JP2013183226A - 通信システムおよび送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次利用者に対する送信停止時間を低減することができる通信システムを得ること。
【解決手段】一次利用者装置と、一次利用者装置と同一の周波数帯で送信を行う二次利用者装置と、前記周波数帯において一次利用者装置から送信される送信信号を検出するセンシング部と、を備える通信システムであって、二次利用者装置の送信部２は、ガードインターバル区間としてＺＰ区間を付加するＺＰ付加部２４、を備え、センシング部は、ＺＰ区間の受信信号に基づいて一次利用者装置の送信信号を検出する信号検出部、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システムおよび送受信方法に関する。

一次利用者に割り当てられた周波数のうち一次利用者が使っていない未使用の周波数帯がある場合に、この未使用の周波数帯のうち二次利用者が利用可能な周波数帯をホワイトスペースと呼ぶ。二次利用者がホワイトスペースを利用するには、一次利用者がホワイトスペースを使用していないことが前提となるため、ホワイトスペースが一次利用者により使用されているか否かを検出するシステムが必要となる。

従来の一次利用者の電波を検出する方法として、二次利用者の電波を停止し、一次利用者の電波のみ存在する環境をつくり、電波を検出するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、周波数利用状況を共有するコグニティブ無線ネットワークに参加する二次利用者に２段階の送信停止期間を設定するシステムが提案されている。基地局装置が１段目の停止期間に単純な高速センシングを行い、この結果を利用して２段目の精細センシングを行い一次利用者の検出を行う。

１段目の高速センシングでは、例えば、エネルギー検出，パイロット検出，周期定常検出を用いて、短い時間でセンシングを実行する。この１段目のセンシングの結果に対して、一定の条件を設定しておき、その条件を満たさない場合は、２段目のセンシングを行わない。一方、条件を満たした場合には、２段目のセンシングを実行する。

２段目のセンシングでは、高速センシングより詳細な精細センシングが目標チャネル上で実行される。２段目のセンシングでは、高い検出精度を得るために、一次利用者から送信された信号の特徴を検知することが求められるので、１段目の高速センシングよりも処理に時間がかかる。このため、二次利用者に対して非常に長い停止時間が求められる。あらかじめ指定していた信号の特徴を精細センシングで検知することができた場合、目標のチャネルでの一次利用者の周波数利用がありと検出する。

また、一般に、コグニティブ無線ネットワークに共有できるメモリを具備しており、各センシング端末が結果を随時共有メモリに情報を更新し、ネットワーク内で周波数利用状態を共有している。

特表２００９−５２７９７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、センシングするためだけに二次利用者に対して送信停止時間を設定している。このため、一次利用者が使用していない場合でも、送信停止時間の間は二次利用者が送信することができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二次利用者に対する送信停止時間を低減することができる通信システムおよび送受信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の送信装置と、前記第１の送信装置と同一の周波数帯で送信を行う第２の送信装置と、前記周波数帯において第１の送信装置から送信される送信信号を検出するセンシング装置と、を備える通信システムであって、前記第２の送信装置は、ガードインターバル区間として無信号区間を付加する無信号付加部、を備え、前記センシング装置は、前記無信号区間の受信信号に基づいて前記送信信号を検出する信号検出部、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、二次利用者に対する送信停止時間を低減することができるという効果を奏する。

図１は、一次利用者装置および二次利用者装置の送信部の構成例を示す図である。 図２は、センシング部の構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。 図４は、二次利用者装置から送信されるＺＰ−ＯＦＤＭ変調信号の構成例を示す図である。 図５は、重み付け処理部を備えないセンシング部の構成例を示す図である。 図６は、実施の形態２のセンシング部の構成例を示す図である。 図７は、実施の形態２のセンシング部の別の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信システムおよび送受信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる一次利用者装置および二次利用者装置の実施の形態１の構成例を示す図である。一次利用者装置（第１の送信装置）および二次利用者装置（第２の送信装置）は無線通信を行う通信装置であり、図１では、一次利用者装置の送信部（送信に関する構成要素）１と、二次利用者装置の送信部２と、を示している。一次利用者装置および二次利用者装置は、図１に示した以外の構成要素を有していてもよい。一次利用者装置は、割り当てられた周波数を優先的に使用する通信装置である。二次利用者装置は、一次利用者に割り当てられた周波数のホワイトスペースと呼ばれる未使用周波数帯を一次利用者が使用していない場合に、利用することができる。

一次利用者装置の送信部１は、データ生成部１１、変調部１２およびアンテナ１３を備える。データ生成部１１は、送信するデータを生成し、変調部１２は前段のデータ生成部１１で生成されたデータに対して変調を行い、変調後のデータをアンテナ１３から送信する。ここでは変調方式は指定しないが、変調部１２は連続信号を出力するとする。

二次利用者装置の送信部２は、データ生成部２１、一次変調部２２、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調部２３、ＺＰ（Zero−Padding：無信号）付加部２４およびアンテナ２５を備える。データ生成部２１では送信データを生成し、一次変調部２２では、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調，ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調，１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調等の変調を行う。ＯＦＤＭ変調部２３は、前段の一次変調部２２により一次変調された信号に対してＤＦＴ（離散フーリエ変換）もしくはＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いてＯＦＤＭ変調を行う。ＺＰ付加部２４は、前段のＯＦＤＭ変調部２３で生成されたＯＦＤＭシンボルの先頭にＺＰを付加する処理を行う。ＺＰ付加後の信号はアンテナ２５から送信される。なお、一次変調部２２での変調方式に制約はなく、上記に例示した変調方式以外の変調方式を用いてもよい。

本実施の形態では、二次利用者装置の送信部２は、ＯＦＤＭ変調部２３およびＺＰ付加部２４により、ＺＰ−ＯＦＤＭ変調を行う。一般にＯＦＤＭ変調では、遅延波を含むマルチパス対策のためにシンボルの先頭部にガードインターバル（ＧＩ）としてＯＦＤＭシンボルの一部のコピーであるＣＰ（サイクリック・プレフィクス）が付加される。ＺＰ−ＯＦＤＭ変調では、このＣＰの区間をＺＰ区間に変更したものである。

以上のように、本実施の形態では、同じ周波数帯域で一次利用者装置は連続信号を送信し、二次利用者装置はＺＰ−ＯＦＤＭ変調で送信を行う。一次利用者装置が割り当てられた周波数を優先的に使用することが定められているシステムでは、二次利用者が使用可能な周波数帯を把握するためには、一次利用者装置からの送信信号を検出する。このため、このようなシステムでは、一次利用者装置が使用していない場合に二次利用者装置が利用可能な周波数帯域を検出対象帯域とよぶとすると、検出対象帯域を一次利用者が使用しているか否かを検出（センシング）するセンシング部（センシング装置）を備える。センシング部には、一次利用者装置と二次利用者装置がそれぞれ送信した２つの信号が到来する。

図２は、センシング部３の構成例を示す図である。センシング部３は、アンテナ３１、シンボル同期部３２、重み付け処理部３３、平均電力算出部３４、信号検出部３５および閾値設定部３６を備える。

図３は、本実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。なお、図３では、一次次利用者装置、二次利用者装置をそれぞれ１台としているが、一次次利用者装置、二次利用者装置の数はそれぞれ何台でもよい。また、センシング部３は、一次次利用者装置および二次利用者装置からの無線信号を受信可能であるとともに、二次利用者装置と別途接続されており、二次利用者装置に関する情報を取得可能である。

以下、センシング部３の動作を説明する。シンボル同期部３２は、アンテナ３１から受信した受信信号に対してシンボル同期を行い、同期情報に基づいてＯＦＤＭのシンボルのＺＰ（ＺＰ区間）とデータシンボル（データシンボル区間）とを分離し、ＺＰ区間の信号を取り出し、重み付け処理部３３へ入力する。図４は、二次利用者装置から送信されるＺＰ−ＯＦＤＭ変調信号の構成例を示す図である。シンボル同期部３２は、図４に示すＺＰ区間の信号を取り出す。

重み付け処理部３３は、ＺＰ区間内の信号の各サンプルに対して伝送路に応じた重み付けを行う。例えば、伝送路環境が既知の場合には、重み付け処理部３３は、伝送路環境に基づいて二次利用者装置から送信された信号の受信電力を推定し、推定した二次利用者装置から受信電力が大きいと思われるサンプルについては乗ずる重みの値を小さくするよう重み付けを行う。平均電力算出部３４は、重み付け後の各サンプルから算出される電力をＺＰ区間内のサンプル数で平均し、平均した信号電力を信号検出部３５へ入力する。閾値設定部３６は、一次利用者装置からの電波を検知するための電力の閾値を設定する。

信号検出部３５は、閾値設定部３６で設定された閾値Ｔｈと平均電力部３４で算出されたＺＰ区間内の平均電力Ｐと比較し、ＰがＴｈを超えた場合、一次利用者の信号を検出したと判定し、ＰがＴｈを超えなかった場合、一次利用者の信号を未検出と判定する。閾値設定部３６による判定結果は、例えば、通信システム内の管理装置等に送信され、管理装置が、判定結果に基づいて検出対象帯域を一次利用者装置が使用していないと判断した場合に、当該帯域を二次利用者装置へ割当てる。

遅延波のない１波レイリーフェージング環境下では、ＺＰ区間では、二次利用者装置からの信号は無信号となるため、一次利用者の信号（一次利用者装置から送信された信号）のみになり、センシングが容易な環境となる。しかし、多くの実環境では、主波より遅れて到来する遅延波が存在する。遅延波を含むマルチパスフェージング環境下では、ＺＰ区間には二次利用者装置から送信された信号の遅延波が到来し、ＺＰ区間でも一次利用者装置の信号と二次利用者の信号とが混在する。そのため、センシングの対象となる一次利用者の信号と二次利用者の信号（二次利用者装置から送信された信号）の遅延波成分とが混在することになり、一次利用者の信号の検出精度が劣化する。

本実施の形態では、重み付け処理部３３により重み付けを行うことにより、二次利用者の信号の影響を低減し、一次利用者の信号の検出精度を向上させることができる。

なお、以上の例では、重み付け処理部３３により重み付けを行っているが、重み付け処理部３３を備えない構成とすることも可能である。図５は、重み付け処理部３３を備えないセンシング部３ａの構成例を示す図である。図５の構成例の動作は、重み付け処理を行わないことを除き、図２の構成例のセンシング部３と同様である。図５の構成例の場合も、ＺＰ区間を利用してセンシングを行うため、ＺＰ区間によりマルチパスからデータシンボルを保護するためにＧＩの機能とセンシング機能を両立ができる。これにより、二次利用者装置のデータの送受信と並行して一次利用者の信号の検出をＯＦＤＭ１シンボル単位で実施することができる。

以上のように、本実施の形態では、二次利用者装置は、ＺＰ−ＯＦＤＭ変調により送受信を行い、センシング部３は、ＺＰ−ＯＦＤＭ変調信号のＺＰ区間を利用して一次利用者の信号の検出を行うようにした。このため、二次利用者装置のデータの送受信と並行して一次利用者の信号の検出を行うことができる。また、さらに、重み付け処理部３３により受信信号に重み付けを行うことで、二次利用者の信号の遅延波による影響を低減し、一次利用者の信号の検出精度の劣化を軽減することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明にかかるセンシング部の実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の一次利用者装置の送信部１および二次利用者装置の送信部２の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１のセンシング部３の代わりに図６に示すセンシング部３ｂを用いる。以下、実施の形態１と異なる部分を説明する。

本実施の形態では、センシング部３ｂの重み付け処理および平均電力算出処理の詳細動作例について説明する。センシング部３ｂは、実施の形態１のセンシング部３に受信電力算出部３７を追加した構成を有する。アンテナ３１、シンボル同期部３２、平均電力算出部３４、信号検出部３５および閾値設定部３６については、実施の形態１と同様である。

本実施の形態の重み付け処理について説明する。受信電力算出部３７は、二次利用者の信号の受信電力を算出する。重み付け処理部３３は、例えば、受信電力算出部３７が算出した二次利用者の信号の受信電力に基づいて、重み付けとして以下の式（１）に示す処理を行う。なお、遅延プロファイルは既知とし、二次利用者装置においてセンシングするため、二次利用者装置の送信電力も既知であるとする。

なお、ＺＰ区間内の時間軸上の先頭のサンプル番号を０とし、ｋ（ｋ＝０，１，２，３，…）をサンプル番号とし、ｒ_kをｋ番目のサンプル番号の受信信号電力とし、重み付け処理後のｋ番目のサンプル番号の受信信号電力をｒ´_kとし、二次利用者の送信信号電力をｓとし、遅延プロファイルより求まる各サンプルの受信信号電力比をｐ_kとする。伝送路での信号減衰を示すｐ_kと送信信号電力をｓを乗算することで、受信信号を求めることができる。そのため、受信電力算出部３７は、重み付けで用いる各サンプルでの受信電力の値を式（１）の分母のｓ×ｐ_kで算出する。

上記の式（１）に示した重み付け処理を行うことで、二次利用者の信号電力成分が抑圧でき、一次利用者の信号電力成分が増加し、マルチパスフェージング環境下での一次利用者の信号の検出精度の劣化を軽減することができる。

また、平均電力算出部３４は、重み付け処理されたＺＰ区間内の各サンプルの信号電力をＺｐ区間内のサンプル数で平均する。具体的には、例えば、以下の式（２）に示す処理を行う。なお、ＰをＺＰ区間内の平均電力とし、ｎをＺＰ区間内のサンプル数とする。

なお、上記式（１）は、遅延プロファイルを既知（伝送路状態を既知）としているが、伝送路状態の情報（伝送路情報）を管理または取得する伝送路情報部を備えるようにしてもよい。図７は、伝送路情報部を備える場合のセンシング部３ｃの構成例を示している。センシング部３ｃは、伝送路情報部３８を追加する以外はセンシング部３ｂと同様である。この例の場合、受信電力算出部３７は、伝送路情報部３８から伝送路情報を取得して、取得した伝送路情報に二次利用者の信号の受信電力を算出する。

以上のように、本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、二次利用者の受信電力に基づいて、重み付け処理部３３により受信信号に重み付けを行うことで、二次利用者の信号の遅延波による影響を低減し、一次利用者の信号の検出精度の劣化を軽減することができる。

以上のように、本発明にかかる通信システムおよび送受信方法は、コグニティブ無線通信システムに有用であり、特に、二次利用者の送信効率の向上を図る通信システムに適している。

１，２ 送信部
３，３ａ，３ｂ センシング部
１１，２１ データ系列生成部
１２ 変調部
１３，２５，３１ アンテナ
２２ 一次変調部
２３ ＯＦＤＭ変調部
２４ ＺＰ付加部
３２ シンボル同期部
３３ 重み付け処理部
３４ 平均電力算出部
３５ 信号検出部
３６ 閾値設定部
３７ 受信電力算出部
３８ 伝送路情報部

Claims (7)

1. 第１の送信装置と、前記第１の送信装置と同一の周波数帯で送信を行う第２の送信装置と、前記周波数帯において第１の送信装置から送信される一次利用者信号を検出するセンシング装置と、を備える通信システムであって、
   前記第２の送信装置は、
   ガードインターバル区間として無信号区間を付加する無信号付加部、
   を備え、
   前記センシング装置は、
   前記無信号区間の受信信号に基づいて前記一次利用者信号を検出する信号検出部、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記第２の送信装置は、ＺＰ−ＯＦＤＭ変調により前記無信号区間を付加することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記信号検出部は、前記無信号区間の受信信号と、所定の閾値を比較することにより、前記一次利用者信号を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記センシング装置は、
   前記無信号区間の受信信号に対して重み付けを行う重み付け処理部、
   をさらに備え、
   前記信号検出部は、前記重み付け処理部による重み付け後の受信信号に基づいて前記一次利用者信号を検出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信システム。
5. 前記センシング装置は、
   前記第２の送信装置から送信された信号の受信電力を推定する受信電力算出部、
   をさらに備え、
   前記重み付け処理部は、前記受信電力算出部により推定された受信電力に基づいて重み付けを行うことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記受信電力算出部は、遅延プロファイルと前記第２の送信装置の送信電力とに基づいて前記第２の送信装置から送信された信号の受信電力を推定することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
7. 第１の送信装置と、前記第１の送信装置と同一の周波数帯で送信を行う第２の送信装置と、前記周波数帯において第１の送信装置から送信される一次利用者信号を検出するセンシング装置と、を備える通信システムにおける送受信方法であって、
   前記第２の送信装置が、ガードインターバル区間として無信号区間を付加して信号を送信する送信ステップと、
   前記センシング装置が、前記無信号区間の受信信号に基づいて前記一次利用者信号を検出する検出ステップと、
   を含むことを特徴とする送受信方法。

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