JP5536045B2 - 知られた信号に基づき干渉を認知する認知無線通信装置、方法、及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、認知無線通信システムに係り、特に、セカンダリシステムに属する認知無線通信装置がプライマリシステムの信号を効果的に検出するための技術に関する。

限定された周波数リソースを効率的に使用できる技術に関する多様な研究が盛んに行なわれている。その中に最も脚光を浴びている技術の１つが認知無線（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ、ＣＲ）技術である。

認知無線技術は、限定された周波数リソースをリサイクルすることで、より効率的に周波数リソースを用いる技術である。認知無線技術によれば、セカンダリ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）システムに属するセカンダリ通信装置は、プライマリ（ｐｒｉｍａｒｙ）システムで用いられない無線リソースを周期的又は非周期的に検出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用いてデータを送受信する。

ただし、使用可能な周波数リソースに対してプライマリシステムが優先権を有するので、セカンダリシステムの信号とプライマリシステムの信号が衝突する恐れがある場合、セカンダリ通信装置は通信動作を停止するか使用中である周波数リソースを変更しなければならない。

従って、セカンダリ通信装置は、プライマリシステムの信号が存在するか否かを適切に検出しなければならない。例えば、セカンダリ通信装置は、周期的にセカンダリシステムにおける通信動作を停止し、プライマリシステムの信号が存在するか否かを検出しなければならない。ただし、このような場合、セカンダリ通信装置がプライマリシステムの信号を検出するために通信動作を停止することは、時間的リソースのような無線リソースを無駄遣いするものと言える。

従って、無線リソースの無駄遣いを無くしつつ、セカンダリ通信装置がプライマリシステムの信号を適切に検出できる技術が必要である。また、最近、多くの通信システムはＭＩＭＯ ＯＦＤＭ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いているので、特にＭＩＭＯ ＯＦＤＭ方式を用いる通信環境において、セカンダリ通信装置が効率的にプライマリシステムの信号を検出できる技術に関する研究が必要である。

本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置及びその方法は、セカンダリ送信機から受信された少なくとも１つの知られた信号（ｋｎｏｗｎ ｓｉｇｎａｌ）と関連する成分を用いてプライマリユーザの信号を検出することによって、プライマリユーザの信号を検出するために別途分離して設けた検出時間区間を有することなく効率的にプライマリユーザの信号を検出することにある。

本発明の一態様による認知無線通信方法は、プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から該セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分を含む信号を複数のアンテナを介して受信するステップと、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分との差である残り成分に基づいて生成された相関行列を用いて前記受信した信号のうちに前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップと、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かに関連する前記相関行列に応じた認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知するステップと、を有し、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記生成された相関行列の非対角成分に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップである。

好ましくは、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の複数の知られた信号に関連する成分との差に基づいて生成された複数の相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップであり、前記複数の知られた信号は、前記複数の相関行列及び複数の副搬送波に対応する。

好ましくは、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記複数の相関行列の和に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップである。

また、本発明の一態様による認知無線通信装置は、プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から該セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分を含む信号を受信する信号受信部と、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分との差である残り成分に基づいて生成された相関行列を用いて前記受信した信号のうちに前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する判断部と、を備え、前記判断部は、前記生成された相関行列の非対角成分に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する。

好ましくは、前記判断部は、前記生成された相関行列の形態と対角行列の形態との間の類似性に応じて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する。

好ましくは、前記信号受信部は、前記セカンダリ送信機が信号を送信するか否かに対して独立的に前記プライマリユーザ及び前記セカンダリ送信機から信号を受信し、前記判断部は、前記セカンダリ送信機が信号を送信するか否かに対して独立的に前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する。

好ましくは、前記判断部は、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の複数の知られた信号に関連する成分との差に基づいて生成された複数の相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断し、前記複数の知られた信号は、前記複数の相関行列及び複数の副搬送波に対応する。

好ましくは、前記判断部は、前記複数の相関行列の和に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する。

好ましくは、前記生成された複数の相関行列の数は調整可能である。

好ましくは、前記判断部は、複数の時間区間の各々について前記相関行列を生成し、前記複数の時間区間の各々について生成された前記相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断し、前記複数の時間区間の数は、予め決定されている。

好ましくは、前記信号受信部は複数のアンテナを介して前記信号を受信し、前記生成された相関行列のサイズは前記複数のアンテナの数に応じて決定される。

好ましくは、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かに応じて認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知する無線リソース認知部を更に含む。

好ましくは、前記無線リソース認知部は、前記プライマリユーザの信号が存在する場合、前記プライマリユーザの信号のために割当てられた無線リソースを使用不可能な無線リソースとして認知し、前記プライマリユーザでの信号が存在しない場合、前記プライマリシステムに割当てられた無線リソースを前記使用可能な無線リソースとして認知する。

本発明の他の特徴は、本発明の例示的実施形態を添付した図面と関連付けて開示する以下の詳細な説明から、当業者には明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置及びその方法によれば、セカンダリ送信機から受信された少なくとも１つの知られた信号と関連する成分を用いてプライマリユーザの信号を検出することによって、プライマリユーザの信号を検出するために別途分離して設けた検出時間区間を有することなく、効率的にプライマリユーザの信号を検出できる。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置及びその方法によれば、相関行列に基づいてプライマリユーザの信号を検出することによって、より正確かつ効率的にプライマリユーザの信号を検出できる。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置及びその方法によれば、相関行列のサイズを調整できるだけでなく、相関行列の形態に基づいてプライマリユーザの信号を検出することによって、より少ない演算算出量でもってプライマリユーザの信号を検出できる。

また、本発明の一実施形態に係る相関行列をプライマリユーザの信号検出に用いることによって、プライマリユーザの信号を検出する際の誤報確率及び見落とし確率を同時に削減できる。

本発明の一実施形態に係るプライマリシステム及びセカンダリシステムを示す図である。 セカンダリシステムの高速検出区間及びファイン検出区間の一例を示す図である。 セカンダリシステムの誤報確率及び見落とし確率間の関係を示すカーブである。 本発明の一実施形態に係る認知無線通信方法を示す動作フローチャートである。 本発明の一実施形態によってＭ個のアンテナを介して受信された信号を示す図である。 本発明の一実施形態によって認知無線通信装置を示すブロック図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプライマリシステム及びセカンダリシステムを示す図である。

図１に示すように、プライマリシステム１１０はプライマリユーザ（１）１１１及びプライマリユーザ（２）１１２を含み、セカンダリシステム１２０は認知無線受信機１２１及び認知無線送信機１２２を含む。

セカンダリシステム１２０は、プライマリシステム１１０に割当てられた無線リソースのうち一部又は全部を、認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースとして認知できる。また、セカンダリシステム１２０に属する認知無線受信機１２１及び認知無線送信機１２２は認知された無線リソースを用いてデータを送受信できる。

ただし、プライマリシステム１１０に割当てられた無線リソースに対して、プライマリシステム１１０がセカンダリシステム１２０より優先権を有する。従って、プライマリシステム１２０は、セカンダリシステム１２０が無線リソースを用いているか否かを考慮することなく、独立的に予め割当てられた無線リソースを使用できる。

セカンダリシステム１２０に属する認知無線受信機１２１又は認知無線送信機１２２は、プライマリシステム１１０に影響を及ばないという制限下で、プライマリシステム１１０に割当てられた無線リソースを使用できる。従って、セカンダリシステム１２０に属する認知無線受信機１２１又は認知無線送信機１２２はプライマリシステム１１０の信号を検出し、プライマリシステム１１０の信号を検出できない場合に無線リソースを使用できる。一方、認知無線受信機１２１又は認知無線送信機１２２がプライマリシステム１１０の信号を検出する場合、認知無線受信機１２１及び認知無線送信機１２２は、プライマリシステム１１０に割当てられた無線リソースを使用できない。

図２は、セカンダリシステムの高速検出区間及びファイン検出区間の一例を示す図である。

図２に示すように、セカンダリシステムに属する認知無線受信機は、データ受信区間の間認知無線送信機から送信されたデータを受信し、高速検出（ｆａｓｔ ｓｅｎｓｉｎｇ）区間Ａ、Ｂ及びファイン検出（ｆｉｎｅ ｓｅｎｓｉｎｇ）区間Ｃの間にプライマリシステムの信号を検出する。

一般には、高速検出区間Ａ、Ｂそれぞれの時間の長さはファイン検出区間Ｃの時間の長さより短く、認知無線受信機は比較的に短い時間間隔で高速検出を行う。即ち、高速検出区間Ａ、Ｂ間の認知無線通信受信機はプライマリシステムの信号を受信し、受信された信号のパワーが予め設定された検出基準レベルよりも大きいか否かを判断することによって、プライマリシステムの信号が存在するか否かを判断する。

もし、高速検出区間Ｂにおいて、プライマリシステムの信号が存在するものと判断されれば、認知無線受信機はファイン検出区間Ｃ間のプライマリシステムの信号が存在するか否かを精密に判断するためにファイン検出を行う。例えば、認知無線受信機は、ファイン検出区間Ｃの間に整合フィルタ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）などを用いて受信された信号がプライマリシステムの信号であるか否かを精密に判断する。

認知無線受信機が高速検出及びファイン検出を行う場合、高速検出区間Ａ、Ｂ及びファイン検出区間Ｃの間のセカンダリシステムではデータ送信が行なわれない。これは、時間的リソースの無駄遣いを意味する。ただし、下記で説明するように、本発明の一実施形態に係る認知無線受信機は、高速検出及びファイン検出を行なわないことによって、セカンダリシステムは途切れることなくデータを送信できる。従って、本発明の一実施形態に係る認知無線受信機は、無線リソースを効率よく使用できる。

また一般には、認知無線受信機が高速検出を行うために用いる検出基準レベルによって誤報確率及び見落とし確率が決定される。即ち、もし、検出基準レベルが過度に高く設定されれば、認知無線受信機はプライマリシステムの信号が実際に存在するにも関わらず、受信された信号が存在しないと判断することがある。このような、認知無線受信機がプライマリシステムの信号を見落とす確率を見落とし確率という。

反対に、検出基準レベルが過度に低く設定されれば、認知無線受信機はプライマリシステムの信号が存在しないにも関わらず、プライマリシステムの信号が存在するものと誤って判断することがある。このような場合、不要にファイン検出が行われることによって、無線リソースが無駄遣いされる恐れがある。このようなプライマリシステムの信号を誤って検出する確率を誤報確率という。

図３は、セカンダリシステムの誤報確率及び見落とし確率の間の関係を示すカーブである。

図３に示すように、カーブ３１０は、認知無線受信機が高速検出及びファイン検出を行う場合の誤報確率及び見落とし確率を示すものである。検出基準レベルによって誤報確率及び見落とし確率はカーブ３１０に沿って移動する。カーブ３１０に示すように、誤報確率及び見落とし確率は互いにトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）の関係であることが分かる。

認知無線受信機が高速検出及びファイン検出を行う場合、誤報確率及び見落とし確率を同時に減少させることは極めて困難である。即ち、検出基準レベルを調整することによって、カーブ３１０の代りにカーブ３２０を獲得することは困難である。ただし、下記で説明するように、本発明の一実施形態に係る認知無線受信機は、すでに知られた信号又は相関行列を用いてプライマリシステムの信号を検出することによって、カーブ３１０の代りにカーブ３２０を獲得できる。

以下では、再び図１を共に参照して本発明の動作を説明する。また、プライマリシステム及びセカンダリシステムがＯＦＤＭ方式を用いると仮定する。ただし、本発明の技術的思想は、ＯＦＤＭを用いる通信システムに限定されない。

認知無線受信機１２１と認知無線送信機１２２の間には無線チャネルＨ（ｎ）が形成される。ここで、ｎは副搬送波（ｓｕｂ ｃａｒｒｉｅｒ）に対応する周波数帯域のインデックスを意味する。また、認知無線受信機１２１は、無線チャネルＨ（ｎ）を介して認知無線送信機１２２から送信された信号ｘ（ｎ）を受信する。更に、認知無線受信機１２１はプライマリユーザ１の信号の干渉信号Ｉ（ｎ）を受信し得る。結局、ｊ番目のＯＦＤＭシンボルに対して（又はｊ番目の時間区間において）認知無線受信機１２１によって受信された信号ｙ（ｎ，ｊ）は下記の数１のように表わせる。

［数１］
ｙ（ｎ，ｊ） ＝ Ｈ（ｎ）ｘ（ｎ）＋Ｉ（ｎ）＋ｗ（ｎ）

ここで、ｗ（ｎ）は白色ガウス雑音を意味する。

このとき、認知無線受信機１２１に設置されたＮｒ個のアンテナのうちＭ個のアンテナを介してｙ（ｎ，ｊ）を受信した場合、ｙ（ｎ，ｊ）はＭ×１のサイズを有するベクトルである。

また、ｊ番目のＯＦＤＭシンボルに対してｎ_ｐ番目の副搬送波に対応する周波数帯域において認知無線受信機１２１によって受信された信号ｙ（ｎ_ｐ，ｊ）は、下記の数２のように表し得る。

［数２］
ｙ（ｎ_ｐ，ｊ） ＝ Ｈ（ｎ_ｐ）ｘ（ｎ_ｐ）＋Ｉ（ｎ_ｐ）＋ｗ（ｎ_ｐ）

ここで、ｎ_ｐは認知無線受信機１２１に予め知られた信号が割当てられた副搬送波に対応する周波数帯域のインデックスを意味し、知られた信号は、例えば、パイロット信号であり得る。

このとき、認知無線受信機１２１はＨ（ｎ_ｐ）を推定でき、ｘ（ｎ_ｐ）をすでに知っているので、認知無線受信機１２１はｙ（ｎ_ｐ，ｊ）から知られた信号ｘ（ｎ_ｐ）と関連する成分Ｈ（ｎ_ｐ）ｘ（ｎ_ｐ）を差し引いた残り成分であるｚ（ｎ_ｐ，ｊ）を下記の数３のように獲得できる。

［数３］
ｚ（ｎ_ｐ，ｊ）＝ ｙ（ｎ_ｐ，ｊ）−Ｈ（ｎ_ｐ）ｘ（ｎ_ｐ）
＝ Ｉ（ｎ_ｐ）＋ｗ（ｎ_ｐ）

また、認知無線受信機１２１はｚ（ｎ_ｐ，ｊ）からプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）と関連する相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）を下記の数４のように算出できる。

［数４］
Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ） ＝ ｚ（ｎ_ｐ，ｊ）ｚ ^Ｈ （ｎ_ｐ，ｊ）

もし、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在しない場合、
ｚ（ｎ_ｐ，ｊ） ≒ ｗ（ｎ_ｐ） であるので、
Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）は殆ど対角行列の形態を有する。ただし、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在する場合、Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）は対角形態を有しない。

従って、認知無線受信機１２１は、相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）に基づいてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。ここで、相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）のサイズはＭによって決定される。このとき、本発明の一実施形態に係る認知無線受信機１２１はＭを適切に調整することによって、相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）のサイズを調整できる。従って、相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）を算出し、算出された相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）をもって様々な演算を行うために要求される演算算出量を調整できる。

また、認知無線受信機１２１は、ｊ番目のＯＦＤＭシンボルに対して複数のパイロットそれぞれに対応する相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）を算出できる。また、認知無線受信機１２１は、算出された複数のパイロットそれぞれに対応する相関行列の和を下記の数５のように求め得る。

ここで、Ｎ_ｐは複数のパイロットの数であり、調整可能な数である。

認知無線受信機１２１はＲ（ｊ）を用いてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。即ち、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在しない場合、Ｒ（ｊ）は下記の数６のように表し得る。

ここで、σ_ｎ ^２ は白色ガウス雑音の分散と関連し、Ｉはアイデンティティ（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）行列（対角線上要素のみ「１」、それ以外の要素は「０」の行列）である。

数６に示すように、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在しない場合、Ｒ（ｊ）は対角行列の形態を有していることが分かる。

反対に、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在する場合、Ｒ（ｊ）は下記の数７のように表し得る。

数７に示すように、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在する場合、Ｒ（ｊ）は対角行列の形態を有しないことが分かる。従って、認知無線受信機１２１はＲ（ｊ）の形態に基づいてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。

より具体的には、認知無線受信機１２１は、Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）又はＲ（ｊ）の非対角（ｏｆｆ−ｄｉａｇｏｎａｌ）成分に基づいてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。特に、認知無線受信機１２１は、下記の数８のメトリックをもってプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断することができる。

例えば、認知無線受信機１２１は、数８によって算出されたｍ（ｊ）と予め決定した閾値とを比較し、比較結果に応じてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。もし、算出されたｍ（ｊ）が予め決定した閾値よりも大きければ、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するものと判断し、算出されたｍ（ｊ）が予め決定した閾値よりも小さいか同一であれば、プライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在しないと判断する。

また、数８のようなメトリックだけでなく、Ｒ（ｊ）の条件数（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ）もプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断するためのメトリックとして用い得る。

また、認知無線受信機１２１は、複数のＯＦＤＭシンボルそれぞれに対するＲ（ｊ）及びｍ（ｊ）に基づいてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。即ち、認知無線受信機１２１は、複数のＯＦＤＭシンボルに対応する複数の時間区間それぞれに相関行列を算出し、算出された相関行列に基づいてプライマリユーザ（１）１１１の信号Ｉ（ｎ_ｐ）が存在するか否かを判断できる。例えば、認知無線受信機１２１は、下記の数９に表現されたｍをメトリックとして用い得る。

（Ｎ_ｓは複数のＯＦＤＭシンボル又は複数の時間区間の数であり、演算量を制御するために調整可能である。）

図４は、本発明の一実施形態に係る認知無線通信方法を示す動作フローチャートである。

図４に示すように、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、全体のアンテナのうちプライマリシステムの信号（干渉）を認知するために用いられるアンテナの数（Ｍ）を決定する（Ｓ４１０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、プライマリシステムの信号を認知するために用いられる、知られた信号（パイロット）の数（Ｎ_ｐ）を決定する（Ｓ４２０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、プライマリシステムの信号を認知するための対象時間区間又はＯＦＤＭシンボルの数（Ｎ_ｓ）を決定する（Ｓ４３０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、Ｍ個のアンテナを介してプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から信号を受信する（Ｓ４４０）。ここで、受信された信号は少なくともＮ_ｐ個の知られた信号と関連する成分を含む。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、受信された信号及び少なくともＮ_ｐ個の知られた信号と関連する成分の間の差に基づいて残り成分を算出し、算出された残り成分を用いてＮ_ｐ個のＭ×Ｍ相関行列を生成する（Ｓ４５０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、Ｎ_ｐ個のＭ×Ｍ相関行列を加えて［数７］を用いてＲ（ｊ）を獲得する（Ｓ４６０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、獲得されたＲ（ｊ）に基づいてプライマリユーザの信号を認知するために用いられるメトリックをアップデートする（Ｓ４７０）。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、ステップＳ４４０〜ステップＳ４７０の動作をＮ_ｓ回だけ繰り返す。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、最終的に生成されたメトリックを用いてプライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する（Ｓ４８０）。

図５は、本発明の一実施形態によりＭ個のアンテナを介してセカンダリシステムのセカンダリ送信機から送信された信号を示す図である。

図５に示すように、Ｍ個のアンテナそれぞれは複数の周波数帯域においてＮ_ｐ個のパイロット及びデータを受信する。ここで、複数の周波数帯域それぞれは副搬送波それぞれに対応する。また、図５に示すＮ_ｐ個のパイロット及びデータはｊ番目のＯＦＤＭシンボルと関連するものと仮定する。

例えば、第２番目のパイロットの周波数帯域（ｎ_ｐ＝２）において、Ｍ個のアンテナを介して受信された信号ｙ（２，ｊ）は下記の数１０のように表し得る。

［数１０］
ｙ（２，ｊ） ＝ Ｈ（２）ｘ（２）＋Ｉ（２）＋ｗ（２）

また、第２番目のパイロットの周波数帯域における残り成分ｚ（２，ｊ）は下記の数１１のように表し得る。

［数１１］
ｚ（２，ｊ）＝ ｙ（２，ｊ）−Ｈ（２）ｘ（２）
＝ Ｉ（２）＋ｗ（２）

また、相関行列Ｋ（２，ｊ）は下記の数１２のように算出できる。

［数１２］
Ｋ（２，ｊ） ＝ ｚ（２，ｊ）ｚ ^Ｈ （２，ｊ）

このとき、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は相関行列Ｋ（２，ｊ）が対角行列であるか否かに基づいてプライマリユーザの信号が存在するか否かを判断できる。

また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、より精密にプライマリユーザの信号を検出するためＮ_ｐ個のパイロットを用いて複数の周波数帯域で相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）を算出できる。また、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、算出されたＮ_ｐ個の相関行列Ｋ（ｎ_ｐ，ｊ）の和を獲得し、獲得された和Ｒ（ｊ）を用いて精密にプライマリユーザの信号を検出できる。それだけではなく、上述したように、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、Ｒ（ｊ）に基づいて生成されたメトリックｍ（ｊ）又はｍを用いてプライマリユーザの信号を検出できる。

図６は、本発明の一実施形態により認知無線通信装置を示すブロック図である。

図６に示すように、本発明の一実施形態に係る認知無線通信装置は、複数のアンテナを含む信号受信部６１０、判断部６２０、及び無線リソース認知部６３０を含む。

信号受信部６１０は、プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から信号を受信する。このとき、受信された信号は、セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号と関連する成分を含む。

また、判断部６２０は、少なくとも１つの知られた信号と関連する成分に基づいて、受信された信号のうちにプライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する。このとき、判断部６２０は、受信された信号及び少なくとも１つの知られた信号と関連する成分の間の差に基づいて残り成分を算出して相関行列を生成する。

また、判断部６２０は、相関行列が対角行列と類似する形態を有するか否かに応じて、プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断できる。

また、判断部６２０は、より精密にプライマリユーザの信号が存在するか否かを検出するために、相関行列に基づいて生成された様々なメトリックを用い得る。このとき、メトリックは前述したＲ（ｊ）、ｍ（ｊ）、ｍを含む。また、相関行列のサイズは、演算量を制御するために全体のアンテナのうちプライマリユーザの信号を検出するために用いられるアンテナの数に応じて調整できる。

また、無線リソース認知部６３０は、プライマリユーザの信号が存在するか否かによって認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知する。

このとき、無線リソース認知部６３０は、プライマリユーザの信号が存在する場合、プライマリユーザの信号のために割当てられた無線リソースを使用不可能な無線リソースとして認知し、プライマリユーザでの信号が存在しない場合、プライマリシステムに割当てられた無線リソースを使用可能な無線リソースとして認知できる。

本発明に係る認知無線通信方法は、多様なコンピュータ手段を介して実行できるプログラム命令形態に具現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録できる。前記コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含み得る。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上述のハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェア階層で作動するように構成され、その逆も同様である。

上述したように本発明は、たとえ限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような基材から多様な修正及び変形が可能である。

従って、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

１１０ プライマリシステム
１１１ プライマリユーザ（１）
１１２ プライマリユーザ（２）
１２０ セカンダリシステム
１２１ 認知無線受信機
１２２ 認知無線送信機
６１０ 信号受信部
６２０ 判断部
６３０ 無線リソース認知部

Claims (14)

1. プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から該セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分を含む信号を受信する信号受信部と、
   前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分との差である残り成分に基づいて生成された相関行列を用いて前記受信した信号のうちに前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断する判断部と、を備え、
   前記判断部は、前記生成された相関行列の非対角成分に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断することを特徴とする認知無線通信装置。
2. 前記判断部は、前記生成された相関行列の形態と対角行列の形態との間の類似性に応じて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
3. 前記信号受信部は、前記セカンダリ送信機が信号を送信するか否かに対して独立的に前記プライマリユーザ及び前記セカンダリ送信機から信号を受信し、
   前記判断部は、前記セカンダリ送信機が信号を送信するか否かに対して独立的に前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
4. 前記判断部は、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の複数の知られた信号に関連する成分との差に基づいて生成された複数の相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断し、
   前記複数の知られた信号は、前記複数の相関行列及び複数の副搬送波に対応することを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
5. 前記判断部は、前記複数の相関行列の和に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断することを特徴とする請求項４に記載の認知無線通信装置。
6. 前記生成された複数の相関行列の数は、調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の認知無線通信装置。
7. 前記判断部は、複数の時間区間の各々について前記相関行列を生成し、前記複数の時間区間の各々について生成された前記相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断し、
   前記複数の時間区間の数は、予め決定されていることを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
8. 前記信号受信部は、複数のアンテナを介して前記信号を受信し、
   前記生成された相関行列のサイズは、前記複数のアンテナの数に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
9. 前記プライマリユーザの信号が存在するか否かに応じて認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知する無線リソース認知部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の認知無線通信装置。
10. 前記無線リソース認知部は、
    前記プライマリユーザの信号が存在する場合、前記プライマリユーザの信号のために割当てられた無線リソースを使用不可能な無線リソースとして認知し、
    前記プライマリユーザでの信号が存在しない場合、前記プライマリシステムに割当てられた無線リソースを前記使用可能な無線リソースとして認知することを特徴とする請求項９に記載の認知無線通信装置。
11. プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から該セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分を含む信号を複数のアンテナを介して受信するステップと、
    前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分との差である残り成分に基づいて生成された相関行列を用いて前記受信した信号のうちに前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップと、
    前記プライマリユーザの信号が存在するか否かに関連する前記相関行列に応じた認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知するステップと、を有し、
    前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記生成された相関行列の非対角成分に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップであることを特徴とする認知無線通信方法。
12. 前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の複数の知られた信号に関連する成分との差に基づいて生成された複数の相関行列に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップであり、
    前記複数の知られた信号は、前記複数の相関行列及び複数の副搬送波に対応することを特徴とする請求項１１に記載の認知無線通信方法。
13. 前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記複数の相関行列の和に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載の認知無線通信方法。
14. プライマリシステムのプライマリユーザ及びセカンダリシステムのセカンダリ送信機から該セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分を含む信号を複数のアンテナを介して受信するステップと、
    前記受信した信号と前記セカンダリ送信機の少なくとも１つの知られた信号に関連する成分との差である残り成分に基づいて生成された相関行列を用いて前記受信した信号のうちに前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップと、
    前記プライマリユーザの信号が存在するか否かに関連する前記相関行列に応じた認知無線技術を用いて使用可能な無線リソースを認知するステップと、をコンピュータに実行させる命令を含み、前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップは、前記生成された相関行列の非対角成分に基づいて前記プライマリユーザの信号が存在するか否かを判断するステップであることを特徴とする認知無線通信方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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