特許 7287912 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/14 20090101AFI20230530BHJP

   H04W 72/0446 20230101ALI20230530BHJP

   H04W 72/0453 20230101ALI20230530BHJP

   H04W 16/10 20090101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

H04W16/14

H04W72/0446

H04W72/0453

H04W16/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020039263

(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公開番号】P2021141510

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2021-12-23

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、総務省「異システム間の周波数共用技術の高度化に関する研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】599108264

【氏名又は名称】株式会社ＫＤＤＩ総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】伊神 皓生

【審査官】長谷川 未貴

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５０２５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３０２１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０９０２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６３３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１１９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２０３６３８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】伊神 皓生，周波数共用のための動的かつ公平な共用周波数割当方式の検討，電子情報通信学会２０２０年総合大会講演論文集 通信１ PROCEEDINGS OF THE 2020 IEICE GENERAL CONFERENCE，2020年03月03日

【文献】伊神 皓生 Akio Ikami，電子情報通信学会２０２０年総合大会講演論文集 通信１ PROCEEDINGS OF THE 2020 IEICE GENERAL CONFERENCE，2020年03月03日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｈ０４Ｂ ７／２４ － ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ － ９９／００

ＤＢ名 ３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置であり、
前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、
マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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及び時間スロットを求めるマッピング計算部と、
各前記実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、
前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、
前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、
周波数マッピング装置。

【請求項2】

前記複数の実無線通信システム各々への前記共用周波数帯の周波数割当量は、前記複数の実無線通信システム各々の需要申請と、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースにおける周波数軸の空きリソース帯域及び時間軸の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た、
請求項１に記載の周波数マッピング装置。

【請求項3】

前記目的関数は、余りリソースが周波数軸上の両端のうち少なくとも一方の端に配置された場合にペナルティが科せられるものである、
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。

【請求項4】

前記周波数連続性値及び前記時間連続性値は各補助変数により表される、
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。

【請求項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。

【請求項6】

各前記実無線通信システム及び前記仮想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をさらに備え、
前記マッピング計算期間は過去の期間を含み、
前記過去の期間の前記割当結果が前記マッピング計算期間の制約条件に含められる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の周波数マッピング装置。

【請求項7】

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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置が実行する周波数マッピング方法であり、
前記周波数マッピング装置が、前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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、各前記実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、
前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、
前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、
周波数マッピング方法。

【請求項8】

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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置のコンピュータに、
前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、
マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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、
各前記実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って、
前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、
前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】“Fair Dynamic Spectrum Management in Licensed Shared Access Systems”，IEEE Systems Journal，Volume: 13，Issue: 3，Sept. 2019

【文献】Mirza Kibria，“Resource Allocation in Shared Spectrum Access Communications for Operators with Diverse Service Requirements”，2016

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の一態様は、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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置であり、前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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及び時間スロットを求めるマッピング計算部と、各前記実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、前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、周波数マッピング装置である。
（２）本発明の一態様は、前記複数の実無線通信システム各々への前記共用周波数帯の周波数割当量は、前記複数の実無線通信システム各々の需要申請と、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースにおける周波数軸の空きリソース帯域及び時間軸の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た、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、前記目的関数は、余りリソースが周波数軸上の両端のうち少なくとも一方の端に配置された場合にペナルティが科せられるものである、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、前記周波数連続性値及び前記時間連続性値は各補助変数により表される、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（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、各前記実無線通信システム及び前記仮想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をさらに備え、前記マッピング計算期間は過去の期間を含み、前記過去の期間の前記割当結果が前記マッピング計算期間の制約条件に含められる、上記（１）から（５）のいずれかの周波数マッピング装置である。

【0008】

（７）本発明の一態様は、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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置が実行する周波数マッピング方法であり、前記周波数マッピング装置が、前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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、各前記実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、前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、周波数マッピング方法である。

【0009】

（８）本発明の一態様は、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であって前記既存の無線通信システムが優先して使用する共用周波数帯を前記既存の無線通信システムとは異なる他の複数の実無線通信システムが二次的に利用する場合において、前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソースを前記複数の実無線通信システムに割り当てる周波数マッピング装置のコンピュータに、前記複数の実無線通信システムの各々に割り当てられた前記共用周波数帯の周波数割当量と前記既存の無線通信システムが使用していない前記共用周波数帯の空きリソース量と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、マッピング計算期間において各前記実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、前記総和が最大になり且つ前記空きリソース量から前記周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの前記実無線通信システムにも割り当てられず且つ前記余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各前記実無線通信システム及び前記仮想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、各前記実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って、前記周波数連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一時間スロットにおいて、ある周波数チャネルのマッピング結果と当該周波数チャネルを周波数軸方向に一つずらした周波数チャネルのマッピング結果との積により算出される、前記時間連続性値は、同一の前記実無線通信システム且つ同一周波数チャネルにおいて、ある時間スロットのマッピング結果と当該時間スロットを時間軸方向に一つずらした時間スロットのマッピング結果との積により算出される、コンピュータプログラムである。

【発明の効果】

【0010】

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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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2】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。

【図3】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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

また、共用周波数帯の空きリソース量が、各２次事業者システムが要求する需要量の総量よりも多い場合、共用周波数帯の空きリソース量から需要量の総量を減算した差である余りリソース量が発生する。本実施形態では、余りリソース量が発生する場合に、共用周波数帯の周波数割当量や余りリソース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。

【0016】

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と、共用周波数帯の空きリソース量と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。また、共用周波数帯の空きリソース量のことを単に空きリソース量と称する場合がある。

【0017】

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、マッピング計算期間において各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り且つ空きリソース量から周波数割当量を減算した差である余りリソース量がいずれの２次事業者システムにも割り当てられず且つ余りリソース量が仮想無線通信システムに割り当てられるように、各２次事業者システム及び仮想無線通信システムに割り当てる共用周波数帯の周波数チャネル及びタイムスロットを求める。このマッピング計算方法の詳細は後述する。本実施形態では、２次事業者システムは実無線通信システムに対応する。仮想無線通信システムは、余りリソースを割り当てる対象として仮想されるものである。

【0018】

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。

【0019】

割当結果ＤＢ１４は、各２次事業者システム及び仮想無線通信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。

【0020】

［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、目的関数及び制約条件が予め設定される。

【0021】

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。

【0022】

【数1】

【0023】

ｉは２次事業者システム及び仮想無線通信システムを識別するシステム番号である。Ｍは２次事業者システムのシステム番号の集合である。「Ｍ＋１」は、集合Ｍに仮想無線通信システムのシステム番号を追加した集合である。したがって、「Ｍ＋１」は、２次事業者システムのシステム番号と仮想無線通信システムのシステム番号との集合である。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。Ｂは空きリソース量である。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次事業者システム及び仮想無線通信システム（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。

【0024】

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

【0025】

【数2】

【0026】

（２）式に示される目的関数は、マッピング計算期間（Ｔ）において各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。（２）式において、周波数連続性値は、補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」により表される。時間連続性値は、補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」により表される。

【0027】

また、（２）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。

【0028】

また、（２）式に示される目的関数は、余りリソースが周波数軸上の両端のうち少なくとも一方の端に配置された場合にペナルティが科せられるものである。ペナルティは、仮想無線通信システム（ｉ＝Ｍ＋１）に対して、同一タイムスロット（ｔ）において、周波数軸上の一端の周波数チャネル（ｆ＝０）のマッピング結果ｘ＿Ｍ＋１，０，ｔともう一端の周波数チャネル（ｆ＝Ｆ）のマッピング結果ｘ＿Ｍ＋１，Ｆ，ｔとの和により算出される。ペナルティの大きさは、重み係数γによって調整することができる。「γ＝０」である場合、ペナルティはなしとなる。

【0029】

周波数マッピング装置１には、次の（３）式から（８）式までの各式に示される制約条件が予め設定される。

【0030】

【数3】

【0031】

（３）式の制約条件は、ある２次事業者システム（ｉ）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）且つ当該タイムスロット（ｔ）に対する周波数割当量ｆａ＿ｉ，ｔ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。

【0032】

【数4】

【0033】

（４）式の制約条件は、同一周波数チャネル（ｆ）且つ同一タイムスロット（ｔ）の割当チャネルが２次事業者システム及び仮想無線通信システムの中のいずれか一つのシステム（ｉ）に対してのみ割り当てられることである。

【0034】

【数5】

【0035】

（５）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。

【0036】

【数6】

【0037】

（６）式の制約条件は、仮想無線通信システム（ｉ＝Ｍ＋１）に割り当てる余りリソース量ｆａ＿Ｍ＋１，ｔが、２次事業者システムに割り当てられない残りの空きリソース量に一致することである。但し、各２次事業者システムが要求する需要量の総量（周波数割当量の総量）が空きリソース量Ｂよりも多い場合、余りリソース量はゼロ「ｆａ＿Ｍ＋１，ｔ＝０」とする。

【0038】

【数7】

【0039】

（７）式の制約条件は、周波数連続性値を表すための補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」の制約である。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を指標にしたものである。（７）式の補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」の制約により、（２）式の目的関数において、周波数連続性値は、同一の２次事業者システム（ｉ）且つ同一タイムスロット（ｔ）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との積により算出される。

【0040】

【数8】

【0041】

（８）式の制約条件は、時間連続性値を表すための補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」の制約である。本実施形態では、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を指標にしたものである。（８）式の補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」の制約により、（２）式の目的関数において、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、あるタイムスロット（ｔ－１）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ－１と当該タイムスロット（ｔ－１）を時間軸方向に一つずらしたタイムスロット（ｔ）のマッピング結果ｘ＿ｉ，ｆ，ｔとの積により算出される。

【0042】

（７）式の制約条件による補助変数「ｙ＿ｉ，ｆ，ｔ」及び（８）式の制約条件による補助変数「ｚ＿ｉ，ｆ，ｔ」を（２）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。

【0043】

なお、（２）式の目的関数において、周波数連続性値及び時間連続性値の計算では、２次事業者システムのシステム番号のみの集合Ｍが使用されるので、仮想無線通信システム（つまり余りリソース）に対する周波数連続性及び時間連続性は考慮されない。これにより、周波数割当量及び余りリソース量を周波数チャネル及びタイムスロットに割り当てるマッピング計算を最適化問題として定式化して解くことができると共に、余りリソースに対する周波数連続性及び時間連続性が最適化問題の解に影響しないようにして、２次事業者システムに割り当てる周波数チャネル及びタイムスロットの連続性を最大化するマッピングを行うことができる。

【0044】

マッピング計算部１２は、（３）式から（８）式までの各式に示される制約条件を満たし且つ（２）式の目的関数が最大になる解「マッピング結果（ｘ＿ｉ，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（ソルバー等）や探索アルゴリズムを適用することができる。

【0045】

なお、（２）式の目的関数が計算される対象の期間であるマッピング計算期間（Ｔ）は、周波数マッピング処理に係る計算時間やマッピングの精度などの要件に応じて可変に設定することができる。

【0046】

また、マッピング計算期間（Ｔ）は、過去のタイムスロット（ｔ）を含むように設定されてもよい。マッピング計算期間（Ｔ）が過去のタイムスロット（ｔ）を含む場合、当該過去のタイムスロット（ｔ）におけるマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ）を制約条件として追加する。これにより、過去のタイムスロット（ｔ）におけるマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ）との周波数連続性や時間連続性も加味したマッピングを行うことができる。なお、過去のタイムスロット（ｔ）におけるマッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ）は、割当結果ＤＢ１４に格納されている。

【0047】

図２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２（１）には、従来のマッピング結果の例が示されている。図２（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。

【0048】

図２（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。

【0049】

一方、図２（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。

【0050】

また、図２（２）の本実施形態のマッピング結果の例では、（２）式の目的関数に導入されるペナルティにより、タイムスロットＴ５において、余りリソースが周波数軸上の両端以外の周波数チャネルＣｈ３に割り当てられる。周波数チャネルＣｈ３は、２次事業者システムＢに割り当てる周波数チャネルＣｈ２と２次事業者システムＣに割り当てる周波数チャネルＣｈ４との間に配置されるので、２次事業者システムＢの利用周波数帯と２次事業者システムＣの利用周波数帯との間のガードバンドとして機能する。このように、本実施形態によれば、（２）式の目的関数に導入されるペナルティによって、余りリソースが周波数軸上の両端以外の周波数チャネルに割り当てられることを促すことができる。これにより、余りリソースを２次事業者システムの利用周波数帯間のガードバンドとして利用することが促進されるので、周波数利用効率の向上に寄与することができる。

【0051】

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。

【0052】

次に図３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３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。

【0053】

（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と、共用周波数帯の空きリソース量と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）式の目的関数及び上記（３）式から（８）式等の制約条件を設定する。

【0054】

（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「マッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ）」を求める計算を実行する。

【0055】

（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次事業者システム及び仮想無線通信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マッピング結果（ｘ＿ｉ，ｆ，ｔ）を割当結果ＤＢ１４に格納する。

【0056】

（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。

【0057】

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、余りリソース量が発生する場合に、共用周波数帯の周波数割当量や余りリソース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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【符号の説明】

【0061】

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）

【図1】

【図2】

【図3】