(57)【要約】  周波数帯域において一時的に利用可能な帯域幅を検出する方法２００及びシステム３００は、前記周波数帯域内のチャネルを選択するステップ２０５と、前記選択されたチャネルにおいて受信されたエネルギを測定するステップ２１０と、前記測定されたエネルギを第１の閾値と比較するステップ２１５と、前記測定されたエネルギが前記第１の閾値を超過する場合に前記チャネルが伝送に対して利用不可能であると決定し２２０、そうでなければ前記チャネルが伝送に対して利用可能であると決定する２２５ステップと、前記チャネルにおいて受信された信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るステップ２５５と、前記相関結果を第２の閾値と比較するステップ２６０と、前記チャネルにおける前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合に前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記チャネルに存在すると決定し２６５、そうでなければ前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記チャネルに存在しないと決定する２７０ステップとを有する。
2009538025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数帯域において一時的に利用可能なチャネルを検出する方法において、
（ａ）前記周波数帯域内の複数のチャネルの中からチャネルを選択するステップと、
（ｂ）前記選択されたチャネルにおいて受信されたエネルギを測定するステップと、
（ｃ）前記選択されたチャネルにおいて受信された前記測定されたエネルギを前記選択されたチャネルに対して確立された閾値と比較するステップと、
（ｄ）前記選択されたチャネルにおいて受信された前記測定されたエネルギが前記閾値を超過する場合に前記選択されたチャネルが伝送に対して利用不可能であると決定し、そうでない場合に前記選択されたチャネルが伝送に対して利用可能であると決定するステップと、
（ｅ）前記周波数帯域内の複数のチャネルの各々に対して前記ステップ（ａ）ないし（ｄ）を繰り返すステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｄ）において利用不可能であると決定されたチャネルの１つを選択するステップと、
（ｇ）前記選択された利用不可能なチャネルにおいて受信された信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るステップと、
（ｈ）前記選択された利用不可能なチャネルにおける前記相関結果を第２の閾値と比較するステップと、
（ｉ）前記選択された利用不可能なチャネルにおける前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合に前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択された利用不可能なチャネルに存在すると決定し、そうでない場合に前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択された利用不可能なチャネルに存在しないと決定するステップと、
（ｊ）前記ステップ（ｄ）において利用不可能であると決定された各チャネルに対して前記ステップ（ｆ）ないし（ｉ）を繰り返すステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１の閾値が、入力信号の不在時の前記選択されたチャネルにおける予測される入力雑音エネルギにより乗算される定数である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力信号の不在時の前記選択されたチャネルにおける予測される入力雑音エネルギが、信号が存在しないことが既知であるチャネルに同調することにより決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記定数が、失敗した検出の所望の確率、誤警報の所望の確率、及び検出の所望の確率を達成するように選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記選択されたチャネルにおいて受信されたエネルギを測定するステップが、選択された間隔にわたり前記受信されたエネルギを平均化するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記選択されたチャネルにおいて受信されたエネルギを測定するステップが、
前記選択されたチャネルにおいて受信された信号をデジタル化するステップと、
前記信号をベースバンドにダウンコンバートするステップと、
前記信号に平方根二乗余弦フィルタを通過させるステップと、
前記平方根二乗余弦フィルタからの信号出力を二乗するステップと、
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記特定の伝送フォーマットが、８−ＶＳＢ伝送フォーマット及びデジタルビデオ放送−地上波（ＤＶＢ−Ｔ）伝送フォーマットの一方である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャが、ＰＮ５１１疑似乱数シーケンス及び直行周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号のサイクリックプレフィックスの一方である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｅ）が、前記ステップ（ｆ）ないし（ｊ）の前に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｅ）が、前記ステップ（ｆ）ないし（ｊ）の後に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第２の特定の伝送フォーマットに対して前記ステップ（ｆ）ないし（ｊ）を繰り返すステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
周波数帯域において一時的に利用可能な帯域幅を検出するシステムにおいて、
前記周波数帯域内のスペクトル部分を選択するように構成された受信器フロントエンドと、
前記選択されたスペクトル部分に存在するエネルギを測定するように構成されたエネルギ検出器と、
前記選択されたスペクトル部分における前記測定されたエネルギを前記選択されたスペクトル部分に対して確立された閾値と比較するように構成された第１の比較器と、
前記選択されたスペクトル部分において受信された信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るように構成された相関器と、
前記相関結果を第２の閾値と比較するように構成された第２の比較器と、
を有するシステム。
【請求項１３】
前記受信器フロントエンドが、
前記選択されたチャネルに同調するように構成されたＲＦチューナと、
前記選択されたチャネルに対する前記ＲＦチューナの出力をデジタル化するように構成されたアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
前記デジタル化されたチューナ出力をベースバンドにダウンコンバートするように構成されたダウンコンバータと、
前記デジタル化されたベースバンド信号をフィルタリングするように構成された帯域制限フィルタと、
を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記選択されたスペクトル部分に対して確立された前記閾値が、入力信号の不在時の前記選択されたスペクトル部分における予測される入力雑音エネルギにより乗算される定数である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記エネルギ検出器が、選択されたサンプル数にわたり前記受信されたエネルギを平均化することにより前記選択されたスペクトル部分において受信されたエネルギを測定する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記相関器が、前記選択されたスペクトル部分において受信された信号を、８−ＶＳＢ伝送フォーマットに準拠する信号のＰＮ５１１疑似乱数シーケンス及び直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号のサイクリックプレフィックスの少なくとも一方と相関を取るように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
周波数帯域において一時的に利用可能な帯域幅を検出する方法において、
（ａ）前記周波数帯域内のスペクトル部分を選択するステップと、
（ｂ）前記選択されたスペクトル部分において受信されたエネルギを測定するステップと、
（ｃ）前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギを前記選択されたスペクトル部分に対して確立された閾値と比較するステップと、
（ｄ）前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギが前記閾値を超過する場合に前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用不可能であると決定し、そうでない場合に前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用可能であると決定するステップと、
（ｅ）前記選択されたスペクトル部分において受信された信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るステップと、
（ｆ）前記相関結果を第２の閾値と比較するステップと、
（ｇ）前記選択されたスペクトル部分における前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合に前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択されたスペクトル部分に存在すると決定し、そうでない場合に前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択されたスペクトル部分に存在しないと決定するステップと、
（ｈ）前記周波数帯域にわたる複数のスペクトル部分の各々に対して前記ステップ（ａ）ないし（ｇ）を繰り返すステップと、
を有する方法。
【請求項１８】
前記選択されたスペクトル部分に対して確立された前記閾値が、入力信号の不在時の前記選択されたスペクトル部分における予測される入力雑音エネルギにより乗算される定数である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャが、ＰＨＮ５１１疑似乱数シーケンス及び直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号のサイクリックプレフィックスの一方である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
第２の特定の伝送フォーマットに対して前記ステップ（ｅ）ないし（ｈ）を繰り返すステップを更に有する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の存在（又は不在）を検出する方法及びシステムに関し、より具体的には、ＲＦスペクトルにおける一時的に未使用の帯域幅を検出する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
免許不要（unlicensed）無線装置の急増とともに、特定の周波数スペクトル部分が他の認可（licensed）又は免許不要装置により占有されるかどうかの検出は、将来の免許不要無線装置の大きな要素になっている。例えば、ＦＣＣは、免許不要無線送信器が、割り当てられた地上波テレビチャネルの１つ以上が使用されていない場所において放送テレビスペクトル内で動作することを可能にすることを提案している。しかしながら、ＦＣＣは、このような免許不要送信器が、認可地上波テレビ信号の受信と干渉しないことを保証する保護手段とともにのみ許可されることを強調した。
【０００３】
したがって、既存の認可サービスに対して干渉が引き起こされないことを保証するために、免許不要送信器は、未使用の又は空きスペクトルを識別し、このような空きスペクトル上でのみ送信する能力を組み込まなくてはならない。ＦＣＣにより進められた１つのアイデアは、前記免許不要送信器が作動される前に、他の送信器（例えば認可地上波テレビ放送送信器）が領域内の特定のチャネル上で動作しているかどうかを検出する感知能力を前記免許不要送信器に組み込むことである。
【０００４】
例えば、免許不要送信器は、特定のスペクトル部分が、前記送信器が設置されるべき領域において実際に使用中であるかどうかを検出することができるアンテナ及び受信器を組み込むことを必要とする。この場合、既存のサービスとの干渉を防ぐために、超広帯域（ＵＷＢ）送信装置が特定のスペクトル部分で動作を開始する前に、まず、他のより高い優先順位のユーザ（例えば、認可地上波テレビ放送送信器）が、前記ＵＷＢ送信器が作動されることができる前に前記領域において前記特定のスペクトル部分で動作しているかどうかを確かめなければならない。同時に、場合により、前記ＵＷＢシステムは、他のＵＷＢシステム又は他の公認狭帯域が前記スペクトルの部分ですでに動作しているかどうかをも決定しなければならない。
【０００５】
前記アンテナ及び受信器が、既存の信号が特定のスペクトル部分で局所的に送信されていることを検出する場合、前記免許不要送信器は、当該スペクトル部分の使用を防止される。前記免許不要送信器は、前記アンテナ及び受信器が、既存の送信（例えば地上波テレビ放送信号）が特定のスペクトル部分に存在しないことを確認する場合、特定の場所において当該スペクトル部分で動作することのみ許可される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ＲＦスペクトルにおいて一時的に未使用の帯域幅を検出する方法及びシステムを提供することが望ましい。特定のスペクトル部分を占有する信号が特定の伝送フォーマットを採用するかどうかを検出する方法及びシステムを提供することも望ましい。本発明は、先行する関心の１つ以上に対処することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様において、周波数帯域において一時的に利用可能なチャネルを検出する方法は、（ａ）周波数帯域内の複数のチャネルからチャネルを選択するステップと、（ｂ）前記選択されたチャネルにおいて受信されるエネルギを測定するステップと、（ｃ）前記選択されたチャネルにおいて受信された前記測定されたエネルギを前記選択されたチャネルに対して確立された閾値と比較するステップと、（ｄ）前記選択されたチャネルにおいて受信された前記測定されたエネルギが前記選択されたチャネルに対して確立された前記閾値を超過する場合に、前記選択されたチャネルが伝送に対して利用不可能であると決定し、そうでなければ前記選択されたチャネルが伝送に対して利用可能であると決定するステップと、（ｅ）前記周波数帯域内の複数のチャネルの各々に対して前記ステップ（ａ）ないし（ｄ）を繰り返すステップと、（ｆ）前記ステップ（ｄ）において利用不可能であると決定されたチャネルの１つを選択するステップと、（ｇ）前記選択された利用不可能なチャネルにおいて受信される信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るステップと、（ｈ）前記相関結果を第２の閾値と比較するステップと、（ｉ）前記選択された利用不可能なチャネルにおける前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合に、前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択された利用不可能なチャネルに存在すると決定し、そうでなければ前記特定の伝送フォーマットに準拠する前記信号が前記選択された利用不可能なチャネルに存在しないと決定するステップと、（ｊ）前記ステップ（ｄ）において利用不可能であると決定された各チャネルに対して前記ステップ（ｆ）ないし（ｉ）を繰り返すステップとを有する。
【０００８】
本発明の他の態様において、周波数帯域において一時的に利用可能な帯域幅を検出するシステムは、前記周波数帯域内のスペクトル部分を選択するように構成される受信器フロントエンドと、前記選択された周波数部分に存在するエネルギを測定するように構成されるエネルギ検出器と、前記選択されたスペクトル部分における前記測定されたエネルギを前記選択されたスペクトル部分に対して確立された閾値と比較するように構成される第１の比較器と、前記選択されたスペクトル部分において受信される信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るように構成される相関器と、前記相関結果を第２の閾値と比較するように構成される第２の比較器とを有する。
【０００９】
本発明の他の態様において、周波数帯域において一時的に利用可能な帯域幅を検出する方法は、（ａ）前記周波数帯域内のスペクトル部分を選択するステップと、（ｂ）前記選択されたスペクトル部分において受信されるエネルギを測定するステップと、（ｃ）前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギを前記選択されたスペクトル部分に対して確立された閾値と比較するステップと、（ｄ）前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギが前記選択されたスペクトル部分に対して確立された前記閾値を超過する場合に、前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用不可能であると決定し、そうでなければ前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用可能であると決定するステップと、（ｅ）前記選択されたスペクトル部分において受信される信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取るステップと、（ｆ）前記相関結果を第２の閾値と比較するステップと、（ｇ）前記選択されたスペクトル部分における前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合に、前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択されたスペクトル部分に存在すると決定し、そうでなければ前記特定の伝送フォーマットに準拠する前記信号が前記選択されたスペクトル部分に存在しないと決定するステップと、（ｈ）前記周波数帯域にわたる複数のスペクトル部分の各々に対して前記ステップ（ａ）ないし（ｇ）を繰り返すステップとを有する。
【００１０】
更なる及び他の態様は、後に続く記載から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、ここで、本発明の好適な実施例が示される添付の図面を参照して以下により完全に記載される。本発明は、しかしながら、異なる形で実施されてもよく、ここに記載された実施例に限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施例は、本発明の教示的な例として提供される。
【００１２】
図１は、周波数帯域において一時的に未使用の帯域幅を検出するシステム１００の一実施例の高レベルブロック図である。当業者に理解されるように、図１に示される様々な"部分"は、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、配線論理回路、又はこれらの組み合わせを使用して物理的に実施されることができる。また、前記部分は、説明の目的で図１において機能的に分離されるが、物理的実装において様々な形で組み合わされてもよい。
【００１３】
システム１００は、アンテナ１０５と、受信器フロントエンドセクション１２０と、エネルギ測定ブロック１４０と、伝送フォーマット特有検出ブロック１６０と、コントローラ１８０とを含む。コントローラ１８０は、ソフトウェア及び／又はファームウェアにおいて１以上のアルゴリズムを実行するように構成されたプロセッサ及びメモリを含むことができる。
【００１４】
動作的に、受信器フロントエンドセクション１２０は、連続的又は不連続であることができる１以上の周波数帯域（例えば、ＶＨＦロー、ＶＨＦハイ及びＵＨＦ帯域）を受信する。受信器フロントエンドセクション１２０は、コントローラ１８０からの１以上の制御信号に応答してスペクトル部分に同調（を選択）する。有益には、前記選択されたスペクトル部分は、特定の保護された通信サービスの１つのチャネル、例えば１つのテレビチャネルに対応することができる。しかしながら、代替的には、前記選択されたスペクトル部分は、単一のチャネルの一部だけ又は複数のチャネルに及んでもよい。受信器フロントエンドセクション１２０の出力は、エネルギ測定ブロック１４０及び伝送フォーマット特有検出ブロック１６０に供給される。エネルギ測定ブロック１４０は、前記選択されたスペクトル部分に存在するエネルギを測定し、信号が存在するかどうか又は雑音のみが存在するのかどうかを決定しようと試みる。伝送フォーマット特有検出ブロック１６０は、特定の伝送フォーマット（例えば、ＮＴＳＣ規格；ＡＴＳＣ規格等）に準拠する信号の既知のフィーチャが、前記選択されたスペクトル部分において見つけられるかどうかを決定しようと試みる。伝送フォーマット特有検出ブロック１６０は、複数の異なる伝送フォーマットに対するサブブロックを含んでもよい。
【００１５】
図２は、周波数帯域において一時的に未使用の帯域幅を検出するプロセス２００の一実施例を示す。図示及び説明の単純化のために、図２は、プロセス２００を"パート１"及び"パート２"とラベル付けされた２つの部分に分割する。より詳細に以下に説明されるように、パート１及びパート２が同時に又は連続して実行されることができると理解されるべきである。連続して実行される場合、パート２は、各スペクトル部分において、前記スペクトル部分がパート１において利用不可能であると決定された直後に、別個に実行されることができるか、又はパート２は、全ての周波数帯域がパート１において試験された後に全ての利用不可能なスペクトル部分において実行されることができる。
【００１６】
図２を参照すると、パート１の第１のステップ２０５において、前記周波数帯域内の次のスペクトル部分が選択される（例えば、チューナにより同調される）。有益には、前記選択されたスペクトル部分は、保護されたサービスに対する１つの通信チャネル（例えばテレビチャネル）に対応する。しかしながら、代替的には、前記選択されたスペクトル部分は、複数のチャネル又は単一のチャネルの一部に及んでもよい。
【００１７】
次いで、ステップ２１０において、前記選択されたスペクトル部分において受信されたエネルギが測定される。有益には、前記エネルギは、所定の間隔にわたり平均化される。
【００１８】
次に、ステップ２１５において、前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギは、第１の閾値と比較される。有益には、以下に説明されるように、前記第１の閾値は、入力信号の不在時に前記選択されたスペクトル部分における予測される入力雑音エネルギにより乗算される、定数ｃであることができる。名目上は、前記選択されたスペクトル部分における前記予測される入力雑音エネルギは、所定のフロントエンド受信器設計に対して事前に計算されることができる前記受信器フロントエンドの雑音パワーに等しい。代替的には、これは、入力信号の不在時におけるエネルギ平均化機能を実施することにより推定されることもできる。これは、信号を持たないことが既知である周波数チャネルに前記受信器フロントエンドを同調することにより周期的に行われることができる。一実施例において、ｃは、約１．２である数に設定される。有益には、前記第１の閾値は、同じ周波数帯域においてスペクトル部分によって異なることができる。すなわち、個別の閾値が各選択されたスペクトル部分に対して確立されることができる。
【００１９】
前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギが前記第１の閾値を超過する場合、ステップ２２０において、前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用不可能であると決定される。そうでなければ、ステップ２２５において、前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用可能であると決定される。有益には、前記選択されたスペクトル部分を表すデータ及び前記比較の結果は、メモリに記憶される。
【００２０】
ステップ２３０において、前記選択されたスペクトル部分が、前記周波数帯域において確認されるべき最後のスペクトル部分であるかどうかが決定される。そうでない場合、前記プロセスはステップ２０５に戻り、前記周波数帯域内の次のスペクトル部分が選択され、前記プロセスが続行する。他方で、ステップ２３０において前記選択されたスペクトル部分が前記周波数帯域において確認されるべき最後のスペクトル部分であると決定される場合、パート１は終了する。
【００２１】
パート２の第１のステップ２５０において、パート１において利用不可能であると決定された次のスペクトル部分が選択される（例えばチューナにより同調される）。
【００２２】
次いで、ステップ２５５において、前記選択された利用不可能なスペクトル部分において受信された信号が、特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取られる。
【００２３】
次に、ステップ２６０において、前記相関結果が第２の閾値と比較される。
【００２４】
前記相関結果が前記第２の閾値を超過する場合、ステップ２６５において、前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択された利用不可能なスペクトル部分に存在すると決定される。この場合、前記選択されたスペクトル部分を表すデータ及び前記特定の伝送フォーマットは、メモリに記憶される。そうでなければ、ステップ２７０において、前記特定の伝送フォーマットに準拠する信号が前記選択された利用不可能なスペクトル部分に存在しないと決定される。
【００２５】
ステップ２７５において、前記選択された利用不可能なスペクトル部分が試験されるべき最後の利用不可能なスペクトル部分であるかどうかが決定される。そうでなければ、前記プロセスはステップ２５０に戻り、次の利用不可能なスペクトル部分が選択され、前記プロセスが続行する。他方で、ステップ２７５において前記選択された利用不可能なスペクトル部分が前記周波数帯域内の最後の利用不可能なスペクトル部分であると決定される場合、パート２は終了する。
【００２６】
有益には、プロセス２００の終了時に、以下の情報、すなわち（１）（もしあれば）伝送に対して利用可能である現在未使用のスペクトル部分のリスト、及び（２）それぞれの採用された伝送フォーマットにより分離された、現在占有されているスペクトル部分の複数のリストが利用可能である。上の項目１の情報は、超広帯域送信器又は他のアジャイル無線（ＡＲ）により伝送用にスペクトル部分を選択するのに直ちに使用されることができる。
【００２７】
上の項目２にリストされるスペクトル部分は、大きく２つのグループ、すなわち（１）"永久"帯域割り当てで認可オペレータにより使用される部分と、（２）ＡＲと同様に、オポチュニスティックに前記チャネルを使用する部分とに分離されることができる。第１のグループのスペクトル部分は、現在のＦＣＣ規制下で、ＡＲの観点からタブーのスペクトル部分と見なされる。免許不要オペレータにより使用されるスペクトル部分の第２のグループは、とりわけ、複数の環境下で利用可能になりうる。
【００２８】
他の実施例において、図２において実行されるステップの順序が修正されてもよいと理解されるべきである。例えば、ステップ２５５ないし２７０は、各利用不可能なスペクトル部分に対してステップ２２０の直後に実行されてもよく、ステップ２７０の後に、前記プロセスは、ステップ２３０に戻る。この場合、ステップ２７５及び２８０は除外されることができる。更に他の実施例において、ステップ２１０−２２５は、ステップ２５５−２７０と並行して実行されてもよい。この場合、ステップ２７５は除外されることができる。
【００２９】
実際に、プロセス２００のパート１は、他の伝送で占有される結果に達するのに十分な信号エネルギがスペクトル部分に存在するかどうかを検出する。一実施例において、これは、入力信号の二乗の平均により行われることができる。前記入力信号は、フィルタリングの後に、通常は、２つの成分、すなわち直角成分及び同相成分からなる。各成分は、おおよそガウス分布を示す。複素ガウス信号の２乗強度ｙ＝|ｘ1＋ｊｘQ|2に対する確率密度関数は、以下の指数関数、すなわち、
【数１】
2009538025.tif 000003
に従う。この密度関数の平均は２σ2であり、分散は前記平均の２乗に等しい。この密度関数に対する累積分布関数（ＣＤＦ）は、単純に、
【数２】
2009538025.tif 000004
である。この信号ｙ(ｋ)は、
【数３】
2009538025.tif 000005
のようにＫ個のサンプルを有する時間窓にわたり平均化されることができる。この信号に対する確率密度関数は、周知のアーラン密度関数、すなわち、
【数４】
2009538025.tif 000006
に従い、ここでλ＝Ｋ／(２σ2)である。累積分布関数（ＣＤＦ）も、
ＣＤＦ＝Γ(Ｋ，ｐλ)
により与えられ、ここでΓ()は、不完全ガンマ関数である。ｆ(ｐ)の平均及び分散は、
平均＝Ｋ／λ＝２σ2
及び
分散＝Ｋ／λ2＝(２σ2) 2Ｋ＝平均2／Ｋ
である。したがって、より多くの平均化は、前記分散をゼロに近づける。Ｋが大きい場合、この密度は、ガウス密度関数で近似されることができるが、しかしながら、上に示されるように、前記分散はゼロに近づく。
【００３０】
ｐ(ｋ)の平均及び分散は、一次ローパスフィルタを使用して、
μ(ｋ)＝δμ(ｋ−１)＋(１−δ)ｐ(ｋ)
η(ｋ)＝αη(ｋ−１)＋(１−β)(μ(ｋ)−ｐ(ｋ))2
として推定されることができ、ここでδ及びβは定数係数（忘却因子）であり、μ(ｋ)及びη(ｋ)は、それぞれ推定された平均及び分散である。上に示されるように、ランダム入力に対して、
η(ｋ)＝μ2(ｋ)／Ｋ
である。
【００３１】
これは、既知のフィーチャを持つ信号を検出するのに使用されることができる基本的情報である。入力信号が存在する場合、上で推定されたパワーは、背景雑音のパワーと前記信号のパワーとの和に等しい。この場合、σ2＝σ12＋σ22であり、ここでσ12は前記雑音のパワーであり、σ22は検出される信号のパワーである。この場合、
ｐ(ｋ)＞ｃμ
であり、"ｃ"が定数であり、μ＝２σ12である場合に、信号は、スペクトル部分に存在すると見なされる。この場合、Ｍ個の個別の観測の中から、失敗した検出の確率、正しい検出の確率、及び誤警報の確率は、
【数５】
2009538025.tif 000007
により記述されることができる。
【００３２】
一実施例において、定数"ｃ"は１．２であることができ、失敗した検出の確率は１％であることができ、誤警報の確率は１０％であることができる。
【００３３】
代替的には、この検出アルゴリズムは、Ｍ個の観測の中の少なくともＮ個が検出基準を満足する場合に検出が示されるものに一般化されることができる。この場合、以下の確率関数が適用される。
【数６】
2009538025.tif 000008
【００３４】
上記関数は、ガウス密度関数を使用して近似されることができる。μが入力信号の不在時に推定される必要があることに注意する。名目上、これは、所定のフロントエンド受信器設計に対して事前に計算されることができる前記フロントエンドの雑音パワーに等しい。他方で、これは、入力信号の不在時に平均化機能を実施することにより推定されることもできる。これは、信号を持たないことが既知であるスペクトル部分（例えば既知の空きテレビチャネル）に前記フロントエンド受信器を同調することにより周期的に行われることができる。この平均値は、この場合、予測される理論的雑音パワーと比較されることができる。この測定の妥当性は、予測値にどれだけ近いかに依存して確かめられることができる。一度前記雑音パワー推定が行われると、前記フロントエンドは、中心周波数を検出しようと試みる周波数帯域に同調する。平均化に使用されるパラメータは、所望の性能基準に依存する。上述の確率関数は、平均化窓Ｋ及び検出用の独立トレイル（trail）の数Ｍを推定するのにガイドとして使用されることができる。
【００３５】
スペクトル部分のエネルギを測定し、閾値と比較することは、信号の存在を検出するのに使用されることができるが、これは、存在する信号のタイプに関して何も知らせない。例えば、前記検出された信号は、ＤＴＶ（ＵＳＤＴＶ、ＤＶＢ−Ｔ等）送信器のような認可送信器からの信号であってもよく、又は他の免許不要送信器からの信号でありうる。一般に、前記エネルギ測定は、これらの異なる信号を区別しない。
【００３６】
したがって、アジャイル無線が前記信号に基づいて適切な動作を取る（例えば、ＤＴＶ信号が存在する場合に前記チャネルを空ける）ことができるように前記信号のタイプを検出することに関心がある。これは、特定の伝送規格又はフォーマットに準拠する信号の特有のフィーチャの検出を要する。
【００３７】
一例として、米国におけるＤＴＶ信号に対して、パイロット信号にロックする、（一般に過剰帯域幅としても知られ、クロック同期に使用される）前記信号の帯域端部にロックする、又は前記信号全体を復調する及び前記テレビ信号にロックしようと試みることを検討しうる。アジャイル無線は、典型的には、信号の通常の受信に対する閾値より１５−３０ｄＢ下である信号レベルにおいてＤＴＶ信号を検出することができることを必要とするので、低いＳＮＲ及び重いマルチパス条件において前記信号に全体的にロックすることは難しい。前記パイロット又は前記帯域端部にロックしようと試みることは、このシステムをより周波数選択マルチパスフェージングしやすくする。したがって、マルチパスに対してロバストである方法を発明することに関心がある。
【００３８】
したがって、一実施例において、前記受信された信号は、既知の基準信号のコピーと相関を取られる。米国におけるＤＴＶ信号に対して、前記既知の基準信号は、ＰＮ５１１シーケンス（又はその一部）であることができる。（例えば欧州における）ＤＶＢ−Ｔに対して、前記既知の基準信号は、ＯＦＤＭ信号のサイクリックプレフィックスであることができる。後に続く記載において、米国におけるＤＴＶ信号の検出が、例として提供される。しかしながら、同様の原理が、ＤＶＢ−Ｔのような他の伝送方式に対して使用されることもできる。
【００３９】
前記信号が、通常の範囲とは非常に異なる値を示すｐ(ｋ)のサンプル（例えばピーク）のようなガウシアンではないと仮定すると、分散は、平均より速く応答し、
η(ｋ')＞μ2(ｋ')／Ｋ
を生じ、ここで、ｋ'は、異常サンプルがｐ(ｋ)において示されるサンプルである。雑音の多い環境に対して、条件、
η(ｋ')＞ｃμ2(ｋ')／Ｋ
を使用することができ、ここでｃは定数であり、ｃ＞１である。この条件が真である場合、ｐ(ｋ)における異常サンプルが検出されたと都合よく宣言することができる。
【００４０】
図３は、周波数帯域において一時的に未使用のスペクトル部分を検出するシステム３００の一実施例の詳細なブロック図を示す。システム３００は、受信器フロントエンドセクション３１０と、エネルギ検出器３５０と、第１の比較器３６０と、伝送フォーマット特有検出ブロック３７０とを含む。図面を単純化するために図３には示されていないが、有益には、システム３００は、受信器フロントエンドセクション３１０、エネルギ検出器３５０及び／又は伝送フォーマット特有検出ブロック３７０の様々な特徴を制御する（プロセッサ及びメモリを含む）図１のコントローラ１８０のようなコントローラを含む。
【００４１】
受信器フロントエンドセクション３１０は、ＲＦチューナ３１５と、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２０と、ダウンコンバータ３２５と、帯域制限フィルタ３３０とを含む。一実施例において、帯域制限フィルタ３３０は、平方根二乗余弦であることができる。
【００４２】
伝送フォーマット特有検出ブロック３７０は、２：１デシメーションブロック３７５と、相関器３８０と、第２の比較器３９０とを含む。
【００４３】
動作的に、ＲＦチューナ３１５は、周波数帯域内のスペクトル部分（例えばチャネル）に同調する（を選択する）。
【００４４】
アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２０は、前記選択されたスペクトル部分に対するＲＦチューナ３１５の出力をデジタル化する。
【００４５】
ダウンコンバータ３２５は、前記デジタル化されたチューナ出力をベースバンドにダウンコンバートし、帯域制限フィルタ３３０は、前記デジタル化されたベースバンド信号をフィルタリングする。受信器フロントエンド３１０の出力（すなわち帯域制限フィルタ３３０の出力）は、エネルギ検出器３５０及び伝送フォーマット特有検出ブロック３７０の両方に供給される。
【００４６】
エネルギ検出器３５０は、前記選択されたスペクトル部分に存在するエネルギを測定する。エネルギ検出器３５０は、所定の時間期間にわたり前記エネルギを平均化することができる。第１の比較器３６０は、前記選択されたスペクトル部分における前記測定されたエネルギを第１の閾値と比較する。有益には、上で説明されたように、前記第１の閾値は、入力信号の不在時の前記選択されたスペクトル部分における予測される入力雑音エネルギにより乗算される、定数ｃであることができる。通常は、前記選択されたスペクトル部分における前記予測される入力雑音エネルギは、所定のフロントエンド受信器設計に対して事前に計算されることができる前記受信器フロントエンドの雑音パワーに等しい。代替的に、これは、入力信号の不在時にエネルギ平均化機能を実施することにより推定されることもできる。これは、信号を持たないことが既知である周波数チャネルに受信器フロントエンド３１０を同調することにより周期的に行われることができる。一実施例において、ｃは約１．２の数にセットされる。また、上で説明されたように、有益には、前記第１の閾値は、同じ周波数帯域においてスペクトル部分によって異なることもできる。すなわち、個別の閾値が、各選択されたスペクトル部分に対して確立されることができる。
【００４７】
前記選択されたスペクトル部分において受信された前記測定されたエネルギが、前記第１の閾値を超過する場合、前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用不可能であると決定される。そうでなければ、前記選択されたスペクトル部分が伝送に対して利用可能であると決定される。有益には、前記選択されたスペクトル部分を表すデータ及び前記比較の結果は、コントローラ１８０に含まれることができるメモリのようなメモリに記憶される。
【００４８】
相関器３８０は、前記選択されたスペクトル部分において受信された信号を特定の伝送フォーマットに準拠する信号の既知のフィーチャと相関を取る。第２の比較器３９０は、前記相関結果を第２の閾値と比較する。
【００４９】
図４Ａ−Ｂは、２つの異なる入力信号対雑音比（ＳＮＲ）における図３の相関器３８０の出力を示す。前記出力は、８ＶＳＢシンボルとＰＮ５１１疑似乱数シーケンスとの間の相互相関の現在の絶対値を捕捉されたシンボル数に対してプロットする。前記ＰＮ５１１シーケンスは、ＡＴＳＣ準拠放送信号の各フィールドに埋め込まれる。図４Ａ−Ｂにおける４．８及び２．５の突き出した相関値は、これら２つの場合における前記ＰＮ５１１シーケンスの位置をそれぞれ示す。データ補足はＡＴＳＣフィールド境界に対して非同期であるので、補足されたフィールド内の前記ＰＮ５１１の位置は一定ではない。
【００５０】
図４Ａ−Ｂは、それぞれ１５ｄＢ及び−５ｄＢの入力ＳＮＲレベルの下で取られた。シンボルレートの２倍で臨界的にサンプリングされた、１フィールド分のデータ（〜２６００００シンボル）が、各プロットに対して使用された。図４Ａ−Ｂにおける４．８及び２．５の突き出した相関値は、前記チャネルにおけるＡＴＳＣ信号の検出された存在をそれぞれ示す。ＡＴＳＣ８ＶＳＢ受信器が、適切に機能するために少なくとも１５．３ｄＢの入力ＳＮＲを必要とすることに注意すべきである。したがって、図４Ｂは、図３のシステム３００における伝送フォーマット特有検出ブロック３７０の可能な実装が、ＡＴＳＣテレビ受信器に対してほぼ２０ｄＢの境界を持ち、この信号のタイプの信頼できる検出器であることを示す。
【００５１】
好適な実施例がここに開示されるが、本発明の概念及び範囲内にとどまる多くの変型例が可能である。このような変型例は、この明細書、図面及び請求項の検討後に当業者に明らかになる。したがって、本発明は、添付の請求項の精神及び範囲内を除き、限定されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】周波数帯域において一時的に未使用の帯域幅を検出するシステムの一実施例の高レベルブロック図である。
【図２】周波数帯域において一時的に未使用の帯域幅を検出するプロセスの一実施例を示す。
【図３】周波数帯域において一時的に未使用の帯域幅を検出するシステムの一実施例の詳細なブロック図を示す。
【図４Ａ】異なる入力信号対雑音比（ＳＮＲ）における図３の相関器の出力を示す。
【図４Ｂ】異なる入力信号対雑音比（ＳＮＲ）における図３の相関器の出力を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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