JP6179562B2 - 通信装置、プログラム及び通信制御方法 - Google Patents
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Description
1.周波数帯の二次利用のための機能分類
2.通信装置の構成例
3.通信システムの構成例
4.ノード間で送受信されるデータの例
まず、周波数帯の二次利用を実現するために、システムに参加する通信装置が有すべき主な機能(FC:Function Class)を以下に列挙する。なお、システムに参加する通信装置は、ここに列挙する7つの機能(FC1〜FC7)のうちいずれか1つ又は複数の機能を有するものとする。
・FC1:二次通信許可ノード
・FC2:一次通信中継ノード
・FC3:拡張判定ノード
・FC4:判定ノード
・FC5:協調測定ノード
・FC6:測定ノード
・FC7:通信ノード
二次通信許可ノード(FC1)は、後述する拡張判定ノード又は判定ノードにより周波数帯の二次利用が可能であると判定された場合に、周波数利用規定(スペクトラムポリシー)に従って二次利用に係る通信サービス(以下、第2の通信サービスという)の開始又は拡張を許可する。例えば、二次通信許可ノードは、過去にスペクトラムの不正利用を行った装置の認証ID、端末ID、デバイスID又はセンサIDなどを一覧化したブラックリストを予め保持している。そして、二次通信許可ノードは、第2の通信サービスの開始又は拡張を要求したノードのIDを当該ブラックリストに照合し、そのノードのIDがブラックリストに存在しない場合に、第2の通信サービスの開始又は拡張を許可してもよい。また、第1の通信サービスのトラフィックを把握している基地局が二次通信許可ノードである場合には、当該二次通信許可ノードは、ユーザトラフィックの履歴に基づいて多くのチャネルが空いている時間帯又は地域を認識する。そして、当該二次通信許可ノードは、多くのチャネルが空いている時間帯又は地域について二次利用を許可することにより、その時間帯又は地域におけるスペクトラムの有効利用を図ってもよい。また、二次通信許可ノードは、拡張判定ノード又は判定ノードにより二次利用可否の判定に使用される情報を生成若しくは取得し、又は更新して、拡張判定ノード又は判定ノードへ配信してもよい。二次利用可否の判定に使用される情報には、例えば、センシングに使用できる電力レベルなどの地域ごと若しくはサービスエリアごとの周波数利用規制情報(Regulatory情報)、並びに隣接セルの基地局が提供するシステム情報(使用している帯域及び帯域幅など)が含まれる。即ち、二次通信許可ノードは、第2の通信サービスの所謂コーディネータとして動作し得る。
一次通信中継ノード(FC2)は、一次利用に係る通信サービス(以下、第1の通信サービスという)と接続されている場合に、周囲のノードが第1の通信サービスを利用するための擬似的な基地局又はアクセスポイントとして動作する。
拡張判定ノード(FC3)は、後述する判定ノードから収集した二次通信プロファイルに基づいて、二次利用に係る通信ネットワーク(以下、第2の通信ネットワークという)の拡張が可能か否かを判定する。二次通信プロファイルには、典型的には、後に具体的に説明する測定データ(測定データから統計的に計算されるリンクデータをも含む)が含まれる。また、二次通信プロファイルには、第2の通信ネットワークのそれぞれにおけるスケジューリング情報が含まれてもよい。また、二次通信プロファイルには、各判定ノードが保持する周波数利用規定の識別子などが含まれてもよい。拡張判定ノードは、例えば、複数の判定ノードが準拠する周波数利用規定により指定される指標値又は使用されるデータベースサーバなどが共通している場合に、1つの第2の通信ネットワークの範囲を他の第2の通信ネットワークに属すノードにまで拡張することが可能であると判定してもよい。また、拡張判定ノードは、例えば、複数の周波数利用規定により指定される指標値のうちの最も厳しい値を全ての第2の通信ネットワークが満たしている場合に、第2の通信ネットワークの拡張が可能であると判定してもよい。また、拡張判定ノードは、例えば、周波数利用規定に従って認可されたデータベースサーバに問い合わせた結果、共通して利用可能な周波数帯が存在していることが確認された場合に、当該周波数帯を共通的に利用して第2の通信ネットワークを拡張することを決定してもよい。さらに、拡張判定ノードは、例えば、1つの第2の通信ネットワークに属すノードが他の第2の通信ネットワークに属すノードとの間のデータの送受信を希望している場合に、目的とするデータをリレー又はマルチホップするという目的に限って、1つの第2の通信ネットワークの範囲を他の第2の通信ネットワークに属すノードにまで拡張してもよい。また、拡張判定ノードは、ビームフォーミング又は送信電力制御に基づく干渉制御技術を使用して、第1の通信サービスに悪影響を与えることなく最大送信電力を引き上げることができる場合に、第2の通信ネットワークの拡張が可能であると判定してもよい。拡張判定ノードは、第2の通信ネットワークの拡張が可能であると判定すると、第2の通信ネットワークの拡張の許可を二次通信許可ノードへ要求する。また、拡張判定ノードは、典型的には、後述する判定ノードの機能をも有する。なお、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとが物理的に同一の装置上に存在する場合には、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信は、論理的な機能間の通信として行われ得る(又は省略され得る)。一方、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとが物理的に異なる装置上に存在する場合には、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信は、無線リンク及び有線リンクのいずれかを用いて行われ得る。ここでの無線リンクとは、例えば、第1の通信サービスに基づく無線リンクであってもよい。また、有線リンクとは、プライベートネットワーク(例えばコアネットワークなど)又はパブリックネットワーク(例えば、ADSLなど)のいずれかの上のリンクであってもよい。
判定ノード(FC4)は、後述する協調測定ノード又は測定ノード(判定ノードと同一の装置上に実装されてもよい)により測定され又は収集された測定データに基づいて、周波数利用規定に従って周波数帯の二次利用が可能か否かを判定する。判定ノードは、例えば、二次利用をしようとする周波数帯において測定された受信信号の電力レベルあるいはエネルギー(又はその一定期間にわたる平均値)が周波数利用規定(又は周波数利用規定により認可されたデータベースサーバなど)により指定される指標値を下回っている場合に、当該周波数帯の二次利用が可能であると判定してもよい。また、判定ノードは、ダウンリンクのリファレンス信号に含まれるスケジューリング情報を取得し、当該スケジューリング情報から空いていると判断されるチャネルについて、二次利用が可能であると判定してもよい。判定ノードは、例えば、測定され又は収集された測定データに基づいて二次利用の対象として選定した周波数帯について、周波数帯の二次利用が可能であると判定すると、第2の通信サービスの開始の許可を二次通信許可ノードへ要求する。そして、判定ノードは、二次通信許可ノードから第2の通信サービスの開始を許可されると、例えば周囲の通信装置へビーコンを送信して第2の通信サービスのユーザを募り、第2の通信サービスを開始する。判定ノードから送信されるビーコンは、周囲の通信装置による第2の通信サービスの検出、同期、及びシステム情報の取得などのために用いられ得る。例えば、セルラ通信システムにおける一次同期信号及び二次同期信号、又はPBCH(物理ブロードキャストチャネル)上の信号などは上述したビーコンの一例である。即ち、判定ノードは、第1の通信サービスから第2の通信サービスへの切替えを行うコグニティブ無線のためのエンジンとして動作する。また、判定ノードは、上述した拡張判定ノードからの指示に応じて、二次通信プロファイルを生成して拡張判定ノードへ送信する。なお、拡張判定ノードに関連する上述した説明と同様、判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信もまた、論理的な機能間の通信(同一の装置上の場合。但し、この場合には上述した処理は省略され得る)、又は無線リンク若しくは有線リンクを用いた通信(異なる装置上の場合)として行われ得る。
協調測定ノード(FC5)は、自装置の周囲の測定ノード又は協調測定ノードから、各ノードが保持している通信状況に関する測定データを収集する。また、協調測定ノードは、自ら測定した測定データを、収集した測定データに加えてもよい(又は自ら測定した測定データのみを使用してもよい)。即ち、協調測定ノードは、周囲のノードと協調して二次利用の判定に必要となる測定データを収集可能な拡張されたセンサとして動作する。また、協調測定ノードは、協調測定ノード又は判定ノードからの指示に応じて、保持している測定データを送信する。
測定ノード(FC6)は、自装置の周囲の通信状況を測定(センシング)し、測定データを生成する。なお、測定データとは、後に詳しく説明するように、典型的には、第1の通信サービスについての周囲の通信状況を表すデータである。例えば、第1の通信サービスの受信信号の電力レベルあるいはエネルギー、又はスケジューリング情報なども、周囲の通信状況を表すデータとして使用され得る。即ち、測定ノードは、二次利用の判定に必要となる測定データを測定するセンサとして動作する。また、測定ノードは、協調測定ノード又は判定ノードからの指示に応じて、生成した測定データを送信する。
通信ノード(FC7)は、周波数帯の二次利用が可能である場合に、第2の通信サービスを使用して通信を行う。即ち、通信ノードは、一般的な通信装置として動作する。なお、第2の通信サービスに使用される通信プロトコルは、例えば、IEEE802.11a/b/g/n/s、Zigbee、又はWiMediaなどの任意の通信プロトコルであってよい。
ここで、本明細書において、“二次利用”という用語は、典型的には、上述したように、第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して追加的あるいは代替的な通信サービス(第2の通信サービス)を利用することをいう。そして、“二次利用”という用語の意味において、第1の通信サービスと第2の通信サービスとは、異なる種類の通信サービスであってもよく、又は同一の種類の通信サービスであってもよい。異なる種類の通信サービスとは、例えば、デジタルTV放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線LANアクセスサービス、又はP2P(Peer To Peer)接続サービスなどの任意の通信サービスから選択し得る2以上の異なる種類の通信サービスをいう。一方、同一の種類の通信サービスとは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザ又はMVNO(Mobile Virtual Network Operator)により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含み得る。また、同一の種類の通信サービスとは、WiMAX、LTE(Long Term Evolution)又はLTE−A(LTE−Advanced)などに準拠した通信サービスにおける、基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局(リレーノード)により提供されるサービスとの間の関係をも含み得る。さらに、第2の通信サービスは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。さらに、第2の通信サービスは、基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群により提供される補助的な通信サービスであってもよい。本明細書において説明する本発明の各実施形態の要旨は、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。
次に、前節で列挙したFC1〜FC7のうちいずれか1つ又は複数の機能をそれぞれ有する通信装置の構成について、以下に説明する。
次に、FC1〜FC7の各機能のうちいずれか1つ又は複数の機能をそれぞれ有する通信装置により構成される通信システムについて、以下に説明する。
図14は、IEEE802.22の標準仕様に従って構成される一般的な通信システム9の構成の一例を示す模式図である。図14における丸付き数字は、上述した機能(FC)の番号に対応している。また、図15は、図14に示す通信システム9における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る通信システム1の構成の一例を示す模式図である。また、図3は、図2に示す通信システム1における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図4は、図2に示した第1の実施形態に係る通信システム1の一変形例を示す模式図である。また、図5は、図4に示す通信システム1の変形例における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る通信システム2の構成の一例を示す模式図である。また、図7は、図6に示す通信システム2における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図8は、本発明の第3の実施形態に係る通信システム3の構成の一例を示す模式図である。また、図9は、図8に示す通信システム3における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る通信システム4の構成の一例を示す模式図である。また、図11は、図10に示す通信システム4における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図12は、本発明の第5の実施形態に係る通信システム5の構成の一例を示す模式図である。また、図13は、図12に示す通信システム5における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
本発明の一実施形態において、ノード間で送受信されるデータには、大きく分けて測定データと制御データの2種類が含まれる。
測定データとは、上述した測定ノード又は協調測定ノードにより測定される通信状況に関するデータである。測定ノード又は協調測定ノードによる測定の対象となる通信リソースは、第1の通信サービスが使用している可能性のある通信リソースであって、例えば、周波数チャネル、リソースブロック又は符号などの単位で設定され得る。どういった範囲の通信リソースを測定の対象とすべきかは、例えば、第1の通信サービスのダウンリンクの報知チャネル(LTEにおけるPBCH(Physical Broadcast CHannel)など)を観測することにより決定されてよい。測定データには、通信状況を測定した装置の識別子と測定結果の他に、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて取得された装置の位置データ、測定アルゴリズムの種類、及びタイムスタンプなどが含まれてもよい。また、これら測定データを統計的に集計することにより得られるリンクデータ、及び第1の通信サービスについての周囲の通信状況を表すスケジューリング情報なども、広義の測定データに含まれ得る。
制御データとは、二次利用システムを構成する上述した1のノードが他のノードを制御し、又は1のノードが他のノードから制御を受けるために使用されるデータである。制御データには、例えば、測定開始又は停止の指示、測定データ送信の指示、測定アルゴリズムの種類の指定、二次通信プロファイル送信の指示、又は位置情報データベースへのアクセス要求などが含まれ得る。
なお、協調測定ノード間、又は拡張判定ノード間で上述した測定データ又は制御データを送受信する場合には、IEEE802.11sやWiMediaなどの自律分散型の通信プロトコルが使用されてもよい。その代わりに、最初にビーコンを送信した協調測定ノード又は拡張判定ノードの制御に従い、Zigbeeなどの階層管理型の通信プロトコルが使用されてもよい。上述したFC1〜FC7の機能分類における同レベルのノード間で自律分散型の通信プロトコルを使用すれば、二次利用システムのトポロジーを装置の位置に応じて変化させることが容易となる。一方、FC1〜FC7の機能分類における異なるレベルのノード間では、上位のノードの制御に従った階層管理型の通信プロトコルを用いるのが好適である。
100、200、300、400、500 基地局
120、220、222、320、322、420、520 測定装置
130、132、134、230、330、430、530、532 協調測定装置
240、450、550 判定装置
350、460、560 拡張判定装置
Claims (5)
- 第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスをビーコンを送信してユーザを募ることにより開始しようとする判定装置からの指示に応じて、測定装置の周囲の通信状況を測定する当該測定装置により測定された第1の測定結果を自律分散型のプロトコルを使用して取得し、自ら周囲の通信状況を測定した結果である第2の測定結果を取得し、前記第1の測定結果及び前記第2の測定結果に基づいて集約された測定データを前記判定装置へ送信することにより、前記第2の通信サービスの利用の可否を、当該測定データに基づいて前記判定装置に判定させる制御部、
を備える通信装置。 - 前記測定データは、測定を行った装置の識別子及び当該装置の位置データを含む、請求項1に記載の通信装置。
- 前記測定データは、前記第2の通信サービスの利用の可否をソフトビットで表現する値を含む、請求項1又は請求項2に記載の通信装置。
- 通信装置を制御するコンピュータを、
第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスをビーコンを送信してユーザを募ることにより開始しようとする判定装置からの指示に応じて、測定装置の周囲の通信状況を測定する当該測定装置により測定された第1の測定結果を自律分散型のプロトコルを使用して取得し、自ら周囲の通信状況を測定した結果である第2の測定結果を取得し、前記第1の測定結果及び前記第2の測定結果に基づいて集約された測定データを前記判定装置へ送信することにより、前記第2の通信サービスの利用の可否を、当該測定データに基づいて前記判定装置に判定させる制御部、
として機能させるためのプログラム。 - 通信装置により実行される通信制御方法であって、
第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスをビーコンを送信してユーザを募ることにより開始しようとする判定装置からの指示に応じて、測定装置の周囲の通信状況を測定する当該測定装置により測定された第1の測定結果を自律分散型のプロトコルを使用して取得することと、
自ら周囲の通信状況を測定した結果である第2の測定結果を取得することと、
前記第1の測定結果及び前記第2の測定結果に基づいて集約された測定データを前記判定装置へ送信することにより、前記第2の通信サービスの利用の可否を、当該測定データに基づいて前記判定装置に判定させことと、
を含む通信制御方法。
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