JP2011023840A - コグニティブ無線通信における情報共有方法，コグニティブ無線通信デバイス，及びコグニティブ無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，複数のコグニティブ無線通信デバイスの間で，効率的かつ効果的に，センシング情報やセンシング制御情報の交換を行うことができるコグニティブ無線通信における情報共有方法などを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のコグニティブ無線通信における情報共有方法では，まず，複数の無線通信デバイスの間で利用可能な共通チャネルを検出する。続いて，検出された共通チャネルを利用して，複数の無線通信デバイスの間でセンシング情報やセンシング制御情報を共有する。
【選択図】図３

Description

本発明は，コグニティブ無線通信における情報共有方法，コグニティブ無線通信デバイス，及びコグニティブ無線通信システムなどに関し，特に，コグニティブ無線通信を確立する前に複数のコグニティブ無線通信デバイス間でセンシング情報やセンシング制御情報を共有するための情報共有方法，並びに，当該情報共有方法により情報共有が可能なコグニティブ無線通信デバイス，及びコグニティブ無線通信システムなどに関する。

複数の無線通信デバイスの間では無線通信が行われる。無線通信を行うためには，無線通信サービスごとに周波数帯域を割り当てることが行われている。しかし，現在では，無線通信サービスの数が多くなった結果，新規な無線通信サービスや新規な無線通信用アプリケーションに対して，別の周波数帯域を割り当てることが困難となっている。すなわち，無線通信サービスは飽和状態にある。

このように，現在では，無線通信サービスは飽和状態にあるが，実際には，ほとんど利用されていない周波数帯域があることが知られている。このことは，無線スペクトラムが効率的に利用されていないことを示している。

そこで，無線スペクトラムの効率的な利用を促進するため，２００２年に，連邦通信委員会（ＦＣＣ：Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）は，ライセンスされていない無線通信サービスが，利用されていない周波数帯域にアクセスすることを認容する旨の書面を公開した。なお，この書面は，周波数政策専門調査会（ＳＰＴＦ：Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐｏｌｉｃｙ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）によって準備されたものである。そのようなシナリオに基づいて改良されてきた無線通信の一例が，コグニティブ無線通信である（例えば，特許文献１参照。）。

コグニティブ無線通信システムでは，データ通信（通信リンク）を確立するための処理が行われる。具体的には，まず，スペクトラムセンシングが特別な無線周波数範囲にわたって行われる。続いて，スペクトラムセンシングの結果に基づいて，スペクトラムの利用状況が分析される。そして，コグニティブ無線通信システムを構成する構成要素（ノード）の間で，情報交換が行われる。交換される情報としては，センシング情報や，センシング制御情報がある。ここで，これらのノードは，自らセンシングを行ってセンシング情報を生成するか，又は他のノードからセンシング情報を取得することが可能である。このようにして，各ノードは他のノードとセンシング情報を共有する。これにより，センシングの質が高まることとなる。その後，コグニティブ無線通信システムにおいてデータ通信に用いる周波数帯域を決定する。これにより，データ通信が可能となる。

しかしながら，コグニティブ無線システムの各ノードは，センシングがなされるまでは，データ通信に用いるチャネルを把握することができない。したがって，各ノードは，センシング情報やセンシング制御情報を共有するために，どのチャネルを用いるべきかについても把握することができない。

特開２００７−０８８９４０号公報

そこで，本発明は，複数のコグニティブ無線通信デバイスの間で，効率的かつ効果的に，センシング情報やセンシング制御情報の交換を行うことができるコグニティブ無線通信における情報共有方法を提供することを目的とする。また，本発明は，当該情報共有方法により，センシング情報やセンシング制御情報の共有が可能なコグニティブ無線通信デバイス，及びコグニティブ無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は，コグニティブ無線通信における情報共有方法に関する。この情報共有方法では，検出ステップと，情報共有ステップとが実行される。検出ステップは，コグニティブ無線通信用の通信リンクが確立する前に（例えば，センシング期間に），実行されるステップである。この検出ステップでは，複数の無線通信デバイスの間で利用可能な共通チャネルが検出される。そして，情報共有ステップでは，この共通チャネルを利用して，複数の無線通信デバイスの間でセンシング情報やセンシング制御情報が共有される。このように共有チャネルを利用することで，センシング情報やセンシング制御情報の交換を効率的かつ効果的に行うことができる。なお，無線通信デバイスは，無線通信可能な装置の一部であってもよいし，無線通信可能な装置そのものであってもよい。また，複数の無線通信デバイスは，例えばデータアーカイブ（ＤＡ）を含んでいてもよい。このデータアーカイブ（ＤＡ）には，センシング情報やセンシング制御情報が記憶される。また，このデータアーカイブ（ＤＡ）は，他の無線通信デバイス（例えば，コグニティブエンジン（ＣＥ））にセンシング情報を送信したり，他の無線通信デバイス（例えば，スペクトラムセンサー）にセンシング制御情報を送信したりすることが可能である。

また，本発明の他の側面では，複数の無線通信デバイスがスペクトラムセンサーを含んでいる。このスペクトラムセンサーは，通信リンクが確立する前にスペクトラムセンシングを行うためのものである。この場合，上記情報共有方法は，さらに，センシングステップを含むこととなる。このセンシングステップでは，スペクトラムセンサーがスペクトラムセンシングを行う。これにより，センシング情報が得られる。そして，上記情報共有ステップでは，スペクトラムセンサーが，上記センシングステップで得られたセンシング情報を，上記共通チャネルを利用して，他の無線通信デバイスに送信する。これにより，複数の無線通信デバイスの間でセンシング情報を共有することが可能となる。

さらに，本発明の他の側面では，複数の無線通信デバイスは，コグニティブエンジン又はデータアーカイブを含んでいる。ここで，コグニティブエンジンは，スペクトラムセンサーによるセンシングを制御するためのセンシング制御情報を生成するためのものである。また，データアーカイブは，コグニティブエンジンが生成したセンシング制御情報及びスペクトラムセンサーが取得したセンシング情報を記憶又は保存し，かつ他の無線通信デバイスにセンシング制御情報及びセンシング情報を提供するためのものである。この場合，上記センシングステップでは，スペクトラムセンサーが，上記共通チャネルを介して取得したセンシング制御情報に応じて，スペクトラムセンシングを行う。このようにセンシング制御情報も共有することにより，効果的な処理を行うことが可能となる。また，コグニティブエンジン（ＣＥ）やデータアーカイブ（ＤＡ）は，スペクトラムセンサーが得たセンシング情報を記憶又は保存するように構成されている。すなわち，コグニティブエンジン（ＣＥ）やデータアーカイブ（ＤＡ）は，スペクトラムセンサーのクライアントとして機能するデバイスの一例である。

また，本発明の別の側面では，複数の無線通信デバイスは，情報を保存するためのデータアーカイブと，当該データアーカイブに保存された情報を読み出し可能なコグニティブエンジンとを含んでいる。この場合，上記情報共有ステップでは，スペクトラムセンサーが，センシングステップで得られたセンシング情報を，上記共通チャネルを利用して，データアーカイブに送信することで，当該データアーカイブに保存させる。これにより，例えば，コグニティブエンジンは，データアーカイブに保存されたセンシング情報をモニタリングすることが可能となる。

また，本発明の他の側面では，上記検出ステップでは，上記共通チャネルが，ＩＳＭバンドの周波数スロットから検出される。ＩＳＭバンドは，コグニティブ無線通信に適した周波数帯域である。そして，この側面によれば，通信リンクが確立する前にも利用されることとなるので，ＩＳＭバンドを効率的に利用することができる。

また，本発明の第２の側面は，上記情報共有方法により情報共有が可能なコグニティブ無線通信デバイスに関する。具体的には，この側面に係るコグニティブ無線通信デバイスは，コグニティブ無線通信用の通信リンクが確立する前に検出されたチャネルを利用して，他の無線通信デバイスの間で情報を共有することが可能なデバイスである。さらに，本発明の第３の側面は，第２の側面に係るコグニティブ無線通信デバイスを複数含むコグニティブ無線通信システムである。これら第２及び第３の側面によっても，上記第１の側面と同等の効果を奏することができる。

本発明によれば，複数のコグニティブ無線通信デバイスの間で効率的かつ効果的に情報交換を行うことができる。

図１は，本発明のコグニティブ無線通信システムの構成を概略的に示す図である。 図２は，図１におけるスペクトラムセンサーの構造を示すブロック図である。 図３は，図１の無線通信システムを構成する複数の構成要素の関係を模式的に説明するための図である。 図４は，スペクトラムセンサー及びそのクライアントのＩＳＯモデルを示す図である。 図５は，図１の無線通信システムによって実施される通信方法の処理手順を示すフローチャートである。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態を説明する。しかしながら，以下説明する形態はある例であって，当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。

図１は，本発明のコグニティブ無線通信システムの構成を概略的に示す図である。

図１に示すコグニティブ無線通信システム１００は，複数の無線通信デバイスを含んでいる。そして，コグニティブ無線通信システム１００では，複数の無線通信デバイスの間で，コグニティブ無線通信によるデータ通信が行われる。

具体的には，コグニティブ無線通信システム１００は，図１に示すように，プライマリーシステム用の基地局１０と，セカンダリーシステム用の基地局１５と，プライマリーユーザーとしての無線通信デバイス２０と，セカンダリーユーザーとしての無線通信デバイス３０，３１と，スペクトラムセンサー４０と，データアーカイブ５０とを構成要素として含む。なお，データアーカイブ４０も，スペクトラムセンサー５０も無線通信デバイスとして機能する。

コグニティブ無線通信システム１００の構成要素は，互いに無線通信可能に構成されており，これにより，無線ネットワーク１を形成している。言い換えると，コグニティブ無線通信システム１００の構成要素は，無線ネットワーク１に接続されている。また，コグニティブ無線通信システム１００は，インターネットバックボーン３を含んでおり，これにより，各構成要素は，無線ネットワーク１を介してやインターネットに接続可能となっている。インターネットバックボーン３の一例は，公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。

また，なお，図１には，他の無線通信システムのセカンダリーシステム用の基地局１５’も示されている。この基地局１５’は，無線通信システム１００において無線ネットワーク１を介した無線通信が可能なエリアの範囲（通信可能範囲）の外側に配置されている。この基地局１５’も，無線通信システム１００の通信可能範囲内の無線通信デバイス（例えば，基地局１５）と通信可能となっており，セカンダリーユーザーとして機能する。したがって，このようなセカンダリーユーザーもコグニティブ無線通信デバイス１００の構成要素の一例である。

プライマリーシステム用の基地局１０と，セカンダリーシステム用の基地局１５とは，互いに，有線又は無線を介して接続されており，互いに情報の送受信を行うことが可能である。セカンダリーシステム用の基地局１５には，コグニティブエンジン（ＣＥ）１５ａが搭載されている。ここで，コグニティブエンジン（ＣＥ）１５ａは，他の無線通信デバイスとの間でコグニティブ無線通信を行うための制御装置であり，基地局１０との間で，無線ネットワーク１を介した直接的な無線通信が可能となっている。また，コグニティブエンジン（ＣＥ）１５ａは，一対の無線通信デバイスがコグニティブ無線通信を行う際に，それらの無線通信デバイスが利用すべき周波数帯域を特定するとともに，特定した周波数帯域を利用して無線通信を行うように一対の無線通信デバイスの双方に制御信号を送信するためのものである。

無線通信デバイス２０は，基地局１０，１５との間で，無線ネットワーク１又はインターネットバックボーン３を介してデータの送受信を行うことが可能である。

無線通信デバイス３０，３１は，いずれも，無線通信デバイス２０と同様に，基地局１０，１５との間で，無線ネットワーク１又はインターネットバックボーン３を介してデータの送受信を行うことが可能である。

また，無線通信デバイス３０，３１は，いずれも，コグニティブエンジン（ＣＥ）３０ａが搭載された無線通信デバイスである。ここで，コグニティブエンジン（ＣＥ）３０ａは，コグニティブエンジン（ＣＥ）１５ａと同等の機能を有する。

無線通信デバイス２０や無線通信デバイス３０，３１は，コグニティブエンジンが搭載された無線通信デバイスからの制御信号に従って動作することで，互いに，直接的な通信を行うこと（Ｐ２Ｐ通信）が可能となっている。ここで，無線通信デバイス３０や無線通信デバイス３１は，コグニティブエンジン３０ａを備えているので，そのコグニティブエンジン３０ａを利用して，他の無線通信デバイスとの間でＰ２Ｐ通信を行うことが可能である。

また，無線通信デバイス３１には，さらに，スペクトラムセンサー４０ａが搭載されている。スペクトラムセンサー４０ａは，スペクトラムセンサー４０と同等の機能を有する。なお，無線通信デバイス３０には，スペクトラムセンサー４０ａは搭載されていない。

スペクトラムセンサー４０は，スペクトラムセンシングを行うためのデバイスであり，無線ネットワーク１内に分配されるように配置されたスタンドアローン型のセンサーである。なお，スペクトラムセンサー４０ａは，スタンドアローン型でない点でスペクトラムセンサー４０と異なる。ここで，スペクトラムセンシングとは，スペクトラムの利用機会を効率的に促すために行われるセンシングのことをいう。

データアーカイブ５０は，情報を，システマティカルに（例えば，時間に関する情報とともに）保存するためのものであり，無線通信システム１００における記録部又はデータソース若しくはデータベースとして機能する。例えば，データアーカイブ５０には，空間的に分配された複数のスペクトラムセンサーから転送されてきたセンシング情報が保存される。データアーカイブ５０とコグニティブエンジン（ＣＥ）との大きな違いは，データアーカイブ５０がスペクトラムの利用に関する決定を行わないことである。

ここで，データアーカイブ５０に保存されたセンシング情報（過去のセンシング情報など）は，他の無線通信デバイス（例えば，コグニティブエンジン（ＣＥ））によって読み出され，例えば，スペクトラムのモニタリングに用いられる。なお，データアーカイブ５０に保存される情報は，センシング情報に限られることはなく，他の情報，例えばセンシング制御情報であってもよい。そして，データアーカイブ５０が，過去のセンシング情報と過去のセンシング制御情報を記憶しているため，コグニティブエンジン（ＣＥ）に，充実した情報を迅速に提供することができる。なお，データアーカイブ５０は，図１に示す例では，スタンドアローン型であるが，基地局１０，１５や無線通信デバイス２０，３０，３１に内蔵されていてもよい。

図２は，図１におけるスペクトラムセンサー４０の構造を示すブロック図である。なお，スペクトラムセンサー４０ａは，スペクトラムセンサー４０と同様の構成を有する。

スペクトラムセンサー４０は，図２に示すように，通信モジュール４１と，センシングモジュール４５とを含んでいる。通信モジュール４１とセンシングモジュール４５とは互いに連携して動作するように構成されている。

通信モジュール４１は，送受信部４２と，無線通信モジュールコントローラー４３とを含んでいる。送受信部４２は，後述するセンシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を用いてセンシング情報を送信したり，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を用いてセンシング制御情報を受信したりするためのものである。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，スペクトラムセンサー４０とクライアントの間の共通チャネルの一例である。無線通信モジュールコントローラー４３は，通信モジュール４１において各種の制御を行うためのものであり，例えば，センシングモジュール４５との間で情報の交換を行ったり，送受信部４２が送受信する情報を扱ったりする。

センシングモジュール４５は，検出器４６と，センシング情報処理ユニット４７と，メモリ４８と，電源ユニット４９とを含んでいる。検出器４６は，無線信号を受信するためのものである。具体的には，検出器４６は，ＲＦチェーン４６ａと，アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）４６ｂと，信号検出部４６ｃとを含んでいる。メモリ４８には，スペクトラムセンサー４０に関する情報が記憶されており，例えば，センサー製造情報シート，センサーＩＤ，及びセンサーデータシートが記憶されている。電源ユニット４９は，センシングモジュール４５が動作するのに必要な電力を供給する。

センシングモジュール４５では，ＲＦチェーン４６ａを介して無線信号が受信されると，受信した無線信号がＡ／Ｄ変換器４６ｂでディジタル化され，信号検出部４６ｃがそのディジタル信号から必要な信号を検出する。そして，検出した信号は，センシング情報として，センシング情報処理ユニット４７に入力される。センシング情報処理ユニット４７は，必要に応じてメモリ４８からスペクトラムセンサー４０に関する情報を読み出したり，信号検出部４６ｃから入力されたセンシング情報を処理したりする。また，センシング情報処理ユニット４７は，無線通信モジュールコントローラー４３との間で情報の交換を行う。

図３は，図１の無線通信システム１００を構成する複数の構成要素の関係を模式的に説明するための図である。

図３には，図１のコグニティブ無線通信システム１００を構成する複数の構成要素のうち一部の構成要素が示されている。具体的には，無線ネットワーク１と，第１のコグニティブエンジン（ＣＥ）と，第２のコグニティブエンジン（ＣＥ）と，データアーカイブ５０と，第１のスペクトラムセンサーと，第２のスペクトラムセンサーとが図２に示されている。

ここで，第１のコグニティブエンジン（ＣＥ）は，例えば，無線通信デバイス３０に搭載されているコグニティブエンジン（ＣＥ）３０ａに相当する。第２のコグニティブエンジン（ＣＥ）は，例えば，基地局１５に搭載されているコグニティブエンジン（ＣＥ）１５ａに相当する。なお，第１のコグニティブエンジン（ＣＥ）や第２のコグニティブエンジン（ＣＥ）は，無線通信デバイス３１に搭載されているコグニティブエンジン（ＣＥ）３０ａに相当してもよい。

また，第１のスペクトラムセンサーは，例えば，スタンドアローン型のスペクトラムセンサー４０に相当する。第２のスペクトラムセンサーは，例えば，無線通信デバイス３１に搭載されたスペクトラムセンサー４０ａに相当する。なお，第２のスペクトラムセンサーは，第１のスペクトラムセンサーとは別のスペクトラムセンサーであればよい。

そして，これらの構成要素は，互いに接続されるように，つまり，図３に示すようにチャネルを形成する。そして，形成されたチャネルは，後述する図５の情報交換処理の際に用いられることとなる。

ここで，センシング期間に形成されるチャネルの種類について説明する。チャネルの種類の数は，大きく分けると２つである。具体的には，１つは，従来技術でも形成可能なチャネルであって，図３に示すように，無線ネットワーク１と第１のコグニティブエンジン（ＣＥ）又は第２のコグニティブエンジン（ＣＥ）との間に形成されるチャネル６０である。チャネル６０の一例は，コグニティブパイロットチャネル（ＣＰＣ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｐｉｌｏｔ ｃｈａｎｎｅｌ）である。コグニティブパイロットチャネル（ＣＰＣ）は，例えばスペクトラム利用関連情報を，所定の区画（セル状領域）に位置するプライマリーユーザーに報知するために用いられるチャネルである。

もう１つは，構成要素間に形成されるチャネルである。このチャネルは，センシング期間に形成され，主としてセンシング期間に用いられる。このため，本明細書では，このチャネルを，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ：ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ）ということとする。

センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）としては，図３に示すように，５種類（符号６５ａ〜６５ｅ）を挙げることができる。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）６５ａは，センシング期間において１対のスペクトラムセンサー間に形成されるチャネルである。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）６５ｂは，センシング期間においてコグニティブエンジン（ＣＥ）とスペクトラムセンサーの間に形成されるチャネルである。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）６５ｃは，センシング期間においてデータアーカイブ５０とスペクトラムセンサーの間に形成されるチャネルである。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）６５ｄは，センシング期間においてコグニティブエンジン（ＣＥ）とデータアーカイブ５０の間に形成されるチャネルである。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）６５ｅは，センシング期間において１対のコグニティブエンジン（ＣＥ）間に形成されるチャネルである。

図４は，スペクトラムセンサー４０及びそのクライアントのＩＳＯモデルを示す図である。なお，図４に示す例は，スペクトラムセンサー４０だけでなく，スペクトラムセンサー４０ａにも適用可能である。

図４に示すように，スペクトラムセンサー４０と，そのクライアントとはセンシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を介して互いに通信可能となる。スペクトラムセンサー４０もクライアントも，ＩＳＯモデルでは，ＰＨＹ層及びＭＡＣ層を有している。ここで，クライアントとしては，図３から分かるように，他のスペクトラムセンサー，コグニティブエンジン（ＣＥ），又はデータアーカイブ５０が考えられる。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，図４に示す例では，ＩＳＯモデルのＰＨＹ層及びＭＡＣ層に対応するようになっている。

そして，スペクトラムセンサー４０とそのクライアントとが，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を共通チャネルとすることで，センシング期間においてもネットワークが形成されて，両者の間で情報交換が可能となる。これにより，センシング期間においてもスペクトラムセンサー４０とそのクライアントの間でＰ２Ｐ通信が可能となる。なお，スペクトラムセンサーやクライアントの実装例として，図４に示したようにＩＳＯモデルを挙げたが，ＩＳＯモデルに限られることはない。

このようにして，センシング期間においても，互いに近距離にある１対の無線通信デバイス間でチャネルを形成し，実際にそのチャネルを用いることで，情報交換を速やかに行うことができることとなる。また，１対の無線通信デバイスは，互いに近距離にあるため，情報交換に必要なエネルギーの損失を少なくすることができる。したがって，情報交換を効率的に，また，ロバスト性が高い状態で行うことができる。すなわち，本態様によれば，センシング情報とセンシング制御情報との交換を効率的かつ効果的に行うことができる。

続いて，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）について詳細に説明する。

センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）に対して割り当てられる周波数帯域は，通信中の末端デバイス（例えば，コグニティブエンジン（ＣＥ），スペクトラムセンサー，又はデータアーカイブ）によって事前に既知となるように設定される。

例えば，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）が短距離（例えば，数メートル〜数百メートル）で形成される場合において，スペクトラムセンサー４０，４０ａがセンシングを行う場合，産業化学医療用の周波数帯域（ＩＳＭバンド：Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ ｂａｎｄ）において予め定められている周波数スロット（無線チャネル）を考慮して，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域が設定される。例えば，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域は，２．４ＧＨｚ帯（２．４〜２．５ＧＨｚ）や５．８ＧＨｚ帯（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）から選択された周波数スロットに設定される。

また，周波数スロットを考慮することに代えて，既存の無線技術（無線通信サービス）を考慮して，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域を設定してもよい。この場合，低いレートでの無線パーソナルエリアネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮ：ｌｏｗ ｒａｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｅｒｓｏｎａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ），Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標），又はブルートゥース（登録商標），ＩＥＥＥ ８０２．１１，又は赤外線通信（ＩｒＤＡ）の標準規格における超広帯域用の物理層（ＵＷＢ ＰＨＹ）に対応する周波数帯域がセンシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域の候補となる。複数の候補がある場合には，各センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）に対して，所定の方法で選択された１つの候補を割り当ててもよいし，複数の候補を代替可能に割り当ててもよい。ＬＲ−ＷＰＡＮ，Ｚｉｇｂｅｅ，又はブルートゥース（登録商標）といった既存技術では，近距離で低いデータレートでの無線通信を行うことが可能である。

さらには，周波数スロットと，既存の無線技術の双方を考慮して，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域を設定してもよい。

また，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）に対して割り当てられる周波数帯域の幅は，狭くても十分である。例えば，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）の周波数帯域の幅は，無線通信サービスに割り当てられる周波数帯域の幅よりも狭く設定される。センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）では，センシング情報，センシング制御情報といった限られた情報が構成要素間で交換されればよいためである。また，交換対象となる情報が限られているので，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を利用する通信リンクでは，データレートを低く（例えば，数百ｋｂ／ｓに）設定することも可能である。

また，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，構成要素間での情報交換を実現するために，構成要素間の双方向のデータ通信（情報フロー）をサポートしている。これにより，例えば，クライアントである無線通信デバイスは，スペクトラムセンシング活性を最適化するための制御信号をスペクトラムセンサーに送信することが可能となる。また，スペクトラムセンシングを特別な周波数帯域で行うようにスペクトラムセンサーを制御することも可能となる。さらには，信号検出を特定の誤認警報レートで行うようにスペクトラムセンサーを制御することも可能となる。また，スペクトラムセンサーは，受信した制御信号に含まれる制御メッセージや制御コマンドに応じて，対応する情報を無線通信デバイスに送信することが可能となる。

図５は，図１の無線通信システム１００によって実施される通信方法の処理手順を示すフローチャートである。本明細書では，スペクトラムセンサー４０とそのクライアントとの間で実施される通信方法の処理手順を例に説明する。

図５において，まず，ステップＳ１０〜Ｓ４０のセンシング期間において，スペクトラムセンシングが行われる。具体的には，ステップＳ１０で，スペクトラムセンサー４０は，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を検出する。

その後，ステップＳ２０〜Ｓ４０では，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を利用して，複数の無線通信デバイスの間で情報交換が行われる。ここで，交換される情報は，スペクトラムセンシングによって得られたセンシング情報と，センシングを制御するためのセンシング制御情報とがある。なお，センシング制御情報は，コグニティブエンジン（ＣＥ）によって生成されるものであり，センシング情報に基づいて生成される。このセンシング制御情報には，センシングを行う周波数帯域に関する情報が含まれている。そして，この情報交換によって，複数の無線通信デバイスの間で情報の共有化が図られる。

まず，ステップＳ２０では，スペクトラムセンサー４０は，クライアントからセンシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を介してセンシングの指示（センシング制御情報）を受信する（ステップＳ２０）。

続くステップＳ３０では，スペクトラムセンサー４０は，受信した指示にしたがって，スペクトラムセンシングを実行する。そして，スペクトラムセンサー４０は，スペクトラムセンシングの結果得られたセンシング情報を，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を介してクライアント（例えば，コグニティブエンジン（ＣＥ））に送信する。

ステップＳ１０〜Ｓ４０の一連の処理は，他のスペクトラムセンサーにおいても実行される。また，スペクトラムセンシングを行わない無線通信デバイス（例えば，データアーカイブ（ＤＡ））は，上述したようなステップＳ１０〜Ｓ４０の一連の処理によって，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を介して他の無線通信デバイスからの情報，つまり，センシング情報やセンシング制御情報を受信する。このようにして，無線通信システム１００の構成要素間で情報交換がなされ，その結果，各構成要素は，他の構成要素と同じ情報を共有することとなる。

また，情報交換の結果，コグニティブエンジン（ＣＥ）には，センシング情報が集約されることとなる。そして，コグニティブエンジン（ＣＥ）は，集約されたセンシング情報に基づいて，データ通信を行おうとする無線通信デバイスの対や，その無線通信デバイスの対がデータ通信を行うための周波数帯域を決定する。具体的には，周波数帯域の決定は，スペクトラムの利用状況の分析結果から，利用されていないスペクトラム（ホワイトスペース）を見つけることで行われる。そして，決定した周波数帯域に関する情報も，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を介して，対応する無線通信デバイスの対に送信される。

その後，ステップＳ５０において，無線通信を行おうとする無線通信デバイスの対は，センシング制御情報に従って通信リンクを確立（セットアップ）し，互いにコグニティブ無線通信によるデータ通信（例えばＰ２Ｐ通信）を行う。このデータ通信で利用される周波数帯域は，コグニティブエンジン（ＣＥ）によって決定されたものである。なお，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を用いてデータ通信が行われてもよいが，データ通信は，データ通信専用のチャネルを用いて行うことが好ましい。

次に，本発明の具体例（第１の具体例〜第３の具体例）を説明する。

第１の具体例では，スペクトラムセンサー４０，４０ａが，協調センシング／協働センシングを行うことが可能に構成されている。ここで，協調センシング（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｓｅｎｓｉｎｇ）は，スペクトラムセンサー４０ａを搭載した無線通信デバイス同士の間で行われるセンシングであり，協働センシング（ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｓｅｎｓｉｎｇ）は，スタンドアローン型のスペクトラムセンサー４０同士の間で行われるセンシングである。そして，スペクトラムセンサー４０やスペクトラムセンサー４０ａは，コグニティブエンジン（ＣＥ）からの要求（指示）に応じて，スペクトラムセンシングを行い，そのセンシング結果をセンシング情報としてコグニティブエンジン（ＣＥ）に転送する。これにより，コグニティブエンジン（ＣＥ）にセンシング情報が集約される。

そして，コグニティブエンジン（ＣＥ）は，集約されたセンシング情報に基づいて，スペクトラムセンサーの群（セット）を特定する。

この第１の具体例では，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，スペクトラムセンサー間での通信や，スペクトラムセンサーとコグニティブエンジン（ＣＥ）の間での通信に用いられる。

第２の具体例でも，スペクトラムセンサー４０，４０ａが，協調センシング／協働センシングを行うことが可能に構成されている。そして，スペクトラムセンサー４０やスペクトラムセンサー４０ａは，コグニティブエンジン（ＣＥ）からの要求（指示）に応じて，又は定期的にスペクトラムセンシングを行い，そのセンシング結果をセンシング情報としてデータアーカイブ５０に転送する。これにより，データアーカイブ５０にセンシング情報が集約される。また，その後に，データアーカイブ５０は，センシング情報が転送されてくると，それらを保存する。結果として，データアーカイブ５０には，断続的に転送されてきたセンシング情報が逐次保存されることとなる。

そして，データアーカイブ５０に保存されたセンシング情報は，スペクトラムのモニタリングに用いられる。

この第２の具体例では，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，スペクトラムセンサー間での通信や，スペクトラムセンサーとデータアーカイブ５０の間での通信で用いられる。

第３の具体例でも，各無線通信デバイスが，協調センシング／協働センシングを行うことが可能に構成されている。各無線通信デバイスは，他の無線通信デバイスからの要求に応じて，協働可能性のある無線通信デバイスを特定するとともに，その無線通信デバイスに，当該無線通信デバイスとの間で利用可能な特別な周波数帯域（１種類又は複数種類の周波数帯域）に関する特定のセンシング情報を要求する。この要求には，スペクトラム利用関連情報が含まれていることが好ましい。スペクトラム利用関連情報としては，周波数帯域に関する情報，中心周波数に関する情報，周波数帯域の占有状況に関する情報，センシング性能（誤認警報の確率，誤検出の確率）に関する情報がある。これにより，各無線通信デバイスは，その後のデータ通信で必要なスペクトラム利用関連情報を事前に集めることができる。

この第３の具体例では，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）は，コグニティブ無線通信デバイス間での通信で用いられる。

以上詳細に説明したように，上述した態様によれば，通信リンクを確立する前の準備期間において，情報交換に利用可能な共通チャネルを検出し，検出したチャネルを補助制御チャネルとして利用することで，無線通信デバイス間でのセンシング情報やセンシング制御情報の共有が速やかに行われる。これにより，通信リンクの確立も速やかに行うことが可能となる。つまり，本態様によれば，センシング情報やセンシング制御情報の交換を効率的にかつ効果的に行うことができるコグニティブ無線通信における情報共有方法を提供することができる。また，これらの共有チャネルを利用するために，既存のプロトコルや仕様書を利用することができる。

また，本態様によれば，無線通信デバイスがスペクトラムセンサーである場合，上記補助制御チャネルは，スペクトラムセンサーからのセンシング情報を転送するために利用可能である。これにより，他の無線通信デバイスもセンシング情報を共有することができる。結果として，無線通信システム１００では，センシング能力が高まることとなる。また，センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）を用いて情報交換を近距離で行うことで，センシングの信頼性が高まるとともに，ロバスト性のあるスペクトラムセンシングを実現することができる。また，複数のスペクトラムセンサーが，無線通信システム１００において空間的に分配されていることが好ましい。これにより，マルチパスに起因するフェージングが軽減されて，より信頼性を高めることができる。

さらには，本態様によれば，上記補助制御チャネルは，他の無線通信デバイスからのセンシング制御情報や，スペクトラムセンサーからのセンシング情報を受信するためにも利用可能である。これにより，他の無線通信デバイスからのセンシング情報やスペクトラムセンサーからのセンシング情報を集約することができる。このことは，特に，無線通信デバイスがスペクトラムセンサーのクライアントである場合に有効である。

また，本態様によれば，無線通信デバイスがデータアーカイブである場合，データアーカイブには，他の無線通信デバイスからの複数の情報（センシング情報やセンシング制御情報）が時間に関する情報とともに保存される。したがって，データアーカイブに保存された一連の情報を読み出すことにより，例えば，その一連の情報のモニタリングを行うことが可能となる。また，データアーカイブから充実した情報を迅速に取得することが可能となる。

また，本態様による補助制御チャネルの周波数帯域は，ＩＳＭバンドから選択された周波数スロットである。特に，補助制御チャネルの周波数帯域は，２．４ＧＨｚ帯（２．４〜２．５ＧＨｚ）から選択された周波数スロットが用いられることが好ましい。この２．４ＧＨｚ帯では，無線ＬＡＮや無線ＰＡＮ，近距離通信で用いられているため，補助制御チャネルの検出を容易にすることができる。

さらに，本態様によれば，コグニティブ無線通信における情報共有方法だけでなく，当該方法を実施可能なコグニティブ無線通信デバイスや，コグニティブ無線通信システムを提供することができる。

なお，上述した態様において，無線通信デバイスは，無線通信可能な装置の一部であってもよいし，無線通信可能な装置そのものであってもよい。また，複数の無線通信デバイスは，例えばデータアーカイブを含んでいてもよい。

また，本願発明の内容の少なくとも一部は，２００９年７月２９日，東京にて開催されるＩＥＩＣＥ ＳＲ ｗｏｒｋｓｈｏｐにおいて，本願の発明者らによって，論文名“Auxiliary Control
Channel For Spectrum Sensing in Cognitive Radio Systems”として公表される予定である。

本発明は，無線通信，特にコグニティブ無線通信などの分野で好適に利用されうる。

１ 無線ネットワーク
３ インターネットバックボーン
１０，１５，１５’ 基地局
２０，３０，３１ 無線通信デバイス
３０ａ コグニティブエンジン（ＣＥ）
４０，４０ａ スペクトラムセンサー
４１ 通信モジュール
４２ 送受信部
４３ 無線通信モジュールコントローラー
４５ センシングモジュール
４６ 検出器
４６ａ ＲＦチェーン
４６ｂ アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
４７ センシング情報処理ユニット
４８ メモリ
４９ 電源ユニット
５０ データアーカイブ
６０ チャネル
６５，６５ａ〜６５ｅ センシング用補助制御チャネル（ＡＣＳ）
１００ コグニティブ無線通信システム

Claims (7)

1. コグニティブ無線通信における情報共有方法であって，
   コグニティブ無線通信用の通信リンクが確立する前に，複数の無線通信デバイスの間で利用可能な共通チャネルを検出する検出ステップと，
   前記検出ステップで検出された共通チャネルを利用して，前記複数の無線通信デバイスの間で，センシング情報及びセンシング制御情報を共有する情報共有ステップと
   を含む，
   情報共有方法。
2. 前記複数の無線通信デバイスは，
   前記通信リンクが確立する前にスペクトラムセンシングを行うスペクトラムセンサーを含み，
   前記情報共有方法は，さらに，
   前記スペクトラムセンサーが前記スペクトラムセンシングを行うことで，センシング情報を得るセンシングステップを含み，
   前記情報共有ステップでは，
   前記スペクトラムセンサーが，前記センシングステップで得られたセンシング情報を，前記共通チャネルを利用して，他の無線通信デバイスに送信することで，前記複数の無線通信デバイスの間でセンシング情報を共有する，
   請求項１に記載の情報共有方法。
3. 前記複数の無線通信デバイスは，
   前記スペクトラムセンサーによるセンシングを制御するためのセンシング制御情報を生成するコグニティブエンジン，又は生成されたセンシング制御情報及びセンシング情報を記憶し，かつ他の無線通信デバイスにセンシング制御情報及びセンシング情報を提供するためのデータアーカイブを含み，
   前記センシングステップでは，
   前記スペクトラムセンサーが，前記共通チャネルを介して取得した前記センシング制御情報に応じて，前記スペクトラムセンシングを行う，
   請求項２に記載の情報共有方法。
4. 前記複数の無線通信デバイスは，
   情報を保存するためのデータアーカイブと，
   前記データアーカイブに保存された情報を読み出し可能なコグニティブエンジンと
   を含み，
   前記情報共有ステップでは，
   前記スペクトラムセンサーが，前記センシングステップで得られたセンシング情報を，前記共通チャネルを利用して，前記データアーカイブに送信することで，当該データアーカイブに保存させ，これにより，前記コグニティブエンジンが前記データアーカイブに保存されたセンシング情報をモニタリングすることを可能にする，
   請求項２に記載の情報共有方法。
5. 前記検出ステップでは，
   前記共通チャネルが，ＩＳＭバンドの周波数スロットから検出される，
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報共有方法。
6. コグニティブ無線通信用の通信リンクが確立する前に検出されたチャネルを利用して，他の無線通信デバイスの間で情報を共有することが可能な，
   コグニティブ無線通信デバイス。
7. 複数の無線通信デバイスを含むコグニティブ無線通信システムであって，
   コグニティブ無線通信用の通信リンクが確立する前に検出されたチャネルを利用して，前記複数の無線通信デバイスの間で情報を共有することが可能な，
   コグニティブ無線通信システム。

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