(57)【要約】リモートまたはローカルの地理位置情報サービスがホワイトスペース情報を提供することによる技術が開示される。１つまたは複数のクライアントデバイスおよび／または基地局は当該ホワイトスペース情報を使用して、どのホワイトスペースが例えば無線ネットワーキングに利用可能であるかを判定することができる。当該情報のため、当該クライアントデバイスおよび／または基地局は、どのホワイトスペースが利用可能であるかを知るために低閾値検知を必要としない。当該サービスは、テレビ送信機のパラメータ、標高データ、および任意の動作可能な無線マイクロフォンに関して受け取った情報に基づいて、所与の位置で利用可能なホワイトスペースを計算する。
2013531437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピューティング環境において、少なくとも１つのプロセッサ上で実行される方法であって、
位置に関連する認可されたユーザーの送信機を判定するステップと、
前記送信機に基づいて、前記位置の周囲のエリアにおける使用のためにどの未使用のスペクトルが利用可能であるかを計算するステップと、
前記エリアにおける使用のために利用可能な前記未使用のスペクトルを特定するデータを伝播するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記データをクライアントデバイス上で受信するステップと、ホワイトスペースのうちの１つの上で無線ネットワークを動作させるステップとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プライマリーユーザーの送信機を判定するステップが、前記エリアにおいて潜在的にブロードキャストしているテレビ局の１つまたは複数のテレビ塔に対応するテレビ送信機データにアクセスするステップと、前記１つまたは複数のテレビ塔と前記位置との間の標高データにアクセスするステップとを備え、前記プライマリーユーザーの送信機を判定するステップが、保護半径を使用して無線マイクロフォンとの干渉を回避するステップを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
どのホワイトスペースを使用するのに利用可能であるかを計算するステップが、標高データおよび前記送信機のパラメータを使用して信号減衰を判定するステップを備え、もしくは、前記信号減衰を判定するステップが、伝播モデルを使用するステップを備え、または、どのホワイトスペースを使用するのに利用可能であるかを計算するステップが、標高データおよび前記送信機のパラメータを使用して信号減衰を判定するステップを備え、かつ、前記信号減衰を判定するステップが、伝播モデルを使用するステップを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
伝播モデルを使用するステップが、地形ベースの伝播モデルを介して前記信号減衰を判定する際に使用する比較的高解像度の標高データにアクセスするステップと、伝播モデルが前記比較的高解像度の標高データによりエラーを返すかどうかを判定するステップと、そうである場合は、地形ベースの伝播モデルを介して前記信号減衰を判定する際に使用する低解像度のデータにアクセスするステップとを備え、伝播モデルを使用するステップが、伝播モデルが前記低解像度のデータによりエラーを返すかどうかを判定するステップと、そうである場合は、地形ベースの伝播モデルなしに伝播モデルを使用するステップとを備える、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
基地局から情報を出力するステップであって、前記情報は前記エリア内の点から成る格子に対応し、利用可能性情報は前記点のうちの少なくとも一部に対するチャネルに対応するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ブロードキャストスペクトルのどの部分がホワイトスペースであるかを判定するためのプロキシとして動作する地理位置情報サービスであって、前記地理位置情報サービスが、テレビ塔のパラメータおよび地形データに対応するデータに部分的に基づいて、前記ホワイトスペースを判定する地理位置情報サービスと、前記地理位置情報サービスからデータを取得して、データをホワイトスペースネットワーク上で無線通信するためのホワイトスペースを判定するように接続されたホワイトスペースデバイスと、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
前記地理位置情報サービスが前記ホワイトスペースデバイスに関連してローカルに位置し、または、前記地理位置情報サービスが前記ホワイトスペースデバイスからリモートに位置し、かつ、前記地理位置情報サービスがさらに前記ブロードキャストスペクトルで動作する少なくとも１つの無線マイクロフォンに対応するデータを提供する、ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記地理位置情報サービスが、前記ブロードキャストスペクトルで動作する少なくとも１つの無線マイクロフォンに対応する情報を、マイクロフォンアップデータデバイスから受信することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記地理位置情報サービスが、位置に関連するプライマリーユーザーの送信機を判定し、どのホワイトスペースを前記位置周囲のエリアにおいて使用するのに利用可能であるかを計算することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記地理位置情報サービスが、前記ホワイトスペースデバイスがデータベースにリモートにダウンロードした前記ホワイトスペースを検索することによって、前記ホワイトスペースを判定し、ダウンロードされた前記データが、テレビ塔のパラメータおよび地形データに部分的に基づいて、リモートソースにより提供されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記地理位置情報サービスが、前記ブロードキャストスペクトルで動作する少なくとも１つの無線マイクロフォンに対応する情報を、ビーコンデバイスから受信することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ビーコンデバイスが、前記無線マイクロフォンと同一のブロードキャストチャネルで動作し、または、前記無線マイクロフォンに対して帯域外のチャネルで動作することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記無線マイクロフォンがＵＨＦチャネル上で動作し、前記ビーコンデバイスがＶＨＦチャネル上で動作することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
コンピューター実行可能命令を有する１つまたは複数のコンピューター読取可能媒体であって、実行されるときに、
位置に関連するエリア内の１つまたは複数のプライマリーユーザーの送信機の集合を取得するステップと、
送信機ごとに、前記送信機がテレビ送信機であるかを判定し、そうでない場合は、固定の保護半径を適用し、そうである場合は、テレビ塔と前記位置との間の標高データを取り出すステップと、
送信機ごとに、任意の標高データおよび前記送信機のパラメータを使用して信号減衰を判定するステップと、
前記信号減衰から、前記位置で利用可能な１つまたは複数のホワイトスペースの集合を判定するステップと
を備えるステップを実行することを特徴とするコンピューター読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、特に、リモートまたはローカルの地理位置情報サービスが、ホワイトスペース情報を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数スペクトルにおいて、「ホワイトスペース」とは、以前はテレビ放送局で使用されていた無線周波数スペクトルのことを指す。ホワイトスペース利用可能性から恩恵を受けうる１つの技術は、ホワイトスペースにおける無線ネットワーキングである。特に、無線ネットワークは、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚのＩＳＭ帯のようなその他の無認可のスペクトル帯と比較すると、ＶＨＦ帯および低ＵＨＦ帯の伝播特性（長距離の）および建物透過特性から多大な利益を受けることがある。
【０００３】
米国では、連邦通信委員会（ＦＣＣ）が、無認可デバイスが日和見的にホワイトスペースにおいて動作することを許可している。他国でも同様な規制を検討している。しかし、無認可デバイスのこのようないかなる動作は、政府の規制を満たさなければならなくなる（または、将来的に満たさなければならないであろう）。例えば、ＦＣＣは、ホワイトスペースにおいて、当該スペクトルのプライマリー認可ユーザー、即ち、テレビ放送局および無線マイクロフォンと干渉しない限り、無許可のデバイスが送信することを容認している。
【０００４】
干渉を防ぐために、スペクトル検知を使用してプライマリーユーザーの存在を判定することができる。テレビ受信機や無線マイクロフォン受信機はＲＦ信号を送信しない、即ち、それらはパッシブであるので、無認可ホワイトスペースデバイスは、非常に低い閾値でプライマリーユーザーの存在を検知して、プライマリー受信機との十分なＲＦ距離を確保し、干渉の原因を回避する必要がある。ＦＣＣはこの間値を−１４４ｄＢｍと規定しており、少なくとも１の他国はさらに低い閾値を検討している。
【０００５】
しかし、潜在的には実現可能であるが、このように低い閾値で検知することは、技術的な見地からは困難であり、当該検知には精度が良く高価なハードウェアが必要である可能性がある。また、かかる低い閾値で検知することは、ホワイトスペースデバイスのエネルギー消費という点で非効率となる場合がある。現在の検知技術はまた、過度に控えめ（conservative）である傾向があるので、誤った警告を発しがちであり、これにより、占有されていないチャネルの使用が不必要に妨げられ、利用可能なホワイトスペースが無駄になる。
【発明の概要】
【０００６】
この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」においてさらに説明される代表的な概念を選択したものを簡易な形で導入するために提供される。この「発明の概要」は、特許請求される主題の重要な特徴、または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求される主題の範囲を限定しようとするいかなる方法で使用することを意図したものでもない。
【０００７】
簡潔に述べると、本明細書で説明される主題の種々の態様は、リモートまたはローカルの地理位置情報サービスが、ホワイトスペース情報を提供する技術に関する。１つまたは複数のクライアントデバイスおよび／または基地局は、当該ホワイトスペース情報を使用して、どのホワイトスペースが使用のために利用可能であるか（例えば、無線データネットワーキングに対し）を判定することができる。当該情報は、（プロキシ検知）サービスにより提供されるが、当該情報のため、クライアントデバイスおよび／または基地局は、どのホワイトスペースが利用可能であるかを知るために低閾値検知を必要としない。
【０００８】
位置に関連するプライマリーユーザー（例えば、テレビ局および／または無線マイクロフォン）の送信機が判定される。当該送信機に基づいて、サービスは、その位置周囲のエリアにおいてどのホワイトスペースが使用のために利用可能かを計算する。次に、当該サービスは、当該エリアにおいて使用のために利用可能なホワイトスペースを特定するデータを、リモートサービスからホワイトスペースのクライアントデバイスへ、あるいはホワイトスペースのクライアントデバイス上で稼動しているローカルサービスからに関わらず、伝播する。
【０００９】
１の態様では、プライマリーユーザーの送信機を判定することは、潜在的に当該エリアにおいて放送しているテレビ局の１つまたは複数のテレビ塔に対応するテレビ送信機データにアクセスすること、ならびに、当該１つまたは複数のテレビ塔とその位置との間の標高データにアクセスすることを備える。次に、標高データを送信機パラメータとともに使用して、信号減衰を計算し、それからホワイトスペースを判定する。
【００１０】
１の態様では、当該エリアで動作している任意の無線マイクロフォンの存在を、伝播したデータに含める。リモートのプロキシ検知サービスに関して、これを、手動登録により、または、情報を当該リモートのプロキシ検知サービスに送信するプライマリーユーザーのアップデータデバイスから自動的に検知することにより、取得してもよい。ローカルのプロキシ検知サービスに関して（例えば、ホワイトスペースのクライアントデバイスにおいて動作している）、ビーコンデバイスが無線マイクロフォンの代わりに存在情報をブロードキャストする。
【００１１】
その他の利点は、添付図面を併用して以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１２】
本発明は、例として表したものであり、添付図面によっては限定されない。添付図面では、同一の参照番号は同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】干渉を回避するために低閾値検知を必要としないホワイトスペースのネットワークを実装するための例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図２】ホワイトスペースのネットワークにおいて使用されるプロキシ検知サービスの例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図３】種々の利用可能なデータに基づいてホワイトスペースを判定するための例示的なステップを示すフロー図である。
【図４】どのようにプライマリーユーザーの存在を検知して、ホワイトスペースのネットワークにおいて起り得る干渉を回避する、例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図５】干渉を回避するための低閾値検知を必要としないホワイトスペースのネットワークの代替的な実施形態を実装する、例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書で説明される技術の種々の態様は、一般に、地理位置情報サービスに関する。当該地理位置情報サービスは、任意の所与の位置で利用可能なホワイトスペースを計算し、このホワイトスペースのスペクトル利用可能性情報を、システムにおける各ホワイトスペースデバイスに伝播する（例えば、ホワイトスペース利用可能性情報をクライアントデバイスに「プッシュする」）。このように、クライアント／基地局は、利用可能なホワイトスペースを判定するための低閾値検知を必要とせずに、ホワイトスペースで動作することができる。
【００１５】
基地局は、例えば、詳細な、かつ場合によっては位置がタグ付けされたスペクトル利用可能性情報を、基地局が定期的に送信するビーコンパケット内に追加することによって、スペクトル利用可能性情報をそのクライアントにプッシュするか、または利用可能とすることができる。クライアントは一般に自身の位置を知っているため、このビーコンパケットから正確な情報を選択して、どのチャネルがそれぞれの位置で利用可能であるかを知ることができる。定期的に更新されるローカルの（ポータブルな）地理位置情報サービスと、無線マイクロフォンの存在を「信号送信する」ビーコンデバイスとをクライアントに使用させることにより、代替的なアプローチが機能する。
【００１６】
本明細書で説明される例の何れも非限定的な例であることを理解すべきである。実際、低閾値検知の必要性を排除する１つの例示的なシステムが説明されるが、かかるシステムまたは類似するシステムは低閾値検知により補完されてもよいことが理解されよう。したがって、本発明は、本明細書で説明されるいかなる特定の実施形態、態様、概念、構造、機能または例にも限定されない。むしろ、本明細書で説明される実施形態、態様、概念、構造、機能または例のいずれも非限定的であり、本発明を、一般にコンピューティングおよびデータ送信に利益と利点を提供する種々の方法で使用してもよい。
【００１７】
図１は、プロキシ検知サービス１０２のアーキテクチャー／システムの１つの例に関する種々の態様を示し、図２は、例示的な内部コンポーネントを表す。ホワイトスペースデバイス１０４１〜１０４ｎ（クライアント）は、基地局１０６１〜１０６ｍを介してサービス１０２に接続する。一般に、かつ理解されるように、サービス１０２により、ホワイトスペースデバイス１０４１〜１０４ｎ、または基地局１０６１〜１０６ｍでの低閾値検知なしに、インフラストラクチャーベースの無線ネットワークがホワイトスペースで動作することが可能となる。実際、理解されるように、ホワイトスペースデバイス１０４を、ローカルの検知が全くなくとも、正確に動作するように構成することができる（しかし、補助的に検知を行うことは可能である）。
【００１８】
図１に示す例では、プロキシ検知サービス１０２は、任意の所与の位置に対して、どのスペクトルの一部がホワイトスペースであるかを判定する、論理的に集約されたエンティティを備える。スペクトルの占有状態における何らかの変化を（例えば、夜にＴＶ送信機のスイッチが切られた結果として、または、無線マイクロフォンのスイッチが入れられた結果として）、プロキシ検知サービス１０２に反映する。ホワイトスペースデバイス１０４１〜１０４ｎは、必ずしも検知機能を具備しないので、ホワイトスペースデバイス１０４１〜１０４ｎは、プロキシ検知サービス１０２に依存して、それぞれの位置におけるホワイトスペース利用可能性に関して知る。
【００１９】
クライアントが自分の位置を知らないようにすることも可能であるが、これは非効率であることに留意されたい。特に、クライアントの位置が分からない場合、基地局は非常に控えめになる必要があり、そのカバレッジエリアの最も離れたエリアでも利用可能なチャネルのみを使用する必要がある（なぜならば、より正確な知識がなく、クライアントが潜在的に当該カバレッジエリア内のどこかに存在しうるからである）。第２に、地形プロファイルの変化により、その他の地点よりも、テレビ受信機から良好に信号を受信する地点が、基地局のカバレッジエリアにしばしば存在する。その結果、かかる位置におけるホワイトスペース利用可能性は、その他の周囲の地点よりも低い。したがって、より効率的に機能するために、ホワイトスペースのクライアントデバイスでの検知なしのシステムでは、クライアントは、例えばほぼ半マイルまで正確である位置情報を有する必要がある。
【００２０】
１の実装形態では、プロキシ検知サービス１０２の１つのタスクは、所与の位置のホワイトスペース利用可能性に関する正確なデータにより、クライアントなどに応答することである。当該ホワイトスペース利用可能性は、所与の位置でのチャネル利用可能性のビットマップの形式であってもよく、この場合、位置はＬ＝緯度、経度で表される。
【００２１】
サービス１０２と通信するために、サービス１０２により提供される１組の例示的なＡＰＩ２２２（図２）が以下の表に示される。
【００２２】
【表１】
2013531437.tif 000003
【００２３】
プロキシ検知サービス１０２が様々なモードで動作してもよい。当該モードには、プロキシ検知サービス１０２に特定の位置を入力として問い合わせることが含まれる。あるいは、パブリッシュサブスクライブモデルを用いて、プロキシ検知サービス１０２が、基地局またはその関連するクライアントのホワイトスペース利用可能性における変化をトラッキング（track）してもよい。これらの位置の何れかでのホワイトスペース利用可能性の変化を検知すると、サービス１０２は、基地局自体またはその１つのクライアントの何れかでのホワイトスペース利用可能性の変化を基地局に通知する、イベント等を開始する。両方のモードをサポートするために、当該サービスと各基地局との間で、アクティブな接続を維持する。次に、基地局がビーコンパケットを使用して、スペクトル利用可能性情報をそのクライアントに伝播する。したがって、基地局がパブリッシュサブスクライブモデルでスペクトル情報を受信する場合、サービス１０２からホワイトスペースのクライアントへの情報伝播プロセス全体はプッシュベースである。即ち、最初にサービス１０２から各基地局へ、次いで基地局からそのクライアントへとなる。
【００２４】
プロキシノードを有することは、スペクトル利用可能性の変化に関して知ることが遅延する結果となる。デバイスがプロキシをポーリングしなければならないか、または、プロキシが更新情報をデバイスにプッシュするかの何れか（またはその両方の何らかの組合せ）である。ホワイトスペースデバイスがモバイルであるときは、デバイスが２つの後続のスペクトル更新情報を受信する時間の間に、デバイスは幾分かの距離を移動するかもしれない。この問題に対処するために、基地局はモバイルデバイスに対する保護範囲を追加して、当該モバイルデバイスが利用できるホワイトスペースを判定する。即ち、チャネルがデバイスの位置で利用可能かもしれないとしても、現在位置の閾値距離内にある任意の位置でこのチャネルがブロックされている場合は、モバイルデバイスは当該チャネルを使用することができない。例えば、１分のポーリング間隔に対して、自身の位置を正確に知っており、１時間あたり６０マイルを移動できるモバイルクライアントは、１マイルの保護範囲を追加するが、これにより、利用可能なホワイトスペースのスペクトルが２０パーセント失われることとなる。理解できるように、所望の結果をもたらすために、スペクトル変化の伝播待ち時間と利用可能なホワイトスペースのスペクトル損失との間にトレードオフが生じうる。
【００２５】
スペクトルマップの正確性は、一般に、伝搬モデルの品質と地形データの粒度の細かさに依存する。図１および２に表されるように、プロキシ検知サービス１０２は、地形データとプライマリーユーザーのデータ（例えば、ＴＶおよび無線マイクロフォン）を格納するバックエンド記憶装置１０８と、ある位置でのホワイトスペース利用可能性を正確に計算するエンジン１１０とを備える。
【００２６】
図２で一般的に示した１の実装形態では、バックエンド記憶装置１０８は、データベース（ＤＢ）２２４と１つまたは複数の地形サーバ２２６とを備える。データベース２２４は、テレビ送信機に関する情報／パラメータを格納し、これには、テレビ塔の位置、チャネル、高さ、送信電力、アンテナ方向、および機械的なビームチルト（mechanical beam tilt）等が含まれ、これらは定期的に（例えば、毎日）更新される。米国では、これは、ＦＣＣのＣＤＢＳ（Consolidated Database System）から公的に利用可能なデータに基づく。データベース２２４および／またはエンジン１１０はまた、無線マイクロフォンの登録データを格納してもよく、当該データには、各無線マイクロフォンの位置、チャネル、および直近報告時刻が含まれる。無線マイクロフォンの登録データの取得については後述する。データベース２２４および／またはエンジン１１０は、前に種々の位置に対して計算したホワイトスペース利用可能性のキャッシュの役割を果たしてもよいことに留意されたい。
【００２７】
地形サーバ（複数可）２２６は、地球表面上の任意の地点における地形標高データを提供する。したがって、地形サーバ２２６は、地球規模の地形標高データを格納する。当該データは、地球の地形を描くための種々の公的に利用可能な政府の取組みから得ることができる。種々の標高データセットを使用してもよく、当咳データセットは、例えば、地球表面にわたって１キロ間隔で測定したもの、または、より高解像度で３０メートル間隔で測定（例えば、ＮＡＳＡから取得）したものであってもよい。
【００２８】
地形サーバは、２つの地点間の地形標高データを、指定の間隔で提供する。例えば、地形サーバ２２４は（ＬＴＸ、ＬＲＸ、間隔）を指定する要求を受け取ってもよい。ここで、ＬＴＸおよびＬＲＸはそれぞれ送信機と受信機の座標であり、間隔は、これらの２つの地点間で採取した地形データの解像度である。これが入力されると、サーバはＬＴＸとＲＴＸの間の直通路を大円に沿って計算し、当該２つの地点の間の標高サンプルを指定の間隔で返す。
【００２９】
位置Ｌでのホワイトスペース利用可能性を正確に判定するために、エンジン１１０は、例えば図３に例示するステップを実行することにより、伝搬モデルを介してＵＨＦまたはＶＨＦ信号の減衰を計算する。ステップ３０２では、Ｌからの広範囲探索半径内にあるプライマリーユーザーの送信機を列挙する。控え目に述べると、これらは全て、その信号が指定の閾値より大きいＲＳＳＩ（受信信号強度インジケータ）でＬにおいて潜在的に理解できる、プライマリーユーザーである。
【００３０】
ステップ３０４で判定されるように、プライマリーがＴＶ送信機である場合は、ステップ３０６でエンジンがＴＶ塔とＬとの間の標高データを地形サーバから取り出す。プライマリーがマイクロフォンである場合は、ステップ３０８でマイクロフォン周囲の控えめに固定された保護半径を前提とする。
【００３１】
ステップ３１０で、例えば既知のＬｏｎｇｌｅｙ−Ｒｉｃｅ（Ｌ−Ｒ）伝播モデルを使用することにより、送信機のパラメータ（例えば、高度、電力、およびアンテナ方向等）とともに標高データを使用して信号減衰を判定する。次に、当該信号減衰を使用してＬでの送信機のＲＳＳＩを計算する。
【００３２】
ステップ３１４で、位置Ｌでのホワイトスペース利用可能性を生成する。この一部として、アクティブである少なくとも１つのプライマリー、例えば、ＬでのＲＳＳＩが−１１４ｄＢｍより大きい現存プライマリーが存在する場合は、チャネルＣはブロックされていると判断される。これを、次のように対応付けることができる。
【００３３】
【数１】
2013531437.tif 000004
【００３４】
このプロセスは、或る距離上のＵＨＦ信号の減衰と、これがどのようにＲＳＳＩに影響を及ぼすかを判定することに留意されたい。これを、ＲＦ信号の伝搬モデルを介して、ＲＦ信号に対する任意の既知の伝搬モデル２２８（図２）を使用して実現してもよい。当該ＲＦ信号の各々は、複雑性と正確性が異なり、自由空間モデル、Ｈａｔａモデル、Ｅｇｌｉモデル、ならびに地形付きＬｏｎｇｌｅｙ−Ｒｉｃｅ（Ｌ−Ｒ）モデル、および／またはＬ−Ｒモデル（地形なしの）が含まれる。
【００３５】
測定と変換には誤差があるので、標高データソースに「穴」を見つけることが一般的である。これはより高解像度のデータにおいてより普及しており、当該データに責任をもつ政府機関は、双線形補間またはグラデーションスムージングのような様々な技法を介して、これらの穴を「埋める」ための追加の手段をとっている。しかし、地形データの異常は依然として存在し、これが地形ベースの伝搬モデルの結果に影響を及ぼす。例えば、Ｌ−Ｒ実装では、パラメータが範囲外であるエラーをシグナリングするエラーコードを返す。このエラーは一般に、標高データの誤差が原因である。かかる異常に対処するために、適合的な標高切替え戦略を実装してもよい。これにより、２地点間の信号伝搬計算に関して、より高い解像度の標高データが最初に試される。幾つかのパラメータが境界外であることを示すエラーを当該伝播モデルが返した場合は、当該２地点間の経路プロファイルを検証して、当該経路中に穴があるかどうかを判定する。穴があれば、より低い解像度のデータを使用する。当該判定にも失敗した場合は、（地形なし）Ｌ−Ｒモデルを使用する。当該Ｌ−Ｒモデルは、（２地点間の標高データを考慮するポイントツーポイントと対照的に）標高データを考慮せずに信号伝搬を計算するＬ−Ｒの変形を含む。この戦略は、偽陽性と偽陰性を減らすことにより結果の正確性を改善する。
【００３６】
別の態様を考えると、低電力の過渡的なプライマリーユーザーの送信機（例えば、無線マイクロフォン）を、手動更新を含めて、種々の方法でサポートすることができる。この方法では、プライマリーユーザーとしてのマイクロフォン用のエントリを追加するためのＡＰＩが提供され、これにより、認可ユーザーがマイクロフォンの周波数チャネル用のエントリを追加し、電力、位置、および当該イベントの期間を送信することができる。次に、サービス１０２はマイクロフォンの送信機を指定期間だけ（非常に）低電力のＴＶ塔として扱う。これらのエントリを、タイムアウト期間の後に有効期限切れとすることができる。
【００３７】
プライマリーユーザーのデータベースを手動で更新する代替手段はマイクロフォンアップデータであり、当該アップデータは無線マイクロフォン受信機の比較的近傍に差し込まれた小型デバイスを備える。図４に表されるように、かかるアップデータ４４０は、マイクロフォン４４２の存在を検知し、例えばＵｐｄａｔｅＰｒｉｍａｒｙのＡＰＩを使用してバックエンド記憶装置１０８を自動的に更新する。次に、この情報を適切な基地局とそのデバイスに提供する。
【００３８】
当該アップデータは、３Ｇ、Ｗｉ−Ｆｉ、イーサネット（登録商標）等のような代替技術を使用して、プロキシ検知サービス１０２に接続してもよい。アップデータ４４０が所定の時間（例えば、５分間）マイクロフォン４４２を検知しないときに、当該エントリはデータベースから削除される。マイクロフォンアップデータに電源が供給され、マイクロフォンに近接しているため、高価で複雑な低閾値検知を必要としないので、このソリューションは低閾値検知の問題を、クライアントデバイスからマイクロフォンアップデータに単純に移すものではないことに留意されたい。これにより、偽陽性／偽陰性の数が削減されるとともに、ハードウェア費用も低減される。
【００３９】
システムの動作中に、各基地局は、どのチャネルが当該基地局自体およびそのクライアントで利用可能であるかを知り、可能なホワイトスペースのチャネルを選択する。この情報を伝達するために、全てのクライアントはその位置と、当該位置の判定に使用する技術とを、その関連する基地局に定期的に送信する。基地局はこの情報を使用して、クライアントおよび当該基地局自体で共通で使用可能なホワイトスペースを判定する。これらの使用可能な全てのホワイトスペースの中から、基地局は適切なチャネル、および当該チャネル上で基地局に関連付けられるクライアントを選択する。
【００４０】
基地局はまた、当該位置の判定に使用する技術の位置誤差に応じて、クライアントの位置にあるプロキシ検知サービス１０２からのプッシュ型の更新情報、およびその位置の周囲の格子点をプッシュするためにサブスクライブ（subscribe）する。控えめな値、例えば、ＧＰＳに対して５０メートル、Ｗｉ−Ｆｉに対して１５０メートル、およびＧＳＭ（登録商標）ベースの位置特定に対して１．０マイルは、当該位置誤差に対するものであってもよい。位置を任意の手段で判定することができる。当該手段には、例えばＧＰＳ、Ｗｉ−ＦｉまたはＧＳＭ（登録商標）のような既存の技術ベースのものが含まれ、さらに、ＴＶベースの技術を位置特定に使用してもよい。
【００４１】
上述のアプローチは、一旦クライアントが基地局に関連付けられ、ホワイトスペース利用可能性が変化しない限り、作用する。しかし、ブートストラップの問題（クライアントが検知機能を有さない任意のシステムにおける既知の問題）を解決する必要がある。特に、新たなクライアントが到着したとき、当該クライアントはその位置でのホワイトスペース利用可能性を知らないため、どのパケットも送信することができない。したがって、対応するパケットが近傍のプライマリーユーザーと干渉する場合があるので、クライアント自身の位置を基地局に送信することさえも不可能である。このブートストラップの問題は、基地局がそのカバレッジエリアにおける全ての位置で利用可能なチャネル上で送信する場合は生じない。この場合、クライアントは基地局を発見し、それに関連付けることができる。しかし、このようなカバレッジエリア全体にわたって共通に利用可能なチャネルは、多くの場所では存在せず、かかるチャネルが存在する場所においても、このチャネルのみを使用することは、ホワイトスペースの大幅な喪失につながることになる。その代りとして、この技術における基地局でのチャネル選択は、実際のクライアントの位置を考慮するが、これが、ブートストラップの問題をもたらす。
【００４２】
この問題を解決するため、全ての基地局は定期的に（例えば、毎秒１回）、そのカバレッジエリアの領域におけるチャネル利用可能性を含むビーコンをブロードキャストする。１の実装形態では、ビーコンは、基地局のカバレッジエリアの格子点ごとに、当該格子点に位置するクライアントが基地局と連絡するために使用できる１つの利用可能なチャネルを含む。低い割合（例えば、毎分１回）で、基地局はこれらのチャネルの各々に切り替え、参加を希望するクライアントをリッスンする（切替えのオーバヘッドは、既知の技法を用いて削減できる）。クライアントがシステムに参加するときに、当該クライアントは基地局からのビーコンをリッスンし、クライアントの現在位置に関連する格子位置で利用可能として、当該ビーコンにおいてマークされるチャネルに移動する。次に、当該クライアントは自身の位置を当該チャネル上でブロードキャストし、当該位置が最終的に基地局により取得される。このメッセージを受け取ると、基地局はこの時点で当該クライアントの位置を知ることになる。このように、ビーコンは、ブートストラップ時にクライアントにより参照テーブルとして使用される。
【００４３】
上述のように、基地局のカバレッジエリアにおける領域に対するチャネルの利用可能性を効率的に通信するというニーズがある。なぜならば、基地局のカバレッジエリアにおける全ての格子点に対して１つのチャネルを送信すると、極めて大規模なビーコンが生成されるからである。例えば、１０マイルのカバレッジエリア、および、１００ｍの格子粒度では、チャネル数のエンコードに５ビットを用いた場合は、ビーコンのサイズは１００ＫＢより大きい。ビーコンのサイズを減らすために、基地局が初期化段階を実施してもよい。この場合、基地局はプロキシサービスのエンジンに問い合わせて、その潜在的カバレッジエリア（ＰＣＡ：potential coverage area）を計算する。当該潜在的カバレッジエリアは、１００ｍ×１００ｍのステップからなる格子点の集合として定義され、基地局からの受信信号強度は−９０ｄＢｍ、即ち、多くの無線カードにおける最も低い率での受信感度より大きい。潜在的カバレッジエリアを、Ｌ−Ｒモデルを用いて計算してもよい。次に、その潜在的カバレッジエリア内の全ての格子点に対して、基地局は利用可能なチャネルの集合を取り出す。
【００４４】
ネットワークの動作中に、基地局はこの情報を使用して、最小チャネルカバー（ＭＣＣ：minimum channel cover）を計算する。潜在的カバレッジエリアＡに対するＭＣＣは、１組の最小（または、一般的には、低）濃度のホワイトスペースチャネルであり、Ａ内の全ての格子点位置に対して、チャネルカバーには少なくとも１つの利用可能なホワイトスペースのチャネルが存在する。標準的な貪欲集合カバー近似アルゴリズムを使用して、ＭＣＣの良好な近似を計算してもよい。
【００４５】
基地局は、ＭＣＣにおける少なくとも１つのチャネルが、そのカバレッジエリアＡにおける全格子点で利用可能であることを知っている。ビーコンは、計算したＭＣＣＡに含まれるチャネルの集合と、そのカバレッジエリアにおける全格子点に対するＭＣＣＡのチャネルの中から１つの利用可能なチャネルを（例えば、行優先形式を前提とすると）列挙したものとを含む。各チャネルは、［ｌｏｇ（｜ＭＣＣＡ｜）］ビットを使用してエンコードされる。経験的な測定に基づくと、ＭＣＣＡのサイズは米国では高々４であり、格子位置毎に２ビットで十分であると判定することができる。基地局はさらに、ＲＬＥ圧縮（または他の圧縮技法）を使用して、チャネル利用可能性が類似する隣接格子に関するＭＣＣＡ情報を圧縮してもよい。
【００４６】
マイクロフォンの出現といった、スペクトル利用可能性の更新情報に対処するため、基地局は、そのカバレッジエリアにおける全格子点に関するサービス１０２からのプッシュ型更新情報をサブスクライブする。したがって、マイクロフォンのスイッチが入れられ、サービス１０２が当該イベントの通知を受け取ると、先ず基地局はこれらの格子がマイクロフォンによる影響を受けたと迅速に判定する。これにかかる時間は非常に短い（現在スイッチが入れられているマイクロフォンを１０００個までサポートするときは、５００ｍｓ未満）。この情報に基づいて、エンジンは、マイクロフォンが基地局のカバレッジエリアにおいてスイッチが入れられたかどうかを判定する。入れられた場合、基地局は、このホワイトスペース利用可能性の変化により影響を受ける格子が通知される。上述のように、これをＰＣＡの計算の一部として自動的に行ってもよい。
【００４７】
新たなプライマリーユーザーが出現するか、既存のプライマリーユーザーのパラメータが変化したときに、エンジンは当該プライマリーユーザー周辺で影響を受ける格子点の変化を計算し、更新情報を、これらの格子点の変化をサブスクライブした地局に送信する。必要ならば、基地局は、自身が動作しているスペクトル、および／または、ビーコンの中身を再計算する。これが、利用可能なホワイトスペースの変化の伝播待ち時間に影響を及ぼすことに留意されたい。
【００４８】
さらに、プライマリーユーザーが既にアクティブであるときは、プッシュベースのシステムアーキテクチャーがクライアントの移動性を効率的に処理することに留意されたい。基地局はスペクトル利用可能性とクライアント位置の最新ビューを有しているので、基地局はそのクライアントで利用可能なスペクトルを予め計算し、それに前もって適応することができ、これにより、クライアントの切断ならびにプライマリーユーザーとの干渉を回避することができる。
【００４９】
上述のように、当該技術の１の実装形態は、クライアントと基地局をインターネット（および／またはその他の適切なネットワーク接続）上でプロキシ検知サービス１０２に接続させ、どのチャネルが無線通信に利用可能かを判定する。しかし、インターネット接続を有する任意の固定インフラストラクチャーネットワークの範囲外でクライアントが動作するピアツーピア／アドホックのモードのような、代替的な設計がより適切なこともある。さらに、インターネットに障害があれば、ホワイトスペースのネットワーク動作が中断されるはずである。不測の長時間遅延が発生した場合は、プロキシ検知サービス１０２と一部の基地局との間の更新待ち時間が増大するおそれがあり、これが悪影響を及ぼすおそれがある。なぜならば、利用可能とマークできるホワイトスペースの量を減少させる必要があるか（必要な安全域を維持するために）、または、一部のチャネルが空き／空きでないと誤ってマークされるかもしれないからである。さらに、一部のマイクロフォンのユーザーが、自身のマイクロフォンをデータベースに登録できないかもしれず、この場合、これらのマイクロフォンが保護されないおそれがある。
【００５０】
これらの問題に対処するため、図５に示すように、純粋にローカルに（即ち、デバイス自体上で）問い合わせできるローカルデータベース（例えば、５０８１〜５０８ｊ）をホワイトスペースデバイス（クライアント）に具備させることで、デバイスローカルな（「ポータブルな」）地理位置情報サービス（例えば、５０２１〜５０２ｊ）を提供してもよい。デバイスがリモート接続を有するときは、リモートデータソース５４０によって、データベースを定期的に（例えば、１日に１回）更新することができる。デバイスはリモートデータソース５４０を問い合わせることができ、リモートデータソース５４０はリモートプロキシ検知サービス１０２を備えてもよいが、当該デバイスのサービスはローカルに稼動しているので、ローカルサービスを使用するときにはインターネット接続は要求されない。このアプローチを携帯電話またはその他のポータブルデバイス上で使用することもでき、この場合、ローカルな地理位置情報データベースをポータブルな地理位置情報データベースとみなすこともできる。
【００５１】
ホワイトスペースにおいて切断された動作を可能とするローカルまたはポータブルな地理位置情報サービスを実装する様々な方法がある。１つの方法は、プロキシ検知サービスのインスタンスをローカルで稼動させること、即ち、デバイス（例えば、５０４１）が任意の適切な位置特定サービス（例えば、ＧＰＳまたは他の任意の手段）を使用して自身の位置を判定し、それにより、そのサービス５０２１を介して、デバイス５０４１が、当該デバイスで稼動している自身のローカルな地理位置情報データベース５０８１に問合せを発行することである。次に、適切な信号伝播モデル（例えば、地形データを伴うＬ−Ｒ）を計算して、現在位置における利用可能なホワイトスペースを判定する。
【００５２】
代替的な実装形態では、位置を（例えば、リモートデータソース５４０で）前もって予め計算し、ホワイトスペースデバイス上のホワイトスペース利用可能性を比較的大規模なデータベースの形で格納する。聞合せが行われると、スペクトル利用可能性を再計算するのではなく、デバイス５０４１が、対応する格納されたデータ値を求めて、そのデータベース５０８１の検索を実行する。この実装形態は、聞合せ待ち時間およびエネルギ効率の観点からはより効率的でありうるが、より多くのデータをデバイスに格納する必要があるかもしれない。
【００５３】
ローカルの地理位置情報サービスは、比較的静的であり、その仕様が頻繁に変化しないプライマリーユーザーに対しては良く作用する。したがって、ホワイトスペースのコンテキストでは、ローカルの地理位置情報サービスは、あまり動的に変化しそうもないテレビ局に対しては良く作用する。しかし、ローカルの地理位置情報サービスの基となるデータがあまり頻繁に更新されないので、無線マイクロフォンのような、多様な位置で予測不可能な時に現れては消える非常に動的なプライマリーユーザーを扱うことはできないかもしれない。
【００５４】
クライアントデバイス上での低閾値検知を依然として必要とせず、無線マイクロフォン（および、おそらくその他の非常に動的なプライマリーユーザー）を扱うための解決方法は、ビーコンデバイス５５０（図５）と称するハードウェアデバイスを使用することである。ビーコンデバイスの一般的な目的は、１つまたは複数の無線マイクロフォン５５２（またはその他のプライマリーユーザー）を検知し、近傍のホワイトスペースデバイスにこのマイクロフォン／ユーザーの存在を知らせることである。ホワイトスペースデバイスが互いにその存在を知らせてもよく、かつ／または、リモートデータソースが別のデバイスを通じてビーコンデバイスの信号を間接的または直接的に検出してもよい。
【００５５】
図４のマイクロフォンアップデータと同様に、ビーコンデバイス５５０はマイクロフォン５５２の周辺に（例えば、単に壁に差し込むことによって）適用される。動作時は、ビーコンデバイス５５０は、適切なスペクトルをスキャンし、適切なマイクロフォン検出技法を適用することによって、無線マイクロフォンをリッスンする。ビーコンデバイスは無線マイクロフォンの周囲で動作し、ビーコンデバイス自体が無線マイクロフォンと同一のスペクトルを使用して送信するわけではないので、ビーコンデバイスは必ずしも低閾値検知機能を必要としないことに留意されたい。ビーコンデバイスがマイクロフォンを比較的高い検知闘値で検出できれば十分であり、これにより、かかるデバイスの設計と製造の複雑度（と費用）を大幅に削減することができる。
【００５６】
ビーコンデバイスが無線マイクロフォンを検出するときに、ビーコンデバイスは定期的にビーコン信号を送信する（これは、リモートサービス１０２と連絡するマイクロフォンアップデータとは異なるが、マイクロフォンアップデータおよびビーコンデバイスの両方でもあるデバイスを有することも可能であることに留意されたい）。このビーコン信号が送信される送信電力はマイクロフォンの電力よりも大きく、それにより、遠く離れたホワイトスペースデバイスでも、低閾値検知を必要とせずにこのビーコン信号を確実に検知することができる。さらに、ビーコン信号を、より良好な信号伝播特性を有し、したがってより長距離であるスペクトルの異なる部分（一般には、低周波数）で送信することができる。例えば、ビーコンデバイスは無線マイクロフォン（ＵＨＦスペクトル帯で動作する）の存在を、より広い範囲を有する低周波数のＶＨＦスペクトル帯でシグナリングすることができる。このように、ビーコンデバイスの送信電力がマイクロフォンの電力より高い必要はないかもしれないが、ビーコンデバイスの信号により依然として当該マイクロフォンに必要な広い保護範囲が実現される。ビーコン信号は、スペクトルのどの部分が無線マイクロフォンによって占有されているかという情報を含む（エンコードされた形で）。
【００５７】
ホワイトスペースデバイスがビーコン信号を検知するときに、当該デバイスは、シグナリングされたスペクトルのこの部分を使用できないことを知る。当該デバイスが現在のスペクトルのこの部分を使用して動作している場合は、当該デバイスは送信を停止するか、または、別のチャネルに移ることができる。
【００５８】
ビーコンデバイスを、マイクロフォンを検出するための既知の技法を使用して（例えば、マッチしたフィルタリング、エネルギ検出、または特徴検出を使用することによって）、幾つかの方法で実装することができる。ビーコンデバイスは、そのビーコン信号を「帯域内で」、即ち、無線マイクロフォンによっても使用される同一のＴＶチャネル（ＵＨＦ）を使用して送信することができる。マイクロフォンは一般に非常に狭い送信帯域（約２００ｋＨｚ）を有するので、マイクロフォンの狭い送信帯域と重複せずに、ビーコンデバイスが同一の６ＭＨｚのＴＶチャネルのスペクトル内で送信するのに十分な空間が存在する。
【００５９】
あるいは、ビーコンデバイスは、利用可能なその他の何らかのチャネル上でそのビーコン信号を送信することができる。次に、クライアントデバイスは、かかるビーコン信号を「帯域外で」リッスンする必要がある、即ち、クライアントは定期的にその他のチャネルをリッスンして、クライアントが現在使用しているチャネルに対して何らかのビーコン信号が存在するか否かを見る。例えば、ビーコンデバイスは、未使用のＶＨＦチャネル上で送信してもよい。なぜならば、ＶＨＦ帯が無線マイクロフォンに使用されておらず、どのＶＨＦチャネルが未使用かを判定するには低頻度の（例えば、日ごとの）更新で一般に十分であるからである。
【００６０】
この代替的なアーキテクチャーで分かるように、各クライアントデバイスは、インターネットに接続されるときに（例えば、１日に１回）、当該クライアントデバイスが定期的に同期（更新）するローカルの地理位置情報データベースを用いる。これにより、デバイスがＴＶ局（または他の静的なプライマリーユーザー）と干渉しないことが保証される。さらに、動的なプライマリーユーザー（マイクロフォン）との干渉を回避するために、ビーコンデバイスはかかるマイクロフォンの存在をシグナリングする。ここでも、本アーキテクチャーでは低開値検知を必要とするデバイスは存在しない。
【００６１】
インフラストラクチャーベースのネットワークのみがサポートされる場合、マイクロフォンを保護するために基地局のみがビーコン信号をリッスンすることがさらに可能である。次に、基地局はこのマイクロフォン情報を、関連するクライアントに上記と同様の方法でプッシュすることができる。この場合、クライアントは何ら検知機能を必要としない。
【００６２】
実際は、リモートの「オンライン」アーキテクチャーと、ローカルな地理位置情報サービスおよびビーコンデバイスに基づく代替的なローカルの「オフライン」アーキテクチャーとの任意の混合的な組合せが可能である。例えば、一部のクライアントがオンラインアーキテクチャーを使用し、その他のクライアントがオフラインアプローチを使用してもよい。クライアントは、何らかのゲートウェイ（例えば、基地局）を介してインターネットに接続されている限り、オンラインアーキテクチャーを使用してもよく、接続が失われた場合には、自動的にオフラインのローカルアーキテクチャーに切り替えることができる。ビーコンデバイスはまた、マイクロフォンアップデータとして動作してもよく、例えば、ホワイトスペースデバイスとリモートサービスの両方にブロードキャストしてもよい。
【００６３】
モバイルノードが、そのローカルな地理位置情報サービスに対する全体のデータを必要としなくともよいことに留意されたい。例えば、デバイスが翌日（または一般的には、次の更新期間）のうちに動作する予定である場所がほぼ分かっている場合には、これらの場所におけるスペクトル利用可能性の判定に必要なデータのみを、ローカルな地理位置情報サービスに対してローカルに保持すればよい。
【００６４】
本発明には様々な修正および代替的な構成の余地があるが、その特定の例示的な実施形態を図面で示し、以上で詳細に説明した。しかし、本発明を開示した具体的な形態に限定する意図はなく、むしろ、本発明は本発明の精神と範囲内にある全ての修正、代替構成、および均等物を包含するものであることは理解されよう。
【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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【国際調査報告】
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