JP7393324B2 - 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に記載される周波数割当技術では、基地局間の電波干渉を許容することができる無線通信システムに対して、システム全体のスループットを最大化するようにしている。非特許文献２に記載される周波数割当技術では、無線通信システムの需要帯域に対する割当帯域の比を表す帯域獲得率を高めるようにしている。

"Communication-Free Inter-Operator Interference Management in Shared Spectrum Small Cell Networks"，IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking，VOL. 5，NO. 3，Sept. 2019 "Fair Dynamic Spectrum Management in Licensed Shared Access Systems"，IEEE Systems Journal，Volume: 13，Issue: 3，Sept. 2019

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、スループット又は帯域獲得率を個別に高めるように共用周波数帯を２次事業者システムに割り当てることはできるが、スループット及び帯域獲得率の両方を高めるように共用周波数帯を２次事業者システムに割り当てることができない。一方、共用周波数帯を割り当てる対象の基地局を利用するユーザに対してより役立つようにするためには、共用周波数帯の割当において、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を考慮すると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の無線通信システムの全体のスループットを考慮することが好ましい。

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、共用周波数帯の割当において、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を考慮すると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の無線通信システムの全体のスループットを考慮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、マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロットを求めるマッピング計算部と、各前記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、前記マッピング計算部が決定した前記評価関数を特定する重み係数と当該重み係数に対応する基地局の情報とを関連付けて格納する評価関数係数格納部をさらに備え、前記マッピング計算部は、マッピング計算期間における基地局の情報に対応する前記重み係数が前記評価関数係数格納部に格納されている場合、当該重み係数を再利用する、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、前記空間連続性値は、基地局間の干渉量が増えるほど空間連続性が小さくなるように作用する空間連続性係数により算出される、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、前記空間連続性係数は、シグモイド関数により算出される、上記（３）の周波数マッピング装置である。
（５）本発明の一態様は、各前記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をさらに備え、今回のマッピング計算期間は、前回のマッピング計算期間の最終タイムスロットを含み、前記最終タイムスロットの前記割当結果が今回のマッピング計算期間における制約条件に含められる、上記（１）から（４）のいずれかの周波数マッピング装置である。

（６）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、マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロット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、各前記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、を含む周波数マッピング方法である。

（７）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、マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロットを求めるマッピング計算ステップと、各前記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る。

本発明によれば、共用周波数帯の割当において、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を考慮すると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の無線通信システムの全体のスループットを考慮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。 一実施形態に係るマッピング計算期間の説明図である。

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、評価関数係数格納部１５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。また、周波数マッピング装置１は、単独のコンピュータにより実現するものであってもよく、又は周波数マッピング装置１の機能を複数のコンピュータに分散させて実現するものであってもよい。

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。共用周波数帯の空きリソースは、既存システムが利用していない共用周波数帯のリソースである。

本実施形態に係る周波数マッピング処理では、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を考慮すると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の２次事業者システムの全体のスループットを考慮する。帯域獲得率とは、基地局が要求する共用周波数帯の帯域（帯域需要）に対して当該基地局に割り当てられる帯域（割当帯域）の比率である。時間連続性とは、同一の基地局に対して同一の周波数チャネルが時間的に連続して割り当てられることである。周波数連続性とは、同一の基地局に対して同一のタイムスロットにおいて周波数チャネルが周波数的に連続して割り当てられることである。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、共用周波数帯の割当において、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を高めると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の２次事業者システムの全体のスループットを最大化することを図る。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、タイムスロット毎に、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を示す情報である。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。

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、マッピング計算期間において、各基地局の共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって共用周波数帯の割当対象の２次事業者システムの全体のスループットを最大化する評価関数を決定し、決定された評価関数を目的関数に使用して、評価関数の値が最大になるように、各基地局に割り当てる共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットを求める。この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。

評価関数係数格納部１５は、マッピング計算部１２が決定した評価関数を特定する係数と当該係数に対応する基地局の情報とを関連付けて格納する。

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。

（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。

（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。また、周波数マッピング装置１は、ステップＳ２のマッピング計算で決定された評価関数を特定する係数と当該係数に対応する基地局の情報とを関連付けて評価関数係数格納部１５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、評価関数、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。基地局インデックスの集合Ｎは、共用周波数帯を二次的に利用する全ての２次事業者システムの全ての基地局の基地局インデックスから構成される。
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。
ｘ＿ｎ，ｆ，ｔは、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（チャネルマッピング、「１が割当あり、０が割当なし」）である。

Ｂｓ＿ｎは、基地局（ｎ）が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。
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。
（ｃ，ｄ）は、基地局間の干渉量が閾値以上である基地局の組み合わせである。

αは評価関数の重みベクトルである。重みベクトルαの各要素α＿１，α＿２，α＿３，α＿４は、評価関数の各項の重み係数である。重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」は、評価関数を特定する重み係数α＿１，α＿２，α＿３，α＿４から構成される。
δは、周波数連続性により約０．８から９．８までの範囲で変わる係数である。
Ｎｏｉｓｅは、白色雑音である。
ｇは、基地局に無線接続する端末が配置される単位グリッドである。Ｇは単位グリッドｇの集合である。
Ｓ＿ｎは、端末が所属する２次事業者システムの基地局のうち、最も大きい受信電力の基地局からの受信電力である。

図４は、本実施形態に係るマッピング計算期間の説明図である。図４には、各タイムスロットｔ＿１－ｔ＿６における帯域需要の総量（需要総量）が示されている。需要総量は、時間の流れに伴ってタイムスロット毎に変化する。図４のマッピング計算期間の例では、マッピング計算期間Ｔ＿１は、３つのタイムスロットｔ＿１，ｔ＿２，ｔ＿３から構成される。マッピング計算期間Ｔ＿１の次のマッピング計算期間Ｔ＿２は、３つのタイムスロットｔ＿３，ｔ＿４，ｔ＿５から構成される。ここで、マッピング計算期間Ｔ＿２は、前回のマッピング計算期間Ｔ＿１の最終タイムスロットｔ＿３を含むように設定される。これは、マッピング計算期間Ｔ＿２におけるマッピング計算において、前回のマッピング計算期間Ｔ＿１の最終タイムスロットｔ＿３における割当結果を引き継ぐことにより、マッピング計算期間Ｔ＿１からマッピング計算期間Ｔ＿２への時間連続性を保つためである。なお、マッピング計算期間の長さは、例えば、周波数マッピング処理が所望の計算時間内に終わるように、予め設定される。

以降の処理は、マッピング計算期間毎に実行される。

（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＿ｎを設定する。

（ステップＳ１２） マッピング計算部１２は、基地局情報１１１に基づいて、干渉量Ｉｔ＿ｌ，ｍを計算する。

（ステップＳ１３） マッピング計算部１２は、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）を設定する。基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）は、基地局間の干渉量が閾値以上である基地局の組み合わせである。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（ｃ，ｄ）を設定する。
設定条件：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。

（ステップＳ１４） マッピング計算部１２は、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）毎に、空間連続性係数ρを算出する。空間連続性係数ρは、例えばシグモイド関数ｓ（ｚ）により、次の（２）式で算出される。

上記（２）式において、ｚは、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）の干渉量Ｉｔ＿ｃ，ｄを正規化した値である。正規化方法として、例えば「z-score normalization」を使用してもよい。基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）の空間連続性係数ρは、干渉量Ｉｔ＿ｃ，ｄが大きいほど増加する係数である。空間連続性係数ρは、干渉量が大きいほど、空間連続性が小さくなるように作用する。空間連続性が小さくなると、同一周波数チャネルの再利用度合いが下がる。したがって、空間連続性係数ρは、干渉量が大きいほど、同一周波数チャネルの再利用度合いを下げるように作用する。

（ステップＳ１５） マッピング計算部１２は、評価関数Ｆ（ｘ）を決定する。この評価関数決定方法を説明する。周波数マッピング装置１には、次の（３）式に示される評価関数Ｆ（ｘ）が予め設定される。

上記の（３）式の評価関数Ｆ（ｘ）は、マッピング計算期間において、各基地局（ｎ）の共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される。上記の（３）式の評価関数Ｆ（ｘ）では、空間連続性は、基地局間の干渉量が閾値以上である基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）のみに限定して反映されており、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）以外の基地局の組み合わせについては空間連続性が反映されない。なお、基地局の組み合わせ（ｃ，ｄ）以外の基地局の組み合わせについても、空間連続性を評価関数Ｆ（ｘ）に反映させるようにしてもよい。

上記の（３）式において、α＿１は、帯域獲得率の項の重み係数である。α＿２は、周波数連続性値の項の重み係数である。α＿３は、時間連続性値の項の重み係数である。α＿４は、空間連続性値の項の重み係数である。帯域獲得率、時間連続性値及び周波数連続性値の各項は、正の値である。空間連続性値の項は、負の値である。空間連続性係数ρは、干渉量が大きいほど、空間連続性値の絶対値を増加させるように作用する。したがって、空間連続性係数ρは、干渉量が大きいほど、空間連続性が小さくなるように作用する。なお、ｆｄ＿ｑ，ｔにおいてｑは（ｉ，ｎ）である。つまり、ｆｄ＿ｑ，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ｆｄ＿ｉ，ｎ，ｔである。

マッピング計算部１２は、上記の（３）式の評価関数Ｆ（ｘ）の重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」を、共用周波数帯の割当対象の２次事業者システムの全体のスループットを最大化するように求める。本実施形態では、スループットとしてダウンロードスループットを用いる。具体的には、次の（４）式、（５）式、（６）式及び（７）式により、重みベクトルαが求められる。

上記（４）式において、ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔは、評価関数Ｆ（ｘ）の値を最大化する割当結果（チャネルマッピング）である。上記（５）式は、割当結果を探索するときの制約条件である。（５）式の制約条件は、帯域需要以上の割当を行わないことである。上記（６）式において、Ｇ（ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔ）は、割当結果ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔにおける、共用周波数帯の割当対象の２次事業者システムの全体のダウンロードスループットである。上記（７）式において、重みベクトルαは、ダウンロードスループットＧ（ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔ）を最大化する重みベクトルαである。

マッピング計算部１２は、（５）式の制約条件「帯域需要以上の割当を行わない」の下で評価関数Ｆ（ｘ）の値を最大化する割当結果ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔを入力値にしたダウンロードスループットＧ（ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔ）が最大になる重みベクトルαを探索する。割当結果ｘ’＿ｎ，ｆ，ｔの探索は、例えば探索次元を下げる処理を行った後にＭＩＰソルバーを用いて最適解を求めてもよい。重みベクトルαの探索は、例えばベイシアン最適化等の非線形ソルバーを用いて最適解を求めてもよい。

マッピング計算部１２は、探索により求められた重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」を上記（３）式に適用した評価関数Ｆ（ｘ）を、今回のマッピング計算期間で使用する評価関数Ｆ（ｘ）に決定する。重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」は、評価関数Ｆ（ｘ）を特定する重み係数α＿１，α＿２，α＿３，α＿４から構成されるものである。

なお、マッピング計算部１２は、今回のマッピング計算期間における基地局の情報に対応する重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」が評価関数係数格納部１５に格納されている場合、当該評価関数係数格納部１５に格納されている重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」を再利用してもよい。この場合、上記した重みベクトルαの探索は行われない。マッピング計算部１２は、今回のマッピング計算期間における基地局の情報に対応する評価関数係数格納部１５内の重みベクトルα「α＝（α＿１，α＿２，α＿３，α＿４）」を上記（３）式に適用した評価関数Ｆ（ｘ）を、今回のマッピング計算期間で使用する評価関数Ｆ（ｘ）に決定する。

（ステップＳ１６） マッピング計算部１２は、ステップＳ１５で決定した評価関数Ｆ（ｘ）を目的関数に使用して、評価関数の値が最大になるように、各基地局に割り当てる共用周波数帯の周波数チャネル及び時間スロットを求める。具体的には、上記（５）式の制約条件の下で、次の（８）式の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。

マッピング計算部１２は、上記（５）式の制約条件「帯域需要以上の割当を行わない」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＿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、今回のマッピング計算期間が前回のマッピング計算期間の最終タイムスロットを含む場合、（４）式や（８）式により割当結果を求めるときの制約条件として、（５）式の制約条件「帯域需要以上の割当を行わない」に加えて、さらに、前回のマッピング計算期間の最終タイムスロットの割当結果ｘ＿ｎ，ｆ，ｔを追加してもよい。前回のマッピング計算期間の最終タイムスロットの割当結果ｘ＿ｎ，ｆ，ｔは、割当結果ＤＢ１４に格納されている。例えば、図４の例のように、今回のマッピング計算期間Ｔ＿２が前回のマッピング計算期間Ｔ＿１の最終タイムスロットｔ＿３を含む場合、当該最終タイムスロットｔ＿３の割当結果ｘ＿ｎ，ｆ，ｔが、今回のマッピング計算期間Ｔ＿２における制約条件に含められる。これにより、マッピング計算期間Ｔ＿２におけるマッピング計算において、前回のマッピング計算期間Ｔ＿１の最終タイムスロットｔ＿３における割当結果ｘ＿ｎ，ｆ，ｔが引き継がれるので、マッピング計算期間Ｔ＿１からマッピング計算期間Ｔ＿２への時間連続性を保つことができる。

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。

本実施形態によれば、共用周波数帯の割当において、共用周波数帯の帯域獲得率や時間連続性や周波数連続性や空間連続性を考慮すると共に、共用周波数帯を割り当てる対象の２次事業者システムの全体のスループットを考慮することができるという効果が得られる。

基地局配置や需要総量により、スループットを最大化する重みベクトルαは変化する。例えば、基地局が密で需要総量が多い場合、同一周波数チャネルを基地局間で再利用しすぎると、干渉が増えてスループットが下がるため、評価関数Ｆ（ｘ）の空間連続性値の項の重み係数α＿４の値が相対的に小さくなる一方、基地局密度が疎の場合にはその逆になる。本実施形態によれば、評価関数Ｆ（ｘ）の値を最大化し且つシステム全体のスループットを最大化する重みベクトルαを探索することによって、評価関数Ｆ（ｘ）を構成する各指標（帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値）を高めつつ、基地局配置や需要総量に適応した共用周波数帯の割当を実現することができる。

なお、これにより、例えば無線ネットワークにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

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）、１５…評価関数係数格納部

Claims (7)

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、
   マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロットを求めるマッピング計算部と、
   各前記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、
   を備える周波数マッピング装置。
2. 前記マッピング計算部が決定した前記評価関数を特定する重み係数と当該重み係数に対応する基地局の情報とを関連付けて格納する評価関数係数格納部をさらに備え、
   前記マッピング計算部は、マッピング計算期間における基地局の情報に対応する前記重み係数が前記評価関数係数格納部に格納されている場合、当該重み係数を再利用する、
   請求項１に記載の周波数マッピング装置。
3. 前記空間連続性値は、基地局間の干渉量が増えるほど空間連続性が小さくなるように作用する空間連続性係数により算出される、
   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. 前記空間連続性係数は、シグモイド関数により算出される、
   請求項３に記載の周波数マッピング装置。
5. 各前記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をさらに備え、
   今回のマッピング計算期間は、前回のマッピング計算期間の最終タイムスロットを含み、
   前記最終タイムスロットの前記割当結果が今回のマッピング計算期間における制約条件に含められる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の周波数マッピング装置。
6. 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、マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロット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、各前記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、
   を含む周波数マッピング方法。
7. 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、
   マッピング計算期間において、各前記基地局の前記共用周波数帯の帯域獲得率、周波数連続性値、時間連続性値及び空間連続性値の総和から構成される評価関数であって前記共用周波数帯の割当対象の前記無線通信システムの全体のスループットを最大化する前記評価関数を決定し、決定された前記評価関数を目的関数に使用して、前記評価関数の値が最大になるように、各前記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及び時間スロットを求めるマッピング計算ステップと、
   各前記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。

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