特許 6199162 無線通信システム

(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】6199162

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 84/12 20090101AFI20170911BHJP

   H04W 16/14 20090101ALI20170911BHJP

   H04W 84/20 20090101ALI20170911BHJP

   H04W 88/04 20090101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   H04W84/12

   H04W16/14

   H04W84/20

   H04W88/04

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-234716(P2013-234716)

(22)【出願日】2013年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-95793(P2015-95793A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月26日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(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】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098132

【弁理士】

【氏名又は名称】守山 辰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】竹川 雅之

【審査官】 相澤 祐介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０６１５０４（ＷＯ，Ａ２）

(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】

無線通信に使用可能な周波数を管理する管理装置と接続され、基地局が端末局を介して前記管理装置にアクセスする無線通信システムにおいて、
前記基地局は、自局を基地局として動作させる基地局モードの他に、自局を端末局として動作させる端末局モードを有し、
前記端末局は、自局を端末局として動作させる端末局モードの他に、自局を基地局として動作させる基地局モードを有し、
基地局モードの前記基地局が前記端末局を介して前記管理装置にアクセスできない場合に、前記基地局を基地局モードから端末局モードに切り替えると共に前記端末局を端末局モードから基地局モードに切り替え、
基地局モードの前記端末局は、前記管理装置にアクセスして前記周波数の情報を取得し、当該取得した前記周波数の情報に基づいて、端末局モードの前記基地局との無線通信を確立し、
端末局モードの前記基地局は、基地局モードの前記端末局との無線通信が確立された後に、当該無線通信を通じて前記管理装置にアクセスして前記周波数の情報を取得し、
端末局モードの前記基地局が前記管理装置から前記周波数の情報を取得した後に、前記基地局を端末局モードから基地局モードに戻すと共に前記端末局を基地局モードから端末局モードに戻し、
基地局モードに戻した前記基地局は、端末局モード中に前記管理装置から取得した前記周波数の情報に基づいて、端末局モードに戻した前記端末局との無線通信を確立することを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

ＴＤＤ方式で無線通信する基地局と端末の組を、端末同士を有線接続することにより複数段従属接続した無線通信システムにおける無線通信方法であって、
インターネットとの接続を有する第１基地局が、第１基地局と対をなす第１端末と第1無線リンクを確立する第１ステップ（S006）と、
第１端末と有線接続された第２端末が、第２端末と対をなす第２基地局の検出を試行する第２ステップ（S015）と、
第２ステップの検出に失敗したときに（S016）、第２端末が基地局に昇格する第３ステップ（S017）と、
昇格した第２端末が、該第1無線リンク及び該有線接続を通じて、ホワイトスペースとして使用可能な周波数を管理する管理装置にアクセスし、第１使用可能周波数を読み出す第４ステップ（S018）と、
第１端末と昇格した第２端末との間で、その一方が受信中に他方が送信しないような共存が為された上で（S019）、昇格した第２端末が、基地局として動作を開始する第５ステップ（S020）と、
第２基地局が、端末に降格する第６ステップ（S012）と、
降格した第２基地局が、昇格した第２端末の検出を試行する第７ステップ（S013）と、
降格した第２基地局が、昇格した第２端末と第２無線リンクを確立する第８ステップ（S020）と、
降格した第２基地局が、該第１無線リンク、該有線接続及び該第２無線リンクを通じて、該管理装置にアクセスし、第２使用可能周波数を読み出す第９ステップ（S023）と、
昇格した第２端末が端末に戻る第１０ステップ（S025）と、
降格した第２基地局が基地局に戻る第１１ステップ（S026）と、
を有する無線通信方法。

【請求項3】

前記第４ステップでは、第２端末が、該第２端末の位置情報を該管理装置に渡し、該第２端末の位置において運用可能な周波数を該第１使用可能周波数として読み出し、
前記第９ステップでは、降格した第２基地局が、該第２基地局の位置情報を該管理装置に渡し、該第２基地局の位置において運用可能な周波数を該第２使用可能周波数として読み出すことを特徴とする請求項２記載の無線通信方法。

【請求項4】

前記第１０ステップでは、第２端末が該昇格してから若しくは基地局として動作を開始してから第１所定時間経過後或いは第２基地局による第２使用可能周波数の取得の完了後に、該昇格した第２端末が端末に戻り、
前記第１１ステップでは、第２基地局が該降格してから若しくは端末として動作を開始してから第２所定時間経過後或いは第２使用可能周波数の取得の完了後に、該降格した第２基地局が基地局に戻ることを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。

【請求項5】

該第２端末は、前記第１０ステップで端末に戻るたびに、前記第２ステップを繰り返し、
該第２基地局は、前記第１１ステップで基地局に戻るたびに、インターネット接続が確立されておらず且つ運用可能周波数が取得できていなければ、前記第６ステップの降格を繰り返すことを特徴とする請求項４記載の無線通信方法。

【請求項6】

前記第１ステップの後且つ前記第２ステップの前に、該第２端末が、接続してはならない基地局の情報として、第１基地局の識別情報を第1端末から受取る第１２ステップを更に有し、
前記第２ステップでは、該第２端末が、該識別情報を利用して第２基地局を検出することを特徴とする請求項２乃至５記載の無線通信方法。

【請求項7】

該第１基地局と第２基地局は、ＴＤＤの単位であるフレーム、及び複数の該フレームからなるスーパーフレームを同期させることが定められた同一の無線方式に従い、
前記第５ステップの共存は、第１端末と昇格した第２端末の一方が、該スーパーフレーム内の奇数番目のフレームのみを使用し、他方が偶数番目のフレームのみを使用するものであることを特徴とする請求項４乃至６記載の無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、上位システムに運用可能な周波数の確認を行った上で通信を開始する、ダイナミックスペクトルアクセス技術、ホワイトスペース利用技術などを利用する無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、有限な資源である無線周波数の需要も増加の一途をたどっており、割当て可能な周波数の枯渇が世界各国で大きな問題となってきている。一般に、周波数は国がライセンス管理を行い、ライセンスを割当てられた者だけが、特定の場所および時間において、厳格な管理の下、その周波数を利用することができる。しかし、今後も増え続けると考えられている周波数需要に対応するためには、これまでの利用方法にとらわれない、新しい周波数の利用方法が求められている。

【0003】

そこで近年、周波数の枯渇問題を解決するための新たな周波数の利用方法として、既に割当てられているにも関わらず、空間的、時間的に使用されない周波数帯（ホワイトスペース）を利用する方法が研究されている。例えば、ライセンスを受けている利用者（以下、「一次利用者」という）の既存システムの周波数使用への影響（干渉）を十分回避しつつ、ライセンスを受けていない利用者（以下、「二次利用者」という）が柔軟にホワイトスペースの電波を利用するコグニティブ無線通信システムなどの研究開発や標準化が行われている（例えば、非特許文献１）。

【0004】

例えば、ＩＥＥＥ８０２．２２で標準化が行われている、ホワイトスペースを利用する無線通信システムでは、各無線局は、ＩＰネットワーク上のホワイトスペースデータベース（ＤＢ：Database）にアクセスすることで、自局の位置情報に基づく送信可能チャネルリスト（運用可能チャネルリスト）と最大許容送信電力とを取得する。運用可能チャネルリストは、マスターデバイスである基地局（ＢＳ：Base Station）内のスペクトルマネージャ（ＳＭ：Spectrum Manager）によって、随時更新をしながら一括管理されている。そして、ＢＳはこの運用可能チャネルリストと各チャネルの最大送信可能電力情報に基づき、運用可能チャネルリストの中から自局の通信サービスの品質を最大化できるチャネルを運用チャネル（通信に用いるチャネル）として決定し、ＢＳのサービス範囲（セル）内の、戸別に設置される子局や携帯電話等の端末局（ＣＰＥ：Customer Premises Equipment）と通信を運用チャネルの周波数で行う。

【0005】

また、ＣＰＥも自身の運用可能チャネルリストと最大送信可能電力を取得可能であり、ＢＳのＳＭに対してスレーブデバイスであるＣＰＥが情報取得要求を行うことで情報を取得することによって、一次利用者のチャネル使用への影響を回避すると同時に、二次利用者の通信も実現する。
また、ＤＢ情報（運用可能チャネルリスト、最大送信可能電力などの利用条件）は一次利用者の使用状況に応じて時々刻々と更新されるため、ＩＥＥＥ８０２．２２などホワイトスペースを利用する無線通信システムは、定期的なＤＢアクセスやＤＢからの情報通知（プッシュ送信）によってＤＢ情報を更新し、運用チャネルを切り替えながら一次利用者への影響を回避しつつ、自身の通信サービスの最大化を図る機能を具備している。

【0006】

なお、ＢＳとＣＰＥはＤＢアクセスに加えて、一次利用者のみならず二次利用者同士の影響（干渉）を考慮したチャネル運用可能情報の通知を行うリソースマネージャ（ＲＭ：Resource Manager）から得られる情報に従って、運用可能チャネルと最大送信可能電力を決定することも可能であり、これによって更に周波数利用効率を高めることも可能である。

【0007】

ホワイトスペースを利用する無線通信システムに関し、これまでに種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、免許機器によって使用されない可用チャンネル内での動作が許容される非ＡＰステーションとして動作する特定ステーションがＷＬＡＮでＡＰステーションとして動作する方法及び装置について、ホワイトスペースで動作するためのステーションの位置の登録と関連して登録要請及び登録応答を含む各情報ＩＤを有する特定プロトコルが定義され、前記の定義された登録要請及び登録応答を用いて前記ステーションはＲＬＳに自分の地理的位置を登録することができ、ＷＳでＡＰステーションとして動作することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特表２０１３−５２９４４８号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】IEEE Std 802.22-2011, 1 July 2011, Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ホワイトスペースを用いる無線通信システムは、ＣＰＥに対して長距離無線伝送によって無線ブロードバンド通信サービスを提供することを一つの目的としている。更に伝送距離を延長したい場合には、マルチホップ伝送によって多段中継する方法が考えられている。その場合、ＩＰレイヤ（レイヤ３）以上で多段接続することが標準規格を変更せずに実現可能であると考えられる。接続の順序は、以下の順序で接続する方法が考えられる。

【0011】

（第１の接続方法）
［インターネット］−＜有線（Ｅｔｈｅｒ）＞−［ＢＳ１］−＜第１無線リンク（ＩＥＥＥ８０２．２２）＞−［中継器（［ＣＰＥ１］−＜有線（Ｅｔｈｅｒ）＞−［ＢＳ２］）］−＜第２無線リンク（ＩＥＥＥ８０２．２２）＞−［ＣＰＥ２］
すなわち、インターネットとＢＳ１を有線接続し、ＢＳ１と中継器（ＣＰＥ１とＢＳ２を有線接続して構成）を第１無線リンクで接続し、中継器とＣＰＥ２を第２無線リンクで接続する。
この場合、初めに、第１の無線リンクが通常のＩＥＥＥ８０２．２２に従って接続を確立する。これによって、第２の無線リンクを構築するための中継器に含まれるＢＳ２がインターネットにアクセス可能となるため、ＤＢへのアクセスが可能となり運用可能チャネルを取得し、ＩＥＥＥ８０２．２２に従って第２の無線リンクを構築可能である。

【0012】

しかしながら、この接続構成の場合は、中継器におけるアイソレーションの問題が発生する。通常は複数のＢＳはＧＰＳなどによって時刻の同期を行い、フレーム及びサブフレーム（下り送信期間（Downstream subframe：ＤＳ期間）と上り送信期間（Upstream subframe：ＵＳ期間））を同期して運用する。このため、図７に示すように、中継器内の無線機において、ＵＳ期間では第１の無線リンクの上り送信を行うＣＰＥ１の無線信号が第２の無線リンクの受信を行うＢＳ２への強い干渉となり、遠方から到来する第２の無線リンクのＣＰＥ２が送信する信号を抑圧してしまい、第２の無線リンクの通信を妨害してしまう。逆に、ＤＳ期間ではＢＳ２の信号がＣＰＥ１に対して強い干渉となるため、第１の無線リンクの通信を妨害してしまう。この現象は、第１の無線リンクと第２の無線リンクで運用するチャネルが異なる場合でも発生する。

【0013】

対策としては、図８に示すように、第１の無線リンクと第２の無線リンクが送信する期間（フレーム）を時分割とし、同時送信しないようにする等の方法が考えられる。しかしながら、このような場合には伝送レートが１／２になってしまうという問題がある。そこで、伝送レートを元に戻すために、各無線リンクでそれぞれ２チャネルを用いる方法が考えられるが、第１の無線リンクと第２の無線リンクで同じチャネルを運用できるとは限らないため、２つのリンクに４つのチャネルを用いてしまう恐れもあり、周波数利用効率の観点から望ましくない。

【0014】

その他の接続方法としては、以下の方法が考えられる。
（第２の接続方法）
［インターネット］−＜有線（Ｅｔｈｅｒ）＞−［ＢＳ１］−＜第１無線リンク（ＩＥＥＥ８０２．２２）＞−［中継器（［ＣＰＥ１］−＜有線（Ｅｔｈｅｒ）＞−［ＣＰＥ２］）］−＜第２無線リンク（ＩＥＥＥ８０２．２２）＞−［ＢＳ２］
すなわち、インターネットとＢＳ１を有線接続し、ＢＳ１と中継器（ＣＰＥ１とＣＰ２２を有線接続して構成）を第１無線リンクで接続し、中継器とＢＳ２を第２無線リンクで接続する。

【0015】

第２の接続方法では、中継器における送信のタイミングと受信のタイミングが同期するため、図９に示すように、第１の接続方法のような干渉問題は発生しない。また、１ホップの通信と同様の伝送レートで多段中継を行うには、第１の無線リンクと第２の無線リンクで異なるチャネルを１チャネルずつ運用することで可能となるため、第１の接続方法よりも周波数利用効率が高く、更にハードウェア構成も簡単に実現できる。しかしながら、ＢＳ２は初期状態においてインターネット上のＤＢに接続できないため、一次利用者に干渉を与えてしまう恐れがある。

【0016】

本発明は、第２の接続方法、すなわち、無線通信に使用可能な周波数（チャネル）を管理する管理装置（例えば、インターネット上のＤＢ）に基地局が端末局との無線リンクを介してアクセスする方法において、端末局との無線リンクを周波数の一次利用者に干渉を与えることなく確立するためになされたものである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するために、本発明では無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、本発明は、無線通信に使用可能な周波数を管理する管理装置を備え、基地局が端末局を介して前記管理装置にアクセスする無線通信システムにおいて、前記基地局は、自局を基地局として動作させる基地局モードの他に、自局を端末局として動作させる端末局モードを有し、前記端末局は、自局を端末局として動作させる端末局モードの他に、自局を基地局として動作させる基地局モードを有し、基地局モードの前記基地局が前記端末局を介して前記管理装置にアクセスできない場合に、前記基地局を基地局モードから端末局モードに切り替えると共に前記端末局を端末局モードから基地局モードに切り替え、基地局モードの前記端末局は、前記管理装置にアクセスして前記周波数の情報を取得し、当該取得した前記周波数の情報に基づいて、端末局モードの前記基地局との無線通信を確立する、ことを特徴とする。

【0018】

また、本発明は、一構成例として、端末局モードの前記基地局は、基地局モードの前記端末局との無線通信が確立された後に、当該無線通信を通じて前記管理装置にアクセスして前記周波数の情報を取得する、ことを特徴とする。

【0019】

また、本発明は、一構成例として、端末局モードの前記基地局が前記管理装置から前記周波数の情報を取得した後に、前記基地局を端末局モードから基地局モードに戻すと共に前記端末局を基地局モードから端末局モードに戻し、基地局モードに戻した前記基地局は、端末局モード中に前記管理装置から取得した前記周波数の情報に基づいて、端末局モードに戻した前記端末局との無線通信を確立する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、無線通信に使用可能な周波数（チャネル）を管理する管理装置（例えば、インターネット上のＤＢ）に基地局が端末局との無線リンクを介してアクセスする方法において、端末局との無線リンクを周波数の一次利用者に干渉を与えることなく確立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示す図である。

【図2】ＣＰＥ１の具体的な構成の例を示す図である。

【図3】ＣＰＥ２の具体的な構成の例を示す図である。

【図4】ＢＳ２の具体的な構成の例を示す図である。

【図5】システムの初期動作に係るシーケンスの例を示す図である。

【図6】一時的なモード切替後の動作に係るシーケンスの例を示す図である。

【図7】第１の接続方法における干渉の関係を説明する図である。

【図8】第１の接続方法における干渉回避のための第１の無線リンクと第２の無線リンクのフレーム割当ての例を示す図である。

【図9】第２の接続方法における干渉の関係を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。

【0023】

［無線通信システムの概要］
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示す図である。本例の無線通信システムは、基地局１０１（ＢＳ１）、中継局１０２、基地局１０３（ＢＳ２）、ホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ）１０４、ユーザー端末１０５、インターネット１０６から成る。中継局１０２は、端末局１０７（ＣＰＥ１）と端末局１０８（ＣＰＥ２）の２つの無線局で構成される。なお、本実施形態では、ＷＳＤＢ１０４が、本発明に係る管理装置に相当する。

【0024】

この無線通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．２２への適用を想定しており、基本的な構成は従来と同じである。ただし、端末局１０８（ＣＰＥ２）と基地局１０３（ＢＳ２）は、動作モードをＢＳモード（基地局モード）又はＣＰＥモード（端末局モード）に切り替える機能を有し、また、端末局１０７（ＣＰＥ１）と端末局１０８（ＣＰＥ２）の間で接続先ＢＳの情報を共有する機能を有する等、従来のそれらと異なる構成を有する。

【0025】

［中継局内のＣＰＥ１、ＣＰＥ２の具体的構成例］
図２には、端末局１０７（ＣＰＥ１）の具体的な構成の例を示してある。
端末局１０７（ＣＰＥ１）は、ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部２０１と、中継インターフェース部２０２と、主制御部２０３を備えている。

【0026】

中継インターフェース部２０２は、端末局１０８（ＣＰＥ２）と接続先ＢＳの情報（ＭＡＣアドレスやＩＤ情報）を交換し、保持する機能を具備している。この情報を基に、端末局１０７（ＣＰＥ１）がＢＳに接続した後に端末局１０８（ＣＰＥ２）がＢＳを検出した際に、これらのＢＳが同じＢＳであるかどうかの判断をし、同じＢＳである場合には端末局１０８（ＣＰＥ２）が当該ＢＳに接続しないように制御することができる。主制御部２０３は、データの転送処理などを行う。
ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部２０１は、自局をＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥに準拠したＣＰＥとして動作させるＣＰＥモードを実現する機能部であり、主制御部２０３によって制御される。

【0027】

図３には、端末局１０８（ＣＰＥ２）の具体的な構成の例を示してある。
端末局１０８（ＣＰＥ２）は、タイマー管理部３０１と、ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部３０２と、ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部３０３と、主制御部３０４と、中継インターフェース部３０５を備えている。

【0028】

中継インターフェース部３０５は、端末局１０７（ＣＰＥ１）と接続先ＢＳの情報を交換し、保持する機能を具備している。この情報を基に、端末局１０８（ＣＰＥ２）がＢＳを検出した際に、端末局１０７（ＣＰＥ１）の接続先ＢＳと同じＢＳであるかどうかの判断をし、同じＢＳである場合には端末局１０８（ＣＰＥ２）が当該ＢＳに接続しないように制御することができる。
ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部３０２は、自局をＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥに準拠したＣＰＥとして動作させるＣＰＥモードを実現する機能部であり、ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部３０３は、自局をＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥに準拠したＢＳとして動作させるＢＳモードを実現する機能部であり、主制御部３０４によって制御される。

【0029】

端末局１０８（ＣＰＥ２）は、通常はＣＰＥモードで動作しており、接続先ＢＳが検出できない場合はＢＳモードに動作を切り替えて、一時的にＣＰＥモードになっている中継先候補のＢＳを探す。動作モードの切り替え期間はタイマー管理部３０１が保持するタイマーを用いて管理され、所定の時間が経過すると、主制御部３０４によって動作モードを元のＣＰＥモードに戻したり、ＢＳモードに切り替えたりする。

【0030】

［中継局先のＢＳ２の具体的構成例］
図４には、ＢＳ２の具体的な構成の例を示してある。
基地局１０３（ＢＳ２）は、タイマー管理部４０１と、ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部４０２と、ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部４０３と、主制御部４０４を備えている。

【0031】

ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部４０２は、自局をＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥに準拠したＣＰＥとして動作させるＣＰＥモードを実現する機能部であり、ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部４０３は、自局をＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥに準拠したＢＳとして動作させるＢＳモードを実現する機能部であり、主制御部４０４によって制御される。

【0032】

基地局１０３（ＢＳ２）は、通常はＢＳモードで動作しており、インターネット１０６に未接続の状態であればＣＰＥモードに動作を切り替え、一時的にＢＳモードになっている上り側（第１の無線リンク側）のＣＰＥ（中継局）を探す。動作モードの切り替え期間はタイマー管理部４０１が保持するタイマーを用いて管理され、所定の時間が経過すると、主制御部４０４によって動作モードを元のＢＳモードに戻したり、ＣＰＥモードに切り替えたりする。

【0033】

また、基地局１０３（ＢＳ２）は、一時的にＢＳモードになっているＣＰＥ（中継局）を検出して接続に成功した場合には、ＷＳＤＢ１０４への接続を行い、運用可能なホワイトスペースの情報を取得し、ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部４０３が備えるスペクトルマネージャに保持する。スペクトルマネージャは、ＷＳＤＢ１０４から取得した運用可能なホワイトスペースの情報に基づいて、自局のセルで使用する運用周波数を選択する。

【0034】

［無線通信システムの動作］
（初期動作）
図５を参照して、無線通信システムの初期動作について説明する。
まず、基地局１０１（ＢＳ１）と端末局１０７（ＣＰＥ１）が、ＩＥＥＥ８０２．２２の手順に従って、以下のようにして第１の無線リンクを確立する。
基地局１０１（ＢＳ１）は、起動後（Ｓ００１）、ＷＳＤＢ１０４にアクセスし、ホワイトスペースとして運用可能なチャネルの情報を取得する（Ｓ００２）。その後、ＩＥＥＥ８０２．２２が定めるＳＣＨ（Superframe Control Header）、ＦＣＨ（Frame Control Header）、ＤＳ−ＭＡＰ（Downstream Map）、ＵＳ−ＭＡＰ（Upstream Map）、ＤＣＤ（Downstream Channel Descriptor）、ＵＣＤ（Upstream Channel Descriptor）などのＣＰＥが同期を確立するための制御メッセージを、ブロードキャストによって報知する（Ｓ００３）。

【0035】

端末局１０７（ＣＰＥ１）は、起動後（Ｓ００４）、近隣のＳＢと同期し、接続を確立するためにＢＳの検出を行う（Ｓ００５）。端末局１０７（ＣＰＥ１）が基地局１０１（ＢＳ１）の制御メッセージを受信すると、無線機情報の交換などを行い、基地局１０１（ＢＳ１）と端末局１０７（ＣＰＥ１）との間で第１の無線リンクを確立する。

【0036】

第１の無線リンクの確立が完了すると、端末局１０７（ＣＰＥ１）は、自局に有線リンクで接続された端末局１０８（ＣＰＥ２）に起動命令を通知し、更に、接続先ＢＳの情報（ＭＡＣアドレスやＩＤ情報）を通知する（Ｓ００６）。この接続先ＢＳの情報は、後に端末局１０８（ＣＰＥ２）が基地局１０３（ＢＳ２）に接続する際に、誤って基地局１０１（ＢＳ１）に接続しないように参照するための情報である。
その後、基地局１０１（ＢＳ１）と端末局１０７（ＣＰＥ１）はデータ通信可能な状態となり、通信を開始する（Ｓ００７，Ｓ００８）。

【0037】

基地局１０３（ＢＳ２）は、起動するとＢＳモードで動作を開始し（Ｓ００９）、ＩＥＥＥ８０２．２２と同様に、ＷＳＤＢ１０４へのアクセスによってホワイトスペースとして運用可能なチャネルの情報の取得を試みる（Ｓ０１０）。しかしながら、基地局１０３（ＢＳ２）はインターネット１０６に接続しておらず、ＷＳＤＢ１０４へのアクセスに失敗する。そして、ＷＳＤＢ１０４へのアクセスを規定回数試みるか一定時間が経過すると（Ｓ０１０）、一旦インターネット１０６への接続を確立するため、ＣＰＥモードに動作を切り替え、一時的にＣＰＥとして動作する（Ｓ０１２）。その後、ＩＥＥＥ８０２．２２のＣＰＥと同様に、ＢＳの検出動作を行う（Ｓ０１３）。

【0038】

端末局１０８（ＣＰＥ２）は、起動するとＣＰＥモードで動作を開始し（Ｓ０１４）、ＩＥＥＥ８０２．２２と同様に、近隣のＢＳと同期し、接続を確立するためにＢＳの検出を行う（Ｓ０１５）。しかしながら、端末局１０７（ＣＰＥ１）の接続先ＢＳと同じ基地局１０１（ＢＳ１）以外の基地局を発見できない。そして、ＢＳの検出時間をタイムアウトすると（Ｓ０１６）、中継先となる基地局に対してインターネット１０６への接続回線を確立する必要があると判断して、ＢＳモードに動作を切り替え、一時的にＢＳとして動作する（Ｓ０１７）。
ＢＳモードとなった端末局１０８（ＣＰＥ２）は、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局としてＷＳＤＢ１０４にアクセスし、ＷＳＤＢ１０４に自局の位置情報等を送信し、自局の設置位置でホワイトスペースとして運用可能なチャネルの情報を取得する（Ｓ０１８）。

【0039】

（一時的なモード切替後の動作）
図６を参照して、一時的なモード切替後の動作について説明する。
端末局１０８（ＣＰＥ２）は、ＷＳＤＢ１０４から取得した運用可能なホワイトスペースの情報に基づいて運用周波数を選択し、当該選択した運用周波数を使用してＢＳとしてのセルの運用を開始するが、端末局１０７（ＣＰＥ１）との干渉を避けるため、共存開始処理を行う（Ｓ０１９）。
ここでは、ＩＥＥＥ８０２．２２が規定するフレームについて、同じフレームを運用しないように設定する。例えば、図８に示したように、フレーム番号が偶数のフレームを端末局１０７（ＣＰＥ１）が使用し、奇数のフレームを端末局１０８（ＣＰＥ２）が使用することで、同時に同一フレームで送信しないようにすることが可能である。どのフレームをどちらのＣＰＥが使用するかは、上り側（上位）の無線局である端末局１０７（ＣＰＥ１）が決定して下り側（下位）の無線局である端末局１０８（ＣＰＥ２）に指示してもよいし、予め定めておいてもよい。

【0040】

端末局１０７（ＣＰＥ１）は、基地局１０１（ＢＳ１）に上り送信（Upstream）の送信権を与えられたとしても、共存設定の結果送信不可としたフレームでは送信しないこととし、端末局１０８（ＣＰＥ２）も、ＢＳとして、共存設定の結果送信不可としたフレームでは送信しないようにすることで、基地局１０１（ＢＳ１）と基地局１０３（ＢＳ２）は、ＩＥＥＥ８０２．２２機能に変更を加えなくとも動作することが可能である。
また、第２の無線リンクが用いるチャネルは、ＷＳＤＢ１０４へのアクセスの結果に従うことを前提とし、第１の無線リンクと同じチャネルであってもよいし、第１の無線リンクと異なるチャネルであってもよい。
このルールに従い、端末局１０８（ＣＰＥ２）はＢＳとして動作し（Ｓ０２０）、ＣＰＥとして動作している基地局１０３（ＢＳ２）との間で第２の無線リンクを確立し、通信を開始する（Ｓ０２１，Ｓ０２２）。

【0041】

基地局１０３（ＢＳ２）は、ＣＰＥモードからＢＳモードに復帰して基地局動作するときのため、第２の無線リンクと第１の無線リンクによるマルチホップ通信によって、ＩＥＥＥ８０２．２２の基地局としてＷＳＤＢ１０４にアクセスし、ＷＳＤＢ１０４に自局の位置情報等を送信し、自局の設置位置でホワイトスペースとして運用可能なチャネルの情報を取得する（Ｓ０２３）。

【0042】

端末局１０８（ＣＰＥ２）は、一時的なモード切替時間を規定するタイマーが満了すると（Ｓ０２４）、動作モードをＣＰＥモードに切り替えて元に戻す（Ｓ０２５）。基地局１０３（ＢＳ２）は、ＷＳＤＢ１０４へのアクセスに成功し、ホワイトスペースとして運用可能なチャネルの情報を取得完了したため、動作モードをＢＳモードに切り替えて元に戻す（Ｓ０２６）。すなわち、基地局１０３（ＢＳ２）がＷＳＤＢ１０４から取得した運用可能なホワイトスペースの情報に基づいて運用周波数を選択し、当該選択した運用周波数を使用して第２の無線リンクを確立し直す。

【0043】

なお、端末局１０８（ＣＰＥ２）の動作モードの切り替えは、上記のタイマー制御以外の手法で行ってよく、例えば、Ｓ０２３において基地局１０３（ＢＳ２）でのチャネル情報の取得が完了した時に、モード切替の制御メッセージを送信してもよい。この場合、モード切替の制御メッセージに、どのタイミングで動作モードの切り替えを行うか（例えば、Ｎフレーム後に実施）を指示する情報を含めておき、当該指示に従ったタイミングで動作モードを切り替えさせる等の手法により、動作モードの切り替えタイミングを同期させるようにしてもよい。

【0044】

端末局１０８（ＣＰＥ２）は、ＢＳモードからＣＰＥモードに動作モードを切り替えたため、共存の必要がなくなったことを端末局１０７（ＣＰＥ１）に知らせるため、共存終了通知を端末局１０７（ＣＰＥ１）に送信する（Ｓ０２７）。
以後、基地局１０１（ＢＳ１）と端末局１０７（ＣＰＥ１）は共存を終了して、全てのフレームを第１の無線リンクの通信に使用し、基地局１０３（ＢＳ２）と端末局１０８（ＣＰＥ２）は通常のＩＥＥＥ８０２．２２と同様に通信を開始する。

【0045】

以上の手続きによって、ホワイトスペースを利用してダイナミックスペクトルアクセスを行う無線通信システムにおいて、基地局がインターネットに接続できない場合でも、周波数の一次利用者に干渉を与えることなく当該周波数の運用を開始でき、更には中継局における干渉問題を引き起こすことなく多段中継伝送を実現できる。

【0046】

なお、上述した処理フローは、基地局１０３（ＢＳ２）が起動した直後についてのものであるが、基地局１０３（ＢＳ２）がホワイトスペースを使用した無線通信の運用中に周波数の使用環境が変化し、当該ホワイトスペースを使用できなくなった場合（例えば、ホワイトスペースとして使用中の周波数（チャネル）を一次利用者が運用開始した場合）にも適用することができ、基地局１０３（ＢＳ２）と端末局１０８（ＣＰＥ２）の動作モードを適宜に切り替えて動作させることで、基地局１０３（ＢＳ２）のインターネット接続を継続的に確保することが可能である。

【0047】

［まとめ］
以上のとおり、本実施形態は、ホワイトスペースなどの複数の周波数を使用して無線通信を行う無線通信システムであって、通信に用いる周波数を切り替えながら通信を行う（ダイナミックスペクトルアクセスを行う）無線通信システムであり、第１の基地局と、第２の基地局と、第１の端末局と、第２の端末局と、ホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ）とを備え、第１の基地局と第１の端末局で構築した第１の無線リンクをインターネットへのバックホール回線として使って第２の基地局と第２の端末局が第２の無線リンクを構築し、多段中継による通信（マルチホップ通信）を行う。
また、第１の端末局と第２の端末局は互いに有線接続されて中継局を構成し、第１の基地局と第２の基地局の間の通信の中継を行う。

【0048】

また、第２の端末局は、第１の端末局が接続する基地局（第１の基地局）以外の基地局を検出できない場合、一時的に動作モードをＢＳモード（基地局モード）に切り替えてＷＳＤＢへのアクセスを行い、端末局の接続確立の待ち状態になり、基地局としてセルを運用し、一定時間の経過後はＣＰＥモード（端末局モード）に戻り、基地局の検出動作を行う。

【0049】

また、第２の基地局は、インターネット接続が未接続状態の場合に、一時的に動作モードをＣＰＥモード（基地局モード）に切り替え、一時的に動作モードをＢＳに切り替えている第２の端末局に接続し、ＷＳＤＢへアクセスして運用可能チャネル（運用可能周波数）の情報の取得を行い、一定時間の経過後にＢＳモード（基地局モード）に戻り、ＷＳＤＢから取得した情報に基づいて決定したチャネル（周波数）の運用を開始する。

【0050】

このような構成によれば、基地局がインターネットに接続できない場合でも、一次利用者に干渉を与えることなく運用を開始でき、更には中継局における干渉問題を引き起こすことなく多段中継伝送を実現することができる。

【0051】

なお、上記の実施形態では、第１の無線リンクと第２の無線リンクから成る２ホップの通信について説明しているが、本発明は、３ホップ以上の通信についても同様に適用可能である。
また、上記の実施形態では、ＣＰＥモードの第２の基地局が、ＢＳモードの第２の端末局を介してＷＳＤＢへアクセスし、動作モードをＢＳモードに戻した後の第２の基地局で使用する運用可能チャネル（運用可能周波数）の情報の取得を行うが、ＢＳモードの第２の端末局が、動作モードをＢＳモードに戻した後の第２の基地局で使用する運用可能チャネル（運用可能周波数）の情報を代替的に取得して報知情報として送信し、第２の基地局へ提供するようにしてもよい。

【0052】

また、本発明は、ホワイトスペースを用いる無線通信システムの多段中継において特に好適であるが、基地局が初期状態においてインターネットに接続できない状況（例えば、大規模災害時において通信インフラから孤立してしまった場合や、僻地などの通信インフラの整備が十分でない地域）において１ホップの通信を確立する場合にも有効である。

【0053】

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法或いは方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、無線通信に使用可能な周波数を管理する管理装置に基地局がアクセスして端末局との無線通信に使用する周波数を決定する種々の形式の無線通信システムに適用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１０１：基地局（ＢＳ１）、 １０２：中継局、 １０３：基地局（ＢＳ２）、 １０４：ホワイトスペースデータベース（ＷＳＤＢ）、 １０５：ユーザー端末、 １０６：インターネット、 １０７：端末局（ＣＰＥ１）、 １０８：端末局（ＣＰＥ２）、
２０１：ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部、 ２０２：中継インターフェース部、 ２０３：主制御部、
３０１：タイマー管理部、 ３０２：ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部、 ３０３：ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部、 ３０４：主制御部、 ３０５：中継インターフェース部、
４０１：タイマー管理部、 ４０２：ＩＥＥＥ８０２．２２ＣＰＥ機能部、 ４０３：ＩＥＥＥ８０２．２２ＢＳ機能部、 ４０４：主制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】