JP2010541376A - Ｐｎフレームヘッダーを使用したｄｍｂ−ｔシステムのためのスペクトルセンシング - Google Patents

Ｐｎフレームヘッダーを使用したｄｍｂ−ｔシステムのためのスペクトルセンシング Download PDF

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Abstract

ＤＭＢ−Ｔ信号は、信号フレームを備える。信号フレームは、フレームヘッダーおよびフレーム本体を備える。ＤＭＢ−Ｔで定義された３つのフレームヘッダーモード（モード）があり、各モードの構造が異なる。異なるモードのフレームヘッダーは、ＰＮ（擬似雑音）系列を含み、これらは、ガードインターバルとして挿入される。ＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：地域無線ネットワーク）エンドポイントが、ＤＭＢ−Ｔ信号のフレームヘッダーに組み込まれたＰＮ系列をサーチすることによって、そのエリアにおいて可能なＤＭＢ−Ｔ信号についてスペクトルセンシングを実行する。

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には、例えば、地上放送、セルラー、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、衛星などの無線システムに関する。
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年９月２８日出願の米国特許仮出願第６０／９９５，７８１号明細書の利益を主張する。
ＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：地域無線ネットワーク）システムは、ＩＥＥＥ８０２．２２標準化団体で研究されている。ＷＲＡＮシステムは、非干渉ベースで、ＴＶ（テレビ）スペクトルにおいて未使用のＴＶブロードキャストチャネルを使用して、主な目的として、都市および都市近郊地にサービス提供するブロードバンドアクセス技術のものとほぼ同じ性能レベルで、地方および遠隔地、並びに人口密度が低くサービス提供が不十分な市場に対応するためのものである。さらに、ＷＲＡＮシステムは、スペクトルが利用可能な人口密度の高いエリアにサービスを提供するように、スケールすることもできる。ＷＲＡＮシステムの１つの目的は、ＴＶ放送と干渉しないことであるため、重要な手順は、ＷＲＡＮによってサービスが提供されるエリア（ＷＲＡＮエリア）にある認可されたＴＶ信号を確実かつ正確に感知することである。
米国において、ＴＶスペクトルは、現在、ＮＴＳＣ（全米テレビジョン放送方式標準化委員会）放送信号と共存するＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）放送信号を備える。ＡＴＳＣ放送信号は、ＤＴＶ（デジタルＴＶ）信号とも呼ぶ。現在、ＮＴＳＣ伝送は、２００９年に終了し、その時点で、ＴＶスペクトルは、ＡＴＳＣ放送信号のみを備える。しかし、世界の一部のエリアでは、ＡＴＳＣベースの伝送の代わりに、ＤＶＢ（デジタルビデオブロードキャスティング）ベースの伝送を使用することができる。例えば、ＤＴＶ信号は、ＤＶＢ−Ｔ（地上）を使用して送信することができる（例えば、非特許文献１参照）。ＤＶＢ−Ｔは、マルチキャリア伝送の形態を使用しており、すなわち、ＤＶＢ−Ｔは、ＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重）ベースである。
ＤＶＢ−Ｔに加えて、中国におけるＤＴＶ信号は、ＮＳＰＲＣデジタルマルチメディア放送−地上（ＤＭＢ−Ｔ）標準によって定められる（非特許文献２）。ＤＭＢ−Ｔシステムにおいて、ＴＤＳ−ＯＦＤＭ（時間領域同期ＯＦＤＭ）技術が採用されている。
ＥＴＳＩ ＥＮ ３００ ７４４ Ｖ１．４．１（２００１−０１），Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ）；Ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ "Ｆｒａｍｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，"ＮＳＰＲＣ，Ａｕｇｕｓｔ ２００７ Ｐ．Ｄｅｎｔ，Ｅ．Ｇ．Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ，ａｎｄ Ｔ．Ｃｒｏｆｔ，"Ｊａｋｅｓ Ｆａｄｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ，"Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１３，ｐｐ．１１６２−１１６３，Ｊｕｎｅ １９９３
上述したように、ＷＲＡＮシステムの１つの目的は、特定のＷＲＡＮエリアにあるＴＶ信号に干渉しないことであるため、ＳＮＲ（信号対雑音比）が非常に低い環境において、ＷＲＡＮシステムでは、ＤＭＢ−Ｔ放送（認可された信号）を検出することができることが重要である。
ＤＭＢ−Ｔ信号は、信号フレームを備える。信号フレームは、フレームヘッダーおよびフレーム本体を備える。ＤＭＢ−Ｔ標準で定義されたフレームヘッダーモード（モード）が３つあり、それぞれのモードごとに構造が異なる。異なるモードのフレームヘッダーは、ＰＮ（擬似雑音）系列を含み、これらは、上述したＤＶＢ−Ｔなど一般のＯＦＤＭ伝送に見られる巡回プレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）の代わりに、ガードインターバルとして挿入される。それぞれのモードごとに構造が異なるにもかかわらず、本発明の原理によれば、受信機は、いくつかのチャネルのうちの１つを選択し、選択されたチャネルにおいて信号をサーチすることによって、そのエリアにおいて可能なＤＭＢ−Ｔ信号のスペクトルセンシングを実行し、この信号は、複数のフレーム構造のうちの１つに従ってフォーマットされ、各フレーム構造は、擬似雑音系列を含む異なるフレームヘッダーモード、およびデータを含むフレーム本体を有し、サーチするステップは、信号が選択されたチャネルにあるかどうかを判定するために各フレームヘッダーモードにおいて擬似雑音系列をサーチする。
本発明の例示の実施形態において、受信機は、ＷＲＡＮ（地域無線ネットワーク）エンドポイントであり、受信機がサーチしている信号のタイプは、少なくとも３つの異なるフレーム構造を有するＤＭＢ−Ｔ信号である。
上記を考慮し、詳細な説明を読めば明らかになるように、他の実施形態および特徴も可能であり、本発明の原理内に含まれる。
ＤＭＢ−ＴフレームおよびＤＭＢ−Ｔフレームヘッダーを示す図である。 ＤＭＢ−ＴフレームおよびＤＭＢ−Ｔフレームヘッダーを示す図である。 本発明の原理による例示のＷＲＡＮシステムを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 図３のＷＲＡＮシステムで使用するための本発明の原理による例示のフローチャートを示す図である。 本明細書に記載した様々な方法のスペクトルセンシング性能グラフを示す図である。 本明細書に記載した様々な方法のスペクトルセンシング性能グラフを示す図である。 本明細書に記載した様々な方法のスペクトルセンシング性能グラフを示す図である。 本明細書に記載した様々な方法のスペクトルセンシング性能グラフを示す図である。 本明細書に記載した様々な方法のスペクトルセンシング性能グラフを示す図である。
発明の概念以外に、図示された要素は、よく知られており、詳しく説明しない。また、テレビ放送、受信機、およびビデオ符号化に精通していることを前提としており、ここでは詳しく説明しない。例えば、発明の概念以外に、ＮＴＳＣ（全米テレビジョン放送方式標準化委員会）、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅｓ）、ＳＥＣＡＭ（ＳＥｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｕｌｅｕｒ Ａｖｅｃ Ｍｅｍｏｉｒｅ）、ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）、中国デジタルテレビシステム（ＧＢ）２０６００−２００６およびネットワーキング、例えばＩＥＥＥ８０２．１６、８０２．１１ｈなど、ＴＶ標準の現在の勧告および勧告案に精通していることを前提とする。ＤＶＢ−Ｔ放送信号についてのこれ以上の情報は、例えば、非特許文献１で見つけることができる。同様に、発明の概念以外に、８−ＶＳＢ（８レベル残留側波帯）、ＱＡＭ（直交振幅変調）、ＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重）またはＣＯＦＤＭ（符号化ＯＦＤＭ）、あるいはＤＭＴ（離散マルチトーン）などの送信概念、並びに低雑音ブロック、チューナー、復調器などのＲＦ（無線周波数）フロントエンドまたは受信機部、相関器、リークインテグレータ（ｌｅａｋ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）、および自乗器（ｓｑｕａｒｅｒ）などの受信機構成要素が想定される。同様に、発明の概念以外に、トランスポートビットストリームを生成するためのフォーマットおよび符号化の方法（ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）−２システム標準（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１））は、よく知られており、本明細書では説明しない。また、発明の概念は、従来のプログラミング技術を使用して実施することができ、よって、本明細書では説明しないことにも留意されたい。最後に、図面の類似の数字は、類似の要素を表す。
現在提案されている中国デジタルテレビジョンシステムにおいて、ＮＳＰＲＣ ＤＭＢ−Ｔ（デジタルマルチメディア放送−地上）標準（非特許文献２）は、ＳＣ（単一搬送波）変調モードおよびＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重）変調モードをサポートする受信機を定める。ＤＭＢ−Ｔシステムにおいて、ＴＤＳ−ＯＦＤＭ（時間領域同期ＯＦＤＭ）技術が採用されている。ＤＭＢ−Ｔ信号は、信号フレームが基本構成要素を提供する階層フレーム構造を備える。図１に、信号フレーム１０が示されている。信号フレーム１０は、フレームヘッダー１１およびフレーム本体１２を備える。フレームヘッダー１１は、異なる長さの３つのフレームヘッダーモードを有する。図１からわかるように、これらの長さは、４２０個、５９５個、または９４５個のシンボルである。フレーム本体１２は、３７８０個のシンボルを運び、そのうちの３６個のシンボルは、システム情報であり、３７４４個のシンボルは、データである。フレームヘッダーは、パイロット信号として働き、上述したＤＶＢ−Ｔなど一般のＯＦＤＭ伝送に見られる巡回プレフィックスの代わりに、ガードインターバルとしても使用されるＰＮ（擬似雑音）系列を含む。
図２に、異なる３つのフレームヘッダーモードが示されている。フレームヘッダーモード１（１１−１）は、前方同期部分（ｆｒｏｎｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）（２１）、ＰＮ２５５系列部分（ＰＮ２５５ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）（２２）、および後方同期部分（ｒｅａｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）（２３）を含む。前方（２１）および後方（２３）の同期は、ＰＮ２５５系列（２２）の巡回拡張（ｃｙｃｌｉｃ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）である。前方同期の長さは、８２シンボルであり、後方同期の長さは、８３シンボルである。フレームヘッダーモード１の場合、２２５個の信号フレームの１群がスーパーフレーム（図示せず）を形成し、これら２２５個のフレームは、同じ８次の線形シフトレジスタによって生成されるＰＮ系列を使用するが、異なる初期位相を有する。フレームヘッダーモード２（１１−２）は、１０次の最大長系列から切り取られるＰＮ５９５系列を備える。例えば、フレームヘッダーモード２（１１−２）は、長さ１０２３のＰＮ系列の最初の５９５シンボルで構成される。フレームヘッダーモード２の場合、２１６個の信号フレームの１群は、スーパーフレームを形成する。フレームヘッダーモード１とは異なり、すべてのフレームヘッダーが同じＰＮ５９５系列を含んでいる。最後に、フレームヘッダーモード３（１１−３）は、フレームヘッダーモード１（１１−１）の構造に似ている。フレームヘッダーモード３は、前方同期（４１）、ＰＮ５１１系列（４２）、および後方同期（４３）を備える。前方（４１）および後方（４３）の同期は、ＰＮ５１１系列（４２）の巡回拡張である。前方同期の長さは、２１７シンボルであり、後方同期の長さは、２１７シンボルである。フレームヘッダーモード３の場合、２００個の信号フレームの１群がスーパーフレームを形成し、これら２００個のフレームは、異なる初期位相を有し、同じ９次の線形シフトレジスタによって生成されるＰＮ系列を使用する。
上述したように、ＷＲＡＮシステムは、スペクトルにおいて未使用のブロードキャストチャネルを使用する。この点について、ＷＲＡＮシステムは、チャネルセンシング、またはスペクトルセンシングを実行し、ＷＲＡＮエリアにおいて、これらのブロードキャストチャネルのうちのどれが実際にアクティブ（または「現役」（ｉｎｃｕｍｂｅｎｔ））であるかを特定して、ＷＲＡＮシステムによって実際に使用することができるスペクトルの部分を特定する。この例では、各ブロードキャストチャネルを、対応するＤＭＢ−Ｔ放送信号に関連付けることができると想定する。ＤＭＢ−Ｔ信号は、いくつかのフレームヘッダーモードのうちの任意の１つによって送信することができるが、ＤＭＢ−Ｔ信号のフレームヘッダーに組み込まれたＰＮ系列をサーチすることによって、ＤＭＢ−Ｔ信号の存在を効率的に検出することがさらに可能であることに気付いた。特に、本発明の原理によれば、受信機は、いくつかのチャネルのうちの１つを選択し、選択されたチャネルにおいて信号をサーチすることによって、そのエリアにおいて可能なＤＭＢ−Ｔ信号のスペクトルセンシングを実行し、この信号は、複数のフレーム構造のうちの１つに従ってフォーマットされ、各フレーム構造は、擬似雑音系列を備える異なるフレームヘッダーモード、およびデータを備えるフレーム本体を有し、サーチするステップは、信号が選択されたチャネルにあるかどうかを判定するために各フレームヘッダーモードにおいて擬似雑音系列をサーチする。
次に図３を参照すると、本発明の原理を組み込むＷＲＡＮ（地域無線ネットワーク）システム１００の例が示されている。ＷＲＡＮシステム１００は、地理的エリア（ＷＲＡＮエリア）（図３には図示せず）にサービスを提供する。大まかに言えば、ＷＲＡＮシステムは、少なくとも１つのＢＳ（基地局）１０５を備え、基地局１０５は、１つまたは複数のＣＰＥ（顧客宅内機器）１５０と通信する。後者は、固定式でもよい。ＣＰＥ１５０およびＢＳ１０５はいずれも、無線エンドポイントを表す。ＣＰＥ１５０は、プロセッサベースのシステムであり、図３の破線の四角の形態で示されるプロセッサ１９０およびメモリ１９５によって表されるように、１つまたは複数のプロセッサおよび関連のメモリを含む。この文脈で、コンピュータプログラムまたはソフトウェアは、メモリ１９５に格納されて、プロセッサ１９０によって実行される。後者は、１つまたは複数の格納されたプログラム制御プロセッサを表し、これらは、送受信機能専用とする必要はなく、例えば、プロセッサ１９０は、ＣＰＥ１５０の他の機能を制御することもできる。メモリ１９５は、例えばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）など、任意の記憶装置を表し、ＣＰＥ１５０に内蔵および／または外付けされていてもよく、必要に応じて、揮発性および／または不揮発性である。アンテナ１１０および１５５を介したＢＳ１０５とＣＰＥ１５０との間の通信の物理層は、例えば送受信機１８５を介したＯＦＤＭベースであり、矢印１１１によって表される。ＷＲＡＮネットワークに入るために、ＣＰＥ１５０は、まず、ＢＳ１０５との「関連付け」を試みる。この試行中、ＣＰＥ１５０は、送受信機１８５を介して、ＣＰＥ１５０の能力に関する情報を、制御チャネル（図示せず）を介してＢＳ１０５に送信する。報告された能力は、例えば、最小および最大の送信電力、および送受信のための、サポートされている、または利用可能なチャネルリストを含む。この点について、ＣＰＥ１５０は、本発明の原理に従って、チャネルセンシングまたはスペクトルセンシングを実行して、どのＴＶチャネルがＷＲＡＮエリアにおいてアクティブでないかを特定する。次いで、結果として得られたＷＲＡＮ通信で使用するための利用可能チャネルリストがＢＳ１０５に提供される。後者は、上記の報告された情報を使用して、ＣＰＥ１５０をＢＳ１０５と関連付けることができるかどうかを判定する。
次に図４を参照すると、本発明の原理によるチャネルセンシングの実行に使用する例示のフローチャートが示されている。図４のフローチャートは、すべてのチャネルにわたって、またはＣＰＥ１５０が使用の可能性のために選択したチャネルのみにわたってＣＰＥ１５０によって実行することができる。好ましくは、チャネルにおいて現役の信号を検出するために、ＣＰＥ１５０は、検出期間中にそのチャネルでの送信を中断すべきである。この点について、ＢＳ１０５は、制御メッセージ（図示せず）をＣＰＥ１５０に送信することによって、静止期間（ｑｕｉｅｔ ｉｎｔｅｒｖａｌ）を予定することができる。ステップ２０５で、ＣＰＥ１５０は、（例えば、図３の送受信機１８５を介して）チャネルを選択する。この例では、チャネルは、ＷＲＡＮエリアにあるいくつかのブロードキャストチャネルのうちの１つであると想定される。ステップ２１０で、ＣＰＥ１５０は、選択されたチャネルをスキャンして、現役の信号があるかどうかをチェックする。特に、ＣＰＥ１５０は、可能なＤＭＢ−Ｔ信号のフレームヘッダーに組み込まれたＰＮ系列をサーチする（以下で詳述）ことによって、受信信号があるタイプの信号（例えばＤＭＢ−Ｔ信号）であるかどうかを判定する。現役の信号が検出されなかった場合、ステップ２１５で、ＣＰＥ１５０は、選択されたチャネルを、利用可能チャネルリスト（周波数使用マップ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｓａｇｅ ｍａｐ）とも呼ばれる）において、ＷＲＡＮシステムによって使用することができるものと示す。しかし、現役の信号が検出された場合、ステップ２２０で、ＣＰＥ１５０は、選択されたチャネルを、ＷＲＡＮシステムによって使用することができないものとマーク付けする。本明細書で使用する場合、周波数使用マップは、単に、１つまたは複数のチャネルおよびその部分を、図３のＷＲＡＮシステムにおいて利用可能または利用不可と特定する、例えば図３のメモリ１９５に格納されるデータ構造である。チャネルを利用可能または利用不可とマーク付けすることは、任意の数の方法で行うことができることに留意されたい。例えば、利用可能チャネルリストは、利用可能なチャネルのみを一覧表示し、その結果、他のチャネルを実質的に利用不可と示すことができる。同様に、利用可能チャネルリストは、利用不可のチャネルのみを示し、その結果、他のチャネルを実質的に利用可能と示すことができる。
フレームヘッダーに組み込まれるＰＮ系列をサーチすることによって、スペクトルセンシングを実行することに関して、最初に、フレームヘッダーモード２について説明する。フレームヘッダーモード２の場合、すべてのフレームヘッダーが同じＰＮ５９５系列を含んでいる。よって、ＰＮ５９５系列は、上述したように、ＰＮ系列全体の一部分にすぎないため、ＰＮ系列に関連する任意の特性を使用して、スペクトルセンシングを実行することは難しい。その結果、２つの連続する受信フレームヘッダーにおけるＰＮ５９５の相関は、フレームヘッダーモード２についてのスペクトルセンシングの実行への基本的なアプローチとして使用される。これは、本明細書では、ＰＮＣ（ＰＮ相関）法と呼ぶ。
ｒ［ｎ］＝ｙ［ｎ］＋ω［ｎ］ （１）
とし、ここで、ｒ［ｎ］は、異なるサンプルインデックスｎでの受信信号のサンプル、ｙ［ｎ］は、送信信号、ω［ｎ］は、ＡＷＧＮ（加法性白色ガウス雑音）である。ω［ｎ］がゼロ平均および分散
Figure 2010541376
を有する複素円対称ガウス確率変数（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｒａｎｄｏｍ ｖａｒｉａｂｌｅ）であると想定する。すべてのフレームヘッダーは、同じＰＮ５９５系列を含むため、２つの連続するフレームヘッダーの相関は、ピーク振幅を生成すると予測することができる。このアプローチの後、フレームヘッダーモード２のＰＮＣ法について、以下の決定統計量が定義される。
Figure 2010541376
ここで、
Figure 2010541376
である。パラメータＭ2＝Ｎ＋Ｌ2は、フレームヘッダーモード２の信号フレームの長さであり、ここで、Ｌ2は、フレームヘッダーのサイズ（５９５シンボル）、Ｎは、フレーム本体のサイズ（３７８０シンボル）、Ｓ2は、スペクトルセンシングを実行するために使用される信号フレームの数である。
式（２）において、タイミング情報が不足しているため、Ｍ2の可能な初期フレームサンプリングインスタンスが試行されることに留意されたい。すべてのトライアルにわたる最大振幅が決定統計量として使用される。式（２）で定義された検出器は、完全なタイミング情報を有する検出器に比べて次善である。しかし、式（２）で定義された動作検出器の性能は、完全なタイミング情報を有する検出器の性能によって境界付けられる。よって、これは、本明細書に記載したすべての検出器の誤検出確率の下限を導出するために使用することができる。
本発明の原理による他のフレームヘッダーモードの検出の説明を続ける前に、ここで、誤検出の確率の一般的な説明および導出について説明する。特に、ｔ（ｎ0）を、ｎ0を初期フレームサンプル時間インスタンス（ｉｎｉｔｉａｌ ｆｒａｍｅ ｓａｍｐｌｅ ｔｉｍｅ ｉｎｓｔａｎｃｅ）として使用する検出器の決定統計量とし、ｔ（ｎ0）は、複素確率変数であると想定する。
Figure 2010541376
とし、ここで、
Figure 2010541376
は、適正な初期フレームサンプル時間インスタンスである。ゆえに、
Figure 2010541376
は、完全なタイミング情報を有する検出器の決定統計量である。ここで、
Figure 2010541376
を、タイミング情報を欠く検出器の決定統計量とする。次いで、特別な条件の使用無しに、すべての可能な初期フレームサンプル時間インスタンスの全数サーチ（ｅｘｈａｕｓｔｉｖｅ ｓｅａｒｃｈ）が使用される。したがって、ｔ（ｎ0）が決定統計量として使用され、タイミング情報が利用不可であるとき、決定統計量
Figure 2010541376
を有する検出器は、一般の検出器の構造である。
Figure 2010541376
の検出性能は、
Figure 2010541376
の検出性能によって境界付けられる。この点について、
Figure 2010541376
についての両方の仮説Ｈ1（信号＋雑音）およびＨ0（雑音のみ）の確率分布関数は、次のように得られると想定する。
Figure 2010541376
ここで、
Figure 2010541376
は、平均μおよび分散σ2の複素ガウス分布を示す。ゆえに、確率変数
Figure 2010541376
は、仮説Ｈ0の場合、レイリー分布、仮説Ｈ1の場合、ライス分布である。次いで、誤り検出ＰFAの特定の確率について、対応する閾値
Figure 2010541376
は、
Figure 2010541376
によって得られ、誤検出確率の対応する確率
Figure 2010541376
は、
Figure 2010541376
によって得られ、ここで、関数
Figure 2010541376
は、自由度２および
Figure 2010541376
の非心カイ二乗分布の右裾の確率である。関数
Figure 2010541376
は、第１種０次変形ベッセル関数である。次いで、式（６）で計算された誤検出確率は、
Figure 2010541376
を決定統計量として使用する検出器の誤検出確率の性能の下限である。
次に、
Figure 2010541376
とし、ここで、
Figure 2010541376
は、適正な初期フレームサンプル時間インスタンスである。次いで、中心極限定理から、十分大きいＳ2Ｌ2について、両方の仮説Ｈ1（信号＋雑音）およびＨ0（雑音のみ）の
Figure 2010541376
の確率分布関数は、円対称複素ガウス分布
Figure 2010541376
に近付き、ここで、パラメータ
Figure 2010541376
は、受信信号フレームヘッダーの平均エネルギーである。次いで、式（９）のパラメータを式（５）および（６）に代入することによって、フレームヘッダーモード２についてのＰＣＮ検出器の誤検出確率の下限を得ることができる。
次にフレームヘッダーモード１および３を参照し、かつ図２を簡単に参照すると、これらのフレームヘッダーモードについて、フレームヘッダーは、ＰＮ系列およびその巡回拡張を含む。したがって、フレームヘッダーモード１では、フレームヘッダーの最初の１６５シンボルは、フレームヘッダーの最後の１６５シンボルの反復である。同様に、フレームヘッダーモード３では、フレームヘッダーの最初の４３４シンボルは、フレームヘッダーの最後の４３４シンボルの反復である。フレームヘッダーモード１および３の検出の場合、これら２つの成分の相関を使用して、スペクトルセンシングを実行する。これは、本明細書では、巡回拡張相関（ｃｙｃｌｉｃ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ：ＣＥＣ）法と呼ぶ。この点について、ＣＥＣ法に使用するための以下の決定統計量が定義される。
Figure 2010541376
Figure 2010541376
ここで、Ｃ1＝１６５（Ｃ3＝４３４）は、巡回拡張されたシンボルの数であり、Ｇ1＝２５５（Ｇ3＝５１１）は、フレームヘッダーモード１（モード３）のＰＮ系列の長さである。パラメータＭi＝Ｎ＋Ｌiは、フレームヘッダーモードｉの信号フレームの長さであり、ｉ＝１，３である。
同様に、誤検出確率の下限に関して、
Figure 2010541376
とし、ここで、
Figure 2010541376
は、適正な初期フレームサンプル時間インスタンスである。次いで、中心極限定理から、十分大きいＳiＣiについて、両方の仮説Ｈ1およびＨ0の
Figure 2010541376
の確率分布関数は、複素ガウス分布に近付く。
Figure 2010541376
この場合も、式（１２）のパラメータを式（５）および（６）に代入することによって、フレームヘッダーモード１および３についてのＣＥＣ検出器の誤検出確率の下限を得ることができる。
上記を考慮して、図５に、図４のステップ２１０を実行するための例示のフローチャートが示されている。ステップ２５０で、ＣＰＥ１５０は、フレームヘッダーモード２について、ＰＮＣテストを実行する。フレームヘッダーモード２が検出されない場合、ＣＰＥ１５０は、ステップ２５５で、フレームヘッダーモード１のＣＥＣテストを実行する。同様に、フレームヘッダーモード１が検出されない場合、ＣＰＥ１５０は、ステップ２６０で、フレームヘッダーモード３のＣＥＣテストを実行する。フレームヘッダーモード３が検出されない場合、現役の信号が検出されておらず、上述したように、実行は、図４のステップ２１５に進む。しかし、ステップ２５０、２５５、または２６０のいずれかにおいて、それぞれのタイプのフレームヘッダーが検出された場合、上述したように、実行は、図４のステップ２２０に進む。図５に示されるフレームヘッダーチェックは、便宜的に上述したものと同じ順序で示されているが、これは必須ではなく、フレームヘッダーチェックは、本発明の原理に従って任意の順序で実行することができることに留意されたい。
次に図６を参照すると、図５のステップ２５０を実行する例示のフローチャートが示されている。ステップ２７０で、フレームヘッダーモード２について、上記のＰＮＣ法が行われる。特に、ＣＰＥ１５０は、上述したようにＴpnc,2の最大値（式（２））を求め、次いで、Ｔpnc,2の値を、実験的に決定することができる閾値と比較する（ステップ２７５）。Ｔpnc,2の値が閾値より大きい場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号があると想定する。しかし、Ｔpnc,2の値が閾値以下である場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号がないと想定する。
次に図７を参照すると、図５のステップ２５５を実行する例示のフローチャートが示されている。ステップ２８０で、フレームヘッダーモード１について、上記のＣＥＣ法が行われる。特に、ＣＰＥ１５０は、上述したようにＴcec,1の最大値（式（１０））を求め、次いで、Ｔcec,1の値を、実験的に決定することができる閾値と比較する（ステップ２８５）。Ｔcec,1の値が閾値より大きい場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号があると想定する。しかし、Ｔcec,1の値が閾値以下である場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号がないと想定する。
続いて図８を参照すると、図５のステップ２６０を実行する例示のフローチャートが示されている。ステップ２９０で、フレームヘッダーモード３について、上記のＣＥＣ法が行われる。特に、ＣＰＥ１５０は、上述したようにＴcec,3の最大値（式（１０））を求め、次いで、Ｔcec,3の値を、実験的に決定することができる閾値と比較する（ステップ２９５）。Ｔcec,3の値が閾値より大きい場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号があると想定する。しかし、Ｔcec,3の値が閾値以下である場合、ＤＭＢ−Ｔ放送信号がないと想定する。
フレームヘッダーモード２でのＰＮ相関法を、上述したＣＥＣ法の代わりに、フレームヘッダーモード１および３に適用することもできることに留意されたい。フレームヘッダーモード１および３について、スーパーフレームにおける信号フレームヘッダーは、異なる初期位相を有し、同じ線形シフトレジスタによって生成されるＰＮ系列を使用する。これらのＰＮ系列は、互いの巡回シフトである。スーパーフレームの信号フレームごとのＰＮ系列の初期位相は、ＮＳＰＲＣ、すなわち上述した非特許文献２に列挙されている。コンピュータの検証後、ＰＮ系列は、以下の構造を有することがわかった。第１の信号フレームにおけるＰＮ系列を基準ＰＮ系列とし、Ｐi（ｌ）を、フレームヘッダーモードｉの基準ＰＮ系列に対してｌ桁だけ巡回的に右にシフトされるＰＮ系列とする。次いで、フレームヘッダーモード１について、以下の関係が成り立つ。
Figure 2010541376
ここで、Ｆ1（ｌ）は、フレームヘッダーモード１のｌ番目の信号フレームに使用されるＰＮ系列である。同様に、フレームヘッダーモード３について、以下の関係が成り立つ。
Figure 2010541376
ここで、Ｆ3（ｌ）は、フレームヘッダーモード３のｌ番目の信号フレームに使用されるＰＮ系列である。
スーパーフレームの信号フレームに使用されるＰＮ系列は、それぞれフレームヘッダーモード１および３についての式（１３）および（１４）で得られるルールに従うが、ＰＮ系列に関連付けられている特性、およびこれらのルールを使用して、フレームヘッダーモード１および３におけるＰＮ系列の相関を使用してスペクトルセンシングを実行することは、依然として容易ではない。というのは、１つおきの信号フレームにおけるＰＮ系列が常に巡回的に右または左にシフトされるとは限らないからである。しかし、中央の２つの信号フレームを除いて、１つおきの信号フレームのＰＮ系列の巡回シフトは、１桁右または１桁左のいずれかである。ゆえに、フレームヘッダーモード１およびフレームヘッダーモード３では、ＰＮＣ法に関連付けられている以下の決定統計量は、次の通り定義される。
Figure 2010541376
ここで、
Figure 2010541376
である。
フレームヘッダーモード１および３のフレームヘッダーにおけるＰＮ系列の巡回拡張のために、初期サンプルが、フレームヘッダーモード１（モード３）の最初の１６５（４３４）シンボルから得られる限り、ＰＮ２５５（ＰＮ５１１）系列全体を得ることができることに留意されたい。したがって、Ｍi個の可能な初期フレームサンプリング時間インスタンスにわたるサーチの代わりに、Ｃi−１によって均等に分けられる
Figure 2010541376
ポイントを試行するだけでよい。上の表記法では、関数
Figure 2010541376
は、ｂ以上の最も小さい整数である。これらのポイントのうちの１つがフレームヘッダーモード１（モード３）の最初の１６５（４３４）シンボル内に入ることは、容易にわかる。マルチパスチャネルの場合、このアプローチは、完全に正しいというわけではない。しかし、巡回拡張の長さが無線チャネルのＲＭＳ遅延スプレッド（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ ｄｅｌａｙ−ｓｐｒｅａｄ）よりかなり大きい限り、性能は、それほど低下しない。
この場合も、誤検出確率の下限に関して、
Figure 2010541376
ｉ＝１，３とし、ここで、
Figure 2010541376
は、適正な初期フレームサンプル時間インスタンスである。次いで、中心極限定理から、十分大きいＳiＣiについて、両方の仮説Ｈ1およびＨ0の
Figure 2010541376
の確率分布関数は、円対称複素ガウス分布に近付く。
Figure 2010541376
次いで、式（１７）のパラメータを式（６）に代入することによって、フレームヘッダーモード１およびフレームヘッダーモード３についてのＰＮＣ検出器の誤検出分布の下限を得ることができる。
上記で誤検出確率の下限の導出に使用された用語に従い、ｔ（ｎ0）を、ｎ0を初期フレームサンプル時間インスタンスとして使用する検出器の決定統計量とする。雑音のみの存在に対応する仮説Ｈ0では、確率変数ｔ（ｎ0）は、円対称ガウス確率変数である。時間インスタンスの間の確率変数ｔ（ｎ0）は同じであるが、必ずしも独立した分布であるとは限らない。ゆえに、確率変数
Figure 2010541376
を、結合的にレイリー分布される。任意の共分散行列を有する４つを超える確率変数の結合レイリー分布は、依然として未解決の研究課題であるが、確率変数ｔ（ｎ0）が独立していると想定することによって、適切な近似を求めることができる。したがって、誤り検出ＰFAの特定の確率について、対応する閾値
Figure 2010541376
は、
Figure 2010541376
によって得られ、ここで、
Figure 2010541376
は、確率変数間の独立の近似を考慮に入れるために人為的に追加された発見的補正係数（ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）であり、Ｗは、試行された時間インスタンスの数である。
上記を考慮して、図９に、図４のステップ２１０を実行するための例示のフローチャートが示されており、３つのフレームヘッダーモードすべてにＰＮＣ法が使用されている。ステップ２５０で、ＣＰＥ１５０は、上述したように（また図６に示されるように）、フレームヘッダーモード２についてＰＮＣテストを実行する。フレームヘッダーモード２が検出されない場合、ＣＰＥ１５０は、ステップ３６５で、フレームヘッダーモード１のＰＮＣテストを実行し、すなわち、Ｔpnc,1の値を求め（式（１５））、これを閾値と比較して、フレームヘッダーモード１が検出されたかどうかを判定する。同様に、フレームヘッダーモード１が検出されない場合、ＣＰＥ１５０は、ステップ３７０で、フレームヘッダーモード３のＰＮＣテストを実行し、すなわち、Ｔpnc,3の値を求め（式（１５））、これを閾値と比較して、フレームヘッダーモード３が検出されたかどうかを判定する。フレームヘッダーモード３が検出されない場合、現役の信号が検出されておらず、上述したように、実行は、図４のステップ２１５に進む。しかし、ステップ２５０、３６５、または３７０のいずれかにおいて、それぞれのタイプのフレームヘッダーが検出された場合、上述したように、実行は、図４のステップ２２０に進む。この場合も、図９に示されるフレームヘッダーチェックは、便宜的に上述したものと同じ順序で示されているが、これは必須ではなく、フレームヘッダーチェックは、本発明の原理に従って任意の順序で実行することができることに留意されたい。
本明細書に記載したスペクトルセンシング方法案の性能は、コンピュータシミュレーションを介して例証されている。誤り検出の確率およびセンシング時間は、それぞれ０．０１および５０ｍｓに設定される。シミュレートされたチャネル環境は、定常状態のマルチパスレイリーチャネルおよび１．２４ｌｓ（９．３７サンプル）に等しいＲＭＳ遅延スプレッドのマルチパスレイリーフェーディングチャネルである。ここで、定常状態マルチパスレイリーフェーディングチャネルの各パスに、一定のパス利得を掛ける。したがって、単一パスごとに、その包絡線は一定であり、レイリーフェーディングは、これらのパスの合計のために起こる。マルチパスレイリーフェーディングチャネルでは、各単一パスの包絡線の分布は、レイリー分布であり、各パスのチャネル利得は、ジェイクフェーディングモデルによって生成される（例えば、非特許文献３参照）。フレームヘッダーモード２では、図１０に示されるように、０．１に等しい誤検出の確率（ＰMD）は、ＳＮＲが、マルチパスレイリーフェーディングチャネルでは−１８．８ｄＢ、および定常状態チャネルでは−１９．８ｄＢのときに達成される。フレームヘッダーモード１では、図１１（ＣＥＣ法）および図１２（ＰＮＣ法）に示されるように、ＣＥＣ法およびＰＮＣ法の性能は、ほぼ同じである。０．１に等しいＰMDは、ＳＮＲが、マルチパスレイリーフェーディングチャネルでは−１６ｄＢ、定常状態チャネルでは−１７．２ｄＢであるとき達成される。フレームヘッダーモード３では、図１３（ＣＥＣ法）および図１４（ＰＮＣ法）に示されるように、ＣＥＣ法は、ＰＮＣ法より効率が良い。０．１に等しいＰMDは、ＳＮＲが、マルチパスレイリーフェーディングチャネルでは−１８．５ｄＢ、定常状態チャネルでは−１８ｄＢであるとき達成される。すべての図１０〜１４において、定常状態チャネルの性能は、下限を性能の適切な予測として使用することができることを示す理論上の下限に近い。
上述したように、ＤＭＢ−Ｔシステムのスペクトルセンシングは、ＰＮフレームヘッダーを使用して実行される。シミュレーション結果は、提案されたスペクトルセンサーが、わずか５０ｍｓのセンシング時間を使用して、ＳＮＲが非常に低い環境で機能することができることを示す。さらに、本明細書に記載された誤検出確率の下限は、スペクトルセンシング性能の適切な予測である。
上記を考慮して、上記は単に本発明の原理を示しており、したがって、本明細書では明示的に記載されていないが、当業者は、本発明の原理を組み込み、その趣旨および範囲内に含まれる多数の代替構成を考案することができることを理解されたい。例えば、個別の機能要素の文脈で示されているが、これらの機能要素は、１つまたは複数のＩＣ（集積回路）に組み込むことができる。さらに、本発明の原理は、例えば、衛星、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、セルラーなど、他のタイプの通信システムに適用可能である。実際に、発明の概念も固定式または移動式の受信機に適用可能である。ゆえに、例示の実施形態に非常に多くの変更を加えることができること、および添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の構成を考案することができることを理解されたい。

Claims (20)

  1. 受信機での使用のための方法であって、
    いくつかのチャネルの１つを選択することと、
    前記選択されたチャネル上の信号をサーチすることであって、前記信号が複数のフレーム構造の１つに従ってフォーマットされ、各フレーム構造が擬似雑音系列を備える異なるフレームヘッダーモード、およびデータを備えるフレーム本体を有することと
    を備え、前記サーチすることは、前記信号が前記選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記フレームヘッダーモードの各々において前記擬似雑音系列をサーチすることを特徴とする方法。
  2. 前記信号は、デジタルマルチメディア放送−地上テレビジョン信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数のフレーム構造は、少なくとも３つであり、
    前記第１のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、前方同期部分、擬似雑音系列部分、および後方同期部分を備え、前記前方同期部分および前記後方同期部分の両方は、前記擬似雑音系列部分の巡回拡張であり、
    前記第２のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、擬似雑音系列部分を備え、
    前記第３のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、前方同期部分、擬似雑音系列部分、および後方同期部分を備え、前記前方同期部分および前記後方同期部分の両方は、前記擬似雑音系列部分の巡回拡張であり、前記第３のフレーム構造の前記前方同期部分、後方同期部分、および擬似雑音系列部分が前記第１のフレーム構造のものとは異なる場合であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記サーチすることは、
    （ａ）巡回拡張相関を実行することによって、前記第１のフレーム構造および前記第３のフレーム構造をサーチすることと、
    （ｂ）擬似雑音相関を実行することによって、前記第２のフレーム構造をサーチすることと
    を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. ステップ（ａ）および（ｂ）は各々、
    決定統計量を決定することと、
    前記信号が選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記決定統計量を閾値と比較することと
    を備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記第１のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第３のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第２のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記サーチすることは、
    擬似雑音相関を実行することによって前記フレーム構造の各々をサーチすることを備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  8. 前記サーチすることは、
    決定統計量を決定することと、
    前記信号が選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記決定統計量を閾値と比較することと
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記第１のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第３のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第２のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 現役の信号がない場合に前記選択されたチャネルが使用のために利用可能であることを示す利用可能チャネルリストをマーク付けすること
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. いくつかのチャネルの１つを選択するのに使用するための送受信機と、
    前記選択されたチャネル上の信号をサーチするのに使用するためのプロセッサであって、前記信号が複数のフレーム構造のうちの１つに従ってフォーマットされ、各フレーム構造が擬似雑音系列を備える異なるフレームヘッダーモード、およびデータを備えるフレーム本体を有する、プロセッサと
    を備え、前記プロセッサは、前記信号が前記選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記フレームヘッダーモードの各々において前記擬似雑音系列をサーチすることを特徴とする装置。
  12. 前記信号は、デジタルマルチメディア放送−地上テレビジョン信号であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 前記複数のフレーム構造は、少なくとも３つであり、
    前記第１のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、前方同期部分、擬似雑音系列部分、および後方同期部分を備え、前記前方同期部分および前記後方同期部分の両方は、前記擬似雑音系列部分の巡回拡張であり、
    前記第２のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、擬似雑音系列部分を備え、
    前記第３のフレーム構造において、前記フレームヘッダーモードは、前方同期部分、擬似雑音系列部分、および後方同期部分を備え、前記前方同期部分および前記後方同期部分の両方は、前記擬似雑音系列部分の巡回拡張であり、前記第３のフレーム構造の前記前方同期部分、後方同期部分、および擬似雑音系列部分が前記第１のフレーム構造のものとは異なる場合であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  14. 前記プロセッサは、（ａ）巡回拡張相関を実行することによって、前記第１のフレーム構造および前記第３のフレーム構造をサーチし、（ｂ）擬似雑音相関を実行することによって、前記第２のフレーム構造をサーチすることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  15. 前記プロセッサは、各フレーム構造について決定統計量を決定し、前記信号が選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記決定統計量を閾値と比較することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 前記第１のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第３のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第２のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
  17. 前記プロセッサは、擬似雑音相関を実行することによって前記フレーム構造の各々をサーチすることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  18. 前記プロセッサは、決定統計量を決定し、前記信号が選択されたチャネル上にあるかを判定するために前記決定統計量を閾値と比較することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  19. 前記第１のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第３のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     前記第２のフレーム構造について、前記決定統計量は、
    Figure 2010541376
     であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
  20. 信号が前記プロセッサによって検出されない場合に前記選択されたチャネルが使用のために利用可能であることを示す利用可能チャネルリストを格納するためのメモリ
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
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