(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サービスエリア内で指定された帯域幅の情報信号を分配するゲートウェイであって、前記ゲートウェイは、
前記情報信号の前記指定された帯域幅を収容するのに十分なホワイトスペースのｋ個の周波数−時間セルを識別するためのスペクトラム検出器であって、ｋは整数であり、ｋ≧１である、スペクトラム検出器と、
ホワイトスペースの前記識別されたｋ個の周波数−時間セル上で前記情報信号を送信するための送信機と、を備え、
前記スペクトラム検出器は、指定されたスペクトラムセクション内の複数の周波数−時間セルのそれぞれにおいて前記信号のエネルギーを測定するためのウェーブレット係数計算器を備え、前記ウェーブレット係数計算器は、式：∫Ψα，τ（ｔ）ｄｔ＝０（式中、αはウェーブレット波形のスケーリングパラメータを表し、τはウェーブレット波形の偏移パラメータを表す）に従って、有限間隔内の時間と周波数との両方において、前記周波数−時間セルのエネルギーの集中を提供するウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）を使用するゲートウェイ。
【請求項２】
前記スペクトラム検出器は、前記サービスエリアについてチャネルの所与の現在の割当てに基づいてスペクトラムをスキャンするように構成される請求項１に記載のゲートウェイ。
【請求項３】
前記スペクトラム検出器は、ウェーブレットスペクトラム解析器である請求項１または２に記載のゲートウェイ。
【請求項４】
専用コントロールチャネル上で、リモートデバイスから少なくとも受信されるコントロールメッセージを処理するコントロールプロセッサをさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
【請求項５】
前記専用コントロールチャネルは、双方向コントロールチャネルである請求項４に記載のゲートウェイ。
【請求項６】
アップリンクコントロールメッセージは、前記専用コントロールチャネル上に送出され、ダウンリンクコントロールメッセージは、帯域内で送出されるように構成される請求項４に記載のゲートウェイ。
【請求項７】
スペクトラム割当てマップは、ダウンリンクコントロールメッセージでリモートデバイスに送出されるように構成される請求項４乃至６のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
【請求項８】
前記スペクトラム検出器は、指定されたスペクトラムセクションをスキャンし、前記スペクトラムセクション内に存在する任意の無線信号を捕捉する調節可能ＲＦモジュールと、前記捕捉された無線信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、前記指定されたスペクトラムセクション内に形成された複数の周波数−時間セルのそれぞれにおいて前記デジタル信号のエネルギーを確定する処理ユニットと、前記デジタル信号のエネルギーが閾値未満にある前記周波数−時間セルから、ホワイトスペースの前記ｋ個の周波数−時間セルを選択するソーティングユニットと、を備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
【請求項９】
前記処理ユニットは、ウェーブレット係数計算器である請求項８に記載のゲートウェイ。
【請求項１０】
前記スペクトラム検出器は、前記サービスエリアにおいて、前記情報信号の帯域幅および前記検出された現在の無線アクティビティに基づいて前記周波数−時間セルのサイズを選択する請求項８または９に記載のゲートウェイ。
【請求項１１】
前記ウェーブレット係数計算器は、各周波数−時間セル内で検出される前記デジタル信号についてウェーブレット係数を計算することによって、前記各周波数−時間セル内で前記デジタル信号のエネルギーを確定するように構成される請求項９に記載のゲートウェイ。
【請求項１２】
前記ウェーブレット係数計算器は、各セル内で前記デジタル信号のエネルギーを確定するために、ウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）の偏移された変形を使用し、前記ウェーブレット係数計算器は、隣接する偏移された波形｛Ψ（ｔ−τ）｝が直交基底を形成するように、前記ウェーブレット関数のエネルギー集中中心の整数偏移を実施することによって、前記偏移された変形を得る請求項１１に記載のゲートウェイ。
【請求項１３】
前記送信機は、前記情報信号を基底帯域信号に変換し、前記基底帯域信号をｎ個の信号成分に分解する基底帯域プロセッサであって、ｎは整数であり、ｎ∈［１；ｋ］である、基底帯域プロセッサと、ホワイトスペースの各断片に相当する各搬送波周波数を信号成分で変調し、ホワイトスペースの各断片上でｋ個のＲＦ信号成分を放送するｋ個の分岐を有する分配器ユニットと、を備える請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
【請求項１４】
前記分配器ユニットの各分岐は、前記基底帯域信号を搬送するのに十分な幅のスペクトラムの断片が前記スペクトラム検出器によって識別されると、各分岐の搬送波周波数を各分岐の割当てられた信号成分で変調する請求項１３に記載のゲートウェイ。
【請求項１５】
ｎ＝１の場合、全ての搬送波周波数は、空間ダイバーシティを得るために、同じ基底帯域信号で変調される請求項１３または１４に記載のゲートウェイ。
【請求項１６】
前記搬送波周波数は、ＴＶチャネルの幅のスペクトラムの断片が識別されると、同じ基底帯域信号で変調される請求項１５に記載のゲートウェイ。
【請求項１７】
ｎ＝１の場合、前記搬送波周波数は、それぞれの異なるリモートデバイスに送信するために、異なる基底帯域信号で変調される請求項１３または１４に記載のゲートウェイ。
【請求項１８】
前記送信機は、１つより多い媒体を通じて１つより多い信号源から受信されるソース信号を前記情報信号に変換するインタフェースをさらに備える請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
【請求項１９】
サービスエリア内で、指定された帯域幅の情報信号を分配する方法であって、前記方法は、
指定されたスペクトラムセクション内の複数の周波数−時間セルのそれぞれにおいて、式：∫Ψα，τ（ｔ）ｄｔ＝０（式中、αはウェーブレット波形のスケーリングパラメータを表し、τはウェーブレット波形の偏移パラメータを表す）に従って、有限間隔内の時間と周波数との両方において前記周波数−時間セルのエネルギーの集中を提供するウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）を使用して、前記信号のエネルギーを測定することと、
前記情報信号の帯域幅を収容するのに十分なホワイトスペースのｋ個の周波数−時間セルを識別することであって、ｋは整数であり、ｋ≧１である、識別することと、
ホワイトスペースの前記識別されたｋ個の周波数−時間セル上で前記情報信号を送信することを含む方法。
【請求項２０】
専用コントロールチャネル上で、リモートデバイスからコントロールメッセージを受信することをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コントロールチャネルは、双方向コントロールチャネルである請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
アップリンクコントロールメッセージは、前記専用コントロールチャネル上に送出され、ダウンリンクコントロールメッセージは、前記情報信号によって帯域内で送信される請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
スペクトラム割当てマップは、ダウンリンクコントロールメッセージでリモートデバイスに送信される請求項１９から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ｋ個の周波数−時間セルは、前記サービスエリアにおいてＴＶ放送用のチャネルの所与の現在の割当てに基づいてスペクトラムをスキャンすることによって識別される請求項１９から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ｋ個の周波数−時間セルは、
指定されたスペクトラムセクションをスキャンし、前記指定されたスペクトラムセクション内に存在する任意の無線信号（Ｒｘ）を捕捉すること、
前記捕捉された無線信号をデジタル信号に変換すること、
前記指定されたスペクトラムセクション内に形成された複数の周波数−時間セルのそれぞれにおいて前記デジタル信号のエネルギーを測定すること、および、
前記デジタル信号のエネルギーが閾値未満にある前記周波数−時間セルから、ホワイトスペースの前記ｋ個の周波数−時間セルを選択することによって識別される請求項１９から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
ホワイトスペースの前記ｋ個の周波数−時間セルは、前記サービスエリアにおいて現在の無線アクティビティを検出することによって識別され、前記周波数−時間セルのサイズは、前記サービスエリアにおいて検出される前記情報信号の帯域幅および前記現在の無線アクティビティに基づいて選択可能である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
各周波数−時間セル内の前記デジタル信号のエネルギーは、前記各周波数−時間セル内で検出される前記デジタル信号についてウェーブレット係数を計算することによって確定される請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
ウェーブレット係数は、前記ウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）の偏移された変形を使用して計算され、前記偏移された変形は、隣接する偏移された波形｛Ψ（ｔ−τ）｝が直交基底を形成するように、前記ウェーブレット関数のエネルギー集中中心の整数偏移を実施することによって得られる請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記情報信号は、
前記情報信号を基底帯域信号に変換すること、
前記基底帯域信号をｎ個の信号成分に分解することであって、ｎは整数であり、ｎ∈［１；ｋ］である、分解すること、
ホワイトスペースの前記ｋ個の周波数−時間セルのそれぞれについて搬送波周波数を選択すること、
前記ｋ個の搬送波周波数のそれぞれを信号成分で変調すること、および、
ホワイトスペースの前記各断片上で前記ｎ個の信号成分を送信することによって送信される請求項１９から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
ｎ＝ｋの場合、各信号成分は、搬送波周波数を変調する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ｎ＝１の場合、全ての搬送波周波数は、空間ダイバーシティを得るために、同じ基底帯域信号で変調される請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
ｎ＝１の場合、前記搬送波周波数は、異なるリモートデバイスに送信するために、異なる基底帯域信号で変調される請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
１つより多い媒体を通じて１つより多い信号源から受信されるソース信号を前記情報信号に変換することをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、広帯域情報信号のローカル分配に関する。
【背景技術】
【０００２】
指定された狭いエリア内でマルチメディアコンテンツを放送するための安価でかつ効率的な方法を提供することに対する要求が認識されている。こうした狭いエリアは、戸建住宅、集合住宅、スモールオフォス／ホームオフィス、小さな会社、雑居ビル、ならびに、公立および私立キャンパスを含み、全てが、壁、家具、金属器具などのような多数の障害物を有する制限された空間を特徴とする。消費者にとって、快適で、使用し易く、魅力的な値段を付けられたアーキテクチャを、この市場の申込者に提供しようとする傾向が存在する。
【０００３】
現在の有線の解決策は、ハードウェアをケーブル接続することを必要とし、ロジスティックオーバヘッドおよび美的問題が同時に起こる。無線方法が知られているが、こうした方法は、通常、ローカルに分配する前の大幅な圧縮、および、広く干渉が無い帯域の事前の予約を必要とする。さらに、無線解決策をコスト考慮の観点から魅力的にするために、現在知られているアーキテクチャは、ライセンス契約無しのスペクトラムを使用するか、または、それを使用することを提案する。なおさらに、このタイプの環境におけるこのタイプの信号の無線分配は、たとえば、隣接する場所の信号間の干渉、エリア内に存在する他のサービスとの干渉、および各エリアの地理的状況のために、簡単な仕事ではない。
【０００４】
たとえば、高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）信号などの広帯域情報信号の現在のローカルエリア分配は、種々のシステム制約に適合しなければならない。１つの例証的な例では、典型的なＨＤＴＶ家庭用システムは、光ファイバ、ＤＳＬリンク、または衛星ダウンリンクを通してサービスプロバイダに接続されるセットトップボックス（ＳＴＢ）を有する。ＳＴＢは、ムービングピクチャエキスパートグループ（ＭＰＥＧ）信号を受信し復号して、ユーザディスプレイに対応可能な信号フォーマットにする。１つの一般的な信号フォーマットは、高品位マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ）技術を使用する。そして、ＨＤＭＩフォーマットされた信号が、ユーザのビデオディスプレイに送信されなければならない。有線接続は、この接続のための最もよく使われるオプションである。しばしばでそうであるが、場所は、広帯域有線システムが無いか、または、広帯域有線システムに適さない。さらに、ケーブルに関する美的問題が、こうした接続を望ましくなくさせる可能性がある。
【０００５】
考えられる１つの無線方法は、無線ＨＤＴＶである。こうしたアーキテクチャでは、セトトップボックスは、ＭＰＥＧデータを復号し、その後、ＭＰＥＧデータを、埋め込み型ＨＤＭＩインタフェースを介して６０ＧＨｚ帯域上で、無線でＴＶセットに送信する。この解決策は、デバイスを接続するのに必要なケーブル接続を減少させるが、重大な欠点を有する。たとえば、セットトップボックスとＴＶセットとの間でデータが圧縮されないため、非常に高速のデータリンクが必要とされる。同様に、所望の信号が許容可能な品質で受信される可能性があるエリアは、全く狭い（１６ｋｍの半径（１０ｍ）まで）。この問題に対処するために提案された一部の解決策は、ビーム形成技術の使用を含むが、これは、コストを増加させ、システムハードウェア全体について利用可能な空間を減少させる。
【０００６】
住宅または会社設立物などのエリア内で、受信された情報信号を分配するための知られている別の解決策は、従来のリピータである。従来のリピータは、情報信号を受信し、それを増幅し再送信する。しかし、従来のリピータは、欠点を有する。１つの欠点は、課されている政府のまた他のスペクトルの割当てが、こうした従来の再送信を制限する可能性があることである。別の欠点は、従来のリピータは、通常、関心の情報信号だけでなく、種々のノイズおよび干渉信号もまた増幅しリピートすることである。結果として、エンドユーザによって劣化した信号が受信される可能性がある。
【０００７】
なお別の解決策は、２．４および５ＧＨｚのライセンス契約無しの帯域で動作する家庭内伝送用のＷｉ−Ｆｉ技術を使用することである。しかし、従来のＷｉ−Ｆｉは、ＨＤＴＶピクチャ品質を申し分なくサポートするのに十分な連続データレートを提供しない可能性がある。さらに、Ｗｉ−Ｆｉのリンク品質は、種々のまたしばしば制御できない干渉のために、低下することが多い。
【０００８】
いくつかの簡略化および省略が、以下の要約で行われる可能性があり、それは、種々の例示的な実施形態の一部の態様を強調し、導入することを意図するが、本発明の範囲を制限することを意図しない。当業者が本発明の概念を作り、使用することを可能にするのに適切な好ましい例示的な実施形態の詳細な説明は、開示全体によって提供される。同様に、以下の意味は、別途明確に述べられる場合、または、用語が現れる特定の文脈から異なる意味が明確に述べられる場合を除いて、以下で特定される用語のそれぞれの全ての場合に適用されるものとする。
【発明の概要】
【０００９】
一態様では、本発明は、サービスエリア内で利用可能な主要なサービスの送出を混乱させるかまたはそれに影響を及ぼすことなく、サービスエリア内で無線接続を通じて信号を再分配するシステムおよび方法を提供してもよい。この仕様では、用語「１次サービス(primary services)」は、デジタルＴＶ放送および無線マイクロフォン用途のために使用される。用語「サービスエリア(service area)」または「サービス場所(service
location)」は、戸建または集合住宅、スモールオフォス／ホームオフィス、小さな会社、雑居ビル、公立および私立キャンパスを指すのに使用される。１次サービスと範囲を共有する任意の２次サービスが、１次サービスの任意の混乱を回避することが義務付けられている。
【００１０】
別の態様では、本発明は、あるエリアにおいて１次サービスによって使用されないホワイトスペースの断片を検出し、こうしたホワイトスペースを、家庭内無線ＴＶ放送、あるいは、音声、ビデオ、および／またはデータ信号の再分配のために使用してもよい。この仕様では、用語「ホワイトスペース(white space）」は、１次サービスのために使用されない、すなわち、サービスエリア内で利用可能なスペクトラムの断片を指す。ホワイトスペースは、たとえば、１次サービスによって使用されないＶＨＦ／ＵＨＦ帯域で利用可能なスペクトラムを含む。無線マイクロフォン用途および各エリアで動作する競合する２次サービスが存在するため、ホワイトスペースは、ＴＶ市場ごとに異なり、同様に同じＴＶ市場においてエリアごとに異なってもよいことが強調される。
【００１１】
なお別の態様では、本発明は、既存の機器に対して最小の変更を必要とする、サービスエリア内で無線接続を通じて信号を分配する解決策を提供してもよい。たとえば、本明細書に述べるアーキテクチャは、ＴＶ受信機に対する変更を最小にして、ＴＶ信号の再分配を可能にする。
【００１２】
本発明の一態様によれば、サービスエリア内で指定された帯域幅の情報信号を分配するゲートウェイが提供され、ゲートウェイは、情報信号の帯域幅を収容するのに十分なホワイトスペースのｋ個の断片を識別するスペクトラム検出器と、ホワイトスペースのｋ個の断片上でデータを送信する送信機とを備え、ｋは整数であり、ｋ＞１である。
【００１３】
別の態様によれば、サービスエリア内で指定された帯域幅の情報信号を分配する方法が提供され、方法は、ａ）情報信号の帯域幅を収容するのに十分なホワイトスペースのｋ個の断片を識別すること、および、ｂ）ホワイトスペースのｋ個の断片上でデータ信号を放送することを含み、ｋは整数であり、ｋ＞１である。
【００１４】
なおさらなる態様によれば、サービスエリア内で送信される情報信号を受信するデバイスを提供し、デバイスは、ｋ個の周波数の搬送波上で搬送されるｋ個のＲＦ信号成分を捕捉するアンテナであって、ｋは整数である、アンテナと、ｋ個の復調器分岐であって、それぞれが、各ＲＦ信号成分を復調して情報信号成分にするためのものである、ｋ個の復調器分岐を有する受信機ユニットと、情報信号成分を結合して情報信号にする結合器とを備える。
【００１５】
有利には、本発明は、低い機器コストを提供し、よりよい性能を達成し、スペクトラム利用を高め、したがって、信号、特にＴＶ信号の特に有効な無線再分配を提供する。
【００１６】
本発明の先の利点は、種々の例示的な実施形態によって達成されうる利点を示し、実現されうる可能性のある利点を網羅するかまたは制限することを意図されない。そのため、これらのまた他の目的および利点は、本明細書の説明から明らかになるか、あるいは、種々の例示的な実施形態を、本明細書で具現化されたものか、または、当業者に明らかになる可能性がある任意の変形を考慮して修正たれたものとして実施することから学ばれうる。したがって、本発明は、種々の例示的な実施形態において本明細書で示し述べる新規な方法、配置構成、組合せ、および改良に存在する。
【００１７】
本発明は、次に、同じ参照番号がいくつかの図を通して対応する部品を表す添付図面を参照して述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による、サービスエリア内で動作するユーザデバイスに信号を再分配する無線ゲートウェイの実施形態のブロック図である。
【図２】ゲートウェイによって放送された信号を回復するのに使用されるデバイスの第１の変形についてのブロック図である。
【図３】ゲートウェイによって放送された信号を回復するのに使用されるデバイスの第２の変形についてのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態によるウェーブレットスペクトラム解析器のブロック図である。
【図５】図４のウェーブレットスペクトラム解析器によって使用される時間−周波数マップの実施例を示す図である。
【図６】図の時間−周波数マップが、スペクトラムの空き断片を検出し選択するのにどのように使用されうるかの実施例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、ホワイトスペーススペクトラムの不連続断片上で再分配する前に信号を分解する実施例を示し、図７は、信号が、ｋ個のブロックにどのように分解されるかを示し、図８は、信号再分配に必要とされる帯域幅を得る目的で、ホワイトスペーススペクトラムの異なる部分からのスペクトラムの「最良の」断片の選択を示す。
【図８】本発明の実施形態による、ホワイトスペーススペクトラムの不連続断片上で再分配する前に信号を分解する実施例を示し、図７は、信号が、ｋ個のブロックにどのように分解されるかを示し、図８は、信号再分配に必要とされる帯域幅を得る目的で、ホワイトスペーススペクトラムの異なる部分からのスペクトラムの「最良の」断片の選択を示す。
【図９】ＨＤＴＶ信号分配器の特定の実施例についてのコントロールメカニズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
世界中の種々の規制機関が、スペクトラムを特定の使用のために割当て、ほとんどの場合、スペクトラムの複数の部分に対する権利をライセンス契約することが知られている。これらの周波数割当て計画は、多くの場合、技術的な理由で（たとえば、干渉を回避するために）、スペクトラムの指定された部分が、割当てられた帯域間で空き（未使用）のままにされることが勧告されている。同様に、これらの規制機関は、ライセンス契約されなかったか、または、技術的変更の結果として空くことになる、未使用のスペクトラムを提供する。この価値ある資源の効率的使用は、現代のデータ通信システムの進化に密接に結び付けられた現在の研究動向である。
【００２０】
よりよい視認体験、個人化されかつ対話的なサービスを提供する能力、およびスペクトラムのより効率的な使用をもたらす高品質なデジタル信号によって推し進められているアナログからデジタルＴＶ（ＤＴＶ）への移行に対する世界規模の動向が存在している。
【００２１】
たとえば、北米では、ＴＶ放送業者は、現在、５４ＭＨｚおよび６９８ＭＨｚ帯域のＶＨＦ（高周波）スペクトラムおよび／またはＵＨＦ（超高周波）スペクトラムの下側部分を使用する。各ＴＶ局は、現在、ＶＨＦ／ＵＨＦスペクトラムの６ＭＨｚを占めるチャネルが割当てられている。連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、全ての大電力テレビジョン放送が、遅くとも２００９年２月１７日までに、デジタルＴＶ用のＡＴＳＣ規格を使用することを勧告した。ＤＴＶへの変換によって、重要な帯域幅が、スペクトラムのこの部分で空くことになる。これは、一定の地理的領域／エリア（ＴＶ市場として知られる）においてＤＴＶ信号を放送する各ＴＶ局が、制限された数のチャネルを使用するため、その領域においてＤＴＶ放送に割当てられていないスペクトラムが、デジタルＴＶ放送への移行後に、空くことになるためである。
【００２２】
このローカルに利用可能なスペクトラムは、「ホワイトスペース」と呼ばれ、ＶＨＦ／ＵＨＦスペクトラムで利用可能なホワイトスペースは、ＴＶ市場ごとに異なることが留意される。さらに、空きスペクトラムはまた、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥースデバイス、アマチュア無線、コードレス電話、マイクロ波オーブンなどで現在共有されている２．４ＧＨｚ帯域、または、Ｗｉ−Ｆｉデバイスによって主に使用されている５ＧＨｚのライセンス契約無しのスペクトラムで利用可能である可能性がある。
【００２３】
ＦＣＣは、チャネル２〜５１をデジタルＴＶに割当てることを意図し、７００ＭＨｚ帯域の下側半分を占めるチャネル５２〜６９は、オークションを通して、消費者用の種々の市販の高度無線サービスに再割当てされている。ＤＴＶへの移行が２００９年始めに終わると、米国内の２１０のＴＶ市場のどの１つのＴＶ市場も、未使用であるが、放送用に予約された、最大４０の未割当てでかつ空いているチャネルを有する可能性がある。空きＴＶチャネルは、好ましくは、他のライセンス契約無しの無線インターネットサービスに適する。空きＴＶチャネルへのアクセスは、出現しつつある建物内ネットワークを含む、低コストで、大容量で、移動体の無線広帯域ネットワーク用の市場を促進する。このホワイトスペースを使用して、無線広帯域業界は、ある推定によれば、１ヶ月わずか１０ドルで、全ての主婦にインターネットアクセスを提供しうる。
【００２４】
用語「ＴＶチャネル」は、本明細書では、例証的な例として、また、制限なしで、ＶＨＦ帯域内で北米ＮＴＳＣ規格によって指定された「チャネル２」または「チャネル６」などのＤＴＶ規格によって現在規定されている周波数チャネルを指す。用語「スペクトラムの断片(piece of spectrum)」は、周波数スペクトラムの一部分のために使用され、用語「ホワイトスペースチャネル」は、各２次サービスについて、あるデバイスに割当てられた１つまたは複数のウェーブレットチャネルによって形成される論理チャネルのために使用され、ウェーブレットチャネルまたはウェーブレットチャネルの組合せ（連続するか連続しない）を含みうる。本発明は、既に１つの分配レベルを経験した信号の再分配において特に有用であるが、本発明はまた、１次発生源からのサービスエリアにおける信号の１次分配に適用可能であることが理解されるであろう。たとえば、建物は、信号の発生源として働くサーバを含んでもよい。
【００２５】
本発明の実施形態は、サービスエリアにおいて、一般に「情報信号」と呼ばれる、ビデオ、データ、および／または信号の再分配のための方法およびシステム、より詳細には、デバイスが位置するエリア内で利用可能なホワイトスペースを使用してこうした信号をカスケーディングするシステムを提供する。本発明は、各ＴＶチャネルについて６ＭＨｚの帯域幅を勧告する、ＤＴＶ用の北米高度化テレビジョンシステム委員会(Advanced Television Systems Committee)（ＡＴＳＣ）規格の特定の例について述べられる。しかし、本発明は、６ＭＨｚ幅のスペクトラムの断片を識別し使用することに制限されず。本明細書に述べる技法を適用して、スペクトラムのより狭いかまたはより広い断片が、検出され使用されてもよい。たとえば、本発明はまた、８ＭＨｚ（日本）および／または７ＭＨｚ（ヨーロッパ）などのＤＴＶチャネル幅に適用可能である。別の例として、ある市場においてＤＴＶチャネルによって占められないスペクトラムの６ＭＨｚ断片内のホワイトスペースの１つまたは複数の断片が、無線マイクロフォンおよび／または他のサービスによって占められる場合、そのスペクトラムの残りもまた、本発明に従って使用されうる。なおさらに、本発明は、ＤＴＶ放送または他の１次サービスによって占められないスペクトラムを通じたローカル無線ＴＶ放送に関連して述べられるが、同じ原理は、ライセンス契約されない２．４または５ＧＨｚ帯域などのスペクトラムの他の部分のホワイトスペースについて適用可能である。再分配される信号は、必ずしもＴＶ信号である必要はなく、この場合、こうした信号に必要とされるホワイトスペース帯域は、ＤＴＶチャネルの幅より大きくまたは小さくなりうることも留意される。
【００２６】
繰返すと、以下の説明は、北米ＤＴＶ規格および家庭内のＨＤＴＶ信号の再分配の実施例に特に言及するが、本発明は、他のＤＴＶ規格に適用可能であり、ＨＤＴＶ信号の再分配に限定されず、アナログからデジタルＴＶへの移行によって空くホワイトスペースだけを指さない。むしろ、本発明は、スペクトラムの任意の部分で規定されるホワイトスペースを使用して、関心の、任意のビデオ、音声、および／またはデータ信号の無線再分配に適用可能である。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態によるゲートウェイ１０のブロック図を示す。ゲートウェイ１０は、マスター−スレーブの関係で１つまたは複数のデバイス２０と通信状態にある。用語「デバイス」は、広い見地から、サービスエリア（たとえば、家庭）内で使用される無線使用可能な機器の任意の部品を意味する。たとえば、デバイスは、ＴＶセット（別個の、または、内蔵式セットトップボックスを装備する）、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、ノートブック、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（商標）または等価物、ＰＤＡなどでありうる。
【００２８】
ゲートウェイ１０は、送信機１００、スペクトラム解析器１０１、およびコントロールチャネルプロセッサ１０２を備える。図１はまた、アンテナ１２、１４で示す無線リンクを通じてゲートウェイ１０と通信するユーザデバイス２０を示す。スペクトラム解析器および検出器１０１は、無線通信スペクトラムの指定された１つまたは複数のスペクトラムセクションをスキャンすることによって、各エリアで利用可能なホワイトスペースを識別し、この情報を送信機１００に提供する。ホワイトスペースが検知される「指定されたスペクトラムセクション」という用語は、たとえば、アナログからデジタルＴＶへの移行によって空くスペクトラムなどの一定領域で十分に使用されていないことがわかっているスペクトラムのある部分（または、複数の部分）にプリセットされる。スペクトラムの選択された部分はまた、ライセンス契約無しのスペクトラムの部分を含んでもよく、また、好ましくは、システムがインストールされるときに指定される。
【００２９】
スペクトラム解析器１０１は、アンテナ１２０を使用して、スキャンされるスペクトラム部分に存在する無線信号を検知する。Ｒｘ信号は、ＨＤＴＶ信号、無線マイクロフォン用途によって、または、エリア内でアクティブな２次サービスによって使用される信号であってよい。
【００３０】
一般に、スペクトラム解析器１０１は、任意のスペクトラム検出器／解析器でありうる。好ましくは、ウェーブレットスペクトラム解析器が、本発明で使用される。ウェーブレットスペクトラム解析器１０１は、スペクトラムの選択された部分をスキャンする。ウェーブレットスペクトラム解析器は、所定のスキャニングシーケンスを使用してもよく、または、１つの代替法として、動的に更新されるシーケンスを使用してもよい。そのため、スキャニングシーケンスは、全ＶＨＦ／ＵＨＦスペクトラム、（既知の）各エリアにおけるＤＴＶ放送によって占められないスペクトラム、または、ＴＶ放送のために使用されないことがわかっているチャネル（たとえば、チャネル２、３、５、および７）によって占められるスペクトラムだけを含んでもよい。同様に、スキャニングシーケンスは、これらのチャネルの１つまたは複数のチャネルの所定部分だけを含んでもよい。要約すると、スキャニングシーケンスは、各ＴＶ市場で利用可能な既知のスペクトラム占有率を考慮してもよく、また、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯域以外のスペクトルの部分を考慮してもよい。
【００３１】
引き続き、図１の例証的な実施例に関して、たとえば、ビデオコンテンツ、字幕、サラウンド音オーディオを含むＨＤＴＶチャネルの再送信を可能にするために、探索される総合帯域幅が６ＭＨｚであることが考えられるであろう。ＨＤＴＶ信号の特定のマルチメディアコンテンツは、本発明に特有ではない。本開示を読むことによって理解されるように、こうした品質閾値の設定は、標準的な通信システム設計慣行およびデジタル通信技術分野の専門家によく知られている技量を適用することによって行われてもよい。
【００３２】
ウェーブレットスペクトラム解析器１０１は、ウェーブレット関数を発生させることによって動作し、図４〜７に関してさらに詳細に述べられる。原理上は、通信スペクトラムは、複数の周波数−時間セルを有する周波数および時間マップとして考案されている。周波数および時間マップ内の各周波数−時間セルは、通信のために利用される可能性があるスペクトラムの少なくとも１つの断片を構成する。ウェーブレット信号解析を使用して、周波数−時間セルのそれぞれの中の信号エネルギーが、閾値に対して測定されて、信号アクティビティがほとんど無いかまたは検出可能でない周波数−時間セルが識別される。こうした識別された周波数−時間セルは、これらの周波数−時間セル内で通信非アクティブ期間中に信号を送受信する機会を提供する。スペクトラム解析器は、その後、周波数および時間情報を送信機１００に提供する。この情報｛ｆｋ，ＢＷ｝は、ブロック１０１と１００との間の矢印上に示され、ここで、ｆｋは、スペクトラムの各断片内で選択された搬送波周波数であり、ＢＷは、利用可能な帯域幅である。
【００３３】
好ましくは、スペクトラム解析器は、その領域（ＴＶ市場）においてＴＶ放送業者によって使用されるチャネルを示す領域的スペクトラム占有率テーブルを提供する予め定義されたスペクトラムテーブルから始まるＴＶスペクトルをスキャンする。各２次サービスの送信に必要とされるホワイトスペースが、情報信号の帯域幅に基づいて識別されると、送受信機は、ホワイトスペースを予約し、たとえば、ダウンリンクスペクトラム割当てマップを使用して、情報信号を受信すべき周波数および時をデバイス２０に示す。送信機アンテナ１２は、情報信号をデバイス２０に送信するのに使用される。デバイス２０は、デバイスアンテナ１４を使用してこの信号を捕捉する。
【００３４】
コントロールチャネルプロセッサ１０２は、デバイス２０がコントロールチャネル３０を通じてゲートウェイ１０と通信することを可能にするのに使用される。たとえば、これは、双方向コントロールチャネルであることができ、アップリンク帯域幅は、当業者に知られているように、（ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓチャネルとしての）接続構成のため、アクセス要求、帯域幅要求の形態でコントロールメッセージを送信機に通信するため、および、一般に、接続を構成し、維持し、切断するためのシグナリングを可能にするために、ゲートウェイ１０によって奉仕される全てのデバイスによって共有される。このチャネルに割当てられるダウンリンク帯域幅は、デバイスの動作を制御するために、ゲートウェイ１０によって使用される。あるいは、ダウンリンクコントロールデータは、帯域内で送出され、チャネル３０は、デバイスがアップリンクメッセージをゲートウェイに送出することを可能にするための単方向チャネルとして使用されてもよい。
【００３５】
送信機１００は、図１の実施例では、インタフェースユニット１１１、基底帯域プロセッサ１０９、および分配器ユニット１１０を含む。送信機は、インタフェースユニット１１１を通じて種々の発生源から受信される情報信号を処理し、その信号を、ユニット１０１によって識別される空きスペース上でデバイス２０に再送信するようになっている。
【００３６】
インタフェースユニット１１１は、図１に示す変形では、送受信機１００が、情報信号を、受信し、処理し、かつ／または、送受信機１００が奉仕するユーザに再分配するようになっていることを示すために示される複数のインタフェース１０３〜１０８を備える。これらのインタフェースは、種々の媒体（たとえば、ケーブル、空気、ワイヤ）を通じて種々の発生源から受信される、種々のフォーマットの信号を、基底帯域信号に変換するのに使用される従来の機器を含む。図１に示すインタフェース１０３〜１０８は、網羅的でないこと、および同様に、送受信機ユニット１００は、これら全てのインタフェースを装備する必要がないことが留意される。例によれば、図１は、４相位相偏移キーイング(Quadrature Phase-Shift Keying)／前方誤り訂正(Forward Error Correction)（ＱＰＳＫ／ＦＥＣ）デコーダ１０３、直交周波数−分割多重(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)／ＦＥＣ（ＯＦＤＭ／ＦＥＣ）デコーダ１０４、４相振幅変調(Quadrature
Amplitude Modulation)／ＦＥＣ（ＱＡＭ／ＦＥＣ）デコーダ１０５、デジタル加入者線(Digital Subscriber Line)（ｘＤＳＬ）ユニット１０６、ファイバートゥーザホーム(Fiber to the home)（ＦＴＴＨ）ユニット１０７、およびデジタル多用途ディスク(Digital Versatile Disc)（ＤＶＤ）ユニット１０８を示す。
【００３７】
本明細書で述べる「ＨＤＴＶ信号をカスケーディングすること」は、スペクトラムの一体の６ＭＨｚ断片が利用可能でない状況を指す。先に示したように、デバイス２０に対して６ＭＨｚチャネルをカスケーディングするための帯域幅は、ＶＨＦ／ＵＨＦスペクトラムにおいて見出される可能性がある。しかし、他の周波数帯域からホワイトスペースを識別し使用することも可能である。カスケーディングすることは、２．４ＧＨｚなどの別の非規制スペクトラムに信号をブリッジするか、または、２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚと、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯域とにおいて識別される空きスペクトルを結合してもよい。
【００３８】
デバイス２０に対して信号をカスケーディングするために、基底帯域プロセッサ１０９は、最初に、インタフェース１０３〜１０８のうちの１つから受信される基底帯域信号を、識別されたホワイトスペース上で送信するのに必要とされるようにフォーマットする。本発明を説明するのに使用される実施例では、基底帯域信号は、ＡＴＳＣ規格に適合してプロセッサ１０９においてフォーマットされる。当業者によって理解されるように、この操作は、既存のＡＴＳＣ対応機器を必要とする。基底帯域プロセッサはまた、以降でさらに詳細に述べるように、識別されたホワイトスペーススペクトラムが断片化される場合、信号を分解する。用語「分解(parse)」は、情報信号をブロックに分離するために選択される操作のための機能記述子として本明細書で使用され、この機能の実施に関して制限を有さない。
【００３９】
分配器ユニット１１０は、スペクトラム解析器によって識別された空きペクトラムのｋ個の断片上で情報信号を変調する。ユニット１１０は、例によれば、図１で４つ（ｋ＝４）の分岐を持つ状態で示される。より多くの、または、より少ない分岐が使用されてもよい。空きスペクトラムのｋ個の断片上でマルチメディア信号を分配するために、インタフェース１１１からの情報信号は、ある数のビットのｋ個のデータブロックに分解され（逆多重化され）、各データブロックは、搬送波ｆｋを変調する。ｋ＝４ブロックの実施態様は、１つの分解スキームを説明するために選択された一実施例に過ぎないことも理解されるであろう。しかし、分配器１１０の分岐の数が４と異なることができるように、本発明は、ホワイトスペースの断片をスキャンし、識別するこの粒度に限定されないことが明らかである。それでも、家庭内での情報信号の再分配のための必要な帯域幅は、ホワイトスペースの４までの断片から得られうる可能性が最も高い。
【００４０】
分配器１１０の各分岐は、各ローパスフィルタ１１、各搬送波周波数ｆｋ（ここでは、ｆ１〜ｆ４）上で、情報信号から分解されたブロックを変調する変調器１３、変調された信号を整形するＲＦフィルタ１５、増幅器１７、および、アンテナ１２を通じてデバイス２０に分配する前に、全ての分岐からの情報信号のＲＦ成分を結合する結合器４０を使用して情報信号の成分のうちの１つの成分を処理する。フィルタ、変調器、増幅器、および結合器は、一般に知られている設計であってよく、したがって、さらに詳細には述べられない。
【００４１】
たとえば、ユニット１０１によって識別されたホワイトスペーススペクトラムは、４つの断片でできており、情報信号は、ＢＢプロセッサによって、それぞれＭビットの４つのブロックに分解され、たとえば、情報信号は、１６ビットブロック（Ｍ＝６）に分割され(break)てもよく、各１６ビットブロックは、搬送波ｆ１〜ｆ４のうちの１つを変調することになる。用語「信号成分」は、分配器１１０の各分岐上に提供される情報信号の部分を識別するのに使用される。理解されるように、Ｍは、データレート、信号変調スキーム、および他の設計パラメータに従って選択される。Ｍの選択は、本発明の範囲外である。同様に、ホワイトスペースの４つ全ての断片が同じサイズを有することが可能であるが、同様に、異なるサイズを有することが可能であり、Ｍの選択にも影響を及ぼす。たとえば、変調スキームは、４相振幅変調（ＱＡＭ）であってよく、この場合、各分岐ユニット１１０は、ＱＡＭ変調器１４を装備する。別の実施例として、１０（ビット）／ピクセルおよび６０フレーム／秒（ｆｐｓ）を仮定して、１９２０×１０８０解像度におけるＡＴＳＣ信号についての未処理データレートは、１．２４４Ｇｂｐｓである。関連する圧縮されたデータレートは、この例証的な実施例の仮定の下で、ほぼ３０Ｍｂｐｓであることになる。
【００４２】
ホワイトスペースのｎ個の断片からのある信号の再分配に必要とされるホワイトスペースを識別することも可能であり、ここで、ｎ≦ｋである。たとえば、３ＭＨｚだけのホワイトスペーススペクトラムの断片は、チャネル５について普通なら割当てられるスペクトラム内で利用可能でありうる（たとえば、この帯域内の３ＭＨｚが、無線マイクロフォンなどのような別の１次サービスによって占められるとき）。３ＭＨｚのホワイトスペーススペクトラムの第２の断片は、チャネル７において利用可能でありうる。この実施例では、２つだけのウェーブレットチャネルが、６ＭＨｚのホワイトスペースチャネルを形成するのに必要とされ、分岐の残りは、データ信号を他のデバイスに再分配するのに、または、空間ダイバーシティを達成するために使用されてもよい。別の実施例として、ホワイトスペースの４つの６ＭＨz断片が識別される場合、それぞれは、４つのデバイス２０３が別個のマルチメディアコンテンツを受信しうるように、全ＴＶチャネルを１つのデバイス２０に再分配するのに使用されてもよい。
【００４３】
本発明のなお別の実施形態によれば、スペクトラム解析器によって識別されるホワイトスペースが、６ＭＨｚの広い断片からなる場合、分配器１１０は、空間ダイバーシティを得るために、分岐上で複数の搬送波上で信号を変調してもよい。この場合、各分岐の信号は、情報信号の成分ではなく、情報信号のコピーであり、受信機は、受信された最良品質のコピーを選択するか、または、コピーを結合することになる。
【００４４】
図２は、ゲートウェイ１０の分配器ユニット２０１と通信状態にある受信ユニット２０２の実施形態を示す。受信ユニット２０２は、分配器２０１から情報信号の成分（または、場合によって信号）を受信し、これらを再フォーマットしてＡＴＳＣ信号にする。受信ユニット２０２はまた、分岐の１つが、上側分岐によって示されるように、単一搬送波上で情報信号が変調される場合を反映する分岐構造を有する。この上側分岐は、フィルタ２１および増幅器２３を含む。分岐の残りはそれぞれ、搬送波周波数に従ってアンテナを通じて受信される成分を分離し、各成分を整形する各ＲＦフィルタ２１、増幅器２３、復調器２５、およびローパスフィルタ２７を含む。ＡＴＳＣ信号が、ホワイトスペースの２つ以上の断片を使用して再分配されるとき、各分岐は、各周波数ｆ２〜ｆ４に関して調節される。空間ダイバーシティの場合、全ての分岐は、これらの変形のそれぞれが受ける経路減衰に応じて、同じ情報信号の異なる減衰のコピーを受信する。この場合、全ての復調器は、受信された信号を１つの周波数（図２の実施形態ではｆ１）と混合する。繰返すと、受信ユニット２０２の分岐の数は、設計パラメータであり、４と異なりうる。変数ｋはまた、一般的な場合について、本明細書で使用される。
【００４５】
ＡＴＳＣ信号が以前に分解された場合、ｋ個の分岐からの信号は、ＡＴＳＣ信号を再構成するために結合器５０で結合される。結合器５０はまた、空間ダイバーシティの実施形態の場合、最良の変形を選択する回路要素を含んでもよい。受信された信号（分解されていても分解されていなくても）の状態に関する情報は、シグナリングを使用して受信される。ダウンリンクシグナリングはまた、図８に関して後で見られるように、ブロックが送信されるとき、各ブロックのビットの数Ｍおよび周波数および時間に関する情報を提供する。
【００４６】
図３は、ゲートウェイ１０の分配器ユニット３０１と通信する離散的な受信ユニット３０２を使用した、さらなる実施形態の実施例を示す。各受信ユニット３０２、３０３は、それぞれが別個のマルチメディアチャネルを受信する場合に適する独立型受信機を備える。しかし、この実施形態では、スペクトラムのホワイトスペース断片は、異なるＴＶチャネルの複数のユーザへの再分配を可能にするために、それぞれ６ＭＨｚである。２つの受信機３０２および３０３が示されるが、受信機の数は、等しい数のデバイス３０４、３０５に相当し、かつ、等しい数のデバイス３０４、３０５への各信号の送信を可能にするように変わってもよい。たとえば、それぞれが、デバイス３０４（この実施例では、ＨＤＴＶセット）と結合する４つの受信機３０２が存在してもよい。当業者に明らかになるように、図３の複数受信機システムの１つの利益は、複数のプログラムであって、各プログラムが搬送波ｆ１〜ｆｋを使用する、複数のプログラムを複数のユーザに送信する能力である。
【００４７】
図４、５、および６は、図１のウェーブレットスペクトラム解析器および検出器１０１の動作を示す。図４は、本発明の実施形態による、本明細書において４００で示す、ウェーブレットスペクトラム解析器のブロック図を示す。図５は、時間−周波数マップの実施例を示し、図６は、図５の時間−周波数マップ上でのスペクトラム割当ての実施例を示す。
【００４８】
図４に示すウェーブレットスペクトラム解析器４００は、無線通信スペクトラムの予め選択された部分／複数の部分内の無線信号の信号エネルギーを確定する。たとえば、携帯電話システムでは、無線スペクトラムの予め選択された部分は、携帯電話システムがその上で動作するスペクトラムを含む。先の実施例で提供されたＴＶスペクトラムの場合、解析器４００は、ＶＨＦ／ＵＨＦスペクトラム内でホワイトスペースの断片を識別する。解析器４００が、信号エネルギーが低いかまたは全く無い、指定された無線通信の１つまたは複数の領域を検出する場合、解析器は、相応して、これらの信号エネルギーが低い領域または検出可能な信号エネルギーが無い任意の他の領域の周波数位置および帯域幅を識別する。
【００４９】
示すウェーブレットスペクトラム解析器４００は、スキャンされるスペクトラム内の信号を収集するアンテナ４０１を装備する。調節可能なＲＦモジュール４０２は、プリセットされた粒度で、関心のスペクトラムを連続してスキャンするように調節される。モジュール４０２で受信される信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４０３によってデジタル信号に変換される。ＡＤＣ４０３はまた、信号を整形するフィルタを含む。ウェーブレット解析器は、さらに、ウェーブレット係数計算器４０４およびウェーブレットチャネル選択器／ソータ４０５を備える。ウェーブレット係数計算器４０４は、図５に示す周波数−時間マップのセル内で検出される信号についてウェーブレット係数を確定するために各ウェーブレットを生成し、その後、関連するセル座標（時間および周波数）と共に、ウェーブレット係数をソーティングユニット４０５に出力する。選択器またはソータ４０５は、エネルギー閾値に対してエネルギーを比較して、ホワイトスペースの断片を規定する閾値未満のエネルギーを有するセルを選択する。本仕様で使用されるウェーブレット関数に関する基本的な背景が次に提供される。
【００５０】
図５は、ウェーブレット関数Ψ（ｔ）についての周波数時間マップを示す。周波数および時間マップ５００は、全体が５０２で表示される、複数の周波数および時間セルからなり、周波数および時間セルはそれぞれ、信号再送信のために本発明で使用される可能性がある無線通信スペクトラムのセクションを表す。セル５０２の異なる実施例は、以下でより詳細に述べるように、５０４、５０６、および５０８と表示される。
【００５１】
ウェーブレット関数は、Ψα，τ（ｔ）で示され、対応する周波数領域表現は、
【数１】
0005539305.tif 000002
で示され、ここで、αはウェーブレット波形のスケーリングパラメータを表し、一方、τはウェーブレット波形の偏移または併進パラメータを表す。本発明で使用されるウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）は、ウェーブレットエネルギーの９９％が、時間と周波数の両方の領域の有限間隔内に集中するように選択される。ウェーブレット関数のこの特性は、時間領域において、式１で表現されうる。
【数２】
0005539305.tif 000003
【００５２】
さらに、ウェーブレット関数Ψα，τ（ｔ）は、エネルギー制限信号空間について直交基底を形成するための隣接する偏移波形Ψ（ｔ−τ）が生成されるように、その集中中心の整数偏移（併進）を可能にするように選択される。式２は、時間領域表現Ψα，τ（ｔ）についてのこの特性を表現し、式３は、周波数領域表現
0005539305.tif 000004
についてのこの特性を表現する。
【数３】
0005539305.tif 000005
【００５３】
スケーリングパラメータの変更は、パルス形状に影響を及ぼす。パルス形状は、時間領域において膨張する場合、周波数領域において自動的に収縮することになる。あるいは、パルス形状は、時間領域において圧縮される場合、周波数領域において拡張することになる。たとえば、スケーリングパラメータαの値の正の増加は、エネルギー保存の原理によって、時間領域においてウェーブレット波形を圧縮し、時間におけるウェーブレット波形の圧縮は、周波数帯域幅の増加に変換される。逆に、スケーリングパラメータαの値の減少は、周波数帯域幅を減少させながら、時間領域においてウェーブレット波形を膨張させる。
【００５４】
偏移パラメータτは、時間におけるウェーブレット波形のエネルギー集中中心の偏移を表す。そのため、併進パラメータτの値を増加させることによって、ウェーブレットは、Ｔ軸に沿って正の方向に偏移し、τを減少させることによって、ウェーブレットは、Ｔ軸に沿って負の方向に偏移する。偏移およびスケーリングパラメータは共に、時間と周波数の両方においてウェーブレット波形の解像度を動的に調整する能力を提供することが明らかである。相応して、ウェーブレット波形の特性は、異なる粒度の周波数−時間セルをスキャンし、したがって、周波数および時間マップ５００内でホワイトスペースの断片を識別するように操作されてもよい。
【００５５】
図５は、スケーリングおよび併進パラメータによって、周波数および時間マップ５００が、選択された時間−周波数解像度に従ってどのように分割されることが可能になるかに関する実施例を示す。たとえば、スケーリングパラメータを第１の値に設定し、併進パラメータを増分することによって、Δｆ１の帯域幅およびΔｔ１の時間スロット間隔を有する複数のセル５０４が提供される。スケーリングパラメータを第２の値に設定し、併進パラメータを増分することによって、Δｆ２の減少した帯域幅およびΔｔ２の増加した時間スロット間隔を有する複数のセル５０６が提供される。なおさらに、スケーリングパラメータを第３の値に設定し、併進パラメータを増分することは、Δｆ３のさらに減少した帯域幅およびΔｔ２のさらに増加した時間スロット間隔を有する複数のセル５０８を提供する。
【００５６】
図４に戻ると、ウェーブレット係数計算器４０５は、式４を使用して、デジタル化された信号のウェーブレット係数ｗｎ，ｋを計算する。
【数４】
0005539305.tif 000006
式中、ｒ（ｔ）は、各時間−周波数セル内で捕捉された信号であり、Ψｎ，ｋ（ｔ）は、ウェーブレット関数であり、αおよびτは、ｎおよびｋの関数として特定の方法で選択される。ウェーブレット関数およびホワイトスペースを検出するためのその使用法は、参照により本明細書に組込まれる、２００８年４月１０日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｗｕ他）という名称の同時係属中の米国特許出願第１２／０７８９７９号に提供される。
【００５７】
計算されたウェーブレット係数ｗｎ，ｋは、その後、検出された各エネルギーに相当する信号エネルギーをエネルギー閾値ηと比較して、各セル内の信号エネルギーを確定するのに使用され、検出されたエネルギーが閾値未満である場合、ホワイトスペースの各断片（５０４，５０６，５０８）が選択される。
【数５】
0005539305.tif 000007
式中、ηは、エネルギーレベルについて閾値を表す予め定義された正数である。
【００５８】
所定の閾値レベルηは、プリセットされてもよく、または、スキャンされるスペクトラム、許容可能な干渉レベル、信号電力などに応じて変わるように構成されてもよい。関心のスペクトラム内で信号を検出するための閾値を設定する一般的な方法は、通信技術分野の専門家に知られており、したがって、さらなる詳細は省略される。
【００５９】
図６は、図５と同様の時間−周波数マップ上で、ウェーブレット解析器１０１を使用して検出されるホワイトスペースの特定の実施例を示す。この実施例では、セル６０１、６０２、６０３、６０４、および６０５は、関心の場所におけるマルチメディア信号の再分配に適するものとして識別された。先に示したように、これらのセルは、測定されたエネルギーレベルが、ソーティングユニット４０５によって適用された閾値η未満であるため選択された。
【００６０】
図７は、６ＭＨｚスペクトラム７００の、Ｎ６４スライス７０１であって、各スライスが９３．７３ｋＨｚ（６ＭＨｚ：６４）の幅を有する、Ｎ６４スライス７０１ヘの区分化の実施例を示す。
【００６１】
図８は、家庭エリア内でＨＤＴＶ信号をカスケーディングするための６ＭＨｚチャネルを形成することを目的とした、スペクトラムの異なる部分からのスペクトラムの「最良の」断片の選択についての数値実施例を示す。すなわち、各エリアにおいてＴＶ放送のために使用されていない、チャネル２、３、５、および７内で検出される可能性がある、スペクトラムの４つの異なる断片から、６ＭＨｚのスペクトラムが得られうると仮定する。しかし、これらのチャネルの部分は、現在のところアクティブな他の１次または２次サービスによって現在のところ使用されている可能性がある。これらのチャネルは、公的に利用可能なスペクトラム占有率テーブルに基づいて、各エリア内でＴＶ放送業者によって使用されていないことがわかっているため、ウェーブレット解析器１０１は、このホワイトスペースについて構築された周波数−時間マップおよび９３．７５ｋＨｚのΔｆを使用して、これらのチャネルに割当てられたスペクトラムだけをスキャンするように設定される。これは、これらの未使用チャネルのそれぞれに割当てられたスペクトラムが、１６個の周波数−時間セルに分割され、低いエネルギーレベルを有するセルを識別するために、セルのエネルギーが測定されることを意味する。４つ全ての帯域内のセルの総数は、１６×４＝６４である。
【００６２】
断片化されたこのホワイトスペーススペクトラム上で信号を送信するために、情報信号は、スキャンされたチャネルのそれぞれにおける最良の断片が、信号再分配のために使用されるように分解される。そのため、情報信号からのデータの第１の３７５ｋＨｚ（６ＭＨｚ：１６＝３７５ｋＨｚ）ブロック８０１は、図１に見られる第１の分岐（搬送波周波数ｆ１）上で送られ、第２のブロック８０２は第２の分岐上で送られ、第３のブロック８０３はやはり第１の分岐上で送られ、第４のブロックは第４の分岐（ｆ４）上で送られるなどであり、第６３番目および第６４番目のブロック８１５および８１６は、第４の分岐上で送られる。
【００６３】
図９は、ＨＤＴＶ送受信機の特定の実施例について、アップリンクコントロールメカニズムがどのように実施されうるかの実施例を示す。先に示したように、コントロールチャネル３０（図１を参照されたい）上のアップリンク帯域幅は、シグナリング用のデバイス９１１によって共有される。コントロールチャネル用のユーザインタフェースは、チャネル３０を通じてコントロール信号検出器９０１と通信する（たとえば、リモートコントローラの形の）独立のユーザユニット９０９として設計されてもよい。あるいは、コントロールシグナリングは、さらなるキー／ボタンを有する既存のＨＤＴＶリモートコントロール９１０を再使用してもよい。ユニット９０９とコントロール信号検出器９０１との間の無線リンクは、ＲＦリンクまたはＣＤＭＡリンクとして設計されうる。ユニット９０９は、フェムトセルに関連し、フェムトセルは、家庭内で見出される可能性があるような、無線基地局に関して非常に小さなセルを記述するのに使用される用語である。
【００６４】
種々の例示的な実施形態が、そのいくつかの例示的な態様を特に参照して詳細に述べられたが、本発明は、他の実施形態を可能にし、その詳細は、種々の明らかに点において変更を可能にすることが理解されるべきである。当業者に容易に明らかであるように、本発明の精神および範囲内に留まりながら、変形および変更が行われうる。したがって、先の開示、説明、図は、例証のためだけのものであり、特許請求の範囲によってだけ規定される本発明を決して制限しない。
【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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