(57)【特許請求の範囲】
【請求項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コグニティブ無線システム。
【請求項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記載のコグニティブ無線システム。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】
判定に用いる前記特徴量の個数をｎ（ｎ＝１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。
【請求項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。
【請求項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ーク値を生成し、
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。
【請求項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ー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。
【請求項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。
【請求項１０】
前記周期時間は、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長、又は、ＳＣ−ＦＤＭＡ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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
前記制御信号の信号系列は、送信信号に挿入されるパイロット信号であり、前記擬似制御信号の信号系列は、前記パイロ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１１記載のコグニティブ無線システム。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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１３の何れか一記載のコグニティブ無線システム。
【請求項１５】
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コグニティブ無線機。
【請求項１６】
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１５記載のコグニティブ無線機。
【請求項１７】
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１５又は１６に記載のコグニティブ無線機。
【請求項１８】
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１５ないし１７の何れか一記載のコグニティブ無線機。
【請求項１９】
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
ことを特徴とする無線信号検出方法。
【請求項２０】
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い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１９記載の無線信号検出方法。
【請求項２１】
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１９又は２０に記載の無線信号検出方法。
【請求項２２】
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１９ないし２１の何れか一記載の無線信号検出方法。
【請求項２３】
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ＩＦ信号へ周波数変換し、
前記ベースバンド信号またはＩＦ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ＩＦ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ーク値を生成処理し、
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。
【請求項２４】
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ピーク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いと判定処理する
ことを特徴とする請求項２３記載の無線信号検出方法。
【請求項２５】
サーチする周波数帯域の無線信号をＲＦ信号として抽出し、または前記ＲＦ信号をベースバンド信号またはＩＦ信号へ周波数変換し、
前記ＲＦ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ＩＦ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ＲＦ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ＩＦ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。
【請求項２６】
前記周期時間は、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長、又は、ＳＣ−ＦＤＭＡ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２５記載の無線信号検出方法。
【請求項２７】
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ロ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ロ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。
【請求項２８】
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１９ないし２７の何れか一記載の無線信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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か、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。
【０００４】
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ペ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。
【０００５】
上述のスペ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、プライ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、ＩＥＥＥ８０２．２２が挙げられる。ＩＥＥＥ８０２．２２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：ＷＲＡＮ）システムの標準化が議論されている。このＩＥＥＥ８０２．２２では、米国のテレビ放送規格であるAdvanced Television Systems Committee（ＡＴＳＣ）信号の受信電力が−１１６ｄＢｍ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。
【０００６】
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。
【０００７】
図１は、スペ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イ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１００と受信を行うプライマリシステム無線機１１０、スペ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２００を示している。また、基準受信電力エリア１０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２００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アを示している。即ち、図１に示すように、セカンダリシステム無線機２００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２００は、プライマリシステム無線機１００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。
【０００８】
また、上記したＷＲＡＮ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、ＷＲＡＮ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。
【０００９】
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ットに含まれる周期性を利用する方法、受信信号内のパイロ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。
【００１０】
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ペ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。
【００１１】
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のスペ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ットに含まれる周期性は、サイクリックプリフィクスを使用したＯＦＤＭ信号に対しても存在するため、特許文献２の方法によりＯＦＤＭ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、ＯＦＤＭ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２２２６６５号公報
【特許文献２】ＵＳ２００７００９２０４５
【特許文献３】特開２００７−０８２１８５号公報
【非特許文献】
【００１３】
【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 Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers（2004年11月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
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ペ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ロット信号の相関特性や、プライマリシステム送信信号やフレームフォーマットの周期性等、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
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。
【００２０】
本発明に係るコグニティブ無線機は、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。
【００２１】
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】
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】スペ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イマリシステムとの関係を例示する図である。
【図２】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ブロック図である。
【図３】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ャートである。
【図４】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】パイロ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】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】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ブロック図である。
【図８】取得したＯＦＤＭ信号と遅延を行ったＯＦＤＭ信号を示す図である。
【図９】パイロ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１０】信号ｙ（ｔ）にＯＦＤＭ信号を用いた周期自己相関関数を例示する図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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】
【００２４】
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。
【００２５】
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３００の機能ブロック図である。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。
【００２６】
セカンダリシステム無線機３００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３０１と、アンテナ３０１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ＲＦ（Radio Frequency）アナログ部３０２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３０３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３０４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３０５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３０６を備える。
【００２７】
システムパラメータ記憶部３０３は、一般的な記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk 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い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。
【００２８】
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３０４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ット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。
【００２９】
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３０３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３０５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。
【００３０】
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／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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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／Ｎ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。
【００３４】
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つのみを使用したプライ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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３０６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。
【００３７】
次に、セカンダリシステム無線機３００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３００の検出動作を示すフローチャートである。
【００３８】
ＲＦアナログ部３０２には、アンテナ３０１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３０４及び擬似特徴量生成部３０５に出力される（ステップＳ３０１）。
【００３９】
特徴量生成部３０４は、システムパラメータ記憶部３０３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ＲＦアナログ部３０２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３０４は、生成した特徴量を、判定部３０６に出力する（ステップＳ３０２）。
【００４０】
擬似特徴量生成部３０５は、システムパラメータ記憶部３０３から擬似パラメータを取得し、擬似パラメータとＲＦアナログ部３０２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３０５は、生成した擬似特徴量を、判定部３０６に出力する（ステップＳ３０３）。
【００４１】
判定部３０６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３０６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Ｓ３０４）。
【００４２】
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３００は、プライマリシステムの信号を精度良く検出できる。
【００４３】
また、前記特徴量生成部３０４で生成する特徴量の生成数と、前記擬似特徴量生成部３０５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３０４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。
【００４４】
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種類のパイロット信号のみを利用したプライ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。
【００４５】
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４００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４００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４０１と、アンテナ４０１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ＲＦアナログ部４０２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ロ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ロット信号系列記憶部４０３と、前記ベースバンド信号と前記パイロ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４０４と、前記ベ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４０５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４０６とを備える。
【００４６】
図５は、パイロット信号系列記憶部４０３と、自己相関部４０４と、相互相関部４０５をより詳細に表したブロック図である。  
パイロット信号系列記憶部４０３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ロット信号系列４１０と、パイロット信号系列４１０と同一長（同一bit長）であり、パイロット信号系列４１０と相関の低い擬似ランダム信号系列（図５では、４１１と４１２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個あり、それぞれ擬似特徴量の生成に使用される。  
自己相関部４０４は、相関部４２１と最大値選択部４３１とから構成されている。相互相関部４０５は、Ｎ−１個の相関部（４２２と４２３のみ記載）とＮ−１個の最大値選択部（４３２と４３３のみ記載）から構成されている。
【００４７】
次に、図４に示したセカンダリシステム無線機４００の検出動作を示す。
【００４８】
アンテナ４０１及びＲＦアナログ部４０２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４０４及び相互相関部４０５に出力される。
【００４９】
自己相関部４０４では、相関部４２１にＲＦアナログ部４０２から供給されたベースバンド信号が入力され、パイロット信号系列記憶部４０３から取得したパイロット信号系列４１０を用いて、相関部４２１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４２１によって計算された相関は、最大値選択部４３１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４０６に入力される。  
このとき、相関部４２１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ロット信号系列４１０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、パイロット信号系列の挿入される周期を探索時間窓とする。
【００５０】
このように探索時間窓を選定することで、相関部４２１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ロット信号系列と予め用意したパイロット信号系列４１０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。
【００５１】
上記自己相関部４０４でのパイロット信号系列４１０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４０５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。
【００５２】
相互相関部４０５では、相関部４２２にＲＦアナログ部４０２から供給されたベースバンド信号が入力され、パイロット信号系列記憶部４０３から取得した擬似ランダム信号系列４１１を用いて、相関部４２２によって相関が計算される。
【００５３】
次に、相関部４２２によって計算された複数の相関は、最大値選択部４３２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４０６に入力される。
【００５４】
相互相関部４０５にある相関部４２２及び最大値選択部４３２以外の各相関部（４２３等）及び各最大値選択部（４３３等）においても、パイロット信号系列記憶部４０３から取得した擬似ランダム信号系列（４１２等）を用いて、相関部４２２及び最大値選択部４３２と同様に動作する。
【００５５】
相互相関部４０５の各相関部（４２２等）では、相関部４２１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４１１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４０６には、相互相関部４０５の各最大値選択部（４３３等）から出力された計Ｎ−１個の擬似特徴量が入力される。
【００５６】
判定部４０６では、自己相関部４０４と相互相関部４０５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４０６は、Ｎ個の中で最大である値が自己相関部４０４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４０５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。
【００５７】
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４００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。
【００５８】
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、前記ベー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４０４で最大の特徴量を得られる。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。
【００５９】
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４０４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４０５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。
【００６０】
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４０４で生成した特徴量と相互相関部４０５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４０６において自己相関部４０４から入力されるパイロット信号系列４１０による特徴量が最大となる確率が１／Ｎとなるため、誤警報確率は１／Ｎ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４０４で特徴量を１個選択し、相互相関部４０５で擬似特徴量を９個選択し、判定部４０６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＝１０となり、誤警報確率を所望の値である０．１に設定できる。
【００６１】
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。
【００６２】
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（ＯＦＤＭ）やSingle Carrier-Frequency Division Multiple Access（ＳＣ−ＦＤＭＡ）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。
【００６３】
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５００の機能ブロック図である。  
セカンダリシステム無線機５００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５０１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ＲＦ信号を取り出すＲＦアナログ部５０２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５０３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５０４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５０５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５０６を備える。
【００６４】
周期時間記憶部５０３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Ｔ５２１と、非周期時間（図７には５２２及び５２３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５０４は、遅延部５１１と相関部５１２とで構成されている。擬似特徴量生成用相関部５０５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ＲＦアナログ部５０２では、受信した信号をＲＦ信号として使用したが、セカンダリシステム無線機５００は、受信した信号をＩＦ（intermediate frequency）信号やベースバンド信号へと変換して、ＲＦ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ＲＦ信号として使用する場合について述べる。
【００６５】
次に、セカンダリシステム無線機５００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５０４の動作を説明し、擬似特徴量生成用相関部５０５の詳細な動作は記載を省略する。
【００６６】
図７は、周期時間記憶部５０３と特徴量生成用相関部５０４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５００では、まずアンテナ５０１（図示せず）及びＲＦアナログ部５０２（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ＲＦ信号として特徴量生成用相関部５０４及び擬似特徴量生成用相関部５０５（図示せず）に出力される。
【００６７】
特徴量生成用相関部５０４では、遅延部５１１及び相関部５１２にＲＦアナログ部５０２から供給されたＲＦ信号が入力される。入力されたＲＦ信号は、遅延部５１１において、周期時間記憶部５０３から取得した周期時間５２１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５１２において、元のＲＦ信号と相関がとられ、生成された特徴量が判定部５０６に入力される。尚、特徴量の生成処理は、後に詳述する。
【００６８】
上記特徴量生成用相関部５０４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５０５では、ＲＦ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５０５で用いられる遅延時間は、周期時間記憶部５０３に記憶された非周期時間（５２２や５２３）が用いられる。擬似特徴量生成用相関部５０５では、周期時間Ｔとは異なる非周期時間Ｔ１〜ＴＮ−１に基づいて、計Ｎ−１個の擬似特徴量が生成され、判定部５０６に送出される。
【００６９】
判定部５０６では、特徴量生成用相関部５０４と擬似特徴量生成用相関部５０５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５０６は、Ｎ個の中で最大である値が特徴量生成用相関部５０４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、選択された値が擬似特徴量生成用相関部５０５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。
【００７０】
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５００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。
【００７１】
次に、図８を用いて、相関部５１２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、ＯＦＤＭ信号を例に詳細に説明する。尚、擬似特徴量生成用相関部５０５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。
【００７２】
図８は、取得したＯＦＤＭ信号と遅延を行ったＯＦＤＭ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ＯＦＤＭ信号の種類を表している。
【００７３】
図８における時間ＴＦはＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を表している。通常のＯＦＤＭ信号では図８に示すように、ガードインターバル（ＧＩ）部分に、各ＯＦＤＭ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。
【００７４】
このため、ＯＦＤＭ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インターバル部分とが時間一致するため、相関が発生する。
【００７５】
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５１２で、ＯＦＤＭ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。
【００７６】
また、ＯＦＤＭ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インターバル部分が時間一致する区間（以下ではＧＩ一致区間と記載）がＯＦＤＭシンボル長（ＧＩ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ＧＩ一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。
【００７７】
尚、受信信号のどの時刻（地点）からＧＩ一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ＧＩ一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、ＧＩ一致区間のみで生成した特徴量の候補を生成し、この候補の中から最大値を選択する。
【００７８】
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。
【００７９】
尚、生成に用いる遅延の値（周期時間，非周期時間）は、例えば、ＯＦＤＭ伝送を用いるIEEE802.11aでは、有効シンボル長が3.2μs、ガードインターバル長が0.8μsと規定されているので、上述したように有効シンボル長3.2μs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3.2μs以外の時間である0.8μs、1.6μs、2.4μs、4.0μs、4.8μs、5.6μs、6.4μs等の時間を用いればよい。
【００８０】
次に、相関部５１２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のパイロット信号を例に説明する。
【００８１】
図９は、パイロ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。
【００８２】
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、２０３０、２０４０）は全て同じ信号系列である。
【００８３】
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Ｔｐ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）が（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）が（２Ｔｐ＋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。
【００８４】
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。従って、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Ｔｐ、（Ｔｐ＋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って発生した相関に基づいて特徴量を生成できる。
【００８５】
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。
【００８６】
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５０４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５０４から複数の特徴量を出力して、判定部５０６で利用することも可能である。
【００８７】
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５０４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。
【００８８】
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５０４で生成される特徴量が、擬似特徴量生成用相関部５０５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。
【００８９】
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５０４で生成した特徴量と擬似特徴量生成用相関部５０５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。
【００９０】
この場合、判定部５０６において特徴量生成用相関部５０４から入力された特徴量が最大となる確率が１／Ｎとなるため、Ｎを設定することで誤警報確率を１／Ｎ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５０４で特徴量を１個生成し、擬似特徴量生成用相関部５０５で擬似特徴量を９個生成し、判定部５０６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＝１０となり、誤警報確率を所望の値である０．１に設定できる。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、前記ＲＦアナログ部５０２において、受信した信号を、ＲＦ信号ではなく、ＩＦ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。ＲＦアナログ部５０２でＩＦ信号やベースバンド信号を用いる場合には、これら信号が複素数表現できるため、特徴量生成用相関部５０４及び擬似特徴量生成用相関部５０５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５０６では、特徴量生成用相関部５０４と擬似特徴量生成用相関部５０５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５０６での判定方法は、ＲＦ信号を用いた場合とＩＦ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５０６において判定する。
【００９３】
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。
【００９４】
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に表すベースバンド信号ｙ（ｔ）の周期自己相関関数（Cyclic Autocorrelation Function、ＣＡＦ）が周期的にピークを持つ。  
【数１】
0005477606.tif 000002
【００９５】
ここで、α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。
【００９６】
信号が周期定常性である場合の周期自己相関関数を図１０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。
【数２】
0005477606.tif 000003
【００９７】
図１０は、信号ｙ（ｔ）にＯＦＤＭ信号を用いた周期自己相関関数を例示する図である。  
ＯＦＤＭ信号の場合、１／Ｔｓ（Ｔｓはガードインターバルと有効シンボル長を合わせたＯＦＤＭ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、ＯＦＤＭ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。
【００９８】
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。
【００９９】
図１１は、本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機６００の機能ブロック図である。  
セカンダリシステム無線機６００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６０１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ＲＦアナログ部６０２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用パラメータ記憶部６０３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６０４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６０５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６０６を備える。
【０１００】
なお、前記ＲＦアナログ部６０２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ＩＦ（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。
【０１０１】
次にセカンダリシステム無線機６００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６００では、まずアンテナ６０１及びＲＦアナログ部６０２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６０４及び周期自己相関非ピーク値生成部６０５に出力される。
【０１０２】
以下では、周期自己相関ピーク値生成部６０４、周期自己相関非ピーク値生成部６０５及び判定部６０６の動作について、図１２を用いて説明する。
【０１０３】
図１２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１２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６０４では、周期自己相関用パラメータ記憶部６０３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ＲＦアナログ部６０２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１２のピーク＃１（６１１）など）を生成し、それらの絶対値を判定部６０６に送出する。  
なお、図１２では、周期自己相関非ピーク値生成部６０５で使用した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の集合を非ピーク集合６３２としている。周期自己相関非ピーク値生成部６０５は、非ピーク集合６３２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６０６に送出する。
【０１０４】
次に、判定部６０６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６０６は、選択したｍ個の周期自己相関値の全てがピーク集合６３１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６３２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。
【０１０５】
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６００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。
【０１０６】
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６０４で生成されるｎ個の周期自己相関ピーク値が大きくなる。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。
【０１０７】
プライマリシステムの信号が存在する場合は、周期自己相関ピーク値生成部６０４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６０５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。従って、判定部６０６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。
【０１０８】
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６０４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６０５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６０６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６３１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ｎＣｍ／ＮＣｍ（Ｃは組み合わせを表す）となるので、誤警報確率はｎＣｍ／ＮＣｍとなる。  
例えば、周期自己相関ピーク値生成部６０４で３（＝ｎ）個の周期自己相関ピー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６０４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６０５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６０６の判定処理により、誤警報確率が３Ｃ３／５Ｃ３＝０．１と所望の値となるプライマリシステムの検出が可能である。
【０１０９】
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（ｎＣｍ／ＮＣｍ）としたプライマリシステムの検出が可能である。
【０１１０】
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。
【０１１１】
図１３は、本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機７００の機能ブロック図である。  
セカンダリシステム無線機７００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７０１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ＲＦアナログ部７０２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７０３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７０４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生成する周期自己相関非ピーク合成値生成部７０５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７０６を備える。
【０１１２】
なお、前記ＲＦアナログ部７０２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ＩＦ（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。
【０１１３】
次にセカンダリシステム無線機７００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７００では、まずアンテナ７０１及びＲＦアナログ部７０２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７０４及び周期自己相関非ピーク合成値生成部７０５に出力される。
【０１１４】
以下では、周期自己相関ピーク合成値生成部７０４、周期自己相関非ピーク合成値生成部７０５及び判定部７０６の動作について、図１４を用いて説明する。
【０１１５】
図１４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７０４では、周期自己相関合成用パラメータ記憶部７０３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ＲＦ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、ｎ個の周期自己相関ピーク値（図１４のピーク＃１（７１１）など）を生成する。
【０１１６】
図１４では、周期自己相関ピーク合成値生成部７０４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Ａ７４１として示している。周期自己相関ピーク合成値生成部７０４では、周期自己相関合成用パラメータ記憶部７０３から周期自己相関値レプリカを取得し、生成したピーク集合Ａ７４１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。  
【数３】
0005477606.tif 000004
【０１１７】
ここで、  
【数４】
0005477606.tif 000005
は前記ベースバンド信号から生成したピーク集合Ａ７４１内の各サイクリック周波数αｋにおける周期自己相関ピーク値である。また、  
【数５】
0005477606.tif 000006
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７０３に記憶しておく。
【０１１８】
周期自己相関ピーク合成値生成部７０４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。
【０１１９】
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ＲＦ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。
【０１２０】
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（Ｂ１７４２および、ＢＮ−１７４３のみ図示）としている。また各非ピーク集合はｎ個のサイクリック周波数を要素としている。
【０１２１】
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プ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。  
【数６】
0005477606.tif 000007
【０１２２】
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  
【数７】
0005477606.tif 000008
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、  
【数８】
0005477606.tif 000009
は、非ピーク集合Ｂｍ内のサイクリック周波数βｋにおける周期自己相関非ピーク値を表している。
【０１２３】
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。  
【数９】
0005477606.tif 000010
【０１２４】
ここで、Ｔ’は非ピーク集合Ｂｍ内のサイクリック周波数βｎ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Ｂｍ内のサイクリック周波数であればβｎでなくても良い。
【０１２５】
周期自己相関非ピーク合成値生成部７０５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７０６に入力する。
【０１２６】
次に、判定部７０６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７０６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。
【０１２７】
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７００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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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７０５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。
【０１３１】
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／Ｎとなる。そのため、誤警報確率は１／Ｎ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＝１０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７０６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ー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。
【０１３２】
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／Ｎ）としたプライマリシステムの検出が可能である。
【０１３３】
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。
【０１３４】
図１５は、本実施の形態におけるセカンダリシステム無線機８００の機能ブロック図である。  
セカンダリシステム無線機８００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８０１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ＩＦ信号またはベースバンド信号を取り出すＲＦアナログ部８０２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８０３（周期時間記憶部５０３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８０４（特徴量生成用相関部５０４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８０５（擬似特徴量生成用相関部５０５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８０６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８１３（周期自己相関合成用パラメータ記憶部７０３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８１４（周期自己相関ピーク合成値生成部７０４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８１５（周期自己相関非ピーク合成値生成部７０５と同一）とを備える。
【０１３５】
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８０３，特徴量生成用相関部８０４，擬似特徴量生成用相関部８０５，周期自己相関合成用パラメータ記憶部８１３，周期自己相関ピーク合成値生成部８１４，周期自己相関非ピーク合成値生成部８１５）については説明を省略する。
【０１３６】
判定部８０６には、特徴量生成用相関部８０４から出力される値と周期自己相関ピーク合成値生成部８１４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８０５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８１５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。
【０１３７】
判定部８０６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８０６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。
【０１３８】
なお上記説明では、判定部８０６は、特徴量生成用相関部８０４及び周期自己相関ピーク合成値生成部８１４の出力値の積、または、擬似特徴量生成用相関部８０５及び周期自己相関非ピーク合成値生成部８１５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。
【０１３９】
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８００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。
【０１４０】
次にセカンダリシステム無線機８００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。
【０１４１】
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８０４及び周期自己相関ピーク合成値生成部８１４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８０５及び周期自己相関非ピーク合成値生成部８１５の出力値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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
この場合、判定部８０６において特徴量が最大となる確率が１／Ｎとなるため、誤警報確率は１／Ｎ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８０４及び周期自己相関ピーク合成値生成部８１４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８０５及び周期自己相関非ピーク合成値生成部８１５の出力値の積である擬似特徴量を９個生成し、判定部８０６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＝１０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。
【０１４４】
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＝１０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＝１００を設定するようにしても良い。
【０１４５】
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プライ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やフレームフォーマッ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ペクトラムセンシング手法を実現できる。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
尚、上記複数の実施の形態では、誤警報確率の所望値への設定を、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。
【０１４９】
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い。この場合は、受信した周波数帯域の信号（ＲＦ信号等）の抽出のみをセカンダリシステム無線機で行うか、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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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１６参照）。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い。
【０１５３】
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、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて実現しても良い。ハードウェ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ェ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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
この出願は、２００８年５月２７日に出願された日本出願特願２００８−１３７４７１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。
【符号の説明】
【０１５６】
１０  基準受信電力エリア
１００，１１０  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
３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１  アンテナ
３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２  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
３０５  擬似特徴量生成部
４０３  パイロット信号系列記憶部（記憶部）
４０４  自己相関部
４０５  相互相関部
４１０  パイロット信号系列
４１１，４１２  擬似ランダム信号系列
４２１，４２２，４２３  相関部
４３１，４３２，４３３  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
５０５  擬似特徴量生成用相関部
５１１  遅延部
５１２  相関部
５２１  周期時間
５２２、５２３  非周期時間
６０３  周期自己相関用パラメータ記憶部（記憶部）
６０４  周期自己相関ピーク値生成部
６０５  周期自己相関非ピーク値生成部
６１１，６１２，６１３  周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数
６２１，６２２，６２３  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
６３１  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）
７０４  周期自己相関ピーク合成値生成部
７０５  周期自己相関非ピーク合成値生成部
７１１，７１２，７１３  周期自己相関関数がピークとなるサイクリック周波数
７２１，７２２，７２３，７３１，７３２，７３３  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  特徴量生成用相関部
８０５  擬似特徴量生成用相関部
８１３  周期自己相関合成用パラメータ記憶部（記憶部）
８１４  周期自己相関ピーク合成値生成部
８１５  周期自己相関非ピーク合成値生成部
１０１０，１０２０，１０３０，１１１０，１１２０，１１３０  ＯＦＤＭシンボル
２０１０，２０２０，２０３０，２０４０，２１３０，２２２０，２３１０，２３２０  パイロット信号系列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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