(57)【要約】【課題】ＰｒｉｍａｒｙシステムとＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムとの間で相互に干渉することなく、コグニティブ無線を行う。【解決手段】  ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイントＡＰは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳから送信される周波数帯ｆ１の下り回線信号に基づいて、ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイントＡＰが基地局ＢＳに与える与干渉量を推定する。そして、与干渉量がしきい値より大である場合には、周波数帯ｆ１を使用周波数帯とし、与干渉量がしきい値より小である場合には、周波数帯ｆ２を使用周波数帯とする。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳから加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３へ送信されるスケジューリング情報を取得し、該スケジューリング情報と干渉量とに基づいて、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００ヘの与干渉、及びＰｒｉｍａｒｙシステム１００からの干渉を回避する。【選択図】図１
2008306665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、
前記第２の無線システムは、
前記第１の無線システムの基地局から送信される第１の周波数帯の下り回線信号に基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉量推定手段と、
前記与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、前記与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする周波数帯決定手段と、
前記第１の無線システムの基地局から前記加入者局へ送信されるスケジューリング情報と前記干渉量とに基づいて、前記第１の無線システムヘの与干渉及び前記第１の無線システムからの干渉を回避する回避手段と
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、
前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定する下り回線受信電力測定手段と、
前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定する上り回線受信電力測定手段と、
前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するアンプゲイン保持手段と、
前記下り回線受信電力測定手段によって測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムが前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉推定手段と、
前記与干渉推定手段により推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする送受信周波数帯決定手段と、
前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得手段と、
前記スケジューリング情報と前記上り回線受信電力測定手段によって測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出する空きチャネル検出手段と、
前記与干渉推定手段により推定された与干渉量と前記空きチャネル検出手段より検出された空きチャネルとに基づいて、前記第２の無線システムの通信チャネルを決定する通信チャネル決定手段と
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記通信チャネル決定手段により通信チャネルが決定されない場合に、前記第１の無線システムからの干渉信号を除去する干渉信号除去手段を更に具備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４】
前記与干渉推定手段により推定された与干渉量がしきい値を超えないように、前記第２のシステムの送信電力を制御する送信電力制御手段を具備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】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、
前記第２の無線システムの基地局の近傍に配置される制御局を具備し、
前記制御局は、
前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定する下り回線受信電力測定手段と、
前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定する上り回線受信電力測定手段と、
前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するアンプゲイン保持手段と、
前記下り回線受信電力測定手段によって測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉推定手段と、
前記推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする送受信周波数帯決定手段と、
前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得手段と、
前記スケジューリング情報と前記上り回線受信電力測定手段によって測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出する空きチャネル検出手段と、
前記空きチャネル検出手段より検出された空きチャネルを、前記第２の無線システムの基地局と端末とに通知する通知手段と
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、
前記第１の無線システムの基地局から送信される第１の周波数帯の下り回線信号に基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定するステップと、
前記与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とし、前記与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とするステップと、
前記第１の無線システムの基地局から前記加入者局へ送信されるスケジューリング情報と前記与干渉量とに基づいて、前記第１の無線システムヘの与干渉及び前記第１の無線システムからの干渉を回避するステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、
前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定するステップと、
前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定するステップと、
前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するステップと、
前記測定された下り回線受信電力と前記アンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える第１の与干渉量を推定するステップと、
前記第１の与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とするステップと、
前記第１の無線システムからの上り回線信号に含まれるスケジューリング情報を取得するステップと、
前記スケジューリング情報と前記測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの加入者局の空きチャネルを検出するステップと、
前記第１の与干渉量と前記空きチャネルとに基づいて、前記第２の無線システムの通信チャネルを決定するステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯に決定した場合に、前記スケジューリング情報に基づいて、干渉を受けない空きチャネルを用いて受信するステップと、
前記空きチャネル数が前記第２の無線システムの端末数の総和より大きいか否かを判定するステップと、
前記空きチャネル数が前記第２の無線システムの端末数の総和より大きい場合に、前記第２の無線システムにより、前記第１の無線システムの加入者局からの干渉を低減するウエイトを用いて受信するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。
【請求項９】
前記第１の与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第１の周波数帯を記第２の無線システムの使用周波数帯に決定するステップと、
前記第１の無線システムの加入者局からの上り回線信号に含まれるスケジューリング情報を取得するステップと、
前記第１の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯に決定した場合に、前記第２のシステムにより、前記測定した受信電力と、前記第２の無線システムの基地局及び端末のアンプの電力比とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局から前記第１の無線システムの加入者局に与える第２の与干渉量を推定するステップと、
前記第２の与干渉量が前記しきい値以下となるタイミングに基づいて、前記第２の無線システムにより、前記第２の無線システムの送信タイミングを制御するステップと、
前記第２の無線システムにより、前記第１の無線システムの基地局からの干渉を低減するウエイトを計算し、そのウエイトを用いて受信するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記推定された与干渉量がしきい値を超えないように、前記第２の無線システムの送信電力を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。
【請求項１１】
優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、
前記第２の無線システムの基地局の近傍に配置した制御局は、
前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定するステップと、
前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定するステップと、
前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するステップと、
前記測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定するステップと、
前記推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とするステップと、
前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得ステップと、
前記スケジューリング情報と前記測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出するステップと、
前記検出された空きチャネルを、前記第２の無線システムの基地局と端末とに通知するステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数システムを同一周波数で運用する無線通信システムにおいて，新規システム（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム）が、従来システム（優先システム：Ｐｒｉｍａｒｙシステム）からの情報を基にＰｒｉｍａｒｙシステムからの干渉を受けず、かつＰｒｉｍａｒｙシステムヘ干渉を与えない無線通信システムとその通信方法に関する。
【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において、できるだけ高速な伝送を行うための技術が検討されている。限られた帯域において高速伝送を実現する手段としては、近年、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）技術が注目を集めている。ＭＩＭＯとは、送信側と受信側とに、それぞれアレーアンテナを用い、送信側においては、アンテナ毎に異なるデータを送信し、受信側においては、何らかの干渉除去技術・復号技術により、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、同一周波数で著しく伝送速度を向上する技術である。既に、無線ＬＡＮシステムなどにおいて導入されている。
【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必要とする。小型の端末を考えた場合、アンテナ素子数の増加は、ハードウエア規模の増大になるため、望ましくない。
【０００４】
この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（例えば、非特許文献１参照）。該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、適切な周波数帯域を選択して利用することにより、空いている周波数帯域を有効に活用する技術である。コグニティブ無線により、通常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、単位面積あたりの周波数を大幅に向上させることができる。
【０００５】
図７は、コグニティブ無線技術の概要を説明するための概念図である。図７において、１−１、１−２は、２つの優先システム（Ｐｒｉｍａｒｙシステム）であり、２−１〜２−６は、複数のコグニティブシステム（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム）である。また、３は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの通信可能領域である。４−１、４−２は、各々、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２のアンテナの指向性である。
【０００６】
コグニティブ無線では、元々、ある通信帯域を使用するＰｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２と、該Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が使用していない周波数、時間などを監視して、この情報を基に通信を行うＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６とが存在する。基本的には、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、優先的に与えられた通信帯域を使用することが可能であり、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、自分自身の通信によって、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２に干渉を与えることにより、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の効率を低下させることがあってはならない。また、通常、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の存在を認識することはできない。
【非特許文献１】Ｓ．  Ｈａｙｋｉｎ，  “Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  ｒａｄｉｏ：  Ｂｒａｉｎ−ｅｍｐｏｗｅｒｅｄ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，  ｖｏｌ．２３，  ｎｏ．２，  ｐｐ．２０１−２２０，  Ｆｅｂ．  ２００５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が使用していない時間または周波数を検出する。
（手順２）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、自らが行う通信により、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機に干渉を与えないかどうかを確認する。
（手順３）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、上記手順２で問題がないと判断した場合、上記手順１で検出した周波数もしくは時間により通信を行う。
【０００８】
以上が、コグニティブ無線における通信手順である。しかしながら、まず、上記手順１を行う際に問題が生じる。例えば、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）を考える。ＴＤＤシステムにおいては、局は、あるタイミングで受信し、その間は送信しない。一方、送信している間は、信号を受信しない。ハードウエアとしては、送信装置と受信装置との間に、時間分割スイッチ（ＴＤＤスイッチ）が配置される。したがって、例えば、ある時間に、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１からの干渉を検出しなかったとしても、その時間で送信を行うと、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−２へ干渉を与えることになる。
【０００９】
また、例え、「ある周波数」、あるいは「ある時間」において、信号が到来していないと、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の受信機が判断したとしても、時間的にその状態が変動する可能性や、隠れ端末の存在といった問題などにより、正しく信号を検出できない場合がある。したがって、コグニティブ無線では、非常に高い精度の信号検出が要求される。
【００１０】
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提案されている。これは、例えば、文献１（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．）に開示されている。この方法では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２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（Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）においても、信号検出が可能となる。しかしながら、この方法は、検出に非常に多くの時間と信号のサンプル数とを必要とするため、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２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。
【００１１】
次に、上記手順２でも問題が発生する。先に述べたように、原則として、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのことを認識することができない。例えば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が、ある周波数において、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１の送信機からの信号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、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−２に干渉を与える可能性がある。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が与える干渉は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機が判断することが最も確実な方法である。
【００１２】
しかしながら、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の存在を認識することができない。よって、これを実現するために、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が発生するある信号をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が定常的に観測し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の存在を把握する方法が考えられている。
【００１３】
これは、コグニティブ無線ではなくても、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、文献２（守倉、久保田、”改訂版８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書”、インプレス社、２００４年）に開示されている。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６がＰｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機に近づいた場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２から送信される信号を受信することで、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の存在を把握し、この信号電力の大きさに基づいて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、上記手順２を行うことができる。
【００１４】
しかしながら、コグニティブ無線を考えた場合、結局、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２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、ハードウエアの複雑化につながる。また、この信号を送信するための周波数及び時間を新たに設ける必要がある。これは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の通信利用効率を低下させる要因となるという問題が生じる。
【００１５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムが送信と受信で異なる周波数帯を用いるＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）システムを採用している環境であっても、ＰｒｉｍａｒｙシステムとＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムとの間で相互に干渉することなく、コグニティブ無線を行うことができる無線通信システムとその通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、前記第２の無線システムは、前記第１の無線システムの基地局から送信される第１の周波数帯の下り回線信号に基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉量推定手段と、前記与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、前記与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする周波数帯決定手段と、前記第１の無線システムの基地局から前記加入者局へ送信されるスケジューリング情報と前記干渉量とに基づいて、前記第１の無線システムヘの与干渉及び前記第１の無線システムからの干渉を回避する回避手段とを具備することを特徴とする無線通信システムである。
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定する下り回線受信電力測定手段と、前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定する上り回線受信電力測定手段と、前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するアンプゲイン保持手段と、前記下り回線受信電力測定手段によって測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムが前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉推定手段と、前記与干渉推定手段により推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする送受信周波数帯決定手段と、前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得手段と、前記スケジューリング情報と前記上り回線受信電力測定手段によって測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出する空きチャネル検出手段と、前記与干渉推定手段により推定された与干渉量と前記空きチャネル検出手段より検出された空きチャネルとに基づいて、前記第２の無線システムの通信チャネルを決定する通信チャネル決定手段とを具備することを特徴とする無線通信システムである。
【００１８】
本発明は、上記の発明において、前記通信チャネル決定手段により通信チャネルが決定されない場合に、前記第１の無線システムからの干渉信号を除去する干渉信号除去手段を更に具備することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記の発明において、前記与干渉推定手段により推定された与干渉量がしきい値を超えないように、前記第２のシステムの送信電力を制御する送信電力制御手段を具備することを特徴とする。
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信システムにおいて、前記第２の無線システムの基地局の近傍に配置される制御局を具備し、前記制御局は、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定する下り回線受信電力測定手段と、前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定する上り回線受信電力測定手段と、前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するアンプゲイン保持手段と、前記下り回線受信電力測定手段によって測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定する与干渉推定手段と、前記推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とする送受信周波数帯決定手段と、前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得手段と、前記スケジューリング情報と前記上り回線受信電力測定手段によって測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出する空きチャネル検出手段と、前記空きチャネル検出手段より検出された空きチャネルを、前記第２の無線システムの基地局と端末とに通知する通知手段とを具備することを特徴とする無線通信システムである。
【００２１】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、前記第１の無線システムの基地局から送信される第１の周波数帯の下り回線信号に基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定するステップと、前記与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とし、前記与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とするステップと、前記第１の無線システムの基地局から前記加入者局へ送信されるスケジューリング情報と前記与干渉量とに基づいて、前記第１の無線システムヘの与干渉及び前記第１の無線システムからの干渉を回避するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
【００２２】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定するステップと、前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定するステップと、前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するステップと、前記測定された下り回線受信電力と前記アンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える第１の与干渉量を推定するステップと、前記第１の与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯とするステップと、前記第１の無線システムからの上り回線信号に含まれるスケジューリング情報を取得するステップと、前記スケジューリング情報と前記測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの加入者局の空きチャネルを検出するステップと、前記第１の与干渉量と前記空きチャネルとに基づいて、前記第２の無線システムの通信チャネルを決定するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
【００２３】
本発明は、上記の発明において、前記第２の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯に決定した場合に、前記スケジューリング情報に基づいて、干渉を受けない空きチャネルを用いて受信するステップと、前記空きチャネル数が前記第２の無線システムの端末数の総和より大きいか否かを判定するステップと、前記空きチャネル数が前記第２の無線システムの端末数の総和より大きい場合に、前記第２の無線システムにより、前記第１の無線システムの加入者局からの干渉を低減するウエイトを用いて受信するステップとを更に含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明は、上記の発明において、前記第１の与干渉量がしきい値より小である場合には、前記第１の周波数帯を記第２の無線システムの使用周波数帯に決定するステップと、前記第１の無線システムの加入者局からの上り回線信号に含まれるスケジューリング情報を取得するステップと、前記第１の周波数帯を前記第２の無線システムの使用周波数帯に決定した場合に、前記第２のシステムにより、前記測定した受信電力と、前記第２の無線システムの基地局及び端末のアンプの電力比とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局から前記第１の無線システムの加入者局に与える第２の与干渉量を推定するステップと、前記第２の与干渉量が前記しきい値以下となるタイミングに基づいて、前記第２の無線システムにより、前記第２の無線システムの送信タイミングを制御するステップと、前記第２の無線システムにより、前記第１の無線システムの基地局からの干渉を低減するウエイトを計算し、そのウエイトを用いて受信するステップとを更に含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記の発明において、前記推定された与干渉量がしきい値を超えないように、前記第２の無線システムの送信電力を制御するステップを更に含むことを特徴とする．
【００２６】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、優先権を持つ複数の無線局を内在する第１の無線システムと、優先権を持たない複数の無線局を内在する第２の無線システムとから構成され、前記第１の無線システムの基地局と複数の加入者局とが、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号に第１の周波数帯を用い、前記加入者局から前記第１の無線システムの基地局への上り回線信号に第２の周波数帯を用いて、前記下り回線信号と前記上り回線信号とを時分割多重化して通信を行う通信方法において、前記第２の無線システムの基地局の近傍に配置した制御局は、前記第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力を測定するステップと、前記第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定するステップと、前記第１の無線システム及び前記第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持するステップと、前記測定された下り回線受信電力と前記アンプゲイン保持手段に保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、前記第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定するステップと、前記推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、前記第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、前記第２の周波数帯を使用周波数帯とするステップと、前記第１の無線システムのスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報取得ステップと、前記スケジューリング情報と前記測定された上り回線受信電力とに基づいて、前記第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出するステップと、前記検出された空きチャネルを、前記第２の無線システムの基地局と端末とに通知するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、第２の無線システムは、第１の無線システムの基地局から送信される第１の周波数帯の下り回線信号に基づいて、第２の無線システムの基地局が前記第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定し、該与干渉量がしきい値より大である場合には、第１の周波数帯を使用周波数帯とし、与干渉量がしきい値より小である場合には、第２の周波数帯を使用周波数帯とし、第１の無線システムの基地局から加入者局へ送信されるスケジューリング情報と干渉量とに基づいて、第１の無線システムヘの与干渉及び第１の無線システムからの干渉を回避する。したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局と加入者局のトラフィックの密度の違いを利用し、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局からの信号を監視し、その信号強度に応じて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムが、使用する周波数帯域を決めることで、Ｐｒｉｍａｙシステムに干渉をできるだけ与えない条件でコグニティブ無線を開始することができるという利点が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、第１の無線システムの基地局から加入者局への下り回線信号の下り回線受信電力、及び第１の無線システムの加入者局から基地局への上り回線信号の上り回線受信電力を測定し、第１の無線システム及び第２の無線システムのアンプのゲイン値を保持しておき、測定された下り回線受信電力と保持されているアンプのゲイン値とに基づいて、第２の無線システムが第１の無線システムの基地局に与える与干渉量を推定し、推定された与干渉量がしきい値より大である場合には、第１の周波数帯を使用周波数帯とし、しきい値より小である場合には、第２の周波数帯を使用周波数帯とし、第１の無線システムのスケジューリング情報を取得し、該スケジューリング情報と測定された上り回線受信電力とに基づいて、第１の無線システムの端末の空きチャネルを検出し、推定された与干渉量と空きチャネルとに基づいて、第２の無線システムの通信チャネルを決定する。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムが、Ｐｒｉｍａｒｙシステムから加入者局に送信されるスケジューリング情報を取得し、該スケジューリング情報に基づいて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムで使用するチャネルを割り当てることで、ＰｒｉｍａｒｙシステムからＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムへの干渉をできるだけ受けず、また、Ｐｒｉｍａｒｙシステムヘ干渉を与えることなく、コグニティブ無線を実現することができるという利点が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、通信チャネルが決定されない場合に、第１の無線システムからの干渉信号を除去する。したがって、ＰｒｉｍａｒｙシステムからＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムへの干渉をできるだけ受けず、また、Ｐｒｉｍａｒｙシステムヘ干渉を与えることなく、コグニティブ無線を実現することができるという利点が得られる。
【００３０】
また、この発明によれば、推定された与干渉量がしきい値を超えないように、前記第２のシステムの送信電力を制御する。したがって、与干渉量がしきい値を超えて使用できなかったチャネルを使用可能とすることができるという利点が得られる。
【００３１】
また、この発明によれば、第２の無線システムの基地局、端末の一部機能、すなわち、下り回線受信電力測定手段と、上り回線受信電力測定手段と、アンプゲイン保持手段と、与干渉推定手段と、送受信周波数帯決定手段と、スケジューリング情報取得手段と、空きチャネル検出手段、さらに、検出された空きチャネルを、第２の無線システムの基地局と端末とに通知する通知手段を、第２の無線システムの基地局の近傍に配置される制御局に備えるようにした。したがって、アクセスポイントや、端末が使用する周波数帯のみで、効率的に運用することができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１実施形態における通信システムを説明するための概念図である。図１には、ＰｒｉｍａｒｙシステムのＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）−ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）におけるプライマリシステムの送受信周期の一例を示している。従来の無線システムにおいて、マルチプルアクセスと呼ばれる、一基地局（Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局ＢＳ（Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ））に対して、ある１つの周波数を複数の加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３で異なる時間や、周波数、符号などで分割する場合、基地局ＢＳと加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３との間での送信と受信との順番を決めなければならない。これを、スケジューリングと呼ぶ。
【００３４】
この場合、基地局ＢＳと端未ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３との間でスケジューリング情報を共有する必要があるので、必ず、図１に示すように、ヘッダの部分が基地局ＢＳと加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３との間に設けられる。図１に示す例では、ダウンリンク（基地局：送信、端末：受信）の最初に、スケジューリング情報を設けることを示しているが、実際には、これに限定されず、異なる周波数に乗せる場合もある。
【００３５】
また、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３もスケジューリング情報を基地局ＢＳに伝えるために、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの送信信号にもスケジューリング情報が含まれる。いずれにしても、重要なポイントとしては、スケジューリング情報をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が受信できれば、端末ＴＳが送信する順番を把捉することができる。本発明では、この特徴を利用する。
【００３６】
この例では、１つのチャネルに対し、３ユーザを時間で分割することを仮定している。但し、実際には、ダウンリンクの周波数軸上のチャネルがｆ１（１）〜ｆ１（Ｎ）（Ｎ：チャネル数）、アップリンクの周波数軸上のチャネルがｆ２（１）〜ｆ２（Ｎ）存在することになる。図１には、簡単化のためにｆ１（１）とｆ２（１）、すなわち、１番目の周波数軸上のチャネルのみを示している。図１からも明らかなように、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳは、全ての加入者局ＳＳ＃１、ＳＳ＃２、ＳＳ＃３と通信しなければならないため、基地局ＢＳは、全部の時間を使うことになる。
【００３７】
一方、加入者局ＳＳ＃１、ＳＳ＃２、ＳＳ＃３は、他の端末が通信する際、その時間にはチャネルを使用しないことになる。すなわち、基地局ＢＳよりも端末ＳＳ＃１、ＳＳ＃２、ＳＳ＃３に対しての方が、時間的な確率としては、干渉を与える確率が低いことになる。また、図１に示すように、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００が比較的に大きなサービスエリアを持っており、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が小さなサービスエリアを持っていると、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の方がＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２よりも大きな送信パワーで送信していることとなる。
【００３８】
このような場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳからＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２に干渉波が到達したとしても、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２からＰｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳには、干渉波が到達しない場合がある。すなわち、図１に示す例では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１は、基地局ＢＳに干渉を与える可能性があるが、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２は、その可能性が少ない。よって、基地局ＢＳのチャネルが全部使われていても、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の位置により、基地局ＢＳへの干渉が発生しない場合が存在する。本発明は、ＦＤＤシステムにおいて、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００に対して、比較的小さいサービスエリアのＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１―１、１０１−２が存在する場合に、前述した本発明の特徴を利用する。
【００３９】
次に、図２は、本第１実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。図において、複数の受信機１１２−１〜２１２−Ｋ及び複数の送信機１１３−１〜２１３−Ｋは、それぞれセットで、送受信分離部１１１−１〜１１１−Ｋを介して、それぞれのアレーアンテナ１１０−１〜１１０−Ｋに接続されている。それぞれの送受信分離部１１１−１〜１１１−Ｋは、所定のタイミングに従って、受信機１１２−１〜１１２−Ｋ及び送信機１１３−１〜１１３−Ｋとアレーアンテナ１１０−１〜１１０−Ｋとの接続を切り換える。
【００４０】
受信信号分岐部１１４は、受信機１１２−１〜１１２−Ｋにより受信された受信信号を分岐し、受信電力判定部１１５、受信電力判定部１１６、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用のスケジューリング情報取得部１２０、及び干渉信号除去用ウエイト計算部１２３に供給する。受信電力判定部１１５は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局ＢＳから加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への下り回線信号（周波数ｆ１）の受信電力を測定し、与干渉推定部１１８に通知する。受信電力判定部１１６は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３から基地局ＢＳへの上り回線信号（周波数ｆ２）の受信電力を測定し、与干渉推定部１１８に通知する。
【００４１】
与干渉推定部１１８は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局ＢＳから加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への下り回線信号（周波数ｆ１）の受信電力、あるいは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３から基地局ＢＳへの上り回線信号（周波数ｆ２）の受信電力と、アクセスポイントＡＰと加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３が有するアンプの電力比とから、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳに与える可能性のある与え干渉量を推定する。アンプ値保持部１１９は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００及びＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２のアンプの値を保持する。スケジューリング情報取得部１２０は、加入者局ＳＳ＃１〜＃３から基地局ＢＳへの上り信号からスケジューリング情報を取得する。空きチャネル検出部１２１は、各加入者局ＳＳ＃１〜＃３の干渉電力とスケジューリング情報とから干渉とならない空チャネルを検出する。
【００４２】
ＡＰ・端末使用チャネル決定部１２２は、通信を開始する際に、使用可能な空きチャネルの中から、アクセスポイントＡＰと端末ＴＳに割り当てるべき、空きチャネルを決定する。干渉信号除去用ウエイト計算部１２３は、全てのチャネルが加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの干渉で埋まってしまっている場合に、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの信号を干渉キャンセルするウエイトを生成し、そのウエイトで重み付けして干渉キャンセルを行う。
【００４３】
送信信号生成部１２４は、ＡＰ・端末使用チャネル決定部１２２により決定された空きチャネルに従って送信信号を生成し、分岐部１２５を介して送信機１１３−１〜１１３−Ｋに供給する。また、送受信周波数帯決定部１２６は、与干渉推定部１１８により推定された与干渉量に基づいて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１で使用する周波数帯を決定し、受信機１１２−１〜１１２−Ｋの受信動作を制御する。
【００４４】
次に、図３は、本第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、新たにＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイントＡＰを設置する場所を決定する（ステップＳ１）。次に、アクセスポイントＡＰにおいて、受信電力判断部１１５は、基地局ＢＳから加入者局ＳＳ＃１〜＃３に送信される下り回線信号（周波数帯ｆ１）の受信電力（下り回線電力）を測定する（ステップＳ２）。
【００４５】
図１に示すように、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００は、一般に、複数の周波数チャネルを有している。ここでは、「周波数帯」と表記する場合、複数の周波数チャネルを表すこととする。単一の周波数チャネルを表す場合には、ｆ１（＊）、もしくはｆ２（＊）と表記する。Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００が複数の周波数チャネルを有する場合には、その周波数チャネル毎の受信電力を測定して平均化する。
【００４６】
次に、下り回線の受信電力を測定した後、アクセスポイントＡＰは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳに与える可能性のある与え干渉電力を推定する。これは、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００のアンテナゲイン、アンプの利得を認識していれば実現できる。アクセスポイントＡＰがＰｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳから受信する受信電力ＲＢＳ−ＡＰとアクセスポイントＡＰの干渉信号雑音電力比ＩＮＲＡＰは、次式（１）、（２）で与えられる。
【００４７】
【数１】
2008306665.tif 000003
【００４８】
【数２】
2008306665.tif 000004
【００４９】
ここで、Ｇは、アンプとアンテナのゲインを表す。添え字ＨＰＡは送信アンプ、ＬＮＡは受信アンプ、ＡＮＴはアンテナに対応する。また、添え字ＢＳとＡＰは、基地局ＢＳとアクセスポイントＡＰで発生するものとなる。Ｌは伝搬路のパスロスを表す。
【００５０】
同様に、アクセスポイントＡＰから基地局ＢＳへ与える干渉電力ＲＡＰ−ＢＳと、基地局ＢＳにおける干渉信号雑音電力比ＩＮＲＢＳとは、次式（３）、（４）で与えられる。
【００５１】
【数３】
2008306665.tif 000005
【００５２】
【数４】
2008306665.tif 000006
【００５３】
ここで、数式（１）−−数式（３）という演算を行うと、次式（５）が得られる。
【００５４】
【数５】
2008306665.tif 000007
【００５５】
ここで、伝搬路の可逆性は成り立つため、ＬＢＳ−ＡＰ＝ＬＡＰ−ＢＳの関係を利用している。数式（５）を数式（４）に代人すると、次式（６）が得られる。
【００５６】
【数６】
2008306665.tif 000008
【００５７】
すなわち、基地局ＢＳに対するアクセスポイントＡＰからの与干渉は、数式（６）で与えることができる。これは、基地局ＢＳからアクセスポイントＡＰに送信されて得られる干渉信号雑音電力比ＩＮＲＡＰ、基地局ＢＳとアクセスポイントＡＰの受信アンプとゲインの差、アクセスポイントＡＰと基地局ＢＳの送信アンプとゲインの差で表される。数式（６）の第１項は、アクセスポイントＡＰが受信信号を受ける際に得られ、第２項と第３項は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００のアンプのゲインを認識していることで得られる。
【００５８】
図３では、与干渉推定部１１８で、数式（６）の計算を行い、与干渉量を推定する（ステップＳ３）。この計算を行うために、図２に示すアンプ値保持部１１９からＰｒｉｍａｒｙシステム１００及びＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２のアンプの値を取得する。次に、推定した与干渉量がしきい値αを超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００５９】
このしきい値αは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の運用に当たり問題のないレベルに設定される。例えば、数式（６）が熱雑音電力以下（０ｄＢ）以下であると、ほとんど支障がないと判断する。そして、推定した与干渉量がしきい値αを超えない場合には、使用周波数帯をｆ２（上り回線ＳＳ→ＢＳ）とする（ステップＳ５）。ここで、推定した与干渉量がしきい値αを超えない場合に、周波数帯ｆ２を使用するのは、アクセスポイントＡＰも含め、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２は、基地局ＢＳに干渉を与えないため、与干渉を考慮しないで、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の通信を行うためである。
【００６０】
一方、推定した与干渉量がしきい値αを超える場合には、使用周波数帯をｆ１（下り回線ＢＳ→ＳＳ）とする（ステップＳ１０）。この場合、すなわち、与干渉を与える可能性がある場合には、基地局ＢＳは、全てのタイミングで信号を受信している可能性がある。このため、与干渉を回避するために、周波数帯ｆ１を使用する。この場合、基地局ＢＳから加入者局ＳＳ＃１〜＃３への下り回線信号を受信することになるので、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２は、加入者局ＳＳ＃１〜＃３に与える干渉を注意する必要がある。この結果は、送受信周波数帯決定部１２６に供給される。
【００６１】
図１において、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１は、基地局ＢＳの近傍に位置し、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２は、基地局ＢＳの遠方に位置する。この場合、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２からの信号は、基地局ＢＳに対して与干渉とならないので、周波数帯ｆ２を使用する。反対に、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１は、基地局ＢＳに干渉を与える確率が高いので、周波数帯ｆ１を使用する。
【００６２】
次に、周波数帯ｆ１と周波数帯ｆ２のどちらを用いる場合でも、アクセスポイントＡＰは、加入者局ＳＳ＃１〜＃３からの上り信号とＰｒｉｍａｒｙシステムのスケジューリング情報とを取得する（ステップＳ６、Ｓ１１）。このとき、受信電力判定部１１６は、加入者局ＳＳ＃１〜＃３から基地局ＢＳへの上り回線信号の電力（上り信号電力）を判定する。また、スケジューリング情報は、スケジューリング情報取得部１２０で取得される。
【００６３】
ここからは、使用周波数帯として、周波数帯ｆ１（下り回線）を使用するか、周波数帯ｆ２（上り回線）を使用するかで動作が異なる。これは、要求される与干渉回避と干渉除去とが両者で異なるためである。
【００６４】
まず、使用周波数帯として、周波数帯ｆ２（上り回線：ＳＳ→ＢＳ）をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２で用いると判定した場合について説明する。この場合、前述したように、与干渉がＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２から基地局ＢＳへの信号となるので、これについて制御は必要ない。要は、いかに加入者局ＳＳ＃１〜＃３からの干渉を回避するかが重要となる。
【００６５】
この時点で、各加入者局ＳＳ＃１〜＃３から基地局ＢＳへの上り信号電力とスケジューリング情報とを取得しているので、空きチャネル検出部１２１により、この中から干渉とならない空チャネルを検出する（ステップＳ７）。例えば、図１の例では、加入者局ＳＳ＃２とＳＳ＃３がＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２に近く、加入者局ＳＳ＃１がＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２から離れているので、加入者局ＳＳ＃１の送信タイミング（周波数帯ｆ２（１））が空きチャネルとなる。
【００６６】
次に、干渉を受けない空きチャネル数がユーザ数より多いか否かを判定し（ステップＳ８）、こういった空きチャネル数が必要とするチャネル数よりも多く検出される場合には、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２は、そのまま通信を開始する。通信を開始する際には、空きチャネルを図２に示すＡＰ・端末使用チャネル決定部１２２で、アクセスポイントＡＰと端末ＴＳに割り当てる。
【００６７】
一方、空きチャネル数が必要とするチャネル数よりも少ない場合、すなわち、全てのチャネルが加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの干渉で埋まってしまっている場合には、干渉信号除去用ウエイト計算部１２３で、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの信号を干渉キャンセルするウエイトを生成し、そのウエイトで重み付けして干渉キャンセルを行う（ステップＳ９）。
【００６８】
具体的な計算方法は、アダプティブアレーアンテナや、干渉キャンセラで知られている方法を適用すればよい。但し、前述したように、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの信号は、個別の加入者局ＳＳ＃１、ＳＳ＃２、ＳＳ＃３で見ると、全ての時間で送信しているわけではないので、上記ステップＳ９を実行する必要があるのは、図１の例では、加入者局ＳＳ＃１、ＳＳ＃２、ＳＳ＃３が全てＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２の近傍にいた場合のみである。実際には、このような状況になる確率は低い。よって、現実には、ステップＳ８までで、与干渉回避と干渉回避の両方が実現できる。また、ステップＳ９まで含めれば、干渉回避が完全に実現できる。
【００６９】
次に、使用周波数帯として、周波数帯ｆ１（下り回線、ＢＳ→ＳＳ）をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１で用いると判定した場合について説明する。この場合、基地局ｋＢＳへの与干渉を必ず回避できる代わりに、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への与干渉を回避しなければならない。また、基地局ＢＳからは、必ず干渉が到来するので、この場合、基地局ＢＳの信号をキャンセルする干渉キャンセルが必ず必要となる。
【００７０】
まず、アクセスポイントＡＰにおいて、与干渉推定部１１８が、ステップＳ１１で測定した上り信号受信電力と、アクセスポイントＡＰ及び加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３が持つアンプ（送信と受信）の電力比とから、アクセスポイントＡＰが加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３に与える与干渉量を推定する（ステップＳ１２）。該処理は、前述した数式（１）〜（６）において、ＢＳをＳＳに置き換えることで実現できる。但し、この場合、ステップＳ１１で取得したスケジューリング情報を基に、全ての加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３に対する与干渉量を推定する。
【００７１】
次に、アクセスポイントＡＰにおいて、空きチャネル検出部１２１が、与干渉電力がしきい値以下となるタイミングを基に、空きチャネルを検出し、ＡＰ・端末使用チャネル決定部１２２が、アクセスポイントＡＰと端末ＴＳの送信タイミングを制御する（ステップＳ１３）。これにより、与干渉の可能性のあるチャネルは、送信用のチャネルとして用いられないので、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１から加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への干渉を回避できる。また、この場合、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１にとって、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３の方が基地局ＢＳよりも空きチャネルが多いことを利用しているので、空きチャネルを有効に活用することも可能としている。
【００７２】
最後に、アクセスポイントＡＰ、端末ＴＳでは、干渉信号除去用ウエイト計算部１２３が、基地局ＢＳからの干渉を低減するウエイトを計算し、そのウエイトを用いて受信する（ステップＳ１４）。この場合、必ず干渉キャンセルを必要とするが、具体的な計算方法は、上述したステップＳ９と同様に、アダプティブアレーアンテナや、干渉キャンセラで知られている方法を適用すればよい。但し、常に基地局ＢＳからの干渉を対象とするので、その干渉情報が変動しないため、比較的ゆっくりとした制御で実現することができる。
【００７３】
上述した第１実施形態によれば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００ヘの干渉を回避し、かつ、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００からの干渉を受けることなく、コグニティブ無線を実現することができる。
【００７４】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本第２実施形態による通信システムを説明するためのブロック図である。上述した第１実施形態では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００からの干渉量と与干渉量を推定し、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２で使用する周波数帯を決定するために、使用しないほうの周波数帯の信号を受信する必要があった。しかしながら、使用しないほうの周波帯は、この検出のためにしか使用しないので効率が悪い。
【００７５】
本第２実施形態では、図４に示すように、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１内に、制御局２１０−１〜２１０−４を設け、この制御局２１０−１〜２１０−４で、図２に示すアクセスポイントＡＰの機能の一部を分担する。これにより、アクセスポイントＡＰや、端末ＴＳが使用する周波数帯のみで、運用することが可能となる。
【００７６】
制御局２１０−１〜２１０−４は、周波数帯ｆ１、ｆ２の双方に対応した、アンテナ２１０−２−１、送受信分離部２１０−２−２、受信機２１０−２−３、送信機２１０−２−４、受信信号分岐部２１０−２−５、空きチャネル情報通知部２１０−２−６、及び図２に示す点線で囲んだブロック２００を備えている。すなわち、図３に示すステップＳ９、Ｓ１４以外の動作を実行する。
【００７７】
制御局２１０−１〜２１０−４は、空きチャネル情報通知部２１０−２−６により、該制御局で取得した情報をアクセスポイントＡＰや、端末ＴＳに空きチャネル情報として通知する。具体的には、例えば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１が、周波数帯ｆ１を使うことを考えた場合、制御局２１０−１が加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３からの信号（ｆ２）を受信して、図３に示すフローチャートを実行する。但し、干渉除去は、アクセスポイントＡＰや、端末ＴＳが行う必要があるので、制御局２１０−１〜２１０−４は、これらの機能自体を備える必要はない。また、図示するように、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１のゾーンが広くなったとしても、制御局２１０−１〜２１０−４を複数設ければ、精度の高い干渉と与干渉の検出が可能となる。
【００７８】
なお、図示の例では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１についてのみ説明したが、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−２についても同様である。
【００７９】
Ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本第３実施形態は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００が狭帯域のシステムで、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が広帯域のシステムとなる場合に、与干渉電力に応じた送信電力制御を用いて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２のチャネル利用効率を改善することを特徴としている。
【００８０】
図５は、本第３実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。なお、図２に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。本第３実施形態では、送信電力決定部１２７を設けている。該送信電力決定部１２７は、多くのチャネルで与干渉が問題となる場合、すなわち、与干渉推定部１１８において、多くのチャネルで与干渉電力がしきい値を超えてしまうと判定された場合、送信信号生成部１２４における送信電力をある程度、低下するように制御するようになっている。
【００８１】
図６（ａ）、（ｂ）は、本第３実施形態によるチャネル割り当て方法を説明するための概念図である。図において、下り回線信号（周波数帯ｆ１）をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２として利用する場合を示している。この場合、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への与干渉を回避しなければならない。
【００８２】
図６（ａ）に示すように、時間方向と周波数方向とで、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００は、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３へのチャネル割当てを行う。これは、図１に示した方法と同じである。一方、図６（ｂ）では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２は、広い帯域の通信を行いたいので、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の複数のチャネルを用いて通信を行うことを考える。また、図示するように、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）を用いて、周波数軸上で多重化を行う。
【００８３】
ＯＦＤＭでは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ｆｓ１、ｆｓ２、…のように、サブキャリアを周波数軸に配置する。図示の例では、ｆ１（１）当たり、２つのキャリアを設けているが、この値は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のサイズと使用する帯域とで任意に調整できる。また、各サブキャリアは直交する。ＯＦＤＭは、広帯域伝送で通信品質を改善する技術として注目されている。例えば、前述した文献２などに開示されている。
【００８４】
ＯＦＤＭを用いると、前述した第１実施形態では、加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３への与干渉が問題となる場合には、このチャネルにサブキャリアを立てずに送信することで与干渉を回避することが可能となる。
【００８５】
しかし、図６（ａ）に示すように、多くのチャネルで与干渉が問題となる場合には、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の効率が低下する。そこで、本第３実施形態では、送信電力制御を併用する。例えば、元々の送信電力をＰ［ｄＢ］、与干渉のしきい値レベルをα［ｄＢ］としたとき、送信電力をＰ−１［ｄＢ］とすると、与干渉レベルは、α−１［ｄＢ］となり、問題とならなくなる。すなわち、ＯＦＤＭを利用していることを有効的に活用し、与干渉レベルがしきい値を超えないように、サブチャネルの送信電力制御を行えばよい。これにより、与干渉となるチャネルを使用しない第１実施形態に比べ、使用可能なチャネルを確保することができる。
【００８６】
具体的には、第１実施形態では、使用できなかったチャネルが、サブチャネルの送信電力を低下させることで使用可能となる。つまり、与干渉レベルをβとすると、次式（７）で送信電力Ｐ（ｆｓ（ｋ））（ｋ＝ｌ，２，３，４，…）を決定する。
【００８７】
【数７】
2008306665.tif 000009
【００８８】
上記数式（７）において、Ｐｍａｘは、与干渉が問題にならない場合の送信電力である。
【００８９】
上述した第３実施形態によれば、サブチャネルの送信電力を低下させて、使用可能とすることで、図５（ｂ）に示すように、チャネル効率を０にすることなく信号を送信することができる。
【００９０】
上述した第１乃至第３実施形態によれば、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳと加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３のトラフィックの密度の違いを利用し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００の基地局ＢＳからの信号を監視し、その信号強度に応じて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が、使用する周波数帯域を決めることで、Ｐｒｉｍａｙシステム１００に干渉をできるだけ与えない条件で通信を開始することができる。
【００９１】
また、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００から加入者局ＳＳ＃１〜ＳＳ＃３に送信されるスケジューリング情報を取得し、該スケジューリング情報に基づいて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２で使用するチャネルを割り当てることで、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００からＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２への干渉をできるだけ受けず、また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００ヘ干渉を与えることなく、コグニティブ無線を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態における通信システムを説明するための概念図である。
【図２】本第１実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態による通信システムを説明するためのブロック図である。
【図５】本第３実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。
【図６】本第３実施形態によるチャネル割り当て方法を説明するための概念図である。
【図７】コグニティブ無線技術の概要を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００  Ｐｒｉｍａｒｙシステム（第１の無線システム）
ＢＳ  基地局
加入者局ＳＳ＃１〜＃３
１０１−１、１０１−２  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム（第２の無線システム）
ＡＰ  アクセスポイント（第２の無線システムの基地局）
ＴＳ  端末
ｆ１  周波数帯（第１の周波数帯）
ｆ２  周波数帯（第２の周波数帯）
１１０−１〜１０１−Ｋ  アンテナ
１１１−１〜１１１−Ｋ  送受信分離部
１１２−１〜１１２−Ｋ  受信機
１１３−１〜１１３−Ｋ  送信機
１１４  受信信号分岐部
１１５  受信電力判定部（電力測定手段）
１１６  受信電力判定部
１１８  与干渉推定部（与干渉量推定手段）
１１９  アンプ値保持部
１２０  スケジューリング情報取得部（スケジューリング情報取得手段）
１２１  空きチャネル検出部（空きチャネル検出手段）
１２２  ＡＰ・端末使用チャネル決定部（周波数帯決定手段、送受信周波数帯決定手段、通信チャネル決定手段）
１２３  干渉信号除去用ウエイト計算部（回避手段、干渉信号除去手段）
１２４  送信信号生成部
１２５  分岐部
１２６  送受信周波数帯決定部
１２７  送信電力決定部（送信電力制御手段）
２１０−２〜２１０−４  制御局
２１０−２−１  アンテナ
２１０−２−２  送受信分離部
２１０−２−３  受信機
２１０−２−４  送信機
２１０−２−５  受信信号分岐部
２１０−２−６  空きチャネル情報通知部（通知手段）
【図１】
2008306665.tif 000010
【図２】
2008306665.tif 000011
【図３】
2008306665.tif 000012
【図４】
2008306665.tif 000013
【図５】
2008306665.tif 000014
【図６】
2008306665.tif 000015
【図７】
2008306665.tif 000016