JP2012049642A - 周波数共用型コグニティブ無線通信システムおよびその方法、コグニティブ無線基地局 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本システムのコグニティブ無線基地局に、送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシング手段112と、少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定手段113と、決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築手段114とを備える。そしてコグニティブ通信端末に、コグニティブ無線基地局で再構築された使用周波数帯をセンシングし、その使用周波数帯で再構築して通信を行う。
【選択図】図1
Description
本アーキテクチャは、標準化団体IEEE P1900.4においても多くの部分が標準化されている。(非特許文献3参照)
特許文献2では、基地局と通信端末が、その現在地における通信可能な無線リンクを検出してネットワーク側の接続方式再構築管理手段に通知する構成であって、接続方式再構築管理手段が、リンクアグリゲーションの態様などを決定する方法が提案されている。その決定に従ってネットワーク側と通信端末側が接続方式を再構築する。
本実施例における無線LANのチャネルのように、比較的狭い帯域のチャネルを対象に、しかも既知の通信方式の通信の有無をスキャンすることはそれほど難しくない。しかし、コグニティブ無線通信システムは、無線LANよりもはるかに広い帯域の、様々な通信方式を用いた通信の有無を高精度に検出することが必要であり、上記技術を適用することができない。
すなわち、運用可能な周波数帯を選択して通信端末を動的に再構築することにより、異なるシステムで周波数を共用して通信を行う周波数共用型コグニティブ無線通信システムにおいて、コグニティブ無線基地局が、送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシング手段と、少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定手段と、決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築手段とを備える。
以上の構成を用いて、コグニティブ無線基地局が自律的に空き周波数帯をセンシングし再構築する自律モードを有することを特徴とする。
これにより、空き周波数管理手段の指示に基づいてコグニティブ無線基地局及びコグニティブ通信端末が協調して使用周波数帯を再構築する協調モードを有することもできる。
本方法において、
(S1) コグニティブ無線基地局のセンシング手段が、送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシングステップ、
(S2) コグニティブ無線基地局の再構築パラメータ決定手段が、少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定ステップ、
(S3) コグニティブ無線基地局の基地局再構築手段が、決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築ステップ、
(S4) コグニティブ通信端末の基地局センシング手段が、コグニティブ無線基地局で再構築された使用周波数帯をセンシングする基地局センシングステップ、
(S5) コグニティブ通信端末の端末再構築手段が、使用周波数帯及び使用される通信方式で自己のコグニティブ通信端末を再構築する端末再構築ステップ
からなる自律的に空き周波数帯をセンシングし再構築する自律モードを有する
ことを特徴とする。
この協調モードでは、
(S1−2) ネットワーク側に設けた空き周波数管理手段が、予め備えた周波数データベースを参照して空き周波数の管理を行うとともに、コグニティブ無線基地局又は、コグニティブ無線基地局にネットワークの再構築を指示するネットワーク再構築管理手段の少なくともいずれかに対して、使用する周波数帯を通知する使用周波数通知ステップ
を実行した後、指示された周波数に従って、(S3)基地局再構築ステップを行う一方、コグニティブ通信端末が、コグニティブ無線基地局又はネットワーク再構築管理手段のいずれかから通知を受けるか、(S4)基地局センシングステップによって使用する周波数帯を取得し、(S5)端末再構築ステップを行うことを特徴とする。
さらに、センシングの際に各周波数において、予め定める測定間隔で予め定めた測定時間のサンプリングを行い、各測定時の電波強度を電波強度テーブルに格納すると共に、電波強度テーブルにおいて最も測定回数が多かった電波強度を、その周波数における電波強度として決定する構成でもよい。
すなわち、コグニティブ無線通信システムにおいて基地局及び端末で空き周波数の管理を行う際にコグニティブ無線基地局が自律的に空き周波数をセンシングし、使用する周波数を決定する方法を提供する。
また、コグニティブ無線基地局とコグニティブ通信端末に、空き周波数の利用、管理に係る少なくとも2つのモード、すなわち自律モードと協調モードを備えて、モード間の切り換えが可能であり、各デバイスへの負荷を低減し、効率のよい空き周波数の利用を実現することができる。
コグニティブ通信ネットワークにおいては、パケットベースのネットワークである上位通信ネットワークと、その上位通信ネットワークが共通のプラットフォームを提供する複数の無線アクセスネットワークから通信ネットワークが構成される。そして、無線アクセスネットワークと接続するコグニティブ通信端末(以下、通信端末)が、上位通信ネットワーク(10)に接続する。上位通信ネットワークは、例えばインターネットなどのIPネットワークを想定している。
周波数共用型コグニティブ無線システムはこれを実現するためのシステムであり、端末と基地局が電波環境をセンシングし、蓄積された情報及び規制情報などに基づき運用する周波数を決定し、その周波数で通信ができるように機器を再構築する。
そこで、本発明は周波数共用型コグニティブ無線通信システムにおいて、優先度の高い通信システムに影響を及ぼすことがないよう、空き周波数を高精度かつ高効率に利用するための技術を提供する。
このような装置の再構築の技術については、コグニティブ通信技術として公知であるから、説明を省略する。
本発明では、新たにセンシング処理部(112)と再構築パラメータ決定部(113)をCPU(11)に備えると共に、記憶手段(12)に各周波数帯で用いられる帯域幅やセンシング時のステップ(周波数間隔)の情報(120)を格納する。
本発明では、これに加えて、基地局が使用する周波数帯をセンシングするための基地局センシング処理部(212)をCPU(21)に備える。
自律モードは、基地局(1)が自ら空き周波数を探して運用を行い、通信端末(2)は基地局(1)が運用する周波数をセンシングにより探し運用を行うモードである。
協調モードとは、周波数データベースに基づいて空き周波数の管理を行う空き周波数管理手段(WSM)から最適な周波数と無線アクセス方式の指示を受けて運用を行うモードである。
手動モードは、機器の管理者が無線環境によらず手動で周波数と無線アクセス方式を設定して運用を行うモードである。
この例では、想定する通信方式の帯域幅(30)を20MHzに設定し、開始時の中心周波数(30a)を2576MHzとする。これらの値は、表1に示すような帯域幅・ステップ情報(120)から決められる。
ステップ(1)(31)とステップ(2)(32)では帯域の低周波数部分(310)(320)に電波干渉を検出するが、ステップ(3)(33)では帯域全てに渡って空き周波数検出閾値以上の電波強度を検出していない。
この結果、中心周波数2580MHzに空き周波数帯が確認される。
従って、サンプリング時間は想定するシステムの仕様に応じて決定する必要がある。
なお、このような電波強度は、公知の通信モジュールに含まれるRFボードや、上記のFPGAなどによって簡便に値を得ることができる。
上記のセンシングステップ(S10)で優先度に関わらずにセンシングを行い、複数の空き周波数が見つかった場合には、優先度が高い周波数を選択してもよい。
なお、通信方式の決定には、公知のコグニティブ通信技術において通信方法を再構築する際の技術を適用することもできる。
通信端末との通信を開始(S13)した後も、定期的に監視(S14)され、検出された場合は、センシングステップ(S10)から繰り返すことになる。
具体的には、基地局センシング処理部(212)が、周波数帯の優先度が高い順に受信電波強度を測定する。この測定方法は上記基地局の場合と同様にすることができる。
そして、受信強度が空き周波数検出閾値よりも大きい場合には、その周波数帯で運用される可能性がある通信方式を通信デバイスに設定して、通信システムを同定する。
また、基地局から切断されるか、基地局の電波強度が閾値以下になった場合は、最初から手順を繰り返すことにより、新しい基地局に接続を行う。
非特許文献3〜5に記載されているように、IEEE 1900.4に基づいて、コグニティブ無線システムアーキテクチャが提案されている。本実施例では、このようなアーキテクチャを前提として、図6に示すように空き周波数管理手段(WSM)をパケットベースのネットワーク上に備えた構成を用いる。
通信端末(CT)(2)は、端末を管理し外部機器と通信するTRM(Terminal Reconfiguration Manager)(54)、端末の測定情報を取得するTMC(Terminal Measurement Collector)(53)、端末の再構築を制御するTRC(Terminal Reconfiguration Controller)(55)から構成される。
図7には基地局(1)の再構築管理部(CBSRM)の動作フローチャートを示す。また、図8には通信端末(2)の再構築管理部(TRM)の動作フローチャートを示す。
基地局(1)が空き周波数管理手段(4)から運用ポリシーを受信している場合には協調モード(S20)として動作する。基地局(1)の基地局再構築処理部(114)は受信した運用ポリシーに従って周波数や通信方式を再構築(S12)する。
本実施例では、ネットワークの運用情報を送信可能な専用無線システムによるアウトバンドパイロットチャネル(Out-band Pilot Channel,OPC)(非特許文献6)を用いる。運用周波数が既知で固定されたOPCにより基地局の無線設定を通知すれば、基地局が任意の周波数で運用される可能性がある場合においても、端末は基地局と通信するための再構築を即座に開始できる。
ここでOPCからの受信ができた場合には、端末再構築処理部(213)が通信端末(2)を再構築(S34)してデータ通信を開始(S35)する。
データ通信を開始(S35)した後、基地局から通信を切断されたり、基地局の電波強度が閾値以下となった場合(S36)には、再び最初の処理に戻る。
一方、協調モードには基地局(1)と通信端末(2)の間でOPCなどの安定した通信手段が必要であり、本発明のコグニティブ無線通信システムのようにあらゆる場所に対応したシステムでは常時実施できるとは限らない。また、空き周波数のデータベースに全ての最新の周波数使用状況を記録することは困難であり、電波干渉を完全に防ぐことは難しい。
2 通信端末
3 無線通信ネットワーク
10 通信モジュール
11 CPU
111 無線通信部
112 センシング処理部
113 再構築パラメータ決定部
114 基地局再構築処理部
12 記憶手段
120 帯域幅・ステップ情報
Claims (9)
- 運用可能な周波数帯を選択して通信端末を動的に再構築することにより、異なるシステムで周波数を共用して通信を行う周波数共用型コグニティブ無線通信システムにおいて、
コグニティブ無線基地局が、
送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシング手段と、
少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、該周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定手段と、
決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築手段と
を備えると共に、
コグニティブ通信端末が、
該コグニティブ無線基地局で再構築された使用周波数帯をセンシングする基地局センシング手段と、
該使用周波数帯及び使用される通信方式で自己のコグニティブ通信端末を再構築する端末再構築手段と
を備え、
自律的に空き周波数帯をセンシングし再構築する自律モードを有する
ことを特徴とする周波数共用型コグニティブ無線通信システム。 - 前記周波数共用型コグニティブ無線通信システムが、
予め備えた周波数データベースを参照して空き周波数の管理を行うとともに、コグニティブ無線基地局又は、コグニティブ無線基地局にネットワークの再構築を指示するネットワーク再構築管理手段の少なくともいずれかに対して、使用する周波数帯を通知する空き周波数管理手段を備え、
コグニティブ無線基地局の前記基地局再構築手段が、指示された周波数帯で自己のコグニティブ無線基地局を再構築すると共に、
コグニティブ通信端末が、
該コグニティブ無線基地局又は該ネットワーク再構築管理手段のいずれかから通知を受けるか、あるいは、前記基地局センシング手段によってセンシングして、前記端末再構築手段が、該コグニティブ無線基地局の使用周波数帯に再構築し、
空き周波数管理手段の指示に基づいてコグニティブ無線基地局及びコグニティブ通信端末が協調して使用周波数帯を再構築する協調モードを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数共用型コグニティブ無線通信システム。 - 前記周波数共用型コグニティブ無線通信システムにおいて、
自律モードにおけるコグニティブ無線基地局の基地局センシング手段が、
センシング対象の周波数帯で用いる帯域幅に渡る電波強度を測定すると共に、
該帯域幅の中心周波数をセンシング対象の周波数帯に定めたステップで順に変化させる
請求項1又は2に記載の周波数共用型コグニティブ無線通信システム。 - 前記周波数共用型コグニティブ無線通信システムにおいて、
自律モードにおけるコグニティブ無線基地局の基地局センシング手段が、
センシングの際に各周波数において、予め定める測定間隔で予め定めた測定時間のサンプリングを行い、各測定時の電波強度を電波強度テーブルに格納すると共に、
該電波強度テーブルにおいて最も測定回数が多かった電波強度を、当該周波数における電波強度として決定する
請求項3に記載の周波数共用型コグニティブ無線通信システム。 - 運用可能な周波数帯を選択して通信端末を動的に再構築することにより、異なるシステムで周波数を共用して通信を行う周波数共用型のコグニティブ無線通信方法であって、
コグニティブ無線基地局のセンシング手段が、送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシングステップ、
コグニティブ無線基地局の再構築パラメータ決定手段が、少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、該周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定ステップ、
コグニティブ無線基地局の基地局再構築手段が、決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築ステップ、
コグニティブ通信端末の基地局センシング手段が、該コグニティブ無線基地局で再構築された使用周波数帯をセンシングする基地局センシングステップ、
コグニティブ通信端末の端末再構築手段が、該使用周波数帯及び使用される通信方式で自己のコグニティブ通信端末を再構築する端末再構築ステップ
からなる自律的に空き周波数帯をセンシングし再構築する自律モードを有する
ことを特徴とする周波数共用型のコグニティブ無線通信方法。 - 前記周波数共用型のコグニティブ無線通信方法において、
前記自律モードと共に、コグニティブ無線基地局及びコグニティブ通信端末が協調して使用周波数帯を再構築する協調モードを有する構成であって、
該協調モードでは、
ネットワーク側に設けた空き周波数管理手段が、予め備えた周波数データベースを参照して空き周波数の管理を行うとともに、コグニティブ無線基地局又は、コグニティブ無線基地局にネットワークの再構築を指示するネットワーク再構築管理手段の少なくともいずれかに対して、使用する周波数帯を通知する使用周波数通知ステップ
を実行した後、
指示された周波数に従って、前記基地局再構築ステップを行う一方、
コグニティブ通信端末が、コグニティブ無線基地局又はネットワーク再構築管理手段のいずれかから通知を受けるか、前記基地局センシングステップによって使用する周波数帯を取得し、前記端末再構築ステップを行う、
ことを特徴とする請求項5に記載の周波数共用型のコグニティブ無線通信方法。 - 運用可能な周波数帯を選択して通信端末を動的に再構築することにより、異なるシステムで周波数を共用して通信を行う周波数共用型コグニティブ無線通信システムのコグニティブ無線基地局であって、
送受信可能な周波数帯において、予め定めた各周波数帯で用いる帯域幅と、センシングのステップとに従って空き周波数をセンシングするセンシング手段と、
少なくとも空き周波数のセンシング結果から使用する周波数帯を決定すると共に、該周波数帯における通信方式を決定する再構築パラメータ決定手段と、
決定された周波数帯及び通信方式で、自己のコグニティブ無線基地局を再構築する基地局再構築手段と
を備えたことを特徴とするコグニティブ無線基地局。 - 前記コグニティブ無線基地局の基地局センシング手段が、
センシング対象の周波数帯で用いる帯域幅に渡る電波強度を測定すると共に、
該帯域幅の中心周波数をセンシング対象の周波数帯に定めたステップで順に変化させる
請求項7に記載のコグニティブ無線基地局。 - 前記コグニティブ無線基地局の基地局センシング手段が、
センシングの際に各周波数において、予め定める測定間隔で予め定めた測定時間のサンプリングを行い、各測定時の電波強度を電波強度テーブルに格納すると共に、
該電波強度テーブルにおいて最も測定回数が多かった電波強度を、当該周波数における電波強度として決定する
請求項8に記載のコグニティブ無線基地局。
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