JP2012199946A - 無線チャネル内の伝送信号の存在を検知するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未使用周波数帯を無免許無線オペレーションに使用するため、無線スペクトル・チャネル内の伝送信号の存在を検知する。
【解決手段】信号の周波数は第１の周波数から第２の周波数に変換される。第２の周波数を有する信号は第２の周波数の帯域内にない信号を削除するためにフィルタされる。信号の平均ピリオドグラムが計算される。平均ピリオドグラムの値は閾値と比較される。平均ピリオドグラムの値が閾値を超える場合に、伝送信号の存在が検知される。
【選択図】図３

Description

本開示は、一般的に通信及び無線通信関連技術に関する。さらに具体的には、本開示は、無線チャネル内の伝送信号の存在を検知するためのシステム及び方法に関する。

無線通信ネットワークは、音声、パケット・データ、ブロードキャスト等のような種々のタイプのサービスを提供するために広く展開される。例えば、これらの無線ネットワークは、符号分割多元接続２０００（ＣＤＭＡ２０００）ネットワーク、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）及びワールドワイド・インターオペラビリテイ・フォア・マイクロウエーブ・アクセス（Worldwide Interoperability for Microwave Access）（ＷｉＭＡＸ）ネットワークを含む。

各無線ネットワークは、空中通信をサポートするための特定の無線インターフェースを利用し、そして、典型的にはローミング及び高度のサービスをサポートする特定のモバイル・ネットワークング・プロトコルをさらに実行する。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡネットワークは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線インターフェース及びＧＳＭ(登録商標) ＥＤＧ無線アクセス・ネットワーク（ＧＥＲＡＮ）ネットワーク・プロトコルを利用する。

上記に引用された電気通信基準は、音声及び／又はデータを送信するために実行されてもよい種々の通信システムのうちのいくつかのものの例である。これらのシステム内では、複数のチャネルが、複数のタイプの送信によって利用されるために利用可能でありうる。これらのシステム内のデバイスは、未使用のスペクトルを識別する目標でこれらのチャネルの周波数スペクトルをスキャンしてもよいが、周波数スペクトルを使用するあるタイプの送信は検知されないかも知れない。そのため、無線チャネル内の伝送信号の存在を検知するための改善されたシステム及び方法によって利益が実現されうる。

図１は本システム及び方法の１つの例によるネットワーク構成を示す。 図２は、ユーザ・デバイスの他の例を示すブロック図である。 図３は、チャネルが許可された送信によって占有されるかどうかを決定する方法の１つの例を示す流れ図である。 図３Ａは、図３に示された方法に対応するミーンズ・プラス・ファンクション・ブロックを示す。 図４は、第１の周波数信号の第２の周波数信号への変換を示すプロセスの一例である。 図５は、第２の周波数信号の複素ベースバンド信号への変換を示すプロセスの一例である。 図６は、第２の周波数信号の複素ベースバンド信号への変換を示すプロセスの他の例である。 図７は平均ピリオドグラムを計算する１つの例を示すプロセスである。 図８は、無線デバイスで利用されうる種々のコンポーネントを示す。

詳細な説明

無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するための方法。信号の周波数は、第１の周波数から第２の周波数に変換される。第２の周波数を有する信号は、第２の周波数の帯域内にない信号を除去するためにフィルタされる。信号の平均ピリオドグラム（averaged periodogram）が計算される。平均ピリオドグラムの値が閾値と比較される。平均ピリオドグラムの値が閾値を越えると、伝送信号の存在が検知される。

無線スペクトル・チャネル内の伝送信号の存在を検知するための無線デバイスも記述される。無線デバイスは、プロセッサ及びそのプロセッサと電子的に連通したメモリを含む。そのメモリに命令が格納される。信号の周波数は、第１の周波数から第２の周波数に変換される。第２の周波数を有する信号は、第２の周波数の帯域内にない信号を除去するためにフィルタされる。信号の平均ピリオドグラムが計算される。平均ピリオドグラムの値が閾値と比較される。平均ピリオドグラムの値が閾値を超える場合に、伝送信号の存在が検知される。

無線スペクトル・チャネル内の伝送信号の存在を検知するように構成される装置も記述される。その装置は、信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するための手段、及び第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために、第２の周波数を有する信号をフィルタ（filtering）するための手段を含んでいる。その装置はさらに、信号の平均ピリオドグラムを計算するための手段を含んでいる。その装置は、平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するための手段、及び平均ピリオドグラムの値が閾値を超える場合に、伝送信号の存在を検知するための手段をさらに含んでいる。

無線スペクトル・チャネル内の伝送信号の存在を検知するためのコンピュータ・プログラム製品も記述される。コンピュータ・プログラム製品は、命令を有するコンピュータ読取り可能媒体を含んでいる。その命令は、信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するためのコード、及び第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために、第２の周波数を有する信号をフィルタするためのコードを含んでいる。その命令はさらに、信号の平均ピリオドグラムを計算するためのコードを含んでいる。その命令は、平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するためのコード、及び平均ピリオドグラムの値が閾値を超える場合に、伝送信号の存在の検知のためのコードをさらに含んでいる。

コグニテイブ無線（cognitive radio）は、無線周波数スペクトルにおける未使用周波数帯を識別する目的で、無線周波数（ＲＦ）スペクトルをスキャンする。未使用周波数帯は、無免許無線オペレーションに使用されてもよい。未使用の周波数帯を識別するためにＲＦスペクトルをスキャンするプロセスは、下記のように「スペクトル検知」（"spectrum sensing"）と呼ばれてもよい。いくつかの例では、ある地理的な領域における未使用テレビ（ＴＶ）チャネルは無免許のコグニテイブ無線オペレーションのために利用される。これらの未使用のＴＶチャネルは、下記のように「空白」（"whitespace"）と呼ばれることが多い。

米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）は、これらの地理的に未使用のＴＶチャネルで稼動する無線地域エリアネットワークに対する標準を作成するためにワーキング・グループ（すなわち、IEEE 802.22）を結成した。ＩＥＥＥ標準は、これらの未使用のＴＶチャネルの識別のためのコグニテイブ無線技術を含んでいる。あるＴＶチャネルを占有しうるいくつかの可能な許可された送信が存在する。これらの送信のいくつかの例は、アナログＴＶ、高画質テレビシステム委員会（ＡＴＳＣ）デジタルＴＶ、プロ用ワイヤレスマイクロホン、等を含む。１つの例では、ＴＶチャネルは、許可された送信がある電力閾値より上であれば、占有されていると判断され、そうでなければ、そのＴＶチャネルは、占有されていないと判断され、従って、無許可の無線使用に対して利用可能である。本システム及び方法は、ＡＴＳＣテレビ放送によって占有されていないＴＶチャネルを識別する方法について記述する。

コグニテイブ無線（cognitive radio）は、スペクトルをスキャンし、かつ許可された送信からの信号の存在を感知する能力を有する。コグニテイブ無線は、低いＳＮ比（ＳＮＲ）の信号の存在を検知する。その理由は、コグニテイブ無線はフェージング位置（faded location）にあっても、許可された送信を検知できることである。ＩＥＥＥ８０２．２２ＷＲＡＮは、約−２１デシベル（ｄＢ）ＳＮＲに対応する−１１６ｄＢｍでＡＴＳＣ送信（以下、「ＡＴＳＣ信号」）からの信号を検知させる検知条件を含む。従って、ＡＴＳＣ信号は、雑音レベルより２１ｄＢだけ弱い。

ＡＴＳＣ信号は、弱いＡＴＳＣ信号を検知するためにコグニテイブ無線が使用してもよいいくつかの特徴を含んでいる。これらの特徴のうちの１つは、正弦波パイロット信号を含む。このパイロット信号は、ＡＴＳＣ信号のデータ部分より１１．３ｄＢだけ弱い。従前のシステム及び方法は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）フィルタでパイロット信号の周波数をフィルタリングし、そして、ＡＴＳＣ信号の存在を検知するために、得られた信号の電力を使用することを示唆しているが、このような手法は、上述したＩＥＥＥ８０２．２２の検知条件を満たさない。本システム及び方法は、ＳＮＲがＩＥＥＥ８０２．２２ワーキング・グループによって条件付けられた−２１ｄＢのＳＮＲよりさらに低い、ＡＴＳＣ送信のような許可された送信によってどのＴＶチャネルが占有されるかを決定する方法について記述する。

図１は、本システム及び方法の１つの例によるネットワーク・コンフィギュレーション１００を示す。コンフィギュレーション１００は、複数の基地局１１０、１１２、１１４、１１６、１１８及び複数のユーザ・デバイス１０８Ａ〜１０８Ｋを含んでいる。ユーザ・デバイス１０８Ａ〜１０８Ｋは、コグニテイブ無線デバイス、無線デバイス、移動局、等であってもよい。コンフィギュレーション１００はさらに、複数のサービス・エリア１５０、１５２、１５４、１５６、１５８を含んでいる。第１のサービス・エリア１５０は、第１の基地局１１０及び複数のユーザ・デバイス１０８Ａ〜１０８Ｋを含んでいる．第１のサービス・エリア１５０は、第２のサービス・エリア１５２、第３のサービス・エリア１５４、第４のサービス・エリア１５６及び第５のサービス・エリア１５８とオーバーラップしてもよい。図示のように、いくつかのユーザ・デバイスは、異なるサービス・エリアとオーバーラップするサービス・エリアに位置してもよい。

複数の基地局１１０、１１２、１１４、１１６、１１８は、それらの各サービス・エリアに位置したユーザ・デバイスにサービスを提供してもよい。例えば、第１の基地局１１０は、第１のサービス・エリア１５０内に位置するユーザ・デバイスにサービスを提供しかつそれらのユーザ・デバイスとの通信を行なってもよい。複数のユーザ・デバイス１０８Ａ〜１０８Ｋのそれぞれは、１つ又は複数の基地局１１０、１１２、１１４によって利用される周波数の帯域、ならびに他のユーザ・デバイスによって使用される周波数をスキャンしてもよい。２つのサービス・エリア間のオーバーラップ・エリアに位置するユーザ・デバイスは、オーバーラップ・エリアにおいてサービスを提供する各基地局によって利用される周波数帯域をスキャンしてもよい。ユーザ・デバイスのそれぞれはまた、チャネルが許可された送信によって占有されているか否かを検知してもよい。例えば、各ユーザ・デバイスは、ＴＶチャネルが許可されたＡＴＳＣ送信によって現在占有されているか否かを検知してもよい。占有されていないチャネルは、ユーザ・デバイス１０８Ａ〜１０８Ｋによる無許可の無線オペレーションに使用されてもよい．
１つの例では、ＡＴＳＣ信号は、６メガヘルツ（ＭＨｚ）のＴＶチャネルを占有する。ＴＶチャネルは、低い超短波（ＶＨＦ）帯域における５４ＭＨｚから極超短波（ＵＨＦ）帯域における６９８ＭＨｚまでの範囲であってもよい。正弦波パイロット信号は、信号の無線周波数（ＲＦ）信号への変換及びその信号の送信に先立って、ＡＴＳＣベースバンド信号に挿入されてもよい。パイロット信号の周波数は、使用されているＴＶチャネルの下側の帯域エッジに関して特定されてもよい。使用されてもよい複数の異なるパイロット周波数が存在してもよい。１つの例では、正確なパイロット周波数は外部条件によって決定される。例えば、正確なパイロット周波数は、同じ地理的エリアに存在するテレビ信号に基づいて決定されてもよい。２つの可能なパイロット周波数は下記であってもよい：

図２は、ユーザ・デバイス２０８の他の例を示すブロック図である。ユーザ・デバイス２０８は、コグニテイブ無線、無線局、ユーザ装置（ＵＥ）、等であってもよい。周波数変換器２０２は、受信高周波信号を正弦波局部発振器で混合することにより、受信高周波信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換してもよい。６ＭＨｚのＩＦ帯域の下側の帯域エッジに関して、ＩＦへの変換の後の受信信号のパイロット周波数は、送信で使用される同じ値であるが、受信機局部発振器（ＬＯ）周波数におけるどんな誤差でもパイロット周波数の未知のシフトを生ずるおそれがある。ＬＯが±δパーツ・パー・ミオリオン（ｐｐｍ）内まで正確である場合には、ＬＯ周波数誤差は下記によって与えられうる。

ＬＯ周波数ｆ_０はＲＦ周波数とＩＦ周波数の間の差であってもよい。

ＡＴＳＣ信号については、ＬＯ周波数ｆ_０は７００ＭＨｚ未満であってもよい。従って、最悪のケースでは、ＬＯ周波数誤差は下記であってもよい。

ＬＯ周波数誤差の結果として、ＩＦにおける（及び続いてベースバンドにおける）パイロット周波数ｆ_ｐは下記の間の範囲である。

２ｐｐｍ（δ＝２）の精度を有する非常に正確なＬＯの場合には、パイロット周波数、ｆｐ、は下記の間の範囲である。

従って、ほぼ下記のＩＦにおけるパイロット周波数不確定性がある。

ＡＴＳＣ信号に挿入されたパイロット信号の周波数は、式５によって与えられるパイロット周波数不確定性より大きい帯域幅を含む周波数であるべきである。

信号フィルタ２０４は、変換された周波数信号からどんな帯域外信号もフィルタするために使用されてもよい。１つの例では、信号変換器２０６はＩＦ信号を複素信号に変換する。その結果生じた複素信号は、ＡＴＳＣパイロット信号を捕らえるために信号フィルタ２０４によってフィルタされてもよい。平均ピリオドグラムを生成するためにピリオドグラム生成器２０８が利用されてもよい。電力スペクトル推定器２１０は、平均ピリオドグラムを使用して複素信号の電力スペクトルを推定してもよい。検定統計量比較器（test statistic comparator）２１２は、平均ピリオドグラムの値を所定の閾値と比較してもよい。平均ピリオドグラムの値が閾値を超える場合には、ＡＴＳＣ信号が特定のＴＶチャネルに存在すると決定されてもよい。言いかえれば、その特定のＴＶチャネルは許可された送信によって既に占有されていると決定されてもよい。

図３は、チャネルが許可された送信によって占有されるかどうか判断するための方法３００の１つの例を示す流れ図である。１つの例では、チャネルはＴＶチャネルであり、そして、許可された送信はＡＴＳＣ送信である。信号の周波数は、第１の周波数から第２の周波数に変換されてもよい３０２。例えば、高周波信号はＩＦ信号に変換されてもよい。その信号は、局部発振器（ＬＯ）及びＲＦミキサを使用して、変換されてもよい３０２。第２の周波数を有する信号は、フィルタされてもよい３０。１つの例では、ＩＦ信号は帯域外信号を除去するためにフィルタされる３０４。第２の周波数を有する信号は、複素ベースバンド信号に変換されてもよい３０６。その複素ベースバンド信号もフィルタされてもよい。１つの例では、複素ベースバンド信号の平均ピリオドグラムが計算される３０８。さらに、複素ベースバンド信号の電力スペクトルの評価も平均ピリオドグラムに基づいて計算される。平均ピリオドグラムは閾値と比較されてもよい３１０。比較３１０の結果は、チャネルが許可された送信によって占有されているか占有されていないかを決定する。

上述された図３の方法は、図３Ａに示されたミーンズプラスのファンクション・ブロックに対応する種々のハードウェア及び／又はソフトウェア・コンポーネント及び／又はモジュールによって行なわれてもよい。言いかえれば、ブロック、図３Ａに示されたブロック３１０Ａによる３０２Ａは、図３に示されたミーンズ・プラス・ファンクション・ブロック３０２〜３１０に対応する。

図４は、第１の周波数信号４０２の第２の周波数信号４１0への変換を示すプロセスの１つの例である。第１の周波数信号４０２は、ＲＦ信号であってもよく、ミキサ４０６（ＲＦミキサのような）に提供される。第１の周波数信号４０２は、局部発振器４０８によって提供される正弦波信号と混合されてもよい。正弦波信号は、ｃｏｓ（２πｆ_ＬＯ１ｔ）であってもよい。ただし、局部発振器４０８の周波数、ｆ_ＬＯ１、は第１の周波数と第２の周波数（すなわち、ＲＦとＩＦ）の差である。第２の周波数信号４１０を生成するために、フィルタされていない第２の周波数信号が信号フィルタ４０４によってフィルタされてもよい。信号フィルタ４０４は、いかなる帯域外信号もフィルタする６ＭＨｚのＩＦ帯域通過フィルタであってもよい。

図５は、第２の周波数信号５１０の複素ベースバンド信号５１４及び５１６への変換を示すプロセス５００の１つの例である。プロセス５００は、低速アナログ・デジタル変換（ＡＤＣ）及びアナログ・フィルタリングを実行してもよい。第２の周波数信号５１０は、第１の局部発振器５０８Ａからの正弦波信号と混合されるために第１のミキサ５０６Ａに送られてもよい。第１の局部発振器からの正弦波信号はｃｏｓ（２πｆ_ＬＯ２ｔ）であってもよい。第２の周波数信号５１０はまた、第２の局部発振器５０８Ｂからの正弦波信号と混合されるために第２のミキサ５０６Ｂに送られてもよい。第２の局部発振器５０８Ｂからの正弦波信号は、ｓｉｎ（２πｆ_ＬＯ２ｔ）であってもよい。

下記は、周波数、ｆ_ＬＯ２を決定するためのプロセスの１つの例を提供する。１つの例では、２つの可能なＡＴＳＣパイロット周波数（上記テーブル１に示された）の中間の周波数が直流（ＤＣ）信号の周波数に変換される。ＤＣ信号は周波数ｆ＝０である。２つのＡＴＳＣパイロット周波数の中間の周波数は、下記によって与えられる。

ｆ_ＩＦのＩＦ周波数が特定されうる。ＩＦ周波数の１つの例は５．３８ＭＨｚであってもよいが、他のＩＦ周波数が特定されてもよい。前述のように、ＡＴＳＣパイロットは、６ＭＨｚのＴＶチャネルの下側の帯域エッジから参照される。式６から計算された中間の周波数及びＩＦ周波数、ｆＩＦ、に基づいて、ＩＦ信号から複素ベースバンド信号への変換のための局部発信器５０８Ａ、５０８Ｂの周波数は下記のとおりである。

フィルタされていない混合信号は、ＡＴＳＣパイロット信号を捕らえるのに十分に広い帯域幅を有する低域フィルタを備えた信号アナログ・フィルタ５０４Ａ、５０４Ｂによってフィルタされる。低域通過アナログ・フィルタの帯域幅は、下記では「ＢＷ」と呼ばれてもよい。１つの例では、実際のＢＷは、式５における上記のパイロット周波数不確定性より広くなるように選択される。フィルタされた複素信号は、少なくともＢＷ Ｈｚのサンプル・レートでアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５１２Ａ、５１２Ｂによってサンプリングされてもよい。いくつかの例では、サンプル・レートはＢＷより大きい。複素信号５１４の同相成分及び複素信号５１６の直交成分は、プロセス５００の出力であってもよい。

図６は、第２の周波数信号６１０の複素ベースバンド信号６２０及び６２２への変換を示すプロセス６００の他の例である。図５で記述されたプロセス５００とは対照的に、図６に示されているプロセス６００は、高速ＡＤＣ及びデジタル・フィルタリングを実行してもよい。許可された送信（例えばＡＴＳＣ送信）を検知するために同じ回路が使用されてもよいので、他の主信号（primary signals）を検知するために高速アナログ・デジタル変換が実行される場合に、プロセス６００は使用されてもよい。

第２の周波数信号６１０は、発振器６０８Ａからの正弦波信号と混合されるために第１のミキサ６０６Ａに提供されてもよい。第１の局部発振器６０８Ａからの正弦波信号はｃｏｓ（２πｆ_ＬＯ３ｔ）を含んでいてもよい。第２の周波数信号６１０はまた、第２の局部発振器６０８Ｂからの正弦波信号と混合されるために第２のミキサ６０６Ｂに送られてもよい。第２の局部発振器６０８Ｂからの正弦波信号はｓｉｎ（２πｆ_ＬＯ３ｔ）であってもよい。第２の周波数信号６１０は、ＤＣを中心とした６ＭＨｚ ＡＴＳＣ信号と共に、複素アナログ・ベースバンド信号に変換されてもよい。従って、第１及び第２の局部発振器６０８Ａの周波数、ｆ_ＬＯ３、は、下記によって与えられるように、ＩＦ周波数であってもよい。

混合された、フィルタされていない信号は、低域通過フィルタでフィルタされかつ少なくとも６ＭＨｚのサンプリング・レート、ｆ_ｓ、でＡＤＣ６１２Ａ、６１２Ｂによってサンプリングされるために信号アナログ・フィルタ６０４Ａに送られてもよい。複素信号６１４及び６１６は、可能なＡＴＳＣパイロット周波数の中間の周波数をＤＣに持ち来たすためにデジタル的に周波数変換されてもよい。 複素信号６１４の同相成分は、第３の局部発振器からの正弦波信号と混合されるために第１のミキサ６０６Ｃに送られる。第３の局部発振器６０８Ｃからの正弦波信号は、ｃｏｓ（２πｆ_ＬＯ４ｔ）であってもよい。複素信号６１６の直交成分は、第４の局部発振器６０８Ｄからの正弦波信号と混合されるために、第２のミキサ６０６Ｄに送られる。第３の局部発振器６０８Ｃからの正弦波信号は、ｓｉｎ（２πｆ_ＬＯ４ｔ）であってもよい。可能なＡＴＳＣパイロット周波数の中間の周波数を変換するデジタル的な周波数変換のための第３の局部発振器６０８Ｃ及び第４の局部発振器６０８Ｄの周波数、ｆ_ＬＯ４、は下記によって与えられてもよい。

この周波数変換はデジタル領域で行なわれるので、アナログ周波数、ｆ_ＬＯ４、はサンプリング・レートｆ_ｓでｆ_ＬＯ４を割ることによりデジタル領域に変換される。

アナログ・フィルタされた信号は、第１のデシメーション・フェーズ６２０Ａ及び第２のデシメーション・フェーズ６２０Ｂに送られる。デシメーション・フェーズ６２０Ａ、６２０Ｂは、アナログ・フィルタされた信号を帯域幅がＢＷに等しい低域通過フィルタでフィルタするデジタル信号フィルタ６０４Ｃ、６０４Ｄを含む。デジタル信号フィルタの帯域幅はＤＢＷと呼ばれてもよい。ＢＷは、式５で与えられるパイロット周波数不確定性をもってさえＡＴＳＣパイロットを捕らえるのに十分なだけ大きくてもよい。デジタル信号フィルタ６０４Ｃ、６０４ＤのＤＢＷは、サンプリング・レートｆ_ｓで割られたＢＷであってもよい。

デジタル的にフィルタされた信号は、下記のレートで信号をダウン・サンプリングするダウン・サンプラ６１８Ａ、６１８Ｂに送られてもよい。

いくつかの例では、サンプリング・レートは６ＭＨｚであり、そして、デジタル・フィルタ６０４Ｃ、６０４ＤのＤＢＷは約２５ｋＨｚである。従って、ダウン・サンプリング・レート、Ｍ、は約２４０の係数である。前述のように、デジタル・フィルタ６０４Ｃフ、６０４Ｄによる低域通過フィィルタリング及び信号のサウン・サンプリングは、デシメーションと呼ばれてもよい。第１及び第２のデシメーション・フェーズ６２０Ａ、６０２Ｂの出力６２０及び６２２はデジタル複素ベースバンド信号６２０及び６２２であってもよい。

図７は、平均ピリオドグラム７１２を計算する１つの例を示すプロセス７００である。デジタル複素ベースバンド信号７２４は、直並列変換器７０２に提供されてもよい。１つの例では、デジタル複素ベースバンド信号７２４のピリオドグラムは下記によって与えられる。

このサンメーション（summation）の引数（argument）は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用する高速フーリエ変換コンポーネント７０４によって実行されうる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）であってもよい。絶対値コンポーネント７０６は、ＦＦＴの絶対値を提供を提供し、そして、ＦＦＴの各出力は２乗される。加算コンポーネントは、信号７２４から得られたサンプルを加算する。繰り返しコンポーネント７１０は、所定の数のサンプルが得られるまで、信号７２４から付加的なサンプルを得る。例えば、ベースバンド信号７２４は、複数の時間セグメントに対して観察される。各時間セグメントでは、Ｎ個のサンプルは得られる。１つの例では、Ｍ個の時間セグメントが使用される。これらのＭ個の時間セグメントは時間的に隣接する必要はない。例えば、これらの時間セグメント、Ｍ、は周期的に生じてもよい。

いくつかの例では、検知時間の間にスペクトルを最も良く観察するために、ネットワーク送信は、検知時間の間、停止される。ネットワーク送信が停止される検知時間は、下記では「静かな時間」（"quiet time"）と呼ばれてもよい。検知期間は時間的に連続している必要はないので、全静かな時間が一連の短い静かな時間に細分されるように、それらの検知期間を離間させることが可能である。静かな時間の間はネットワーク送信が停止されるので、各検知期間の持続時間を最小にすることが有益でありうる。これは、ネットワーク・レイテンシーに対するより小さな影響を生ずる。例えば、ネットワークが規則的なフレーム構造を使用している場合には、検知時間はＭ個の検知期間に細分されてもよい。各検知期間は、シングルフレームの長さであってもよく、また、各見地期間は、複数のフレームによって分離されてもよい。１つの例では、ネットワーク・レイテンシーに対する静かな時間の影響は単一のフレームの間である。

ピリオドグラムは、各見地間隔に対して計算されてもよい。従って、上記の例によれば、各検知期間から１つずつ、Ｍ個のピリオドグラムがある。本システム及び方法は、平均ピリオドグラム７１２を使用してもよい。平均ピリオドグラム７１２は、各検知期間からの個々のピリオドグラムのそれぞれの合計を検知期間の数で割ったものであってもよい。その合計は、加算コンポーネント７０８によって実行されてもよい。平均ピリオドグラム７１２の一例は下記によって与えられる。

式１２において、Ｐ_ｍ（ω）は、角周波数ωにおけりＭ番目の感知期間からのピリオドグラムであってもよい。Ｍが固定である場合には、Ｍによって分割する必要はない。平均ピリオドグラム７１２が比較される閾値はＭによって基準化（scaled）されてもよい。Ｍによる分割を排除することは、本システム及び方法の複雑性を単純化する。

各検知期間に対するピリオドグラムを計算した後に、平均ピリオドグラム７１２の最も大きい値が検定統計量（test statistic）として選択されてもよい。検定統計量は下記のように与えられてもよい。

ＡＴＳＣ信号がＴＶチャネル内にあるかどうかに関する決定は、式１３からの検定統計量が所定の閾値を超えるかどうかによって決定される。この決定は下記のように表わされてもよい。

検定統計量、Ｔ、が閾値、ｃ_１、を超える場合には、ＡＴＳＣ信号がＴＶチャネル内にあることを示す決定Ｄ_１が選択されてもよい。他方、検定統計量が閾値を超えない場合には、ＡＴＳＣ信号がＴＶチャネル内にないことを示す決定Ｄ_０が選択されてもよい。

他の例では、他の無線システムからの干渉により検定統計量が閾値を超えないようにするために最終チェックがなされてもよい。検定統計量、Ｔ）、を所定の閾値、ｃ_１、と比較することに加えて、データの関数である第２の閾値が計算されてもよい。検定統計量が第２の閾値を超えない場合には、閾値、ｃ_１、を使用する決定が誤った検知によったかどうかに関して決定がなされてもよい。

１つの例では、平均ピリオドグラムのＮ個の値は、エントリーが下記のように与えられるベクトルＰとして表示されてもよい。

データに依存する第２の閾値を選択するために、Ｎ個の値のうちの１つ又はそれより多くが、そのＮ個の値の最大値の周波数の近くでゼロとなされてもよい。Ｎ個の値の最大値を与えるベクトルＰのインデックスはｍであってもよい。このインデックスはまた、下記のように検定統計量であってもよい。

１つの例では、インデックスｍの近くのＰの値はゼロになされてもよい。新しいベクトルは下記によって与えられてもよい：

言いかえれば、ピリオドグラムの最大値が位置しているところを中心にしたピリオドグラムの２ｋ＋１個の値がゼロとなされる。データに依存する第２の閾値は、ゼロにされなかったピリオドグラム値の最大値の基準化バージョンであってもよい。第２の閾値は下記のように与えられてもよい。

１つの例では、αの値は、誤警報率と検出の確率の間の調節を行うために選定される。これらの２つの閾値を実行して、検定統計量が２つの閾値の最大値を超える場合には、ＡＴＳＣ信号がＴＶチャネル内にあるという決定が生じる、
図８は、無線デバイス８０２に利用されてもよい種々のコンポーネントを示す。無線デバイス８０２は、ここに記述された種々の方法を実行するように構成されうるデバイスの一例である。無線デバイス８０２は、基地局１１０、１１２、１１４、１１６、１１８又はユーザ・デバイス１０８Ａ−１０８Ｋであってもよい。

無線デバイス８０２は、無線デバイス８０２の動作を制御するプロセッサ８０４を含んでいてもよい。プロセッサ８０４はまた、中央処理装置（ＣＰＵ）と呼ばれてもよい。読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の両方を含んでいてもよいメモリ８０６は、プロセッサ８０４に命令とデータを提供する。メモリ８０６の一部はまた、不揮発性のランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）を含んでいてもよい。プロセッサ８０４は、通常、メモリ８０６内に格納されたプログラム命令に基づいて論理的及び算術演算を行なう。メモリ８０６内の命令は、ここに記述された方法を実施するために実行可能でありうる。

無線デバイス８０２はまた、無線デバイス８０２と遠隔位置の間のデータの送信及び受信を可能にするために、送信機８１０及び受信機８１２を含んでいてもよいハウジング８０８を含んでいてもよい。送信機８１０及び受信機８１２は組み合わせられてトランシーバ８１４となされてもよい。アンテナ８１６は、ハウジング８０８に装着され、そして、トランシーバ８１４に電気的に結合されてもよい。無線デバイス８０２はまた、複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバ及び／又は複数のアンテナを含んでもよい（図示なし）。

無線デバイス８０２はまた、トランシーバ８１４によって受信された信号のレベルを検知しかつ定量化するために使用されてもよい信号検知器８１８を含んでいてもよい。信号検知器８１８は、トータル・エネルギー、擬似ノイズ（ＰＮ）チップについてパイロット・エネルギー、電力スペクトル密度及び他の信号のような信号を検知してもよい。無線デバイス８０２はまた、信号の処理で使用するためのデジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）８２０を含んでいてもよい。

無線デバイス８０２の種々のコンポーネントは、データ・バスに加えてパワー・バス、制御信号バス及びステータス信号バスを含んでいてもよいバス・システム８２２によって互いに結合されてもよい。しかし、明瞭にするために、それらの種々のバスは、図８ではバス・システム８２２として示されている。

ここで使用されるように、用語「決定すること」（"determining"）（及びそれの文法上の変形）は非常に広い意味で使用される。用語「決定すること」（"determining"）は種々のアクションを包含しており、従って、「決定すること」は、演算すること、計算すること、処理することこと、派生する、調査すること、検索すること（例えば、テーブル、データベース又は他のデータ構造で）、確認すること、等を含んでもよい。また、「決定すること」は、受け取ること（例えば、情報を受け取ること）、アクセスすること（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）、等を含んでもよい。また、「決定すること」は、解決すること、選択すること、選定すること、確立すること、等を含んでもよい。

情報及び信号は、種々の異なる技術及び技法のうちの任意のものを使用して表わされてもよい。例えば、上記説明の全体にわたって参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、等は、電圧、電流、電磁波、磁界又は粒、光場又は粒、又はそれらの任意の組合せによって表わされてもよい。

本開示に関連して記述された種々の実例となる論理的なブロック、モジュール及び回路は、ここに記述された機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレー信号（ＦＰＧＡ）又は他のプログラム可能論理デバイス、個別ゲート、個別ハードウエア部品、又はそれらの任意の組合せによって実行又は実施されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代案では、そのプロセッサは、任意の市販のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又はステート・マシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティング・デバイスの組合せ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコア又は任意の他のこのような構成と関連する１つ又は複数のマイクロプロセッサの組合せとして実装されてもよい。

本開示に関連して記述された方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェア・モジュール又はそれら２つの組合せで直接具体化されてもよい。ソフトウェア・モジュールは、技術的に公知の記憶媒体の任意の形式で存在してもよい。使用可能な記憶媒体のいくつかの例は、ＲＡＭメモリ、フラッシュ・メモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、等を含む。ソフトウェア・モジュールは、単一の命令、又は多くの命令を備えてもよく、そして、異なるプログラムの間で及び複数の記憶媒体を横切っていくつかの異なるコード・セグメント上に分配されてもよい。記憶媒体は、プロセッサがその記憶媒体から情報を読取りそしてその記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合されてもよい。代案では、記憶媒体はプロセッサと一体であってもよい。

ここに開示された方法は、上記方法を達成するための１つ又は複数のステップあるいはアクションを含む。方法ステップ及び／又はアクションは、請求項の範囲から逸脱することなしに、互いに交換されてもよい。言いかえれば、ステップ又はアクションの特定の順序が特定されなければ、特定のステップ及び／又はアクションの順序及び／又は使用は請求項の範囲から逸脱することなしに修正されてもよい。

記述された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアあるいはそれらの任意の組合せで実行されてもよい。ソフトウェアで実行される場合には、機能は、コンピュータ読取り可能媒体における１つ又は複数の命令として格納されてもよい。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例示として、そのようなコンピュータ読取り可能媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、又は所望のプログラム・コードを命令又はデータ構造の形で搬送又は格納するために使用できかつコンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を含んでもよい。ここで使用されるディスク（disk及びdisc）は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイ（登録商標）ディスクを含み、ここで、ディスク（disks）は通常、データを磁気的に再生し、他方、ディスク（discs）はデータをレーザで光学的に再生する。

ソフトウェア又は命令も送信媒体を通して送信されてもよい。例えば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り対線、デジタル加入者線（ＤＳＬ）又は赤外線、ラジオ及びマイクロ波のような無線技術を使用して、ソフトウェアがウェブサイト、サーバ又は他の遠隔ソースから送信される場合には、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り対線、ＤＳＬ又は赤外線、ラジオ及びマイクロ波のような無線技術は、送信媒体の定義に含まれている。

請求項は上記で例示された正確な構成及びコンポーネントに限定されないことが理解されるべきである。

特許請求の範囲から逸脱することなしに、上記方法及び装置の構成、動作及び詳細には、種々の修正、変更及び変形がなされてもよい。

関連出願
本出願は、参照によりここに組み込まれる、発明者ジェイ・シェルハンマーによる無線通信のためのスペクトルを検知する方法及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRUM SENSING FOR WIRELESS COMMUNICATION）に対して２００６年１１月１０日に提出された米国仮特許出願第60/865,348号に関連しかつその出願から優先権を主張する。

特許請求の範囲から逸脱することなしに、上記方法及び装置の構成、動作及び詳細には、種々の修正、変更及び変形がなされてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］ 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するための方法であって、
信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換すること、
前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタすること、
前記信号の平均ピリオドグラムを計算すること、
前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較すること、
及び、前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知すること、
を含む方法。
［Ｃ２］ 前記平均ピリオドグラムの最も高い値を決定することをさらに含むＣ１の方法。
［Ｃ３］ 前記平均ピリオドグラムの最も高い値を前記閾値と比較することをさらに含むＣ２の方法。
［Ｃ４］ 前記信号の周波数は無線周波数であるＣ１の方法。
［Ｃ５］ 前記信号を複素デジタル信号に変換することをさらに含むＣ１の方法。
［Ｃ６］ 前記平均ピリドグラムを使用して前記複素デジタル信号の電力スペクトルを評価することをさらに含むＣ５の方法。
［Ｃ７］ 前記平均ピリオドグラムの値をデータ依存閾値と比較することをさらに含むＣ１の方法。
［Ｃ８］ 前記平均ピリオドグラムの値が前記データ依存閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知することをさらに含むＣ７の方法。
［Ｃ９］ 前記無線スペクトル・チャネルはテレビジョン（ＴＶ）チャネルであるＣ１の方法。
［Ｃ１０］ 前記送信信号の存在を検知することがコグニテイブ無線デバイスによって実行されるＣ１の方法。
［Ｃ１１］ 前記送信信号は高画質テレビシステム委員会（ＡＴＳＣ）信号であるＣ１の方法。
［Ｃ１２］ 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するための無線デバイスであって、
プロセッサと、
前記プロセッサと電子的に連通したメモリと、
前記メモリに格納された命令と、を具備しており、前記命令は、
信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に切替える、
前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタする、
前記信号の平均ピリオドグラムを計算する、
前記平均ピリオドグラムを閾値と比較する、
そして、前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するように実行可能である、無線デバイス。
［Ｃ１３］ 前記無線デバイスはハンドセットであるＣ１２の無線デバイス。
［Ｃ１４］ 前記無線デバイスは基地局であるＣ１２の無線デバイス。
［Ｃ１５］ 前記命令は前記平均ピリオドグラムの最も高い値を決定するようにさらに実行可能であるＣ１２の無線デバイス
［Ｃ１６］ 前記命令は前記平均ピリオドグラムの最も高い値を前記閾値を比較するようにさらに実行可能であるＣ１５の無線デバイス。
［Ｃ１７］ 前記信号の周波数は無線周波数であるＣ１２の無線デバイス。
［Ｃ１８］ 前記命令は前記信号を複素デジタル信号に変換するようにさらに実行可能であるＣ１２の無線デバイス。
［Ｃ１９］ 前記命令は前記平均ピリオドグラムを使用して前記複素デジタル信号の電力スペクトルを評価するようにさらに実行可能であるＣ１８の無線デバイス。
［Ｃ２０］ 前記送信信号は高画質テレビシステム委員会（ＡＴＳＣ）信号であるＣ１２の無線デバイス。
［Ｃ２１］ 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するように構成された装置であって、
信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するための手段と、
前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタするための手段と、
前記信号の平均ピリオドグラムを計算するための手段と、
前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するための手段と、
前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するための手段と、を具備する装置。
［Ｃ２２］ 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するためのコンピュータ・プログラム製品であって、命令を有するコンピュータ読取り可能媒体を具備しており、前記命令は、
信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するためのコードと、
前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタするためのコードと、
前記信号の平均ピリオドグラムを計算するためのコードと、
前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するためのコードと、
前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するためのコードと、を具備するコンピュータ・プログラム製品。

Claims (22)

1. 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するための方法であって、
   信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換すること、
   前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタすること、
   前記信号の平均ピリオドグラムを計算すること、
   前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較すること、
   及び、前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知すること、
   を含む方法。
2. 前記平均ピリオドグラムの最も高い値を決定することをさらに含む請求項１の方法。
3. 前記平均ピリオドグラムの最も高い値を前記閾値と比較することをさらに含む請求項２の方法。
4. 前記信号の周波数は無線周波数である請求項１の方法。
5. 前記信号を複素デジタル信号に変換することをさらに含む請求項１の方法。
6. 前記平均ピリドグラムを使用して前記複素デジタル信号の電力スペクトルを評価することをさらに含む請求項５の方法。
7. 前記平均ピリオドグラムの値をデータ依存閾値と比較することをさらに含む請求項１の方法。
8. 前記平均ピリオドグラムの値が前記データ依存閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知することをさらに含む請求項７の方法。
9. 前記無線スペクトル・チャネルはテレビジョン（ＴＶ）チャネルである請求項１の方法。
10. 前記送信信号の存在を検知することがコグニテイブ無線デバイスによって実行される請求項１の方法。
11. 前記送信信号は高画質テレビシステム委員会（ＡＴＳＣ）信号である請求項１の方法。
12. 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するための無線デバイスであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサと電子的に連通したメモリと、
    前記メモリに格納された命令と、を具備しており、前記命令は、
    信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に切替える、
    前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタする、
    前記信号の平均ピリオドグラムを計算する、
    前記平均ピリオドグラムを閾値と比較する、
    そして、前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するように実行可能である、無線デバイス。
13. 前記無線デバイスはハンドセットである請求項１２の無線デバイス。
14. 前記無線デバイスは基地局である請求項１２の無線デバイス。
15. 前記命令は前記平均ピリオドグラムの最も高い値を決定するようにさらに実行可能である請求項１２の無線デバイス
16. 前記命令は前記平均ピリオドグラムの最も高い値を前記閾値を比較するようにさらに実行可能である請求項１５の無線デバイス。
17. 前記信号の周波数は無線周波数である請求項１２の無線デバイス。
18. 前記命令は前記信号を複素デジタル信号に変換するようにさらに実行可能である請求項１２の無線デバイス。
19. 前記命令は前記平均ピリオドグラムを使用して前記複素デジタル信号の電力スペクトルを評価するようにさらに実行可能である請求項１８の無線デバイス。
20. 前記送信信号は高画質テレビシステム委員会（ＡＴＳＣ）信号である請求項１２の無線デバイス。
21. 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するように構成された装置であって、
    信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するための手段と、
    前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタするための手段と、
    前記信号の平均ピリオドグラムを計算するための手段と、
    前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するための手段と、
    前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するための手段と、を具備する装置。
22. 無線スペクトル・チャネル内の送信信号の存在を検知するためのコンピュータ・プログラム製品であって、命令を有するコンピュータ読取り可能媒体を具備しており、前記命令は、
    信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数に変換するためのコードと、
    前記第２の周波数の帯域内にない信号を除去するために前記第２の周波数で前記信号をフィルタするためのコードと、
    前記信号の平均ピリオドグラムを計算するためのコードと、
    前記平均ピリオドグラムの値を閾値と比較するためのコードと、
    前記平均ピリオドグラムの値が前記閾値を超える場合に、前記送信信号の存在を検知するためのコードと、を具備するコンピュータ・プログラム製品。

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