JP6071159B2

JP6071159B2 - 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: JP6071159B2
Application number: JP2016030109A
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: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP2016123126A

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（Incumb
ent 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IEEE
802.22 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IEEE8
02.11af 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 802.22-2011 Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands」、（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、IEEE80
2.22 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、IEEE802.11
af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、I
EEE802.22 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IE
EE802.11af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１０
４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 802.11a
f 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IEEE802.1
1af 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（Coe
xistence Beacon Protocol）といったメッセージを受信することによって、IEEE802.22 W
RAN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２０
２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Ｓ
４０３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 WL
AN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IEEE
802.11af 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（Q
uiet 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 WRA
N 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、IEE
E802.22 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IEEE802.11a
f 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IEEE8
02.22 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１０
４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 W
RAN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 Coordina
tion 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（Ｃ
Ｆ−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中継する無線ゲートウェイ装置であって、
該第１の無線システムの端末として、該第１の無線システムの基地局と無線通信する第１システム端末部と、
該第２の無線システムの基地局として、該第２の無線システムの端末と無線通信する第２システムＡＰ部と、
該第１の無線システムの基地局にログインして周波数チャネルを要求し、獲得した周波数チャネルを該第２システムＡＰ部に使わせ、該獲得した周波数チャネルにおいて送信可能なタイミングが定められているときは、該タイミング以外の全ての期間に亘り、該第２の無線システムを無送信期間とするように該第２システムＡＰ部を設定する異システム共存機能部と、を備え、
該異システム共存機能部は、外部に備えられるデータベースから取得した第２の無線システムが利用可能な周波数チャネルのリストに、第１の無線システムで利用できない周波数チャネルを発見したときは、該利用できない周波数チャネルを該第２システムＡＰ部に使わせるとともに、該第２システムＡＰ部が使用する周波数チャネル及び無送信期間を、該第１の無線システムの基地局に通知し、
該リストの中で、該第１の無線システムでは利用できない周波数チャネルが発見されないときは、該異システム共存機能部は、第２システムＡＰ部に該獲得した周波数チャネルを使わせるとともに送信停止期間を該第１の無線システム送信停止期間に同期させることを特徴とする無線ゲートウェイ装置。