JP7237037B2 - 周波数マッピング装置、周波数マッピング方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、周波数マッピング装置、周波数マッピング方法及びコンピュータプログラムに関する。

近年、高まるモバイルトラフィックの需要に対処するために、異なる複数の無線通信システムが同じ周波数帯を共用することが検討されている。例えば、既存の無線通信システムに割り当てられている周波数帯を他の無線通信システム（２次事業者システム）が二次的に利用することができるようにすることが検討されている。この異システム間の周波数共用においては、絶対優先される既存の無線通信システムが使用していない空きリソースを２次事業者システムが使用する。既存の無線通信システムと２次事業者システムとが共用する周波数帯（共用周波数帯）を２次事業者システムに割り当てる周波数割当技術が、例えば非特許文献１，２に記載されている。非特許文献１，２に記載される周波数割当技術では、２次事業者システムの需要に基づいて周波数軸及び時間軸における共用周波数帯の周波数割当量を動的に決定している。

"Fair Dynamic Spectrum Management in Licensed Shared Access Systems"，IEEE Systems Journal，Volume: 13，Issue: 3，Sept. 2019 Mirza Kibria，"Resource Allocation in Shared Spectrum Access Communications for Operators with Diverse Service Requirements"，2016

しかし、上述した非特許文献１，２に記載される周波数割当技術では、２次事業者システムへ割り当てた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上にどのようにマッピングするのかまでは検討されていない。このため、以下のような問題が発生する可能性があった。

共用周波数帯の周波数割当量の周波数軸上及び時間軸上へのマッピングにおいて、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離すると、異なる無線通信システム間のガードバンド数が増大し、周波数利用効率が低下する。また、キャリアアグリゲーション（Carrier Aggregation：ＣＡ）におけるコンポーネントキャリア数が増えることにより、基地局及び端末においてリソース消費量が増加する。また、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であると、基地局への使用周波数の切り替え設定変更が発生し、基地局の運用工数が増大する。また、共用周波数帯の周波数割当量の割当においては、２次事業者システム間の公平性を考慮することが要求される。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へ適切にマッピングすることを図ることにある。

（１）本発明の一態様は、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力部と、マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算部と、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を格納する割当結果格納部と、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力部と、を備え、前記マッピング計算部は、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、周波数マッピング装置である。
（２）本発明の一態様は、前記割当順番制御は、前記制御対象の前記無線通信システムの今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記周波数割当量を確保することができることが実行の条件である、上記（１）の周波数マッピング装置である。
（３）本発明の一態様は、前記利得関数は、各前記無線通信システムに対して、前記周波数連続性値に対する重み係数と前記時間連続性値に対する重み係数とが設定される、上記（１）又は（２）のいずれかの周波数マッピング装置である。
（４）本発明の一態様は、前記マッピング計算部は、一の前記無線通信システムに対して、前記マッピング計算タイムスロットにおいて当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める目的関数を使用して、当該総和が最大になるように、前記マッピング計算タイムスロットで当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求める、上記（１）から（３）のいずれかの周波数マッピング装置である。
（５）本発明の一態様は、前記目的関数は、前記周波数連続性値に対する重み係数と前記時間連続性値に対する重み係数とが設定される、上記（４）の周波数マッピング装置である。
（６）本発明の一態様は、前記目的関数において、前記周波数連続性値及び前記時間連続性値が各補助変数により表される、上記（４）又は（５）のいずれかの周波数マッピング装置である。

（７）本発明の一態様は、周波数マッピング装置が、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力ステップと、前記周波数マッピング装置が、マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算ステップと、前記周波数マッピング装置が、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を割当結果格納部に格納する割当結果格納ステップと、前記周波数マッピング装置が、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力ステップと、を含み、前記マッピング計算ステップは、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、周波数マッピング方法である。

（８）本発明の一態様は、コンピュータに、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力ステップと、マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算ステップと、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を割当結果格納部に格納する割当結果格納ステップと、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであり、前記マッピング計算ステップは、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、コンピュータプログラムである。

本発明によれば、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へ適切にマッピングすることができるという効果が得られる。

一実施形態に係る周波数マッピング装置の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係るマッピング計算方法を説明するための説明図である。 一実施形態に係るマッピング結果と従来のマッピング結果との比較例を示す説明図である。 一実施形態に係る周波数マッピング方法の手順の例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る周波数マッピング装置の構成例を示すブロック図である。図１において、周波数マッピング装置１は、周波数割当量入力部１１と、マッピング計算部１２と、割当結果出力部１３と、割当結果データベース（割当結果ＤＢ）１４と、を備える。

周波数マッピング装置１の各機能は、周波数マッピング装置１がＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）及びメモリ等のコンピュータハードウェアを備え、ＣＰＵがメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。なお、周波数マッピング装置１として、汎用のコンピュータ装置を使用して構成してもよく、又は、専用のハードウェア装置として構成してもよい。

周波数マッピング装置１は、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へマッピングする周波数マッピング処理を実行する。本実施形態の一例として、周波数マッピング装置１は、既存の無線通信システム（既存システム）に割り当てられている周波数帯を他の複数の無線通信システム（２次事業者システム）が二次的に利用する場合において、当該周波数帯（共用周波数帯）の空きリソースが各２次事業者システムに割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へマッピングする。この周波数マッピング処理において、本実施形態では、同一の２次事業者システムに対して、周波数軸及び時間軸においてできる限り連続して割り当てるようにする。これにより、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離することによる周波数利用効率の低下等の問題や、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であることによる運用工数の増大等の問題などを抑制することを図る。

また、本実施形態では、共用周波数帯の周波数割当量の割当において、周波数や時間の連続性の点で２次事業者システム間の公平性を考慮する。

周波数割当量入力部１１は、複数の無線通信システム（２次事業者システム）の各々に割り当てられた各タイムスロット（時間スロット）の共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報１１０の入力を受付ける。各２次事業者システムへの共用周波数帯の周波数割当量は、各２次事業者システムの需要申請と、既存システムの空きリソースにおける周波数軸の空き（空きリソース帯域）及び時間軸の空き（空きリソース時間）とに基づいて、タイムスロット毎に決定される。以下、共用周波数帯の周波数割当量のことを単に周波数割当量と称する場合がある。

マッピング計算部１２は、周波数割当量情報１１０に示される各２次事業者システムの周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へマッピングする。このマッピングでは、マッピング計算部１２は、マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の２次事業者システムの共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の２次事業者システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して、当該一の２次事業者システムの利得関数値を求める。マッピング計算部１２は、全ての２次事業者システムの各利得関数値を算出する。次いで、マッピング計算部１２は、利得関数値が小さい方の一の２次事業者システムから順次、マッピング計算タイムスロットにおいて当該一の２次事業者システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、マッピング計算タイムスロットで当該一の２次事業者システムに割り当てる共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返す。このマッピング計算処理の繰り返しによって、各２次事業者システムに対して、マッピング計算タイムスロットで割り当てる共用周波数帯の周波数チャネルが求められる。

本実施形態では、マッピング計算処理において、マッピング計算部１２は、一の２次事業者システムに対して、マッピング計算タイムスロットにおいて当該一の２次事業者システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める目的関数を使用して、当該総和が最大になるように、マッピング計算タイムスロットで当該一の２次事業者システムに割り当てる共用周波数帯の周波数チャネルを求める。本実施形態に係るマッピング計算方法の詳細は後述する。

割当結果出力部１３は、各２次事業者システムに割り当てられた共用周波数帯の周波数チャネル及びタイムスロットの割当結果を示す割当結果情報１２０を出力する。各２次事業者システムの割当結果情報１２０は、各２次事業者システムへ通知される。各２次事業者システムは、割当結果情報１２０に示される自己の割当結果に従って、共用周波数帯を利用する。

割当結果ＤＢ１４は、各２次事業者システムに割り当てられた共用周波数帯の周波数チャネル及びタイムスロットの割当結果を格納する。

［マッピング計算方法］
本実施形態に係るマッピング計算方法を説明する。なお、下付き文字の例えば「ａ」を「＿ａ」と表記する場合がある。周波数マッピング装置１には、周波数マッピング処理で使用されるパラメータ、利得関数、目的関数及び制約条件が予め設定される。

周波数マッピング装置１には、次の（１）式に示されるパラメータが予め設定される。

ｉは２次事業者システムを識別する２次事業者システム番号である。Ｍは２次事業者システム番号の集合である。ｆは共用周波数帯の周波数チャネルを識別する周波数チャネル番号である。Ｆは共用周波数帯の周波数チャネル番号の集合である。ｔは共用周波数帯が割り当てられるタイムスロットを識別するタイムスロット番号である。Ｔはタイムスロット番号の集合である。本実施形態では、集合Ｔはマッピング計算期間に対応する。これは、集合Ｔに含まれる全てのタイムスロット番号ｔがマッピング計算の対象であることを意味する。αは周波数連続性の重み係数である。βは時間連続性の重み係数である。ｘ＿ｉ，ｆ，ｔは、２次事業者システム（ｉ）に対する周波数チャネル（ｆ）のタイムスロット（ｔ）でのマッピング結果（割当結果）「１が割当あり、０が割当なし」である。

本実施形態では、２次事業者システムに割り当てるチャネル（割当チャネル）の周波数連続性を表す値（周波数連続性値）の一例として、同一タイムスロット内で同一の２次事業者システムへ割り当てる周波数チャネルが連続する個数（連続割当数）を使用する。また、割当チャネルの時間連続性を表す値（時間連続性値）の一例として、同一周波数チャネル内で同一の２次事業者システムへ割り当てるタイムスロットが連続する個数（連続割当数）を使用する。

周波数マッピング装置１には、次の（２）式に示される利得関数が予め設定される。

（２）式に示される利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎは、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）よりも過去の一の２次事業者システム（ｉ）の共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の２次事業者システム（ｉ）の割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求めるものである。利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎにおいて、周波数連続性値は、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）の一つ前のタイムスロット（ｔ＿ｎ－１）までの周波数チャネルの連続割当数である。利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎにおいて、時間連続性値は、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）の一つ前のタイムスロット（ｔ＿ｎ－１）までのタイムスロットの連続割当数である。

また、（２）式に示される利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎは、各２次事業者システム（ｉ）に対して、周波数連続性の重み係数α＿ｉと時間連続性の重み係数β＿ｉとによって、周波数連続性値と時間連続性値とに対する重み付けを調整することができるものである。重み係数α＿ｉと重み係数β＿ｉとは、「α＿ｉ＋β＿ｉ＝１」の条件で周波数マッピング装置１に設定される。各２次事業者システム（ｉ）の重み係数α＿ｉ，重み係数β＿ｉは、共用周波数帯の管理システムが所定のポリシーに基づいて予め決定してもよく、又は、各２次事業者システムが自己の重み係数α＿ｉ，重み係数β＿ｉを任意に決定してもよい。各２次事業者システムが自己の重み係数α＿ｉ，重み係数β＿ｉを任意に決定することができることにより、各２次事業者システムが自己のポリシに合わせた周波数連続性及び時間連続性の各重要度を設定することができるので、２次事業者システムの用途の違いに応じた柔軟なマッピングが可能になる。

周波数マッピング装置１には、次の（３）式に示される目的関数が予め設定される。

（３）式に示される目的関数は、一の２次事業者システム（ｉ）に対して、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において当該一の２次事業者システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求めるものである。（３）式において、周波数連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）且つマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において、ある周波数チャネル（ｆ－１）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ－１，ｔ＿ｎと当該周波数チャネル（ｆ－１）を周波数軸方向に一つずらした周波数チャネル（ｆ）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎとの積により算出される。また、時間連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）且つ同一周波数チャネル（ｆ）において、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）の一つ前のタイムスロット（ｔ＿ｎ－１）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ－１とマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎとの積により算出される。

また、（３）式に示される目的関数は、周波数連続性の重み係数αと時間連続性の重み係数βとによって、周波数連続性値と時間連続性値とに対する重み付けを調整することができるものである。

周波数マッピング装置１には、次の（４）式，（５）式，（６）式に示される制約条件が予め設定される。

（４）式の制約条件は、ある２次事業者システム（ｉ）且つマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において割り当てる周波数チャネル（ｆ）の合計が、当該２次事業者システム（ｉ）且つマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）に対する周波数割当量ｆａ＿ｉ，ｔ＿ｎに一致することである。２次事業者システム（ｉ）に対する各タイムスロット（ｔ）の周波数割当量ｆａ＿ｉ，ｔは、周波数割当量情報１１０に含まれている。

（５）式の制約条件は、同一周波数チャネル（ｆ）且つマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）の割当チャネルが一つの２次事業者システム（ｉ）に対してのみ割り当てられることである。

（６）式の制約条件は、ｘ＿ｉ，ｆ，ｔが「１：割当あり」又は「０：割当なし」である。

ここで、図２を参照して本実施形態に係るマッピング計算方法を説明する。図２は、本実施形態に係るマッピング計算方法を説明するための説明図である。

（ステップＳ１０１） マッピング計算部１２は、（２）式の利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎを使用して、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）よりも過去（ｔ＿０からｔ＿ｎ－１まで）の割当結果に基づいた各２次事業者システムの利得関数値を算出する。この利得関数値が小さいほど、今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）での割当優先度が高くなる。

（ステップＳ１０２） マッピング計算部１２は、利得関数値が最小の２次事業者システムＣに対して、（４）式、（５）式及び（６）式の制約条件を満たし且つ（３）式の目的関数が最大になる解「マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）」を求める計算を実行する。この計算には、最適化問題を解くための従来の最適化ツールや探索アルゴリズムを適用することができる。マッピング計算部１２は、その計算結果の「マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）」を、以降の２次事業者システムに対する制約条件の（７）式として追加する。

（７）式の制約条件は、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において既に割当済みの２次事業者システムのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）であって「１：割当あり」又は「０：割当なし」である。

（ステップＳ１０３） マッピング計算部１２は、次に利得関数値が最小の２次事業者システムＡに対して、（４）式、（５）式、（６）式及び（７）式の制約条件を満たし且つ（３）式の目的関数が最大になる解「マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）」を求める計算を実行する。マッピング計算部１２は、その計算結果の「マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）」を、以降の２次事業者システムに対する制約条件の（７）式として追加する。このステップＳ１０３は、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において全ての割当対象の２次事業者システムの割当が終了するまで繰り返される。

（ステップＳ１０４） マッピング計算部１２は、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において全ての割当対象の２次事業者システムＡ，Ｂ，Ｃの割当が終了すると、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）に対するマッピング計算処理を終了する。マッピング計算部１２は、各２次事業者システムＡ，Ｂ，Ｃに対するマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）を割当結果ＤＢ１４に格納する。

なお、マッピング計算部１２は、前回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ－１）において共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった２次事業者システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）における共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行してもよい。当該割当順番制御は、制御対象の２次事業者システムの今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）における周波数割当量を確保することができることが実行の条件である。

その割当順番制御では、マッピング計算部１２は、今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において、割当対象の２次事業者システムのうち未割当であって利得関数値が最小の２次事業者システム（第１実行２次事業者システム）が前回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ－１）において割当が無かった場合、第１実行２次事業者システムに対する割当処理を保留する。マッピング計算部１２は、第１実行２次事業者システムの次に利得関数値が最小の２次事業者システム（第２実行２次事業者システム）が割当処理の実行の順番になったときに、割当処理が保留されている第１実行２次事業者システムが存在する場合、今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において既に割当済みのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）に基づいて、連続して空いている周波数チャネル数（連続空きチャネル数）を算出する。マッピング計算部１２は、その連続空きチャネル数と、第２実行２次事業者システムに対して今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）で割り当てられる周波数チャネル数との差が、割当処理が保留されている第１実行２次事業者システムに対して今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）で割り当てられる周波数チャネル数より小さい場合、割当処理が保留されている第１実行２次事業者システムに対する割当処理を先に実行する。このように、本割当順番制御では、割当処理が保留されている第１実行２次事業者システムが所望する連続帯域が確保されなくなる他の２次事業者システムの割当処理が実行される直前まで、当該第１実行２次事業者システムに対する割当処理を保留する。

この割当順番制御により、前回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ－１）において周波数チャネルの割当が無いために、今回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）において特段に時間連続性を考慮しなくてもよい第１実行２次事業者システムを不必要に先行して割当処理が実行されることを防ぐことができる。これにより、前回のマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ－１）において周波数チャネルの割当が有る他の２次事業者システムを優先して、時間連続性を考慮した割当処理を実行することができる。

また、上記した（３）式の目的関数において、周波数連続性値の変数「（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）×（ｘ＿ｉ，ｆ－１，ｔ＿ｎ）」を、（８）式の制約条件による補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」により表してもよい。また、時間連続性値の変数「（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）×（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ－１）」を、（９）式の制約条件による補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」により表してもよい。

（８）式の制約条件による補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」及び（９）式の制約条件による補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」を（３）式の目的関数に導入することにより、目的関数及び各制約条件が全て線形関数で表現され、マッピング問題を線形の整数最適化問題として定式化することができる。これにより、マッピング計算部１２によるマッピング計算において汎用的な線形最適化問題を解くソルバーを利用することができ、高速な求解が可能となる。このマッピング計算時間が短縮されることにより、２次事業者システムからの共用周波数帯の利用申請から周波数の割当までにかかる時間を短縮することができる。これにより、共用周波数帯の時間的な変化に迅速に対応して周波数の二次的利用が可能になるので、時間的な周波数利用効率が向上する効果が得られる。

図３は、本実施形態に係るマッピング結果と従来のマッピング結果との比較例を示す説明図である。図３（１）には、従来のマッピング結果の例が示されている。図３（２）には、本実施形態のマッピング結果の例が示されている。

図３（１）の従来のマッピング結果の例では、周波数割当量のマッピングにおいて周波数連続性や時間連続性が考慮されておらず、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離したり、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であったりする。このため、従来のマッピング結果では、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離することによる周波数利用効率の低下や、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であることによる基地局の運用工数の増大などが問題となり得る。

一方、図３（２）の本実施形態のマッピング結果の例では、周波数割当量のマッピングにおいて周波数連続性や時間連続性が考慮されるため、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離したり、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であったりすることが抑制される。これにより、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離することによる周波数利用効率の低下や、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であることによる基地局の運用工数の増大などの問題の発生を防ぐことができるようになる。

また、本実施形態では、（２）式の利得関数δ＿ｉ，ｔ＿ｎの利得関数値に基づいて、周波数や時間の連続性の点で２次事業者システム間の公平性が考慮された周波数チャネルの割当が行われる。この利得関数値に基づいた周波数チャネルの割当がある一定期間のタイムスロットで繰り返されると、周波数連続性や時間連続性が低い２次事業者システムが優先して周波数チャネルが割り当てられることにより、利得関数値が平準化されるため、周波数や時間の連続性の点で２次事業者システム間の長期的な公平性が得られる効果を奏する。

以上が本実施形態に係るマッピング計算方法の説明である。

次に図４を参照して本実施形態に係る周波数マッピング方法について説明する。図４は、本実施形態に係る周波数マッピング方法の手順の例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１） 周波数マッピング装置１は、複数の２次事業者システムの各々に割り当てられた各タイムスロットの共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報１１０の入力を受付ける。周波数マッピング装置１は、周波数割当量情報１１０に基づいて、上記（１）式の各パラメータ、上記（２）式の利得関数、上記（３）式の目的関数及び上記（４）式や（５）式等の制約条件を設定する。

（ステップＳ２） 周波数マッピング装置１は、ステップＳ１で設定された利得関数を使用して、マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）における各２次事業者システムの利得関数値を算出する。周波数マッピング装置１は、算出した利得関数値が小さい方の２次事業者システムから順次、ステップＳ１で設定された制約条件を満たし且つステップＳ１で設定された目的関数が最大になる解「マッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）でのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）」を求める計算を実行する。

（ステップＳ３） 周波数マッピング装置１は、ステップＳ２で求められた各２次事業者システムに割り当てられたマッピング計算タイムスロット（ｔ＿ｎ）の共用周波数帯の周波数チャネルのマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ＿ｎ）を割当結果ＤＢ１４に格納する。

（ステップＳ４） 周波数マッピング装置１は、各２次事業者システムに割り当てられた共用周波数帯の周波数チャネル及びタイムスロットの割当結果を示す割当結果情報１２０を出力する。

本実施形態によれば、共用周波数帯の周波数割当量のマッピングにおいて周波数連続性や時間連続性が考慮されるため、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が分離したり、同一の２次事業者システムに割り当てる周波数が時間的に不連続であったりすることが抑制される。これにより、複数の２次事業者システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を周波数軸上及び時間軸上へ適切にマッピングすることができるという効果が得られる。また、本実施形態によれば、周波数や時間の連続性の点で２次事業者システム間の公平性が考慮された周波数チャネルの割当を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、上述した各装置の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…周波数マッピング装置、１１…周波数割当量入力部、１２…マッピング計算部、１３…割当結果出力部、１４…割当結果データベース（割当結果ＤＢ）

Claims (8)

1. 複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力部と、
   マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算部と、
   各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を格納する割当結果格納部と、
   各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力部と、
   を備え、
   前記マッピング計算部は、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、
   周波数マッピング装置。
2. 前記割当順番制御は、前記制御対象の前記無線通信システムの今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記周波数割当量を確保することができることが実行の条件である、
   請求項１に記載の周波数マッピング装置。
3. 前記利得関数は、各前記無線通信システムに対して、前記周波数連続性値に対する重み係数と前記時間連続性値に対する重み係数とが設定される、
   請求項１又は２のいずれか１項に記載の周波数マッピング装置。
4. 前記マッピング計算部は、一の前記無線通信システムに対して、前記マッピング計算タイムスロットにおいて当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める目的関数を使用して、当該総和が最大になるように、前記マッピング計算タイムスロットで当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求める、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の周波数マッピング装置。
5. 前記目的関数は、前記周波数連続性値に対する重み係数と前記時間連続性値に対する重み係数とが設定される、
   請求項４に記載の周波数マッピング装置。
6. 前記目的関数において、前記周波数連続性値及び前記時間連続性値が各補助変数により表される、
   請求項４又は５のいずれか１項に記載の周波数マッピング装置。
7. 周波数マッピング装置が、複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を割当結果格納部に格納する割当結果格納ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力ステップと、
   を含み、
   前記マッピング計算ステップは、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、
   周波数マッピング方法。
8. コンピュータに、
   複数の無線通信システムの各々に割り当てられた共用周波数帯の周波数割当量を示す周波数割当量情報の入力を受付ける周波数割当量入力ステップと、
   マッピング計算タイムスロットよりも過去の一の前記無線通信システムの前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果における当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和を求める利得関数を使用して当該一の前記無線通信システムの利得関数値を求め、前記利得関数値が小さい方の一の前記無線通信システムから順次、前記マッピング計算タイムスロットにおいて、当該一の前記無線通信システムの割当チャネルの周波数連続性値及び時間連続性値の総和が最大になるように、当該一の前記無線通信システムに割り当てる前記共用周波数帯の周波数チャネルを求めるマッピング計算処理を繰り返すマッピング計算ステップと、
   各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を割当結果格納部に格納する割当結果格納ステップと、
   各前記無線通信システムに割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットの割当結果を示す割当結果情報を出力する割当結果出力ステップと、
   を実行させるためのコンピュータプログラムであり、
   前記マッピング計算ステップは、前回のマッピング計算タイムスロットにおいて前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当が無かった前記無線通信システムを制御対象にして、今回のマッピング計算タイムスロットにおける前記共用周波数帯の周波数チャネルの割当の順番を後退させる割当順番制御を実行する、
   コンピュータプログラム。

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