部地上送信機２５０により送信される外部信号（例えば、ＴＶ信号）の測定を行う。該既存プロファイル測定は、無線通信ネットワーク２００により使用される周波数スペクトルの簡単なＲＦ信号強度測定とすることができる。他の例として、マルチパスに対する一層大きな強さを提供するために、一層複雑な測定を各外部信号の特徴（feature）の検出に基づいて行うこともできる。後者の場合、有利には、検出される特徴の強さが使用される。例えば、既存送信機２５０が近い（又は高い出力で送信している）場合、その値は高くなり、その逆となる。これらの測定に基づいて、各ＲＴ２２０は既存プロファイルを構築する。次いで、この既存プロファイルは、下記に詳述するように、クラスタ化のためにＢＳ２１０（又は、そのプロキシ）に配布される。この処理は、定期的に繰り返すことができる。
【００３９】
図５は、ＲＴ２２０によりなされた、無線通信ネットワーク２００により使用される周波数帯域における既存送信の周波数スペクトルプロファイル測定を示している。
【００４０】
次に、同様の既存プロファイルを持つＲＴ２２０をクラスタ化するためのアルゴリズムを、図６のフローチャートを参照して説明する。
最初に、複数の変数を下記のように定義する：
ｎ＝無線通信ネットワーク２００におけるＲＴ２２０の数；
ｆ＝外部地上送信機２５０により送信される外部信号を含み得るような、無線通信ネットワーク２００により使用される周波数チャンネルの総数；
ｋ＝ＲＴ２２０が分割されるクラスタ２３０の数；
ｉ＝各ＲＴ２２０に対するインデックスであり、１≦ｉ≦ｎ；
ｊ＝各クラスタ２３０のインデックスであり、１≦ｊ≦ｋ；
ｘｉバー＝１＊ｆのサイズの、ＲＴ２００ｉの測定ベクトル；
Ｊ＝最小化されるべきスカラの目的関数；
Ｊ＊＝スカラ目的関数に対する最大の許容される値（入力値）；
ｋ＊＝Ｊ≦Ｊ＊のために必要とされるクラスタ２３０の最小数（出力値）。
【００４１】
図６に戻ると、当該アルゴリズムは下記のように進行する。
【００４２】
ステップ６１０において、クラスタ２３０の数は２（ｋ＝２）に設定される。
【００４３】
その間、ステップ６２０においてｎ個のＲＴ２２０の各々は、自身の位置において上述したようにして周波数スペクトルプロファイルを測定し、測定ベクトルｘｉバーを生成する。
【００４４】
次いで、ステップ６３０において、ｋ個のクラスタ２３０に対してＲＴ２２０の測定ベクトルｘｉバーのうちのｋ個が試行平均測定ベクトルｍｊバーとしてランダムに割り当てられる。これらのｋ個の試行平均測定ベクトルｍｊバーは、ｋ個のクラスタ２３０に対する実際の平均測定ベクトルに関する初期推定値として働く。
【００４５】
次に、ステップ６４０において、各ＲＴ２２０ｉに関して、上記平均測定ベクトルｍｊバーのうちの何れが、自身の測定ベクトルｘｉバーに最も近いかが判定され、次いでＲＴ２２０ｉがクラスタｊに試行割り当てとして割り当てられる。
【００４６】
ＲＴ２２０の全てがｋ個のクラスタ２３０の１つに割り当てられた後、ステップ６５０において、各クラスタ２３０に対して"更新された"平均測定ベクトルｍｊバーが、当該クラスタ２３０ｊにおけるＲＴ２２０ｉの全てに関する測定ベクトルｘｉ（ｊ）を用いて計算される。
【００４７】
ステップ６４０及び６５０は、平均測定ベクトルｍｊバーの値に更なる変化がなくなるまで、繰り返される。
【００４８】
次に、ステップ６６０において、最小化されるべきスカラ目的関数Ｊが、各クラスタ２３０ｊに対する平均測定ベクトルｍｊバー及び全測定ベクトルｘｉ（ｊ）バーを用いて計算される。
【００４９】
ステップ６７０において、上記の最小化されるべきスカラ目的関数Ｊは、該スカラ目的関数に対する最大許容値Ｊ＊と比較される。Ｊ＊は、当該無線通信ネットワーク２００に対する目標性能評価基準に基づく事前に選択される値であり、運用経験を介して決定することができる。
【００５０】
Ｊ＞Ｊ＊なら、ステップ６８０において当該アルゴリズムはｋを１だけインクリメントし、前記ステップ６３０に戻り、ステップ６３０〜６７０が繰り返される。
【００５１】
Ｊ≦Ｊ＊なら、当該アルゴリズムは終了する。その時点で、ｋはｋ＊に等しく、ＲＴ２２０はｋ＊個のクラスタに割り当てられ、かくして、各クラスタ２３０に同様の既存プロファイルを持つ遠隔端末２２０をグループ化することになる。
【００５２】
数学的には、上記スカラ関数Ｊに対する１つの有利な選択は：
【数６】
2009509386.tif 000008
であり、ここで、
【数７】
2009509386.tif 000009
はクラスタ２３０ｊに試行的に割り当てられたＲＴ２２０ｉの測定ベクトルｘｉ（ｊ）バーと、その特徴空間（feature space）におけるクラスタ平均ｍｊバーとの間の距離を示す。
【００５３】
遠隔端末をクラスタ化することの多くの利点が存在する。これら利点の幾つかは、当該無線通信ネットワーク内でのスペクトル測定責任の分担、及び／又は測定情報の一層効率的な配布に関係する。全ての遠隔端末が全てのチャンネルを測定し、この情報を当該無線通信ネットワーク上で配布した場合、該ネットワークに対する負荷は重大なものとなる。なされる測定の数を間引きすることにより、配布のオーバーヘッドは大幅に低減される。
【００５４】
この点に関して、所与のチャンネルが既存送信機による占有に関して測定されねばならない頻度は、該既存送信機のデューティサイクル（日のオーダのものであり得る）にではなく、数秒のオーダのものであり得るような明け渡し時間に依存することに注意されたい。該明け渡し時間は、既存送信機が或るチャンネル上で送信を開始した後に、無線通信ネットワークが該チャンネルを明け渡さねばならない期間と定義される。該明け渡し時間が小さい場合、情報配布オーバーヘッドが効率的に管理されない限り、利用可能な全無線資源のかなりの部分となり得る。これは、測定情報を配布するために競合型（contention-based）のアクセスメカニズムが使用される場合に特に当てはまる。
【００５５】
しかしながら、遠隔端末が同様の既存プロファイルに基づいてクラスタ化されたなら、各ＲＴは全体の利用可能なスペクトルの繰り返しての測定を行う必要はない。基地局（又はそのプロキシ）はネットワーク内で測定値の最適な分配を行うことができ、これは下記の取引を含む。当該無線通信ネットワーク内で過度に少ない遠隔端末しか測定を行わない場合、既存送信機を逃し得る。一方、各遠隔端末が各明け渡し時間毎に各チャンネルをサーチしたのでは、どのチャンネルが利用可能であるかを判定するのに掛かる総時間量が非常に大きくなり得る。上述したクラスタ化する方法は、このような取引を行うための知的ツールを提供する。
【００５６】
以上、ここでは好ましい実施例を説明したが、本発明の思想及び範囲内に留まるような多くの変形例が可能である。このような変形例は、本明細書、図面及び請求項を精査すれば当業者にとり明らかとなるであろう。従って、本発明は添付請求項の趣旨及び範囲内を除き限定されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、無線通信ネットワークを示す。
【図２】図２は、クラスタに分割された遠隔端末を含む無線通信ネットワークを示す。
【図３】図３は、無線通信ネットワークにおいて遠隔端末の位置を決定する方法を説明するための説明図である。
【図４】図４は、遠隔端末が互いの地理的近さに基づいてクラスタに分割されているような無線通信ネットワークを示す。
【図５】図５は、通信ネットワークにより使用された周波数帯域における既存送信の周波数スペクトルプロファイル測定を示す。
【図６】図６は、無線通信ネットワークにおいて遠隔端末をクラスタに分割すると共に、斯かる遠隔端末をクラスタに割り当てる方法のフローチャートを示す。
【図１】
2009509386.tif 000010
【図２】
2009509386.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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