JP2012191592A - Cognitive radio communication system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cognitive radio communication system that can save traffic to a control station and bands used even when secondary systems increase.SOLUTION: A cognitive radio communication system includes: a control station 30 for controlling the entire system; a primary system 10 for preferentially establishing radio communication; and a plurality of secondary systems 20 for detecting the presence of the primary system 10 and notifying the detection result to the control station 30 to establish such radio communications so as not to interfere with the radio communication by the primary system 10. The control station 30 identifies when necessary a secondary system 20 that is incapable of cooperative detection in detecting the presence of the primary system 10, and rejects the detection result notification therefrom.

Description

本発明は、コグニティブ無線通信システムに関し、特にセカンダリシステムが増加した場合においても制御局への通信量並びに使用する帯域を節約することが可能なコグニティブ無線通信システムに関するものである。   The present invention relates to a cognitive radio communication system, and more particularly to a cognitive radio communication system capable of saving a communication amount to a control station and a band to be used even when the number of secondary systems increases.

アナログテレビからデジタルテレビへの移行に伴い、ある程度の周波数が開放されてそれらの周波数帯域が移動通信に使用されるようになっている。特に、新しい通信サービスや様々なアプリケーションが次々に実用化されている昨今において、この無線帯域の割り当ては細分化され、複雑なものとなっている。このようにして割り当てられた各通信サービスが無線帯域において混在している中で、更に新たな通信サービスをこの無線帯域に割り当てるのは徐々に困難になりつつある。   With the shift from analog TV to digital TV, some frequencies are released and those frequency bands are used for mobile communications. In particular, in recent years when new communication services and various applications are put into practical use one after another, the allocation of the radio band is subdivided and complicated. While the communication services allocated in this way are mixed in the radio band, it is gradually becoming difficult to allocate new communication services to the radio band.

近年において周波数の有効利用しつつ無線通信を行う方法としてコグニティブ(Cognitive)無線通信技術が近年において注目されている。コグニティブ無線通信とは、限定された周波数リソースを再活用してより効率的に周波数リソースを使用する技術である。即ち、コグニティブ無線通信によれば、セカンダリネットワークに属するデバイスは、プライマリネットワークにおいて使用されていない周波数リソースを周期的または非周期的にセンシングして使用可能な周波数リソースを認知し、認知された使用可能な周波数リソースを利用してデータを送受信するものである。   In recent years, a cognitive wireless communication technique has attracted attention as a method of performing wireless communication while effectively using frequencies. Cognitive radio communication is a technology that uses frequency resources more efficiently by reusing limited frequency resources. That is, according to cognitive radio communication, devices belonging to the secondary network recognize frequency resources that can be used by sensing frequency resources that are not used in the primary network periodically or aperiodically, and can be used. Data is transmitted / received using various frequency resources.

コグニティブ無線では、もともとある通信帯域を使用する優先ネットワーク(プライマリネットワーク)と、プライマリネットワークが使用していない周波数帯域や時間などを監視して、この情報をもとに通信を行うコグニティブシステム(セカンダリネットワーク)が存在する。基本的にはプライマリネットワークは、優先的に与えられた通信帯域を常に使用することが可能であり、例えばテレビシステム等がある。セカンダリネットワークは、プライマリネットワークに干渉を与えることなく、自システム内に属するデバイスによる通信を行う。セカンダリネットワークは、上述したプライマリネットワークとしてのテレビシステムに割り当てられている周波数を使用することが前提となる。この中でも、特にこのセカンダリネットワークでは、自身が判断して周波数を利用して通信を行うデバイスがあり、例えば自らの位置情報と、当該位置において利用可能なプライマリネットワークの周波数に関する情報を取得することができるデバイスがある。また、このセカンダリネットワークでは、このような位置情報やプライマリネットワークの周波数情報を取得することができない場合には、他のデバイスによる制御の下で通信を行うものもある。   In cognitive radio, a cognitive system (secondary network) that performs communication based on this information by monitoring the priority network (primary network) that uses the original communication band and the frequency band and time that the primary network does not use. ) Exists. Basically, the primary network can always use a preferentially assigned communication band, such as a television system. The secondary network performs communication by devices belonging to its own system without interfering with the primary network. The secondary network is premised on using a frequency allocated to the above-described television system as the primary network. Among these, especially in this secondary network, there is a device that performs communication using the frequency determined by itself. For example, it is possible to acquire the position information of itself and information on the frequency of the primary network that can be used at the position. There is a device that can. In addition, in this secondary network, when such position information and frequency information of the primary network cannot be acquired, there are some which perform communication under the control of another device.

コグニティブ無線通信では、以下の手順により通信を行う。先ず、セカンダリネットワークは、プライマリネットワークが無線通信を行っていない時間や、利用していない周波数帯域を検出する。次に、セカンダリネットワークは、自システムに属するデバイスによる通信によりプライマリネットワークの各デバイスが通信を行う上で干渉を与えないか否かを確認し、問題ないと判断した場合には、上記検出した周波数帯域又は時間により無線通信を行う。   In cognitive radio communication, communication is performed according to the following procedure. First, the secondary network detects a time when the primary network is not performing wireless communication and a frequency band that is not used. Next, the secondary network confirms whether or not each device in the primary network performs interference by communication by a device belonging to its own system. Wireless communication is performed according to bandwidth or time.

K.B. Letaief and W. Zhang, "Cooperative communications for cognitive radio networks," Proceeding of the IEEE, Vol. 97, No. 5, May 2009K.B. Letaief and W. Zhang, "Cooperative communications for cognitive radio networks," Proceeding of the IEEE, Vol. 97, No. 5, May 2009 E. Peh and Y.C. Liang, "Optimization for cooperative sensing in cognitive radio networks," IEEE WCNC 2007, pp. 27-32, Hong Kong, Mar 2007E. Peh and Y.C. Liang, "Optimization for cooperative sensing in cognitive radio networks," IEEE WCNC 2007, pp. 27-32, Hong Kong, Mar 2007 W. Zhang, R.K. Mallik, and K.B. Letaief, "Optimization of cooperative spectrum sensing with energy detection in cognitive radio networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 8, No. 12, pp. 5761-5766, Dec 2009W. Zhang, R.K. Mallik, and K.B. Letaief, "Optimization of cooperative spectrum sensing with energy detection in cognitive radio networks," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 8, No. 12, pp. 5761-5766, Dec 2009

ところで、このセカンダリネットワークによる周波数検出は、あくまでセカンダリネットワークが自ら通信を行うために空いている周波数チャネルを取得するために行うものである。しかしながら、プライマリネットワークの存在している中で、あえて空の周波数チャネルを取得できる可能性は、特にセカンダリネットワークの増大に伴って低下する。このため、かかるセカンダネットワークによるチャネル取得可能性は、セカンダリユーザ間で互いに協調することで大幅に改善することができる(例えば、非特許文献1参照。)。   By the way, the frequency detection by the secondary network is performed only to acquire an available frequency channel for the secondary network to communicate by itself. However, the possibility that an empty frequency channel can be acquired in the presence of the primary network decreases particularly with the increase of the secondary network. For this reason, the channel acquisition possibility by this second network can be significantly improved by cooperating with each other between secondary users (see, for example, Non-Patent Document 1).

セカンダリネットワークの数が多い場合において、もしそれぞれのセカンダネットワークが、各タイムスロットにおいてその周波数チャネルの検出結果を通知した場合に、互いに強調して行う周波数検出動作の時間は必然的に長くなってしまう。そして、制御局に検出結果の通知が集中する結果、かかる制御局の動作が複雑化し、また各セカンダリネットワークに周波数チャネルを割り当てると膨大な帯域幅が必要になる。これは、システム全体で必要になる通信量、エネルギー並びに使用する帯域幅の浪費にもつながる。   In the case where there are a large number of secondary networks, if each secondary network notifies the detection result of the frequency channel in each time slot, the time of frequency detection operation performed with emphasis on each other will inevitably become long. . As a result of the concentration of notifications of detection results in the control station, the operation of the control station becomes complicated, and if a frequency channel is assigned to each secondary network, a huge bandwidth is required. This also leads to wasted traffic, energy and bandwidth used throughout the system.

これに対して、実際に周波数検出の精度や効率は、より多くのセカンダネットワークからの情報の通知が無くてもそれほど影響を受けない点も報告されている(例えば、非特許文献2参照。)。この非特許文献2の開示技術では、逆に多くのセカンダリユーザからの情報の通知が無くても検出能力を向上させることができる点が示されている。また、検出結果を制御局に通知する上で、セカンダリシステムの作業パートを分担することによりエネルギーや帯域幅の消費を抑えることができる点も報告されている。   On the other hand, it has been reported that the accuracy and efficiency of frequency detection are not affected so much even if there is no notification of information from more secondary networks (see, for example, Non-Patent Document 2). . On the contrary, the disclosed technique of Non-Patent Document 2 shows that the detection capability can be improved without notification of information from many secondary users. In addition, it has been reported that, when notifying the detection result to the control station, the consumption of energy and bandwidth can be suppressed by sharing the work part of the secondary system.

更に、非特許文献3の開示技術によれば、周波数検出に強調的なセカンダリユーザを探索するための方法が示されている。しかしながら、周波数検出に強調的なセカンダリユーザの最適数を直接的に選択する方法は特に開示されていない。   Furthermore, according to the disclosure technique of Non-Patent Document 3, a method for searching for a secondary user that is emphasized in frequency detection is shown. However, a method for directly selecting an optimal number of secondary users that is emphasized in frequency detection is not particularly disclosed.

非特許文献2の開示技術では、全てのセカンダリネットワークに対して、プライマリユーザから受信した信号のSN比を制御局に通知することを要求しているが、セカンダリシステムの数が大きいときにおける周波数帯域検出の通知に関する問題点は、上述のとおりである。   In the disclosed technology of Non-Patent Document 2, it is required to notify the control station of the SN ratio of the signal received from the primary user for all secondary networks, but the frequency band when the number of secondary systems is large The problems related to the notification of detection are as described above.

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特にセカンダリシステムが増加した場合においても制御局への通信量並びに使用する帯域を節約することが可能なコグニティブ無線通信システム及び方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to save the communication amount to the control station and the bandwidth to be used even when the number of secondary systems increases. It is an object of the present invention to provide a cognitive radio communication system and method capable of performing the above.

本発明は、上述した課題を解決するために、システム全体を制御する制御局に対して、複数のセカンダリシステムからプライマリシステムにおける無線通信を妨害しないように自らの無線通信を行うためにそのプライマリシステムの存在の有無の検出結果を通知する際に、当該プライマリシステムの存在を検出する上で互いに協調して検出不能なセカンダリシステムを随時特定して、それからの上記検出結果の通知を受け付けないことを特徴とする   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a primary control system for performing its own wireless communication from a plurality of secondary systems so as not to interfere with the wireless communication in the primary system to a control station that controls the entire system. When notifying the detection result of the presence / absence of the presence of the primary system, it is necessary to identify the secondary system that cannot be detected in cooperation with each other in detecting the presence of the primary system, and not accept the notification of the detection result from there. Characterize

上述した構成からなる本発明によれば、特にセカンダリシステムが増加した場合においても制御局への通信量並びに使用する帯域を節約することが可能となる。   According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to save the communication amount to the control station and the band to be used even when the number of secondary systems increases.

本発明を適用したコグニティブ無線通信システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the cognitive radio | wireless communications system to which this invention is applied. 節約される帯域幅並びにエネルギーと、セカンダリシステムの数の関係を解析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having analyzed the relationship between the bandwidth and energy saved, and the number of secondary systems. SNの閾値と、セカンダリシステムの数の関係を解析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having analyzed the relationship between the threshold value of SN, and the number of secondary systems.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1は、本発明を適用したコグニティブ無線通信システム1の構成を示している。このコグニティブ無線通信システム1は、もともとある通信帯域を優先的に使用するプライマリシステム10と、プライマリシステム10が使用していない周波数帯域や時間などを監視して、この情報をもとに通信を行う複数のセカンダリシステム20と、コグニティブ無線通信システム1全体を制御する制御局30とを備えている。即ち、このセカンダリシステム20は、あくまでプライマリシステム10により使用されていない周波数帯域を選択的に使用して通信を行うものである。   FIG. 1 shows a configuration of a cognitive radio communication system 1 to which the present invention is applied. The cognitive radio communication system 1 monitors a frequency band and a time that are not used by the primary system 10 that preferentially uses a communication band, and performs communication based on this information. A plurality of secondary systems 20 and a control station 30 that controls the entire cognitive radio communication system 1 are provided. That is, the secondary system 20 performs communication by selectively using a frequency band that is not used by the primary system 10 to the last.

基本的にはプライマリシステム10は、優先的に与えられた通信帯域を常に使用することが可能であり、例えばテレビシステム等がある。セカンダリシステム20は、プライマリシステム10に干渉を与えることなく、自システム内に属するデバイスによる通信を行うことが前提となる。   Basically, the primary system 10 can always use a preferentially assigned communication band, such as a television system. The secondary system 20 is premised on performing communication by devices belonging to the own system without interfering with the primary system 10.

プライマリシステム10は、基地局12と、基地局12にアクセス可能なデバイス11とを備えている。   The primary system 10 includes a base station 12 and a device 11 that can access the base station 12.

デバイス11は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ(ノートPC)や、携帯電話等を初めとした各種携帯情報端末等で構成される。このデバイス11は、少なくとも基地局12との間で無線通信を行うことができ、更には基地局12を介して他のデバイス11との間で無線パケット通信を行うことができる。   The device 11 includes, for example, a notebook personal computer (notebook PC), various portable information terminals such as a mobile phone. The device 11 can perform wireless communication with at least the base station 12 and further can perform wireless packet communication with another device 11 via the base station 12.

基地局12は、デバイス11から送信されてくるビーコンを取得し、またデバイス11との間でリンクを確立するために、これらを互いに同期化させる役割を担う。また、この基地局12は、図示しないテレビジョン受像機に対して割り当てた周波数チャネルを利用し、電波を送信する。   The base station 12 is responsible for acquiring beacons transmitted from the device 11 and synchronizing them with each other in order to establish a link with the device 11. The base station 12 transmits radio waves using a frequency channel assigned to a television receiver (not shown).

複数のセカンダリシステム20も同様に自己のネットワーク内において基地局としての役割を担うコーディネータと、通信を行うデバイスとを備えている。   Similarly, the plurality of secondary systems 20 include a coordinator that serves as a base station in its own network and a device that performs communication.

仮にこのようなセカンダリシステム20に着目した場合において、プライマリシステム10が使用していない周波数帯域のチャネルを使用し、或いはプライマリシステム10が無線通信を行っていない時間帯において無線通信を行う。   If attention is paid to such a secondary system 20, a channel in a frequency band not used by the primary system 10 is used, or wireless communication is performed in a time zone when the primary system 10 is not performing wireless communication.

本発明では、複数のセカンダリシステム20からプライマリシステム10における無線通信を妨害しないように自らの無線通信を行うために、そのプライマリシステム10の存在の有無を検出する。このとき、当該プライマリシステム10の存在を検出する上で、セカンダリシステム20間で互いに協調して検出結果を制御局30へ報告する。しかしながら、他のセカンダリシステム20間で互いに協調して検出結果を報告することができないセカンダリシステム20が存在していた場合には、当該セカンダリシステム20を随時特定する。そして、制御局30は、その特定した互いに協調して検出結果を報告することができないセカンダリシステム20からの検出結果の通知を受けないように制御する。   In the present invention, the presence / absence of the primary system 10 is detected in order to perform wireless communication by itself so as not to interfere with wireless communication in the primary system 10 from the plurality of secondary systems 20. At this time, in detecting the presence of the primary system 10, the secondary system 20 reports the detection result to the control station 30 in cooperation with each other. However, when there is a secondary system 20 that cannot report a detection result in cooperation with each other among the other secondary systems 20, the secondary system 20 is identified as needed. Then, the control station 30 performs control so as not to receive the notification of the detection result from the secondary system 20 that cannot report the detection result in cooperation with each other.

具体的には、このセカンダリシステム20において、プライマリシステム10の存在を検出したときのSN比が、予め設定されたSN比の閾値よりも高い場合に1ビットの信号で構成される検出報告を制御局30に送信し、プライマリシステム10の存在を検出したときのSN比が、予め設定されたSN比の閾値以下の場合に1ビットの信号で構成される検出報告を制御局30に送信しないこととする。制御局30において、セカンダリシステム20から検出報告を受信しなかった場合には、当該セカンダリシステム20がプライマリシステム10の存在を検出しなかった旨を識別する。   Specifically, in this secondary system 20, when the SN ratio when the presence of the primary system 10 is detected is higher than a preset SN ratio threshold, a detection report composed of a 1-bit signal is controlled. The detection report composed of a 1-bit signal is not transmitted to the control station 30 when the SN ratio when transmitting to the station 30 and detecting the presence of the primary system 10 is equal to or less than a preset SN ratio threshold. And When the control station 30 does not receive a detection report from the secondary system 20, it identifies that the secondary system 20 has not detected the presence of the primary system 10.

本発明を適用したコグニティブ無線通信システム1において、互いにセカンダリシステム20間で互いに強調して周波数検出を行う場合、仮にセカンダリシステム20の数が多い場合には、制御局30に検出結果を各セカンダリシステム20から逐次報告することになれば、検出結果の通知が集中する結果、かかる制御局の動作が複雑化し、また各セカンダリシステム20に周波数チャネルを割り当てると膨大な帯域幅が必要になり、検出通知とトータルの時間が非常に長くなってしまう。   In the cognitive radio communication system 1 to which the present invention is applied, when frequency detection is performed with emphasis between the secondary systems 20, if the number of secondary systems 20 is large, the detection result is sent to the control station 30 for each secondary system. If the reports are sequentially reported from 20, the operation of the control station becomes complicated as a result of concentration of the notification of detection results, and if a frequency channel is allocated to each secondary system 20, a huge bandwidth is required, and the detection notification And the total time will be very long.

このため、本発明では、ORルールの下で、許容範囲内における周波数チャネル検出能力の低下を容認しつつ、あくまでセカンダリシステム20が増加した場合においても制御局30への通信量並びに使用する帯域を節約を可能とするものである。つまり、周波数検出結果を通知するセカンダリシステム20の数を抑制するものである。   Therefore, in the present invention, under the OR rule, while allowing the decrease in the frequency channel detection capability within the allowable range, the amount of communication to the control station 30 and the band to be used are limited even when the secondary system 20 increases. Savings are possible. That is, the number of secondary systems 20 that notify the frequency detection result is suppressed.

このとき、周波数検出結果を通知するセカンダリシステム20の数の抑制は、周波数チャネル検出を行う際に、互いに強調して周波数検出を行うことが不能なセカンダリシステム20を削除することにより行う。このとき、以下の方法により、プライマリシステム10の検出信号についてSN比の閾値を設定する。   At this time, the suppression of the number of secondary systems 20 that notify the frequency detection result is performed by deleting the secondary systems 20 that cannot perform frequency detection by emphasizing each other when performing frequency channel detection. At this time, the SN ratio threshold is set for the detection signal of the primary system 10 by the following method.

先ず互いに強調して周波数検出を行うために、周波数検出結果を制御局30へ通知するセカンダリシステム20の数の上限を決定する。これは、本発明を適用した周波数検出を行う上でのエラー可能性の最大許容範囲にも対応したものである。ここでいうエラー可能性は、周波数検出の機会損失と、互いに強調して制御局30に対して周波数検出結果を伝送することに関する損失(以下、伝達損失という。)の合計として定義される。   First, in order to emphasize each other and perform frequency detection, an upper limit of the number of secondary systems 20 that notify the control station 30 of the frequency detection result is determined. This also corresponds to the maximum allowable range of error possibility when performing frequency detection to which the present invention is applied. The error possibility here is defined as the sum of frequency detection opportunity loss and loss related to transmission of the frequency detection result to the control station 30 with emphasis on each other (hereinafter referred to as transmission loss).

ここで、本発明を適用したコグニティブ無線通信システム1において、上述のORルールと周波数エネルギー検出とが実行された場合において、互いに協力的に検出通知を行うN個のセカンダリシステム20は、プライマリシステム10の存在の検出有無を1ビットの信号で制御局30へ送信する。周波数検出後の各タイミングにおいてかかる信号を送信するのであれば、上述したエラー可能性は下記(1)式で与えられる。   Here, in the cognitive radio communication system 1 to which the present invention is applied, when the above-described OR rule and frequency energy detection are executed, the N secondary systems 20 that perform detection notification in cooperation with each other are the primary system 10. The presence / absence of presence / absence detection is transmitted to the control station 30 as a 1-bit signal. If such a signal is transmitted at each timing after frequency detection, the error possibility described above is given by the following equation (1).

・・・・・・・・・・・(1) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1)

ここでi=1、2、・・・・Nはセカンダリシステム20のインデックス番号であり、pm,iは、検出機会損失のであり、pf,iは、伝達損失である。ここでプライマリシステム10のSN比が密度関数f(γi)で与えられたとき、これらは下記式(2)、(3)で与えられる。 Here, i = 1, 2,... N is an index number of the secondary system 20, pm , i is a detection opportunity loss, and pf, i is a transmission loss. Here, when the SN ratio of the primary system 10 is given by the density function f (γ i ), these are given by the following equations (2) and (3).

・・・・・・・・・・・(2) ... (2)

・・・・・・・・・・(3) (3)

ここでλiは、エネルギーの閾値であり、γiは、i番目のセカンダリシステム20によって検出されたプライマリシステム10のSN比である。uは、時間−帯域幅を検出する因子であって、単純化するためのパラメータである。Γ(・)と、Γ(m,x)=∫x∞tm-1e-tdtは、完全ガンマ関数と、不完全ガンマ関数である。 Here, λ i is an energy threshold, and γ i is the SN ratio of the primary system 10 detected by the i-th secondary system 20. u is a factor for detecting the time-bandwidth, and is a parameter for simplification. Gamma and (·), Γ (m, x) = ∫ x ∞t m-1 e -t dt has a fully gamma function, incomplete gamma function.

また下記の式(4)は、MarcumのQ関数である。ここでIm-1(・)は、ベッセル関数の変形であり、m-1のオーダーである。 The following equation (4) is Marcum's Q function. Here, I m-1 (•) is a modification of the Bessel function and is in the order of m-1.

・・・・・・・・・・・(4) ···········(Four)

ORルールにおいては、一のセカンダリシステム20又は多くのセカンダリシステム20がプライマリシステム10を検出した結果、1ビットの信号で“1”を制御局30に通知した場合において、制御局30は、仮説“H1”(プライマリシステム10の検出が行われた旨)を決定する。それ以外の場合において、制御局30は、“H0”(プライマリシステム10の検出が行われなかった旨)の仮説を決定する。   In the OR rule, when one secondary system 20 or many secondary systems 20 detect the primary system 10 and notify the control station 30 of “1” with a 1-bit signal, the control station 30 H1 ″ (the detection that the primary system 10 has been detected) is determined. In other cases, the control station 30 determines a hypothesis of “H0” (that the primary system 10 has not been detected).

本発明において、プライマリシステム10のSN比の閾値(γT)を設定する。ORルール並びに周波数検出フェースにおいて、セカンダリシステム20において検出したプライマリシステム10のSN比がγTよりも高い場合のみにおいて周波数検出を行い、その後の期間においてセカンダリシステム20は、制御局30に対して1ビットで構成される検出結果の通知を行う。それ以外では、制御局30に対する検出結果の報告を行わない。1ビットで構成される検出結果の通知が制御局30に対して行われなかった場合、かかる制御局30は、かかる検出期間において、セカンダリシステム20においてプライマリシステム10の検出が行われなかった旨の判定“0”であることを判別する。エラー可能性の変化が、システムが許容できる上限より低いため、SNRの閾値γTが選択されることとなる。 In the present invention, the SN ratio threshold (γ T ) of the primary system 10 is set. In the OR rule and the frequency detection face, frequency detection is performed only when the SN ratio of the primary system 10 detected in the secondary system 20 is higher than γ T , and in the subsequent period, the secondary system 20 makes 1 to the control station 30. Notification of detection results consisting of bits is performed. In other cases, the detection result is not reported to the control station 30. When the notification of the detection result composed of 1 bit is not performed to the control station 30, the control station 30 indicates that the primary system 10 has not been detected in the secondary system 20 during the detection period. It is determined that the determination is “0”. Since the change in error probability is below the upper limit that the system can tolerate, the SNR threshold γ T will be selected.

本発明において、H0の仮説においては、プライマリシステム10による信号検出は行われないため、プライマリシステム10自身が通信を行っていないことが前提となる。このため、伝達損失は、SN比とは関係が無い。伝達損失の可能性はi番目のセカンダリシステム20においては、式(3)によって与えられる。しかしながら、H1の場合、プライマリシステム10が通信を行っているという前提となる。i番目のセカンダリシステム20においてH1は、γi>γTかつEi>λiである場合のみ、決定される。ここでEiは、i番目のセカンダリシステム20によって検出される周波数において集められるエネルギーである。本発明において提案される、受信失敗の可能性は、以下の(5)式によって与えられる。 In the present invention, the hypothesis of H0 is based on the assumption that the primary system 10 itself is not communicating because signal detection by the primary system 10 is not performed. For this reason, the transmission loss is not related to the SN ratio. The possibility of transmission loss is given by equation (3) in the i-th secondary system 20. However, in the case of H1, it is assumed that the primary system 10 is communicating. In the i-th secondary system 20, H1 is determined only when γ i > γ T and E i > λ i . Here, E i is the energy collected at the frequency detected by the i-th secondary system 20. The possibility of reception failure proposed in the present invention is given by the following equation (5).

・・・・・・・・・・・(5) ···········(Five)

セカンダリシステム20による制御局30への検出報告が少なくなるにつれて、制御局30における周波数検出のエラー可能性が悪化する。エラー可能性は、上述した伝達損失の増加に起因する。これは以下の(6)式によって与えられる。
・・・・・・・・・・・(6)
As the detection reports from the secondary system 20 to the control station 30 decrease, the possibility of error in frequency detection at the control station 30 deteriorates. The possibility of error is due to the increase in transmission loss described above. This is given by the following equation (6).
... (6)

ここで全てのセカンダリシステム20が、プライマリシステム10のSN比が同一であるものと仮定した場合に、(7)式は以下に変形される。   Here, when it is assumed that all the secondary systems 20 have the same SN ratio of the primary system 10, the equation (7) is modified as follows.

・・・・・・・・・・・(7) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (7)

N:セカンダリシステムの数、λ:エネルギー閾値、f(γ):SN比の確率密度関数。   N: number of secondary systems, λ: energy threshold, f (γ): probability density function of SN ratio.

即ち、この(7)式では、プライマリシステム10の存在を検出する上で互いに協調して検出不能なセカンダリシステム20を排除する際に、互いに協調して検出可能なセカンダリシステム20の数の上限を決定する上で、当該周波数検出を行う上でのエラー可能性εdの最大許容範囲に基づくものとし、上記SN比の閾値はγTは、上記εdに基づいて決定されるようにしている。 That is, in this equation (7), when the presence of the primary system 10 is detected and the secondary systems 20 that cannot be detected in cooperation with each other are excluded, the upper limit of the number of secondary systems 20 that can be detected in cooperation with each other is set. in terms of determining, and shall be based on the maximum allowable range of error possibilities epsilon d in performing the frequency detection threshold gamma T of the SN ratio is to be determined based on the epsilon d .

本発明では、プライマリシステム10におけるSN比の確率密度関数f(γ)、制御局30にけるエラー可能性の許容できる減少幅ε(例えばエラー可能性の上限)、セカンダリシステム20の数N、エネルギー閾値λ、が知られている状況下でSN比の閾値γTを探索するために使用することができる。 In the present invention, the probability density function f (γ) of the S / N ratio in the primary system 10, the allowable reduction range ε (for example, the upper limit of the error possibility) in the control station 30, the number N of the secondary systems 20, the energy It can be used to search for the SN ratio threshold γ T under circumstances where the threshold λ is known.

エネルギー閾値λは、各セカンダリシステム20が最小のエラー可能性であるという前提の下で、付加的な検出を仮定することによって探索される。
本発明において、提案されたスキームを評価するために使用されるメトリクスは、検出結果として、規格化された節約されるエネルギーと波長であり、以下の(8)式で与えられる。
The energy threshold λ is searched by assuming additional detection under the assumption that each secondary system 20 has the least error potential.
In the present invention, the metrics used to evaluate the proposed scheme are normalized and saved energy and wavelength as a detection result and are given by the following equation (8).

・・・・・・・・・(8) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (8)

即ち、このSN比の確率密度関数f(γ)の式(8)によって得られるpに基づいて、上述した通信を評価するメトリクスを提供するようにしてもよいことは勿論である。   That is, it is needless to say that the metrics for evaluating the communication described above may be provided based on p obtained by the equation (8) of the probability density function f (γ) of the SN ratio.

以下、本発明の実施例について、数値解析を例にとり説明をする。レイリーによって与えられたチャネルを仮定し、エネルギー閾値λが理想的な周波数検出を可能とする値(最小エラー可能性が達成される値)であるものと仮定する。レイリーによって与えられたチャネルにおいてプライマリシステム10のSN比の確率密度は、以下で与えられる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking numerical analysis as an example. Assume the channel given by Rayleigh and assume that the energy threshold λ is a value that allows ideal frequency detection (a value that achieves the minimum error probability). The probability density of the SNR of the primary system 10 in the channel given by Rayleigh is given by

・・・・・・・・・(9) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (9)

図2は、本発明を適用した場合において、ORルールにより強調的な周波数検出を行った場合における節約された帯域幅とエネルギーを示している。プライマリシステム10における平均SN比は、5〜10dBでセットされる。エラー可能性の変化の上限は、仮定されている。本発明を適用することにより、帯域幅とエネルギーが節約されるのが分かる。仮に10個のセカンダリシステム20が存在していたときに、SN比の平均(=ravg)が10dBであるとき、60%以上のエネルギーや帯域幅が節約される。また50個のセカンダリシステム20が存在していたとき、80〜90%ものエネルギーや帯域幅が節約される。 FIG. 2 shows the bandwidth and energy saved in the case where the frequency detection is emphasized by the OR rule when the present invention is applied. The average SN ratio in the primary system 10 is set at 5 to 10 dB. The upper limit for the change in error probability is assumed. It can be seen that applying the present invention saves bandwidth and energy. If there are 10 secondary systems 20 and the average SNR (= r avg ) is 10 dB, energy and bandwidth of 60% or more are saved. Moreover, when 50 secondary systems 20 exist, 80 to 90% of energy and bandwidth are saved.

図3は、プライマリシステム10におけるSN比の閾値におけるセカンダリシステム20の数量の依存性を調査した結果を示している。この図3では、プライマリシステム10のSN比の平均とエラー可能性の変化の上限をパラメータとしている。これらSN比の閾値は、上述した説明によって述べられている傾向が示されている。   FIG. 3 shows a result of investigating the dependency of the quantity of the secondary system 20 on the SN ratio threshold in the primary system 10. In FIG. 3, the average of the S / N ratio of the primary system 10 and the upper limit of the change in error probability are used as parameters. These SN ratio thresholds have the tendency described in the above description.

1 コグニティブ無線通信システム
10 プライマリシステム
11 デバイス
12 基地局
20 セカンダリシステム
30 制御局
1 Cognitive Radio Communication System 10 Primary System 11 Device 12 Base Station 20 Secondary System 30 Control Station

Claims (4)

システム全体を制御する制御局と、
優先的に無線通信を行うプライマリシステムと、
上記プライマリシステムにおける無線通信を妨害しないように自らの無線通信を行うために、プライマリシステムの存在の有無を検出して、その検出結果を上記制御局に通知する複数のセカンダリシステムとを備え、
上記制御局は、上記プライマリシステムの存在を検出する上で互いに協調して検出不能なセカンダリシステムを随時特定して、それからの上記検出結果の通知を受け付けないこと
を特徴とするコグニティブ無線通信システム。
A control station that controls the entire system;
A primary system for preferential wireless communication;
A plurality of secondary systems for detecting the presence or absence of the primary system and notifying the control station of the presence or absence of the primary system in order to perform wireless communication by itself so as not to interfere with wireless communication in the primary system,
The cognitive radio communication system characterized in that the control station specifies a secondary system that cannot be detected in cooperation with each other when detecting the presence of the primary system, and does not accept notification of the detection result therefrom.
上記セカンダリシステムは、上記プライマリシステムの存在を検出したときのSN比が、予め設定されたSN比の閾値よりも高い場合に1ビットの信号で構成される検出報告を上記制御局に送信し、上記プライマリシステムの存在を検出したときのSN比が、予め設定されたSN比の閾値以下の場合に1ビットの信号で構成される検出報告を上記制御局に送信しないこととし、
上記制御局は、上記セカンダリシステムから上記検出報告を受信しなかった場合には、当該セカンダリシステムが上記プライマリシステムの存在を検出しなかった旨を識別すること
を特徴とする請求項1記載のコグニティブ無線通信システム。
The secondary system transmits a detection report composed of a 1-bit signal to the control station when the SN ratio when the presence of the primary system is detected is higher than a preset SN ratio threshold, When the SN ratio when the presence of the primary system is detected is not more than a preset SN ratio threshold, a detection report composed of a 1-bit signal is not transmitted to the control station,
2. The cognitive system according to claim 1, wherein if the detection report is not received from the secondary system, the control station identifies that the secondary system did not detect the presence of the primary system. Wireless communication system.
プライマリシステムの存在を検出する上で互いに協調して検出不能なセカンダリシステムを排除する際に、上記互いに協調して検出可能なセカンダリシステムの数の上限を決定する上で、当該周波数検出を行う上でのエラー可能性εdの最大許容範囲に基づくものとし、
上記SN比の閾値はγTは、下記εdに基づいて決定されること
N:セカンダリシステムの数、λ:エネルギー閾値、f(γ):SN比の確率密度関数
を特徴とする請求項2記載のコグニティブ無線通信システム。
When detecting the presence of a primary system and eliminating secondary systems that cannot be detected in cooperation with each other, determining the upper limit of the number of secondary systems that can be detected in cooperation with each other, Based on the maximum allowable range of error probability ε d at
Threshold gamma T of the SN ratio, it is determined based on the following epsilon d
The cognitive radio communication system according to claim 2, wherein N: number of secondary systems, λ: energy threshold, and f (γ): probability ratio function of SN ratio.
下記SN比の確率密度関数f(γ)の式によって得られるpに基づいて、上述した通信を評価すること
を特徴とする請求項3記載のコグニティブ無線通信システム。
Evaluating the communication described above based on p obtained by the formula of probability density function f (γ) of the following SN ratio
The cognitive radio communication system according to claim 3.
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