WO2009145326A1 - コグニティブ無線システム、コグニティブ無線機および無線信号検出方法 - Google Patents

コグニティブ無線システム、コグニティブ無線機および無線信号検出方法 Download PDF

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WO2009145326A1
WO2009145326A1 PCT/JP2009/059918 JP2009059918W WO2009145326A1 WO 2009145326 A1 WO2009145326 A1 WO 2009145326A1 JP 2009059918 W JP2009059918 W JP 2009059918W WO 2009145326 A1 WO2009145326 A1 WO 2009145326A1
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WO
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pseudo
feature
value
peak
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PCT/JP2009/059918
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村岡一志
有吉正行
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0006—Assessment of spectral gaps suitable for allocating digitally modulated signals, e.g. for carrier allocation in cognitive radio
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices

Definitions

  • Cognitive radio system cognitive radio and radio signal detection method
  • the present invention relates to a wireless device and a wireless communication system that recognize a surrounding wireless environment, and more particularly, to a technology that recognizes a surrounding wireless environment used for a wireless device.
  • cognitive radio which is a wire communication system, it recognizes the surrounding radio environment (detects radio signals) and optimizes parameters according to the radio environment.
  • the cognitive radio system shares and uses the frequency band as a secondary system, improving the frequency band usage efficiency. To do.
  • the secondary system When the secondary system uses the frequency band in common with the primary system, the secondary system should not affect the existing services provided by the primary system.
  • the secondary system in order to avoid interference with the primary system, it is necessary to perform communication so that the frequency band that is not used by the primary system is used, or the amount of interference allowed by the primary system is not exceeded. In other words, the secondary system needs to accurately identify the usage status of the frequency band by the primary system before using the frequency band.
  • spectrum sensing is a method based on power detection that is determined by the magnitude of the received signal power obtained by time averaging.
  • IEEE 80.2.2 is an example of a wireless communication system in which the secondary system uses the frequency band that is not used by the primary system by detecting the primary system using the above spectrum sensing. It is done. IEEE 8.2.2 discusses the standardization of a Wireless Regional Area Network (WR AN) system that uses the frequency band allocated to US television broadcasting. In this IEEE 8.2.2, when the received power of the Advanced Television Systems Committee (A ⁇ ,: 5) is is 1 1 6 dBm or more in the US television broadcasting standard. Stipulates that the misdetection rate and false alarm rate should be 0.1 or less, respectively.
  • a ⁇ ,: 5 Advanced Television Systems Committee
  • the false detection probability is a probability that it is determined that the searched frequency band is in an empty state in spite of the presence of the primary system signal.
  • the false alarm probability is the probability of determining that the signal of the primary system exists even though the searched frequency band is empty. Misdetection of the primary system signal leads to interference with the primary system, and false alarms reduce the frequency utilization efficiency.
  • - Figure 1 is a diagram illustrating the relationship between a secondary system radio that uses spectrum sensing and the primary system.
  • Figure 1 shows a primary system radio 1 0 0 that performs transmission, a primary system radio 1 1 0 that performs reception, and a secondary system radio 2 0 0 that identifies the frequency band usage status through spectrum sensing.
  • the reference received power area 10 indicates an area that needs to suppress the false detection probability and false alarm probability of the secondary system wireless device 200 related to detection of the primary system within a predetermined value. That is, as shown in FIG. 1, when the secondary system radio 2 0 0 is within the reference reception power area, the secondary system none and the line 2 0 0 are transmitted from the primary system radio 1 0 0. It is required to reliably detect the detected signal, reduce the false detection probability and false alarm probability as much as possible, and keep them within a predetermined value.
  • the secondary system needs to set the false detection probability and false alarm probability of the secondary system to a predetermined value or less with respect to a signal having a level higher than the reference received power.
  • Various primary system detection methods have been proposed to keep the false detection probability and false alarm probability below a certain value.
  • a detection method that uses the feature amount included in the transmission signal of the primary system for detection a method that uses the cyclic stationarity (cyclostationary) of the signal transmitted from the primary system, the transmission signal or There are a method that uses the periodicity included in the frame format, and a method that uses the secondary system radio to prepare the same sequence as the pilot signal sequence in the received signal and correlates with the received signal.
  • Patent Document 1 discloses a spectrum sensing method using a chi-square test using the periodic steadiness of a signal transmitted from a primary system.
  • a periodic autocorrelation value which is a feature value that reflects periodic continuity
  • the threshold is determined from the chi-square distribution according to the false alarm probability set by the secondary system radio.
  • the threshold value can be determined only by the set value of the false alarm probability without depending on the noise power or interference power, so that it is not necessary to estimate the noise power or interference power.
  • the false detection probability can be made lower than the set value in an area that exceeds the reference received power.
  • Patent Document 2 Patent Document 3
  • Patent Document 1 Other technologies are also described in Patent Document 2, Patent Document 3, Non-Patent Document 1, and the like. Since the periodicity included in the transmission signal or frame format used in the spectrum sensing method of Patent Document 2 also exists for OF DM signals using a cyclic prefix, the method of Patent Document 2 is used. OF DM signals can also be detected. In addition, by using the same property as the periodicity of the cyclic prefix used in Patent Document 2, as described in Patent Document 3, blinds such as effective symbol length and guard interval length, which are parameters of the OF DM signal, are used. It can also be applied to estimation.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 06-2 2 2 6 6 5
  • Patent Document 2 US 2 0 0 7 0 0 9 2 0 4 5
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0-7-0 8 2 1 8 5
  • Non-Patent Document 1 D. Cabric, S. M. Mishra, R. W. Brodersen, Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios, Source: the Thirty-Eighth Asi lomar Conference on Signals, Systems and Computers (November 2004) Disclosure of Invention:
  • the chi-square test of Patent Document 1 is a method limited to a spectrum sensing method using periodic stationarity. For this reason, it is not possible to use features that are useful for detecting the primary system, such as the correlation characteristics of the pait signal transmitted from the primary system and the periodicity of the frame format of the primary system transmission signal.
  • Another object of the present invention is to provide a cognitive radio system that reduces the false detection probability by using a feature quantity of a primary system transmission signal that is useful for detection of a primary system and a pseudo feature quantity that does not reflect the characteristic characteristics of the primary system. It is to provide a cognitive radio and a spectrum sensing method.
  • the cognitive radio system is unique to the radio system to be searched.
  • a storage unit that stores system parameters used for generating the collected amount and pseudo parameters similar to the system parameters, and generates one or more feature amounts from the received signal in the frequency band using the system parameters.
  • a pseudo feature quantity generating section that generates one or a plurality of pseudo feature quantities from the received signal in the frequency band, and using the feature quantities and the pseudo feature quantities.
  • a determination unit for determining presence / absence of a signal of the wireless system.
  • the cognitive radio receives a system unit that stores system parameters used to generate a characteristic amount specific to a radio system to be searched and a pseudo parameter similar to the system parameter, and receives the system parameter using the system parameter.
  • a feature quantity generating unit that generates one or more feature quantities from a frequency band signal, and a pseudo feature quantity that generates one or more pseudo feature quantities from the received frequency band signal using the pseudo parameter.
  • a generation unit, and a determination unit that determines presence / absence of a signal of the radio system using the feature amount and the pseudo feature amount.
  • the radio signal detection method receives and processes a radio signal in a frequency band to be searched, and uses the received frequency band signal and a system parameter of the radio system to search for one or more radio signals. Generating and processing one or a plurality of pseudo feature quantities using a received frequency band signal and a pseudo parameter similar to the system parameter, and generating the feature quantity and the pseudo feature quantity; And determining the presence / absence of a signal of the wireless system.
  • a cognitive radio system and a cognitive radio system that detect a primary system with high accuracy by using a feature quantity of a primary system that is useful for detection of a primary system and a pseudo feature quantity that does not reflect the characteristic characteristics of the primary system.
  • a radio and spectrum sensing method can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the relationship between the secondary system radio using spectrum sensing and the primary system.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the secondary system radio in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the detection operation of the secondary system radio in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the secondary system radio device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing in more detail the bypass signal sequence storage unit, autocorrelation unit, and cross-correlation unit.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of the secondary system radio in the third embodiment.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing the period time storage unit and the feature value generation correlation unit in more detail.
  • FIG. 8 is a diagram showing the obtained OFDM signal and the delayed OFDM signal.
  • FIG. 9 is a diagram showing a signal obtained by continuously and periodically inserting a pait signal sequence.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a periodic autocorrelation function using an OFDM signal as the signal y (t).
  • FIG. 11 is a functional block diagram of the secondary system radio in the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a periodic autocorrelation function in the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of the secondary system radio in the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a periodic autocorrelation function in the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a functional block diagram of the secondary system radio in the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram exemplifying the searchable frequency band recorded in association with the storage unit and the information on the feature quantity that can be extracted for each radio system used in the frequency band and related information. is there.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a functional block diagram of secondary system radio 300 in the present embodiment. Note that details that have little relation to the present invention are omitted for the sake of clarity.
  • the secondary system radio 300 has an antenna 30 0 1 that receives the transmission signal (radio wave) of the primary system, and an RF (Radio Frequency) that extracts a signal in a desired frequency band from the signal received by the antenna 3 0 1.
  • An analog unit 30 2 a system parameter storage unit 30 3 that stores system parameters of the primary system used to generate a characteristic amount unique to the primary system, and a pseudo parameter similar to the system parameter, and the feature amount
  • a determination unit 3 0 6 for determining the presence or absence of a signal of the primary system.
  • the system parameter storage unit 303 is composed of a general storage device, ROM (Read Only Memory;), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), or a combination thereof. Stores system parameters adapted to the features specific to the primary system to be searched and pseudo parameters that are similar to the system parameters used to generate the pseudo features.
  • the feature value is a value obtained by quantifying the characteristic properties of the communication method and frame format used in the primary system to be searched.
  • the feature amount is generated by the feature amount generation unit 304 using the received frequency band signal and system parameters.
  • the feature quantity reflects the system parameters used in the primary system communication method and frame format, so that the search target frequency band of the primary system exists in the searched frequency band. If a radio signal can be detected), it will have the property of increasing.
  • the pseudo-feature value means that if there is no radio signal of the primary system to be searched in the searched frequency band, it has the same probability distribution as the above-mentioned feature value. If there is a radio signal from the primary system, this value is generated and processed to keep the value small.
  • the pseudo feature quantity is generated by the pseudo feature quantity generation unit 30 5 using the received radio signal in the frequency band and the pseudo parameter stored in the system parameter storage unit 303.
  • pseudo parameters that are similar to system parameters but different are used instead of the system parameters used in the feature value generation process.
  • the pseudo feature quantity is kept small.
  • the feature value and pseudo feature value are generated and processed in the same way, Provide the property that the feature quantity has the same probability distribution. Furthermore, if the feature quantity and the pseudo feature quantity have the same probability distribution ', the feature quantity and the pseudo feature quantity have the same size.
  • the probability that the primary system is transmitting a radio signal is high.
  • the feature quantity and the pseudo feature quantity are about the same size, it indicates that there is a high probability that the primary system is not transmitting radio signals.
  • the primary system can be detected by comparing the feature quantity with the pseudo feature quantity and determining that the primary system exists when the feature quantity is larger.
  • the primary system in which the false alarm probability is set to a desired value can be detected by presetting the number of generated feature quantities and pseudo feature quantities. Specifically, when only one feature quantity can be generated, the number of pseudo feature quantities to be generated is set to N ⁇ 1 (N: an integer of 2 or more), and the feature quantity and N ⁇ 1 When the maximum value of the pseudo feature quantity is the feature quantity, it is possible to detect the primary system in which the false alarm probability is set to 1 ZN by determining that the primary system exists.
  • a primary system detection such as the following is performed to obtain a false alarm probability as a desired value and a primary system that uses only one feature quantity.
  • the false detection probability can be reduced. In other words, it is effective to increase the number of feature values used for determination in order to reduce the false detection probability during primary system detection. That is, the false alarm probability can be determined by adjusting the combination of the type of feature quantity and the number of feature quantities used for judgment in the judgment unit 306. The false detection probability can be reduced while maintaining the value.
  • the number of generated feature quantities is set to n, and the number of generated pseudo feature quantities is set to N—n (N: an integer equal to or greater than (n + 1)).
  • M values are selected from the larger of the feature quantity and the pseudo feature quantity, and when all m pieces are the feature quantity, it is determined that the primary system exists, and the pseudo feature is contained in the m pieces. If the quantity is included, it is determined that there is no primary system. At this time, compared to the detection of the primary system that sets the false alarm probability using one feature, the false alarm probability can be set to n C m / N C m and the primary system reduces the false detection probability. Can be detected.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the detection operation of the secondary system radio 300 in the present embodiment.
  • the RF analog unit 30 2 receives a radio signal in the frequency band to be searched via the antenna 3 0 1, receives and processes a signal in a desired frequency band, and the feature amount generation unit 3 4 4 and the pseudo feature amount It is output to the generator 3 0 5 (step S 3 0 1).
  • the feature quantity generation unit 30 4 acquires system parameters from the system parameter storage unit 30 3, and uses the system parameters and the signal input from the RF analog unit 30 2 to use one or a plurality of feature parameters. Generate feature values.
  • the feature quantity generation unit 30 4 outputs the generated feature quantity to the determination unit 3 06 (step S 3 0 2).
  • the pseudo feature quantity generation unit 30 5 acquires the pseudo parameters from the system parameter storage unit 30 3, and uses one or more of the pseudo parameters and the signal input from the RF analog unit 30 2. The pseudo feature quantity is generated. The pseudo feature quantity generation unit 30 5 outputs the generated pseudo feature quantity to the determination unit 3 06 (step S 3 0 3).
  • the determination unit 310 compares the input feature quantity with the pseudo feature quantity, and determines that a primary system signal exists when the feature quantity is larger. In addition, the determination unit 3 06 determines that there is no primary system signal when the pseudo feature quantity is larger (step S 3 0 4).
  • the secondary system radio device 30 of the present embodiment can detect the signal of the primary system with high accuracy.
  • the number of feature quantities generated by the feature quantity generation unit 304 and the number of pseudo feature quantities generated by the pseudo feature quantity generation unit 30 5 are set in accordance with a desired false alarm probability. By doing so, it is possible to detect the primary system that satisfies the desired false alarm probability. Similarly, it is possible to detect a primary system with a reduced false detection probability by increasing the number of feature quantities generated by the feature quantity generation unit 304 and performing the determination process.
  • a control signal used in the primary system is used as a feature quantity.
  • a pilot signal inserted into the transmission signal of the primary system is used for purposes such as timing synchronization, channel estimation, and frequency offset estimation.
  • the detection of the primary system using only one type of pie-mouth signal is described.
  • the method of this embodiment can also be used when multiple types of pilot signals are available.
  • the false alarm probability can be lowered along with the false alarm probability setting.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of secondary system radio 400 in the present embodiment. Note that description of details that have little relation to the present embodiment is omitted.
  • the secondary system wireless device 400 receives an antenna 40 1 that receives the transmission signal (radio wave) of the primary system, and extracts a signal in a desired frequency band of the signal received by the antenna 4 0 1 as a baseband signal.
  • the RF analog unit 402 to be converted, and the pilot signal sequence used in the primary system and the signal sequence such as a plurality of pseudo-random signal sequences having a low correlation with the pilot signal sequence are stored.
  • Signal sequence storage unit 40 3 auto-correlation unit 40 4 that correlates the base spanned signal and the pi-port signal sequence and generates a value as a feature quantity, the baseband signal and the pseudo-random signal
  • a cross-correlation unit 4 0 5 that correlates with a signal sequence and generates a value as a pseudo feature value
  • a determination unit 4 0 6 that determines the presence or absence of a signal of the primary system are provided.
  • FIG. 5 is a block diagram showing in more detail the bypass signal sequence storage unit 40 3, the autocorrelation unit 40 4, and the cross-correlation unit 4 0 5.
  • the pie-tut signal sequence storage unit 4 0 3 has the same length as the pie-tut signal sequence 4 1 0 and the pi-tut signal sequence 4 1 0 (same bit And a pseudo random signal sequence (only 4 1 1 and 4 1 2 are shown in Fig. 5). There are N—1 pseudorandom signal sequences, and each is used to generate pseudofeatures.
  • the autocorrelation unit 4 0 4 is composed of a correlation unit 4 2 1 and a maximum value selection unit 4 3 1.
  • the The cross-correlation part 4 0 5 is composed of N— 1 correlation part (only 4 2 2 and 4 2 3 are described) and N— 1 maximum value selection part (only 4 3 2 and 4 3 3 are described). ing.
  • the radio wave of the frequency band to be searched is input via the antenna 4 0 1 and the RF analog unit 4 0 2, and the baseband signal in the desired frequency band is detected and processed, and the autocorrelation unit 4 0 4 and the cross-correlation unit Output to 4 0 5
  • the correlator 4 2 1 calculates the correlation between the baseband signal and the feed signal sequence 4 10 while shifting the timing for starting the correlation calculation within a predetermined search time window. That is, correlation values corresponding to a plurality of start times are calculated.
  • the search time window is determined depending on the frame format of the transmission signal of the primary system to be searched. For example, when a transmission signal of the primary system exists and a pilot signal sequence is periodically inserted into the transmission signal, the cycle in which the pilot signal sequence is inserted is set as a search time window.
  • the correlator 4 2 1 includes the pi-port signal sequence included in the baseband signal and the pi-port signal sequence 4 prepared in advance in the calculated correlation. It can be calculated to always include the correlation of the timing with which 10 is synchronized with time.
  • the cross-correlation unit 4 0 5 is based on the pseudo-random signal sequence. Correlation calculation processing and pseudo feature value selection processing are performed.
  • the baseband signal supplied from the RF analog unit 4 0 2 is input to the correlation unit 4 2 2, and the pseudo-signal obtained from the feed-out signal sequence storage unit 4 0 3 is input.
  • the correlation is calculated by the correlation unit 4 2 2 using the similar random signal sequence 4 1 1.
  • the plurality of correlations calculated by the correlation unit 4 2 2 are input to the maximum value selection unit 4 3 2, and the correlation of the maximum value among the plurality of correlation values is selected and processed as a pseudo feature quantity. Further, the selected pseudo feature quantity is input to the determination unit 4 06.
  • each correlation unit (4 2 3 etc.) and each maximum value selection unit (4 3 3 etc.) other than the correlation unit 4 2 2 and the maximum value selection unit 4 3 2 in the cross correlation unit 4 0 5 Using the pseudo-random signal sequence (such as 4 1 2) acquired from the signal signal storage unit 4 0 3, it operates in the same manner as the correlation unit 4 2 2 and the maximum value selection unit 4 3 2.
  • Each correlator (4 2 2 etc.) of the cross correlator 4 0 5 has a pseudo-random signal sequence 4 1 1 while shifting the timing for starting the correlation calculation within the search time window used in the correlator 4 2 1. And a plurality of correlations between the baseband signal and the like. Thereafter, a total of N ⁇ 1 pseudo feature values output from each maximum value selection unit (eg, 4 3 3) of the cross-correlation unit 4 05 are input to the determination unit 4 06.
  • the determination unit 4 06 selects the largest value from the N feature amounts and pseudo feature amounts input from the autocorrelation unit 4 0 4 and the cross correlation unit 4 0 5.
  • the determination unit 4 06 determines that the primary system signal exists when the maximum value among the N values is the feature quantity input from the autocorrelation unit 4 0 4.
  • the selected value is any one of N-1 pseudo features generated by the cross-correlation unit 4 0 5
  • the primary system signal does not exist and the frequency band is empty. Judgment is enough.
  • the secondary system radio 400 according to the present embodiment enables detection satisfying a desired false alarm probability determined by the set number of N when detecting a signal of the primary system. To do.
  • the correlation between the baseband signal and the pilot signal sequence used by the primary system is calculated while shifting the timing of starting the correlation calculation.
  • the autocorrelation unit 404 can obtain the maximum feature amount. Using this property, the primary system is detected.
  • the autocorrelation unit 4 0 4 Since the feature value generated using the lot signal sequence is larger than the pseudo feature value generated using the pseudo-random signal sequence in the cross-correlation unit 45, the primary system can be detected.
  • the received signal is composed of only noise or interference components, so the feature value generated by the autocorrelation unit 4 0 4 and the cross correlation unit 4 0 5 N—A single pseudo feature has the same probability distribution.
  • the false alarm probability is 1 ZN.
  • the periodicity in which the same signal is repeated in the transmission signal of the primary system is used as the feature amount.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • SC-FD MA Single Carrier—Frequency Division Multiple Access
  • the periodicity in this embodiment means that the same signal is repeatedly used in the transmission signal of the primary system.
  • the period time is the time interval of the same signal that is used repeatedly.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of secondary system radio 500 in the present embodiment.
  • the secondary system radio 50 0 includes an antenna 50 1 that receives a transmission signal (radio wave) of the primary system, an RF analog unit 5 0 2 that extracts an RF signal in a desired frequency band of the signal received by the antenna, A periodic time storage unit 50 3 for storing a periodic time of a transmission signal of the primary system and a non-periodic time that does not indicate periodicity, and generating a characteristic amount specific to the transmission signal of the primary system using the periodic time Correlation unit for feature value generation 50 4, correlation unit for pseudo feature value generation 5 0 5 that generates a plurality of pseudo feature values using the non-periodic time, and a determination unit that determines the presence or absence of a signal of the primary system 5 0 6 provided.
  • the cycle time storage unit 50 3 stores a time T 5 2 1 which is a cycle time peculiar to the primary system to be searched and a non-cycle time (only 5 2 2 and 5 2 3 are shown in FIG. 7). ing. There are N-1 non-periodic times, each of which is used to generate pseudo features.
  • the feature quantity generating correlation unit 50 4 includes a delay unit 5 1 1 and a correlation unit 5 1 2.
  • the pseudo feature quantity generating correlation unit 50 5 is composed of N ⁇ 1 delay units and N ⁇ 1 correlation units.
  • the RF analog unit 50 2 uses the received signal as an RF signal, but the secondary system radio device 500 converts the received signal into an IF (intermediate frequency) signal or a baseband signal.
  • IF intermediate frequency
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing the period time storage unit 50 3 and the feature value generation correlation unit 50 4 in more detail.
  • the radio signal in the frequency band to be searched is transmitted to the RF in the desired frequency band via the antenna 50 1 (not shown) and the RF analog unit 50 2 (not shown). It is output as a signal to a feature value generation correlation unit 50 4 and a pseudo feature value generation correlation unit 50 5 (not shown).
  • the RF signal supplied from the RF analog unit 5 02 is input to the delay unit 5 1 1 and the correlation unit 5 1 2.
  • the input RF signal is delayed in the delay unit 5 1 1 by the cycle time 5 2 1 acquired from the cycle time storage unit 50 3 to generate a delay signal.
  • the obtained delayed signal is correlated with the original RF signal in the correlation unit 5 1 2, and the generated feature quantity is input to the determination unit 5 06.
  • the feature value generation process will be described in detail later.
  • the pseudo feature value generation correlation unit 5 5 At the same time as the feature value generation processing in the feature value generation correlation unit 50 4, the pseudo feature value generation correlation unit 5 5 generates a pseudo feature value of the RF signal and the delayed signal. At this time, the non-periodic time (5 2 2 or 5 2 3) stored in the periodic time storage unit 50 3 is used as the delay time used in the pseudo feature quantity generation correlation unit 50 5. In the correlation part for pseudo feature generation 5 0 5, the non-periodic time is different from the period time T! ⁇ ⁇ ! Based on ⁇ , a total of N—1 pseudo feature values are generated and sent to the determination unit 5 06.
  • the feature value generation correlator 50 4 and the pseudo feature value generation correlation unit 50 5 receive the maximum value from the total of N feature values and pseudo feature values. select.
  • the determination unit 50 6 determines that the signal of the primary system is present when the maximum value among the N values is the feature amount that has been manpowered by the feature amount generation correlation unit 50 4.
  • the selected value is any one of N ⁇ 1 pseudo feature quantities generated by the pseudo feature quantity correlation unit 5 0 5, there is no primary system signal and the frequency band is free. It is determined that it is in a state.
  • the secondary system radio 50 0 0 By operating in this way, the secondary system radio 50 0 0 according to the present embodiment enables detection satisfying a desired false alarm probability determined by the set number of N when detecting a signal of the primary system. To do.
  • the feature quantity generation processing of a signal having periodicity in the correlator 5 12 will be described in detail using an OFDM signal as an example. It should be noted that the pseudo feature quantity generation processing using the non-periodic time in the correlation section provided in the pseudo feature quantity generation correlation section 50 5 is processed in the same manner as described below.
  • FIG. 8 shows the obtained OF DM signal and the delayed OF DM signal.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the types of OF DM signals with different delay times.
  • the time TF in Fig. 8 represents the effective symbol length of the OFDM signal.
  • a cyclic prefix (Cyclic Prefix), which is a copy of the latter half of each OF DM symbol, is inserted in the guard interval (GI) portion.
  • GI guard interval
  • the OF DM signal by delaying the time T F which is effective symbol length, since the Gadi Ntabaru portions of source and T F time delay signal of the cyclic prefix of the original signal matches the time, the correlation appear.
  • the correlation unit 512 in FIG. A high correlation value generated by the periodicity of the prefix is generated as a feature value.
  • the period in which the copy source of the cyclic prefix and the guard interval of the delayed signal coincide with each other is the OFDM symbol length (GI and Therefore, the correlation unit 512 can use the correlation obtained by extracting and combining only the multiple GI-matching sections that contribute to the correlation as the feature value.
  • the correlation unit 512 may use the maximum value selected by the above method as the correlation, and this method can remove unnecessary signal components from the correlation calculation. However, at this time, the same correlation calculation method is also used in the correlation calculation by the non-periodic time delay of the pseudo feature quantity generation correlator 505.
  • the delay values used for generation are defined as, for example, effective symbol length of 3.2 s and guard interval length of 0.8 // S in IEEE802.11a using OF DM transmission. Therefore, as described above, the effective symbol length of 3.2 / S is the cycle time. Also, as non-periodic time, time other than the periodic time of 3 ⁇ , such as 0.8 / zs, 1.6 s, 2.4 is, 4. O ⁇ s, 4.8 ⁇ , 5.6 xs, 6.4 s, etc. is used. That's fine.
  • FIG. 9 is a diagram showing a signal obtained by continuously and periodically inserting a pait signal sequence.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the type of delayed signal obtained by delaying the original signal by a plurality of different delay times.
  • the original signal consists of two identical pilot signal sequences with a length of T p and a data sequence with a length of T d as one unit, and the signal is composed by repeating this unit. . Therefore, pilot signal sequences # 1 to 4 (2010, 2020, 2030, 2040) are all the same signal sequence.
  • the original signal and the (2T p + T d) in the correlation of the time delay signal pilot signal sequence # 3 of the original signal (2030) (2T p + T d) pilot signal system column of the time delay signal # 1 (2310 )
  • the pilot signal sequence # 4 (2040) ⁇ (21 ⁇ + T d ) of the original signal in time match the pilot signal sequence # 2 (2320) of the time delay signal. Correlation occurs between the original signal and the delayed signal due to these time-matching intervals. Therefore, when there is a signal from the primary system, the delay time is set to ⁇ ⁇ , ( ⁇ ⁇ + T d ), (2T p + T d ), etc.
  • a feature amount can be generated based on the correlation generated by the sex.
  • the correlation unit 512 can perform correlation calculation by extracting only the sections in which the pilot signal sequences match.
  • the feature value generating correlation unit 50 4 includes delay units and correlation units corresponding to a plurality of cycle times, and outputs a plurality of feature values from the feature value generation correlation unit 50 4. It can also be used.
  • the periodicity of the transmission signal of the primary system is used, and the feature amount generated by the feature amount generation correlator 50 4 increases when there is a transmission signal having periodicity. This property is used to detect the primary system.
  • the feature quantity generated by the feature quantity generation correlator 50 4 is the N—1 pseudo feature quantity generated by the pseudo feature quantity generation correlator 50 5. It can be determined that there is a signal from the primary system.
  • the received signal consists of only noise or interference components.
  • Each of the N—1 pseudo feature values generated by the correlator 5 0 5 has the same probability distribution.
  • the false alarm probability can be set to 1 ZN by setting N. .
  • a desired false alarm probability may be set in the secondary system radio, N may be automatically calculated by the secondary system radio, and the primary system detection process may be performed using that value.
  • one feature quantity is generated by the feature quantity generation correlator 50 4, and the pseudo feature quantity generation correlation section 5 0 Nine pseudo-features are generated at 5, and the maximum value is selected at the judgment unit 5 ⁇ 6.
  • N 10 and the false alarm probability can be set to a desired value of 0.1.
  • the RF analog unit 5202 can perform the same processing even if the received signal is converted to an IF signal or a baseband signal instead of the RF signal.
  • these signals can be expressed in complex numbers, so that the correlation is performed by the feature value generating correlation unit 50 4 and the pseudo feature value generating correlation unit 5 0 5.
  • Correlation values (features and pseudofeatures) generated by calculation can also be expressed in complex numbers.
  • the determination unit 50 6 implements the actual feature value out of the total N feature values and pseudo feature values input from the feature value generation correlation unit 50 4 and the pseudo feature value generation correlation unit 50 5. Select the one with the largest part or the one with the largest absolute value of the complex number.
  • the determination method in the determination unit 5 6 after selecting the maximum value is the same when using an RF signal and when using an IF signal or a baseband signal, and whether the selected maximum value is a feature amount, Alternatively, the determination unit 5 06 determines the presence or absence of the primary system signal depending on whether it is a pseudo feature value.
  • the present invention can also be applied to detection of a primary system using the periodic steadiness of a received signal.
  • the primary system is detected using periodic steadiness as a feature of the transmission signal of the primary system.
  • T is the number of samplings used for averaging
  • ⁇ is the sampling time
  • ⁇ is the number of samplings corresponding to the delay time for calculating the periodic autocorrelation value.
  • * represents a complex conjugate.
  • Figure 10 shows the periodic autocorrelation function when the signal is periodic stationary. However, the horizontal axis represents the cyclic frequency normalized by the peak interval, and the vertical axis represents the absolute value of the periodic autocorrelation function. Equation 2 shows the absolute value of the periodic autocorrelation function. (Equation 2)
  • Figure 10 shows an example of a periodic autocorrelation function using an OF DM signal as the signal y (t).
  • ⁇ In the case of an F DM signal, a peak occurs at a cyclic frequency of 1 Z T s (where T s is the O F DM symbol length that combines the guard interval and the effective symbol length).
  • T s is the O F DM symbol length that combines the guard interval and the effective symbol length.
  • the peak of the periodic autocorrelation function is maximized when ⁇ is equal to the effective symbol length.
  • a signal that is periodically stationary has a peak in the periodic autocorrelation function at cyclic intervals of a constant interval.
  • the periodic autocorrelation value at the cyclic frequency at which the periodic autocorrelation function peaks is the periodic autocorrelation peak value
  • the periodic autocorrelation value at the cyclic frequency at which the periodic autocorrelation function does not peak is the periodic autocorrelation non-peak value. I will call it.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of secondary system radio device 60 in the present embodiment.
  • the secondary system radio device 600 includes an antenna 6 0 1 that receives a transmission signal (radio wave) of the primary system, and an RF analog unit 6 that converts a signal in a desired frequency band of the signal received by the antenna into a baseband signal 6. 0 and a cyclic autocorrelation parameter that stores the cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function of the primary system transmission signal peaks, and the cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function does not peak
  • a storage unit 60 3 and a periodic autocorrelation peak value generation unit 6 0 that generates a periodic autocorrelation peak value as a feature value from the baseband signal using a cyclic frequency and a delay time at which the periodic autocorrelation function peaks.
  • It includes a cyclic autocorrelation non-peak value generation unit 6 0 5 to generate the cyclic autocorrelation non-peak value as the pseudo features from baseband signal, the determination unit 6 0 6 determines the existence or non-existence of a primary system of the signal.
  • the received signal is converted into a baseband signal, but in the present embodiment, the received signal is converted into an IF (intermediate frequency) It may be converted into a signal and processed in the same manner as the baseband signal. In the following, the case of conversion to a baseband signal is described for clarity.
  • a radio signal in the frequency band to be searched is input via the antenna 601 and the RF analog unit 602, and the radio signal in the desired frequency band is converted into a baseband signal. And output to the periodic autocorrelation peak value generation unit 60 4 and the periodic autocorrelation non-peak value generation unit 6 05.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a periodic autocorrelation function in the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the cyclic frequency and the vertical axis represents the periodic autocorrelation value (absolute value).
  • the periodic autocorrelation peak value generation unit 60 4 acquires the cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function of the transmission signal of the primary system peaks from the periodic autocorrelation parameter storage unit 63, and acquires the acquired cycle. Using the click frequency and delay time and the baseband signal input from the RF analog section 60 2, n periodic autocorrelation peak values (such as peak # 1 (6 1 1) in Figure 12) are calculated. Generate the absolute values and send them to the judgment unit 6 06.
  • the non-peak set 6 3 2 is a set of cyclic peaks at which the cyclic autocorrelation function used in the periodic autocorrelation non-peak value generator 6 0 5 does not peak.
  • the periodic autocorrelation non-peak value generation unit 60 5 sends the absolute values of N ⁇ n periodic autocorrelation non-peak values at each cyclic frequency of the non-peak set 6 32 2 to the determination unit 6 06.
  • the determination unit 60 6 determines that the signal of the primary system exists when all of the selected m periodic autocorrelation values are the periodic autocorrelation peak values selected from the peak set 6 31. In addition, non-pipi is included in the selected m periodic autocorrelation values. If there is a non-peak value of periodic autocorrelation at the peak frequency of the peak set 6 3 2, it is determined that there is no primary system signal and the frequency band is empty.
  • the secondary system radio 6 0 0 of the present embodiment satisfies the desired false alarm probability determined by the set number of n, m, .N when detecting the primary system signal. Detection is possible.
  • the periodic stationarity of the transmission signal of the primary system is used, and when there is the transmission signal, n periodic self generated by the periodic autocorrelation peak value generation unit 60 4 Correlation peak value increases. Using this property, the primary system is detected.
  • n periodic autocorrelation peak values generated by the periodic autocorrelation value generator 6 0 4 are represented by N— Compared to n periodic autocorrelation non-peak values. Accordingly, the probability that the periodic autocorrelation peak value is selected as the m periodic autocorrelation values selected by the determination unit 60 6 is increased. Therefore, the primary system can be detected.
  • the received signal is composed of only noise or interference components, so n periodic autocorrelation peak values generated by the periodic autocorrelation peak value generator 6 0 4 N ⁇ n periodic autocorrelation non-peak values generated by the periodic autocorrelation non-peak value generator 6 0 5 all have the same probability distribution.
  • the probability that all m periodic autocorrelation values selected by the decision unit 6 0 6 are periodic autocorrelation peak value elements at the cyclic frequency of the peak set 6 3 1 is n C m / N C m (C is Therefore, the false alarm probability is n C m Z N C m .
  • n C m Z N C m a constant false alarm probability
  • this embodiment uses the periodic steadiness of the transmission signal of the primary system, but the feature quantity used when determining the presence or absence of the signal of the primary system is the same as in the fourth embodiment. Different from form.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of secondary system radio 700 in the present embodiment.
  • the secondary system radio unit 700 includes an antenna 70 1 that receives a transmission signal (radio wave) of the primary system, and an RF analog unit 7 that converts a signal in a desired frequency band of a signal received by the antenna into a baseband signal 7 0 2 and the cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function of the transmission signal of the primary system peaks, the cyclic frequency and the period of the transmission signal at the delay time, the replica of the autocorrelation value, and the periodic autocorrelation
  • the cyclic autocorrelation synthesis parameter storage unit 7 0 3 for storing the cyclic frequency and delay time at which the function does not peak, the cyclic frequency at which the periodic autocorrelation function peaks, the delay time, and the cyclic autocorrelation value replica Generate periodic autocorrelation peak composite value from the baseband signal as a feature value
  • a periodic autocorrelation peak composite value generator 7 0 4 a cyclic frequency at which the periodic autocorrelation function does not peak,
  • the received signal is converted into a baseband signal, but in the present embodiment, the received signal is converted into an IF (intermediate frequency) signal and the baseband signal is converted. You may make it process like the case. In the following, the case of conversion to a baseband signal is described for the sake of clarity.
  • a radio signal in the frequency band to be searched is input via the antenna 701 and the RF analog unit 702, and the radio signal in the desired frequency band is converted into a baseband signal. And output to the periodic autocorrelation peak composite value generation unit 70 4 and the periodic autocorrelation non-peak composite value generation unit 7 05.
  • the periodic autocorrelation peak composite value generation unit 70 4 the periodic autocorrelation non-peak composite value generation unit 70 5, and the determination unit 70 6 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a periodic autocorrelation function in the present embodiment.
  • the cyclic autocorrelation peak synthesis value generation unit 70 4 acquires the cyclic frequency and delay time at which the cyclic autocorrelation function of the transmission signal of the primary system peaks from the periodic autocorrelation synthesis parameter storage unit 70 3 N cyclic autocorrelation peak values (peak # 1 (7 1 1, etc. in Fig. 14)) using the measured cyclic frequency and delay time and the baseband signal input from the RF analog section 70 2 ) Is generated.
  • a set of cyclic frequencies at which the periodic autocorrelation function generated by the periodic autocorrelation peak composite value generation unit 70 4 peaks is shown as a peak set A 7 4 1.
  • the periodic autocorrelation peak synthesis value generation unit 70 4 obtains periodic autocorrelation value replicas from the periodic autocorrelation synthesis parameter storage unit 70 3, and generates n peaks at the cyclic frequency of the generated peak set A 7 4 1.
  • the cyclic autocorrelation peak value is obtained by complex weighted synthesis using the periodic autocorrelation value replica, and the periodic autocorrelation peak synthesis value D shown in Equation 3 is generated.
  • the periodic autocorrelation peak composite value generator 7 0 4 The resultant value is sent to the determination unit 706.
  • the operation of the cyclic autocorrelation non-peak composite value generation unit 705 will be described.
  • the cyclic frequency and delay time (non-peak # 1 (721), etc.) at which the cyclic autocorrelation function does not peak are obtained from the parameter storage unit 703 for cyclic autocorrelation synthesis, and the obtained cyclic frequency and delay time are obtained.
  • the baseband signal input from the RF analog unit 702 is used to generate a periodic autocorrelation non-peak value.
  • N one cyclic frequency set that does not become a peak is defined, and only non-peak set 742 and BN 743 are shown. Each set of non-peaks is composed of n pieces of cyclic frequency.
  • the cyclic autocorrelation non-peak composite value generation unit 705 generates a cyclic autocorrelation non-peak value at the cyclic frequency in the non-peak set for each non-peak set, and generates the generated cyclic autocorrelation non-peak value.
  • the cyclic autocorrelation value leveler generates a complex weighted composite to generate a cyclic autocorrelation non-peak composite value.
  • the periodic autocorrelation non-peak composite value D m in the non-peak set B m (1 ⁇ m ⁇ N-1) is generated by the equation shown in Equation 4.
  • T represents the periodic autocorrelation non-peak value at the cyclic frequency i3 k in the non-peak set B m .
  • T ′ is the number of averaged samplings used to generate the cyclic autocorrelation non-peak value at cyclic frequency / 3 n in the non-peak set B m .
  • Equation 5 It can be generated from the autocorrelation non-peak value, and the coefficient is corrected to follow a probability distribution similar to Equation 4. Note that the cyclic frequency used to generate the periodic autocorrelation non-peak value in Equation 5 may not be i3 n as long as it is a cyclic frequency within the non-peak set B m .
  • the periodic autocorrelation non-peak composite value generator 7 0 5 generates periodic autocorrelation non-peak composite values for all non-peak sets, and determines a total of N—one periodic autocorrelation non-peak composite value determiner 7 Enter 0.
  • the determination unit 7 06 determines that the signal of the primary system exists when the selected maximum value is the periodic autocorrelation peak composite value.
  • the selected maximum value is selected from N-1 periodic autocorrelation non-peak composite values, it is determined that there is no primary system signal and the frequency band is empty.
  • secondary system radio 70 0 of this embodiment enables detection satisfying a desired false alarm probability when detecting a signal of the primary system.
  • the periodic stationarity of the transmission signal of the primary system is used.
  • the cyclic autocorrelation value replica When the transmission signal is present, the cyclic autocorrelation value replica is used as a complex weight, and the cyclic autocorrelation peak value at each cyclic frequency at which the cyclic autocorrelation function reaches a peak is subjected to complex weighting synthesis. Since the peak synthesis value is generated, the phase of the cyclic autocorrelation peak value at each cyclic frequency can be aligned, and the cyclic autocorrelation peak value can be synthesized in phase. Therefore, in the present embodiment, signal power versus noise power (or signal versus noise interference power) can be improved, and the cyclic autocorrelation peak composite value becomes large.
  • the periodic autocorrelation peak composite value is N ⁇ 1 periodic autocorrelation nonpeak composite values generated by the periodic autocorrelation nonpeak composite value generator 705. Compared to the I can go out.
  • the received signal is composed of only noise or interference components, so the periodic autocorrelation peak composite value and N-1 periodic autocorrelation non-peak composite value are the same.
  • Probability distribution, and the probability that the combined value of the cyclic autocorrelation peak is chosen as the maximum value is 1 ZN Therefore, the false alarm probability is 1.
  • the determination unit 70 6 determines that a primary system exists when the maximum value is the periodic autocorrelation peak composite value among the generated periodic autocorrelation peak composite value and the periodic autocorrelation non-peak composite value. When the maximum value is one of the periodic autocorrelation non-peak composite values, it is determined that there is no primary system.
  • This embodiment improves the detection probability of the primary system by using a combination of the second to fifth embodiments.
  • the combination of detection of the primary system in the third embodiment and the fifth embodiment will be described, but other combinations are also possible.
  • the transmission signal of the primary system is a signal having both periodicity and periodic stationarity used in the third embodiment and the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a functional block diagram of secondary system radio 800 in the present embodiment.
  • the secondary system radio unit 800 includes an antenna 8 0 1 that receives a transmission signal (radio wave) of the primary system, and an RF analog unit 8 that extracts an IF signal or baseband signal in a desired frequency band of the signal received by the antenna 8. 0 2 and the periodic time of the transmission signal of the primary system and the non-periodic time that does not indicate periodicity
  • a periodic time storage unit 80 3 (same as the periodic time storage unit 50 3) and a feature value generation correlation unit 8 0 4 that generates a characteristic value specific to the transmission signal of the primary system using the periodic time.
  • correlation part for feature quantity generation 504 corresponds to the correlation part for feature quantity generation 504 and a correlation part for pseudo feature quantity generation that generates a plurality of pseudo feature quantities using the non-periodic time (correlation part for pseudo feature quantity generation) And the cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function of the transmission signal of the primary system peaks, and the cyclic system.
  • Parameter storage unit for synthesizing periodic autocorrelation that stores a frequency and a replica of the periodic autocorrelation value of the transmission signal at the delay time, and a cyclic frequency and delay time at which the periodic autocorrelation function does not peak.
  • Periodic autocorrelation peak composite value generator 8 14 (same as periodic autocorrelation peak composite value generator 7 0 4) that calculates values as feature quantities, cyclic frequency and delay at which periodic autocorrelation function does not peak
  • Periodic autocorrelation non-peak synthesis value generator 8 1 5 (periodic autocorrelation non-peak synthesis) that calculates a periodic autocorrelation non-peak synthesis value from the baseband signal as a pseudo feature quantity using the periodic autocorrelation value replica Same as the value generator 7 0 5).
  • the product of the value output from the correlation unit for feature quantity generation 8 0 4 and the value output from the periodic self-correlation peak composite value generation unit 8 1 4 is input to the determination unit 8 0 6 as a feature quantity,
  • the product of the N—1 value output from the pseudo-feature generating correlation unit 8 0 5 and the N—1 value output from the periodic autocorrelation non-peak composite value generation unit 8 15 Input as feature value.
  • the maximum value is selected from the total of N input feature values and pseudo feature values. Choose one.
  • the determination unit 8 06 determines that the signal of the primary system exists when the maximum value among N is the feature amount. If the selected value is any one of N_1 pseudo feature quantities, it is determined that there is no primary system signal and the frequency band is empty.
  • the determination unit 8 06 is the product of the output values of the feature value generation correlation unit 80 4 and the periodic autocorrelation peak composite value generation unit 8 14, or the pseudo feature value generation correlation unit 8 0.
  • the product of the output values of 5 and the cyclic autocorrelation non-peak composite value generation unit 8 15 is input, the input value is not limited to the product and may be a weighted value.
  • the secondary system radio device 80 By operating in this way, the secondary system radio device 80 according to the present embodiment enables detection satisfying a desired false alarm probability when detecting a signal of the primary system.
  • the periodicity and periodic stationarity of the transmission signal of the primary system are used.
  • both the feature value generation correlation unit 8 0 4 and the periodic autocorrelation peak synthesis value generation unit 8 1 4 have large values, so the feature value that is the product of these output values is Since it is larger than the N—1 pseudo feature generated as the product of the correlation unit for pseudo feature generation 8 0 5 and the cyclic autocorrelation non-peak composite value generation unit 8 1 5, the primary system Can be detected.
  • the received signal is composed of only noise or interference components, so the feature quantity and the N-1 pseudo feature quantity have the same probability distribution.
  • the false alarm probability is 1 ZN.
  • the product of the output values of the feature value generation correlation unit 80 4 and the periodic autocorrelation peak composite value generation unit 8 14 Generate one feature value, generate nine pseudo feature values that are products of the output values of the correlation unit for pseudo feature value generation 8 0 5 and the periodic autocorrelation non-peak composite value generation unit 8 15, and determiner Use 8 0 6 to select the maximum value.
  • N 10 and the false alarm probability can be set to a desired value of 0.1.
  • N 10 and the false alarm probability can be set to a desired value of 0.1.
  • N 1 0 may be set for a specific radio system to be searched, and N 1 0 0 may be set for a specific radio system to be searched. .
  • the correlation characteristic of the pilot signal sequence transmitted from the primary system which is a feature quantity of the primary system transmission signal useful for detecting the primary system, the transmission signal of the primary system It is possible to realize a spectrum sensing method that achieves the set false alarm probability by using the periodicity of the frame format and the periodicity of the transmission signal.
  • the false alarm probability can be set to a desired value and the false detection probability of the primary system can be reduced.
  • the present invention for example, in a wireless communication system that shares a frequency between wireless communication systems and between wireless devices (wireless terminals) in the wireless communication system, the frequency band is already used for other systems and other wireless devices. It can be applied to the purpose of determining whether the product has been used or started to be used.
  • the setting of the desired value of the false alarm probability is described as setting the number of feature quantities to be generated (N, etc.).
  • the desired value of the false alarm probability itself is set. It may be set so that N and the like are automatically calculated by the wireless device, and the primary system detection process is performed using that value.
  • the desired value of the false alarm probability is set to 0.1
  • the number of feature quantities used in the determination by the radio is determined, and the number of pseudo feature quantities determined from n is defined as N ⁇ n.
  • the wireless system generates the determined number of feature quantities and the calculated number of pseudo feature quantities, and determines whether or not the primary system signal exists. In addition, it is associated with the desired value of the false alarm probability and used for judgment.
  • the number of collection amounts and the number of pseudo feature amounts may be determined in advance.
  • the generation and / or determination processing of the feature quantity and the pseudo feature quantity is performed by another device (server or server). It can be configured to use other radios).
  • the power generated by the secondary system radio only extracts the received frequency band signal (RF signal, etc.), or the generation of the feature quantity and the pseudo feature quantity is performed by the secondary system radio.
  • the output signal may be output to another device, the rest of the processing may be performed by the other device, and the determination result may be output to the secondary system radio.
  • a notification unit for notifying the determination result to another secondary system radio or server using wireless or wired communication may be provided, and the determination result may be shared and used.
  • the number of generated feature quantities and pseudo feature quantities is set in advance.
  • the number of settings is the number of feature quantities and pseudo feature quantities used for determination in the determination unit. Therefore, it is not always necessary to match the number of generated feature quantities or pseudo feature quantities. For example, a large number of feature quantities and pseudo feature quantities may be generated, and the number of pseudo feature quantities necessary for the determination may be arbitrarily selected.
  • the frequency band that can be searched and the information of the feature quantity that can be extracted for each primary system used in the frequency band may be associated with each other and stored together with other information in the storage unit.
  • the frequency band that can be used for the primary system that is allowed to use the frequency band (for example, the center frequency and bandwidth), the radio standard, and the frequency band that can be detected.
  • a desired value of false alarm probability and N, n, M, etc. as false alarm probability set values may be stored in advance in the information and associated with system parameters or pseudo parameters.
  • primary system information primary system It can be used to improve the false alarm probability value and false detection probability value.
  • each unit and various means of the wireless system or wireless device may be realized by using hardware or a combination of hardware and software.
  • a program is developed in RAM, etc., and each part and various means are realized by operating hardware such as a control unit based on the program.

Abstract

　無線システムに、サーチ対象の無線システム特有の特徴量の生成に用いるシステムパラメータとシステムパラメータに類似した擬似パラメータとを記憶する記憶部と、システムパラメータを用いて受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数の特徴量を生成する特徴量生成部と、擬似パラメータを用いて受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数の擬似特徴量を生成する擬似特徴量生成部と、特徴量と擬似特徴量を用いてサーチする無線システムの信号の存在有無を判定する判定部とを設けることとした。

Description

コグニティブ無線システム、 コグニティブ無線機および無線信号検出方法 技術分野：
本発明は、 周囲の無線環境を認知する無線機及び無線通信システムに関し、 詳 しくは、 無線機に用いる周囲の無線環境を認知する技術に関する。 明
背景技術：
周囲の無線環境に応じて、 適応的に無線通信に用いるパラメータを変更する無 書
線通信システムであるコグニティブ無線においては、 周囲の無線環境を認知 （無 線信号を検出） し、 その無線環境に応じてパラメータの最適化を行う。 特に、 他 の無線通信システム （以後プライマリシステムと記載する） に割り当てられた周 波数帯域において、 コグニティブ無線システムがセカンダリシステムとして周波 数帯域を共有して利用することで、 周波数帯域の利用効率が向上する。
セカンダリシステムがプライマリシステムと周波数帯域を共有して使用する際、 セカンダリシステムは、 プライマリシステムの行う既存サービスに影響を及ぼさ ないようにする。 セカンダリシステムでは、 プライマリシステムへの干渉を回避 するために、プライマリシステムに使用されない周波数帯域を利用する力、又は、 プライマリシステムで許容される干渉量以下となるように通信を行う必要がある。 即ち、 セカンダリシステムは周波数帯域の使用前に、 プライマリシステムによる 当該周波数帯域の使用状況を正確に識別する必要がある。
プライマリシステムが使用する周波数帯 （セカンダリシステムが使用したい周 波数帯域） におけるプライマリシステムの信号の存在有無を検出する具体的な方 法として、 セカンダリシステム無線機が周囲の無線信号を検出する手段であるス ぺク トラムセンシングがある。 スペク トラムセンシングには大別すると、 時間平 均により求めた受信信号電力の大きさにより判定する電力検出による方法
(energy detection) と、 プライマリシステムの送信信号に含まれる特徴量を検 出に利用する方法 (feature detection) がある。 上述のスぺク トラムセンシングによりプライマリシステムの検出を行い、 プラ ィマリシステムの使用していない周波数帯域をセカンダリシステムが利用する無 線通信システムの一例としては、 I E E E 8 0 2 . 2 2が挙げられる。 I E E E 8 0 2 . 2 2では、 米国のテレビ放送に割当てられている周波数帯域を利用した 地域無線ネットワーク （Wireless Regional Area Network： WR A N) システム の標準化が議論されている。 この I E E E 8 0 2 . 2 2では、 米国のテレビ放送 規格で ¾>る Advanced Television Systems Committee (A丄，： 5し) is号の受¾電 力が一 1 1 6 d B m以上の場合には、 誤検出確率 （misdetection rate) と誤警報 確率 （false alarm rate) をそれぞれ 0 . 1以下にすることを規定している。 ここで、誤検出確率とは、プライマリシステムの信号が存在するにも関わらず、 サーチした周波数帯域が空き状態であると判断する確率である。誤警報確率とは、 サーチした周波数帯域が空き状態であるにも関わらず、 プライマリシステムの信 号が存在すると判断する確率である。 プライマリシステムの信号の誤検出は、 プ ライマリシステムへの与干渉に繋がり、 誤警報は周波数利用効率の低下をもたら す。 - 図 1は、 スぺク トラムセンシングを使用するセカンダリシステム無線機とプラ ィマリシステムとの関係を例示する図である。
図 1では、 送信を行うプライマリシステム無線機 1 0 0と受信を行うプライマ リシステム無線機 1 1 0、 スぺク トラムセンシングにより周波数帯域の使用状況 を識別するセカンダリシステム無線機 2 0 0を示している。 また、 基準受信電力 エリア 1 0は、 プライマリシステムの検出に関するセカンダリシステム無線機 2 0 0の誤検出確率および誤警報確率を所定値以内に抑える必要性の有るエリァを 示している。 即ち、 図 1に示すように、 セカンダリシステム無線機 2 0 0が基準 受信電力エリア内にいる場合には、 セカンダリシステム無,線機 2 0 0は、 プライ マリシステム無線機 1 0 0から送信された信号を確実に検出して、 誤検出確率と 誤警報確率を可能な限り低減すると共に、所定値以内に抑えることを求められる。 また、 上記した WR A Nシステム以外のコグニティブ無線通信システムにおい ても、 WR A Nシステムと同様に、 プライマリシステムをセカンダリシステムの 干渉から保護し、 かつ、 使用周波数帯の周波数利用効率を高く保つ必要がある。 そのため、 セカンダリシステムは、 基準となる受信電力より高いレベルの信号に 対して、 セカンダリシステムの誤検出確率および誤警報確率を所定値以下とする 必要性を有する。
誤検出確率および誤警報確率を所定値以下とする為、 さまざまなプライマリシ ステムの検出方法が提案されている。 このなかで、 プライマリシステムの送信信 号に含まれる特徴量を検出に利用する検出方法としては、 プライマリシステムか ら送信された信号の周期定常性 （cyclostationary) を利用する方法や、 前記送信 信号またはフレームフォーマツトに含まれる周期性を利用する方法、 受信信号内 のパイ口ット信号系列と同一の系列をセカンダリシステム無線機で用意し、 受信 信号との相関をとる方法等がある。
例えば、 特許文献 1には、 プライマリシステムから送信された信号の周期定常 性を利用し、 カイ二乗検定を用いたスぺク トラムセンシング方法が開示されてい る。この方法では、周期定常性を反映した特徴量である周期自己相関値を生成し、 あらかじめ設定した閾値と比較を行うことで、 プライマリシステムの信号の存在 有無を判定する。 また、 前記閾値は、 セカンダリシステム無線機で設定した誤警 報確率に応じてカイ二乗分布から決定している。 特徴として、 前記閾値を雑音電 力や干渉電力に依存せずに誤警報確率の設定値のみで決定できるため、 雑音電力 や干渉電力を推定する必要がない。 また、 前記周期自己相関値の生成に要する平 均化時間を調整することで、 基準受信電力以上の領域において誤検出確率を設定 値以下にできる。
そのほかの技術は、 特許文献 2や特許文献 3、 非特許文献 1などにも記載され ている。 特許文献 2のスぺク トラムセンシング手法で利用する送信信号またはフ レームフォーマツトに含まれる周期性は、 サイタリックプリフィクスを使用した O F DM信号に対しても存在するため、 特許文献 2の方法により O F DM信号も 検出できる。 また、 特許文献 2で用いるサイクリックプリフィクスの周期性と同 一の性質を用いることで、 特許文献 3に記載されているように、 O F DM信号の パラメータである有効シンボル長やガードインターバル長のブラインド推定に応 用することも可能である。
特許文献 1 ：特開 2 0 0 6— 2 2 2 6 6 5号公報 特許文献 2 ： U S 2 0 0 7 0 0 9 2 0 4 5
特許文献 3 ：特開 2 0 0 7— 0 8 2 1 8 5号公報
非特許文献 1 ： D. Cabric, S. M. Mishra, R. W. Brodersen, Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios, 出典： the Thirty-Eighth Asi lomar Conference on Signals, Systems and Computers (2004年 11月) 発明の開示：
発明が解決しょうとする課題
しかしながら、 上記プライマリシステムの送信信号に含まれる特徴量を検出に 利用する検出方法には、 更なる改善が必要である。
具体的には、 特許文献 1のカイ二乗検定は、 周期定常性を利用したスぺク トラ ムセンシング手法に限定された手法である。 そのため、 プライマリシステムから 送信されたパイ口ット信号の相関特性や、 プライマリシステム送信信号ゃフレー ムフォーマツトの周期性等、 プライマリシステムの検出に有用な特徴量を利用す ることができない。
本発明の目的は、 プライマリシステムの検出に有用であるプライマリシステム 送信信号の特徴量およびプライマリシステムの特徴的性質を反映しない擬似特徴 量を利用し、プライマリシステムを精度良く検出するコグニティブ無線システム、 コグニティブ無線機およびスペク トラムセンシング方法を提供することにある。 本発明の別の目的は、 プライマリシステムの検出に有用であるプライマリシス テム送信信号の特徴量およびプライマリシステムの特徴的性質を反映しない擬似 特徴量を利用し、 設定した誤警報確率を達成するコグニティブ無線システム、 コ ダニティブ無線機およびスペクトラムセンシング方法を提供することにある。 本発明の別の目的は、 プライマリシステムの検出に有用であるプライマリシス テム送信信号の特徴量およびプライマリシステムの特徴的性質を反映しない擬似 特徴量を利用し、 誤検出確率を低減するコグニティブ無線システム、 コグニティ ブ無線機およびスペク トラムセンシング方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明に係るコグニティブ無線システムは、 サーチする無線システム特有の特 徴量の生成に用いるシステムパラメータと前記システムパラメータに類似した擬 似パラメータとを記憶する記憶部と、 前記システムパラメータを用いて、 受信し た周波数帯域の信号から一つまたは複数の特徴量を生成する特徴量生成部と、 前記擬似パラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数の 擬似特徴量を生成する擬似特徴量生成部と、 前記特徴量と前記擬似特徴量を用い て前記無線システムの信号の存在有無を判定する判定部とを備えることを特徴と する。
本発明に係るコダニティブ無線機は、 サーチする無線システム特有の特徴量の 生成に用いるシステムパラメータと前記システムパラメータに類似した擬似パラ メータとを記憶する記憶部と、 前記システムパラメータを用いて、 受信した周波 数帯域の信号から一つまたは複数の特徴量を生成する特徴量生成部と、 前記擬似 パラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数の擬似特徴 量を生成する擬似特徴量生成部と、 前記特徴量と前記擬似特徴量を用いて前記無 線システムの信号の存在有無を判定する判定部とを備えることを特徴とする。 本発明に係る無線信号検出方法は、 サーチする周波数帯域の無線信号を受信処 理し、 受信した周波数帯域の信号とサーチする無線システムのシステムパラメ一 タとを使用して、 一つまたは複数の特徴量を生成処理し、 受信した周波数帯域の 信号と前記システムパラメータと類似した擬似パラメータとを使用して、 一つま たは複数の擬似特徴量を生成処理し、 前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前 記無線システムの信号の存在有無を判定処理することを特徴とする。
発明の効果
本発明によれば、 プライマリシステムの検出に有用であるプライマリシステム 送信信号の特徴量およびプライマリシステムの特徴的性質を反映しない擬似特徴 量を利用し、プライマリシステムを精度良く検出するコグニティブ無線システム、 コグニティブ無線機およびスペク トラムセンシング方法を提供できる。 図面の簡単な説明：
図 1は、 スぺク トラムセンシングを使用するセカンダリシステム無線機とブラ ィマリシステムとの関係を例示する図である。 図 2は、 第 1の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能プロック 図である。
図 3は、 第 1の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の検出動作を示 すフローチヤ一トである。
図 4は、 第 2の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能ブロック 図である。
図 5は、 パイ口ット信号系列記憶部と自己相関部と相互相関部をより詳細に示 した機能ブロック図である。
図 6は、 第 3の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能ブロック 図である。
図 7は、 周期時間記憶部と特徴量生成用相関部とをより詳細に表した機能プロ ック図である。
図 8は、 取得した O F DM信号と遅延を行った O F DM信号を示す図である。 図 9は、パイ口ット信号系列を連続かつ周期的に挿入した信号を示す図である。 図 1 0は、 信号 y ( t ) に O F DM信号を用いた周期自己相関関数を例示する 図である。
図 1 1は、 第 4の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能ブロッ ク図である。
図 1 2は、.第 4の実施の形態における周期自己相関関数を例示する図である。 図 1 3は、 第 5の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能ブロッ ク図である。
図 1 4は、 第 5の実施の形態における周期自己相関関数を例示する図である。 図 1 5は、 第 6の実施の形態におけるセカンダリシステム無線機の機能ブロッ ク図である。
図 1 6は、 記憶部に対応付けて記録されたサーチ可能である周波数帯域と周波 数帯域で使用される無線システム毎の抽出可能な特徴量の情報と関連する情報と を例示する説明図である。 発明を実施するための形態： 本発明の第 1の実施の形態について、図 2及び図 3を参照して詳細に説明する。 図 2は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 3 0 0の機能プロッ ク図である。尚、本発明と関係の少ない細部については、説明を明瞭にするため、 記載を省略する。
セカンダリシステム無線機 3 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 3 0 1と、 アンテナ 3 0 1で受信した信号から所望の周 波数帯域における信号を取り出す R F (Radio Frequency) アナログ部 3 0 2と、 プライマリシステムに特有の特徴量の生成に用いるプライマリシステムのシステ ムパラメータと前記システムパラメータと類似した擬似パラメータとを記憶する システムパラメータ記憶部 3 0 3と、 前記特徴量を受信信号と前記システムパラ メータとから生成する特徴量生成部 3 0 4と、 プライマリシステムの特徴的性質 を反映しない擬似特徴量を受信信号と前記擬似パラメータとから生成する擬似特 徴量生成部 3 0 5と、 プライマリシステムの信号の存在有無を判定する判定部 3 0 6を備える。
システムパラメータ記憶部 3 0 3は、 一般的な記憶装置である R OM (Read Only Memory; 、 R AM (Random Access Memory) 、 H D D (Hard Di sk Drive) の何れかまたはそれらの組み合わせで構成され、 サーチするプライマリシステム 特有の特徴量に適応したシステムパラメータと、 擬似特徴量の生成に用レ、るシス テムパラメータに類似するパラメータである擬似パラメータとを記憶する。
ここで、 特徴量と擬似特徴量との関係を説明する。
特徴量とは、 サーチ対象のプライマリシステムで使用される通信方式やフレー ムフォーマッ トの特徴的性質を数値化した値である。 特徴量は、 受信した周波数 帯域の信号とシステムパラメータとを使用して特徴量生成部 3 0 4で生成される。 特徴量には、 プライマリシステムの通信方式やフレームフォーマツ卜で使用して いるシステムパラメータを反映させることによって、 サーチした周波数帯域にサ ーチ対象のプライマリシステムの無線信号が存在した場合 （特徴有る無線信号を 検出できた場合） に、 大きくなる性質をもたせる。
擬似特徴量とは、 サーチした周波数帯域にサーチ対象のプライマリシステムの 無線信号が存在しない場合には、上記した特徴量と同一の確率分布を持つように、 プライマリシステムの無線信号が存在した場合には、 値を小さく保つよう生成処 理した値である。
擬似特徴量は、 受信した周波数帯域の無線信号とシステムパラメータ記憶部 3 0 3に記憶されている擬似パラメータとを使用して、 擬似特徴量生成部 3 0 5で 生成される。 擬似特徴量の生成では、 特徴量の生成処理で用いたシステムパラメ ータの代わりに、 システムパラメータとは類似しているが異なる擬似パラメータ を使用する。
ここで、 擬似特徴量の生成処理の過程では、 上記のように擬似パラメータを使 用することで、 プライマリシステムの無線信号が存在する場合にも擬似特徴量の 値を小さく保つ性質を持たせる。
プライマリシステムの無線信号が存在せず、 受信した信号が雑音成分及び Zま たは干渉成分で構成されるときは、 特徴量と擬似特徴量を同様に生成処理するこ とで、 特徴量と擬似特徴量が同一の確率分布となる性質を持たせる。 さらに、 特 徴量と擬似特徴量とが同一の確率分布'となると、 特徴量と擬似特徴量は同程度の 大きさとなる。
即ち、 特徴量が大きい場合には、 プライマリシステムが無線信号を送出してい る確率が高い。 また、 特徴量と擬似特徴量の大きさが同程度であれば、 プライマ リシステムが無線信号を送出していない確率が高いことを示す。
そのため、 前記特徴量と前記擬似特徴量の大きさを比較することで、 前記特徴 量の方が大きい場合にプライマリシステムが存在すると判定することで、 プライ マリシステムの検出が可能である。
さらに、 前記特徴量と前記擬似特徴量との生成する個数を予め設定することで 誤警報確率を所望の値に設定したプライマリシステムの検出が可能である。 具体的には、 前記特徴量を 1つのみ生成可能な場合は、 前記擬似特徴量の生成 数を N— 1 (N ： 2以上の整数） に設定し、 前記特徴量と N— 1個の前記擬似特 徴量で最大値が前記特徴量である場合に、 プライマリシステムが存在すると判定 処理することで、 誤警報確率を 1 ZNに設定したプライマリシステムの検出が可 能である。
例えば、 誤警報確率を 0 . 1に設定する場合、 セカンダリシステム無線機の設 定を N= 10とすることで、 1個の特徴量と、 9個の擬似特徴量を生成し、 その 中で最大値が特徴量である場合にプライマリシステムが存在すると判定処理する。 他方、 最大値が擬似特徴量のどれかである場合にはプライマリシステムが存在し ないと判定処理する。 同様に、 誤警報確率を 0. 01に設定する場合、 セカンダ リシステム無線機の設定を N 100として、 1個の特徴量と 99個の擬似特徴 量を生成して判定処理を行えばよい。
また、 複数の特徴量を生成可能な場合は、 次のようなプライマリシステムの検 出を行うことで、 誤警報確率を所望の値とし、 特徴量を 1つのみを使用したブラ ィマリシステムの検出と比べて誤検出確率を低減できる。 換言すれば、 プライマ リシステム検出時の誤検出確率を低下させるために、 判定に用いる特徴量の個数 を増加させることが有効である。 即ち、 望まれる誤検出確率の値に対応して、 判 定部 306.での判定に用いる特徴量の種類と特徴量の個数の組み合わせを調節し て判定処理することで、 誤警報確率の所望値を維持したまま誤検出確率を低減で きる。
複数個の特徴量を生成可能な場合は、 前記特徴量の生成数を n、 前記擬似特徴 量の生成数を N— n (N ： (n+ 1)以上の整数） に設定し、 生成した前記特徴量 と前記擬似特徴量の中で大きいほうから m個の値を選択し、 m個全てが前記特徴 量であった場合にプライマリシステムが存在すると判定処理し、 m個の中に前記 擬似特徴量が含まれる場合にプライマリシステムが存在しないと判定する。 この とき、 1個の特徴量を使用して誤警報確率を設定したプライマリシステムの検出 と比べて、 誤警報確率を nCm/NCmと設定でき、 誤検出確率を低減したプライマ リシステムの検出が可能である。
例えば、 3個の特徴量が生成可能な場合、 誤警報確率を 0. 1に設定したセカ ンダリシステム無線機でプライマリシステムの検出を行うには、 前記特徴量の生 成数 3 (=n)、 前記擬似特徴量の生成数 2 (=N_n :つまり、 N=5) とし、 生成した前記特徴量と前記擬似特徴量の中で大きいほうから 3 ( = m) 個の値を 選択する。 このとき、 上記の判定処理により、 誤警報確率が 3C3/5C3=0. 1 と所望の値となると共に、 1個の特徴量を使用して誤警報確率を設定したプライ マリシステムの検出と比べて誤検出確率を低減したプライマリシステムの検出が 可能である。
即ち、 予め特徴量と擬似特徴量の生成数を設定しておくことで、 判定部 3 0 6 で所望の誤警報確率を満たした、 プライマリシステムの検出が可能である。 次に、 セカンダリシステム無線機 3 0 0の検出動作を示す。
図 3は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 3 0 0の検出動作を 示すフローチヤ一トである。
R Fアナログ部 3 0 2には、 アンテナ 3 0 1を介して、 サーチする周波数帯域 の無線信号が入力され、 所望の周波数帯域における信号が受信処理され、 特徴量 生成部 3 0 4及び擬似特徴量生成部 3 0 5に出力される （ステップ S 3 0 1 ) 。
特徴量生成部 3 0 4は、 システムパラメータ記憶部 3 0 3からシステムパラメ ータを取得し、 システムパラメータと R Fアナログ部 3 0 2から入力された信号 とを使用して、 一つまたは複数の特徴量を生成する。 特徴量生成部 3 0 4は、 生 成した特徴量を、 判定部 3 0 6に出力する （ステップ S 3 0 2 ) 。
擬似特徴量生成部 3 0 5は、 システムパラメータ記憶部 3 0 3から擬似パラメ ータを取得し、 擬似パラメータと R Fアナログ部 3 0 2から入力された信号とを 使用して、一つまたは複数の擬似特徴量を生成する。擬似特徴量生成部 3 0 5は、 生成した擬似特徴量を、 判定部 3 0 6に出力する （ステップ S 3 0 3 ) 。
判定部 3 0 6は、 入力された前記特徴量と前記擬似特徴量との大小関係を比較 し、 前記特徴量の方が大きい場合にプライマリシステムの信号が存在すると判定 処理する。 また、 判定部 3 0 6は、 前記擬似特徴量の方が大きい場合にプライマ リシステムの信号が存在しないと判定処理する （ステップ S 3 0 4 ) 。
このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 3 0 0 は、 プライマリシステムの信号を精度良く検出できる。
また、 前記特徴量生成部 3 0 4で生成する特徴量の生成数と、 前記擬似特徴量 生成部 3 0 5で生成する擬似特徴量の生成数とを、 所望の誤警報確率に応じて設 定することで、 所望の誤警報確率を満たしたプライマリシステムの検出が可能と なる。 同じく、 前記特徴量生成部 3 0 4で生成する特徴量の生成数を増やして判 定処理することで、 誤検出確率を低減したプライマリシステムの検出が可能とな る。 次に、 本発明の第 2の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 本実施の形態では、 プライマリシステムを検出する際に、 特徴量としてプライ マリシステムで使用する制御信号 （制御チャネル） を用いる。
例えば、 タイミング同期用、 チャネル推定用、 周波数オフセッ ト推定用などの 目的でプライマリシステムの送信信号に挿入されるパイロット信号を利用する。 以下では、 説明を明瞭とするため、 1種類のパイ口ット信号のみを利用したブラ ィマリシステムの検出について説明をする。 尚、 複数種類のパイロット信号が利 用可能な場合にも本実施の形態の方法が使用できる。 また、 複数種類のパイロッ ト信号を利用すれば、 誤警報確率の設定と共に誤検出確率を低下できる。
図 4は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 4 0 0の機能ブロッ ク図である。尚、本実施の形態と関係の少ない細部については、記載を省略する。 セカンダリシステム無線機 4 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 4 0 1と、 アンテナ 4 0 1で受信した信号の所望の周波 数帯域における信号を取り出してベースバンド信号に変換する R Fアナログ部 4 0 2と、 プライマリシステムで使用されているパイロット信号系列と前記パイ口 ット信号系列とは相関の低い複数の擬似ランダム信号系列等の信号系列とを記憶 するパイ口ット信号系列記憶部 4 0 3と、 前記べ一スパンド信号と前記パイ口ッ ト信号系列の相関をとり特徴量として値を生成する自己相関部 4 0 4と、 前記べ ースバンド信号と前記擬似ランダム信号系列との相関をとり擬似特徴量として値 を生成する相互相関部 4 0 5と、 プライマリシステムの信号の存在有無を判定す る判定部 4 0 6とを備える。
図 5は、 パイ口ット信号系列記憶部 4 0 3と、 自己相関部 4 0 4と、 相互相関 部 4 0 5をより詳細に表したブロック図である。
パイ口ット信号系列記憶部 4 0 3には、 サーチするプライマリシステム特有系 列であるパイ口ット信号系列 4 1 0と、 パイ口ット信号系列 4 1 0と同一長 （同 一 bit長） であり、 パイ口ット信号系列 4 1 0と相関の低い擬似ランダム信号系 列 （図 5では、 4 1 1と 4 1 2のみ記載） とが格納されている。 擬似ランダム信 号系列は、 N— 1個ぁり、 それぞれ擬似特徴量の生成に使用される。
自己相関部 4 0 4は、 相関部 4 2 1と最大値選択部 4 3 1とから構成されてい る。 相互相関部 4 0 5は、 N— 1個の相関部 （4 2 2と 4 2 3のみ記載） と N— 1個の最大値選択部 （4 3 2と 4 3 3のみ記載） から構成されている。
次に、 図 4に示したセカンダリシステム無線機 4 0 0の検出動作を示す。 アンテナ 4 0 1及び R Fアナログ部 4 0 2を介して、 サーチする周波数帯域の 無線電波が入力され、 所望の周波数帯域におけるベースバンド信号が検出処理さ れ、 自己相関部 4 0 4及び相互相関部 4 0 5に出力される。
自己相関部 4 0 4では、 相関部 4 2 1に R Fアナログ部 4 0 2から供給された ベ一スパンド信号が入力され、 パイ口ット信号系列記憶部 4 0 3から取得したパ イロット信号系列 4 1 0を用いて、 相関部 4 2 1によって一つまたは複数の相関 が計算される。 次に、 相関部 4 2 1によって計算された相関は、 最大値選択部 4 3 1に入力され、 複数の相関の中から最大値の相関が特徴量として選択される。 さらに選択された特徴量は、 判定部 4 0 6に入力される。
このとき、 相関部 4 2 1では、 予め決定した探索時間窓内において、 相関計算 を開始するタイミングをずらしながら前記ベースバンド信号と前記パイ口ット信 号系列 4 1 0の相関を計算する。 即ち、 複数の開始時刻に応じた相関の値が夫々 計算される。
上記の探索時間窓は、 サーチするプライマリシステムの送信信号のフレームフ ォーマッ トに依存して決定する。 例えば、 プライマリシステムの送信信号が存在 して当該送信信号にパイロット信号系列が周期的に挿入される場合には、 パイ口 ット信号系列の挿入される周期を探索時間窓とする。
このように探索時間窓を選定することで、 相関部 4 2 1は、 計算する相関の中 に、 前記ベースバンド信号に含まれるパイ口ット信号系列と予め用意したパイ口 ット信号系列 4 1 0とが時間同期するタイミングの相関を、 必ず含めるように計 算できる。
上記自己相関部 4 0 4でのパイ口ット信号系列 4 1 0を用いた相関の計算処理 および特徴量の選定処理と同時的に、 相互相関部 4 0 5では、 擬似ランダム信号 系列に基づいて相関の計算処理および擬似特徴量の選定処理が行われる。
相互相関部 4 0 5では、 相関部 4 2 2に R Fアナログ部 4 0 2から供給された ベースバンド信号が入力され、 パイ口ット信号系列記憶部 4 0 3から取得した擬 似ランダム信号系列 4 1 1を用いて、 相関部 4 2 2によって相関が計算される。 次に、 相関部 4 2 2によって計算された複数の相関は、 最大値選択部 4 3 2に 入力され、 複数の相関値の中から.最大値の相関が擬似特徴量として選択処理され る。 さらに、 選択された擬似特徴量は、 判定部 4 0 6に入力される。
相互相関部 4 0 5にある相関部 4 2 2及び最大値選択部 4 3 2以外の各相関部 ( 4 2 3等） 及び各最大値選択部 （4 3 3等） においても、 パイ口ット信号系列 記憶部 4 0 3から取得した擬似ランダム信号系列 （4 1 2等） を用いて、 相関部 4 2 2及び最大値選択部 4 3 2と同様に動作する。
相互相関部 4 0 5の各相関部 （4 2 2等） では、 相関部 4 2 1で用いた探索時 間窓内において、 相関計算を開始するタイミングをずらしながら、 擬似ランダム 信号系列 4 1 1等と前記ベースバンド信号との相関を複数計算する。 その後、 判 定部 4 0 6には、 相互相関部 4 0 5の各最大値選択部 （4 3 3等） から出力され た計 N— 1個の擬似特徴量が入力される。
判定部 4 0 6では、 自己相関部 4 0 4と相互相関部 4 0 5から入力された計 N 個の特徴量および擬似特徴量の中から値が最大のものを選択する。 判定部 4 0 6 は、 N個の中で最大である値が自己相関部 4 0 4から入力された特徴量であると きに、 プライマリシステムの信号が存在すると判定する。 また、 選択された値が 相互相関部 4 0 5で生成された N— 1個の何れかの擬似特徴量である場合に、 プ ライマリシステムの信号が存在せず、 周波数帯域が空き状態であると判定十る。 このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 4 0 0 は、 プライマリシステムの信号を検出する場合に、 Nの設定数で定まる所望の誤 警報確率を満たした検出を可能とする。
本実施の形態では、 プライマリシステムの信号が存在する場合には、 相関計算 を開始するタイミングをずらしながら、 ベースバンド信号とプライマリシステム が使用するパイロット信号系列との相関を計算することで、 前記べ一スバンド信 号に含まれるパイロット信号系列と用意したパイロット信号系列が時間同期した 場合に、 自己相関部 4 0 4で最大の特徴量を得られる。 この性質を利用してブラ ィマリシステムの検出を行っている。
即ち、 プライマリシステムの信号が存在する場合は、 自己相関部 4 0 4でパイ ロット信号系列を用いて生成した特徴量が、 相互相関部 4 0 5で擬似ランダム信 号系列を用いて生成した擬似特徴量に比べ大きくなるため、 プライマリシステム を検出できる。
これに対し、 プライマリシステムの信号が存在しない場合は、 受信信号は雑音 成分または干渉成分のみで構成されるため、 自己相関部 4 0 4で生成した特徴量 と相互相関部 4 0 5で生成した N— 1個の擬似特徴量は、 どれも同じ確率分布を 持つ。
この場合、 判定部 4 0 6において自己相関部 4 0 4から入力されるパイロット 信号系列 4 1 0による特徴量が最大となる確率が 1 ZNとなるため、 誤警報確率 は 1 ZNとなる。
例えば、 誤警報確率を 0 . 1に設定してプライマリシステムの検出を行う場合 には、 自己相関部 4 0 4で特徴量を 1個選択し、 相互相関部 4 0 5で擬似特徴量 を 9個選択し、 判定部 4 0 6で最大値を選択する。 このように生成する個数を設 定すれば、 N = 1 0となり、 誤警報確率を所望の値である 0 . 1に設定できる。 即ち、 Nをあらかじめ設定しておくことで雑音電力、 干渉電力の推定を必要と せずに誤警報確率を所望の値 （1 /N) で一定としたプライマリシステムの検出 が可能である。
次に、 本発明の第 3の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 本実施の形態では、 プライマリシステムを検出する際に、 プライマリシステム の送信信号内で同一信号が繰り返される周期性を特徴量として利用する。
例えば、 プライマリシステムを検出する際に、 Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( O F DM;や Single Carrier— Frequency Division Multiple Access ( S C - F D MA) で用いられるサイクリックプリフィクス、 連続または一定間 隔で繰り返し挿入されるパイロット信号などを用いる。
尚、 本実施の形態での周期性とは、 プライマリシステムの送信信号内で同一信 号が繰り返し用いられることを指す。 また、 周期時間とは繰り返して使用される 同一信号の時間間隔を指す。
図 6は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 5 0 0の機能ブロッ ク図である。 セカンダリシステム無線機 5 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 5 0 1と、 アンテナで受信した信号の所望の周波数帯域 における R F信号を取り出す R Fアナログ部 5 0 2と、 プライマリシステムの送 信信号の周期時間と周期性を示さない非周期時間を記憶する周期時間記憶部 5 0 3と、 前記周期時間を用いてプライマリシステムの送信信号に特有の特徴量を生 成する特徴量生成用相関部 5 0 4と、 前記非周期時間を用いて複数の擬似特徴量 を生成する擬似特徴量生成用相関部 5 0 5と、 プライマリシステムの信号の存在 有無を判定する判定部 5 0 6を備える。
周期時間記憶部 5 0 3には、 サーチするプライマリシステム特有の周期時間で ある時間 T 5 2 1と、 非周期時間 （図 7には 5 2 2及び 5 2 3のみを記載） とが 格納されている。 非周期時間は、 N— 1あり、 それぞれ擬似特徴量の生成に使用 される。
特徴量生成用相関部 5 0 4は、 遅延部 5 1 1と相関部 5 1 2とで構成されてい る。 擬似特徴量生成用相関部 5 0 5は、 N— 1個の遅延部と N— 1個の相関部か ら構成されている。
なお、 前記 R Fアナログ部 5 0 2では、 受信した信号を R F信号として使用し たが、 セカンダリシステム無線機 5 0 0は、 受信した信号を I F (intermediate frequency)信号やベースバンド信号へと変換して、 R F信号の場合と同様に処理 するようにしても良い。 以下では、 説明を明瞭にするため R F信号として使用す る場合について述べる。
次に、セカンダリシステム無線機 5 0 0の動作を、図 7を用いて説明する。尚、 説明を簡単にするため、 特徴量生成用相関部 5 0 4の動作を説明し、 擬似特徴量 生成用相関部 5 0 5の詳細な動作は記載を省略する。
図 7は、 周期時間記憶部 5 0 3と特徴量生成用相関部 5 0 4とをより詳細に表 した機能ブロック図である。
セカンダリシステム無線機 5 0◦では、 まずアンテナ 5 0 1 (図示せず） 及び R Fアナログ部 5 0 2 (図示せず） を介して、 サーチする周波数帯域の無線信号 が、 所望の周波数帯域における R F信号として特徴量生成用相関部 5 0 4及び擬 似特徴量生成用相関部 5 0 5 (図示せず） に出力される。 特徴量生成用相関部 5 0 4では、 遅延部 5 1 1及び相関部 5 1 2に R Fアナ口 グ部 5 0 2から供給された R F信号が入力される。 入力された R F信号は、 遅延 部 5 1 1において、 周期時間記憶部 5 0 3から取得した周期時間 5 2 1だけ遅延 させ、 遅延信号を生成する。 得られた遅延信号は、 相関部 5 1 2において、 元の R F信号と相関がとられ、 生成された特徴量が判定部 5 0 6に入力される。 尚、 特徴量の生成処理は、 後に詳述する。
上記特徴量生成用相関部 5 0 4における特徴量の生成処理と同時的に、 擬似特 徴量生成用相関部 5 0 5では、 R F信号と遅延信号との擬似特徴量が生成される。 このとき、 擬似特徴量生成用相関部 5 0 5で用いられる遅延時間は、 周期時間記 憶部 5 0 3に記憶された非周期時間 （5 2 2や 5 2 3 ) が用いられる。 擬似特徴 量生成用相関部 5 0 5では、周期時間 Tとは異なる非周期時間！^〜！^ に基づ いて、 計 N— 1個の擬似特徴量が生成され、 判定部 5 0 6に送出される。
判定部 5 0 6では、 特徴量生成用相関部 5 0 4と擬似特徴量生成用相関部 5 0 5から入力された計 N個の特徴量及び擬似特徴量の中から値が最大のものを選択 する。 判定部 5 0 6は、 N個の中で最大である値が特徴量生成用相関部 5 0 4か ら人力された特徴量であるときに、 プライマリシステムの信号が存在すると判定 する。 また、 選択された値が擬似特徴量生成用相関部 5 0 5で生成された N— 1 個の何れかの擬似特徴量である場合に、 プライマリシステムの信号が存在せず、 周波数帯域が空き状態であると判定する。
このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 5 0 0 は、 プライマリシステムの信号を検出する場合に、 Nの設定数で定まる所望の誤 警報確率を満たした検出を可能とする。
次に、 図 8を用いて、 相関部 5 1 2における周期性を持った信号の.特徴量生成 処理について、 O F DM信号を例に詳細に説明する。 尚、 擬似特徴量生成用相関 部 5 0 5に設けられた相関部における非周期時間を用いる擬似特徴量生成処理に ついても下記内容と同様に処理する。
図 8は、 取得した O F DM信号と遅延を行った O F DM信号を示す図である。 この図において横軸は時間であり、 縦軸は遅延時間の異なる O F DM信号の種類 を表している。 図 8における時間 T Fは O F D M信号の有効シンボル長を表している。通常の O F DM信号では図 8に示すように、 ガードインターバル （G I) 部分に、 各 OF DMシンボルの後半部分のコピーであるサイクリックプリフィクス （Cyclic Prefix) が挿入される。
このため、 OF DM信号を、有効シンボル長である時間 TFだけ遅延させること で、元信号のサイクリックプリフィクスのコピー元と TF時間遅延信号のガードィ ンターバル部分とが時間一致するため、 相関が発生する。
従って、 OFDM信号のサイクリックプリフィクスをプライマリシステムの信 号検出に利用するセカンダリシステム無線機 500では、 プライマリシステムの 信号が存在する場合に、 図 7の相関部 51 2で、 OF DM信号のサイクリックプ リフィクスの周期性によって発生した高い相関値が特徴量として生成される。 また、 OF DM信号では、 相関の生成の際に、 サイクリックプリフィクスのコ ピー元と遅延信号のガードィンターバル部分が時間一致する区間 （以下では G I 一致区間と記載） が OFDMシンボル長 （G Iと有効シンボル長の合計時間） 毎 に発生するため、 相関部 512において、 相関に寄与する複数の G I—致区間の みを抽出して合成した相関を特徴量として利用できる。
尚、 受信信号のどの時刻 （地点） から G I—致区間が開始するかは分からない ので、 幾つかの開始候補点において前記 G I—致区間と思われる箇所の相関のみ を抽出及び合成することで、 G I—致区間のみで生成した特徴量の候補を生成し、 この候捕の中から最大値を選択する。
相関部 512では以上の方法で選択された最大値を相関として用いてもよく、 この方法により相関計算から不必要な信号成分を取り除くことができる。ただし、 このときには、 擬似特徴量生成用相関部 505の非周期時間遅延による相関計算 の際にも、 同様の相関計算手法を使う。
尚、 生成に用いる遅延の値 （周期時間， 非周期時間） は、 例えば、 OF DM伝 送を用いる IEEE802.11aでは、 有効シンボル長が 3· 2 s、 ガードインターバル長 が 0.8// Sと規定されているので、 上述したように有効シンボル長 3.2/ Sが周期 時間となる。 また、 非周期時間としては、 周期時間である 3· 以外の時間であ る 0.8/zs、 1.6 s、 2.4 is、 4. O^s, 4.8με, 5.6 xs, 6.4 s等の時間を用いれ ばよい。
次に、 相関部 51 2における複数の周期時間を持った信号の相関について、 図 9のパイ口ット信号を例に説明する。
図 9は、パイ口ット信号系列を連続かつ周期的に挿入した信号を示す図である。 この図において横軸は時間であり、 縦軸は異なる複数の遅延時間で元信号を遅延 させた遅延信号の種類を表している。
元信号は、 長さが Tpである同一のパイロット信号系列 2つと、 長さが Tdであ るデータ系列とを合わせて 1つの単位とし、 この単位の繰り返しにより信号が構 成されている。 従って、 パイロット信号系列 # 1〜4 (2010、 2020、 2 030、 2040) は全て同じ信号系列である。
上記信号の場合、 様々な遅延時間が特徴量の生成に用いる周期時間として使用 できる。元信号と Tp時間遅延信号の相関をとる場合、元信号のパイロット信号系 列 #4 (2040) と Τρ時間遅延信号のパイロット信号系列 # 3 (2130) と が時間一致する。
同じく、 元信号と （Tp + Td) 時間遅延信号の相関では、 元信号のパイロット 信号系列 # 3 (2030) と （Tp + Td) 時間遅延信号のパイロット信号系列 # 2 (2220) とが時間一致する。
同じく、 元信号と （2Tp + Td) 時間遅延信号の相関では、 元信号のパイロッ ト信号系列 # 3 (2030) (2Tp + Td) 時間遅延信号のパイロット信号系 列 # 1 (2310) と、 元信号のパイロット信号系列 #4 (2040) カ^ (21\ + Td) 時間遅延信号のパイロット信号系列 # 2 (2320) と時間一致する。 これらの時間一致する区間により、 元信号と遅延信号とに相関が発生する。 従 つて、 プライマリシステムの信号が存在する場合には、 遅延時間を Τρ、 (Τρ + Td) 、 (2Tp + Td) 等とした遅延信号を利用することで、 パイロット信号の 周期性によつて発生した相関に基づいて特徴量を生成できる。
尚、 図 8を用いて上述した OFDM信号の場合と同様に、 相関部 512におい て、 パイロット信号系列が一致した区間のみを抽出した相関計算を行うことも可 能である。
また、 前述した図 7の説明では特徴量生成用相関部 504において 1つの周期 時間のみを利用して特徴量を生成することについて説明したが、 図 9を用いて説 明した例のように、 検出対象とする無線信号に複数の周期時間を設定可能である 場合には、 特徴量生成用相関部 5 0 4において複数の周期時間に対応した遅延部 と相関部を設け、 特徴量生成用相関部 5 0 4から複数の特徴量を出力して、 判定 部 5 0 6で利用することも可能である。
本実施の形態では、 プライマリシステムの送信信号の周期性を利用しており、 周期性を有する送信信号が存在する場合に特徴量生成用相関部 5 0 4で生成され る特徴量が大きくなる。 この性質を利用してプライマリシステムの検出を行って いる。
プライマリシステムの信号が存在する場合は、 特徴量生成用相関部 5 0 4で生 成される特徴量が、 擬似特徴量生成用相関部 5 0 5で生成された N— 1個の擬似 特徴量と比べて、 大きくなるため、 プライマリシステムの信号が存在すると判定 できる。
これに対し、 プライマリシステムの信号が存在しない場合は、 受信信号は雑音 成分または干渉成分のみで構成されるため、 特徴量生成用相関部 5 0 4で生成し た特徴量と擬似特徴量生成用相関部 5 0 5で生成した N— 1個の擬似特徴量は、 どれも同じ確率分布を持つ。
この場合、 判定部 5 0 6において特徴量生成用相関部 5 0 4から入力された特 徴量が最大となる確率が 1 となるため、 Nを設定することで誤警報確率を 1 ZNにできる。また、セカンダリシステム無線機に所望の誤警報確率を設定して、 セカンダリシステム無線機で Nを自動的に算出し、 その値を用いてプライマリシ ステムの検出処理を行うようにしても良い。
例えば、 誤警報確率を 0 . 1に設定してプライマリシステムの検出を行う場合 には、 特徴量生成用相関部 5 0 4で特徴量を 1個生成し、 擬似特徴量生成用相関 部 5 0 5で擬似特徴量を 9個生成し、 判定部 5◦ 6で最大値を選択する。 このよ うに生成する個数を設定すれば、 N = 1 0となり、 誤警報確率を所望の値である 0 . 1に設定できる。
即ち、 Nをあらかじめ設定しておくことで雑音電力、 干渉電力の推定を必要と せずに誤警報確率を所望の値 （1 ZN) で一定としたプライマリシステムの検出 が可能である。
なお、 前記 R Fアナログ部 5 0 2において、 受信した信号を、 R F信号ではな く、 I F信号やベースバンド信号へと変換しても同様に処理が可能であることに ついて前述した。 R Fアナログ部 5 0 2で I F信号やベースバンド信号を用いる 場合には、 これら信咅が複素数表現できるため、 特徴量生成用相関部 5 0 4及び 擬似特徴量生成用相関部 5 0 5で相関計算により生成される相関値 （特徴量及び 擬似特徴量） も複素数表現できる。 この場合、 判定部 5 0 6では、 特徴量生成用 相関部 5 0 4と擬似特徴量生成用相関部 5 0 5から入力された計 N個の特徴量及 び擬似特徴量の中から、 実部が最大であるもの、 または、 複素数絶対値が最大で あるものを選択する。 最大値選択後の判定部 5 0 6での判定方法は、 R F信号を 用いた場合と I F信号やベースバンド信号を用いた場合で同じであり、 選択され た最大値が特徴量であるか、 又は擬似特徴量であるかに応じて、 プライマリシス テム信号の存在有無を判定部 5 0 6において判定する。
次に、 本発明の第 4の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 本発明は、 受信信号の周期定常性を利用したプライマリシステムの検出にも適 用可能である。 本実施の形態では、 プライマリシステムの送信信号の特徴として 周期定常性を利用し、 プライマリシステムの検出を行う。
まず、周期定常性について説明する。ある信号が周期定常であるということは、 当該信号の自己相関関数が周期関数となることを表す。 このとき、 式 1に表すべ ースバンド信号 y ( t ) の周期自己相関関数（Cyclic Autocorrelation Function C A F ) が周期的にピークを持つ。
1 /=o
ここで、 c はサイクリック周波数と呼ばれる。 また、 Tは平均化に用いるサン プリング数、 Δはサンプリング時間、 τは周期自己相関値を計算する遅延時間に 対応したサンプリング数を表す。 なお *は複素共役を表す。
信号が周期定常性である場合の周期自己相関関数を図 1 0に示す。 ただし、 横 軸はピーク間隔で正規化したサイクリック周波数、 縦軸は周期自己相関関数の絶 対値を表す。 周期自己相関関数の絶対値を、 式 2に示す。
Figure imgf000023_0001
• · · (式 2 ) 図 1 0は、 信号 y ( t ) に O F DM信号を用いた周期自己相関関数を例示する 図である。
◦ F DM信号の場合、 l Z T s ( T sはガードインターバルと有効シンボル長 を合わせた O F DMシンボル長） 間隔のサイクリック周波数でピークが生じる。 また、 O F DM信号では、 τが有効シンボル長と等しいときに、 周期自己相関関 数のピークが最大となる。 この例のように、 周期定常である信号は、 一定間隔の サイクリック周波数において周期自己相関関数にピークが生じる。
以下では、 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数における周期 自己相関値を周期自己相関ピーク値、 周期自己相関関数がピークとならないサイ クリック周波数における周期自己相関値を周期自己相関非ピーク値と呼ぶことと する。
図 1 1は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 6 0 0の機能プロ ック図である。
セカンダリシステム無線機 6 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 6 0 1と、 アンテナで受信した信号の所望の周波数帯域 における信号をベースバンド信号に変換する R Fアナログ部 6 0 2と、 プライマ リシステムの送信信号の周期自己相関関数がピークとなるサイタリック周波数及 び遅延時間と前記周期自己相関関数がピークとならないサイクリツク周波数及び 遅延時間とを記憶する周期自己相関用パラメータ記憶部 6 0 3と、 周期自己相関 関数がピークとなるサイクリック周波数及び遅延時間を用いて前記ベースバンド 信号から周期自己相関ピーク値を特徴量として生成する周期自己相関ピーク値生 成部 6 0 4と、 周期自己相関関数がピークとならないサイクリック周波数及び遅 延時間を用いて前記ベースバンド信号から周期自己相関非ピーク値を擬似特徴量 として生成する周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5と、 プライマリシステムの 信号の存在有無を判定する判定部 6 0 6を備える。
なお、 前記 R Fアナログ部 6 0 2では、 受信した信号をベースバンド信号へと 変換したが、 本実施の形態は、 受信した信号を I F (intermediate frequency) 信号へと変換して、ベースバンド信号の場合と同様に処理するようにしても良い。 以下では、 説明を明瞭にするためベースバンド信号に変換した場合について述べ る。
次にセカンダリシステム無線機 6 0 0の検出動作について説明する。
セカンダリシステム無線機 6 0 0では、 まずアンテナ 6 0 1及び R Fアナログ 部 6 0 2を介して、 サーチする周波数帯域の無線信号が入力され、 所望の周波数 帯域における無線信号はベースバンド信号へと変換され、 周期自己相関ピーク値 生成部 6 0 4及び周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5に出力される。
以下では、 周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4、 周期自己相関非ピーク値生成 部 6 0 5及び判定部 6 0 6の動作について、 図 1 2を用いて説明する。
図 1 2は、 本実施の形態における周期自己相関関数を例示する図である。 図 1 2では、 横軸がサイクリック周波数、 縦軸が周期自己相関値 （絶対値） を表して いる。
周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4では、 周期自己相関用パラメータ記憶部 6 0 3からプライマリシステムの送信信号の周期自己相関関数がピークとなるサイ クリック周波数及び遅延時間を取得し、 取得したサイクリック周波数及び遅延時 間と R Fアナログ部 6 0 2から入力されたベースバンド信号とを使用して、 n個 の周期自己相関ピーク値 （図 1 2のピーク # 1 ( 6 1 1 ) など） を生成し、 それ らの絶対値を判定部 6 0 6に送出する。
なお、 図 1 2では、 周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5で使用した周期自己 相関関数がピークとならないサイタリック周波数の集合を非ピーク集合 6 3 2と している。 周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5は、 非ピーク集合 6 3 2の各サ イクリック周波数における N— n個の周期自己相関非ピーク値の絶対値を判定部 6 0 6に送出する。
次に、 判定部 6 0 6では、 入力される計 N個の周期自己相関ピーク値と周期自 己相関非ピーク値の中で、 絶対値の大きいほうから m個 （ただし、 m≤nとする） の値を選択する。 判定部 6 0 6は、 選択した m個の周期自己相関値の全てがピー ク集合 6 3 1から選ばれた周期自己相関ピーク値の場合にプライマリシステムの 信号が存在すると判定する。 また、 選択された m個の周期自己相関値の中に非ピ ーク集合 6 3 2のサイタリック周波数における周期自己相関非ピーク値から選ば れたものがある場合、 プライマリシステムの信号が存在せず、 周波数帯域が空き 状態であると判定する。
このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 6 0 0 は、 プライマリシステムの信号を検出する場合に、 n、 m、. Nの設定数で定まる 所望の誤警報確率を満たした検出を可能とする。
本実施の形態では、 プライマリシステムの送信信号の周期定常性を利用してお り、 前記送信信号が存在する場合に、 周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4で生成 される n個の周期自己相関ピーグ値が大きくなる。 この性質を利用してプライマ リシステムの検出を行っている。
プライマリシステムの信号が存在する場合は、 周期自己相関値生成部 6 0 4で 生成される n個の周期自己相関ピーク値が、 周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5で生成された N— n個の周期自己相関非ピーク値と比べて、 大きくなる。 従つ て、 判定部 6 0 6で選択する m個の周期自己相関値として周期自己相関ピーク値 が選ばれる確率が高くなる。 そのため、 プライマリシステムを検出できる。 これに対し、 プライマリシステムの信号が存在しない場合は、 受信信号は雑音 成分または干渉成分のみで構成されるため、 周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4 で生成した n個の周期自己相関ピーク値と周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5 で生成した N— n個の周期自己相関非ピーク値は、 どれも同じ確率分布となる。 そのため、 判定部 6 0 6において選択する m個の周期自己相関値全てがピーク集 合 6 3 1のサイクリック周波数における周期自己相関ピーク値要素である確率は n C m/N Cm ( Cは組み合わせを表す） となるので、 誤警報確率は n C mZN Cmと なる。
例えば、 周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4で 3 (= n ) 個の周期自己相関ピ 一ク値を生成する場合、 誤警報確率を 0 . 1に設定したプライマリシステムの検 出を行うには、 周期自己相関ピーク値生成部 6 0 4で生成する周期自己相関ピー ク値の生成数 3、 周期自己相関非ピーク値生成部 6 0 5で生成する周期自己相関 非ピーク値の生成数 2 (= N - n ：つまり、 N = 5 ) とし、 生成した合計 5個の 周期自己相関値の中で大きいほうから m = 3個の値を選択する。 このとき、 上記 の判定部 6 0 6の判定処理により、 誤警報確率が 3 C 3 5 C 3 = 0 . 1と所望の値 となるプライマリシステムの検出が可能である。
即ち、 上記 n、 m、 Nをあらかじめ設定しておくことで雑音電力、 干渉電力の 推定を必要とせずに誤警報確率を一定 （n C mZN C m) としたプライマリシステム の検出が可能である。
次に、 本発明の第 5の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 本実施の形態は、 第 4の実施の形態と同じく、 プライマリシステムの送信信号 の周期定常性を利用するが、 プライマリシステムの信号の存在有無を判定する際 に用いる特徴量が第 4の実施の形態とは異なる。
図 1 3は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 7 0 0の機能プロ ック図である。
セカンダリシステム無線機 7 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 7 0 1と、 アンテナで受信した信号の所望の周波数帯域 における信号をベースバンド信号に変換する R Fアナログ部 7 0 2と、 プライマ リシステムの送信信号の周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数及 び遅延時間と当該サイクリック周波数及び当該遅延時間における送信信号の周期 自己相関値のレプリカと前記周期自己相関関数がピークとならないサイクリック 周波数及び遅延時間とを記憶する周期自己相関合成用パラメータ記憶部 7 0 3と、 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数、 遅延時間、 前記周期自己 相関値レプリカを用いて前記ベースバンド信号から周期自己相関ピーク合成値を 特徴量として生成する周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4と、 周期自己相関 関数がピークとならないサイクリツク周波数、 遅延時間、 前記周期自己相関値レ プリカを用いて前記ベースバンド信号から周期自己相関非ピーク合成値を擬似特 徴量として生成する周期自己相関非ピーク合成値生成部 7 0 5と、 プライマリシ ステムの信号の存在有無を判定する判定部 7 0 6を備える。
なお、 前記 R Fアナログ部 6 0 2では、 受信した信号をベースバンド信号へと 変換したが、 本実施の形態は、 受信した信号を I F (intermediate frequency) 信号へと変換して、ベースバンド信号の場合と同様に処理するようにしても良い。 以下では、 説明を明瞭にするためベースバンド信号に変換した場合について述べ る。
次にセカンダリシステム無線機 7 0 0の検出動作について説明する。
セカンダリシステム無線機 7 0 0では、 まずアンテナ 7 0 1及び R Fアナログ 部 7 0 2を介して、 サーチする周波数帯域の無線信号が入力され、 所望の周波数 帯域における無線信号はベースバンド信号へと変換され、 周期自己相関ピーク合 成値生成部 7 0 4及び周期自己相関非ピーク合成値生成部 7 0 5に出力される。 以下では、 周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4、 周期自己相関非ピーク合 成値生成部 7 0 5及び判定部 7 0 6の動作について、 図 1 4を用いて説明する。 図 1 4は、 本実施の形態における周期自己相関関数を例示する図である。 周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4では、 周期自己相関合成用パラメータ 記憶部 7 0 3からプライマリシステムの送信信号の周期自己相関関数がピークと なるサイクリック周波数及び遅延時間を取得し、 取得したサイタリック周波数及 び遅延時間と R Fアナログ部 7 0 2から入力されたベースバンド信号とを使用し て、 n個の周期自己相関ピーク値 （図 1 4のピーク # 1 ( 7 1 1 ) など） を生成 する。
図 1 4では、 周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4で生成した周期自己相関 関数がピークとなるサイクリック周波数の集合をピーク集合 A 7 4 1として示し ている。 周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4では、 周期自己相関合成用パラ メータ記憶部 7 0 3から周期自己相関値レプリカを取得し、 生成したピーク集合 A 7 4 1のサイクリック周波数における n個の周期自己相関ピーク値を取得した 周期自己相関値レプリカにより複素重み付け合成し、 式 3に示される周期自己相 関ピーク合成値 Dを生成する。
D = ;^ (τ)*Λ"" (τ) · . ' (式 3 ) ここで、 （T)は前記ベースバンド信号から生成したピーク集合 Α 7 4 1内の 各サイタリック周波数 a kにおける周期自己相関ピーク値である。また、 /^* (τ)は 前記周期自己相関値レプリカである。 尚、 周期自己相関値レプリカは、 事前に計 算した値を周期自己相関合成用パラメータ記憶部 7 0 3に記憶しておく。
周期自己相関ピーク合成値生成部 7 0 4は、 生成された周期自己相関ピーク合 成値を判定部 706に送出する。
次に、 周期自己相関非ピーク合成値生成部 705の動作について説明する。 ま ず、 周期自己相関合成用パラメータ記憶部 703から周期自己相関関数がピーク とならないサイクリック周波数及び遅延時間 （非ピーク # 1 (721) など） を 取得し、 取得したサイクリック周波数及び遅延時間と R Fアナログ部 702から 入力されたベースバンド信号とを使用して、周期自己相関非ピーク値を生成する。 図 14では、 ピークとならないサイクリック周波数の集合を N— 1個定義し、 非ピーク集合 742および、 BN 743のみ図示） としている。 また各非 ピーク集合は n個のサイタリック周波数を要素としている。
周期自己相関非ピーク合成値生成部 705では、 非ピーク集合毎に、 当該非ピ ーク集合内のサイクリック周波数における周期自己相関非ピーク値を生成し、 生 成した周期自己相関非ピーク値を前記周期自己相関値レブリカにより複素重み付 け合成して、 周期自己相関非ピーク合成値を生成する。 非ピーク集合 Bm (1≤m ≤N- 1) における周期自己相関非ピーク合成値 Dmは、式 4に示す式により生成 される。
Dm =^R^( )*R^( ) . . . (式 4) ここで、 複素重み付け合成に使用する周期自己相関値レプリカ (τ) は、 周期 自己相関ピーク合成値生成部 704で用いたものと同じものを使用する。 また、 β
(T) は、 非ピーク集合 Bm内のサイクリック周波数 i3kにおける周期自己相関 非ピーク値を表している。
また、 n個の周期自己相関非ピーク合成値の生成に要する計算量を削減するた めに、式 4の周期自己相関非ピーク合成値の代わりに、次の式 5を用いてもよい。
Figure imgf000028_0001
ここで、 T' は非ピーク集合 Bm内のサイクリック周波数 /3nでの周期自己相関 非ピーク値の生成に用いた平均化サンプリング数である。 式 5は、 一つの周期自 己相関非ピーク値から生成することができ、 式 4と同様の確率分布に従うように 係数補正されている。 尚、 式 5での周期自己相関非ピーク値の生成に用いるサイ クリック周波数は、 非ピーク集合 B m内のサイクリック周波数であれば i3 nでなく ても良い。
周期自己相関非ピーク合成値生成部 7 0 5では、 全ての非ピーク集合に対して 周期自己相関非ピーク合成値を生成し、 計 N— 1個の周期自己相関非ピーク合成 値を判定部 7 0 6に入力する。
次に、 判定部 7 0 6では、 入力された周期自己相関ピーク合成値と N— 1個の 周期自己相関非ピーク合成値の中で、 実部が最大となるもの、 または、 複素数絶 対値が最大となるものを選択する。 判定部 7 0 6は、 選択した最大値が周期自己 相関ピーク合成値である場合に、 プライマリシステムの信号が存在すると判定す る。 また、 選択された最大値が N— 1個の周期自己相関非ピーク合成値から選ば れた場合、 プライマリシステムの信号が存在せず、 周波数帯域が空き状態である と判定する。
このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 7 0 0 は、 プライマリシステムの信号を検出する場合に、 所望の誤警報確率を満たした 検出を可能とする。
本実施の形態では、 プライマリシステムの送信信号の周期定常性を利用してい る。
前記送信信号が存在する場合には、周期自己相関値レプリカを複素重みとして、 周期自己相関関数がピークとなる各サイクリック周波数における周期自己相関ピ ーク値を複素重み付け合成することで周期自己相関ピーク合成値を生成するため、 各サイクリック周波数での周期自己相関ピーク値の位相を揃えることができ、 周 期自己相関ピーク値を同相合成できる。 そのため、 本実施の形態では、 信号電力 対雑音電力 （または信号対雑音干渉電力） を改善でき、 周期自己相関ピーク合成 値が大きくなる。
即ち、 プライマリシステムの信号が存在する場合は、 前記周期自己相関ピーク 合成値は、 周期自己相関非ピーク合成値生成部 7 0 5で生成された N— 1個の周 期自己相関非ピーク合成値と比べて、 大きくなるため、 プライマリシステムを検 出できる。
これに対し、 プライマリシステムの信号が存在しない場合は、 受信信号は雑音 成分または干渉成分のみで構成されるので、 周期自己相関ピーク合成値と N— 1 個の周期自己相関非ピーク合成値は同様の確率分布となり、 周期自己相関ピーク 合成値が最大値として選ばれる確率は 1 ZNとなる。 そのため、 誤警報確率は 1 となる。
従って、 例えば誤警報確率を 0 . 1に設定する場合、 N = 1 0とすることで、 1個の周期自己相関ピーク合成値と、 9個の周期自己相関非ピーク合成値を生成 する。 判定部 7 0 6は、 生成した周期自己相関ピーク合成値と周期自己相関非ピ ーク合成値の中で、 最大値が前記周期自己相関ピーク合成値である場合にプライ マリシステムが存在すると判定処理し、 その中で最大値が前記周期自己相関非ピ 一ク合成値のどれかである場合にプライマリシステムが存在しないと判定処理す る。
即ち、 Nをあらかじめ設定しておくことで雑音電力、 干渉電力の推定を必要と せずに誤警報確率を一定 （1 ZN) としたプライマリシステムの検出が可能であ る。
次に、 本発明の第 6の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 本実施の形態は、 第 2の実施の形態〜第 5の実施の形態を組み合わせて使用す ることで、 プライマリシステムの検出確率を改善する。 以下組み合わせの例とし て、 第 3の実施の形態と第 5の実施の形態でのプライマリシステムの検出を組み 合わせについて説明するが、 その他の組み合わせについても同様に可能である。 なお、 プライマリシステムの送信信号は、 第 3の実施の形態及び第 5の実施の形 態で利用された周期性及び周期定常性をともに有する信号とする。
図 1 5は、 本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機 8 0 0の機能プロ ック図である。
セカンダリシステム無線機 8 0 0は、 プライマリシステムの送信信号 （無線電 波） を受信するアンテナ 8 0 1と、 アンテナで受信した信号の所望の周波数帯域 における I F信号またはベースバンド信号を取り出す R Fアナログ部 8 0 2と、 プライマリシステムの送信信号の周期時間と周期性を示さない非周期時間を記憶 する周期時間記憶部 8 0 3 (周期時間記憶部 5 0 3と同一） と、 前記周期時間を 用いてプライマリシステムの送信信号に特有の特徴量を生成する特徴量生成用相 関部 8 0 4 (特徴量生成用相関部 5 0 4と同一） と、 前記非周期時間を用いて複 数の擬似特徴量を生成する擬似特徴量生成用相関部 8 0 5 (擬似特徴量生成用相 関部 5 0 5と同一） と、 プライマリシステムの信号の存在有無を判定する判定部 8 0 6と、 プライマリシステムの送信信号の周期自己相関関数がピークとなるサ イクリック周波数及び遅延時間と当該サイクリック周波数及び当該遅延時間にお ける送信信号の周期自己相関値のレプリカと前記周期自己相関関数がピークとな らないサイタリック周波数及び遅延時間とを記憶する周期自己相関合成用パラメ ータ記憶部 8 1 3 (周期自己相関合成用パラメータ記憶部 7 0 3と同一） と、 周 期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数、 遅延時間、 前記周期自己相 関値レプリカを用いて前記ベースバンド信号から周期自己相関ピーク合成値を特 徴量として計算する周期自己相関ピーク合成値生成部 8 1 4 (周期自己相関ピー ク合成値生成部 7 0 4と同一） と、 周期自己相関関数がピークとならないサイク リック周波数、 遅延時間、 前記周期自己相関値レプリカを用いて前記ベースバン ド信号から周期自己相関非ピーク合成値を擬似特徴量として計算する周期自己相 関非ピーク合成値生成部 8 1 5 (周期自己相関非ピーク合成値生成部 7 0 5と同 一） とを備える。
ここでは、 第 3の実施の形態及び第 5の実施の形態において既に説明したもの と同一の要素 （周期時間記憶部 8 0 3 , 特徴量生成用相関部 8 0 4 , 擬似特徴量 生成用相関部 8 0 5， 周期自己相関合成用パラメータ記憶部 8 1 3 , 周期自己相 関ピーク合成値生成部 8 1 4 , 周期自己相関非ピーク合成値生成部 8 1 5 ) につ いては説明を省略する。
判定部 8 0 6には、 特徴量生成用相関部 8 0 4から出力される値と周期自己相 関ピーク合成値生成部 8 1 4から出力される値との積が特徴量として入力され、 擬似特徴量生成用相関部 8 0 5から出力される N— 1個の値と周期自己相関非ピ ーク合成値生成部 8 1 5から出力される N— 1個の値との積が擬似特徴量として 入力される。
判定部 8 0 6では、 入力された特徴量と擬似特徴量の計 N個の中から値が最大 のものを選択する。 判定部 8 0 6は、 N個の中で最大である値が特徴量であると きに、 プライマリシステムの信号が存在すると判定する。 また、 選択された値が N _ 1個の何れかの擬似特徴量である場合に、 プライマリシステムの信号が存在 せず、 周波数帯域が空き状態であると判定する。
なお上記説明では、 判定部 8 0 6は、 特徴量生成用相関部 8 0 4及び周期自己 相関ピーク合成値生成部 8 1 4の出力値の積、 または、 擬似特徴量生成用相関部 8 0 5及び周期自己相関非ピーク合成値生成部 8 1 5の出力値の積が入力される としたが、 入力値は積に限定されず重み付け加算した値でも構わない。
このように動作することで、 本実施の形態のセカンダリシステム無線機 8 0 0 は、 プライマリシステムの信号を検出する場合に、 所望の誤警報確率を満たした 検出を可能とする。
次にセカンダリシステム無線機 8 0 0の検出について説明する。 本実施の形態 では、 プライマリシステムの送信信号の周期性及び周期定常性を利用している。 プライマリシステムの信号が存在する場合は、 特徴量生成用相関部 8 0 4及び 周期自己相関ピーク合成値生成部 8 1 4の値がともに大きくなるため、 これら出 力値の積である特徴量はさらに大きくなり、 擬似特徴量生成用相関部 8 0 5及び 周期自己相関非ピーク合成値生成部 8 1 5の積として生成された N— 1個の擬似 特徴量と比べて大きくなるため、 プライマリシステムを検出できる。
これに対し、 プライマリシステムの信号が存在しない場合は、 受信信号は雑音 成分または干渉成分のみで構成されるため、 特徴量と N— 1個の擬似特徴量は、 どれも同じ確率分布を持つ。
この場合、判定部 8 0 6において特徴量が最大となる確率が 1ノ Nとなるため、 誤警報確率は 1 ZNとなる。
例えば、 誤警報確率を 0 . 1に設定してプライマリシステムの検出を行う場合 には、 特徴量生成用相関部 8 0 4及び周期自己相関ピーク合成値生成部 8 1 4の 出力値の積である特徴量を 1個生成し、 擬似特徴量生成用相関部 8 0 5及び周期 自己相関非ピーク合成値生成部 8 1 5の出力値の積である擬似特徴量を 9個生成 し、 判定部 8 0 6で最大値を選択する。 このように生成する個数を設定すれば、 N = 1 0となり、 誤警報確率を所望の値である 0 . 1に設定できる。 即ち、 Nをあらかじめ設定しておくことで雑音電力、 干渉電力の推定を必要と せずに誤警報確率を所望の値 （1 ZN) で一定としたプライマリシステムの検出 が可能である。
尚、 Nは、 サーチする無線システム毎の誤警報確率の所望値や、 判定に用いる 特徴量の生成数等に応じて、 予め複数設定しておくようにしても良い。 例えば、 サーチ対象である特定の無線システムに対しては N = 1 0を設定し、 別のサーチ 対象である特定の無線システムに対しては N 1 0 0を設定するようにしても良 レ、。
上記説明のとおり、 本発明によれば、 プライマリシステムの検出に有用なブラ ィマリシステム送信信号の特徴量である、 プライマリシステムから送信されるパ イロット信号系列の相関特性、 プライマリシステムの送信信号ゃフレームフォー マツトの周期性及び前記送信信号に周期定常性等を利用し、 設定した誤警報確率 を達成するスぺクトラムセンシング手法を実現できる。
また、 セカンダリシステムにおいて、 複数の特徴量を用いて判定処理すること で、 誤警報確率を所望の値に設定するとともに、 プライマリシステムの誤検出確 率を低減できる。
本発明は、 例えば、 無線通信システム間や無線通信システム内の各無線機 （無 線端末） 間で周波数を共用する無線通信システムにおいて、 その周波数帯域が他 のシステムや他の無線機に既に使用されているか、 又は使用を開始されたかどう かを判定する用途に適用できる。
尚、 上記複数の実施の形態では、 誤警報確率の所望値 の設定を、 生成する特 徴量の個数等 （N等） を設定するものとして記載したが、 誤警報確率の所望値自 体を設定して、 無線機で N等を自動的に算出し、 その値を用いてプライマリシス テムの検出処理を行うようにしても良い。 例えば、 誤警報確率の所望値が 0 . 1 に設定されている場合、 無線機で判定に用いる特徴量の個数を決定し、 当該個数 を nとして nから定まる擬似特徴量の個数を N— nとし、 誤警報確率 0. 1を満 足する擬似特徴量の個数を算出する。 次に、 無線システムは、 決定した個数の特 徴量と算出した個数の擬似特徴量とを生成し、 プライマリシステムの信号の存在 有無を判定処理する。 また、 誤警報確率の所望値に対応付けて、 判定に用いる特 徴量の個数と擬似特徴量の個数を予め定めておいても良い。
また、 セカンダリシステム無線機内において特徴量と擬似特徴量を生成して判 定部に出力する実施の形態を示したが、 特徴量と擬似特徴量の生成および 又は 判定処理を他の装置（サーバや他の無線機）を用いて行うように構成しても良レ、。 この場合は、 受信した周波数帯域の信号 （R F信号等） の抽出のみをセカンダリ システム無線機で行う力、 又は特徴量と擬似特徴量の生成までをセカンダリシス テム無線機で行うようにして、 生成した信号を他の装置に出力して残りの処理を 他の装置で行い、 その判定結果をセカンダリシステム無線機に出力するようにす れば良い。
また、 判定結果を他のセカンダリシステム無線機やサーバに無線又は有線通信 を用いて通知する通知部（手段）を設けて、判定結果を共有して使用しても良い。 また、 実施の形態では説明では、 特徴量と擬似特徴量との生成する個数を予め 設定することとして記載するが、 当該設定数は、 判定部での判定に用いる特徴量 と擬似特徴量の数であり、 必ずしも特徴量や擬似特徴量の生成する個数と一致す る必要は無い。 例えば、 多くの特徴量および擬似特徴量を生成して、 その中から 判定に必要な数の擬似特徴量を任意に選択するようにしても良い。
また、 記憶部に、 サーチ可能である周波数帯域と、 その周波数帯域で使用され るプライマリシステム毎の抽出可能な特徴量の情報とを予め対応付けて他の情報 と共に記憶するようにしても良い。 例示すれば、 セカンダリシステム無線機の検 出可能周波数帯域に、 周波数帯域の使用を許可されて運用されているプライマリ システムの使用周波数帯 （例えば中心周波数， 帯域幅） や、 無線規格、 抽出可能 な特徴量をプライマリシステム情報として記憶し、 プライマリシステム情報に対 応付けて、 特徴量の生成に用いる情報 （システム設定パラメータ） として、 使用 特徴量の種類、 判定部での特徴量の使用数、 判定部での擬似特徴量の使用数， 各 種特徴量と擬似特徴量生成用のパラメータ （例えばパイロット信号系列， 周期時 間， サイクリック周波数及び遅延時間， 周期自己相関値レプリカ） 等を記憶する (図 1 6参照） 。 また、 当該情報に、 誤警報確率の所望値や、 誤警報確率の設定 値としての N、 n、 M等を予め記憶し、 システムパラメータや擬似パラメータと 関連付けても良い。 また、 プライマリシステム情報として、 プライマリシステム の使用時間帯等を記録し、 誤警報確率値及び誤検出確率値の向上に利用しても良 レ、。
尚、 無線システム又は無線機の各部及び各種手段は、 ハードウェア又は、 ハー ドウエアとソフトウエアの組み合わせを用いて実現しても良い。 ハードウエアと ソフトウェアとを組み合わせた形態では、 RAM等にプログラムが展開され、 プ ログラムに基づいて制御部等のハードウエアを動作させることによって、 各部及 び各種手段を実現する。
また、 上記実施の形態を参照して本発明を説明したが、 本発明は、 上記実施の 形態に限定されるものではない。 本発明の構成や詳細は、 本発明の請求の範囲内 で当業者が理解し得る様々な変更を行なうことができる。
この出願は、 2008年 5月 2 7日に出願された日本出願特願 2008 - 1 3 74 7 1号を基礎とする優先権を主張し、 その開示の全てをここに取り込む。 各符号の説明
1 0 基準受信電力エリア
1 00, 1 1 0 プライマリシステム無線機
200 セカンダリシステム無線機
300, 400, 500, 600, 700, 800 本発明におけるセカンダリ システム無線機
30 1, 40 1, 50 1， 6 0 1， 70 1 , 80 1 アンテナ
302, 402, 502, 6 02, 702, 802 RFアナログ部 （周波数変 換部）
306， 406, 506， 606, 706， 806 判定部
303 システムパラメータ記憶部 （記憶部）
304 特徴量生成部 （Feature Value Generator)
305 擬似特徴量生成部 （Non- Feature Value Generator)
403 パイロット信号系列記憶部 （記憶部）
404 自己相関部
40 5 相互相関部 4 1 0 パイロット信号系列
4 1 1, 4 1 2 擬似ランダム信号系列
42 1, 42 2, 42 3 相関部
43 1， 43 2, 4 3 3 最大値選択部
503 周期時間記憶部 （記憶部）
504 特徴量生成用相関部 （Feature Value Correlator)
505 擬似特徴量生成用相関部 （Non- Feature Value Correlator)
5 1 1 遅延部
5 1 2 相関部
52 1 周期時間
522、 5 2 3 非周期時間
603 周期自己相関用パラメータ記憶部 （記憶部， Memory for the Parameter of CAF)
604 周期自己相関ピーク値生成部 （Generator of Peak Values of CAF) 605 周期自己相関非ピーク値生成部 （Generator of Non-Peak Values of CAF) 6 1 1, 6 1 2, 6 1 3 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数 6 2 1， 6 2 2, 6 2 3 周期自己相関関数がピークとならないサイクリック周 波数
6 3 1 ピーク集合
632 非ピーク集合
703 周期自己相関合成用パラメータ記憶部 （記憶部， Memory for the Parameter of CAF し ombiningゾ
704 周期自己相関ピーク合成値生成部 （Generator of Combined Peak Values of CAF)
705 周期自己相関非ピーク合成値生成部 （Generator of Combined Non-Peak Values of CAF)
7 1 1, 7 1 2, 7 1 3 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数 72 1 , 7 2 2, 7 2 3, 7 3 1, 7 3 2, 7 33 周期自己相関関数がピーク とならないサイクリック周波数 741 ピーク集合
742, 743 非ピーク集合
803 周期時間記憶部 （記憶部）
804 統計量生成用相関部
805 擬似統計量生成用相関部
8 13 周期自己相関合成用パラメータ記憶部 （記憶部）
814 周期自己相関合成値生成部
815 擬似周期自己相関合成値生成部
1010, 1020, 1030, 1 1 10, 1 120, 1 130 OF DMシン ボル
2010， 2020, 2030, 2040, 21 30, 2220, 2310, 2
320 パイロット信号系列

Claims

1 . サーチする無線システム特有の特徴量の生成に用いるシステムパラメ一 タと前記システムパラメータに類似した擬似パラメータとを記憶する記憶部と、 前記システムパラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは 複数の特徴量を生成する特徴量生成部と、
前記擬似パラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数 の擬似特徴量を生成する擬似特徴量生成部と、
求
前記特徴量と前記擬似特徴量を用いて前記無線システムの信号の存在有無を判 の
定する判定部と
を備えることを特徴とするコグニティブ無線システム。
囲
2 . 前記判定部は、 前記特徴量と前記擬似特徴量との大小を比較し、 前記特 徴量の方が大きい場合に前記無線システムの信号が存在すると判定処理し、 前記 擬似特徴量の方が大きレ、場合に前記無線システムの信号が存在しないと判定処理 することを特徴とする請求項 1記載のコダニティブ無線システム。
3 . 前記判定部の判定に用いる前記特徴量の個数および前記擬似特徴量の個 数は、 誤警報確率 （false alarm rate) の所望値に基づいた個数であることを特 徴とする請求項 1又は 2に記載のコグニティブ無線システム。
4 . 前記判定部の判定に用いる前記特徴量の個数は、 望まれる誤検出確率 (misdetection rate) の値に対応した個数であることを特徴とする請求項 1ない し 3の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
5 . 判定に用いる前記特徴量の個数を n ( n = l以上の整数） 、 判定に用い る前記擬似特徴量の個数を N _ n ( N = n + 1以上の整数） とし、
前記判定部は、 生成した前記特徴量と前記擬似特徴量の中で大きいほうから m 個 （m≤nである整数） の値を選択し、 m個全てが前記特徴量であった場合に前 記無線システムが存在すると判定処理し、
m個の中に前記擬似特徴量が含まれる場合に前記無線システムが存在しないと 判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 4の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
6 . 前記記憶部には、 サーチ可能である周波数帯域と、 前記周波数帯域で使用 される無線システム毎の抽出可能な特徴量の情報とを予め対応付けて記憶するこ とを特徴とする請求項 1ないし 5の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
7 . 前記記憶部は、 前記システムパラメータとして前記無線システムの送信 信号の周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数と遅延時間と、 前記 擬似パラメータとして前記周期自己相関関数がピークとならないサイクリック周 波数と遅延時間とを記憶し、
前記特徴量生成部は、 前記システムパラメータを用いて、 特徴量として受信し た周波数帯域の信号から周期自己相関関数がピークとなる一つまたは複数の周期 自己相関ピーク値を生成し、
前記擬似特徴量生成部は、 前記擬似パラメータを用いて、 擬似特徴量として受 信した周波数帯域の信号から周期自己相関関数がピークとならない一つまたは複 数の周期自己相関非ピ一ク値を生成し、
前記判定部は、 前記周期自己相関ピーク値と前記周期自己相関非ピーク値を用 いて前記無線システムの信号の存在有無を判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
8 . 前記記憶部は、 予め算出された周期自己相関値のレプリカと、 前記シス テムパラメータとして前記無線システムの送信信号の周期自己相関関数がピーク となるサイクリック周波数と遅延時間と、 前記擬似パラメータとして前記周期自 己相関関数がピークとならないサイクリック周波数と遅延時間と、 を記憶し、 前記特徴量生成部は、 前記システムパラメータを用いて受信した周波数帯域の 信号から周期自己相関関数がピークとなる複数の周期自己相関ピーク値を生成し、 生成した周期自己相関ピーク値と前記周期自己相関値のレプリカを用いて、 特徴 量として周期自己相関ピーク合成値を複素重み付け合成して生成し、
前記擬似特徴量生成部は、 前記擬似パラメータを用いて受信した周波数帯域の 信号から周期自己相関関数がピークとならない複数の周期自己相関非ピーク値を 生成し、 生成した周期自己相関非ピ一ク値と前記周期自己相関値のレプリカを用 いて、 擬似特徴量として周期自己相関非ピーク合成値を複素重み付け合成して生 成し、
前記判定部は、 前記周期自己相関ピーク合成値および前記周期自己相関非ピー ク合成値の実部又は複素数絶対値を用いて、 前記無線システムの信号の存在有無 を判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
9 . 前記記憶部は、 前記システムパラメータとして前記無線システムから受 信する送信信号に含まれる信号系列の繰返し時間である一つまたは複数の周期時 間と、 前記擬似パラメータとして前記周期時間と異なる一つまたは複数の非周期 時間とを記憶し、
前記特徴量生成部は、 前記送信信号と前記周期時間で遅延させた遅延信号との 相関処理により一つまたは複数の特徴量を生成し、
前記擬似特徴量生成部は、 前記送信信号と前記非周期時間で遅延させた遅延信 号との相関処理により一つまたは複数の擬似特徴量を生成し、
前記判定部は、 前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前記無線システムの信 号の存在有無を判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
1 0 . 前記周期時間は、 O F DM信号の有効シンボル長、 又は、 S C— F D MA信号のサイクリックプリフィクス長を除いたブロック長、 サイクリックプリ フィクスが挿入される間隔、 又は、 パイロット信号系列が挿入される間隔である ことを特徴とする請求項 9記載のコグニティブ無線システム。
1 1 . 前記記憶部は、 前記システムパラメータとして前記無線システムの制 御信号 （制御チャネル） の信号系列と、 前記擬似パラメータとして前記制御信号 の信号系列と異なる複数の擬似制御信号の信号系列とを記憶し、
前記特徴量生成部は、 前記送信信号と前記制御信号との相関処理により一つま たは複数の特徴量を生成し、
前記擬似特徴量生成部は、 前記送信信号と前記擬似制御信号との相関処理によ り一つまたは複数の擬似特徴量を生成し、
前記判定部は、 前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前記無線システムの信 号の存在有無を判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
1 2 . 前記制御信号の信号系列は、 送信信号に挿入されるパイ口ット信号で あり、 前記擬似制御信号の信号系列は、 前記パイ口ット信号系列と同一長である ランダム信号系列であることを特徴とする請求項 1 1記載のコグニティブ無線シ ステム。
1 3 . 前記記憶部は、
前記システムパラメータとして、 前記無線システムの送信信号に含まれる特徴 に対応した、周期自己相関関数がピークとなるサイタリック周波数及び遅延時間、 信号系列の繰返し時間である周期時間、 制御信号の信号系列および予め算出され た周期自己相関値のレプリカの 2種類以上の組み合わせを記憶し、
前記システムパラメータに対応する前記擬似パラメータの組み合わせを記憶し、 前記判定部は、 前記無線システムの送信信号に含まれる特徴に対応させて 2種 類以上の前記システムパラメータおよび前記擬似パラメータに基づく前記特徴量 生成部および前記擬似特徴量生成部の出力値に基づき生成された特徴量および擬 似特徴量を用いて前記無線システムの信号の存在有無を判定する
ことを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
1 4 . 前記判定部による判定結果を、 他の無線機または装置に通知する通知 部を有し、
前記判定結果を共有することを特徴とする請求項 1ないし 1 3の何れか一記載 のコグニティブ無線システム。
1 5 . サーチする無線システム特有の特徴量の生成に用いるシステムパラメ —タと前記システムパラメータに類似した擬似パラメータとを記憶する記憶部と、 前記システムパラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは 複数の特徴量を生成する特徴量生成部と、
前記擬似パラメータを用いて、 受信した周波数帯域の信号から一つまたは複数 の擬似特徴量を生成する擬似特徴量生成部と、
前記特徴量と前記擬似特徴量を用いて前記無線システムの信号の存在有無を判 定する判定部と
を備えることを特徴とするコグニティブ無線機。
1 6 . 前記判定部は、 前記特徴量と前記擬似特徴量との大小を比較し、 前記 特徴量の方が大きい場合に前記無線システムの信号が存在すると判定処理し、 前 記擬似特徴量の方が大きい場合に前記無線システムの信号が存在しないと判定処 理することを特徴とする請求項 1 5記載のコグニティブ無線機。
1 7 . 前記判定部の判定に用いる前記特徴量の個数および前記擬似特徴量の 個数は、 誤警報確率の所望値に基づいた個数であることを特徴とする請求項 1 5 又は 1 6に記載のコグニティブ無線機。
1 8 . 前記判定部の判定に用いる前記特徴量の個数は、 望まれる誤検出確率 の値に対応した個数であることを特徴とする請求項 1 5ないし 1 7の何れか一記 載のコグニティブ無線機。
1 9 . サーチする周波数帯域の無線信号を受信処理し、
受信した周波数帯域の信号とサーチする無線システムのシステムパラメータと を使用して、 一つまたは複数の特徴量を生成処理し、
受信した周波数帯域の信号と前記システムパラメータと類似した擬似パラメ一 タとを使用して、 一つまたは複数の擬似特徴量を生成処理し、
前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前記無線システムの信号の存在有無を 判定処理する
ことを特徴とする無線信号検出方法。
2 0 . 前記判定処理は、
前記特徴量と前記擬似特徴量との大小を比較し、
前記特徴量の方が大きい場合に無線システムの信号が存在すると判定処理し、 前記擬似特徴量の方が大きレ、場合に無線システムの信号が存在しないと判定処理 する
ことを特徴とする請求項 1 9記載の無線信号検出方法。
2 1 . 前記特徴量と前記擬似特徴量とを判定処理に使用する個数を、 誤警報 確率が所望の値となるように予め設定処理することを特徴とする請求項 1 9又は 2 0に記載の無線信号検出方法。
2 2 . 前記特徴量を判定処理に使用する個数を、 望まれる誤検出確率の値に 対応して予め設定処理することを特徴とする請求項 1 9ないし 2 1の何れか一記 載の無線信号検出方法。
2 3 . サーチする周波数帯域の無線信号をベースバンド信号または I F信号 周波数変換し、
前記ベースバンド信号または I F信号とサーチする無線システムの送信信号の 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数と遅延時間とを使用して、 周期自己相関関数がピークとなる一つまたは複数の周期自己相関ピーク値を生成 処理し、
前記ベースバンド信号または I F信号とサーチする無線システムの送信信号の 周期自己相関関数がピークとならないサイクリック周波数と遅延時間とを使用し て、 周期自己相関関数がピークとならない一つまたは複数の周期自己相関非ピ一 ク値を生成処理し、
前記周期自己相関ピーク値と前記周期自己相関非ピーク値とを用いて前記無線 システムの信号の存在有無を判定処理する
ことを特徴とする無線信号検出方法。
2 4 . 前記判定処理は、
前記周期自己相関ピーク値と前記周期自己相関非ピーク値の大小関係、または、 サーチする無線システムの送信信号の周期自己相関値レプリカを用いて前記周 期自己相関値を同相合成した周期自己相関ピーク合成値と前記周期自己相関値レ プリカを用いて前記周期自己相関非ピーク値から生成した前記周期自己相関非ピ ーク合成値の大小を比較し、
前記周期自己相関ピーク値の方が前記周期自己相関非ピーク値より大きい場合 に前記無線システムの信号が存在すると判定処理し、 前記周期自己相関非ピーク 値の方が前記周期自己相関ピーク値より大きい場合に前記無線システムの信号が 存在しないと判定処理する、 または、
前記周期自己相関ピーク合成値の方が前記周期自己相関非ピーク合成値より大 きい場合に前記無線システムの信号が存在すると判定処理し、 前記周期自己相関 非ピーク合成値の方が前記周期自己相関ピーク合成値より大きい場合に前記無線 システムの信号が存在しなレ、と判定処理する
ことを特徴とする請求項 2 3記載の無線信号検出方法。
2 5 . ザーチする周波数帯域の無線信号を R F信号として抽出し、 または前 記 R F信号をベースバンド信号または I F信号へ周波数変換し、
前記 R F信号または周波数変換した前記ベースバンド信号または前記 I F信号 とサーチする無線システムの使用する信号系列の繰返し時間である一つまたは複 数の周期時間で遅延させた遅延信号とを使用した相関処理により、 一つまたは複 数の特徴量を生成し、 前記 R F信号または周波数変換した前記ベースバンド信号または前記 I F信号 と前記周期時間と異なる一つまたは複数の非周期時間で遅延させた一つまたは複 数の遅延信号とを使用した相関処理により、 一つまたは複数の擬似特徴量を生成 し、
前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前記無線システムの信号の存在有無を 判定処理する
ことを特徴とする無線信号検出方法。
2 6 . 前記周期時間は、 O F DM信号の有効シンボル長、 又は、 S C— F D MA信号のサイクリックプリフィクス長を除いたブロック長、 サイクリックプリ フィクスが挿入される間隔、 又は、 パイロット信号系列が挿入される間隔である ことを特徴とする請求項 2 5記載の無線信号検出方法。
2 7 . サーチする周波数帯域の無線信号をベースバンド信号へ周波数変換し、 周波数変換した前記ベースバンド信号とサーチする無線システムで用いられる 一つまたは複数のパイ口ット信号系列とを使用した相関処理により、 一つまたは 複数の特徴量を生成し、
周波数変換した前記ベースバンド信号と前記パイ口ット信号系列と類似した一 つまたは複数の擬似ランダム信号系列とを使用した相関処理により、 一つまたは 複数の擬似特徴量を生成し、
前記特徴量と前記擬似特徴量とを用レ、て前記無線システムの信号の存在有無を 判定処理する
ことを特徴とする無線信号検出方法。
2 8 . 前記システムパラメータとして、 前記無線システムの送信信号に含ま れる特徴に対応した、 周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数及び 遅延時間、 信号系列の繰返し時間である周期時間、 制御信号の信号系列および予 め算出された周期自己相関値のレプリカの 2種類以上の組み合わせを使用して、 一つまたは複数の特徴量を生成処理し、 前記システムパラメータに対応する前記擬似パラメータの組み合わせを使用し て、 一つまたは複数の擬似特徴量を生成処理し、
前記特徴量と前記擬似特徴量とを用いて前記無線システムの信号の存在有無を 判定処理する
ことを特徴とする請求項 1 '9ないし 2 7の何れか一記載の無線信号検出方法。
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