JP2020113856A - Management device, program to be executed by computer, and computer-readable recording medium having recorded program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管理装置、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a management device, a program to be executed by a computer, and a computer-readable recording medium recording the program.
無人航空機(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)の利用用途の拡大に伴い、無人航空機による通信(以下、「UAV通信」と言う。)が利用する周波数帯として、現在、利用しているアンライセンス周波数帯である高周波数帯を二次利用することが検討されている(非特許文献1)。 With the expansion of applications of unmanned aerial vehicles (UAVs), the unlicensed frequency band currently used as the frequency band used by communication by unmanned aerial vehicles (hereinafter referred to as “UAV communication”). Secondary use of a certain high frequency band has been studied (Non-Patent Document 1).
これにより、動画撮影および配達等の高速・大容量が求められる通信が可能となる。一例として、日本では、現在、レーダが利用している5.7GHz帯の利用が考えられている。その際には、UAV通信がレーダに与える干渉を解析し、レーザに悪影響を及ぼさない範囲での利用が必要になる。 This enables high-speed and large-capacity communication such as video shooting and delivery. As an example, in Japan, the use of the 5.7 GHz band currently used by radar is considered. In that case, it is necessary to analyze the interference given to the radar by the UAV communication and use it within a range that does not adversely affect the laser.
このような周波数共用の問題に対して、一次利用者の排他領域の設計が提案されている(非特許文献2)。これは、排他領域に定められた範囲での二次利用者の通信を禁止することにより一次利用者への干渉を回避する手法である。 For such a problem of frequency sharing, a design of an exclusive area of a primary user has been proposed (Non-Patent Document 2). This is a method of avoiding interference with the primary user by prohibiting communication of the secondary user within the range defined in the exclusive area.
また、非特許文献3は、2次元空間をグリッドにより細かく分割し、グリッド毎に一次利用者のアンテナゲイン等の情報を区別することで複雑な形状の排他領域を設計し、より多くの二次利用者が通信可能となることを示している。
In
更に、非特許文献4は、3次元空間における干渉電力を解析し、UAV通信に適用可能な排他領域の設計手法を提案している。
Further, Non-Patent
上述した特許文献2から非特許文献4における干渉電力の解析では、空間点過程を扱う確率幾何学(非特許文献5,6)が用いられている。
In the analysis of the interference power in
しかし、非特許文献2〜4における排他領域の設計手法では、排他領域を正確に設計することが困難である。
However, it is difficult to accurately design the exclusive area with the exclusive area design methods in
この発明の実施の形態によれば、1次利用者の排他領域を正確に設定可能な管理装置を提供する。 According to the embodiment of the present invention, there is provided a management device capable of accurately setting an exclusive area of a primary user.
また、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の排他領域の正確な設定をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。 Further, according to the embodiment of the present invention, there is provided a program for causing a computer to accurately set the exclusive area of the primary user.
更に、この発明の実施の形態によれば、1次利用者の排他領域の正確な設定をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。 Further, according to the embodiment of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium in which a program for causing a computer to accurately set the exclusive area of the primary user is recorded.
(構成1)
この発明の実施の形態によれば、管理装置は、演算手段と、決定手段と、作成手段とを備える。
(Structure 1)
According to the embodiment of the present invention, the management device includes a calculation unit, a determination unit, and a creation unit.
演算手段は、渉データの割合が一定値となる1次利用者の受信局を原点とした3次元領域を構成する複数の領域の各々における2次利用者の非均一なポアソン点過程に従って分布した送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲイン、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、1次利用者の受信局が2次利用者の送信する全ての送信局から受けるしきい値よりも大きい干渉電力を、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合の関数である1次利用者の受信局への干渉確率として演算する。 The calculation means is distributed according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of the plurality of regions forming the three-dimensional region with the receiving station of the primary user as the origin, where the ratio of the coverage data is a constant value. Transmitting power of transmitting station, antenna gain at receiving station of primary user, fading coefficient between receiving station of primary user and transmitting station of secondary user, position and origin of transmitting station of secondary user Using the Euclidean distance between and, and the propagation loss index, the interference power in each of the plurality of regions is larger than the threshold value that the receiving station of the primary user receives from all the transmitting stations of the secondary user. It is calculated as the probability of interference with the receiving station of the primary user, which is a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user.
決定手段は、演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において決定する。 The deciding means sets a plurality of transmission permission ratios of the transmitting stations of the secondary user that minimizes the number of transmitting stations of the secondary user whose calculated interference probability is equal to or less than the target value and whose transmission is prohibited. Determine in each of the areas.
作成手段は、決定された複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する。 The creating means creates an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the plurality of determined areas.
そして、演算手段は、複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に複数の領域の各々の形状を近似して干渉電力を演算する。 Then, the calculation means calculates the interference power by approximating the shape of each of the plurality of regions to the three-dimensional shape represented by the cylindrical coordinates, which has the same volume as each of the plurality of regions.
(構成2)
構成1において、演算手段は、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲインと、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局が1次利用者の受信局に与える第1の干渉電力を演算し、第1の干渉電力のラプラス変換を用いて第1の干渉電力のn(nは正の整数)次キュムラントを2次利用者の送信局の送信許可割合の関数として演算し、その演算したn次キュムラントに基づいて、複数の領域における2次利用者の全ての送信局から1次利用者の受信局への干渉電力である第2の干渉電力のn次キュムラントを演算し、その演算した第2の干渉電力のn次キュムラントに基づいて、第2の干渉電力の確率密度関数を演算し、その演算した確率密度関数のパラメータを用いて干渉確率を演算する。
(Configuration 2)
In the
(構成3)
構成2において、演算手段は、第2の干渉電力の1次キュムラントからn次キュムラントまでの和を演算することによって第2の干渉電力のn次キュムラントを演算する。
(Structure 3)
In the
(構成4)
構成1から構成3のいずれかにおいて、決定手段は、複数の領域の各々における2次利用者の送信する送信局の個数に2次利用者の送信局の送信が禁止される確率を乗算した乗算結果を複数の領域について加算した加算結果を目的関数とし、演算された干渉確率が干渉の許容値よりも小さくなる制約条件の下で、目的関数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において求めることにより、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を決定する。
(Structure 4)
In any one of
(構成5)
構成1から構成4のいずれかにおいて、複数の領域に存在する2次利用者の送信局は、送信許可割合に基づいて、1次利用者および2次利用者が共用する第1の周波数帯における通信を許可され、送信許可割合から決定された送信禁止割合に基づいて、第1の周波数帯よりも低周波数帯である第2の周波数帯における制御情報のみの通信が許可される。
(Structure 5)
In any one of the
(構成6)
構成1から構成5のいずれかにおいて、複数の領域の各々は、立方体の形状を有する。演算手段は、立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に立方体の形状を近似して干渉電力を演算する。
(Structure 6)
In any one of
(構成7)
また、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、
演算手段が、干渉データの割合が一定値となる1次利用者の受信局を原点とした3次元領域を構成する複数の領域の各々における2次利用者の非均一なポアソン点過程に従って分布した送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲイン、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、1次利用者の受信局が2次利用者の送信する全ての送信局から受けるしきい値よりも大きい干渉電力を、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合の関数である1次利用者の受信局への干渉確率として演算する第1のステップと、
決定手段が、演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において決定する第2のステップと、
作成手段が、決定された複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する第3のステップとをコンピュータに実行させる。
(Structure 7)
According to the embodiment of the present invention, the program is
The computing means distributes according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of the plurality of regions forming the three-dimensional region with the receiving station of the primary user as the origin, where the ratio of the interference data is a constant value. Transmitting power of transmitting station, antenna gain at receiving station of primary user, fading coefficient between receiving station of primary user and transmitting station of secondary user, position and origin of transmitting station of secondary user Using the Euclidean distance between and, and the propagation loss index, the interference power in each of the plurality of regions is larger than the threshold value that the receiving station of the primary user receives from all the transmitting stations of the secondary user. A first step of calculating as a probability of interference with the receiving station of the primary user, which is a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user,
The determining means minimizes the number of secondary user transmitting stations whose transmission is prohibited and the calculated interference probability is equal to or less than the target value, and sets a plurality of transmission permission ratios of the secondary user transmitting stations to a plurality of transmission permitting ratios. A second step of determining in each of the regions,
A third step in which the creating means creates an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the determined plurality of areas. And make the computer execute.
そして、演算手段は、第1のステップにおいて、複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に複数の領域の各々の形状を近似して干渉電力を演算する。 Then, in the first step, the calculating means has the same volume as each volume of the plurality of areas, and approximates each shape of the plurality of areas to the three-dimensional shape represented by the cylindrical coordinates to obtain the interference power. Is calculated.
(構成8)
構成7において、演算手段は、第1のステップにおいて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲインと、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局が1次利用者の受信局に与える第1の干渉電力を演算し、第1の干渉電力のラプラス変換を用いて第1の干渉電力のn(nは正の整数)次キュムラントを2次利用者の送信局の送信許可割合の関数として演算し、その演算したn次キュムラントに基づいて、複数の領域における2次利用者の全ての送信局から1次利用者の受信局への干渉電力である第2の干渉電力のn次キュムラントを演算し、その演算した第2の干渉電力のn次キュムラントに基づいて、第2の干渉電力の確率密度関数を演算し、その演算した確率密度関数のパラメータを用いて干渉確率を演算する。
(Structure 8)
In the configuration 7, in the first step, the calculating means is the transmission power of the transmitting station of the secondary user in each of the plurality of regions, the antenna gain in the receiving station of the primary user, and the receiving station of the primary user. Of the secondary user in each of the plurality of regions by using the fading coefficient between the transmission station of the secondary user and the transmission station of the secondary user, the Euclidean distance between the position of the transmission station of the secondary user and the origin, and the propagation loss index. The first interference power that the transmitting station gives to the receiving station of the primary user is calculated, and the nth (n is a positive integer)-order cumulant of the first interference power is calculated by using the Laplace transform of the first interference power. Calculate as a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user, and based on the calculated nth order cumulant, interference from all transmitting stations of the secondary user to the receiving station of the primary user in multiple areas. The n-th cumulant of the second interference power, which is electric power, is calculated, the probability density function of the second interference power is calculated based on the calculated n-th cumulant of the second interference power, and the calculated probability density The interference probability is calculated using the function parameters.
(構成9)
構成8において、演算手段は、第1のステップにおいて、第2の干渉電力の1次キュムラントからn次キュムラントまでの和を演算することによって第2の干渉電力のn次キュムラントを演算する。
(Configuration 9)
In the
(構成10)
構成7から構成9のいずれかにおいて、決定手段は、第2のステップにおいて、複数の領域の各々における2次利用者の送信する送信局の個数に2次利用者の送信局の送信が禁止される確率を乗算した乗算結果を複数の領域について加算した加算結果を目的関数とし、演算された干渉確率が干渉の許容値よりも小さくなる制約条件の下で、目的関数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において求めることにより、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を決定する。
(Configuration 10)
In any one of the configurations 7 to 9, in the second step, the determining unit prohibits the transmission of the transmission station of the secondary user to the number of transmission stations of the secondary user in each of the plurality of areas. The secondary use that minimizes the objective function under the constraint that the calculated interference probability is smaller than the interference tolerance, and the addition result obtained by adding the multiplication result obtained by multiplying the probability of The transmission permission ratio of the secondary user's transmission station is determined in each of the plurality of areas to determine the transmission permission ratio of the secondary user's transmission station that minimizes the number of secondary user transmission stations whose transmission is prohibited. To do.
(構成11)
構成7から構成10のいずれかにおいて、複数の領域に存在する2次利用者の送信局は、送信許可割合に基づいて、1次利用者および2次利用者が共用する第1の周波数帯における通信を許可され、送信許可割合から決定された送信禁止割合に基づいて、第1の周波数帯よりも低周波数帯である第2の周波数帯における制御情報のみの通信が許可される。
(Configuration 11)
In any one of the configurations 7 to 10, the transmitting stations of the secondary users existing in the plurality of areas are in the first frequency band shared by the primary user and the secondary user based on the transmission permission ratio. Communication is permitted, and communication of only control information in the second frequency band, which is a lower frequency band than the first frequency band, is permitted based on the transmission prohibition rate determined from the transmission permission rate.
(構成12)
構成7から構成11のいずれかにおいて、複数の領域の各々は、立方体の形状を有する。演算手段は、第1のステップにおいて、立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に立方体の形状を近似して干渉電力を演算する。
(Configuration 12)
In any one of Configuration 7 to
(構成13)
更に、この発明の実施の形態によれば、記録媒体は、構成7から構成12のいずれか1項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
(Configuration 13)
Further, according to the embodiment of the present invention, the recording medium is a computer-readable recording medium in which the program according to any one of configurations 7 to 12 is recorded.
1次利用者の排他領域を正確に設定できる。 The exclusive area of the primary user can be set accurately.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態における通信機器を示す概略図である。図1を参照して、無線通信システムWLC1,WLC2が存在する。無線通信システムWLC1は、免許された無線通信システムであり、「1次利用者」と呼ばれる。無線通信システムWLC1は、無線局1と端末2,3とを備える。無線局1は、1次利用者の無線局であり、端末2,3は、1次利用者の端末である。そして、無線局1および端末2,3は、免許された周波数帯で相互に無線通信を行う。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a communication device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, there are wireless communication systems WLC1 and WLC2. The wireless communication system WLC1 is a licensed wireless communication system and is called a "primary user". The wireless communication system WLC1 includes a
無線通信システムWLC2は、1次利用者の周波数帯で無線通信を行う無線通信システムであり、「2次利用者」と呼ばれる。無線通信システムWLC2は、無線局11と、端末121〜12s(sは、2以上の整数)とを備える。無線局11は、2次利用者の無線局であり、端末121〜12sは、2次利用者の端末である。無線局11および端末121〜12sは、1次利用者の周波数帯で相互に無線通信を行う。また、無線局11および端末121〜12sは、1次利用者の周波数帯よりも低周波数の帯域である低周波数帯で制御情報のみの無線通信を行う。1次利用者の周波数帯は、例えば、5.7GHz帯であり、低周波数帯は、例えば、169MHz帯である。
The wireless communication system WLC2 is a wireless communication system that performs wireless communication in the frequency band of the primary user, and is called a "secondary user". The wireless communication system WLC2 includes a
端末2,3の各々は、端末121〜12sから無線信号を受信することもある。端末2,3の各々は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて自己の位置を検出し、その検出した自己の位置を無線局1へ送信する。
Each of the
無線局1は、端末2,3の位置を端末2,3から受信し、その受信した端末2,3の位置を無線局11へ送信する。
The
管理装置10は、無線局11に配置される。そして、管理装置10は、無線局1から端末2,3の位置を受信する。また、管理装置10は、端末121〜12sの位置および送信電力を端末121〜12sから受信する。
The
管理装置10は、端末2,3の位置、端末121〜12sの位置および端末121〜12sの送信電力を用いて、後述する方法によって、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域PER(Primary Exclusive Region)を作成する。
The
端末121〜12sは、例えば、GPSを用いて自己の位置を検出し、その検出した自己の位置を管理装置10へ送信する。また、端末121〜12sは、無線通信を行ったときの送信電力を検出し、その検出した送信電力を管理装置10へ送信する。
The
図2は、この発明の実施の形態における空間グリッドを有するシステムの一例を示す図である。図2を参照して、1次利用者の受信局PR(Primary Receiver)(端末2,3のいずれか)を原点Oとし、直交座標(x,y,z)によって空間を複数のグリッドGRに分割する。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a system having a spatial grid according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the receiving station PR (Primary Receiver) of the primary user (either the
複数のグリッドGRの各々は、一辺の長さがlである立方体の形状を有するものとし、x,y,z方向にそれぞれNx+1,Ny+1,Nz+1個の平面で分割する。このとき、各グリッドGRの体積は、l3となり、各平面は、それぞれ、x=xi,i=0,・・・,Nx,y=yj,j=0,・・・,Ny,z=zk,k=0,・・・,Nzと表現される。 Each of the plurality of grids GR has a cubic shape with one side having a length of l, and is divided into N x +1, N y +1, N z + 1 planes in the x, y, and z directions, respectively. At this time, the volume of each grid GR is l 3 , and each plane has x=x i , i=0,..., N x , y=y j , j=0,..., N, respectively. It is expressed as y , z=z k , k=0,..., N z .
ある一つのグリッドGRは、次式によって表される。 One grid GR is represented by the following equation.
一つのグリッドGRの体積を|Vijk|と表記する。グリッドVijkにおいて、UAVの密度をλijkとし、UAVの送信電力をpijkとし、レーダ(1次利用者)のアンテナゲインをgijkとする。そして、λijk,pijk,gijkは、一定値であるとする。 The volume of one grid GR is expressed as |V ijk |. In the grid V ijk , the UAV density is λ ijk , the UAV transmission power is p ijk , and the radar (primary user) antenna gain is g ijk . Then, λ ijk , p ijk , and g ijk are assumed to be constant values.
また、UAVの分布は、次式によって表される強度関数Λijk(x,y,z)を持つ非均一なポアソン点過程に従うものとする。 The distribution of the UAV is assumed to follow a non-uniform Poisson point process having an intensity function Λ ijk (x, y, z) represented by the following equation.
更に、グリッドVijkにおけるUAVの送信許可割合をaijkとする。即ち、グリッドVijkに存在するUAVは、送信許可割合aijkだけが高周波数帯(=1次利用者と共用する周波数帯)による通信を許可され、割合(1−aijk)だけが制御情報のみを通信する低周波数帯による通信が許可される(即ち、高周波数帯(=1次利用者と共用する周波数帯)による通信を禁止される)。 Further, the transmission permission ratio of the UAV in the grid V ijk is a ijk . That is, in the UAV existing in the grid V ijk , only the transmission permission ratio a ijk is permitted to communicate in the high frequency band (=frequency band shared with the primary user), and only the ratio (1-a ijk ) is control information. Communication in the low frequency band that allows only communication is permitted (that is, communication in the high frequency band (=frequency band shared with primary users) is prohibited).
全てのグリッドVijkについて送信許可割合aijkを決定することによって、複雑な形状の排他領域を設計する。この場合、グリッドVijkにおいて、高周波数帯を用いて通信するUAVは、強度関数aijkΛijk(x,y,z)を持つ非均一なポアソン点過程に従う。この点過程をΦijkと表記する。 By determining the transmission permission ratio a ijk for all grid V ijk, designing an exclusive area of the complex shape. In this case, in the grid V ijk , the UAV communicating using the high frequency band follows a non-uniform Poisson point process with a strength function a ijk Λ ijk (x, y, z). This point process is described as Φ ijk .
2次利用者の送信局ST(Secondary Transmitter)(1つの送信局STは、端末121〜12sのいずれかからなる)は、複数のグリッドVijkにランダムに配置されると想定する。 Secondary user of the transmission station ST (Secondary Transmitter) (1 single transmission station ST consists of either a terminal 121~12S) is assumed to be located at random in a plurality of grid V ijk.
図3は、図1に示す管理装置10の構成図である。図3を参照して、管理装置10は、受信手段101と、演算手段102と、記憶手段103と、決定手段104と、作成手段105とを含む。
FIG. 3 is a block diagram of the
受信手段101は、無線局1から端末2,3の位置を受信し、その受信した端末2,3の位置を演算手段102へ出力する。また、受信手段101は、端末121〜12sの位置および送信電力を端末121〜12sから受信し、その受信した端末121〜12sの位置および送信電力を演算手段102へ出力する。
The receiving means 101 receives the positions of the
演算手段102は、端末2,3の位置、端末121〜12sの位置および端末121〜12sの送信電力を受信手段101から受ける。
The calculating means 102 receives from the receiving means 101 the positions of the
演算手段102は、図2において説明したグリッドVijkの体積|Vijk|を予め保持している。 The calculation means 102 holds in advance the volume |V ijk | of the grid V ijk described in FIG.
演算手段102は、端末2,3のいずれかを1次利用者の受信局PRとして3次元空間グリッドの原点Oに配置する。
The calculating means 102 arranges one of the
また、演算手段102は、端末121〜12sの位置に基づいて、各グリッドVijkに存在する2次利用者の送信局STの密度λijkを演算する。そして、演算手段102は、その演算した2次利用者の送信局STの密度λijkを記憶手段103に記憶する。
The
更に、演算手段102は、受信手段101から受けた端末121〜12sの送信電力を記憶手段103に記憶する。
Further, the calculation means 102 stores the transmission power of the
更に、演算手段102は、後述する方法によって、複数のグリッドVijkの各々における2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkの関数である1次利用者の受信局PRへの干渉確率P(Itotal>Ith)を演算し、その演算した干渉確率P(Itotal>Ith)を決定手段104へ出力する。
Further, the calculating means 102 uses the method described later to determine the probability of interference with the receiving station PR of the primary user, which is a function of the transmission permission ratio a ijk of the transmitting station ST of the secondary user in each of the plurality of grids V ijk. P(I total >I th ) is calculated, and the calculated interference probability P(I total >I th ) is output to the
記憶手段103は、2次利用者の送信局STの密度λijkおよび端末121〜12sの送信電力を演算手段102から受け、その受けた2次利用者の送信局STの密度λijkおよび端末121〜12sの送信電力を記憶する。
The storage means 103 receives the density λ ijk of the transmitting stations ST of the secondary users and the transmission power of the
また、記憶手段103は、アンテナゲインgijkを予め記憶している。アンテナゲインgijkは、1次利用者の受信局PRのアンテナの指向性、および1次利用者の受信局PRまたは2次利用者の送信局STのアンテナ高度に影響する定数であり、各グリッドVijkに固有の値である。
The
決定手段104は、干渉確率P(Itotal>Ith)を演算手段102から受ける。そして、決定手段104は、干渉確率P(Itotal>Ith)が目標値βtargetよりも小さくなり、送信が禁止される2次利用者の送信局STの個数を最小化する2次利用者の送信局STの送信許可割合aijk(0≦aijk≦1)を複数のグリッドVijkの各々において決定する。そうすると、決定手段104は、各グリッドVijkにおける2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkを作成手段105へ出力する。
The
作成手段105は、各グリッドVijkにおける2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkを決定手段104から受ける。そして、作成手段105は、2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkが零であるグリッドVijkを排他領域とし、2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkが零でないグリッドVijkを非排他領域として、3次元空間グリッド上に排他領域PERを作成する。
The creating
図4は、図3に示す記憶手段103における記憶方法を示す図である。図4を参照して、記憶手段103は、2次利用者の送信局STの密度λijk、2次利用者の送信局STの位置Ps、2次利用者の送信電力pijk、アンテナゲインgijk、電波損失指数αおよびフェージング係数hijkを各グリッドVijkに応付けて記憶する。
FIG. 4 is a diagram showing a storage method in the storage means 103 shown in FIG. With reference to FIG. 4, the
密度λijkは、演算手段102によって、グリッドVijkに存在する2次利用者の送信局STの個数をグリッドVijkの体積|Vijk|によって除算することにより得られたものである。 Density lambda ijk is the calculation means 102, the number of the transmitting station ST of the secondary user that exists in the grid V ijk grid V ijk volume | is obtained by dividing the | V ijk.
2次利用者の送信局STの位置Psは、円柱座標(r,θ,z)によって決定される。送信電力pijkは、各グリッドVijkに存在する送信局STにおける送信電力の平均値からなり、一定値である。 The position Ps of the transmitting station ST of the secondary user is determined by the cylindrical coordinates (r, θ, z). The transmission power p ijk is an average value of the transmission power in the transmission stations ST existing in each grid V ijk and is a constant value.
アンテナゲインgijkは、各グリッドVijkに固有の一定値である。フェージング係数hijkは、2次利用者の送信局STの位置Psに対応している。電波損失指数αは、α>2である。 The antenna gain g ijk is a constant value specific to each grid V ijk . The fading coefficient h ijk corresponds to the position Ps of the transmitting station ST of the secondary user. The radio wave loss index α is α>2.
2次利用者の送信局STの送信許可割合aijkを複数のグリッドVijkの各々において決定する方法について説明する。 A method of determining the transmission permission ratio a ijk of the transmitting station ST of the secondary user in each of the plurality of grids V ijk will be described.
グリッドVijk上の送信する2次利用者の送信局STは、強度関数aijkΛijk(x,y,z)を持つ非均一なポアソン点過程Φijkに従って分布している。 The transmitting stations ST of secondary users transmitting on the grid V ijk are distributed according to the non-uniform Poisson point process Φ ijk having the intensity function a ijk Λ ijk (x, y, z).
1次利用者への干渉を、1次利用者の受信局PRにおける全ての送信する2次利用者の送信局STから受ける総干渉電力Itotalがしきい値Ithを上回ることとする。しきい値Ithは、例えば、雑音電力よりも10dB低い値に設定される。このとき、1次利用者への干渉確率は、P(Itotal>Ith)と表現することができる。
As for interference to the primary user, total interference power I total received from all transmitting secondary user's transmitting stations ST in the receiving station PR of the primary user exceeds the threshold value Ith. The threshold value I th is set to a
高周波数帯を用いて通信するUAVがレーダ(1次利用者)へ与える総干渉電力Itotalは、次式によって表される。 The total interference power I total given to the radar (primary user) by the UAV that communicates using the high frequency band is represented by the following equation.
式(3)において、Iijkは、グリッドVijkに存在するUAVからの総干渉電力であり、次式によって表される。 In Expression (3), I ijk is the total interference power from the UAVs existing in the grid V ijk and is represented by the following expression.
式(4)において、hxは、座標s∈ΦVijkのUAVとレーダ(1次利用者)との間のフェージング係数(平均1)であり、||d||は、座標d∈R2と原点Oとの間のユークリッド距離であり、αは、伝搬損失指数(α>2)である。 In Expression (4), h x is a fading coefficient (average 1) between the UAV of the coordinate sεΦ Vijk and the radar (first-order user), and ||d|| is the coordinate dεR 2 Is the Euclidean distance between the origin and the origin O, and α is the propagation loss index (α>2).
総干渉電力Itotalの分布を求めるために、総干渉電力Itotalのn次キュムラントを計算する。そのために、まず、総干渉電力Iijkのn次キュムラントを計算する。 To determine the distribution of the total interference power I total, to calculate the n-th order cumulant of the total interference power I total. For that purpose, first, the nth order cumulant of the total interference power I ijk is calculated.
総干渉電力Iijkのラプラス変換は、キャンベルの定理(非特許文献5)を用いて次式のように計算できる。 The Laplace transform of the total interference power I ijk can be calculated using the Campbell's theorem (Non-Patent Document 5) as in the following equation.
式(5)を用いると、総干渉電力Iijkのn次キュムラントκn(Iijk)は、n=1,2,・・・について次式のように表すことができる。 Using the equation (5), the n-th order cumulant κ n (I ijk ) of the total interference power I ijk can be expressed as the following equation for n=1, 2 ,.
式(6)におけるE(hn)は、次式によって表される。 E in the formula (6) (h n) is expressed by the following equation.
また、式(6)におけるAn(V)は、次式によって表される。 Further, A n (V) in the equation (6) is represented by the following equation.
ここで、式(7)におけるfh(h)は、フェージング係数hの確率密度関数である。また、Vijkは、互いに独立な確率変数であるため、総干渉電力Itotalのn次キュムラントは、次式によって、各キュムラントの和として求められる。 Here, f h (h) in the equation (7) is a probability density function of the fading coefficient h. Further, since V ijk is a random variable independent of each other, the n th order cumulant of the total interference power I total is obtained as the sum of each cumulant by the following equation.
次に、式(8)を計算する。グリッドVijkの形状が立方体である場合、An(V)の積分を直接求めることが困難であるため、次のような近似に基づいてAn(V)の積分を計算する。 Next, formula (8) is calculated. When the shape of the grid V ijk is a cube, because it is difficult to determine the integral of A n (V) directly calculates the integral of A n (V) based on the following approximation.
図5は、円柱グリッドの概略図である。立方体であるグリッドVijkを、積分が可能になるように図5に示すような円柱グリッドに近似する。 FIG. 5 is a schematic diagram of a cylindrical grid. The cubic grid V ijk is approximated to a cylindrical grid as shown in FIG. 5 to allow integration.
図5を参照して、円柱グリッドCyは、図2に示すグリッドVijkの体積と同じ体積を有し、6個の面S1〜S6によって囲まれた3次元形状からなる。面S1は、頂点A,B,C,Dを有する曲面であり、面S2は、頂点E,F,G,Hを有する曲面であり、面S3は、頂点A,E,H,Dを有する平面である。また、面S4は、頂点B,F,G,Cを有する平面であり、面S5は、頂点A,E,F,Bを有する平面であり、面S6は、頂点C,D,H,Gを有する平面である。 With reference to FIG. 5, the cylindrical grid Cy has the same volume as the volume of the grid Vijk shown in FIG. 2, and is formed of a three-dimensional shape surrounded by six surfaces S1 to S6. The surface S1 is a curved surface having vertices A, B, C, D, the surface S2 is a curved surface having vertices E, F, G, H, and the surface S3 has vertices A, E, H, D. It is a plane. The surface S4 is a plane having vertices B, F, G, C, the surface S5 is a plane having vertices A, E, F, B, and the surface S6 is a vertex C, D, H, G. Is a plane having.
面S1,S2は、z軸方向に沿って配置され、相互に対向する。面S3,S4は、x−y平面に平行に配置され、相互に対向する。面S5,S6は、z軸方向に沿って配置される。そして、面S5,S6の各々は、一辺の長さがlである正方形の形状を有する。 The surfaces S1 and S2 are arranged along the z-axis direction and face each other. The surfaces S3 and S4 are arranged parallel to the xy plane and face each other. The surfaces S5 and S6 are arranged along the z-axis direction. Each of the surfaces S5 and S6 has a square shape with a side length of l.
図6は、図5に示す面S3,S4の平面図である。図2に示すグリッドVijkは、立方体の形状を有するので、立方体の底面および上面は、正方形の平面形状を有する。 FIG. 6 is a plan view of the surfaces S3 and S4 shown in FIG. Since the grid V ijk shown in FIG. 2 has a cubic shape, the bottom surface and the top surface of the cube have a square planar shape.
一方、円柱グリッドCyの場合、原点Oから遠ざかる方向に円弧の長さが長くなる環状扇形の平面形状を有する。 On the other hand, the cylindrical grid Cy has an annular fan-shaped planar shape in which the length of the arc increases in the direction away from the origin O.
円柱グリッドCyは、x−y平面について、次の条件を満たす。
(1)半径方向と円周方向の中点をそれぞれ結んだ交点は、正方形における対角線の交点と等しい。その座標を、直交座標で(xio,yjo)=((2i+1)l/2,(2j+1)l/2)、極座標で(rijo,θijo)=((xio 2+yjo 2)1/2,arctan(2i+1)/(2j+1))と表す。
(2)半径方向の長さは、lである。
(3)円弧の中心角は、l/rijoである。
The cylindrical grid Cy satisfies the following conditions on the xy plane.
(1) The intersection that connects the midpoints in the radial direction and the circumferential direction is equal to the intersection of the diagonal lines in the square. The coordinates are (x io , y jo )=((2 i +1)l/2, (2 j +1)l/2) in Cartesian coordinates, and (r ij o , θ ijo )=((x io 2 +y jo 2 ) 1/2 , arctan(2 i +1)/(2 j +1)).
(2) The radial length is l.
(3) The central angle of the arc is 1/r ijo .
図2に示すグリッドVijkの形状を図5および図6に示す円柱グリッドCyの形状に近似することによって、式(8)の積分を次式のように近似する。 By approximating the shape of the grid V ijk shown in FIG. 2 to the shape of the cylindrical grid Cy shown in FIGS. 5 and 6, the integral of the equation (8) is approximated by the following equation.
式(10)は、原点から各グリッドVijkまでの距離を表す(r2+z2)1/2を積分の中に含むので、積分可能である。そして、式(10)が(r2+z2)1/2を積分の中に含むのは、図5および図6に示すしたように、各グリッドVijkを円柱座標(r,θ,z)によって表したからである。 The expression (10) can be integrated because (r 2 +z 2 ) 1/2 representing the distance from the origin to each grid V ijk is included in the integration. Then, the expression (10) includes (r 2 +z 2 ) 1/2 in the integral because the grid coordinates V ijk are represented by cylindrical coordinates (r, θ, z) as shown in FIGS. 5 and 6. Because it was represented by.
また、式(10)は、α>2のとき、計算が可能である。単純な例として、α=3とすると、1次キュムラントおよび2次キュムラントは、それぞれ、式(11)および式(12)のようになる。 Further, the equation (10) can be calculated when α>2. As a simple example, when α=3, the first-order cumulant and the second-order cumulant become as shown in Expression (11) and Expression (12), respectively.
式(11)におけるb(r)は、次式によって表される。 B(r) in the equation (11) is represented by the following equation.
また、式(12)のc(r)は、次式によって表される。 Further, c(r) in the equation (12) is represented by the following equation.
以上によって、キュムラントκn(Itotal)を解析的に求めることができる。 From the above, the cumulant κ n (I total ) can be analytically obtained.
総干渉電力Itotalの分布をキュムラントマッチングを用いて近似的に計算する。キュムラントマッチングは、求めたい分布のn次キュムラントを、よく知られた分布のn次キュムラントとマッチングすることで、その分布を近似的に求める手法である(非特許文献7)。 The distribution of total interference power I total is approximately calculated using cumulant matching. Cumulant matching is a method of approximating the distribution by matching an nth-order cumulant of a desired distribution with an n-th order cumulant of a well-known distribution (Non-Patent Document 7).
この発明の実施の形態においては、非特許文献8に記載されているように、対数正規分布とマッチングすることによって総干渉電力Itotalの分布を求める。この場合、総干渉電力Itotalの確率密度関数pdf fItotalは、次式によって表される。
In the embodiment of the present invention, as described in
式(15)におけるμ1は、次式によって表される。 Μ 1 in Expression (15) is represented by the following expression.
また、式(15)のσ1 2は、次式によって表される。 Further, sigma 1 2 of the formula (15) is expressed by the following equation.
なお、式(16)および式(17)における「κ1(Itotal)2」の表記は、κ1(Itotal)の2乗を意味する。 Note that the expression “κ 1 (I total ) 2 ” in Expressions (16) and (17) means the square of κ 1 (I total ).
干渉確率を、高周波数帯で通信する全てのUAVがレーダ(1次利用者)に与える総干渉電力Itotalがしきい値Ithを超える確率として、P(Itotal>Ith)と定義する。その結果、干渉確率P(Itotal>Ith)は、次式によって表される。 The interference probability is defined as P (I total >I th ) as the probability that the total interference power I total given to the radar (primary user) by all the UAVs communicating in the high frequency band exceeds the threshold value I th. .. As a result, the interference probability P (I total >I th ) is expressed by the following equation.
式(18)におけるQ(・)は、Q関数であり、次式によって表される。 Q(·) in the equation (18) is a Q function and is represented by the following equation.
なお、しきい値Ithに対する干渉確率P(Itotal>Ith)は、総干渉電力Itotalの相補累積分布関数(CCDF:Complementary Cumulative Distribution Function)と同じである。 The interference probability P (I total >I th ) with respect to the threshold value I th is the same as the complementary cumulative distribution function (CCDF) of the total interference power I total .
式(18)のしきい値Ithは、既知であり、式(18)のμ1は、式(16)によって表され、式(18)のσ1は、式(17)によって表され、式(16)および式(17)のκ1(Itotal)およびκ2(Itotal)は、それぞれ、式(11)および式(12)によって表されるので、干渉確率P(Itotal>Ith)は、送信許可割合aijkの関数であることが分かる。従って、式(11)、式(12)、式(16)〜式(19)によって干渉確率P(Itotal>Ith)を計算できる。 The threshold value I th of the equation (18) is known, μ 1 of the equation (18) is represented by the equation (16), and σ 1 of the equation (18) is represented by the equation (17), Since κ 1 (I total ) and κ 2 (I total ) in equations (16) and (17) are represented by equations (11) and (12), respectively, the interference probability P(I total >I). It can be seen that th ) is a function of the transmission permission ratio a ijk . Therefore, the interference probability P(I total >I th ) can be calculated by the equations (11), (12), (16) to (19).
排他領域を設定するために、各グリッドVijkにおける送信許可割合aijkを決定する最適化問題を定式化する。 In order to set the exclusive area, an optimization problem for determining the transmission permission ratio a ijk in each grid V ijk is formulated.
目的関数は、高周波数帯で送信が禁止されるUAVの個数UAVpとし、次式によって定義する。 The objective function is the number of UAVs UAV p whose transmission is prohibited in the high frequency band, and is defined by the following equation.
そして、UAVの個数UAVpを最小化するように各グリッドVijkにおける送信許可割合aijkを決定する。 Then, the transmission permission ratio a ijk in each grid V ijk is determined so as to minimize the number UAV p of UAVs.
また、干渉確率P(Itotal>Ith)が許容される値をβtargetとし、制約条件は、干渉確率P(Itotal>Ith)が許容値βtargetを下回ることである。 Further, a value that allows the interference probability P(I total >I th ) to be β target , and the constraint condition is that the interference probability P (I total >I th ) be less than the allowable value β target .
以上より、最適化問題を式(21)および式(22)のように定式化する。 From the above, the optimization problem is formulated as shown in equations (21) and (22).
即ち、式(22)の制約条件において式(21)を満たす送信許可割合aijkを各グリッドVijkについて求める。 That is, the transmission permission ratio a ijk satisfying the expression (21) under the constraint condition of the expression (22) is obtained for each grid V ijk .
演算手段102は、上述した方法によって干渉確率P(Itotal>Ith)を演算し、その演算した干渉確率P(Itotal>Ith)を決定手段104へ出力する。
The calculating means 102 calculates the interference probability P(I total >I th ) by the above-described method, and outputs the calculated interference probability P(I total >I th ) to the determining
決定手段104は、干渉確率P(Itotal>Ith)を演算手段102から受け、その受けた干渉確率P(Itotal>Ith)に基づいて、式(21)および式(22)を用いて、送信が禁止されるUAVの個数UAVpを最小化する送信許可割合aijkを各グリッドVijkについて求め、その求めた送信許可割合aijk(Vijk)(=各グリッドVijkにおける送信許可割合)を作成手段105へ出力する。
The determining means 104 receives the interference probability P(I total >I th ) from the calculating means 102, and uses the equations (21) and (22) based on the received interference probability P (I total >I th ). Then, the transmission permission ratio a ijk that minimizes the number UAV p of which transmission is prohibited is obtained for each grid V ijk , and the obtained transmission permission ratio a ijk (V ijk )(=transmission permission in each grid V ijk Ratio) to the creating
作成手段105は、各グリッドVijkにおける送信許可割合aijk(Vijk)を決定手段104から受け、その受けた送信許可割合aijk(Vijk)に基づいて、図2に示す空間グリッドにおいて、1次利用者のみが通信を行うことができる排他領域を作成する。より具体的には、作成手段105は、送信許可割合aijkが零であるグリッドVijkを排他領域とし、送信許可割合aijkが零でないグリッドVijkを非排他領域とすることによって、図2に示す空間グリッドにおいて、1次利用者のみが通信を行うことができる排他領域を作成する。
The
図7は、排他領域PERの作成方法を説明するためのフローチャートである。図7を参照して、排他領域PERを作成する動作が開始されると、演算手段102は、1次利用者の受信局を原点とした3次元空間グリッドを構成する複数のグリッドの各々における2次利用者の非均一なポアソン点過程に従って分布した送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲイン、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、1次利用者の受信局が2次利用者の送信する全ての送信局から受けるしきい値よりも大きい干渉電力を、複数のグリッドの各々における2次利用者の送信局の送信許可割合の関数である1次利用者の受信局への干渉確率として演算する(ステップS1)。
FIG. 7 is a flowchart for explaining a method of creating the exclusive area PER. With reference to FIG. 7, when the operation of creating the exclusive area PER is started, the
そして、演算手段102は、その演算した干渉確率を決定手段104へ出力する。決定手段104は、干渉確率を演算手段102から受ける。そして、決定手段104は、演算された干渉確率が目標値よりも小さくなり、かつ、高周波数帯の利用が禁止される2次利用者の送信局の数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数のグリッドの各々において決定する(ステップS2)。
Then, the calculating means 102 outputs the calculated interference probability to the determining
その後、決定手段104は、各グリッドにおいて決定した送信許可割合を作成手段105へ出力する。作成手段105は、各グリッドにおいて決定された送信許可割合を決定手段104から受け、その受けた送信許可割合に基づいて、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する(ステップS3)。これによって、排他領域PERを作成する動作が終了する。
After that, the determining
図8は、図7に示すステップS1の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図8を参照して、排他領域PERを作成する動作が開始されると、演算手段102は、i=0、j=0、およびk=0を設定する(ステップS11)。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S1 shown in FIG. With reference to FIG. 8, when the operation of creating the exclusive area PER is started, the calculation means 102 sets i=0, j=0, and k=0 (step S11).
そして、演算手段102は、グリッドVijkに存在する2次利利用者の位置Psと原点とのユークリッド距離dを演算する(ステップS12)。より具体的には、演算手段102は、グリッドVijkに対応付けられた2次利用者の位置Ps(図4参照)を記憶手段103から読み出し、その読み出した2次利用者の位置Psに基づいてユークリッド距離dを演算する。
Then, the calculating means 102 calculates the Euclidean distance d between the position Ps of the secondary user existing in the grid V ijk and the origin (step S12). More specifically, the
ステップS12の後、演算手段102は、グリッドVijkにおける送信電力pijk、アンテナゲインgijk、フェージング係数hijk、ユークリッド距離dおよび伝搬損失指数αを用いて、グリッドVijkにおける干渉電力Iijkを演算する(ステップS13)。より具体的には、演算手段102は、グリッドVijkに対応付けられた送信電力pijk、アンテナゲインgijkおよびフェージング係数hijk(図4参照)を記憶手段103から読み出し、その読み出した送信電力pijk、アンテナゲインgijkおよびフェージング係数hijkと、ユークリッド距離dおよび伝搬損失指数αとを式(4)に代入して干渉電力Iijkを演算する。
After step S12, the
ステップS13の後、演算手段102は、立方体からなるグリッドVijkの形状を円柱グリッドの形状に近似して、干渉電力Iijkのラプラス変換Lijkを用いて干渉電力Iijkのn次キュムラントκn(Iijk)を演算する(ステップS14)。より具体的には、演算手段102は、式(5)〜式(7)および式(10)を用いて干渉電力Iijkのn次キュムラントκn(Iijk)を演算する。
After step S13, the
そして、演算手段102は、i=Nr−1であるか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15において、i=Nr−1でないと判定されたとき、演算手段102は、i=i+1を設定する(ステップS16)。 Then, the calculation means 102 determines whether i=N r −1 (step S15). When it is determined in step S15 that i=N r -1 is not established, the calculation means 102 sets i=i+1 (step S16).
その後、一連の動作は、ステップS12へ移行し、ステップS15において、i=Nr−1であると判定されるまで、ステップS12〜ステップS16が繰り返し実行される。 After that, the series of operations proceeds to step S12, and steps S12 to S16 are repeatedly executed until it is determined in step S15 that i=N r −1.
そして、ステップS15において、i=Nr−1であると判定されると、演算手段102は、j=Nθ−1であるか否かを判定する(ステップS17)。 Then, in step S15, when it is determined that i=N r −1, the calculation means 102 determines whether j=N θ −1 (step S17).
ステップS17において、j=Nθ−1でないと判定されたとき、演算手段102は、j=j+1を設定する(ステップS18)。 When it is determined in step S17 that j=N θ −1 is not established, the calculation means 102 sets j=j+1 (step S18).
その後、一連の動作は、ステップS12へ移行し、ステップS17において、j=Nθ−1であると判定されるまで、ステップS12〜ステップS18が繰り返し実行される。 After that, the series of operations proceeds to step S12, and steps S12 to S18 are repeatedly executed until it is determined in step S17 that j=N θ −1.
そして、ステップS17において、j=Nθ−1であると判定されると、演算手段102は、k=Nz−1であるか否かを判定する(ステップS19)。 Then, when it is determined in step S17 that j=N θ −1, the calculation means 102 determines whether k=N z −1 (step S19).
ステップS19において、k=Nz−1でないと判定されたとき、演算手段102は、k=k+1を設定する(ステップS20)。その後、一連の動作は、ステップS12へ移行し、ステップS19において、k=Nz−1であると判定されるまで、ステップS12〜ステップS20が繰り返し実行される。 When it is determined in step S19 that k=N z -1 is not established, the calculation means 102 sets k=k+1 (step S20). After that, the series of operations proceeds to step S12, and steps S12 to S20 are repeatedly executed until it is determined in step S19 that k=N z −1.
そして、ステップS19において、k=Nz−1であると判定されると、演算手段102は、n次キュムラントκn(Iijk)に基づいて、複数のグリッドVijkにおける2次利用者の全ての送信局から1次利用者の受信局への干渉電力である総干渉電力Itotalのn次キュムラントκn(Itotal)を解析的に求める(ステップS21)。より具体的には、演算手段102は、式(10)、式(11)〜式(14)を用いて、総干渉電力Itotalのn次キュムラントκn(Itotal)を解析的に求める。
Then, in step S19, when it is determined that k=N z −1, the
その後、演算手段102は、n次キュムラントκn(Itotal)に基づいて、総干渉電力Itotalの確率密度関数を式(15)〜式(17)によって演算し、その演算した確率密度関数のパラメータμ1,σ1を用いて干渉確率P(Itotal>Ith)を演算する(ステップS22)。より具体的には、パラメータμ1,σ1を式(18)および式(19)に代入して干渉確率P(Itotal>Ith)を演算する。そして、ステップS22の後、一連の動作は、図7のステップS2へ移行する。 After that, the calculating means 102 calculates the probability density function of the total interference power I total according to the equations (15) to (17) based on the nth order cumulant κ n (I total ), and the calculated probability density function of The interference probability P (I total >I th ) is calculated using the parameters μ 1 and σ 1 (step S22). More specifically, the interference probability P (I total >I th ) is calculated by substituting the parameters μ 1 and σ 1 into the equations (18) and (19). Then, after step S22, the series of operations proceeds to step S2 in FIG.
図9は、図7に示すステップS2の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S2 shown in FIG.
図9を参照して、図7に示すステップS1の後、決定手段104は、複数のグリッドVijkの各々における2次利用者の送信する送信局STの個数(λijk|Vijk|)に、高周波数帯における送信を禁止される2次利用者の送信局STの割合(1−aijk)を乗算した乗算結果を複数のグリッドVijkについて加算した加算結果を目的関数として演算する(ステップS31)。より具体的には、決定手段104は、式(20)によって目的関数を演算する。
With reference to FIG. 9, after step S1 shown in FIG. 7, the
そして、決定手段104は、演算手段102から受けた干渉確率P(Itotal>Ith)に基づいて、式(22)に示す制約条件を設定する(ステップS32)。
Then, the determining
その後、決定手段104は、設定した制約条件の下で、目的関数を最小化する送信許可割合aijkを決定する(ステップS33)。より具体的には、決定手段104は、式(22)に示す制約条件の下で、式(21)を満たす送信許可割合aijkを決定する。この決定された送信許可割合aijkは、各グリッドVijkにおける送信許可割合であり、“0”または“1”からなる。そして、一連の動作は、図7のステップS3へ移行する。
After that, the determining
図10は、図7に示すステップS3の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S3 shown in FIG.
図10を参照して、図7に示すステップS2の後、作成手段105は、i=0、j=0およびk=0を設定する(ステップS41)。
With reference to FIG. 10, after step S2 shown in FIG. 7, the creating
そして、作成手段105は、送信許可割合aijkが零(=0)であるか否かを判定する(ステップS42)。
Then, the creating
ステップS42において、送信許可割合aijkが零(=0)であると判定されたとき、作成手段105は、グリッドVijkを排他領域とする(ステップS43)。
When it is determined in step S42 that the transmission permission ratio a ijk is zero (=0), the creating
一方、ステップS42において、送信許可割合aijkが零(=0)でないと判定されたとき、作成手段105は、グリッドVijkを非排他領域とする(ステップS44)。
On the other hand, when it is determined in step S42 that the transmission permission ratio a ijk is not zero (=0), the creating
ステップS43またはステップS44の後、作成手段105は、i=Nr−1であるか否かを判定する(ステップS45)。ステップS45において、i=Nr−1でないと判定されたとき、作成手段105は、i=i+1を設定する(ステップS46)。
After step S43 or step S44, the creating
その後、一連の動作は、ステップS42へ移行し、ステップS45において、i=Nr−1であると判定されるまで、ステップS42〜ステップS46が繰り返し実行される。 Thereafter, the series of operations proceeds to step S42, and steps S42 to S46 are repeatedly executed until it is determined in step S45 that i=N r −1.
そして、ステップS45において、i=Nr−1であると判定されると、作成手段105は、j=Nθ−1であるか否かを判定する(ステップS47)。
Then, when it is determined in step S45 that i=N r −1, the creating
ステップS47において、j=Nθ−1でないと判定されたとき、作成手段105は、j=j+1を設定する(ステップS48)。
When it is determined in step S47 that j=N θ −1 is not satisfied, the creating
その後、一連の動作は、ステップS42へ移行し、ステップS47において、j=Nθ−1であると判定されるまで、ステップS42〜ステップS48が繰り返し実行される。 After that, the series of operations proceeds to step S42, and steps S42 to S48 are repeatedly executed until it is determined in step S47 that j=N θ −1.
そして、ステップS47において、j=Nθ−1であると判定されると、作成手段105は、k=Nz−1であるか否かを判定する(ステップS49)。
Then, when it is determined in step S47 that j=N θ −1, the creating
ステップS49において、k=Nz−1でないと判定されたとき、作成手段105は、k=k+1を設定する(ステップS50)。その後、一連の動作は、ステップS42へ移行し、ステップS49において、k=Nz−1であると判定されるまで、ステップS42〜ステップS50が繰り返し実行される。
When it is determined in step S49 that k=N z -1 is not established, the creating
そして、ステップS49において、k=Nz−1であると判定されると、作成手段105は、排他領域としたグリッドVijkからなる1次利用者の排他領域を3次元空間グリッドに作成する(ステップS51)。その後、一連の動作は、図7の“終了”へ移行する。
Then, when it is determined in step S49 that k=N z −1, the creating
このように、管理装置10は、図7に示すフローチャート(図8から図10に示すフローチャートを含む)に従って複数のグリッドVijkの各々について排他領域であるか非排他領域であるかを決定し、排他領域としたグリッドVijkからなる1次利用者の排他領域PERを3次元空間グリッドに作成する。従って、複雑な形状の1次利用者の排他領域PERを作成できる。
As described above, the
特許文献1の図16は、円柱形状を有する3次元空間グリッドを示すが、この3次元空間グリッドを構成する複数の領域は、相互に同じ体積を有さず、1つの領域の体積は、原点Oから半径方向に遠ざかるに伴って大きくなる。
FIG. 16 of
その結果、原点Oから半径方向に遠い位置に存在する領域は、原点Oに近い位置に存在する領域よりも大きい体積を有するので、より大きな体積を有する領域の全体を排他領域として設定する。 As a result, the region existing at a position distant from the origin O in the radial direction has a larger volume than the region existing at a position close to the origin O, and thus the entire region having a larger volume is set as the exclusive region.
従って、特許文献1においては、原点Oに近い位置においては、排他領域を細かく設定し、原点Oから半径方向に遠い位置においては、排他領域を粗く設定することになる。よって、特許文献1における排他領域は、半径方向における原点Oからの距離によって排他領域の精度が異なり、半径方向における原点Oからの距離が大きくなるに伴って、排他領域の精度が低下する。
Therefore, in
一方、この発明の実施の形態においては、3次元空間グリッドを構成する複数のグリッドVijkは、図2に示すように相互に同じ体積(=l3)を有する。その結果、半径方向および高さ方向のいずれにおいても、原点Oからの距離に無関係に一定の精度で排他領域を設定できる。そして、1つのグリッドVijkの一辺の長さlを短くすれば、より高い精度で原点Oからの距離に無関係に一定の精度で排他領域を設定できる。 On the other hand, in embodiments of the present invention, a plurality of grid V ijk constituting the three-dimensional spatial grid has mutually the same volume (= l 3), as shown in FIG. As a result, the exclusion area can be set with a constant accuracy regardless of the distance from the origin O in both the radial direction and the height direction. If the length l of one side of one grid V ijk is shortened, the exclusion area can be set with higher accuracy and with a constant accuracy regardless of the distance from the origin O.
よって、この発明の実施の形態による排他領域の設定方法は、特許文献1に記載の排他領域の設定方法よりも高い精度で排他領域を設定可能な方法である。
Therefore, the exclusion area setting method according to the embodiment of the present invention is a method capable of setting the exclusion area with higher accuracy than the exclusion area setting method described in
管理装置10は、上述した方法によって、1次利用者の排他領域PERを作成する。そして、管理装置10は、その作成した1次利用者の排他領域PERの外側に存在する2次利用者から通信可否の問い合わせがあった場合、通信可能であることを示す通知を2次利用者に送信するようにしてもよい。
The
制約条件の下で求めた最適解としての送信許可割合aijkの数値評価について説明する。また、設定した排他領域PERについて、レーダの干渉確率をモンテカルロシミュレーションによって評価する。 Numerical evaluation of the transmission permission ratio a ijk as the optimum solution obtained under the constraint condition will be described. Further, the interference probability of the radar with respect to the set exclusive area PER is evaluated by Monte Carlo simulation.
[評価諸元]
フェージングとして、仲上mフェージングおよび対数正規シャドウイングの複合フェージング(非特許文献9)を想定する。このとき、E(hn)は、E(h)=1を考慮すると、次式のように表される(非特許文献9)。
[Evaluation specifications]
As fading, composite fading of Nakagami m fading and logarithmic normal shadowing (Non-Patent Document 9) is assumed. In this case, E (h n), considering E (h) = 1, it is expressed by the following equation (Non-Patent Document 9).
式(23)において、Γ(・)は、ガンマ関数であり、mNは、仲上mフェージングのパラメータであり、σS,dBは、対数正規シャドウイングのdB単位のパラメータであり、ξ=10/ln(10)である。 In Expression (23), Γ(·) is a gamma function, m N is a parameter for Nakagami m fading, σ S,dB is a parameter in dB unit of lognormal shadowing, and ξ= It is 10/ln(10).
図11は、キーホールアンテナの概略図である。レーダのアンテナパターンとして、図11に示すキーホールアンテナ(非特許文献10)を用いる。 FIG. 11 is a schematic diagram of a keyhole antenna. As a radar antenna pattern, the keyhole antenna shown in FIG. 11 (Non-Patent Document 10) is used.
メインローブおよびサイドローブの利得をそれぞれGm,GSとし、ビーム幅をθdとすると、アンテナ利得g(r,θ,φ)は、次式によって表される。 When the gains of the main lobe and the side lobes are G m and G S , respectively, and the beam width is θ d , the antenna gain g(r, θ, φ) is represented by the following equation.
そして、メインローブの利得Gmとサイドローブの利得GSとの間には、次式の関係が成立する。 Then, the following equation holds between the gain G m of the main lobe and the gain G S of the side lobe.
gijkの計算の際には、ローストケースとしてグリッドVijkにおけるアンテナゲインの最大値を用いる。即ち、gijkは、次式によって決定される。 When calculating g ijk , the maximum value of the antenna gain in grid V ijk is used as the roast case. That is, g ijk is determined by the following equation.
また、アンテナゲインが排他領域に与える影響に注目するため、密度λijkおよび送信電力pijkは、一定値を用いる。 Further, in order to pay attention to the influence of the antenna gain on the exclusion area, constant values are used for the density λ ijk and the transmission power p ijk .
最適化問題(式(21))をモデリングフレームワークPyomo(非特許文献11)を用いてPythonに実装し、Interior Point Optimizer(IPOPT)ソルバ(非特許文献12)を用いて解く。評価諸元を表1に示す。 The optimization problem (equation (21)) is implemented in Python using a modeling framework Pyomo (Non-Patent Document 11), and solved using an Interior Point Optimizer (IPOPT) solver (Non-Patent Document 12). Table 1 shows the evaluation specifications.
[排他領域の設計]
図12は、各グリッドにおけるアンテナゲインおよび最適化問題の解であるUAVの送信許可割合を示す図である。図12においては、比較のために、一部の高さについて、アンテナゲインおよび送信許可割合を示す。
[Exclusive area design]
FIG. 12 is a diagram showing the antenna gain in each grid and the transmission permission ratio of the UAV which is the solution of the optimization problem. In FIG. 12, for comparison, the antenna gain and the transmission permission ratio are shown for some heights.
図12を参照して、低い高度では、レーダ(1次利用者)との距離に応じて排他領域が設計され、高い高度では、アンテナゲインを考慮した排他領域が設計されている。 With reference to FIG. 12, an exclusion area is designed according to the distance to the radar (primary user) at a low altitude, and an exclusion area considering antenna gain is designed at a high altitude.
上述したグリッドの形状における近似について、その誤差をモンテカルロシミュレーションにより検証する。 About the approximation in the shape of the grid mentioned above, the error is verified by Monte Carlo simulation.
図13は、経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの関係を示す図である。図13において、縦軸は、経験累積分布関数を表し、横軸は、総干渉電力Iijkを表す。また、実線は、グリッドの形状が立方体であるときの経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの関係を示し、点線は、グリッドの形状が近似形状であるときの経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの関係を示す。なお、図13は、レーダの近傍のグリッド(原点からグリッドの中心までの距離が1.56kmであるグリッド)からの干渉電力の経験累積分布関数(ECDF:Empirical Cumulative Distribution Function)を示す。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the empirical cumulative distribution function and the total interference power I ijk . In FIG. 13, the vertical axis represents the empirical cumulative distribution function, and the horizontal axis represents the total interference power I ijk . The solid line shows the relationship between the empirical cumulative distribution function and the total interference power I ijk when the grid shape is a cube, and the dotted line shows the empirical cumulative distribution function and total interference when the grid shape is an approximate shape. The relationship with the electric power I ijk is shown. Note that FIG. 13 shows an empirical cumulative distribution function (ECDF) of interference power from a grid near the radar (a grid in which the distance from the origin to the center of the grid is 1.56 km).
図14は、経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの別の関係を示す図である。図14において、縦軸は、経験累積分布関数を表し、横軸は、総干渉電力Iijkを表す。また、実線は、グリッドの形状が立方体であるときの経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの関係を示し、点線は、グリッドの形状が近似形状であるときの経験累積分布関数と総干渉電力Iijkとの関係を示す。なお、図14は、レーダから遠方のグリッド(原点からグリッドの中心までの距離が2.83kmであるグリッド)からの干渉電力の経験累積分布関数(ECDF)を示す。 FIG. 14 is a diagram showing another relationship between the empirical cumulative distribution function and the total interference power I ijk . In FIG. 14, the vertical axis represents the empirical cumulative distribution function, and the horizontal axis represents the total interference power I ijk . The solid line shows the relationship between the empirical cumulative distribution function and the total interference power I ijk when the grid shape is a cube, and the dotted line shows the empirical cumulative distribution function and total interference when the grid shape is an approximate shape. The relationship with the electric power I ijk is shown. Note that FIG. 14 shows an empirical cumulative distribution function (ECDF) of the interference power from a grid far from the radar (a grid in which the distance from the origin to the center of the grid is 2.83 km).
図13および図14に示すように、グリッドが原点の近傍および遠方に拘わらず、グリッドの形状が立方体である場合と、グリッドの形状が近似形状である場合とでは、誤差が小さいことが分かる。 As shown in FIGS. 13 and 14, it can be seen that the error is small when the grid shape is a cube and when the grid shape is an approximate shape, regardless of whether the grid is near or far from the origin.
設計した排他領域において、式(18)によって表される総干渉電力のCCDFをモンテカルロシミュレーションにより評価する。図15は、CCDFと総干渉電力Itotalとの関係を示す図である。図15において、縦軸は、CCDFを表し、横軸は、総干渉電力Itotalを表す。また、実線は、解析式によるCCDFを示し、点線は、シミュレーションによるCCDFを示す。 In the designed exclusive area, the CCDF of the total interference power represented by the equation (18) is evaluated by Monte Carlo simulation. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between CCDF and total interference power I total . In FIG. 15, the vertical axis represents CCDF and the horizontal axis represents total interference power I total . Further, the solid line shows the CCDF by the analytical formula, and the dotted line shows the CCDF by the simulation.
図15を参照して、干渉電力は、設定したしきい値を下回ることを確認できる。解析式との誤差の原因として、グリッドの形状における近似の他に、キュムラントマッチングによる近似の誤差およびアンテナゲインのワーストケースを想定したことによる誤差が考えられる。 With reference to FIG. 15, it can be confirmed that the interference power is below the set threshold value. As the cause of the error with the analytical expression, in addition to the approximation in the grid shape, the approximation error due to cumulant matching and the error due to the worst case of the antenna gain are considered.
円柱グリッドとの比較について説明する。図16は、送信するUAVの個数と各グリッドの体積との関係を示す図である。図16において、縦軸は、送信するUAVの個数を表し、横軸は、各グリッドの体積を表す。また、白丸は、グリッドの形状が立方体であるときの送信するUAVの個数と各グリッドの体積との関係を示し、黒丸は、グリッドの形状が円柱であるときの送信するUAVの個数と各グリッドの体積との関係を示す。 The comparison with the cylindrical grid will be described. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the number of UAVs to be transmitted and the volume of each grid. In FIG. 16, the vertical axis represents the number of UAVs to be transmitted, and the horizontal axis represents the volume of each grid. The white circles indicate the relationship between the number of UAVs to be transmitted and the volume of each grid when the grid shape is a cube, and the black circles are the number of UAVs to be transmitted and each grid when the grid shape is a cylinder. Shows the relationship with the volume of.
この発明の実施の形態による立方グリッド分割と、特許文献1に示すような円柱座標に基づくグリッド分割について、それぞれ、排他領域PERを設計し、送信可能なUAVの個数を比較した。
An exclusive area PER was designed for each of the cubic grid division according to the embodiment of the present invention and the grid division based on the cylindrical coordinates as disclosed in
アンテナパターンとして,図11に示すキーホールアンテナについて、メインローブの方向をθ方向にπ/4傾けたものを使用した。 As the antenna pattern, the keyhole antenna shown in FIG. 11 was used in which the direction of the main lobe was inclined by π/4 in the θ direction.
図16を参照して、どちらの場合も、グリッドの体積が小さいほど、すなわち分割数が多いほど、送信可能なUAVの個数が多いことが確認できた。 With reference to FIG. 16, it was confirmed that in both cases, the smaller the grid volume, that is, the larger the number of divisions, the larger the number of UAVs that can be transmitted.
また、同じ体積においては、立方グリッドの方が円柱グリッドと比較して送信可能なUAVの個数が多いことが確認できた。この原因は、グリッドの形状の違いによると考えられる。立方グリッドは、どの座標においてもグリッドの形状が等しいのに対し、円柱グリッドは、中心から離れるほど形状が変化するため、アンテナパターンをそれぞれのグリッドの形状で近似する際、立方グリッドの方が実際のアンテナパターンに近い形状で近似できる。そのため、メインローブとして扱う領域が小さくなり、排他領域PERが小さくなることで送信可能なUAVの個数が増加する。 It was also confirmed that, in the same volume, the cubic grid can transmit more UAVs than the cylindrical grid. It is considered that this is due to the difference in grid shape. The cubic grid has the same grid shape at all coordinates, whereas the cylindrical grid changes its shape as it moves away from the center. It can be approximated by a shape close to the antenna pattern of. Therefore, the area treated as the main lobe becomes smaller and the exclusive area PER becomes smaller, so that the number of transmittable UAVs increases.
このように、この発明の実施の形態による立方グリッドを用いることによって、グリッドの形状が円柱である場合よりも送信可能なUAVの個数を増加できることを実証できた。 As described above, it can be demonstrated that the number of UAVs that can be transmitted can be increased by using the cubic grid according to the embodiment of the present invention as compared with the case where the grid shape is a cylinder.
この発明の実施の形態においては、管理装置10の動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、管理装置10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を備える。
In the embodiment of the present invention, the operation of
ROMは、図7に示すフローチャート(図8から図10に示すフローチャートを含む)からなるプログラムProg_Aを格納する。また、図4に示す2次利用者の送信局STの密度λijk、2次利用者の送信局STの位置Ps、2次利用者の送信電力pijk、アンテナゲインgijk、伝搬損失指数αおよびフェージング係数hijkがグリッドVijkに対応付けられてROMに格納される。 The ROM stores a program Prog_A including the flowchart shown in FIG. 7 (including the flowcharts shown in FIGS. 8 to 10). In addition, the density λ ijk of the transmitting station ST of the secondary user, the position Ps of the transmitting station ST of the secondary user, the transmission power p ijk of the secondary user, the antenna gain g ijk , and the propagation loss index α shown in FIG. And the fading coefficient h ijk is stored in the ROM in association with the grid V ijk .
CPUは、ROMからプログラムProg_Aを読み出し、その読み出したプログラムProg_Aを実行して、上述した方法によって排他領域PERを作成する。 The CPU reads the program Prog_A from the ROM, executes the read program Prog_A, and creates the exclusive area PER by the method described above.
この場合、RAMは、干渉確率P(Itotal>Ith)の演算における途中の計算結果を一時的に記憶する。また、RAMは、決定された送信許可割合aijkを一時的に記憶する。 In this case, the RAM temporarily stores the calculation result in the middle of the calculation of the interference probability P (I total >I th ). Further, the RAM temporarily stores the determined transmission permission ratio a ijk .
従って、プログラムProg_Aは、排他領域PERの作成をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムである。 Therefore, the program Prog_A is a program for causing the computer (CPU) to execute the creation of the exclusive area PER.
また、プログラムProg_Aは、CDおよびDVD等の記録媒体に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ(CPU)は、記録媒体からプログラムProg_Aを読み出して実行し、排他領域PERを作成する。従って、プログラムProg_Aを記録したCD,DVD等は、プログラムProg_Aを記録したコンピュータ(CPU)読み取り可能な記録媒体である。 The program Prog_A may be recorded in a recording medium such as a CD and a DVD and distributed. In this case, the computer (CPU) reads the program Prog_A from the recording medium and executes it to create the exclusive area PER. Therefore, a CD, a DVD, or the like having the program Prog_A recorded therein is a computer (CPU) readable recording medium having the program Prog_A recorded therein.
上記においては、管理装置10は、無線局11に配置されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、管理装置10は、無線局11と異なるところに配置されてもよく、単独で配置されてもよい。
In the above description, it is explained that the
また、上記においては、1次利用者は、免許された無線通信システムであると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、1次利用者は、排他領域外における干渉を示すデータの割合が一定値となる無線通信システムであればよい。 Further, in the above description, the primary user has been described as a licensed wireless communication system, but the embodiment of the present invention is not limited to this, and the primary user may interfere with the outside of the exclusion area. It suffices if the wireless communication system has a constant value of the data indicating the.
更に、上記においては、各グリッドVijkは、立方体の形状を有すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、各グリッドVijkは、立方体の高さ方向における2つの面が上に凸または下に凸である2つの曲面を有する3次元形状を有していてもよく、直方体の形状を有していてもよく、一般的には、円柱座標によって表した3次元形状に近似可能な形状であれば、どのような3次元形状を有していてもよい。 Furthermore, in the above description, each grid V ijk has been described to have a cubic shape, but the embodiment of the present invention is not limited to this, and each grid V ijk has two cubes in the height direction of the cube. The surface may have a three-dimensional shape having two curved surfaces that are convex upward or convex downward, or may have a rectangular parallelepiped shape. Generally, it is a three-dimensional shape represented by cylindrical coordinates. It may have any three-dimensional shape as long as it can approximate the shape.
この発明の実施の形態によれば、管理装置10は、以下の構成を有していればよい。
According to the embodiment of the present invention,
(構成1)
管理装置は、演算手段と、決定手段と、作成手段とを備える。
(Structure 1)
The management device includes a calculation unit, a determination unit, and a creation unit.
演算手段は、渉データの割合が一定値となる1次利用者の受信局を原点とした3次元領域を構成する複数の領域の各々における2次利用者の非均一なポアソン点過程に従って分布した送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲイン、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、1次利用者の受信局が2次利用者の送信する全ての送信局から受けるしきい値よりも大きい干渉電力を、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合の関数である1次利用者の受信局への干渉確率として演算する。 The calculating means is distributed according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of the plurality of regions forming the three-dimensional region with the receiving station of the primary user as the origin, where the ratio of the coverage data is a constant value. Transmission power of transmitting station, antenna gain at receiving station of primary user, fading coefficient between receiving station of primary user and transmitting station of secondary user, position and origin of transmitting station of secondary user Using the Euclidean distance with and the propagation loss index, the interference power in each of the plurality of regions is larger than the threshold value that the receiving station of the primary user receives from all the transmitting stations of the secondary user. It is calculated as the probability of interference with the receiving station of the primary user, which is a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user.
決定手段は、演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において決定する。 The deciding means sets a plurality of transmission permission ratios of the transmitting stations of the secondary user that minimizes the number of transmitting stations of the secondary user whose calculated interference probability is equal to or less than the target value and whose transmission is prohibited. Determine in each of the areas.
作成手段は、決定された複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する。 The creating means creates an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the plurality of determined areas.
そして、演算手段は、複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に複数の領域の各々の形状を近似して干渉電力を演算する。 Then, the calculation means calculates the interference power by approximating the shape of each of the plurality of regions to the three-dimensional shape represented by the cylindrical coordinates, which has the same volume as each of the plurality of regions.
(構成2)
構成1において、演算手段は、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲインと、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局が1次利用者の受信局に与える第1の干渉電力を演算し、第1の干渉電力のラプラス変換を用いて第1の干渉電力のn(nは正の整数)次キュムラントを2次利用者の送信局の送信許可割合の関数として演算し、その演算したn次キュムラントに基づいて、複数の領域における2次利用者の全ての送信局から1次利用者の受信局への干渉電力である第2の干渉電力のn次キュムラントを演算し、その演算した第2の干渉電力のn次キュムラントに基づいて、第2の干渉電力の確率密度関数を演算し、その演算した確率密度関数のパラメータを用いて干渉確率を演算する。
(Configuration 2)
In the
(構成3)
構成2において、演算手段は、第2の干渉電力の1次キュムラントからn次キュムラントまでの和を演算することによって第2の干渉電力のn次キュムラントを演算する。
(Structure 3)
In the
(構成4)
構成1から構成3のいずれかにおいて、決定手段は、複数の領域の各々における2次利用者の送信する送信局の個数に2次利用者の送信局の送信が禁止される確率を乗算した乗算結果を複数の領域について加算した加算結果を目的関数とし、演算された干渉確率が干渉の許容値よりも小さくなる制約条件の下で、目的関数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において求めることにより、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を決定する。
(Structure 4)
In any one of
(構成5)
構成1から構成4のいずれかにおいて、複数の領域に存在する2次利用者の送信局は、送信許可割合に基づいて、1次利用者および2次利用者が共用する第1の周波数帯における通信を許可され、送信許可割合から決定された送信禁止割合に基づいて、第1の周波数帯よりも低周波数帯である第2の周波数帯における制御情報のみの通信が許可される。
(Structure 5)
In any one of the
(構成6)
構成1から構成5のいずれかにおいて、複数の領域の各々は、立方体の形状を有する。演算手段は、立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に立方体の形状を近似して干渉電力を演算する。
(Structure 6)
In any one of
(構成7)
コンピュータに実行させるためのプログラムは、
演算手段が、干渉データの割合が一定値となる1次利用者の受信局を原点とした3次元領域を構成する複数の領域の各々における2次利用者の非均一なポアソン点過程に従って分布した送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲイン、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、1次利用者の受信局が2次利用者の送信する全ての送信局から受けるしきい値よりも大きい干渉電力を、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合の関数である1次利用者の受信局への干渉確率として演算する第1のステップと、
決定手段が、演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において決定する第2のステップと、
作成手段が、決定された複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する第3のステップとをコンピュータに実行させる。
(Structure 7)
The program to make the computer execute is
The computing means distributes according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of the plurality of regions forming the three-dimensional region with the receiving station of the primary user as the origin, where the ratio of the interference data is a constant value. Transmitting power of transmitting station, antenna gain at receiving station of primary user, fading coefficient between receiving station of primary user and transmitting station of secondary user, position and origin of transmitting station of secondary user Using the Euclidean distance between and, and the propagation loss index, the interference power in each of the plurality of regions is larger than the threshold value that the receiving station of the primary user receives from all the transmitting stations of the secondary user. A first step of calculating as a probability of interference with the receiving station of the primary user, which is a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user,
The determining means minimizes the number of secondary user transmitting stations whose transmission is prohibited and the calculated interference probability is equal to or less than the target value, and sets a plurality of transmission permission ratios of the secondary user transmitting stations to a plurality of transmission permitting ratios. A second step of determining in each of the regions,
A third step in which the creating means creates an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the determined plurality of areas. And make the computer execute.
そして、演算手段は、第1のステップにおいて、複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に複数の領域の各々の形状を近似して干渉電力を演算する。 Then, in the first step, the calculating means has the same volume as each volume of the plurality of areas, and approximates each shape of the plurality of areas to the three-dimensional shape represented by the cylindrical coordinates to obtain the interference power. Is calculated.
(構成8)
構成7において、演算手段は、第1のステップにおいて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局の送信電力、1次利用者の受信局におけるアンテナゲインと、1次利用者の受信局と2次利用者の送信局との間のフェージング係数、2次利用者の送信局の位置と原点とのユークリッド距離、および伝搬損失指数を用いて、複数の領域の各々における2次利用者の送信局が1次利用者の受信局に与える第1の干渉電力を演算し、第1の干渉電力のラプラス変換を用いて第1の干渉電力のn(nは正の整数)次キュムラントを2次利用者の送信局の送信許可割合の関数として演算し、その演算したn次キュムラントに基づいて、複数の領域における2次利用者の全ての送信局から1次利用者の受信局への干渉電力である第2の干渉電力のn次キュムラントを演算し、その演算した第2の干渉電力のn次キュムラントに基づいて、第2の干渉電力の確率密度関数を演算し、その演算した確率密度関数のパラメータを用いて干渉確率を演算する。
(Structure 8)
In the configuration 7, in the first step, the calculating means is the transmission power of the transmitting station of the secondary user in each of the plurality of regions, the antenna gain in the receiving station of the primary user, and the receiving station of the primary user. Of the secondary user in each of the plurality of regions by using the fading coefficient between the transmission station of the secondary user and the transmission station of the secondary user, the Euclidean distance between the position of the transmission station of the secondary user and the origin, and the propagation loss index. The first interference power that the transmitting station gives to the receiving station of the primary user is calculated, and the nth (n is a positive integer)-order cumulant of the first interference power is calculated by using the Laplace transform of the first interference power. Calculate as a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user, and based on the calculated nth order cumulant, interference from all transmitting stations of the secondary user to the receiving station of the primary user in multiple areas. The n-th cumulant of the second interference power, which is electric power, is calculated, the probability density function of the second interference power is calculated based on the calculated n-th cumulant of the second interference power, and the calculated probability density The interference probability is calculated using the function parameters.
(構成9)
構成8において、演算手段は、第1のステップにおいて、第2の干渉電力の1次キュムラントからn次キュムラントまでの和を演算することによって第2の干渉電力のn次キュムラントを演算する。
(Configuration 9)
In the
(構成10)
構成7から構成9のいずれかにおいて、決定手段は、第2のステップにおいて、複数の領域の各々における2次利用者の送信する送信局の個数に2次利用者の送信局の送信が禁止される確率を乗算した乗算結果を複数の領域について加算した加算結果を目的関数とし、演算された干渉確率が干渉の許容値よりも小さくなる制約条件の下で、目的関数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を複数の領域の各々において求めることにより、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する2次利用者の送信局の送信許可割合を決定する。
(Configuration 10)
In any one of the configurations 7 to 9, in the second step, the determining unit prohibits the transmission of the transmission station of the secondary user to the number of transmission stations of the secondary user in each of the plurality of areas. The secondary use that minimizes the objective function under the constraint that the calculated interference probability is smaller than the interference tolerance, and the addition result obtained by adding the multiplication result obtained by multiplying the probability of The transmission permission ratio of the secondary user's transmission station is determined in each of the plurality of areas to determine the transmission permission ratio of the secondary user's transmission station that minimizes the number of secondary user transmission stations whose transmission is prohibited. To do.
(構成11)
構成7から構成10のいずれかにおいて、複数の領域に存在する2次利用者の送信局は、送信許可割合に基づいて、1次利用者および2次利用者が共用する第1の周波数帯における通信を許可され、送信許可割合から決定された送信禁止割合に基づいて、第1の周波数帯よりも低周波数帯である第2の周波数帯における制御情報のみの通信が許可される。
(Configuration 11)
In any one of the configurations 7 to 10, the transmitting stations of the secondary users existing in the plurality of areas are in the first frequency band shared by the primary user and the secondary user based on the transmission permission ratio. Communication is permitted, and communication of only control information in the second frequency band, which is a lower frequency band than the first frequency band, is permitted based on the transmission prohibition rate determined from the transmission permission rate.
(構成12)
構成7から構成11のいずれかにおいて、複数の領域の各々は、立方体の形状を有する。演算手段は、第1のステップにおいて、立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に立方体の形状を近似して干渉電力を演算する。
(Configuration 12)
In any one of Configuration 7 to
(構成13)
記録媒体は、構成7から構成12のいずれか1項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
(Configuration 13)
The recording medium is a computer-readable recording medium in which the program according to any one of configurations 7 to 12 is recorded.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
この発明は、管理装置、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に適用される。 The present invention is applied to a management device, a program to be executed by a computer, and a computer-readable recording medium recording the program.
1,11 無線局、2,3,121〜12s 端末、10 管理装置、101 受信手段、102 演算手段、103 記憶手段、104 決定手段、105 作成手段。 1, 11 wireless stations, 2, 3, 121 to 12s terminals, 10 management device, 101 receiving means, 102 computing means, 103 storage means, 104 determining means, 105 creating means.
Claims (13)
前記演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する前記2次利用者の送信局の送信許可割合を前記複数の領域の各々において決定する決定手段と、
前記決定された前記複数の領域の各々における前記2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、前記1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する作成手段とを備え、
前記演算手段は、前記複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に前記複数の領域の各々の形状を近似して前記干渉電力を演算する、管理装置。 Transmission of transmission stations distributed according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of a plurality of regions forming a three-dimensional region whose origin is the receiving station of the primary user where the ratio of the interference data is a constant value Power, antenna gain at the receiving station of the primary user, fading coefficient between the receiving station of the primary user and the transmitting station of the secondary user, position of the transmitting station of the secondary user, and Using the Euclidean distance from the origin and the propagation loss index, the interference power larger than the threshold received by the receiving station of the primary user from all the transmitting stations of the secondary users is Computing means for computing as a probability of interference to the receiving station of the primary user which is a function of the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the regions;
The calculated interference probability is less than or equal to a target value, and the transmission permission ratio of the transmission station of the secondary user that minimizes the number of transmission stations of the secondary user whose transmission is prohibited is set to the plurality of areas. Determining means for each of the
Creating means for creating an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the determined plurality of areas. Prepare,
The calculation means calculates the interference power by approximating each shape of the plurality of areas to a three-dimensional shape represented by cylindrical coordinates, which has the same volume as each of the plurality of areas. Management device.
前記演算手段は、前記立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に前記立方体の形状を近似して前記干渉電力を演算する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の管理装置。 Each of the plurality of regions has a cubic shape,
The calculating means has a three-dimensional shape having the same volume as the cube and having two arc-shaped curved surfaces protruding in a direction parallel to the ground and two flat surfaces arranged in a direction perpendicular to the ground. The management device according to claim 1, wherein the interference power is calculated by approximating the shape of a cube.
決定手段が、前記演算された干渉確率が目標値以下になり、かつ、送信が禁止される2次利用者の送信局の個数を最小化する前記2次利用者の送信局の送信許可割合を前記複数の領域の各々において決定する第2のステップと、
作成手段が、前記決定された前記複数の領域の各々における前記2次利用者の送信局の送信許可割合に基づいて、前記1次利用者のみが無線通信を行うことができる排他領域を作成する第3のステップとをコンピュータに実行させ、
前記演算手段は、前記第1のステップにおいて、前記複数の領域の各々の体積と同じ体積を有し、かつ、円柱座標によって表した3次元形状に前記複数の領域の各々の形状を近似して前記干渉電力を演算する、コンピュータに実行させるためのプログラム。 The computing means distributes according to the non-uniform Poisson point process of the secondary user in each of the plurality of regions forming the three-dimensional region with the receiving station of the primary user as the origin, where the ratio of the interference data is a constant value. Transmission power of transmitting station, antenna gain at receiving station of primary user, fading coefficient between receiving station of primary user and transmitting station of secondary user, transmitting station of secondary user Using the Euclidean distance between the position of the first user and the origin, and the propagation loss index, an interference power larger than a threshold value received by the receiving station of the primary user from all the transmitting stations of the secondary user is received. A first step of calculating as a probability of interference with the receiving station of the primary user, which is a function of a transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the plurality of regions,
The determining means sets the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user that minimizes the number of transmitting stations of the secondary user whose calculated interference probability is equal to or less than the target value and whose transmission is prohibited. A second step of determining in each of the plurality of regions;
The creating means creates an exclusive area in which only the primary user can perform wireless communication based on the transmission permission ratio of the transmitting station of the secondary user in each of the determined plurality of areas. Let the computer perform the third step and
In the first step, the arithmetic means has the same volume as each volume of the plurality of areas, and approximates each shape of the plurality of areas to a three-dimensional shape represented by cylindrical coordinates. A program for causing a computer to calculate the interference power.
前記演算手段は、前記第1のステップにおいて、前記立方体の体積と同じ体積を有するとともに地面に平行な方向に突出した円弧状の2つの曲面と地面に垂直な方向に配置された2つの平面とを有する3次元形状に前記立方体の形状を近似して前記干渉電力を演算する、請求項7から請求項11のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。 Each of the plurality of regions has a cubic shape,
In the first step, the calculating means has two arc-shaped curved surfaces that have the same volume as the cube and project in a direction parallel to the ground, and two planes that are arranged in a direction perpendicular to the ground. A program for causing a computer according to any one of claims 7 to 11 to execute the interference power by approximating a shape of the cube to a three-dimensional shape having.
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中村 拓哉 TAKUYA NAKAMURA, 電子情報通信学会2016年通信ソサイエティ大会講演論文集1 PROCEEDINGS OF THE 2016 IEICE COMMUNICAT, JPN6022048380, September 2016 (2016-09-01), ISSN: 0004920040 * |
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