(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と複数の無線通信端末とが複数のホワイトスペースの周波数を利用して時分割複信方式で無線通信を行う無線通信システムであって、
前記複数の無線通信端末のそれぞれは、
前記基地局からの所定信号を受信して、特定の周波数においてデータの受信が可能であることを検出する通信品質推定部と、
前記通信品質推定部での検出結果である通信品質情報を前記基地局に送信する通信品質情報送信部と、
前記無線通信によるデータの受信を開始する際に、前記データの受信の際の条件である要求品質を前記基地局に送信する要求品質送信部と、
を有して、該無線通信端末の近隣の既存システムに干渉を与えないように制限された送信電力で送信を行うものであり、
前記基地局は、
外部から取得した利用可能周波数リストの中の第1及び第2の周波数で、前記所定信号を送信する送信部と、
前記通信品質情報を受信して保持する通信品質情報保持部と、
前記複数の無線通信端末から前記要求品質を受信する要求品質受信部と、
前記利用可能周波数リストの中から前記無線通信端末のそれぞれへ割当てる、基地局からの下りデータ送信の際の周波数として、前記通信品質情報を参照して前記要求品質を満たす周波数を決定する周波数割当処理部と、
前記周波数割当処理部での割当て結果を前記複数の無線通信端末に送信する割当結果送信部と、
を有して、該基地局の近隣の既存システムに干渉を与えないように制限された送信電力で送信を行うものであり、
前記周波数割当処理部は、前記無線通信端末の少なくとも１について、前記下りデータ送信の際の周波数に、該無線通信端末からの上りデータ送信の周波数を割当てない、若しくは該上りデータ送信の周波数とは異なる周波数を割当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、前記複数の無線通信端末からの所定信号を受信して、特定の周波数における上りデータの受信品質を推定する受信品質推定部を更に有し、
前記通信品質情報保持部は、前記受信品質推定部が推定した上りデータの受信品質を更に保持し、
前記割当結果送信部は、上りデータ送信の周波数の割当て結果を前記複数の無線通信端末に送信し、
前記送信部は、前記時分割複信のためのフレームヘッダもしくはプリアンブルを、第1及び第2の周波数で同時に送信するものであり、
前記複数の無線通信端末は、前記特定の周波数においてデータが受信可能であるかを判断するための信号を受信する信号受信部を更に有し、
前記通信品質推定部は、前記信号受信部が受信した前記信号を用いて、前記特定の周波数においてデータの受信が可能であることを検出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記複数の無線通信端末が、前記第１の周波数で送信することができない第1無線通信端末と、該第１の周波数で送信することができる第２無線通信端末とを含むときに、前記割当結果送信部は、第1無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数及び前記上りデータ送信の周波数に第２の周波数をそれぞれ割当て、第２無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数に第２の周波数を、前記上りデータ送信の周波数に第１の周波数をそれぞれ割当てることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記複数の無線通信端末が、前記第１の周波数で送信することができない第1無線通信端末と、該第１の周波数で送信することができる第２無線通信端末とを含むときに、前記割当結果送信部は、第1無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数に第１の周波数を、前記上りデータ送信の周波数に第２の周波数をそれぞれ割当て、第２無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数及び前記上りデータ送信の周波数に第２の周波数をそれぞれ割当てることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記複数の無線通信端末が、前記第１の周波数で送信することができない第1無線通信端末と、該第１の周波数で送信することができる第２無線通信端末とを含むときに、前記割当結果送信部は、第1無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数に第１の周波数を、前記上りデータ送信の周波数に第２の周波数をそれぞれ割当て、第２無線通信端末に対しては、前記下りデータ送信の際の周波数に第２の周波数を、前記上りデータ送信の周波数に第１の周波数をそれぞれ割当てることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
基地局と複数の無線通信端末とが複数のホワイトスペースの周波数を利用して時分割複信方式で無線通信を行うシステムにおける周波数割当て方法であって、
前記基地局が、外部から取得した利用可能周波数リストの中の第1及び第2の周波数で、所定信号を送信する第１ステップと、
前記複数の無線通信端末が、前記所定信号を受信して、特定の周波数におけるデータの受信が可能であることを検出する第２ステップと、
前記複数の無線通信端末が、前記第２ステップでの検出結果である通信品質情報を前記基地局に送信する第３ステップと、
前記基地局が、前記通信品質情報を受信して保持する第４ステップと、
前記複数の無線通信端末が、前記無線通信による下りデータを受信する際の要求品質を前記基地局に送信する第５ステップと、
前記基地局が、前記複数の無線通信端末から前記要求品質を受信する第６ステップと、
前記基地局が、前記利用可能周波数リストの中から前記無線通信端末のそれぞれへ割当てる、基地局からの下りデータ送信の周波数として、前記通信品質情報を参照して前記要求品質を満たす周波数を決定する第７ステップと、
前記基地局が、第７ステップでの割当て結果を前記複数の無線通信端末に送信する第８ステップと、
を含み、前記第７ステップは、前記無線通信端末の少なくとも１について、前記下りデータ送信の周波数に、該無線通信端末からの上りデータ送信の周波数を割当てない、若しくは該上りデータ送信の周波数とは異なる周波数を割当てることを特徴とする周波数割当方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホワイトスペースを利用した無線通信システムに関し、特に、利用する周波数の割当て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、有限な資源である無線周波数の需要も増加の一途をたどっており、割当て可能な周波数の枯渇が世界各国で大きな問題となってきている。一般に、周波数は国がライセンス管理を行い、ライセンスを割当てられた者だけが、特定の場所および時間において、厳格な管理の下、その周波数を利用することができる。しかし、今後も増え続けるであろう周波数需要に対応するためには、これまでの利用方法にとらわれない、新しい周波数の利用方法が求められている。
【０００３】
そこで近年、周波数の枯渇問題を解決するための新たな周波数の利用方法として、既に割当てられているにも関わらず、空間的、時間的に使用されない周波数帯（ホワイトスペース）を利用する方法が研究されている。例えば、ライセンスを受けている利用者（以下、「一次利用者」という）の既存システムの周波数使用への影響を十分回避しつつ、ライセンスを受けていない利用者（以下、「二次利用者」という）が柔軟にホワイトスペースの電波を利用するコグニティブ無線通信システムなどの研究開発が行われている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
例えば、IEEE802.22で標準化が行われている、ホワイトスペースを利用する無線通信システムでは、各無線局は、ＩＰネットワーク上のデータベースにアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能周波数リストと最大送信可能電力とを取得する。送信可能周波数リストは、戸別に設置される子局や携帯電話等の端末（ＣＰＥ：Customer  Premises  Equipment）が接続する基地局（ＢＳ：Base  Station）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spectrum  Manager）によって、随時更新をしながら一括管理されている。そして、ＢＳはこの送信可能周波数リストに基づき、ＢＳとＣＰＥの間で双方向に通信に利用可能な周波数を、使用周波数として決定する。
【０００５】
また、各無線局（ＢＳおよびＣＰＥ。以下同様。）はスペクトルセンシング機能を具備している。各無線局は、スペクトルセンシングによって、決定された使用周波数が既存システム（一次利用者のシステム）によって使用されていることを検知すると、その情報をＳＭに通知する。すると、ＳＭは送信可能周波数リストからこの周波数を除外する。ホワイトスペースを利用する無線通信システムは、このようにして時々刻々と更新される情報に基づきダイナミックなスペクトルアクセスを行うことで、一次利用者の周波数使用への影響を回避すると同時に、二次利用者の通信も実現する。
【０００６】
ところで、IEEE802.22では、複信方式として、時分割複信（ＴＤＤ：Time  Division  Duplex）のみを規定している。ＢＳとＣＰＥはデータ送信時には同じ周波数を用いるが、異なる送信タイミングで通信を行うことで、双方向の通信を実現する。しかしながら、ＴＤＤのみによる複信方法は双方向の通信に同じ周波数を用いる。よって、無線局ごとに送信可能な周波数が異なる場合や、送信可能な最大送信電力が異なる場合があるホワイトスペースを利用する無線通信システムにとって、ＴＤＤは必ずしも効率的な通信方法であるとは言いがたい。例えば、一方の無線局がある周波数で大電力での送信が可能であるが、他方の無線局がその周波数では小電力での送信しかできない場合、双方向の通信品質は非対称となる。よって、このような周波数を割当ててしまうと、通信が効率的に行われなくなる。
【０００７】
また、一方の無線局がある周波数でデータ送信可能であるが、他方の無線局がその周波数で送信不可の場合、片方向のみの送受信しか行えない片方向リンクとなる。よって、このような周波数は、IEEE802.22のＴＤＤでは当然のことながら利用することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】藤井宏治、“コグニティブ無線：電波利用のムダなくす、ホワイトスペース活用のコア技術”、[online]、リックテレコム、[平成23年6月9日検索]、インターネット<URL：http://businessnetwork.jp/tabid/65/artid/110/page/1/Default.aspx>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、周波数利用効率を向上する観点から、片方向リンクとなる周波数であっても利用した方がよい場合もある。しかし、IEEE802.22では複信方式としてＴＤＤのみを規定しているため、片方向リンクの通信についてはIEEE802.22の規定対象外である。
【００１０】
なお、IEEE802.22では、使用する周波数の決定に当たり、一次利用者の既存システムの周波数の占有パターンや干渉電力などといった通信品質に影響を与える指標を用いることを可能としている。しかし、どのような指標をどのように用いるかはIEEE802.22の規定の範囲外としている。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクとなるような周波数であっても、これを利用することにより、効率的な周波数割当てを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、無線通信によりデータを送信する送信局と、前記データを受信する受信局とを含んで構成され、ホワイトスペースを利用して前記無線通信を行う無線通信システムであって、前記受信局は、特定の周波数におけるデータの受信品質を推定する通信品質推定部と、前記通信品質推定部での推定結果である通信品質情報を前記送信局に送信する通信品質情報送信部と、前記無線通信によるデータの受信を開始する際に、前記データの受信の際の条件である要求品質を前記送信局に送信する要求品質送信部と、前記送信局は、前記通信品質情報を受信して保持する通信品質情報保持部と、前記受信局から前記要求品質を受信する要求品質受信部と、前記通信品質情報を参照して前記要求品質を満たす周波数を決定し、これを前記受信局へのデータ送信の際の周波数として割当てる周波数割当処理部と、前記周波数割当処理部での割当て結果を前記受信局に送信する割当結果送信部と、を有することを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの基地局（ＢＳ）１０の具体的構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの無線通信端末（ＣＰＥ）２１、２２の具体的構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける処理の一例を示すシーケンス図である。
【図６】周波数割当てパターンの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
【００１７】
（無線通信システムの概要）
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成の一例を示す図である。本実施形態に係る無線通信システム１は、ホワイトスペースを利用する無線通信システムである。
【００１８】
図１に示されるように、無線通信システム１は、戸別に設置される子局や携帯電話等の無線通信端末であるＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２と、これらの無線通信端末が接続する基地局であるＢＳ１０と、ＢＳ１０のバックホール回線３０と、インターネット４０とを含んで構成される。
【００１９】
また、国から周波数使用のライセンスを受けている一次利用者の通信システム（以下、「既存システム」という）２は、送信局７０と受信局６０とを含んで構成されている。また、既存システム２の一次利用者は、国から周波数ｆ１のライセンスを受けている。以下の説明においては、無線通信システム１において、国から周波数ｆ１の使用ライセンスを受けていない二次利用者が周波数ｆ１をホワイトスペースとして利用するものとする。
【００２０】
ここで、図１に示されるように、無線通信システム１では、ＣＰＥ２１は既存システム２と地理的に近い位置に存在するため、周波数ｆ１を用いてデータ送信を行うと既存システム２に干渉を与えてしまう。よって、周波数ｆ１をホワイトスペースとして利用することはできないと判断される。しかし、ＢＳ１０とＣＰＥ２２は既存システム２から離れた位置に存在するため、送信電力を十分小さくすれば、周波数ｆ１を用いて送信を行っても、既存システム２に干渉を与えることなく通信を行うことが可能である。一方、周波数ｆ２については、無線通信システム１の周辺には周波数ｆ２を利用する既存システムは存在しないため、無線通信システム１の全ての無線局は大電力でのデータ送信が可能である。
【００２１】
（無線通信システムの構成）
図２は、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。本実施形態に係る無線通信システム１は、ホワイトスペースを利用して無線通信を行う通信システムである。無線通信システム１は、無線通信によりデータを送信する送信局１００と、送信局１００から送信されるデータを受信する受信局２００とを含んで構成される。本実施形態においては、送信局１００は図１のＢＳ１０が該当し、受信局２００は図１のＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２が該当する（ＢＳ１０がデータ送信側であり、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２がデータ受信側）。なお、受信局２００は複数存在してよい。
【００２２】
また、送信局１００が図１のＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２であり、受信局２００が図１のＢＳ１０である場合、つまり、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２がデータの送信側であり、ＢＳ１０がデータの受信側である場合も、以下に説明する構成と同様の構成により実現可能である。
【００２３】
以下、図２を参照しながら、送信局１００と受信局２００の構成について説明する。なお、説明の便宜上、受信局２００を先に説明する。
【００２４】
（受信局２００）
受信局２００は、信号受信部２０１と、通信品質推定部２０２と、通信品質情報送信部２０３と、要求品質送信部２０４とを備える。
【００２５】
信号受信部２０１は、特定の周波数においてデータを受信する際の品質を推定するための信号を受信する。本実施形態においては、信号受信部２０１が受信する信号は、周期的にＢＳ１０からＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２に送られるテスト信号である。ただし、これに限定されるものではない。つまり、通信品質推定のための専用のテスト信号の受信による推定でなくてもよく、例えば、ビーコンなどの制御信号やブロードキャストデータ信号の受信による推定であってもよいし、他局へのユニキャストデータ信号やの傍受による推定であってもよい。
【００２６】
通信品質推定部２０２は、信号受信部２０１が受信した信号を用いて、特定の周波数において、データの受信が可能であるかどうかを検出する。また、本実施形態においては、通信品質推定部２０２は、特定の周波数においてデータを受信する際の通信品質を推定する。本実施形態においては、通信品質情報は特定の周波数においてデータを受信する際、通信可能な最大伝送レートを示すものである。ただし、これに限定されるものではない。例えば、ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  and  Noise  power  Ratio）、ビット誤り率、パケット誤り率等であってもよい。さらに、これらが量子化等されて符号化された値であっても良い。
【００２７】
具体的には、通信品質推定部２０２は、通信品質を以下のようにして判断する。すなわち、受信した信号を干渉除去や等化などの技術を用いながら復調・復号し、ＣＲＣ（Cyclic  Redundancy  Check）符号などの誤り検出符号によって誤りが検出されなかった場合に、受信可能としても良く、各信号の先頭に含まれるパイロット信号などの既知信号を用いてＳＩＮＲを推定しＳＩＮＲが閾値以上であった場合に受信可能としても良い。また、ＳＩＮＲの推定結果やビット誤り率の履歴を一定期間保持し、その平均値によって受信可能かどうかの判定を行っても良い。さらに、閾値を複数設け、その閾値ごとに通信品質の指標としても良く、あらかじめ記憶しておく表を参照することで通信可能な最大伝送レートを導き、これを通信品質とすることも可能である。
【００２８】
通信品質情報送信部２０３は、通信品質推定部２０２での推定結果である通信品質情報を送信する。なお、この時、通信品質情報とともに、通信品質を推定した周波数の情報を送信するようになっていてもよい。
【００２９】
また、本実施形態においては、通信品質情報送信部２０３は、通信品質推定部２０２が判断した特定の周波数においてデータを受信する際の通信品質情報を送信する。なお、本実施形態においては、通信品質情報は、特定の周波数におけるデータの受信が可能な最大伝送レートを示すものである。
【００３０】
要求品質送信部２０４は、無線通信によるデータの受信を開始する際に、データの受信の際の条件である要求品質を送信する。本実施形態においては、要求品質は、トラヒックに応じた要求伝送レートを示すものである。ただし、これに限定されるものではない。例えば、ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  and  Noise  power  Ratio）、ビット誤り率、パケット誤り率等であってもよい。さらに、これらが量子化等されて符号化された値であっても良い。
【００３１】
（送信局１００）
送信局１００は、通信品質情報保持部１０１と、要求品質受信部１０２と、周波数割当処理部１０３と、割当結果送信部１０４とを備える。
【００３２】
通信品質情報保持部１０１は、受信局２００から送信される通信品質情報を受信して保持する。通信品質情報保持部１０１は、具体的には、例えば、複数存在する受信局２００をそれぞれ識別するための識別子と、通信品質情報とを関連づけてデータベース等の形式にて自局のハードディスク等の記憶装置に記憶して保持する。また、通信品質情報には通信品質を判定した周波数の情報も関連づけられて保持するようになっていてもよい。
【００３３】
要求品質受信部１０２は、受信局２００から送信される要求品質を受信する。上述したように、本実施形態において、要求品質はトラヒックに応じた要求伝送レートを示すものである。
【００３４】
周波数割当処理部１０３は、通信品質情報保持部１０１に保持されている通信品質情報を参照して要求品質受信部１０２が受信した要求品質を満たす周波数を決定し、これを受信局２００へのデータ送信の際の周波数として割当てる。周波数割当処理部１０３は、具体的には、例えば、以下のようにして周波数割当てを行う。
【００３５】
すなわち、要求品質受信部１０２が要求品質を受信する際に、要求品質とともに、要求品質を送信した受信局２００を識別するための識別子も受信する。そして、通信品質情報保持部１０１が保持している通信品質情報のうち、この識別子に関連づけられている通信品質情報を抽出する。その後、抽出した通信品質情報と、受信した要求品質とを比較して、通信品質情報が要求品質を満たすように受信局２００に対して周波数割当てを行う。
【００３６】
割当結果送信部１０４は、周波数割当処理部１０３での割当て結果を受信局２００に送信する。
【００３７】
（ＢＳ１０の具体的構成）
以下、図３を参照しながら、ＢＳ１０のより具体的な構成について説明する。なお、本実施形態においては、ＢＳ１０は上述した送信局１００に該当する。
【００３８】
図３に示されるように、ＢＳ１０は、電波を送信及び受信するアンテナ１５１と、データの送受信を行うデータ伝送部１５２と、自局全体の制御を行う主制御部１５３と、ＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２の利用可能周波数を管理するスペクトルマネージャ（以下、「ＳＭ」という）１０４と、バックホール回線３０や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部１５５と、バックホール回線３０や外部装置と接続するための端子１５６とを備える。
【００３９】
ＳＭ１５４は、上述した通信品質情報保持部１０１と、周波数割当処理部１０３とを備える。つまり、受信局２００ごとの通信品質情報を保持し、受信局２００から周波数割当ての要求があった場合には周波数割当ての処理を行う。
【００４０】
また、データ伝送部１５２は、ＲＦ部１６１と、ベースバンド（ＢＢ：Base  Band）信号処理部１６２と、ＭＡＣ処理部１６３とを備える。
【００４１】
ＲＦ部１６１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
【００４２】
ＢＢ信号処理部１６２は、誤り訂正符号化、復号処理、および変復調処理等を行う。
【００４３】
ＭＡＣ処理部１６３は、自局が使用する周波数チャネルやデータ送受信のタイミング制御、パケットへの自局の識別子の付加、およびデータ送信元の無線装置の認識等の処理を行う。
【００４４】
また、上述した要求品質受信部１０２や割当結果送信部１０４の機能は、主制御部１５３の制御によって、アンテナ１５１およびデータ伝送部１５２が要求品質を受信したり、割当結果を送信したりすることで実現される。
【００４５】
なお、主制御部１５３は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能である。また、ＢＢ信号処理部１６２、ＭＡＣ処理部１６３、およびＳＭ１５４における処理は、例えば、主制御部１５３のプロセッサがハードディスク等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。
【００４６】
（ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２の具体的構成）
以下、図４を参照しながら、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２のより具体的な構成について説明する。なお、本実施形態においては、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２は上述した受信局２００に該当する。
【００４７】
図４に示されるように、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２は、電波を送信及び受信するアンテナ２５１と、データの送受信を行うデータ伝送部２５２と、自局全体の制御を行う主制御部２５３と、ＢＳ１０からの信号を受信した時の通信品質の推定を行う通信品質推定部２０２と、外部回線や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部２５５と、外部回線や外部装置と接続するための端子２５６とを備える。
【００４８】
また、データ伝送部２５２は、ＲＦ部２６１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２６２と、ＭＡＣ処理部２６３とを備える。
【００４９】
ＲＦ部２６１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
【００５０】
ＢＢ信号処理部２６２は、誤り訂正符号化、復号処理、および変復調処理等を行う。
【００５１】
ＭＡＣ処理部２６３は、自端末が使用する周波数チャネルやデータ送受信のタイミング制御、パケットに自局の識別子の付加、およびデータ送信元の無線装置の認識等の処理を行う。
【００５２】
また、上述した信号受信部２０１、通信品質情報送信部２０３、および要求品質送信部２０４の機能は、主制御部２５３の制御によって、アンテナ２５１およびデータ伝送部２５２が各種信号やデータを送受信することで実現される。
【００５３】
なお、主制御部２５３は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することも可能である。また、ＢＢ信号処理部２６２、ＭＡＣ処理部２６３、および通信品質推定部２０２における処理は、例えば、主制御部２５３のプロセッサがハードディスク等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。
【００５４】
（無線通信システムの動作）
以下、本実施形態に係る無線通信システムの動作について説明する。図５は、無線通信システム１における処理の一例を示すシーケンス図である。本例では、初期状態として、ＳＭ１５４はＩＰネットワーク上のデータベースにアクセスして取得した利用可能周波数リストから、ＣＰＥ２１が周波数ｆ２でのみデータ送信可能であり、ＣＰＥ２２が周波数ｆ１と周波数ｆ２の双方でデータ送信が可能であることを認識しているものと仮定する。
【００５５】
また、本例では、既に周波数ｆ２での双方向通信が確立されているものとする。図５では、ＣＰＥ２１とＣＰＥ２２とが周波数ｆ２を共有しながら、それぞれ５Mbpsの下り通信を行っている場合を示している（ステップＳ１０１、ステップＳ１０１’）。すなわち、周波数ｆ２では、周波数を共用せずに通信すれば、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２ともに少なくとも１０Mbpsの伝送レートで下り通信が可能である。この情報（以下、「情報Ａ」とする）はＢＳ１０のＳＭ１５４（通信品質情報保持部１０１）に保持されている。なお、本実施形態においては、ＢＳ１０からＣＰＥ２１またはＣＰＥ２２へのデータ送信方向を「下り」といい、ＣＰＥ２１またはＣＰＥ２２からＢＳ１０へのデータ送信方向を「上り」という。
【００５６】
まず、ＢＳ１０は、周期的に、利用候補チャネルである周波数ｆ１と周波数ｆ２のテスト信号をＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２に送信する。すなわち、ＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２の信号受信部２０１は、このテスト信号を周期的に受信する。なお、図５では、周波数ｆ２のテスト信号が送信される場合のみ図示しているが、同様に周波数ｆ１のテスト信号も周期的に送信している（ステップＳ１０２、ステップＳ１０２’）。
【００５７】
テスト信号を受信したＣＰＥ２１とＣＰＥ２２の通信品質推定部２０２は、受信したテスト信号を基に、それぞれ周波数ｆ１の通信品質の推定を行う（ステップＳ１０３、ステップＳ１０３’）。通信品質の推定を行った後、ＣＰＥ２１とＣＰＥ２２の通信品質情報送信部２０３は推定結果である通信品質情報をＢＳ１０に送信する（ステップＳ１０４、ステップＳ１０４’）。この送信の際は、既に通信が確立している周波数ｆ２を使用する。
【００５８】
なお、本例では、ＣＰＥ２１は周波数ｆ１の下り信号を２Mbpsで受信可能であり、ＣＰＥ２２は周波数ｆ１の下り信号を３Mbpsで受信可能である旨の通信品質情報を送信している。また、本例においては、ＣＰＥ２１及びＣＰＥ２２の通信品質をＢＳ１０へ通知する場合の例として時分割多元接続の場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、周波数分割多元接続であっても、符号分割多元接続であっても、あるいは他の多元接続方式であってもよい。
【００５９】
ＢＳ１０のデータ伝送部１５２は通信品質情報を受信処理すると、ＢＳ１０内部の回線（有線通信）を介してＳＭ１５４に送信する（ステップＳ１０５、ステップＳ１０５’）。また、データ伝送部１５２はステップＳ１０２、Ｓ１０２’で周波数ｆ１のテスト信号を送信しているので、この通信品質情報が周波数ｆ１に対するものである旨の情報も同時にＳＭ１５４に通知する。
【００６０】
ＳＭ１５４の通信品質情報保持部１０１は、送信された通信品質情報を、ＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２の各識別子および周波数“ｆ１”に対する通信品質情報である旨とともに記憶して保持する。例えば、「識別子＝“００１”（ＣＰＥ２１の識別子）、周波数＝“ｆ１”、通信品質情報＝“２Mbps”」と、「識別子＝“００２”（ＣＰＥ２２の識別子）、周波数＝“ｆ１”、通信品質情報＝“３Mbps”」という情報（以下、「情報Ｂ」とする）をデータベース等の形式にてハードディスク等の記憶装置に記憶する。
【００６１】
その後、ＣＰＥ２１とＣＰＥ２２に通信要求が発生し、ＣＰＥ２１では帯域要求として１Mbps以上、ＣＰＥ２２では１０Mbps以上の帯域要求が要求品質送信部２０４から発生したとする。このとき、各ＣＰＥは、時分割多元接続、周波数分割多元接続、および符号分割多元接続のいずれかの接続方法によって、ＢＳ１０に帯域要求を行う（ステップＳ１０６、ステップＳ１０６’）。なお、図５では時分割多元接続による帯域要求の例を示している。
【００６２】
ＢＳ１０のデータ伝送部１５２（要求品質受信部１０２）は、各帯域要求を受信し、これをＳＭ１５４に送信する（ステップＳ１０７、ステップＳ１０７’）。ＳＭ１５４の周波数割当処理部１０３は、各帯域要求に伴い、周波数の割当て処理を行う（ステップＳ１０８）。
【００６３】
具体的には、まず、通信品質情報保持部１０１が保持しているｆ１に関する通信品質情報である情報Ｂを参照する。本例では、ＣＰＥ２１は通信帯域を１Mbps以上、ＣＰＥ２２は１０Mbps以上とする帯域要求をしている。このとき、情報Ｂによれば、ＣＰＥ２１は周波数ｆ１で２Mbps通信が可能であるため、要求を満たすことが可能であるが、ＣＰＥ２２は周波数ｆ１では３Mbpsでしか通信できないため、要求を満たすことができない。一方、ｆ２に関する通信品質情報である情報Ａによれば、ＣＰＥ２２は周波数ｆ２であれば１０Mbpsでデータ受信が可能であり、要求を満たすことができる。よって、この場合、ＣＰＥ２１に周波数ｆ１を割当て、ＣＰＥ２２に周波数ｆ２を割当てる。
【００６４】
ＳＭ１５４は、この割当て処理の結果を自局内部の有線通信によりデータ伝送部１５２に送信する（ステップＳ１０９）。
【００６５】
そして、ＢＳ１０のデータ伝送部１５２（割当結果送信部１０４）はこの周波数の割当ての結果をＣＰＥ２１、ＣＰＥ２２に送信するが、この送信は、既に通信が確立している周波数ｆ２によって行う（ステップＳ１１０、ステップＳ１１０’）。その後、実際の通信が開始される。すなわち、ＢＳ１０からＣＰＥ２１への下り通信は周波数ｆ１で行われ（ステップＳ１１１）、ＢＳ１０からＣＰＥ２２への下り通信は周波数ｆ２で行われる（ステップＳ１１２）。
【００６６】
以上のように、本例では、ＣＰＥ２１の下り通信には周波数ｆ１が割当てられ、ＣＰＥ２２の下り通信には周波数ｆ２が割当てられている。これにより、帯域要求が小さいＣＰＥ２１の下り通信に通信品質の悪い周波数ｆ１を割当て、帯域要求が大きいＣＰＥ２２の下り通信に通信品質の良い周波数ｆ２を割当てることができ、両者の帯域要求を満足することができる。
【００６７】
なお、図５では、下り通信の周波数割当てのみを示したが、同様にして、上り通信の周波数割当ても効率的に行うことが可能である。すなわち、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）からＢＳ１０に対してテスト信号を送信し、ＢＳ１０にて通信品質の推定処理を行う。そして、推定結果をＳＭ１５４の通信品質情報保持部１０１に保持し、上り通信を行う際に周波数割当て結果をＢＳ１０からＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）に通知する。その後、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）からＢＳ１０へのデータ送信を開始する。
【００６８】
また、ＣＰＥが主体となって、周波数割当を決定する方法も可能である。すなわち、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）からＢＳ１０に対してテスト信号を送信し、ＢＳ１０にて通信品質の推定処理を行う。そして、ＢＳ１０からＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）に通信品質情報を送信する。そして、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）からＢＳ１０に対してデータ送信を行う場合に、ＢＳ１０からＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）に帯域要求を行う。また、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）にて周波数割当処理を行い、割当て結果をＢＳ１０に送信する。その後、ＣＰＥ２１（ＣＰＥ２２）からＢＳ１０へのデータ送信を開始する。
【００６９】
（周波数割当ての他の具体例）
図６に、本実施形態における周波数割当てパターンの他の具体例を示す。無線通信システム１では、図５の例以外にも、図６（ａ）〜（ｄ）に示すような周波数割当てが可能である。
【００７０】
図６（ａ）基本パターンは、従来のホワイトスペースを利用した双方向無線通信システムにおいても採用される周波数割り当てパターンである。図６（ａ）基本パターンは、ＢＳ１０と、ＣＰＥ２１もしくはＣＰＥ２２との間における上り通信および下り通信において周波数ｆ２を使用し、ＴＤＤで通信を行う。本実施形態においても、既存システム２では周波数ｆ１のみライセンスされているため、無線通信システム１のＢＳ１０、ＣＰＥ２１、およびＣＰＥ２２は、いずれも周波数ｆ２を使用して大電力でデータ送信が可能である。よって、図６（ａ）基本パターンの周波数割り当てパターンは本実施形態における無線通信システムでも採用可能である。
【００７１】
しかし、以下に説明する図６（ｂ）〜（ｄ）の周波数割当てパターンは本実施形態の無線通信システムでのみ採用可能な周波数割当てパターンである。
【００７２】
図６（ｂ）パターン１の周波数割当て方法では、ＢＳ１０から、ＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２への下り通信には両方とも周波数ｆ２を使用する。また、ＣＰＥ２１からＢＳ１０への上り通信には周波数ｆ２を、ＣＰＥ２２からＢＳ１０への上り通信には周波数ｆ１を使用する。
【００７３】
また、ＢＳ１０からの下り通信においては、プリアンブルやフレームヘッダＰは周波数ｆ１を用いて送信するようになっていてもよい。プリアンブルやフレームヘッダはＢＳが送信する信号であり、フレーム同期やフレーム構成の伝達等に使用する重要な信号であることから、一般に、確達率の高い変調方式や符号化が用いられるため、小電力送信でも通信が可能だからである。これにより、利用可能な周波数をより有効に活用することができる。
【００７４】
図６（ｃ）パターン２の周波数割当て方法では、ＢＳ１０からＣＰＥ２１への下り通信には周波数ｆ１を使用し、ＢＳ１０からＣＰＥ２２への下り通信には周波数ｆ２を使用する。また、ＣＰＥ２１およびＣＰＥ２２からＢＳ１０への上り通信には両方とも周波数ｆ２を使用する。
【００７５】
図６（ｄ）パターン３の周波数割当て方法では、ＢＳ１０と、ＣＰＥ２１もしくはＣＰＥ２２との間の通信において、それぞれ異なる周波数を使用する。ＢＳ１０からＣＰＥ２１への下り通信、およびＣＰＥ２２からＢＳ１０への上り通信には、周波数ｆ１を使用する。また、ＢＳ１０からＣＰＥ２２への下り通信、およびＣＰＥ２１からＢＳ１０への上り通信には、周波数ｆ２を使用する。
【００７６】
すなわち、図６に示すように、本実施形態の無線通信システムは、基本パターンのみならず、パターン１〜パターン３等の周波数割当てを採用することが可能である。つまり、従来の双方向の無線通信システムと比較して、利用可能な周波数を有効活用し、効率的な周波数割当てを行うことが可能である。これに対して、従来のIEEE802.22で規定されている無線通信方式の場合は、ＴＤＤにて通信を行い、また本実施形態の無線通信システムのようにＳＭにて通信品質の管理も行わない。よって、基本パターンの周波数割当て方法しか採用できない。このため、下り通信において周波数ｆ２をＣＰＥ２１とＣＰＥ２２で共有することしかできず、全端末の帯域要求を満足できない場合も発生しうる。
【００７７】
なお、本ホワイトスペース利用無線システムは、ＴＤＤまたは半二重周波数分割複信（Ｈ−ＦＤＤ：Half-Frequency  Division  Duplex）を用いて双方向通信を行う他、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency  Division  Duplex）方式による通信機能も具備しており、双方向で異なる周波数を用いることが可能である。
【００７８】
（まとめ）
以上のとおり、本実施形態によれば、ホワイトスペース利用無線システムにおいて、片方向リンクの利用を可能とすることで周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現できる。さらには、通信品質に基づき、双方向の通信それぞれに対して効率的な周波数の割当が可能となる。
【００７９】
また、本実施形態に係る無線通信システムは、IEEE802.22で規定されている無線通信システムに対して特に好適であるが、これに限定されるものではない。
【００８０】
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【００８１】
（付記）
以上に、本発明に係る実施形態について詳細に説明したことからも明らかなように、前述の実施形態の一部または全部は、以下の各付記のようにも記載することができる。しかしながら、以下の各付記は、あくまでも、本発明の単なる例示に過ぎず、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。
【００８２】
（付記１）
無線通信によりデータを送信する送信局と、前記データを受信する受信局とを含んで構成され、ホワイトスペースを利用して前記無線通信を行う無線通信システムであって、
前記受信局は、
特定の周波数においてデータの受信が可能であることを検出する通信品質推定部と、
前記通信品質推定部での検出結果である通信品質情報を前記送信局に送信する通信品質情報送信部と、
前記無線通信によるデータの受信を開始する際に、前記データの受信の際の条件である要求品質を前記送信局に送信する要求品質送信部と、
前記送信局は、
前記通信品質情報を受信して保持する通信品質情報保持部と、
前記受信局から前記要求品質を受信する要求品質受信部と、
前記通信品質情報を参照して前記要求品質を満たす周波数を決定し、これを前記受信局へのデータ送信の際の周波数として割当てる周波数割当処理部と、
前記周波数割当処理部での割当て結果を前記受信局に送信する割当結果送信部と、
を有することを特徴とする無線通信システム。
【００８３】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【００８４】
（付記２）
前記通信品質推定部は、前記特定の周波数においてデータを受信する際の通信品質を推定し、
前記通信品質情報送信部は、前記通信品質情報として、前記通信品質推定部での判断結果を送信することを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。
【００８５】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【００８６】
（付記３）
前記受信局は、前記特定の周波数においてデータが受信可能であるかを判断するための信号を受信する信号受信部をさらに有し、
前記通信品質推定部は、前記信号受信部が受信した前記信号を用いて、前記特定の周波数においてデータの受信が可能であることを検出すること
を特徴とする付記１又は２に記載の無線通信システム。
【００８７】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【００８８】
（付記４）
前記通信品質情報は、前記特定の周波数におけるデータの受信が可能な最大伝送レートを示すものであり、
前記要求品質は、前記無線通信によるデータの受信の際のトラヒックに応じた要求伝送レートを示すものであることを特徴とする付記１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【００８９】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、通信帯域の要求に合致した片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【００９０】
（付記５）
無線通信によりデータを送信する送信局と、前記データを受信する受信局とが、ホワイトスペースを利用して前記無線通信を行う周波数割当方法であって、
前記受信局が、特定の周波数におけるデータの受信が可能であることを検出する第１のステップと、
前記受信局が、前記第１のステップでの検出結果である通信品質情報を前記送信局に送信する第２のステップと、
前記送信局が、前記通信品質情報を受信して保持する第３のステップと、
前記受信局が、前記無線通信によるデータの受信を開始する際に、前記データの受信の際の条件である要求品質を前記送信局に送信する第４のステップと、
前記送信局が、前記受信局から前記要求品質を受信する第５のステップと、
前記送信局が、前記通信品質情報を参照して前記要求品質を満たす周波数を決定し、これを前記受信局へのデータ送信の際の周波数として割当てる第６のステップと、
前記送信局が、第６のステップでの割当て結果を前記受信局に送信する第７のステップと、
を含む周波数割当方法。
【００９１】
この構成によれば、ホワイトスペースを利用する無線通信システムにおいて、片方向リンクの利用が可能となり、周波数利用効率が改善され、システム全体の周波数の有効利用を実現可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１  無線通信システム
２  既存システム
１０  基地局（ＢＳ）
２１、２２  無線通信端末（ＣＰＥ）
３０  バックホール回線
４０  インターネット
６０  受信局
７０  送信局
１００  送信局
１０１  通信品質情報保持部
１０２  要求品質受信部
１０３  周波数割当処理部
１０４  割当結果送信部
１５１  アンテナ
１５２  データ伝送部
１５３  主制御部
１５４  スペクトルマネージャ（ＳＭ）
１５５  インターフェース部
１５６  端子
１６１  ＲＦ部
１６２  ベースバンド（ＢＢ）信号処理部
１６３  ＭＡＣ処理部
２００  受信局
２０１  信号受信部
２０２  通信品質推定部
２０３  通信品質情報送信部
２０４  要求品質送信部
２５１  アンテナ
２５２  データ伝送部
２５３  主制御部
２５５  インターフェース部
２５６  端子
２６１  ＲＦ部
２６２  ベースバンド（ＢＢ）信号処理部
２６３  ＭＡＣ処理部
【図１】
0005688332.tif 000002
【図２】
0005688332.tif 000003
【図３】
0005688332.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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