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WO2013161280A1 - 無線システムにおける周波数管理装置および周波数管理方法 - Google Patents

無線システムにおける周波数管理装置および周波数管理方法 Download PDF

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Publication number
WO2013161280A1
WO2013161280A1 PCT/JP2013/002731 JP2013002731W WO2013161280A1 WO 2013161280 A1 WO2013161280 A1 WO 2013161280A1 JP 2013002731 W JP2013002731 W JP 2013002731W WO 2013161280 A1 WO2013161280 A1 WO 2013161280A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frequency
transmission power
station
interference
allowable transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/002731
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一志 村岡
弘人 菅原
正行 有吉
俊文 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2014512359A priority Critical patent/JP6241619B2/ja
Publication of WO2013161280A1 publication Critical patent/WO2013161280A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless system, and more particularly, to a frequency management apparatus and a frequency management method for managing frequency use of a wireless station.
  • Cognitive radio that recognizes the surrounding radio environment and optimizes communication parameters according to the radio environment is known, but another radio communication system shares the frequency band allocated to one radio communication system It is necessary to consider the problem of interference.
  • the primary system is the system to which the frequency band is originally allocated and suffers interference
  • the secondary system is the system that gives interference by secondary use of the frequency band
  • the primary system These receiving stations are called primary receiving stations, and the transmitting station of the secondary system is called a secondary transmitting station.
  • the transmission power of the secondary transmission station needs to be adjusted to be equal to or lower than the maximum transmission power that allows the primary reception station to maintain a predetermined reception quality.
  • the maximum transmission power is referred to as allowable transmission power
  • actual transmission power adjusted to be equal to or less than the maximum transmission power is referred to as actual transmission power.
  • CIR Carrier Interference Ratio
  • CINR Carrier Interference plus Noise Ratio
  • Patent Document 1 A system for controlling the transmission power of the secondary transmitting station so as not to interfere with the primary receiving station is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • a value obtained by equally dividing the interference power allowable in the primary reception station (hereinafter referred to as allowable interference power) by the number of secondary transmission stations is calculated, and interference by the secondary transmission station is equal to or less than the value.
  • the allowable transmission power is calculated as follows. Thereby, the total interference by the plurality of secondary transmission stations is suppressed to be equal to or lower than the allowable interference power, and a predetermined reception quality can be maintained at the primary reception station even when the plurality of secondary transmission stations transmit simultaneously.
  • the spectrum manager SM (coordinator in Patent Document 1) manages the frequency usage of the secondary transmission station Ts.
  • the spectrum manager SM1 manages the secondary transmission stations Ts11 and Ts12
  • the spectrum manager SM2 is the secondary transmission station. Ts21 and Ts22 are managed.
  • the spectrum managers SM1 and SM2 share information on the secondary transmission stations Ts under their management via a common database DB (management node in Patent Document 1).
  • DB management node in Patent Document 1
  • two allowable transmission power determination processes of a centralized type and a cooperative distributed type are disclosed.
  • the database DB calculates the allowable transmission power of all the secondary transmission stations Ts (Ts11, Ts12, Ts21, Ts22). The calculated allowable transmission power is notified to the managed secondary transmission station Ts via each spectrum manager SM.
  • each spectrum manager SM shares information (for example, the total number of secondary transmission stations) regarding the secondary transmission stations Ts under its management via the database DB.
  • Each spectrum manager eg, SM1 takes into account the interference that a secondary transmitting station (eg, Ts21, Ts22) managed by another spectrum manager (eg, SM2) gives to the primary receiving station, and is under its own management.
  • the allowable transmission power of the secondary transmission station (for example, Ts11, Ts12) is calculated.
  • Patent Document 1 regardless of whether it is a centralized type or a cooperative distributed type, the amount of processing required for calculating the allowable transmission power increases. Hereinafter, this problem will be described.
  • the database DB calculates the allowable transmission power of each secondary transmitting station Ts in the coordinated distributed type.
  • Each time the database DB or spectrum manager SM calculates the allowable transmission power for all secondary transmission stations that are using the frequency the processing amount increases.
  • the allowable transmission power is determined as follows, the increase in the amount of processing becomes significant.
  • a plurality of primary receiving stations Rp here, Rp1, Rp2, Rp3 exist in the service area (primary system service area) of the primary transmitting station Tp.
  • the allowable transmission power of the secondary transmission station Ts is determined so that all primary reception stations Rp can maintain a predetermined reception quality in consideration of interference from each secondary transmission station Ts to each primary reception station Rp. There is a need to.
  • the m-th interference I m of the primary receiving station (1 ⁇ m ⁇ M) can be represented by the following formula (1).
  • L n, m is a path loss from the n-th secondary transmitting station to the m-th primary receiving station, and is calculated using a propagation model such as a Hata formula.
  • Equation (1) above assumes that the receiving antenna gain of the m-th primary receiving station is 1, and the influence of shadowing on the interference signal is also omitted.
  • I max, m is the allowable interference power of the m-th primary receiving station, and the total interference value I m needs to be less than or equal to this value as shown in the inequality of equation (1).
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a frequency management method capable of suppressing an increase in the amount of calculation when determining the allowable transmission power of a transmission station in a system on the interference side, and It is to provide an apparatus and a wireless system.
  • a frequency management device is a frequency management device that manages the frequency usage of a radio station in a radio system that shares a frequency allocated to another radio system, and the frequency management device changes the frequency usage status from the first radio station.
  • Permissible transmission power setting for setting a permissible transmission power for a frequency use accepting unit that accepts a usage status change notification and a second radio station whose interference reachable range overlaps at least a part of the interference reachable range of the first radio station.
  • a frequency management method is a frequency management method for managing the frequency usage of a radio station in a radio system sharing a frequency allocated to another radio system, wherein the frequency usage accepting unit changes the frequency usage status.
  • a frequency usage status change notification is received from one radio station, and the allowable transmission power setting means is configured to allow an allowable transmission power for a second radio station whose interference reachable range overlaps at least a part of the interference reachable range of the first radio station. Is set.
  • a radio system according to the present invention is a radio system sharing a frequency allocated to another radio system, and a plurality of radio stations sharing the frequency and at least one managing frequency use of the plurality of radio stations.
  • a frequency management device and when the frequency management device receives a notification regarding a change in frequency usage status from the first radio station, based on the notified change in the frequency status, the interference of the first radio station
  • the allowable transmission power is set for a second wireless station in which at least a part of the reachable range overlaps with the interference reachable range.
  • the present invention it is possible to suppress an increase in the amount of calculation when determining the allowable transmission power of the transmitting station in the system on the interference side.
  • FIG. 1 is a schematic system configuration diagram for explaining the background art.
  • FIG. 2 is a system configuration diagram for explaining the radio communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the frequency management device (spectrum manager) according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the spectrum manager shown in FIG.
  • FIG. 5 is a system configuration diagram illustrating an example of an interference arrival area in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a sequence diagram showing a first operation example when there is a transmission start request in the wireless system according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a sequence diagram showing an operation when there is a transmission stop notification in the wireless system according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic system configuration diagram for explaining the background art.
  • FIG. 2 is a system configuration diagram for explaining the radio communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the frequency management device (spectrum
  • FIG. 8 is a sequence diagram showing a second operation example when there is a transmission start request in the wireless system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a system configuration diagram for explaining a radio communication system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a management area configuration of the wireless system according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a system configuration diagram for explaining a radio communication system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency management device (spectrum manager) according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a system configuration diagram for explaining a radio communication system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency management device (spectrum manager) according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a system configuration diagram for explaining a radio system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a graph of interference power density for explaining the influence on adjacent frequencies in the wireless communication system according to the fifth embodiment.
  • an interference reachable range with a radio station that has transmitted a notification regarding a change in frequency usage status Are excluded from the calculation target of the allowable transmission power, and the allowable transmission power is calculated only for the wireless stations having the overlapping interference coverage.
  • the secondary transmitting station that is actually interfering with the range in which the transmission of the secondary transmitting station that changes the frequency usage influences interference is subject to calculation of allowable transmission power. It can be. That is, unnecessary secondary transmission stations can be excluded from the calculation of the allowable transmission power, so that the processing amount can be reduced.
  • the primary system is, for example, a TV broadcasting system and the secondary system is, for example, a cellular system
  • the secondary transmitting station can be, for example, a base station, a relay station, or a terminal station in a cellular system.
  • the frequency sharing mode in which the primary system is TV broadcast is called TV white space use.
  • this configuration is merely an example, and the combination of the primary system and the secondary system is not limited to such a configuration.
  • the combination of the primary system and the secondary system may be, for example, a combination of a TV system and a WRAN (Wireless Regional Access Network) system, or a combination of a TV system and a local radio such as a local government or a disaster prevention radio.
  • the primary system may be a wireless microphone or a special purpose radio (for example, a housing radio, an in-house radio, an agricultural radio, etc.)
  • the secondary system is a wireless LAN (Local Area Network).
  • the present invention is not necessarily limited to only a combination of wireless systems having different priorities when using frequencies, such as a primary system and a secondary system, and it is assumed that frequencies are shared in wireless systems having the same priority. It may be a configuration.
  • a plurality of wireless systems may exist as secondary systems.
  • the plurality of secondary transmission stations do not necessarily belong to the same radio system, and may be transmission stations belonging to different secondary systems.
  • the radio system includes a secondary transmitting station 20 (20_1 to 20_4), a spectrum manager 50, and a radio environment database 30. It shall be. As will be described later, there may be a plurality of spectrum managers, but here, in order not to complicate the description, a case of a single spectrum manager is illustrated.
  • the secondary transmitting station 20 communicates with a secondary receiving station (not shown) sharing the frequency of the primary system.
  • a secondary receiving station (not shown) sharing the frequency of the primary system.
  • the primary system is TV broadcast
  • a plurality of frequencies (TV channels) are candidates for sharing.
  • the secondary transmitting station 20 notifies the spectrum manager 50 of a start request, and receives information on available frequencies and allowable transmission power at those frequencies from the spectrum manager 50.
  • the start request of the secondary transmitting station 20 can include other information (device ID, position, antenna height, antenna directivity) regarding the secondary transmitting station 20 and is registered in the spectrum manager 50 or the radio environment database 30. Is done.
  • the usable frequency refers to a frequency that the spectrum manager 50 permits the secondary transmitting station 20 to use. For example, when the secondary transmitting station 20 is outside the primary system service area 12 of a certain frequency, or when it is a predetermined distance away from the end of the primary system service area 12, the frequency is used by the secondary transmitting station 20 Possible frequency. The secondary transmitting station 20 is permitted to transmit at an available frequency if the actual transmission power is equal to or lower than the allowable transmission power determined by the spectrum manager. As will be described later, the usable frequency is determined by the spectrum manager 50 in addition to the condition that the secondary transmitting station 20 is outside the primary system service area 12 and uses the frequency of the primary system service area 12. A frequency that satisfies another condition can also be used.
  • the actual use frequency refers to the frequency that the secondary transmitting station actually uses for transmission. That is, the secondary transmitting station actually uses one (or a plurality of) frequencies among the available frequencies notified from the spectrum manager as the actual usable frequencies. After receiving the notification about the available frequency and its allowable transmission power, the secondary transmission station 20 determines the actual usage frequency and the actual transmission power, and starts communication. Further, when the secondary transmission station 20 stops using the frequency, the secondary transmission station 20 may notify the spectrum manager 50 to that effect.
  • the actual utilization frequency and actual transmission power determined by the secondary transmission station 20 may or may not be notified to the spectrum manager 50.
  • the spectrum manager 50 manages only the available frequency and the allowable transmission power without grasping the actual usage frequency and the actual transmission power of the secondary transmission station 20. Therefore, the secondary transmitting station 20 can freely change the actual usage frequency and the actual transmission power within the allowable range or within the allowable range, and can flexibly change the frequency usage.
  • the spectrum manager 50 does not have information on the actual usage frequency and the actual transmission power, it is difficult to grasp the interference state, and as a result, conservative frequency sharing is performed with the allowable transmission power held low.
  • the actual use frequency and the actual transmission power are not notified will be described, and the case where the notification is notified will be described later as a second embodiment.
  • Radio Environment Database Information stored in the radio environment database 30 is, for example, as follows.
  • Predetermined information about the primary system for example, information on the position of the primary transmitting station 10, service area, transmission power, antenna height, antenna directivity, position of the primary receiving station 11, antenna height, antenna directivity, etc. Information about).
  • the primary system is a TV broadcasting system, there are innumerable TV receiving stations and it is difficult to grasp all of them, so typical values are used for the height of the antenna and the antenna directivity. It is assumed that the TV receiving stations exist in a grid pattern (for example, a grid with an interval of 100 m) on the map.
  • the spectrum manager controls the transmission power of the secondary transmission station so that the reception quality of the assumed TV reception station is maintained at a predetermined level.
  • the primary receiving station 11 represents this assumed TV receiving station, and the spectrum manager 50 calculates allowable transmission power for this assumed TV receiving station.
  • Predetermined information on the secondary system for example, information on the device ID, position, antenna height, antenna directivity, etc. of the secondary transmitting station 20. These pieces of information are registered via the spectrum manager 50 when the secondary transmitting station 20 accesses the spectrum manager 50 (when a request for starting use of a frequency is issued).
  • Path loss information between different radio stations For example, the path loss between the secondary transmitting station 20 and the primary receiving station 11 or between the primary transmitting station 10 and the primary receiving station 11 is preliminarily determined using a predetermined propagation model using the distance between radio stations and the antenna height as parameters. Estimate and store.
  • the radio environment database 30 provides the stored information to the request source (for example, the spectrum manager 50) as necessary.
  • the radio environment database 30 may be a device in which some or all of the functions of the spectrum manager 50 are integrated. Conversely, some or all of the functions of the radio environment database 30 are integrated in the spectrum manager 50. May be.
  • the spectrum manager 50 has a function of calculating the allowable transmission power at each frequency to the secondary transmission station 20 and notifying the available frequency and the allowable transmission power. For example, the allowable transmission power is set to 0 [W] for the frequency that cannot be used, and the allowable transmission power is set to be higher than 0 [W] for the available frequency, and the secondary transmission station is notified of the allowable transmission power for all frequencies. Can communicate available frequencies.
  • the spectrum manager 50 When the spectrum manager 50 according to the present embodiment manages a single or a plurality of secondary transmission stations 20 and receives a notification regarding a change in frequency usage from a managed secondary transmission station, the spectrum manager 50 refers to information on interference reachability described later. Then, the calculation target of the allowable transmission power is narrowed down, and the allowable transmission power is set for the secondary transmission station 20 that is the calculation target.
  • notification regarding change in frequency usage status refers to a request to start frequency usage, a notification to stop frequency usage, a request to change transmission power, a request to change frequency, or a measurement report of the radio environment.
  • the spectrum manager 50 may be called Geo-location Database or White Space Database as another name integrated with the wireless environment database 30 or a part thereof.
  • the wireless environment database 30 or a part thereof may be referred to as Geo-location-Database or White Space Database.
  • the spectrum manager 50 includes a network communication unit 501, a frequency use reception unit 502, a database information storage unit 503, and an allowable transmission power determination unit 504.
  • the network communication unit 501 has a function for each unit of the spectrum manager 50 to communicate with the secondary transmission station 20 and the wireless environment database 30.
  • the frequency usage accepting unit 502 accepts a notification regarding the change of the frequency usage status from the secondary transmitting station 20 under the management of the spectrum manager 50 via the network communication unit 501. For example, when receiving a frequency use start request, the frequency use receiving unit 502 stores information (device ID, position, antenna height, antenna directivity, etc.) related to the secondary transmission station 20 included in the request information as database information. Registration is performed in the storage unit 503 and the wireless environment database 30. Subsequently, the frequency usage receiving unit 502 instructs the allowable transmission power setting unit 504 to calculate the allowable transmission power. Similarly, when receiving another notification (for example, notification of frequency use suspension), the frequency use accepting unit 502 instructs the allowable transmission power setting unit 504 to calculate the allowable transmission power.
  • another notification for example, notification of frequency use suspension
  • the database information storage unit 503 holds information acquired from the wireless environment database 30 and information acquired from the secondary transmission station 20. When each secondary transmitting station that is using the frequency does not notify the spectrum manager 50 of the actual used frequency, the spectrum manager 50 cannot grasp which frequency each secondary transmitting station 20 is using. The available frequency is stored in the database information storage unit 503.
  • the allowable transmission power setting unit 504 When the allowable transmission power setting unit 504 receives an instruction for calculating the allowable transmission power from the frequency use receiving unit 502, the allowable transmission power setting unit 504 appropriately extracts information necessary for calculating the allowable transmission power from the database information storage unit 503 and calculates the information.
  • Information necessary for the calculation includes the position of the primary transmitting station 10 described above, the service area, the transmission power, the height of the antenna, the information on the antenna directivity, the position of the primary receiving station 11, the height of the antenna, and the antenna directivity. , Allowable interference power, device ID of secondary transmission station 20, position, antenna height, antenna directivity, and part or all of path loss information between various radio stations, etc. May be stored in advance in the allowable transmission power setting unit 504.
  • the allowable transmission power determination unit 504 receives a request for calculation of allowable transmission power from the frequency use reception unit 502. And the secondary transmission station 20 which issued the notification regarding the change of a frequency utilization condition (for example, which issued the request
  • the spectrum manager 50 is provided with a control unit that controls the overall operation, and the network communication unit 501, the frequency use reception unit 502, the database information storage unit 503, and the permission described above.
  • the operation of the transmission power determination unit 504 is controlled.
  • the functions of the control unit, the frequency use accepting unit 502, and the allowable transmission power setting unit 504 can also be realized by executing a program stored in a memory (not shown) on a computer (CPU or program control processor). .
  • the frequency usage reception unit 502 of the spectrum manager 50 notifies the frequency transmission status change (frequency) from the secondary transmission station 20 under the management of the spectrum manager 50 through the network communication unit 501.
  • a use start request or a use stop notification is received (step S10).
  • the frequency use receiving unit 502 acquires information necessary for calculating the allowable transmission power from the database information storage unit 503 (step S11).
  • the information necessary for this calculation includes the position of the primary transmitting station 10, the service area, the transmission power, the height of the antenna, the information on the antenna directivity, the position of the primary receiving station 11, and the height of the antenna. , Antenna directivity, allowable interference power, device ID of the secondary transmission station 20, position, antenna height, antenna directivity, and path loss between various radio stations. If all necessary information is not stored in the database information storage unit 503 (NO in step S12), the frequency use receiving unit 502 accesses the wireless environment database 30 through the network communication unit 501, and only the missing information is stored. Is acquired from the wireless environment database 30 (step S13).
  • the allowable transmission power determination unit 504 A secondary transmission station 20 that has received a request for calculation of allowable transmission power from the use reception unit 502 and has issued a notification regarding a change in frequency usage status, and another secondary transmission station that overlaps with the secondary transmission station 20 and an interference arrival area.
  • the calculation target is set (step S14).
  • the allowable transmission power determination unit 504 calculates the allowable transmission power for the calculation target secondary transmission station for each frequency by the calculation method described below, and calculates the calculated allowable transmission power.
  • the transmission power is notified to each secondary transmission station (step S15).
  • the available frequency is a frequency of the primary system service area 12 when the secondary transmission station 20 is outside the primary system service area 12 or when it is a predetermined distance away from the end thereof. By checking this condition for all frequencies (for example, all channels of TV), all available frequencies can be specified.
  • the allowable transmission power can be determined in consideration of the case where the total interference is maximized by using the same frequency for each secondary transmission station.
  • an interference reachable range is used in order to limit secondary transmission stations that are targets of calculation of allowable transmission power.
  • the set S ⁇ ⁇ ⁇ 1, 2,..., N ⁇ of secondary transmission stations to be calculated is obtained by using an interference arrival area that is a geographical interference reachable range.
  • the interference arrival area refers to an area where interference substantially reaches geographically when the secondary transmission station transmits at the maximum transmission power.
  • the “maximum transmission power” means the upper limit value of the transmission power due to the hardware limit of the secondary transmission station, or the upper limit value of the transmission power range permitted by the frequency rule when the frequency is shared (the maximum allowable transmission power). Value) and the like.
  • the spectrum manager 50 knows the allowable transmission power, so the “maximum transmission power” may be set as the allowable transmission power, and the spectrum manager 50 manages the actual transmission power. In this case, the “maximum transmission power” may be the actual transmission power.
  • the interference reachable area refers to an area that depends on the maximum transmission power and the path loss from the secondary transmission station to the surroundings and is estimated to be equal to or greater than a threshold ITh that is considered to be a sufficiently small value of the interference power. Also, the interference reaching area may be simply within a predetermined distance.
  • the configuration of the wireless system shown in FIG. 5 will be considered in order to more specifically describe the method for limiting the secondary transmission stations to be calculated.
  • the radio system illustrated in FIG. 5 includes primary reception stations 11_1 to 11_3 in the primary service area 12 of the primary transmission station 10, secondary transmission stations 20_0 to 20_4 in the vicinity of the primary service area 12, and secondary transmission stations Assume that 20_0 to 20_4 have interference arrival areas IA20_0 to IA20_4, respectively.
  • the primary receiving station 11 is assumed to exist in a grid pattern in the primary system service area 12, there are actually other stations, but here, for convenience of explanation, adjacent secondary stations 11 exist. Only the primary receiving stations 11_1 to 11_3 that overlap with the interference arrival area of the transmitting station are illustrated.
  • the frequency f i to calculate the allowable transmission power in this example is assumed to be the available frequency taking the secondary transmission stations 20_1 ⁇ 20_4.
  • the secondary transmission station 20_0 starts transmission with the maximum transmission power
  • the primary system service area 12 by considering the overlap between the primary system service area 12 and the interference arrival area, it is possible to further reduce the number of secondary transmission stations to be calculated.
  • the primary receiving station 11_1 is further within the interference arrival area IA20_1, and the primary receiving station 11_3 is within the interference arrival area IA20_3. Therefore, it is the interference arrival areas IA20_1 and IA20_3 that the total amount of interference from the plurality of secondary transmission stations to the primary reception station due to the transmission by the secondary transmission station 20_0 is allowed, and these secondary transmission stations are allowed.
  • the transmission power is calculated.
  • the allowable transmission power is calculated by the following method for the secondary transmission station set S that is the calculation target of the allowable transmission power obtained as described above.
  • the interference I (f i , m) to the m-th primary receiving station is given by the following equation (2), and this value needs to be equal to or less than the allowable interference power I max (f i , m).
  • L (n, f i, m) represents the path loss between the first n secondary transmitting station and the m primary receiving station when using the frequency f i, of the secondary transmission station information (position, It is calculated according to a propagation model such as a formula using the antenna height and the information (position, antenna height, etc.) of the primary receiving station.
  • This path loss calculation can be calculated by the allowable transmission power determination unit 504, or can be calculated by the wireless environment database 30 when the secondary transmission station information is registered in the wireless environment database 30.
  • a primary receiving station other than the primary receiving stations 11_1 to 11_3 (the overlapping area of the interference reaching area IA20_1 and the primary system service area 12, or the overlapping of the interference reaching area IA20_3 and the primary system service area 12)
  • a primary receiving station (not shown) existing in the area can also be protected from interference.
  • the search for the combination of allowable transmission powers is performed at frequencies f 1 to f I , and combinations of allowable transmission powers of the secondary transmission stations are obtained for each frequency.
  • the permissible transmission power determination unit 504 uses the information on the permissible transmission power of each frequency calculated in this way under the control of the secondary transmitting station 20 that has issued a frequency use start request and the spectrum manager 50 and is already using another secondary frequency. Notify the transmitting station.
  • the spectrum manager 50 does not necessarily need to notify the secondary transmitting station 20 of all available frequencies. That is, some frequencies can be selected from the available frequencies and notified to the secondary transmitting station 20, and the remaining frequencies can be notified by setting them as unusable frequencies (frequency where the allowable transmission power is 0). .
  • a frequency that has an allowable transmission power equal to or higher than a certain threshold can be set as an available frequency.
  • the number of frequencies set as available frequencies can be reduced compared to the case of notifying all available frequencies, and the influence of unnecessary interference can be reduced. It can be omitted when calculating the equation (2). As a result, a larger allowable transmission power can be allocated to the secondary transmission station that newly starts using the frequency.
  • the spectrum manager 50 reads from the radio environment database 30 as necessary. Shortage information is acquired and information is registered (operation S102). When all necessary information is prepared, the spectrum manager 50 limits the secondary transmission stations to be calculated, and calculates the allowable transmission power of each frequency related to the limited secondary transmission stations (operation S103).
  • the secondary transmission stations 20_1 and 20_3 whose interference transmission area overlaps with the secondary transmission station 20_0 are selected as the secondary transmission stations for calculation of the allowable transmission power, and the allowable transmission power of these secondary transmission stations is calculated. Shall.
  • the spectrum manager 50 notifies the secondary transmission station 20_0 and the secondary transmission stations 20_1 and 20_3 of the calculation result of the allowable transmission power (operation S104).
  • Secondary transmission station 20_0 determines the actual use frequency and the actual transmission power using the available frequency notified from spectrum manager 50_1 and its allowable transmission power (operation S105), and starts communication sharing the frequency. Further, the secondary transmitting stations 20_1 and 20_3 change the actual use frequency and the actual transmission power if necessary to change the notified allowable transmission power (operations S106 and S107), and continue the communication using the frequency sharing.
  • the secondary transmission station that is the target of calculation of the allowable transmission power is the secondary transmission station in which the interference transmission area overlapped when the secondary transmission station 20_0 originally transmitted, and here the secondary transmission stations 20_1 and 20_3. Is chosen.
  • Each of the secondary transmitting stations 20_1 and 20_3 holds the notified value of the allowable transmission power, and changes the actual use frequency and the actual transmission power in accordance with the change of the allowable transmission power. Operation S114, S115), communication by frequency sharing is continued.
  • the actual usage frequency and the actual transmission power are notified when the secondary transmitting station 20 starts frequency sharing, requests a change in the actual transmission power during frequency sharing, or requests a change in the actual usage frequency. It is time to do. In this case, since the spectrum manager 50 grasps the actual use frequency and the actual transmission power of each secondary transmission station 20, it becomes easier to grasp the interference state given by the secondary transmission station 20, and more actively frequency sharing is performed. Can do.
  • the spectrum manager 50 calculates the allowable transmission power of the secondary transmission station 20_0 and the secondary transmission station to be calculated (operation S123).
  • the spectrum manager 50 uses the frequency for calculating the allowable transmission power as the actual use frequency.
  • the allowable transmission power of the secondary transmission station that is the transmission station and overlaps the interference transmission area with the secondary transmission station 20_0 is determined.
  • secondary transmission stations 20_1 and 20_3 are selected.
  • the calculation method of the allowable transmission power is basically the same as that of the first embodiment in which the actual use frequency and the actual transmission power are not notified.
  • allowable transmission power provided the conditions for no more than the transmission power desired value to be described later (P Desired) (P (n , f i) ⁇ P Desired).
  • this condition is not set for secondary transmission stations for which the desired value of transmission power is not set.
  • Permitted transmission power satisfies the condition P (n, f i) of the condition and the equation (2) relating to the desired value of the transmission power is searched as a combination of.
  • allowable transmission power setting unit 504 determines whether there are innumerable combinations of allowable transmission power.
  • allowable transmission power setting unit 504 determines whether the combination of allowable transmission powers with a smaller amount of deterioration compared to.
  • the desired transmission power value (P Desired ) described above can be set as follows.
  • the spectrum manager 50 compares the transmission power desired by the secondary transmission station 20_0 with the allowable transmission power.
  • the desired transmission power is lower than the allowable transmission power
  • the actual transmission power is set to a value lower than the allowable transmission power.
  • the spectrum manager 50 holds the notified actual transmission power as a desired value of the transmission power of the secondary transmission station 20_0.
  • the desired transmission power of the secondary transmission station 20_0 is larger than the allowable transmission power
  • the actual transmission power is set to a value equal to the allowable transmission power.
  • the secondary transmission station 20_0 does not set a desired value of transmission power.
  • the desired value of the transmission power of the secondary transmission station 20_0 may also be notified to the spectrum manager.
  • the calculated allowable transmission power of each frequency of the secondary transmission station 20_0 is notified to the secondary transmission station 20_0 (operation S124).
  • the secondary transmission station 20_0 determines the actual use frequency and the actual transmission power based on the allowable transmission power for each frequency (operation S125).
  • the secondary transmitting station 20_0 notifies the spectrum manager 50 of the determined actual use frequency and actual transmission power (operation 126).
  • the spectrum manager 50 registers the notified actual usage frequency and the actual transmission power in the wireless environment database 30 (operation S127).
  • the spectrum manager 50 compares the actual transmission power notified from the secondary transmission station 20_0 with the allowable transmission power at the actual use frequency, and allows the other secondary transmission stations (20_1 and 20_3) to be calculated. It is determined whether or not to recalculate the transmission power (operation 128). As a result of the comparison, if the two match, the actual transmission frequency notified from the secondary transmitting station 20_0 is used from the already calculated combinations of allowable transmission powers without recalculating the allowable transmission power. A combination of cases is selected, and this allowable transmission power information is notified to the other secondary transmission stations (20_1 and 20_3) (operation 129).
  • the actual transmission power is smaller than the allowable transmission power, and the allowable transmission power calculated in the other secondary transmission stations (20_1 and 20_3) is less than the desired value of the transmission power or When there is a transmitting station in which the desired transmission power value is not set, the allowable transmission power is recalculated.
  • the reason for recalculating the allowable transmission power is that when the secondary transmission station 20_0 uses an actual transmission power lower than the allowable transmission power, there is a margin for the limitation of the allowable interference power. This is because it can be assigned to other secondary transmitting stations that do not satisfy the desired value.
  • the desired transmission power of the secondary transmission station 20_0 and the secondary transmission station having the permissible transmission power equal to the desired transmission power is fixed as the permissible transmission power, and the permissible transmission power is equal to the transmission power.
  • the allowable transmission power of the secondary transmission station that does not satisfy the desired value is calculated again.
  • the spectrum manager 50 notifies the calculated allowable transmission power information to the other secondary transmission stations (20_1 and 20_3) (operation 129).
  • the spectrum manager 50 returns a confirmation notification for the notification of the actual usage frequency and the actual transmission power to the secondary transmission station 20_0 (operation S130), whereby the secondary transmission station 20_0 starts transmission.
  • each secondary transmitting station (20_1 and 20_3) already using the frequency holds the notified allowable transmission power value as a new set value, and the actual usage frequency and the actual transmission power according to the change of the allowable transmission power. If it is necessary to change these, these are changed and transmission is continued (operations S131 and S132).
  • the actual usable frequency and the actual transmission power are notified to the spectrum manager, and the allowable transmission power of the secondary transmitting station is determined using these information, so that the usable frequency can be used without performing the notification.
  • interference estimation based on a more accurate usage situation is possible.
  • the interference power of Equation (2) only secondary transmission stations that actually use each frequency can be considered, and there is a possibility that the frequency may be used (available frequency).
  • available frequency available frequency
  • secondary transmission stations that are not actually used can be excluded. As a result, it is not necessary to consider interference that does not actually exist, so that it is possible to allocate a larger allowable transmission power to the secondary transmission station and to share the same frequency with more secondary transmission stations.
  • the allowable transmission power of the secondary transmission station to which a small allowable transmission power is allocated can be increased by setting the allowable transmission power so as not to exceed the desired value of the transmission power of the secondary transmission station. Can be made.
  • the allowable transmission power can be increased by allocating the interference margin generated for the limitation of the allowable interference power to other secondary transmission stations whose allowable transmission power does not satisfy the desired value.
  • the secondary transmission station demonstrated the example which notifies an actual utilization frequency and real transmission power with respect to a spectrum manager, it is not limited to this.
  • the secondary transmission station may notify the spectrum manager of a plurality of frequencies including the actual utilization frequency among the usable frequencies as frequencies that can be used.
  • the secondary transmission station can notify the spectrum manager of transmission power that is larger than the actual transmission power and smaller than the allowable transmission power.
  • the secondary transmission station changes the actual use frequency and the actual transmission power within the notified frequency and transmission power range
  • the spectrum manager changes the interference power of Expression (2) among the notified frequency and transmission power.
  • the secondary transmitting station can secure the flexibility of changing the actual use frequency and the actual transmission power within the notified frequency and transmission power range, and the spectrum manager can provide the frequency and transmission power with high possibility.
  • the interference power can be estimated by limiting to the above.
  • a frequency use start request is assumed as a “notification regarding a change in frequency use status”, but the same applies to a frequency use stop notification as described above.
  • a request for changing transmission power and a request for changing frequency may be considered.
  • the request for transmission power change is notified to the spectrum manager when it is desired to change the actual transmission power once determined by the secondary transmission station. For example, it corresponds to a case where the secondary transmission station increases transmission power for coverage expansion or a case where the secondary transmission station decreases transmission power for power saving.
  • the frequency change request is notified to the spectrum manager when it is desired to change the actual use frequency once determined by the secondary transmitting station. For example, it corresponds to a case where interference from another secondary system to the secondary system is increased at the actual use frequency of the secondary transmission station.
  • the spectrum manager and the secondary transmitting station that issued the notification It is the same in that the allowable transmission power at each frequency is calculated for each of the other secondary transmission stations already using the frequency where the interference arrival areas overlap.
  • the spectrum manager uses the interference arrival area, which is the geographical interference reachable range of each secondary transmission station, to change the frequency usage situation.
  • the other secondary transmission stations whose interference arrival areas do not overlap with each other are excluded from the calculation target of the allowable transmission power, and the allowable transmission power is calculated only for the secondary transmission stations whose interference arrival ranges overlap.
  • the allowable transmission power is calculated only for the secondary transmission stations whose interference arrival ranges overlap.
  • the range in which interference by the secondary transmitting station that changes the frequency usage status affects that is, the interference increases or decreases
  • only the other secondary transmitting stations that are substantially interfering are allowed to have the allowable transmission power.
  • the other secondary transmitting station calculates the allowable transmission power. Can be excluded from the target. As a result, only the other secondary transmission stations whose total interference value affects the interference with the primary reception station can be set as the calculation target of the allowable transmission power.
  • the present invention can be applied in the same manner even when other criteria (keeping CIR and CINR above a predetermined value) are used.
  • the allowable transmission power can be set so that the degree of deterioration of the CIR or CINR of the primary receiving station caused by transmission at the secondary transmitting station is suppressed to a predetermined value or less.
  • the spectrum manager as the frequency management device of the secondary system selects the secondary transmission station that is the target of calculation of allowable transmission power.
  • two spectrum managers in the secondary system have two secondary transmission stations under their management will be described as an example.
  • the radio system includes a secondary transmission station 20 (20_1 to 20_4), a spectrum manager 51 (51_1, 51_2), and a radio environment database 30. It is assumed that communication is established with a secondary transmission station managed by another spectrum manager.
  • the spectrum manager 51_1 manages the secondary transmission stations 20_1 and 20_2, and the spectrum manager 51_2 manages the secondary transmission stations 20_3 and 20_4.
  • Each spectrum manager receives a notification regarding a change in the frequency usage status from a managed secondary transmission station. And each spectrum manager overlaps the interference transmission area with the secondary transmission station which received the notification regarding the change of the frequency utilization status among the secondary transmission stations under management and the secondary transmission stations under the management of other spectrum managers. Secondary transmission stations are limited, and allowable transmission power is calculated and notified to them.
  • the spectrum manager 51 can manage the secondary transmitting station 20 for each geographical area.
  • the secondary transmission stations 20_1 and 20_2 are included in the management area A51_1 of the spectrum manager 51_1, and these secondary transmission stations are managed by the spectrum manager 51_1.
  • the other spectrum managers (51_2, 51_3, 51_4) also have a management area (A51_2, A51_3, A51_4) and secondary transmission stations to be managed (20_3 and 20_4, 20_5 and 20_6, 20_7 and 20_8) included in each area. )
  • each management area A51 corresponds to a prefecture unit or a country unit.
  • the spectrum manager to be managed can be determined specific to the secondary transmitting station. For example, when the spectrum manager managed by the manufacturer of the secondary transmitting station is defined, when the spectrum manager managed according to the provider providing the wireless service to the secondary transmitting station is defined, the radio system (LTE of the secondary transmitting station) , WiMAX, etc.), a spectrum manager to be managed may be determined. Furthermore, as another example, the spectrum manager may manage each frequency used by the secondary transmission station, which will be described in another embodiment.
  • a radio system includes a secondary transmission station 20 (20_1 to 20_4), a spectrum manager 52 (52_1, 52_2), and a radio environment database 30.
  • Each spectrum manager is communicably connected to a secondary transmission station under its own management, and spectrum managers 52_1 and 52_2 are communicably connected.
  • the spectrum managers 52_1 and 52_2 in addition to the function of limiting the calculation target of the allowable transmission power, not only the secondary transmission station under its own management but also other spectrums of the same secondary system The allowable transmission power calculation value can be notified to the secondary transmission station managed by the manager via the other spectrum manager.
  • the spectrum manager 52 according to the present embodiment is basically the same as the spectrum manager 51 according to the second embodiment. However, when the allowable transmission power that is the calculation result is received from another spectrum manager, the secondary transmission station under its own management. The point of transferring to is different.
  • the configuration and operation of the spectrum manager 52 will be described using the spectrum manager 52_1 as an example.
  • the spectrum manager 52_1 is basically the same as the spectrum manager 50 of the first embodiment shown in FIG. 3, except that the network communication unit 521 has an interface to the other spectrum manager 52_2. Different. Further, as another different point, when the allowable transmission power related to the secondary transmission station under the management of the spectrum manager 52_1 calculated by the other spectrum manager 52_2 is received, this information is stored in the database information storage unit 523, and then the own device management is performed. The lower secondary transmission station 20 (20_1 or 20_2) is notified of the allowable transmission power. With this configuration, the spectrum manager 52_1 can grasp information on the managed secondary transmission stations 20_1 and 20_2. The configuration and operation of the spectrum manager 52_2 are the same.
  • a radio system includes a secondary transmission station 20 (20_1 to 20_4) and a spectrum manager 53 (53_1, 53_2). The difference is that the radio environment database 30 is not provided outside the spectrum manager 53.
  • FIG. 14 shows the configuration of the spectrum manager 53 in the system configuration of FIG. 13, but here, the configuration of the spectrum manager 53_1 is exemplified.
  • the spectrum manager 53_1 has a radio environment database 533 therein. That is, each of the plurality of spectrum managers 53 has a radio environment database 533. Therefore, each spectrum manager 53 has a function of synchronizing information stored in each wireless environment database 533 by communicating with each other through the network communication unit 531.
  • the spectrum manager manages secondary transmission stations for each frequency. Further, the allowable transmission power is calculated in consideration of the interference arrival frequency that is the interference arrival range in the frequency direction of the secondary transmission station. For the sake of clarity, only differences from the second embodiment will be described.
  • the spectrum manager manages notifications regarding changes in the frequency usage status of the secondary transmitting station (frequency usage start request, frequency usage stop, etc.) for each frequency. That is, for the spectrum manager, the secondary transmitting station that performs notification regarding the change of the frequency usage status at the management target frequency corresponds to the managed secondary transmitting station in the fifth embodiment.
  • the secondary transmitting station transmits at frequencies f1 to f8 and is managed by the spectrum manager for each transmission frequency.
  • the management targets of the spectrum manager 60_1 are the center frequencies f1 and f2
  • the management targets of the spectrum manager 60_2 are the center frequencies f3 and f4
  • the management targets of the spectrum manager 60_3 are the center frequencies f5 and f6, and the spectrum manager 60_4.
  • the management objects are center frequencies f7 and f8.
  • the system configuration of the present embodiment has an interface for each spectrum manager 60 in which each secondary transmitting station manages different frequencies. With this configuration, each secondary transmission station can notify any spectrum manager 60 of a request to start using the frequency.
  • FIG. 16 shows a state in which the secondary signals having the frequencies f3 and f7 as the center frequencies interfere with the adjacent frequencies. Interference with the primary reception station using the adjacent frequency is determined by the adjacent channel leakage power ratio leaking from the transmission frequency of the secondary transmission station to the adjacent frequency and the reception filter of the primary reception station centering on the adjacent frequency. Adjacent channel selectivity that partially captures signals in the frequency band occurs in combination.
  • the secondary transmission station 20 that is the target of calculation of the allowable transmission power is limited by setting the management target of the spectrum manager 60 as a continuous frequency as in this embodiment.
  • adjacent frequencies for a plurality of channels on both sides may be managed by the same spectrum manager 60.
  • a plurality of secondary transmission stations to be calculated can be managed by the same spectrum manager, and related information is aggregated in the same spectrum manager, thereby reducing the number of accesses to the radio environment database 30 for obtaining necessary information. Efficiency can be achieved.
  • the spectrum manager 60 that manages a predetermined frequency receives a notification issued from the secondary transmitting station 20 regarding the change in the frequency usage status for the frequency, and the interference reaching frequency and interference of the secondary transmitting station 20 Secondary transmission stations with overlapping arrival frequencies are limited as calculation targets, allowable transmission power is calculated, and each secondary transmission station is notified.
  • the interference I (f j , m) to the m-th primary receiving station using the frequency f j is the allowable interference power I max ( f j , m) or less.
  • ⁇ (f j ⁇ f i ) is a coefficient representing the degree of interference according to the frequency difference f j ⁇ f i , and is determined according to the above-mentioned adjacent channel leakage power ratio and adjacent channel selectivity. .
  • ⁇ (0) 1
  • ⁇ (f j ⁇ f i ) decreases and becomes 0 when the frequency difference exceeds f j ⁇ f j + k.
  • the expression (3) indicates that the frequency f i ′ is not an available frequency (or an actual used frequency when the actual used frequency is notified to the spectrum manager) for the n-th secondary transmitting station.
  • the allowable transmission power of the n-th secondary transmission station (1 ⁇ n ⁇ N) that already uses the frequency the allowable transmission power obtained as a combination and the allowable transmission power that has been used so far
  • the smaller one is newly set as the allowable transmission power.
  • the interference of the nth secondary transmission station selected as the calculation target affects the primary reception station (frequency f i ⁇ 2k ⁇ (Primary receiving station using f i ⁇ k ⁇ 1 and f i + k + 1 to f i + 2k ) can be protected from interference.
  • the fifth embodiment only the secondary transmission stations where the interference arrival areas overlap each other and the interference arrival frequencies overlap each other with the secondary transmission station that performs notification related to the change of the frequency usage situation. Can be limited as a calculation target of the allowable transmission power. In other words, by using the interference arrival frequency, it is possible to reduce the number of secondary transmission stations that are unnecessary in calculating the allowable transmission power.
  • the spectrum manager receives a notification regarding the change in the frequency usage status of the secondary transmitting station, in addition to the secondary transmitting station that uses the managed frequency as the center frequency, if necessary, the frequency managed by another spectrum manager
  • the secondary transmission station that uses this also calculates and notifies the allowable transmission power. Therefore, there is no redundant calculation process between different spectrum managers.
  • the primary system and the secondary system may be different RATs (Radio Access Technology) or the same RAT.
  • different RATs include a combination of a TV broadcast system and a cellular system as described above.
  • the case where the primary system is a macro cell and the secondary system is a femto cell installed therein can be cited.
  • the spectrum manager and the radio environment database may be a system different from the secondary system that provides frequency management for a plurality of secondary systems, It may be a part of the secondary system.
  • the spectrum manager and the radio environment database may be a system including a sensor station that monitors interference between radio systems. For example, by measuring the radio signal of the secondary transmitting station at the sensor station, the path loss from the secondary transmitting station to the surrounding interfered area is corrected, and using the corrected path loss, the interference arrival area and allowable transmission power are calculated. It can be performed.
  • the spectrum manager in the first to fifth embodiments described above can also be embodied as predetermined hardware, for example, a circuit. Further, it can be configured so as to be controlled and operated by a computer circuit (not shown) (for example, CPU (Central Processing Unit)) according to the control program. In that case, these control programs are stored in, for example, a storage medium (for example, a ROM (Read Only Memory) or a hard disk) or an external storage medium (for example, a removable medium or a removable disk). And read and executed by the computer circuit.
  • a storage medium for example, a ROM (Read Only Memory) or a hard disk
  • an external storage medium for example, a removable medium or a removable disk.
  • the present invention can be applied to frequency usage management when a frequency assigned to a TV broadcasting system is used in a cellular system.

Landscapes

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Description

無線システムにおける周波数管理装置および周波数管理方法
　本発明は無線システムに係り、特に無線局の周波数利用を管理する周波数管理装置および周波数管理方法に関する。
　周囲の無線環境を認知し、その無線環境に応じて通信パラメータの最適化を行うコグニティブ無線が知られているが、ある無線通信システムに割り当てられた周波数帯域を別の無線通信システムが共用する場合には、干渉の問題を考慮する必要がある。以下、周波数帯域を元々割り当てられ干渉を被る側のシステムをプライマリシステム（被干渉システム）、当該周波数帯域を二次利用することで干渉を与える側のシステムをセカンダリシステム（与干渉システム）、プライマリシステムの受信局をプライマリ受信局、セカンダリシステムの送信局をセカンダリ送信局と呼ぶことにする。
　セカンダリシステムがプライマリシステムと周波数帯域を共用する際、セカンダリシステムは、プライマリシステムが提供する既存サービスに影響を及ぼさないようにする必要がある。そのために、セカンダリ送信局の送信電力は、プライマリ受信局が所定の受信品質を保つことができる最大送信電力以下に調整されることが必要である。以下、この最大送信電力を許容送信電力、最大送信電力以下に調整された実際の送信電力を実送信電力と呼ぶ。ここで、所定の受信品質を保つための基準としては、プライマリ受信局のＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）やＣＩＮＲ（Carrier to Interference plus Noise Ratio）を所定値以上に保つことや、プライマリ受信局の被干渉量を所定値以下とすることが考えられる。
　セカンダリ送信局の送信電力がプライマリ受信局に干渉を与えないように制御するシステムは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、プライマリ受信局で許容可能な干渉電力（以下、許容干渉電力という。）をセカンダリ送信局数で等分した値を計算し、セカンダリ送信局による干渉がその値以下となるように許容送信電力を計算する。これにより、複数のセカンダリ送信局による総干渉が許容干渉電力以下に抑えられ、複数のセカンダリ送信局が同時に送信する場合にもプライマリ受信局で所定の受信品質を保つことが出来る。
　以下、図１を参照しながら、特許文献１で想定されているようなシステム構成の概略を説明する。図１において、スペクトルマネージャＳＭ（特許文献１におけるコーディネータ）はセカンダリ送信局Ｔｓの周波数利用を管理しており、特にスペクトルマネージャＳＭ１はセカンダリ送信局Ｔｓ１１、Ｔｓ１２を管理し、スペクトルマネージャＳＭ２はセカンダリ送信局Ｔｓ２１、Ｔｓ２２を管理する。また、スペクトルマネージャＳＭ１、ＳＭ２は、共通のデータベースＤＢ（特許文献１における管理ノード）を介して、それぞれの管理下のセカンダリ送信局Ｔｓに関する情報を共有する。特許文献１によれば、集中型と協調分散型の二つの許容送信電力決定プロセスが開示されている。
　集中型では、データベースＤＢに複数のセカンダリ送信局Ｔｓの情報を集約し、データベースＤＢが全セカンダリ送信局Ｔｓ（Ｔｓ１１、Ｔｓ１２、Ｔｓ２１、Ｔｓ２２）の許容送信電力を計算する。計算された許容送信電力は、各スペクトルマネージャＳＭを介して管理下のセカンダリ送信局Ｔｓへ通知される。
　協調分散型では、データベースＤＢを介して各スペクトルマネージャＳＭがそれぞれの管理下のセカンダリ送信局Ｔｓに関する情報（例えば、セカンダリ送信局の総数）を互いに共有する。各スペクトルマネージャ（例えば、ＳＭ１）は、別なスペクトルマネージャ（例えば、ＳＭ２）管理下のセカンダリ送信局（例えば、Ｔｓ２１、Ｔｓ２２）がプライマリ受信局に与える干渉も考慮した上で、自身の管理下のセカンダリ送信局（例えば、Ｔｓ１１、Ｔｓ１２）の許容送信電力を計算する。
特開２０１１－１６６７２１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、集中型か協調分散型かを問わず、許容送信電力の計算に要する処理量が増加してしまう。以下、この課題について説明する。
　集中型の場合ではデータベースＤＢが、協調分散型では各スペクトルマネージャＳＭが各セカンダリ送信局Ｔｓの許容送信電力を計算するが、この計算はセカンダリ送信局Ｔｓが周波数の利用状況を変化させるたびに（周波数の利用開始あるいは停止するごとに）必要となる。したがって、当該周波数を利用中のセカンダリ送信局の総数が増加すると、周波数利用の開始や停止といった周波数利用状況の変化が頻繁に発生する可能性が高くなる。そのたびにデータベースＤＢやスペクトルマネージャＳＭが、周波数利用中の全てのセカンダリ送信局に対して許容送信電力を計算することになり、処理量が増大してしまう。
　さらに、以下のように許容送信電力を決定する場合は、処理量の増大が顕著となる。たとえば、図１に示すように、プライマリ送信局Ｔｐのサービスエリア（プライマリシステムサービスエリア）の中に複数のプライマリ受信局Ｒｐ（ここではＲｐ１、Ｒｐ２、Ｒｐ３）が存在すると仮定する。セカンダリ送信局Ｔｓの許容送信電力は、各セカンダリ送信局Ｔｓから各プライマリ受信局Ｒｐへの干渉を考慮して、全てのプライマリ受信局Ｒｐが所定の受信品質を維持できるように許容送信電力を決定する必要がある。第ｎ番目のセカンダリ送信局（１≦ｎ≦Ｎ）の許容送信電力（この許容送信電力はアンテナ利得を加味した等価等方放射電力とする）をＰ（ｎ）とすれば、第ｍ番目のプライマリ受信局（１≦ｍ≦Ｍ）での干渉Ｉｍは次式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｌｎ、ｍは第ｎ番目のセカンダリ送信局から第ｍ番目のプライマリ受信局へのパスロスであり、秦式(Hata formula)等の伝搬モデルを用いて算出する。上記の式（１）は、簡単のため、第ｍ番目のプライマリ受信局の受信アンテナ利得を１とし、干渉信号へのシャドウイングの影響も省略している。そして、Ｉｍａｘ，ｍは第ｍプライマリ受信局の許容干渉電力であり、式（１）の不等式の通り、干渉の合計値Ｉｍがこの値以下となる必要がある。すなわち、全てのプライマリ受信局で干渉の合計値を許容干渉電力とするために、全てのｍ（１≦ｍ≦Ｍ）で式（１）の不等式を満たすセカンダリ送信局の許容送信電力の組み合わせ｛Ｐ（１）、Ｐ（２）、・・・、Ｐ（Ｎ）｝を探索する必要がある。
　しかしながら、全てのｍで式（１）の不等式を満たすセカンダリ送信局の許容送信電力の組み合わせは、セカンダリ送信局数の増加に伴って急激に増大する。
　本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、干渉を与える側のシステムにおける送信局の許容送信電力を決定する際の計算量の増加を抑制できる周波数管理方法および装置並びに無線システムを提供することにある。
　本発明による周波数管理装置は、他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムにおける無線局の周波数利用を管理する周波数管理装置であって、周波数利用状況を変更する第１無線局から周波数利用状況の変更通知を受け付ける周波数利用受付手段と、前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する許容送信電力設定手段と、を有することを特徴とする。
　本発明による周波数管理方法は、他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムにおける無線局の周波数利用を管理する周波数管理方法であって、周波数利用受付手段が周波数利用状況を変更する第１無線局から周波数利用状況の変更通知を受け付け、許容送信電力設定手段が、前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する、ことを特徴とする。
　本発明による無線システムは、他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムであって、前記周波数を共有する複数の無線局と、前記複数の無線局の周波数利用を管理する少なくとも１つの周波数管理装置と、を有し、前記周波数管理装置が、第１無線局から周波数利用状況の変更に関する通知を受け付けると、当該通知された周波数状況の変更に基づいて、前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、干渉を与える側のシステムにおける送信局の許容送信電力を決定する際の計算量の増加を抑制できる。
図１は背景技術を説明するための概略的なシステム構成図である。 図２は本発明の第１実施形態による無線通信システムを説明するためのシステム構成図である。 図３は第１実施形態による周波数管理装置（スペクトルマネージャ）の概略的構成を示すブロック図である。 図４は図３に示すスペクトルマネージャの動作を示すフローチャートである。 図５は第１実施形態における干渉到達エリアの一例を示すシステム構成図である。 図６は第１実施形態による無線システムにおける送信開始要求があったときの第１動作例を示すシーケンス図である。 図７は第１実施形態による無線システムにおける送信停止通知があったときの動作を示すシーケンス図である。 図８は第１実施形態による無線システムにおける送信開始要求があったときの第２動作例を示すシーケンス図である。 図９は本発明の第２実施形態による無線通信システムを説明するためのシステム構成図である。 図１０は第２実施形態による無線システムの管理エリア構成の一例を示す図である。 図１１は本発明の第３実施形態による無線通信システムを説明するためのシステム構成図である。 図１２は第３実施形態による周波数管理装置（スペクトルマネージャ）の概略的構成を示すブロック図である。 図１３は本発明の第４実施形態による無線通信システムを説明するためのシステム構成図である。 図１４は第４実施形態による周波数管理装置（スペクトルマネージャ）の概略的構成を示すブロック図である。 図１５は本発明の第５実施形態による無線システムを説明するためのシステム構成図である。 図１６は第５実施形態による無線通信システムにおける隣接周波数への影響を説明するための干渉電力密度のグラフである。
　本発明の実施形態によれば、プライマリシステムに割当てられた周波数を利用する無線システム（セカンダリシステム）における周波数管理装置において、周波数利用状況の変更に関する通知を送信した無線局との間で干渉到達範囲が重複しない無線局を許容送信電力の計算対象から除外し、干渉到達範囲が重複する無線局に限定して許容送信電力を計算する。これによって、周波数利用状況を変更するセカンダリ送信局の送信が干渉として影響（干渉増加または減少）を与える範囲に対して、実質的に干渉を与えているセカンダリ送信局のみを許容送信電力の計算対象とすることができる。即ち、許容送信電力の計算から不要なセカンダリ送信局を除外できるため、処理量を削減できる。さらに、周波数利用状況の変更に関する通知を送信した無線局と干渉到達範囲が重複する無線局のうち、その干渉到達範囲がプライマリシステムのサービスエリアと重複するものだけを許容送信電力の計算対象とすることで計算量を更に削減できる。
　以下の説明では、プライマリシステムがたとえばＴＶ放送システム、セカンダリシステムがたとえばセルラシステムであるシステムを一例として想定する。セカンダリ送信局は、例えば、セルラシステムにおける基地局、中継局あるいは端末局とすることができる。このようにプライマリシステムをＴＶ放送とした周波数の共用形態は、ＴＶホワイトスペース利用と呼ばれる。もちろん、この構成は単なる一例であって、プライマリシステム及びセカンダリシステムの組み合わせは、このような構成に限定されない。プライマリシステム及びセカンダリシステムの組み合わせは、例えば、ＴＶシステムとＷＲＡＮ（Wireless Regional Access Network）システムの組み合わせ、ＴＶシステムと自治体等の地域無線や防災無線との組み合わせとすることができる。その他の例では、プライマリシステムがワイヤレスマイクや特定用途無線（例えば、集合住宅用無線、企業内自営無線、農業用無線等）であってもよいし、セカンダリシステムが無線ＬＡＮ（Local Area Network）であってもよい。また、本発明は、プライマリシステムとセカンダリシステムといった周波数利用時の優先順位が異なる無線システムの組合せのみに必ずしも限定されるわけでなく、優先順位が同列な無線システムにおいて周波数を共用することを想定した構成であってもよい。さらに、本発明では、セカンダリシステムとして複数の無線システムが存在してもよい。複数のセカンダリ送信局は、必ずしも同一の無線システムに属する必要はなく、それぞれ別なセカンダリシステムに属する送信局であってもよい。以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　１．第１実施形態
　１．１）システム構成
　図２に示すように、本発明の第１実施形態による無線システムは、セカンダリ送信局２０（２０＿１～２０＿４）、スペクトルマネージャ５０および無線環境データベース３０で構成されているものとする。後述するように、複数のスペクトルマネージャがあってもよいが、ここでは説明を煩雑化しないために、単一のスペクトルマネージャの場合を例示する。
　セカンダリ送信局２０は、プライマリシステムの周波数を共用して、セカンダリ受信局（不図示）との通信を行う。プライマリシステムがＴＶ放送である場合には、複数の周波数（ＴＶチャネル）が共用の候補となる。セカンダリ送信局２０は、周波数共用を開始する前に、スペクトルマネージャ５０に対して開始要求を通知し、スペクトルマネージャ５０から利用可能な周波数とそれら周波数での許容送信電力の情報を受け取る。セカンダリ送信局２０の開始要求には、セカンダリ送信局２０に関する他の情報（デバイスＩＤ，位置、アンテナの高さ、アンテナの指向性）を含めることができ、スペクトルマネージャ５０や無線環境データベース３０に登録される。
　１．２）利用可能周波数と実利用周波数
　利用可能周波数とは、スペクトルマネージャ５０がセカンダリ送信局２０による使用を許可した周波数をいう。例えば、セカンダリ送信局２０が、ある周波数のプライマリシステムサービスエリア１２外であるとき、または、そのプライマリシステムサービスエリア１２の端から所定距離離れているときに、当該周波数がそのセカンダリ送信局２０にとって利用可能周波数である。セカンダリ送信局２０は、利用可能周波数では、スペクトルマネージャによって定められた許容送信電力以下の実送信電力であれば送信することが許可される。また、後述するように、利用可能周波数は、セカンダリ送信局２０がプライマリシステムサービスエリア１２外にあって当該プライマリシステムサービスエリア１２の周波数を利用するという条件に加えて、スペクトルマネージャ５０によって定められた別の条件を満たす周波数とすることもできる。
　一方で、後述する実利用周波数とは、セカンダリ送信局が実際に送信に使用する周波数をいう。即ち、セカンダリ送信局は、スペクトルマネージャから通知された利用可能周波数の中にある一つ（または複数）の周波数を実利用周波数として実際に使用する。セカンダリ送信局２０は、利用可能周波数とその許容送信電力についての通知を受けた後に、実利用周波数と実送信電力を決定し、通信を開始する。さらに、セカンダリ送信局２０は、周波数利用を停止した場合には、その旨をスペクトルマネージャ５０に対して通知してもよい。
　１．３）実利用周波数と実送信電力の通知
　セカンダリ送信局２０が決定した実利用周波数と実送信電力は、スペクトルマネージャ５０に通知されない場合と通知される場合とがある。実利用周波数および実送信電力が通知されない場合、スペクトルマネージャ５０はセカンダリ送信局２０の実利用周波数と実送信電力を把握せずに利用可能周波数と許容送信電力のみを管理する。したがって、セカンダリ送信局２０は利用可能あるいは許容範囲内で実利用周波数と実送信電力を自由に変更でき、柔軟に周波数利用を変更できる。しかしながら、スペクトルマネージャ５０は、実利用周波数と実送信電力の情報がないので、干渉状況を把握しにくく、結果として許容送信電力を低めに抑えた保守的な周波数共用となる。以下、本実施形態では、実利用周波数および実送信電力が通知されない場合について説明し、通知される場合は第２実施形態として後述する。
　１．４）無線環境データベース
　無線環境データベース３０に格納される情報は、例えば以下の通りである。
　・プライマリシステムに関する所定情報（例えば、プライマリ送信局１０の位置、サービスエリア、送信電力、アンテナの高さ、アンテナの指向性に関する情報、プライマリ受信局１１の位置、アンテナの高さ、アンテナ指向性等に関する情報など）。ここで、プライマリシステムがＴＶ放送システムの場合には、ＴＶ受信局は無数にあり全てを把握するのは困難であるから、アンテナの高さやアンテナ指向性については典型値が用いられ、ＴＶ受信局の位置については地図の上で格子状（例えば１００ｍ間隔の格子）にＴＶ受信局が存在するものと仮定される。本実施形態によるスペクトルマネージャは、この想定ＴＶ受信局の受信品質が所定レベルに維持されるようにセカンダリ送信局の送信電力を制御する。以下、プライマリ受信局１１はこの想定ＴＶ受信局を表すものとし、スペクトルマネージャ５０はこの想定ＴＶ受信局に対して許容送信電力を計算するものとする。
　・セカンダリシステムに関する所定情報（例えば、セカンダリ送信局２０のデバイスＩＤ、位置、アンテナの高さ、アンテナの指向性等に関する情報など）。これらの情報は、セカンダリ送信局２０がスペクトルマネージャ５０にアクセスした際（周波数の利用開始要求を出した場合等）に、スペクトルマネージャ５０を介して登録される。
　・異なる無線局間のパスロス情報。例えば、セカンダリ送信局２０とプライマリ受信局１１との間やプライマリ送信局１０とプライマリ受信局１１との間のパスロスを無線局間の距離やアンテナ高をパラメータとした所定の伝搬モデルを用いて予め推定し格納しておく。
　ただし、これらの情報のいくつかが統合された形態で格納されてもよい。無線環境データベース３０は、これらの格納された情報を要求元（例えば、スペクトルマネージャ５０）に必要に応じて提供する。なお、無線環境データベース３０は、スペクトルマネージャ５０の機能の一部又は全部が統合された装置であってもよく、反対に無線環境データベース３０の機能の一部又は全部がスペクトルマネージャ５０に統合されていてもよい。
　１．５）スペクトルマネージャ
　スペクトルマネージャ５０は、セカンダリ送信局２０に対して各周波数における許容送信電力を算出し、利用可能周波数とその許容送信電力を通知する機能を有する。たとえば、利用不可である周波数は許容送信電力を０[Ｗ]とし、利用可能周波数は許容送信電力を０[Ｗ]より大きくしてセカンダリ送信局に通知することで、全ての周波数の許容送信電力により利用可能周波数を伝えることができる。
　本実施形態によるスペクトルマネージャ５０は、単一または複数のセカンダリ送信局２０を管理し、管理下のセカンダリ送信局から周波数利用状況の変更に関する通知を受け取ると、後述する干渉到達範囲の情報を参照して許容送信電力の計算対象を絞り、計算対象となったセカンダリ送信局２０に対して許容送信電力を設定する。
　以下、「周波数利用状況の変更に関する通知」は、周波数利用の開始要求、周波数利用停止の通知、送信電力変更の要求、周波数変更の要求、あるいは無線環境の測定報告のことを指すものとする。なお、スペクトルマネージャ５０は、無線環境データベース３０またはその一部と統合された形の別な呼称として、Geo-location DatabaseやWhite Space Databaseと呼ばれることもある。また、無線環境データベース３０またはその一部をGeo-location DatabaseやWhite Space Databaseと呼ぶ場合もある。
　図３に示すように、スペクトルマネージャ５０は、ネットワーク通信部５０１と、周波数利用受付部５０２と、データベース情報記憶部５０３と、許容送信電力決定部５０４とから構成される。ネットワーク通信部５０１は、スペクトルマネージャ５０の各部がセカンダリ送信局２０や無線環境データベース３０と通信を行うための機能を備える。
　周波数利用受付部５０２は、ネットワーク通信部５０１を介して、スペクトルマネージャ５０の管理下にあるセカンダリ送信局２０から周波数利用状況の変更に関する通知を受け付ける。例えば、周波数利用受付部５０２は、周波数利用の開始要求を受けた場合、要求情報に含まれるセカンダリ送信局２０に関する情報（デバイスＩＤ、位置、アンテナの高さ、アンテナの指向性等）をデータベース情報記憶部５０３や無線環境データベース３０に登録する。続いて、周波数利用受付部５０２は許容送信電力設定部５０４に許容送信電力の計算を指示する。別の通知（たとえば周波数利用停止の通知等）を受けた場合にも、同様にして周波数利用受付部５０２は許容送信電力設定部５０４に許容送信電力の計算を指示する。
　データベース情報記憶部５０３は、無線環境データベース３０から取得した情報やセカンダリ送信局２０から得た情報を保持する。周波数利用中の各セカンダリ送信局が実利用周波数をスペクトルマネージャ５０に通知しない場合には、スペクトルマネージャ５０は各セカンダリ送信局２０がどの周波数を使っているかを把握できないが、各セカンダリ送信局２０の利用可能周波数はデータベース情報記憶部５０３に格納されている。
　許容送信電力設定部５０４は、周波数利用受付部５０２から許容送信電力計算の指示を受けると、許容送信電力の計算に必要な情報を適宜データベース情報記憶部５０３から取り出して計算する。計算に必要な情報としては、上述したプライマリ送信局１０の位置、サービスエリア、送信電力、アンテナの高さ、アンテナの指向性に関する情報、プライマリ受信局１１の位置、アンテナの高さ、アンテナ指向性、許容干渉電力、セカンダリ送信局２０のデバイスＩＤ、位置、アンテナの高さ、アンテナの指向性、および、各種無線局間のパスロス情報の一部または全部などであるが、これらの情報の一部は許容送信電力設定部５０４に予め格納されていてもよい。
　許容送信電力決定部５０４は、周波数利用受付部５０２から許容送信電力計算の依頼を受け付ける。そして、周波数利用状況の変更に関わる通知を発行した（例えば、周波数利用の開始要求を出した）セカンダリ送信局２０と、後述の干渉到達範囲を用いて選択した既に周波数共用中の別のセカンダリ送信局とに限定して、それぞれの各周波数での許容送信電力を計算する。
　なお、図３には図示されていないが、スペクトルマネージャ５０には全体的な動作を制御する制御部が設けられ、上述したネットワーク通信部５０１、周波数利用受付部５０２、データベース情報記憶部５０３および許容送信電力決定部５０４の動作を制御している。また、この制御部と周波数利用受付部５０２および許容送信電力設定部５０４の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをコンピュータ（ＣＰＵあるいはプログラム制御プロセッサ）上で実行することにより実現することもできる。
　１．６）周波数管理動作
　図４において、スペクトルマネージャ５０の周波数利用受付部５０２は、ネットワーク通信部５０１を通して、スペクトルマネージャ５０の管理下にあるセカンダリ送信局２０から周波数利用状況の変更に関する通知（周波数利用の開始要求あるいは利用停止の通知）を受け付ける（ステップＳ１０）。
　続いて、周波数利用受付部５０２は、許容送信電力の計算に必要な情報をデータベース情報記憶部５０３から取得する（ステップＳ１１）。この計算に必要な情報とは、上述したように、プライマリ送信局１０の位置、サービスエリア、送信電力、アンテナの高さ、アンテナの指向性に関する情報、プライマリ受信局１１の位置、アンテナの高さ、アンテナ指向性、許容干渉電力、セカンダリ送信局２０のデバイスＩＤ、位置、アンテナの高さ、アンテナの指向性、および、各種無線局間のパスロスの中で、一部または全部の情報である。全ての必要な情報がデータベース情報記憶部５０３に格納されていない場合は（ステップＳ１２のＮＯ）、周波数利用受付部５０２はネットワーク通信部５０１を通して無線環境データベース３０へアクセスし、不足している情報のみを無線環境データベース３０から取得する（ステップＳ１３）。
　全ての必要な情報がデータベース情報記憶部５０３に格納されている場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）あるいは不足している情報が取得された場合（ステップＳ１３）には、許容送信電力決定部５０４は、周波数利用受付部５０２からの許容送信電力計算の依頼を受け付け、周波数利用状況の変更に関する通知を発行したセカンダリ送信局２０と、このセカンダリ送信局２０と干渉到達エリアが重複する別のセカンダリ送信局とを計算対象とする（ステップＳ１４）。こうして計算対象となるセカンダリ送信局が決定されると、許容送信電力決定部５０４は、次に述べる計算方法により、計算対象のセカンダリ送信局に対する許容送信電力を各周波数に関して計算し、計算された許容送信電力をそれぞれのセカンダリ送信局へ通知する（ステップＳ１５）。
　１．７）許容送信電力の計算
　次に、許容送信電力の計算方法を説明するが、ここでは当該スペクトルマネージャ５０の管理下で既に周波数利用中であるセカンダリ送信局のインデックスをｎ＝１～Ｎとして表すものとする。
　許容送信電力決定部５０４は、まず、開始要求を通知したセカンダリ送信局２０（インデックスｎ＝０で表す）の利用可能周波数を特定する。利用可能周波数は、セカンダリ送信局２０がプライマリシステムサービスエリア１２外であるときの、または、その端から所定距離離れているときの当該プライマリシステムサービスエリア１２の周波数である。全ての周波数（例えばＴＶの全チャネル）に対して、この条件を確かめることで全ての利用可能周波数を特定できる。
　本実施形態では、各セカンダリ送信局２０の利用可能周波数がデータベース情報記憶部５０３に格納されている。すなわち、プライマリシステムの周波数をｆｉ（周波数のインデックスをｉ＝１～Ｉとする）とすれば、第ｎセカンダリ送信局の利用可能周波数の集合｛ｆｉ（ｎ、ｋ）｝（周波数のインデックスをｉ（ｎ、ｋ）とし、ｋは集合の中のインデックス）がデータベース情報記憶部５０３に登録されている。例えば、第ｎセカンダリ送信局の利用可能周波数が｛ｆ１、ｆ３、ｆ６｝であれば、ｉ（ｎ、１）＝１、ｉ（ｎ、２）＝３、ｉ（ｎ、３）＝６、である。
　以下、セカンダリ送信局２０の利用可能周波数の一つを周波数ｆｉとし、周波数ｆｉの許容送信電力の計算方法について説明する。ただし、他のセカンダリ送信局は、当該周波数ｆｉが利用可能周波数である場合に限り、当該周波数ｆｉを使用中であると仮定する。この場合、各セカンダリ送信局が同一周波数を利用することで合計の干渉が最大となる場合を考慮して許容送信電力を決定できる。
　まず、本発明の実施形態の特徴である許容送信電力の計算対象とするセカンダリ送信局の決定方法について説明した後に、具体的な許容送信電力の計算方法を説明する。
　＜計算対象の限定＞
　本実施形態では、許容送信電力の計算対象とするセカンダリ送信局を限定するため、干渉到達範囲を用いる。特に、地理的な干渉到達範囲である干渉到達エリアを用いることで、計算対象のセカンダリ送信局の集合Ｓ⊆｛１、２、・・・、Ｎ｝を求める。ただし、ｎ＝０のセカンダリ送信局２０は、開始要求を通知した送信局であって必ず計算対象となるので、Ｓからは除外している。
　干渉到達エリアとは、セカンダリ送信局が最大送信電力で送信する際に、実質的に干渉が地理的に到達するエリアをいう。ここで、「最大送信電力」とは、セカンダリ送信局のハードウェア限界による送信電力の上限値や周波数共用する際に周波数規則等で認められた送信電力の範囲の上限値（許容送信電力の最大値）等であるとする。また、既に周波数を利用しているセカンダリ送信局では、スペクトルマネージャ５０が許容送信電力を把握しているため、「最大送信電力」を許容送信電力としてもよく、スペクトルマネージャ５０が実送信電力を管理する場合には「最大送信電力」を実送信電力としてもよい。したがって、干渉到達エリアは、この最大送信電力とセカンダリ送信局からの周囲へのパスロスとに依存し、干渉電力が十分小さい値と見なされる閾値ＩＴｈ以上と推定されるエリアを指す。また、単純に所定距離以内を干渉到達エリアとしてもよい。以下、計算対象となるセカンダリ送信局の限定方法をより具体的に説明するために、図５に示す無線システムの構成を考える。
　図５に例示する無線システムは、プライマリ送信局１０のプライマリサービスエリア１２内にプライマリ受信局１１＿１～１１＿３が存在し、プライマリサービスエリア１２の近傍にセカンダリ送信局２０＿０～２０＿４が存在し、セカンダリ送信局２０＿０～２０＿４がそれぞれ干渉到達エリアＩＡ２０＿０～ＩＡ２０＿４を有するものとする。ただし、プライマリ受信局１１は、プライマリシステムサービスエリア１２内に格子状に存在すると想定しているので、実際には他にも存在することになるが、ここでは説明上の都合上、隣接するセカンダリ送信局の干渉到達エリアと重なるプライマリ受信局１１＿１～１１＿３のみを図示している。以下、セカンダリ送信局２０＿１～２０＿４は既に周波数利用中であるとし、セカンダリ送信局２０＿０が新たに周波数利用を開始する場合の許容送信電力の計算方法について説明する。ただし、この例では許容送信電力を計算する周波数ｆｉが、セカンダリ送信局２０＿１～２０＿４にとって利用可能周波数であるとする。
　まず、セカンダリ送信局２０＿０が最大送信電力で送信を開始したと仮定すると、セカンダリ送信局２０＿０の干渉到達エリアＩＡ２０＿０内で干渉が増加する。したがって、セカンダリ送信局２０＿０の送信により合計干渉量が増大する可能性のあるのは、干渉到達エリアＩＡ２０＿０と重なっている干渉到達エリアＩＡ２０＿１、ＩＡ２０＿２、ＩＡ２０＿３であり、セカンダリ送信局２０＿１、２０＿２、２０＿３の許容送信電力に影響する可能性がある。従って、干渉到達エリアが重複しないセカンダリ送信局２０＿４を計算対象から除外することで、計算対象となるセカンダリ送信局のインデックスｎの集合ＳはＳ＝｛１，２，３｝となる。
　さらに、プライマリシステムサービスエリア１２と干渉到達エリアとの重複を考慮することで、計算対象のセカンダリ送信局数をさらに削減することができる。セカンダリ送信局の干渉到達エリアＩＡ２０＿０とプライマリシステムサービスエリア１２との共通領域を考えると、プライマリシステムサービスエリア１２内ではプライマリ受信局１１＿１～１１＿３に対する干渉が増加することになる。また、プライマリ受信局１１＿１はさらに干渉到達エリアＩＡ２０＿１の範囲内にあり、プライマリ受信局１１＿３は干渉到達エリアＩＡ２０＿３の範囲内にある。したがって、セカンダリ送信局２０＿０が送信することで複数セカンダリ送信局からプライマリ受信局への合計干渉量が増大する可能性があるのは、干渉到達エリアＩＡ２０＿１およびＩＡ２０＿３であり、これらのセカンダリ送信局を許容送信電力の計算対象とする。
　一方で、セカンダリ送信局２０＿２とセカンダリ送信局２０＿０の干渉到達エリア重複範囲では、プライマリ受信局が存在しない。したがって、セカンダリ送信局２０＿２との干渉の影響は許容送信電力の計算上考慮しなくてよいので、計算対象となるセカンダリ送信局のインデックスｎの集合ＳはＳ＝｛１，３｝となる。
　＜許容送信電力を算出＞
　以上のようにして求めた許容送信電力の計算対象であるセカンダリ送信局集合Ｓに対して、以下の方法で許容送信電力を算出する。
　第ｎセカンダリ送信局が周波数ｆｉを使用する際の許容送信電力をＰ（ｎ、ｆｉ）とし、開始要求を通知した第０セカンダリ送信局が周波数ｆｉを使用する際の許容送信電力Ｐ（０、ｆｉ）とする。このとき、第ｍプライマリ受信局への干渉Ｉ（ｆｉ、ｍ）は次式（２）で与えられ、この値が許容干渉電力Ｉｍａｘ（ｆｉ、ｍ）以下となる必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、第ｎセカンダリ送信局にとって周波数ｆｉが利用可能周波数でない場合には、Ｐ（ｎ、ｆｉ）＝０（即ち、この第ｎセカンダリ送信局による干渉を考えない）として扱う。なお、隣接周波数間の干渉については後述する。また、Ｌ（ｎ、ｆｉ、ｍ）は、周波数ｆｉを使用する際に第ｎセカンダリ送信局と第ｍプライマリ受信局との間のパスロスを表しており、セカンダリ送信局の情報（位置、アンテナ高等）とプライマリ受信局の情報（位置、アンテナ高等）とを用いて、秦式等の伝搬モデルに従って算出する。このパスロス計算は、許容送信電力決定部５０４が計算することも、無線環境データベース３０にセカンダリ送信局情報を登録する際に無線環境データベース３０が計算することも可能である。
　また、式（２）におけるｍとしては、セカンダリ送信局２０＿０の干渉到達エリアとプライマリシステムサービスエリア１２の重複領域にあるプライマリ受信局１１＿１～１１＿３への干渉を抑えるため、ｍ＝１、２、３を考慮する。すなわち、ｍ＝１、２、３の全てにおいて式（２）の不等式を満たすセカンダリ送信局２０＿０、２０＿１、２０＿３の許容送信電力の組み合わせを求める。ここで、既に当該周波数を利用しているセカンダリ送信局２０＿１、２０＿３は、組み合わせとして得られた許容送信電力と、これまでの許容送信電力との小さい方を新たに許容送信電力とする。小さい方の許容送信電力を選ぶことで、プライマリ受信局１１＿１～１１＿３以外のプライマリ受信局（干渉到達エリアＩＡ２０＿１とプライマリシステムサービスエリア１２の重複領域や、干渉到達エリアＩＡ２０＿３とプライマリシステムサービスエリア１２の重複領域に存在する図示していないプライマリ受信局）も干渉から保護できる。
　プライマリシステムを保護した周波数共用を行うためには、周波数ｆｉを使用する全てのプライマリ受信局（１≦ｍ≦Ｍ）について、式（２）の条件を満たす必要がある。この条件を満たすＰ（ｎ、ｆｉ）の組み合わせは、通常は無数に存在するが、例えば、セカンダリ送信局の合計通信容量が最大となる組み合わせや、セカンダリ送信局間の公平性を考慮した許容送信電力の組み合わせ等、許容送信電力設定部５０４の任意のポリシで組み合わせを決定できる。式（２）において、計算対象のセカンダリ送信局数（Ｓの要素数）を削減できれば、許容送信電力の組み合わせを探索する計算量も削減できることになる。
　上記許容送信電力の組み合わせ探索は、周波数ｆ１～ｆＩで行われ、周波数毎に、各セカンダリ送信局の許容送信電力の組み合わせが得られる。許容送信電力決定部５０４は、こうして計算した各周波数の許容送信電力の情報を周波数利用の開始要求を出したセカンダリ送信局２０とスペクトルマネージャ５０の管理下にあって既に周波数利用中の別なセカンダリ送信局に対して通知する。
　なお 、スペクトルマネージャ５０は、必ずしも全ての利用可能周波数をセカンダリ送信局２０に対して通知する必要はない。即ち、利用可能周波数の中でいくつかの周波数を選択してセカンダリ送信局２０に通知し、残りの周波数は利用不可周波数（許容送信電力を０とした周波数）と設定して通知することも出来る。例えば、許容送信電力がある閾値以上の周波数を利用可能周波数として設定することもできる。あるいは、許容送信電力の大きい方からいくつかの周波数を利用可能周波数とすることもできるし、他のセカンダリ送信局が利用可能周波数として設定している数が少ない方からいくつかの周波数を選択して利用可能周波数として設定することも可能である。このように利用可能周波数として通知する周波数を予め制限することで、利用可能周波数を全て通知する場合と比べ、各周波数が利用可能周波数として設定される数を少なくでき、考慮不要な干渉の影響を式（２）の計算時に省くことができる。結果として、新たに周波数利用を開始するセカンダリ送信局に対して、より大きな許容送信電力を割当てることができる。
　１．８）システム動作シーケンス
　次に、図６および図７を順次参照しながら、セカンダリ送信局２０＿０が周波数利用状況の変更通知を発行し、スペクトルマネージャ５０により管理されているセカンダリ送信局２０＿１～２０＿４が同じ周波数を使用中である場合を例示して無線システム全体の動作を説明する。
　＜周波数利用開始＞
　図６において、セカンダリ送信局２０＿０が周波数利用状況の変更に関する通知（周波数利用開始要求）をスペクトルマネージャ５０に対して通知すると（動作Ｓ１０１）、スペクトルマネージャ５０は、必要に応じて無線環境データベース３０からの不足情報の取得および情報の登録を行う（動作Ｓ１０２）。必要な情報が全て揃えば、スペクトルマネージャ５０は、計算対象となるセカンダリ送信局を限定し、限定されたセカンダリ送信局に関する各周波数の許容送信電力を計算する（動作Ｓ１０３）。ここでは、許容送信電力の計算対象となるセカンダリ送信局として、セカンダリ送信局２０＿０と干渉到達エリアが重複するセカンダリ送信局２０＿１および２０＿３が選ばれ、これらのセカンダリ送信局の許容送信電力が計算されたものとする。こうして、スペクトルマネージャ５０は、セカンダリ送信局２０＿０とセカンダリ送信局２０＿１および２０＿３とに対して許容送信電力の計算結果を通知する（動作Ｓ１０４）。
　セカンダリ送信局２０＿０は、スペクトルマネージャ５０＿１から通知された利用可能周波数とその許容送信電力を用いて実利用周波数と実送信電力を決定し（動作Ｓ１０５）、周波数を共用した通信を開始する。また、セカンダリ送信局２０＿１および２０＿３は、通知された許容送信電力の変更に伴い、実利用周波数や実送信電力を変更する必要あれば変更し（動作Ｓ１０６、Ｓ１０７）、周波数共用による通信を続ける。
　＜周波数利用停止＞
　図７において、セカンダリ送信局２０＿０がスペクトルマネージャ５０に対して周波数利用の停止を通知すると（動作Ｓ１１０）、スペクトルマネージャ５０は、無線環境データベース３０にセカンダリ送信局２０＿０が停止したことを登録し、他のセカンダリ送信局の許容送信電力を計算するために必要な情報を無線環境データベース３０から取得する（動作Ｓ１１１）。
　ここで、許容送信電力の計算対象とするセカンダリ送信局は、セカンダリ送信局２０＿０が元々送信していた際に干渉到達エリアが重複していたセカンダリ送信局であり、ここではセカンダリ送信局２０＿１および２０＿３が選ばれたものとする。許容送信電力の計算は、式（２）において、セカンダリ送信局２０＿０に関する項を除いた式を用いて（セカンダリ送信局２０＿０のインデックスをｎ＝０とすれば、式（２）から第１項のＰ（０、ｆｉ）／Ｌ（０、ｆｉ、ｍ）を除くことに相当する）、セカンダリ送信局２０＿１および２０＿３の許容送信電力を計算し（動作Ｓ１１２）、通知する（動作Ｓ１１３）。セカンダリ送信局２０＿１および２０＿３はそれぞれ、通知された許容送信電力の値を保持し、この許容送信電力の変更に伴い、実利用周波数や実送信電力を変更する必要ある場合は、これらを変更し（動作Ｓ１１４、Ｓ１１５）、周波数共用による通信を続ける。
　１．９）実利用周波数および実送信電力が通知される場合
　以上、実利用周波数および実送信電力がスペクトルマネージャへ通知されない場合を説明したが、実利用周波数および実送信電力をスペクトルマネージャへ通知することで、実際の周波数利用状況（実利用周波数および実送信電力）を把握でき、より積極的に周波数共用を行うことができる。
　実利用周波数および実送信電力が通知されるのは、セカンダリ送信局２０が、周波数共用を開始する時、周波数共用中に実送信電力の変更を要求する時、あるいは、実利用周波数の変更を要求する時である。この場合、スペクトルマネージャ５０が各セカンダリ送信局２０の実利用周波数と実送信電力を把握するので、セカンダリ送信局２０の与えている干渉状況を把握しやすくなり、より積極的に周波数共用を行うことができる。
　図８において、セカンダリ送信局２０＿０による開始要求（動作Ｓ１２１）、無線環境データベース３０からの必要情報の取得および情報の登録（動作Ｓ１２２）は、図６の動作Ｓ１０１およびＳ１０２と同じである。
　続いて、スペクトルマネージャ５０がセカンダリ送信局２０＿０と計算対象となるセカンダリ送信局の許容送信電力を計算する（動作Ｓ１２３）。この例では、全てのセカンダリ送信局が実利用周波数と実送信電力を通知することを想定しているので、既にプライマリシステムの周波数を利用しているセカンダリ送信局２０の実利用周波数および実送信電力の情報は、無線環境データベース３０またはデータベース情報記憶部５０３に格納されているものとする。そのため、既に周波数利用中の各セカンダリ送信局（２０＿１～２０＿４）は格納された実利用周波数を使用している前提で、スペクトルマネージャ５０は、許容送信電力を計算する周波数を実利用周波数としたセカンダリ送信局であって、セカンダリ送信局２０＿０と干渉到達エリアが重複するセカンダリ送信局の許容送信電力を決定する。ここでは、セカンダリ送信局２０＿１および２０＿３が選ばれたとする。
　許容送信電力の算出方法は、上述した実利用周波数および実送信電力を通知しない第１実施形態と基本的に同様である。ただし、周波数を利用中の第ｎセカンダリ送信局にとって周波数ｆｉが利用可能周波数でない場合に式（２）でＰ（ｎ、ｆｉ）＝０としたが、ここでは実利用周波数でない場合にＰ（ｎ、ｆｉ）＝０として扱う点が異なる。
　さらに、許容送信電力が、後述する送信電力希望値（ＰDesired）を超えないための条件（Ｐ（ｎ、ｆｉ）≦ＰDesired）を設ける。ただし、送信電力の希望値が設定されていないセカンダリ送信局についてはこの条件を設定しない。許容送信電力は、送信電力の希望値に関する条件と式（２）の条件を満たすＰ（ｎ、ｆｉ）の組み合わせとして探索される。送信電力の希望値に関する条件を設定することで、セカンダリ送信局に対して希望の送信電力を超える余分な許容送信電力を割当てないようにし、他のセカンダリ送信局の許容送信電力をその分増加させる。
　通常、許容送信電力の組み合わせは無数に存在するが、例えば、セカンダリ送信局の合計通信容量が最大となる組み合わせ、セカンダリ送信局間の公平性を考慮した許容送信電力の組み合わせ、現在の実送信電力と比べて劣化量の少ない許容送信電力の組み合わせなど、許容送信電力設定部５０４の任意のポリシで組み合わせを決定できる。
　また、上述した送信電力希望値（ＰDesired）は次のように設定することができる。スペクトルマネージャ５０は、セカンダリ送信局２０＿０が決定した実利用周波数と実送信電力とを受け取ると、セカンダリ送信局２０＿０の希望する送信電力と許容送信電力とを比較する。希望送信電力が許容送信電力より低い場合には、実送信電力は許容送信電力より低い値に設定される。このときにスペクトルマネージャ５０では、通知された実送信電力を、セカンダリ送信局２０＿０の送信電力の希望値として保持する。一方で、セカンダリ送信局２０＿０の希望する送信電力が許容送信電力より大きい場合には、実送信電力は許容送信電力と等しい値に設定される。このとき、セカンダリ送信局２０＿０は送信電力の希望値を設定しない。また、別な方法として、セカンダリ送信局２０＿０が実送信電力と実利用周波数を通知する際に、セカンダリ送信局２０＿０の送信電力の希望値もスペクトルマネージャに通知するようにしてもよい。
　次に、算出したセカンダリ送信局２０＿０の各周波数の許容送信電力は、セカンダリ送信局２０＿０に通知される（動作Ｓ１２４）。セカンダリ送信局２０＿０は、周波数毎の許容送信電力をもとに実利用周波数と実送信電力を決定する（動作Ｓ１２５）。セカンダリ送信局２０＿０は、決定した実利用周波数と実送信電力をスペクトルマネージャ５０に対して通知する（動作１２６）。実利用周波数と実送信電力の通知を受けると、スペクトルマネージャ５０は、通知された実利用周波数と実送信電力を無線環境データベース３０に登録する（動作Ｓ１２７）。
　続いて、スペクトルマネージャ５０は、セカンダリ送信局２０＿０から通知された実送信電力と、その実利用周波数での許容送信電力とを比較し、計算対象である他のセカンダリ送信局（２０＿１および２０＿３）の許容送信電力の再計算を行うかどうか判断する（動作１２８）。比較の結果、両者が一致した場合には、許容送信電力の再計算は行わずに、既に計算済みの許容送信電力の組み合わせの中から、セカンダリ送信局２０＿０から通知された実利用周波数を使用する場合の組み合わせを選択し、この許容送信電力情報を他のセカンダリ送信局（２０＿１および２０＿３）に対して通知する（動作１２９）。
　これに対して、実送信電力の方が許容送信電力より小さく、かつ、他のセカンダリ送信局（２０＿１および２０＿３）の中で計算済みの許容送信電力が送信電力の希望値に満たない送信局もしくは送信電力の希望値が設定されていない送信局が存在する場合には、許容送信電力の再計算を行う。
　許容送信電力の再計算を行う理由は、セカンダリ送信局２０＿０が許容送信電力より低い実送信電力を用いる場合には許容干渉電力の制限に対して余裕が生じるので、この干渉余裕分を許容送信電力が希望値に満たない他のセカンダリ送信局に対して割当てることが可能となるからである。許容送信電力の再計算では、セカンダリ送信局２０＿０と送信電力の希望値に等しい許容送信電力となったセカンダリ送信局とのそれぞれの希望値を許容送信電力として固定し、許容送信電力が送信電力の希望値に満たないセカンダリ送信局の許容送信電力を再度計算する。スペクトルマネージャ５０は、計算された許容送信電力情報を他のセカンダリ送信局（２０＿１および２０＿３）に対して通知する（動作１２９）。
　続いて、スペクトルマネージャ５０は、セカンダリ送信局２０＿０に対して、実利用周波数と実送信電力の通知に対する確認通知を返し（動作Ｓ１３０）、これによりセカンダリ送信局２０＿０は送信を開始する。また、既に周波数利用中の各セカンダリ送信局（２０＿１および２０＿３）は、通知された許容送信電力の値を新しい設定値として保持し、この許容送信電力の変更に伴い、実利用周波数や実送信電力を変更する必要ある場合は、これらを変更し送信を続ける（動作Ｓ１３１、Ｓ１３２）。
　以上の通りに、スペクトルマネージャに対して実利用周波数と実送信電力の通知を行い、これら情報を用いてセカンダリ送信局の許容送信電力を決定することで、通知を行わずに利用可能周波数を用いて許容送信電力を決定する場合と比べて、より正確な利用状況に基づいた干渉推定が可能となる。具体的には、式（２）の干渉電力を想定する際に、実際に各周波数を利用しているセカンダリ送信局のみを考慮できるようになり、周波数を使う可能性はあるが（利用可能周波数ではあるが）実際には利用していないセカンダリ送信局を除くことができる。これによって、実際には存在しない干渉を考慮しなくてすむので、より大きな許容送信電力をセカンダリ送信局に割当てることや、より多くのセカンダリ送信局に同一周波数を共用させることが可能になる。
　また、許容送信電力の計算の際に、セカンダリ送信局の送信電力の希望値を超えないように許容送信電力を設定することで、小さな許容送信電力が割当てられるセカンダリ送信局の許容送信電力を増加させることができる。
　さらに、セカンダリ送信局から通知された実送信電力が許容送信電力より小さく、かつ、他のセカンダリ送信局の許容送信電力が希望値に満たない場合に、許容送信電力の再計算を行うことで、許容干渉電力の制限に対して生じた干渉余裕分を許容送信電力が希望値に満たない他のセカンダリ送信局に対して割当て、許容送信電力を増加させることができる。
　なお、セカンダリ送信局がスペクトルマネージャに対して実利用周波数および実送信電力を通知する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、セカンダリ送信局が、利用可能周波数の中で実利用周波数を含む複数周波数を使用可能性のある周波数としてスペクトルマネージャに通知してもよい。
　また、セカンダリ送信局が、実送信電力より大きく許容送信電力より小さい送信電力をスペクトルマネージャに通知することもできる。この場合、セカンダリ送信局は、通知した周波数と送信電力の範囲内で実利用周波数と実送信電力を変更し、スペクトルマネージャでは通知された周波数と送信電力の中で式（２）の干渉電力を想定する。これによって、セカンダリ送信局では、通知した周波数と送信電力の範囲内で実利用周波数と実送信電力を変更できる柔軟性を確保することができ、スペクトルマネージャでは、可能性の高い周波数と送信電力とに限定して干渉電力を見積もることができる。
　なお、ここでは「周波数利用状況の変更に関する通知」として周波数利用の開始要求を想定したが、上述したように周波数利用停止通知であっても同様である。その他の「周波数利用状況の変更に関する通知」として、送信電力変更の要求や周波数変更の要求も考えられる。送信電力変更の要求は、セカンダリ送信局が一度決定した実送信電力を変更したい場合にスペクトルマネージャに対して通知される。例えば、セカンダリ送信局がカバレッジ拡大のために送信電力を増加する場合や、省電力化のためセカンダリ送信局が送信電力を減少させる場合が相当する。
　同様に、周波数変更の要求は、セカンダリ送信局が一度決定した実利用周波数を、変更したい場合にスペクトルマネージャに対して通知される。例えば、セカンダリ送信局の実利用周波数で、他のセカンダリシステムから当該セカンダリシステムへの干渉が増加した場合等が相当する。
　「周波数利用状況の変更に関する通知」が、送信電力変更の要求、または、周波数変更の要求のどちらの場合であっても、スペクトルマネージャは、通知を発行したセカンダリ送信局と、このセカンダリ送信局と干渉到達エリアが重複する既に周波数を利用中の他のセカンダリ送信局とのそれぞれに対して、各周波数での許容送信電力を計算する点は同様である。
　１．１０）効果
　以上説明した第１実施形態によれば、スペクトルマネージャは、各セカンダリ送信局の地理的な干渉到達範囲である干渉到達エリアを用いることで、周波数利用状況を変更するセカンダリ送信局と干渉到達エリアが重複しない他のセカンダリ送信局は許容送信電力の計算対象から除外され、干渉到達範囲が重複するセカンダリ送信局のみに限定して許容送信電力を計算する。これによって、周波数利用状況を変更するセカンダリ送信局による干渉が影響する（すなわち干渉が増加または減少する）範囲に対して、実質的に干渉を与えている他のセカンダリ送信局のみを許容送信電力の計算対象とすることができる。即ち、許容送信電力の計算から不要なセカンダリ送信局を除外できるため、処理量を削減できる。
　さらに、周波数利用状況の変更を行うセカンダリ送信局と他のセカンダリ送信局との重複した干渉到達エリアが、プライマリシステムサービスエリアと重複しない場合には、当該他のセカンダリ送信局を許容送信電力の計算対象から除外することができる。これにより、干渉の合計値がプライマリ受信局への干渉に影響する他のセカンダリ送信局のみを許容送信電力の計算対象にできる。
　なお、第１実施形態では、プライマリ受信局で所定の受信品質を保つための基準として、干渉電力を許容干渉電力以下に抑える基準を用いた。しかしながら、本発明はその他の基準（ＣＩＲ、ＣＩＮＲを所定値以上に保つこと）を所定値以上に保つ基準を用いたとしても同様に適用できる。また、セカンダリ送信局での送信によって生じるプライマリ受信局のＣＩＲやＣＩＮＲの劣化度を所定値以下に抑えるように許容送信電力を設定することもできる。
　上述した第１実施形態の説明では図２に示すシステム構成を仮定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示す実施形態のシステム構成にも適用可能である。
　２．第２実施形態
　本発明の第２実施形態によれば、セカンダリシステムの周波数管理装置としてのスペクトルマネージャは、第１実施形態のスペクトルマネージャ５０と同様に許容送信電力の計算対象であるセカンダリ送信局を限定する機能に加えて、自装置管理下のセカンダリ送信局だけでなく、同じセカンダリシステムの他のスペクトルマネージャが管理するセカンダリ送信局に対しても許容送信電力の計算値を通知することができる。以下、説明を簡略化するために、セカンダリシステムに２つのスペクトルマネージャがそれぞれの管理下に２つのセカンダリ送信局を有する場合を一例として説明する。
　図９に示すように、本発明の第２実施形態による無線システムは、セカンダリ送信局２０（２０＿１～２０＿４）、スペクトルマネージャ５１（５１＿１、５１＿２）、無線環境データベース３０で構成され、各スペクトルマネージャが他のスペクトルマネージャの管理するセカンダリ送信局との間でも通信可能に接続されているものとする。スペクトルマネージャ５１＿１はセカンダリ送信局２０＿１、２０＿２を管理し、スペクトルマネージャ５１＿２はセカンダリ送信局２０＿３、２０＿４を管理する。各スペクトルマネージャは管理下のセカンダリ送信局から周波数利用状況の変更に関する通知を受け付ける。そして、各スペクトルマネージャは、管理下のセカンダリ送信局および他のスペクトルマネージャの管理下にあるセカンダリ送信局の中で、周波数利用状況の変更に関する通知を受けたセカンダリ送信局と干渉到達エリアが重複するセカンダリ送信局を限定し、それらに対して許容送信電力を計算して通知する。
　図１０に示すように、スペクトルマネージャ５１はセカンダリ送信局２０を地理的なエリア毎に管理することができる。ここでは、スペクトルマネージャ５１＿１の管理エリアＡ５１＿１にセカンダリ送信局２０＿１と２０＿２が含まれており、これらのセカンダリ送信局がスペクトルマネージャ５１＿１の管理対象となる。同様にして、他のスペクトルマネージャ（５１＿２、５１＿３、５１＿４）も管理エリア（Ａ５１＿２、Ａ５１＿３、Ａ５１＿４）と、各エリアに含まれる管理対象のセカンダリ送信局（２０＿３および２０＿４、２０＿５および２０＿６、２０＿７および２０＿８）をそれぞれ持っている。たとえば、各管理エリアＡ５１は、都道府県の単位あるいは国単位に相当する。
　別な管理方法としては、管理されるスペクトルマネージャをセカンダリ送信局固有に決定することもできる。例えば、セカンダリ送信局の製造ベンダによって管理されるスペクトルマネージャが定められる場合、セカンダリ送信局に無線サービスを提供する事業者に応じて管理するスペクトルマネージャが定められる場合、セカンダリ送信局の無線システム（ＬＴＥ，ＷｉＭＡＸ等）に応じて管理するスペクトルマネージャが定められる場合もある。さらに、他の例としてセカンダリ送信局の使用する周波数毎にスペクトルマネージャが管理する場合もあるが、これについては別な実施形態で説明する。
　３．第３実施形態
　図１１に示すように、本発明の第３実施形態による無線システムは、セカンダリ送信局２０（２０＿１～２０＿４）、スペクトルマネージャ５２（５２＿１、５２＿２）、無線環境データベース３０で構成され、各スペクトルマネージャは自装置管理下のセカンダリ送信局との間で通信可能に接続され、さらにスペクトルマネージャ５２＿１と５２＿２とが通信可能に接続されている。スペクトルマネージャ５２＿１および５２＿２は、第２実施形態の場合と同様に、許容送信電力の計算対象を限定する機能に加えて、自装置管理下のセカンダリ送信局だけでなく、同じセカンダリシステムの他のスペクトルマネージャが管理するセカンダリ送信局へも当該他のスペクトルマネージャを介して許容送信電力計算値を通知することができる。
　図１１に示すシステム構成では、あるスペクトルマネージャ５２（例えば、５２＿１）が自装置管理外の別のセカンダリ送信局２０（例えば、２０＿３、２０＿４）の許容送信電力を計算すると、当該別のセカンダリ送信局２０を管理対象とする別のスペクトルマネージャ５２（例えば、５２＿２）に対して計算結果である許容送信電力を通知し、当該別のスペクトルマネージャ５２が計算結果である許容送信電力をその管理下のセカンダリ送信局（例えば、２０＿３、２０＿４）へ通知する。セカンダリ送信局２０および無線環境データベース３０の構成および動作は第１実施形態と同じであるから、同じ参照番号を付して説明は省略する。本実施形態によるスペクトルマネージャ５２も基本的には第２実施形態によるスペクトルマネージャ５１と同様であるが、別のスペクトルマネージャから計算結果である許容送信電力を受け取ると、自装置管理下のセカンダリ送信局へ転送する点が異なっている。以下、スペクトルマネージャ５２＿１を例示して、スペクトルマネージャ５２の構成および動作を説明する。
　図１２に示すように、スペクトルマネージャ５２＿１は、図３に示す第１実施形態のスペクトルマネージャ５０と基本的には同様であるが、ネットワーク通信部５２１が他のスペクトルマネージャ５２＿２に対するインターフェースを持つ点が異なる。また、他の異なる点として、他のスペクトルマネージャ５２＿２が計算したスペクトルマネージャ５２＿１管理下のセカンダリ送信局に関する許容送信電力を受け取ると、データベース情報記憶部５２３にこの情報を格納した上で、自装置管理下のセカンダリ送信局２０（２０＿１や２０＿２）に対して許容送信電力を通知する。このような構成にすることで、スペクトルマネージャ５２＿１は管理下のセカンダリ送信局２０＿１、２０＿２に関する情報を把握することができるようになる。スペクトルマネージャ５２＿２の構成および動作も同様である。
　４．第４実施形態
　図１３に示すように、本発明の第４実施形態による無線システムは、セカンダリ送信局２０（２０＿１～２０＿４）、スペクトルマネージャ５３（５３＿１、５３＿２）で構成され、第３実施形態との相違点は、スペクトルマネージャ５３の外部に無線環境データベース３０を持たない点である。
　図１４は、図１３のシステム構成時のスペクトルマネージャ５３の構成を示すが、ここではスペクトルマネージャ５３＿１の構成を例示する。図１４に示すように、スペクトルマネージャ５３＿１は無線環境データベース５３３を内部に持つ。すなわち、複数のスペクトルマネージャ５３の各々が無線環境データベース５３３を持つ。したがって、各スペクトルマネージャ５３は、ネットワーク通信部５３１を通して互いに通信を行うことで、それぞれの無線環境データベース５３３に格納される情報を同期させる機能を有する。
　このように無線環境データベース５３３に格納される情報を同期させることで、無線環境データベース３０を外部に有さないシステム構成であっても、上述した第１～第３実施形態と同様に動作させることができる。
　５．第５実施形態
　本発明の第５実施形態によれば、スペクトルマネージャはセカンダリ送信局を周波数毎に管理する。さらに、セカンダリ送信局の周波数方向の干渉到達範囲である干渉到達周波数を考慮して許容送信電力を算出する。説明を明瞭にするため、第２実施形態と異なる点についてのみ説明する。
　本実施形態では、スペクトルマネージャは、セカンダリ送信局の周波数利用状況の変更に関する通知（周波数利用の開始要求、周波数利用の停止等）を周波数別に管理する。即ち、スペクトルマネージャにとっては、管理対象周波数での周波数利用状況の変更に関する通知を行うセカンダリ送信局が第５実施形態における管理下のセカンダリ送信局に対応する。以下、セカンダリ送信局は周波数ｆ１～ｆ８で送信し、送信周波数別にスペクトルマネージャにより管理される例を説明する。
　図１５に示すように、スペクトルマネージャ６０＿１の管理対象を中心周波数ｆ１とｆ２、スペクトルマネージャ６０＿２の管理対象を中心周波数ｆ３とｆ４、スペクトルマネージャ６０＿３の管理対象を中心周波数ｆ５とｆ６、スペクトルマネージャ６０＿４の管理対象を中心周波数ｆ７とｆ８とする。本実施形態のシステム構成は、図１５に示すように、各セカンダリ送信局が異なる周波数を管理するそれぞれのスペクトルマネージャ６０に対してインターフェースを持つ。このように構成することで、各セカンダリ送信局はどのスペクトルマネージャ６０に対しても周波数利用の開始要求を通知できる。
　また、本実施形態では、セカンダリ信号が隣接周波数を利用するプライマリ受信局へも干渉することを想定している。図１６には、周波数ｆ３とｆ７を中心周波数としたセカンダリ信号がそれぞれの隣接周波数に干渉する様子が示されている。隣接周波数を利用するプライマリ受信局への干渉は、セカンダリ送信局の送信周波数から隣接周波数へ漏洩する隣接チャネル漏洩電力比と、隣接周波数を中心とするプライマリ受信局の受信フィルタによってセカンダリ信号の中心の周波数帯域の信号を一部取り込んでしまう隣接チャネル選択性とが、複合して発生する。
　ここで、隣接周波数は互いに干渉を及ぼしあうため、本実施形態のようにスペクトルマネージャ６０の管理対象を連続した周波数とすることで、許容送信電力の計算対象となるセカンダリ送信局２０を、限られたスペクトルマネージャ管理下のセカンダリ送信局に限定できる。例えば、周波数によっては、その両側の複数チャネル分の隣接周波数を同一のスペクトルマネージャ６０で管理している場合がある。この場合、計算対象となる複数のセカンダリ送信局を同一スペクトルマネージャで管理でき、関連情報が同じスペクトルマネージャに集約されることで、必要情報の取得のための無線環境データベース３０へのアクセス数を減らすことができる等の効率化を達成できる。
　次に、隣接周波数間の干渉を考慮する際の干渉到達周波数を用いた許容送信電力の計算方法について述べる。本実施形態では、所定の周波数を管理対象とするスペクトルマネージャ６０は、セカンダリ送信局２０から発行された当該周波数に対する周波数利用状況の変更に関する通知を受け付け、当該セカンダリ送信局２０の干渉到達周波数と干渉到達周波数が重複するセカンダリ送信局を計算対象として限定し、許容送信電力を計算し、各セカンダリ送信局に通知する。
　まず、隣接周波数への干渉は厳密には離れた周波数に対しても存在する。そこで、セカンダリ送信局が最大送信電力を用いたときに、十分小さい値と見なされる干渉電力の閾値以上の干渉が到達すると推定される周波数範囲を、周波数軸上の干渉到達範囲（干渉到達周波数）と定義する。干渉到達周波数は、ｋチャネル分の隣接周波数（周波数ｆｉに対してｆｉ－ｋ～ｆｉ＋ｋまで）と表すことにすれば、図１６に示す例では、１チャネル分の隣接周波数干渉を考えているのでｋ＝１となる。
　開始要求を通知した第０セカンダリ送信局が周波数ｆｉを使用する際の許容送信電力Ｐ（０、ｆｉ）を考える。隣接周波数への干渉を考えた場合には、次式（３）に示すように、周波数ｆｊを利用する第ｍプライマリ受信局への干渉Ｉ（ｆｊ、ｍ）が許容干渉電力Ｉｍａｘ（ｆｊ、ｍ）以下となる必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、α（ｆｊ－ ｆｉ）は、周波数差ｆｊ－ ｆｉに応じた干渉度合いを表す係数であり、上述の隣接チャネル漏洩電力比と隣接チャネル選択性とに応じて決定される。周波数差０のときはα（０）＝１で、周波数差ｆｊ－ ｆｉが大きくなるほどα（ｆｊ－ ｆｉ）は小さくなり、周波数差がｆｊ－ ｆｊ＋ｋを超えると０となる。また、式（３）は、第ｎセカンダリ送信局にとって周波数ｆｉ’が利用可能周波数（もしくは、実利用周波数がスペクトルマネージャに通知される場合には実利用周波数）でない場合には、Ｐ（ｎ、ｆｉ’）＝０として扱う（即ち、第ｎセカンダリ送信局による干渉を考えない）。プライマリシステムを保護するためには、第０セカンダリ送信局の周波数ｆｉの送信に影響をうける干渉到達周波数ｆｉ－ｋ～ｆｉ＋ｋを使用する全てのプライマリ受信局（１≦ｍ≦Ｍ）について、式（３）の条件を満たす必要がある。即ち、Ｉ（ｆｉ－ｋ、ｍ）～Ｉ（ｆｉ＋ｋ、ｍ）について式（３）を満たす必要があるので、結果的にｆｉ－２ｋ～ｆｉ＋２ｋを使用するセカンダリ送信局（干渉到達周波数の重複するセカンダリ送信局）までが影響することになり、許容送信電力の計算対象となる。この条件を満たすＰ（ｎ、ｆｉ）の組み合わせを探索することで、許容送信電力を決定できる。
　なお、既に周波数を利用している第ｎセカンダリ送信局（１≦ｎ≦Ｎ）の許容送信電力としては、組み合わせとして得られた許容送信電力と、これまでに利用していた際の許容送信電力との小さい方を新たに許容送信電力とする。小さい方の許容送信電力を選ぶことで、計算対象として選択された第ｎセカンダリ送信局の干渉が影響するが式（３）の条件として考慮されていなかったプライマリ受信局（周波数ｆｉ－２ｋ～ｆｉ－ｋ－１やｆｉ＋ｋ＋１～ｆｉ＋２ｋを利用するプライマリ受信局）に対しても、干渉から保護できるようになる。
　上述したように、第５実施形態によれば、周波数利用状況の変更に関わる通知を行うセカンダリ送信局との間で干渉到達エリアが互いに重複し、かつ、干渉到達周波数が重複するセカンダリ送信局のみを許容送信電力の計算対象として限定することができる。言い換えれば、干渉到達周波数を用いることで、許容送信電力の計算上で不要なセカンダリ送信局数を削減することができる。
　また、スペクトルマネージャがセカンダリ送信局の周波数利用状況の変更に関する通知を受けた場合、管理対象の周波数を中心周波数として利用するセカンダリ送信局に加えて、必要であれば別のスペクトルマネージャが管理する周波数を利用するセカンダリ送信局も許容送信電力を計算して通知する。そのため、異なるスペクトルマネージャ間で重複した計算処理が発生しない。
　６．その他の実施形態
　以上説明した第１～第５実施形態によれば、セカンダリ送信局の許容送信電力を計算する際に、計算対象となるセカンダリ送信局の数を限定することができ、さらに処理負荷の集中を回避しつつスペクトルマネージャ間で重複した計算処理を排除できる。
　また、プライマリシステムとセカンダリシステムとは、異なるＲＡＴ（Radio Access Technology）であっても同一のＲＡＴであってもよい。異なるＲＡＴの例としては、前述したようにＴＶ放送システムとセルラシステムの組み合わせを挙げることができる。同一のＲＡＴの例としては、プライマリシステムがマクロセル、セカンダリシステムがその中に設置されるフェムトセルの場合を挙げることができる。
　また、以上説明した第１～第５実施形態において、スペクトルマネージャ、無線環境データベースは、複数のセカンダリシステムに対して周波数管理を提供する、セカンダリシステムとは別のシステムであってもよく、また、セカンダリシステムの一部であってもよい。また、スペクトルマネージャ、無線環境データベースは、無線システム間の干渉を監視するセンサ局を備えたシステムとすることも可能である。例えば、セカンダリ送信局の無線信号をセンサ局で測定することで、セカンダリ送信局からの周囲の被干渉エリアへのパスロスを補正し、補正したパスロスを用いて、干渉到達エリアや許容送信電力の計算を行うことができる。
　上述した第１～第５実施形態におけるスペクトルマネージャは、所定のハードウェア、例えば回路として具現化することもできる。また、制御プログラムに従って、図示しないコンピュータ回路（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））によって制御され、動作するように構成することもできる。その場合、これらの制御プログラムは、例えば、装置又はシステム内部の記憶媒体（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やハードディスク等）、あるいは、外部の記憶媒体（例えば、リムーバブルメディアやリムーバブルディスク等）に記憶され、上記コンピュータ回路によって読み出され実行される。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
　本発明は、ＴＶ放送システムに割り当てられた周波数をセルラシステムで利用する際の周波数利用管理に適用可能である。
１０ プライマリ送信局
１１、１１＿１～１１＿３　プライマリ受信局
１２　プライマリシステムサービスエリア
２０、２０＿０～２０＿８　セカンダリ送信局
ＩＡ２０＿０～ＩＡ２０＿４　干渉到達エリア
３０ 無線環境データベース
５０、５１＿１、５１＿２、５２、５２＿１、５２＿２、５３、５３＿１、５３＿２、６０＿１～６０＿４　スペクトルマネージャ 
Ａ５１＿１～Ａ５１＿４　スペクトルマネージャの管理エリア
５０１、５２１、５３１　ネットワーク通信部
５０２、５２２、５３２　周波数利用受付部
５０３、５２３　データベース情報記憶部
５３３　無線環境データベース
５０４、５２４、５３４　許容送信電力設定部

Claims (15)

  1. 　他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムにおける無線局の周波数利用を管理する周波数管理装置であって、
    　周波数利用状況を変更する第１無線局から周波数利用状況の変更通知を受け付ける周波数利用受付手段と、
    　前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する許容送信電力設定手段と、
    　を有することを特徴とする周波数管理装置。
  2. 　前記許容送信電力設定手段は、前記第１無線局の干渉到達範囲と重なる干渉到達範囲をもつ前記第２無線局の中で、さらに前記干渉到達範囲の重複範囲が、他の無線システムのサービス範囲の少なくとも一部と重なる前記第２無線局に限定して、前記許容送信電力の設定対象とすることを特徴とする請求項１に記載の周波数管理装置。
  3. 　前記許容送信電力設定手段は、さらに、前記通知された周波数利用状況の変更を発行した前記第１無線局に対して許容送信電力を設定することを特徴とする請求項１に記載の周波数管理装置。
  4. 　前記許容送信電力は、前記他の無線システムに与える干渉が所定閾値を超えないよう決定されることを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の周波数管理装置。
  5. 　前記干渉到達範囲は、前記無線システムの無線局の送信によって干渉が所定閾値以上となると推定される空間的範囲および／または周波数的範囲を含むことを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載の周波数管理装置。
  6. 　前記許容送信電力設定手段は、前記他の無線システムに対して同一周波数干渉および／または隣接周波数干渉となる周波数が、前記第２無線局の利用可能周波数および／または実利用周波数に含まれるとき、当該第２無線局を許容送信電力の設定対象にすることを特徴とする請求項１－５のいずれか１項に記載の周波数管理装置。
  7. 　他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムにおける無線局の周波数利用を管理する周波数管理方法であって、
    　周波数利用受付手段が周波数利用状況を変更する第１無線局から周波数利用状況の変更通知を受け付け、
    　許容送信電力設定手段が、前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する、
    　ことを特徴とする周波数管理方法。
  8. 　前記許容送信電力設定手段が、前記第１無線局の干渉到達範囲と重なる干渉到達範囲をもつ前記第２無線局の中で、さらに前記干渉到達範囲の重複範囲が、他の無線システムのサービス範囲の少なくとも一部と重なる前記第２無線局に限定して、前記許容送信電力の設定対象とする、ことを特徴とする請求項７に記載の周波数管理方法。
  9. 前記許容送信電力設定手段が、さらに、前記通知された周波数利用状況の変更を発行した前記第１無線局に対して許容送信電力を設定することを特徴とする請求項７に記載の周波数管理装置。
  10. 　前記許容送信電力は、前記他の無線システムに与える干渉が所定閾値を超えないように決定されることを特徴とする請求項７－９のいずれか１項に記載の周波数管理方法。
  11. 　前記干渉到達範囲は、前記無線システムの無線局の送信によって干渉が所定閾値以上となると推定される空間的範囲および／または周波数的範囲を含むことを特徴とする請求項７－１０のいずれか１項に記載の周波数管理方法。
  12. 　前記許容送信電力設定手段が、前記他の無線システムに対して同一周波数干渉および／または隣接周波数干渉となる周波数が、前記第２無線局の利用可能周波数および／または実利用周波数に含まれるとき、当該第２無線局を許容送信電力の設定対象にすることを特徴とする請求項７－１１のいずれか１項に記載の周波数管理方法。
  13. 　他の無線システムに割り当てられた周波数を共用する無線システムであって、
    　前記周波数を共有する複数の無線局と、
    　前記複数の無線局の周波数利用を管理する少なくとも１つの周波数管理装置と、
    　を有し、
    　前記周波数管理装置が、第１無線局から周波数利用状況の変更に関する通知を受け付けると、当該通知された周波数状況の変更に基づいて、前記第１無線局の干渉到達範囲の少なくとも一部と干渉到達範囲が重なる第２無線局を対象として、許容送信電力を設定する、
    　ことを特徴とする無線システム。
  14. 　前記周波数管理装置が、前記第１無線局の干渉到達範囲と重なる干渉到達範囲をもつ前記第２無線局の中で、さらに前記干渉到達範囲の重複範囲が、他の無線システムのサービス範囲の少なくとも一部と重なる前記第２無線局に限定して、前記許容送信電力の設定対象とする、ことを特徴とする請求項１３に記載の無線システム。
  15. 　前記周波数管理装置が決定する前記許容送信電力は、前記他の無線システムに与える干渉が所定閾値を超えないように決定される、ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の無線システム。
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