JP2012080312A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉発生や装置コスト増大を防ぎ、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】 特定の周波数を利用可能な複数のシステムとネットワークを介して接続し、当該周波数の利用を管理する周波数管理装置が、周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、各システムからの予約要求に基づいて、周波数管理テーブルに当該システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、周波数管理テーブルに基づいて各システムに運用を行わせ、特定のシステムから、周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、その内容を周波数管理テーブルに登録すると共に、他システムの運用と重複する場合には、他システムの運用を停止して特定のシステムに登録内容に基づいて運用を行わせ、特定の時間が終了すると、テーブルに基づく運用に戻す無線通信システムとしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のシステムで同一の周波数を共用するコグニティブ無線通信システムに係り、特に周波数利用効率を向上させることができる無線通信システムに関する。

［先行技術の説明］
近年の携帯電話や無線ＬＡＮの普及により、移動通信の高度化や高速伝送技術などの需要が年々上がってきている。それを満たすための周波数資源は逼迫しており、需要を満たせなくなることが予想されている。

周波数有効利用を図る技術として、コグニティブ無線技術がある。
コグニティブ無線通信システムは、複数のシステムに、エリアや時間を変えて同一の周波数を割り当てて利用するものであり、周波数利用効率の向上を図るものである。
従来のコグニティブ無線通信システム（以下、単に「無線通信システム」とする）では、免許を持ち優先的に特定の周波数を利用する１次利用システムと、非優先利用者である２次利用システムとがある。
２次利用システムでは、１次利用システムの周波数利用状況をセンシングして、１次利用システムが利用していない周波数を選択して利用することにより、干渉を与えることなく通信を行う。

そのため、２次利用システムには必ずセンシング能力を備えた基地局装置が必要であり、更に、障害物の陰になっていて検出できない端末があった場合、１次利用システムとの干渉が発生してしまう恐れがある（隠れ端末問題）。
また、隠れ端末問題に対応するためにセンシング能力を十分高くしようとすると、処理能力を上げなければならず、２次利用システムの装置コストが高くなってしまう。

尚、コグニティブ無線通信システムに関する技術としては、特開２０１０−９８３９４号公報「コグニティブ無線通信に用いられるスペクトラムセンサー」（出願人：独立行政法人情報通信研究機構、特許文献１）がある。
特許文献１には、スペクトラムセンサーが、コグニティブエンジンにセンシング情報を送信するだけでなく、他のスペクトラムセンサーに情報を送信して、センサー間でセンシング情報を共有することが記載されている。

特開２０１０−９８３９４号公報

しかしながら、従来の無線通信システムでは、２次利用システムのセンシング能力が不十分だと干渉が発生してしまい、センシング能力を高めようとすると装置コストが高くなってしまい、干渉なく周波数利用効率を向上させるシステムを低コストで実現するのは困難であるという問題点があった。

また、従来の無線通信システムでは、ビジネス街等の昼夜の人口変化による電波需要の変化に対して柔軟に対応することが困難であり、周波数利用効率を低下させてしまうという問題点があった。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、干渉発生や装置コスト増大を防ぎ、電波需要の変化に柔軟に対応して、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システムを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、特定の周波数を利用可能な複数のシステムを備えた無線通信システムであって、複数のシステムとネットワークを介して接続され、当該周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、周波数管理装置が、当該周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、複数のシステムから周波数の予約要求を受信すると、要求に基づいて、周波数管理テーブルに当該システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、周波数管理テーブルに記憶された時間及びエリアに基づいて、テーブルに記憶されているシステムに当該周波数を利用した運用を行わせ、複数のシステムの内、特定のシステムから、緊急に周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、緊急割り込みの内容を周波数管理テーブルに登録すると共に、複数のシステムの内、他のシステムの運用と重複する場合には、他のシステムの運用を停止させ、特定のシステムに、登録された内容に基づいて運用を行わせ、特定の時間が終了すると、テーブルに基づいた運用に戻すことを特徴としている。

本発明によれば、特定の周波数を利用可能な複数のシステムを備えた無線通信システムであって、複数のシステムとネットワークを介して接続され、当該周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、周波数管理装置が、当該周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、複数のシステムから周波数の予約要求を受信すると、要求に基づいて、周波数管理テーブルに当該システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、周波数管理テーブルに記憶された時間及びエリアに基づいて、テーブルに記憶されているシステムに当該周波数を利用した運用を行わせ、複数のシステムの内、特定のシステムから、緊急に周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、緊急割り込みの内容を周波数管理テーブルに登録すると共に、複数のシステムの内、他のシステムの運用と重複する場合には、他のシステムの運用を停止させ、特定のシステムに、登録された内容に基づいて運用を行わせ、特定の時間が終了すると、テーブルに基づいた運用に戻す無線通信システムとしているので、周波数利用の時間やエリアを干渉が発生しない条件で複数のシステムに割り振ることができ、センシングを不要として装置コストを低減すると共に、複数のシステムで計画的に周波数を利用して有効利用を図り、更に、優先利用可能な特定のシステムには、緊急割り込みにより、緊急時にも不都合なく通信可能とすることができ、空き時間の開放を促して周波数の利用効率を一層向上させることができる効果がある。

本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略構成図である。 第１のシステムにおける周波数管理テーブルの模式説明図である。 あるエリアの免許割り当て周波数の利用例を示す模式説明図である。 第１のシステムにおける運用シーケンスを示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略構成図である。 第２のシステムにおける周波数管理テーブルの例を示す模式説明図である。 あるエリアにおける周波数の利用例を示す模式説明図である。 第２のシステムにおける運用シーケンスを示す説明図である。

［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、周波数管理装置が、基地局のＩＤと、利用周波数と、時間と、エリアとを記憶した周波数管理テーブルを備え、ネットワークを介して１次利用システム及び２次利用システムの基地局に設けられた管理端末部と接続して、各管理端末から、優先度に応じて、書き込み、変更等を可能とし、各システムの管理端末部から利用したいエリア及び時間帯の要求を受け付けて周波数管理テーブルに記憶しておき、当該テーブルに基づいて各システムに周波数及びエリアを割り当てて運用するようにしており、２次利用システムのセンシングを不要として、装置コストを増大させることなく、干渉の発生を確実に防ぎ、周波数の有効利用を図ることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、周波数管理装置が、１次利用システムの管理端末部から緊急割込みの要求があった場合には、即座に周波数管理テーブルに割り込み要求を反映させて更新し、運用中の２次利用システムを停止して、要求元の１次利用システムに周波数を割り当てて運用するものであり、２次利用システムが周波数を利用していても、緊急時には優先的に１次利用システムに割り当てて１次利用システムの緊急運用を可能とし、空き時間における周波数の開放を促すことができ、周波数を一層有効に利用することができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、同一地域内にマクロセルの基地局とマイクロセルの基地局とを備え、周波数管理装置が、エリア全体の周波数利用状況を監視して、利用率が一定値以上の場合はマイクロセルに切り替えて使用し、利用率が一定値未満の場合には、マクロセルに切り替えて使用するようにしており、電波需要に応じて効率のよいシステム運用を行うことができるものである。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムは、２次利用システムがセンシングを行って１次利用システムの利用がない場合に限って利用可能とするのではなく、１次利用と２次利用のシステムが、予め周波数の利用を管理する管理装置のタイムテーブルに、周波数毎に、システムの基地局ＩＤ、利用時間帯、利用エリアを登録して予約しておき、管理装置が当該タイムテーブルに従って、各基地局に運用開始／停止の指示を出力するものであり、更に、１次利用システムから緊急割り込みの要求があった場合には、タイムテーブルを当該要求に基づいて更新し、予約していた他のシステムよりも割り込んだ１次利用システムを優先的に運用させるものであり、１次利用システムの空き時間／空きエリアについて２次利用システムで計画的に効率よく利用することができると共に、１次利用システムが緊急に使用したい場合には、優先して利用可能とすることができ、１次利用システムのスムーズな運用を妨げずに済み、周波数利用効率を向上させることができるものである。

［第１の実施の形態の構成：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システム（第１のシステム）の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略構成図である。
図１の例では、第１のシステムは、３つの１次利用システム（１次利用システム（Ｎｏ．１）〜１次利用システム（Ｎｏ．３）と、２つの２次利用システム（２次利用システム（Ｎｏ．１）、２次利用システム（Ｎｏ．２））から構成される無線通信システムとしている。
図１では、説明を簡単にするために、エリア区分Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２の内、エリアＡ１及びＡ２に関する部分についてのみ示している。

そして、第１のシステムは、システム全体の周波数管理を行う周波数管理装置１と、１次利用システム（Ｎｏ．１）の基地局（図では「１次（１）基地局」）１１と、２次利用システム（Ｎｏ．１）の基地局（図では「２次（１）基地局」）２１と、２次利用システム（Ｎｏ．２）の基地局（図では「２次（２）基地局」）２２と、各基地局１１，２１，２２と周波数管理装置１とを接続する無線又は有線のネットワーク３とを備えている。更に、図示は省略するが、このほかに、１次利用システム（Ｎｏ．２）の基地局と、１次利用システム（Ｎｏ．３）の基地局とを備えている。

各構成部分について説明する。
図１の例では、２次利用（１）基地局２１は、エリアＡ１内の無線通信を管理し、エリアＡ１内の端末局４と無線通信を行う。
同様に、２次利用（２）基地局２２は、エリアＡ２内の無線通信を管理し、エリアＡ２内の端末局４と無線通信を行う。
１次利用（１）基地局１１は、エリアＡ１とエリアＡ２とをあわせたエリア（Ａ１，Ａ２）の無線通信を管理し、エリア（Ａ１，Ａ２）内の端末４と無線通信を行う。
尚、図示は省略するが、１次利用システム（Ｎｏ．２）の基地局と、１次利用システム（Ｎｏ．３）は、それぞれ、エリア（Ｂ１，Ｂ２）、エリアＣ２を管理している。但し、各基地局のエリア割り当ては完全な固定ではなく、周波数管理装置１への登録によって随時変更可能となっている。

更に、本システムでは、各基地局１１，２１，２２は、無線通信制御を行うだけでなく、ネットワーク３に接続するコンピュータ（管理端末部）を備え、ネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスして、周波数管理装置１に周波数利用の予約を行うと共に、周波数管理装置１からの指示に従って運用開始／停止する。
つまり、本システムの基地局１１，２１，２２は、ネットワーククライアントとしての機能を備えたものである。

尚、図１のシステムでは、ネットワーククライアントの機能を基地局に備えたものとしているが、１次利用（Ｎｏ．１）、２次利用（Ｎｏ．１）といったシステム毎に、基地局とは別に独立した管理端末を設け、当該管理端末がネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスして、通信制御を行う基地局に指示を出力するように構成することも可能である。

周波数管理装置１は、第１のシステムの特徴部分であり、システム全体の周波数の割り当てを管理する処理を行うものである。周波数管理装置１は、コンピュータで構成され、基本的に、処理を行う制御部と、処理プログラムやデータを記憶する記憶部と、ネットワークに接続するインタフェース部とを備えており、制御部がプログラムを起動して処理を行うことにより各種の機能を実現する。

周波数管理装置１の記憶部には、周波数を管理するためのデータベースが設けられ、利用可能な利用周波数（周波数帯）毎に、少なくとも当該周波数を利用する基地局ＩＤと、時間と、エリアとが記憶された周波数管理テーブルが記憶されている。周波数管理テーブルについては後で説明する。

周波数管理装置１は、各基地局１１，２１，２２からの周波数利用の予約の要求に基づいて、周波数管理テーブルを参照し、基地局の優先度に応じて周波数管理テーブルを更新して、各基地局に利用可能な周波数や時間、エリアを割り振って通知する処理を行う。
そして、周波数管理装置１は、データベースの周波数管理テーブルに基づいて、各基地局に対して通信サービス運用開始の指示や、運用停止の指示を送信し、システム全体の周波数が効率的に利用されるよう管理する。
すなわち、周波数管理装置１は、周波数の利用を管理するネットワークサーバとしての機能を備えているものである。

更に、第１のシステムの特徴として、周波数管理装置１は、１次利用基地局からの緊急割り込みがあった場合には、当該割込みを優先して周波数管理テーブルに登録し、既にスケジューリングされているシステムと重複する時間帯やエリアについては、割り込み元の１次利用基地局を優先的に利用させる。
緊急割り込みの処理については後で詳細に説明する。

また、本システムでは、各基地局が管理するエリアも、他システムとの干渉がなければ周波数管理装置１に登録して随時変更することが可能となっている。
例えば、図１の例では、１次利用（１）基地局１１のエリアをエリア（Ａ１，Ａ２）ではなくエリアＡ１又はエリアＡ２のいずれかに切り替えたり、２次利用（１）基地局２１のエリアをエリア（Ａ１，Ａ２）とすることも可能である。

周波数の利用時間／エリアの予約は、１次利用基地局及び２次利用基地局で共通して行われることであるが、第１のシステムでは、１次利用基地局が優先的に当該周波数を使用可能であり、２次利用基地局は、１次利用基地局が予約していない空き時間又は空きエリアでの使用を予約する。
このように、予約制にすることにより、２次利用システムであっても、特別なイベント等で人がたくさん集まる場合等には、事前に予約を行って必要な周波数を確保し、移動基地局を設置して臨時回線を用いて充実した通信サービスを実現することができるものである。

更に、第１のシステムでは、１次利用基地局は、緊急時には周波数管理装置１に緊急割り込みを送信し、優先的に周波数を利用することができるものである。これにより、１次利用システムが空き時間を開放しやすくなり、周波数利用効率を一層向上させるものである。

２次利用基地局２１，２２は、常時周波数管理装置１にアクセス可能であり、周波数利用の予約を行うことができ、また、１次利用基地局１１からの緊急割り込みがあった場合には、周波数管理装置１からの指示で緊急運用停止を行う。

各基地局１１，２１，２２は、運用開始時には、周波数管理装置１から指示されたエリアでのサービスを行うため、送信電力やアンテナ指向性等を調整する。
そのため、各基地局の設置場所では、システム運用者が予め通信エリア毎に干渉量の計算や測定を行って、適切な送信電力やアンテナの指向性等の通信条件を求め、各基地局に記憶しておく。これにより、実際の運用開始時には、基地局が、利用する通信エリアに応じて通信条件を設定すればよく、基地局に測定装置等を設けずに済み、運用時の処理の負荷を軽減し、システム間の切り替えをスムーズに行うことができ、効率的なシステム運用を可能とするものである。

［第１のシステムの周波数管理テーブル：図２］
次に、第１のシステムにおける周波数管理テーブルについて図２を用いて説明する。図２は、第１のシステムにおける周波数管理テーブルの模式説明図である。
図２に示すように、周波数管理テーブルは、周波数管理装置１のデータベースに記憶されており、周波数毎に（ここでは周波数Ｆ１）、当該周波数を利用する利用基地局のＩＤと、時間と、エリアと、利用状態とを記憶している。
図２の例では、予約状態と実際の運用状況とを同時に管理するために「利用状態」の項目も含まれているが、利用状態は別に管理するようにしてもよい。

図２では、１３：００〜１３：３０の時間帯における周波数管理テーブルの例を示している。
まず、１２：００〜１４：００の時間帯では、１次利用（Ｎｏ．１）がエリアＡ１，Ａ２で周波数Ｆ１を予約して利用しており、同じ時間帯に、１次利用（Ｎｏ．２）がエリアＢ１，Ｂ２で周波数Ｆ１を予約して利用している。
更に、２次利用（Ｎｏ．１）が、同じ時間帯（１２：００〜１４：００）にエリアＣ２で周波数Ｆ１を予約して、予約に従って運用していた。

そこへ、１次利用（Ｎｏ．３）から周波数管理装置１に緊急割り込みがあり、周波数管理装置１は、周波数管理テーブルに当該緊急割り込みの予約を優先的に入れて、更新する。
緊急割り込みの内容は、１次利用（Ｎｏ．３）が、１３：００〜１３：３０にエリアＣ２で周波数Ｆ１を利用する、というものである。
この緊急割り込みは、２次利用（Ｎｏ．１）のエリアと重なってしまうため、周波数管理装置１は、予約通り運用していた２次利用（Ｎｏ．１）を、１３：００前に緊急停止させる。

これにより、１次利用（Ｎｏ．３）は、１３：００〜１３：３０の時間にエリアＣ１で周波数Ｆ１を利用することが可能となる。現在時刻においては、１次利用（Ｎｏ．３）の利用状態は「緊急割り込み」で利用中であることを示し、２次利用（Ｎｏ．１）は、「緊急停止」で運用を停止していることを示している。

尚、緊急割り込みの時間が終了した場合、再び周波数管理テーブルに基づく割り当てを行う。上述した例では、１３：３０になったら、１次利用（Ｎｏ．３）の運用を停止し、周波数管理テーブルに基づいて、２次利用（Ｎｏ．１）が１４：００までエリアＣ２で周波数Ｆ１を利用する。

周波数管理テーブルには、その後も各システムによって予約された内容が記憶されているが、まだ利用開始の時間になっていないので、利用状態は「待機中」となっている。
また、２次利用（Ｎｏ．１）について、１２：００〜１４：００の予約では、エリアはＣ２であったが、１４：００〜１６：００の予約では、エリアはＢ１，Ｃ１となっている。
これは、１次利用（Ｎｏ．１）が同じ時間帯にエリアＡ１を予約し、１次利用（Ｎｏ．３）がエリアＣ２を予約しているので、２次利用（Ｎｏ．１）は、予約時に周波数管理装置１から提供される予約可能な空きエリアＡ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１の情報に基づいて、その中からＢ１，Ｃ１を選択して登録したものである。
このように、基地局のエリアは隣接する１次利用システムのエリア程度であれば、随時変更可能となっている。

［免許割り当て周波数の利用例：図３］
次に、免許割り当て周波数の利用例について図３を用いて説明する。図３は、あるエリアの免許割り当て周波数の利用例を示す模式説明図である。
免許割り当て周波数とは、１次利用システムに優先的に割り当てられた周波数である。
図３の例では、当該周波数は、周波数管理テーブルに基づいて、例えば、初めは１次利用システムが利用し、切り替え時間になると、周波数管理装置１の指示によって次の利用予約をしている２次利用システムに利用が切り替えられる。
尚、図中、斜線の部分は、システム切り替えに要するインターバル時間である。

そして、１次利用システムからの緊急割り込みがあると、周波数管理装置１は、緊急割り込みの予約時間に従って、運用中の２次利用システムの運用を停止し、１次利用システムを運用開始する。
緊急割り込みによる予約時間が終了すると、周波数管理装置１は、再び周波数管理テーブルに基づいて２次利用システムの運用を行う。
このようにして第１のシステムにおける周波数利用が行われる。

［第１のシステムにおける運用シーケンス：図４］
次に、第１のシステムにおける運用シーケンスについて図４を用いて説明する。図４は、第１のシステムにおける運用シーケンスを示す説明図であり、同一の周波数を利用する１次利用システムに関する動作と２次利用システムに関する動作とを記載している。
図４に示すように、１次利用システム（１次利用者）が、当該周波数（免許割り当て周波数）での通信を希望する（１００）と、基地局の管理端末部からネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスし（１０２）、周波数管理テーブルに利用時間、エリアを予約する（１０４）。周波数管理装置１は、１次利用システムは優先的に使用可能であるから、通常は要求どおりに周波数管理テーブルに登録する。

そして、周波数管理装置１は、周波数管理テーブル予約に基づいて１次利用システムに運用を開始させ、終了時間になると運用停止を指示し、１次利用システムは、周波数管理装置１（ネットワークサーバ）に周波数開放を通知する（１０６）。

一方、２次利用システム（２次利用者）は、１次利用システムの空き時間帯に通信を希望すると（２００）、ネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスし（２０２）、周波数管理テーブルの空き時間帯に利用時間を予約する（２０４）。このとき、周波数管理装置１は、２次利用システムからの要求をそのまま受け付けるのではなく、１次利用システムの予約状況や他の２次利用システムの予約状況を考慮して、時間帯やエリアを割り振って周波数管理テーブルに登録すると共に、要求元の２次利用システムに通知する。

そして、周波数管理装置１は、処理１０６の後で、２次利用システムに対して運用開始を指示し、２次利用システムが通信を開始する（２０６）。
その後、１次利用システムが周波数管理装置１に対して緊急割り込みで通信希望を行うと、周波数管理装置１は当該緊急割り込みの要求を周波数管理テーブルに書き込み（１０８）、運用中の２次利用システムに対して運用停止命令（通信停止命令）を送信する。

２次利用システムは、運用停止命令を受信すると（２０８）、通信を停止し、周波数管理装置１に周波数開放通知を送信する（２１０）。
周波数管理装置１は、２次利用システムからの周波数開放通知を受信すると、緊急割り込みを行った１次利用システムに運用開始を指示し、１次利用システムが通信を開始する（１１０）。

周波数管理装置１は、緊急割込みによる予約時間が終了すると、１次利用システムに運用停止を指示し、１次利用システムは、通信を終了すると、周波数管理装置１に周波数開放を通知する（１１２）。１次利用システムは、予定より早く通信を終了した場合には、自発的に周波数開放通知を周波数管理装置１に送信してもよい。

周波数管理装置１は、１次利用システムから周波数開放通知を受信すると、周波数管理テーブルを参照して、その時点での予約を確認し、予約している２次利用システムに運用開始を指示し、２次利用システムが再度通信を開始する（２１２）。

そして、２次利用システムが予約通り通信を終了して周波数管理装置１に周波数開放通知を送信すると（２１４）、周波数管理装置１は、周波数管理テーブルを参照し、次の予約を行っている１次利用システムに対して運用開始を指示し、１次利用システムが予約時間から通信を開始する（２１６）。このようにして第１のシステムの運用が行われるものである。

［第１の実施の形態の効果］
本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムによれば、優先的に予約可能な１次利用システムと、１次利用システムの空き時間／空きエリアについて予約可能な２次利用システムと、ネットワークを介して各システムの基地局に接続し、周波数の割り当てを行う周波数管理装置１とを備え、周波数管理装置１が、周波数毎に利用の予約内容を記憶する周波数管理テーブルを備え、１次利用システム及び２次利用システムの基地局に設けられた管理端末部からの要求に基づいて、干渉が発生しないようエリアと時間を要求元のシステムに割り付け、周波数管理テーブルに基地局ＩＤと利用時間とエリアとを対応付けて予約内容を登録し、周波数管理テーブルに従って周波数を利用させて運用するようにしているので、２次利用システムのセンシングを不要として装置コストを低減できると共に、確実に干渉を防ぎ、更に、周波数を予約することで２次利用システムも計画的に通信サービスを実現でき、利便性及び周波数利用効率を向上させることができる効果がある。

また、第１の実施の形態に係る無線通信システムによれば、１次利用システムから緊急割り込みの要求があった場合に、２次利用システムが当該周波数を利用していた場合には、周波数管理装置１は、当該２次利用システムの運用を停止させて、割り込み元の１次利用システムに運用を許可するようにしているので、通常は予約運用であっても緊急時には１次利用システムは優先して周波数を利用して滞りなく通信サービスを実現することができるので、空き時間については積極的に周波数を開放するよう促すことができ、一層周波数利用効率を向上させることができる効果がある。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システム（第２のシステム）について説明する。
第２のシステムは、優先／非優先のシステムを切り替えるのではなく、電波需要の変化に対応して、同一エリア内でマイクロセルによる運用又はマクロセルによる運用を切り替えるものである。

すなわち、第２のシステムでは、ビジネス街等、時間帯や曜日等によって人口や活動度が大きく異なる場合、昼間は高速無線ＬＡＮ（Local Area Network）やフェムトセル等の電波需要（トラフィック）が高いために、マイクロセル（フェムトセル）を中心に周波数を割り当てて運用し、人口の少ない夜間はマクロセルを中心に運用する。更に、このようなエリアサイズの切り替えを、実際の電波需要の変動に応じて動的に制御可能とするものである。

［第２の実施の形態の構成：図５］
本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの構成について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略構成図である。
図５に示すように、第２のシステムは、２つのマイクロセルＡ１，Ａ２と、Ａ１及びＡ２を合わせた１つのマクロセルとがあり、マイクロセル（Ｎｏ．１）の基地局（図では「マイクロセル（１）基地局」）４１と、マイクロセル（Ｎｏ．２）の基地局（図では「マイクロセル（２）基地局」）４２と、マクロセル（Ｎｏ．１）の基地局（図では「マクロセル（１）基地局」）３１と、周波数管理装置１と、ネットワーク３とを備えている。

図５の例では、マイクロセル（１）基地局４１は、エリアＡ１内の無線通信を管理し、エリアＡ１内の端末局４と無線通信を行う。
同様に、マイクロセル（２）基地局４２は、エリアＡ２内の無線通信を管理し、エリアＡ２内の端末局４と無線通信を行う。
また、マクロセル（１）基地局３１は、エリア（Ａ１，Ａ２）の無線通信を管理し、エリア（Ａ１，Ａ２）内の端末局４と無線通信を行う。
第２のシステムでは、マイクロセルとマクロセルの一方が優先で他方が非優先というものではなく、優先度は同等である。但し、ここでは、後述する緊急割り込みを送信するのは、マクロセルの基地局のみとしている。

また、各基地局３１，４１，４２は、ネットワーククライアントとしての機能を備えた管理端末部を備え、周波数管理装置に予約を登録したり、周波数管理装置１からの指示に従って運用の開始／停止を行う。

更に、第２のシステムの特徴として、マクロセル（１）基地局３１は、エリア内のトラフィック量をモニタリングする機能を備えており、トラフィック量が予め設定されたしきい値未満になった場合に、周波数管理装置１に、マクロセルに切り替えを要求する切り替え予約を緊急割り込みで送信する。
また、マクロセル（１）基地局３１は、トラフィック量がしきい値以上になった場合に、周波数管理装置１に、マイクロセルに切り替えを要求する切り替え予約を緊急割り込みで送信する。

マイクロセルからマクロセルへ切り替える場合のしきい値と、マクロセルからマイクロセルへ切り替える場合のしきい値は、同一の値でもよいし、異なる値でもよい。
また、ここでは、マクロセル（１）基地局３１におけるトラフィック量の検出は、外部から入力される指示に基づいて行われるようにしているが、定期的に検出して周波数管理装置１に送信するようにしてもよい。

周波数管理装置１は、第１のシステムと同様に周波数の利用スケジュールを記憶する周波数管理テーブルを備え、デフォルトの運用スケジュールを記憶している。デフォルトスケジュールとしては、例えば、人口の多い日中はマイクロセルに周波数を割り当て、人口が減少する夜間はマクロセルに切り替える、といったことが考えられる。

デフォルトスケジュールは、周波数管理装置１の入力部から入力するようにしてもよいし、第１のシステムと同様に、各基地局の管理端末部から予約を受け付けて、周波数管理装置１が、干渉が発生しないように時間／エリアを割り付けて、周波数管理テーブルに登録するようにしてもよい。

そして、第２のシステムの特徴として、周波数管理装置１は、通常はデフォルトスケジュールに基づいてマクロセル又はマイクロセルでの運用を行うが、マクロセル基地局からの切り替え予約を受信した場合には、当該切り替え予約に従って周波数管理テーブルを更新すると共に、運用中のシステム（マイクロセル又はマクロセル）を停止させて、他方のシステムに運用を切り替える。

尚、ここではエリア（Ａ１，Ａ２）全体のトラフィック量の監視をマクロセル（１）基地局３１が行うようにしているが、周波数管理装置１がトラフィックを監視して、トラフィック量に応じてマイクロセル又はマクロセルに運用を切り替えるようにしてもよい。また、トラフィック量を監視する別の装置を設けて、当該装置からの情報に基づいて周波数管理装置１がエリアサイズを切り替えるようにしてもよい。

［第２のシステムの周波数管理テーブルの例：図６］
次に、第２のシステムにおける周波数管理テーブルの例について図６を用いて説明する。図６は、第２のシステムにおける周波数管理テーブルの例を示す模式説明図である。
図６に示すように、第２のシステムの周波数管理テーブルは、周波数管理装置１のデータベースに記憶され、第１のシステムと同様に、周波数毎に（ここでは周波数Ｆ１）、利用基地局（ＩＤ）と、時間と、エリアと、利用状態とを記憶しているものである。
図６の例では、予約状態と実際の運用状況とを同時に管理するために「利用状態」の項目も含まれているが、利用状態は別に管理するようにしてもよい。

図６では、夜間０：００〜７：００の時間帯は、マクロセル（Ｎｏ．１）がエリア（Ａ１，Ａ２）で周波数Ｆ１を予約して、利用が終わっており、７：００〜０：００の時間帯は、マイクロセル（Ｎｏ．１）がエリアＡ１で、マイクロセル（Ｎｏ．２）がエリアＡ２で周波数Ｆ１を予約して、利用していた。

そこへ、マクロセル（Ｎｏ．１）から緊急割り込みで切り替え予約が入り、周波数管理装置１は周波数管理テーブルに当該割り込み内容を登録する。
切り替え予約の内容は、マクロセル（Ｎｏ．１）が、１０：００〜１１：３０の時間帯にエリア（Ａ１，Ａ２）で周波数Ｆ１を利用する、というものである。
周波数管理装置１は、運用中であるマイクロセル（Ｎｏ．１）とマイクロセル（Ｎｏ．２）に対して、１０：００前に緊急停止の指示を送信し、緊急停止させる。

これにより、マクロセル（Ｎｏ．１）は、１０：００〜１１：３０の時間帯にエリア（Ａ１，Ａ２）で周波数Ｆ１を利用することが可能となる。尚、割り込みによる予約時間が終了すると、周波数管理装置１は、再度周波数管理テーブルの予約に基づいて運用を行う。つまり、図６の例では、１１：３０を過ぎると、マイクロセル（Ｎｏ．１）とマイクロセル（Ｎｏ．２）に運用開始の指示を出力して、運用を行わせる。
もしくは、１１：３０まで待たずに、途中で緊急割り込みを終了させて切り替えさせてもよい。

［周波数の利用例：図７］
次に、第２のシステムにおける周波数の利用例について図７を用いて説明する。図７は、あるエリアにおける周波数の利用例を示す模式説明図である。
図７に示すように、当該周波数は、周波数管理テーブルに基づいて、例えば、初めはマクロセルが利用し、切り替え時間になると、周波数管理装置１の指示によって次の利用予約をしているマイクロセルに利用が切り替えられる。
尚、図中、斜線の部分は切り替えに要するインターバル時間である。

そして、マイクロセルの運用中に、マクロセル基地局が電波需要の減少を検出して、マイクロセルからマクロセルへの切り替え予約を送信すると、周波数管理装置１は、切り替え予約の緊急割り込みに従って、運用中のマイクロセルを停止指せ、マクロセルの運用を開始する。
その後、マクロセル基地局が電波需要の増加を検出して、マクロセルからマイクロセルへの切り替え予約を送信すると、周波数管理装置１は、切り替え予約の緊急割り込みに従って、運用中のマクロセルを停止指せ、マイクロセルの運用を開始する。
そして、緊急割込みによる予約時間が終了すると、周波数管理装置１は、再び周波数管理テーブルに基づいてマクロセルの運用を行う。
このようにして第２のシステムにおける周波数利用が行われる。

［第２のシステムにおける運用シーケンス：図８］
次に、第２のシステムにおける運用シーケンスについて図８を用いて説明する。図８は、第２のシステムにおける運用シーケンスを示す説明図であり、同一の周波数を利用するマクロセルに関する動作とマイクロセルに関する動作とを記載している。
図８に示すように、システムの管理者が、マクロセルについて利用者が少ない早朝及び深夜の時間帯での通信運用の予約を希望すると（３０２）、マクロセル基地局の管理端末部からネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスし（３０４）、周波数管理装置１が、予約に基づいて周波数管理テーブルに利用時間、エリアを予約する（３０６）。

そして、周波数管理装置１は、周波数管理テーブルの予約に基づいてマクロセルに運用を開始させ、終了時間になると運用停止を指示し、マクロセルは、周波数管理装置１（ネットワークサーバ）に周波数開放を通知する（３０８）。

一方、マイクロセルについて、利用者が多い日中及び夜間に通信運用の予約を希望すると（４００）、マイクロセル基地局の端末管理部からネットワークを介して周波数管理装置１にアクセスし（４０２）、周波数管理装置１が、予約に基づいて周波数管理テーブルに利用時間、エリアを予約する（４０４）。
このとき、周波数管理装置１は、マクロセルとマイクロセルの運用時間が重ならないよう、また、通常は、いずれのシステムもサービスを行わない空白の時間ができないよう、それぞれの利用時間を調整して予約する。

そして、周波数管理装置１は、処理３０８の後で、マイクロセルに対して運用開始を指示し、マイクロセルが通信を開始する（４０６）。
その後、荒天になり、マクロセルがトラフィック量をモニタリングし、トラフィック量がしきい値よりも小さく、利用者が少ないことを検出した場合、一時的にマクロセルに運用を切り替える切り替え予約を緊急割り込みで周波数管理装置１に送信する（３１０）。

周波数管理装置１は、緊急割り込みを受信すると、当該切り替え予約の内容を周波数管理テーブルに書き込み、運用中のマイクロセルに対して運用切り替え命令を送信する。
マイクロセルは、運用切り替え命令を受信すると（４０８）、通信を停止し、周波数管理装置１に周波数開放通知を送信する（４１０）。

周波数管理装置１は、マイクロセルから周波数開放通知を受信すると、緊急割り込みに従ってマクロセルに運用開始を指示し、マクロセルが通信を開始する（３１２）。
その後、天候が回復してマクロセルが再びトラフィック量をモニタリングし、トラフィックの増加を検出すると、マイクロセルへの切り替え予約を緊急割り込みで周波数管理装置１に送信する（３１４）。

周波数管理装置１は、処理４１０と同様に、運用中のマクロセルに対して運用切り替え命令を送信し、マクロセルが運用を停止して、マクロセルからの周波数開放通知を受信するとマイクロセルの運用を開始する（４１２）。
そして、マイクロセルが予約時間が終了すると、周波数管理装置１は、マイクロセルに運用停止を指示し、マイクロセルが運用を停止して周波数開放通知を周波数管理装置１に送信する（４１４）。
周波数管理装置１は、周波数管理テーブルに基づいて次の予約が為されているマクロセルに対して運用開始を指示し、マクロセルが予約時間から運用を開始する（３１６）。このようにして第２のシステムの運用が行われるものである。

［第２の実施の形態の効果］
本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムによれば、エリアサイズが異なるマクロセルの通信システムとマイクロセルの通信システムとを備え、周波数管理装置１が、周波数毎に、利用の予約内容を記憶する周波数管理テーブルを備え、電波需要の高い時間帯はマイクロセルのシステムを予約し、電波需要が低い時間帯にはマクロセルのシステムを予約して周波数管理テーブルに記憶しておき、周波数管理テーブルに従ってマイクロセルとマクロセルを時間に応じて切り替えて運用するようにしているので、電波需要に応じて効率的なシステム運用を行うことができる効果がある。

また、第２のシステムによれば、マクロセルの基地局がエリア内のトラフィックを検出して電波需要を監視し、急激な気象変化等により電波需要が減少してトラフィックがしきい値未満となった場合には、周波数管理装置１に切り替え予約の緊急割り込みを送信し、周波数管理装置１が、当該緊急割り込みの受信時にマイクロセルを運用していた場合には、緊急割り込みに従ってマイクロセルの運用を停止してマクロセルに運用を開始させ、また、マクロセルの基地局が、需要が増加してトラフィックがしきい値以上になったことを検出すると、切り替え予約の緊急割り込みを送信し、周波数管理装置１が、当該緊急割り込みの受信時にマクロセルを運用していた場合には、緊急割り込みに従ってマクロセルの運用を停止してマイクロセルに運用を開始させるようにしているので、電波需要の変動に応じて動的にマクロセルとマイクロセルとを切り替えて運用することができ、一層効率的なシステム運用を行うことができる効果がある。

また、エリア内のトラフィックの監視を周波数管理装置１で行うようにして、周波数管理装置１が、トラフィック量がしきい値未満であればマクロセルで運用し、しきい値以上であればマイクロセルで運用するよう制御してもよい。

［本実施の形態の特徴］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、特定の周波数を利用可能な複数のシステムとネットワークを介して接続し、当該周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、周波数管理装置が、周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、複数のシステムからの予約要求に基づいて、周波数管理テーブルに当該システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、周波数管理テーブルに記憶された時間及びエリアに基づいて、各システムに前記周波数を利用した運用を行わせ、特定のシステムから、緊急に周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、緊急割り込みの内容を周波数管理テーブルに登録すると共に、その内容が他のシステムの運用と重複する場合には、他のシステムの運用を停止させ、特定のシステムに登録された内容に基づいて運用を行わせ、特定の時間が終了すると、テーブルに基づいた運用に戻すことを特徴としている。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、特定の周波数を優先的に利用可能な優先システムと、優先システムが周波数を利用しない時間又はエリアに周波数を利用可能な非優先システムとを備えた無線通信システムであって、優先システム及び非優先システムとネットワークを介して接続され、周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、周波数管理装置が、当該周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、優先システムから当該周波数の予約要求を受信すると、要求に基づいて、周波数管理テーブルに優先システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、非優先システムから、優先システムの予約内容と時間又はエリアの少なくとも一方が重複しない周波数の予約要求を受信すると、要求に基づいて周波数管理テーブルに、非優先システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、周波数管理テーブルに記憶された時間及びエリアに基づいて、テーブルに記憶された優先システム又は非優先システムに当該周波数を利用した運用を行わせ、優先システムから、緊急に前記周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、緊急割り込みの内容を周波数管理テーブルに登録すると共に、非優先システムの運用と重複する場合には、非優先システムの運用を停止させ、優先システムに、登録された内容に基づいて運用を行わせ、特定時間が終了すると、周波数管理テーブルに基づく運用に戻すことを特徴としている。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、１次利用システムの基地局の管理端末部は、周波数管理装置にアクセスして周波数の利用を登録して予約し、２次利用システムの基地局の管理端末部は、周波数管理装置にアクセスして、１次利用システムの空き時間／空きエリアについて予約を行い、周波数管理装置が、周波数毎に、システム名（基地局ＩＤ）、利用時間帯、利用エリアを記憶する周波数管理テーブルを備え、予約された内容を周波数管理テーブルに記憶し、周波数管理テーブルの予約内容に従って各基地局の管理端末部に運用開始／停止の指示を出力し、更に、１次利用システムから特定時間の利用を要求する緊急割り込みがあった場合に、２次利用システムが運用していれば、当該２次利用システムの運用を停止させ、割り込み元の１次利用システムを優先的に運用させ、緊急割り込みによる特定時間が過ぎれば、周波数管理テーブルに基づいた運用に戻すことを特徴としている。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、同一地域に異なるエリアサイズでサービスを行うマクロセルのシステムとマイクロセルのシステムとを備え、通常は周波数管理テーブルに記憶された予約内容に基づいてマクロセル又はマイクロセルを切り替えて運用し、マクロセルの基地局が、エリア全体の電波需要を検出して、電波需要が大きい場合には、マイクロセルに運用を切り替えるよう、周波数管理装置１に切り替え予約の緊急割り込みを送信し、電波需要が小さい場合には、マクロセルに運用を切り替えるよう、周波数管理装置１に切り替え予約の緊急割り込みを送信し、周波数管理装置１が、緊急割り込みを受信した場合には、当該緊急割り込みに基づいてマイクロセルとマクロセルとを切り替えて運用することを特徴としている。

本発明は、コグニティブ無線通信システムにおいて、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システムに適している。

１…周波数管理装置、 １１…１次利用（Ｎｏ．１）基地局、 ２１…２次利用（Ｎｏ．１）基地局、 ２２…２次利用（Ｎｏ．２）基地局、 ３…ネットワーク、 ４…端末局、 ３１…マクロセル（Ｎｏ．１）基地局、 ４１…マイクロセル（Ｎｏ．１）基地局、 ４２…マイクロセル（Ｎｏ．２）基地局

Claims (1)

1. 特定の周波数を利用可能な複数のシステムを備えた無線通信システムであって、
   前記複数のシステムとネットワークを介して接続され、前記周波数の利用を管理する周波数管理装置を備え、
   前記周波数管理装置が、前記周波数の利用についての予約内容を記憶する周波数管理テーブルを有し、
   前記複数のシステムから前記周波数の予約要求を受信すると、前記要求に基づいて、前記周波数管理テーブルに当該システムの基地局の識別番号と、時間とエリアとを対応付けて記憶し、
   前記周波数管理テーブルに記憶された時間及びエリアに基づいて、前記テーブルに記憶されているシステムに前記周波数を利用した運用を行わせ、
   前記複数のシステムの内、特定のシステムから、緊急に前記周波数を特定時間利用することを要求する緊急割り込みを受信すると、前記緊急割り込みの内容を前記周波数管理テーブルに登録すると共に、前記複数のシステムの内、他のシステムの運用と重複する場合には、前記他のシステムの運用を停止させ、前記特定のシステムに前記登録された内容に基づいて運用を行わせ、前記特定の時間が終了すると、前記テーブルに基づいた運用に戻すことを特徴とする無線通信システム。

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