JP4249711B2 - 無線通信システムにおける干渉検出 - Google Patents

Description

本発明は無線通信システムにおける干渉検出に関する。特に、本発明は共存するレーダシステムとの干渉を検出する無線通信システムにおける受信機及び方法に関するものである。

例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）或いは世界規模の移動体通信システム（ＵＭＴＳ）のようなある無線通信システムは、レーダシステムによっても用いられる周波数帯で運用することが検討されている。無線通信システムとレーダシステムとの共存は、両方のシステムからの周波数帯が少なくとも部分的にはオーバラップするという事実に導くものとなる。例えば、ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２或いはＩＥＥＥ８０２．１１ａのようなＷＬＡＮシステムは、５１５０ＭＨｚ〜５３５０ＭＨｚと５４７０ＭＨｚ〜５７２５ＭＨｚの周波数帯で運用することが計画されている。一方、レーダシステムは５２５０〜５８５０ＭＨｚの周波数帯を用いている。

現在のところ、５ＧＨｚ帯における無線通信システムがレーダシステムと共存するように計画されるとき、レーダシステムは第１のユーザであるという規則がある。それ故に、無線通信システムがレーダシステムとの干渉を回避することは必須である。それ故に、レーダシステムとの競合可能性を回避するために、無線通信システムはレーダシステムにより現在使用中の周波数を空けなければならない。

典型的なレーダシステムは約０．０５〜１００μ秒のパルス長で信号パルスを送信し、その送信電力の範囲は最大６０ｄＢＷに及ぶ。この知識があると、無線通信システムにおける受信機はレーダ信号を無線通信システムにおいて送信された他の信号と区別することができる。例えば、観測周波数に関し、受信信号からの信号強度が約０．０５〜１００μ秒の時間間隔で一定値を越えるようであるなら、この周波数は実際にはレーダシステムにより用いられていると仮定される。そのとき、無線通信システムは許可された伝送周波数のリストからこの周波数を取り除かねばならないか、或いは現在使用中の周波数を変更し、レーダシステムへの有害な干渉を回避しなければならない。

受信機において、例えば、もし信号強度がアナログ／デジタル変換器における変換後のデジタル部分において測定されるなら、どの周波数が現在レーダシステムから用いられているかの指標はあいまいとなる。この測定信号強度は、現在観測中の周波数で送信された受信レーダ信号のために、或いはある別の周波数で送信されたがその観測周波数に変換されたレーダ信号からのものであるために閾値を超えることがあり得る。そのような他の周波数は、例えば、影像周波数変換或いはアライアシング効果により現在観測中の周波数に変換される。影像周波数変換は、限定された影像（イメージ波）抑圧しかもたないヘテロダイン受信機のような受信機におけるアナログ部の構成からの結果である。アライアシング効果は、限定されたサンプリング率で受信信号を変換する受信機におけるアナログ／デジタル変換器からの結果である。それ故に、もしその検出が受信機のデジタル部において実行するように構成されているなら、多くの周波数が共存するレーダシステムによりおそらく用いられているものとして誤って判断されてしまう。その時、多くの周波数が本当に空きにする必要があるものとして判断され、従って、無線通信システムにおける伝送のために多くの利用可能な周波数が必要以上に制限されてしまう。

それ故に本発明の目的は、上述した問題を克服し、そして、無線通信システムにおける干渉を検出する受信機を提供することにある。その受信機では、アンテナから受信した信号がアナログ部から後続のデジタル部への信号経路にフィードされ、その信号経路上の信号から第１の検出信号を生じさせる第１の分岐要素と、その信号経路上の信号から第２の検出信号を生じさせる第２の分岐要素と、前記第１と第２の分岐要素との間の信号経路に構成され、前もって定義された周波数のセットについての事前に知られた減衰値をもつ要素と、第１と第２の検出信号の差が閾値と比較できるように第１と第２の検出信号とを処理する処理手段とを有し、その閾値は前記要素の前記事前に知られた減衰値に依存する。

さらに、レーダシステムと共存する、許可された伝送周波数のリストから信号を送信したり受信したりする送信機と受信機とを有する無線通信システムにおける干渉を検出する方法が備えられる。そして、その方法は、上述した受信機のアンテナで前記信号を受信する工程と、前記第１、第２、及び第３の検出信号の２つのものの差が前記閾値未満であるなら、前記共存するレーダ信号と干渉する周波数を識別する工程と、前記無線通信システム内での更なる送信のために前記周波数を回避する工程とを有することを特徴とする。

共存するレーダシステムとの競合可能性を検出するため、無線通信システムの受信機はその受信信号強度が一定の時間間隔ある閾値を越えるかどうかを検出する。そのとき、本発明によれば、共存するレーダシステムと本当に干渉する周波数が検出される。それ故に、第１と第２の分岐要素の間にある要素が用いられる。その要素は、前もって定義された周波数のセットについての事前に知られた減衰値をもつ。その減衰は、その前もって定義された周波数セットからの周波数での信号に対してより小さいものであり、そして、その減衰はその前もって定義された周波数のセット以外の周波数での信号に対してはより大きいものである。これは、その要素の前後での信号の差、つまり、第１の検出信号と第２の検出信号との間の差が、その前もって定義された周波数のセットからの周波数に対してはより小さくなる一方、その差は他の周波数に対してはより大きくなる原因を作り出す。その差は閾値と比較され、その差が閾値未満であるなら、共存するレーダシステムは本当に前もって定義された周波数セットからの周波数を用いていると仮定される。もし、第１と第２の検出信号の差が閾値を越えるものであるなら、共存するレーダシステムは実際には前もって定義された周波数とは別の周波数を用いていると仮定される。それ故に、測定された高い信号強度は、前もって定義された周波数セットからの周波数を用いる共存するレーダシステムからの結果であるか、或いは別の周波数を用いているが前もって定義された周波数セットに変換されたレーダシステムからの結果であるどうかが区別可能である。この方法を用いると、共存するレーダシステムとの競合可能性の検出がより精確であり、無線通信システムは更なる送信のために、前もって定義された周波数のセットから、レーダシステムと本当に干渉するそれらの周波数を回避しなければならないだけである。

本発明の更なる特徴と利点とは、従属した請求項や添付図面と共にとられた次の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。

受信機の原理的な構造は本発明に従う図１ａ〜図１ｅに示された実施例全てについていくつかの付加的な要素を除いて類似している。そのような受信機の原理的な構造は当業者には知られているものであり、それは、アンテナ１００、アナログ部２００、デジタル部３００に分けることができる。その構造における変形は、その要素の構成夫々において、それが本発明の原理に影響を及ぼさない限り可能である。アンテナ１００で受信される信号はアナログ部２００を介して信号経路にフィードされる。アナログ部２００では、とりわけ周波数変換器とフィルタとがその信号経路に構成されている。アナログ／デジタル変換器はアナログ部２００からのアナログ信号を後段のデジタル部３００へのデジタル信号に変換する。デジタル部３００において、そのデジタル信号はデジタル受信器要素においてさらに処理される。また、このデジタル受信器要素はここでは詳細に説明はされていない。なぜなら、そのようなデジタル受信器の機能は公知であり、また本発明の範囲の外にあるものであるからである。図１ａ〜図１ｅに示されているように、全ての実施例に共通の本発明の原理は、第１の分岐要素２３０、２５２と、第２の分岐要素２５１、２７０と、第１と第２の分岐要素の間に構成される、前もって定義された周波数セットに関して事前に知られた減衰値をもつ要素２４０、２６０の存在である。通過する信号が前もって定義された周波数セットからの周波数であるときには、要素２４０、２６０はその信号に対しては減衰が小さい。これに対して、入力信号が他の周波数の１つであるときには、要素２４０、２６０はその信号に対しては減衰がかなり大きい。当業者にとって、その要素に対して、前もって定義された周波数セットについての減衰値が知られているだけではなくむしろ、他の周波数の大抵のものについての減衰値も事前に知られていることは明らかなことである。それから、その減衰値に依存して、従って、前もって定義された周波数セットに依存して、閾値が定義される。その要素の前後の分岐要素から第１と第２の検出信号を得ることができる。そのような分岐要素は、信号強度を検出し測定信号の信号強度に比例する検出信号を生成する指向性カップラのような各種の要素で良い。第１と第２の検出信号の差は前記閾値と比較され、その比較結果はレーダシステムが本当に前もって定義された周波数セットからの周波数を用いているかどうかの指標を与える。

さて、次に、本発明に従う受信機の２〜３の可能性のある実施例についてのみ詳細に説明する。図１ａは第１の分岐要素２３０が低雑音増幅器２２０の後段でかつミキサ要素２４０の前段に構成される実施例を示している。ミキサ要素２４０は前もって定義された周波数のセットについて事前に知られた減衰値を備えた要素として専用のものである。そのミキサ要素は中間周波数に変換される通常の周波数空間に対しては小さな減衰値を生じさせ、同じ中間周波数に変換される影像周波数空間に対しては大きな減衰値を生じさせる。従って、中間周波数に変換される通常の周波数空間はここで、前もって定義された周波数のセットを定義し、影像周波数の空間は他の周波数を定義する。言い換えると、前もって定義された周波数のセットは、受信機の搬送周波数から成り立っており、他の周波数は、影像周波数変換により同じ中間周波数に変換される周波数である。ミキサ２４０の後に、第２の分岐要素２５１が構成される。第１の分岐要素２３０は信号経路上の信号から第１の検出信号Ｓ１０を抽出し、第２の分岐要素２５１は信号経路上の信号から第２の検出信号Ｓ２１を抽出する。分岐要素２３０、２５１は好適には同様に従来技術から公知となっている指向性カップラである。第１の検出信号Ｓ１０と第２の検出信号Ｓ２１とは処理手段４００にフィードされる。処理手段４００は第１の電力検出器要素ＰＤ１と第２の電力検出器要素ＰＤ２とを含む。これらの電力検出器要素は典型的なレーダ信号に追従できなければならない。第１の電力検出器の出力Ｓ１０′と第２の電力検出器の出力Ｓ２１′とは処理手段４００にフィードされ、各アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）に入力される。一方のＡ／Ｄ変換器は第１の検出信号Ｓ１０′を第１のデジタル信号Ｄ１０に変換する。もう一方のＡ／Ｄ変換器は第２の検出信号Ｓ２１′を第２のデジタル信号Ｄ２１に変換する。デジタル信号Ｄ１０とデジタル信号Ｄ２１とは受信機のデジタル部３００において前もって定義された閾値と比較できる。好適な解決策では、第１のデジタル信号Ｄ１０と第２のデジタル信号Ｄ２０との差の絶対値が式：Ｄ＝｜Ｄ１０−（Ｄ２０＋ＩＬ）｜に従って閾値と比較される。ここで、ＩＬは要素の挿入損失である。もし、その差が前もって定義された閾値より大きいなら、共存するレーダシステムは前もって定義された周波数セットからの周波数とは別の周波数のみを用いていると仮定される。そのとき、無線通信システムは現在用いられている周波数を変更する必要はないし、許可された伝送周波数のリストからこの周波数を除外する必要もない。

図１ｄは、処理手段４００の電力検出器要素の後段にある要素に関して図１ａにおけるそれとは異なるだけの実施例を示している。ここで、図１ａのアナログ／デジタル変換器の代替として、電力検出器ＳＤ１とＳＤ２の出力が加算器にフィードされる。そのような加算器４６０もまた従来技術で公知のものであるが、それは、いくつかの抵抗とオペレーショナル増幅器とを有している。アナログ加算器では、検出信号Ｓ２１′とＳ１０′の差がアナログ閾値と比較される。前に既に説明したように、その差が閾値より大きいか或いは小さいかに依存して、無線通信システムは、共存するレーダシステムとの競合の可能性があるかどうかを判断することができる。

図１ｂは本発明の別の実施例を示している。原理的には、その構成は上述した図１ａと図１ｄと同じである。構成上の相違は、ここでは、ＩＦフィルタ２６０が前もって定義された周波数セットに関して事前に知られた減衰値をもつ要素として専用となっている点である。そのＩＦフィルタはバンドパスフィルタ要素であり、それは専用周波数帯内の周波数では小さい減衰があるだけであるが、その周波数帯の外側にある他の周波数ではより大きな減衰がある。ここで、バンドパスフィルタ２６０からの周波数は、前もって定義された周波数セットを定義する。第１の分岐要素２５２はＩＦフィルタ２６０の前段に構成され、第２の分岐要素２７０はＩＦフィルタ２６０の後段に構成される。第１の検出信号Ｓ２２と第２の検出信号Ｓ３０とは処理手段４００にフィードされる。処理手段４００は既に説明した電力検出器ＰＤ１とＰＤ２とＡ／Ｄ変換器とを有し、それらが前述のように検出信号Ｓ２２とＳ３０とを処理する。

図１ｅは図１ｂと同じ構成をもつが、電力検出器の出力Ｓ２２′とＳ３０′がアナログ加算器４６０にフィードされる点だけが異なっている。

図１ｃは本発明のより改善した実施例を示している。その受信機は低雑音増幅器２２０とこれに続くミキサ２４０との間の信号経路に第１の分岐要素２３０を有している。第２の分岐要素２５３はミキサ２４０と後段のＩＦフィルタ２６０との間の信号経路にある。更なる分岐要素２７０がＩＦフィルタ２６０の後方の信号経路にある。抽出された第１の検出信号Ｓ１０、第２の検出信号Ｓ２０、第３の検出信号Ｓ３０は処理手段４００にフィードされる。その検出信号は各電力検出器要素ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３に入力される。前記電力検出器要素各々の出力はそれから後段のＡ／Ｄ変換器でアナログ−デジタル変換される。最後に、デジタル信号Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ３０が第１のそして更なる閾値と比較される。この実施例の利点は、同じ周波数で送信する干渉体として誤って解釈される数多くの干渉体が正しく検出される点にある。従って、干渉検出がはるかに精確となる。

さらに、図示されてはいないが、図１ａに対する代替として、アナログ部２００から分岐する代わりに、第２のデジタル検出信号Ｄ２１が受信機のデジタル部３００から直接に生成されても良い。その時、第２の分岐要素２５１をもつことはもはや必要ない。

説明した全ての実施例に関し、周波数の範囲の減衰は事前に知られている要素と、その要素の前後で分岐要素とをもつことは重要である。これがあると、その要素の前後での信号が比較でき、その比較結果が干渉の問題はあるかないかの指標を与えることになる。その差がどのくらい精確にあるのかについて当業者に明らかなことではあるが、さらに説明はされていない。むしろ、その差を計算するのに知られた幾つかの方法がある。例えば、図１ａにおける実施例に関して説明したように、その要素前後での測定信号の差から絶対値を計算するときに、それはなされる。さらに、代替的な実施例においても、２つの負の検出信号を加算するときに、その差は計算される。本発明にとっては、検出信号の差を検出することだけが重要なのである。前もって定義された周波数のセットの１つ以外のものが検出されたなら、無線通信システムは数多くの許可された伝送周波数からこの周波数を除外する必要もないし、実際に使用される周波数を変更する必要はない。これとは反対に、無線通信システムは、もし、その差が閾値未満であることを意味する観測周波数が前もって定義された周波数のセットからのものであることが検出されたなら、前記観測周波数が更なる送信のために用いられることを回避しなければならない。

もし、閾値を越える受信信号強度が測定されたなら、しかし、本発明の原理に従えば、更なる測定はその信号が前もって定義された周波数のセットからの周波数ではないという結果に導かれるなら、無線通信システムは許可された周波数のセットでの送信を続行できる。しかし、そのとき、そのような状態は、性能を低下させえる受信機のより高いＤＣオフセットへと導くものであることが考慮されるべきである。そのような場合、信号経路に付加的な或いは適合型の現存するフィルタ要素が用いられるべきである。

本発明の原理を無線通信システムの受信機で実施することは多くの実施例や変形例に導かれるものである。そのような受信機は、無線通信システム内の分離型のコントローラユニットでも良いし、或いは移動体端末でも良い。そのような場合において、そのコントローラも移動体端末もその両方とも基地局やアクセスポイントのような中央ユニットに何らかの種類の干渉が検出されたかどうかを通知しなければならない。さらに、その受信機自身は、ＷＬＡＮシステムにおけるアクセスポイントやＵＭＴＳシステムにおける基地局のようなトランシーバ装置の受信部でも良い。

、 、 、 、 本発明の実施例を示す図である。

Claims (19)

1. アンテナ（１００）から受信した信号がアナログ部（２００）から後続のデジタル部（３００）への信号経路にフィードされる場合、無線通信システムと前記無線通信システムと共存するレーダシステムとの間の前もって定義された周波数のセット内における干渉を検出する受信機であって、
   前記信号経路上の前記信号から第１の検出信号（Ｓ１０，Ｓ２２）を生じさせる第１の分岐要素（２３０，２５２）と、
   前記第１の分岐要素（２３０，２５２）と前記デジタル部（３００）との間の前記信号経路に構成され、前記前もって定義された周波数のセットについての事前に知られた減衰値をもつ要素（２４０，２６０）と、
   前記第１の検出信号（Ｓ１０，Ｓ２２）と第２の検出信号（Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ２０）の差が、前記要素（２４０，２６０）の前記事前に知られた減衰値に依存して定義された一定の閾値と比較できるように前記第１の検出信号（Ｓ１０，Ｓ２２）を処理する処理手段（４００）と、
   前記第１の検出信号（Ｓ１０，Ｓ２２）と前記第２の検出信号（Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ２０）とを比較し、該比較結果に基づいて、前記信号が前記共存するレーダシステムと干渉する周波数を有しているかどうかを示す信号を提供する手段（３００，４６０）とを有することを特徴とする受信機。
2. 前記信号経路上の前記信号から前記第２の検出信号（Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ２０）を生じさせる第２の分岐要素（２５１，２７０）をさらに有し、
   前記要素（２４０，２６０）は、前記第１の分岐要素（２３０，２５２）と前記第２の分岐要素（２５１，２７０）との間の前記信号経路に構成され、
   前記処理手段（４００）はさらに前記第２の検出信号（Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ２０）を処理することを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記第２の検出信号はデジタル信号（Ｄ２１）として前記受信機のデジタル部（３００）から生成されることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
4. 低雑音増幅器（２２０）が前記第１の分岐要素（２３０，２５２）の前段の前記アナログ部（２００）の前記信号経路に構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受信機。
5. 前記要素（２４０，２６０）は、イメージ波抑圧型ミキサの要素であり、
   前記前もって定義された周波数のセットは前記受信機の搬送周波数から成り立っていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受信機。
6. 前記要素（２４０，２６０）は、バンドパスフィルタの要素であり、
   前記前もって定義された周波数のセットは前記バンドパスフィルタの要素の前記バンドパス内の周波数であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受信機。
7. 前記バンドパスフィルタの要素は中間周波数フィルタ要素、或いはベースバンドフィルタ要素であることを特徴とする請求項６に記載の受信機。
8. 前記分岐要素（２３０，２５１，２５２，２５３，２７０）は指向性カップラであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の受信機。
9. 前記処理手段（４００）は第１の電力検出器要素（ＰＤ１）と第２の電力検出器要素（ＰＤ２）とを有し、
   前記第１の検出信号（Ｓ１０，Ｓ２２）は前記第１の電力検出器要素（ＰＤ１）に入力され、前記第２の検出信号（Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ２０）は前記第２の電力検出器要素（ＰＤ２）に入力されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の受信機。
10. 前記処理手段（４００）はさらに電力検出器要素の出力（Ｓ１０′，Ｓ２１′，Ｓ２２′，Ｓ３０′）をデジタル信号（Ｄ１０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３０）に変換するアナログ／デジタル変換器を有し、
    前記デジタル信号（Ｄ１０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３０）の２つの信号の差は前記閾値と比較できることを特徴とする請求項９に記載の受信機。
11. 前記処理手段（４００）はさらにアナログ加算器（４６０）を有し、
    前記アナログ加算器は前記第１、及び第２の出力信号（Ｓ１０′，Ｓ２１′，Ｓ２２′，Ｓ３０′）の２つの間の差を前記閾値と比較することを特徴とする請求項９に記載の受信機。
12. 前記処理手段（４００）はさらに前記比較の出力を２値信号へと変換するシュミット−トリガを有することを特徴とする請求項１１に記載の受信機。
13. 前記受信機は無線ローカルエリアネットワークのアクセスポイントであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の受信機。
14. 前記受信機は世界規模の移動体通信システムの基地局であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の受信機。
15. 前記受信機は無線ローカルエリアネットワークのアクセスポイントに接続可能なコントローラユニットであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の受信機。
16. 前記受信機は移動端末であり、
    前記移動端末は無線ローカルエリアネットワークのアクセスポイント或いは世界規模の移動体通信システムの基地局に接続可能であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の受信機。
17. レーダシステムと共存する、許可された伝送周波数のリストから信号を送信したり受信したりする送信機と受信機とを有する無線通信システムにおける干渉を検出する方法であって、前記方法は、
    前記受信機は請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の受信機であり、前記受信機のアンテナ（１００）で前記信号を受信する工程と、
    前記第１、第２、及び第３の検出信号の２つのものの差が前記閾値未満であるなら、前記共存するレーダシステムと干渉するものとしての周波数を識別する工程と、
    前記無線通信システム内での更なる送信のために前記周波数を回避する工程とを有することを特徴とする方法。
18. 前記周波数を回避する工程は、前記無線通信システム内で許可された伝送周波数のリストから前記周波数を除外することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記周波数を回避する工程は、前記現在用いられているものとは異なる伝送周波数に変更することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。

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