JP2014127792A

JP2014127792A - 無線通信システム及び無線通信方法

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Publication number: JP2014127792A
Application number: JP2012282229A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inomata; 稔猪又; Tatsuya Shimizu; 達也清水; Minoru Katayama; 穣片山; Yuuki Miyakoshi; 勇樹宮越; Yosuke Fujino; 洋輔藤野; Shuichi Yoshino; 修一吉野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP5961108B2

Abstract

【課題】過剰な離隔を行うことなく周波数共用を可能にすることができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する周波数二次利用の無線通信システムであって、試験無線信号を送信する試験信号送信手段と、所定の場所に配置され、試験無線信号を測定し、測定結果情報を出力する測定手段と、測定結果情報に基づき伝搬環境を推定する伝搬環境推定手段と、無線周波数を使用して、アクセスポイントまたは端末が通信を行う際に、アクセスポイントまたは端末から取得した送信時間情報または送信場所情報と、推定した伝搬環境とに基づき、送信方法を規定する送信局情報を決定し、決定した送信局情報をアクセスポイントまたは端末に対して送信する送信局情報送信手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線周波数を共用する無線通信システム及び無線通信方法に関する。

現在、スマートフォンの普及・拡大によって、ワイヤレスブロードバンドトラヒックは急激に増加しており、２０２０年には現在のトラヒック量の２００倍以上に達すると予測されている。増加するトラヒックを収容するため、現在も、光回線に繋がった公衆無線ＬＡＮ（Local Area Network）やユーザ宅の無線ＬＡＮを経由したトラヒックオフロードが利用されている。オフロード先の無線ＬＡＮでは、移動体通信のオフロードだけでなく、映像伝送などのアプリケーションも利用するため、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の１０倍にあたる１Ｇｂｉｔ／ｓのシステムスループット実現を目指し、８０２．１１ａｃの標準規格化を進めている。今後も増加し続けるワイヤレスブロードバンドトラヒックを無線ＬＡＮでオフロードしていくためには、無線ＬＡＮは引き続き移動体通信に対して１桁以上大きいスループットを維持することが要求される。

無線ＬＡＮのスループットを向上させるためには、周波数利用効率の向上と周波数帯域拡大の２つの高速化アプローチがある。周波数利用効率を向上させるため、複数の送受信アンテナにより、空間多重してスループットを向上させるＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）技術の研究開発が進められており、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ／ａｃやＬＴＥなどで活用されている。一方、周波数帯の拡大については、有限リソースである周波数帯は、有効活用に向け、周波数再編を行いながら無駄なくシステムが割り当てられているため、割り当て済みの既存システムとの周波数共用を実現する必要がある。

周波数の共用には、厳しく定められた既存システムへの許容干渉値を遵守する必要があり、既存システムのアクセスポイント（以下、ＡＰという）位置を把握したうえで、十分に地理的な離隔を取る手法がある。本手法は、ＡＰの位置が把握可能なテレビ放送周波数帯域などの周波数共用に適しており、各国で実証実験が行われている（例えば、非特許文献１、２参照）。

図５は、従来技術による周波数二次利用の無線通信システムの構成を示すブロック図である。従来技術による周波数二次利用の無線通信システムは、ＡＰ１、Ｎ台の端末２−１〜Ｎ、Ｍ台の電波センシング装置３−１〜Ｍ、制御エンジン４、解析エンジン５、周波数二次利用システム管理データベース６、周波数一次利用システム管理データベース９、利用可能周波数管理データベース１０から構成される（例えば、非特許文献３参照）。なお、ＡＰ１と端末２−１〜ｎの間やＡＰ１と電波センシング装置３−１〜Ｍの間の接続は、無線であり、その他の装置間の接続は有線である。

制御エンジン４は、地理的、周波数・時間的に利用可能な周波数チャネル情報と、ＡＰ１の位置情報とを入力し、ＡＰ１ごとの利用可能な周波数チャネル情報を出力する。解析エンジン５は、センシング情報、周波数二次利用システムの送信パラメータ情報、位置情報、周波数一次利用システムの送信パラメータ情報、位置情報を入力し、地理的、周波数・時間的に利用可能な周波数チャネル情報を出力する。周波数二次利用システム管理データベース６には、地理的な位置情報、送信電力、送信周波数が記憶されており、これらの情報を解析エンジン５に対して出力する。周波数一次利用システム管理データベース９には、地理的な位置情報、送信電力、送信周波数が記憶されており、これらの情報を解析エンジン５に対して出力する。利用可能周波数管理データベース１０には、地理的、周波数・時間的に利用可能な利用可能周波数チャネル情報を記憶する。

次に、図６を参照して、図５に示す無線通信システムの動作を説明する。図６は、図５に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。まず、電波センシング装置３−１〜Ｍのそれぞれは、測定を行い（ステップＳ５１）、その測定結果を解析エンジン５に通知する（ステップＳ５２）。

これを受けて、解析エンジン５は、周波数一次利用システム管理データベース９からＡＰ情報を取得する（ステップＳ５３）とともに、周波数二次利用システム管理データベース６からＡＰ情報を取得する（ステップＳ５４）。そして、解析エンジン５は、電波センシング装置３−１〜Ｍから通知された測定結果情報、周波数一次利用システム管理データベース９からのＡＰ情報及び周波数二次利用システム管理データベース６からのＡＰ情報から、地理的、周波数・時間的に利用可能な周波数チャネルを判定し、利用可能周波数管理データベース１０にそのリストを登録する（ステップＳ５５）。

次に、制御エンジン４は、利用可能周波数管理データベース１０から利用可能周波数情報を取得し（ステップＳ５６）、ＡＰ１からＡＰごとに地理的な位置情報を取得する（ステップＳ５７）。そして、制御エンジン４は、その位置において利用可能な周波数チャネルを利用可能周波数管理データベース１０からの情報に基づき取得する。そして、制御エンジン４は、取得した利用可能周波数チャネル情報から利用周波数チャネルを選択する。ＡＰ１ごとの位置情報は、ＡＰ１のジオロケーション機能を用いて取得する。制御エンジン４は、選択した利用可能周波数チャネル情報（ＡＰ情報）をＡＰ１に対して通知する（ステップＳ５８）。これを受けて、周波数を共用するＡＰ１は、運用を開始する。続いて、制御エンジン４は、周波数二次利用システム管理データベース６のＡＰ情報を更新する（ステップＳ５９）。

S.D.Meinrath, Unlicensed Broadband Device Technologies:"White space Device" Operations on the TV Band and the Myth of Harmful Interference, New America Foundation, December 2007. 原田，石津，村上，"ホワイトスペースにおける新たなブロードバンドアクセスに向けた研究開発"信学技報，ＳＲ２０１１−７６，ｐｐ．１９９−２０６，２０１１ Federal Communications Commission 10-174

ところで、周波数を二次利用する無線通信システムでは、二次利用の無線通信システムと既存システムとが周波数帯域を共有する場合、二次利用の無線通信システムは、周波数帯域の利用について優先順位が低いため、厳しく定められた既存の無線通信システムへの許容干渉値を遵守する必要がある。従来技術では、既存システムと二次利用の無線通信システムの地理的な位置情報やセンシング情報に基づき利用可能な周波数チャネルを判定し、十分な地理的な離隔をとって周波数共用を行う。

しかしながら、周波数二次利用の無線通信システムからの電波伝搬特性は遮蔽物、端末の移動などにより変動し、既存システムへの与干渉量の推定が困難なため、既存システムに影響を与えない空間でも、周波数二次利用の無線通信システムが周波数共用できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、過剰な離隔を行うことなく周波数共用を可能にする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。

本発明は、既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する周波数二次利用の無線通信システムであって、試験無線信号を送信する試験信号送信手段と、所定の場所に配置され、前記試験無線信号を測定し、測定結果情報を出力する測定手段と、前記測定結果情報に基づき伝搬環境を推定する伝搬環境推定手段と、前記無線周波数を使用して、アクセスポイントまたは端末が通信を行う際に、送信時間情報または送信場所情報と、推定した前記伝搬環境とに基づき、送信方法を規定する送信局情報を決定し、決定した前記送信局情報を前記アクセスポイントまたは端末に対して送信する送信局情報送信手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、前記送信局情報は、送信電力、利用周波数、アンテナパターン及び無線方式の情報のいずれかまたは全てを含むことを特徴とする。

本発明は、既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する周波数二次利用の無線通信システムが行う無線通信方法であって、試験無線信号を送信する試験信号送信ステップと、所定の場所において前記試験無線信号を測定し、測定結果情報を出力する測定ステップと、前記測定結果情報に基づき伝搬環境を推定する伝搬環境推定ステップと、前記無線周波数を使用して、アクセスポイントまたは端末が通信を行う際に、送信時間情報または送信場所情報と、推定した前記伝搬環境とに基づき、送信方法を規定する送信局情報を決定し、決定した前記送信局情報を前記アクセスポイントまたは端末に対して送信する送信局情報送信ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、過剰な離隔を行うことなく周波数共用を可能にすることができるという効果が得られる。

本発明の一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１に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。図１に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。図１に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。従来技術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５に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図５に示す従来の無線通信システムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す無線通信システムが従来の無線通信システムと異なる点は、周波数一次利用システム管理データベース９、利用可能周波数管理データベース１０に代えて、伝搬環境管理データベース７、共用規定データベース８を新たに設けた点である。なお、図１に示す電波センシング装置３−１〜Ｍの機能は各ＡＰが備えていてもよい。

図１に示す制御エンジン４は、ＡＰや端末ごとの広域な周波数帯の被干渉量推定情報、ＡＰや端末ごとの広域な周波数帯の伝搬特性推定情報、端末ごとの位置情報、ＡＰや端末ごとの利用範囲境界情報、送信周波数ごとの許容与干渉値情報及び送信周波数ごとの許容被干渉値情報を入力し、ＡＰや端末の送信局情報を出力する。図１に示す解析エンジン５は、センシング情報及び周波数二次利用システムの送信局情報を入力し、送信周波数での被干渉量推定情報及び送信周波数での利用環境における伝搬特性推定情報を出力する。

図１に示す周波数二次利用システム管理データベース６には、ＡＰや端末ごとの位置情報、送信電力、送信周波数、送信時間及びアンテナパターンの情報が記憶される。伝搬環境管理データベース７には、ＡＰや端末ごとの広域な周波数帯の被干渉量推定情報及びＡＰや端末ごとの広域な周波数帯の伝搬特性推定情報が記憶される。共用規定データベース８には、ＡＰや端末ごとの利用範囲境界情報、送信周波数ごとの許容与干渉値情報及び送信周波数ごとの許容被干渉値情報が記憶される。

次に、図２を参照して、図１に示す無線通信システムが利用範囲境界情報登録を行う動作を説明する。図２は、図１に示す無線通信システムが利用範囲境界情報登録を行う動作を示すシーケンス図である。まず、ＡＰ１は、試験信号を送信する（ステップＳ１）。電波センシング装置３は、装置周辺の周波数情報、受信電力、受信時間などをセンシングすることにより、ＡＰ１が送信した試験信号を測定し（ステップＳ２）、その測定結果を解析エンジン５に対して通知する（ステップＳ３）。

次に、解析エンジン５は、周波数二次利用システム管理データベース６に登録されたＡＰや端末の送信局情報を取得する（ステップＳ４）。そして、解析エンジン５は、電波センシング装置３から通知された測定結果情報と周波数二次利用システム管理データベース６から取得したＡＰや端末の送信局情報とＡＰの送信時間を用いて、ＡＰごとの送信周波数での伝搬特性と被干渉量を推定し、伝搬環境管理データベース７に登録する（ステップＳ５）。実測が困難な周波数帯の伝搬環境情報を登録する場合は、例えば実測が可能な周波数帯の伝搬環境情報から推定する。

次に、制御エンジン４は、伝搬環境管理データベース７から伝搬環境情報を取得する（ステップＳ６）。そして、制御エンジン４は、伝搬環境情報と共用規定情報から、周波数二次利用をする範囲内において既存システムが存在しない境界を設定し、利用範囲境界情報を共用規定データベース８に登録する（ステップＳ７）。

次に、図３を参照して、図１に示す無線通信システムの運用時の動作を説明する。図３は、図１に示す無線通信システムの運用時の動作を示すシーケンス図である。まず、ＡＰ１は、試験信号を送信する（ステップＳ１１）とともに、送信時間を周波数二次利用システム管理データベース６に通知し、周波数二次利用システム管理データベース６に送信時間を登録する（ステップＳ１２）。電波センシング装置３は、装置周辺の周波数情報、受信電力、受信時間などをセンシングすることにより、ＡＰ１が送信した試験信号を測定し（ステップＳ１３）、その測定結果を解析エンジン５に対して通知する（ステップＳ１４）。

次に、解析エンジン５は、周波数二次利用システム管理データベース６に登録されたＡＰや端末の送信局情報を取得する（ステップＳ１５）。そして、解析エンジン５は、電波センシング装置３から通知された測定結果情報と周波数二次利用システム管理データベース６から取得したＡＰや端末の送信局情報とＡＰの送信時間を用いて、ＡＰごとの送信周波数での伝搬特性と被干渉量を推定し、伝搬環境管理データベース７に登録する（ステップＳ１６）。

次に、制御エンジン４は、伝搬環境管理データベース７から伝搬環境情報を取得する（ステップＳ１７）とともに、共用規定データベース８から共用規定情報を取得する（ステップＳ１８）。そして、制御エンジン４は、周波数二次利用をするＡＰの利用範囲の境界において既存システムへの与干渉量が許容値以下であり、かつ利用範囲内全域に渡って周波数二次利用をする送信局の被干渉量が許容値以下となるようにＡＰごとに送信電力、利用周波数、アンテナパターン、無線方式などの送信局情報を決定する。そして、制御エンジン４は、この送信局情報をＡＰ１に対して送信することによりＡＰの制御を行う（ステップＳ１９）。制御エンジン４は、この送信局情報を周波数二次利用システム管理データベース６に通知し、周波数二次利用システム管理データベース６を更新する（ステップＳ２０）。周波数の二次利用中は、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理を繰り返し行う。

次に、図４を参照して、図１に示す無線通信システムが端末制御を行う動作を説明する。図４は、図１に示す無線通信システムが端末制御を行う動作を示すシーケンス図である。まず、ＡＰ１は、試験信号を送信する（ステップＳ３１）とともに、送信時間を周波数二次利用システム管理データベース６に通知し、周波数二次利用システム管理データベース６に送信時間を登録する（ステップＳ３２）。電波センシング装置３は、装置周辺の周波数情報、受信電力、受信時間などをセンシングすることにより、ＡＰ１が送信した試験信号を測定し（ステップＳ３３）、その測定結果を解析エンジン５に対して通知する（ステップＳ３４）。

次に、解析エンジン５は、周波数二次利用システム管理データベース６に登録されたＡＰや端末の送信局情報を取得する（ステップＳ３５）。そして、解析エンジン５は、電波センシング装置３から通知された測定結果情報と周波数二次利用システム管理データベース６から取得したＡＰや端末の送信局情報とＡＰの送信時間を用いて、ＡＰごとの送信周波数での伝搬特性と被干渉量を推定し、伝搬環境管理データベース７に登録する（ステップＳ３６）。

次に、制御エンジン４は、伝搬環境管理データベース７から伝搬環境情報を取得する（ステップＳ３７）とともに、共用規定データベース８から共用規定情報を取得する（ステップＳ３８）。一方、端末２−１〜Ｎのそれぞれは、ＡＰ１を介して、端末位置情報を制御エンジン４に対して通知する（ステップＳ３９）。

次に、制御エンジンは、周波数二次利用をする端末の利用範囲の境界において既存システムへの与干渉量が許容値以下であり、かつ利用範囲内全域に渡って周波数二次利用をする端末の被干渉量が許容値以下となるように、端末ごとの端末位置情報をもとに送信電力、利用周波数、アンテナパターン、無線方式などの送信局情報を決定する。そして、制御エンジン４は、決定した送信局情報をＡＰ１に通知する（ステップＳ４０）とともに、この送信局情報を周波数二次利用システム管理データベース６に登録することにより送信局情報の更新を行う（ステップＳ４１）。続いてＡＰ１は、ＡＰ１配下の端末２−１〜Ｎに対して送信局情報を通知して端末の制御を行う（ステップＳ４２）。周波数の二次利用中は、ステップＳ３１〜Ｓ４２の処理を繰り返し行うことにより、利用範囲境界内の与干渉量を許容値以下に制限する。

このように、試験信号を利用して利用範囲の境界における与干渉量と利用範囲内全域に渡る被干渉量を推定し、推定した情報をもとに利用境界を設定するようにした。また、試験信号を利用して推定した伝搬特性推定情報と被干渉量推定情報をもとに送信局ごとの送信電力や無線方式を制御することで、共用する既存システムの位置情報を用いずに、変動する伝搬環境に応じて既存システムへの与干渉量を許容値以下に抑えるようにした。これにより、既存システムへ影響を与えない利用範囲境界を設定し、その境界において与干渉量が許容値以下になるように抑えることで、過剰な離隔なしで周波数共用を実現することができる。

既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する従来の二次利用無線通信システムでは、両システムの地理的な位置情報に基づき、十分な地理的離隔（干渉マージン）をもって既存の無線通信システムへの与干渉を制御していた。しかし、干渉マージンが場所や時間に対して固定的であるため、二次利用無線通信システムによる既存システムへの与干渉量が低く、二次利用無線通信システムを運用できる場所や時間であっても、二二次利用無線通信システムを運用することができないという問題を有していた。

本実施形態の無線通信システムでは、二次利用無線通信システムが試験信号を送信し、様々な場所に配置された電波センシング装置がその信号を受信し、解析エンジンがその受信結果に基づき伝搬環境を推定し、二次利用無線通信システムのアクセスポイント（基地局）または端末がその周波数を用いて通信を行うときは、制御エンジンに送信時間情報または送信場所情報（以下、送信情報）を付記して問い合わせ、制御エンジンは送信情報および推定した伝搬環境に基づき送信局情報を決定し、アクセスポイントまたは端末に送信局情報を通知するようにした。これにより、場所や時間によっては干渉マージンを低く設定することができ、二次利用無線通信システムを運用することが可能となる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。

過剰な離隔を行うことなく周波数共用を可能にすることが不可欠な用途に適用できる。

１・・・アクセスポイント（ＡＰ）、２−１〜Ｎ・・・端末、３−１〜Ｍ・・・電波センシング装置、４・・・制御エンジン、５・・・解析エンジン、６・・・周波数二次利用システム管理データベース、７・・・伝搬環境管理データベース、８・・・共用規定データベース

Claims

既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する周波数二次利用の無線通信システムであって、
試験無線信号を送信する試験信号送信手段と、
所定の場所に配置され、前記試験無線信号を測定し、測定結果情報を出力する測定手段と、
前記測定結果情報に基づき伝搬環境を推定する伝搬環境推定手段と、
前記無線周波数を使用して、アクセスポイントまたは端末が通信を行う際に、前記アクセスポイントまたは端末から取得した送信時間情報または送信場所情報と、推定した前記伝搬環境とに基づき、送信方法を規定する送信局情報を決定し、決定した前記送信局情報を前記アクセスポイントまたは端末に対して送信する送信局情報送信手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
前記送信局情報は、送信電力、利用周波数、アンテナパターン及び無線方式の情報のいずれかまたは全てを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
既存の無線通信システムが使用している無線周波数を共用する周波数二次利用の無線通信システムが行う無線通信方法であって、
試験無線信号を送信する試験信号送信ステップと、
所定の場所において前記試験無線信号を測定し、測定結果情報を出力する測定ステップと、
前記測定結果情報に基づき伝搬環境を推定する伝搬環境推定ステップと、
前記無線周波数を使用して、アクセスポイントまたは端末が通信を行う際に、前記アクセスポイントまたは端末から取得した送信時間情報または送信場所情報と、推定した前記伝搬環境とに基づき、送信方法を規定する送信局情報を決定し、決定した前記送信局情報を前記アクセスポイントまたは端末に対して送信する送信局情報送信ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
前記送信局情報は、送信電力、利用周波数、アンテナパターン及び無線方式の情報のいずれかまたは全てを含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。