JP5959883B2

JP5959883B2 - 異種システム共存方法及び無線ゲートウェイ装置

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Publication number: JP5959883B2
Application number: JP2012049064A
Authority: JP
Inventors: 圭吾長谷川; 雅之竹川; キャートベントウ; 慶柳澤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: US20130235771A1; JP2013187604A; US9049726B2; BR102013005309A2; BR102013005309B1

Description

本発明は、既存業務（primary system、一次利用者、一次利用システム）への影響を十分回避しつつ柔軟に電波を利用していく、ホワイトスペース利用無線通信システムにおいて、複数の異なるホワイトスペース利用無線システムで同一周波数の利用を可能とする異種システム共存方法及び無線ゲートウェイ装置に関する。

周波数の枯渇問題を解決する新たな周波数の利用方法として、近年、既に割当て済みの周波数であっても空間的、時間的に利用可能な周波数帯（ホワイトスペース）について、既存業務への影響を十分回避しつつ、柔軟に電波を利用する、コグニティブ無線などのホワイトスペース利用無線システムの研究開発が行われている。

例えば、ホワイトスペースを利用する無線システムとして、IEEE802.22（非特許文献１参照）やIEEE802.11af における標準規格化が進んでいる。これらの標準規格では既存業務（例えばテレビ放送など）への影響を回避するために、
１）各無線局がIPネットワーク上のホワイトスペースを管理するデータベース（Incumbent DB、whitespace database、WSDB）やネットワークマネージャにアクセスし自身の位置情報に基づく利用可能周波数リストと最大送信可能電力を取得することと、
２）スペクトルセンシング機能（信号検知機能）によって、利用しようとする周波数を用いる既存局が周囲に存在しないことを確認した上で通信を行うこと、を規定している。これらを効率的に行うため、帯域幅及びチャネル配置をテレビ放送と同じにすることが考えられている。

ところで、各標準規格は、それぞれ目的とするサービスが異なり、IEEE802.22では遠距離の無線伝送により広域をカバーするWRAN（Wireless Regional Area Network）を構築することを目的とし、IEEE802.11afでは中近距離の無線伝送により中規模のエリアをカバーするWMAN（Wireless Metropolitan Area Network）や小規模のエリアをカバーするWLAN（Wireless Local Area Network）を構築することを目的としている。これらのシステムは、例えばインターネット接続のためのバックホール回線として遠距離伝送設備であるIEEE802.22 WRANを用い、各家庭や町内をカバーするための中近距離無線伝送設備としてIEEE802.11af WLANを用いる方法が考えられている。したがって、IEEE802.22とIEEE802.11afの無線システムが干渉することなく、共存するための制御が求められている（例えば特許文献１乃至３および非特許文献２参照）。

特開２０１２−２９１７７号公報特開２０１１−１９３４２２号公報特開２０１１−１７６５０８号公報米国電気電子学会（IEEE）Computer Society編、「IEEE Std 802.2 2-2011 Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Band s」、（米国）、ＩＥＥＥ標準化協会、２０１１年７月２７日 Tuncer Baykas、"IEEE 802.19.1 Overview"、[online]、IEEE 802.19 Working Group、[平成24年2月18日検索]、インターネット＜URL：http://ieee802.org/19/pub/Workshop/2_Baykas-NICT.pdf＞

例えば、ホワイトスペースとして利用可能な周波数が唯一である場合において、IEEE802.22 WRANのサービスエリア内に、IEEE802.11af WLAN システムが存在する場合を考える。この様な場合、以下のような問題点が考えられる。

（１）IEEE802.22とIEEE802.11afの無線局は互いのシステムの受信機能を備えていないため、周波数センシングによって他システムの存在を検知することは可能であるが、一次利用者なのか、ホワイトスペースを利用する他のシステム（二次利用者）なのかの区別することはできない。この様な場合、いずれも利用可能な周波数であるにもかかわらず、利用不可能な周波数と判断し、通信不能な状態となってしまう。

（２）仮に、特徴検出などの信号処理技術によって相互のシステムを認識できたとしても、２つのシステムが共存するためのプロトコルが無いため、周波数共用をすることができない。なぜならば、アクセス方式がOFDMA/TDDであるIEEE802.22が周期的に電波の送信を行うため、直前に電波の空きを確認した上で送信するアクセス方式のCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:搬送波検知多元接続衝突回避方式）であるIEEE802.11afは、IEEE802.22が通信しないわずかな時間にのみしか通信を行えないため、帯域の利用に不公平が生じる。また、IEEE802.22が通信しない期間は、IEEE802.11afが利用可能な期間とは限らず、一次利用者をセンシングするための期間（Quiet Period：QP）や上り下り回線の切り替え期間などの場合もある。この間にIEEE802.11afが送信を開始してしまうと、IEEE802.22は一次利用者の誤検出や見逃しが発生したり、データの送受信期間（上り／下りフレーム）に干渉を受けるといった問題が生じる。

また、この他の例としては、郊外や僻地などの各家庭にブロードバンド回線を提供する際に、FTTH（Fiber To The Home）などの有線ネットワークを敷設するのではなく、無線ネットワークによって提供する方法が考えられる。この様な場合、バックホール回線としての遠距離伝送設備と各家庭などが利用する中近距離伝送設備が連携し、異なる無線システムとの相互接続やマルチホップ伝送による方法が解決策として考えられる。このため、この様な状況下でも、協調関係にあるべき２つのシステムを共存させる必要がある。

本発明は、上記課題に鑑み為されたもので、上記のようなIEEE802.22とIEEE802.11afが混在する状況において、異なるホワイトスペース利用無線システムの共存を可能とし、特にIEEE802.11af WLANがIEEE802.22 WRANをバックホール回線として使用するような、システム間をまたいだマルチホップ伝送やシステム間の共存を実現するための技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、基地局に具備されているネットワーク管理部と中継局に具備されている異システム共存機能部がIEEE802.22の無線回線を利用して通信を行い、IEEE802.11af WLANが用いる周波数チャネルの決定、管理することで周波数を共用し共存を実現する。

また、本発明の好ましい側面では、また、該周波数チャネルについてIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが送信停止期間（Quiet Period:QP）を同期し、ＱＰにおいて一次利用者の不在確認を行うことで、二次利用者を一次利用者として誤検出することを防ぐ。

さらに、IEEE802.22 WRANとIEEE802.11afが同一周波数を時分割で共用する場合には、IEEE802.22 の基地局がフレーム制御のための信号を無送信とすることでIEEE802.22の端末（CPE: Customer Premise Equipment）を無送信状態にし、この間にIEEE802.11af WLAN が通信を行う。IEEE802.22が通信を行う期間はIEEE802.11af WLANはＱＰとしてあらかじめIEEE802.11af端末に通知しておくことで、無送信状態にし、この間にIEEE802.22 WRANが通信を行う。
以上の手段により、IEEE802.22とIEEE802.11afの共存を実現する

本発明によれば、異なる規格のホワイトスペース利用無線システム間の相互接続と共存が可能となる。

本発明の一実施形態に係るホワイトスペース利用システムの構成図。本発明の一実施形態に係る基地局１のブロック図。本発明の一実施形態に係る中継局２のブロック図。 IEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合の共存動作のフローチャート。 IEEE802.22とIEEE802.11afが異なるチャネルを利用可能な場合のフローチャート。 IEEE802.22と IEEE802.11afが異なるチャネルを利用できない場合の共存動作のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るホワイトスペース利用システムの構成図である。
本実施例のホワイトスペース利用システムは、IEEE802.22 WRANセルの管理・制御を行う基地局（BS）１と、中継局（ＲＳ：Relay Station）２と、端末（MS、STA）３と、インターネット４と、ホワイトスペースデータベース（WSDB）５からなる。本例のホワイトスペース利用システムでは、中継局２が、基地局１とはIEEE802.22で通信し、端末３とはIEEE802.11afで通信しながら、基地局１と端末３との間で行われる通信を中継する。このように異システムを接続する中継局２は、ゲートウェイとも称される。

図２は、基地局１のブロック図である。基地局１は、アンテナ１０１と、IEEE802.22 準拠の基地局の送受信機能を有するIEEE802.22送受信部１０２と、IEEE802.22準拠のスペクトルマネージャ（Spectrum Manager：ＳＭ）であるIEEE802.22 周波数管理部１０３と、基地局１に接続している中継局が管理するネットワーク（IEEE802.11af WLAN）の利用周波数チャネルや送信可能タイミングや最大送信電力を制御するネットワーク管理部１０４と、インターネットに接続する接続端子１０５と、各機能部（１０２〜１０４）及び接続端子１０５の間のインターフェースとなるインターフェース部１０６からなる。
IEEE802.22周波数管理部１０３は、コグニティブ無線の基地局において中核的な機能部であり、IEEE802.22として利用可能な周波数の情報を維持し、自己及び近隣のIEEE802.22基地局の運用チャネルや予備チャネルのリストを管理し、ＱＰのスケジュールを管理し、IEEE802.22同士の共存機能を実装する。
ネットワーク管理部１０４は、IEEE802.22周波数管理部１０３が維持しているIEEE802.22利用可能周波数情報を参照し考慮して、IEEE802.11af WLANの利用周波数チャネルを管理するほか、必要に応じ、IEEE802.11afに割当てたチャネルを干渉情報として、あるいは自己又は仮想のIEEE802.22基地局で運用、準備或いは候補チャネルになっているものとして、IEEE802.22周波数管理部１０３に通知する。

図３は、中継局２のブロック図である。中継局２は、アンテナ２０１と、IEEE802.22 準拠の端末機能を備えるIEEE802.22 CPE 機能部２０２と、IEEE802.11af 準拠のWLANアクセスポイント機能（ルーティング機能を含む）を備えるIEEE802.11af AP機能部２０３と、ネットワーク管理部１０４にログインし、帯域（周波数チャネル）の要求、獲得を行う機能を備える異システム共存機能部２０４と、各機能部（２０２〜２０４）のインターフェースとなるインターフェース部２０５からなる。これにより中継局２は、IEEE 802.11af WLAN内で通信可能であり、またIEEE802.22 WRANをバックホールとして利用できる。
なおルーティング機能は、異なるネットワークを接続する際に必要なもので、IEEE802.11af AP機能部２０３以外の機能部（インターフェース部２０５や１０６）に備えてもよい。異システム共存機能部２０４は、ＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）や他の公知技術（近隣者発見プロトコル等）を用いてネットワーク管理部１０４への接続に必要な情報（アドレス等）を自ら得る。

なお図３において、アンテナ２０１はIEEE802.22 CPE 機能部２０２とIEEE802.11af AP機能部２０３に異なるアンテナを接続しているが、指向性、利得などが同一で良い場合には、分配器、合成器などを用いて１つのアンテナを共用しても構わない。

本実施形態では、基地局１に具備されているネットワーク管理部１０４と中継局２に具備されている異システム共存機能部２０４がIEEE802.22の無線回線を利用して通信を行うことにより、IEEE802.11af
WLANが用いる周波数チャネルの決定、管理することを特徴とする。また、一次利用者の検出を正しく行うため、該周波数チャネルについてIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが送信停止期間（Quiet Period: QP）を同期することも特徴の一つである。

以下図４、図５、図６を用いて、IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANの共存の流れを３つのケースごとに説明する。３つのケースとはそれぞれ、IEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合（ケース１）、利用可能なチャネルが複数ありIEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合（ケース２）、利用可能なチャネルが１チャネルしかなくIEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用できない場合（ケース３）である。ケース１と２におけるIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANの各システムが利用可能な周波数を、以下の表のように想定する。

この想定では、IEEE802.22 WRANはf1, f2が利用可能であり、f3, f4 は一次利用者への干渉保護のため使用することができない。IEEE802.11af WLANは、周波数チャネルf1、f2、f4がホワイトスペースとして利用可能であり、周波数チャネルf3は、一次利用者への干渉保護のため使用できない。
ここで、周波数チャネルf4をIEEE802.11af WLANが使用できて、IEEE802.22 WRAN が使用できないのは、送信電力の違いによるものであり、IEEE802.11af WLANは中近距離の通信を目的としているため、IEEE802.22 WRANよりも小電力で通信可能であり、一次利用者に干渉を与えることなく、通信可能なためである。その逆の場合（IEEE802.22のみが利用可能なチャネルがある場合）は想定しない。仮にIEEE802.22のみが利用可能なチャネルがある場合は、IEEE802.22 WRANが規格にしたがってそのチャネルを任意に使えるものとする。

またWSDB５は、この表１の通りの情報或いはこの表を導出可能な情報を維持している。例えば、その周波数チャネルにおける利用可否（一次システムの有無）と、可能な場合における最大許容送信電力とを、周波数チャネル毎に保持し、最大許容送信電力を各システムで最低限必要とされる電力と比較するようなものでも良い。
なお、IEEE802.11afにおけるチャネル配置が、IEEE802.22（或いは一次システム）のそれと異なるような場合（例えばチャネル間隔が、前者が４ＭＨｚで後者が６ＭＨｚであるような場合）が考えられる。その場合、IEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用すると言ったときは、それらのチャネルの占有帯域は重なりが無いことを意味し、IEEE802.22 WRAN と IEEE802.11af WLANが同じチャネルを利用すると言ったときは、それらのチャネルの占有帯域は重なりがあることを意味するものとする。

［ケース１：IEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合］
図４にIEEE802.11afのみが利用可能なチャネルがある場合の共存動作の詳細を説明する。

［Ｓ４０１］
まず初めに、中継局２は、基地局１とのバックホール回線を確立するため、IEEE802.22のCPE機能２０２を用いて、IEEE802.22 WRANにネットワークエントリを行う。
本例では、IEEE802.22 WRANは周波数チャネルf1を用いて通信しており、中継局２は基地局１が周波数f1を用いて送信するＳＣＨ（Superframe Control Header）やＣＢＰ（Coexistence Beacon Protocol）といったメッセージを受信することによって、IEEE802.22 WRANが使用するチャネル（運用チャネル：operating channel）や予備チャネル（バックアップチャネル：backup channel）を認識する。それらの情報はIEEE802.22CPE機能部２０２と異システム共存機能部２０４に記憶される。
中継局２は、IEEE802.22 WRANへのネットワークエントリに加え、IEEE802.11af WLANの中継装置であることを基地局１のネットワーク管理部１０４に通知する。

［Ｓ４０２］
基地局１と中継局２の通信を確立した後、中継局２のIEEE802.11af AP機能部２０３は、IEEE802.11af WLANが利用可能な周波数チャネル候補のリストの取得するために、異システム共存機能部２０４に対し、ＷＳＤＢ５へアクセスしホワイトスペースとして利用可能なチャネルを取得するよう命令を出す。
命令を受けた異システム共存機能部２０４は、ＷＳＤＢ５にアクセスし、IEEE802.11af WLANが利用可能な周波数チャネル候補のリストを取得し、取得情報を記憶する。
このように、IEEE802.11af機能部２０３は、IEEE802.22 WRANの無線回線を利用して直接DBにアクセスするのではなく、異システム共存機能部２０４をゲートウェイやプロキシサーバーのように用いることによって、ホワイトスペース情報の取得を試みる。

なお、異システム共存機能部２０４は、ネットワーク管理部１０４をゲートウェイやプロキシサーバーとして利用し、ネットワーク管理部１０４が周波数候補のリストを代理取得し、異システム共存機能部２０４に通知しても良い。したがって、ネットワーク管理部１０４は、基地局１内に具備されずに、インターネット４内にサーバー等として設置しても良い。ネットワーク管理部１０４は、IEEE802.22周波数管理部１０３やＷＳＤＢ５に問合せたホワイトスペース情報をキャッシュすることで、ＷＳＤＢ５の負荷を軽減させることができる。

［Ｓ４０３］
中継局２の異システム共存機能部２０４は、IEEE802.11af WLANが利用可能なチャネルリストを取得すると、取得したリストを基地局１のネットワーク管理部１０４に通知し、基地局１は受信確認メッセージを返信する。
なお、ステップＳ４０２において、ゲートウェイ、プロキシサーバー機能などによって異システム共存機能部２０４がネットワーク管理部１０４に代理させてリストの取得を行った場合には、その時点でネットワーク管理部１０４が記憶を行えばよく、本ステップＳ４０３は不要である。

［Ｓ４０４］
中継局２の異システム共存管理部２０４は、IEEE802.22 WRANが利用可能なチャネルリストと、IEEE802.11af WLANが利用可能なチャネルリストの比較を行う。IEEE802.11af WLANのみで使用可能なチャネルがあり、システム規定の通信品質を満足するチャネルであれば、そのチャネルを用いることと判断し、そのチャネルをIEEE802.11af AP機能部２０３に通知する。
本例では、IEEE802.11af WLANで利用可能なチャネルである周波数チャネルf4を用いる。異システム共存管理部２０４から周波数チャネルf4が利用可能という通知を受けたIEEE802.11af AP機能部２０３は、一次利用者の不在を定期的に確認するため、無送信期間（Quiet Period：QP）の周期、期間を設定、記憶し、さらに異システム共存管理部２０４に通知を行う。QPの周期は、IEEE802.22 WRANの無線フレームの周期（10ms）或いはスーパーフレームの周期（160ms）の整数倍に設定することが望ましい。
なお、IEEE802.11af WLANのみで使用可能なチャネルが無い場合には、図５、図６に示す手続きによって、通信に用いる周波数を決定する。（詳細は後述する。）

［Ｓ４０５］
中継局２の異システム共存管理部２０４は、周波数チャネルf4の使用決定とＱＰに関する情報を基地局１のネットワーク管理部１０４に通知する。通知を受信した基地局１は、受信確認メッセージを中継局２に返信し、ネットワーク管理部１０４はIEEE802.22 周波数管理部１０３に受信したＱＰに関する情報を通知する。
このステップにより、周波数チャネルf4についてＱＰを同期させることが可能になる。つまり、IEEE802.22 周波数管理部１０３は、IEEE802.11af WLANのＱＰ期間に一致させたｆ１のＱＰ期間で、ｆ４を帯域外(out-band)センシングする。一致させることができなかったＱＰ期間は、ｆ４以外のセンシングに利用すればよい。これにより、IEEE802.22 WRAN がIEEE802.11af WLANを一次利用者として誤検出してしまうことを防ぐことができ、IEEE802.22 WRANは一次利用者の不在を正しく確認可能となる。また、WSDB５のチャネルリストが更新されIEEE802.22 WRAN が周波数チャネルf4を利用することが可能となった際には、ＱＰタイミングに基づきIEEE802.11af WLANによる使用が強く想定されるタイミングで十分センシングする。これにより、IEEE802.11af WLANの存在の検知に失敗しIEEE802.11af WLANに干渉を与えてしまうことをより確実に防ぐこともできる。
なお、周波数チャネルf4以外の周波数については、ＱＰの同期を行わなくてもよく、周波数f1については、既にIEEE802.22 WRANが設定しているＱＰによって一次利用者の不在確認を行ってよい。

［Ｓ４０６］
中継局２はIEEE802.11af規定の手続きにより、端末３と認証、接続確立を行う。

［Ｓ４０７］
端末３はIEEE802.11af規定の手続きにより、中継局２と接続確立時に取得したＱＰの情報を記憶する。

［Ｓ４０８］
中継局２は、周波数f4を用いてIEEE802.11af WLANの通信を行う。これと平行してIEEE802.22 WRANは周波数f1を用いて通信可能であり、２つのシステムは共存可能である。また、IEEE802.11af WLANの端末３は、基地局１と中継局２を介してインターネット５に接続することができる。

［Ｓ４０９］
中継局２は、ステップＳ４０５で決定した期間（ＱＰ）において、一次利用者の不在を確認する。一次利用者を検知した場合は、そのチャネルを保護チャネルとして使用を禁止する。
IEEE802.22 WRAN が周波数チャネルf4についてホワイトスペースとして利用可能かどうかを確認する場合には、周波数チャネルf4のＱＰを同期して、一次利用者の不在確認を行う。
以後、さらなる帯域要求が発生した場合には、Ｓ４０４、Ｓ４０５のステップにより、チャネルの取得を行う。また、新たな帯域要求がなくても、定期的あるいは次のＱＰのスケジュールが決まるたびにＳ４０５の通知をし、IEEE802.22 周波数管理部１０３は通知から所定時間経過したＱＰを無効として消去するようにしてもよい。

［ケース２：IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合］
図５にIEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用可能な場合、すなわちホワイトスペースとして利用可能なチャネルが２チャネル以上ある場合の共存動作の詳細を説明する。

［Ｓ５０１〜Ｓ５０４］
ステップＳ４０１〜Ｓ４０４と同様である。

［Ｓ５０５］
ステップＳ５０４において、IEEE802.11af WLANのみが使用できるチャネルが存在しない場合、中継局２の異システム共存機能部２０４は、基地局１のネットワーク管理部１０４に帯域要求（チャネル割当要求）を行う。
IEEE802.22 WRANが未使用のチャネルはIEEE802.11af WLANが干渉を与えることなく使用可能であるため、これらのチャネルから任意のチャネルを選択し、チャネルを指定して割当要求してもよいし、チャネルは未指定としてネットワーク管理部１０４にチャネルの割当を任せても良い。

［Ｓ５０６］
帯域要求を受信した基地局１のネットワーク管理部１０４は、割当チャネルが指定されている場合は、近隣に存在する他のIEEE802.22 WRANに対して干渉を与えないかなどを考慮した上でそのチャネルが使用可能かどうかの判定を行い、割当チャネルが未指定の場合には、任意の割当チャネルを選択する（本実施例ではf2を選択）。
さらに、ネットワーク管理部１０４は、近隣のIEEE802.22 WRANのチャネル使用状況などを考慮した上で、他のシステムに干渉を与えないような、割当チャネルにおける送信可能なタイミング（アクティブフレーム）とＱＰと許容最大電力（必要であれば）を決定する。このとき、IEEE802.22 WRANが複数のチャネルを使用している場合に、使用中のチャネルを開放し、IEEE802.11af WLANに割当てる選択を行っても良い。
決定したＱＰは、IEEE802.22周波数管理部（ＳＭ）１０３に通知・設定される。これにより、IEEE802.22システムがIEEE802.11afがＱＰのときにｆ２を用いて送信を行うことを防ぐことができる。
さらに、ＢＳ００１は、定期的に送信するＣＢＰにf2が運用チャネルであるという情報を含めてもよく、これにより他のIEEE802.22 WRANが周波数チャネルf2を使用するのを防ぐことができる。

［Ｓ５０７］
基地局１は決定した割当チャネル、送信可能タイミング、ＱＰを中継局２に通知する。帯域要求時にチャネルを指定されていて、そのチャネルが使用不可と判断した場合には、割当チャネルなし（使用不可）として情報を中継局２に通知する。
割当結果を受信した中継局２は、受信確認メッセージを基地局１に返信する。

［Ｓ５０８］
割当結果を受信した中継局２のIEEE802.22 CPE 機能部２０２は、異システム共存機能部２０４とIEEE802.11af機能部２０３に、割当チャネル、送信可能タイミング及びＱＰを通知し、そこで記憶・設定が行われる。この送信タイミングとＱＰは近隣のIEEE802.22 WRANのチャネル使用状況を考慮して決定されたものであるため、近隣のIEEE802.22との干渉を未然に防ぎ、さらに、ＱＰにおける一次利用者の誤検出や誤警報を防ぐことができる。

［Ｓ５０９］
中継局２のIEEE802.11af機能部２０３は、IEEE802.11af規定の手続きにより、端末３と認証、接続確立を行う。

［Ｓ５１０］
端末３は、IEEE802.11af規定の手続きにより、端末３と接続確立時に取得したＱＰの情報を記憶する。

［Ｓ５１１〜Ｓ５１２］
決定した送信可能期間とＱＰにおいて、IEEE802.22及びIEEE802.11afが通信と一時システムの不在確認を夫々行う。本実施例では、IEEE802.22とIEEE802.11afの送信可能期間とＱＰが同期しているが、使用している周波数が異なるため同期は必須ではない。

［ケース３：IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用できない場合］
図６にIEEE802.22 WRAN とIEEE802.11af WLANが異なるチャネルを利用できない場合、たとえば、ホワイトスペースとして利用可能なチャネルが１チャネルしかなく、周波数チャネルｆ１のみが利用可能であると仮定した場合の共存動作の詳細を説明する。本実施例では、利用可能なチャネルが１チャネルしかない場合は、時分割でチャネルを共用し、各システムはIEEE802.22規定のフレーム単位でチャネルを利用する。

［Ｓ６０１〜Ｓ６０５］
ステップＳ５０１〜Ｓ５０５と同様である。

［Ｓ６０６］
帯域要求を受信した基地局１のネットワーク管理部１０４は、周波数チャネルf1を用いてIEEE802.11af WLAN と時分割共用するため、IEEE802.11af WLANの送信可能タイミング（フレーム）、ＱＰの周期、期間を決定する。決定した情報は周波数管理部１０３に通知される。なお、通常のSCHやCBPにはIEEE802.22 WRANが使用するフレームをアクティブフレームとして情報を付加するが、本発明においては、IEEE802.11af が使用するフレームもIEEE802.22 WRANと区別することなくアクティブフレームとして情報を付加する。これにより、近隣のIEEE802.22 WRANによってIEEE802.11afに割当てたフレームが使用されることを防止できる。

［Ｓ６０７〜Ｓ６１０］
ステップＳ５０７〜Ｓ５１０と同様である。ただし、複数の中継局２で同じチャネルを共有することができ、その際Ｓ６０７で各中継局に通知する割当チャネル、送信可能タイミング、ＱＰは共通である。
また端末３は一般に、一次利用者の不在確認（センシング）を行わないので、端末３に対しては、IEEE802.11afが送信可能なフレーム以外は全てＱＰとして通知・設定しても一次利用者を誤検出することはないため、その期間をＱＰ（送信が禁止された期間であればよい）に設定する。

［Ｓ６１１］
IEEE802.11af WLANIEEE802.11af AP機能部２０３及び端末３）は、割当てられた送信可能期間において、周波数チャネルｆ１を用いて通信を行う。
IEEE802.22 WRANは無送信で待機する。なお、基地局１はSCHやCBPを用いて本レームを基地局１のアクティブフレームとして通知しているので、IEEE802.22のCPEはIEEE802.22 WRANのフレームが送信されているものと認識するが、実際には基地局１からフレームプリアンブルやFCH（Frame Control Header）、DSMAP、USMAPなどのフレーム制御情報の送信を行わない。このため、本フレームにおいて、CPEが送信することはなく、IEEE802.11af WLANに対して干渉を与えることはない。

［Ｓ６１２］
IEEE802.22 WRAN は、割当てられた送信可能期間において、周波数チャネルｆ１を用いて通信を行う。
IEEE802.11af WLAN（IEEE802.11af AP機能部２０３及び端末３）は無送信で待機する。無送信は各種の公知の方法で実現でき、例えば、アクセス方式にＰＣＦ（Point Coordination Function）を利用している場合は、IEEE802.22 WRANがアクティブな期間に一致させてＣＦＰ(Contention Free period)を設定し、ビーコン或いはProbe Responseに含ませるパラメータで通知するとともに、ＣＦＰの間、全ての端末３にアクセス権を与えない（ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信しない）ことで実現できる。

［Ｓ６１３］
IEEE802.22 WRANとIEEE802.11af WLANは無送信となり、一次利用者の不在確認を行う。
なお、（使用周波数をＷＳＤＢ５に確認しているという理由で）IEEE802.11af WLANがスペクトルセンシングを必須としないなら、このステップのIEEE802.11af WLANのＱＰは、単なる無送信でよい。IEEE802.22 WRANのＱＰには、”Intra-frame sensing”用の短期間且つ短周期のＱＰと、”Inter-frame sensing”用の長期間且つ長周期のＱＰの２種類がある。短期間ＱＰであれば、IEEE802.11af WLANはＲＴＳ／ＣＴＳ手順により通信予告をし、実際には通信を行わないことで、期間中の無送信を実現できる。

以上のように、本実施例のような中継局を用いることによって、IEEE802.22とIEEE802.11afの共存が可能となる。

１…基地局（ＢＳ）、２…中継局（ＲＳ）、３…端末（ＭＳ，ＳＴＡ）、４…接続端子（ポート）、５…ホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ）、
１０１…アンテナ、１０２…IEEE802.22送受信部、１０３…IEEE802.22 周波数管理部、１０４…ネットワーク管理部、１０５…接続端子（ポート）端子、１０６…インターフェース部１０６、
２０１…アンテナ、２０２…IEEE802.22 CPE 機能部、２０３…IEEE802.11af AP機能部、２０４…異システム共存機能部、２０５…インターフェース部。

Claims

互いに方式が異なる第１及び第２の無線システムの夫々がホワイトスペースの周波数を利用して行う通信を共存させるための異種システム共存方法であって、
該第１の無線システムの基地局に、ネットワーク管理部を設け、
該第２の無線システムの基地局に、該第１の無線システムの端末機能部及び異システム共存機能部を設け、
該異システム共存機能部が、該端末機能部を介した該第１の無線システムによる通信路を利用して、該第２の無線システムの基地局が利用可能な周波数チャネルの情報を取得するステップと、
該第２の無線システムの基地局が、該情報に基づいて決定された周波数チャネルを使用して通信を開始するステップと、
該ネットワーク管理部が、該第２の無線システムの基地局が使用する周波数チャネルの情報を、該異システム共存機能部から受信して保持するステップと、
該ネットワーク管理部が、該第２の無線システムの基地局が使用する周波数チャネルにおいて設けた送信停止期間の情報を、該異システム共存機能部から受信して保持するステップと、
該第１の無線システムの基地局が、自己が使用する周波数チャネルと、該ネットワーク管理部が保持する情報が示す該第２の無線システムが使用する周波数チャネルとが一致しないときに、該第２の無線システムが使用する周波数チャネルにおいて該第２の無線システムの送信停止期間に同期して、該第１及び第２の無線システム以外による無線利用の存在確認を行うステップと、を有する異種システム共存方法。
前記第１及び第２の無線システムは、送信停止期間を設けることができるシステムであり、
該異システム共存機能部が、該第２の無線システムで使用可能であり該第１の無線システムでは使用できない周波数チャネルを発見し、該発見した周波数チャネルを用いることと判断するステップと、
該異システム共存機能部が、該発見した周波数チャネルを、該ネットワーク管理部に通知するステップと、
該第１の無線システムの基地局が、該発見した周波数チャネルにおいて、該第２の無線システムでの該周波数チャネルの送信停止期間に同期させた送信停止期間に、out-bandセンシングを実行するステップと、を更に有する請求項１記載の異種システム共存方法。
該ネットワーク管理部が、該第１の無線システムのための利用可能周波数の情報を参照し、第２の無線システムに排他的に割当てられる空きチャネルが無いと判断するステップと、
該第１の無線システムの基地局が、送信停止期間を設けるために、フレーム制御のための信号を送信しないことで該第１の無線システムの端末を無送信状態にするステップと、
該第２の無線システムの基地局が、該第１の無線システム送信停止期間以外の期間を、第２の無線システムの送信停止期間として事前に第２の無線システムの端末に通知するステップと、
該第２の無線システムの基地局が、該第１の無線システムの送信停止期間に、第２の無線システムの端末と通信を行うステップと、を更に有して、該第１及び第２の無線システムが同一周波数を時分割で共用することを特徴とする請求項２記載の異種システム共存方法。
ホワイトスペースを利用する互いに方式が異なる第１及び第２の無線システムの通信を中継するゲートウェイ装置に対し、バックホールを提供する第１の無線システムの基地局装置であって、
該第１の無線システムの基地局の無線送受信機能を有する送受信部と、
該第１の無線システムのスペクトルマネージャとして、該送受信を用いて該第１の無線システム以外のシステムの存在確認を行う周波数管理部と、
該基地局装置に所定の問い合わせをした該ゲートウェイ装置に対して、該ゲートウェイ装置が第２の無線システムで使用すべき周波数チャネルを通知し、また、該基地局装置に接続した該ゲートウェイ装置が管理する該第２の無線システムの使用周波数チャネル及び送信可能期間又は送信停止期間の情報を収集して管理するネットワーク管理部と、を備え、
該基地局装置が使用する周波数チャネルと、該ネットワーク管理部が保持する該第２の無線システムの使用周波数チャネルとが一致しないときに、周波数管理部は、該第２の無線システムが使用する周波数チャネルでの該存在確認を、該第２の無線システムの送信停止期間に同期して行い、
該ネットワーク管理部が、該第１の無線システムのための利用可能周波数の情報を参照し、第２の無線システムに排他的に割当てられる空きチャネルが無いと判断すると、該送受信部は、該第２の無線システムの通信期間を設けるために、該第１の無線システムの端末を無送信状態を作り出すことを特徴とする基地局装置。