WO2015159411A1 - 周波数割り当て装置、周波数割り当て方法及び無線通信システム - Google Patents

周波数割り当て装置、周波数割り当て方法及び無線通信システム Download PDF

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安藤和明
関宏之
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富士通株式会社
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Definitions

  • This invention relates to a frequency sharing technique.
  • Cognitive radio is a frequency sharing technology that uses a single frequency shared by multiple systems.
  • introduction of frequency sharing technology has been studied in Japan.
  • the frequency sharing technology makes it possible to use an empty channel in a television (TV) broadcast frequency band without requiring a license.
  • An empty channel in the TV broadcast frequency band is called a TV white space (TVWS: TeleVision White Space).
  • TVWS TeleVision White Space
  • TV broadcasting is called a primary system
  • a communication system using a white space is called a secondary system.
  • the US Federal Communications Commission in the United States defines a method of using an allocation device when using white space for communication.
  • the allocating device calculates electric field strength using a predetermined propagation model, and determines whether there is radio wave interference from the secondary system to the primary system.
  • the allocating device receives the position information of the base station of the secondary system from the user who uses the secondary system, and determines the interference depending on whether the radio wave from that position interferes with the radio wave of the primary system.
  • the user using the secondary system can use the white space channel by acquiring information on the channel (frequency) from which radio waves emitted from the base station of the secondary system do not interfere with the primary system from the allocation device. .
  • a technique for calculating which white space can be used is known as a technique related to an allocation device (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 4 As a technology related to white space, a technology in which LTE uses a TV white space is known (see, for example, Patent Document 4).
  • the allocation device calculates the propagation distance of the secondary system radio wave using a predetermined propagation model in order to determine whether the secondary system radio wave interferes with the primary system radio wave.
  • the propagation model takes into account the influence of a shield such as a building around the base station of the secondary system.
  • a shield such as a building around the base station of the secondary system.
  • an object of the present invention is to simplify the calculation of the propagation distance considering the shielding object.
  • the allocation device includes a selection unit, a determination A part.
  • the selection unit is configured such that a distance that a transmission radio wave transmitted from a transmission device in the second system can reach without being blocked by an obstacle from a position of the transmission device at a frequency not used by the first system is less than a predetermined threshold value. If so, the first propagation method is selected.
  • the selection unit selects the second propagation method in which the propagation distance is shorter than that of the first propagation method when the reachable distance is smaller than a predetermined threshold.
  • the determination unit calculates the propagation distance of the transmission radio wave using the propagation method selected by the selection unit, and the propagation distance of the transmission device does not reach the radio wave propagation range of the frequency that can be used by the first system.
  • the second system determines that the outgoing radio wave can be used.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an assignment apparatus according to the present embodiment.
  • the allocating device 100 stores in advance in the storage unit 101 a map database including information related to shielding objects such as buildings around the base station of the secondary system.
  • the information related to the shielding object included in the map database is, for example, terrain information, building arrangement, height, size, and the like.
  • the storage unit 101 stores information on the position, height, size, and radio wave used by the base station of the primary system.
  • the transmission / reception unit 102 is used as an interface when the allocation device communicates with another system.
  • the transmission / reception unit 102 receives the height information, the position information, the output information, etc. of the base station of the secondary system from the secondary system that wants to use the white space of the primary system.
  • Information about the secondary system is transmitted by radio communication from the base station of the secondary system.
  • information regarding the secondary system may be input to the assignment device 100 by the user.
  • the specifying unit 103 acquires a map database from the storage unit 101.
  • the specifying unit 103 uses the position and height of the base station of the secondary system acquired in (1) and the information about the shielding around the base station included in the map database, in the direction of 360 degrees around the base station. Specify the longest line-of-sight distance (maximum line-of-sight distance).
  • the line-of-sight distance is a distance that radio waves emitted from the base station can reach without being affected by obstructions such as topography and buildings.
  • the selection unit 104 selects the propagation model used for estimating the propagation distance by comparing the index value with a predetermined threshold using the maximum line-of-sight distance identified by the identifying unit 103 as an index value. When the maximum line-of-sight distance is greater than a predetermined threshold, the selection unit 104 selects a propagation model such as a square attenuation model as the propagation model used for estimating the propagation distance.
  • the square attenuation model is a model in which radio waves attenuate in inverse proportion to the square of the distance from the transmission source.
  • the selection unit 104 selects a propagation model having a propagation distance shorter than the square attenuation model as the propagation model used for estimating the propagation distance.
  • a propagation model having a propagation distance shorter than the square attenuation model is, for example, an Okumura-Kashiwa type curve.
  • the Okumura Kaji curve is a propagation characteristic approximation formula statistically created by acquiring data actually measured in suburbs, small and medium cities, and large cities.
  • the Okumura Hajime curve is a 3.5th power decay model.
  • the Okumura Kaji curve is a model in which the radio wave attenuates in inverse proportion to the 3.5th power of the distance from the transmission source, and is therefore a propagation model having a shorter propagation distance than the square attenuation model.
  • a method for obtaining the predetermined threshold used by the selection unit 104 will be described with reference to FIG.
  • the calculation unit 105 calculates the propagation distance of the radio wave emitted by the base station of the secondary system using the propagation model selected by the selection unit 104.
  • the determination unit 106 determines whether the radio wave emitted from the base station of the secondary system interferes with the radio wave of the primary system using the position information of the base station of the secondary system and the propagation distance of the radio wave. When the radio wave emitted from the base station of the secondary system interferes with the radio wave of the primary system, the determination unit 106 notifies the transmission / reception unit 102 of information indicating that the secondary system cannot be used. When the radio wave of the base station of the secondary system does not interfere with the radio wave of the primary system, the determination unit 106 indicates that the secondary system is available at the received location of the base station of the secondary system. Is transmitted to the transmission / reception unit 102.
  • the transmission / reception unit 102 notifies the determination result of the determination unit 106 to the secondary system side.
  • the secondary system is available, the user can use the base station of the secondary system at the position transmitted in (1).
  • the secondary system can be used, for example, a wireless communication terminal using the secondary system can be used within a range of reachable radio waves of the secondary system.
  • the allocation device calculates the propagation distance of the radio wave emitted from the secondary system while taking into account the shielding object by using a simple index called the line-of-sight distance. It can be simplified.
  • the propagation model having a shorter propagation distance than the square attenuation model may be a model including reflection and diffraction due to buildings and terrain in the calculation.
  • the selection unit may use a propagation model that approximates the actual measurement value.
  • the map database stored in the storage unit 101 may be periodically updated. The map database may be updated each time a building is newly created or destroyed.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the hardware configuration of the allocation device.
  • the allocation device 100 includes a processor 11, a memory 12, a bus 15, an external storage device 16, and a network connection device 19. Further, as an option, the assignment device 100 may include an input device 13, an output device 14, and a medium driving device 17.
  • the allocation device 100 may be realized by a computer, for example.
  • the processor 11 can be an arbitrary processing circuit including a central processing unit (CPU).
  • the processor 11 operates as the specifying unit 103, the selecting unit 104, the calculating unit 105, and the determining unit 106.
  • the processor 11 can execute, for example, a program stored in the external storage device 16.
  • the memory 12 operates as the storage unit 101 and holds information relating to the map database and the primary system. Further, the memory 12 appropriately stores data obtained by the operation of the processor 11 and data used for processing of the processor 11.
  • the network connection device 19 is used for communication with other devices and operates as the transmission / reception unit 102.
  • the input device 13 is realized as, for example, a button, a keyboard, or a mouse
  • the output device 14 is realized as a display or the like.
  • the bus 15 connects the processor 11, the memory 12, the input device 13, the output device 14, the external storage device 16, the medium drive device 17, and the network connection device 19 so that data can be exchanged between them.
  • the external storage device 16 stores programs, data, and the like, and provides the stored information to the processor 11 and the like as appropriate.
  • the medium driving device 17 can output the data of the memory 12 and the external storage device 16 to the portable storage medium 18 and can read programs, data, and the like from the portable storage medium 18.
  • the portable storage medium 18 is an arbitrary portable storage medium including a floppy disk, a magnetic-optical (MO) disk, a compact disc recordable (CD-R), and a digital versatile disc diskable (DVD-R). It can be a medium.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the base station apparatus and the wireless communication terminal. Each device in FIG. 3 attaches the same number to the same hardware as in FIG.
  • the base station device 201 includes a processor 11, a memory 12, a bus 15, an external storage device 16, and a network connection device 19.
  • the base station apparatus 201 may be realized by a computer, for example.
  • the processor 11 performs a process of inquiring the allocation device 100 about availability.
  • the memory 12 appropriately stores processing data used in the inquiry process.
  • the network connection device 19 is used for communication with other devices.
  • the wireless communication terminal 202 further includes a frequency switching device 20 in addition to the base station device 201.
  • the frequency switching device 20 switches the radio wave used by the wireless communication terminal between the radio wave range of the primary system and the radio wave range of the secondary system.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a communication system according to the present embodiment.
  • the assignment device 100 is used by connecting to the Internet like the communication system 210.
  • the inquiry about the availability of the system from the base station 201 of the secondary system is sent to the core network 203 and notified to the allocation device 100 via the Internet.
  • the core network 201 is used for communication between the base station 201 and other base stations.
  • the allocation device 100 notifies the secondary system base station 201 that it can be used, the base station 201 can communicate with the wireless communication terminal 202.
  • the assignment device 100 may be used by connecting to the core network 203 like the communication system 220.
  • the inquiry about the availability of the system from the base station 201 of the secondary system is notified to the allocation device 100 via the core network 203.
  • the allocation device 100 notifies the secondary system base station 201 that it can be used, the base station 201 can communicate with the wireless communication terminal 202.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of line-of-sight distance estimation processing.
  • the allocation device acquires the position information from the base station of the secondary system
  • the allocation device reads the map database from the storage unit 101.
  • a map 300 in FIG. 5 is a map image created using the base station of the secondary system and the building information read from the map information.
  • the map 300 is a map in which the vertical axis is latitude and the horizontal axis is longitude, and buildings are arranged around the base station.
  • the map database includes height information for each building.
  • Section 301 is a side view of a radio wave propagation direction map indicated by an arrow in the southeast direction of the map 300 starting from the base station.
  • the vertical axis represents the height information of each building
  • the horizontal axis represents the distance from the base station.
  • the line-of-sight distance of the radio wave emitted in the arrow direction of the map 300 is estimated as the distance between the second building from the base station side and the base station.
  • the allocating device performs a line-of-sight estimation process 360 degrees centering on the base station.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a method for simplifying the line-of-sight distance estimation process.
  • the map 300 of FIG. 5 is created when building arrangement information is acquired from actual map information.
  • a layout diagram 400 in FIG. 6 is an example of the layout of buildings when the map 300 is represented in a grid.
  • the building is indicated by a square indicated by diagonal lines.
  • each building is shifted from the grid frame.
  • the allocating device arranges the buildings as shown in the grid layout diagram 401 by aligning the buildings with the grid frames.
  • the buildings are arranged by being fitted to the grid frame.
  • the allocating device assumes that the center point of each grid frame is a building, and estimates the line-of-sight distance centered on the base station.
  • the allocating device can estimate the line-of-sight distance by omitting the shape and size of each building by assuming the center point of the grid frame as a building.
  • the amount of calculation can be reduced compared to the line-of-sight distance calculation using a map that is not gridded. If the grid width is narrowed, a map close to the actual building arrangement can be created, and the estimation accuracy of the line-of-sight distance is improved, while the calculation amount increases.
  • the amount of calculation can be reduced although the estimation accuracy of the line-of-sight distance is lowered.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of how to determine a threshold value used for selecting a propagation model.
  • the vertical axis represents the received electric field strength and the horizontal axis represents the distance from the radio wave transmission source, and shows a radio wave attenuation curve corresponding to the distance of each propagation model.
  • the received electric field strength is the strength of the transmission power of the radio wave received from the radio wave source.
  • the base station emits radio waves with an intensity of (P tx ). When there is no shield, the radio wave emitted from the base station attenuates in inverse proportion (d ⁇ 2 ) to the square of the distance from the transmission source, as in the square attenuation model shown by the curve 501.
  • the selection unit 104 calculates the predetermined threshold value used for selecting the propagation model.
  • the radio wave emitted from the base station in the square attenuation model indicated by the curve 501 is the base of the primary system. Used as the electric field strength (P rx ) that interferes with the radio waves used by the station. Since the square attenuation model is a propagation model having a long propagation distance, by using the electric field strength of the electric field strength (P rx ) as an interference condition, the radio wave of the propagation model whose propagation distance is shorter than the square attenuation model is 1 Does not interfere with radio waves used by the next system.
  • a curve 502 is a propagation model (d ⁇ ) whose propagation distance is shorter than the square attenuation model.
  • the selection unit 104 sets, as a predetermined threshold, a distance (d ⁇ ) that can be reached by a propagation model (d ⁇ ) whose propagation distance is shorter than the square attenuation model with electric field strength (P rx ). Note that the propagation model (d ⁇ ⁇ ) is a ⁇ power attenuation model.
  • the selection unit can select a propagation model according to the line-of-sight distance by obtaining a predetermined threshold value.
  • the allocation device uses a propagation model having a propagation distance shorter than the square attenuation model for calculating the propagation distance of the radio wave.
  • the assigning device uses a square attenuation model for calculating the propagation distance of the radio wave.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of processing of the allocation device.
  • the specifying unit 103 acquires information on the position and height of the base station of the secondary system, information on the shielding around the base station included in the map database, and the like (step S101).
  • the identification unit 103 calculates the line-of-sight distance in the 360-degree direction with the base station as the center, and identifies the longest line-of-sight distance (step S102).
  • the selection unit 104 selects a propagation model corresponding to the maximum line-of-sight distance (step S103).
  • the calculation unit 105 calculates the propagation distance of the radio wave emitted by the base station of the secondary system using the propagation model selected by the selection unit 104 (step S104).
  • the determination unit 106 determines whether the radio wave emitted from the base station of the secondary system interferes with the radio wave of the primary system using the position information of the base station of the secondary system and the propagation distance of the radio wave (step S105). .
  • the transmitting / receiving unit 102 notifies the base station of the secondary system that the system is available (NO in step S105).
  • the transmission / reception unit 102 notifies the base station of the secondary system that the system cannot be used (YES in step S105).
  • the allocation device can simplify the calculation of the propagation distance of the radio wave emitted from the secondary system, taking into account the shielding object, by using a simple index called the line-of-sight distance.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example (part 2) of the line-of-sight distance estimation process.
  • FIG. 9 is a map obtained by dividing the area of the map 300 of FIG. 5 every 90 degrees.
  • the assigning device calculates a 360-degree line-of-sight distance around the base station.
  • the allocation apparatus may divide the area every 90 degrees around the base station, and specify the maximum line-of-sight distance for each area. The number of area divisions may be changed according to the environment.
  • the selection unit may select a propagation model using an index other than the line-of-sight distance.
  • an index for selecting a propagation model for example, a building occupancy rate may be used.
  • the selection unit may select a propagation model having a shorter propagation distance than the radio wave of the square attenuation model when the base station is installed in an area where the building occupancy is high.

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Abstract

　第１のシステムが使用可能な周波数の電波のうち、第１のシステムが時間的又は場所的に使用しない周波数の電波を第２のシステムが利用する通信システムにおいて、割り当て装置は、選択部、判定部を備える。選択部は、第１のシステムが使用しない周波数で第２のシステム内の発信装置から発信される発信電波が発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離が所定の閾値よりも大きい場合に、第１の伝搬方式を選択する。選択部は、到達可能な距離が所定の閾値よりも小さい場合に、第１の伝搬方式よりも伝搬距離が短くなる第２の伝搬方式を選択する。判定部は、選択部が選択した伝搬方式を用いて、発信電波の伝搬距離を計算し、発信装置の伝搬距離が、第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達しない場合に、第２のシステムが発信電波を利用可能であると判定する。

Description

周波数割り当て装置、周波数割り当て方法及び無線通信システム
　この発明は、周波数の共用技術に関する。
　コグニティブ無線は、１つの周波数を複数のシステムで共用して利用する周波数共用技術である。近年、日本では、周波数共用技術の導入が検討されている。周波数共用技術は、例えば、テレビジョン（ＴＶ）放送周波数帯の空きチャネルを、免許不要で利用できるようにする。ＴＶ放送周波数帯の空きチャネルは、ＴＶのホワイトスペース（ＴＶＷＳ：ＴｅｌｅＶｉｓｉｏｎ　Ｗｈｉｔｅ　Ｓｐａｃｅ）と呼ばれている。欧米では、既に、ＴＶのホワイトスペースを利用するシステムの制度化や標準化の作業が進められている。なお、欧米において、ＴＶ放送は１次システム、ホワイトスペースを利用する通信システムは２次システムと呼ばれる。
　米国の米国連邦通信委員会は、ホワイトスペースを通信に利用する際に、割り当て装置を利用する方法を規定している。割り当て装置は、所定の伝搬モデルを用いて電界強度の計算を行い、２次システムから１次システムへの電波の与干渉があるかを判定する。割り当て装置は、２次システムを使用するユーザから２次システムの基地局の位置情報を受信し、その位置からの電波が１次システムの電波に干渉するかで、与干渉の判定を行う。２次システムを使用するユーザは、２次システムの基地局から出された電波が１次システムに干渉しないチャネル（周波数）の情報を、割り当て装置から取得することで、ホワイトスペースのチャネルを利用できる。
　割り当て装置に関する技術として、どのホワイトスペースが利用可能であるかを計算する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
　割り当て装置に関する技術として、基地局と受信局との間の伝搬利得を用いてホワイトスペースが利用可能であるかを判定する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
　アンテナ間で通信可能な距離を、送信電力と自由空間伝搬損失などを用いて計算する技術が知られている（例えば、特許文献３を参照）。
　ホワイトスペースに関する技術として、ＴＶのホワイトスペースを、ＬＴＥが使用する技術が知られている（例えば、特許文献４を参照）。
特表２０１３－５３１４３７号公報 国際公開２０１１－１３２７６０号 特開２００５－１３０４４２号公報 特表２０１２－５１６５８５号公報
　割り当て装置は、２次システムの電波が１次システムの電波へ干渉するかの判定のために、所定の伝搬モデルを用いて２次システムの電波の伝搬距離を算出する。２次システムが出す電波の伝搬距離を実際の伝搬距離に近づけるため、伝搬モデルは、２次システムの基地局周辺の建物などの遮蔽物の影響を考慮する。しかし、建物を考慮した伝搬距離の正確な計算は難しく、膨大な計算時間を要する。
　１つの側面において、本発明の目的は、遮蔽物を考慮した伝搬距離の計算を簡易化することである。
　第１のシステムが使用可能な周波数の電波のうち、第１のシステムが時間的又は場所的に使用しない周波数の電波を第２のシステムが利用する通信システムにおいて、割り当て装置は、選択部、判定部を備える。選択部は、第１のシステムが使用しない周波数で第２のシステム内の発信装置から発信される発信電波が発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離が所定の閾値よりも大きい場合に、第１の伝搬方式を選択する。選択部は、到達可能な距離が所定の閾値よりも小さい場合に、第１の伝搬方式よりも伝搬距離が短くなる第２の伝搬方式を選択する。判定部は、選択部が選択した伝搬方式を用いて、発信電波の伝搬距離を計算し、発信装置の伝搬距離が、第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達しない場合に、第２のシステムが発信電波を利用可能であると判定する。
　遮蔽物を考慮した伝搬距離の計算を簡易化することができる。
本実施携帯に係る割り当て装置の例を説明する図である。 割り当て装置のハードウェア構成の例を説明する図である。 基地局装置及び無線通信端末のハードウェア構成の例を説明する図である。 本実施形態に係る通信システムの例を説明する図である。 見通し距離の推定処理の例（その１）を説明する図である。 見通し距離の推定処理を簡易化する方法の例を説明する図である。 伝搬モデルの選択に用いられる閾値の決め方の例を説明する図である。 割り当て装置の処理の例を説明するフローチャートである。 見通し距離の推定処理の例（その２）を説明する図である。
　以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る割り当て装置の例を説明する図である。割り当て装置１００は、２次システムの基地局周辺にある建物などの遮蔽物に関する情報を含む地図データベースを、記憶部１０１に予め記憶している。地図データベースに含まれる遮蔽物に関する情報は、例えば、地形情報、建物の配置、高さ、大きさなどである。また、記憶部１０１は、１次システムの基地局の位置、高さ、大きさ、基地局が使用する電波に関する情報などを記憶している。送受信部１０２は、割り当て装置が、他のシステムと通信する際のインターフェースとして用いられる。
　以下に、ユーザが２次システムを利用する際の、割り当て装置内での処理を順に説明する。
　　（１）送受信部１０２は、１次システムのホワイトスペースを利用したい２次システムから、２次システムの基地局の高さ情報、位置情報、出力情報などを受信する。２次システムに関する情報は、２次システムの基地局から無線通信で送信される。また、２次システムに関する情報は、ユーザが割り当て装置１００に入力してもよい。
　　（２）特定部１０３は、記憶部１０１から地図データベースを取得する。特定部１０３は、（１）で取得した２次システムの基地局の位置と高さと、地図データベースに含まれる基地局周辺の遮蔽物に関する情報を用いて、基地局を中心とした３６０度方向の見通し距離が最長のもの（最大見通し距離）を特定する。見通し距離は、基地局から出された電波が、地形や建物などの遮蔽物の影響を受けることなく到達可能な距離である。
　　（３）選択部１０４は、特定部１０３が特定した最大見通し距離を指標値として、指標値と所定の閾値とを比較することで、伝搬距離の推定に用いる伝搬モデルを選択する。選択部１０４は、最大見通し距離が所定の閾値よりも大きい場合、選択部１０４は、伝搬距離の推定に用いる伝搬モデルに、２乗減衰モデルなどの伝搬モデルを選択する。２乗減衰モデルは、電波が発信源からの距離の２乗に反比例して電波が減衰していくモデルである。
　一方、最大見通し距離が所定の閾値よりも小さい場合、選択部１０４は、伝搬距離の推定に用いる伝搬モデルに、２乗減衰モデルよりも伝搬距離が短い伝搬モデルを選択する。２乗減衰モデルよりも伝搬距離が短い伝搬モデルは、例えば、奥村秦式カーブである。奥村秦式カーブは、郊外、中小都市、大都市で実際に測定したデータを取得し、統計的に作成された伝搬特性近似式である。奥村秦式カーブは、３．５乗減衰モデルである。奥村秦式カーブは、電波が発信源からの距離の３．５乗に反比例して減衰していくモデルであるため、２乗減衰モデルよりも伝搬距離が短い伝搬モデルである。なお、選択部１０４が使用する所定の閾値の求め方は、図７で説明する。
　　（４）計算部１０５は、選択部１０４が選択した伝搬モデルを用いて、２次システムの基地局が出す電波の伝搬距離を計算する。
　　（５）判定部１０６は、２次システムの基地局の位置情報と電波の伝搬距離を用いて、２次システムの基地局が出す電波が１次システムの電波に干渉しているかを判定する。判定部１０６は、２次システムの基地局が出す電波が１次システムの電波に干渉している場合、２次システムが利用できないことを示す情報を、送受信部１０２に通知する。判定部１０６は、２次システムの基地局の電波が１次システムの電波に干渉していない場合、受信した２次システムの基地局の位置で、２次システムが利用可能であることを示す情報を、送受信部１０２に通知する。
　　（６）送受信部１０２は、２次システム側に判定部１０６の判定結果を通知する。２次システムが利用可能である場合、ユーザは、２次システムの基地局を（１）で送信した位置で利用可能となる。２次システムが利用可能となることにより、例えば、２次システムを利用する無線通信端末が、２次システムの電波が到達可能な距離の範囲内で利用可能となる。
　（１）～（６）の割り当て装置の処理において、割り当て装置は、見通し距離という簡易な指標を用いることで、遮蔽物を考慮しつつ、２次システムから出された電波の伝搬距離の計算を簡易化できる。
　なお、２乗減衰モデルよりも伝搬距離が短い伝搬モデルは、建物、地形による反射や回折などを計算に含めたモデルでもよい。また、２次システムの利用が増え、実測値の測定データが増えた場合には、選択部は、実測値に近似した伝搬モデルを用いてもよい。記憶部１０１に記憶されている地図のデータベースは、定期的に更新されてもよい。地図のデータベースは、建物が新しく作られたり、壊されたりする毎に、更新されてもよい。
　図２は、割り当て装置のハードウェア構成の例を説明する図である。割り当て装置１００は、プロセッサ１１、メモリ１２、バス１５、外部記憶装置１６、ネットワーク接続装置１９を備える。さらにオプションとして、割り当て装置１００は、入力装置１３、出力装置１４、媒体駆動装置１７を備えても良い。割り当て装置１００は、例えば、コンピュータなどで実現されることがある。
　プロセッサ１１は、Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）を含む任意の処理回路とすることができる。プロセッサ１１は、特定部１０３、選択部１０４、計算部１０５、判定部１０６として動作する。なお、プロセッサ１１は、例えば、外部記憶装置１６に記憶されたプログラムを実行することができる。メモリ１２は、記憶部１０１として動作し、地図データベースと１次システムに関する情報を保持する。さらに、メモリ１２は、プロセッサ１１の動作により得られたデータや、プロセッサ１１の処理に用いられるデータも、適宜、記憶する。ネットワーク接続装置１９は、他の装置との通信に使用され、送受信部１０２として動作する。
　入力装置１３は、例えば、ボタン、キーボード、マウス等として実現され、出力装置１４は、ディスプレイなどとして実現される。バス１５は、プロセッサ１１、メモリ１２、入力装置１３、出力装置１４、外部記憶装置１６、媒体駆動装置１７、ネットワーク接続装置１９の間を相互にデータの受け渡しが行えるように接続する。外部記憶装置１６は、プログラムやデータなどを格納し、格納している情報を、適宜、プロセッサ１１などに提供する。媒体駆動装置１７は、メモリ１２や外部記憶装置１６のデータを可搬記憶媒体１８に出力することができ、また、可搬記憶媒体１８からプログラムやデータ等を読み出すことができる。ここで、可搬記憶媒体１８は、フロッピイディスク、Magnet-Optical（ＭＯ）ディスク、Compact Disc Recordable（ＣＤ－Ｒ）やDigital Versatile Disk Recordable（ＤＶＤ－Ｒ）を含む、持ち運びが可能な任意の記憶媒体とすることができる。
　図３は、基地局装置及び無線通信端末のハードウェア構成の例を説明する図である。図３の各装置は、図２と同様のハードウェアに、同じ番号を付している。基地局装置２０１は、プロセッサ１１、メモリ１２、バス１５、外部記憶装置１６、ネットワーク接続装置１９を備える。基地局装置２０１は、例えば、コンピュータなどで実現されることがある。プロセッサ１１は、例えば、割り当て装置１００に利用可否の問い合わせをする処理を行う。メモリ１２は、問い合わせをする処理で使用される処理データを適宜記憶する。ネットワーク接続装置１９は、他の装置との通信に使用される。
　無線通信端末２０２は、基地局装置２０１から更に、周波数切替装置２０を備える。周波数切替装置２０は、無線通信端末が使用する電波を、１次システムの電波の範囲と２次システムの電波の範囲で切り替える。
　図４は、本実施形態に係る通信システムの例を説明する図である。割り当て装置１００は、一例として、通信システム２１０のようにインターネットに接続して利用される。２次システムの基地局２０１からのシステムの利用可否の問い合わせは、コアネットワーク２０３に送られ、インターネットを経由して割り当て装置１００に通知される。コアネットワーク２０１は、基地局２０１と他の基地局との通信に用いられる。割り当て装置１００から２次システムの基地局２０１に利用可能である通知が来ると、基地局２０１は、無線通信端末２０２と通信可能となる。
　また、割り当て装置１００は、通信システム２２０のようにコアネットワーク２０３に接続して利用されてもよい。２次システムの基地局２０１からのシステムの利用可否の問い合わせは、コアネットワーク２０３を経由して割り当て装置１００に通知される。割り当て装置１００から２次システムの基地局２０１に利用可能である通知が来ると、基地局２０１は、無線通信端末２０２と通信可能となる。
　図５は、見通し距離の推定処理の例を説明する図である。割り当て装置は、２次システムの基地局から位置情報を取得すると、記憶部１０１から地図データベースを読みだす。図５のマップ３００は、２次システムの基地局と、地図情報から読み出した建物情報を用いて作成されるマップイメージである。マップ３００は、縦軸を緯度、横軸を経度とし、基地局を中心に建物を配置したマップである。地図データベースは、各建物の高さ情報を含む。
　断面３０１は、基地局を起点としたマップ３００の南東方向への矢印が示す電波の伝播方向のマップを側面からみた図である。基地局を起点としたマップ３００の断面では、縦軸が各建物の高さ情報を表し、横軸が基地局からの距離を表す。断面３０１の例では、建物が３つあり、基地局に最寄りの建物は、基地局の高さよりも低い。そのため、基地局に最寄りの建物は、基地局からの電波を遮らない。断面３０１の基地局側から２つ目の建物は、基地局の高さよりも高いため、基地局からの電波を遮る。従って、マップ３００の矢印方向へ出される電波の見通し距離は、基地局側から２つ目の建物と基地局の距離と推定される。割り当て装置は、見通し距離の推定処理を、基地局を中心に３６０度行う。
　図６は、見通し距離の推定処理を簡易化する方法の例を説明する図である。図５のマップ３００は、実際の地図情報から、建物の配置情報を取得した場合に作成される。図６の配置図４００は、マップ３００をグリッド化して表した場合の建物の配置例である。配置図４００において、建物は、斜線で示す四角形で示されている。配置図４００において、各建物は、グリッドの枠とずれている。割り当て装置は、この各建物を、グリッドの枠にあわせ、グリッド配置図４０１のように建物を配置する。
　グリッド配置図４０１において、建物は、グリッド枠にあてはめられて配置されている。割り当て装置は、各グリッド枠の中心点を建物と仮定し、基地局を中心とした見通し距離を推定する。割り当て装置は、グリッド枠の中心点を建物と仮定することで、各建物の形状や大きさなどを省いて見通し距離を推定することができる。グリッド化した地図を用いて見通し距離を推定することで、グリッド化していない地図を用いた見通し距離の計算に比べて計算量を軽減することができる。なお、グリッド幅を狭くすれば実際の建物配置に近いマップを作成することができ、見通し距離の推定精度が向上する一方、計算量は増加する。また、グリッド幅を広くしたマップは、実際の建物配置からずれがでてくるため、見通し距離の推定精度は下がるものの、計算量を軽減できる。
　図７は、伝搬モデルの選択に用いられる閾値の決め方の例を説明する図である。図７のグラフは、縦軸が受信電界強度、横軸が電波の送信元からの距離であり、各伝搬モデルの距離に応じた電波の減衰曲線を示す。受信電界強度は、電波の発信元から受信した電波の送信電力の強度である。図７の例において基地局は、（Ｐｔｘ）の強度で電波を発している。基地局から出された電波は、遮蔽物がない場合、曲線５０１に示す２乗減衰モデルように、発信源からの距離の２乗に反比例（ｄ－２）して減衰していく。
　選択部１０４が（３）の処理で、伝搬モデルの選択に用いる所定の閾値の算出には、まず、曲線５０１で示す２乗減衰モデルで基地局から出された電波が、１次システムの基地局が使用する電波に干渉する電界強度（Ｐｒｘ）として用いる。２乗減衰モデルは、伝搬距離が長い伝搬モデルであるため、電界強度（Ｐｒｘ）の電界強度を干渉条件とすることで、伝搬距離が２乗減衰モデルよりも短い伝搬モデルの電波は、１次システムが使用する電波に干渉しない。
　曲線５０２は、伝搬距離が２乗減衰モデルよりも短い伝搬モデル（ｄ―γ）である。選択部１０４は、電界強度（Ｐｒｘ）で、伝搬距離が２乗減衰モデルよりも短い伝搬モデル（ｄ―γ）で衰退する電波が到達可能な距離（ｄγ）を所定の閾値と設定する。なお、伝搬モデル（ｄ―γ）は、γ乗減衰モデルであることを示している。
　選択部は、所定の閾値を求めることで見通し距離に応じて伝搬モデルを選択できる。見通し距離が短い場合には、電波が遮蔽物に遮られるため、割り当て装置は、電波の伝搬距離の計算に、２乗減衰モデルよりも伝搬距離が短い伝搬モデルを用いる。また、見通し距離が所定の閾値よりも大きい場合には、割り当て装置は、電波の伝搬距離の計算に、２乗減衰モデルを用いる。このようにすることで、割り当て装置は、見通し距離という簡易な指標を用いることで、遮蔽物を考慮しつつ、２次システムから出された電波の伝搬距離の計算を簡易化できる。
　図８は、割り当て装置の処理の例を説明するフローチャートである。特定部１０３は、２次システムの基地局の位置及び高さと、地図データベースに含まれる基地局周辺の遮蔽物に関する情報などを取得する（ステップＳ１０１）。特定部１０３は、基地局を中心とした３６０度方向の見通し距離を計算し、最長見通し距離を特定する（ステップＳ１０２）。選択部１０４は、最大見通し距離に応じた伝搬モデルを選択する（ステップＳ１０３）。計算部１０５は、選択部１０４が選択した伝搬モデルを用いて、２次システムの基地局が出す電波の伝搬距離を計算する（ステップＳ１０４）。判定部１０６は、２次システムの基地局の位置情報と電波の伝搬距離を用いて、２次システムの基地局が出す電波が１次システムの電波に干渉しているかを判定する（ステップＳ１０５）。送受信部１０２は、２次システムの基地局にシステムが利用可能であることを通知する（ステップＳ１０５でＮＯ）。送受信部１０２は、２次システムの基地局にシステムが利用できないことを通知する（ステップＳ１０５でＹＥＳ）。
　このようにして、割り当て装置は、見通し距離という簡易な指標を用いることで、遮蔽物を考慮しつつ、２次システムから出された電波の伝搬距離の計算を簡易化できる。
＜その他＞
　図９は、見通し距離の推定処理の例（その２）を説明する図である。図９は、図５のマップ３００を９０度毎にエリアを分割したマップである。割り当て装置は、基地局を中心に３６０度の見通し距離を計算する。しかし、基地局を設置する場所によっては、方向によって見通し距離が大きく異なるケースもある。そういったケースでは、割り当て装置は、基地局を中心に９０度毎にエリアを分割し、エリア毎に、最大見通し距離を特定してもよい。また、エリアの分割数については、環境に応じて変更してもよい。
　次に、選択部は、見通し距離以外の指標を用いて伝搬モデルを選択してもよい。伝搬モデルの選択の指標として、例えば、建物占有率を用いてもよい。この場合、選択部は、建物占有率が高い地域に基地局を設置する場合に、２乗減衰モデルの電波よりも伝搬距離の短い伝搬モデルを選択すればよい。

Claims (9)

  1. 　第１のシステムが使用可能な周波数の電波のうち、前記第１のシステムが時間的又は場所的に使用しない周波数の電波を第２のシステムが利用する通信システムにおいて、
    　前記第１のシステムが使用しない周波数で前記第２のシステム内の発信装置から発信される発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離が所定の閾値よりも大きい場合に、第１の伝搬方式を選択し、前記到達可能な距離が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１の伝搬方式よりも伝搬距離が短くなる第２の伝搬方式を選択する選択部と、
    　前記選択部が選択した伝搬方式を用いて、前記発信電波の伝搬距離を計算し、前記発信装置の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達しない場合に、前記第２のシステムが前記発信電波を利用可能であると判定する判定部と、
    　を備えることを特徴とする周波数割り当て装置。
  2. 　前記選択部は、
    　前記第１の伝搬方式を用いて求められる前記発信装置からの前記発信電波の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達する前記発信装置の送信電力の強度を求め、
    　前記送信電力の強度で前記発信装置から出される前記発信電波が、前記第２の伝搬方式を用いて到達可能な距離を計算し、計算された距離を前記所定の閾値として用いる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の周波数割り当て装置。
  3. 　前記発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離を、前記発信装置を中心に複数方角に対して計算する特定部を、備える
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数割り当て装置。
  4. 　第１のシステムが使用可能な周波数の電波のうち、前記第１のシステムが時間的又は場所的に使用しない周波数の電波を第２のシステムが利用する通信システムにおいて、
    　前記第１のシステムが使用しない周波数で前記第２のシステム内の発信装置から発信される発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離が所定の閾値よりも大きい場合に、第１の伝搬方式を選択し、前記到達可能な距離が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１の伝搬方式よりも伝搬距離が短くなる第２の伝搬方式を選択し、
    　選択した伝搬方式を用いて、前記発信電波の伝搬距離を計算し、前記発信装置の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達しない場合に、前記第２のシステムが前記発信電波を利用可能であると判定する
    　ことを特徴とする周波数割り当て方法。
  5. 　前記第１の伝搬方式を用いて求められる前記発信装置からの前記発信電波の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達する前記発信装置の送信電力の強度を求め、
    　前記送信電力の強度で前記発信装置から出される前記発信電波が、前記第２の伝搬方式を用いて到達可能な距離を計算し、計算された距離を前記所定の閾値として用いる
    　であることを特徴とする請求項４に記載の周波数割り当て方法。
  6. 　前記発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離を、前記発信装置を中心に複数方角に対して計算する
    　ことを特徴とする請求項４又は５に記載の周波数割り当て方法。
  7. 　第１のシステムが使用可能な周波数の電波のうち、前記第１のシステムが時間的又は場所的に使用しない周波数の電波を利用する第２のシステムと、
    　前記第１のシステムが使用しない周波数で前記第２のシステム内の発信装置から発信される発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離が所定の閾値よりも大きい場合に、第１の伝搬方式を選択し、前記到達可能な距離が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１の伝搬方式よりも伝搬距離が短くなる第２の伝搬方式を選択し、
    　選択した伝搬方式を用いて、前記発信電波の伝搬距離を計算し、前記発信装置の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達しない場合に、前記第２のシステムが前記発信電波を利用可能であると判定する周波数割り当て装置と、を備える
    　ことを特徴とする周波数割り当てシステム。
  8. 　前記周波数割り当て装置は、
    　前記第１の伝搬方式を用いて求められる前記発信装置からの前記発信電波の伝搬距離が、前記第１のシステムが使用可能な周波数の電波の伝搬範囲に到達する前記発信装置の送信電力の強度を求め、
    　前記送信電力の強度で前記発信装置から出される前記発信電波が、前記第２の伝搬方式を用いて到達可能な距離を計算し、計算された距離を前記所定の閾値として用いる
    　ことを特徴とする請求項７に記載の周波数割り当てシステム。
  9. 　前記周波数割り当て装置は、
    　前記発信電波が前記発信装置の位置から遮蔽物に遮られることなく到達可能な距離を、前記発信装置を中心に複数方角に対して計算する
    　ことを特徴とする請求項７又は８に記載の周波数割り当てシステム。
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