JP2010532122A - 拡散スペクトル信号の存在の検出 - Google Patents

Abstract

所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在が、信号を受信し、測定周波数（ω_０）のインジケーション信号を突き止め、これを、前記測定周波数（ω_０）に等しい搬送周波数（ω_ｃ）を有する拡散スペクトル信号の存在の指標として使用することにより、受信器（１０）において検出される。同相信号（Ｂ）および直交信号（Ｃ）が、受信信号を、前記測定周波数（ω_０）を有する発振器信号と混合することにより提供され、これら信号のうちの少なくとも一方が位相シフトされ、和信号（Ｅ）および差信号（Ｆ）が生成され、和信号が差信号で乗算され、低域フィルタリングされる。このようにして、低コストコグニティブ無線に使用するのに十分に単純かつ高速な、所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出する方法および回路が提供される。

Description

発明の技術分野
本発明は、無線周波信号の受信器において、所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出することに関する。

関連技術の説明
コグニティブ無線は、最近、かなりの注目を集めている新たな分野である。無線周波スペクトルの特定の部分が最適に利用されないことが認識されている。周波数帯を利用するために使用されるサービスは、使用されていないか（米国内のＴＶ周波数のように）、またはサービスは、地理的に非常に集中しているか、もしくは１日のうちの特定の部分でのみ使用される。スペクトル規制側は、スペクトルのより効率的な使用を可能にするより自由な割り振りポリシー、すなわち異なるユーザがスペクトルを共有できるようにするメカニズムを探し求めている。この探索の最初の結果の１つは、２００２年２月のＦＣＣによる米国内での超広帯域（ＵＷＢ）の制度化であった。厳密な送信電力制限下で、無免許のＵＷＢ装置による３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯での動作が許可されることになった。

未使用スペクトルを「盗む」無線装置は、周波数帯内の活動を検出し、スペクトルがプライマリユーザにより使用される場合にはバックオフするように知的である必要がある。欧州でのＵＷＢ制度化では、干渉回避（ＤＡＡ）技法、すなわち、任意のプライマリユーザを検出し、このユーザとの周波数領域でのいかなる重複も回避することが求められる。したがって、ＵＷＢ無線は、民間用途で初めて実施されたコグニティブ無線である。

コグニティブ無線にとって極めて重大なのは、周波数帯域が使用中であるか否かを検出する能力である。

スペクトル占有をチェックする最も単純な方法は、周波数帯のエネルギー内容を測定することである。いかなる信号も存在しなければ、雑音電力のみが測定される。信号が存在する場合、測定される電力は、信号電力と雑音電力とが重なったものである。

業界での現在の研究は、ＷｉＭＡＸ信号の検出に重点が置かれている。ＷｉＭＡＸは、ＵＷＢに割り振られたスペクトルの部分である３．５ＧＨｚ帯で動作する。ＷｉＭＡＸはＯＦＤＭ信号に基づき、０ｄＢを優に上回る信号対雑音比を必要とする。ＷｉＭＡＸの検出メカニズムは、実現可能であると見られている。

しかし、ＵＭＴＳ／ＷＣＤＭＡのような高度なシステムは、信号が雑音に埋もれ得る拡散スペクトルに基づく。ＷＣＤＭＡ受信器は、拡散信号と同期をとり、既知の拡散符号と相関する。逆拡散により、信号を雑音フロアよりも上に持ち上げる処理利得が得られる。

コグニティブ無線が雑音に埋もれた信号を検出することが困難なことが理解されるであろう。単純な電力検出は、拡散信号の存在に関係なく雑音電力を示すだけであるため、十分ではない。拡散信号を検出するためには、逆拡散する必要があり、逆拡散には基本的に、拡散スペクトル受信器が必要とされる。ＵＷＢを実装する低コスト用途では、ＷＣＤＭＡ検出だけのために追加のＷＣＤＭＡ受信器のコストを負担することができないことが明らかであろう。

別の欠点は、拡散スペクトル信号を検出するために発生する遅延である。拡散が大きいほど、取得中の信号対雑音比は低くなり、取得プロセスにかかる時間が長くなる。帯域間を飛び越える周波数可変能力（agility）を必要とするコグニティブ無線の場合、高速の検出方法が必要である。

Hillらによる「Techniques for detecting & characterizing covert communication signals」, European Conference on Security and Detection, 28-30, April 1997, Conference Publication No. 437 pp 57-60, IEEでは、直接シーケンス拡散スペクトル内で、二相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）変調搬送波のスペクトルが、搬送周波数を中心として対称な位相および大きさを示し、上下の側波帯が互いに複素共役であること、およびこのことを利用して、存在する広帯域信号の上下の側波帯からのスペクトル成分を相関付けることにより、雑音に埋もれたＢＰＳＫ信号の存在を明らかにできることが言及されている。相関中心周波数を中心とした窓にわたって計算される相関関数のピーク値が、相関中心周波数が拡散スペクトル信号の搬送周波数に等しいときに発生する一方で、他の値の相関中心周波数の場合、窓にわたる周波数サンプルの相関は低くなる。しかし、この手順は計算集約的であると共に時間がかかるため、ここで問題となっている低コスト用途に適さない。

概要
したがって、本発明の目的は、低コストのコグニティブ無線に使用するのに十分に単純かつ高速な、所与の周波数範囲内での拡散スペクトル信号の存在を検出する方法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、無線周波信号の受信器において、所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出する方法であって、前記周波数範囲内の信号を受信するステップと、受信信号から、前記周波数範囲内の測定周波数のインジケーション信号（indication signal）を求めるステップと、求められたインジケーション信号を、前記測定周波数に等しい搬送周波数を有する拡散スペクトル信号の存在の指標として使用するステップとを含む方法において達成される。

この目的は、インジケーション信号を求めるステップが、受信信号を、前記測定周波数を有する局部生成された発振器信号と混合することにより、同相信号および直交信号を提供するステップと、前記同相信号および前記直交信号のうちの少なくとも一方を位相シフトさせて、２つの位相合わせ信号を提供するステップと、前記位相合わせ信号の和信号および前記位相合わせ信号の差信号を生成するステップと、前記和信号を前記差信号で乗算して、積信号を提供するステップと、前記積信号を低域フィルタリングして、前記インジケーション信号を提供するステップとをさらに含むことにおいて達成される。

上述したHillらによる文献に開示される方法のように、この方法は、無線周波搬送波に変調されるＢＰＳＫ信号等の実信号が、互いに複素共役である上下の側波帯を示すことを利用する。しかし、任意の測定周波数について、測定周波数よりも下の周波数帯内および上の周波数帯内の周波数成分を突き止め、これら成分を相関付けるという計算集約的な演算を実行する必要があるこの既知の方法とは対照的に、本明細書において示唆する方法は、２〜３の単純な演算を実行するだけである。拡散スペクトル信号が変調された周波数と異なる測定周波数の場合、求められたインジケーション信号は実質的に、雑音のみを含む。しかし、測定周波数が、拡散スペクトル信号が変調された周波数に等しい場合、和信号および差信号のそれぞれが、測定周波数よりも上の周波数帯および下の周波数帯、すなわち、互いに複素共役である上下の側波帯のうちの一方内の周波数成分を表すこと、およびこの状況での和信号と差信号との乗算により、低域フィルタリングされた場合に、この周波数での拡散スペクトル信号の存在を示す信号が提供されることが以下に示される。

位相をシフトさせるステップが、前記同相信号および前記直交信号のうちの第１の信号を位相シフトさせて、前記位相合わせ信号のうちの１つとして位相合わせ信号を提供するステップと、前記同相信号および前記直交信号のうちの他方を、前記位相合わせ信号のうちの他方として使用するステップとを含む場合、位相シフトさせる必要があるのは一方の信号のみであるため、さらに単純な実装が達成される。

一実施形態では、位相をシフトさせるステップは、前記直交信号を９０度位相シフトさせて、同相信号として位相シフト信号を提供することを含む。

この方法は、拡散スペクトル信号の可能な搬送周波数である１つの特定の周波数として前記測定周波数を選択するステップと、求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号がこの特定の周波数に存在するか否かの指標として使用するステップとをさらに含み得る。これにより、特定の周波数が別のユーザによりすでに使用されているか否かの検出が可能である。

あるいは、この方法は、拡散スペクトル信号のいくつかの可能な搬送周波数を含む周波数帯にわたって前記測定周波数を掃引するステップと、求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号が存在するバンド内の周波数の指標として使用するステップとをさらに含み得る。これにより、周波数帯内のどの周波数が使用されているかの検出およびどれが使用されていないかの検出が可能であるため、コグニティブ無線は、すでに使用されている周波数を回避することができる。

一実施形態では、この方法は、求めるステップの前に、ビットレートで事前回転を提供するステップをさらに含む。このようにして、この方法は、オフセットＱＰＳＫまたはπ／２ＢＰＳＫを適用する信号を検出することもできる。

一実施形態では、この方法のステップは超広帯域受信器において実行される。

上述したように、本発明は、所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出するように構成された無線周波信号の受信器であって、前記周波数範囲内の信号を受信する手段と、受信信号から、前記周波数範囲内の測定周波数のインジケーション信号を求める回路と、求められたインジケーション信号を、前記測定周波数に等しい搬送周波数を有する拡散スペクトル信号の存在の指標として使用するように構成された制御回路とを備える受信器にも関する。求める回路が、受信信号を、前記測定周波数を有する局部生成された発振器信号と混合することにより、同相信号および直交信号を提供するように構成されたミキサと、前記同相信号および前記直交信号のうちの少なくとも一方を位相シフトさせて、２つの位相合わせ信号を提供するように構成された位相シフト手段と、前記位相合わせ信号の和信号および前記位相合わせ信号の差信号を生成するように構成された加算器と、前記和信号を前記差信号で乗算して、積信号を提供するように構成された乗算回路と、前記積信号をフィルタリングして、前記インジケーション信号を生成するように構成された低域フィルタとを備える場合、拡散スペクトル信号の存在を単純な方法で検出することができる受信器が達成される。

方法について上述した実施形態に対応する実施形態は、受信器にも当てはまる。

これより、本発明について図面を参照してより十分に後述する。

図面の簡単な説明
本発明を使用することができる状況の一例を示す。 検出器回路の図を示す。 ＲＦ搬送波に変調されたＢＰＳＫ信号について、下帯が上帯の複素共役であることを示す。 拡散スペクトル信号を含む受信信号を、拡散スペクトル信号の搬送周波数よりもかなり低い周波数と混合した結果を示す。 拡散スペクトル信号を含む受信信号を、拡散スペクトル信号の搬送周波数よりもわずかに低い周波数と混合した結果を示す。 拡散スペクトル信号を含む受信信号を、拡散スペクトル信号の搬送周波数に実質的に等しい周波数と混合した結果を示す。 検出器回路の代替の実施形態の図を示す。 拡散スペクトル信号の存在を突き止める方法のフローチャートを示す。

実施形態の詳細な説明
図１は、本発明を使用することができる状況の一例を示す。無線送信器１は、拡散スペクトル信号をアンテナ２から、例えば、アンテナ４を介してこのような信号を受信するように構成された対応する受信器３に送信するように構成される。拡散スペクトル信号は、所与の搬送周波数または所与の周波数帯内のいくつかの搬送周波数のうちの１つに変調される。一例として、送信器１および受信器３のそれぞれは、ＵＭＴＳ／ＷＣＤＭＡ（ユニバーサル移動電話システム／広帯域符号分割多元接続）移動電話システムの基地局および移動局であることができる。信号の拡散スペクトル性により、信号は多かれ少なかれ雑音に埋もれ得る。ＷＣＤＭＡ受信器３は、拡散信号と同期をとり、既知の拡散符号と相関する。逆拡散により、信号を雑音フロアよりも上に持ち上げる処理利得が得られる。このシステムは、所与の搬送周波数または所与の周波数帯のプライマリユーザとして見なすことができる。

別の無線装置１０は、送信器１および受信器３を備えたシステムにより使用される周波数または周波数帯等の、他のユーザも使用できる周波数または周波数帯上で無線信号を送信するように設計される。しかし、無線装置１０は、周波数がプライマリユーザにより使用されていない場合のみ、その周波数を使用するように設計される。したがって、無線装置１０は、いわゆるコグニティブ無線であり、一例として、超広帯域（ＵＷＢ）無線であることができる。

未使用スペクトルを「盗む」このような無線装置は、周波数帯内の活動を検出し、スペクトルがプライマリユーザにより使用される場合にはバックオフするように知的である必要がある。欧州でのＵＷＢ制度化では、干渉回避（ＤＡＡ）技法が必要とされる。すなわち、装置は、任意のプライマリユーザを検出し、このユーザとの周波数領域でのいかなる重複も回避しなければならない。

したがって、送信器１１およびアンテナ１２の他に、無線装置１０は、所与の周波数がプライマリユーザによりすでに使用されているか否か、または周波数帯内のどの周波数がすでに使用されており、どれがまだ使用されていないかを検出することができる検出器１３と、プライマリユーザによりまだ使用されていない周波数を使用するように、または換言すれば、プライマリユーザによりすでに使用されている周波数を使用しないように送信器１１を制御することができる制御回路２４とを備える。

検出器１３は、検出対象の信号の種類に応じて異なる方法で実装することができる。スペクトル占有をチェックする最も単純な方法は、周波数帯のエネルギー内容を測定することである。いかなる信号も存在しなければ、雑音電力のみが測定される。信号が存在する場合、測定される電力は、信号電力と雑音電力とが重なったものである。

しかし、拡散スペクトルに基づくＵＭＴＳ／ＷＣＤＭＡのような高度なシステムの場合、信号が雑音に埋もれる恐れがあり、コグニティブ無線が雑音に埋もれた信号を検出することが困難であることが理解される。単純な電力検出は、拡散信号の存在に関係なく雑音電力を示すだけであるため、十分ではない。

通常、拡散信号は、検出のために逆拡散する必要があり、逆拡散には基本的に、拡散スペクトル受信器が必要とされる。ＵＷＢを実装する低コスト用途では、ＷＣＤＭＡ検出だけのために追加のＷＣＤＭＡ受信器のコストを負担できないことが明らかであろう。

さらに、拡散スペクトル受信器では、拡散スペクトル信号を検出するために、遅延が発生する。拡散が大きいほど、取得中の信号対雑音比は低く、取得プロセスにかかる時間は長い。帯域間を飛び越える周波数可変能力（agility）を必要とするコグニティブ無線の場合、高速の検出方法が必要である。

図２は、これら要件を満たす検出器１３をどのように実装することができるかの一例を示す。

この検出器は、信号理論から、無線周波（ＲＦ）搬送波に変調された二相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）信号等の実信号が、搬送波を中心として対称の振幅応答を有する一方で、位相応答が反対称であることが分かることに基づく。したがって、搬送波よりも上の信号成分と搬送波よりも下の信号成分との間に相関がある。搬送波よりも上の雑音および下の雑音は相関しない。この現象を利用して、ＲＦ搬送波よりも下の信号周波数成分が、ＲＦ搬送波よりも上の信号周波数成分と相関付けられる回路を設計することができる。使用される回路は、イメージ除去ミキサにおいて適用される構成に類似する。上帯および下帯が抽出され、次に、乗算される。実信号が存在する場合、乗算器の出力におけるＤＣ成分により、その存在が明らかになる。

検出器は、実信号が変調されたＲＦ搬送波のスペクトルの対称性を利用する。実信号ｓ（ｔ）は、実部Ｓ_ｒ（ω）が対称、すなわち、Ｓ_ｒ（ω）＝Ｓ_ｒ（−ω）であり、虚部Ｓ_ｉ（ω）が反対称、すなわち、Ｓ_ｉ（ω）＝−Ｓ_ｉ（−ω）であるフーリエ変換Ｓ_ｒ（ω）＋ｊＳ_ｉ（ω）を有する。この特徴は、振幅応答｜Ｓ（ω）｜の対称挙動および位相応答φ（ω）の反対称挙動に繋がる。

ＢＰＳＫ信号（または他の任意の一次元信号）が、ＲＦ周波数ω_ｃを有する搬送波に変調される場合、その信号のフーリエ変換は、下帯（搬送波周波数ω_ｃよりも下の周波数）が上帯の複素共役になるという特殊な属性を有する。これを図３に示す。したがって、上帯と下帯との間には明らかな相関がある。検出器において、下帯は上帯に相関付けられ、それにより、信号が雑音から持ち上げられる。チャネル内の雑音は、これら対称性を有さず、持ち上げられない。上記方法を信号に適用することにより、周波数成分の一貫した蓄積が行われるのに対して、雑音成分は位相に追加されない。

図２に示す回路の第１の部分は、イメージ除去（ＩＲ）ミキサに類似する。しかし、イメージ除去ミキサとは対照的に、この場合、イメージは所望の成分である。下帯であるイメージは、上帯と相関するように機能する。この理由により、拡散スペクトル信号の存在のためにチェックすべき周波数は、ベースバンドにダウンコンバートされ、これは、ホモダイン（ゼロＩＦ）ミキサの機能と同様である。

アンテナ１２において受信された信号は、検出器１３に入力される。図２中、この信号は「Ａ」と記される。ダウンコンバート信号の同相版ならびに直交版を達成するために、入力信号は２つのミキサ１４および１５に供給される。ミキサ１４では、入力信号はｃｏｓ（ω_０ｔ）と混合されて、ダウンコンバート同相信号「Ｂ」（Ｉ分岐）を提供する。但し、ω_０は、拡散スペクトル信号の存在に関してチェックすべき周波数に対応する局部発振器１６の周波数である。同様に、ミキサ１５では、入力信号はｓｉｎ（ω_０ｔ）と混合されて、ダウンコンバート直交信号「Ｃ」（Ｑ分岐）が提供される。

これらミキサの機能を説明するために、まず、図４に、搬送周波数ω_ｃに変調された拡散スペクトル信号が、搬送周波数ω_ｃよりもかなり低い周波数ω_０と混合された場合、これら信号がどのように見られるかを示す。信号「Ａ」は、図３に示すような、拡散スペクトル信号の搬送周波数ω_ｃの前後にある上帯および下帯を示す。各ミキサ１４および１５において、入力信号のコピーの周波数が、搬送周波数ω_ｃから量ω_０だけシフトダウンされる。図に見られるように、ミキサは、入力信号のコピーの周波数を搬送周波数ω_ｃから量ω_０だけシフトアップもする。しかし、これらアップシフトしたイメージに対する関心は、ここでは低い。さらに、図４は、負の値のωに対しても、対応するイメージセットが発生することを示す。

であるため、負の周波数では、ダウンコンバート同相信号「Ｂ」の対称イメージが発生する一方で、ダウンコンバート直交信号「Ｃ」の場合、負の周波数では、反対称イメージが発生する。

同様に、図５は、周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃよりも少しだけ低いように増大された場合、信号「Ｂ」および「Ｃ」がどのように見られるかを示す。この場合、搬送周波数ω_ｃの前後の上帯および下帯のコピー（正の値のωおよび負の値のω）は、ベースバンドに近いが、それでもやはりベースバンドと異なる周波数にシフトダウンされる。図５中、上述したアップシフトイメージは、図外になるため、示されていない。

混合周波数ω_０、すなわち、局部発振器１６の周波数が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しくなるまでさらに増大された場合、搬送周波数ω_ｃの前後のバンドのコピーはベースバンドまでシフトダウンされ、信号のダウンシフトコピーの上帯および下帯（図３に対応する）は、図６において信号「Ｂ」および「Ｃ」で示すように重複する。図６では、塗られた下帯は、上帯とわずかに異なるサイズを有して示されることに留意する。これは、バンドを互いに区別できるように、描画目的のためだけに行われたものである。

これより図２に戻ると、ダウンコンバート直交信号「Ｃ」は、９０度位相シフタ１７を通して供給される。信号理論では、これはヒルベルト変換に対応する。その結果、周波数が正の成分は＋９０度の位相シフトを得、周波数が負の成分は−９０度の位相シフトを得る。９０度位相シフトにより、位相シフタ１７からの出力信号「Ｄ」は、ここで、同相信号であることに留意する。図４、図５、および図６は、上述した３つの状況での位相シフト信号「Ｄ」を示す。図４および図５では、位相シフト信号「Ｄ」内の図示の上帯および下帯のコピーは、同相信号「Ｂ」のものと同様であるが、図６では、ω＝０の前後のバンドの重複により、信号「Ｄ」は信号「Ｂ」とかなり異なる。

次に、ダウンコンバート同相信号「Ｂ」およびダウンコンバート位相シフト信号「Ｄ」は、加算器１８において加算されると共に、加算器１９において互いから減算される。図４および図５から、搬送周波数ω_ｃに変調された信号の上帯および下帯の位相シフト信号「Ｄ」のコピーは同相信号「Ｂ」のものと同様であるため、加算器１８の出力信号「Ｅ」（すなわち、信号「Ｂ」＋信号「Ｄ」）は、振幅が２倍になっただけの同じバンドを含む一方で、加算器１９の出力信号「Ｆ］（すなわち、信号「Ｂ」−信号「Ｄ」）では、これらバンドは相殺されることが分かる。

しかし、図６から、混合周波数ω_０、すなわち、局部発振器１６の周波数が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しくなるように選択された場合、搬送周波数ω_ｃに変調された信号の上帯および下帯が抽出されることが分かる。これは、加算器１８の出力信号「Ｅ」（すなわち、信号「Ｂ」＋信号「Ｄ」）では、下帯のコピーが相殺され、信号が上帯のコピーＳ_ｐ（ω）または時間領域でのｓ_ｐ（ｔ）を含み、加算器１９の出力信号「Ｆ」（すなわち、信号「Ｂ」−信号「Ｄ」）では、上帯のコピーが相殺され、信号が下帯のコピーＳ_ｎ（ω）または時間領域でのｓ_ｎ（ｔ）を含むためである。したがって、この状況では、上部スペクトルＳ_ｐ（ω）および下部スペクトルＳ_ｎ（ω）の信号は、明示的に入手可能であり、上記から既知のように、それぞれの複素共役Ｓ_ｎ（−ω）＝Ｓ_ｐ ^＊（ω）である。

次に、信号「Ｅ」および「Ｆ」は、乗算器２０において乗算される。時間領域での乗算は、周波数領域での畳み込みに対応する。したがって、混合周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_０に等しくなるように選択される図６の状況では、信号「Ｅ」と「Ｆ」（すなわち、ｓ_ｐ（ｔ）とｓ_ｎ（ｔ））とを乗算すると、

が与えられる。ＤＣ、Ω＝０において、これは、

を与え、これは、信号の電力である。したがって、混合周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しくなるように選択された場合、低域フィルタ２１において乗算器２０の出力を低域フィルタリングすることにより、拡散信号の電力に比例するＤＣ項（相関出力）が残る。雑音の場合、複素共役関係がなく、ＤＣ項はゼロである。これは、図４および図５の状況、すなわち、拡散スペクトル信号が存在するが、搬送周波数が混合周波数ω_０と異なる場合にも当てはまる。したがって、混合周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しくなるように選択された場合、ＤＣ項が生じるが、拡散スペクトル信号が、混合周波数ω_０に等しい搬送周波数に変調されていない場合、ＤＣ項はないことが分かる。したがって、拡散スペクトル信号の存在の指標が、明示的な逆拡散を必要とせずに得られる。

初期信号での任意の固定位相回転φは、出力に反映される（すなわち、出力の実部のみが考慮される場合、ｃｏｓ（２φ）関係が観察される）。したがって、低域フィルタリング後、複素領域において出力信号を考慮することが有利であろう。

さらに、局部発振器周波数ω_０が、搬送周波数ω_ｃとΔωだけ異なる場合、Δωについては相関出力があるが、ＤＣにおいてはない。低域フィルタ２１は、このシフトに対応すべきである。通常、拡散スペクトル信号（ＷＣＤＭＡのように）は、スペクトルでの固定搬送波割り振りを有するため、検出器は、信号を配置することができる場所について良好な知識を有することになる。ＲＦ搬送周波数をあまり正確に知る必要はない。

したがって、図２の回路は、拡散スペクトル信号が所与の周波数に存在するか否か、または換言すれば、この周波数が別のユーザによりすでに使用されているか否かを単純な方法で検出することができる。発振器１６はこの周波数に調整され、低域フィルタの出力は、拡散スペクトル信号がこの周波数に存在するか否かを直接示す。その周波数帯にわたって局部発振器周波数ω_０を掃引することにより、埋もれた拡散スペクトル信号を探して周波数帯を走査することも可能である。次に、拡散スペクトル信号が変調された各周波数で、ピーク値が低域フィルタ２１からの出力信号において生じ、次に、制御回路２４は、この信号を使用して、これら周波数を回避するように送信器１１を制御する。

上述したように、上帯と下帯との共役関係は、一次元信号の場合に保持される（実信号または固定位相だけ回転された信号）。多くの拡散スペクトルシステムは、複素変調を適用する（ＩおよびＱにおいて）。しかし、パイロットおよび／または同期チャネルは、一次元変調を使用する。例えば、ＷＣＭＤＡでは、Ｉ分岐およびＱ分岐上の拡散符号は同一であるため、プライマリ同期チャネル（Ｐ−ＳＣＨ）は一次元信号である。システムが機能するには、検出対象の信号は一次元（固定位相回転に対応可能）である必要がある。ビットレートでの事前回転が検出前に適用される場合、オフセットＱＰＳＫまたはπ／２ＢＰＳＫを適用する信号も検出することができる。受信器は拡散信号にロックされていないため、粗いレートしか仮定することができない。この結果、検出器の出力においてうなり周波数が生じる。

したがって、本発明は、逆拡散の必要なく拡散スペクトル信号の単純な検出を提供する。したがって、取得時間が長い複雑な受信器は必要ない。拡散信号の存在を正確に検出することができる低コストのコグニティブ無線（３〜１０ＧＨｚ帯で動作するＵＷＢ無線を含む）を構築することができる。

図２の回路では、ダウンコンバート直交信号「Ｃ」は、同相信号に位相シフトされ、続く信号処理は同相信号に対して実行される。それに代えて、ダウンコンバート同相信号「Ｂ」を直交信号になるように位相シフトさせ、次に、続く信号処理を直交信号に対して実行することも可能なことに留意する。より一般には、２つのミキサ１４および１５からの信号の加算および減算を可能にするには、信号が、複素領域において位相合わせされている必要があると言える。上述したように、これは、例えば、直交信号「Ｃ」を９０度回転させて、同相信号「Ｂ」にマッピングするか、または同相信号「Ｂ」を９０度回転させて、直交信号「Ｃ」にマッピングすることにより行うことができる。信号が＋９０度回転されるか、または−９０度回転されるかは、基本的な違いを生じさせず、符号が変わるだけの問題である。さらに、９０度異なる信号「Ｂ」および「Ｃ」を位置合わせする必要があるだけであるため、位相回転が＋９０度または−９０度異なるように、信号「Ｂ」および「Ｃ」のうちの一方を＋４５度回転させ、他方を−４５度回転させること、またはより一般には、一方をＸ度回転させ、他方をＸ−９０度（またはＸ＋９０度）回転させることも可能であり得る。一例として、図７は、信号「Ｂ」および「Ｃ」の位相シフトを除き、図２の回路と同様の回路２３を示す。この回路では、同相信号「Ｂ」は、位相シフタ２８において−４５度位相シフトされて、第１の位相シフト信号「Ｄ_１」を提供し、直交信号「Ｃ」は、位相シフタ２７において＋４５度位相シフトされて、第２の位相シフト信号「Ｄ_２」を提供する。位相シフト信号は、次に、図２について説明したように、加算器１８および１９において加算および減算される。しかし、信号のうちの一方を９０度だけ位相シフトすることは、必要な位相シフタが１つのみであるため、実装がより単純であることに留意する。

図８は、図２の検出器回路を使用して、所与の搬送周波数での拡散スペクトル信号の存在を突き止める方法をどのように実装できるかの一例を示すフローチャート１００を示す。ステップ１０１において、信号「Ａ」がアンテナ１２において受信され、この信号はそれぞれ、次に、ステップ１０２および１０３において、受信信号をｃｏｓ（ω_０ｔ）およびｓｉｎ（ω_０ｔ）と混合することにより、同相信号「Ｂ」および直交信号「Ｃ」にダウンコンバートされる。但し、ω_０は、拡散スペクトル信号の存在をチェックすべき周波数に対応する局部発振器１６の周波数である。次に、ダウンコンバート直交信号「Ｃ」は、ステップ１０４において９０度位相シフトされて、図２に関連して上述したように、位相シフト（ここでは、同相）信号「Ｄ」が得られる。上述したように、信号「Ｂ」および「Ｃ」のうちの一方または両方の位相シフトは、信号が複素領域において位相合わせされる限り、別様に実行されてもよい。

ステップ１０５において、ダウンコンバート同相信号「Ｂ」およびダウンコンバート位相シフト信号「Ｄ」は、加算器１８において加算されて、和信号「Ｅ」が得られ、同様に、ステップ１０６において、同じ信号が、加算器１９において互いから減算されて、差信号「Ｆ」が得られる。上述したように、局部発振器周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しい場合、和信号「Ｅ」は、変調拡散スペクトル信号の上帯のベースバンド版を提供し、それに対応して、差信号「Ｆ」は、変調拡散スペクトル信号の下帯のベースバンド版を提供する。局部発振器周波数ω_０がこのような搬送周波数に等しくない場合、これは当てはまらない。したがって、上帯および下帯は、ω_０がこのような搬送周波数に等しい場合のみ抽出される。

次に、ステップ１０７において、信号「Ｅ」および「Ｆ」は、乗算器２０において乗算され、次に、ステップ１０８において、乗算の結果は低域フィルタリングされる。上述したように、時間領域での乗算は、周波数領域での畳み込みに対応する。したがって、混合周波数ω_０が、拡散スペクトル信号が変調された搬送周波数ω_ｃに等しい場合、すなわち信号「Ｅ」および「Ｆ」が変調拡散スペクトル信号の上帯および下帯を表す場合、変調拡散スペクトル信号の上帯と下帯との複素共役関係により、低域フィルタ２１の出力においてＤＣ値が生じる。他の周波数の場合、信号「Ｅ」および「Ｆ」は相関せず、特定の雑音レベルを除き、信号は低域フィルタの出力において生じない。したがって、ＤＣ信号が低域フィルタの出力において測定された場合、これは、拡散スペクトル信号が対応する周波数に存在すること、または換言すれば、この周波数が別のユーザによりすでに占有されていることを示す。したがって、ステップ１０９において、この信号は、拡散スペクトル信号の存在のインジケータとして使用され、この信号を制御回路２４に供給することができ、次に、制御回路２４は、別のユーザによりすでに使用されている周波数を回避するように、送信器１１に命令する。

本発明の様々な実施形態を説明し図示したが、本発明はこれに限定されず、以下の特許請求の範囲において規定される主題の範囲内で他の方法で実現されてもよい。

Claims (14)

1. 無線周波信号の受信器（１０）において、所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出する方法であって、
   ・前記周波数範囲内の信号を受信するステップ（１０１）と、
   ・前記受信信号から、前記周波数範囲内の測定周波数（ω_０）のインジケーション信号を求めるステップと、
   ・前記求められたインジケーション信号を、前記測定周波数（ω_０）に等しい搬送周波数（ω_ｃ）を有する拡散スペクトル信号の存在の指標として使用するステップ（１０９）と
   を含む方法において、
   前記インジケーション信号を求めるステップが、
   ・前記受信信号を、前記測定周波数（ω_０）を有する局部生成された発振器信号と混合することにより、同相信号（Ｂ）および直交信号（Ｃ）を提供するステップ（１０２、１０３）と、
   ・前記同相信号および前記直交信号のうちの少なくとも一方を位相シフトさせて、２つの位相合わせ信号（Ｂ、Ｄ；Ｄ_１、Ｄ_２）を提供する、位相をシフトさせるステップ（１０４）と、
   ・前記位相合わせ信号の和信号（Ｅ）および前記位相合わせ信号の差信号（Ｆ）を生成するステップ（１０５、１０６）と、
   ・前記和信号を前記差信号で乗算して、積信号を提供するステップ（１０７）と、
   ・前記積信号を低域フィルタリングして、前記インジケーション信号を生成するステップ（１０８）と
   をさらに含むことを特徴とする、方法。
2. 前記位相をシフトさせるステップ（１０４）が、
   ・前記同相信号および前記直交信号のうちの第１の信号を位相シフトさせて、前記位相合わせ信号のうちの一方として位相シフト信号（Ｄ）を提供するステップと、
   ・前記同相信号および前記直交信号のうちの他方を、前記位相合わせ信号のうちの他方として使用するステップと
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記位相をシフトさせるステップ（１０４）が、前記直交信号（Ｃ）を９０度位相シフトさせて、同相信号として前記位相シフト信号（Ｄ）を提供することを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. ・拡散スペクトル信号の可能な搬送周波数である特定の１つの周波数として、前記測定周波数（ω_０）を選択するステップと、
   ・前記求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号がこの特定の周波数に存在するか否かの指標として使用するステップと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ・拡散スペクトル信号の可能ないくつかの搬送周波数を含む周波数帯にわたり前記測定周波数（ω_０）を掃引するステップと、
   ・前記求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号が存在する、前記周波数帯内の周波数の指標として使用するステップと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記求めるステップの前に、ビットレートでの事前回転を提供するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 該方法の前記ステップが超広帯域受信器で実行されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 所与の周波数範囲内の拡散スペクトル信号の存在を検出するように構成された無線周波信号の受信器（１０）であって、
   ・前記周波数範囲内の信号を受信する手段（１２）と、
   ・前記受信信号から、前記周波数範囲内の測定周波数（ω_０）のインジケーション信号を求める回路（１３）と、
   ・前記求められたインジケーション信号を、前記測定周波数（ω_０）に等しい搬送周波数（ω_ｃ）を有する拡散スペクトル信号の存在の指標として使用するように構成された制御回路（２４）と
   を備える受信器において、
   前記求める回路（１３）が、
   ・前記受信信号を、前記測定周波数（ω_０）を有する局部生成された発振器信号と混合することにより、同相信号（Ｂ）および直交信号（Ｃ）を提供するように構成されたミキサ（１４、１５）と、
   ・前記同相信号および前記直交信号のうちの少なくとも一方を位相シフトさせて、２つの位相合わせ信号（Ｂ、Ｄ；Ｄ_１、Ｄ_２）を提供するように構成された位相シフト手段（１７；２７、２８）と、
   ・前記位相合わせ信号の和信号（Ｅ）および差信号（Ｆ）を生成するように構成された加算器（１８、１９）と、
   ・前記和信号を前記差信号で乗算して、積信号を提供するように構成された乗算回路（２０）と、
   ・前記積信号をフィルタリングして、前記インジケーション信号を提供するように構成された低域フィルタ（２１）と
   を備えることを特徴とする、受信器。
9. 前記位相シフト手段が、
   ・位相シフタ（１７）において前記同相信号および前記直交信号のうちの第１の信号を位相シフトさせて、前記位相合わせ信号のうちの一方として、位相シフト信号（Ｄ）を提供し、
   ・前記同相信号および前記直交信号のうちの他方を、前記位相合わせ信号のうちの他方として使用する
   ように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の受信器。
10. 前記位相シフタ（１７）が、前記直交信号（Ｃ）を９０度位相シフトさせて、同相信号として前記位相シフト信号（Ｄ）を提供するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の受信器。
11. ・前記測定周波数（ω_０）を、拡散スペクトル信号の可能な搬送周波数である特定の１つの周波数として選択し、
    ・前記求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号がこの特定の周波数に存在するか否かの指標として使用する
    ようにさらに構成されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の受信器。
12. ・拡散スペクトル信号の可能ないくつかの搬送周波数を含む周波数帯にわたり前記測定周波数（ω_０）を掃引し、
    ・前記求められたインジケーション信号を、拡散スペクトル信号が存在する前記周波数帯内の周波数の指標として使用する
    ようにさらに構成されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の受信器。
13. 前記求めるステップの前に、ビットレートでの事前回転を提供するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の受信器。
14. 超広帯域受信器であることを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の受信器。

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