(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｕｓｅｒ）システムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制する。【解決手段】ＳＵシステム３は、通信エリア内に収容される端末ＴＬ１〜ＴＬｎとの間で無線通信するアンテナＡｎｔ１と、通信エリアの周囲に配置され、通信エリア内から送られる信号の受信電力を測定する少なくとも１台のセンサＷＳ１〜ＷＳ５と、信号のビーム方向とセンサの測定結果との対応関係を示すビームデータを記憶するメモリＭ１と、共用条件とビームデータとに基づいて、ビーム方向ごとに信号の許容最大送信電力を決定する決定部であるプロセッサＰＲＣ２と、ビーム方向ごとの許容最大送信電力と端末から報告される回線状態情報とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる割当部であるプロセッサＰＲＣ２と、を備える。【選択図】図６
2020184739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記通信エリアの周囲に配置され、前記通信エリア内から前記通信部を介して送られる信号の受信電力を測定する少なくとも１台のセンサと、
前記信号のビーム方向と前記センサの測定結果との対応関係を示すビームデータを記憶するメモリと、
前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定する決定部と、
前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
無線システム。
【請求項２】
前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された前記信号の許容送信電力が含まれる前記共用条件を取得する取得部、を更に備え、
前記決定部は、前記許容送信電力と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力を決定する、
請求項１に記載の無線システム。
【請求項３】
前記通信部は、前記信号のビーム方向ごとの前記回線状態情報を前記端末から受信し、
前記割当部は、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と、前記端末から報告された前記ビーム方向ごとの前記回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる、
請求項１に記載の無線システム。
【請求項４】
前記割当部は、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と、前記端末から報告される回線状態情報とを用いて、前記無線資源に対応する無線パラメータを算出し、前記端末における直近の回線状態情報に基づく前記無線パラメータと前記端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づく前記無線パラメータとの比に基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる、
請求項１に記載の無線システム。
【請求項５】
前記共用条件は、キャリア周波数と、帯域幅と、前記第１無線システムへの与干渉を極小化する程度に算出された前記センサでの信号の許容最大受信電力とを含む、
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の無線システム。
【請求項６】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、
前記通信エリアの周囲に配置され、前記通信エリア内から送られる信号の受信電力を少なくとも１台のセンサにより測定するステップと、
前記信号のビーム方向と前記センサの測定結果との対応関係を示すビームデータをメモリに記憶するステップと、
前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定するステップと、
前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、
無線資源割当方法。
【請求項７】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記通信エリアの周囲に配置された少なくとも１台のセンサによる前記通信エリア内から前記通信部を介して送られる信号の受信電力の測定結果と、前記信号のビーム方向との対応関係を示すビームデータを記憶するメモリと、
前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定する決定部と、
前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
基地局。
【請求項８】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得する取得部と、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出する電力決定部と、
前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
無線システム。
【請求項９】
前記割当部は、前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とを用いて、前記無線資源に対応する無線パラメータを算出し、前記端末における直近の回線状態情報に基づく前記無線パラメータと前記端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づく前記無線パラメータとの比に基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる、
請求項８に記載の無線システム。
【請求項１０】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得する取得部と、
前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出する導出部と、
前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
無線システム。
【請求項１１】
前記割当部は、前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とを用いて、前記無線資源に対応する無線パラメータを算出し、前記端末における直近の回線状態情報に基づく前記無線パラメータと前記端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づく前記無線パラメータとの比に基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる、
請求項１０に記載の無線システム。
【請求項１２】
前記共用条件は、キャリア周波数と、帯域幅と、前記第１無線システムへの与干渉を極小化する程度に算出された前記許容送信電力とを含む、
請求項１０または１１に記載の無線システム。
【請求項１３】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得するステップと、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出するステップと、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出するステップと、
前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、
無線資源割当方法。
【請求項１４】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得する取得部と、
前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出する電力決定部と、
前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
基地局。
【請求項１５】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、
前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得するステップと、
前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる前記信号の送信方向を導出するステップと、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出するステップと、
前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、
無線資源割当方法。
【請求項１６】
既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、
前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、
前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得する取得部と、
前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる前記信号の送信方向を導出する方向決定部と、
導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出する導出部と、
前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、
基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、共用周波数を利用可能な無線システム、共用周波数を用いた無線通信における無線資源割当方法、および基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の無線システム（後述するＰＵシステム参照）と、既存の無線システム以外の他の無線システム（後述するＳＵシステム参照）との間で、既存の無線システムがこれまでほぼ独占的に使用していた特定の周波数帯を所定条件下で共用することは、周波数の有効利用に資する。このため、昨今、５Ｇ（第５世代移動通信方式）の通信仕様の検討が進められているが、この５Ｇでの使用が想定されている周波数帯を既存の無線システムと新規の無線システム（つまり、上述した既存の無線システム以外の他の無線システム）とで共用することが検討されつつある。つまり、既存の無線システムがほぼ独占的に使用している周波数帯を新規の無線システムにも一部利用を促すことで、全体的に周波数の利用効率を上げる仕組みが検討されている。以下の明細書において、既存の無線システムを「ＰＵ（Primary User）システム」、新規の無線システムを「ＳＵ（Secondary User）システム」と称する。周波数共用の条件としては、ＳＵシステムの周波数利用によりＰＵシステムの無線通信が干渉による影響を受けないことが考えられる。
【０００３】
この条件を満足するために、例えば第三者的な共用周波数の管理機構がＰＵシステムの無線機およびＳＵシステムの無線機のそれぞれの位置情報を基にして周波数共用による干渉計算を行い（図１０参照）、この計算結果を基にしてＳＵシステムへの利用許可する条件を決定してＳＵシステムに通知する方式が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Takeo FUJII et al., “Smart Spectrum for Future Wireless World”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, IEICE TRANS. COMMUN., VOL.E100-B, NO.9 September 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した利用許可するために付与される無線パラメータには、例えばキャリア周波数および無線帯域幅、送信電力、送信指向性利得が含まれると考えられる。このため、ＰＵシステムにとっての許容被干渉レベルが極小となるように、その許容被干渉レベルの境界がＳＵシステムから最も近い方向でのＳＵシステムに対する送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限を定め、この上限を超えないようにＳＵシステムに周波数の利用許可を与えることが考えられる。ここで、最も近い方向とは、単純に距離的に近いという概念に限定されず、ＳＵシステムからの電波放射に伴う干渉の程度が小さいという概念も含まれて構わない。
【０００６】
しかし、上述した利用許可のやり方では、ＳＵシステム内での電波利用時の無線リソース制御において、ＳＵシステムからの与干渉がＰＵシステムに最も大きく届いてしまう方向に対する送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限がＳＵシステムから見て３６０度全ての方向に対して同様に適用されてしまう。従って、例えばＳＵシステムからの与干渉がＰＵシステムにさほど届かない方向が存在する場合には、その方向に対しても送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限を超える送信電力の使用が許されず、ＳＵシステム内での周波数有効利用における制約要因となり得た。
【０００７】
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制する共用周波数を利用可能な無線システム、共用周波数を用いた無線通信における無線資源割当方法、および基地局を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記通信エリアの周囲に配置され、前記通信エリア内から前記通信部を介して送られる信号の受信電力を測定する少なくとも１台のセンサと、前記信号のビーム方向と前記センサの測定結果との対応関係を示すビームデータを記憶するメモリと、前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定する決定部と、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、無線システムを提供する。
【０００９】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、前記通信エリアの周囲に配置され、前記通信エリア内から前記通信部を介して送られる信号の受信電力を少なくとも１台のセンサにより測定するステップと、前記信号のビーム方向と前記センサの測定結果との対応関係を示すビームデータをメモリに記憶するステップと、前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定するステップと、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、無線資源割当方法を提供する。
【００１０】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記通信エリアの周囲に配置された少なくとも１台のセンサによる前記通信エリア内から前記通信部を介して送られる信号の受信電力の測定結果と、前記信号のビーム方向との対応関係を示すビームデータを記憶するメモリと、前記共用条件と前記ビームデータとに基づいて、前記ビーム方向ごとに前記信号の許容最大送信電力を決定する決定部と、前記ビーム方向ごとの前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、基地局を提供する。
【００１１】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得する取得部と、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出する電力決定部と、前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、無線システムを提供する。
【００１２】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムであって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された前記信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得する取得部と、前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出する導出部と、前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、無線システムを提供する。
【００１３】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得するステップと、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出するステップと、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出するステップと、前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、無線資源割当方法を提供する。
【００１４】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を取得する取得部と、前記第１無線システムの受信感度境界に関する情報を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向を導出する方向決定部と、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力を導出する電力決定部と、前記許容最大送信電力と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、基地局を提供する。
【００１５】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムの無線通信における無線資源割当方法であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信するステップと、前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得するステップと、前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる前記信号の送信方向を導出するステップと、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出するステップと、前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てるステップと、を有する、無線資源割当方法を提供する。
【００１６】
また、本開示は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能な無線システムにおける基地局であって、前記無線システムの通信エリア内に収容される少なくとも１台の端末との間で無線通信する通信部と、前記第１無線システムと接続される共用周波数管理装置から、前記第１無線システムとの干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力が含まれる共用条件を取得する取得部と、前記共用条件を用いて、前記無線システムの通信エリアから前記第１無線システムの受信感度境界までの距離が最小となる前記信号の送信方向を導出する方向決定部と、導出された前記信号の送信方向の前記信号の許容最大送信電力と、前記信号の許容送信電力との差分を導出する導出部と、前記差分と前記端末から報告される回線状態情報とに基づいて、前記端末に無線資源を割り当てる割当部と、を備える、基地局を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１ボーダーＢ１、第２ボーダーＢ２、第３ボーダーＢ３の概念を示す図
【図２】実施の形態１に係る共用周波数管理システムの内部構成例を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係る共用周波数管理システムの動作手順を時系列に示すシーケンス図
【図４】図３および図６のステップＳｔ６の詳細な動作手順を時系列に示すフローチャート
【図５】実施の形態２に係るＳＵシステムとその周囲の少なくとも１つのＰＵシステムの配置例を模式的に示す図
【図６】実施の形態２に係るＳＵシステムの内部構成例を詳細に示すブロック図
【図７】ビーム方向別の電波センサでの受信電力を説明する図
【図８】実運用前に事前測定されたビーム方向別の電波センサでの受信電力の一例を示すテーブル
【図９】実施の形態２に係るＳＵシステムの基地局の動作手順を示すフローチャート
【図１０】従来技術の共用周波数管理システムの構成図
【図１１】実施の形態３に係るＳＵシステムとその周囲の２つのＰＵシステムの配置例を模式的に示す図
【図１２】実施の形態３に係るＳＵシステムの内部構成例を詳細に示すブロック図
【図１３】実施の形態３に係るＳＵシステムの基地局の動作手順を示すフローチャート
【図１４】実施の形態３の変形例に係るＳＵシステムの基地局の動作手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１の内容に至る経緯）
先ず、本開示に係る共用周波数を利用可能な無線システムの前提となる従来技術として、共用周波数管理の考え方について図１０を参照して説明する。図１０は、従来技術の共用周波数管理システムの構成図である。
【００２０】
図１０に示す共用周波数管理システムは、ＰＵシステム１０１と、共用周波数管理装置１０２と、複数（例えばＮ：２以上の整数）個のＳＵシステム１０３１，…，１０３Ｎとを含む構成である。ＰＵシステム１０１と共用周波数管理装置１０２とは、互いにデータあるいは情報の送受信が可能である。同様に、共用周波数管理装置１０２とそれぞれのＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎとは、互いにデータあるいは情報の送受信が可能である。
【００２１】
ＰＵシステム１０１は、所定の共用周波数帯の周波数を主にあるいはほぼ独占的に使用可能に割り当てられたシステム運用者（いわゆるプライマリユーザ）により運用の制御がなされる無線システムである。ＰＵシステム１０１は、ＰＵシステム１０１の運用に必要な１機以上の送信機（図示略）および受信機（図示略）を保有しており、ＰＵシステム１０１の運用に必要なＰＵシステム情報を保持している。ここで、ＰＵシステム情報は、例えば送信機位置、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅および送信電力等の送信に関わる情報と、受信機位置および受信感度等の受信に関わる情報とを含む。
【００２２】
共用周波数管理装置１０２は、ＰＵシステム送信機情報格納部２０１と、ＰＵシステム受信機情報格納部２０２と、地形建物地理データ保持部２０３と、ＳＵシステム送信機情報格納部２０４と、ＳＵシステム受信機情報格納部２０５と、ＰＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０６と、ＰＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０７と、ＳＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０８と、ＳＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０９と、許可対象周波数共用条件決定部２１０とを含む構成である。
【００２３】
ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれは、ＰＵシステム１０１が主にあるいはほぼ独占的に使用可能な所定の共用周波数帯の周波数の一部を条件付きで使用することを共用周波数管理装置１０２に申請する無線システムである。ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎは、ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの運用に必要な１機以上の送信機（図示略）および受信機（図示略）を保有しており、ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの運用に必要なＳＵシステム情報を保持している。ここで、ＳＵシステム情報は、例えば送信機位置、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅および送信電力等の送信に関わる情報と、受信機位置および受信感度等の受信に関わる情報とを含む。
【００２４】
図１０に示される従来技術では、共用周波数管理装置１０２は、ＰＵシステム１０１からのＰＵシステム内の送信機に関する情報をＰＵシステム送信機情報格納部２０１に保存し、ＰＵシステム１０１からのＰＵシステム内の受信機に関する情報をＰＵシステム受信機情報格納部２０２に保存する。同様に、共用周波数管理装置１０２は、ＳＵシステム１０３１〜１０３ＮのそれぞれからのＳＵシステム内の送信機に関する情報をＳＵシステム送信機情報格納部２０４に保存し、ＳＵシステム１０３１〜１０３ＮのそれぞれからのＳＵシステム内の受信機に関する情報をＳＵシステム受信機情報格納部２０５に保存する。共用周波数管理装置１０２は、地形建物地理データ保持部２０３から地理情報を読み出し、この地理情報を用いて各種の干渉計算を、ＰＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０６、ＰＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０７、ＳＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０８およびＳＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０９のそれぞれにおいて実行する。
【００２５】
例えば、ＰＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０６では、ＰＵシステム１０１の送信機からＰＵシステム１０１の受信機までの信号の伝搬路における干渉計算が行われる。同様に、ＰＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０７では、ＰＵシステム１０１の送信機からＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの受信機までの信号の伝搬路における干渉計算が行われる。同様に、ＳＵ−ＴＸ→ＰＵ−ＲＸ干渉計算部２０８では、ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの送信機からＰＵシステム１０１の受信機までの信号の伝搬路における干渉計算が行われる。同様に、ＳＵ−ＴＸ→ＳＵ−ＲＸ干渉計算部２０９では、ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの送信機からＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの受信機までの信号の伝搬路における干渉計算が行われる。
【００２６】
許可対象周波数共用条件決定部２１０では、上述した各種の膨大な干渉計算の結果に基づいて、ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれにおいて使用可能な共用周波数帯の周波数の使用に関する周波数共用条件（許可情報）がそれぞれのＳＵシステムに通知される。
【００２７】
このような従来技術では、ＰＵシステム１０１の無線機（例えば送信機あるいは受信機。以下同様）とＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの無線機（例えば送信機あるいは受信機。以下同様）との間での干渉計算量が膨大となり、共用周波数管理装置１０２の計算処理に相当の高い負荷がかかる。また、実際の測定との誤差を小さく抑えて干渉量を求めるためには、ＰＵシステム１０１の無線機とＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの無線機との間あるいは周囲の建物等の存在を考慮しなくてはならないが、建物等の存在を考慮すると干渉計算が一層膨大となり現実的ではない。一方で、建物等の存在を考慮することを回避してＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれの無線機からＰＵシステム１０１への無線機への干渉量を過小評価しないために、無線機間の電波経路を見通し伝搬路（つまり自由空間伝搬）と仮定して干渉計算することも考えられる。この方法では、ＳＵシステム１０３１〜１０３ＮのそれぞれはＰＵシステム１０１から大変に遠くに離れた位置にしか存在することが許されないため、元々の目的である周波数共用による周波数有効利用の程度が低下してしまう。また、近郊に存在する複数のＳＵシステム間の干渉を回避するように各ＳＵシステムへの共用周波数の使用許可条件を判定する際、各ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれに対して使用許可される周波数が細かく分割される可能性が高くなることによって、各ＳＵシステム１０３１〜１０３Ｎのそれぞれでの許可周波数利用の稼働が実際にどうであるかによらず分割損が発生する。このため、元々の目的である周波数共用による周波数有効利用の程度が分割損によっても低下してしまう。
【００２８】
そこで、以下の実施の形態１では、煩雑な干渉計算を必要とせず、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部のＳＵシステムへの使用許可の管理を簡易に行い、共用周波数の利用効率の低下を抑制する共用周波数管理システムおよび共用周波数管理方法の例を説明する。
【００２９】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る共用周波数管理システムおよび共用周波数管理方法を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長化することを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００３０】
（実施の形態１）
以下、共用周波数管理システムにより周波数の共用がなされる周波数帯（以下「共用周波数帯」という）は、例えば２０ＧＨｚ以上の周波数とし、例えば現在日本国内に数千程度しかない固定無線アクセスシステム（ＦＷＡ：Fixed Wireless Access）用に割り当てられている高周波数帯である２５〜２７ＧＨｚ帯あるいは固定衛星電気通信業務に割り当てられている高周波数帯である２７〜２９．５ＧＨｚを例示する。これらの周波数は、電波の届く距離が例えば１００ｍ程度で小さく、建物等の遮蔽物を回折したり透過したりしにくい特性を有する。これらの共用周波数帯は、現在５Ｇ（第５世代移動通信方式）において使用が想定されており、後発ユーザであるセカンダリユーザが運用するＳＵシステムの通信エリア（例えばＳＵシステムの敷地内）での無線通信に適している周波数帯と考えることができる。例えば２６ＧＨｚ帯の固定無線アクセスシステムでは、帯域幅（ＢＷ： band width）が６０ＭＨｚで、２６個のキャリア周波数が存在している。この場合には、キャリア周波数ｆｋの序数を示すｋは１〜２６の整数値のいずれかとなる。
【００３１】
以下の実施の形態では、共用周波数管理システムは、ＰＵシステムの送信電力に基づく無線信号の時間帯および場所ごとの受信電力分布を把握する。共用周波数の使用においては、送信された無線信号の受信電力がＰＵシステムの受信感度となる境界（第１ボーダー、図１参照）の内側に対して、ＳＵシステムの送信電力がＰＵシステムの受信感度以上の干渉を与えないことが遵守するべき制限事項となる。第１ボーダーの詳細は後述するが、キャリア周波数ｆｋごとに異なる。
【００３２】
また、例えば２６ＧＨｚ帯の周波数を屋内あるいは敷地内で使用する予定のＳＵシステムでは、ＳＵシステムに対応した無線通信が可能な送信機および受信機（アクセスポイントも含む）の存在可能エリアは、ＳＵシステムの無線サービスが受けられる既定の限定エリアとなる（第３ボーダー、図１参照）。このような限定エリアは、例えば会社敷地、大学キャンパス、病院、遊園地、工場、建設現場、駅、あるいは数百世帯が暮らすスマートタウン等であり、これらは例示的に列挙したものであり、限定されない。第３ボーダーの詳細は後述するが、第３ボーダーは、ＳＵシステムの無線サービスが受けられる通信エリアである限定エリア（言い換えると、閉空間エリア）の境界線を示す。
【００３３】
従って、共用周波数管理システムは、第３ボーダー内に存在するＳＵシステムの送信電力に基づく無線信号の時間帯および場所ごとの受信電力を、ＳＵシステムの閉空間エリアの周辺に設置された１つ以上の電波センサ（図１参照）での測定結果として用いたデータベースとして構築することで、ＳＵシステムに使用許可が可能な共用周波数帯の周波数の有無を計算により判別できる。なお、電波センサは、第３ボーダーの近くに配置されることが好ましい。また、共用周波数管理システムは、上述した計算において、ＳＵシステムの送信電力に基づく無線信号の時間帯および場所ごとの受信電力がＰＵシステムの受信感度となる位置の境界（第２ボーダー、図１参照）を把握することで、効率的な計算を行うことができる。すなわち、実施の形態１では、上述した第１ボーダー、第２ボーダー、第３ボーダーの概念を導入することにより、ＰＵシステムが主にあるいはほぼ独占的に使用可能に割り当てられた共用周波数帯の周波数の一部をＳＵシステムに使用することを許可していいか否かの判定を、上述した従来技術に比べてかなり簡易的に実行できる。
【００３４】
図１は、第１ボーダーＢ１、第２ボーダーＢ２、第３ボーダーＢ３の概念を示す図である。図１では、説明を分かり易くするために、２種類のＰＵシステムＰＵ１，ＰＵ２が示されているが、実施の形態１においてＰＵシステムの数は２つに限定されないことは言うまでもない。
【００３５】
先ず、第１ボーダーＢ１について説明する。
【００３６】
実施の形態１に係る共用周波数管理システムは、図１に示すＰＵシステムＰＵ１，ＰＵ２のそれぞれにおいて使用される無線方式に関する情報（例えば送信点位置、キャリア周波数（ｆｋ）もしくはキャリア周波数（ｆｋ）番号、帯域幅、送信指向性利得を含む送信電力）に基づいて、ＰＵシステムＰＵ１，ＰＵ２のそれぞれの送信機から送信される無線信号（第１無線信号の一例）の受信電力が受信感度となる複数の受信点位置を常時把握する。ここで、受信感度（規定値の一例）とは、無線通信が成立する最小の受信電力であり、以下同様である。ＰＵシステムからキャリア周波数ｆｋの無線信号が送信された場合に、上述した複数の隣接する受信点位置同士を結線した境界線を「第１ボーダー」と称し、便宜的に「Ｂ１（ｆｋ）」と表記することがある。
【００３７】
次に、第２ボーダーＢ２について説明する。
【００３８】
実施の形態１に係る共用周波数管理システムは、ＳＵシステムＳＵ１において使用予定の無線方式に関する情報（例えば限定エリア位置情報、キャリア周波数（ｆｋ）もしくはキャリア周波数（ｆｋ）番号、帯域幅、送信指向性利得を含む送信電力、後述する電波センサで測定された受信電力）に基づいて、ＳＵシステムＳＵ１の送信機Ｔｘから送信される無線信号（第２無線信号の一例）の受信電力がＰＵシステム（例えばＰＵシステムＰＵ２）の受信感度となる複数の受信点位置を常時把握する。ＳＵシステムＳＵ１からキャリア周波数ｆｋの無線信号が送信された場合に、上述した複数の隣接する受信点位置同士を結線した境界線を「第２ボーダー」と称し、便宜的に「Ｂ２（ｆｋ）」と表記することがある。ここで、ＳＵシステムＳＵ１の送信機Ｔｘから上述した受信点位置Ｃｉまでの電波の伝搬距離を、「ｄ２」と表記する。
【００３９】
なお、図１において、第２ボーダーＢ２により囲まれる領域とＰＵシステムＰＵ２に対応する第１ボーダーＢ１により囲まれる領域との間には重複する交差エリアＳが存在しているが、第２ボーダーＢ２により囲まれる領域とＰＵシステムＰＵ１に対応する第１ボーダーＢ１により囲まれる領域との間には上述した交差エリアＳが存在していない。
【００４０】
最後に、第３ボーダーＢ３について説明する。
【００４１】
第３ボーダーＢ３は、ＳＵシステムＳＵ１の無線サービスが受けられる通信エリアである限定エリア（例えば上述にて例示列挙した大学キャンパス等）の境界線である。実施の形態１では、第３ボーダーＢ３の周囲に１つ以上の電波センサ３４１，３４２，３４３，３４４がそれぞれ配置される。電波センサ３４１〜３４４のそれぞれは、ＳＵシステムＳＵ１の送信機Ｔｘからの送信電力に基づく無線信号の受信電力を測定してＳＵシステムＳＵ１に報告する。また、電波センサ３４１〜３４４のそれぞれは、実際にＳＵシステムＳＵ１に対して使用許可が与えられたキャリア周波数ｆｋを用いた無線信号の受信電力が共用周波数使用条件許可にて規定された受信電力を遵守しているか否かのモニタリングを行う。ここで、ＳＵシステムＳＵ１の送信機Ｔｘから電波センサ（例えば電波センサ３４４）までの電波の伝搬距離を、「ｄ１」と表記する。この伝搬距離「ｄ１」は、詳細は後述するが、第２ボーダーＢ２に対応する伝搬距離「ｄ２」の計算において用いる。
【００４２】
次に、実施の形態１に係る共用周波数管理システムの構成例について、図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る共用周波数管理システムの内部構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る共用周波数管理システムは、ＰＵシステム１と、共用周波数管理装置２と、ＳＵシステム３と、１つ以上の電波センサ３４１〜３４４（図１参照）とを含む構成である。電波センサ３４１〜３４４のそれぞれは、ＳＵシステム３内に含まれる構成としてもよい。ＰＵシステム１と共用周波数管理装置２とは、互いにデータあるいは情報の送受信が可能である。同様に、共用周波数管理装置２とＳＵシステム３とは、互いにデータあるいは情報の送受信が可能である。なお、説明を分かり易くするために、図１にはＳＵシステム３は１つだけ図示されているが、複数のＳＵシステムが設けられてもよい。
【００４３】
第１無線システムの一例としてのＰＵシステム１は、所定の共用周波数帯の周波数（例えば２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ帯）を主にあるいはほぼ独占的に使用可能に割り当てられたシステム運用者（いわゆるプライマリユーザ）により運用の制御がなされる無線システムである。ＰＵシステム１は、ＰＵシステム１の運用に必要な１機以上のＰＵ送信機１１、メモリ１２およびＰＵ受信機１３を保有している。つまり、ＰＵ送信機１１およびＰＵ受信機１３のそれぞれは、ＰＵシステム１の提供する無線サービスの実行に用いられる。メモリ１２は、ＰＵシステム１の運用に必要なＰＵシステム情報を格納している。ここで、ＰＵシステム情報は、例えばＰＵ送信機１１の設置位置を示す送信機位置、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅および送信電力等の送信に関わる情報と、ＰＵ受信機１３の設置位置を示す受信機位置および受信感度等の受信に関わる情報とを含む。
【００４４】
共用周波数管理装置２は、Ｂ１導出部２１と、Ｂ２導出部２２と、許可対象周波数共用条件決定部２３と、メモリ２４と、地形建物地理データ保持部２５と、通信インターフェース回路２６とを含む構成である。Ｂ１導出部２１と、Ｂ２導出部２２と、許可対象周波数共用条件決定部２３とは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプロセッサＰＲＣ１を用いて構成され、プロセッサＰＲＣ１がメモリ２４に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能的に構成される。共用周波数管理装置２の構成の詳細については後述する。プロセッサＰＲＣ１は、共用周波数管理装置２の動作を司るコントローラとして機能し、共用周波数管理装置２の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、共用周波数管理装置２の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理およびデータの記憶処理を行う。プロセッサＰＲＣ１は、メモリ２４に記憶されたプログラムに従って動作する。プロセッサＰＲＣ１は、動作時にメモリ２４を使用し、プロセッサＰＲＣ１により生成されたデータをメモリ２４に格納する。
【００４５】
第２無線システムの一例としてのＳＵシステム３は、ＰＵシステム１が主にあるいはほぼ独占的に使用可能な所定の共用周波数帯の周波数（例えば２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ帯）の一部を条件付きで使用することを共用周波数管理装置２に申請する無線システムである。ＳＵシステム３は、ＳＵシステム３のそれぞれの運用に必要な１機以上のＳＵ送信機３１、メモリ３２およびＳＵ受信機３３を保有している。つまり、ＳＵ送信機３１およびＳＵ受信機３３のそれぞれは、ＳＵシステム３の提供する無線サービスの実行に用いられる。メモリ３２は、ＳＵシステム３の運用に必要なＳＵシステム情報を保持している。ここで、ＳＵシステム情報は、例えば、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅、送信指向性利得を含む送信電力を少なくとも含む。また、ＳＵシステム情報は、ＳＵシステム３の無線サービスが受けられる通信エリアである限界エリアの境界線を示す第３ボーダーＢ３、電波センサ（例えば電波センサ３４４）での受信電力の測定結果を更に含んでよい。
【００４６】
センサの一例としての電波センサ３４１〜３４４のそれぞれは、ＳＵシステム３のＳＵ送信機３１からの送信電力に基づく無線信号の受信電力を測定してＳＵシステム３に報告する。また、電波センサ３４１〜３４４のそれぞれによる受信電力の測定は、例えば、共用周波数管理装置２からＳＵシステム３に対して実際に使用許可が与えられたキャリア周波数ｆｋを用いた無線信号の受信電力が共用周波数使用条件（後述参照）にて規定された受信電力を遵守しているか否かのモニタリング用に行われてよい。なお、電波センサの配置数は１以上の他の数量でも構わない。
【００４７】
ここで、共用周波数管理装置２の構成の詳細について説明する。
【００４８】
Ｂ１導出部２１は、ＰＵシステム１から送られたＰＵシステム情報を、通信インターフェース回路２６を介して取得して把握する。Ｂ１導出部２１は、地形建物地理データ保持部２５から地理情報を読み出し、この地理情報とＰＵシステム情報とを用いて、キャリア周波数ｆｋに対応する第１ボーダーに関する第１ボーダー情報の一例としてのＢ１（ｆｋ）を導出する。上述したように、Ｂ１（ｆｋ）は、ＰＵシステム１からキャリア周波数ｆｋの無線信号が送信された場合に、その無線信号の受信電力がＰＵシステム１の受信感度（上述参照）となる受信点同士を結線した境界線を示す。言い換えると、Ｂ１導出部２１は、第１ボーダーＢ１により囲まれる領域（第１領域の一例）の位置情報を導出することができる。Ｂ１導出部２１は、導出された第１ボーダー情報を許可対象周波数共用条件決定部２３に出力する。
【００４９】
導出部の一例としてのＢ２導出部２２は、ＳＵシステム３から送られたＳＵシステム情報を、通信インターフェース回路２６を介して取得して把握する。このＳＵシステム情報には、例えば、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅、送信指向性利得を含む送信電力、ＳＵシステム３の無線サービスが受けられる限界エリアの境界線を示す第３ボーダーＢ３、電波センサ（例えば電波センサ３４４）での受信電力の測定結果が含まれる。Ｂ２導出部２２は、ＳＵシステム情報を用いて、キャリア周波数ｆｋに対応する第２ボーダーに関する第２ボーダー情報の一例としてのＢ２（ｆｋ）を計算（後述参照）により導出する。上述したように、Ｂ２（ｆｋ）は、ＳＵシステム３からキャリア周波数ｆｋの無線信号が送信された場合に、その無線信号の受信電力がＰＵシステム１の受信感度（上述参照）となる受信点同士を結線した境界線を示す。言い換えると、Ｂ２導出部２２は、第２ボーダーＢ２により囲まれる領域（第２領域の一例）の位置情報を導出することができる。Ｂ２導出部２２は、導出された第２ボーダー情報を許可対象周波数共用条件決定部２３に出力する。
【００５０】
入力部の一例としての許可対象周波数共用条件決定部２３は、Ｂ１導出部２１からの第１ボーダー情報（Ｂ１（ｆｋ））とＢ２導出部２２からの第２ボーダー情報（Ｂ２（ｆｋ））とを入力する。許可対象周波数共用条件決定部２３は、第１ボーダー情報（Ｂ１（ｆｋ））とＢ２導出部２２からの第２ボーダー情報（Ｂ２（ｆｋ））とを用いて、ＳＵシステム３に対する共用周波数帯の周波数に関する共用周波数使用条件（共用許可条件の一例）を決定する。つまり、許可条件決定部の一例としての許可対象周波数共用条件決定部２３は、キャリア周波数ｆｋのＳＵシステム３への使用許可を与えてよいか否かの判定結果を、通信インターフェース回路２６を介してＳＵシステム３に送信する。
【００５１】
メモリ２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を用いて構成され、共用周波数管理装置２の動作の実行に必要なプログラム、更には、動作中に生成されたデータあるいは情報を一時的に保存する。ＲＡＭは、例えばプロセッサＰＲＣ１の動作時に使用されるワークメモリである。ＲＯＭは、例えばプロセッサＰＲＣ１を制御するためのプログラムを予め記憶する。
【００５２】
地理データ保持部の一例としての地形建物地理データ保持部２５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）を用いて構成され、ＰＵシステム１およびＳＵシステム３の設置されるエリアにおける地形情報および建物情報を含む地理情報を記憶している。
【００５３】
通信インターフェース回路２６は、共用周波数管理装置２が接続されるネットワーク網（例えばイントラネットあるいはインターネット）との間でデータあるいは情報の送受信を行うための通信回路を用いて構成される。通信インターフェース回路２６は、上述したネットワーク網に接続されるＰＵシステム１およびＳＵシステム３との間でデータもしくは情報の送受信を行う。通知部の一例としての通信インターフェース回路２６は、許可対象周波数共用条件決定部２３により決定された共用周波数使用条件を該当するＳＵシステム３に通知する。
【００５４】
ここで、Ｂ２導出部２２における第２ボーダー情報（Ｂ２（ｆｋ））を導出するための計算例について、詳細に説明する。実施の形態１において、第２ボーダー情報（Ｂ２（ｆｋ））を導出することは、ＳＵシステム３の通信エリアに対応する第３ボーダーＢ３内の位置（例えばＳＵ送信機３１が配置される送信点位置）からの無線信号（第２無線信号の一例）の受信電力がＰＵシステム１の受信感度まで低下する伝搬距離ｄ２を導出することと同義となる。Ｂ２導出部２２が伝搬距離ｄ２を導出する方法は次の４通りが考えられる。以下の計算例の説明において、共通に用いるパラメータとして、ＰＵシステム１での無線サービスにおいて使用される帯域幅Ｂを６０［ＭＨｚ］、キャリア周波数ｆｋを２６０００［ＭＨｚ］、伝搬距離ｄ２での受信ＣＮＲ（Carrier to Noise ratio）を０［ｄＢ］、雑音指数Ｎｆを６［ｄＢ］としている。
【００５５】
（第１計算方法）理想的な電波の伝搬環境において電波伝搬損失式を適用する方法
第１計算方法では、理想的な電波の伝搬環境が想定されているので、Ｂ２導出部２２は、電波センサでの受信電力の測定結果を使用しない。ＳＵシステム３からの無線信号（第２無線信号の一例）の送信電力Ｐを３０［ｄＢｍ］とする。
【００５６】
電波伝搬損失式として、伝搬損失Ｌは数式（１）により示される。数式（１）において、αは電波伝搬減衰係数であり、ＬＯＳ（Line Of Sight）環境（つまり見通し環境）では２．０程度、ＮＬＯＳ（Non Line Of Sight）環境では３．０〜４．０程度となる。ｆはキャリア周波数［ＭＨｚ］である。Ａは付加損失［ｄＢ］である。伝搬距離ｄ２を過小評価しないためには、α＝２．０、Ａ＝０と仮定することができる。
【００５７】
【数１】
2020184739.tif 000003
【００５８】
また、数式（２）に示すように、送信電力Ｐと伝搬損失Ｌとの差分は、ＳＵ受信機３３の位置における受信信号の受信ＣＮＲと雑音レベルと評価できる。
【００５９】
【数２】
2020184739.tif 000004
【００６０】
従って、Ｂ２導出部２２は、数式（１）および数式（２）のそれぞれに、キャリア周波数ｆｋ＝２６０００［ＭＨｚ］、電波伝搬減衰係数α＝２．０、付加損失Ａ＝０［ｄＢ］、帯域幅Ｂを６０［ＭＨｚ］、受信ＣＮＲ＝０［ｄＢ］、ｋＴ＝−１７４［ｄＢｍ／Ｈｚ］、雑音指数Ｎｆを６［ｄＢ］を代入すると、伝搬距離ｄ２≒１０００［ｍ］と算出できる。つまり、電波伝搬減衰係数α＝２．０、付加損失Ａ＝０［ｄＢ］のように過小評価しなければ、伝搬距離ｄ２はこのように大きな値となる。
【００６１】
（第２計算方法）実環境において電波センサでの受信電力の実測値を電波伝搬損失式に適用して計算する方法
第２計算方法では、Ｂ２導出部２２は、実環境において電波センサでの受信電力の実測値（測定結果）を使用する。ＳＵ送信機３１の送信点位置から伝搬距離ｄ１の位置に相当する第３ボーダーＢ３上の位置（例えば図１の電波センサ３４４の設置位置）における受信電力をＲ１、ＳＵ送信機３１の送信点位置から伝搬距離ｄ２の位置に相当する第２ボーダーＢ２上の位置（例えば図１の受信点位置Ｃｉ）における受信電力をＲ２とする。
【００６２】
この場合、受信電力Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて数式（１）および数式（２）を適用すると、次の数式（３）および数式（４）が成り立つ。数式（４）では、受信電力Ｒ２を雑音レベルと想定している。Ｂ２導出部２２は、数式（３）の付加損失Ａ１と数式（４）の付加損失Ａ２とはともに同一の一定値（つまり（第１計算方法）のようにＡ＝０とはしない）であると仮定することで、（第１計算方法）の想定よりも実際的な現実環境に適合する伝搬距離ｄ２を推定できる。
【００６３】
【数３】
2020184739.tif 000005
【００６４】
【数４】
2020184739.tif 000006
【００６５】
つまり、数式（３）および数式（４）において、付加損失Ａ１＝付加損失Ａ２と仮定することにより、次の数式（５）が得られる。数式（５）において、伝搬距離ｄ２を過小評価しないための電波伝搬減衰係数α１，α２は次のような仮定となり、α２＝２．０、α１＞２．０（例えばα１＝３．０）となる。
【００６６】
【数５】
2020184739.tif 000007
【００６７】
従って、Ｂ２導出部２２は、計算例として伝搬距離ｄ１＝１０［ｍ］での電波センサの測定した受信電力Ｒ１が−７０［ｄＢｍ］だとすると、数式（５）に代入することで、伝搬距離ｄ２≒３２４［ｍ］と算出できる。
【００６８】
（第３，第４計算方法）電波伝搬減衰係数α１，α２を（第２計算方法）の想定値と異なる値を適用して計算する方法
第３，第４計算方法では、Ｂ２導出部２２は、第２計算方法での電波伝搬減衰係数α１，α２の想定値よりも一層現実的な環境に即した想定値を用いる。例えば、伝搬損失Ｌ１はＳＵシステム３の限定エリア内（言い換えると、比較的短距離）での電波の伝搬損失であるため、伝搬損失Ｌ１に対応する電波伝搬減衰係数α１は、３．０よりも小さい（言い換えると、見通し伝搬路に近い）値と考えることができる。一方で、伝搬損失Ｌ２はＳＵシステム３の限定エリア外（言い換えると、比較的長距離）での電波の伝搬損失であるため、伝搬損失Ｌ２に対応する電波伝搬減衰係数α２は、２．０よりは大きい値と考えることができる。
【００６９】
そこで、第３計算方法では、Ｂ２導出部２２は、α１＝３．０、α２＝３．０と仮定すると、伝搬距離ｄ１＝１０［ｍ］での電波センサの測定した受信電力Ｒ１が−７０［ｄＢｍ］を数式（５）に代入して使用することで（第２計算方法参照）、伝搬距離ｄ２≒４７［ｍ］と算出できる。
【００７０】
同様にして、第４計算方法では、Ｂ２導出部２２は、α１＝２．０、α２＝３．０と仮定すると、伝搬距離ｄ１＝１０［ｍ］での電波センサの測定した受信電力Ｒ１が−７０［ｄＢｍ］を数式（５）に代入して使用することで（第２計算方法参照）、伝搬距離ｄ２≒２２［ｍ］と算出できる。
【００７１】
このように、Ｂ２導出部２２が伝搬距離ｄ２を算出するには、伝搬距離ｄ1と受信電力Ｒ1とは測定値を使用し、更に、電波伝搬減衰係数α1，α2はともに仮定値を使用して数式（５）に代入すればよい。ここで、表（１）には、伝搬距離ｄ１［ｍ］、受信電力Ｒ１［ｄＢｍ］、電波伝搬減衰係数α１，α２、伝搬距離ｄ２［ｍ］、電力（Ｐ−Ａ１）［ｄＢｍ］との関係が示されている。表（１）に示されるように、伝搬距離ｄ２の値は、電波伝搬減衰係数α１，α２の仮定値の組み合わせに大きく依存することが分かる。なお、電力（Ｐ−Ａ１）は、数式（３）から導出可能となっており、送信電力から伝搬路に遮蔽物が挿入された場合の損失を減算した値のイメージである。
【００７２】
つまり、比較的に近距離の電波伝搬となるＳＵシステム３の送信機Ｔｘの配置箇所である送信点から電波センサ（例えば電波センサ３４４）の設置位置までの伝搬距離ｄ１の電波伝搬減衰係数α１はＬＯＳ環境としての２．０を採用し、比較的に長距離の電波伝搬となるＳＵシステム３の送信機Ｔｘの配置箇所である送信点から電波の受信電力が雑音レベルまで減衰する伝搬距離ｄ２の電波伝搬減衰係数α２はＮＬＯＳ環境としての３．０を採用したとする。
【００７３】
この場合、Ｂ２導出部２２により導出される伝搬距離ｄ２は（第１計算方法）〜（第４計算方法）の中で最も小さい値として算出される。この値が最も現実的な値と一見考えられるが、ＳＵシステム３の開設者が想定している無線サービスの使用環境等によっては必ずしもこの最も小さい値を伝搬距離ｄ２として採用することが妥当ではないことも十分考えられる。このため、ＳＵシステム３の開設者は、例えば少なくとも無線サービスの開始前に、計算により得られた伝搬距離ｄ２のいずれが最も実際の環境に即しているかを実測あるいはシミュレーション等によって測定することが好ましい。この上で、Ｂ２導出部２２が第２ボーダーＢ２を導出するために伝搬距離ｄ２を算出する際には、ＳＵシステム３の限定エリアの周辺で１つ以上の電波センサ３４１〜３４４のそれぞれを用いた受信電力の測定を送信機Ｔｘの配置箇所である送信点からの伝搬距離をパラメータとして測定で求めることで、電波伝搬減衰係数α１，α２を決めることがより適切である。
【００７４】
【表１】
2020184739.tif 000008
【００７５】
実際には、電波センサの設置場所（つまり送信機Ｔｘの配置箇所である送信点から伝搬距離ｄ１）における受信電力Ｒ１（測定値）を測定することは定期的（例えば１時間に１回）に実施したとしても大した作業とはならないが、第２ボーダーＢ２の存在を具現化するために必要な伝搬距離ｄ２（つまり、ＰＵシステム１への影響がない受信電力まで減衰する送信機Ｔｘの配置箇所である送信点からの距離）を測定するのはかなり大変な作業となる。ましてや伝搬距離ｄ２を定期的に行うのはかなり大変な作業となるので、実施の形態１では、電波センサ等を用いた測定ではなく、上述した計算式を用いて伝搬距離ｄ２を算出することに帰着させた点が特徴的な技術要素となっている。
【００７６】
しかし、伝搬距離ｄ２を導出するための計算式において、伝搬距離ｄ２の算出に影響の大きい電波伝搬減衰係数α１、α２を適当に仮定する（例えばα１＝２．０、α２＝３．０）のでは、次のようなリスクがある。具体的には、伝搬距離ｄ２を過小評価するリスク（つまり、α１を実際の環境に即した値より小さめ、α２を実際の環境に即した値より大きめにそれぞれ仮定した場合）や、伝搬距離ｄ２を過大評価する無駄（つまり、α１を実際の環境に即した値より大きめ、α２を実際の環境に即した値より小さめにそれぞれ仮定した場合）が発生するリスクがある。
【００７７】
そこで、上述したように、ＳＵシステム３の開設者は、ＳＵシステム３の限定エリア（言い換えると、第３ボーダーＢ３により囲まれるエリア内）の送信機Ｔｘの配置箇所である送信点からの伝搬距離をパラメータとして変化させて受信電力を測定する作業を少なくとも一回は実施し、その測定結果を基にして、電波伝搬減衰係数α１およびα２の値を実際の測定で求めることを行うことが適切である。
【００７８】
従って、伝搬距離ｄ２を過小評価するリスク回避を、伝搬距離ｄ２を過大評価する無駄が発生するリスク回避よりも重視すべきであるので、測定で得られる値よりも電波伝搬減衰係数α１は少し大きく、電波伝搬減衰係数α２は少し小さく値を決定するようにすべきである。例えば測定でα１＝２．０８、α２＝３．２３となった場合に、そのまま数式（５）に代入するのではなく、α１＝２．２、α２＝３．０を数式（５）で使用すれば、伝搬距離ｄ２を実際よりも大きめに算出することになる。言い換えると、これにより、ＳＵシステム３からの干渉がＰＵシステム１に悪影響を及ぼしてはならないという前提条件をより確実に遵守することにつながる。
【００７９】
一方で、ＰＵシステム１の第１ボーダーＢ１とＳＵシステム３の第２ボーダーＢ２とが明らかに離れている（例えば図１に示す交差エリアＳが生じていない）場合、伝搬距離ｄ２を過大評価する無駄が発生するリスクがあることは承知の上で、α１＝３．０、α２＝２．０を採用して伝搬距離ｄ２を算出しまってもよい。この場合には、電波伝搬減衰係数αの導出のための測定作業が不要となる。
【００８０】
次に、実施の形態１に係る共用周波数管理システムの動作手順について、図３および図４を参照して説明する。図３は、実施の形態１に係る共用周波数管理システムの動作手順を時系列に示すシーケンス図である。図４は、図３のステップＳｔ６の詳細な動作手順を時系列に示すフローチャートである。
【００８１】
図３において、ＰＵシステム１は、ＰＵシステム情報（例えばＰＵ送信機１１の設置位置を示す送信機位置、キャリア周波数（中心周波数）、帯域幅および送信電力等の送信に関わる情報と、ＰＵ受信機１３の設置位置を示す受信機位置および受信感度等の受信に関わる情報）を共用周波数管理装置２に送る（Ｓｔ１）。
【００８２】
共用周波数管理装置２は、ステップＳｔ１において送られたＰＵシステム情報を受信し、地形建物地理データ保持部２５から地理情報を読み出す。共用周波数管理装置２は、この地理情報とＰＵシステム情報とを用いて、キャリア周波数ｆｋに対応する第１ボーダーに関する第１ボーダー情報の一例としてのＢ１（ｆｋ）をＢ１導出部２１において導出する（Ｓｔ２）。
【００８３】
ＳＵシステム３は、ＳＵシステム３のＳＵ送信機３１からの送信電力に基づく無線信号の送信に応じて、限定エリアでの近傍に配置された１つ以上の電波センサ３４１〜３４４のそれぞれにおいて上述した無線信号の受信電力を測定する（Ｓｔ３）。ＳＵシステム３は、ステップＳｔ３での受信電力の測定結果を含むＳＵシステム情報（例えばキャリア周波数、帯域幅、送信電力、ＳＵシステム３の限界エリアの境界線を示す第３ボーダー情報）を共用周波数管理装置２に送る（Ｓｔ４）。
【００８４】
共用周波数管理装置２は、ステップＳｔ４において送られたＳＵシステム情報を受信し、このＳＵシステム情報を用いて、キャリア周波数ｆｋに対応する第２ボーダー情報の一例としてのＢ２（ｆｋ）を計算（例えば、上述した第１計算方法〜第４計算方法のうちいずれか参照）によりＢ２導出部２２において導出する（Ｓｔ５）。共用周波数管理装置２は、第１ボーダー情報（Ｂ１（ｆｋ））とＢ２導出部２２からの第２ボーダー情報（Ｂ２（ｆｋ））とを用いて、ＳＵシステム３に対する共用周波数帯の周波数に関する共用周波数使用条件を決定する（Ｓｔ６）。共用周波数管理装置２は、ステップＳｔ６において決定された共用周波数使用条件をＳＵシステム３に通知する（Ｓｔ７）。
【００８５】
ＳＵシステム３は、ステップＳｔ７において共用周波数管理装置２から通知された共用周波数使用条件に従って、ＳＵシステム３の無線サービスにおいて共用周波数を使用することができる（Ｓｔ８）。
【００８６】
次に、ステップＳｔ６の共用周波数使用条件の決定に関する共用周波数管理装置２の動作の詳細について、図４を参照して説明する。図４に示す処理は、例えば共用周波数管理装置２の許可対象周波数共用条件決定部２３により実行され、共用周波数帯のうち着目するキャリア周波数ｆｋに対応した共用周波数使用条件の決定処理であり、同じ共用周波数帯のうち他のキャリア周波数に対応した共用周波数使用条件の決定処理は同様にして繰り返して実行される。つまり、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯のキャリア周波数を順に掃引するように、図４に示す共用周波数使用条件の決定処理を繰り返す。
【００８７】
図４において、共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム情報とＳＵシステム情報とを用いて、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の内側（つまり、ＰＵシステム１の無線サービスが享受される通信エリア内）に第２ボーダーＢ２（ｆｋ）が存在するか否かを判定する（Ｓｔ６−１）。共用周波数管理装置２は、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の内側に第２ボーダーＢ２（ｆｋ）が存在しないと判定した場合には（Ｓｔ６−１、ＮＯ）、現在着目しているキャリア周波数ｆｋを第３ボーダーＢ３の範囲内で使用可能と判断する（Ｓｔ６−２）。これは、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の内側に第２ボーダーＢ２（ｆｋ）が存在しないために、ＳＵシステム３が現在着目しているキャリア周波数ｆｋを用いた無線サービスを提供しても、ＰＵシステム１の無線サービスに対する受信感度以上の干渉を与えにくいと考えられるためである。この後、現在着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理は終了し、次に着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理が同様にして実行される。
【００８８】
一方、共用周波数管理装置２は、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の内側に第２ボーダーＢ２（ｆｋ）が存在したと判定した場合には（Ｓｔ６−１、ＹＥＳ）、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の内側に存在する第２ボーダーＢ２（ｆｋ）との交差エリア（重複エリア）をＳ（ｆｋ）と設定する（Ｓｔ６−３）。
【００８９】
共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム情報とＳＵシステム情報とを用いて、交差エリアＳ（ｆｋ）内にＰＵシステム１のＰＵ受信機１３が存在するか否かを判定する（Ｓｔ６−４）。共用周波数管理装置２は、交差エリアＳ（ｆｋ）内にＰＵシステム１のＰＵ受信機１３が存在しないと判定した場合には（Ｓｔ６−４、ＮＯ）、同様に現在着目しているキャリア周波数ｆｋを第３ボーダーＢ３の範囲内で使用可能と判断する（Ｓｔ６−２）。これは、ＰＵシステム１の運用中にＰＵシステム１のＰＵ送信機１１からの無線信号が受信されるＰＵ受信機１３がそもそも交差エリアＳ（ｆｋ）内に存在しないために、ＳＵシステム３が現在着目しているキャリア周波数ｆｋを用いた無線サービスを提供しても、ＰＵシステム１の無線サービスに対する受信感度以上の干渉を与えにくいと考えられるためである。この後、現在着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理は終了し、次に着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理が同様にして実行される。
【００９０】
一方、共用周波数管理装置２は、交差エリアＳ（ｆｋ）内にＰＵシステム１のＰＵ受信機１３が存在すると判定した場合には（Ｓｔ６−４、ＹＥＳ）、交差エリアＳ（ｆｋ）内のＰＵシステム１のＰＵ受信機１３の位置までの伝搬距離ｄ２を、数式（３）および数式（４）を参照することで、第１ボーダーＢ１（ｆｋ）の外側の任意の位置まで短縮するために必要な送信電力（Ｐ−ΔＰ）を計算する（Ｓｔ６−５）。共用周波数管理装置２は、現在着目しているキャリア周波数ｆｋを、第３ボーダーＢ３の範囲内でステップＳｔ６−５において計算された低減後の送信電力（Ｐ−ΔＰ）の使用を前提にすれば可能と判断する（Ｓｔ６−６）。これは、ＰＵシステム１の運用中にＰＵシステム１のＰＵ送信機１１からの無線信号が受信されるＰＵ受信機１３がそもそも交差エリアＳ（ｆｋ）内に存在しているので、ＳＵシステム３が現在着目しているキャリア周波数ｆｋを用いた無線サービスを提供する際にはＳＵシステム３の電波がＰＵシステム１の無線サービスに対する受信感度以上の干渉を与えないよう、ＳＵシステム３のＳＵ送信機３１からの送信電力を低減しなければならないと考えられるためである。この後、現在着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理は終了し、次に着目しているキャリア周波数ｆｋに対応する共用周波数使用条件の決定処理が同様にして実行される。
【００９１】
以上により、実施の形態１に係る共用周波数管理システムでは、共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム１により主に使用される共用周波数帯の周波数のＳＵシステム３との共用を管理する。共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム１による共用周波数帯の周波数を用いた無線信号の送信に基づく受信レベルが規定値（例えば受信感度）となる第１領域の境界を示す第１ボーダーＢ１に関する第１ボーダー情報を導出する。共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３による共用周波数帯の周波数を用いた無線信号の送信に基づく受信レベルが規定値（例えば受信感度）となる第２領域の境界を示す第２ボーダーＢ２に関する第２ボーダー情報を導出する。共用周波数管理装置２は、第１ボーダー情報と第２ボーダー情報とに基づいて、ＳＵシステム３に対する共用周波数帯の周波数の共用周波数使用条件を決定する。
【００９２】
これにより、共用周波数管理装置２は、上述した従来技術による第１のアプローチにおいて示した煩雑な干渉計算を必要とせず、ＰＵシステム１が優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部のＳＵシステム３への使用許可の管理を簡易に行える。また、共用周波数管理装置２は、上述した従来技術による第２のアプローチにおいて示した構築が大変な困難を要する受信電力マップの構築を行うことなく、ＰＵシステム１およびＳＵシステム３による共用周波数帯の周波数の共用の手順を簡素化して周波数共用の実現可能性を向上できる。また、共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３がＰＵシステム１に対してＰＵシステム１の電波による受信感度以上の干渉を与えることを抑制できるので、ＰＵシステム１が使用する共用周波数帯の周波数の一部をＳＵシステム３に開放的に使用許可することで、ＰＵシステム１とＳＵシステム３との間で共用周波数帯の周波数の利用効率の低下を抑制できる。
【００９３】
また、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯の周波数ごとに共用周波数使用条件を決定する。これにより、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯（例えば２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ帯）の複数のキャリア周波数のそれぞれごとにＳＵシステム３に使用許可が与えられるか否かを判定できるので、相対的にＳＵシステム３に使用を許可できるキャリア周波数の存在を担保し易くできる。
【００９４】
また、共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３が使用される局所エリア（例えば限定エリア）の周囲に設置される電波センサ３４１〜３４４のそれぞれでのＳＵシステム３からの無線信号の受信電力を含む、ＳＵシステム３の通信方式に関する情報を用いて、第２ボーダー情報を導出する。これにより、共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３から放射される電波がＳＵシステム３の限定エリアの境界近辺で測定された受信電力の実測値を用いるので、ＰＵシステム１に干渉を与えずかつＳＵシステム３の実運用環境に適合した電波の伝搬距離を導出できる。
【００９５】
また、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯の周波数のうちいずれかの特定周波数（例えば着目しているキャリア周波数ｆｋ）に対応する第１ボーダー情報と第２ボーダー情報とに基づいて、第１ボーダーＢ１と第２ボーダーＢ２との重複領域が存在しないと判定した場合に、ＳＵシステム３が使用される局所エリア（例えば限定エリア）内での特定周波数の使用を許可すると判定する。これにより、共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３から放射される電波がＰＵシステム１の通信エリア内に存在するＰＵ受信機１３に対して干渉等の悪影響を及ぼす可能性が低いと判断できる。従って、共用周波数管理装置２は、その着目しているキャリア周波数の使用をＳＵシステム３に許可してもＰＵシステム１の共用周波数の使用を妨害することにならず、ＳＵシステム３に対する周波数の共用を効果的に促進できる。
【００９６】
また、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯の周波数のうちいずれかの特定周波数（例えば着目しているキャリア周波数ｆｋ）に対応する第１ボーダー情報と第２ボーダー情報とに基づいて、第１ボーダーＢ１と第２ボーダーＢ２との重複領域が存在しかつ重複領域内にＰＵシステム１に対応したＰＵ受信機１３が配置されていないと判定した場合に、ＳＵシステム３が使用される局所エリア（例えば限定エリア）内での特定周波数の使用を許可すると判定する。これにより、共用周波数管理装置２は、交差エリアＳ（ｆｋ）が存在してもその交差エリア内にＰＵ受信機１３が存在しないため、ＳＵシステム３から放射される電波がＰＵシステム１の通信エリア内に存在するＰＵ受信機１３に対して干渉等の悪影響を及ぼす可能性が実質的に低いと判断できる。従って、共用周波数管理装置２は、その着目しているキャリア周波数の使用をＳＵシステム３に許可してもＰＵシステム１の共用周波数の使用を実質的に妨害することにならず、ＳＵシステム３に対する周波数の共用を効果的に促進できる。
【００９７】
また、共用周波数管理装置２は、共用周波数帯の周波数のうちいずれかの特定周波数（例えば着目しているキャリア周波数ｆｋ）に対応する第１ボーダー情報と第２ボーダー情報とに基づいて、第１ボーダーＢ１と第２ボーダーＢ２との重複領域が存在しかつ重複領域内にＰＵシステム１に対応したＰＵ受信機１３が配置されていると判定した場合に、ＳＵシステム３が使用される局所エリア（例えば限定エリア）内での特定周波数の使用を、その局所エリアでのＳＵシステム３からの無線信号の送信電力を所定量低減することを前提として許可すると判定する。これにより、共用周波数管理装置２は、ＳＵシステム３から放射される電波が第１ボーダーＢ１より外側までしか伝搬しない程度の送信電力に低減できるので、ＳＵシステム３から放射される電波がＰＵシステム１の通信エリア内に存在するＰＵ受信機１３に対して干渉等の悪影響を及ぼす可能性を低減できる。従って、共用周波数管理装置２は、その着目しているキャリア周波数の使用を、ＳＵシステム３に対して第１ボーダーＢ１の外側までしか電波の伝搬をさせない程度の送信電力の使用を条件として許可してもＰＵシステム１の共用周波数の使用を実質的に妨害することにならず、ＳＵシステム３に対する周波数の共用を効果的に促進できる。
【００９８】
また、共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム１からの無線信号が受信されるエリアの地形および建物の有無を示す地理情報を保持する地形建物地理データ保持部２５を更に備える。共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム１の通信方式に関する情報と地形建物地理データ保持部２５から読み出した地理情報とを用いて、第１ボーダー情報を導出する。これにより、共用周波数管理装置２は、ＰＵシステム１から放射される電波が伝搬する伝搬路に存在する地形や建物等の地理情報を加味して受信電力が受信感度となる第１ボーダーＢ１を実際の環境に即して適応的に導出できる。
【００９９】
また、共用周波数管理装置２は、共用周波数使用条件をＳＵシステム３に通知する。これにより、ＳＵシステム３は、共用周波数管理装置２により決定された共用周波数使用条件に基づいて、ＰＵシステム１に受信感度以上の受信電力となる干渉を与えない程度に、共用周波数使用条件において規定された共用周波数（キャリア周波数）の使用が可能となる。
【０１００】
（実施の形態２以降の内容に至る経緯）
従来技術として説明した共用周波数管理装置１０２（図１０参照）から共用周波数の利用許可のためにＳＵシステム１０３に付与される無線パラメータには、例えばキャリア周波数および無線帯域幅、送信電力、送信指向性利得が含まれると考えられる。このため、ＰＵシステム１０１にとっての許容被干渉レベルが極小となるように、その許容被干渉レベルの境界がＳＵシステム１０３から最も近い方向でのＳＵシステム１０３に対する送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限を定め、この上限を超えないようにＳＵシステム１０３に周波数の利用許可を与えることが考えられる。ここで、最も近い方向とは、単純に距離的に近いという概念に限定されず、ＳＵシステムからの電波放射に伴う干渉の程度が小さいという概念も含まれて構わない。
【０１０１】
しかし、上述した利用許可のやり方では、ＳＵシステム１０３内での電波利用時の無線リソース制御において、ＳＵシステム１０３からの与干渉がＰＵシステム１０１に最も大きく届いてしまう方向に対する送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限がＳＵシステム１０３から見て３６０度全ての方向に対して同様に適用されてしまう。従って、例えばＳＵシステム１０３からの与干渉がＰＵシステム１０１にさほど届かない方向が存在する場合には、その方向に対しても送信指向性利得を含めた送信電力の値の上限を超える送信電力の使用が許されず、ＳＵシステム１０３内での周波数有効利用における制約要因となり得た。
【０１０２】
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制する、共用周波数を利用可能な無線システムおよび共用周波数を用いた無線通信における無線資源割当方法の例を説明する。
【０１０３】
実施の形態２に係る共用周波数管理システムの構成において、実施の形態１に係る共用周波数管理システムの構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
【０１０４】
図５は、実施の形態２に係るＳＵシステム３とその周囲の少なくとも１つのＰＵシステム１の配置例を模式的に示す図である。図５において、ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２に対応する第３ボーダーＢ３内には、例えば３機の基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３のそれぞれが配置されている。基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３のそれぞれから送信された無線信号（いわゆる電波）は、ＳＵシステム３内に配置されている反射物体ＲＬ１，天井，反射物体ＲＬ２のそれぞれで反射し、受信点ＲＸ１，ＲＸ２，ＲＸ３のそれぞれで受信される。なお、受信点ＲＸ１〜ＲＸ３のそれぞれは、例えばＳＵシステム３内の基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３のそれぞれにおいて収容されるスマートフォン等の無線端末（端末の一例）である。
【０１０５】
ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２に対応する第３ボーダーＢ３の周囲には、複数台（例えば５台）の電波センサＷＳ１，ＷＳ２，ＷＳ３，ＷＳ４，ＷＳ５がそれぞれ配置されている。
【０１０６】
センサの一例としての電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、実施の形態１に係る電波センサ３４１〜３４４のそれぞれと同様の役割を有し、ＳＵシステム３内に配置される基地局３５１，…３５ｋ（図６参照、ｋ：２以上の整数）からの無線信号（信号の一例）の受信電力を測定し、ＳＵシステム管理装置３６を介して基地局３５１〜３５ｋのそれぞれに報告する。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、受信電力（受信レベル）の測定結果を基地局３５１〜３５ｋのそれぞれに送る。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれによる受信電力（受信レベル）の測定結果は、基地局３５１〜３５ｋのそれぞれのプロセッサに入力される。また、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれによる受信電力の測定は、例えば、共用周波数管理装置２からＳＵシステム３に対して実際に使用許可が与えられたキャリア周波数ｆｋを用いた無線信号の受信電力が共用周波数使用条件にて規定された受信電力を遵守しているか否かのモニタリング用に行われてよい。
【０１０７】
図５では、ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２と物理的に重複しないように、ＰＵシステムＰＵ１，ＰＵ３内からの無線信号の受信感度となる受信点位置同士が結線された境界線（例えば第１ボーダーＢ１参照）が示されている。ここで、実施の形態２においても、共用周波数管理装置２からＳＵシステム３に対し、共用周波数使用条件（後述する許可情報Ｓ２参照）として、例えばキャリア周波数と、帯域幅と、送信指向性利得を含めた送信電力あるいは許容最大受信レベルＰｓ（後述参照）とが通知される。従って、ＳＵシステム３は、ＳＵシステム３から見てどの方向にＰＵシステムＰＵ１，ＰＵ３が物理的に存在するかを判別できない。
【０１０８】
しかし、ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２（第３ボーダーＢ３参照）における無線信号（電波）の送信による、通信エリアＳＵ２外に放射される電波レベルを所定の許容値以下に留めるための最大送信電力は、送信指向性のビーム方向（例えば６４方向）によって可変とできる。ここで、通信エリアＳＵ２外に放射される電波レベルは、例えば、第３ボーダーＢ３の周辺に設置された電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれでの受信レベルの測定値（モニタ値）である。
【０１０９】
特に、ＳＵシステム３が工場等のように屋内空間であり天井、壁等の反射物体ＲＬ１，ＲＬ２での反射経路も活用できるケースでは、通信エリアＳＵ２（第３ボーダーＢ３参照）外の電波の放射レベルを抑圧できる送信指向性のビーム方向が存在する可能性が高い。言い換えると、ＳＵシステム３からの与干渉がＰＵシステムに最も大きく届いてしまう方向に対する送信指向性利得を含めた送信電力の値を、ＳＵシステム３から見た電波の送信指向性のビーム方向ごとに可変に設定できれば、方向によってＳＵシステム３の基地局により収容される端末に対して適応的に無線資源の割り当てが可能となり、共用周波数管理装置２から通知された共用周波数使用条件を遵守する前提でキャリア周波数を有効利用できると考えられる。
【０１１０】
図６は、実施の形態２に係るＳＵシステム３の内部構成例を詳細に示すブロック図である。図６に示すＳＵシステム３は、ＳＵシステム管理装置３６と、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５と、基地局３５１〜３５ｋとを少なくとも含む構成である。基地局３５１〜３５ｋのそれぞれには、端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれのうち少なくとも１台が収容される。ｎは２以上の整数である。ここでは、説明を分かり易くするために、端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは基地局３５１により収容され、例えば基地局３５１との間で無線通信するスマートフォン等の無線端末である。端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは、基地局３５１との間で無線通信可能であれば、同一の内部構成を有するものに限定されなくても構わない。また、端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは、共用周波数管理装置２から通知される許可情報Ｓ２（後述参照）に基づいて基地局３５１によって割り当てられた無線資源（例えばリソースブロック、後述参照）を用いて、基地局３５１との間で無線通信を行う。
【０１１１】
ＳＵシステム管理装置３６は、例えばＰＣ（Personal Computer）を用いて構成されてよい。ＳＵシステム管理装置３６は、ＰＵシステム１が主にあるいはほぼ独占的に使用可能な所定の共用周波数帯の周波数（例えば２０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ帯）の一部を条件付きで使用することを共用周波数管理装置２に申請する。申請の際に共用周波数管理装置２に送られる申請情報Ｓ１は、例えば、キャリア周波数、帯域幅、送信指向性利得を含む送信電力が少なくとも含まれる。申請情報Ｓ１は、ＳＵシステム３の無線サービスが受けられる通信エリアである限界エリアの境界線を示す第３ボーダーＢ３、電波センサ（例えば電波センサＷＳ１〜ＷＳ５）での受信電力の測定結果を更に含んでよい。
【０１１２】
また、取得部の一例としてのＳＵシステム管理装置３６は、申請情報Ｓ１に応じて共用周波数管理装置２により判定された共用周波数使用条件を示す許可情報Ｓ２を共用周波数管理装置２から受信して取得する。許可情報Ｓ２には、キャリア周波数と、帯域幅と、送信指向性利得を含めた送信電力あるいは許容最大受信レベルＰｓとが含まれる。送信指向性利得を含めた送信電力は、例えば「ＳＵシステム３から送られる無線信号（電波）の送信電力を、送信指向性利得を含めて最大で３０ｄＢｉ以内に抑えてください」という旨を示す。一方で、許容最大受信レベルＰｓは、ＳＵシステム３内の電波センサＷＳ１〜ＷＳ５の配置位置と送信指向性利得を含めた送信電力とに基づいて、例えば「電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれにおいて測定される無線信号の受信電力は最大で−７０ｄＢｍまでにしてください」という旨を示す。送信指向性利得を含めた送信電力は、ＳＵシステム３の基地局（例えば基地局３５１）から送信される無線信号の送信指向性の形成時の利得（ゲイン）とキャリア周波数帯の無線信号の送信電力との和であり、共用周波数管理装置２により算出される。一方、許容最大受信レベルＰｓは、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５において測定される電波の受信レベルの中でＰＵシステムへの与干渉を極小化するために許される最大の受信レベルであり、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５の配置位置情報を把握可能な共用周波数管理装置２の許可対象周波数共用条件決定部２３により算出される。ＳＵシステム管理装置３６は、許容最大受信レベルＰｓの算出結果を基地局３５１〜３５ｋのそれぞれに送る。許容最大受信レベルＰｓは、基地局３５１〜３５ｋのそれぞれのプロセッサに入力される。
【０１１３】
基地局３５１〜３５ｋのそれぞれの内部構成は同一であるため、ここでは、基地局３５１を例示して説明する。基地局３５１は、ＩＦ部５１と、送信用ＢＢ（Base Band）信号処理部５２と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）５３と、変調部５４と、アップコンバータ５５と、ＰＡ（Power Amplifier）５６と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５７と、デュプレクサ５８と、アンテナＡｎｔ１と、ＢＰＦ６１と、ダウンコンバータ６２と、復調部６３と、ＡＤＣ６４と、受信用ＢＢ信号処理部６５と、ＩＦ部６６と、プロセッサＰＲＣ２と、メモリＭ１とを含む構成である。
【０１１４】
ＩＦ部５１は、例えば基地局３５１の上位装置（図示略）からのＤＬ（Down Link）データを取得し、送信用ＢＢ信号処理部５２に送る。上位装置は、例えばＲＮＣ（Radio Network Controller）、Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway）を含む。
【０１１５】
送信用ＢＢ信号処理部５２は、プロセッサＰＲＣ２からの制御信号に基づいて、ＩＦ部５１からのＤＬデータに対して、既定のベースバンド帯域での各種の信号処理（ベースバンド信号処理）を行う。ベースバンド信号処理は、例えば、符号化処理、送信指向性の制御処理（例えばビームフォーミング処理）を含む。
【０１１６】
ＤＡＣ５３は、送信用ＢＢ信号処理部５２によりベースバンド信号処理されたＤＬデータを、デジタルデータからアナログ信号に変換して送信信号を生成する。
【０１１７】
変調部５４は、プロセッサＰＲＣ２によって選定される無線（後述参照）に対応する所定の変調方式に従って、ＤＡＣ５３からの送信信号を変調する。変調方式は、例えば直交変調を含む。直交変調は、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplified Modulation）を含む。
【０１１８】
アップコンバータ５５は、変調部５４により変調されたベースバンド帯域の送信信号の周波数帯を高くし、共用周波数管理装置２から通知された許可情報Ｓ２に含まれるキャリア周波数帯（ＲＦ帯）の送信信号を生成する。
【０１１９】
ＰＡ５６は、プロセッサＰＲＣ２が選定した無線パラメータ（後述参照）に基づいてプロセッサＰＲＣ２が生成した送信電力制御信号に従って、アップコンバータ５５からのＲＦ帯域の送信信号の信号電力をビーム方向に応じて増幅させ、この送信信号の送信電力が許容最大受信レベルＰｓ以下となるよう維持する。
【０１２０】
ＢＰＦ５７は、基地局３５１と端末との間の無線通信において使用されるキャリア周波数および帯域幅に基づいて、所定の周波数範囲の送信信号を通過させ、所定の周波数範囲外の信号を遮断するようフィルタリングする。
【０１２１】
通信部の一例としてのデュプレクサ５８は、入力された信号（具体的には、送信信号あるいは受信信号）を分離し、送信系（例えば送信用ＢＢ信号処理部５２、ＤＡＣ５３、変調部５４、アップコンバータ５５、ＰＡ５６、ＢＰＦ５７）あるいは受信系（例えばＢＰＦ６１、ダウンコンバータ６２、復調部６３、ＡＤＣ６４、受信用ＢＢ信号処理部６５）に出力する。例えば、デュプレクサ５８は、送信系（上述参照）からの送信信号をアンテナＡｎｔ１から送信（放射）する。デュプレクサ５８は、アンテナＡｎｔ１で受信された受信信号を受信系（上述参照）に出力する。
【０１２２】
通信部の一例としてのアンテナＡｎｔ１は、複数のアンテナ素子により構成され、基地局３５１の送信系（上述参照）からの送信信号をＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２に向けて送信（放射）する。
【０１２３】
ＢＰＦ６１は、基地局３５１と端末との間の無線通信において使用されるキャリア周波数および帯域幅に基づいて、所定の周波数範囲（上述参照）の受信信号を通過させ、所定の周波数範囲外の信号を遮断するようフィルタリングする。なお、図６では図示を省略しているが、ＢＰＦ６１とダウンコンバータ６２との間には、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）が設けられてよい。このＬＮＡは、ＢＰＦ６１からのキャリア周波数帯（ＲＦ帯）の受信信号を増幅する。
【０１２４】
ダウンコンバータ６２は、ＢＰＦ６１あるいはＬＮＡ（上述参照）からのキャリア周波数帯の受信信号の周波数帯を低くし、既定のベースバンド帯域（上述参照）の受信信号を生成する。
【０１２５】
復調部６３は、プロセッサＰＲＣ２によって選定される無線パラメータ（後述参照）に対応する所定の復調方式に従って、ダウンコンバータ６２からのベースバンド帯域の受信信号を復調する。復調方式は、例えば、変調方式に対応した直交復調（例えばＱＰＳＫ、ＱＡＭ）を含む。
【０１２６】
ＡＤＣ６４は、復調部６３からの受信信号を、アナログ信号からデジタルデータに変換してＵＬ（Up Link）データを生成する。
【０１２７】
受信用ＢＢ信号処理部６５は、ＡＤＣ６４からのＵＬデータに対して、既定のベースバンド帯域での各種の信号処理（ベースバンド信号処理）を行う。ベースバンド信号処理は、例えば、復号処理、受信指向性の制御処理（例えばビームフォーミング処理）を含む。また、受信用ＢＢ信号処理部６５は、端末から報告された回線状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）をプロセッサＰＲＣ２に出力する。
【０１２８】
ＩＦ部６６は、受信用ＢＢ信号処理部６５からのＵＬデータを上位装置（上述参照）に送る。
【０１２９】
プロセッサＰＲＣ２は、基地局３５１の各部の動作を制御するものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いて構成される。プロセッサＰＲＣ２は、基地局３５１の各部の動作を制御し、無線通信に関する処理を統合的に実行する。プロセッサＰＲＣ２は、基地局３５１の制御部として機能し、基地局３５１の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、基地局３５１の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理およびデータの記憶処理を行う。プロセッサＰＲＣ２は、メモリＭ１内のＲＯＭに記憶されたプログラムの実行に従って動作する。例えば、プロセッサＰＲＣ２は、ＰＡ５６に対し、選定された無線パラメータ（後述参照）に基づいて送信信号の送信電力を制御するための送信電力制御信号を生成して出力する。
【０１３０】
プロセッサＰＲＣ２は、基地局３５１に収容されている端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれとの無線通信の際に割り当てられる無線資源（「無線リソース」とも呼ばれる）の管理（ＲＲＭ：Radio Resource Management）を行う。具体的には、プロセッサＰＲＣ２は、受付制御（ＲＲＣ：Radio Resource Control）、スケジューリング（ＭＡＣ：Media Access Control）、無線伝送パラメータ選定（ＰＨＹ：Physical Layer）のそれぞれの処理を実行する。受付制御は、基地局３５１との無線接続（コネクション）の数の上限を設定し、端末からのコネクション数が上限を超えないように端末に対するアクセスを制御する機能である。スケジューリングは、複数の端末のそれぞれから報告される回線状態情報（ＣＳＩ）に基づいて、ダウンリンク（ＤＬ）の周波数軸と時間軸との２次元にサブキャリアをマッピングする（割り当てる）機能である。無線伝送パラメータ選定は、共用周波数管理装置２から送られた許可情報Ｓ２に基づいて、無線通信（伝送）のために必要となる所定の無線パラメータを選定する機能である。無線パラメータは、例えば、キャリア周波数と、帯域幅と、送信指向性利得を含めた送信電力あるいは許容最大受信レベルＰｓと、最小ＴＴＩ（Transmission Time Interval）と、サブキャリア周波数間隔と、サイクリックプレフィックス長と、サブキャリア変調方式と、サブキャリア復調方式とが含まれる。
【０１３１】
メモリＭ１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）とＲＯＭ（Read Only Memory）を用いて構成され、基地局３５１の動作の実行に必要なプログラム、さらには、動作中に生成されたデータあるいは情報を一時的に保存する。ＲＡＭは、例えばプロセッサＰＲＣ２の動作時に使用されるワークメモリである。ＲＯＭは、例えばプロセッサＰＲＣ２を制御するためのプログラムを予め記憶する。メモリＭ１は、基地局３５１から送られる無線信号（電波）の複数のビーム方向のそれぞれと電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれの受信レベルの測定結果との対応関係を示すビームデータを記憶している（図８参照）。
【０１３２】
ここで、ビームデータについて、図７および図８を参照して説明する。図７は、ビーム方向別の電波センサでの受信電力を説明する図である。図８は、実運用前に事前測定されたビーム方向別の電波センサでの受信電力の一例を示すテーブルである。なお、ここでは電波センサとして５つ（つまり複数）の電波センサＷＳ１〜ＷＳ５が設けられた例を説明しているが、電波センサの受信レベルを測定する受信位置が５箇所（つまり複数個所）あるということでもよいので、電波センサの所要数が複数である必要性はない。
【０１３３】
図７では、説明を分かり易くするために、ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２の外形は矩形状としているが、矩形状に限定されなくてよい。図７に示されるように、基地局３５１は、端末との間の無線通信を開始する実運用前の段階で、ビーム方向＃ｉ（ｉ：ビーム方向を示す識別番号）に送信指向性を形成した無線信号（以下、「ビーム方向＃１の無線信号」と略記。）を送信する。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、ビーム方向＃ｉの無線信号を受信した時の受信レベル（受信電力）を測定し、基地局３５１に出力する（図６参照）。また、基地局３５１は、同様にして次のビーム方向＃（ｉ＋１）の無線信号を送信する。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、ビーム方向＃（ｉ＋１）の無線信号を受信した時の受信レベル（受信電力）を測定し、基地局３５１に出力する。以降、基地局３５１は、送信し得る全てのビーム方向（例えば６４個）の無線信号を送信し、それぞれの無線信号に対する電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれの受信レベルの測定結果を取得し、図８に示すビームデータのテーブルＴＢＬ１を生成してメモリＭ１に記憶する。
【０１３４】
図８に示されるように、ビームデータは、上述したように基地局３５１から送られる無線信号（電波）の形成され得る全てのビーム方向のそれぞれと、ビーム方向に対応する無線信号（電波）が電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれにおいて受信された時の受信レベルの測定結果との対応関係を示す。例えば、ビーム方向＃１では、電波センサＷＳ１の受信電力（受信レベル）はＲＰ１１であり、電波センサＷＳ２〜ＷＳ４のそれぞれの受信電力（受信レベル）は…（中略）であり、電波センサＷＳ５の受信電力（受信レベル）はＲＰ５１である。同様に、ビーム方向＃（ｉ＋１）では、電波センサＷＳ１の受信電力（受信レベル）はＲＰ１２であり、電波センサＷＳ２〜ＷＳ４のそれぞれの受信電力（受信レベル）は…（中略）であり、電波センサＷＳ５の受信電力（受信レベル）はＲＰ５２である。
【０１３５】
また、決定部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２は、共用周波数管理装置２からの許可情報Ｓ２（共用条件の一例）に含まれるとビームデータ（図８参照）とに基づいて、ビーム方向ごとに無線信号（電波）の許容最大送信電力Ｐ（ｂ）を決定する。ｂはビーム番号を示す。つまり、基地局３５１は、ＳＵシステム３の通信エリアＳＵ２内で放射される無線信号（電波）のビーム方向が、例えば壁、天井、柱、窓等の反射物体の影響を含めて電波センサにおいてどのような受信レベルで受信されたかの測定結果を考慮して、基地局３５１から見てどの方向の端末に無線資源を割り当てるかを決める指標となる許容最大送信電力Ｐ（ｂ）をビーム方向別に求める。
【０１３６】
また、割当部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２は、ビーム方向ごとの許容最大送信電力Ｐ（ｂ）と端末から報告される回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる。この割り当ての詳細については、図９を参照して詳述する。
【０１３７】
次に、実施の形態２に係るＳＵシステム３の基地局３５１の動作手順について、図９を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係るＳＵシステム３の基地局３５１の動作手順を示すフローチャートである。図９に示す各動作手順は、例えば基地局３５１が端末との間で無線通信を開始する直前のタイミングで実行される。
【０１３８】
図９において、基地局３５１は、端末との間の無線通信を開始する実運用前の段階で、ビーム方向＃ｉに送信指向性を形成した無線信号（ビーム方向＃１の無線信号）を送信する。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、ビーム方向＃ｉの無線信号を受信した時の受信レベル（受信電力）を測定し、基地局３５１に出力する（Ｓｔ１１）。また、基地局３５１は、同様にして次のビーム方向＃（ｉ＋１）の無線信号を送信する。電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれは、ビーム方向＃（ｉ＋１）の無線信号を受信した時の受信レベル（受信電力）を測定し、基地局３５１に出力する（Ｓｔ１１）。以降、基地局３５１は、送信し得る全てのビーム方向（例えば６４個）の無線信号を送信し、それぞれの無線信号に対する電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれの受信レベルの測定結果を取得し、図８に示すビームデータのテーブルＴＢＬ１を生成してメモリＭ１に記憶する（Ｓｔ１１）。なお、基地局３５１は、上述した実運用中の段階で、図８に示すビームデータのテーブルＴＢＬ１を生成してメモリＭ１に記憶してよい。
【０１３９】
基地局３５１は、共用周波数管理装置２からの許可情報Ｓ２（共用条件の一例）に含まれる許容最大受信レベルＰｓとビームデータ（図８参照）とに基づいて、ビーム方向ごとに無線信号（電波）の許容最大送信電力Ｐ（ｂ）を決定する（Ｓｔ１２）。基地局３５１は、決定された許容最大送信電力Ｐ（ｂ）をメモリＭ１に記憶する。なお、ステップＳｔ１２の前提として、許容最大受信レベルＰｓは、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５の配置位置情報を把握可能な共用周波数管理装置２の許可対象周波数共用条件決定部２３により算出され、共用周波数管理装置２から通知された許可情報Ｓ２に含まれている。
【０１４０】
基地局３５１と無線接続中の端末群（例えばＴＬ１〜ＴＬｎ）のそれぞれは、ステップＳｔ１１において基地局３５１が送信したビーム方向ごとの無線信号（電波）を受信し、その受信に至る無線信号の下り回線の伝搬路の状態を示す回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）を測定する。
【０１４１】
ここで、下り回線（ＤＬ）を対象としているのは、次の理由に基づくものであり、以降の実施の形態３あるいはその変形例においても同様である。具体的には、上り回線（ＵＬ）を想定した場合、端末は３６０度の方向に対して均等にそれほど強くない電波を送信するというオムニ送信を行い、基地局３５１は端末の位置に向かって電波の受信指向性を受信ビームフォーミングによって形成した上で受信する。このため、上り回線（ＵＬ）においてはＳＵシステム３からＰＵシステムに対する与干渉を考慮する必要性が乏しいと考えられるためである。一方、下り回線（ＤＬ）では、端末は同様に３６０度の方向に対してオムニ受信を行い、基地局３５１は強い送信指向性で電波を放射する必要がありＰＵシステムに対する与干渉を考慮する必要があるためである。
【０１４２】
端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは、ビーム方向ごとの無線信号（電波）の受信に至る伝搬路（下り回線）の回線状態情報の測定結果を基地局３５１に報告する。基地局３５１は、ＤＬ（下り回線）の無線通信を要求する端末群（例えば端末ＴＬ１〜ＴＬｎ）のそれぞれから、下り回線の回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）を受信して取得する（Ｓｔ１３）。
【０１４３】
基地局３５１は、ステップＳｔ１２において決定されたビーム方向ごとの無線信号（電波）の許容最大送信電力Ｐ（ｂ）とステップＳｔ１３において取得された無線信号のビーム方向ごとの回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）とを用い、無線接続中の端末ごとに、無線資源（例えばリソースブロック）を割り当てた場合のＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を算出する（Ｓｔ１４）。つまり、基地局３５１は、下り回線（ＤＬ）の回線状態情報と与干渉考慮に基づく許容最大送信電力Ｐ（ｂ）とに基づいて既存の無線パラメータであるＭＣＳを算出することで、ステップＳｔ１４以降のステップＳｔ１５，Ｓｔ１６の各処理において、公知のＰＦ（Proportional Fairness）アルゴリズムに基づいた無線資源の割り当てを端末に行え、既存の無線資源の割当処理への互換性を向上できる。
【０１４４】
基地局３５１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳの値）をメモリＭ１から読み出して取得する（Ｓｔ１５）。メモリＭ１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値）を記憶している。
【０１４５】
基地局３５１は、ステップＳｔ１４において算出された端末ごとの瞬時（直近）のＭＣＳ値とステップＳｔ１５において取得された端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値とを用いて、既存のＰＦアルゴリズムに従って、それぞれの該当する端末に無線資源（例えばリソースブロック）を割り当てる処理を行う（Ｓｔ１６）。つまり、基地局３５１は、端末ごとの瞬時（直近）のＭＣＳ値と過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値の平均値との比が相対的に大きい端末に対して優先的に無線資源を割り当てる。これにより、基地局３５１は、ＰＵシステムが主にあるいはほぼ独占的に使用する共用周波数の一部を利用する無線通信を行う際に、無線接続中の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれへの無線資源の割り当て頻度をＰＦアルゴリズムにより均一化できるので、端末間の公平性を担保した上で無線資源を均等に割り当てでき共用周波数の有効利用を図ることができる。
【０１４６】
以上により、実施の形態２に係るＳＵシステム３（無線システムの一例）は、既存のＰＵシステム１（第１無線システムの一例）が主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能である。ＳＵシステム３は、通信エリアＳＵ２内に収容される少なくとも１台の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれとの間で無線通信し、通信エリアＳＵ２の周囲に配置され、通信エリアＳＵ２内から通信部を介して送られる無線信号の受信電力を測定し、その無線信号のビーム方向と複数台の電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれの測定結果との対応関係を示すビームデータをメモリＭ１に記憶する。ＳＵシステム３は、許可情報Ｓ２（共用条件の一例）とビームデータとに基づいて、ビーム方向ごとに無線信号の許容最大送信電力Ｐ（ｂ）を決定し、ビーム方向ごとの許容最大送信電力Ｐ（ｂ）と端末から報告される回線状態情報とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる。
【０１４７】
これにより、実施の形態２に係るＳＵシステム３は、ＰＵシステム１が優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステム３が通信エリアＳＵ２内で使用する際、無線通信の方向（例えばビーム方向）に応じて送信電力を適応的に制御できる。従って、ＳＵシステム３は、ＰＵシステム１の物理的な位置関係を把握できない場合でも、通信エリアＳＵ２内で共用周波数を使用した無線通信によるＰＵシステム１に対する過大干渉を与えるインシデント（例えば停波命令）の発生確率を低減でき、通信エリアＳＵ２内における共用周波数の利用効率の低下を抑制できる。
【０１４８】
また、ＳＵシステム３は、ＰＵシステム１と接続される共用周波数管理装置２から、ＰＵシステム１との干渉を避ける程度に算出された無線信号の許容最大受信レベルＰｓ（許容送信電力の一例）が含まれる許可情報Ｓ２を取得する。ＳＵシステム３は、許容最大受信レベルＰｓとビームデータとに基づいて、ビーム方向ごとの許容最大送信電力Ｐ（ｂ）を決定する。これにより、ＳＵシステム３は、基地局３５１から放射される電波のビーム方向ごとに、ＰＵシステム１に対する与干渉を極小化可能となる程度に許される送信電力の上限を求めることができる。
【０１４９】
また、ＳＵシステム３は、無線信号のビーム方向ごとの回線状態情報を端末から受信し、ビーム方向ごとの許容最大送信電力と端末から報告されたビーム方向ごとの回線状態情報とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる。これにより、ＳＵシステム３は、基地局３５１と端末との間の下り回線（ＤＬ）の回線状態情報に鑑みて、ＰＵシステム１に対する与干渉エリアを縮小しながらもスループットの最大化を見込める端末に対して優先的に無線資源を割り当てることができる。
【０１５０】
また、ＳＵシステム３は、ビーム方向ごとの許容最大送信電力と端末から報告される回線状態情報とを用いて、無線資源に対応する無線パラメータ（例えばＭＣＳ値）を算出し、端末における直近の回線状態情報に基づくＭＣＳ値と端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づくＭＣＳ値の平均値との比に基づいて、端末に無線資源を割り当てる。これにより、ＳＵシステム３は、基地局３５１と端末との間の下り回線（ＤＬ）の回線状態情報に鑑みて、ＰＵシステム１に対する与干渉エリアを縮小しながらもスループットの最大化を見込めつつ端末間の無線資源の割り当ての公平性を満たしながら端末に対して無線資源を効率よく割り当てることができる。
【０１５１】
また、許可情報Ｓ２（共用条件の一例）は、キャリア周波数と、帯域幅と、ＰＵシステム１への与干渉を極小化する程度に算出された電波センサＷＳ１〜ＷＳ５のそれぞれでの無線信号の許容最大受信レベルＰｓ（許容最大受信電力の一例）とを含む。これにより、ＳＵシステム３は、ＰＵシステム１の物理的な位置を示す情報が通知されなくても、ＰＵシステム１への与干渉を極小化するための無線パラメータ（上述参照）を選定できて、通信エリアＳＵ２内において共用周波数を用いた無線通信を安定的に行える。
【０１５２】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態２と同様に、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制する、共用周波数を利用可能な無線システムおよび共用周波数を用いた無線通信における無線資源割当方法の例を説明する。
【０１５３】
実施の形態３に係る共用周波数管理システムの構成において、実施の形態１，２のそれぞれに係る共用周波数管理システムの構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
【０１５４】
図１１は、実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａとその周囲の２つのＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４の配置例を模式的に示す図である。図１１には図示が省略されているが、図１１において、ＳＵシステム３Ａの通信エリアＳＵ２に対応する第３ボーダーＢ３内には、例えば３機の基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３（図５参照）のそれぞれが配置されている。基地局ＴＸ１〜ＴＸ３は、例えば図１２に示される基地局３５１〜３５ｋのいずれかと同一の構成を有する。基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３のそれぞれから送信された無線信号（いわゆる電波）は、ＳＵシステム３Ａ内に配置されている反射物体，天井のそれぞれで反射し、受信点ＲＸ１，ＲＸ２，ＲＸ３のそれぞれで受信される（図５参照）。なお、受信点ＲＸ１〜ＲＸ３のそれぞれは、例えばＳＵシステム３Ａ内の基地局ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３のそれぞれにおいて収容されるスマートフォン等の無線端末（端末の一例）である。
【０１５５】
実施の形態１に係る共用周波数管理システムにより、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４の受信感度の境界となり得る第１ボーダーＢ１のそれぞれと重複しないように、ＳＵシステム３Ａの通信エリアＳＵ２の周囲には第２ボーダーＢ２が導出される。
【０１５６】
第１ボーダーＢ１は、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４の許容被干渉レベルの境界（言い換えると、受信感度境界）である。なお第１ボーダーＢ１の形状は、必ずしも円状となる必要はなく、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれのエリア内の地形あるいは地物（例えば建物）が加味されて設定される。
【０１５７】
第２ボーダーＢ２は、第３ボーダーＢ３内を無線通信のサービスエリアとするＳＵシステム３Ａでの「送信電力＋送信指向性利得」の上限値が許可されるとして、第３ボーダーＢ３を中心とした略円状の許容被干渉レベルの境界であり、例えば実施の形態１において説明した方法で導出される。
【０１５８】
第３ボーダーＢ３は、ＳＵシステム３Ａの無線通信のサービスエリア（いわゆる通信エリア）である。
【０１５９】
図１１の上段に示されるように、ＳＵシステム３Ａが通信エリア（例えば中心地点）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に最も近くなる方向ＤＲＣ１，ＤＲＣ２に向けて、第２ボーダーＢ２に対応する「送信電力＋送信指向性利得」の上限値で信号を送信した場合、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれに許容被干渉レベルの干渉が及ぶ可能性がある。
【０１６０】
そこで、実施の形態３では、ＳＵシステム３Ａは、送信信号（つまり電波）を送信する際に、「送信電力＋送信指向性利得」の上限値を決定する方向（つまり送信方向θ）を特定し、この特定された送信方向θに送信信号を送る時の許容最大送信電力Ｐ（θ）を導出する。ＳＵシステム３Ａは、この許容最大送信電力Ｐ（θ）に基づいて、ＳＵシステム３Ａの基地局３５１（図１２参照）における無線リソースの管理を実行する。これにより、ＳＵシステム３Ａは、通信エリア（例えば中心地点）から送信信号を送る際に、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に許容被干渉レベルの干渉を及ぼさない程度に、送信方向θ別の許容最大送信電力Ｐ（θ）を用いた無線通信を行える。例えば、図１１の下段に示されるように、ＳＵシステム３Ａは、通信エリア（例えば中心地点）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの距離Ｄ（θ）が最小とならない送信方向θ（つまり方向ＤＲＣ１，ＤＲＣ２と異なる方向）には、「送信電力＋送信指向性利得」の上限値を超える送信電力で送信信号を送ることが可能となる。言い換えると、ＳＵシステム３Ａは、第２ボーダーＢ２のエリア面積の大きさを、領域ＢＦＢ２から領域ＡＦＢ２へと擬似的に拡大できる。
【０１６１】
図１２は、実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａの内部構成例を詳細に示すブロック図である。実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａにおいて、実施の形態２に係るＳＵシステム３との構成上の差異は、電波センサＷＳ１〜ＷＳ５が省略されていることであり（図２参照）、その他の構成上の差異は無いので詳細な説明は省略する。実施の形態３においては、基地局３５１〜３５ｋのそれぞれの動作が、実施の形態２に係る基地局３５１〜３５ｋのそれぞれと異なる。
【０１６２】
次に、実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａの基地局３５１の動作手順について、図１３を参照して説明する。図１３は、実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａの基地局３５１の動作手順を示すフローチャートである。なお、図１３の説明において、図９の説明と重複する内容については同一のステップ番号を付与して説明を簡略化あるいは省略する。図１３に示す各動作手順は、例えば基地局３５１が端末との間で無線通信を開始する直前のタイミングで実行される。
【０１６３】
図１３において、基地局３５１（例えばプロセッサＰＲＣ２）は、共用周波数管理装置２から送られたＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に関する情報を、ＳＵシステム管理装置３６を介して取得する（Ｓｔ２１）。基地局３５１は、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に関する情報（例えばＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれのエリアの位置情報）を用いて、第３ボーダーＢ３（つまりＳＵシステム３Ａの通信エリア）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの送信方向θごとの距離Ｄ（θ）の最小値を算出する（Ｓｔ２１）。基地局３５１は、第３ボーダーＢ３に関する情報（例えばＳＵシステム３Ａのエリアの位置情報）をメモリＭ１に保存している。なお、距離Ｄ（θ）が最小値となる送信方向θは、図１１に示される方向ＤＲＣ１，ＤＲＣ２（つまり、第３ボーダーＢ３からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの距離が最小となる方向）である。
【０１６４】
基地局３５１は、ステップＳｔ２１で算出された距離Ｄ（θ）の最小値が得られる送信方向θに対応する許容最大送信電力Ｐ（θ）を算出して決定する（Ｓｔ２２）。端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは、基地局３５１からの送信方向θごとの無線信号（電波）の受信に至る伝搬路（下り回線）の回線状態情報の測定結果を基地局３５１に報告する。基地局３５１は、ＤＬ（下り回線）の無線通信を要求する端末群（例えば端末ＴＬ１〜ＴＬｎ）のそれぞれから、下り回線の回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）を受信して取得する（Ｓｔ１３）。
【０１６５】
基地局３５１は、ステップＳｔ２２において決定された無線信号（電波）の許容最大送信電力Ｐ（θ）とステップＳｔ１３において取得された無線信号の送信方向θごとの回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）とを用い、無線接続中の端末ごとに、無線資源（例えばキャリア周波数、リソースブロック）を割り当てた場合のＭＣＳを算出する（Ｓｔ２４）。つまり、基地局３５１は、下り回線（ＤＬ）の回線状態情報と与干渉考慮に基づく許容最大送信電力Ｐ（θ）とに基づいて既存の無線パラメータであるＭＣＳを算出することで、ステップＳｔ２４以降のステップＳｔ１５，Ｓｔ１６の各処理において、公知のＰＦアルゴリズムに基づいた無線資源の割り当てを端末に行え、既存の無線資源の割当処理への互換性を向上できる。
【０１６６】
基地局３５１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳの値）をメモリＭ１から読み出して取得する（Ｓｔ１５）。メモリＭ１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値）を記憶している。
【０１６７】
基地局３５１は、ステップＳｔ２４において算出された端末ごとの瞬時（直近）のＭＣＳ値とステップＳｔ１５において取得された端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値とを用いて、既存のＰＦアルゴリズムに従って、それぞれの該当する端末に無線資源（例えばキャリア周波数、リソースブロック）を割り当てる処理を行う（Ｓｔ１６）。つまり、基地局３５１は、端末ごとの瞬時（直近）のＭＣＳ値と過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値の平均値との比が相対的に大きい端末に対して優先的に無線資源を割り当てる。これにより、基地局３５１は、ＰＵシステムが主にあるいはほぼ独占的に使用する共用周波数の一部を利用する無線通信を行う際に、無線接続中の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれへの無線資源の割り当て頻度をＰＦアルゴリズムにより均一化できるので、端末間の公平性を担保した上で無線資源を均等に割り当てでき共用周波数の有効利用を図ることができる。
【０１６８】
以上により、実施の形態３に係るＳＵシステム３Ａ（無線システムの一例）は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能である。ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２内に収容される少なくとも１台の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれとの間で無線通信し、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４の受信感度境界（例えば第１ボーダーＢ１）に関する情報を取得する。ＳＵシステム３Ａは、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４の受信感度境界に関する情報を用いて、ＳＵシステム３Ａの通信エリアＳＵ２からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向θを、基地局３５１（例えば方向決定部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２）において導出する。ＳＵシステム３Ａは、導出された信号の送信方向θの許容最大送信電力Ｐ（θ）を、基地局３５１（例えば電力決定部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２）において導出する。ＳＵシステム３Ａは、許容最大送信電力Ｐ（θ）と端末から報告される回線状態情報（例えばＣＳＩ）とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる。
【０１６９】
これにより、ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２（例えば中心地点）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの距離Ｄ（θ）が最小となる送信方向θの許容最大送信電力Ｐ（θ）を加味した上で、ＳＵシステム３Ａの基地局３５１（図１２参照）における無線リソースの管理を実行できる。従って、ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２（例えば中心地点）から送信信号を送る際に、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に許容被干渉レベルの干渉を及ぼさない程度に、送信方向θ別の許容最大送信電力Ｐ（θ）を用いた無線通信を行える。つまり、ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２（例えば中心地点）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの距離Ｄ（θ）が最小とならない送信方向θ（つまり方向ＤＲＣ１，ＤＲＣ２と異なる方向）には、「送信電力＋送信指向性利得」の上限値を超える送信電力で送信信号を送ることが可能となる。言い換えると、ＳＵシステム３Ａは、第２ボーダーＢ２のエリア面積の大きさを、領域ＢＦＢ２から領域ＡＦＢ２へと擬似的に拡大できる。
【０１７０】
また、ＳＵシステム３Ａは、許容最大送信電力Ｐ（θ）と端末から報告される回線状態情報とを用いて、無線資源に対応する無線パラメータ（例えばＭＣＳ値）を算出し、端末における直近の回線状態情報に基づくＭＣＳ値と端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づくＭＣＳ値の平均値との比に基づいて、端末に無線資源を割り当てる。これにより、ＳＵシステム３Ａは、基地局３５１と端末との間の下り回線（ＤＬ）の回線状態情報に鑑みて、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４に対する与干渉エリアを縮小しながらもスループットの最大化を見込めつつ端末間の無線資源の割り当ての公平性を満たしながら端末に対して無線資源を効率よく割り当てることができる。
【０１７１】
（実施の形態３の変形例）
実施の形態３の変形例に係る共用周波数管理システムの構成において、実施の形態１，２，３のそれぞれに係る共用周波数管理システムの構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
【０１７２】
実施の形態３では、ＳＵシステム３Ａは、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に関する情報（例えばＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれのエリアの位置情報）を取得できる。しかしながら、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に関する情報は機密性を有する場合があり、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれから見て第三者のＳＵシステム３Ａに第１ボーダーＢ１に関する情報が知らされるのは、現実的にはセキュリティ上の困難性が伴う可能性がある。例えば、ＰＵシステムによっては、ＰＵシステム内で使用される基地局等の送受信機の存在位置が機密性の高い情報となる場合があり得る。
【０１７３】
そこで、実施の形態３の変形例では、ＳＵシステム３Ａは、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に関する情報（例えばＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれのエリアの位置情報）を取得できないが、共用周波数管理装置２から送られる共用周波数使用条件（上述参照）を取得できるとする。ここで、共用周波数使用条件（許可情報Ｓ２参照）は、実施の形態２と同様に、例えばキャリア周波数と、帯域幅と、送信方向θの関数としての送信指向性利得を含めた送信電力（つまり、「送信電力＋送信指向性利得」）である。言い換えると、実施の形態３の変形例では、共用周波数管理装置２は、送信方向θの関数としての送信指向性利得を含めた送信電力を、共用周波数使用条件として算出してＳＵシステム３Ａに通知する。
【０１７４】
実施の形態３の変形例では、ＳＵシステム３Ａは、共用周波数使用条件に含まれる送信方向θの関数としての「送信電力＋送信指向性利得」（つまり、許容最大送信電力Ｐ（θ））と、許容最大送信電力Ｐ（θ）が最小となる送信方向θ０に対応する最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）との差分を導出する。また、ＳＵシステム３Ａは、前述した差分（つまり、「許容最大送信電力Ｐ（θ）−最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）」）を、端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれと基地局３５１との間の信号対干渉波雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）［ｄＢ］に加算した加算済みＳＩＮＲを導出する。ＳＵシステム３Ａは、この加算済みＳＩＮＲに基づいて、ＳＵシステム３Ａの基地局３５１（図１２参照）における無線リソースの管理を実行する。これにより、ＳＵシステム３Ａは、通信エリア（例えば中心地点）から送信信号を送る際に、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に許容被干渉レベルの干渉を及ぼさない程度に、送信方向θ別の許容最大送信電力Ｐ（θ０）を用いた無線通信を行える。例えば、図１１の下段に示されるように、ＳＵシステム３Ａは、通信エリア（例えば中心地点）からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１までの距離Ｄ（θ）が最小とならない送信方向θ（つまり方向ＤＲＣ１，ＤＲＣ２と異なる方向）には、「送信電力＋送信指向性利得」の上限値を超える送信電力で送信信号を送ることが可能となる。言い換えると、ＳＵシステム３Ａは、第２ボーダーＢ２のエリア面積の大きさを、領域ＢＦＢ２から領域ＡＦＢ２へと擬似的に拡大できる。
【０１７５】
次に、実施の形態３の変形例に係るＳＵシステム３Ａの基地局３５１の動作手順について、図１４を参照して説明する。図１４は、実施の形態３の変形例に係るＳＵシステムの基地局の動作手順を示すフローチャートである。なお、図１４の説明において、図９あるいは図１３の説明と重複する内容については同一のステップ番号を付与して説明を簡略化あるいは省略する。図１４に示す各動作手順は、例えば基地局３５１が端末との間で無線通信を開始する直前のタイミングで実行される。
【０１７６】
図１４において、基地局３５１（例えばプロセッサＰＲＣ２）は、共用周波数管理装置２から送られる共用周波数使用条件（例えば、キャリア周波数と、帯域幅と、送信方向θの関数としての「送信電力＋送信指向性利得」）を取得する（Ｓｔ３１）。基地局３５１は、共用周波数使用条件に含まれる許容最大送信電力Ｐ（θ）と最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）との差分を算出する（Ｓｔ３２）。端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれは、基地局３５１からの送信方向θごとの無線信号（電波）の受信に至る伝搬路（下り回線）の回線状態情報の測定結果を基地局３５１に報告する。基地局３５１は、ＤＬ（下り回線）の無線通信を要求する端末群（例えば端末ＴＬ１〜ＴＬｎ）のそれぞれから、下り回線の回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）を受信して取得する（Ｓｔ１３）。
【０１７７】
基地局３５１は、ステップＳｔ３２において算出された差分（つまり、「許容最大送信電力Ｐ（θ）−最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）」）を端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれと基地局３５１との間のＳＩＮＲに加算した加算済みＳＩＮＲと、ステップＳｔ１３において取得された無線信号の送信方向θごとの回線状態情報（上述したＣＳＩ参照）とを用い、無線接続中の端末ごとに、無線資源（例えばキャリア周波数、リソースブロック）を割り当てた場合のＭＣＳを算出する（Ｓｔ３４）。つまり、基地局３５１は、下り回線（ＤＬ）の回線状態情報と与干渉考慮に基づく加算済みＳＩＮＲとに基づいて既存の無線パラメータであるＭＣＳを算出することで、ステップＳｔ３４以降のステップＳｔ１５，Ｓｔ３６の各処理において、公知のＰＦアルゴリズムに基づいた無線資源の割り当てを端末に行え、既存の無線資源の割当処理への互換性を向上できる。
【０１７８】
基地局３５１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳの値）をメモリＭ１から読み出して取得する（Ｓｔ１５）。メモリＭ１は、端末ごとの過去の時系列的なＭＣＳ値（言い換えると、過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値）を記憶している。
【０１７９】
基地局３５１は、ステップＳｔ３４において算出された端末ごとの加算済みＳＩＮＲに基づく瞬時（直近）ならびに過去の一定時間分のそれぞれのＭＣＳ値、あるいは加算済みＳＩＮＲを用いて、既存のＰＦアルゴリズムに従って、それぞれの該当する端末に無線資源（例えばキャリア周波数、リソースブロック）を割り当てる処理を行う（Ｓｔ３６）。つまり、基地局３５１は、端末ごとの瞬時（直近）のＭＣＳ値あるいは加算済みＳＩＮＲと過去の一定時間分の複数個のＭＣＳ値あるいは加算済みＳＩＮＲの平均値との比が相対的に大きい端末に対して優先的に無線資源を割り当てる。これにより、基地局３５１は、ＰＵシステムが主にあるいはほぼ独占的に使用する共用周波数の一部を利用する無線通信を行う際に、無線接続中の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれへの無線資源の割り当て頻度をＰＦアルゴリズムにより均一化できるので、端末間の公平性を担保した上で無線資源を均等に割り当てでき共用周波数の有効利用を図ることができる。
【０１８０】
以上により、実施の形態３の変形例に係るＳＵシステム３Ａ（無線システムの一例）は、既存の第１無線システムが主に使用する共用周波数を所定の共用条件下で利用可能である。ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２内に収容される少なくとも１台の端末ＴＬ１〜ＴＬｎのそれぞれとの間で無線通信し、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４と通信可能に接続される共用周波数管理装置２から、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４との干渉を避ける程度に算出された信号の許容送信電力（例えば、送信方向θの関数としての許容最大送信電力Ｐ（θ））が含まれる共用条件（例えば共用周波数使用条件）を取得する。ＳＵシステム３Ａは、上述した共用条件を用いて、通信エリアＳＵ２からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの受信感度境界までの距離が最小となる信号の送信方向θ０を、基地局３５１（例えば方向決定部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２）において導出する。ＳＵシステム３Ａは、導出された信号の送信方向θ０の信号の許容最大送信電力（例えば最小許容最大送信電力Ｐ（θ０））と、信号の許容送信電力（例えば許容最大送信電力Ｐ（θ））との差分を、基地局３５１（例えば方向決定部の一例としてのプロセッサＰＲＣ２）において導出する。ＳＵシステム３Ａは、上述した差分と端末から報告される回線状態情報とに基づいて、端末に無線資源を割り当てる。
【０１８１】
これにより、ＳＵシステム３Ａは、共用周波数管理装置２から通知された共用周波数使用条件に含まれる許容最大送信電力Ｐ（θ）が最小となる送信方向θ０の最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）と許容最大送信電力Ｐ（θ）との差分を加味した上で、ＳＵシステム３Ａの基地局３５１（図１２参照）における無線リソースの管理を実行できる。従って、ＳＵシステム３Ａは、通信エリアＳＵ２（例えば中心地点）から送信信号を送る際に、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの第１ボーダーＢ１に許容被干渉レベルの干渉を及ぼさない程度に、送信方向θ別の許容最大送信電力Ｐ（θ）を用いた無線通信を行える。つまり、ＳＵシステム３Ａは、たとえ共用周波数管理装置２からＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれに関する情報（実施の形態３参照）を取得できなくても、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれに干渉を及ぼさない程度の送信電力で送信信号を送ることが可能となる。例えば、ＳＵシステム３Ａは、第２ボーダーＢ２のエリア面積の大きさを、領域ＢＦＢ２から領域ＡＦＢ２へと擬似的に拡大できる（図１１参照）。
【０１８２】
また、ＳＵシステム３Ａは、上述した差分（つまり「許容最大送信電力Ｐ（θ）−最小許容最大送信電力Ｐ（θ０）」）を基地局３５１と端末との間のＳＩＮＲに加算した加算済みＳＩＮＲと端末から報告される回線状態情報とを用いて、無線資源に対応する無線パラメータ（例えばＭＣＳ値）を算出する。ＳＵシステム３Ａは、端末における直近の回線状態情報に基づくＭＣＳ値と端末における過去一定時間分の平均的な回線状態情報に基づくＭＣＳ値の平均値との比に基づいて、端末に無線資源を割り当てる。これにより、ＳＵシステム３Ａは、基地局３５１と端末との間の下り回線（ＤＬ）の回線状態情報に鑑みて、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４に対する与干渉エリアを縮小しながらもスループットの最大化を見込めつつ端末間の無線資源の割り当ての公平性を満たしながら端末に対して無線資源を効率よく割り当てることができる。
【０１８３】
また、共用条件（例えば共用周波数使用条件）は、キャリア周波数と、帯域幅と、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４への与干渉を極小化する程度に算出された、送信方向θの関数としての許容最大送信電力Ｐ（θ）とを含む。これにより、ＳＵシステム３Ａは、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれの物理的な位置を示す情報が通知されなくても、ＰＵシステムＰＵ３，ＰＵ４のそれぞれへの与干渉を極小化するための無線パラメータ（上述参照）を選定できて、通信エリアＳＵ２内において共用周波数を用いた無線通信を安定的に行える。
【０１８４】
以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【０１８５】
なお、上述した実施の形態２において、ＳＵシステム３の第３ボーダーＢ３周囲に設置される電波センサは、基地局３５１〜３５ｋのそれぞれから送信される無線信号（電波）のビーム方向と第３ボーダーＢ３周囲の各位置での受信レベル（受信電力）の対応関係を示すテーブル（図８参照）を事前に作成する目的と、ＳＵシステム３が共用周波数管理装置２から通知された共用周波数使用条件を遵守していることをＳＵシステム３自身が運用中に監視できるようにする目的との２つを担っている。上述したテーブル（図８参照）の作成において電波センサを複数台同時に使用する必要性は必ずしも無く、少なくとも１台の電波センサ（例えば電波センサＷＳ１）を各位置に移動させながら設置してビーム方向べつの受信レベル測定を行ってもよい。また、運用時に第３ボーダーＢ３周囲の複数の位置に複数台の電波センサ（例えば電波センサＷＳ１〜ＷＳ５）を設置してもよいが、最も電波センサの受信レベルが高くなる位置を特定し、その位置に電波センサ（例えば電波センサＷＳ１）を１台だけ設置する（例えば、共用周波数の利用申請はその最大の受信レベルを用いて実行する）ということでもよい。それによっても、ＳＵシステム３は、第３ボーダーＢ３エリア外への電波放出の最大値を監視して遵守することが可能だからである。
【０１８６】
例えば、第１ボーダーＢ１や第２ボーダーＢ２を受信電力がＰＵシステム１，１Ａの受信感度となる位置の境界として定義して説明したが、例えばＰＵシステム１，１Ａの受信感度よりも１０ｄＢ小さい値となる位置の境界と定義することで、１０ｄＢの干渉マージンを得ることも本開示の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
本開示は、ＰＵシステムが優先的に使用できる共用周波数の少なくとも一部をＳＵシステムが使用する際に無線通信の方向に応じて送信電力を適応的に制御し、共用周波数の利用効率の低下を抑制する共用周波数を利用可能な無線システム、および共用周波数を用いた無線通信における無線資源割当方法として有用である。
【符号の説明】
【０１８８】
１  ＰＵシステム
２  共用周波数管理装置
３  ＳＵシステム
１１  ＰＵ送信機
１２、２４、３２、Ｍ１  メモリ
１３  ＰＵ受信機
２１  Ｂ１導出部
２２  Ｂ２導出部
２３  許可対象周波数共用条件決定部
２５  地形建物地理データ保持部
２６  通信インターフェース回路
３１  ＳＵ送信機
３３  ＳＵ受信機
５１、６６  ＩＦ部
５２  送信用ＢＢ信号処理部
５３  ＤＡＣ
５４  変調部
５５  アップコンバータ
５６  ＰＡ
５７、６１  ＢＰＦ
５８  デュプレクサ
６２  ダウンコンバータ
６３  復調部
６４  ＡＤＣ
６５  受信用ＢＢ信号処理部
３４１、３４２、３４３、３４４、ＷＳ１、ＷＳ２、ＷＳ３、ＷＳ４、ＷＳ５  電波センサ
３５１、３５ｋ  基地局
Ａｎｔ１  アンテナ
ＰＲＣ１、ＰＲＣ２  プロセッサ
ＴＬ１、ＴＬｎ  端末
【図１】
2020184739.tif 000009
【図２】
2020184739.tif 000010
【図３】
2020184739.tif 000011
【図４】
2020184739.tif 000012
【図５】
2020184739.tif 000013
【図６】
2020184739.tif 000014
【図７】
2020184739.tif 000015
【図８】
2020184739.tif 000016
【図９】
2020184739.tif 000017
【図１０】
2020184739.tif 000018
【図１１】
2020184739.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2020184739.tif 000021
【図１４】
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