JP7261769B2 - 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帯域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次事業者システム単位で共用周波数帯を割り当てるので、ある２次事業者システムが自己に割り当てられた共用周波数帯を利用していない場所においても、他の２次事業者システムが当該共用周波数帯を利用することができない。このため、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させることが望まれる。また、２次事業者システムの需要に対して迅速に応えるために、共用周波数帯の割り当て処理にかかる時間を短縮することが望まれる。

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、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させること、また共用周波数帯の割り当て処理にかかる時間を短縮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が共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力部と、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定部と、前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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部と、各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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、前記基地局組合せ判定部は、稼働ありの基地局の数が少ない基地局組合せから順番に判定対象にして、稼働ありの基地局に関する独立性を有する独立性基地局組合せであるか否かを判定する独立性判定ステップと、当該判定の結果の独立性基地局組合せに対して基地局間の相互干渉量が基準値以上であるか否かを判定する干渉判定ステップと、当該判定の結果、基地局間の相互干渉量が基準値以上である独立性基地局組合せを制約対象基地局組合せに決定する制約対象決定ステップと、を実行し、前記独立性判定ステップは、判定対象の基地局組合せと前記制約対象決定ステップにより決定された制約対象基地局組合せとの間で、稼働ありの基地局に関する独立性が有るか否かを判定する、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、前記独立性判定ステップは、前記制約対象決定ステップにより決定された全ての制約対象基地局組合せについて、制約対象基地局組合せの自己の相関値よりも当該制約対象基地局組合せと判定対象の基地局組合せとの相関値の方が小さい場合に、判定対象の基地局組合せが独立性基地局組合せであると判定する、上記（２）の周波数マッピング装置である。

（４）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が共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力ステップと、前記周波数マッピング装置が、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定ステップと、前記周波数マッピング装置が、前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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ステップと、前記周波数マッピング装置が、各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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、を含む周波数マッピング方法である。

（５）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が共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力ステップと、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定ステップと、前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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ステップと、各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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る。

本発明によれば、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させることができる。また共用周波数帯の割り当て処理にかかる時間を短縮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。 一実施形態に係る周波数マッピング方法の全体手順の例を示すフローチャートである。 一実施形態に係るマッピング計算方法の手順の例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る制約対象基地局組合せ判定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、情報入力部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、基地局組合せ判定部２０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が共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局に対して、共用周波数帯の各タイムスロット（時間スロット）における周波数チャネルを割り当て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）の空きリソースを各２次事業者システムの基地局に対して割り当てる。

本実施形態に係る周波数マッピング処理では、周波数チャネルの空間連続性を考慮する。周波数チャネルの空間連続性とは、同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルが空間的に連続して割り当てられることである。これにより、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させることを図る。また、本実施形態に係る周波数マッピング処理では、処理量の削減により、共用周波数帯の割り当て処理にかかる時間を短縮することを図る。なお、以下の説明において電波干渉のことを単に干渉と称する場合がある。

情報入力部１１は、基地局情報１１１と共用周波数帯の空きリソース情報１１２との入力を受付ける。基地局情報１１１は、共用周波数帯を要求する２次事業者システムの基地局の情報であって、２次事業者システムの事業者名や事業者番号、要求帯域幅、要求利用時間帯、要求利用場所、基地局パラメータなどの情報である。空きリソース情報１１２は、共用周波数帯の空きリソースの情報であって、各タイムスロットにおける周波数チャネルの空きを示す情報である。

情報入力部１１は、さらに、基地局組合せ指定情報１１３の入力を受付けてもよい。基地局組合せ指定情報１１３は、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組と周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組とを示す情報である。基地局組合せ指定情報１１３の入力は任意であって、基地局組合せ指定情報１１３が周波数マッピング装置１に入力されてもよく、又は基地局組合せ指定情報１１３が周波数マッピング装置１に入力されなくてもよい。

基地局組合せ判定部２０は、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する基地局の組合せ（制約対象基地局組合せ）を判定する。制約対象基地局組合せ判定方法の詳細は後述する。

マッピング計算部１２は、情報入力部１１が入力を受付けた情報に基づいて、共用周波数帯の空きリソースを各２次事業者システムの基地局に対して割り当てる。この空きリソースの割り当てでは、マッピング計算部１２は、基地局組合せ判定部２０の判定結果の制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、当該目的関数の値が最大になるように、各タイムスロットにおいて各基地局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。マッピング計算方法の詳細は後述する。

割当結果出力部１３は、マッピング計算部１２が共用周波数帯の空きリソースを各２次事業者システムの基地局に割り当てた割当結果を示す割当結果情報１２０を出力する。割当結果情報１２０は、共用周波数帯の空きリソースのうち、各タイムスロットにおいて各基地局に割り当てられた周波数チャネルの割当結果を示す情報である。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次事業者システムの基地局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。

次に図２を参照して本実施形態に係る周波数マッピング方法の全体手順について説明する。図２は、本実施形態に係る周波数マッピング方法の全体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、基地局情報１１１と共用周波数帯の空きリソース情報１１２との入力を受付ける。なお、周波数マッピング装置１は、さらに、基地局組合せ指定情報１１３の入力を受付けてもよい。

（ステップＳ２） 周波数マッピング装置１は、ステップＳ１で入力を受付けた情報に基づいて、共用周波数帯の空きリソースを各２次事業者システムの基地局に対して割り当てるマッピング計算を行う。このマッピング計算では、制約対象基地局組合せを求め、制約対象基地局組合せに対する制約の下で目的関数による最適解の計算を行う。

（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次事業者システムの基地局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、ステップＳ２で求められた各２次事業者システムの基地局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。

［マッピング計算方法］
次に図３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３は、本実施形態に係るマッピング計算方法の手順の例を示すフローチャートである。なお、以下では、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、目的関数及び制約条件が予め設定される。

本実施形態の周波数マッピング処理に係るパラメータが次の（１）式に示される。

ｉは２次事業者システムを識別する事業者番号である。Ｍは事業者番号の集合である。
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。

ｎは基地局を識別する基地局インデックスである。Ｎは基地局インデックスの集合である。
ｐは基地局の組み合わせを識別する基地局の組み合わせインデックスである。Ｐは基地局の組み合わせインデックスの集合である。
ｑは相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせ（制約対象基地局組合せ）を識別する相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせインデックスである。Ｑは相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせインデックスの集合である。

ｆｄ＿ｉ，ｎ，ｔは、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）がタイムスロット（ｔ）で要求する共用周波数帯の帯域需要である。
ｆａ＿ｉ，ｎ，ｔは、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）に対するタイムスロット（ｔ）での共用周波数帯の帯域割当量である。
ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔは、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）に対するタイムスロット（ｔ）における周波数チャネル（ｆ）の割当結果（「１が割当あり、０が割当なし」）である。

Ｂｓ＿ｉ，ｎ，ｐは、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）が基地局の組み合わせ（ｐ）において稼働ありか又は稼働なし（停波）かを示す基地局の稼働情報（「１が稼働あり、０が稼働なし（停波）」）である。
ＢＳｓｅｔ＿ｐは、基地局の稼働情報Ｂｓ＿ｉ，ｎ，ｐの組み合わせ（基地局の稼働組み合わせ）である。

Ｉｔ＿ｌ，ｍは、２つの基地局間の干渉量であって、基地局（ｌ）が基地局（ｍ）に与える干渉量である。
ＩＦ＿ｎは、基地局の稼働情報Ｂｓ＿ｉ，ｎ，ｐにおける当該基地局（ｎ）が受ける干渉量である。
ＢＳｓｅｔ＿ｑは、相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせ（制約対象基地局組合せ）である。

（ａ，ｂ）は、同一の２次事業者システム内での周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組み合わせである。
（ｃ，ｄ）は、同一の２次事業者システム内での周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組み合わせである。

α＿１，α＿２，α＿３，α＿４，α＿５は、目的関数の各項の重み係数である。

（ステップＳ１１） マッピング計算部１２は、基地局情報１１１に基づいて、基地局の稼働情報Ｂｓ＿ｉ，ｎ，ｐと基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐとを設定する。

（ステップＳ１２） マッピング計算部１２は、基地局の組み合わせ（ａ，ｂ）及び（ｃ，ｄ）を設定する。基地局の組み合わせ（ａ，ｂ）は、同一の２次事業者システム内での周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組み合わせである。基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）は、同一の２次事業者システム内での周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組み合わせである。

基地局組合せ指定情報１１３が周波数マッピング装置１に入力された場合には、マッピング計算部１２は、当該基地局組合せ指定情報１１３で指定された基地局の組み合わせ（ａ，ｂ）及び（ｃ，ｄ）を設定する。

基地局組合せ指定情報１１３が周波数マッピング装置１に入力されない場合には、マッピング計算部１２は、以下の設定条件に従って基地局の組み合わせ（ａ，ｂ）及び（ｃ，ｄ）を設定する。
設定条件：同一の２次事業者システム内で、一定以上の干渉量Ｉｔ＿ｌ，ｍが発生する基地局の組（干渉基地局の組）を、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）に設定する。同一の２次事業者システム内で、干渉基地局の組以外の基地局の組を基地局の組み合わせ（ａ，ｂ）に設定する。

（ステップＳ１３） マッピング計算部１２は、相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせ（制約対象基地局組合せ）ＢＳｓｅｔ＿ｑを設定する。制約対象基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｑは、基地局組合せ判定部２０によって求められる。マッピング計算部１２は、基地局組合せ判定部２０が求めた制約対象基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｑをそのまま設定する。

（ステップＳ１４） マッピング計算部１２は、目的関数による最適解「割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔ」の計算を行う。周波数マッピング装置１には、目的関数が予め設定される。本実施形態に係る目的関数の一例を次の（２）式に示す。

（２）式に示される目的関数は、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組（ａ，ｂ）の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組（ｃ，ｄ）の空間連続性値を減じた差を求めるものである。（２）式において、（ａ，ｂ）の空間連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）内の２つの基地局（ａ，ｂ）に対して同一のタイムスロット（ｔ）で同一の周波数チャネル（ｆ）が割り当てられることを示す値である。（２）式において、（ｃ，ｄ）の空間連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）内の２つの基地局（ｃ，ｄ）に対して同一のタイムスロット（ｔ）で同一の周波数チャネル（ｆ）が割り当てられることを示す値である。

また、（２）式に示される目的関数は、（ａ，ｂ）の空間連続性値の重み係数α＿１と（ｃ，ｄ）の空間連続性値の重み係数α＿２とによって、（ａ，ｂ）の空間連続性値と（ｃ，ｄ）の空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（３）式，（４）式，（５）式に示される制約条件が予め設定される。

（３）式の制約条件は、ある２次事業者システム（ｉ）のある基地局（ｎ）且つあるタイムスロット（ｔ）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）の当該基地局（ｎ）且つ当該タイムスロット（ｔ）に対する帯域割当量ｆａ＿ｉ，ｎ，ｔに一致することである。

（４）式の制約条件は、ある２次事業者システム（ｉ）のある基地局（ｎ）に対してあるタイムスロット（ｔ）において割り当てる帯域割当量ｆａ＿ｉ，ｎ，ｔが、当該２次事業者システム（ｉ）の当該基地局（ｎ）が当該タイムスロット（ｔ）で要求する帯域需要ｆｄ＿ｉ，ｎ，ｔ以下であることである。

（５）式の制約条件は、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する基地局の組合せ（制約対象基地局組合せ）ＢＳｓｅｔ＿ｑに含まれる稼働ありの基地局（ｎ）のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一のタイムスロット（ｔ）において同一の周波数チャネル（ｆ）を割り当てないことである。

マッピング計算部１２は、（３）式、（４）式及び（５）式の制約条件を満たし且つ（２）式の目的関数が最大になる解「割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔ」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。

［制約対象基地局組合せ判定方法］
次に図４を参照して本実施形態に係る制約対象基地局組合せ判定方法を説明する。図４は、本実施形態に係る制約対象基地局組合せ判定方法の手順の例を示すフローチャートである。

基地局組合せ判定部２０は、制約対象基地局組合せの判定に使用する情報をマッピング計算部１２から受け取る。

（ステップＳ１４１） 基地局組合せ判定部２０は、次の（６）式に示されるように、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐを設定する。

変数Ｋは、基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐ内の稼働ありの基地局の個数である。変数Ｋは、基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐにおいて、相互干渉が発生し得る基地局の個数を示す。このため、変数Ｋの初期値は２である。

基地局組合せ判定部２０は、稼働ありの基地局の個数が少ない基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐ（つまり、変数Ｋの値が小さい基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐ）から順番に判定対象にして、稼働ありの基地局に関する独立性を有する独立性基地局組合せであるか否かを判定する。

（ステップＳ１４２） 基地局組合せ判定部２０は、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐに対して、稼働ありの基地局に関する独立性の有無を判定する。但し、「変数Ｋ＝２」である基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐに対しては本ステップＳ１４２の独立性の有無の判定をスキップしてステップＳ１４３に進む。

稼働ありの基地局に関する独立性の有無の判定は、次の（７）式により行う。

但し、上記（７）式において、「Ｘ*Ｙ」は、ＸとＹの内積を表す。また、ＢＳｓｅｔ＿ｑは、後述するステップＳ１４４で既に、相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせ（制約対象基地局組合せ）に決定された、基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐである。なお、ＸとＹの内積は、ＸとＹの相関値を表す値の一例である。

基地局組合せ判定部２０は、上記（７）式が成立する場合に、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐに対して、稼働ありの基地局に関する独立性があると判定する。一方、基地局組合せ判定部２０は、上記（７）式が成立しない場合に、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐに対して、稼働ありの基地局に関する独立性がないと判定する。

本実施形態において、稼働ありの基地局に関する独立性は、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐが、相互干渉及び独立性のある基地局の組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｑに含まれる全ての稼働ありの基地局の組合せを含まないことである。上記（７）式は、本実施形態に係る「稼働ありの基地局に関する独立性」を判定するための判定式の一例である。

判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐが、稼働ありの基地局に関する独立性を有すると判定された場合（ステップＳ１４２、ＹＥＳ）、ステップＳ１４３に進む。一方、判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐが、稼働ありの基地局に関する独立性を有さないと判定された場合（ステップＳ１４２、ＮＯ）、ステップＳ１４５に進む。

以下、稼働ありの基地局に関する独立性があると判定された判定対象の基地局の稼働組み合わせＢＳｓｅｔ＿ｐを、独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐと称する。

（ステップＳ１４３） 基地局組合せ判定部２０は、独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐに対して基地局間の相互干渉量が基準値以上である（相互干渉あり）か否かを判定する。具体的には、基地局組合せ判定部２０は、基地局情報１１１に基づいて、独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐ内の各基地局（ｎ）の干渉量Ｉｔ＿ｌ，ｍを計算する。次いで、基地局組合せ判定部２０は、独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐにおいて、基地局の稼働情報Ｂｓ＿ｉ，ｎ，ｐにおける当該基地局（ｎ）が受ける干渉量ＩＦ＿ｎを計算する。次いで、基地局組合せ判定部２０は、独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐにおける干渉量ＩＦ＿ｎが、所定の閾値以上である場合に相互干渉ありと判定し、一方、当該閾値未満である場合に相互干渉なしと判定する。相互干渉ありの場合にはステップＳ１４４に進み、相互干渉なしの場合にはステップＳ１４５に進む。

（ステップＳ１４４） 基地局組合せ判定部２０は、相互干渉ありと判定された独立性基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｐを、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する基地局の組合せ（制約対象基地局組合せ）ＢＳｓｅｔ＿ｑに決定する。

（ステップＳ１４５） 基地局組合せ判定部２０は、変数Ｋが基地局の総数Ｎであるか否かを判定する。変数Ｋが基地局の総数Ｎではない場合には、ステップＳ１４６に進む。

一方、変数Ｋが基地局の総数Ｎである場合には図４の処理を終了する。基地局組合せ判定部２０は、制約対象基地局組合せの判定結果の制約対象基地局組合せＢＳｓｅｔ＿ｑをマッピング計算部１２へ通知する。

（ステップＳ１４６） 基地局組合せ判定部２０は、変数Ｋに１を加算する。この後、ステップＳ１４１に戻る。

以上が本実施形態に係るマッピング計算方法及び制約対象基地局組合せ判定方法の説明である。

（目的関数の他の例）
目的関数の他の例を説明する。本実施形態に係る目的関数の他の例を次の（８）式に示す。

（８）式に示される目的関数は、上記（２）式の目的関数に対して、各基地局（ｎ）の共用周波数帯の帯域需要ｆｄ＿ｉ，ｎ，ｔに対する帯域割当量ｆａ＿ｉ，ｎ，ｔの割合（帯域獲得率）と割当チャネルの周波数連続性値と割当チャネルの時間連続性値とを、（ａ，ｂ）の空間連続性値から（ｃ，ｄ）の空間連続性値を減じた差に加えたものである。

割当チャネルの周波数連続性値は、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）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である。（８）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）の同一の基地局（ｎ）且つ同一タイムスロット（ｔ）において、ある周波数チャネル（ｆ）の割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔと当該周波数チャネル（ｆ）を周波数軸方向に一つずらした周波数チャネル（ｆ＋１）の割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ＋１，ｔとの積により算出される。この周波数連続性値は、同一タイムスロット（ｔ）内で同一の２次事業者システム（ｉ）の同一の基地局（ｎ）へ割り当てる周波数チャネルが連続する個数である。

割当チャネルの時間連続性値は、２次事業者システム（ｉ）の基地局（ｎ）に割り当てるチャネル（割当チャネル）の時間連続性を表す値である。（８）式において、時間連続性値は、時間連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）の同一の基地局（ｎ）且つ同一周波数チャネル（ｆ）において、あるタイムスロット（ｔ）の割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔと当該タイムスロット（ｔ）を時間軸方向に一つずらしたタイムスロット（ｔ＋１）の割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔ＋１との積により算出される。この時間連続性値は、同一周波数チャネル（ｆ））内で同一の２次事業者システム（ｉ）の同一の基地局（ｎ）へ割り当てるタイムスロットが連続する個数である。

また、（８）式に示される目的関数は、（ａ，ｂ）の空間連続性値の重み係数α＿１と（ｃ，ｄ）の空間連続性値の重み係数α＿２と帯域獲得率の重み係数α＿３と周波数連続性値の重み係数α＿４と時間連続性値の重み係数α＿５とによって、（ａ，ｂ）の空間連続性値と（ｃ，ｄ）の空間連続性値と帯域獲得率と周波数連続性値と時間連続性値に対する重み付けを調整することができるものである。

マッピング計算部１２は、上記の（３）式、（４）式及び（５）式の制約条件を満たし且つ（８）式の目的関数が最大になる解「割当結果ｘ＿ｉ，ｎ，ｆ，ｔ」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。

なお、目的関数の他の例として、上記（２）式の目的関数に対して、帯域獲得率と割当チャネルの周波数連続性値と割当チャネルの時間連続性値とのうち少なくとも一つを、（ａ，ｂ）の空間連続性値から（ｃ，ｄ）の空間連続性値を減じた差に加えたものを使用してもよい。

また、複数の目的関数を予め周波数マッピング装置１に設定しておき、マッピング計算部１２が当該複数の目的関数の中から任意の目的関数を使用するように構成してもよい。例えば、周波数マッピング装置１に予め設定された複数の目的関数の中から使用する目的関数をユーザが選択するための目的関数選択メニューを設け、ユーザが目的関数選択メニューから使用する目的関数を選択するように構成してもよい。

本実施形態によれば、周波数チャネルの空間連続性を考慮して共用周波数帯の空きリソースを各２次事業者システムの基地局に割り当てることにより、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させることができるという効果が得られる。

本実施形態によれば、基地局間の相互干渉量が基準値未満である場合には、異なる２次事業者システム同士でも同一の周波数チャネルを割り当てることを許容する。これにより、共用周波数の空間的な利用の稠密性を高めることができるので、共用周波数の空き周波数リソースの周波数利用効率の向上を図ることができるという効果が得られる。

本実施形態によれば、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定し、制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てないという制約を設ける。これにより、基地局間の相互干渉量が基準値以上である全ての基地局の組合せを対象にして当該基地局の組合せに含まれる各基地局に対しては同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てないという制約を設ける場合に比して、制約の対象になる基地局の組合せ数を減らすことができるので、マッピング計算量を削減することができる。

また、基地局間の相互干渉量が基準値以上である全ての基地局の組合せを対象にして当該基地局の組合せに含まれる各基地局に対しては同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てないという制約では、当該基地局の組合せ内のいずれか一の基地局しか同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを利用することができない。一方、本実施形態に係る、制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てないという制約によれば、制約対象基地局組合せ内のいずれか一の基地局のみが同一のタイムスロットにおいて同一の周波数チャネルを利用することができないとなって、同一のタイムスロットにおける同一の周波数チャネルの利用の制約を緩和することができる。これにより、共用周波数の空間的な割当密度を上げることができ、共用周波数の空き周波数リソースの周波数利用効率が向上する効果が得られる。

本実施形態によれば、稼働ありの基地局の数が少ない基地局組合せから順番に判定対象にして、稼働ありの基地局に関する独立性を有する独立性基地局組合せであるか否かを判定し、当該判定の結果の独立性基地局組合せに対して基地局間の相互干渉量が基準値以上であるか否かを判定する。これにより、基地局間の相互干渉量の判定対象の基地局組合せ数を減らすことができるので、相互干渉の判定にかかる計算量を削減することができる。

上述したように本実施形態によれば、共用周波数帯の空間的な利用効率を向上させることができる。また共用周波数帯の割り当て処理にかかる時間を短縮することができるので、２次事業者システムの需要に対して迅速に応えることができるという効果が得られる。

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…情報入力部、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）、２０…基地局組合せ判定部

Claims (5)

1. 複数の無線通信システムが共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力部と、
   基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定部と、
   前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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部と、
   各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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、
   を備える周波数マッピング装置。
2. 前記基地局組合せ判定部は、
   稼働ありの基地局の数が少ない基地局組合せから順番に判定対象にして、稼働ありの基地局に関する独立性を有する独立性基地局組合せであるか否かを判定する独立性判定ステップと、
   当該判定の結果の独立性基地局組合せに対して基地局間の相互干渉量が基準値以上であるか否かを判定する干渉判定ステップと、
   当該判定の結果、基地局間の相互干渉量が基準値以上である独立性基地局組合せを制約対象基地局組合せに決定する制約対象決定ステップと、を実行し、
   前記独立性判定ステップは、判定対象の基地局組合せと前記制約対象決定ステップにより決定された制約対象基地局組合せとの間で、稼働ありの基地局に関する独立性が有るか否かを判定する、
   請求項１に記載の周波数マッピング装置。
3. 前記独立性判定ステップは、前記制約対象決定ステップにより決定された全ての制約対象基地局組合せについて、制約対象基地局組合せの自己の相関値よりも当該制約対象基地局組合せと判定対象の基地局組合せとの相関値の方が小さい場合に、判定対象の基地局組合せが独立性基地局組合せであると判定する、
   請求項２に記載の周波数マッピング装置。
4. 周波数マッピング装置が、複数の無線通信システムが共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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ステップと、
   前記周波数マッピング装置が、各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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、
   を含む周波数マッピング方法。
5. コンピュータに、
   複数の無線通信システムが共用する共用周波数帯を要求する複数の基地局の情報と前記共用周波数帯の空きリソースの情報との入力を受付ける情報入力ステップと、
   基地局間の相互干渉量が基準値以上であり且つ稼働ありの基地局に関する独立性を有する制約対象基地局組合せを判定する基地局組合せ判定ステップと、
   前記制約対象基地局組合せに含まれる稼働ありの基地局のうち少なくとも一の稼働ありの基地局に対しては他の稼働ありの基地局とは同一の時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを割り当てない制約の下で、周波数チャネルの空間連続性が要求される基地局の組の空間連続性値から周波数チャネルの空間連続性が要求されない基地局の組の空間連続性値を減じた差を求める目的関数を使用して、前記目的関数の値が最大になるように、各時間スロットにおいて各基地局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ステップと、
   各時間スロットにおいて各基地局に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数チャネル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。

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