Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波をフレキシブルに利用するコグニティブ無線システム／石津 健太郎

電波をフレキシブルに利用する
コグニティブ無線システム－試作システムの紹介と国際標準規格への取り組み－「携帯電話のような無線端末が接続するシステ
ムは、通信方式や周波数があらかじめ決められています。無線端末の接続先や使用するアプリ
ケーションは場所や時間により異なるので、同一地域で複数のシステムを同時に運用する場合、電波の利用に偏りが生じます。その結果、効率的に電波を使用できず、通信速度が遅くなるなどの問題が発生します。このような問題を解決する『コグニティブ無線技術』について紹介します。
」

石津 健太郎（いしづ けんたろう）
ワイヤレスネットワーク研究所
スマートワイヤレス研究室 研究員

大学院修了後、2005 年より NICT 勤務。実証システム開発や国際標準化活動など精力的な研究開発を推進。
東日本大震災後には、開発した機器を自ら展開して支援活動を実施。学生時代はボーイスカウト指導者。現在の趣味は、登山、水泳、ドライブなど。博士（情報科学）。

背景
携帯電話を使った無線によるデータ通信の利用は、1990 年後半にメール交換や簡単な情報提供サービスにより始まりましたが、特にスマートフォンが一般的になった 2010 年以降では、従来はケーブル（有線）接続によりパソコンでアクセスしていたような情報も、日々の生活の中で無線ネットワークを使って通信されるようになりました。無線ネットワーク通信の需要は爆発的に増加を続けており、今後はますます拡大することが予想されます。
無線通信を行うために必要な周波数は無線通信事業者や無線システムに割り当てられますが、特に 6GHz 以下の移動通信に適した周波数は割当てがひっ迫しています。利用者の需要に応えよ040

ますが、周波数の割当てには限界があり、電波環境を認識（センシング）して、その結果に基づいを限りある資源と考えて、より効率的に利用するて最適な電波の利用方法を決定し、その決定に基ことが求められています。その技術のひとつとしづいて無線システムの機能を変更（再構築）する一て、「コグニティブ無線」と呼ばれる技術が注目さ連の技術を指します。例えば、運用されている複数れています。の無線システムのうち、利用率が低い無線システム

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

コグニティブ無線とは、システムが周囲の電波光ネットワーク技術

うと様々な無線技術の研究開発が行われてはいを積極的に使用すれば、電波をより有効に利用できることになります。
コグニティブ無線技術は、図 1に示すように大きく 2 つに分類でⅠ−３
ネットワークセキュリティ技術

きます。
「ヘテロジニアス 型」は、運用中の無線システムのうち、利用率が低い等の観点から無線システムを選択し、無線資源に余裕がある無線システムを積極的に使用することにより、無線ネットワーク理的あるいは時間的に他システムへの電波干渉を与えないと判断さ

図1 コグニティブ無線技術の分類れる周波数を使用することで、新させます。
「周波数共用型」は、地

Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／テストベッド技術

全体の通信速度や利便性を向上

Ⅱ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

たな無線システムの運用を可能に端末とネットワークが分散して最適な無線資源利用を決定するします。
コ グニティブ 無 線システムの構成と試作

LAN

コグニティブ無線技術は、それぞれの端末に個別に適用しても効LTE

RAN

RAN

IC
Tして協調して制御を行えば、より効率的な運用が可能です。特に、LTE、WiMAX、無 線 LAN のような 異Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

RAN

果はありますが、多くの端末に適用基盤技術

RAN

RAN

Ⅲ 未来

WiMAX

なる無線システムから構築された「異種無線ネットワーク」
では、図 2に示すように複数の機器が協調制御された無線ネットワークを構築

図2

コグニティブ無線ネットワークの構成

でき、端末や基地局の測定情報を௶ၡฆఒɈ

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041

Ⅰ

ネットワーク基盤技術

１. ワイヤレスネットワーク技術
２.
光ネットワーク技術

電波をフレキシブルに利用するコグニティブ無線システム／石津 健太郎

ネットワーク再構築マネージャに報告して、高速、ル無線 LAN を「コグニティブ無線ルータ」と呼ばれ安定、低料金など各無線システムの異なる特徴る機器が中継します。ネットワーク再構築マネージャに着目した統計処理や高度な分析に基づく制御とコグニティブ無線ルータが協調して無線アクセスが可能になります。

ネットワークを選択しますので、利用者は使用する無

ここでは、コグニティブ無線ネットワークの実現例

線アクセスネットワークを気にせず、自動的に最適なとして、2 つの試作機を紹介します。まず、ヘテロジニものを利用できます。NICT では、2010 年 9 月からアス型の実現例として、図 3 に示すコグニティブ無

1年半の間、神奈川県藤沢市に 500 台のコグニティ線ルータシステムがあります。このシステムでは、商ブ無線ルータを設置して大規模実証実験を行い、用の異種無線ネットワークと利用者端末向けローカ市町村規模での動作を評価しました。また、東日本

図3 ネットワークポリシーに基づき無線通信システムデバイスの選択制御が可能なコグニティブ無線ルータシステム（ヘテロジニアス型の一例）

042

光ネットワーク技術

Ⅰ−１

大震災後には通信手段が失われた避難所や病院等に提供し、無線ネットワークの運用が不安定な状況でも安定した通信を提供できることが確認されました。

ワイヤレスネットワーク技術

Ⅰ−２

一方、周波数共用型の実現例として、図 4 に示す再構築可能なコグニティブ無線基地局とコグニティブ無線端末から構成されるシステ
ムを開発しました。このシステムでは、基 地 局が 400MHz 〜 6GHz

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３の周波数において電波強度測定、通信方式判定、電波干渉検出を行い、ネットワーク再構築マネージャ
はそのセンシング情報を受信した
上で、空き周波数帯のデータベース

Ⅰ−４

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術を参照して電波干渉を与えない周波数と通信方式を決定します。基地局と端末は、ネットワーク再構築マネージャからの指示に基づき機能を再構築して通信を行います。

Ⅱ

コグニティブ無線技術の一部は、ユニバーサルコミュニケーション基盤技術

国際標準規格への取り組み

図4 電
 波環境センシングに基づき運用周波数と通信方式（PHY/MAC）の再構築が可能なコグニティブ無線システム（周波数共用型の一例）

スペース」とも呼ばれ、電波を有効に利用する技

線ネットワークの基礎アーキテクチャとしては世界術の突破口として、世界でも技術基準の策定が初の規格であり、NICT はその創設時から参画し、始まっています。日本でも、総務省が 2009 年2009 年 2 月に策定を完了させました。IEEE の他

11 月にホワイトスペース活用に向けた検討チーにも、NICT では ITU や欧州の標準化団体においムを発足させ、現在では具体的な技術基準の策ても、議論の初期段階からコグニティブ無線に関し定を検討しています。このような周波数の利用にて研究開発した技術の提案を続けています。

は、放送に影響を与えないことを確認する方式

ICT

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

そのひとつである IEEE1900.4 は、コグニティブ無基盤技術始まっています。このような周波数帯は「ホワイトⅢ 未来

様々な国際標準化規格として提案してきました。の研究開発や、日本独特の国土事情や周波数利今後の展望用を考慮した慎重な技術検討が必要であり、現在、NICT では要求される技術の開発を進めてさらなる電波の有効利用を行うため、テレビいます。

放送周波数を利用して通信を行うための議論が௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ043