(57)【要約】【課題】コグニティブ無線通信システムにおいて、セカンダリシステムの規模を大きくすることなく効率的なコグニティブ無線を実現する無線通信システム提供する。【解決手段】コグニティブ制御局装置が、プライマリシステムの無線通信の信号を受信し、プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、受信した無線通信の信号とを、基地局装置に有線回線を介して送信する。また、基地局装置が、プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、プライマリシステムの無線通信の信号とをコグニティブ制御局装置より受信し、その受信した信号を用いて、セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去し、受信した無線通信方式に基づいて、プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う。【選択図】図１
2008206044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有する無線通信システムであって、
前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置が、
前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、を備え、
前記セカンダリシステムに属する基地局装置が、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記コグニティブ制御局装置は、
前記プライマリシステムの通信スケジュールを判定し、また当該通信スケジュールに基づいて、前記プライマリシステムに属する無線局装置同士の無線通信の空き時間を検出し、当該空き時間に前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う前記無線通信方式の情報を、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に通知する
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】
前記コグニティブ制御局装置は、
前記プライマリシステムの無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式であると判定した場合には、前記プライマリシステムが利用する周波数と同じ周波数により端末装置から無線通信の信号を受信するよう前記基地局装置へ通知し、また、前記プライマリシステムが利用する周波数とは異なる周波数により前記端末装置へ無線通信の信号を送信するよう前記基地局装置へ通知する
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４】
前記コグニティブ制御局装置は、
前記無線通信方式の情報に基づいて、前記プライマリシステムに属する無線局装置同士の無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＴＤＤ（Time Division Duplex）方式であると判定した場合には、前記プライマリシステムの無線通信の通信周期および通信タイミングと同じ周期およびタイミングにより端末装置から無線通信の信号を受信するよう前記基地局装置へ通知し、また、前記プライマリシステムの無線通信の通信周期および通信タイミングとは異なる周期およびタイミングにより前記端末装置へ無線通信の信号を送信するよう前記基地局装置へ通知する
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５】
前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムに属する無線局装置のうち受信局装置と同一の無線通信の性能を有する
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６】
前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムに属する無線局装置から送信された信号を、基準値以上の受信感度により受信できる位置に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項７】
優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置のプライマリシステム信号受信手段が、前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信し、
前記コグニティブ制御局装置のプライマリシステム情報送信手段が、前記セカンダリシステムに属する無線局装置が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信し、
前記セカンダリシステムに属する基地局装置のプライマリシステム情報受信手段が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信し、
前記基地局装置の干渉信号除去手段が、前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去し、
前記基地局装置の無線通信手段が、前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有し、
前記セカンダリシステムに属する基地局装置が、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記セカンダリシステムに属するコグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、を備えた、無線通信システムにおける前記コグニティブ制御局装置であって、
前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、
を備えることを特徴とするコグニティブ制御局装置。
【請求項９】
優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有し、
前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置が、
前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、を備えた無線通信システムにおける前記基地局装置であって、
前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、
前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、
を備えることを特徴とする基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う優先システムと、当該優先システムが行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う非優先システムとを有する無線通信システム、無線通信方法並びにコグニティブ制御局装置と基地局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮなどの普及により、限られた周波数帯域でできるだけ高速な無線伝送を行うための技術が検討されている。そして、限られた周波数帯域で高速伝送を実現する手段としてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が注目を集めている。ＭＩＭＯとは、送信側と受信側の装置にそれぞれアレーアンテナを備え、送信側装置がアンテナごとに異なるデータを送信し、受信側装置では何らかの干渉除去技術・復号技術により、この送信側装置から送信された異なる信号を復元することで、単一アンテナ同士の送受信に比べて、同一周波数で著しく伝送速度を向上させることのできる技術である。そしてすでに無線ＬＡＮシステムなどでも導入されている。
【０００３】
しかしながらＭＩＭＯ技術においては、送受信のアンテナ数が高速伝送のキーとなる。したがって、非常に高い周波数利用効率を実現するためには、かなりのアンテナ素子数を送信側装置や受信側装置に備えることが必要となり、小型の端末装置を考えた場合、アンテナ素子数の増加はハードウェア規模の向上になるため望ましくない。
【０００４】
またＭＩＭＯ技術とは別の方法で、周波数の有効利用を図る手段としてコグニティブ（Cognitive）無線技術が注目されている。コグニティブ無線技術とは、無線機が周囲の電波環境を認識し、適切な周波数帯域や時間を選択して利用することにより、空いている周波数帯域や時間を有効に活用する技術である。コグニティブ無線により、従来注目されていなかった周波数や時間を有効に活用できるため、当該無線システムが利用されている単位面積あたりの周波数利用効率を大幅に向上させることができる。なお、コグニティブ無線技術の概要については特許文献１に開示されている。
【０００５】
図７にコグニティブ無線技術の概要を示す。コグニティブ無線では、もともとある通信帯域を使用する優先システム（プライマリシステム）と、プライマリシステムが使用していない周波数帯域や時間などを監視して、この情報をもとに通信を行うコグニティブシステム(セカンダリシステム)が存在する。基本的にはプライマリシステムは、優先的に与えられた通信帯域を常に使用することが可能であり、セカンダリシステムは、自システム内に属する装置の通信によって、プライマリシステムに干渉を与えることにより、当該プライマリシステムの効率を低下させることがあってはいけないことが前提となる。また、通常、プライマリシステムはセカンダリシステムの存在を知ることはできない。
【０００６】
コグニティブ無線では、通常、以下の手段で通信を行う。
（手順１）セカンダリシステムは、プライマリシステムが無線通信を行っていない時間や、利用していない周波数帯域を検出する。
（手順２）セカンダリシステムは、自システムに属する装置が行う通信によりプライマリシステムの受信装置に干渉を与えないかどうかを確認する。
（手順３）セカンダリシステムは、手順２が問題ないと判断した場合、手順１で検出した周波数帯域もしくは時間により無線通信を行う。
【非特許文献１】S. Haykin, "Cognitive radio: Brain-Empowered wireless Communications," IEEE Journal on Selected Areas In Communications, vol.23, no.2, pp.201-220, Feb. 2005
【非特許文献２】D.Cabric, S.M.Mishra, and R.W.Brodersen, "Implementation Issues In Spectrum Sensing for Cognitive Radios"，Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference, vol.1, pp.772-776,7-10/Nov/2004.
【非特許文献３】守倉正博  外１名、「改訂版802.11高速無線ＬＡＮ教科書」、株式会社インプレス  ネットビジネスカンパニー、２００５年１月１日、p.80-87.
【非特許文献４】立川敬二、「Ｗ-ＣＤＭＡ移動通信方式」、丸善株式会社、平成１３年６月２５日、p74-81.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した手順１〜手順３が、コグニティブ無線における通信手順であるが、上記手順１を行う際に問題が生じる。例えば、ＴＤＤ（Time Division Duplex）を考えてみると、ＴＤＤにより無線通信を行う無線通信システムにおいては、そのシステムに属する装置はあるタイミングで信号を受信し、当該信号を受信している間は信号の送信はしない。一方、信号を送信している間は、他の装置からの信号を受信しない。そして、そのような無線通信システムに属する装置のハードウェアとしては、送信装置と受信装置のそれぞれに時間分割スイッチ(ＴＤＤスイッチ)が備えられる。したがって、ある時間にプライマリシステム＃１からの干渉を検出しなかったとしても、セカンダリシステムに属する装置がその時間で送信を行うと、他のプライマリシステム＃２に属する装置へ干渉を与えることになってしまう。
【０００８】
図８はセカンダリシステムに属する各基地局装置がプライマリシステムの信号を高度に検出する機能を設ける場合の無線通信システムの例を示す図である。
この図で示すように、セカンダリシステムに属する受信装置（基地局装置）が、「ある周波数」あるいは「ある時間」においてプライマリシステムに属する送信装置からの信号が到来していないと判断したとしても、その後すぐにプライマリシステムから信号が送信される可能性があり、またプライマリシステムに属する他の装置から信号が送信される可能性があり、プライマリシステムに属する装置に干渉の影響を与えないような周波数や時間を正しく検出できない場合がある。したがって、コグニティブ無線システムでは、非常に高い精度の信号検出が要求される。そしてこれを改善する手段として信号の周期定常性（cyclostationary）を利用した検出方法が非特許文献２で開示されている。そして、特許文献２で示されるような技術を図８の基地局装置に導入すれば、高機能なプライマリシステムの信号検出が可能となる。
【０００９】
なお、この方法では、プライマリシステムの搬送波周波数もしくはシンボルレートと変調方式が事前に分かっていれば、非常に低いＣＮＲにおいても信号検出が可能となる。しかしながらこの方法では、検出に非常に多くの時間と信号のサンプル数を必要とするため、プライマリシステムの伝搬環境が変化する場合などの対応が困難となるといった問題が生じる。また、セカンダリシステムに属する基地局装置ごとにプライマリシステムに属する装置からの信号検出を高機能化することは、システム全体のハードウェア規模の増大につながる。
【００１０】
次に上述の手順２でも問題が発生する。先に述べたように、原則的にプライマリシステムに属する装置はセカンダリシステムに属する装置を知ることができない。ここで、セカンダリシステムがある周波数においてプライマリシステムの送信側装置から送信された信号のレベルが低いと判断し、この周波数が使えると判断したとしても、その周波数でそのまま送信を行うと、プライマリシステムに属する装置に干渉を与える可能性がある。したがってセカンダリシステムに属する装置がプライマリシステムに属する装置に与える干渉はプライマリシステムの受信側装置が判断することが最も確実な方法である。しかしプライマリシステムは, セカンダリシステムの存在を知ることができない。よってこれを実現するためにプライマリシステムに属する装置から送信されるある信号をセカンダリシステムに属する装置が定常的に観測しプライマリシステムに属する装置の存在を把握する方法が考えられている。これはコグニティブ無線システムではなくても従来の無線システムにおけるキャリアセンスと同じ原理と考えることができる。キャリアセンスに関しては例えば非特許文献３に開示されている。セカンダリシステムに属する装置がプライマリシステムの受信側装置に近づいた場合、プライマリシステムに属する装置から発信された信号を受信することでプライマリシステムの存在を把握し、この信号電力の大きさに基づいて、セカンダリシステムは上記の手順２を行うことができる。
【００１１】
しかしながら、コグニティブ無線を考えた場合、結局、プライマリシステムが自分の存在を知らせるための意図的な信号を発生させるとすると、通常の通信以外の機構を設ける必要があり、これはハードウェアの複雑化につながる。またこの信号を出すための周波数および時間を新たに設ける必要がある。これはプライマリシステムの通信利用効率を低下させる要因となることが問題となる。
【００１２】
そこでこの発明は、コグニティブ無線通信システムにおいて、セカンダリシステムの規模を大きくすることなく効率的なコグニティブ無線を実現する無線通信システム、無線通信方法並びにコグニティブ制御局装置と基地局装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有する無線通信システムであって、前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置が、前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、を備え、前記セカンダリシステムに属する基地局装置が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、を備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１４】
また本発明は、上述の無線通信システムにおいて、前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムの通信スケジュールを判定し、また当該通信スケジュールに基づいて、前記プライマリシステムに属する無線局装置同士の無線通信の空き時間を検出し、当該空き時間に前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う前記無線通信方式の情報を、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に通知することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上述の無線通信システムにおいて、前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムの無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式であると判定した場合には、前記プライマリシステムが利用する周波数と同じ周波数により端末装置から無線通信の信号を受信するよう前記基地局装置へ通知し、また、前記プライマリシステムが利用する周波数とは異なる周波数により前記端末装置へ無線通信の信号を送信するよう前記基地局装置へ通知することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、上述の無線通信システムにおいて、前記コグニティブ制御局装置は、前記無線通信方式の情報に基づいて、前記プライマリシステムに属する無線局装置同士の無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＴＤＤ（Time Division Duplex）方式であると判定した場合には、前記プライマリシステムの無線通信の通信周期および通信タイミングと同じ周期およびタイミングにより端末装置から無線通信の信号を受信するよう前記基地局装置へ通知し、また、前記プライマリシステムの無線通信の通信周期および通信タイミングとは異なる周期およびタイミングにより前記端末装置へ無線通信の信号を送信するよう前記基地局装置へ通知することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上述の無線通信システムにおいて、前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムに属する無線局装置のうち受信局装置と同一の無線通信の性能を有することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上述の無線通信システムにおいて、前記コグニティブ制御局装置は、前記プライマリシステムに属する無線局装置から送信された信号を、基準値以上の受信感度により受信できる位置に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置のプライマリシステム信号受信手段が、前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信し、前記コグニティブ制御局装置のプライマリシステム情報送信手段が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信し、前記セカンダリシステムに属する基地局装置のプライマリシステム情報受信手段が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信し、前記基地局装置の干渉信号除去手段が、前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去し、前記基地局装置の無線通信手段が、前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行うことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有し、前記セカンダリシステムに属する基地局装置が、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記セカンダリシステムに属するコグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、を備えた、無線通信システムにおける前記コグニティブ制御局装置であって、前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、を備えることを特徴とするコグニティブ制御局装置である。
【００２１】
また本発明は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行う装置の属するプライマリシステムと、当該プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う装置の属するセカンダリシステムとを有し、前記セカンダリシステムに属するひとつまたは複数のコグニティブ制御局装置が、前記プライマリシステムの無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信手段と、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記受信した無線通信の信号とを、前記セカンダリシステムに属する基地局装置に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信手段と、を備えた無線通信システムにおける前記基地局装置であって、前記プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式と、前記プライマリシステムの無線通信の信号とを前記コグニティブ制御局装置より受信するプライマリシステム情報受信手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した信号を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置から受信した信号から干渉信号を除去する干渉信号除去手段と、前記コグニティブ制御局装置より受信した無線通信方式に基づいて、前記プライマリシステムに属する装置が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信方式を用いて、前記セカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信手段と、を備えることを特徴とする基地局装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、コグニティブ無線通信システムにおいて、セカンダリシステムの規模を大きくすることなく効率的なコグニティブ無線を実現するための無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。
図１は第一の実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、優先的に特定周波数帯域または特定時間で無線通信を行うプライマリシステムである。また２はプライマリシステム１が送信する信号を傍受するコグニティブ制御局装置である。また３はプライマリシステム１が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う基地局装置である。また４はプライマリシステム１が行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う端末装置である。また５はコグニティブ制御局装置１と基地局装置３との間の通信を有線ネットワーク網を介して仲介する集中局装置である。
【００２４】
なお、コグニティブ制御局装置２、基地局装置３、端末装置４、集中局装置５によってセカンダリシステムが構成されている。セカンダリシステムは、プライマリシステムが行う無線通信の通信効率を妨げない無線通信を行う各装置で構成される。またコグニティブ制御局装置２は、プライマリシステムに属する無線局装置から送信された信号を、基準値以上の受信感度により受信できる位置に配置されているものとする。またコグニティブ制御局装置２には、プライマリシステム１の無線通信の信号を受信するプライマリシステム信号受信部２１と、プライマリシステムが行う無線通信の無線通信方式とプライマリシステム信号受信部２１で受信した無線通信の信号とを集中局装置５を介してセカンダリシステムに属する基地局装置３に有線回線を介して送信するプライマリシステム情報送信部２２と、を備えている。そして、基地局装置３は有線ネットワーク網を介してコグニティブ制御局装置２と接続されているが、プライマリシステムから送信される信号を検出する機能は備えていないものとする。また、端末装置４には付加機能が備えられていない。したがって本発明では、従来の方法で問題とされていた基地局装置３側での負担を軽減することができる。
【００２５】
次に無線通信システムの処理フローについて説明する。
まず、コグニティブ制御局装置２のプライマリシステム信号受信部２１は、プライマリシステム１から送信された信号を受信する。そしてプライマリシステム情報送信部２２は、プライマリシステム１の信号の情報（信号の波形、変調方式、周波数、到来間隔など）を検出し、その信号の情報を、集中局装置５を介してセカンダリシステムに属する各基地局装置３へ送信する。ここでコグニティブ制御局装置２はプライマリシステム１から送信された信号を受信して集中局装置５へ送信する処理のみを行う装置であるため、基本的には受信機能と送信機能のみを有し、受信機能の性能（受信可能な周波数範囲や受信感度）はプライマリシステム１が備えるものと同様のものが備えられていればよい。すなわち、従来のソフトウエア無線の端末のように、かなりの広範囲の受信周波数帯域や、遠隔のシステムからの信号の受信をカバーする機能を備える必要はない。これはコグニティブ無線システムを考える上で、ハードウェア規模の削減の観点から重要な点である。
【００２６】
なお、上述したように、予めプライマリシステム１の基地局装置の設置場所が特定できれば、適当な受信感度が把握できる位置にコグニティブ制御局装置２を配置し、効率的なコグニティブ無線が実現できる。つまりこのような条件下では、コグニティブ制御局装置１において、プライマリシステム１からの信号を信頼の高い精度で受信し、当該信号から正確な情報を取得することが可能となる。
【００２７】
次にコグニティブ制御局装置２のプライマリシステム情報送信部２２は、得られた信号情報を、集中局装置５へ送信する。そして集中局装置５がコグニティブ制御局装置２から送信された情報を受信して各基地局装置３へ転送する。従来の無線通信システムでは、基地局装置３は無線通信により受信した信号を他の通信相手に対して結局、有線ネットワークを介して送信することとなるので、有線ネットワークに接続するための機能を保持している。したがって、この機能を用いて新たにコグニティブ制御局装置２へ有線ネットワーク経由で接続すれば、コグニティブ制御局装置２からの情報を受信することができる。
【００２８】
図２は第一の実施形態による基地局装置の機能ブロック図である。
この図で示すように、基地局装置３は、アンテナ３１と、無線信号をアンテナから送信する処理を行う送信処理部３２と、デジタルアナログ変換機（Ｄ／Ａ）３３と、アンテナ３１を介して信号を受信する受信処理部３４と、アナログデジタル変換機（Ａ／Ｄ）３５と、有線ネットワークを介してコグニティブ制御局装置２より受信した情報に基づいてアンテナ３１で受信した信号からプライマリシステム１からの干渉信号を除去する干渉信号キャンセル処理部３６と、干渉信号のない信号を再生する通信信号再生部３７と、端末装置４との通信の制御と受信信号の復号や信号送信処理を行う制御部３８とを備えている。
そして基地局装置３ではある端末装置４からの信号Ｓを、ある時ｎＴ（ｎ＝０，１，…，Ｎ；Ｎはトータルのシンボル数）に受信する。この際にプライマリシステム１からの干渉信号Ｕも同時に受信することを考えると、受信信号Ｘｂは式（１）で与えられる。
【００２９】
【数１】
2008206044.tif 000003
【００３０】
ここで式（１）においてｈｄは端末装置―基地局装置間、またｈｉはプライマリシステム―基地局装置間のチャネル応答を示している。一方、コグニティブ制御局装置２でも同様に、端末装置４からの信号Ｓと干渉信号Ｕ（プライマリシステムから送信される信号）を受信することができる。この場合受信信号Ｘｃは式（２）で与えられる。
【００３１】
【数２】
2008206044.tif 000004
【００３２】
ここで式（２）においてｈｄｃは端末装置―コグニティブ制御局装置間、ｈｉｃはプライマリシステム―コグニティブ制御局装置間のチャネル応答を示している。
【００３３】
基地局装置３の干渉信号キャンセル処理部３６は、上記、式（１）と式（２）を用いてプライマリシステム１からの干渉信号を除去し、所望信号Ｓを復号できれば、セカンダリシステム内の基地局装置３や端末装置４はプライマリシステム１が利用している信号の周波数と同一の周波数、プライマリシステム１が通信している時間と同一時間で無線通信を行うことができる。具体的には式（１）（２）より、所望信号Ｓが端末装置４と基地局装置３の間で既知となる区間（ｋ＜＜Ｎ）に相当する受信信号Ｘｂ（ｎＴ），Ｘｃ（ｎＴ）＜ｎ＝０，１，…，ｋ＞を用いて相関行列を形成し、その逆行列と、これらの受信信号をベクトルとした信号と所望信号Ｓとの相関ベクトルを形成し、前記逆行列と前記相関ベクトルとの乗算により得られるウエイトをこれらの受信信号に乗算すれば、干渉信号を除去することができる。また、所望信号Ｓが端末装置４と基地局装置３との間で既知でない実際の通信区間では、先に求めたウエイトを受信信号に乗算すれば干渉波が除去された信号を復号することができる。
【００３４】
なお、このような干渉キャンセルの手法はいくつかの方法がこれまで提案されており、それらの手法を本実施形態に代えて適用することもできる。これは、例えば非特許文献４の文献に開示されている。
【００３５】
上述の処理によれば、本実施形態による基地局装置３は、従来の構成で示した基地局装置３の構成とは異なり、随時干渉波を検出する機能を持っておらず、従来の無線装置４に具備される干渉キャンセル機能を持っていれば、簡易な方法でプライマリシステム１からの干渉波を除去することができる。
【００３６】
また上述の処理によれば、セカンダリシステムに属するコグニティブ制御局装置２や基地局装置３はプライマリシステム１で通信が行われていない時間を観測することが可能であるので  この時間をプライマリシステムの送信時間に用いればセカンダリシステムからプライマリシステムへの干渉を回避することができる。
【００３７】
図３は第二の実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
第二の実施形態による無線通信システムにおいては、コグニティブ制御局装置２が、空き時間監視部２３を別途備えている。そして空き時間監視部２３は、プライマリシステムが通信を行わない場合に、その空き時間を監視して、当該空き時間および周期の情報を基地局装置３に通知する処理を行う。このような処理により基地局装置３は通知を受けた空き時間を利用して、プライマリシステム１が利用している通信の周波数を利用して無線端末装置４との間で無線通信を行うことにより、プライマリシステム１の通信効率を妨げないように、無線通信を行うことができる。またプライマリシステム１が無線通信を行っている時間帯には、もともとセカンダリシステムにおいて利用していた通信の周波数を使うようにすればよい。つまりこの例においては、コグニティブ制御局装置２は、プライマリシステム１の通信スケジュールを判定し、また当該通信スケジュールに基づいて、プライマリシステム１に属する無線局装置同士の無線通信の空き時間を検出し、当該空き時間にセカンダリシステムに属する他の無線局装置との間で無線通信を行う無線通信方式の情報を、セカンダリシステムに属する基地局装置３に通知するものである。
【００３８】
図４は第二の実施形態による基地局装置の機能ブロック図である。
この図で示すように、第二の実施形態における基地局装置３は通信開始／停止命令部３９を備えている。この通信開始／停止命令部３９は、コグニティブ制御局装置２からセカンダリシステムにおける通信開始または停止の情報を受け付ける。そして通信開始の情報を受け付けた場合には、通信開始／停止命令部３９は制御部３８に通信開始の命令を行う。また通信停止の情報を受け付けた場合には、通信開始／停止命令部３９は制御部３８に通信停止の命令を行う。または、通信開始／停止命令部３９は通信停止の情報を受け付けた場合には、制御部３８に通信停止の命令を行う代わりに、プライマリシステムが利用している周波数とは異なる周波数による無線通信を行うように命令するようにしてもよい。
【００３９】
図５は第二の実施形態による無線通信システムの実例を示す図である。
この具体例では、プライマリシステム１として指向性の強い信号（電波信号など）を送信するレーダを考え、またレーダが使用している周波数帯が予め定められているものとする。また複数の基地局装置３がプライマリシステム１から送信される信号の到達範囲に位置しており、その基地局装置３が位置する範囲を囲むようにコグニティブ制御局装置２が配置されている。このような無線通信システムにおいて、例えばプライマリシステム１は信号を、送信方向を３６０度方向に一周させて送信する。この周期は数十秒程度であるものとする。従って信号の送信方向の周回する周期がゆっくりであるので、コグニティブ制御局装置２が信号を検出して、その信号に基づいて有線ネットワークを介して基地局装置３へ信号の停止を指示し、プライマリシステム１からの信号が検出されない時のみ有線ネットワークを介して基地局装置３へ通信開始の指示を行うようにすれば、各基地局装置３にコグニティブ機能がなくても、プライマリシステム１に対して無線通信の通信効率を妨げない制御を行うことができる。つまり基地局装置３が有線ネットワークに接続しているコグニティブ制御局装置２からの許可がないと無線通信ができないような仕組みとすることで、プライマリシステム１における通信効率を妨げないセカンダリシステムを構成することができる。
【００４０】
上述の第二の実施形態における処理によれば、プライマリシステムが動作する時間を監視して、その結果プライマリシステムにおける無線通信の空き時間を基地局装置３に通知するコグニティブ制御局装置２を無線通信システム内に備えることで、大きな付加機能なしにプライマリシステムにおける通信効率を妨げないセカンダリシステムを構成することができる。
【００４１】
図６は、端末装置への干渉波を端末装置の制御なしに回避するための概要を示した図である。
図６（ａ）では、プライマリシステム１において、送信信号と受信信号が異なる周波数で運用される場合（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）を想定している。この場合、コグニティブ制御局装置２から集中局装置５を介して基地局装置３へ送信される無線通信（プライマリ信号で利用される無線通信）の周波数がｆ１である場合、基地局装置はｆ１のプライマリシステムからの干渉波をキャンセルできる。また、プライマリシステムはｆ１で信号を送信しているので、端末装置４がｆ１で無線信号を送信しても干渉を与えない。一方、端末装置４への干渉を受信時に回避するためには、基地局装置３からはｆ１と異なる周波数信号であるｆ２を用いればよい。すなわち、端末装置４は周波数ｆ２で信号を受信する。つまりこの例では、コグニティブ制御局装置２は、プライマリシステム１の無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＦＤＤ方式であると判定した場合には、プライマリシステム１が利用する周波数と同じ周波数により端末装置４から無線通信の信号を受信するよう基地局装置３へ通知し、また、プライマリシステム１が利用する周波数とは異なる周波数により端末装置４へ無線通信の信号を送信するよう基地局装置３へ通知する例である。
【００４２】
なお、レーダのようなシステムは単一周波数を送信し、その周波数そのものを受信するシステムである。また周波数ｆ２はプライマリシステムが元々使用していない周波数である。したがって、セカンダリシステムの基地局装置はプライマリシステムが周波数ｆ１の無線通信を行っていない時間帯で、当該周波数ｆ１による無線通信を行うことで、干渉回避を実現でき、またプライマリシステムが無線通信に利用していない周波数ｆ２をセカンダリシステムが無線通信に利用すれば、端末装置に特別な機能を備えなくてもプライマリシステムへの干渉を回避することができる。
【００４３】
また図６（ｂ）ではプライマリシステムが、送信信号と受信信号を同じ周波数を用いて無線通信を行うＴＤＤ（Time Division Duplex）により動作する場合を想定している。この場合、コグニティブ制御局装置２から集中局装置５を介して基地局装置３へ送信される無線通信（プライマリ信号で利用される無線通信）の周期とタイミングがｔ１である場合、基地局装置３はプライマリシステムの無線通信の情報をコグニティブ制御局装置２から受信して既知であるので、周期とタイミングがｔ１のプライマリシステムからの干渉波をキャンセルできる。またプライマリシステム１はｔ１の周期とタイミングで信号を送信しているので、端末装置４がｔ１の周期とタイミングで送信しても干渉を与えない。一方、端末装置４への干渉を受信時に回避するためには、基地局装置３からはｔ１と同じ周期でかつ異なるタイミングの信号であるｔ２を用いればよい。すなわち、端末装置４はｔ２の周期とタイミングで信号を受信する。この例においては、コグニティブ制御局装置２は、プライマリシステム１に属する無線局装置同士の無線通信が、送信と受信とで異なる周波数を用いて通信を行うＴＤＤ方式であると判定した場合には、プライマリシステム１の無線通信の通信周期および通信タイミングと同じ周期およびタイミングにより端末装置４から無線通信の信号を受信するよう基地局装置３へ通知し、また、プライマリシステム１の無線通信の通信周期および通信タイミングとは異なる周期およびタイミングにより端末装置４へ無線通信の信号を送信するよう基地局装置３へ通知する。以上のように、ＦＤＤやＴＤＤに応じて、利用する周波数や周期を適切に選べば、端末装置４における制御は一切不要としたコグニティブ無線システムを実現することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の無線通信システムによれば、コグニティブ無線通信システムにおいて、セカンダリシステムの規模を大きくすることなく効率的なコグニティブ無線を実現するための無線通信システムを提供することができる。
【００４５】
なお、上述の各装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４６】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第一の実施形態による基地局装置の機能ブロック図である。
【図３】第二の実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図４】第二の実施形態による基地局装置の機能ブロック図である。
【図５】第二の実施形態による無線通信システムの実例を示す図である。
【図６】端末装置への干渉波を端末装置の制御なしに回避するための概要を示した図である。
【図７】コグニティブ無線技術の概要を示す図である。
【図８】基地局装置がプライマリシステムの信号を高度に検出する機能を設ける場合の無線通信システムの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・プライマリシステム
２・・・コグニティブ制御局装置
３・・・基地局装置
４・・・端末装置
５・・・集中局装置
【図１】
2008206044.tif 000005
【図２】
2008206044.tif 000006
【図３】
2008206044.tif 000007
【図４】
2008206044.tif 000008
【図５】
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【図６】
2008206044.tif 000010
【図７】
2008206044.tif 000011
【図８】
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