特許 5736616 無線通信システム、端末装置及び基地局装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5736616

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月17日

(54)【発明の名称】無線通信システム、端末装置及び基地局装置

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/14 20090101AFI20150528BHJP

   H04W 52/04 20090101ALI20150528BHJP

【ＦＩ】

   H04W16/14

   H04W52/04

【請求項の数】18

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2011-135045(P2011-135045)

(22)【出願日】2011年6月17日

(65)【公開番号】特開2013-5263(P2013-5263A)

(43)【公開日】2013年1月7日

【審査請求日】2014年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100114236

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】花岡 誠之

【審査官】 石原 由晴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１７８２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０７９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１４８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４−７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ある周波数を使用する一次システムと同一の周波数を二次的に使用する無線通信システムであって、
前記無線通信システムの端末装置は、
前記周波数の信号を検出し、
前記無線通信システムの基地局から送信されるブロードキャスト信号が検出できない場合、前記一次システムの無線送信機の位置、前記無線通信システムの基地局の位置、及び前記無線通信システムの端末装置の位置に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で前記基地局に対して送信電力の増大を要求し、
前記基地局は、前記送信電力の増大の要求を受信した場合、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で送信電力を増大することを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

前記端末装置は、前記周波数の使用状態の検出前に、自装置の位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記端末装置は、接続候補となる前記基地局の位置、当該無線システムの受信感度、前記端末装置の周辺の一次システムの無線送信機の位置、及び当該一次システムの受信感度の情報を保持することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項4】

前記端末装置は、
センシング時刻の違いによって、前記一次システムの信号と、前記二次的な無線通信システムの信号とを検出し、
前記センシングの結果に基づいて、前記一次システムの無線送信機と前記端末装置との距離、前記基地局と前記端末装置との距離、及び、前記一次システムのサービスエリアの境界から前記端末装置までの距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項5】

前記端末装置は、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、所定のパターンの信号を送信することによって、前記送信電力の増大を前記基地局に要求することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項6】

前記基地局は、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、前記端末装置から送信された所定のパターンの信号を検出した場合、送信電力を増大することを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。

【請求項7】

前記端末装置は、
当該端末装置と前記一次システムの無線送信機との位置関係に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない方向でアンテナの指向性、及び、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で送信電力を決定し、
前記決定された条件で前記基地局に信号が到達すると判定できる場合、前記基地局に信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項8】

前記一次システムには、前記無線送信機からの信号が到達するサービスエリアから所定の距離だけ外側に緩衝領域が設定されており、
前記端末装置は、
接続候補となる前記基地局と前記端末装置との距離が前記緩衝領域を定める所定の距離以上であり、かつ、前記接続候補となる基地局から送信されたブロードキャスト信号を検出できない場合、前記端末装置と前記一次システムの無線送信機との位置関係に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない方向でアンテナの指向性、及び、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で送信電力を決定し、
前記決定された条件で、前記基地局に信号が到達すると判定できる場合、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、所定のパターンの信号を送信することによって、前記送信電力の増大を前記基地局に要求することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項9】

前記基地局は、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、前記端末装置から送信された所定のパターンの信号を検出した場合、送信電力を増大することを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。

【請求項10】

前記通信システムは、前記一次システムの無線送信機の位置、前記一次システムの無線送信機の送信電力、前記一次システムのアンテナの指向性パターン、前記一次システムの受信感度の情報、及び、前記各基地局の位置における各周波数の信号の使用状態の情報を保持するデータベースをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項11】

前記データベースは、
前記基地局から周期的に、又は、前記基地局にセンシングのトリガをかけることによって、各周波数の信号の状態を取得し、
前記取得した信号の状態によって、保持される情報を更新することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信システム。

【請求項12】

ある周波数を使用する一次システムと同一の周波数を二次的に使用する無線通信システムの端末装置であって、
前記周波数の信号を検出する検出部と、
前記無線通信システムの基地局から送信されるブロードキャスト信号が検出できない場合、前記一次システムの無線送信機の位置、前記無線通信システムの基地局の位置、及び前記無線通信システムの端末装置の位置に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で前記基地局に対して送信電力の増大を要求する電力増大要求部と、を備えることを特徴とする端末装置。

【請求項13】

前記端末装置は、前記周波数の使用状態の検出前に、自装置の位置情報を取得する位置情報取得部をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【請求項14】

前記端末装置は、接続候補となる前記基地局の位置、当該無線システムの受信感度、前記端末装置の周辺の一次システムの無線送信機の位置、及び当該一次システムの受信感度の情報を保持するデータベースを備えることを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【請求項15】

前記検出部は、センシング時刻の違いによって、前記一次システムの信号と、前記二次的な無線通信システムの信号とを検出し、
前記端末装置は、前記センシングの結果に基づいて、前記一次システムの無線送信機と前記端末装置との距離や、前記基地局と前記端末装置との距離、及び、前記一次システムのサービスエリアの境界から前記端末装置までの距離を算出する距離計算部をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【請求項16】

前記電力増大要求部は、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、所定のパターンの信号を送信することによって、前記送信電力の増大を前記基地局に要求することを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【請求項17】

前記電力増大要求部は、当該端末装置と前記一次システムの無線送信機との位置関係に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない方向でアンテナの指向性、及び、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で送信電力を決定し、
前記電力増大要求部は、前記決定された条件で前記基地局に信号が到達すると判定できる場合、前記基地局に信号を送信することを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【請求項18】

前記一次システムには、前記無線送信機からの信号が到達するサービスエリアから所定の距離だけ外側に緩衝領域が設定されており、
前記電力増大要求部は、接続候補となる前記基地局と前記端末装置との距離が前記緩衝領域を定める所定の距離以上であり、かつ、前記接続候補となる基地局から送信されたブロードキャスト信号を検出できない場合、前記端末装置と前記一次システムの無線送信機との位置関係に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない方向でアンテナの指向性、及び、前記一次システムのサービスエリア内に信号が到達しない範囲で送信電力を決定し、
前記電力増大要求部は、前記決定された条件で前記基地局に信号が到達すると判定できる場合、前記無線通信システムにおいて信号が送信されない時間に、所定のパターンの信号を送信することによって、前記送信電力の増大を前記基地局に要求することを特徴とする請求項１２に記載の端末装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システムに関し、特に、一次システムと同一の周波数を二次的に使用する無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、ホワイトスペースとは、ＩＴＵ−Ｒ（Radiocommunication Sector, International Telecommunication Union）等において、当該周波数を優先的に使用する無線システム（一次システム：Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）が規定されている周波数帯の中で、時間的、地域的に一次システムで使用されていない周波数帯である。携帯電話の普及及びトラフィックの増大によって無線通信に適した周波数が逼迫し、ホワイトスペースを有効活用するための研究が行われている。

【0003】

この周波数帯の中で、ＴＶ帯を中心としたホワイトスペースがＴＶホワイトスペースである。すなわち、ＴＶホワイトスペースとは、地上波ＴＶ放送に割り当てられているＶＨＦ帯又はＵＨＦ帯で、時間的、地域的にＴＶ放送等に使用されていない周波数帯である。この周波数帯でＴＶ等を放送する事業者（一次利用者：Ｐｒｉｍａｒｙ Ｕｓｅｒ）だけでなく、一次利用者に影響を及ぼさない範囲で、事業者や個人など（二次利用者：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｕｓｅｒ）が、この周波数を共用する議論が進められている。

【0004】

以上の動きを考慮した標準化活動の一つにＩＥＥＥ８０２．２２がある。ＩＥＥＥ８０２．２２は、ＴＶホワイトスペースを利用した地域無線ネットワーク（ＷＲＡＮ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を対象としている。ＴＶのＵＨＦ周波数帯（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）は、携帯電話で使用されている周波数帯（８００ＭＨｚ帯、２ＧＨｚ帯）と比べて低い周波数帯であり、広範囲に電波が到達する特性を持つ。従って、ＩＥＥＥ８０２．２２において、一つの基地局がカバーするエリアは２０ｋｍ〜３０ｋｍを想定している。また、ＩＥＥＥ８０２．２２では、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照７層モデルのうち、物理層及びＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層を標準化している。

【0005】

図２１に、ＩＥＥＥ８０２．２２のドラフト仕様に準拠する無線通信システムの構成を示す。

【0006】

基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）１０１と端末装置（ＣＰＥ：Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）１０２とは、ＩＥＥＥ８０２．２２で規定される無線方式で接続され、基地局１０１は、有線回線を介してネットワーク（例えばＩＰネットワーク）１０３と接続される。また、このＩＥＥＥ８０２．２２を運用するため、ネットワークコントロールシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）１０４、ネットワークマネージメントシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１０５、データベースサービス（Ｄａｔａｂａｓｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）１０６が、ネットワーク１０３を介して接続される。ＩＥＥＥ８０２．２２においては主に基地局１０１と端末装置１０２との間の物理層及びＭＡＣ層を規定するため、ネットワーク１０３を介して接続される外部のシステムやサービスとのインターフェースの仕様は規定されていない。

【0007】

ここで、ＴＶ周波数帯にＩＥＥＥ８０２．２２を適用する場合、一次システムであるＴＶと、二次システムであるＩＥＥＥ８０２．２２との間で共用するため、本質的に「隠れ端末問題」が生じる。

【0008】

そこで、まず、図２２を用いて、「隠れ端末問題」について説明する。ＴＶ放送局（ＴＶ Ｓｔａｔｉｏｎ）２０１から送信されたＴＶ信号は、距離に応じた減衰を伴ってＴＶ受信機（ＴＶ）２０２に到達する。ＴＶ受信機にはＴＶ信号を受信し映像等を映し出すために必要な受信感度が設定されており、受信感度以上の受信電力があれば、ＴＶが視聴でき、受信感度未満の受信電力の場合、ＴＶが視聴できない。（ａ）は、ＴＶ放送局から離れた場所に位置するＴＶ受信機２０２で、受信感度以上の受信電力となっていることから、ＴＶの視聴が可能な状況を示している（２０４）。

【0009】

ＩＥＥＥ８０２．２２システムは、一次システムであるＴＶ放送に影響を及ぼさない範囲で運用することを前提としているため、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局及び端末装置（ＢＳ／ＣＰＥ）２０３は、ＴＶ放送の電波をセンシングする。この際、ＩＥＥＥ８０２．２２システムは、ＴＶ受信機２０２より高い感度（低い受信電力）でＴＶ信号を検出する能力をもつことが必要である。（ａ）は、ＴＶ受信機２０２からさらに遠く離れた場所に、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局又は端末装置２０３が設置されている例を示している。この場合、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局又は端末装置２０３の位置では、ＴＶ受信機２０２がＴＶを視聴可能な電力より低い受信電力の信号が検出される（２０５）。この場合、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局又は端末の位置において、この周波数が使用されていないと判定し、この周波数を用いて、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局と端末装置との間の通信が行われる。

【0010】

この結果、（ｂ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局又は端末装置２０３は、ＴＶ放送と同じ周波数を用いて電波を送出する（２０６）。この際、ＴＶ受信機２０２は、単に、ＴＶ放送局２０１からの電波を受信しているため、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局又は端末装置２０３は、このＴＶ受信機２０２の存在に気づかない。その結果、ＴＶ受信機２０２は、所望のＴＶ放送信号より大きい電力で、非所望のＩＥＥＥ８０２．２２の信号を受信する（２０７）。このため、非所望のＩＥＥＥ８０２．２２の信号が干渉してＴＶが視聴ができなくなる。これが「隠れ端末問題」である。ＴＶ受信機２０２は、単なる受信機であり、自らが電波を送信することはないため、ＩＥＥＥ８０２．２２基地局又は端末装置２０３が、ＴＶ受信機２０２を検出することはできない。

【0011】

従って、ＩＥＥＥ８０２．２２では、図２３に示すように、ＴＶ放送の受信エリア（Ｒａｄｉｏ ｒａｎｇｅ ｏｆ ＴＶ Ｓｔａｔｉｏｎ）３０１の、さらに外側に緩衝領域（Ｋｅｅｐ ｏｕｔ Ｒｅｇｉｏｎ）３０２を設け、この緩衝領域３０２の外に基地局（１０１）を設置し、ＴＶホワイトスペースのサービスエリア（ＴＶ ｗｈｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｒｅａ）３０３が、ＴＶ放送の受信エリア３０１と重ならないように設計している。

【0012】

次に、端末装置１０２がＩＥＥＥ８０２．２２のネットワークに接続するための手順について説明する。図２４は、端末装置１０２がＩＥＥＥ８０２．２２のネットワークに接続する手順を示すフローチャートである。

【0013】

まず、端末装置１０２は、自己テスト（Ｓｅｌｆ ｔｅｓｔ）を行い（４０１）、その後、アンテナ利得の情報を取得する（４０２）。次に、端末装置１０２は、ＴＶ信号（ＴＶ ｓｉｇｎａｌ）４０３又はＩＥＥＥ８０２．２２等のシステムから、該当ＴＶの周波数帯でブロードキャスト送信されている信号（ＷＲＡＮ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｓｉｇｎａｌ）４０４を検出するセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）を行う（４０５）。センシング４０５の結果、端末装置１０２が接続するＷＲＡＮネットワークを選択し（ＷＲＡＮ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）（４０６）、端末装置１０２のＧＰＳ受信機によって自装置の位置を取得する（ｇｅｏｌｏｃａｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｏｎ）（４０７）。端末装置１０２は、自装置の位置が取得できたか否かを判定し（ｓｕｃｃｅｓｓ？）（４０８）、自装置の位置が取得できた場合、ネットワーク側からブロードキャストされている信号４０４から、基地局１０１と接続するための情報（例えば、時刻情報）であるＷＲＡＮのパラメータを取得する（ＷＲＡＮ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｃｑｕｉｓｉｏｎ）（４０９）。さらに、端末装置１０２は、アンテナの指向性を調整（ａｎｔｅｎｎａ ａｚｉｍｕｔｈ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）（４１０）した後、端末装置１０２から基地局１０１に電波を送信し接続を試みる（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｒａｎｇｉｎｇ）（４１１）。その後、端末装置１０２が正規の装置であるか否かの認証処理（ＡＡＡ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）が行われ（４１２）、認証が成功したか否かが判定される（ｓｕｃｃｅｓｓ？）（４１３）。認証が成功した場合、登録処理（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）が行われ（４１４）、端末装置１０２と基地局１０１との間のＩＰ接続が確立される（ＩＰ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ）（４１５）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】IEEEE 802.22/P802.22/D3.0, March 2011, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer（PHY） specifications: Policies and procedure for operation in the TV Bands.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

ＩＥＥＥ８０２．２２において、端末装置１０２が固定されて設置されている場合、すなわち、予め知ることができる設置場所から端末装置１０２が移動しない場合、図２３に示すＴＶホワイトスペースのサービスエリア３０３の範囲内に端末装置を設置すればよい。しかし、端末装置１０２がポータブル機器であり、その利用場所を移動することが可能な場合、利用者の意思によって端末装置１０２が、ＴＶホワイトスペースのサービスエリア３０３の外に移動することがある。

【0016】

この課題を図を用いて説明する。例えば、図２５に示すように、ＴＶホワイトスペースのサービスエリア３０３の外に端末装置１０２が設置された場合、基地局１０１が端末装置１０２の位置までブロードキャスト信号を届かせるために送信電力を増大させると、ＴＶホワイトスペースのサービスエリアが拡大する（９０１）。この結果、ＴＶ放送の受信エリアと重複するエリア９０２が生じ、このエリア９０２内でＴＶ放送を受信するＴＶ受信機に干渉が生じ、ＴＶの受信品質を劣化させる問題がある。

【0017】

また、図２６に示すように、端末装置１０２が基地局１０１に対して通信する場合、端末装置１０２がこの位置から基地局１０１に届く電力で送信する場合、端末装置１０２から送信された信号が到達する領域１００１が、ＴＶ放送の受信エリア３０１と重複するエリア１００２が生じ、このエリア１００２内でＴＶ放送を受信するＴＶ受信機に干渉が生じ、ＴＶの受信品質を劣化させる問題がある。

【0018】

また、ＩＥＥＥ８０２．２２のネットワーク接続手順では、図２４に示すように、センシング（４０５）の結果、端末装置が接続するＷＲＡＮネットワークを選択（４０６）するが、端末機器１０２がＷＲＡＮのサービスエリア外に移動し、ＷＲＡＮのブロードキャスト信号が受信できない場合、ＷＲＡＮシステムを選択できない。ＩＥＥＥ８０２．２２では、端末機器１０２がＷＲＡＮシステムを選択できない場合は規定されておらず、この場合、端末装置が以降のフローを続けられず、ネットワークに接続できない問題があった。

【0019】

そこで、本発明は、ＴＶ放送のサービスエリアに影響を及ぼさない範囲で、ＷＲＡＮのサービスエリアを通常より拡大することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、ある周波数を使用する一次システムと同一の周波数を二次的に使用する無線通信システムであって、前記無線通信システムの端末装置は、前記周波数の信号を検出し、前記無線通信システムの基地局から送信されるブロードキャスト信号が検出できない場合、前記一次システムの無線送信機の位置、前記無線通信システムの基地局の位置、及び前記無線通信システムの端末装置の位置に基づいて、前記一次システムのサービスエリア内に電波が到達しない範囲で前記基地局に対して送信電力の増大を要求し、前記基地局は、前記送信電力の増大の要求を受信した場合、前記一次システムのサービスエリア内に電波が到達しない範囲で送信電力を増大する。

【発明の効果】

【0021】

本発明の代表的な実施の形態によれば、ＴＶ放送のサービスエリアに影響を及ぼさない範囲で、ＷＲＡＮのサービスエリアを通常より拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態のＷＲＡＮ端末装置の構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施形態の位置情報データベースの構成を説明する図である。

【図4】第１の実施形態のＷＲＡＮ基地局の構成を示すブロック図である。

【図5】第１の実施形態のホワイトスペースデータベースの構成を示すブロック図である。

【図6】第１の実施形態の位置情報データベース及び一次システムアンテナ指向性データベースの構成を説明する図である。

【図7】第１の実施形態のホワイトスペースセンシングデータベースの構成を説明する図である。

【図8】第１の実施形態のＴＶ放送が受信できる限界位置との距離の計算を説明する図である。

【図9】第１の実施形態の条件判定のための表を説明する図である。

【図10】第１の実施形態のＣａｓｅ１における位置関係を説明する図である。

【図11】第１の実施形態のＣａｓｅ１における接続手順を示すフローチャートである。

【図12】第１の実施形態のＣａｓｅ２における位置関係を説明する図である。

【図13】第１の実施形態のＣａｓｅ２における接続手順を示すフローチャートである。

【図14】第１の実施形態のＣａｓｅ２における接続手順の別の例を示すフローチャートである。

【図15】第１の実施形態のＣａｓｅ３における位置関係を説明する図である。

【図16】第１の実施形態のＣａｓｅ３における接続手順を示すフローチャートである。

【図17】第１の実施形態のＣａｓｅ４における位置関係を説明する図である。

【図18】第１の実施形態のＣａｓｅ４における接続手順を示すフローチャートである。

【図19】第２の実施形態のセンシングのタイミングを説明する図である。

【図20】第３の実施形態のパワーアップ要求メッセージを説明する図である。

【図21】ＩＥＥＥ８０２．２２のドラフト仕様に準拠する無線通信システムの構成を示す。

【図22】従来の無線通信システムにおける隠れ端末問題を説明する図である。

【図23】従来の無線通信システムにおけるＷＲＡＮのサービスエリアを説明する図である。

【図24】従来の無線通信システムにおける接続手順を示すフローチャートである。

【図25】従来の無線通信システムにおいてサービスエリア外に端末が移動した状態を説明する図である。

【図26】従来の無線通信システムにおいてサービスエリア外に端末が移動した状態を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態について説明する。

【0024】

図１は、第１の実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。

【0025】

第１の実施形態の無線通信システムは、ＷＲＡＮ基地局（ＢＳ）１１０１、ＷＲＡＮ端末装置（ＣＰＥ）１１０２及びホワイトスペースデータベース（Ｗｈｉｔｅ Ｓｐａｃｅ Ｄａｔａｂａｓｅ）１１０３を備える。これらの構成は、ネットワーク１０３を介して接続されている。

【0026】

また、第１の実施形態の無線通信システムには、ネットワークコントロールシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１０４、ネットワークマネージメントシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｍｅｎｔｅｒ）１１０５、認証サーバ（ＡＡＡ Ｓｅｒｖｅｒ）１１０６、及び、ゲートウェイ１１０７がネットワーク１０３を介して接続されており、これらの構成によって、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が他のネットワークと通信することができる。

【0027】

さらに、第１の実施形態の無線通信システムの近隣にはＴＶ放送局２０１が設けられており、該ＴＶ放送局２０１から送信された電波を受信するＴＶ受信機２０２が存在する。ＴＶ放送局２０１及びＴＶ受信機２０２は、既存の設備及び装置であるため、本実施形態においても、従来のものと同じである。

【0028】

ネットワークコントロールシステム１０４は、従来のものと同じであり、エンテティとしてのネットワークコントローラに実装されている。ネットワークマネージメントシステム１０５は、従来のものと同じであり、エンティティとしてのネットワークマネージャに実装されている。認証サーバ１１０６は、端末が正規のＷＲＡＮ端末装置１１０２であるか否かについての認証処理を実行する。ゲートウェイ１１０７は、本実施形態の通信システムと他のネットワーク（例えば、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）１１０８）とを接続する。

【0029】

図２は、第１の実施形態のＷＲＡＮ端末装置１１０２の構成を示すブロック図である。

【0030】

本実施形態のＷＲＡＮ端末装置１１０２は、ハードウェアとして、ＷＲＡＮアンテナ２３０７、アンテナ制御部（Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２３０８、送受信部（ＷＲＡＮ Ｔｘ／Ｒｘ）５０３、ＧＰＳアンテナ５０２、ＧＰＳ受信機（ＧＰＳ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）５０４、プロセッサ（ＣＰＵ）５０５、メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）５０６及び記憶装置（Ｓｔｏｒａｇｅ）５０７を有する。

【0031】

ＷＲＡＮアンテナ２３０７は、ＷＲＡＮの無線方式に準拠し、指向性を制御することができるアンテナである。アンテナ制御部２３０８は、ＷＲＡＮアンテナ２３０７の指向性を制御する。ＷＲＡＮアンテナ２３０７の指向性の制御は、ＷＲＡＮアンテナ２３０７をアレイアンテナで構成し、各素子の信号レベル及び位相を変化させることによってアンテナパターンを制御してもよく、又は、ＷＲＡＮアンテナ２３０７を指向性アンテナで構成し、指向性アンテナのチルト角及び方向を物理的に回転することによって指向性を制御してもよい。

【0032】

送受信部５０３は、ＷＲＡＮの無線信号を送信及び受信する。

【0033】

ＧＰＳ受信機５０４は、ＧＰＳアンテナ５０２が捕捉したＧＰＳ衛星からの信号を受信し、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置（緯度、経度、標高）を出力する。

【0034】

プロセッサ５０５は、記憶装置５０７に格納されたプログラムをメモリ５０６にロードし、ロードしたプログラムを実行する。プロセッサ５０５が、これらのプログラムを実行することによって、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の動作を制御する制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として機能する。

【0035】

記憶装置５０７は、磁気ディスクドライブ、不揮発性半導体メモリ等の不揮発性記憶装置であり、プロセッサ５０５によって実行されるプログラムを格納する。具体的には、センシング部のプログラム（Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｂｌｏｃｋ）５０９、ＷＲＡＮ部のプログラム（ＷＲＡＮ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）５０９、干渉計算部のプログラム（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ）２３０３、距離計算部のプログラム（Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ）２３０４、パワーアップ要求処理部のプログラム（Ｐｏｗｅｒｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｌｏｃｋ）２３０５、及び、条件判定処理部のプログラム（Ｃａｓｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ）２３０９が記憶装置５０７に格納される。

【0036】

プログラム５０８によって実装されるセンシング部は、空き周波数をセンシングする。プログラム５０９によって実装されるＷＲＡＮ部は、ＷＲＡＮの動作のために必要な機能を提供する。

【0037】

プログラム２３０３によって実装される干渉計算部は、後述するＣａｓｅ３及びＣａｓｅ４において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信される電波がＴＶサービスエリアに影響を及ぼさないかを計算する。

【0038】

プログラム２３０４によって実装される距離計算部は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２、ＴＶ放送局２０１及びＷＲＡＮ基地局１１０１の位置関係を把握するための計算をする。具体的には、距離計算部は、ＴＶ放送局２０１とＴＶ放送が受信できる限界の位置との距離ｄ１、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄ２、及び、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓを計算する。

【0039】

プログラム２３０５によって実装されるパワーアップ要求処理部は、後述するＣａｓｅ２及び Ｃａｓｅ４において、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信される信号の電力を増大させるよう、ＷＲＡＮ基地局１１０１に要求する信号を生成する。プログラム２３０９によって実装される条件判定処理部は、距離計算部によって計算されたｄ１、ｄ２及びｄｓに基づき、条件判定のための表１３０１（図９参照）を用いてケースを選択する。

【0040】

さらに、記憶装置５０７は、センシングデータベース（Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄａｔａｂａｓｅ）５１０及び位置情報データベース（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａｂａｓｅ）２３０６を格納する。

【0041】

センシングデータベース５１０は、センシング部（プログラム５０８）がセンシングした結果を保持するデータベースである。位置情報データベース２３０６は、ＴＶ放送局２０１の位置及び送信電力、ＴＶ受信機の受信感度、ＷＲＡＮ基地局１１０１の位置及び送信電力、及び、ＷＲＡＮ受信機の受信感度の情報を保持するデータベースであり、その詳細は図３を用いて後述する。位置情報データベース２３０６は、距離計算部（プログラム２３０４）が距離を計算する際に用いられる。

【0042】

これらのプログラム及びデータは記憶装置５０７に格納されているように図示したが、前述したように、必要に応じてメモリ５０６にロードされ、プロセッサ５０５によって実行又は使用される。なお、これらのプログラム及びデータはメモリ５０６に格納されていてもよい。

【0043】

図３は、位置情報データベース２３０６の構成を説明する図である。

【0044】

位置情報データベース２３０６は、周波数（Ｆｒｅｑ．）ごとに、一次システムの事業者（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）、ＴＶ放送局２０１の位置（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）（例えば、緯度、経度）、ＴＶ放送局２０１の送信電力（Ｔｘ Ｐｏｗｅｒ）、ＴＶ放送局２０１のアンテナの指向性（Ａｎｔｅｎｎａ Ｐａｔｔｅｒｎ）、及び、その放送サービスの受信感度（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）の情報を含む。

【0045】

また、位置情報データベース２３０６は、二次システムの事業者（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）、システムのタイプ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｙｐｅ）、ＷＲＡＮ基地局１１０１の位置（ＢＳ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）（例えば、緯度、経度）、ＷＲＡＮ基地局１１０１の送信電力（Ｔｘ Ｐｏｗｅｒ）、ＷＲＡＮ基地局１１０１のアンテナの指向性（Ａｎｔｅｎｎａ Ｐａｔｔｅｒｎ）、及び、そのＷＲＡＮシステムの受信感度（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）の情報を含む。

【0046】

さらに、位置情報データベース２３０６は、各アンテナパターンの角度毎のアンテナゲインのデータを含む。

【0047】

図４は、第１の実施形態のＷＲＡＮ基地局１１０１の構成を示すブロック図である。

【0048】

本実施形態のＷＲＡＮ基地局１１０１は、ハードウェアとして、ＷＲＡＮアンテナ２４０６、アンテナ制御部（Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４０７、送受信部（ＷＲＡＮ Ｔｘ／Ｒｘ）６０３、ＧＰＳアンテナ６０２、同期部（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ）６０４、プロセッサ（ＣＰＵ）６０５、メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）６０６、ネットワークインタフェース（ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６０７及び記憶装置（Ｓｔｏｒａｇｅ）６０８を有する。

【0049】

ＷＲＡＮアンテナ２４０６は、ＷＲＡＮの無線方式に準拠し、指向性を制御することができるアンテナである。アンテナ制御部２４０７は、ＷＲＡＮアンテナ２４０６の指向性を制御する。ＷＲＡＮアンテナ２４０６の指向性の制御は、ＷＲＡＮアンテナ２４０６をアレイアンテナで構成し、各素子の信号レベル及び位相を変化させることによってアンテナパターンを制御してもよく、又は、ＷＲＡＮアンテナ２４０６を指向性アンテナで構成し、指向性アンテナのチルト角及び方向を物理的に回転することによって指向性を制御してもよい。

【0050】

送受信部６０３は、ＷＲＡＮの無線信号を送信及び受信する。

【0051】

同期部６０４は、ＧＰＳアンテナ５０２が捕捉したＧＰＳ衛星からの信号を受信し、時刻情報を出力するＧＰＳ受信機を含む。なお、ＷＲＡＮ基地局１１０１は、インタフェース６０７を介して、例えばＩＥＥＥ１５８８などを用いて通信をすることによって、他の基地局と同期してもよい。

【0052】

プロセッサ６０５は、記憶装置６０８に格納されたプログラムをメモリ６０６にロードし、ロードしたプログラムを実行する。プロセッサ６０５が、これらのプログラムを実行することによって、ＷＲＡＮ基地局１１０１の動作を制御する制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として機能する。

【0053】

ネットワークインタフェース６０７は、基地局間の同期を確立するために、例えばＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いて、他の基地局と通信する。

【0054】

記憶装置６０８は、磁気ディスクドライブ、不揮発性半導体メモリ等の不揮発性記憶装置であり、プロセッサ６０５によって実行されるプログラムを格納する。具体的には、センシング部のプログラム（Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｂｌｏｃｋ）２４０３、ＷＲＡＮ部のプログラム（ＷＲＡＮ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）６１０、干渉計算部のプログラム（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ）６１２、及び、パワーアップ応答処理ブロックのプログラム（Ｐｏｗｅｒｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｌｏｃｋ）２４０４が記憶装置６０８に格納される。

【0055】

プログラム２４０３によって実装されるセンシング部は、後述するＣａｓｅ２及びＣａｓｅ４において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信されたパワーアップ要求信号を検出する。プログラム６１０によって実装されるＷＲＡＮ部は、ＷＲＡＮの基地局側の動作のために必要な機能を提供する。

【0056】

プログラム６１２によって実装される干渉計算部は、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信される電波がＴＶシステムに影響を及ぼさないかを計算する。

【0057】

プログラム２４０４によって実装されるパワーアップ応答処理ブロックは、ＷＲＡＮ端末装置１１０２からのパワーアップ要求に従って、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信される信号の電力を増大させるように制御する。

【0058】

さらに、記憶装置６０８は、センシングデータベース（Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄａｔａｂａｓｅ）６１１及び位置情報データベース（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａｂａｓｅ）２４０５を格納する。

【0059】

センシングデータベース６１１は、センシング部（プログラム２４０３）がセンシングした結果を保持するデータベースである。位置情報データベース２４０５は、ＴＶ放送局２０１の位置及び送信電力、ＴＶ受信機の受信感度、ＷＲＡＮ基地局１１０１の位置及び送信電力、及び、ＷＲＡＮ受信機の受信感度の情報を保持するデータベースであり、距離計算部（プログラム２３０４）が距離を計算する際に用いられる。

【0060】

これらのプログラム及びデータは記憶装置６０８に格納されているように図示したが、前述したように、必要に応じてメモリ６０６にロードされ、プロセッサ６０５によって実行又は使用される。なお、これらのプログラム及びデータはメモリ６０６に格納されていてもよい。

【0061】

図５は、第１の実施形態のホワイトスペースデータベース１１０３の構成を示すブロック図である。

【0062】

本実施形態のホワイトスペースデータベース１１０３は、ハードウェアとして、プロセッサ（ＣＰＵ）７０１、メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）７０２、ネットワークインタフェース（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）７０３、記憶装置（Ｓｔｏｒａｇｅ）７０４及び同期部（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ）２５０２を有する。

【0063】

プロセッサ７０１は、記憶装置７０４に格納されたプログラムをメモリ７０２にロードし、ロードしたプログラムを実行する。プロセッサ７０１が、これらのプログラムを実行することによって、データベース装置１１０３の動作を制御する制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として機能する。

【0064】

ネットワークインタフェース７０３は、ネットワーク１０３に接続し、システム内の他の装置との同期を確立するために、例えばＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いた通信をする。同期部２５０２は、インタフェース６０７を介して、例えばＩＥＥＥ１５８８などを用いて通信をすることによって、システム内の他の装置と同期する。

【0065】

記憶装置７０４は、磁気ディスクドライブ、不揮発性半導体メモリ等の不揮発性記憶装置であり、データベースを更新するためのプログラム（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｕｐｄａｔｅ）７０５及びホワイトスペースセンシングデータベース更新部（Ｗｈｉｔｅ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ＤＢ Ｕｐｄａｔｅ）２５０４を格納する。

【0066】

プログラム７０５によって実装される更新部は、データベース７０６及び２５０６を周期的に又は環境に変更があった場合に更新する。プログラム２５０４によって実装される更新部は、データベース２５０５を更新する。

【0067】

さらに、記憶装置７０４は、一次システムの情報を保持するデータベース（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｏｃａｔｉｏｎ／Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）７０６、一次システムアンテナ指向性データベース（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｔｅｎｎａ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）２５０５及びホワイトスペースセンシングデータベース（Ｗｈｉｔｅ Ｓｐａｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄａｔａｂａｓｅ）２５０６を格納する。

【0068】

一次システムのデータベース７０６は、一次システムが優先的に使用する周波数、二次システムで使用が禁止されている周波数、一次システムの送信局の位置、及び一次システムの送信電力の情報を保持するデータベースである。一次システムアンテナ指向性データベース２５０５は、一次システムの放送局のアンテナ指向性パターンの情報を保持するデータベースである。一次システムのデータベース７０６及び一次システムアンテナ指向性データベース２５０５の詳細は、図６を用いて後述する。

【0069】

ホワイトスペースセンシングデータベース２５０６は、位置ごとに各周波数の使用状況を保持するデータベースであり、その詳細は、図７を用いて後述する。

【0070】

これらのプログラム及びデータは記憶装置７０４に格納されているように図示したが、前述したように、必要に応じてメモリ７０２にロードされ、プロセッサ７０１によって実行又は使用される。なお、これらのプログラム及びデータはメモリ７０２に格納されていてもよい。

【0071】

図６は、位置情報データベース７０６及び一次システムアンテナ指向性データベース２５０５の構成を説明する図である。

【0072】

位置情報データベース７０６は、周波数ごとに、一次システムの事業者（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）、ＴＶ放送局２０１の位置（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）（例えば、緯度、経度）及びＴＶ放送局２０１の送信電力（Ｔｘ Ｐｏｗｅｒ）の情報を含む。また、一次システムアンテナ指向性データベース２５０５は、周波数ごとに、ＴＶ放送局２０１のアンテナの指向性（Ａｎｔｅｎｎａ Ｐａｔｔｅｒｎ）、及び、その放送サービスの受信感度（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）の情報を含み、さらに、各アンテナパターンの角度毎のアンテナゲインのデータを含む。

【0073】

なお、米国においては、ＴＶ放送局から送信される信号の電力等の情報が開示されているので、第１の実施形態では、ホワイトスペースデータベース１１０３をシステム内に明示的に設けている。なお、このような情報が開示されていない他国においては、ホワイトスペースデータベース１１０３をシステム内を設けることができない。

【0074】

図７は、ホワイトスペースセンシングデータベース２５０６の構成を説明する図である。

【0075】

ホワイトスペースセンシングデータベース２５０６は、ＷＲＡＮ基地局１１０１等がセンシングをした位置（緯度、経度）、保護状態、周波数、受信信号強度、及び占有状態を含む。

【0076】

ホワイトスペースデータベースは、ＷＲＡＮ基地局１１０１等のセンシングによって得られた各周波数の使用状態を保持し、センシングの精度を高め、また、ホワイトスペースにおいて二次システムへ周波数を割り当てるために用いられる。ホワイトスペースデータベースは、ホワイトスペースセンシングデータベース更新部２５０４によって、ＷＲＡＮ基地局１１０１に対してトリガをかけて又は周期的にＷＲＡＮ基地局１１０１から報告された結果を収集することによって更新される。

【0077】

なお、同期部２５０２が、ホワイトスペースデータベース１１０３と他の装置とを同期することによって、センシングデータの取得時刻の精度を高める、複数の異なった時刻に測定されたセンシングデータを補間する等の正規化処理の精度を高めることができる。

【0078】

以下、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が、ＷＲＡＮ基地局が運用している通常のサービスエリアの外に移動した場合に、ネットワークに接続する動作について説明する。

【0079】

本実施形態において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２は、運用される可能性のある全てのエリア内におけるＴＶ放送局２０１の位置、ＴＶ放送局２０１の送信電力、ＷＲＡＮ基地局１１０１の位置、ＷＲＡＮ基地局１１０１の送信電力を、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースに予め保持する。それぞれの位置情報は、基本的に緯度及び経度の情報を含むが、位置が特定でき、相対距離が計算できる情報であればよい。その上で、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が別の場所に移動した場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２は、まずＧＰＳ等を用いて自装置の位置を取得する。

【0080】

取得したＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置（緯度、経度）を（cpe_latitude, cpe_longitude）とし、自装置内のデータベースから取得したＴＶ放送局２０１の位置（緯度、経度）を（tv_latitude, tv_longitude）とした場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２と最も近いＴＶ放送局２０１との距離ｄ２は、式１によって計算できる。
d2 = ((cpe_latitude - tv_latitude)² + (cpe_longitude - tv_longitude)²)^1/2 …式１

【0081】

同様に、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースから取得したＷＲＡＮ基地局１１０１の位置が（bs_latitude, bs_longitude）とした場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２と最も近いＷＲＡＮ基地局１１０１との距離ｄｓは、式２によって計算できる。
ds = ((cpe_latitude - bs_latitude)² + (cpe_longitude - bs_longitude)²)^1/2 …式２

【0082】

もし、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から最も近いＴＶ放送局２０１及び／又はＷＲＡＮ基地局１１０１が特定できない場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースに格納されている複数のＴＶ放送局２０１及び／又は複数のＷＲＡＮ基地局１１０１について、式１及び式２を用いて相対距離を計算し、最も小さい距離を選択すればよい。

【0083】

次に、ＴＶ放送の受信エリアとして、ＴＶ放送局２０１と、ＴＶ放送が受信できる限界の位置との距離ｄ１を計算する。

【0084】

距離の計算方法は、図８に示すように、ＴＶ放送の送信電力をＴｘ＿ｔｖ、ＴＶ放送の周波数の伝搬特性Ｐが距離をパラメータとした関数によって表される場合、受信感度は式３によって表され、距離ｄ１は、式４によって計算することができる。式４において、P^-1 (x)は、P(x)の逆関数である。
受信感度 TVs = Tx_tx × P（距離） …式３
d1 = P^-1 (TVs / Tx_tv) …式４

【0085】

ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースから取得したＴＶ放送局２０１の送信電力Ｔｘ＿ｔｖ、及びＴＶの受信感度ＴＶｓを式３及び式４に用いることによって、距離ｄ１を計算することができる。

【0086】

以上、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内にＴＶ放送局２０１及びＷＲＡＮ基地局の位置情報が保持されている場合の距離の計算方法について説明したが、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のＴＶ放送局２０１及びＷＲＡＮ基地局の位置情報が保持されない場合の距離の計算方法については、第２の実施形態で後述する。

【0087】

距離ｄｓと距離（ｄ２−ｄ１）との計算後、この値の大小関係、及び、ＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号の受信可否によって、図９に示す表１３０１に従って、四つのケースに分ける。

【0088】

ケース１（ｃａｓｅ１）は、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓが、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄ２とＴＶ放送局２０１とＴＶ放送が受信できる限界の位置との距離ｄ１との差の距離（ｄ２−ｄ１）より小さく、かつ、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いている場合である。

【0089】

ケース２（ｃａｓｅ２）は、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓが、（ｄ２−ｄ１）より小さく、かつ、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いていない場合である。

【0090】

ケース３（ｃａｓｅ３）は、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓが、（ｄ２−ｄ１）以上であり、かつ、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いている場合である。

【0091】

ケース４（ｃａｓｅ４）は、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓが、（ｄ２−ｄ１）以上であり、かつ、接続候補となるＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いていない場合である。

【0092】

各ケースによってネットワーク接続の方法が異なるため、以下に各ケースの接続手順を詳細に説明する。

【0093】

図１０に、Ｃａｓｅ１における、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係を示す。Ｃａｓｅ１においては、図１０に示すように、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信されたブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いており、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＷＲＡＮ基地局１１０１より大きい電力で送信しなくとも、送信信号が基地局に到達する。また、ｄｓが（ｄ２−ｄ１）より小さいので、この範囲内で端末から電波を送出してもＴＶ放送に影響を及ぼさないと判定できる。このため、ブロードキャスト信号を受信したＷＲＡＮを、そのまま選択し、図１１に示す手順によって、以後の処理を実行する。

【0094】

図１１に示すフローチャートでは、まず、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局２２０１およびＷＲＡＮ端末１１０２の位置関係を把握する必要があるため、自己テスト（４０１）等の後、センシング処理（１５０３）の前に、自装置の位置獲得処理（１５０１）及びその処理の確認処理（１５０２）が行われる。

【0095】

Ｃａｓｅ１の場合、センシング処理（１５０３）では、センシング部５０８は、ＷＲＡＮのブロードキャスト信号を受信する。センシング処理（１５０３）の方法には、該当周波数におけるＴＶ放送局２０１からの信号及びＷＲＡＮブロードキャスト信号をセンシングする方法には様々なものがある。

【0096】

たとえば、受信した信号のエネルギーを検出する方法で、具体的には、該当する周波数帯の受信信号レベルを測定する。この場合、雑音及び伝搬路の短時間の変動による影響を軽減するため、複数の時間で測定した結果を平均化して、その周波数帯での電波の有無を検出する。この方法は、信号レベルが雑音の信号レベルに対して高い場合に有効であり、変調方式や信号パターンに依存せず、その周波数の信号が検出可能である。

【0097】

さらに、例えば、特定パターンを検出する方法がある。この方法は、例えば、デジタルＴＶ放送のパイロット信号、及びＷＲＡＮのブロードキャスト信号には、送信側と受信側の装置間で同期を確立するための同期信号が含まれており、この同期信号が所定のタイミングで送信されている。そこで、同期信号の送信周期より長い時間で、受信信号の時間相関を計算することによって、同期信号の信号パターンを検出することができる。特定の信号パターンを検出するため、信号レベルが雑音の信号レベルに対して低い場合にも、その周波数の信号が検出可能であり、信号の検出精度は高い。しかし、同期信号の周期性を利用することから、前述したエネルギー検出より、判定までの時間を要する点が特徴である。なお、センシングには特定の方法を用いる必要はなく、ＴＶ信号４０３とＷＲＡＮブロードキャスト信号４０４の有無を検出できる方式であればよい。

【0098】

次に、距離計算部２３０４は、前述した式１から式４を用いてｄ１、ｄ２及びｄｓを計算する（１５０４）。そして、この計算結果を用いて、条件判定処理部２３０９は、図９に示す条件判定のための表１３０１を用いて、ケースを選択する（１５０５）。本実施の形態では、これら１５０１〜１５０５の処理が行われる点が特徴である。

【0099】

Ｃａｓｅ１の場合、以後の処理（４０６〜）は、従来のネットワーク接続における手順と同一でよい。すなわち、センシング４０５の結果、端末装置１０２が接続するＷＲＡＮネットワークを選択し（４０６）、アンテナ制御部２３０８がアンテナの指向性を調整（４１０）した後、端末装置１０２は基地局１０１に電波を送信し接続を試みる（４１１）。その後、図２４に示した従来の手順と同様に、４１２〜４１５の手順が行われる。

【0100】

次に、Ｃａｓｅ２について説明する。

【0101】

図１２に、Ｃａｓｅ２における、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係を示す。Ｃａｓｅ２においては、図１２に示すように、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＴＶ放送局２０１から十分に離れているので、ＷＲＡＮ基地局１１０１に届く電力で電波を出してもＴＶ放送に影響を及ぼさないが、ＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号が受信できない。この場合、図１２において、基地局のブロードキャスト信号がＷＲＡＮ端末装置１１０２に届くように、基地局の送信電力を増大させ、拡大したサービスエリア１６０１に信号が到達するように制御する点が特徴となる。図１３に、具体的な制御フローを示す。

【0102】

図１３に示すフローチャートでは、まず、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末１１０２の位置関係を把握する必要があるため、自己テスト（４０１）等の後、センシング処理（１５０３）の前に、自装置の位置獲得処理（１５０１）及びその処理の確認処理（１５０２）が行われる点が、従来の方法と異なる。これらの処理は、Ｃａｓｅ１で前述した処理と同一である。Ｃａｓｅ２のセンシング処理（１５０３）では、センシング部５０８はＷＲＡＮのブロードキャスト信号が受信することができない。

【0103】

次に、Ｃａｓｅ１と同様に、距離計算部２３０４は、式１から式４を用いて、ｄ１、ｄ２及びｄｓを計算する。次に、条件判定処理部２３０９は、この計算結果に基づいて、図９に示す条件判定のための表１３０１を用いて、ケースを選択する（１５０５）。その結果、Ｃａｓｅ２が選択される。

【0104】

次に、ＷＲＡＮ基地局１１０１、ＷＲＡＮ端末装置１１０２及びＴＶ放送局２０１の位置関係に基づき、アンテナ制御部２３０８が、ＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナの指向性を制御する（ａｎｔｅｎｎａ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）（１７０１）。このアンテナ指向性制御では、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２を結ぶ直線上において、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対する指向性を高め、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＴＶ放送局２０１の方向に対する指向性を低くする（可能であればヌルにする）。このアンテナの指向性は、前述したように、アレイアンテナでアンテナパターンを制御するか、又は、指向性アンテナを回転することによって制御可能である。ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＴＶ放送局２０１が、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から同一の方向にある場合、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対して指向性を高めるよう制御すればよい。

【0105】

次に、パワーアップ要求処理部２３０５は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２からのパワーアップ要求処理（Ｐｏｗｅｒ−ｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ）を行う（１７０２）。

【0106】

まず、アンテナ指向性制御（１７０１）の制御結果に基づくＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対するＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナ利得の情報、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離（ｄｓ）、及びＷＲＡＮ基地局１１０１における受信感度（ＢＳ＿ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）から、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信する電力を決定する。

【0107】

具体的には、ＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナのＷＲＡＮ基地局１１０１の方向の利得をＧａｉｎ＿ｃｐｅ、求めるべき端末送信電力をＴｘ＿ｃｐｅとすると、受信感度は式３を用いて計算することができ、送信電力は式５を用いて計算することができる。
受信感度(BS_sensitivity) = Tx_cpe × P(ds) × Gain_cpe …式３’
Tx_cpe = BS_sensitivity / (P(ds)×Gain) …式５

【0108】

なお、他の方向に対する干渉を考慮する必要があり、またＷＲＡＮ端末装置１１０２の送信電力の限界を超えた電力では送信できないため、これらの制約の中で送信電力が設定される。

【0109】

次に、パワーアップ要求処理（１７０２）において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の存在をＷＲＡＮ基地局１１０１に知らせるために、算出した送信電力で、一次システム及びＷＲＡＮ以外のシステムを検出するために設けられる無送信区間（Ｑｕｉｅｔ Ｐｅｒｉｏｄ）において、ＷＲＡＮ基地局１１０１に対してパワーアップ要求信号（Ｐｏｗｅｒ−ｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ）１７０３を送信する。図１９に示すように、無送信区間２８０３は、時間軸で周期的に設定されている。

【0110】

パワーアップ要求信号１７０３は、特定のパターンの信号を含み、この特定のパターンは、ＷＲＡＮシステムがパワーアップ要求であることを一意に判定できるパターンであればよい。なお、ＷＲＡＮ基地局１１０１におけるセンシング処理時の検出精度を高める、ＷＲＡＮ端末装置１１０２からの要求であることを特定できるよう、周期的なパターンであることが望ましい。

【0111】

ＷＲＡＮ基地局１１０１は、ＷＲＡＮのシステムに周期的に設定されている無送信区間において一次システムの有無をセンシングするが、パワーアップ要求を受信した場合、この無送信区間内で、パワーアップ応答処理（Ｐｏｗｅｒ−ｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）を実行する（１７０４）。パワーアップ応答処理（１７０４）では、センシング処理（１５０３）と同様に、ＷＲＡＮの信号を受信する。なお、パワーアップ応答処理（１７０４）において、ＷＲＡＮ基地局１１０１が行うセンシングは、通常は、受信信号のエネルギーの検出でもよいが、一次システム及び他の二次システムからの信号と、パワーアップ要求信号（１７０３）とを区別するために、特にパワーアップ要求信号のパターン（特徴量）を検出する。

【0112】

パワーアップ応答処理（１７０４）において、パワーアップ要求処理部２４０４は、パワーアップ要求を受信した場合、ＴＶ放送に影響を及ぼさない距離に端末がいると判定し、まず、ＴＶ放送の受信エリアに影響を及ぼさないように干渉の低減及びアンテナの指向性を制御する。このアンテナの指向性制御は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２におけるアンテナの指向性制御と同じである。すなわち、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の方向に対する指向性を高め、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ基地局１１０１を結ぶ直線上において、ＴＶ放送局２０１の方向に対する指向性を低くする（可能であればヌルにする）。このアンテナの指向性は、前述したように、アレイアンテナでアンテナパターンを構成するか、又は、アンテナの設置位置を回転させることによって制御可能である。ＷＲＡＮ端末１１０２及びＴＶ放送局２０１が、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から同一の方向にある場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の方向に対して指向性を高めるよう制御すればよい。

【0113】

このアンテナ指向性制御の制御結果に基づくＷＲＡＮ端末装置１１０２の方向に対するＷＲＡＮ基地局１１０１のアンテナ利得の情報、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄｓ、及びＷＲＡＮ端末装置１１０２における受信感度ＣＰＥ＿ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙから、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信する電力を決定する。

【0114】

具体的には、ＷＲＡＮ基地局１１０１のアンテナのＷＲＡＮ端末装置１１０２の方向の利得をＧａｉｎ＿ｂｓ、求めるべきＷＲＡＮ基地局１１０１送信電力をＴｘ＿ｂｓとすると、受信感度は式３”を用いて計算することができ、送信電力は式６を用いて計算することができる。
受信感度 (CPE_sensitivity) = Tx_bs × P(ds) × Gain …式３”
Tx_bs = CPE_sensitivity / (P(ds) × Gain) …式６

【0115】

ＷＲＡＮ基地局１１０１は、算出された送信電力で、ブロードキャスト信号を送信する。なお、他の方向に対する干渉を考慮する必要があり、またＷＲＡＮ基地局１１０１の送信電力の限界を超えた電力では送信できないため、これらの制約の中で送信電力が設定される。

【0116】

このようにすることによって、ＷＲＡＮ端末１１０２はＷＲＡＮのブロードキャスト信号を受信する可能性を高めることができる。ＷＲＡＮ端末装置１１０２は、再度センシング処理を行い（１５０３）、ＷＲＡＮシステムのブロードキャスト信号の検出を確認し（１７０６）、所望のＷＲＡＮシステムの信号が検出された場合には以後のネットワーク接続のためのプロセスを続ける（４０６〜）。すなわち、図１３では図示を省略したが、手順４０６の後、４１０〜４１５の処理が行われる。一方、所望のＷＲＡＮシステムの信号が検出されない場合（１７０６でＮＯ）、ＷＲＡＮ端末装置１１０２からの要求がＷＲＡＮ基地局１１０１に届かなかったか、他の周囲の状況等の制約からＷＲＡＮ基地局１１０１からの送信電力が十分に大きく設定できなかったと判定し、そのエリアでのＷＲＡＮシステムへの接続を断念する。

【0117】

図１３に示す例では、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＷＲＡＮ基地局１１０１に信号が届くように計算された電力を用いてパワーアップ要求（１７０３）を送信しているが、二次的に同一周波数を利用する他のシステムとの共用を考慮し（すなわち、他の二次システムへの影響を最小限にするように）、ＷＲＡＮ基地局１１０１宛の電波の電力を徐々に増加することが望ましい。図１４に、このような制御のフローチャートを示す。

【0118】

図１３では、パワーアップ要求処理（１７０２）が一度で完結していたが、図１４では、ＷＲＡＮ基地局１１０１におけるパワーアップ応答処理（１７０４）においてパワーアップ要求信号（１７０３）を検出し、送信電力を増大させてＷＲＡＮブロードキャスト信号を送信するまで、又は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＷＲＡＮブロードキャスト信号を検出できるようになるまで、送信電力増大可否判定処理（１８０２）を繰り返すことによって、送信電力を少しずつ増加させて（１８０１）、パワーアップ要求信号（１７０３）を送信する。なお、この場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０１は、一次システムであるＴＶ放送に影響を及ぼさないことが必要であるため、ＴＶのサービスエリアに影響が生じない範囲内でのみ送信電力を調整する。

【0119】

次に、Ｃａｓｅ３について説明する。

【0120】

図１５に、Ｃａｓｅ３における、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係を示す。Ｃａｓｅ３においては、図１５に示すように、ＷＲＡＮ基地局１１０１からのブロードキャスト信号はＷＲＡＮ端末装置１１０２に届いているが、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＷＲＡＮ基地局１１０１に届くように電波を送信した場合、一次システムであるＴＶのサービスエリアに影響を及ぼす可能性があるエリア１９０１が生じる。この場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の干渉計算部２３０３は、周囲の干渉を計算し、ＴＶサービスエリアに影響を及ぼさないアンテナの指向性を計算し、ＷＲＡＮ端末装置１１０２からの送信時の指向性を制御する。その結果、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＴＶに影響を及ぼすことなくＷＲＡＮ基地局１１０１と通信可能と判定した場合には、以後のネットワーク接続のためのプロセスを継続し、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信される信号がＴＶのサービスエリアに影響を及ぼすと判定した場合には、接続を断念するように制御する。

【0121】

図１６に、Ｃａｓｅ３における具体的な制御フローを示す。

【0122】

まず、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係を把握する必要があるため、自己テスト（４０１）等の後、センシング処理（４０５）の前に、自装置の位置獲得処理（１５０１）及びその処理の確認処理（１５０２）行われる。これらの処理は、Ｃａｓｅ１で前述した処理と同一である。Ｃａｓｅ３のセンシング処理（１５０３）では、センシング部５０８はＷＲＡＮのブロードキャスト信号を受信する。

【0123】

次に、距離計算部２３０４は、ｄ１、ｄ２及びｄｓを計算する（１５０４）。このｄ１、ｄ２及びｄｓの計算は、Ｃａｓｅ１と同様に、前述した式１〜式４を用いて計算できる。次に、条件判定処理部２３０９は、この計算結果を考慮し、図９の条件判定のための表１３０１を用いてケースを選択する。その結果、Ｃａｓｅ３が選択される。

【0124】

次に、干渉計算部２３０３は、ＷＲＡＮ基地局１１０１、ＷＲＡＮ端末装置１１０２及びＴＶ放送局２０１の位置関係に基づき、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の干渉計算処理（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌｃａｔｉｏｎ）を行う（２００１）。この干渉計算処理では、ＴＶ放送局２０１におけるアンテナ指向性パターンに基づき、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対する指向性を高め、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＴＶ放送局２０１の方向に対する指向性を低くする（可能であればヌルにする）アンテナパターンを計算する。

【0125】

次のアンテナ制御処理（ａｎｔｅｎｎａ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）（２００２）において、アンテナ制御部２３０８が、この計算結果に基づいてアレイアンテナを制御するか、又は、指向性アンテナを回転させる。ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＴＶ放送局２０１がＷＲＡＮ端末装置１１０２から同一の方向にある場合は、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対する指向性を高めるよう制御すればよい。

【0126】

次に、パワーアップ要求処理部２３０５は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信する送信電力を計算する。まず、アンテナ制御処理（２００２）の制御結果に基づくＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対するＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナ利得Ｇａｉｎ＿ｃｐｅの情報、ＴＶ放送局２０１における、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上の端末方向のアンテナ利得の情報Ｇａｉｎ＿ｔｖ、及びＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２間の距離ｄｓ、ＷＲＡＮ基地局１１０１における受信感度ＢＳ＿ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙから、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信する電力を決定する。

【0127】

具体的には、求めるべき端末送信電力をＴｘ＿ｃｐｅとすると、受信感度は式３'''を用いて計算することができ、送信電力は式５を用いて計算することができる。
受信感度 (BS_sensitivity) = Tx_cpe × P(ds) × Gain_cpe …式３'''
Tx_cpe = BS_sensitivity / (P(ds) × Gain_cpe) …式５

【0128】

ここで、パワーアップ要求処理部２３０５は、ＴＶの受信エリアに干渉を及ぼさずにＷＲＡＮ基地局１１０１と通信が可能かを判定する（２００３）。具体的には、ＴＶ放送局２０１において、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上におけるＷＲＡＮ端末装置１１０２の方向に対する指向性をＧａｉｎ＿ｔｖとし、ＷＲＡＮ端末装置１１０２において、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上におけるＴＶ放送局２０１の方向に対する指向性をＧａｉｎ＿ｃｐｅ＿ｔｖとし、これらの情報から、ＴＶの受信エリア境界において推定されるＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信される電力Ｒｘ＿ｅｓｔを式７を用いて計算する。
Rx_est = Tx_cpe × Gain_cpe_tv × P(d2-d1) × Gain_tv …式７

【0129】

計算された電力Ｒｘ＿ｅｓｔと、ＴＶ受信エリアにおけるＴＶの受信感度Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ＿ｔｖとを比較し、ＴＶの受信感度未満と推定される場合には、ＷＲＡＮ端末装置１１０２はＷＲＡＮ基地局１１０１との通信が可能と判定する（式８）。

【0130】

If (Rx_est < Sensitivity_tv)[
ＷＲＡＮ端末装置１１０２から電波送信可能
]
else [
ＷＲＡＮ端末装置１１０２からの電波送信不可
] …式８

【0131】

以後の処理（４０６〜）は、従来のネットワーク接続におけるフローと同一でよい。すなわち、図１６では図示を省略したが、手順４０６の後、４１０〜４１５の処理が行われる。

【0132】

次に、Ｃａｓｅ４について説明する。

【0133】

図１７に、Ｃａｓｅ４における、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係に示す。Ｃａｓｅ４においては、図１７に示すように、ＷＲＡＮ基地局１１０１から送信されたブロードキャスト信号はＷＲＡＮ端末装置１１０２に届かず、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＷＲＡＮ基地局１１０１に届くように電波を送信した場合、一次システムであるＴＶのサービスエリアに影響を及ぼす可能性があるエリア１９０１が生じる。この場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の干渉計算部２３０３は、周囲の干渉を計算し、端末から送信される信号がＴＶサービスエリアに影響を及ぼさないかを判定し、パワーアップ要求処理部２３０５が、ＴＶサービスエリアに影響を及ぼさない範囲で、ＷＲＡＮ基地局１１０１に対して、無送信区間において、特定のパターンをＷＲＡＮ基地局１１０１宛に送出するＰｏｗｅｒｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔの処理を行う。

【0134】

図１８に、Ｃａｓｅ４における具体的な制御フローを示す。

【0135】

まず、ＴＶ放送局２０１、ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置関係を把握する必要があるため、自己テスト（４０１）等の後、センシング処理（４０５）の前に、自装置の位置獲得処理（１５０１）及びその処理の確認処理（１５０２）が行われる。これらの処理は、Ｃａｓｅ１で前述した処理と同一である。Ｃａｓｅ４センシング処理（１５０３）では、センシング部５０８はＷＲＡＮのブロードキャスト信号を受信する。

【0136】

次に、距離計算部２３０４は、ｄ１、ｄ２及びｄｓを計算する（１５０４）。ｄ１、ｄ２及びｄｓの計算は、Ｃａｓｅ１と同様に、前述した式１〜式４を用いて計算できる。次に、条件判定処理部２３０９は、この計算結果を考慮し、図９の条件判定のための表１３０１を用いてケースを選択する。その結果、Ｃａｓｅ４が選択される。

【0137】

次に、干渉計算部２３０３は、ＷＲＡＮ基地局１１０１、ＷＲＡＮ端末装置１１０２及びＴＶ放送局２０１の位置関係に基づき、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の干渉計算処理（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌｃａｔｉｏｎ）が行われる（２００１）。この干渉計算処理では、ＴＶ放送局２０１におけるアンテナ指向性パターンに基づき、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対する指向性を高め、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上において、ＴＶ放送局２０１方向に対する指向性を低くする（可能であればヌルにする）アンテナパターンを計算する。

【0138】

次のアンテナ制御処理（ａｎｔｅｎｎａ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）（２００２）において、アンテナ制御部２３０８が、この計算結果に基づいてアレイアンテナを制御するか、又は、指向性アンテナを回転させる。ＷＲＡＮ基地局１１０１及びＴＶ放送局２０１がＷＲＡＮ端末装置１１０２から同一の方向にある場合は、ＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対する指向性を高めるよう制御すればよい。

【0139】

次に、パワーアップ要求処理部２３０５は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信する送信電力を計算する。まず、アンテナ制御処理（２００２）の制御結果に基づくＷＲＡＮ基地局１１０１の方向に対するＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナ利得Ｇａｉｎ＿ｃｐｅの情報、ＴＶ放送局２０１における、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上の端末方向のアンテナ利得の情報Ｇａｉｎ＿ｔｖ、ＷＲＡＮ基地局１１０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２間の距離ｄｓ、ＷＲＡＮ基地局１１０１における受信感度ＢＳ＿ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙから、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信する電力を決定する。

【0140】

具体的には、求めるべき端末送信電力をＴｘ＿ｃｐｅとすると、式３’を用いて、先ほどと同様に式５を用いて送信電力を算出する。
受信感度 (BS_sensitivity) = Tx_cpe × P(ds) × Gain_cpe …式３’
Tx_cpe = BS_sensitivity / (P(ds) × Gain_cpe) …式５

【0141】

ここで、ＴＶの受信エリアに干渉を及ぼさずにＷＲＡＮ基地局１１０１と通信が可能かを判定する（２００３）。具体的には、ＴＶ放送局２０１において、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上における端末方向に対する指向性をＧａｉｎ＿ｔｖとし、ＷＲＡＮ端末装置１１０２において、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２とを結ぶ直線上におけるＴＶ放送局２０１方向に対する指向性をＧａｉｎ＿ｃｐｅ＿ｔｖとし、これらの情報から、ＴＶの受信エリア境界において推定されるＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信される電力をＲｘ＿ｅｓｔを式７を用いて計算する。
Rx_est = Tx_cpe × Gain_cpe_tv × P(d2-d1) × Gain_tv …式７

【0142】

計算されたＲｘ＿ｅｓｔ電力と、ＴＶ受信エリアにおけるＴＶの受信感度Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ＿ｔｖとを比較し、ＴＶの受信感度未満と推定される場合には、ＷＲＡＮ端末装置１１０２はＷＲＡＮ基地局１１０１との通信が可能と判定する（式８）。

【0143】

If (Rx_est < Sensitivity_tv)[
ＷＲＡＮ端末装置１１０２から電波送信可能
]
else [
ＷＲＡＮ端末装置１１０２からの電波送信不可
] …式８

【0144】

Ｃａｓｅ４において、２００３までの処理はＣａｓｅ３と同一である。また、１８０１以後の処理はＣａｓｅ２におけるパワーアップ要求処理と同一である。このため、１８０１以後の手順の詳細な説明は省略する。すなわち、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から特定のパターンをパワーアップ要求信号としてＷＲＡＮ基地局１１０１に送信し（１８０１）、ＷＲＡＮ基地局１１０１はその特定パターンを検出した場合、送信電力を増大させてＷＲＡＮブロードキャスト信号１７０５を送信し（１７０４）、ＷＲＡＮ端末装置１１０２によるＷＲＡＮブロードバンド信号の検出（１５０３）の機会を増加させる。

【0145】

以後の処理（４０６〜）は、従来のネットワーク接続におけるフローと同一でよい。すなわち、図１８では図示を省略したが、手順４０６の後、４１０〜４１５の処理が行われる。

【0146】

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態によると、ＴＶ放送のサービスエリアに影響を及ぼさない範囲で、ＷＲＡＮのサービスエリアを通常より拡大し、ＷＲＡＮの通常のサービスエリア外から端末装置をＷＲＡＮ基地局に接続可能とすることができる。特に、可搬型の端末装置が、ＷＲＡＮの通常のサービスエリア外に移動した場合でも、ＴＶ等の一次システムに影響を及ぼすことなく、端末装置と基地局との間で通信をすることができる。

【0147】

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

【0148】

第１の実施形態においては、ＷＲＡＮ端末装置１１０２内の位置情報データベース２３０６（図３）に保持されている情報を利用してｄ１、ｄ２及びｄｓを計算しているが、第２の実施形態においては、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が位置情報データベースを持たない場合に、ｄ１、ｄ２及びｄｓを計算する。以下、ｄ１、ｄ２及びｄｓの計算方法について具体的に説明する。

【0149】

ＷＲＡＮ端末装置１１０２が位置情報データベースを持たない場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２は、ＴＶ放送局２０１の位置及びＷＲＡＮ基地局１１０１の位置が分からない。このため、図８に示すように、その周波数のセンシングによって受信電力を測定し、その周波数帯の伝搬特性（距離に対する減衰特性）を用いて、ＴＶ放送局２０１とＷＲＡＮ端末装置１１０２との距離ｄ２とＴＶ放送局２０１とＴＶ放送が受信できる限界の位置との距離ｄ１との差の距離（ｄ２−ｄ１）、及び、ＷＲＡＮ基地局１１０１サービスエリアの距離ｄｓを推定する。

【0150】

以下、この計算方法を具体的に説明する。

【0151】

ＴＶ放送の電波の周波数とＷＲＡＮ基地局１１０１からの電波の周波数とは同一であるため、センシングした受信電力がいずれの送信機から送信された信号であるのかを認識する必要がある。また、ＴＶ放送の電波は連続的に送信されている（２８０１）。さらに、本実施の形態の無線システムでは、一次システム及びＷＲＡＮ以外のシステムを検出するために無送信区間（Ｑｕｉｅｔ Ｐｅｒｉｏｄ）２８０３が設けられており、断続的に信号が送信されている（２８０２）。

【0152】

そこで、この無送信区間にセンシングをすることによって、図１９に示すように、無送信区間内におけるセンシング結果（Ｒｘ＿ｑｕｉｅｔ）２８０５と、無送信区間外におけるセンシング結果（Ｒｘ＿ｎｏｎｑｕｉｅｔ）２８０４とを比較する。

【0153】

その周波数でセンシングした受信信号がＴＶ放送からのものであれば、無送信区間内のセンシング結果（Ｒｘ＿ｑｕｉｅｔ）２８０５は、無送信区間外のセンシング結果（Ｒｘ＿ｎｏｎｑｕｉｅｔ）２８０４と、ほぼ等しくなる（式９参照）。
Rx_quiet ≒ Rx_nonquiet …式９

【0154】

一方、その周波数でセンシングした受信信号がＷＲＡＮ基地局１１０１からのものが重畳されていれば、無送信区間内のセンシング結果（Ｒｘ＿ｑｕｉｅｔ）２８０５は、無送信区間外のセンシング結果（Ｒｘ＿ｎｏｎｑｕｉｅｔ）２８０４より小さくなる（式１０参照）。
Rx_quiet < Rx_nonquiet …式１０

【0155】

無送信区間内のセンシング結果（Ｒｘ＿ｑｕｉｅｔ）と無送信区間外のセンシング結果（Ｒｘ＿ｎｏｎｑｕｉｅｔ）との大小によって、ＷＲＡＮ基地局１１０１からの信号か否かを判定することできる。

【0156】

距離の計算方法は、第１の実施形態で既にに示したように、送信電力をＴｘ、その周波数の伝搬特性Ｐが距離をパラメータとしたの関数によって表される場合、受信電力は式１１によって表され、距離は、式１２によって計算することができる。式１２において、P^-1 (x)は、P(x)の逆関数である。
受信電力Rx = Tx×P（距離） …式１１
距離 = P^-1 (Rx/Tx) …式１２

【0157】

ＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースを参照してＴｘを取得し、センシングによって所望信号の受信電力Ｒｘを測定することによって、距離ｄｓを算出することができる。

【0158】

同様に、ＴＶ放送局２０１の位置が分からない場合、又はＴＶ放送局２０１の位置がＷＲＡＮ端末装置１１０２内のデータベースに保持されていない場合、ＷＲＡＮ端末装置１１０２がＴＶ放送を受信できる受信感度（ＴＶｓ［ｄＢｍ］）を保持していれば、その周波数の無信号区間内のセンシングを行った所望信号の受信電力（Ｒｘ［ｄＢｍ］）と、その周波数帯における伝搬特性を用いて、距離（ｄ２−ｄ１）を、式１３によって計算する。
d2 - d1 = P^-1 (Rx/Tx) - P^-1 (TVs/Tx) …式１３

【0159】

なお、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が、サービス圏外に移動した場合、ＷＲＡＮシステムにおける無送信区間２８０３を正しく把握できない可能性がある。しかし、無送信区間２８０３は周期的に設けられるので、ＷＲＡＮで定められている無送信区間以上の時間に渡って、受信電力の変化を測定し、受信電力全体の周期的な変動（図１９の２８０６）を検出し、無送信区間２８０３を特定し、その後に、無送信区間内及び無送信区間外においてセンシングをすればよい。

【0160】

第２の実施形態における、各装置の構成及びその他の処理は、前述した第１の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。

【0161】

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態によると、ＷＲＡＮ端末装置１１０２が位置情報データベース（ＷＲＡＮ基地局１１０１の位置、ＴＶ放送局２０１の位置）を持たない場合でも、ＴＶ放送のサービスエリアに影響を及ぼさない範囲で、ＷＲＡＮのサービスエリアを通常より拡大し、ＷＲＡＮの通常のサービスエリア外から端末装置をＷＲＡＮ基地局に接続可能とすることができる。

【0162】

＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

【0163】

前述した第１の実施形態において、ＷＲＡＮ端末装置１１０２から送信されるパワーアップ要求信号は特定のパターンであると説明したが、第３の実施形態では、パワーアップ要求信号を単なる信号ではなく、特定のパターンにＷＲＡＮ端末装置１１０２の詳細情報を付加し、メッセージの形式でＷＲＡＮ基地局１１０１に送信する点において、前述した第１の実施形態と異なる。

【0164】

図２０は、無送信区間に送信されるパワーアップ要求信号２９０１の例を示す。この例では、パワーアップ要求信号２９０１は、時間方向に特定のパターンとなっている。なお、周波数方向に特定のパターンをパワーアップ要求信号２９０１としてもよい。パワーアップ要求信号２９０１は、ＷＲＡＮ端末装置１１０２とＷＲＡＮ基地局１１０１とに共通する特定のパターンであることが必要であり、それ以外の情報が付加されていない。しかし、複数のＷＲＡＮ端末装置１１０２が、この特定のパターンを同時に送信した場合、パワーアップ要求信号２９０１を送信したＷＲＡＮ端末装置１１０２の特定が困難である。そこで、第３の実施形態では、ＷＲＡＮ端末装置１１０２は、パワーアップ要求メッセージ２９０２を送信する。

【0165】

パワーアップ要求メッセージ２９０２は、パワーアップ要求であることを一意に特定可能な同期パターン２９０３と、この要求を送信するＷＲＡＮ端末装置１１０２のＩＤ２９０４、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置２９０５、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の送信電力２９０６、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の受信感度２９０７及びＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナ指向性パターン２９０８を含む。

【0166】

なお、パワーアップ要求メッセージ２９０２に含まれる情報のうち、ＷＲＡＮ端末装置１１０２のＩＤ２９０４及びＷＲＡＮ端末装置１１０２の位置２９０５は必須の情報であるが、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の送信電力２９０６、ＷＲＡＮ端末装置１１０２の受信感度２９０７及びＷＲＡＮ端末装置１１０２のアンテナ指向性パターン２９０８は任意の情報である。特に、アンテナ指向性パターン２９０８をパワーアップ要求メッセージ２９０２に含めることによって、ＷＲＡＮ基地局１１０１における送信電力の計算の精度を高めることができる。

【0167】

以上に説明したように、本発明の第３の実施形態によると、ＷＲＡＮ端末装置がパワーアップ要求信号にＷＲＡＮ端末装置を含めて送信するので、ＷＲＡＮ基地局における送信電力の計算の精度を高めることができる。

【0168】

以上、第３の実施形態について、主にパワーアップ要求信号のフォーマットについて説明したが、第３の実施形態における各装置の構成及びその他の処理は、前述した第１及び第２の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。

【0169】

なお、第３の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた無線通信システムを構成することもできる。

【0170】

なお、本発明の実施形態として、ＴＶホワイトスペースを利用するシステムについて説明したが、一つの周波数を共用する無線通信システムであって、他のシステムに影響を与えないように運用することが望まれる無線通信システムであれば、本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0171】

１０３ ネットワーク
２０１ ＴＶ放送局２０１（TV Station）
２０２ ＴＶ受信機（ＴＶ）
１１０１ ＷＲＡＮ基地局（ＢＳ）
１１０２ ＷＲＡＮ端末装置（ＣＰＥ）
１１０３ ホワイトスペースデータベース（White Space Database）
１１０４ ネットワークコントロールシステム（Network Controller）
１１０５ ネットワークマネージメントシステム（Network Managmenter）
１１０６ 認証サーバ（AAA Server）
１１０７ ゲートウェイ（Gateway）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】