(57)【要約】  データベースを用いない２次利用システム同士の干渉を防ぐことができる無線通信システムを提供する。  ホワイトスペースを利用して基地局と端末局とが対向通信する無線通信システムであり、基地局３０が、起動時に、プリアンブルをフレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）周期で送信して、一定時間以内に端末局４０からのレンジングが検出されない場合には設定された周波数チャネルを変更し、レンジングを検出した場合には、当該周波数チャネルを用いて通常運用を開始し、端末局４０が、起動時に、受信信号中のプリアンブルを検出して、フレーム長毎にピークを検出した場合には設定された周波数チャネルを変更し、フレーム長のｎ倍の周期でピークを検出し、他の周期ではピークを検出しなかった場合には、レンジング信号を送信する無線通信システムとしている。
2015041068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホワイトスペースを利用して、基地局と端末局とが１対１に対応して通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局と前記端末局との間で、複数のフレームから成るスーパーフレームを単位として通信を行い、
前記基地局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、
前記フレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周期でプリアンブルを送信し、
前記周期でのプリアンブル送信開始後、一定時間以内に前記対応する端末局からのレンジング信号を受信しなかった場合には、周波数を変更して設定し、前記一定時間以内に前記対応する端末局からのレンジング信号を受信した場合には、前記端末局との通信を開始して前記フレーム長の周期でプリアンブルを送信するものであり、
前記端末局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、
前記設定された周波数における受信信号からプリアンブルを検出し、前記フレーム長の周期でプリアンブルが検出された場合には、周波数を変更して設定し、前記フレーム長の周期ではプリアンブルが検出されず、前記フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブルが検出された場合は、前記設定された周波数でレンジング信号を送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
基地局が、設定された周波数における受信信号に基づいて、先行利用システムの基地局及び端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの基地局及び端末局がなければ、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブル送信を開始し、前記先行利用システムの基地局又は端末局があれば周波数を変更して設定することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、前記先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、前記先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項５】
ホワイトスペースを利用して、基地局と端末局とが１対１に対応して複数のフレームから成るスーパーフレームを単位として通信を行う無線通信方法であって、
前記基地局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定するステップと、
前記基地局が、前記フレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周期でプリアンブルを送信するステップと、
前記基地局が、前記周期でのプリアンブル送信開始後、一定時間以内に前記対応する端末局からのレンジング信号を受信しなかった場合には、周波数を変更して設定し、前記一定時間以内に前記対応する端末局からのレンジング信号を受信した場合には、前記端末局との通信を開始して前記フレーム長の周期でプリアンブルを送信するステップと、
前記端末局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定するステップと、
前記端末局が、前記設定された周波数における受信信号からプリアンブルを検出し、前記フレーム長の周期でプリアンブルが検出された場合には、周波数を変更して設定し、前記フレーム長の周期ではプリアンブルが検出されず、前記フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブルが検出された場合は、前記設定された周波数でレンジング信号を送信するステップと、を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
基地局が、設定された周波数における受信信号に基づいて、先行利用システムの基地局及び端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの基地局及び端末局がなければ、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブル送信を開始し、前記先行利用システムの基地局又は端末局があれば周波数を変更して設定するステップを有することを特徴とする請求項５記載の無線通信方法。
【請求項７】
端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、前記先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定するステップを有することを特徴とする請求項５記載の無線通信方法。
【請求項８】
端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、前記先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、前記先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定するステップを有することを特徴とする請求項６記載の無線通信方法。
【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係り、特にデータベースを用いない二次利用システム同士の干渉を防ぐことができる無線通信システム、及び、無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図７］   周波数スペクトルを有効利用するために、ホワイトスペースを活用した無線通信システムがある（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
ホワイトスペースを活用した無線通信システムでは、割り当てられた周波数を使用する免許を有する既存の無線システム（一次利用システム）と、免許を持たず、一次利用システムが利用していない周波数スペクトル（ホワイトスペース）を、一次的若しくは限定された地域において利用する二次利用システムとがある。【０００３】
二次利用システムとして運用され、データベースを用いて周波数の割り当てを管理する無線通信システムの概略構成について、図７を用いて説明する。図７は、データベースを備えた無線通信システムの概略構成図である。
図７に示すように、データベースを利用する無線通信システムは、データベース１と、周波数チャネル管理マネージャ２と、基地局３と、端末局４とを備えている。【０００４】
上記構成の無線システムでは、データベース１は、２次利用可能な周波数チャネルの情報や送信電力の情報を記憶しており、通信開始時に、周波数管理マネージャ２が、インターネットを介してデータベース１にアクセスし、基地局３及び端末局４の位置情報（緯度経度情報）に基づいて、使用可能な空き周波数チャネルのリスト（チャネルリスト）を取得する。
そして、周波数管理マネージャ２は、チャネルリストの中から通信に使用する周波数チャネルを選定して、基地局３に通知する。【０００５】
基地局３は、周波数管理マネージャ２が選定した周波数チャネルを用いて端末４と通信を行い、端末局４は、基地局３からの下り信号を受信して当該周波数チャネルを用いて基地局３と通信を行う。
データベースを利用した無線通信システムでは、基地局３毎に周波数管理マネージャ２が必要になり、システムが肥大化する。【０００６】
更に、災害時等、臨時エリアを構築する場合には、基地局３が設置される場所によっては、常にインターネット接続が可能であるとは限らない。
その場合、データベース１へアクセスすることができず、使用可能な周波数チャネル情報が得られない。
データベースを利用しないシステムでは、基地局３及び端末局４がスペクトラムセンシング技術を用いて、利用可能な周波数を選択するようにしている。【０００７】
［周波数チャネルのプリセット］   １次利用システムとしてテレビ放送のみを考慮し、２次利用システムがカバーする地理的範囲を制限することができる場合、２次利用システムの基地局３及び端末局４には、当該範囲内で１次利用システムに干渉を与えないことが保証されている周波数チャネルを予め設定しておく（プリセットする）ことが可能である。【０００８】
プリセットによって、データベースへの参照や厳格なセンシングを行うことなく、２次利用システムの運用が可能となる。
また、２次利用システムが複数存在し得る場合には、周波数が重複しないように、個々のシステムに１チャンネルずつ割り振ることも考えられる。【０００９】
［災害時等における運用］   ところで、ホワイトスペースを利用する無線通信システムは、故障時のバックアップ回線として、災害時の応急的あるいは機動的な通信手段としての活用が期待されている。
例えば、可搬型の一対の基地局３と端末局４とを、ブロードバンド伝送を行いたい２地点にそれぞれ設置し、Point to Pointで使用することが検討されている。【００１０】
しかしながら、災害時において、同じ地理的領域に同一の使用周波数がプリセットされた複数の２次利用システムが持ち込まれた場合に、後から持ち込まれた２次利用システム（新規参入システム）が、前から起動している２次利用システム（先行利用システム）と同じ周波数チャネルで起動すると、新規参入システムが先行利用システムの存在を認識するまで、先行利用システムに対して干渉を与え続ける恐れがある。【００１１】
特に、データベースにアクセスできない状況においては、いずれの２次利用システムも、より安全な（１次利用システムに干渉を与えない）周波数を用いようとするため、近隣で同じ周波数を２次利用する確率は増加してしまう。【００１２】
新規参入システムの端末局４が、先行利用システムの通信エリア内に入ってしまった場合、新規参入システムの端末局４は、可能であれば、センシングを行って他システムの無線局を検出し、それを新規参入システムの基地局３に通知すべきである。
しかし、通知するためには、レンジングプロセス、認証、登録等を行う必要があり、それに伴う通信が同一周波数を使用している先行利用システムにとって干渉になる。【００１３】
また、新規参入システムの端末局４が、先行利用システムの基地局３に接続（初期化）しようとする可能性もある。
端末局４が、基地局３から受信したＳＣＨ（スーパーフレーム制御ヘッダ）に含まれるBS_ID（基地局のＭＡＣアドレス）から、送信元の基地局３が接続すべき相手であるか否かを判断するように設定することは可能であるが、このような設定をエンドユーザに求めることは困難であり、また、これに依存すると運用に柔軟性を欠く。【００１４】
そのため、先行利用システムの基地局３−新規参入システムの端末局４間で少なくともレンジングを行い、接続失敗を端末局４に認識させる必要があり、その間は本来接続すべき基地局３とのやり取りはできず、新規参入システムでの通信確立が遅れてしまう。【００１５】
［関連技術］   尚、無線通信システムに関する技術としては、特開２０１２−１４７２１６号公報「管理装置」（独立行政法人情報通信研究機構、特許文献１）、特開２００５−２０４２５４号公報「無線基地局、無線端末局および無線通信方法」（株式会社東芝、特許文献２）、米国電気電子学会（IEEE）Computer Society編，「IEEE Std 802.22-2011 Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands」，（米国），ＩＥＥＥ標準化協会，２０１１年７月２７日（非特許文献１）がある。【００１６】
特許文献１には、ホワイトスペースを利用した無線通信システムにおいて、隣接する２次システムの情報に基づいて、同種の複数の２次システム間で同じ周波数を用いた自己共存を図る管理装置が記載されている。【００１７】
特許文献２には、基地局と複数の端末局が同一の周波数チャネルを利用して無線通信を行うシステムにおいて、基地局が、ネットワークの状態に応じて同期信号の送信時間間隔を変更することが記載されている。【００１８】
非特許文献１には、同種の複数の２次システム間で同じ周波数において自己共存するために、 "On Demand Channel Contention" 等の無線のＭＡＣ（Medium Access Control）の機能が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１２−１４７２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０４２５４号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】米国電気電子学会（IEEE）Computer Society編，「IEEE Std 802.22-2011 Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands」，（米国），ＩＥＥＥ標準化協会，２０１１年７月２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように、従来の２次利用システムとして用いられる無線通信システムでは、災害時等、データベースにアクセスできない状況では、同じ周波数チャネルがプリセットされた複数の無線通信システムが同じ地理的範囲に持ち込まれた場合、新規参入システムが先行利用システムに干渉を与えてしまうという問題点があった。【００２２】
尚、特許文献１及び特許文献２には、起動時に、基地局が、フレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周期でプリアンブルを送信し、端末局が、受信信号からプリアンブルを検出し、フレーム長のｎ倍の周期でのみプリアンブルを検出した場合にレンジング信号を送信し、基地局が、一定時間以内にレンジング信号を受信しなければ、周波数を変更することは記載されていない。【００２３】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、データベースを用いない２次利用システム同士の干渉を防ぐことができる無線通信システム、及び、無線通信方法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】
【００２４】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ホワイトスペースを利用して、基地局と端末局とが１対１に対応して通信を行う無線通信システムであって、基地局と端末局との間で、複数のフレームから成るスーパーフレームを単位として通信を行い、基地局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、フレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周期でプリアンブルを送信し、当該周期でのプリアンブル送信開始後、一定時間以内に対応する端末局からのレンジング信号を受信しなかった場合には、周波数を変更して設定し、一定時間以内に対応する端末局からのレンジング信号を受信した場合には、端末局との通信を開始してフレーム長の周期でプリアンブルを送信するものであり、端末局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、設定された周波数における受信信号からプリアンブルを検出し、フレーム長の周期でプリアンブルが検出された場合には、周波数を変更して設定し、フレーム長の周期ではプリアンブルが検出されず、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブルが検出された場合は、設定された周波数でレンジング信号を送信することを特徴としている。【００２５】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、基地局が、設定された周波数における受信信号に基づいて、先行利用システムの基地局及び端末局の有無を検出し、先行利用システムの基地局及び端末局がなければ、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブル送信を開始し、先行利用システムの基地局又は端末局があれば周波数を変更して設定することを特徴としている。【００２６】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ホワイトスペースを利用して、基地局と端末局とが１対１に対応して通信を行う無線通信システムであって、基地局と端末局との間で、複数のフレームから成るスーパーフレームを単位として通信を行い、基地局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、フレーム長のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周期でプリアンブルを送信し、当該周期でのプリアンブル送信開始後、一定時間以内に対応する端末局からのレンジング信号を受信しなかった場合には、周波数を変更して設定し、一定時間以内に対応する端末局からのレンジング信号を受信した場合には、端末局との通信を開始してフレーム長の周期でプリアンブルを送信するものであり、端末局が、電源投入後の起動処理において、予め記憶された使用可能な周波数のリストの中から１つを選択して設定し、設定された周波数における受信信号からプリアンブルを検出し、フレーム長の周期でプリアンブルが検出された場合には、周波数を変更して設定し、フレーム長の周期ではプリアンブルが検出されず、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブルが検出された場合は、設定された周波数でレンジング信号を送信する無線通信システムとしているので、端末局において、先行利用システムの基地局と新規参入システムの基地局とを区別して存在を判断できるようにして、データベースや周波数チャネル管理マネージャを用いることなく、簡易な構成で、先行利用システムに干渉を与えずに通信を実現することができる効果がある。【００２８】
また、本発明によれば、基地局が、設定された周波数における受信信号に基づいて、先行利用システムの基地局及び端末局の有無を検出し、先行利用システムの基地局及び端末局がなければ、フレーム長のｎ倍の周期でプリアンブル送信を開始し、先行利用システムの基地局又は端末局があれば周波数を変更して設定する上記無線通信システムとしているので、基地局における先行利用システムへの与干渉を確実に防ぐことができる効果がある。【００２９】
また、本発明によれば、端末局が、先行利用システムの端末局の有無を検出し、先行利用システムの端末局がなければレンジング信号を送信し、先行利用システムの端末局があれば周波数を変更して設定する上記無線通信システムとしているので、端末局における先行利用システムへの与干渉を確実に防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図である。
【図２】本システムの無線フレームの構成を示す説明図である。
【図３】本システムの基地局における起動時の処理を示すフローチャートである。
【図４】本システムの端末局４におけるプリアンブル検出の概要を示す説明図である。
【図５】本システムの端末局４における起動時の処理を示すフローチャートである。
【図６】プリアンブル検出回路の構成ブロック図である。
【図７】データベースを備えた無線通信システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。［実施の形態の概要］   本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、ホワイトスペースを利用して、基地局と端末局とが１対１で対向通信する無線通信システムであり、基地局が、起動時に、プリセットされた周波数チャネルの中から選択した周波数チャネルを設定し、周囲の先行利用システムの有無の判定をするため、プリアンブル監視・レンジング監視を一定時間行い、プリアンブル信号もしくはレンジング信号が検出された場合はチャネルを変更し、プリアンブル信号及びレンジング信号が検出されない場合は以下に示すプリアンブル送信動作に移行する。
基地局は、プリアンブル送信動作として、端末局と通信確立するまではプリアンブルをフレーム長のｎ倍（ｎ≧２，ｎは整数）周期で送信する動作を行い、新規参入システムの基地局と先行利用システムの基地局との区別を可能とし、一定時間以内に対応する端末局からのレンジングが検出されない場合には周波数チャネルを変更し、一定時間以内に端末局からのレンジングを検出した場合には、当該周波数チャネルを用いて通常運用を開始するものであり、データベースや周波数チャネル管理マネージャを用いることなく、簡易な構成で、先行利用システムに干渉を与えずに通信を実現することができるものである。
【００３２】
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、端末局が、起動時に、プリセットされた周波数チャネルを設定し、受信信号中のプリアンブルを検出し、フレーム長毎にピークを検出した場合には先行利用システムの基地局が存在するとして周波数を変更し、フレーム長のｎ倍の周期でピークを検出し、他の周期ではピークを検出しなかった場合には、新規参入システムの基地局との通信可能としてレンジング信号を送信し、通常通信に移行するものであり、先行利用システムの無線局と新規参入システムの基地局とを区別して存在の有無を判定でき、簡易な構成で、先行利用システムに干渉を与えることなく通信を実現できるものである。
【００３３】
［実施の形態に係る無線通信システムの構成：図１］   図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本システム）は、基地局３０と、端末局４０とを備えている。
つまり、本従来の２次利用システムのように、データベース１及び周波数チャネル管理マネージャ２は設けられておらず、例えば、可搬型のシステムとして構成され、災害時等にインターネットに接続できない場所でも基地局３０と端末局４０との間で自律的に通信を実現できるものである。
【００３４】
更に、図示は省略するが、基地局３０及び端末局４０は、基本的に、無線通信に伴う信号処理を行う通信部と、装置全体の制御を行う制御部を備えており、制御部には各種プログラムやパラメータを記憶する記憶部が設けられている。
【００３５】
そして、基地局３０及び端末局４０における起動時（電源投入から通信確立まで）に行われる処理が従来とは異なっている。起動時の処理については後述する。
基地局３０及び端末局４０には、予め１つ又は複数の使用可能周波数チャネルがプリセットされ、使用可能周波数チャネルリストとして記憶されている。
【００３６】
また、本システムの別の構成として、全体構成は図７に示した従来の無線通信システムと同じ構成として、基地局３がデータベース１や周波数チャネル管理マネージャ２にアクセスしない状態で運用されるものであってもよい。
この場合、実質的には、基地局３と、端末局４のみを備えた構成となり、自律的に通信エリアを構築する無線通信システムとなる。
【００３７】
別の構成の場合、基地局３及び端末局４は、従来の処理に加えて、本システムの基地局３０及び端末局４０と同じ処理を行うものであり、データベース１にアクセスする場合の処理と、しない場合の処理を備えているため、どちらの処理を行うのかを示す処理モードを設定可能として、外部から設定された処理モードで運用されるようになっている。
【００３８】
［フレーム構成：図２］   本実施の形態では、IEEE 802.22 への適用を想定した無線通信システムについて説明する。
基地局３０及び端末局４０の処理について説明する前に、IEEE 802.22 の無線フレームの構成について図２を用いて説明する。図２は、本システムの無線フレームの構成を示す説明図である。
図２に示すように、IEEE 802.22 の無線フレームは、スーパーフレーム（１６０ms）を単位としており、１つのスーパーフレームは、１０msの周期を有する１６個のフレーム（フレーム０〜フレーム１５）で構成される。
【００３９】
そして、各フレームは、下りサブフレーム、上りサブフレーム、Self-Coexistence（共存）ウィンドウ（必須ではない）の順で構成され、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）シンボル２４〜４１個分の長さを有する。１フレーム中のＯＦＤＭシンボルの数は、帯域幅やサイクリックプレフィクス（ＣＰ；Cyclic Prefix）に依存する。
【００４０】
下りサブフレームの先頭にはプリアンブルが配置され、それに続いて、下り・上りの各バーストの配置を示すＭＡＰ情報、フレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ）等が配置され、その後に複数の下りバーストが周波数（正確にはＭＡＣ上のサブチャネル）順に詰めて配置される。
ＦＣＨには、フレームの長さやＭＡＰ情報の長さ等の情報が含まれる。
プリアンブルは、無線局間（基地局３０と端末局４０との間）において既知の情報であり、無線局間での同期や識別に用いられる。
【００４１】
尚、スーパーフレームの先頭となるフレームの場合、プリアンブルの前にスーパーフレームプリアンブルが設けられ、プリアンブルの後にスーパーフレーム制御ヘッダ（ＳＣＨ）が設けられる。
【００４２】
そして、本システムでは、基地局が、起動時の処理において、通常はフレーム周期で送信するプリアンブルを、通常のｎ（ｎ≧２，ｎは整数）倍の周期で送信するようにしている。これについては後述する。
【００４３】
［基地局における起動時の処理：図３］   次に、本システムの基地局における起動時の処理について図３を用いて説明する。図３は、本システムの基地局における起動時の処理を示すフローチャートである。
尚、本システムの基地局３０は、基本的には、非特許文献１の"7.14.1 BS initialization"に規定されるような起動（初期化）を行うが、ここでは簡単のために特徴部分を抜粋して説明する。
図３の処理は、基地局３０の制御部において行われる。
【００４４】
図３に示すように、電源が投入されると、基地局３０は、初期のチャネル設定を行う（Ｓ１１）。チャネルは、予め記憶された使用可能周波数チャネルリストに登録された周波数の中から１つを選んで設定する。
【００４５】
次に、基地局３０は、先行利用システム検出処理として、先行利用システムの基地局若しくは端末が近隣に存在するかどうかをチェックする（Ｓ１２）。
具体的には、基地局３０は、設定されたチャネルで無線信号を受信し、その受信信号強度（ＲＳＳＩ；Received Signal Strength Indicator）を測定し、一定値以上の強度であれば先行利用システムの無線局が存在すると判断する。
【００４６】
また、先行利用システムが同種システムの場合には、受信信号と既知（固定）プリアンブルとの相互相関、又は受信信号の自己相関を算出することでプリアンブルを検出することができ、特定の送信元の信号だけの電力（ＲＳＳＬ；;Received WRAN Signal Strength）を求めることができる。
IEEE 802.22の場合、スーパーフレームプリアンブルでは、１ＯＦＤＭシンボル時間に同じ時間波形が４回（ＣＰも含めれば５回）繰り返され、フレームプリアンブルでは２回繰り返される特異的なシンボルとなるため、所定のタイムラグで相関演算すると、自己相関のピークが検出できる。
【００４７】
また、非特許文献１の "10.3.2 Procedure SSA_Initialization"の規定に従い、ＣＢＰ（Co-Existence Beacon Protocol）バーストのプリアンブルの受信も試行する。
本システムの基地局３０では、これらの方法を組み合わせることで、同種システムの基地局及び端末局の存在を高い精度で判定することができる。プリアンブルの検出は、後述するプリアンブル検出回路で行われる。
【００４８】
そして、基地局３０は、プリアンブルの検出に基づいて先行利用システムの基地局又は端末局の存在の有無を判断する（Ｓ１３）。「有」と判断されるのは、プリアンブルが正規の１０ms間隔で所定の強度以上で検出された場合であり（Yesの場合）、その場合、基地局３０は、処理Ｓ１７のチャネル変更処理に移行して、別のチャネルを設定する。
チャネル変更処理（Ｓ１７）では、基地局３０は、使用可能周波数リストから未使用のチャネルを優先して１つ選び、そのチャネルを設定する。
そして、基地局３０は、処理Ｓ１２に戻って、同様に先行利用システムの検出処理を行う。
【００４９】
処理Ｓ１３で先行利用システムの基地局及び端末局が検出されなかった場合（Noの場合）、基地局３０は、初期運用を開始する（Ｓ１４）。
ここでは、本システムの基地局３０が端末局４０からのレンジング信号を受信して通常運用が可能となるまでの期間を初期運用としており、本システムの特徴として、基地局３０は、初期運用においてはプリアンブルを間欠的に送信する。
尚、スーパーフレームプリアンブルは、従来と同様にスーパーフレームの先頭で送信する。
【００５０】
本システムでは、プリアンブルの送信周期をフレーム長（ここでは１０ms）のｎ倍（ｎは２以上の整数）、例えば３倍とする。つまり、基地局３０は、３０ms周期で（３フレーム毎に１回）プリアンブルを送信する。
基地局３０がプリアンブルの送信周期を変更することにより、端末局４０側において、先行利用システムの基地局と、本システムの基地局３０とを区別して検出することができるものである。
【００５１】
尚、プリアンブルを送信しないフレームの先頭は、ヌル、又は正規のプリアンブルを検出する方法では検知されないよう、新たに定義する別のプリアンブルを送信する。
あるいは、フレームそのものを送信しないようにしてもよい。
【００５２】
そして、基地局３０は、端末局４０からのレンジング信号（ＲＮＧ−ＲＥＱ）を待ち受け（Ｓ１５）、一定時間内に端末局４０からのレンジング信号を検出したかどうか判断する（Ｓ１６）。
基地局３０は、一定時間内に端末局４０からのレンジング信号を検出できなかった場合（Noの場合）には、端末局４０が現在設定されているチャネルでは通信できないものと判断し、処理Ｓ１７に移行してチャネルを変更する。
【００５３】
また、処理Ｓ１６において端末局４０からのレンジング信号を検出した場合（Yesの場合）、基地局３０は、当該チャネルで端末局４０との通信が確立したと判断して、通常運用を開始する。通常運用では、プリアンブルは図２に示したように、フレーム毎に送信する。
このようにして本システムの基地局における起動時の処理が行われる。
【００５４】
［端末局４０におけるプリアンブル検出：図４］   次に、端末局４０におけるプリアンブル検出の概要について図４を用いて説明する。図４は、本システムの端末局４０におけるプリアンブル検出の概要を示す説明図である。
上述したように、本システムでは、基地局３０は、新規参入時の初期運用においてのみ、フレーム長のｎ倍（ここでは３倍）の周期でプリアンブル信号を送信し、通常運用に移行するとフレーム長周期で送信する。
【００５５】
従って、図４（ａ）に示すように、端末局４０の近くに先行利用システムの基地局のみが存在する場合には、フレーム長（ここでは１０ｍｓ）毎にピークが現れる。
また、図４（ｂ）に示すように、端末局４０の近くに新規参入した本システムの基地局３０のみが存在する場合、フレーム長の３倍の周期でピークが発生する。
【００５６】
更に、図４（ｃ）に示すように、先行基地局と新規参入の基地局３０が両方とも端末４の近くに存在する場合、フレーム長周期でピークが発生するが、両基地局が同期している場合には、両基地局からのプリアンブルを受信するフレーム長のｎ倍（ここでは３倍）のタイミングで、大きいピークが検出される。
【００５７】
これにより、端末局４０では、受信したプリアンブル信号から自己相関を求め、検出されたピークの位置と大きさに基づいて、先行基地局の有無及び新規参入基地局の有無を判断することができるものである。
【００５８】
具体的には、図４（ａ）又は（ｃ）に示すようなピークが検出された場合には、先行基地局があるため、端末局４０は設定チャネルを変更する。
そして、図４（ｂ）に示すようなピークが検出された場合のみ、新規参入の基地局３０との通信構築を図ることが可能となるものである。
【００５９】
［端末局４０の処理：図５］   次に、本システムの端末局４０における起動時の処理について図５を用いて説明する。図５は、本システムの端末局４０における起動時の処理を示すフローチャートである。
尚、本システムの端末局４０は、基本的には、非特許文献の"7.14.2 CPE initialization"に規定されるように起動（初期化）を行うが、ここでは簡単のために特徴部分を抜粋して説明する。
図５の処理は、端末局４０の制御部において行われる。
【００６０】
図５に示すように、電源が投入されると、端末局４０は、使用可能周波数チャネルリストから選択したチャネルを設定する（Ｓ２１）。
そして、端末局４０は、プリアンブル検出処理を行って、同種システムの基地局、あるいは本システムの基地局３０からのプリアンブル信号を検出する（Ｓ２２）。
【００６１】
既に通常運用を行っている先行利用システムの基地局は、フレーム毎にプリアンブルを送信しているが、起動したばかりの新規参入システムの基地局は３フレームに１回しかプリアンブルを送信しない。
そこで、処理Ｓ２２では、受信信号の相関演算により自己相関信号等を得て、プリアンブルやスーパーフレームプリアンブルを検出し、検出されたピークの周期に基づいて同種の先行利用システムの基地局の存在と、本システムの基地局３０の存在を区別して検出することができるものである。
プリアンブル検出処理は、後述するプリアンブル検出回路で行われる。
【００６２】
そして、端末局４０は、先行利用システムの基地局（先行基地局）のプリアンブルを検出したかどうかを判断し、先行基地局を検出した場合（Yesの場合）、処理Ｓ２７に移行してチャネル変更処理を行う。
【００６３】
また、処理Ｓ２３で先行基地局のプリアンブルを検出しなかった場合（Noの場合）、端末局４０は、先行利用システムの端末局が送信する上り信号（レンジング信号）の検出を試みる（Ｓ２４）。
検出する上り信号としては、例えば、ＣＰやパイロットサブキャリアの相関検算で検出されるＲＳＳＬ、上りサブフレームの特定のサブチャネルで送信されることが分かっているＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access；符号分割多元接続）信号（上りレンジング信号）、ＣＢＰバーストのプリアンブル等を用いることが可能である。
【００６４】
尚、IEEE 802.22 では、端末局は、初期化時だけでなく通常運用時にも定期的にレンジング信号を送信する規定になっており、ＣＤＭＡ信号には、レンジング信号の他、帯域要求や既存システム検出報告等を含み、新規参入システムの端末局４０では、これらを検出するようにしてもよい。
【００６５】
そして、端末局４０は、処理Ｓ２４で何らかの上り信号を検出したかどうかを判断し（Ｓ２５）、何らかの上り信号を検出した場合（Yesの場合）、近くに先行利用システムの端末局が存在すると判断して、処理Ｓ２７に移行して、設定チャネル周波数を変更する。
【００６６】
また、処理Ｓ２５で上り信号を検出しなかった場合には（Noの場合）、端末局４０は、処理Ｓ２２から続けていた受信信号の相関演算により、新規参入システムの基地局３０のプリアンブル信号を検出したかどうかを判断し（Ｓ２６）、検出できない場合（Noの場合）、接続すべき基地局がないとして、処理Ｓ２７のチャネル変更処理に移行する。
【００６７】
処理Ｓ２６で新規参入基地局３０のプリアンブル信号を検出した場合（Yesの場合）、端末局４０は、通常の初期動作に移行して初期レンジング信号（上りレンジング信号）の送信を開始する（Ｓ２８）。
この動作は非特許文献１の "7.14.2.8.1 CDMA initial ranging and automatic adjustments"に記載されたとおりであり、基地局３０からの下り信号と同期確立し、復号されたＵＳ−ＭＡＰから初期レンジング間隔、ＵＣＤからいくつかの初期レンジングコードの情報をそれぞれ見つけ、コードをランダムに１つ選び、送信機会が訪れたときに、レンジング信号（ＲＮＧ−ＲＥＱ）を送信し、通常の通信動作に移行する。
【００６８】
レンジング信号を送信する際の送信電力は、端末局４０で測定した基地局３０からの下り信号の強度（ＲＳＳＬ）と、下り信号を復号して得たＤＩＤに示される送信電力（ＥＩＲＰ：Effective Isotropically Radiated Power；実効等方輻射電力）等に基づいて、基地局３０で受信できる程度の電力に設定される。
つまり、この電力に従ったとしても他の先行利用システムへ干渉を与えないことが保証されているわけではない。
【００６９】
レンジング信号には、ＧＰＳ（Global Positioning System）の測定結果であるＮＭＥＡ０８１３フォーマットの文字列を含まされることが規定されているが、データベース１にアクセスできない状態では、意義を失っているので、仕様が想定される地理的範囲の中心付近を表す文字列で代用してもよい。
このようにして端末局４０における起動時の処理が行われる。
【００７０】
［プリアンブル検出回路：図６］   次に、基地局３０及び端末局４０におけるプリアンブル検出回路について図６を用いて説明する。図６は、プリアンブル検出回路の構成ブロック図である。
プリアンブル検出回路は、入力された受信ベースバンド信号において、１フレーム周期のプリアンブルの有無を判定して出力するものであり、基地局３０及び端末局４０の通信部に設けられている。
図６に示すように、本システムの基地局３０及び端末局４０のプリアンブル検出回路は、自己相関器３１と、最大値検出器３２と、遅延器３３と、比較器３４と、平均化器３５と、判定器３６とを備えている。
【００７１】
自己相関器３１は、プリアンブル信号の既知パターンを記憶しており、受信したプリアンブル信号の自己相関を算出する。
最大値検出器３２は、自己相関結果を入力し、設定された特定時間（通常は１フレーム時間、ここでは１０ｍｓ）内の最大値（電力値）及びその時間位置を検出して出力する。
具体的には、最初の１フレーム時間で最大値を検出し、最大値及び時間（タイミング）を出力すると共に、内部に保持し、その位置から始まる１フレーム時間について最大値検出を続け、保持する最大値に予め設定された係数を乗じた値より大きなものが検出されたときには、保持する最大値及び位置を更新し、検出されないときには１フレーム時間が経過した付近で再び最大値（極大値）が検出されたかを判断し、最大値が検出されていれば、当該最大値及び位置を出力すると共に内部に保持する最大値及び位置を更新する。
【００７２】
比較器３４は、遅延器３３で遅延された前回の最大値の位置と、今回の最大値の位置とを比較し、その間隔が想定される１フレーム周期と大きく異なる場合に、平均化器３５をリセットする。
平均化器３５は、最大値検出器３２からの最大値を平均化して判定器３６に出力する。
判定器３６は、平均化器３５からの出力が、予め設定された閾値を超えているかどうかを判定して、超えていればプリアンブル有りを示す検出結果を出力する。
尚、ｎフレーム周期のプリアンブルを検出する場合には、最大値検出器３２の検出期間をｎフレーム時間にすればよい。
【００７３】
そして、基地局３０では、図２に示したように、プリアンブルを検出して、同種システムの先行基地局及び端末局の存在を検出する。
また、端末局４０の制御部は、図５に示したように、プリアンブルの検出周期とその大きさとに基づいて、先行基地局及び新規参入基地局の存在を区別して認識するものである。
【００７４】
［実施の形態の効果］   本発明の実施の形態に係る無線通信システムによれば、ホワイトスペースを利用して基地局と端末局とが１対１で対向通信する無線通信システムにおいて、基地局３０が、起動時に、プリセットされた周波数チャネルの中から選択した周波数チャネルを設定し、プリアンブルをフレーム長のｎ倍（ｎ≧２，ｎは整数）周期で送信して、当該周期でのプリアンブル送信開始後、一定時間以内に対応する端末局４０からのレンジングが検出されない場合には周波数チャネルを変更し、一定時間以内に端末局４０からのレンジングを検出した場合には、当該周波数チャネルを用いて通常運用を開始し、端末局４０が、起動時に、プリセットされた周波数チャネルを設定し、受信信号中のプリアンブルを検出して、フレーム長毎にピークを検出した場合には周波数を変更し、フレーム長のｎ倍の周期でピークを検出し、他の周期ではピークを検出しなかった場合には、レンジング信号を送信するようにしているので、端末局４０側において、プリアンブルを検出することにより、先行利用システムの基地局と新規参入システムの基地局３０とを区別して存在を判断できるようにして、データベースや周波数チャネル管理マネージャを用いることなく、簡易な構成で、先行利用システムに干渉を与えずに通信を実現することができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、データベースを用いない二次利用システム同士の干渉を防ぐことができる無線通信システムに適している。
【符号の説明】
【００７６】
１...データベース、  ２...周波数チャネル管理マネージャ、  ３，３０...基地局、
４，４０...端末局、  ３１...自己相関器、  ３２...最大値検出器、  ３３...遅延器、  ３４...比較器、  ３５...平均化器、  ３６...判定器
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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