(57)【要約】【課題】スペクトルを利用する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空きスペクトルを利用する２次利用システムにより、スペクトルの干渉を発生させないようにして、スペクトルを効率的に利用する無線通信システムを提供する。【解決手段】基地局と端末から構成される無線通信システムであって、スペクトルを２次利用システムでの利用を許可するか不可とするかの２次利用許可情報が設定されるスペクトル管理テーブル４２１と、スペクトルが利用されていないかを検出するスペクトルセンシング手段１１３ａと、２次利用が許可されているスペクトルについて、スペクトルセンシング手段１１３ａにより１次利用システムで利用されていないスペクトルの２次利用を決定する利用スペクトル決定手段１１３ｂとを備え、利用スペクトル決定手段１１３ｂにより決定したスペクトルを、２次利用システムで利用する。【選択図】図２
2011109508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルを優先的に利用する１次利用システムと前記スペクトルが利用されていないときに前記スペクトルを利用する２次利用システムを用いて通信を行う無線通信装置から構成される無線通信システムであって、
前記１次利用システムで利用される前記スペクトルに対して、前記２次利用システムにおいて当該スペクトルの利用を許可するか不可とするかの情報である２次利用許可情報を前記スペクトル毎に記憶する２次利用許可情報記憶手段を備え、
前記無線通信装置は前記２次利用許可情報記憶手段に記憶される前記２次利用許可情報を参照し、前記２次利用システムとして利用が許可された前記スペクトルのみを用いて前記２次利用システムにおける通信を行うことを特徴と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係り、特に１次利用システムと２次利用システムを含んだ無線通信システムにおいて、２次利用システムの１次利用システムへの干渉を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信の発展に伴い、周波数(以下、スペクトルという)利用の高効率化が求められている。現状、既存の無線通信システム（以下、１次利用システムという）では、空間的、時間的に常にスペクトルを使用している訳ではなく、周波数利用率は低い状況にある（混雑している都市部でも周波数瞬時利用率は８０％以下という調査報告もある）。周波数資源をより効率的に利用するため、１次利用システムで使用されていない周波数（以下、空きスペクトルという）を２次的に利用する無線通信システム（以下、２次利用システムという）という概念が注目されている。上記概念における、１次利用システムと２次利用システムがスペクトルを同時利用する周波数共用型無線通信システムでは、２次利用システムが、１次利用システムに干渉を与えないように利用することが要求されている。複数の基地局及び端末で構成される無線通信システムの従来技術として、基地局及び端末のグループ分けを行い、基地局及び端末が利用するスペクトルの干渉が発生しないようにグループごとに利用するスペクトルを決め、このスペクトルを利用する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スペクトルを利用する２次利用システムで構成したものがある。この従来技術について図面を参照して説明する。
【０００３】
図６に、従来技術による上記２次利用システムを含む無線通信システムの一例を無線通信システム１０としてその構成を示す。無線通信システム１０は、グループＡ、グループＢ、グループＣ、スペクトル管理サーバ４００及びネットワーク５００から構成されている。グループＡは、基地局１１０、端末１２１、端末１２２及び端末１２３から構成され、基地局１１０とネットワーク５００は回線１３０により接続されている。グループＢは、基地局２１０、端末２２１、端末２２２及び端末２２３から構成され、基地局２１０とネットワーク５００は回線２３０により接続されている。グループＣは、基地局３１０、端末３２１、端末３２２及び端末３２３から構成され、基地局３１０とネットワーク５００は回線３３０により接続されている。スペクトル管理サーバ４００は、集中管理手段４１０とスペクトル管理テーブル４２０を備え、ネットワーク５００と回線４３０により接続されている。
【０００４】
基地局１１０は、固定局または移動局であり、端末１２１、端末１２２及び端末１２３と通信を行う。また、基地局１１０は、ネットワーク５００を介してスペクトル管理サーバ４００と接続し、スペクトル管理サーバ４００から送信される後述するスペクトル管理テーブル４２０の情報及び災害発生などの非常時における運用指示を受信し、端末１２１、端末１２２及び端末１２３から受信するスペクトルの利用状態をスペクトル管理サーバ４００に送信する。端末１２１、端末１２２及び端末１２３は、固定機器または移動機器であり、基地局１１０を介してあるいは直接端末間で通信を行う。回線１３０は、有線回線または無線回線であり、基地局１１０とネットワーク５００を接続する。基地局２１０及び基地局３１０については、基地局１１０と同じ機能を備えている。端末２２１、端末２２２、端末２２３、端末３２１、端末３２２及び端末３２３については、端末１２１〜端末１２３と同じ機能を備えている。したがって、グループＢ、グループＣはグループＡと同様の構成となっており、同様に動作するので、以降の説明では主にグループＡの基地局１１０、端末１２１〜端末１２３について説明し、その他は適宜説明する。
【０００５】
スペクトル管理サーバ４００は、ネットワーク５００を介して基地局１１０と接続し、スペクトルの管理を行うサーバである。スペクトル管理サーバ４００の集中管理手段４１０は、グループＡ、グループＢ及びグループＣが同じスペクトルを利用したときでも干渉しないようにするために、グループＡ、グループＢ及びグループＣの位置から干渉の有無を判断し、この判断結果に基づいてグループ間の干渉を回避できるようにスペクトルの割り当てを行う手段である。スペクトル管理サーバ４００のスペクトル管理テーブル４２０は、スペクトルごとのキャリア周波数、伝送帯域幅などの情報と、スペクトルの利用を許可するグループ、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０または端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３（以下、局という）の情報が設定されるテーブルであり、集中管理手段４１０により予め決められた周期で更新される。
【０００６】
次に、図７に示すスペクトル管理テーブル４２０の構成について説明する。スペクトル管理テーブル４２０は、（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力及び（ｇ）利用許可グループ／局の項目から構成されているテーブルである。（ａ）キャリア周波数は、スペクトルの周波数（Ｈｚ）が設定される項目である。（ｂ）帯域幅は、キャリア周波数の範囲が設定される項目である。（ｃ）１次利用通信系名は、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０、端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３及びスペクトル管理サーバ４００の間でチャネル制御により送受信される通信システム（以下、通信系という）の名称が設定される項目である。（ｄ）伝送情報種別は、通信データのデータ種別が設定される項目で、「共通制御」、「グループ内共通制御」、又は「ユーザデータ」のいずれかが設定される。「共通制御」は、全てのグループの共通制御チャネルにより通信される制御情報であることを示し、スペクトル管理サーバ４００から基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０に送信されるスペクトル管理テーブル４２０の情報及び災害発生などの非常時における運用指示などの制御情報である。「グループ内共通制御」は、特定のグループ内の端末の制御チャネルにより通信される制御情報であることを示し、例えば基地局１１０が端末１２１〜端末１２３に送信するスペクトル管理テーブル４２０の情報及び災害発生などの非常時における運用指示の制御情報、又は端末１２１〜端末１２３が基地局１１０に送信するスペクトルの利用状態のデータなどの情報である。「ユーザデータ」は、映像データ、音声データ、文字データなどのユーザが送受信する通信データである。（ｅ）電波形式は、電波の変調方式等が設定される項目である。（ｆ）送信出力は、電波の送信電力が設定される項目である。（ｇ）利用許可グループ／局は、１次利用システムにおいて（ａ）キャリア周波数の利用が許可されているグループのグループ名とそのグループの局が設定される項目である。例えば、図６に示すようにグループＡ、グループＢ及びグループＣがあり、グループＡとグループＢについて干渉の危険があり、グループＡとグループＣ及びグループＢとグループＣについて干渉の危険がないときは、グループは、「Ａ、Ｃ」又「Ｂ」と分けられ、（ｇ）利用許可グループ／局にはこのグループ名が設定される。更に、各グループ内の全ての局に利用を許可するのであれば（ｇ）利用許可グループ／局には「全局」が設定される。（ｄ）伝送情報種別の「共通制御」については、全てのグループで共通に利用される制御情報であるので、（ｇ）利用許可グループ／局には、「Ａ／全局、Ｂ／全局、Ｃ／全局」が設定される。また、（ｄ）伝送情報種別の「グループ内共通制御」については、グループ内で共通に利用される制御情報であるので、（ｇ）利用許可グループ／局には、「Ａ／全局、Ｃ／全局」または「Ｂ／全局」が設定される。また、グループＡの基地局１１０に利用を許可するのであれば「Ａ／基地局１１０」が（ｇ）利用許可グループ／局に設定され、グループＡの端末１２１に利用を許可するのであれば「Ａ／端末１２１」が（ｇ）利用許可グループ／局に設定される。
【０００７】
次に、図８に示す従来技術の無線通信システム１０に係るスペクトル利用手順について説明する。図８（１）は、１次利用システムにおいて、グループＡまたはグループＣが全ての通信系のスペクトルを利用している状態を示す図である。以下、図７に示すスペクトル管理テーブル４２０を参照してグループＡまたはグループＣの通信系０から順番に通信系６までの利用手順について説明する。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系０」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ０」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／全局、Ｂ／全局、Ｃ／全局」が設定されているので、通信系０は全グループ／全局により「共通制御」の送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系１」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ１」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／全局、Ｃ／全局」が設定されているので、通信系１はグループＡ／全局とグループＣ／全局により「グループ内共通制御」の送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系２」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ２」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／基地局１１０、Ｃ／基地局３１０」が設定されているので、通信系２はグループＡ／基地局１１０とグループＣ／基地局３１０のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系３」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ３」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／基地局１１０、Ｃ／基地局３１０」が設定されているので、通信系３はグループＡ／基地局１１０とグループＣ／基地局３１０のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系４」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ４」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２１、Ｃ／端末３２１」が設定されているので、通信系４はグループＡ／端末１２１とグループＣ／端末３２１のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系５」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ５」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２２、Ｃ／端末３２２」が設定されているので、通信系５はグループＡ／端末１２２とグループＣ／端末３２２のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名の「通信系６」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ６」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２３、Ｃ／端末３２３」が設定されているので、通信系６はグループＡ／端末１２３とグループＣ／端末３２３のデータの送受信で利用されている状態である。
【０００８】
図８（２）は、ある時間帯において、グループＡの端末１２３が検出したグループＡとグループＣのスペクトルの利用状態を示す図である。通信系０のキャリア周波数「Ｆ０」と通信系１のキャリア周波数「Ｆ１」は、ユーザデータの伝送では利用できないので検出対象外となっている。通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」と通信系５のキャリア周波数「Ｆ５」は利用されていない状態の「空き」となっている。通信系３のキャリア周波数「Ｆ３」、通信系４のキャリア周波数「Ｆ４」及び通信系６のキャリア周波数「Ｆ６」については利用している状態の「利用中」であり、特に通信系６のキャリア周波数「Ｆ６」はグループＡの端末１２３自身が利用している。このようにある時間帯でグループＡの端末１２３が図８（２）に示すような状態を検出したときに、グループＡの端末１２３は通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」または通信系５のキャリア周波数「Ｆ５」の利用が可能となる。そして、グループＡの端末１２３が空いている通信系５のキャリア周波数「Ｆ５」を利用すると、図８（３）に示すように通信系５のキャリア周波数「Ｆ５」が２次利用システムの通信系１（１次利用システムと２次利用システムでは通信系の名称が異なるように設定してもよい）による利用状態となる。尚、１次利用システムと２次利用システムは、スペクトル管理サーバ４００の集中管理手段４１０によって実行される処理である。
【０００９】
次に、図９に示す従来技術の無線通信システム１０に係る時間経過におけるスペクトル間の状態遷移について、図８を参照して説明する。図９は、通信系０〜通信系６のキャリア周波数について、時間経過の順にこれらの通信系の状態遷移を示す図である。時間軸のＡ点までは図８（１）に対応する部分であり、通信系０〜通信系６のキャリア周波数は、全て利用されている状態である。次の時間軸のＡ点からＢ点の間は図８（３）に対応する部分であり、通信系０、通信系１、通信系３及び通信系６については利用されている状態であるが、通信系２は空いている状態であり、また通信系５は２次利用システムによりグループＡの端末１２３により通信系１として利用されている状態である。次の時間軸のＢ点以降は、再び図８（１）に対応する部分であり、通信系０〜通信系６のキャリア周波数は、全て利用されている状態である。
【００１０】
次に、図９（２）を用いて従来技術の２次利用システムにおいて、グループＡの端末１２３がスペクトルの利用状態を検出するときの遅れによりスペクトルの干渉が発生する現象を説明する。図９（２）（ア）は、１次利用システムの実際のスペクトル利用状態の時間的変化を示し、Ａ点で利用を停止し、Ｂ点で利用を再開している。しかし、図９（２）（イ）に示すように、端末１２３による検出処理の遅れによりスペクトルが利用されていない空いている時間を区間Ｃ−Ｄと判定している。このため、図９（２）（ウ）に示すように、端末１２３がスペクトルの区間Ｃ−Ｄが空いていると判定し、この区間についてスペクトルを利用する。このようにスペクトルが実際に空いている区間について、２次利用システムでは正しく判定することができないことがあり、この結果図９（２）（エ）に示すように、区間Ｂ−Ｄを端末１２３が利用するとスペクトルに干渉を与えてしまい、通信不能や伝送情報の欠落が生じてしまうことがあった。
【００１１】
図９（２）に示すＡ点がＣ点、Ｂ点がＤ点となる原因は、空きスペクトルを検出するときに、検出精度向上のため短区間（例えば、１００ｍｓ）毎の検出結果をある程度長時間(例えば、数秒)蓄積した上で最終的に判定するため、その蓄積時間が長くなるにしたがって利用無から利用再開への検出の遅れが大きくなる。実際にはスペクトルの利用状態の検出は、所定の周期で２次利用システムのスペクトルによる送信を停止して行うため、スペクトルの利用状態の検出が再開されるまでの時間も考慮すると、図９（２）に示す区間Ｂ−Ｄは更に長くなることがある。このため、スペクトルがメールやファイル転送等に利用されている場合には、区間Ｂ−Ｄの欠落したデータは自動再送要求（以下、ＡＲＱという）により再送可能であるが、音声や映像のようなリアルタイムの通信でスペクトルが利用されている場合は、話頭切れ、音声不通及び画質の劣下が生じる問題が発生していた。
【００１２】
無線通信システムにおける効率的に複数の無線周波数帯チャネルを同時に利用する技術として下記の特許文献１がある。特許文献１は、伝送可能な各チャンネルの容量に基づいて送信データを負荷分散して送受信するため、より高いスループットでの通信が実現でき、短時間で多量な同一情報を送受信することができる超広帯域負荷分散型無線通信方法及びシステムを提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３１３９９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術の無線通信システムにおいては、まず１次利用システムによりスペクトルを優先的に利用し、２次利用システムにより空いているスペクトルを検出したときに、この空いているスペクトルを利用するので、スペクトルを効率的に利用することができる。しかし、このようなスペクトルの利用方式を用いた場合でも、スペクトルの利用状態の検出の遅れにより、スペクトルの干渉が発生してしまうことがあった。また、特許文献１の超広帯域負荷分散型無線通信システムでは、伝送可能な各チャンネルの容量に基づいて送信データを負荷分散して送受信することで高いスループットでの通信と短時間で多量な同一情報を送受信できるが、スペクトルに干渉を与えずにスペクトルの利用率を高くすることができなかった。したがって、上記の問題を解消し、スペクトルの利用効率を向上できる無線通信システムが要望されていた。
【００１５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決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】
【００１６】
本発明の無線通信システムは、スペクトルを優先的に利用する１次利用システムと前記スペクトルが利用されていないときに前記スペクトルを利用する２次利用システムを用いて通信を行う無線通信装置から構成される無線通信システムであって、前記１次利用システムで利用される前記スペクトルに対して、前記２次利用システムにおいて当該スペクトルの利用を許可するか不可とするかの情報である２次利用許可情報を前記スペクトル毎に記憶する２次利用許可情報記憶手段を備え、前記無線通信装置は前記２次利用許可情報記憶手段に記憶される前記２次利用許可情報を参照し、前記２次利用システムとして利用が許可された前記スペクトルのみを用いて前記２次利用システムにおける通信を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１次利用システムと２次利用システムによりスペクトルを利用する無線通信システムにおいて、スペクトルの利用による干渉を発生させないようにし、スペクトルを効率的に利用することができる無線通信システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係るスペクトル管理テーブルの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る基地局の機能構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るグループ内スペクトル利用管理テーブルとスペクトル利用管理テーブルの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るスペクトル利用手順を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るスペクトル管理テーブルの構成を示す図である。
【図６】従来技術の無線通信システムの構成を示す図である。
【図７】従来技術のスペクトル管理テーブルの構成を示す図である。
【図８】従来技術のスペクトル利用手順を説明する図である。
【図９】従来技術の時間経過におけるスペクトル間の状態遷移を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の２次利用システムを実施するための第１の実施形態（以下、「実施形態１」という）を、図面を参照して説明する。本発明の実施形態１に係る無線通信システム２０の構成は、従来の実施の形態に係る無線通信システム１０の構成の図６に同じである。但し、無線通信システム２０においては、スペクトル管理サーバ４００のスペクトル管理テーブル４２０をスペクトル管理テーブル４２１に変更する。
【００２０】
まず、本発明の実施形態１に係るスペクトル管理テーブル４２１の構成について図１を参照して説明する。スペクトル管理テーブル４２１は、（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ'）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力、（ｇ）利用許可グループ／局及び（ｈ）２次利用許可の項目から構成されているテーブルである。（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力及び（ｇ）利用許可グループ／局の項目については、図７に示す従来の実施形態に係るスペクトル管理テーブル４２０の項目に同じである。従来の実施形態に係るスペクトル管理テーブル４２０と異なる（ｄ'）伝送情報種別と（ｈ）２次利用許可について、以下説明する。（ｄ'）伝送情報種別は、通信データのデータ種別が設定される項目で、「共通制御」、「グループ内共通制御」、「データ」、「映像」及び「音声」のいずれかが設定される。「共通制御」と「グループ内共通制御」は、スペクトル管理テーブル４２０の（ｄ）伝送情報種別に設定する「共通制御」と「グループ内共通制御」に同じである。「データ」は、自動再送が可能なメール、ファイルなどのデータであるときに設定される伝送情報種別である。「映像」は、データが映像であるときに設定される伝送情報種別である。「音声」は、データが音声であるときに設定される伝送情報種別である。（ｈ）２次利用許可は、（ａ）キャリア周波数の２次利用を許可するか否かを設定する項目で、２次利用を許可するときは「可」が設定され、許可しないときは「不可」が設定される。但し、（ｄ'）伝送情報種別が「共通制御」または「グループ内共通制御」であるときは、高い信頼性、即時性が要求される重要度が高いデータを送信するので、２次利用システムでは対象外とし、（ｈ）２次利用許可には「対象外」が設定される。また、（ｄ'）伝送情報種別が「映像」または「音声」であるときは、映像または音声のデータがリアルタイムで通信されるので、スペクトルの干渉が発生すると話頭切れ、音声不通及び画質の劣下が生じるため、（ｈ）２次利用許可には「不可」が設定される。
【００２１】
次に、実施形態１に係る図２に示す基地局１１０の機能構成について説明する。基地局１１０は、アンテナ１１１、送受信処理手段１１２、無線リソース制御手段１１３、アプリケーション１１４及び適応伝送制御装置１１５から構成されている。また、送受信処理手段１１２は、変復調処理部１１２ａと広帯域無線送受信回路１１２ｂから構成され、無線リソース制御手段１１３は、スペクトルセンシング手段１１３ａと利用スペクトル決定手段１１３ｂから構成されている。更に、利用スペクトル決定手段１１３ｂにはグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１とスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２を備えている。送受信処理手段１１２における変復調処理部１１２ａは、利用するスペクトルの情報に基づいて、変復調処理の切替えを行う部位である。広帯域無線送受信回路１１２ｂは、利用するスペクトルの情報に基づいて、広帯域無線送受信回路における広帯域（システム帯域）の中の（ア）キャリア周波数と（イ）帯域幅に対応する無線回路の切替えを行う。
【００２２】
次に、図２に示す基地局１１０の各機能について説明する。アンテナ１１１は、空中から電波を受信すると、送受信処理手段１１２またはスペクトルセンシング手段１１３ａに出力する。また、アンテナ１１１は、送受信処理手段１１２から回線ａ１１０により出力された信号を、空中に電波で送信する。送受信処理手段１１２は、アプリケーション１１４から回線ｆ１１０により入力するデジタル音声情報、デジタル映像情報、又はアナログ音声信号などのデータを変復調処理部１１２ａで送信可能な信号に変換（変調処理）し、アンテナ１１１に出力する手段である。また、送受信処理手段１１２は、アンテナ１１１から回線ａ１１０により入力するデジタル音声情報、デジタル映像情報、又はアナログ音声信号などのデータを変復調処理部１１２ａで処理可能なデータに変換（復調処理）し、アプリケーション１１４に出力する手段である。送受信処理手段１１２で送信時に利用するスペクトルは、無線リソース制御手段１１３の利用スペクトル決定手段１１３ｂから回線ｃ１１０により入力する。また、送受信処理手段１１２は、複数のスペクトルを利用して複数の送信情報を同時に送信することが可能である。
【００２３】
無線リソース制御手段１１３は、スペクトルの利用状態の監視と２次利用システムで利用するスペクトルを決定する手段である。スペクトルセンシング手段１１３ａは、アンテナ１１１から回線ａ１１０により入力される受信信号のエネルギーの検出を行うことにより、スペクトルの利用状態の監視を行い、スペクトル利用状態を回線ｂ１１０により利用スペクトル決定手段１１３ｂに出力する手段である。スペクトルセンシング手段１１３ａによるスペクトルの利用状態の監視には、以下の２通りの処理方法があり、いずれかの処理で行う。
（１） 送受信処理手段１１２がデータを送受信している間もスペクトルの利用状態を継続して監視する方法。
（２） 送受信処理手段１１２でデータ送信を開始しようとする直前にキャリアセンスを行い、対応スペクトルが利用可能であるかを監視する方法。
但し、上記（１）、（２）共に、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に対して、１次利用システムのスペクト利用状態（利用再開）を検出することが出来ないため、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。利用スペクトル決定手段１１３ｂは、利用可能と判断された空きスペクトルから利用するスペクトル（以下、利用スペクトルという）を決定する。このときに、利用中のスペクトルの質の低下、あるいはスペクトル利用休止中の１次利用システムのスペクトル利用再開などが発生した場合には、２次利用システムは速やかにスペクトルの利用を中止する必要があるため、利用スペクトルを移行するための予備スペクトルを特定する手段を設けてもよい。また、利用スペクトル決定手段１１３ｂでは、スペクトルセンシング手段１１３ａで利用可能と判断された帯域においてＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）等の情報を基に、回線品質が高く利用価値の高いスペクトルを選択するように制御する機能を備えることも可能である。利用スペクトル決定手段１１３ｂから回線ｃ１１０により、空きスペクトルのキャリア周波数、帯域幅、伝送情報種別等の情報が送受信処理手段１１２に出力される。
【００２４】
アプリケーション１１４は、デジタル音声情報、デジタル映像情報、又はアナログ音声信号などのデータを生成し、回線ｆ１１０により送受信処理手段１１２に出力する処理である。また、アプリケーション１１４は、回線ｆ１１０により送受信処理手段１１２から受信したデジタル音声情報、デジタル映像情報、又はアナログ音声信号などのデータを入力する。適応伝送制御手段１１５は、回線ｅ１１０により送受信処理手段１１２の適応変調などの伝送制御を行う手段である。
【００２５】
次に、端末１２３の機能構成について説明する。端末１２３の機能構成は、図２に示す基地局１１０の機能構成においてスペクトル管理サーバ４００から回線ｄ１１０を介してスペクトル管理テーブル４２１のデータ受信しない点、利用スペクトル決定手段１１３ｂに後述するグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１を備えていない点以外は、図２に示す基地局１１０の機能構成に同じである。
【００２６】
次に、利用スペクトル決定手段１１３ｂが備えている図３（１）に示すグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１と図３（２）に示すスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の構成について説明する。ここでグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１は、基地局のみが備えるものである。まず、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の構成について説明する。グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１は、（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ'）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力、（ｇ）利用許可グループ／局、（ｈ）２次利用許可及び（ｉ）２次利用状態（利用局／通信系）の項目から構成されているテーブルである。（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ'）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力、（ｇ）利用許可グループ／局及び（ｈ）２次利用許可の項目については、スペクトル管理テーブル４２１の項目に同じであり、これらの項目のデータはスペクトル管理サーバ４１０からｄ１１０により受信し、設定される。（ｉ）２次利用状態（利用局／通信系）は、グループ内の他の端末から送信される（ａ）キャリア周波数の利用状態に基づいて設定される項目で、２次利用システムで利用している利用局と通信系名が設定される。図３（１）に示すグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１では、（ａ）のキャリア周波数「Ｆ０」は共通制御であるので「対象外」、キャリア周波数「Ｆ１」はグループ内共通制御であり「対象外」となる。キャリア周波数「Ｆ２」は、２次利用システムとして端末１２３が通信系１として利用していれば「端末１２３／２次利用通信系１」が設定される。それ以外のキャリア周波数「Ｆ３」から「Ｆ６」が利用されていないときは「無」が設定される。
【００２７】
次に、図３（２）に示すスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の構成について説明する。図３（２）は端末１２３が備えるものの例である。スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２は、（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ'）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力、（ｈ）２次利用許可、（ｊ）スペクトル利用状態及び（ｋ）２次利用状態の項目から構成されているテーブルである。（ａ）キャリア周波数、（ｂ）帯域幅、（ｃ）１次利用通信系名、（ｄ'）伝送情報種別、（ｅ）電波形式、（ｆ）送信出力及び（ｈ）２次利用許可の項目については、図３（１）に示すグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の項目に同じであるが、「通信系０」と「通信系１」はデータの通信には利用できないので対象外となり、「通信系０」と「通信系１」の情報は設定されない。（ｊ）スペクトル利用状態は、スペクトルセンシング手段１１３ａによりセンシングした結果が設定される項目で、（ｄ'）伝送情報種別が「映像」または「音声」であれば、２次利用システムでスペクトルを利用するとＡＲＱ（再送）できないため干渉による情報の欠落が発生する可能性があるのでスペクトルのセンシングは行われない「センシング無」が設定される。また、（ａ）キャリア周波数が利用されていれば、（ｊ）スペクトル利用状態には「利用中」、（ａ）キャリア周波数を自分自身で利用していれば「利用中（自身）」が設定され、（ａ）キャリア周波数が利用されていなければ「空」が設定される。（ｋ）２次利用状態は、２次利用システムにおける基地局１１０の利用状態を設定する項目で、（ｊ）スペクトル利用状態が「センシング無」または「利用中（自身）」であれば「対象外」が設定され、「利用中」であれば「不可」が設定され、「空」となっている通信系を利用するのであれば２次利用システムとして利用する通信系名が設定される。例えば、（ｃ）１次利用通信系名の「通信系２」の（ａ）キャリア周波数「Ｆ２」が空きスペクトルとなり、２次利用通信系名の「２次利用通信系１」（１次利用システムと２次利用システムでは通信系の名称が異なるように設定してもよい）として利用するのであれば、（ｋ）２次利用状態に「２次利用通信系１」が設定される。
【００２８】
次に、このような図２に示す実施形態１の機能構成におけるスペクトル管理テーブル４２１、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１及びスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の設定手順について説明する。
（１） 基地局１１０は、端末１２１〜端末１２３の現在位置の情報をスペクトル管理サーバ４００に送信する。スペクトル管理サーバ４００は全ての基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０と全ての端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３の現在位置の情報に基づいて、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０と端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３のグループ分けを行い、グループ間で干渉が発生しないようにスペクトルの割り当てを行い、スペクトル管理テーブル４２１に（ａ）から（ｈ）の情報を設定する。そして、スペクトル管理サーバ４００は、共通制御として利用する通信系０により基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０にスペクトル管理テーブル４２１の（ａ）から（ｈ）の情報を送信する。
（２） 基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０は、スペクトル管理サーバ４００からスペクトル管理テーブル４２１の（ａ）から（ｈ）の情報を受信すると、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の（ａ）から（ｈ）に設定し、更にグループ内共通制御として利用する通信系１により端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３にグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の（ａ）から（ｆ）と（ｈ）の情報を送信する。
（３） 例えば、グループＡの端末１２１〜端末１２３は、基地局１１０からグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の（ａ）から（ｆ）と（ｈ）の情報を受信すると、スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の（ａ）から（ｆ）と（ｈ）に設定する。端末１２１〜端末１２３は、（ｈ）２次利用許可に「可」が設定されている（ａ）キャリア周波数について、スペクトルセンシング手段１１３ａによりスペクトルのセンシングを行い、センシング結果をスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の（ｊ）スペクトル利用状態に設定する。例えば、端末１２３が（ｊ）スペクトル利用状態で「空」となっている（ａ）キャリア周波数を利用するときには、（ｊ）スペクトル利用状態の「空」に対応する（ｋ）２次利用状態に通信系名（例えば「通信系１」）を設定する。このように設定したスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の（ｋ）の情報を基地局１１０に送信する。
（４） また、例えば、グループＡの基地局１１０が、端末１２１〜端末１２３からスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の（ｋ）の情報を受信すると、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の（ｉ）２次利用状態（利用局／通信系）に設定する。例えば、基地局１１０が端末１２３から（ｋ）の情報「通信系１」を受信すると、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の（ｉ）２次利用状態（利用局／通信系）には「端末１２３／通信系１」が設定される。
以上のように、（１）から（４）の手順を繰り返して行うことで、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０と端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３が１次利用システムの空スペクトルを検出し、利用することが可能となる。また、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０は、利用スペクトル決定手段１１３ｂにグループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１を備えているので、グループ内スペクトル利用管理テーブル１１３ｂ１の情報とスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の情報を通信を介すことなく直接設定することができる。
【００２９】
次に、図４に示す実施形態１に係るスペクトル利用手順について説明する。図４（１）は、グループＡまたはグループＣの１次利用システムにおいて、全ての通信系が利用されている状態を示す図である。以下、図１に示すスペクトル管理テーブル４２１を参照してグループＡまたはグループＣの通信系０から順番に通信系６までの利用手順について説明する。（ｃ）１次利用通信系名「通信系０」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ０」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／全局、Ｂ／全局、Ｃ／全局」が設定されているので、通信系０は全グループ／全局により「共通制御」の送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系１」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ１」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／全局、Ｃ／全局」が設定されているので、通信系１はグループＡ／全局またはグループＣ／全局により「グループ内共通制御」の送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系２」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ２」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／基地局１１０、Ｃ／基地局３１０」が設定されているので、通信系２はグループＡ／基地局１１０とグループＣ／基地局３１０のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系３」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ３」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／基地局１１０、Ｃ／基地局３１０」が設定されているので、通信系３はグループＡ／基地局１１０とグループＣ／基地局３１０のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系４」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ４」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２１、Ｃ／端末３２１」が設定されているので、通信系４はグループＡ／端末１２１とグループＣ／端末３２１のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系５」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ５」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２２、Ｃ／端末３２２」が設定されているので、通信系５はグループＡ／端末１２２とグループＣ／端末３２２のデータの送受信で利用されている状態である。（ｃ）１次利用通信系名「通信系６」に対応する（ａ）キャリア周波数は「Ｆ６」となり、また（ｇ）利用許可グループ／局では、「Ａ／端末１２３、Ｃ／端末３２３」が設定されているので、通信系６はグループＡ／端末１２３またはグループＣ／端末３２３のデータの送受信で利用されている状態である。
【００３０】
図４（２）は、ある時間帯において、グループＡの端末１２３が検出したグループＡとグループＣのスペクトルの状態を示す図である。通信系０のキャリア周波数「Ｆ０」と通信系１のキャリア周波数「Ｆ１」は、データの伝送では利用できないので検出対象外となっている。通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」は利用されていない状態の「空き」となっている。通信系３のキャリア周波数「Ｆ３」は（ｄ'）伝送情報種別が「映像」であり、通信系５のキャリア周波数「Ｆ５」は（ｄ'）伝送情報種別が「音声」であるので、「センシング無（２次利用不可）」となっている。通信系４のキャリア周波数「Ｆ４」と通信系６のキャリア周波数「Ｆ６」については利用している状態の「利用中」であり、特に通信系６のキャリア周波数「Ｆ６」はグループＡの端末１２３自身が利用している。このようにある時間帯でグループＡの端末１２３が図４（２）の状態を検出したときに、グループＡの端末１２３は通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」の利用が可能となる。そして、グループＡの端末１２３が空いている通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」を２次利用システムの通信系１として利用すると、図４（３）に示すように通信系２のキャリア周波数「Ｆ２」が２次利用システムの通信系１による利用状態となる。尚、１次利用システムと２次利用システムは、スペクトル管理サーバ４００の集中管理手段４１０によって実行される処理である。
【００３１】
以上のような実施形態１によれば、伝送情報種別を映像、音声及び映像と音声以外と分け、映像と音声以外を伝送するときだけ２次使用システムによるスペクトルの使用を許可することにより、干渉による情報の欠落の発生を回避することができ、スペクトルの利用効率を向上させる無線通信システムを提供することができる。また、実施形態１において、グループに空きスペクトルがあるときに、他のグループがこの空きスペクトルを利用するようにすることで、更にスペクトルの利用効率を向上させることができる。
【００３２】
次に、本発明を実施するための第２の実施形態（以下、「実施形態２」という）の無線システム３０を、図面を参照して説明する。本発明の実施形態２に係る無線通信システム３０の構成は、従来の実施の形態に係る無線通信システム１０の構成の図６に同じである。但し、無線通信システム３０においては、スペクトル管理サーバ４００のスペクトル管理テーブル４２０をスペクトル管理テーブル４２２に変更する。
【００３３】
実施形態２の無線システム３０は、２次的利用を許可されるスペクトルの周波数管理を各グループ内で自律分散的に行うのではなく、スペクトル管理サーバ４００で集中管理する実施の形態である。図５に実施形態２におけるスペクトル管理テーブル４２２の構成を示す。実施形態２のスペクトル管理テーブル４２２には、実施形態１のスペクトル管理テーブル４２１に（ｌ）２次利用中（グループ／局／通信系名）の項目が追加されている。この（ｌ）２次利用中（グループ／局／通信系名）の項目には、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０を経由して端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３が送信するスペクトル利用管理テーブル１１３ｂ２の（ｋ）２次利用状態に基づいて設定される。このように、スペクトルの２次利用を行っている基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０または端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３の通信グループ名、利用局及び通信系名をスペクトル管理サーバ４００が管理することで、非常時等にスペクトル管理サーバ４００が２次利用システムで利用されているスペクトルの開放要求を即時に出すことが可能となる。実施形態２においては、基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０または端末１２１〜端末１２３、端末２２１〜端末２２３、端末３２１〜端末３２３からスペクトル管理サーバ４００にスペクトルの２次利用の状態を制御情報として随時送信する必要がある。しかし、この制御情報の送信には長い時間を要することが考えられるため、実施形態２は比較的長い時間間隔でスペクトルの２次利用を行うシステムに適している。
【００３４】
グループ内に１つの基地局１１０、基地局２１０、基地局３１０が設置される無線通信システムの形態について説明したが、グループ内に複数の基地局が設置されるようにすることも可能である。更に、端末１２１〜端末１２３のいずれかに基地局１１０の機能を備えるようにしておくことで、基地局１１０が使用できなくなったときに基地局１１０の機能を備えたいずれかの端末１２１〜端末１２３が基地局１１０のバックアップすることも可能である。端末２２１〜端末２２３についても同様に基地局２１０のバックアップすることが可能であり、端末３２１〜端末３２３についても同様に基地局３１０のバックアップすることが可能である。
【００３５】
以上、具体的な実施の形態により本発明を説明したが、上記実施の形態は本発明の例示であり、この実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３６】
以上をまとめると、本発明は次のような特徴を有する。
（１） 本発明の無線通信システムは、スペクトルを優先的に利用する１次利用システムと前記スペクトルが利用されていないときに前記スペクトルを利用する２次利用システムを用いて通信を行う無線通信装置から構成される無線通信システムであって、前記１次利用システムで利用される前記スペクトルに対して、前記２次利用システムにおいて当該スペクトルの利用を許可するか不可とするかの情報である２次利用許可情報を前記スペクトル毎に記憶する２次利用許可情報記憶手段を備え、前記無線通信装置は前記２次利用許可情報記憶手段に記憶される前記２次利用許可情報を参照し、前記２次利用システムとして利用が許可された前記スペクトルのみを用いて前記２次利用システムにおける通信を行うことを特徴としている。
（２） （１）の無線通信システムは、前記２次利用許可情報には、データの伝送情報種別がリアルタイム性が要求されるものであるときに不可が設定されることを特徴としている。
（３） （２）の無線通信システムは、前記リアルタイム性が要求される前記伝送情報種別が、映像または音声であることを特徴としている。
（４） （１）から（３）のいずれかの無線通信システムは、前記スペクトルが利用されていないかを検出するスペクトルセンシング手段を備え、前記スペクトルセンシング手段が、アンテナから受信する信号のエネルギーの検出を行うことにより前記スペクトルが利用されていることを検出することを特徴としている。
（５） （４）の無線通信システムは、前記スペクトルセンシング手段により前記１次利用システムで利用されていない前記スペクトルの２次利用を決定するスペクトル決定手段とを備えていることを特徴としている。
（６） （１）から（５）のいずれかの無線通信システムは、前記スペクトルについて前記２次利用システムの利用許可または利用不可を管理するスペクトル管理サーバを備えていることを特徴としている。
（７） （１）から（６）のいずれかの無線通信システムは、基地局と端末のグループ分けを行い、グループごとに優先的に利用する前記スペクトルを決め、前記グループの前記スペクトルが利用されていないときに、他のグループが利用されていない前記スペクトルを利用することを特徴としている。
（８） 本発明の無線通信システムのスペクトル利用方法は、スペクトルを優先的に利用する１次利用システムと前記スペクトルが利用されていないときに前記スペクトルを利用する２次利用システムを用いて通信を行う無線通信装置から構成される無線通信システムであって、前記１次利用システムで利用される前記スペクトルに対して、前記２次利用システムにおいて当該スペクトルの利用を許可するか不可とするかの情報である２次利用許可情報を前記スペクトル毎に記憶する２次利用許可情報記憶工程を備え、前記無線通信装置は前記２次利用許可情報記憶工程に記憶される前記２次利用許可情報を参照し、前記２次利用システムとして利用が許可された前記スペクトルのみを用いて前記２次利用システムにおける通信を行うことを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、無線通信システムに好適であるが、無線通信システムに限られるものではなく、データを伝送するシステム一般に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０・・・・・・・・・無線通信システム
２０・・・・・・・・・無線通信システム
３０・・・・・・・・・無線通信システム
１１０・・・・・・・・基地局
１１１・・・・・・・・アンテナ
１１２・・・・・・・・送受信処理手段
１１２ａ・・・・・・・変復調処理部
１１２ｂ・・・・・・・広帯域無線送受信回路
１１３・・・・・・・・無線リソース制御手段
１１３ａ・・・・・・・スペクトルセンシング手段
１１３ｂ１・・・・・・グループ内スペクトル利用管理テーブル
１１３ｂ２・・・・・・スペクトル利用管理テーブル
１１４・・・・・・・・アプリケーション
１１５・・・・・・・・適応伝送制御手段
１２１・・・・・・・・端末
１２２・・・・・・・・端末
１２３・・・・・・・・端末
１３０・・・・・・・・回線
２１０・・・・・・・・基地局
２２１・・・・・・・・端末
２２２・・・・・・・・端末
２２３・・・・・・・・端末
２３０・・・・・・・・回線
３１０・・・・・・・・基地局
３２１・・・・・・・・端末
３２２・・・・・・・・端末
３２３・・・・・・・・端末
３３０・・・・・・・・回線
４００・・・・・・・・スペクトル管理サーバ
４１０・・・・・・・・集中管理手段
４２０・・・・・・・・スペクトル管理テーブル
４２１・・・・・・・・スペクトル管理テーブル
４２２・・・・・・・・スペクトル管理テーブル
【図１】
2011109508.tif 000003
【図２】
2011109508.tif 000004
【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】
2011109508.tif 000009
【図８】
2011109508.tif 000010
【図９】
2011109508.tif 000011