(57)【要約】      （修正有）【課題】リアルタイム性が要求される通信の品質の劣化を抑制できる無線通信システムを提供する。【解決手段】無線通信システム２は、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎの周波数スペクトルの利用状況を検出し、ある時間および場所において無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎによって利用されていない周波数スペクトルを利用して通信を行う。利用スペクトル決定部２２４は、スペクトル空き状況が「空き」を示す１次利用システムのうち、優先度が高く設定された１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルを利用スペクトルとして決定し、優先度が低く設定された１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルを予備スペクトルとして決定する。【選択図】図１
2011071569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムであって、
当該無線通信システムとは別の１つ以上の他の種類の無線通信システムにおいて周波数帯域が利用されているか否かを検出する検出手段と、
前記他の無線通信システムにおいて通信される情報の種類に応じて設定された優先度に基づいて、前記検出手段によって利用されていないと検出された周波数帯域を当該無線通信システムが利用するように決定する周波数帯域決定手段と
を有する無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
限られた周波数帯域（資源）を有効利用することを目的として、いわゆるコグニティブ無線システムと呼ばれるタイプの無線システムが検討されている。コグニティブ無線システムは、一般的に、周波数スペクトルを一次的に利用する１次利用システムと、１次利用システムが利用していない周波数スペクトルを一時的若しくは限定された地域において二次的に利用する２次利用システムとによって構成されている。このような構成により、１次利用システムが利用していない周波数スペクトルを２次利用システムが利用でき、周波数資源（リソース）の有効利用を図ることができる。
このようなコグニティブ無線システムに関する技術として、例えば、特許文献１は、複数の無線局間で複数の帯域の異なる無線周波数チャネルで構成された無線空間を共有している無線通信システムであって、無線局には広帯域に使用可能な無線周波数チャネルを検索した後、該無線周波数チャネルの回線状況を受信信号の解析により検知する手段と、該チャネル状況に基づいて送信データを各無線周波数チャネルに配分する手段と、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送データレート可変変調方式を選択して送信信号に変調する手段とを備えた超広帯域負荷分散型無線通信システムを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したコグニティブ無線システムでは、特定の周波数スペクトルにおいて２次利用システムから１次利用システムへの周波数利用切替が行われる際に両システムの間で干渉が発生し、リアルタイム性が要求される通信を行う場合、通信品質の劣化が発生するという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、リアルタイム性が要求される通信の品質の劣化を抑制できる無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る無線通信システムは、当該無線通信システムとは別の１つ以上の他の種類の無線通信システムにおいて周波数帯域が利用されているか否かを検出する検出手段と、前記他の無線通信システムにおいて通信される情報の種類に応じて設定された優先度に基づいて、前記検出手段によって利用されていないと検出された周波数帯域を当該無線通信システムが利用するように決定する周波数帯域決定手段とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る無線通信システムによれば、リアルタイム性が要求される通信の品質の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】無線通信ネットワークおよび無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】利用スペクトル決定部によって作成される利用スペクトル管理テーブルを示す図である。
【図３】１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況を例示する図である。
【図４】図３に例示した１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況の時間的推移を例示する図である。
【図５】１つの周波数スペクトルの利用状況の時間的推移を例示する図である。
【図６】第２の実施形態にかかる無線通信システムの利用スペクトル決定部によって作成される利用スペクトル管理テーブルを示す図である。
【図７】第２の実施形態における１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態を説明する。
図１は、無線通信ネットワーク１および無線通信システム２の構成を示す図である。
図１（Ａ）に示すように、無線通信ネットワーク１は、複数の無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎ（Ｎは１以上の整数。但し、Ｎがそれぞれ常に同じ数とは限らない）と無線通信システム２とが、ネットワーク１００を介して接続されている。
無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎおよび無線通信システム２は、それぞれに割り当てられた周波数スペクトルで通信を行う。
また、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎおよび無線通信システム２は、互いに、ネットワーク１００を介して通信を行うことも可能である。
また、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎおよび無線通信システム２は、互いに異なる種類の無線通信システムであって、例えば、無線通信システム１０２−１は、地上デジタル放送無線システムなどであり、無線通信システム２は、携帯電話無線システムなどである。
【０００９】
無線通信システム２は、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎの周波数スペクトルの利用状況を検出し、ある時間および場所において無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎによって利用されていない周波数スペクトルを利用して通信を行うことができる。
ただし、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎがその周波数スペクトルを再度利用することとなった場合には、無線通信システム２は、その周波数スペクトルの利用を停止する。
つまり、本実施形態における無線通信ネットワーク１においては、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎの利用状況に応じて、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎと無線通信システム２とで、周波数スペクトルを共用することができる。
【００１０】
なお、以下、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎなど、複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に無線通信システム１０２などと略記することがある。
また、以下、無線通信システム１０２を１次利用システム、無線通信システム２を２次利用システムと称することがある。
また、以下、無線通信システム１０２−１〜１０２−Ｎを、それぞれ、これらの識別子である無線通信システム＃１〜＃Ｎ（または単にシステム＃１〜＃Ｎ）と称し、無線通信システム２を、この識別子である無線通信システム＃Ｘ（または単にシステム＃Ｘ）と称することがある。
また、以下、無線通信システム１０２など、無線通信ネットワークにおいて情報処理および通信の主体となりうる装置を、ノードと総称することがある。
また、以下、各図において、実質的に同じ構成部分には同じ符号が付される。
【００１１】
図１（Ｂ）に示すように、無線通信システム２は、アンテナ２００、送受信処理部２１０、アプリケーション部２０２、無線リソース制御部２２、無線リソース管理用データベース（ＤＢ）２０４および適応伝送制御部２３０から構成される。
なお、無線通信システム１０２が無線通信システム２と同じ構成を有するようにしてもよい。
【００１２】
アプリケーション部２０２は、他のノードと送受信する情報（送信情報、受信情報またはこれらを総称して送受信情報という）を作成し、格納する。
さらに、アプリケーション部２０２は、伝送要求情報種別を利用スペクトル決定部２２４に対して出力する。
ここで、伝送要求情報種別とは、２次利用システムが利用した周波数スペクトルを介して送信された情報の種類（例えばデータ、音声、映像等）を識別するための識別符号である。
送受信処理部２１０は、後述する無線リソース制御部２２からの利用スペクトル情報に基づいて、アプリケーション部２０２から入力される送信情報を、アンテナを介して他のノードに対して送信し、アンテナを介して他のノードから受信した受信情報を、アプリケーション部２０２に対して出力する。
ここで、送受信情報は、例えば、テキストデータ等のデータ、デジタル音声情報、デジタル映像情報またはアナログ音声等である。
【００１３】
無線リソース制御部２２は、送受信処理部２１０で使用する無線リソースを決定するための処理を行う。
無線リソース制御部２２は、スペクトル検出部２２２および利用スペクトル決定部２２４から構成される。
【００１４】
スペクトル検出部２２２は、所定の検出周期で、無線通信システム１０２の識別子を含む制御信号を利用スペクトル決定部２２４から受け入れる。
また、スペクトル検出部２２２は、無線通信システム１０２−１〜１０２Ｎ（１次利用システム）からアンテナ２００を介して信号を受信する。
また、スペクトル検出部２２２は、受信した信号に対してエネルギー検出等を行うことにより、受け入れた制御信号に含まれる識別子に対応する無線通信システム１０２における周波数スペクトルの利用状況を検出する。
さらに、スペクトル検出部２２２は、検出した周波数スペクトルの利用状況（利用中まは停止中）を示す検出結果を、利用スペクトル決定部２２４に対して出力する。
なお、スペクトル検出部２２２は、送受信処理部２１０が送受信情報を送受信している間も、１次利用システムにおける周波数スペクトルの利用状況を検出している。
但し、２次利用システムの送信期間中は、その送信に利用しているスペクトル（周波数帯域）に対して、１次利用システムのスペクトル利用状況（利用再開）を検出できないため、所定の周期で２次利用システムの送信を停止し、スペクトル検出を行う。
【００１５】
利用スペクトル決定部２２４は、スペクトル検出部２２２からの検出結果において停止中（空き状態）であると示された周波数スペクトルを、無線通信システム２（２次利用システム）において利用可能と判断する。
また、利用スペクトル決定部２２４は、アプリケーション部２０２からの伝送要求情報種別に基づいて、利用可能と判断された１つ以上の周波数スペクトルから、無線通信システム２（２次利用システム）において伝送に利用する周波数スペクトル（利用スペクトル）を決定する。
さらに、利用スペクトル決定部２２４は、アプリケーション部２０２からの伝送要求情報種別に基づいて、利用可能と判断された周波数スペクトル（チャネル）の利用の可否を判断する。
例えば、伝送要求情報種別が「映像」を示す場合は、音声用チャネルが空き状態であっても利用不可であると判断する。
【００１６】
ここで、無線通信システム２（２次利用システム）が周波数スペクトルを利用している際に周波数スペクトルの質の低下が発生する場合があり、または、停止中であった無線通信システム１０２（１次利用システム）が利用を再開する場合があるが、これらの場合、無線通信システム２（２次利用システム）は、この周波数スペクトルを明け渡す（つまり利用を中止する）必要がある。
従って、利用スペクトル決定部２２４は、このような場合に備えて、予備の周波数スペクトル（予備スペクトル）も決定する。
さらに、利用スペクトル決定部２２４は、利用スペクトルおよび予備スペクトルに関する情報である利用スペクトル情報を、送受信処理部２１０に対して出力する。
ここで、利用スペクトル情報は、利用スペクトルおよび予備スペクトルそれぞれに関するキャリア周波数、伝送帯域幅および伝送情報種別（データ、音声、映像等）を含む。
【００１７】
送受信処理部２１０は、変復調処理部および各周波数帯域に対応する広帯域無線送受信回路（図示せず）を有する。
変復調処理部は、利用スペクトル決定部２２４からの利用スペクトル情報に含まれる伝送帯域幅および伝送情報種別に基づいて、変復調処理の仕様を切り換え、変復調処理を行う。
広帯域無線送受信回路は、利用スペクトル決定部２２４からの利用スペクトル情報に含まれるキャリア周波数および伝送帯域幅に基づいて、使用する送受信回路を切り換える。  なお、送受信処理部２１０は、複数の周波数スペクトルを利用して、複数の送受信情報を同時に送受信することが可能である。
適応伝送制御部２３０は、適応変調等の伝送制御を行う。具体的には、適応伝送制御部２３０は、伝送制御情報を作成して送受信処理部２１０に対して出力することによって、送受信処理部２１０を制御する。
【００１８】
無線リソース管理用ＤＢ２０４は、利用スペクトル決定部２２４が図２を用いて後述する利用スペクトル管理テーブルを作成するための情報を格納し、管理する。
無線通信システム１０２（１次利用システム）は、所定の周期ごとに、この無線リソース管理用ＤＢ２０４にアクセスして、格納されている情報を更新する。
利用スペクトル決定部２２４は、無線リソース管理用ＤＢ２０４からの情報とスペクトル検出部からの検出結果とに基づいて、図２に示す利用スペクトル管理テーブルを作成し、格納する。
【００１９】
図２は、利用スペクトル決定部２２４によって作成される利用スペクトル管理テーブルを示す図である。
「無線通信システム識別子」は、無線通信システム１０２（１次利用システム）の識別子を示す。
「キャリア周波数」は、それぞれの無線通信システム１０２（１次利用システム）において利用されているキャリア周波数を示し、例えば、システム＃１は、キャリア周波数としてＸ１Ｈｚを利用している。
「伝送帯域幅」は、それぞれの無線通信システム１０２（１次利用システム）において利用されている伝送帯域幅を示し、例えば、システム＃１は、伝送帯域幅としてＹ１Ｈｚを利用している。
「伝送情報種別」は、それぞれの無線通信システム１０２（１次利用システム）において伝送されている情報の種別を示し、例えば、システム＃１は、データを伝送している。
【００２０】
これらの「無線通信システム識別子」，「キャリア周波数」，「伝送帯域幅」および「伝送情報種別」は、無線リソース管理用ＤＢ２０４に格納された情報に基づいて作成される。
つまり、上記の情報は、スペクトル検出部２２２による検出の前に、無線通信システム２（２次利用システム）によって取得されている。
【００２１】
「スペクトル空き状況」は、無線通信システム１０２（１次利用システム）が周波数スペクトルを利用しているか否かを示し、例えば、システム＃１は利用中であり、システム＃２は停止中（つまり対応する周波数スペクトルは空き状態）である。
この「スペクトル空き状況」は、スペクトル検出部２２２からの検出結果に基づいて作成される。
また、「スペクトル空き状況」は、スペクトル検出部２２２の所定の検出周期に同期して更新され、さらにこの更新に同期して利用スペクトル決定部２２４は利用スペクトルを決定し、送受信処理部２１０を制御する。
「２次利用状況」は、利用スペクトル決定部２２４が決定した利用スペクトルおよび予備スペクトルを示し、図２の例においては、システム＃５によって利用されていた周波数スペクトルが利用スペクトルとして割り当てられ、システム＃２によって利用されていた周波数スペクトルが予備スペクトルとして割り当てられていることを示す。
【００２２】
図３は、１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況を例示する図であり、それぞれ、横軸は周波数、縦軸は電力を示す。
図３（Ａ）に例示するように、１次利用システムは周波数帯域全域で周波数スペクトルを利用している。
その後、図３（Ｂ）に例示するように、システム＃２および＃５が対応する周波数スペクトルの利用を停止し、従って、対応する周波数スペクトルが空き状態となる。
このとき、無線通信システム２（２次利用システム）の無線リソース制御部２２の処理によって、図３（Ｃ）に例示するように、２次利用システム（システム＃Ｘ）は、システム＃５に対応する周波数スペクトルを利用する。
【００２３】
図４は、図３に例示した１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況の時間的推移を例示する図であり、横軸は時間、縦軸は周波数を示す。
図４に例示するように、システム＃５は、時刻Ａで周波数スペクトルの利用を停止し、時刻Ｂで利用を再開している。
従って、２次利用システム（システム＃Ｘ）は、時刻Ａと時刻Ｂとの間の期間で、システム＃５に対応する周波数スペクトルを利用している。
【００２４】
図５は、１つの周波数スペクトル（例えばシステム＃５に対応する周波数スペクトル）の利用状況の時間的推移を例示する図であり、左から右に進むにつれて時間が推移する。
図５（Ａ）に例示するように、システム＃５は、時刻Ａで周波数スペクトルの利用を停止し、時刻Ｂで利用を再開している。
一方、図５（Ｂ）に例示するように、システム＃Ｘのスペクトル検出部２２２は、時刻Ａよりも遅延した時刻Ｃで、システム＃５に対応する周波数スペクトルが空き状態であることを検出する。
さらに、システム＃Ｘのスペクトル検出部２２２は、時刻Ｂよりも遅延した時刻Ｄで、システム＃５が周波数スペクトルの利用を再開したことを検出する。
このように、検出結果に遅延が生じるのは、スペクトル検出処理において、検出精度を向上させるために、短区間（例えば１００ｍｓ）ごとの検出結果を、それよりも長時間（例えば数ｓ）蓄積したあとで最終的な判定をするからである。
したがって、この蓄積時間が長くなるにつれて利用状況の変化点の検出に遅延が生じる。
なお、上記説明においては、図５の時刻Ｂと、スペクトル検出期間の開始点とが、ほぼ一致することを前提としたが、実際には、上述したように、２次利用システムにおけるスペクトル利用期間中のスペクトル検出は、所定の周期で２次利用システムの送信を停止して行うため、検出が開始されるまでの時間も考慮すると、図５（Ｂ）に示す遅延は、さらに大きくなる。
【００２５】
図５（Ｂ）に示すような検出結果のため、図５（Ｃ）に示すように、システム＃Ｘは、時刻Ｃと時刻Ｄとの間の期間で、システム＃５に対応する周波数スペクトルを利用してしまう。
このため、図５（Ｄ）に示すように、時刻Ｂと時刻Ｄとの間の期間でシステム＃Ｘおよびシステム＃５の両方が同じ周波数スペクトルを利用するため、この期間では、システム＃Ｘ（２次利用システム）からシステム＃５（１次利用システム）に対する干渉が生じる。
この干渉の発生によって、システム＃５（１次利用システム）は、時刻Ｂと時刻Ｄとの間の期間において通信不能となり、伝送情報の欠落が生じる可能性がある。
【００２６】
ここで、システム＃５（１次利用システム）が電子メールの送受信またはファイル転送等のデータ通信チャネルに利用されていた場合、欠落した伝送情報は例えば自動再生要求等により再送可能である。
一方、システム＃５（１次利用システム）が音声通信および映像通信等のリアルタイム通信に利用されていた場合は、話頭切れ（更には音声不通）および画質の劣化が生じる。
特に音声通信の場合は、時刻Ｂと時刻Ｄとの間の期間が数十ｍｓ以上になると、話頭切れによる了解性の劣化や主観品質の低下が問題となる。
以下に示す第２の実施形態にかかる無線通信システムは、上記のような問題を解消しうるように構成されている。
【００２７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態にかかる無線通信システム２は、図１（Ａ）と同様の構成を有するが、利用スペクトル決定部２２４の処理および利用スペクトル管理テーブルが、第１の実施形態にかかる無線通信システムの場合と異なる。
【００２８】
図６は、第２の実施形態にかかる無線通信システム２の利用スペクトル決定部２２４によって作成される利用スペクトル管理テーブルを示す図である。
図６に示した利用スペクトル管理テーブルは、図２に示した利用スペクトル管理テーブルに、優先度を追加したものである。
優先度は、伝送情報種別に基づいて設定され、伝送情報種別がリアルタイム性が要求される情報（例えば音声または映像）を示す場合は、その１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルの優先度は低く設定される。
一方、伝送情報種別がリアルタイム性が比較的要求されない情報（例えば再送処理が可能なデータ通信）を示す場合は、その１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルの優先度は高く設定される。
【００２９】
利用スペクトル決定部２２４は、スペクトル空き状況が「空き」を示す１次利用システムのうち、優先度が高く設定された１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルを利用スペクトルとして決定し、優先度が低く設定された１次利用システムによって利用されていた周波数スペクトルを予備スペクトルとして決定する。
なお、優先度は、伝送情報種別のリアルタイム性の要求度に応じて、段階的に設定することも可能である。
例えば、データ通信に対応する優先度を「高」とし、映像通信に対応する優先度を「中」とし、音声通信に対応する優先度を「低」としてもよく、優先度が高いものから優先して利用スペクトルを割り当てるようにしてもよい。
【００３０】
図７は、第２の実施形態における１次利用システムおよび２次利用システムによる周波数スペクトルの利用状況を例示する図であり、それぞれ、横軸は周波数、縦軸は電力を示す。
図７（Ａ）に例示するように、１次利用システムは周波数帯域全域で周波数スペクトルを利用している。
その後、図７（Ｂ）に例示するように、システム＃２および＃５が対応する周波数スペクトルの利用を停止し、従って、対応する周波数スペクトルが空き状態となる。
このとき、無線通信システム２（２次利用システム）の無線リソース制御部２２の処理によって、図７（Ｃ）に例示するように、２次利用システム（システム＃Ｘ）は、より優先度の高いシステム＃２に対応する周波数スペクトルを利用する。
【００３１】
このように、１次利用システムにおける伝送情報種別に応じて２次利用システムの利用スペクトルに優先度を設けることにより、１次利用システムにおけるリアルタイム性の高い通信ついて、通信品質の劣化を抑制できる。
更に具体的には、１次利用システムでの実際の周波数スペクトルの利用状況の変化のタイミングに対して、２次利用システムでのスペクトル検出結果の変化のタイミングが時間的に遅延することにより、システム間干渉が発生し、１次利用システムにおける通信において伝送情報の欠落が生じる場合であっても、２次利用システムがリアルタイム性の低い伝送情報種別（例えばデータ通信）のチャネルを優先的に利用するように制御することにより、リアルタイム性の高い伝送情報種別（例えば音声や映像通信）のチャネルが２次利用システムによって利用される頻度が低くなり、情報の頭切れや劣化等を低減できる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、１次利用システムによって伝送されていた情報のリアルタイム性の程度に応じて、対応する周波数スペクトルに優先度を設定するとしたが、リアルタイム性が要求される情報の伝送に割り当てられていた周波数スペクトルの利用を禁止するようにしてもよい。
つまり、リアルタイム性が要求される情報（例えば音声および映像）の伝送に割り当てられていた周波数スペクトルについて、たとえその周波数スペクトルが空き状態であっても、２次利用システムがその周波数スペクトルを利用することを禁止するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、無線通信システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・無線通信ネットワーク、１００・・・ネットワーク、１０２−１〜１０２−Ｎ・・・無線通信システム、２・・・無線通信システム、２００・・・アンテナ、２１０・・・送受信処理部、２０２・・・アプリケーション部、２２・・・無線リソース制御部、２２２・・・スペクトル検出部、２２４・・・利用スペクトル決定部、２０４・・・無線リソース管理用ＤＢ、２３０・・・適応伝送制御部
【図１】
2011071569.tif 000003
【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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