JP5299769B2 - 無線システム、送信機、送信電力決定方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線システムが周波数を共用して通信を行う技術に関し、詳しくは、無線システムの送信機から送出する電力を決定する技術に関する。

周波数帯域を使用する優先権を有する無線システム（以後、プライマリシステムと記載）と同一の周波数帯域を共用して利用（周波数共用方法）することで、周波数利用効率の向上を図る無線通信システム（以後、セカンダリシステムと記載）が検討されている。

このような周波数を共用する方法は、例えば、コグニティブ無線システムをセカンダリシステムとして利用するものや、マクロセル基地局とフェムトセル基地局との周波数共用、マクロセル基地局と中継局との周波数共用、その他メッシュネットワーク型の通信ノード間で周波数共用する形態で用いられる。

セカンダリシステムとプライマリシステムとが周波数帯域を共用する場合、周波数帯域使用の優先権を持つプライマリシステムの通信品質を保護する必要がある。このため、セカンダリシステムは、プライマリシステムへの与干渉を抑えて通信することを求められる。

プライマリシステムへの与干渉を回避する技術としては、例えば、非特許文献１及び２が挙げられる。

非特許文献１には、優先通信システム（プライマリシステム）と非優先通信システム（セカンダリシステム）による周波数共用方法が記載されている。また、非優先通信システムに送信電力制御機能（ＴＰＣ：Transmission Power Control）を設け、当該送信電力制御機能を周波数共用管理サーバにて制御する方法が記載されている。
非特許文献１に記載された周波数共用方法では、非優先通信システムの基地局（送信機）が周波数共用管理サーバに使用周波数および地理的な位置の登録を行い、優先通信システムの受信機も周波数共用管理サーバに、設置位置、動作状況、使用する周波数帯域、許容可能な干渉レベル（許容干渉レベル）等を登録する。その後、周波数共用管理サーバにおいて、登録された許容干渉レベル等の情報に基づいて非優先通信システム基地局から送信可能な最大電力値（最大送信電力）を算出して基地局に通知することで、基地局において最大送信電力に基づく送信電力制御を可能とできる方法が提案されている。また、許容干渉レベルを、熱雑音電力密度、雑音指数およびマージンから算出する式が記載されている。

非特許文献２に記載されたセカンダリシステムは、プライマリシステム（ＴＶ放送システム）の送信局の設置位置、送信電力、サービスエリア等の情報を登録したサーバを用意する。また、セカンダリ送信機は、自身の位置情報をＧＰＳ等で取得する。セカンダリシステムは、ＴＶ放送のサービスエリア端において、最低限のDesired to Undesired signal Ratio（ＤＵＲ）を確保可能となるよう、セカンダリシステムの送信機での最大送信電力を制御し、送信電力を決定する。なおＤＵＲは、Signal to Interference Ratio（ＳＩＲ）ともいう。

藤井啓正 吉野仁 マルチセル環境下における送信電力制御型周波数共用方法の容量解析 SR2008-54（ソフトウェア無線研究会2008年10月発表） David Gurney、 Greg Buchwald、 Larry Ecklund、 Steve Kuffner、 and Joho Grosspietsch "Geo-location Database Techniques for Incumbent Protection in the TV White Space"、 DySPAN 2008。

しかしながら、非特許文献１に記載された技術は、熱雑音電力密度、雑音指数およびマージンから許容干渉レベルを算出するため、プライマリ信号の受信電力を考慮できていないという問題がある。プライマリ受信機の位置によって受信電力が異なる場合、Signal to Noise power Ratio（ＳＮＲ）（またはSignal to Interference and Noise Ratio（ＳＩＮＲ））の元々低いプライマリ受信機に対して、ＳＮＲの元々高いプライマリ受信機と同一電力の干渉を許容させてしまい、通信の品質劣化の原因となる可能性がある。

非特許文献２に記載された技術は、非特許文献１と異なり、プライマリ受信機における最低限のＳＩＲまたはＳＩＮＲを保障するようにセカンダリシステムでの最大送信電力を決定するため、元々ＳＮＲの低いプライマリ受信機に対しても、最低品質は保証でき、セカンダリの通信開始による影響を抑えることができる。

しかし、保障するＳＮＲの大きさによっては、ＳＮＲの元々高いプライマリ受信機に対しては、大きな与干渉を許容させる場合がある。このとき、ＳＮＲの高いプライマリ受信機におけるスループットが大きく劣化する可能性がある。

すなわち、非特許文献１及び非特許文献２に記載された技術では、ＳＮＲの低いプライマリ受信機もしくはＳＮＲの高い受信機どちらか一方の通信しか保護できていない。

本発明は、上記課題を解決し、他の無線システムにおける元々の通信品質に応じて、他の無線システム受信機に対する許容干渉電力および最大送信電力を適応的に制御する無線システム、送信電力決定方法を提供することを目的とする。

本発明の無線システムは、他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質値を、推定又は取得する通信品質取得手段と、前記通信品質取得手段の出力した送受信機間の通信品質値に基づいて、前記所定受信機に許容させる許容干渉電力を算出処理する許容干渉電力算出手段と、前記算出処理した許容干渉電力に基づいて、前記所定受信機に対する許容最大送信電力を決定処理する最大送信電力算出手段とを有することを特徴とする。

本発明の無線システムの送信電力決定方法は、他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質を、推定又は取得し、前記推定又は取得した送受信機間の通信品質に基づいて、前記所定受信機に自無線システムの送信機から与える干渉電力を決定処理し、前記決定処理した前記所定受信機に対する与干渉電力に基づいて、前記他の無線システムの受信機に許容させる前記自無線システムの送信機から送出する通信電波の最大送信電力を決定処理することを特徴とする。

本発明によれば、他の無線システムにおける元々の通信品質に応じて、他の無線システム受信機に対する許容干渉電力および最大送信電力を適応的に制御する無線システム、送信電力決定方法を提供できる。

本発明の周波数を共用する二つの無線システムを概略的に示す説明図である。 本発明に係る電力制御に関連したセカンダリ送信機の一部を示す機能ブロック図である。 本発明に係るセカンダリシステムが通信を開始するときに行なう送信処理を示すフローチャートである。 通信品質と与干渉の保持率が記載されたテーブル情報を例示する説明図である。 第１の実施の形態と非特許文献２に記載された技術とを比較したシミュレーション結果を示す説明図である。 適応変調方式を採択する拡張ＭＣＳセットを例示する説明図である。 拡張ＭＣＳセット毎に変化する伝送レートを示す説明図である。

以下本発明について、複数の実施の形態を示して詳細に説明する。尚、本発明と関係の少ない細部については、説明を明瞭にするため、省略又は簡略化して記載する。

まず、本発明の第１の実施の形態について図１ないし図５を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の周波数を共用する二つの無線システムを概略的に示す説明図である。
図１には、周波数帯域を使用する優先権を有するプライマリシステム１０と、同一の周波数帯域を共用して利用することで周波数利用効率の向上を図るセカンダリシステム２０とが記載されている。また、プライマリシステム１０とセカンセカンダリシステム２０とそれぞれ通信可能なプライマリ情報登録サーバ３０が記載されている。

プライマリシステム１０は、プライマリ送信機１１とプライマリ受信機１２とから構成され、通信又は放送の無線システムである。プライマリシステム１０は、プライマリシステム送受信機間の通信品質をセカンダリシステム２０で取得又は推定する為にデータ（プライマリ情報）を収集し、プライマリ情報登録サーバ３０に登録する。

セカンダリシステム２０は、セカンダリ送信機２１とセカンダリ受信機２２とから構成される無線通信システムである。セカンダリシステム２０は、プライマリシステム１０に与干渉となる電波を送出する前に、プライマリ送信機１１と所定のプライマリ受信機１２との通信品質値に基づき、セカンダリ送信機２１の電波送信による与干渉がプライマリ受信機１２で許容できる干渉電力(許容干渉電力)以下となるようにセカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定する最大送信電力制御部２００を有する。セカンダリ送信機２００は、最大送信電力制御部２００の決定した最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステム１０の使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２に対して送信する電力を決定する送信電力制御部２１０を有する。

プライマリ情報登録サーバ３０は、プライマリシステム１０で収集された、プライマリシステム送受信機間の通信品質又は通信品質を推定する為のデータ（プライマリ情報）を、セカンダリシステム２０に提供する。セカンダリシステム２０は、プライマリ情報登録サーバ３０を介して取得したプライマリ情報及び予め保持するデータに基づいて、プライマリ送信機１１と所定のプライマリ受信機１２との通信品質値を推定又は取得可能となる。

図２は、本発明に係る電力制御に関連したセカンダリ送信機の一部を示す機能ブロック図である。
最大送信電力制御部２００は、プライマリシステム通信品質取得部２０１とプライマリシステム許容干渉電力算出部２０２と最大送信電力算出部２０３とで構成される。

プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ送信機１１からプライマリ受信機１２までの通信品質値を、推定又は取得する。

プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、所定のプライマリ受信機の値として出力された通信品質値に基づいて、所定のプライマリ受信機に対して与えても許容される干渉値である許容干渉電力値を算出処理する。

最大送信電力算出部２０３は、許容干渉電力値に基づいてプライマリ受信機１２に対して与干渉となる電波送出の最大送信電力値を決定処理する。

また、セカンダリ送信機２１は、最大送信電力制御部２００によって決定された最大送信電力を最大値として、セカンダリ受信機２２に対する送信電力を決定処理して、送信電力結果を増幅器へ送り電波を送信する。送信電力制御は、セカンダリ送信機２１とセカンダリ受信機２２との無線伝搬環境に基づいて、セカンダリ送信機２１の送信電力を決定処理する。例えば、セカンダリ送信機２１は、まず最大送信電力より小さい所定の送信電力で電波を送信し、電波を受信したセカンダリ受信機ではセカンダリ送信機２１へ受信電力を通知し、セカンダリ送信機２１は通知された受信電力に基づき最大送信電力以下の範囲で必要に応じて送信電力を増減する等の制御を用いることができる。

次にセカンダリシステム２０における通信開始動作を説明する。
図３は、セカンダリシステム２０が通信を開始するときに行なう送信処理を示すフローチャートである。

セカンダリシステム２０は、プライマリ情報から所定のプライマリ受信機１２における通信品質を取得する（ステップＳ１０１）。
セカンダリシステム２０は、取得した通信品質に応じて、プライマリ受信機１２へ与える干渉の許容干渉電力を決定する（ステップＳ１０２）。
セカンダリシステム２０は、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２間の電波伝搬による距離減衰やシャドーイング、フェージングによる減衰を考慮して、プライマリ受信機１２への与干渉が前記許容干渉電力以下となるようセカンダリ送信機２１での最大送信電力を決定する（ステップＳ１０３）。

セカンダリシステム２０は、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を行い電波を送信する（ステップＳ１０４）。
セカンダリシステム２０は、所定時間や所定のタイミング毎に、ステップＳ１０１の処理からステップＳ１０４の処理を繰返しながら、プライマリシステム１０の使用する周波数帯域を共用して通信を行う。

ここで、プライマリシステム送受信機間における「スループット」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ情報登録サーバ３０から、プライマリ情報として、プライマリ送信機１１の位置情報、プライマリ送信機１１の送信電力情報、所定のプライマリ受信機１２の位置情報を取得する。プライマリシステム通信品質取得部２０１は、取得したプライマリ送信機１１の位置情報とプライマリ受信機１２の位置情報に基づき、プライマリ送受信機間の距離を算出する。

プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ送受信機間の距離と送信電力情報に基づき、距離減衰やシャドーイング、フェージングによる減衰、プライマリ送受信機のアンテナ利得等を考慮して、所定のプライマリ受信機１２におけるプライマリ信号の受信電力の推定値を算出する。

プライマリシステム通信品質取得部２０１は、算出したプライマリ信号の受信電力の推定値、プライマリ受信機での予想される干渉電力、その他雑音電力等を用いて、推定ＳＩＮＲを算出し、ＳＩＮＲを基に所定のプライマリ受信機１２におけるスループットを算出する。

［別のプライマリ通信品質の推定］
プライマリ情報登録サーバ３０にプライマリシステム１０から所定のプライマリ受信機１２の通信品質情報（スループット）を登録させ、プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ情報登録サーバ３０からプライマリ情報として、通信品質情報（スループット）を取得する。また、プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ情報として、プライマリ送信機１１の位置情報、プライマリ送信機１１の送信電力情報、所定のプライマリ受信機１２の位置情報を取得する。

また、プライマリ情報登録サーバ３０にプライマリシステム１０から所定のプライマリ受信機１２とのプライマリ受信電力やＳＩＮＲ等を登録させて、プライマリシステム通信品質取得部２０１がプライマリ情報としてその情報を取得し、スループットを演算して算出しても良い。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、プライマリシステムの無線規格、プライマリ受信機１２の現在のスループット、スループット保持の割合を表す保持率と対応付けられた許容干渉電力が記憶されたテーブル情報（図４に例示）を保持する。ここで、保持率α（０＜α＜１）とは、プライマリ受信機１２がセカンダリシステム２０のセカンダリ信号による干渉を受けた場合に、プライマリ受信機１２の元のスループットと比較した、干渉受信後に保持できるスループットの割合を表す値である。

プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、テーブル情報を用いて、推定又は取得したスループットと無線規格等の情報と保持率αから、所定のプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定する。

なお、本実施の形態では、プライマリシステム全体として同じ保持率αの値を用いることで、プライマリ受信機を保護しているが、保持率αの使用方法はこれに限定されない。例えば、複数のプライマリシステムが同一の周波数帯域に存在する場合では、公共関連等の高い安定性を求められる無線システムは保持率を高く設定し、通常のサービスは保持率を前記無線システムよりも小さめにするなど、プライマリシステム毎に異なった保持率を用いてもよい。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力に基づいて、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２間の電波減衰量（距離減衰やシャドーイング、フェージング）やセカンダリ送信機２１の送信アンテナ利得、プライマリ受信機１２の受信アンテナ利得等を考慮し、プライマリ受信機１２に対するセカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力値を決定処理する。

［別のセカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、上記のように決定した最大送信電力以下の電力で送信機から電波を送信して、プライマリ受信機１２で干渉として受信されたセカンダリ信号の干渉電力をプライマリ情報登録サーバ３０経由で取得し、取得した干渉電力からセカンダリ送信機２１、プライマリ受信機１２間の電波減衰量（距離減衰、シャドーイング、フェージング）やセカンダリ送信機２１の送信アンテナ利得、プライマリ受信機１２の受信アンテナ利得による影響を求め、セカンダリ送信機２１の最大送信電力値を再決定処理することも可能である。

上記説明したように、本実施の形態によれば、プライマリシステムにおける元々の通信品質（スループット）に応じて、適応的に、プライマリシステムの許容干渉電力およびセカンダリシステムの最大送信電力を制御可能な無線通信システムを提供できる。

即ち、低品質なプライマリ受信機と高品質なプライマリ受信機を共にセカンダリの与干渉から保護して、周波数を共用した通信を行うことができる。

これは、低品質な受信機と高品質な受信機とが混在するプライマリシステムにおいて、品質の良い受信機の方が品質の悪い受信機よりも干渉をより許容可能であるので、通信品質が良い受信機に対しては多くの許容干渉電力を割振り、通信品質が悪い受信機に対しては少ない許容干渉電力を割振ることで、どのような受信機であってもセカンダリシステムの与干渉を限定的した周波数共用が実現できる。

即ち、電波送信後のスループットと劣化前のスループットの比が、保持率αに保たれる。よって低品質なプライマリ受信機に対する干渉は非常に小さくすることができる。一方、高品質なプライマリ受信機に対する干渉は相対的に大きいものとなるが、保持率から定められた劣化量であるため、著しい性能低下にはならない。

尚、上記説明では、プライマリ受信機を１台として説明したが、プライマリ受信機は複数台でも良い。この場合は、セカンダリ送信機２１からは、夫々のプライマリ受信機に対して最大送信電力値を算出して、その最大送信電力値の最低値から、送信電力を定めるようにすれば良い。

一例として、本実施の形態による周波数共用方法と非特許文献２にある技術とを計算機シミュレーションにより比較して検証した（図５参照）。ただし、本シミュレーションは、プライマリシステムのスループットの代わりに、スループットと正の相関がある通信路容量にて比較を行ったものである。

図５の横軸はプライマリシステムのセル中央（送信機位置：アンテナ設置位置）とプライマリ受信機との距離[m]を表している。また、縦軸はセル中央とセカンダリ送信機とを結んだ線上の位置にあるプライマリ受信機での通信路容量[bps/Hz]を対数表記で表している。図５において、本実施の形態による周波数共用方法は「保持率一定」、非特許文献２の方法を「ＳＩＲ一定」として表記している。加えて、比較のため、セカンダリシステムが通信を開始する前のプライマリ受信機での通信路容量を「セカンダリ与干渉なし」として表記している。

また、本計算機シミュレーションでは、プライマリシステムは半径1400mの孤立円形セルをサービスエリアとする無線通信システムの下り回線とし、プライマリ受信機が１つセル内に存在する環境を想定している。また、セカンダリシステムは、プライマリシステムのセル端から500m離れた地点にセカンダリ送信機があり、距離50m離れたセカンダリ受信機と通信している。プライマリシステムの送受信機間とセカンダリシステムの送受信機間の無線伝搬路は、距離減衰のみを考慮している。

本実施の形態による周波数共用方法では、プライマリシステムの通信路容量の保持率を0.9として許容干渉電力を決定した。セカンダリ送信機は、この許容干渉電力から得られる最大送信電力を用いて通信するとしている。非特許文献２の技術では、プライマリシステムのセル端にいるプライマリ受信機のみでなく、セル内にいるプライマリ受信機のＳＩＲも確保するよう動作させている。尚、本実施の形態と特許文献２の技術による周波数共用法方法を公平に比較する為、各方法を用いて得られるセカンダリ通信路容量の平均値は一定に揃えている。

図５から分かるように、本実施の形態による周波数共用では、セカンダリシステムからの与干渉がない場合と比べて、プライマリシステムの通信路容量を大きく劣化することなく保持率αに基づいて、通信路容量を保持できていることが分かる。他方、特許文献２の技術では、本実施の形態と同じセカンダリシステムの通信路容量を得るために、プライマリシステムのセル中心に存在する高いＳＮＲを持つプライマリ受信機の通信路容量を大きく劣化させている。これより、本実施の形態の周波数共用方法を用いることで、セル中央付近にいるプライマリ受信機を保護できていることが分かる。

次に、第２の実施の形態として、プライマリ受信機での「ＳＮＲ（またはSignal to Interference Ratio（ＳＩＲ）やＳＩＮＲでも可）」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同様な構成及び動作の説明は、説明を簡潔にする為、説明を省略する。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリの通信品質は、プライマリシステム通信品質取得部２０１において、プライマリ送受信機１２の距離とプライマリ送信電力からプライマリ信号の受信電力を推定し、ＳＮＲ（または、ＳＩＲやＳＩＮＲ）を算出する。

また、プライマリシステムが、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ等をプライマリ情報登録サーバ３０に登録する場合には、プライマリシステム通信品質取得部２０１において、プライマリ情報登録サーバ３０から位置情報、プライマリ受信電力やＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ等を取得する。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、推定又は取得するプライマリのＳＮＲ等に応じた許容干渉電力のテーブルを用意して、許容干渉電力を決定処理する。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２の距離等に基づいて、最大送信電力値を決定する。または、最大送信電力算出部２０３は、プライマリ受信機１２での干渉電力等をサーバ経由で取得して、最大送信電力値を補正してもよい。

このように、セカンダリシステム２０は、最大送信電力制御部２００において、プライマリ受信機における元々のＳＮＲに応じてそのプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定し、セカンダリ送信機から出力する最大送信電力を決定して、送信電力制御部２１０において、決定した許容干渉電力値に基づいて、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステム１０の使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２と通信を行う。

セカンダリシステム２０は、上記の様に動作処理することで、プライマリ受信機でのＳＮＲやＳＩＲ、ＳＩＮＲを取得又は推定して、セカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定できる。

次に、第３の実施の形態として、プライマリ受信機の「拡張Modulation and Coding Scheme（ＭＣＳ）セット」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同様な構成及び動作の説明は、説明を簡潔にする為、説明を省略する。

適応変調方式を採択するプライマリシステムでは、ＳＩＮＲに応じて例えば図６に示す様なテーブルに基づき、変調方式、符号化率、Multi Input Multi Output（ＭＩＭＯ）ストリーム数の組み合わせ（以下では拡張ＭＣＳセットという）を決定する。このようなプライマリ受信機での通信の伝送レートは、拡張ＭＣＳセットに従い、階段状に変化する（図７参照）。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、プライマリ情報として位置情報、プライマリ送信電力等と共に所定のプライマリ受信機が使用している拡張ＭＣＳセット（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の組み合わせ）をプライマリ情報登録サーバ３０から取得する。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、取得したプライマリの拡張ＭＣＳセットに応じた許容干渉電力のテーブルを用意して、許容干渉電力を決定処理する。尚、拡張ＭＣＳセットの組み合わせは、許容干渉電力に応じて不連続に決定するため、それを考慮したテーブルを保持する（図６参照）。

プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、現在のプライマリ受信機のＳＩＮＲを推定又は取得することで、プライマリ受信機の使用している同一の拡張ＭＣＳセットへ留まれるように、許容干渉電力を決定する。また、同一の拡張ＭＣＳセットに留めたると許容干渉電力量が確保できない場合に、伝送レートをｎレベル（ｎは正の整数）下げた拡張ＭＣＳセットに移行してそのレベルで留まるように、許容干渉電力を決定する。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２の距離等に基づいて、最大送信電力値を決定する。または、最大送信電力算出部２０３は、プライマリ受信機１２での干渉電力等をサーバ経由で取得して、最大送信電力値を決定する。

このように、セカンダリシステム２０は、最大送信電力制御部２００において、プライマリ受信機における元々の拡張ＭＣＳセットに応じてそのプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定し、セカンダリ送信機２１から出力する最大送信電力を決定して、送信電力制御部２１０において、決定した許容干渉電力値に基づいて、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステムの使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２と通信を行う。

セカンダリシステム２０は、上記の様に動作処理することで、プライマリ受信機での現在の拡張ＭＣＳセットを取得し、拡張ＭＣＳセットに基づいてプライマリ送信機の送信レートを保護できるよう、セカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定できる。

なお、本実施の形態では、拡張ＭＣＳセット（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の組み合わせ）として記載したが、変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数のそれぞれ、またはそれらのいずれかの組み合わせを用いるという形態でもよい。

次に、第４の実施の形態として、プライマリ受信機の「ビット（パケット）誤り率」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同様な構成及び動作の説明は、説明を簡潔にする為、説明を省略する。

パケット通信方式を採択して、通信又は放送を行なう無線システムを、プライマリシステムとする場合にはビット誤り率／パケット誤り率を、プライマリ受信機での通信品質として用いることができる。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリの通信品質は、プライマリシステム通信品質取得部２０１において、プライマリ情報登録サーバ３０から、プライマリ情報として位置情報、プライマリ送信電力等と共に所定のプライマリ受信機で用いられるビット誤り率／パケット誤り率を取得する。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、取得したプライマリシステムのビット誤り率／パケット誤り率に応じた許容干渉電力のテーブルを用意して、許容干渉電力を決定処理する。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２の距離等に基づいて、最大送信電力値を決定する。または、最大送信電力算出部２０３は、プライマリ受信機１２での干渉電力等をサーバ経由で取得して、最大送信電力値を決定する。

このように、セカンダリシステム２０は、最大送信電力制御部２００において、プライマリ受信機における元々のビット誤り率／パケット誤り率に応じてそのプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定し、セカンダリ送信機２１から出力する最大送信電力を決定して、送信電力制御部２１０において、決定した許容干渉電力値に基づいて、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステムの使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２と通信を行う。

セカンダリシステム２０は、上記の様に動作処理することで、プライマリ受信機でのビット誤り率／パケット誤り率に応じて、セカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定できる。

次に、第５の実施の形態として、プライマリ受信機の「アプリケーションの要求品質」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同様な構成及び動作の説明は、説明を簡潔にする為、説明を省略する。

アプリケーションの要求品質（レベル）を用いる通信又はマルチメディア放送を行なう無線システムをプライマリシステムとする場合には、アプリケーションの要求品質をプライマリ受信機での通信品質として用いることができる。

アプリケーションの要求品質とは、プライマリ受信機及び／又はその上位情報処理装置で使用するアプリケーションやユーザによって、例えば、音声通話やデータ通信、ストリーミングなど毎に、定められた遅延量や通信品質を示す値である。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ情報登録サーバ３０から所定のプライマリ受信機で用いられるアプリケーションの要求品質を取得する。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、アプリケーション（例えば、許容干渉電力 大：データ通信、許容干渉電力 中：ストリーミング、許容干渉電力 小：音声通話）に応じた許容干渉電力のテーブルに基づいて、許容干渉電力を決定処理する。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２の距離等に基づいて、最大送信電力値を決定する。または、最大送信電力算出部２０３は、プライマリ受信機１２での干渉電力等をサーバ経由で取得して、最大送信電力値を決定する。

このように、セカンダリシステム２０は、最大送信電力制御部２００において、プライマリ受信機における元々のアプリケーションの要求品質に応じてそのプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定し、セカンダリ送信機２１から出力する最大送信電力を決定して、送信電力制御部２１０において、決定した許容干渉電力値に基づいて、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステムの使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２と通信を行う。

セカンダリシステム２０は、上記の様に動作処理することで、プライマリ受信機でのアプリケーションの要求品質に適応するよう、セカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定できる。

次に、第６の実施の形態として、プライマリ受信機の「移動速度」を、プライマリ受信機での通信品質として、各部の処理動作を詳細に説明する。尚、説明を簡潔にする為、第１の実施の形態と同様な構成及び動作の説明は、省略する。

移動しながら通信を行なえる無線機および接続されて用いられる上位情報処理装置で移動速度を検出可能な無線システムをプライマリシステムとする場合には、プライマリ受信機での通信品質として移動速度を用いることができる。

［プライマリ通信品質の推定］
プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ情報登録サーバ３０から所定のプライマリ受信機の移動速度を取得する。または、プライマリシステム通信品質取得部２０１は、プライマリ受信機の現在の位置情報と過去の位置情報から移動速度の推定値を算出する。

［プライマリの許容干渉電力の決定］
プライマリシステム許容干渉電力算出部２０２は、推定又は取得したプライマリシステムの移動速度（例えば、0〜15km/h、 15km/h〜60km/h、 60km/h〜）に応じた干渉電力のテーブルに基づいて、許容干渉電力を決定処理する。これは、移動速度が高速に成るにつれてプライマリ受信機でのプライマリ信号の復調処理が困難となるため、プライマリ信号の受信電力が同程度であっても、移動速度によって受信品質は異なるので、移動速度に応じた受信品質に応じて許容させる干渉が異なるためである。

［セカンダリの最大送信電力の決定］
最大送信電力算出部２０３は、決定した許容干渉電力、セカンダリ送信機２１とプライマリ受信機１２の距離等に基づいて、最大送信電力値を決定する。または、最大送信電力算出部２０３は、プライマリ受信機１２での干渉電力等をサーバ経由で取得して、最大送信電力値を決定する。

このように、セカンダリシステム２０は、最大送信電力制御部２００において、プライマリ受信機における元々の移動速度に応じてそのプライマリ受信機に対する許容干渉電力を決定し、セカンダリ送信機２１から出力する最大送信電力を決定して、送信電力制御部２１０において、決定した許容干渉電力値に基づいて、最大送信電力を超えない範囲で送信電力制御を実施し、プライマリシステムの使用する周波数帯域を共用してセカンダリ受信機２２と通信を行う。

セカンダリシステム２０は、上記の様に動作処理することで、プライマリ受信機での移動速度を取得又は推定して、セカンダリ送信機２１から送信する最大送信電力を決定できる。

なお、本実施の形態ではプライマリ受信機の「移動速度」を、プライマリ受信機での通信品質として説明したが、移動速度は他の目的で更に使用しても良い。例えば、図３におけるステップＳ１０１でプライマリ受信機の通信品質情報等を取得する場合に、高速移動のプライマリ受信機は通信品質等を取得する時間サイクル（取得タイミング）を短く、低速移動のプライマリ受信機は時間サイクルを長くというように、移動速度に応じて通信品質情報の更新頻度を変えることも可能である。さらに、セカンダリ送信機とプライマリ受信機との距離やプライマリ送信機とプライマリ受信機との距離を位置情報から求める際に、高速移動のプライマリ受信機に対してはマージンを加えた距離推定を行う等、移動速度に応じた距離推定も可能である。

以上複数の実施の形態を用いて説明したように、本発明によれば、プライマリシステムにおける元々の通信品質に応じて、プライマリシステムの許容干渉電力およびセカンダリシステムの最大送信電力を適応的に制御する無線通信システムを提供できる。

また、本発明によれば、プライマリシステムにおける元々の通信品質に応じて、プライマリシステムの許容干渉電力およびセカンダリシステムの最大送信電力を適応的に制御する無線通信システムにおける送信電力決定方法を提供できる。

尚、セカンダリシステムは使用する周波数帯に対して多くのプライマリシステムを有することがあり、当該システムは、その様なセカンダリシステムにも好適である。即ち、セカンダリシステムは、プライマリシステム毎に、夫々のプライマリシステムから通信品質情報を取得し、取得した通信品質毎に適応的に演算処理して、セカンダリシステムから送信する最大送信電力を決定できる。

これは、低品質な受信機と高品質な受信機とが混在する１つのプライマリシステムに対してのみだけでなく、夫々異なる通信方式を採用する２つのプライマリシステムに対して、取得した通信品質毎に最大送信電力を演算処理し、その少ない方の値に基づいて、セカンダリシステムの最大送信電力を決定して送信する電力を制御できるためである。

尚、セカンダリシステムの各部は、ハードウェア又は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて実現しても良い。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭにプログラムが展開され、プログラムに基づいて制御部等のハードウェアを動作させることによって、各部を実現する。また、プログラムは、記憶媒体に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録されたプログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。

また、セカンダリシステムに設けられる最大送信電力制御部は、送信機に設けても良いし、送信機とは別のサーバ等に設けても良い。送信機と別に設けられる場合には、プライマリ情報登録サーバと共通のサーバに設けることも可能である。即ち、最大送信電力制御部は、送信機に設けられる送信電力制御部と有線又は無線で通信可能であれば何れに設けても構わない。

また、プライマリ情報登録サーバの動作処理は、セカンダリシステム側で行なっても良いし、プライマリシステム側で行なってもよい。プライマリシステム側でプライマリ情報登録サーバの動作処理を行う場合は、プライマリシステムとセカンダリシステムとが、直接通信できるように構成すればよい。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や動作は、本発明の請求の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を行なうことができる。

本発明は、コグニティブ無線システムに適用できる。また、マクロセル基地局とフェムトセル基地局との周波数共用や、マクロセル基地局と中継局との周波数共用、その他メッシュネットワーク型の通信ノード間で周波数共用する無線システムに適用できる。

１０ プライマリシステム
１１ プライマリ送信機（プライマリシステム送信機）
１２ プライマリ受信機（プライマリシステム受信機）
２０ セカンダリシステム
２１ セカンダリ送信機（セカンダリシステム送信機）
２２ セカンダリ受信機（セカンダリシステム受信機）
３０ プライマリ情報登録サーバ（プライマリ情報提供サーバ）
２００ 最大送信電力制御部
２０１ プライマリシステム通信品質取得部（通信品質取得手段）
２０２ プライマリシステム許容干渉電力算出部（許容干渉電力算出手段）
２０３ 最大送信電力算出部（最大送信電力算出手段）
２１０ 送信電力制御部

Claims (12)

1. 他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質値を、推定又は取得する通信品質取得手段と、
   前記通信品質取得手段の出力した送受信機間の通信品質値に基づいて、前記所定受信機に許容させる許容干渉電力を算出処理する許容干渉電力算出手段と、
   前記算出処理した許容干渉電力に基づいて、前記所定受信機に対する許容最大送信電力を決定処理する最大送信電力算出手段と
   を有することを特徴とする無線システム。
2. 請求項１記載の無線システムであって、
   前記通信品質取得手段は、前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質として、スループット、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ、ビット誤り率、パケット誤り率、アプリケーションの要求品質、移動速度、変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の何れか又は複数を用いる無線システム。
3. 請求項１又は２に記載の無線システムであって、
   前記決定処理した前記所定受信機に対する許容最大送信電力を最大値として、自無線システムの送信機から自無線システムの受信機までの無線伝搬環境に基づいて、前記自無線システムの送信機の送信電力を決定処理する
   ことを特徴とする無線システム。
4. 他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質値を、推定又は取得する通信品質取得手段と、
   前記通信品質取得手段の出力した送受信機間の通信品質値に基づいて、前記所定受信機に許容させる許容干渉電力を算出処理する許容干渉電力算出手段と、
   前記算出処理した許容干渉電力に基づいて、前記所定受信機に対する許容最大送信電力を決定処理する最大送信電力算出手段と
   を有することを特徴とする送信機。
5. 請求項４記載の送信機であって、
   前記通信品質取得手段は、前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質として、スループット、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ、ビット誤り率、パケット誤り率、アプリケーションの要求品質、移動速度、変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の何れか又は複数を用いる送信機。
6. 請求項４又は５に記載の送信機であって、
   前記決定処理した前記所定受信機に対する許容最大送信電力を最大値として、自無線システムの受信機までの無線伝搬環境に基づいて、前記自無線システムの受信機に対して送信する送信電力を決定処理する
   ことを特徴とする送信機。
7. 他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質を、推定又は取得し、
   前記推定又は取得した送受信機間の通信品質に基づいて、前記所定受信機に自無線システムの送信機から与える干渉電力を決定処理し、
   前記決定処理した前記所定受信機に対する与干渉電力に基づいて、前記他の無線システムの受信機に許容させる前記自無線システムの送信機から送出する通信電波の最大送信電力を決定処理する
   ことを特徴とする無線システムの送信電力決定方法。
8. 請求項７記載の送信電力決定方法であって、
   前記他の無線システムの前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質として、スループット、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ、ビット誤り率、パケット誤り率、アプリケーションの要求品質、移動速度、変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の何れか又は複数を用いて、前記自無線システムの前記送信機から前記他の無線システムの所定受信機への与干渉電力を算定した後に、該送信機から送出する通信電波の最大送信電力を決定処理する
   ことを特徴とする送信電力決定方法。
9. 請求項７又は８に記載の送信電力決定方法であって、
   前記決定処理した前記所定受信機に対する前記自無線システムの前記送信機が送出できる最大送信電力を最大値として、該送信機から自無線システムに属する受信機までの無線伝搬環境に基づいて、該送信機の送信電力を決定処理する
   ことを特徴とする送信電力決定方法。
10. 無線システムに設けられた制御部を、
    他の無線システムの送信機から送出されて該他の無線システムの所定受信機で受信された通信電波によって定まる前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質値を、推定又は取得する通信品質取得手段と、
    前記通信品質取得手段の出力した送受信機間の通信品質値に基づいて、前記所定受信機に許容させる許容干渉電力を算出処理する許容干渉電力決定手段と、
    前記算出処理した許容干渉電力に基づいて、前記所定受信機に対する許容最大送信電力を決定処理する最大送信電力算出手段
    として機能させることを特徴とするプログラム。
11. 請求項１０記載のプログラムであって、
    前記通信品質取得手段を、前記送信機と前記所定受信機との間の通信品質に、スループット、ＳＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ、ビット誤り率、パケット誤り率、アプリケーションの要求品質、移動速度、変調方式、符号化率、ＭＩＭＯストリーム数の何れか又は複数を用いて動作させるプログラム。
12. 請求項１０又は１１に記載のプログラムであって、
    無線システムに設けられた制御部を、更に、
    前記決定処理した前記所定受信機に対する許容最大送信電力を最大値として、自無線システムの送信機から自無線システムの受信機までの無線伝搬環境に基づいて、前記自無線システムの送信機の送信電力を決定処理する送信電力制御手段として動作させる
    ことを特徴とするプログラム。

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