(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信部と、
送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定する決定部と、
決定された前記上限数と前記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる電力割当て部と、
を備える通信制御装置。
【請求項２】
前記決定部は、各二次システムの通信品質の要件に基づいて前記上限数を決定する、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項３】
前記決定部は、各二次システムの通信品質の要件から推定される前記一次システムへの干渉量と前記一次システムの許容干渉量との差を評価することにより、前記上限数を決定する、請求項２に記載の通信制御装置。
【請求項４】
前記電力割当て部は、複数の周波数チャネルが１つ以上の二次システムにより利用される場合に、当該複数の周波数チャネルの二次利用に起因する前記一次システムへの干渉量の総和が前記一次システムの前記許容干渉量を超えないように、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項５】
前記決定部は、前記一次システムに割り当てられた周波数チャネルについての第１の上限数と他の周波数チャネルについての第２の上限数とを決定し、
前記電力割当て部は、前記第１の上限数及び前記第２の上限数を用いて、チャネル間の影響を考慮して、前記少なくとも一方の周波数チャネルを利用する各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる、
請求項４に記載の通信制御装置。
【請求項６】
前記電力割当て部は、二次システムにより利用される周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを利用する二次システムに送信電力を暫定的に配分した後、暫定的に配分された送信電力に基づいて、互いに異なる周波数チャネルを利用する二次システム間で送信電力を再配分する、請求項５に記載の通信制御装置。
【請求項７】
前記電力割当て部は、二次システム間で送信電力を配分又は再配分した後、前記許容干渉量と一次システムのサービスエリア内で干渉量の総和が最も多くなる地点での干渉量との比較に基づいて、各二次システムに割り当てるべき送信電力を修正する、請求項６に記載の通信制御装置。
【請求項８】
前記通信部は、二次システムについての優先度を定義する優先度情報を他の装置から受信し、
前記電力割当て部は、より高い優先度を有する二次システムに前記暫定的に配分された送信電力に基づいて送信電力を割当てた後、残る二次システムに送信電力を再配分する、
請求項６に記載の通信制御装置。
【請求項９】
前記通信部は、二次システムについての優先度を定義する優先度情報を他の装置から受信し、
前記電力割当て部は、前記優先度に応じた重みを用いて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに割り当てる送信電力を重み付けする、
請求項６に記載の通信制御装置。
【請求項１０】
前記電力割当て部は、新たな二次システムが運用開始される場合に、既存の二次システムのうち送信電力の余剰分を有する二次システムに送信電力の引き下げを要求する、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１１】
前記決定部は、前記一次システムへの干渉量を推定する際の前記一次システムの基準点の位置を、前記一次システムのデータサーバから受信される情報を用いて決定する、請求項３又は請求項４に記載の通信制御装置。
【請求項１２】
前記電力割当て部は、前記一次システムの前記許容干渉量、及び前記一次システムと各二次システムとの間の距離に応じた経路損失に基づいて、送信電力の割当てを決定し、
前記一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から前記一次システムのサービスエリアの外周又は前記一次システムのノードまでの最短距離である、
請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１３】
前記電力割当て部は、前記一次システムの前記許容干渉量、及び前記一次システムと各二次システムとの間の距離に応じた経路損失に基づいて、送信電力の割当てを決定し、
前記一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から前記一次システムのサービスエリアの外周上又は当該外周内の特定の地点までの距離である、
請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１４】
前記電力割当て部は、前記一次システムとの間の距離又は当該距離に応じた経路損失が所定の閾値を超える二次システムを、送信電力の割当ての計算において無視する、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１５】
前記閾値は、周波数チャネルごとに設定される、請求項１４に記載の通信制御装置。
【請求項１６】
前記電力割当て部は、前記通信部により受信される二次通信ノードからの要求に応じて、二次通信ノードに電力割当て結果を通知する、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１７】
前記電力割当て部は、二次通信ノードからの要求に依存することなく、二次通信ノードに電力割当て結果を通知する、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１８】
前記電力割当て部は、送信電力の割当てに際して干渉のリスクを低減するためのマージンを算入し、
前記通信制御装置は、
周波数チャネルごとの運用中の二次システム数若しくは二次通信ノード数又は運用可能な最大の二次システム数若しくは二次通信ノード数に基づいて、前記マージンを設定するマージン設定部、
をさらに備える、請求項１に記載の通信制御装置。
【請求項１９】
前記マージン設定部は、帯域の中央部の周波数チャネルのマージンが端部の周波数チャネルのマージンよりも相対的に大きくなるように、前記マージンを周波数チャネルごとに設定する、請求項１８に記載の通信制御装置。
【請求項２０】
一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信制御装置を用いた通信制御方法であって、
送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定するステップと、
決定された前記上限数と前記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てるステップと、
を含む通信制御方法。
【請求項２１】
一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する通信装置であって、
送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数と前記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる通信制御装置から、送信電力の割当て結果を受信する通信部と、
前記通信部により受信される送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限する制御部と、
を備える通信装置。
【請求項２２】
一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する通信装置による通信方法であって、
送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数と前記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる通信制御装置から、送信電力の割当て結果を受信するステップと、
前記送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限するステップと、
を含む通信方法。
【請求項２３】
一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードと、当該１つ以上の二次通信ノードによる通信を制御する通信制御装置とを含む通信システムであって、
前記通信制御装置は、
前記１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信部と、
送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定する決定部と、
決定された前記上限数と前記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる電力割当て部と、
を備え、
前記１つ以上の二次通信ノードの各々は、
前記通信制御装置から送信電力の割当て結果を受信する通信部と、
受信された前記送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限する制御部と、
を備える、
通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信制御装置、通信制御方法、通信装置、通信方法及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
将来の周波数リソースの枯渇を緩和するための対策の１つとして、周波数の二次利用についての議論が進められている。周波数の二次利用とは、あるシステムに優先的に割り当てられている周波数チャネルの一部又は全部を、他のシステムが二次的に利用することをいう。一般的に、周波数チャネルが優先的に割り当てられているシステムは一次システム（Primary  System）、当該周波数チャネルを二次利用するシステムは二次システム（Secondary  System）と呼ばれる。
【０００３】
ＴＶホワイトスペースは、二次利用が議論されている周波数チャネルの一例である（非特許文献１及び２参照）。ＴＶホワイトスペースは、一次システムとしてのＴＶ放送システムに割り当てられている周波数チャネルのうち、地域に応じて当該ＴＶ放送システムにより利用されていないチャネルを指す。このＴＶホワイトスペースを二次システムに開放することで、周波数リソースの効率的な活用が実現され得る。ＴＶホワイトスペースの二次利用を可能とするための物理層（ＰＨＹ）及びＭＡＣ層のための標準規格として、例えば、ＩＥＥＥ８０２．２２、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｆ、及びＥＣＭＡ（European  Computer  Manufacturer  Association）−３９２（ＣｏｇＮｅａ，下記非特許文献３参照）が挙げられる。
【０００４】
周波数帯の二次利用に際して、通常、二次システムには、一次システムに致命的な干渉を与えることのないような運用が求められる。そのための重要な技術の１つが、送信電力制御である。例えば、下記特許文献１は、二次システムの基地局において一次システムの受信装置までの経路損失と周波数チャネル間の離隔周波数幅とを算出し、その算出結果に基づいて二次システムの最大送信電力を決定する、という手法を提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「SECOND  REPORT  AND  ORDER  AND  MEMORANDUM  OPINION  AND  ORDER」、［online］、［２０１０年１０月１２日検索］、インターネット＜URL：http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-08-260A1.pdf＞
【非特許文献２】「SE43−Cognitive  radio  systems−White  spaces  (470−790MHz)」、［online］、［２０１０年１０月１２日検索］、インターネット＜URL：http://www.cept.org/0B322E6B-375D-4B8F-868B-3F9E5153CF72.W5Doc?frames=no&＞
【非特許文献３】「Standard  ECMA-392  MAC  and  PHY  for  Operation  in  TV  White  Space」、［online］、［２０１０年１０月１２日検索］、インターネット＜URL：http://www.ecma-international.org/publications/standards/Ecma-392.htm＞
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された手法では、二次システムの基地局が他の二次システムの存在の可能性を計算に入れていないため、複数の二次システムが存在する場合に一次システムへの干渉が許容量を超える恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は、周波数帯の二次利用に際して、複数の二次システムが存在する場合にも一次システムに致命的な干渉が及ぶことを回避することのできる、新規かつ改良された通信制御装置、通信制御方法、通信装置、通信方法及び通信システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信部と、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定する決定部と、決定された上記上限数と上記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる電力割当て部と、を備える通信制御装置が提供される。
【００１０】
また、上記決定部は、各二次システムの通信品質の要件に基づいて上記上限数を決定してもよい。
【００１１】
また、上記決定部は、各二次システムの通信品質の要件から推定される上記一次システムへの干渉量と上記一次システムの許容干渉量との差を評価することにより、上記上限数を決定してもよい。
【００１２】
また、上記電力割当て部は、複数の周波数チャネルが１つ以上の二次システムにより利用される場合に、当該複数の周波数チャネルの二次利用に起因する上記一次システムへの干渉量の総和が上記一次システムの上記許容干渉量を超えないように、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当ててもよい。
【００１３】
また、上記決定部は、上記一次システムに割り当てられた周波数チャネルについての第１の上限数と他の周波数チャネルについての第２の上限数とを決定し、上記電力割当て部は、上記第１の上限数及び上記第２の上限数を用いて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当ててもよい。
【００１４】
また、上記電力割当て部は、二次システムにより利用される周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを利用する二次システムに送信電力を暫定的に配分した後、暫定的に配分された送信電力に基づいて、異なる周波数チャネルを利用する二次システム間で送信電力を再配分してもよい。
【００１５】
上記電力割当て部は、二次システム間で送信電力を配分又は再配分した後、上記許容干渉量と一次システムのサービスエリア内で干渉量の総和が最も多くなる地点での干渉量との比較に基づいて、各二次システムに割り当てるべき送信電力を修正してもよい。
【００１６】
また、上記通信部は、二次システムについての優先度を定義する優先度情報を他の装置から受信し、上記電力割当て部は、より高い優先度を有する二次システムに上記暫定的に配分された送信電力に基づいて送信電力を割当てた後、残る二次システムに送信電力を再配分してもよい。
【００１７】
また、上記通信部は、二次システムについての優先度を定義する優先度情報を他の装置から受信し、上記電力割当て部は、上記優先度に応じた重みを用いて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに割り当てる送信電力を重み付けしてもよい。
【００１８】
上記電力割当て部は、新たな二次システムが運用開始される場合に、既存の二次システムのうち送信電力の余剰分を有する二次システムに送信電力の引き下げを要求してもよい。
【００１９】
上記決定部は、上記一次システムへの干渉量を推定する際の上記一次システムの基準点の位置を、上記一次システムのデータサーバから受信される情報を用いて決定してもよい。
【００２０】
また、上記電力割当て部は、上記一次システムの上記許容干渉量、及び上記一次システムと各二次システムとの間の距離に応じた経路損失に基づいて、送信電力の割当てを決定し、上記一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から上記一次システムのサービスエリアの外周又は上記一次システムのノードまでの最短距離であってもよい。
【００２１】
また、上記電力割当て部は、上記一次システムの上記許容干渉量、及び上記一次システムと各二次システムとの間の距離に応じた経路損失に基づいて、送信電力の割当てを決定し、上記一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から上記一次システムのサービスエリアの外周上又は当該外周内の特定の地点までの距離であってもよい。
【００２２】
また、上記電力割当て部は、上記一次システムとの間の距離又は当該距離に応じた経路損失が所定の閾値を超える二次システムを、送信電力の割当ての計算において無視してもよい。
【００２３】
また、上記閾値は、周波数チャネルごとに設定されてもよい。
【００２４】
また、上記電力割当て部は、上記通信部により受信される二次通信ノードからの要求に応じて、二次通信ノードに電力割当て結果を通知してもよい。
【００２５】
また、上記電力割当て部は、二次通信ノードからの要求に依存することなく、二次通信ノードに電力割当て結果を通知してもよい。
【００２６】
また、上記電力割当て部は、送信電力の割当てに際して干渉のリスクを低減するためのマージンを算入し、上記通信制御装置は、周波数チャネルごとの運用中の二次システム数若しくは二次通信ノード数又は運用可能な最大の二次システム数若しくは二次通信ノード数に基づいて、上記マージンを設定するマージン設定部、をさらに備えてもよい。
【００２７】
また、上記マージン設定部は、帯域の中央部の周波数チャネルのマージンが端部の周波数チャネルのマージンよりも相対的に大きくなるように、上記マージンを周波数チャネルごとに設定してもよい。
【００２８】
また、本発明の別の実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信制御装置を用いた通信制御方法であって、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定するステップと、決定された上記上限数と上記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てるステップと、を含む通信制御方法が提供される。
【００２９】
また、本発明の別の実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する通信装置であって、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数と上記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる通信制御装置から、送信電力の割当て結果を受信する通信部と、上記通信部により受信される送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限する制御部と、を備える通信装置が提供される。
【００３０】
また、本発明の別の実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する通信装置による通信方法であって、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数と上記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる通信制御装置から、送信電力の割当て結果を受信するステップと、上記送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限するステップと、を含む通信方法が提供される。
【００３１】
また、本発明の別の実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネル及び当該周波数チャネルの近傍の周波数チャネルの少なくとも一方を利用して二次システムを運用する１つ以上の二次通信ノードと、当該１つ以上の二次通信ノードによる通信を制御する通信制御装置とを含む通信システムであって、上記通信制御装置は、上記１つ以上の二次通信ノードとの間で通信する通信部と、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数を決定する決定部と、決定された上記上限数と上記一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる電力割当て部と、を備え、上記１つ以上の二次通信ノードの各々は、上記通信制御装置から送信電力の割当て結果を受信する通信部と、受信された上記送信電力の割当て結果に基づいて、他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限する制御部と、を備える、通信システムが提供される。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明に係る通信制御装置、通信制御方法、通信装置、通信方法及び通信システムによれば、周波数帯の二次利用に際して、複数の二次システムが存在する場合にも一次システムに致命的な干渉が及ぶことを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】周波数の二次利用に際して一次システムのノードが受ける干渉について説明するための説明図である。
【図２】チャネル内の干渉及びチャネル間の干渉について説明するための説明図である。
【図３】一実施形態に係る通信システムの構成について説明するための説明図である。
【図４】一実施形態に係る通信システムにおいて実行される干渉制御処理の概略的な流れの一例を示すシーケンス図である。
【図５】一実施形態に係る通信制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】一実施形態に係る通信制御装置による電力調整処理の流れの概要を示すフローチャートである。
【図７】一実施形態に係る上限数決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図８】狭義の同時利用数及び広義の同時利用数の一例について説明するための説明図である。
【図９Ａ】一次システムとの間の距離に応じた電力割当て対象の除外の第１の例について説明するための説明図である。
【図９Ｂ】一次システムとの間の距離に応じた電力割当て対象の除外の第２の例について説明するための説明図である。
【図１０Ａ】一実施形態に係る電力割当て処理の流れの第１の例を示すフローチャートである。
【図１０Ｂ】一実施形態に係る電力割当て処理の流れの第２の例を示すフローチャートである。
【図１０Ｃ】一実施形態に係る電力割当て処理の流れの第３の例を示すフローチャートである。
【図１１】一実施形態に係る電力再調整処理の流れ一例を示すフローチャートである。
【図１２】一実施形態に係る二次システム管理テーブルの構成の一例を示す説明図である。
【図１３Ａ】一実施形態において二次システムの運用開始が拒否される場合の処理の流れの第１の例を示すフローチャートである。
【図１３Ｂ】一実施形態において二次システムの運用開始が保留される場合の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１３Ｃ】一実施形態において二次システムの運用開始が拒否される場合の処理の流れの第２の例を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】一次システムと各二次システムとの間の距離の定義の第１の例について説明するための説明図である。
【図１４Ｂ】一次システムと各二次システムとの間の距離の定義の第２の例について説明するための説明図である。
【図１４Ｃ】一次システムと各二次システムとの間の距離の定義の第３の例について説明するための説明図である。
【図１４Ｄ】一次システムと各二次システムとの間の距離の定義の第４の例について説明するための説明図である。
【図１５】一実施形態に係る二次通信ノードの構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】一変形例に係る通信制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】帯域内の周波数チャネルの位置に依存するマージンの設定について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００３５】
また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．システムの概要
２．基本的な干渉制御モデル
３．通信制御装置（マネージャ）の構成例
４．通信装置（二次通信ノード）の構成例
５．適応的なマージンの設定
６．まとめ
【００３６】
＜１．システムの概要＞
まず、図１〜図４を参照しながら、本発明の一実施形態に関連する課題及び通信システムの概要を説明する。
【００３７】
［１−１．一実施形態に関連する課題］
図１は、周波数の二次利用に際して一次システムのノードが受ける干渉について説明するための説明図である。図１を参照すると、一次システムのサービスを提供する一次送信局１０、及び当該一次システムのサービスエリアの境界１２の内部に位置する一次受信局２０が示されている。一次送信局１０は、例えば、ＴＶ放送の放送局であってもよく、又はセルラ通信方式の無線基地局若しくは中継局であってもよい。一次送信局１０がＴＶ放送の放送局である場合には、一次受信局２０は、ＴＶ放送の受信用アンテナ及びチューナを有する受信機である。また、一次送信局１０がセルラ通信方式の無線基地局である場合には、一次受信局２０は、当該セルラ通信方式に従って動作する無線端末である。図１の例において、一次送信局１０には、チャネルＦ１が割り当てられている。一次送信局１０は、このチャネルＦ１上で無線信号を送信することにより、ＴＶ放送サービス、無線通信サービス又はその他の何らかの無線サービス（以下、一次サービスという）を提供することができる。
【００３８】
図１には、さらに、複数の二次システムの通信ノード（以下、二次通信ノードという）２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄが示されている。各二次通信ノードは、一次システムに割り当てられたチャネルＦ１又は近傍のチャネルＦ２若しくはＦ３を利用して、それぞれ二次システムを運用する。図１の例において、境界１２と境界１４との間のガードエリアの外に位置する二次通信ノード２００ａは、チャネルＦ１を利用している。ガードエリアの内部に位置する二次通信ノード２００ｂ及び２００ｃは、それぞれ、チャネルＦ１の近傍のチャネルＦ２及びＦ３を利用している。ガードエリアの外に位置する二次通信ノード２００ｄは、チャネルＦ２を利用している。
【００３９】
図１のような状況下で、一次受信局２０は、一次サービスの提供を受けるに際して、各二次通信ノードから送信される無線信号に起因する干渉の影響を受ける可能性がある。図２は、チャネル内の（In-band）干渉及びチャネル間の干渉について説明するための説明図である。図２の例において、チャネルＦ１は、一次システムの利用チャネルである。このチャネルＦ１を図１の二次通信ノード２００ａが二次利用することにより、同一チャネル内での干渉が生じ得る。チャネルＦ２は、チャネルＦ１に隣接するチャネルである。チャネルＦ３は、チャネルＦ２に隣接するチャネルである。チャネルＦ１とチャネルＦ２との間、及びチャネルＦ２とチャネルＦ３との間には、保護帯域（Guard  Band）が設けられる。これらチャネルＦ２及びＦ３を他のシステムが利用した場合に、一次システムが干渉を受けないことが理想的である。しかし、実際には、図２に例示しているように、帯域外輻射を原因として、近傍のチャネル（チャネルＦ２、Ｆ３及び他のチャネルなど）からの無視できない干渉が生じ得る。
【００４０】
既存の手法によれば、図１に示した各二次通信ノードは、一次システムとの間の１対１の関係において、自らの送信電力を制御することにより、一次システムに与える干渉を抑制することはできる。しかしながら、複数の二次通信ノードにより複数の二次システムが運用される場合には、個々の二次システムに起因する干渉が積み重なることで、結果的に一次システムが致命的な干渉を受けるリスクが存在する。既存の手法は、こうしたリスクを十分に抑制して一次システムの安全な運用を確保するまでには至っていない。
【００４１】
［１−２．通信システムの概要］
図３は、本発明の一実施形態に係る通信システム１の構成について説明するための説明図である。図３を参照すると、通信システム１は、一次送信局１０、データサーバ３０、通信制御装置１００、並びに二次通信ノード２００ａ及び２００ｂを含む。なお、図３の例では、二次通信ノードとして、二次通信ノード２００ａ及び２００ｂのみを示しているが、実際にはより多くの二次通信ノードが存在してもよい。本明細書の以降の説明において、特に二次通信ノード２００ａ及び２００ｂ（並びにその他の二次通信ノード）を相互に区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略することによりこれらを二次通信ノード２００と総称する。
【００４２】
データサーバ３０は、二次利用に関するデータを記憶するデータベースを有するサーバ装置である。データサーバ３０は、二次通信ノード２００からのアクセスを受け、二次利用可能なチャネルを表すデータ、及び一次システムの送信局１０の位置データなどを二次通信ノード２００に提供する。また、二次通信ノード２００は、二次利用の開始に際して、二次システムに関する情報をデータサーバ３０に登録する。データサーバ３０と二次通信ノード２００との間の通信は、例えば、インターネットなどの任意のネットワークを介して行われてよい。このようなデータサーバの仕様の一例については、ＴＶホワイトスペースの二次利用について記述した非特許文献１を参照されたい。
【００４３】
通信制御装置１００は、複数の二次システムの運用に起因する干渉が一次システムに致命的な影響を与えないように、各二次通信ノード２００が使用する送信電力を調整する、二次システムマネージャとしての役割を有する。通信制御装置１００は、例えばインターネットなどのネットワークを介してデータサーバ３０にアクセス可能であり、送信電力の調整のために使用するデータを、データサーバ３０から取得する。また、通信制御装置１００は、各二次通信ノード２００とも通信可能に接続される。そして、通信制御装置１００は、二次通信ノード２００若しくは一次システムからの要求に応じて、又は周期的に、複数の二次システムの送信電力を調整する。なお、図３の例に限定されず、通信制御装置１００は、データサーバ３０又はいずれかの二次通信ノード２００と物理的に同一の装置上に実装されてもよい。
【００４４】
図４は、通信システム１において実行される干渉制御処理の概略的な流れの一例を示すシーケンス図である。
【００４５】
まず、二次通信ノード２００は、二次利用の開始に際して、二次システムに関する情報をデータサーバ３０に登録する（ステップＳ１０）。ここで登録される情報には、例えば、二次利用を開始する装置のＩＤ、クラス及び位置データなどが含まれ得る。また、二次システムに関する情報の登録に応じて、データサーバ３０は、二次利用可能な周波数チャネルのチャネル番号のリスト、許容最大送信電力及びスペクトラムマスクなどの二次システムの構成のための情報を、二次通信ノード２００に通知する。なお、二次通信ノード２００によるデータサーバ３０へのアクセスの周期は、周波数利用規制に関する法律の規定に基づいて決定されてもよい。例えば、ＦＣＣ（Federal  Communications  Commission）において、二次通信ノードの位置が変化する場合には位置データの更新を少なくとも６０秒ごとに行うべき、という要件が検討されている。また、利用可能なチャネル番号のリストの確認を二次通信ノードにより少なくとも３０秒ごとに行うことが推奨されている。但し、データサーバ３０へのアクセスの増加は、オーバヘッドの増加をもたらす。そこで、データサーバ３０へのアクセス周期は、より長い周期（例えば、規定される周期の整数倍など）に設定されてもよい。また、アクセス周期は、アクティブなノード数に応じて動的に設定されてもよい（例えば、ノード数が少ない場合には、干渉のリスクが低いため、周期はより長く設定され得る）。アクセス周期は、例えば、二次システムに関する情報の初期登録の際に、データサーバ３０により二次通信ノード２００へ指示されてもよい。
【００４６】
また、通信制御装置１００は、例えば周期的に、データサーバ３０から一次システムに関する情報を受信し、受信した情報を用いて自装置が記憶している情報を更新する（ステップＳ１１）。ここで受信される情報は、一次システムの送信局１０の位置データ、アンテナ高さ、ガードエリアの幅、周波数チャネルのチャネル番号のリスト、一次システムの許容干渉量、後に説明する干渉計算のための基準点の位置データ、登録済みの二次通信ノード２００のＩＤのリスト及びその他のパラメータ（例えば、近傍チャネル漏れ率（ＡＣＬＲ：Adjacent  Channel  Leakage  Ratio）、フェージングマージン、シャドウイングマージン、保護比率、ＡＣＳ（Adjacent  Channel  Selection）など）のうちの１つ以上を含み得る。なお、通信制御装置１００は、二次通信ノード２００から間接的に一次システムに関する情報の全部又は一部（例えば、チャネル番号のリストなど）を受信してもよい。また、後に説明するように、送信電力の配分のための配分マージンが適応的に設定される場合には、通信制御装置１００は、配分マージンを設定するために使用するパラメータをデータサーバ３０から受信してもよい。配分マージンを設定するために使用されるパラメータは、例えば、チャネルごとのアクティブな二次システム数若しくは二次通信ノード数、又はそれらの代表値（チャネル間の最大値など）を含み得る。
【００４７】
次に、二次通信ノード２００は、データサーバ３０から通知された情報に基づいて、二次システムを構成する（ステップＳ１２）。例えば、二次通信ノード２００は、二次利用可能な周波数チャネルから１つ又は複数のチャネルを選択し、選択したチャネル上で自装置の周囲にビーコンを送信する。そして、二次通信ノード２００は、ビーコンに応答した装置との間で通信を確立する。
【００４８】
その後、二次通信ノード２００から通信制御装置１００へ、又は通信制御装置１００から二次通信ノード２００へ、干渉制御の要求が送信される（ステップＳ１３）。干渉制御の要求は、例えば、二次通信ノード２００が自ら運用する二次システムとは別の二次システムからの無線信号を検知したことを契機として、二次通信ノード２００から送信されてもよい。その代わりに、干渉制御の要求は、例えば、通信制御装置１００から能動的に各二次通信ノード２００へ送信されてもよい。なお、ステップＳ１２の二次システムの構成の前に干渉制御の要求が送信されてもよい。
【００４９】
干渉制御の要求に対して応答が返されると、通信制御装置１００と二次通信ノード２００との間で相互認証及びアプリケーションレベルの情報の交換が行われる（ステップＳ１４）。また、二次通信ノード２００から通信制御装置１００へ、二次システムに関する情報が送信される（ステップＳ１５）。ここで送信される情報には、例えば、二次通信ノード２００のＩＤ、クラス、位置データ、二次通信ノード２００が選択した周波数チャネル（利用チャネル）のチャネル番号、通信品質の要件（ＱｏＳ（Quality  of  Service）要件など）に関する情報、優先度情報及び通信履歴などが含まれ得る。
【００５０】
次に、通信制御装置１００は、データサーバ３０及び二次通信ノード２００から取得した情報に基づいて、電力調整処理を実行する（ステップＳ１６）。ここでの通信制御装置１００による電力調整処理について、後に詳細に説明する。次に、通信制御装置１００は、電力割当ての結果を二次通信ノード２００に通知し、二次システムの再構成を要求する（ステップＳ１７）。
【００５１】
次に、二次通信ノード２００は、通信制御装置１００から通知された電力割当ての結果に基づいて、二次システムを再構成する（ステップＳ１８）。次に、二次通信ノード２００は、二次システムの再構成を終了すると、再構成の結果を通信制御装置１００へレポートする（ステップＳ１９）。そして、通信制御装置１００は、二次通信ノード２００からのレポートに応じて、自装置が記憶している二次システムに関する情報を更新する（ステップＳ２０）。
【００５２】
＜２．基本的な干渉制御モデル＞
上述したシーケンスのうち、ステップＳ１６における通信制御装置１００による電力調整処理は、例えば、以下に説明する干渉制御モデルに基づく処理であってよい。なお、ここでは真値表現を用いて干渉制御モデルの数式を記述するが、本干渉制御モデルは、数式を変換することでデシベル値表現にも対応可能である。
【００５３】
まず、干渉計算上の基準点（リファレンスポイント）をｉ、一次システムに割り当てられた周波数チャネルをｆｊ、一次システムの許容干渉量をＩacceptable（ｉ，ｆｊ）とする。また、チャネルｆｊを二次利用する単一の二次システムｋがガードエリアの外周上に位置しているとする。すると、二次システムの最大送信電力Ｐmax（ｆｊ，ｋ）、最小離隔距離（ガードエリアの幅）についての経路損失Ｌ（ｉ，ｆｊ，ｋ）、及び許容干渉量Ｉacceptable（ｉ，ｆｊ）の間に次の関係式が成立する。
【００５４】
【数１】
0005821208.tif 000002
【００５５】
なお、基準点の位置は、図４のステップＳ１１において通信制御装置１００がデータサーバ３０から受信する情報に基づいて決定され得る。基準点が予め定義される場合には、当該基準点の位置を表す位置データ（例えば、緯度及び経度など）がデータサーバ３０から受信されてもよい。また、通信制御装置１００は、データサーバ３０から受信される一次システムのノード、サービスエリア又はガードエリアの位置データ、及び各二次通信ノード２００から受信される位置データを用いて、基準点の位置を動的に決定してもよい。
【００５６】
二次システムが複数存在する場合には、各二次システムへの送信電力の割当ては、式（１）を拡張することにより得られる次の関係式を満たしていることが求められる。
【００５７】
【数２】
0005821208.tif 000003
【００５８】
ここで、式（２）の右辺の第１項は、一次システムに割り当てられたチャネルｆｊと同一のチャネルを二次利用する二次システムに起因する干渉量の総和を表す。Ｍｊは同一チャネルを二次利用する二次システムの数、Ｐ（ｆｊ，ｋ）はｋ番目の二次システム（又は当該二次システムを管理するマスタである二次通信ノード、若しくはマスタ・スレーブを含む全ての二次通信ノード）に割り当てられる電力、Ｌ（ｉ，ｆｊ，ｋ）はｋ番目の二次システムと一次システムの基準点ｉとの間の経路損失、Ｇ（ｆｊ，ｋ）は利得成分である。また、第２項は、チャネルｆｊとは異なる近傍のチャネルを二次利用する二次システムに起因する干渉量の総和を表す。Ｏｊは近傍チャネルの数、ｊｊは近傍チャネルのインデックス、Ｎｊｊは近傍チャネルを二次利用する二次システムの数、ｋｋは近傍チャネルを二次利用する二次システムのインデックス、Ｈ（ｆｊ，ｆｊｊ，ｋｋ）は近傍チャネルｆｊｊからチャネルｆｊへの二次システムｋｋについての損失成分である。なお、上記Ｍｊ及びＮｊｊは、アクティブな二次システム（若しくは二次通信ノード）の数であってもよい。
【００５９】
式（２）における利得成分Ｇは、主に次の表１に示す要因に基づいて決定され得る。
【００６０】
【表１】
0005821208.tif 000004
【００６１】
例えば、表１の保護比率ＰＲについては、次のような考え方が適用され得る。即ち、チャネルｆＣＲを二次利用する二次システムからチャネルｆＢＳを利用する一次システムへの許容干渉量をＩacceptableとする。また、一次システムの所要受信電力をＰreq（ｆＢＳ）とする。これらパラメータの間には、次のような式が成立する。
【００６２】
【数３】
0005821208.tif 000005
【００６３】
なお、保護比率がデシベル表記である場合には、上記式（３）の代わりに、次のような式が用いられ得る。
【００６４】
【数４】
0005821208.tif 000006
【００６５】
式（２）における損失成分Ｈは、例えば、近傍チャネルの選択性（selectivity）及び漏洩率（leakage  ratio）に依存する。なお、これら利得成分及び損失成分の詳細については、例えば“Technical  and  operational  requirements  for  the  possible  operation  of  cognitive  radio  systems  in  the  "white  spaces"  of  the  frequency  band  470-790  MHz”（ECC  Report  159,  2010）を参照されたい。
【００６６】
＜３．通信制御装置（マネージャ）の構成例＞
次に、上述した干渉制御モデルに従って二次システム間で送信電力を調整する通信制御装置１００の構成の一例を説明する。
【００６７】
［３−１．全体的な構成］
図５は、本実施形態に係る通信制御装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図５を参照すると、通信制御装置１００は、通信部１１０、データ取得部１２０、記憶部１３０、上限数決定部１４０及び電力割当て部１５０を備える。
【００６８】
通信部１１０は、通信制御装置１００によるデータサーバ３０及び二次通信ノード２００との間の通信のための通信インタフェースとして動作する。通信制御装置１００とデータサーバ３０及び二次通信ノード２００との間の通信は、それぞれ、有線通信若しくは無線通信又はそれらの組合せのいずれにより実現されてもよい。
【００６９】
データ取得部１２０は、通信制御装置１００が複数の二次システム間での送信電力の調整のために使用する様々なデータを、データサーバ３０及び二次通信ノード２００から取得する。例えば、データ取得部１２０は、データサーバ３０から一次システムに関する情報を受信する。また、例えば、データ取得部１２０は、二次通信ノード２００から二次システムに関する情報を受信する。そして、データ取得部１２０は、取得したデータを記憶部１３０に記憶させる。
【００７０】
記憶部１３０は、ハードディスク又は半導体メモリなどの記憶媒体を用いて、送信電力の調整のために使用されるプログラム及びデータを記憶する。例えば、記憶部１３０は、プロトコル及びレギュレーションなどにより予め定義される情報、並びにデータ取得部１２０により取得される上述した情報を記憶する。記憶部１３０により記憶されるデータは、上限数決定部１４０及び電力割当て部１５０による処理に際して、各部に出力される。また、記憶部１３０は、電力割当て部１５０による電力割当ての結果を記憶する。
【００７１】
上限数決定部１４０は、送信電力の割当て対象の上限数を決定する。送信電力の割当て対象の数は、二次システムの数としてカウントされてもよく、又は二次システムに参加する二次通信ノードの数としてカウントされてもよい。例えば、二次システム内で時分割方式で通信が多重化される場合には、あるタイミングで１つの二次システム内で無線信号を送信する二次通信ノードは１つである。従って、その場合、二次システムの数と二次通信ノードの数とは区別されなくてよい。上限数決定部１４０により決定される上限数は、上述した式（２）の右辺の二次システムの数Ｍｊ及びＮｊｊとして、後述する電力割当て部１５０により使用され得る。
【００７２】
本実施形態において、上限数決定部１４０は、例えば、各二次システムの通信品質の要件に基づいて、送信電力の割当て対象の上限数を決定する。より具体的には、例えば、上限数決定部１４０は、各二次システムの通信品質の要件を充足する送信電力を当該二次システムに割り当てた場合の一次システムへの干渉量を推定する。次に、上限数決定部１４０は、推定した干渉量と一次システムの許容干渉量との差を評価する。そして、上限数決定部１４０は、一次システムの許容干渉量を超過しない範囲の最大の二次システムの数を、送信電力の割当て対象の上限数と決定する。上限数決定部１４０による処理の例について、後にさらに具体的に説明する。
【００７３】
電力割当て部１５０は、上限数決定部１４０により決定される上限数と一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる。その際、複数の周波数チャネルが１つ以上の二次システムにより利用される場合（例えば、図１のような状況）には、電力割当て部１５０は、複数の周波数チャネルの利用に起因する一次システムへの干渉量の総和が一次システムの許容干渉量（式（１）のＩacceptable（ｉ，ｆｊ））を超えないように、二次システム間で送信電力を配分する。電力割当て部１５０による処理の例について、後にさらに具体的に説明する。
【００７４】
［３−２．処理の詳細］
図６は、図４のステップＳ１６における電力調整処理の流れの概要を示すフローチャートである。図６を参照すると、通信制御装置１００による電力調整処理は、３つの段階に分けられる。第１段階は、上限数決定部１４０による上限数決定処理（ステップＳ１１０）である。第２段階は、電力割当て対象の二次システムの選択（ステップＳ１３０）である。第３段階は、電力割当て部１５０による電力割当て処理（ステップＳ１４０）である。これら３つの段階の各々について、以下に詳細に説明する。
【００７５】
（１）上限数決定処理
図７は、上限数決定部１４０による上限数決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００７６】
図７を参照すると、まず、上限数決定部１４０は、データサーバ３０から提供された一次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１１１）。ここで取得される情報には、一次システムの許容干渉量、並びに一次システムのサービスエリア及びガードエリアの境界の位置に関するデータが含まれる。また、上限数決定部１４０は、二次通信ノード２００から収集された二次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１１２）。ここで取得される情報には、二次システムごとの通信品質の要件に関する情報及び二次通信ノード２００の位置データが含まれる。通信品質の要件に関する情報とは、例えば、最小の所要ＳＮＲ（Signal-to-Noise  Ratio）若しくはＳＩＮＲ（Signal-to-Interference  and  Noise  Ratio）、又は要求送信電力などを含み得る。
【００７７】
次に、上限数決定部１４０は、各二次システムについて、所要の通信品質に対応する暫定的な送信電力を決定する（ステップＳ１１３）。所要の通信品質に対応する暫定的な送信電力とは、例えば、所要最小ＳＩＲを充足するために要する最小の送信電力であってもよい。その代わりに、所要の通信品質に対応する暫定的な送信電力とは、要求送信電力であってもよい。なお、例えばＦＣＣのルールでは、デバイスの認証クラスごとに固定的な最大送信電力が定義されている。そこで、上限数決定部１４０は、図７の例のように所要の通信品質に応じて暫定的な送信電力を決定する代わりに、二次通信ノード２００の認証クラスについて定義されている最大送信電力を暫定的な送信電力として決定してもよい。
【００７８】
次に、上限数決定部１４０は、各二次システムについて、二次通信ノード２００の位置に応じて経路損失を決定する（ステップＳ１１４）。ここでの経路損失の算出の手法は、例えば、次の文献１又は文献２に記載された伝播カーブを利用する手法であってよい。
・文献１：「BPR-10：Application  Procedures  and  Rules  for  Digital  Television  (DTV)  Undertakings」（Industry  Canada，BPR-10，Issue  1，August  2010）
・文献２：「Method  for  point-to-area  predictions  for  terrestrial  services  in  the  frequency  range  30  MHz  to  3  000  MHz」（Recommendation  ITU-R  P.1546-4，October  2009）
伝播カーブが利用される場合には、伝播カーブを表す参照テーブルが記憶部１３０により予め記憶される。そして、上限数決定部１４０は、二次通信ノード２００と一次システムの基準点との間の距離に対応する経路損失を、伝播カーブを参照することにより決定する。なお、上限数決定部１４０は、二次通信ノード２００の位置ではなく、二次通信ノード２００により運用される二次システムのスレーブノードのうち上記基準点に最も近いノードの位置から上記基準点までの距離に応じて、経路損失を決定してもよい。また、その計算に際して、各ノードのアンテナ高さ又はアンテナ利得などのパラメータから二次通信ノード２００よりも干渉レベルが大きいと推定されるスレーブノードのみが考慮されてもよい。
【００７９】
次に、上限数決定部１４０は、各二次システムについて、暫定的な送信電力と経路損失との積を求めることにより、一次システムに与えることが見込まれる推定干渉量を算出する（ステップＳ１１５）。
【００８０】
次に、上限数決定部１４０は、二次システムの数を格納するための変数ｔを１に初期化する（ステップＳ１１６）。次に、上限数決定部１４０は、ｔ個の二次システムを選択する（ステップＳ１１７）。ここでの二次システムの選択は、例えば、二次システムの運用開始の時間順、優先度順又はランダム方式など、任意の基準に従って行われてよい。次に、上限数決定部１４０は、選択したｔ個の二次システムの推定干渉量の総和を算出する（ステップＳ１１８）。
【００８１】
次に、上限数決定部１４０は、算出した推定干渉量の総和が一次システムの許容干渉量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１９）。ここで、推定干渉量の総和が一次システムの許容干渉量よりも大きくない場合には、ステップＳ１２０においてｔにｔ＋１が代入され（即ちｔがインクリメントされ）、処理はステップＳ１１７へ戻る。一方、推定干渉量の総和が一次システムの許容干渉量よりも大きい場合には、処理はステップＳ１２１へ進む。
【００８２】
ステップＳ１２１において、上限数決定部１４０は、ｔ−１個の二次システムの利用チャネルに基づいて、周波数チャネルごとの電力割当て対象の上限数を決定する（ステップＳ１２１）。例えば、ｔ−１個の二次システムのうちｔ１個の二次システムの利用チャネルが一次システムに割り当てられた周波数チャネルと等しければ、上限数決定部１４０は、同一チャネルについての上限数をｔ１と決定する。同様に、上限数決定部１４０は、他の周波数チャネルについての上限数も決定する。
【００８３】
なお、上限数決定部１４０は、ステップＳ１１７における二次システムの選択に際し、ｔ個の二次システムの複数の組合せを選択してもよい。その場合、ステップＳ１１９の処理分岐は、例えば、選択されたいずれの組合せについても推定干渉量の総和が一次システムの許容干渉量より大きいときに、ステップＳ１２１へ遷移し得る。
【００８４】
ここで、上限数決定部１４０により決定される電力割当て対象の上限数は、同時に二次利用を行うことを許可される二次システム又は二次通信ノードの上限数であると言うことができる。その場合の「同時」とは、時間軸上の同じ時点を厳密に指し示す狭義の「同時」ではなく、一定の時間的範囲内のズレを包含する広義の「同時」であってもよい。図８は、狭義の同時利用数と広義の同時利用数の一例を示している。図８の例において、狭義の同時利用数は、いずれの時点においても３を超えることがない。一方、広義の同時利用数は、第１区間Ｔ１では４、第２区間Ｔ２では５、第３区間Ｔ３では２、第４区間Ｔ４では４である。このような広義の同時利用数を扱うことで、干渉制御の時間分解能は下がるものの、制御処理のための負荷は抑制され得る。
【００８５】
（２）電力割当て対象の二次システムの選択
図６の第２段階において、電力割当て部１５０は、データサーバ３０に登録済みの二次通信ノード２００により運用される二次システムのうち、送信電力の割当て対象とする二次システムを選択する（ステップＳ１３０）。送信電力の割当て対象とする二次システムとは、一次システムに対して無視できないレベルの干渉を与える可能性のある二次システムのうち、第１段階において決定された上限数を超えない数の二次システムをいう。
【００８６】
例えば、電力割当て部１５０は、各二次通信ノード２００と一次システムとの間の距離が所定の閾値を超える二次通信ノード２００については、当該二次通信ノード２００により運用される二次システムに起因する干渉は無視できると判定する。ここで干渉が無視できると判定された二次システムは、送信電力の割当て対象から除外される。これら二次システムは、通信制御装置１００による電力割当てに従うことなく、自らの要求送信電力を用いて二次システムを運用することが可能である。
【００８７】
干渉を無視できるか否かの判定のための閾値は、全ての周波数チャネルに共通の閾値であってもよく、又は周波数チャネルごとに異なる閾値であってもよい。また、距離に関する閾値の代わりに、距離に応じた経路損失に関する閾値が使用されてもよい。
【００８８】
例えば、図９Ａには、一次システムのサービスエリアの境界１２からの距離についての全ての周波数チャネルに共通の閾値Ｄ１が示されている。また、５つの二次通信ノード２００の位置も簡略的に示されている。図９Ａの例において、５つの二次通信ノード２００のうち、第１、第３及び第４の二次通信ノード２００は、一次システムのサービスエリアの境界１２から外側に閾値Ｄ１を超えて離れてはいない。従って、これら第１、第３及び第４の二次通信ノード２００は、電力割当て部１５０による送信電力の割り当て対象となり得る。なお、一次システムのサービスエリア内に位置する第４の二次通信ノード２００については、閾値Ｄ１と比較すべき距離はゼロとみなされてよい。一方、第２及び第５の二次通信ノード２００と境界１２との間の距離は、閾値Ｄ１を超えている。従って、これら第２及び第５の二次通信ノード２００から送信される無線信号が一次システムに与える干渉は無視できるレベルであり、第２及び第５の二次通信ノード２００は電力割当て部１５０による送信電力の割り当て対象から除外される。
【００８９】
図９Ｂには、境界１２からの距離についての２つの閾値Ｄ２及びＤ３が示されている。閾値Ｄ２は、一次システムに割り当てられた周波数チャネルと同一のチャネル（図９Ｂの例ではチャネルＦ１）を二次利用する二次システムに適用される閾値である。閾値Ｄ３は、上記チャネルＦ１とは異なる周波数チャネルを二次利用する二次システムに適用される閾値である。図９Ｂの例において、５つの二次通信ノード２００のうち、第２及び第５の二次通信ノード２００は、チャネルＦ１を二次利用する。そして、第２の二次通信ノード２００は、境界１２から外側に閾値Ｄ２を超えて離れてはいない。一方、第５の二次通信ノード２００と境界１２との間の距離は、閾値Ｄ２を超えている。従って、第５の二次通信ノード２００は、電力割当て部１５０による送信電力の割り当て対象から除外される。また、第１、第３及び第４の二次通信ノード２００は、チャネルＦ２を二次利用する。そして、第１及び第４の二次通信ノード２００は、境界１２から外側に閾値Ｄ３を超えて離れてはいない。一方、第３の二次通信ノード２００と境界１２との間の距離は、閾値Ｄ３を超えている。従って、第３の二次通信ノード２００は、電力割当て部１５０による送信電力の割り当て対象から除外される。なお、送信電力及び経路損失が同じ条件下では、通常、同一チャネルからの干渉の方が近傍チャネルからの干渉よりも重大であるため、閾値Ｄ２は閾値Ｄ３よりも大きく設定され得る。
【００９０】
このように、干渉を無視できる二次システムを送信電力の割当て対象から除外することで、後に説明する電力割当て処理の計算量を低減することができる。また、周波数チャネルごとに異なる閾値を用いることで、干渉の影響のより精度の高い評価が可能である。
【００９１】
次に、電力割当て部１５０は、除外されずに残る二次システムの数を、上限数決定部１４０により決定された上限数と比較する。そして、電力割当て部１５０は、二次システムの数が上限数を超える場合には、差分に相当する数の二次システムへの送信電力の割当てを拒否することを決定する。例えば、電力割当て部１５０は、二次システムの優先度、通信履歴又は通信品質の要件などに基づいて、送信電力の割当てを拒否する二次システムを決定してよい。ここで送信電力の割当てが拒否された二次システムの二次通信ノード２００は、あらためて送信電力が割り当てられるまで待機し得る。そして、電力割当て部１５０は、上限数決定部１４０により決定された上限数以下の二次システムを対象として、次に説明する電力割当て処理を行う。
【００９２】
（３）電力割当て処理
（３−１）第１の例
図１０Ａは、電力割当て部１５０による電力割当て処理の流れの第１の例を示すフローチャートである。第１の例において、電力割当て部１５０は、周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを二次利用する二次システムに送信電力を暫定的に配分した後、異なる周波数チャネル間の影響を考慮して、暫定的に配分した送信電力を再配分する。そして、電力割当て部１５０は、配分後又は再配分後の送信電力を、上述した干渉制御モデルにおける式（２）を充足するように修正する。
【００９３】
図１０Ａを参照すると、まず、電力割当て部１５０は、データサーバ３０から提供された一次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１４１）。また、電力割当て部１５０は、二次通信ノード２００から収集された二次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１４２）。次に、電力割当て部１５０は、二次システムにより利用される周波数チャネルごとに、ステップＳ１４３の処理を繰り返す。
【００９４】
ステップＳ１４３において、電力割当て部１５０は、ある１つの注目チャネルを利用する二次システム間で、送信電力を暫定的に配分する（ステップＳ１４３）。送信電力の暫定的な配分は、例えば、以下に説明する固定マージン方式、均等方式及び不均等方式の３種類の方式のいずれかに従って行われてよい。
【００９５】
（固定マージン方式）
第１の方式は、固定マージン方式である。固定マージン方式の場合、予め固定的に設定される配分マージンＭＩ（及びセーフティマージンＳＭ）を用いて、各二次システムに配分される送信電力が簡易に算出される。この場合、送信電力の配分のための計算コストが小さくなる。周波数チャネルｆｊを利用するｋ番目の二次システムに暫定的に配分される送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、次式により導かれる。
【００９６】
【数５】
0005821208.tif 000007
【００９７】
（均等方式）
第２の方式は、均等方式である。均等方式の場合、各二次システムに配分される送信電力は互いに等しくなる。即ち、複数の二次システムに公平に送信電力が配分される。周波数チャネルｆｊを利用するｋ番目の二次システムに暫定的に配分される送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、次式により導かれる。
【００９８】
【数６】
0005821208.tif 000008
【００９９】
（不均等方式）
第３の方式は、不均等方式である。不均等方式の場合、一次システムとの間の距離が大きい二次システムほど多くの送信電力が配分される。それにより、全体として二次利用の機会をより高めることができる。周波数チャネルｆｊを利用するｋ番目の二次システムに暫定的に配分される送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、次式により導かれる。
【０１００】
【数７】
0005821208.tif 000009
【０１０１】
また、均等方式及び不均等方式は、次に説明する与干渉マージン低減方式と組合せられてもよい。
【０１０２】
（与干渉マージン低減方式）
与干渉マージン低減方式は、干渉のリスクを低減するためのセーフティマージンＳＭを算入する方式であり、上述した均等方式又は不均等方式と組合せて用いられ得る。送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、均等方式との組合せについては次の式（８）、不均等方式との組合せについては次の式（９）により導かれる。なお、ＳＭは、予め設定され又は二次通信ノード２００から通知されるセーフティマージンを表す。
【０１０３】
【数８】
0005821208.tif 000010
【０１０４】
さらに、上述した各方式は、次に説明する重み付け配分方式と組合せられてもよい。
【０１０５】
（重み付け配分方式）
重み付け配分方式は、二次システムごとの優先度に応じて送信電力の配分を重み付けする方式である。送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、均等方式との組合せについては次の式（１０）、不均等方式との組合せについては次の式（１１）により導かれる。また、送信電力Ｐ（ｆｊ，ｋ）は、均等方式及び与干渉マージン低減方式との組合せについては次の式（１０´）、不均等方式及び与干渉マージン低減方式との組合せについては次の式（１１´）により導かれる。なお、ｗｋは、優先度に応じた重みを表す。なお、二次システムごとの重みｗｋの代わりに、周波数チャネルごとの重みｗｊが用いられてもよい。
【０１０６】
【数９】
0005821208.tif 000011
【０１０７】
二次システムにより利用される全ての周波数チャネルについてステップＳ１４３の処理を終了すると、電力割当て部１５０は、さらにチャネル間の干渉を算入して、二次システム間で送信電力を再配分する（ステップＳ１４４）。例えば、均等方式における送信電力の再配分は、次の式（１２）（与干渉マージン低減方式との組合せの場合には式（１２´））に従って行われ得る。
【０１０８】
【数１０】
0005821208.tif 000012
【０１０９】
式（１２）は、一次システムの許容干渉量から近傍チャネルの利用に起因する干渉量を差し引いた後に残る許容干渉量が残りの二次システム間で再配分されることを意味する。同様に、不均等方式における送信電力の再配分は、次の式（１３）（与干渉マージン低減方式との組合せの場合には式（１３´））に従って行われ得る。
【０１１０】
【数１１】
0005821208.tif 000013
【０１１１】
なお、当然ながら、再配分のための上述した各数式に、重み付け配分方式における重みがさらに適用されてもよい。
【０１１２】
次に、電力割当て部１５０は、再配分後の送信電力に基づいて評価される干渉量が最も厳しい地点を、一次システムのサービスエリア内で探索する（ステップＳ１４５）。例えば、干渉量が最も厳しい地点ｉ´は、次の式（１４）又は式（１４´）のように探索される。
【０１１３】
【数１２】
0005821208.tif 000014
【０１１４】
次に、電力割当て部１５０は、地点ｉ´での総干渉量と許容干渉量Ｉacceptable（ｉ，ｆｊ）とに基づいて、電力配分の修正係数Δを次式のように計算する（ステップＳ１４６）。
【０１１５】
【数１３】
0005821208.tif 000015
【０１１６】
なお、上記式（１５´）は、電力配分に際して与干渉マージン低減方式が適用される場合に使用され得る。
【０１１７】
そして、電力割当て部１５０は、算出した修正係数Δを用いて、二次システムに割り当てるべき送信電力を次式に従って修正する（ステップＳ１４７）。
【０１１８】
【数１４】
0005821208.tif 000016
【０１１９】
（３−２）第２の例
図１０Ｂは、電力割当て部１５０による電力割当て処理の流れの第２の例を示すフローチャートである。第２の例において、電力割当て部１５０は、第１の例と同様、周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを二次利用する二次システムに送信電力を暫定的に配分した後、異なる周波数チャネル間の影響を考慮して、暫定的に配分した送信電力を再配分する。但し、第２の例においては、電力割当て部１５０は、暫定的に配分した送信電力を、例えば二次システムごと又は周波数チャネルごとの優先度に応じて、段階的に確定させていく。
【０１２０】
図１０Ｂの例において、電力割当て部１５０は、まず、第１の例と同様にして、二次システムにより利用される全ての周波数チャネルについて、チャネルごとに送信電力を暫定的に配分する（ステップＳ１４１〜ステップＳ１４３）。次に、電力割当て部１５０は、暫定的に配分された送信電力が上述した干渉制御モデルにおける式（２）を充足するか否かを判定する（ステップＳ１４９）。ここで、式（２）が充足されない場合には、処理はステップＳ１５０へ進む。
【０１２１】
ステップＳ１５０では、電力割当て部１５０は、電力配分が未確定の二次システムのうち、より優先度の高い二次システムの電力配分を確定させる（ステップＳ１５０）。例えば、電力割当て部１５０は、より優先度の高い二次システムに暫定的に配分された送信電力を、そのまま当該二次システムに割り当てる送信電力として確定してもよい。その代わりに、電力割当て部１５０は、例えば、暫定的に配分された送信電力に優先度に応じた重みを乗算して得た値を、当該二次システムに割り当てる送信電力として確定してもよい。
【０１２２】
次に、電力割当て部１５０は、チャネル間の干渉を算入して、電力配分が未確定の残りの二次システムに送信電力を再配分する（ステップＳ１５１）。ここでの再配分の計算式は、上述した式（１２）又は式（１３）などと同様であってよい。
【０１２３】
その後、ステップＳ１４９において式（２）が充足される場合には、電力割当て部１５０は、全ての二次システムについて、暫定的に配分された送信電力又は再配分された送信電力を、二次システムに割り当てるべき送信電力として確定する（ステップＳ１５２）。
【０１２４】
（３−３）第３の例
電力割当て処理の第３の例では、電力割当て部１５０は、第１の例及び第２の例と異なり、周波数チャネルごとに送信電力を暫定的に配分するステップを経ることなく、送信電力の割当てを決定する。
【０１２５】
まず、式（２）の左辺と右辺との差をＤｊとすると、式（２）を次のように表すことができる。
【０１２６】
【数１５】
0005821208.tif 000017
【０１２７】
ここで、各周波数チャネルについての許容干渉量Ｉacceptable（ｉ，ｆｊ）（ｊ＝１，…，Ｏｊ）が与えられるものと仮定する。また、Ｍｊ＋Ｎｊｊ個の二次システムの各々に割り当てられる送信電力をＰｓ（ｓ＝１，…，Ｍｊ＋Ｎｊｊ）とする。すると、式（１７）を拡張することにより、Ｏｊ次元の許容干渉量ベクトルとＭｊ＋Ｎｊｊ次元の送信電力ベクトルとの間に、次の関係式が成立する。
【０１２８】
【数１６】
0005821208.tif 000018
【０１２９】
式（１８）に現れる、ｊ番目の周波数チャネルについてのｓ番目の二次システムの送信電力Ｐｓにかかる係数ａｓ，ｊは、上述した干渉制御モデルにおける経路損失Ｌ、利得成分Ｇ及び損失成分Ｈに基づいて算出され得る。従って、電力割当て部１５０は、式（１８）の係数行列を算出した後、式（１８）の解を導出することにより、送信電力ベクトル（Ｐ１，…，ＰＭｊ＋Ｎｊｊ）を算出することができる。
【０１３０】
許容干渉量ベクトルをＩacceptable、送信電力ベクトルをＰｔｘ、係数行列をＡとする。すると、式（１８）は次のように表される。なお、マージンに相当するベクトルＤの要素は、固定値又はゼロであってもよい。
【０１３１】
【数１７】
0005821208.tif 000019
【０１３２】
例えば、二次システムの数Ｍｊ＋Ｎｊｊが周波数チャネルの数Ｏｊと等しい場合には、電力割当て部１５０は、正方行列となる係数行列Ａの逆行列を用いて、次のように送信電力ベクトル（Ｐ１，…，ＰＭｊ＋Ｎｊｊ）を算出することができる。
【０１３３】
【数１８】
0005821208.tif 000020
【０１３４】
なお、二次システムの数Ｍｊ＋Ｎｊｊと周波数チャネルの数Ｏｊとが等しくない場合には、電力割当て部１５０は、送信電力ベクトルの複数の解から選択される１つの送信電力ベクトルを、各二次システムに割り当てるべき送信電力の解として決定してもよい。また、式（１８）の解は、近似的な解であってもよい。また、二次システムの数Ｍｊ＋Ｎｊｊの代わりに、次式の通りチャネルごとに考慮すべき二次システムの数を積算した数を、送信電力ベクトルの次元数として扱ってもよい。
【０１３５】
【数１９】
0005821208.tif 000021
【０１３６】
図１０Ｃは、電力割当て部１５０による電力割当て処理の流れの第３の例を示すフローチャートである。
【０１３７】
図１０Ｃを参照すると、まず、電力割当て部１５０は、データサーバ３０から提供された一次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１４１）。ここで取得される情報には、式（１８）の許容干渉量ベクトルＩacceptableが含まれる。また、電力割当て部１５０は、二次通信ノード２００から収集された二次システムに関する情報を、記憶部１３０から取得する（ステップＳ１４２）。
【０１３８】
次に、電力割当て部１５０は、上述した干渉制御モデルに従って、送信電力ベクトルＰｔｘと許容干渉量ベクトルＩacceptableとの間の関係式の係数行列Ａを算出する（ステップＳ１５４）。それにより、式（１８）のような送信電力ベクトルＰｔｘと許容干渉量ベクトルＩacceptableとの間の関係式が形成される。そして、電力割当て部１５０は、形成された関係式を解くことにより、送信電力の配分を決定する（ステップＳ１５５）。
【０１３９】
（４）送信電力の再調整
通信制御装置１００は、上述した手法に従って二次システムへの送信電力の割当てを決定すると、二次通信ノード２００への再構成要求の中で、それぞれ割り当てた送信電力の値を通知する。その後、新たな二次通信ノード２００による二次システムの運用が開始される可能性がある。その場合、通信制御装置１００は、図６に例示した電力調整処理を再実行して、既存の二次システム及び新たな二次システムに再度送信電力を割り当ててもよい。その代わりに、通信制御装置１００は、以下に説明するように、既存の二次システムに既に割り当てた送信電力を再調整し、新たな二次システムへ追加的に送信電力を割り当ててもよい。
【０１４０】
図１１は、通信制御装置１００による電力再調整処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１１を参照すると、まず、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を待ち受ける（ステップＳ１６１）。そして、例えば、通信部１１０が二次通信ノード２００からの干渉制御要求を受信することで、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を認識する。すると、処理はステップＳ１６２へ進む。
【０１４１】
ステップＳ１６２において、電力割当て部１５０は、既存の各二次システムについて、割当て済みの送信電力に応じた通信品質の所要の通信品質に対する余剰分を計算する（ステップＳ１６２）。例えば、周波数チャネルｆｊにおけるｋ番目の二次システム内の二次通信ノード間の通信距離をＲ、所要の通信品質をＳＩＮＲreq（ｆｊ，ｋ，Ｒ）とする。また、割当て済みの送信電力に応じた通信品質をＳＩＮＲest（ｆｊ，ｋ，Ｒ）とする。すると、当該二次システムについての送信電力の余剰率αｆｊ，ｋは、次式のように導かれる。
【０１４２】
【数２０】
0005821208.tif 000022
【０１４３】
次に、電力割当て部１５０は、各二次システムについて送信電力の余剰分が存在するか否かを判定する（ステップＳ１６３）。例えば、式（２２）に従って算出される余剰率αｆｊ，ｋが１．０よりも大きい場合には、電力割当て部１５０は、当該二次システムについて送信電力の余剰分が存在すると判定し得る。次に、電力割当て部１５０は、送信電力の余剰分が存在すると判定した二次システムについての送信電力を、次式に従って再計算する（ステップＳ１６４）。
【０１４４】
【数２１】
0005821208.tif 000023
【０１４５】
なお、式（２３）において、Ｐ（ｆｊ，ｋ）は割当て済みの送信電力、Ｐopt（ｆｊ，ｋ）は再計算された送信電力である。
【０１４６】
電力割当て部１５０は、このように既存の二次システムについての送信電力の再計算を終了すると、新たな二次システムに送信電力を配分可能か否かを判定する（ステップＳ１６５）。例えば、送信電力の余剰分が存在している既存の二次システムが送信電力を下げることで新たな二次システムを受け入れることができる場合には、電力割当て部１５０は、新たな二次システムに送信電力を配分可能であると判定する。ここで、新たな二次システムに送信電力を配分可能でないと判定された場合には、新たな二次システムに送信電力が割り当てられることなく、図１１の送信電力再調整処理は終了する。一方、新たな二次システムに送信電力を配分可能であると判定された場合には、処理はステップＳ１６６へ進む。
【０１４７】
ステップＳ１６６において、電力割当て部１５０は、既存の二次システムの二次通信ノード２００の少なくとも１つへ再構成要求を送信し、送信電力の引き下げを要求する（ステップＳ１６６）。そして、電力割当て部１５０は、新たな二次システムを受け入れる余地が生じると、新たな二次システムに送信電力を割当てると共に、当該二次システムの二次通信ノード２００へ送信電力の値を通知する（ステップＳ１６７）。
【０１４８】
このような送信電力再調整処理により、全ての二次システムを対象として送信電力調整処理を再実行するよりも少ない計算コストで、新たな二次システムの運用を開始させることができる。
【０１４９】
なお、通信制御装置１００の記憶部１３０は、図１２に例示するような二次システム管理テーブルを保持し、各二次システムの所要品質、余剰率の計算結果及び送信電力の割当てなどの情報を記憶してもよい。図１２の例では、チャネル番号ごとに二次システムのＩＤ（識別子）が保持され、各二次システムについての所要品質、余剰率及び送信電力の最新の割当てが二次システム管理テーブル内に記憶されている。
【０１５０】
（５）運用開始の拒否又は保留
上述した例では、新たな二次通信ノード２００による二次システムの運用が開始される場合に、通信制御装置１００により既存の二次システムに既に割り当てた送信電力が再調整される。これに対し、通信制御装置１００は、予め決定される二次システム又は二次通信ノードの最大数に応じて、新たな二次システムの運用の開始を拒否し又は保留してもよい。
【０１５１】
図１３Ａは、二次システムの運用開始が拒否される場合の処理の流れの第１の例を示すフローチャートである。図１３Ａを参照すると、まず、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を待ち受ける（ステップＳ１６１）。そして、例えば、通信部１１０が二次通信ノード２００からの干渉制御要求を受信することで、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を認識する。すると、処理はステップＳ１７０へ進む。
【０１５２】
ステップＳ１７０において、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用を開始することで二次システム又は二次通信ノードの数が予め決定される登録可能な最大数を超えるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、登録可能な最大数を超えないと判定された場合には、電力割当て部１５０による電力割当て処理（又は図１１に例示したような電力再調整処理）が行われる（ステップＳ１７１）。一方、登録可能な最大数を超えると判定された場合には、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの登録を拒否することを当該二次システムの二次通信ノード２００へ通知する（ステップＳ１７２）。
【０１５３】
図１３Ｂは、二次システムの運用開始が保留される場合の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３Ｂを参照すると、まず、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を待ち受ける（ステップＳ１６１）。そして、例えば、通信部１１０が二次通信ノード２００からの干渉制御要求を受信することで、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を認識する。すると、処理はステップＳ１７０へ進む。
【０１５４】
ステップＳ１７０において、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用を開始することで二次システム又は二次通信ノードの数が予め決定される登録可能な最大数を超えるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、登録可能な最大数を超えないと判定された場合には、電力割当て部１５０による電力割当て処理（又は図１１に例示したような電力再調整処理）が行われる（ステップＳ１７１）。一方、登録可能な最大数を超えると判定された場合には、電力割当て部１５０は、新たな二次システムに送信電力を割り当てることなく、当該二次システムに関するデータのみを登録する（即ち、当該二次システムを仮登録する）（ステップＳ１７３）。そして、電力割当て部１５０は、電力が割り当てられることなく登録が保留されていることを当該二次システムの二次通信ノード２００へ通知する（ステップＳ１７４）。その後、例えば既存の二次システムが運用を停止すると、登録が保留されている二次システムに優先的に送信電力が割り当てられる。
【０１５５】
図１３Ｃは、二次システムの運用開始が拒否される場合の処理の流れの第２の例を示すフローチャートである。第３の例においては、データサーバ３０又は通信制御装置１００に登録可能な二次システム又は二次通信ノードの最大数が、周波数チャネルごとに予め決定されているものとする。
【０１５６】
図１３Ｃを参照すると、まず、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を待ち受ける（ステップＳ１６１）。そして、例えば、通信部１１０が二次通信ノード２００からの干渉制御要求を受信することで、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用開始を認識する。すると、処理はステップＳ１７０へ進む。
【０１５７】
ステップＳ１７０において、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの運用を開始することで二次システム又は二次通信ノードの数が対象のチャネルについての登録可能な最大数を超えるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、登録可能な最大数を超えないと判定された場合には、電力割当て部１５０による電力割当て処理（又は図１１に例示したような電力再調整処理）が行われる（ステップＳ１７１）。
【０１５８】
一方、ステップＳ１７０において、登録可能な最大数を超えると判定された場合には、電力割当て部１５０は、他のチャネルが空いているか否かを判定する（ステップＳ１７５）。ここで、他のチャネルが空いている場合には、電力割当て部１５０は、空いているチャネルの利用を新たな二次システムの二次通信ノード２００に推奨する（ステップＳ１７６）。一方、他のチャネルも空いていない場合には、電力割当て部１５０は、新たな二次システムの登録を拒否することを当該二次システムの二次通信ノード２００へ通知する（ステップＳ１７７）。
【０１５９】
（６）一次システムと二次システムとの間の距離
図６に示した上限数決定処理及び電力割当て処理においては、二次システムごとの経路損失を導出するために、一次システムと各二次システムとの間の距離を決定することが求められる。一次システムと各二次システムとの間の距離は、例えば、以下に説明するいずれかの例に従って定義され得る。
【０１６０】
（６−１）第１の例
第１の例において、一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から一次システムのサービスエリアの外周までの最短距離である。
【０１６１】
例えば、図１４Ａには、一次システムのサービスエリアの外周に相当する境界１２と４つの二次システム（二次通信ノード２００）とが示されている。第１、第２及び第３の二次システムは、一次システムのサービスエリアの外部に位置する。第１、第２及び第３の二次システムから一次システムのサービスエリアの外周までの最短距離は、それぞれｄ０１、ｄ０２及びｄ０３である。一方、第４の二次システムは、一次システムのサービスエリアの内部に位置する。第４の二次システムについて経路損失を導出する際には、一次システムと二次システムとの間の距離はゼロとみなされてもよい。その場合、経路損失は最大となる。その代わりに、第４の二次システムから境界１２までの最短距離が、一次システムと第４の二次システムとの間の距離として扱われてもよい。
【０１６２】
（６−２）第２の例
第２の例において、一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から一次システムのサービスエリアの外周上又は当該外周内の特定の１点までの距離である。特定の１点とは、例えば、ある１つの二次システムから最も近い一次システムのサービスエリアの外周上の地点であってもよい。また、特定の１点とは、例えば、複数の二次システムからの距離の和が最小となる地点などであってもよい。この地点は、二次システムからの干渉を受ける一次システムの仮想的な受信局が位置する地点であると考えられ得る。
【０１６３】
例えば、図１４Ｂには、境界１２と４つの二次システムとが再び示されている。第１、第２及び第３の二次システムは、一次システムのサービスエリアの外部に位置する。ここで、第１の二次システムから最も近い境界１２上の点をＰ１とする。第１、第２及び第３の二次システムと一次システムとの間の距離は、第１、第２及び第３の二次システムのそれぞれの位置と点Ｐ１との間の距離ｄ１１、ｄ１２及びｄ１３に相当する。一方、第４の二次システムは、一次システムのサービスエリアの内部に位置する。第４の二次システムについて経路損失を取得する際には、第１の例と同様、一次システムと二次システムとの間の距離はゼロとみなされてもよい。その代わりに、第４の二次システムと点Ｐ１との間の距離が一次システムと第４の二次システムとの間の距離として扱われてもよい。
【０１６４】
図１４Ｂにおいて、点Ｐ２は、境界１２上で第１、第２及び第３の二次システムからの距離の和が最小となる点である。このような点Ｐ２が点Ｐ１の代わりに使用されてもよい。なお、例えば、二次システムの多くが一次システムのガードエリアから離れた位置にある場合、一次受信局が狭い地理的領域内にのみ存在することが既知である場合、又は特定の地点において許容干渉量が著しく厳しい場合などにおいては、予め決定される特定の地点が距離算出のための基準点として使用されてもよい。また、変調方式ごとに異なる複数の許容干渉量が規定されている場合には、距離だけではなく変調方式又は複数の許容干渉量を考慮して基準点が選択されてもよい。
【０１６５】
第１の例と第２の例とを比較すると、第１の例の場合には、距離の算出がより容易である一方で、経路損失の値が過剰に小さく見積もられる可能性がある。例えば、２つの二次システムが一次システムを挟んで反対側に位置する場合に、そのような状況は生じ得る。その場合、二次システムに割り当てられる送信電力は、より小さい値となる。従って、第１の例は、計算コストがより低く、干渉防止の観点でより安全な定義と言える。一方、第２の例では、経路損失の値が過剰に小さく見積もられる可能性が少ないため、二次利用の機会をより高めることができる。
【０１６６】
（６−３）第３の例
第３の例において、一次システムと各二次システムとの間の距離は、各二次システムの位置から最も近傍の一次受信局までの距離である。例えば、図１４Ｃには、３つの二次システム及び３つの一次受信局が示されている。第１の二次システムの最も近傍には、第１の一次受信局が位置する。第１の二次システムと第１の一次受信局との間の距離はｄ２１である。第２の二次システムの最も近傍には、第２の一次受信局が位置する。第２の二次システムと第２の一次受信局との間の距離はｄ２２である。第３の二次システムの最も近傍には、第３の一次受信局が位置する。第３の二次システムと第３の一次受信局との間の距離はｄ２３である。従って、第１の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ２１、第２の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ２２、第３の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ２３がそれぞれ使用され得る。
【０１６７】
（６−４）第４の例
第４の例において、一次システムと各二次システムとの間の距離は、全ての二次システムの位置からの距離の総和が最も小さい一次受信局までの距離である。例えば、図１４Ｄには、３つの二次システム及び３つの一次受信局が再び示されている。このうち、３つの二次システムの位置からの距離の総和が最も小さい一次受信局は、第２の一次受信局である。第１の二次システムと第２の一次受信局との間の距離はｄ３１である。第２の二次システムと第２の一次受信局との間の距離はｄ３２である。第３の二次システムと第２の一次受信局との間の距離はｄ３３である。従って、第１の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ３１、第２の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ３２、第３の二次システムと一次システムとの間の距離としてｄ３３がそれぞれ使用され得る。
【０１６８】
第３及び第４の例の例においては、実際の一次受信局の位置が距離の算出のための基準点となるため、より現実に即した干渉量の見積もりが可能となる。
【０１６９】
（６−５）二次システム側の基準点
図１４Ａ〜図１４Ｄの例では、一次システムと二次システムとの間の距離の算出にあたって主に一次システム側の基準点をどのように設定すべきかについて説明した。これに対し、二次システム側の基準点についても、様々な設定の手法が考えられる。例えば、二次システム側の基準点の位置は、単純に二次システムのマスタである二次通信ノード２００の位置であってもよい。その代わりに、二次システム側の基準点の位置は、二次システムのノード（マスタノード及びスレーブノード）のうち一次システムのガードエリア又はいずれかの一次受信局の最も近くのノードの位置であってもよい。また、計算が複雑になるものの、二次システムの複数のノードの位置を基準として複数の距離が算出され、当該複数の距離に応じて総合的な経路損失が計算されてもよい。これら二次システム側の基準点の設定の手法は、それぞれ、図１４Ａ〜図１４Ｄに例示したどの一次システム側の基準点の設定の手法と組み合わせられてもよい。
【０１７０】
また、例えば、二次システム側の基準点は、例えば、次のように段階的に設定されてもよい。まず、二次システム側の基準点を暫定的に二次システムのマスタである二次通信ノード２００とする。次に、二次通信ノード２００から最も近くの一次システムのサービスエリアの外周上の１点又は最も近くの一次受信局の地点を一次システム側の基準点とする。次に、一次システム側の上記基準点に与える干渉を、二次システムのノード（マスタノード及びスレーブノード）の各々について見積もる。そして、一次システム側の上記基準点に最大の干渉を与える二次システム側のノードの位置を、二次システム側の最終的な基準点に設定する。二次システムのノードごとの干渉の見積もりに際しては、ノードの種類（マスタノード又はスレーブノードノード）に応じて異なる送信電力が考慮されてもよい。
【０１７１】
＜４．通信装置（二次通信ノード）の構成例＞
図１５は、上述した通信制御装置１００により割り当てられる送信電力を用いて二次システムを運用する二次通信ノード２００の構成の一例を示すブロック図である。図１５を参照すると、二次通信ノード２００は、通信部２１０、制御部２２０、記憶部２３０及び無線通信部２４０を備える。
【０１７２】
通信部２１０は、二次通信ノード２００によるデータサーバ３０及び通信制御装置１００との間の通信のための通信インタフェースとして動作する。通信部２１０は、制御部２２０による制御の下、例えば、二次利用の開始に際して、二次システムに関する情報をデータサーバ３０に送信する。また、通信部２１０は、データサーバ３０から通知される情報を受信する。また、通信部２１０は、通信制御装置１００との間で、干渉制御の要求及び応答を送受信する。その後、通信制御装置１００により送信電力の割当てが決定されると、通信部２１０は、送信電力の割当て結果を受信する（図４のステップＳ１７）。
【０１７３】
制御部２２０は、二次通信ノード２００の動作全般を制御する役割を有する。例えば、制御部２２０は、図４に例示したシーケンスに従って通信制御装置１００と連携することで、二次システムの運用に際しての一次システムへの干渉を抑制する。より具体的には、制御部２２０は、通信制御装置１００による送信電力の割当て結果が通信部２１０により受信されると、当該送信電力の割当て結果に基づいて、無線通信部２４０による他の二次通信ノードとの間の通信のための送信電力を制限する。
【０１７４】
制御部２２０は、例えば、自装置が運用する二次システムに割り当てられた送信電力を、当該二次システムに参加する二次通信ノードの間でさらに配分してもよい。これは、二次通信ノード２００が１つの二次システムに参加するノード群の送信電力を管理するマスタとしての役割を有し得ることを意味する。この場合、マスタとしての二次通信ノード２００は、スレーブノードによる通信が一次システムに致命的な干渉を与えないように、スレーブノードの送信電力を制御する。一般的には、送信電力の制御には誤差が伴う。しかし、例えば、上述したセーフティマージンＳＭが導入されることで、送信電力の制御の誤差によって一次システムに致命的な干渉が生じることが回避される。例えば、二次通信ノード２００は、スレーブノードのデューティサイクルを認識し、認識したデューティサイクルに応じてセーフティマージンを動的に設定してもよい。その場合には、二次通信ノード２００は、動的に設定されるセーフティマージンを、データサーバ３０を介して又は直接、通信制御装置１００へ報告する。その代わりに、通信制御装置１００が二次通信ノード２００から報告されるデューティサイクルに応じてセーフティマージンを動的に設定してもよい。
【０１７５】
記憶部２３０は、ハードディスク又は半導体メモリなどの記憶媒体を用いて、通信制御装置１００との連携及び二次システムの運用のために使用されるプログラム及びデータを記憶する。
【０１７６】
無線通信部２４０は、二次通信ノード２００と他の二次通信ノードとの間の無線通信のための無線通信インタフェースとして動作する。無線通信部２４０は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．２２、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｆ又はＥＣＭＡ−３９２に従って、二次システムに参加する他の二次通信ノードとの間で、無線信号を送受信する。無線通信部２４０により送信される無線信号の送信電力は、通信制御装置１００による送信電力の割当て結果に基づいて、制御部２２０により制限される。
【０１７７】
＜５．適応的なマージンの設定＞
上述した実施形態における固定マージン方式では、送信電力の配分に際して、予め固定的に設定される配分マージンＭＩが算入される。これら配分マージンＭＩの値は、一例として、３ｄＢ〜６ｄＢなどの範囲内の任意の値であってよい。配分マージンＭＩの値を固定的に設定することで送信電力の配分のための計算が簡略されることから、固定マージン方式は、実装を容易にするという利点を有する。しかしながら、例えば、６ｄＢの固定的な配分マージンを導入すると、チャネル当たりの動作可能な二次システムの数は、多くとも４つ程度となる。この二次システム数は、周波数の二次利用の機会を高めるという観点では、必ずしも十分でない。また、値の大きい固定的なマージンを設定すると、想定された数よりも二次システム数が少ない場合に、個々の送信電力が過剰に抑制されてしまうという問題点がある。さらに、二次システム数がチャネルごとに異なる可能性があることからも、固定マージン方式よりもむしろマージンの値を動的に設定する方が望ましい状況があり得る。そこで、本節では、マージンの値を動的に設定する構成を有する通信制御装置について説明する。
【０１７８】
図１６は、上述した実施形態の一変形例に係る通信制御装置３００の構成の一例を示すブロック図である。図１６を参照すると、通信制御装置３００は、通信部１１０、データ取得部３２０、記憶部１３０、上限数決定部１４０、マージン設定部３４５及び電力割当て部３５０を備える。
【０１７９】
データ取得部３２０は、上述した通信制御装置１００のデータ取得部１２０により取得されるデータに加えて、マージン設定部３４５がマージンを動的に設定するために使用するデータを、データサーバ３０及び二次通信ノード２００から取得する。マージンを設定するために使用されるデータとは、後に説明するように、例えば、運用中の（即ち、現在登録されている）二次システム数若しくは二次通信ノード数、又は運用可能な（登録可能な）最大二次システム数若しくは最大ノード数を含み得る。そして、データ取得部３２０は、取得したデータを記憶部１３０に記憶させる。
【０１８０】
マージン設定部３４５は、データ取得部３２０により取得されるデータを用いて、送信電力の割当てに際して干渉のリスクを低減するためのマージンを設定する。マージンは、例えば、周波数チャネルごとに設定され得る。例えば、周波数チャネルｆｉについての配分マージンをＭＩｉとすると、配分マージンＭＩｉは、概念的には、チャネル内の干渉のための成分とチャネル間干渉のための成分との和として、次式のように表現され得る。
【０１８１】
【数２２】
0005821208.tif 000024
【０１８２】
式（２４）において、右辺の第１項がチャネル内の干渉のための成分、第２項がチャネル間干渉のための成分である。具体的には、第１の例において、配分マージンＭＩｉは、周波数チャネルｆｉを二次利用している運用中の二次システム数又は二次通信ノード数Ｕｉを用いて、次のように計算され得る：
【０１８３】
【数２３】
0005821208.tif 000025
【０１８４】
運用中の二次システム数又は二次通信ノード数Ｕｉをそのままマージンの値として利用できる場合には、式（２５）が使用される。一方、Ｕｉを修正する場合には、式（２６）のように修正係数αｉが算入される。修正係数αｉは、上述した式（５）のセーフティマージンＳＭと等しくてもよい。
【０１８５】
第２の例において、配分マージンＭＩｉは、例えば、周波数チャネルｆｉを二次利用可能な最大の二次システム数又は最大の二次通信ノード数Ｘｉを用いて、次のように計算され得る：
【０１８６】
【数２４】
0005821208.tif 000026
【０１８７】
最大の二次システム数又は最大の二次通信ノード数Ｘｉをそのままマージンの値として利用できる場合には、式（２７）が使用される。一方、Ｘｉを修正する場合には、式（２８）のように修正係数βｉが算入される。修正係数βｉもまた、上述した式（５）のセーフティマージンＳＭと等しくてもよい。Ｘｉは、式（２５）及び式（２６）のＵｉとは異なり、時々刻々と変化する値ではない。そのため、第２の例では、第１の例と比較して情報の取得のためのトラフィックをより少なくすることができる。
【０１８８】
次の第３の例及び第４の例では、マージンの値は、複数の周波数チャネルにわたって共通の値となる。第３の例において、配分マージンＭＩｉは、運用中の二次システム数又は二次通信ノード数Ｕｉのチャネル間の最大値を用いて、次のように計算され得る：
【０１８９】
【数２５】
0005821208.tif 000027
【０１９０】
第４の例において、配分マージンＭＩｉは、チャネルごとの最大の二次システム数又は最大の二次通信ノード数Ｘｉのチャネル間の最大値を用いて、次のように計算され得る：
【０１９１】
【数２６】
0005821208.tif 000028
【０１９２】
また、マージン設定部３４５は、帯域の中央部の周波数チャネルのマージンが端部の周波数チャネルのマージンよりも相対的に大きくなるように、周波数チャネルごとにマージンを設定してもよい。図１７の例では、帯域全体の中に、９つの周波数チャネルＦ１〜Ｆ９が存在する。このようなチャネル構成において、例えば、隣り合うチャネルに加えて、さらに１つ先の周波数チャネルからの無線信号が干渉源となり得るものとする。そうすると、例えば、帯域の中央部の周波数チャネルＦ３〜Ｆ７については４つの近傍のチャネルが干渉源となり得るのに対し、帯域の端部の周波数チャネルＦ１及びＦ９については２つ、周波数チャネルＦ２及びＦ８については３つの近傍チャネルのみが干渉源となり得る。従って、マージン設定部３４５は、図１７の下部のグラフに例示したように、帯域の中央部の周波数チャネルのマージンがより端部のチャネルよりも大きくなるようにマージンを設定することで、特に端部において二次利用の機会を効率的に高めることができる。このような周波数チャネルの位置に応じたマージンの計算は、例えば、式（２６）の修正係数αｉ又は式（２８）の修正係数βｉを図１７のグラフのように定義することにより実現されてもよい。
【０１９３】
なお、マージン設定部３４５は、周波数チャネルごとの配分マージンを設定するにあたり、二次システムの送信スペクトルマスク（又は近傍チャネル漏れ率（ＡＣＬＲ：Adjacent  Channel  Leakage  Ratio））に相当する値を算入してもよい。例えば、チャネルＦｊｊからチャネルＦｉへの帯域外の損失をＨ（ｉ，ｊｊ，ｋｋ）とすると、送信スペクトルマスクに相当する値を算入することにより、配分マージンＭＩｉは、次式のように更新され得る：
【０１９４】
【数２７】
0005821208.tif 000029
【０１９５】
電力割当て部３５０は、上述した通信制御装置１００の電力割当て部１５０と同様、上限数決定部１４０により決定される上限数と一次システムの許容干渉量とに基づいて、各二次システム又は各二次システムの各二次通信ノードに送信電力を割り当てる。その際、電力割当て部３５０は、配分マージンＭＩの値として、マージン設定部３４５により適応的に設定される値を使用する。
【０１９６】
このような変形例に係る構成によれば、マージンの値が適応的に設定されるため、一次システムに致命的な干渉を及ぼすことなく、二次利用の機会を一層効率的に高めることができる。なお、式（２５）〜式（３３）に示したＭＩ又はＭＩ´´´の計算式は、式（２４）の右辺の第１項のＭＩ´又は第２項のＭＩ´´の計算のために利用されてもよい。
【０１９７】
＜６．まとめ＞
ここまで、図１〜図１７を用いて、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態によれば、二次システムを運用する二次通信ノードとの間で通信する通信制御装置により、送信電力の割当ての対象とする二次システム又は二次通信ノードの上限数が決定され、当該上限数と一次システムの許容干渉量とに基づいて、二次利用のための送信電力がそれぞれ割り当てられる。それにより、複数の二次システムが存在する場合にも、上限数を超えない範囲内の二次システムに二次利用の機会を与えながら、一次システムに致命的な干渉が及ぶことを回避することができる。従って、周波数リソースの利用効率を、適切かつ安全な形で高めることが可能となる。
【０１９８】
また、本実施形態によれば、送信電力の割当て対象の上限数は、各二次システムの通信品質の要件から推定される一次システムへの干渉量と、一次システムの許容干渉量との差を評価することにより決定される。それにより、二次利用の機会を与えられた二次システムについては、所要の通信品質を確保して通信の目的を達成することができる。
【０１９９】
また、本実施形態によれば、一次システムに割り当てられた周波数チャネルのみならず近傍の周波数チャネルが二次利用される場合に、それら周波数チャネルの二次利用に起因する干渉量の総和が一次システムの許容干渉量を超えないように、送信電力が割り当てられる。それにより、帯域外輻射を原因とするチャネル間の干渉が一次システムに致命的な影響を及ぼすことも回避される。
【０２００】
また、本実施形態によれば、送信電力は、周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを利用する二次システムに暫定的に配分された後、異なる周波数チャネルを利用する二次システム間で再配分され得る。このような段階的な送信電力の配分によれば、送信電力の割当ての計算をより少ない計算リソースで行うことが可能となる。その結果、考慮すべき周波数チャネルの数又は二次システムの数が増えた場合の送信電力の割当ての負荷が軽減される。
【０２０１】
なお、本明細書において説明した各装置による処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、各装置の内部又は外部に設けられる記憶媒体に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、実行時にＲＡＭ（Random  Access  Memory）に読み込まれ、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などのプロセッサにより実行される。
【０２０２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２０３】
１００，３００    通信制御装置
１１０            通信部
１４０            （上限数）決定部
３４５            マージン設定部
１５０，３５０    電力割当て部
２００            通信装置（二次通信ノード）
２１０            通信部
２２０            制御部
【図１】
0005821208.tif 000030
【図２】
0005821208.tif 000031
【図３】
0005821208.tif 000032
【図４】
0005821208.tif 000033
【図５】
0005821208.tif 000034
【図６】
0005821208.tif 000035
【図７】
0005821208.tif 000036
【図８】
0005821208.tif 000037
【図９Ａ】
0005821208.tif 000038
【図９Ｂ】
0005821208.tif 000039
【図１０Ａ】
0005821208.tif 000040
【図１０Ｂ】
0005821208.tif 000041
【図１０Ｃ】
0005821208.tif 000042
【図１１】
0005821208.tif 000043
【図１２】
0005821208.tif 000044
【図１３Ａ】
0005821208.tif 000045
【図１３Ｂ】
0005821208.tif 000046
【図１３Ｃ】
0005821208.tif 000047
【図１４Ａ】
0005821208.tif 000048
【図１４Ｂ】
0005821208.tif 000049
【図１４Ｃ】
0005821208.tif 000050
【図１４Ｄ】
0005821208.tif 000051
【図１５】
0005821208.tif 000052
【図１６】
0005821208.tif 000053
【図１７】
0005821208.tif 000054