(57)【要約】周波数スイープノッチによって狭帯域犠牲受信機への干渉を周期的に低減するＵＷＢ又は他の送信機である。前記ノッチは、アクティブ干渉相殺信号処理又は簡単なサブキャリア除去を用いて生成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域通信システムの送信方法であって、
その狭帯域内で他の装置による狭帯域信号の送信ができるようにその狭帯域内の信号電力が故意に減衰された狭帯域ノッチを有する広帯域信号を送信するステップと、
前記狭帯域ノッチを前記広帯域信号の帯域内で周期的にスイープさせるステップと、
を具えることを特徴とする送信方法。
【請求項２】
前記狭帯域ノッチをアップリンク狭帯域信号送信の検出に基づいて帯域内の１つの位置に固定するステップを具えることを特徴とする請求項１記載の送信方法。
【請求項３】
アクティブ干渉相殺を用い、前記狭帯域ノッチ内のアクティブ干渉相殺トーンが前記狭帯域ノッチ外のトーンからのエネルギー寄与分を低減させるステップを具えることを特徴とする請求項１記載の送信方法。
【請求項４】
個々のサブキャリアで送信される情報を表す値の行列を形成するステップと、
前記狭帯域ノッチ内のサブキャリアに対応する値に対して、ゼロ値を前記値の行列に挿入するステップと、
前記値の行列をヌリング行列と乗算してアクティブ干渉相殺行列を得るステップとを具えることを特徴とする請求項３記載の送信方法。
【請求項５】
前記ゼロ値を前記アクティブ干渉相殺行列の値と置き換えるステップを具えることを特徴とする請求項４記載の送信方法。
【請求項６】
前記ヌリング行列の周期的回転を実行し、前記狭帯域ノッチの位置を変えるステップを具えることを特徴とする請求項４記載の送信方法。
【請求項７】
広帯域通信システムの送信機であって、
その狭帯域内で他の装置による狭帯域信号の送信ができるようにその狭帯域内の信号電力が故意に減衰された狭帯域ノッチを有する広帯域信号を送信する手段と、
前記狭帯域ノッチを前記広帯域信号の帯域内で周期的にスイープさせる手段と、
を具えることを特徴とする送信方法。
【請求項８】
前記狭帯域ノッチをアップリンク狭帯域信号送信の検出に基づいて帯域内の１つの位置に固定する手段を具えることを特徴とする請求項７記載の送信方法。
【請求項９】
個々のサブキャリアで送信される情報を表す値の行列を形成する手段と、
前記狭帯域ノッチ内のサブキャリアに対応する値に対して、ゼロ値を前記値の行列に挿入する手段と、
前記値の行列をヌリング行列と乗算してアクティブ干渉相殺行列を得るマルチプライヤとを具えることを特徴とする請求項７記載の送信方法。
【請求項１０】
前記ゼロ値を前記アクティブ干渉相殺行列の値と置き換える手段を具えることを特徴とする請求項９記載の送信方法。
【請求項１１】
前記ヌリング行列の周期的回転を実行し、前記狭帯域ノッチの位置を変える手段を具えることを特徴とする請求項９記載の送信方法。
【請求項１２】
広帯域通信システムの受信方法であって、
その狭帯域内で他の装置による狭帯域信号の送信ができるようにその狭帯域内の信号電力が故意に減衰された狭帯域ノッチを検出するステップと、
前記狭帯域ノッチ内の受信機エネルギー信号を所定の低レベルに設定するステップと、
を具えることを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
広帯域通信システム用の受信機であって、
その狭帯域内で他の装置による狭帯域信号の送信ができるようにその狭帯域内の信号電力が故意に減衰された狭帯域ノッチを検出する手段と、
前記狭帯域ノッチ内の受信機エネルギー信号を所定の低レベルに設定する手段と、
を具えることを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線信号、無線送信機及び無線受信機に関し、特にマルチキャリア又はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）技術を用いる無線信号、無線送信機及び無線受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の超広帯域（ＵＷＢ）伝送システムのブロック図を図１に示す。入力データはスクランブラ１０１、コンボリューションエンコーダ１０３、パンクチャラ１０５及びビットインタリーバ１０７により順に処理される。次にコンステレーションマッピングがブロック１０９で行われ、次にＩＦＦＴ処理がブロック１１１で行われ、パイロットトーン、ＣＰ（サイクリックプレフィックス）及びＧＩ（ガードインターバル）情報が挿入される。得られたディジタルサンプルはディジタル−アナログコンバータ１１３でアナログ信号に変換され、ミクサ１１５とインタリーブカーネル１１７の組み合わせでアップコンバートされる。インタリーバカーネルは本質的に極めて高速な周波数ホッピング用ローカル発振器ジェネレータである。得られたアップコンバート信号はアンテナ１１９から送信される。
【０００３】
図１のシステムでは、図２に示すＯＦＤＭサブキャリアのマッピングを使用することができる。
【０００４】
ＵＷＢ伝送システムは文献で検討されており、近接して動作するかもしれない既知の犠牲サービスへの影響を避けるために所定の周波数での放射を低減させている。このような方法は、犠牲サービスを検出しそれを回避することを目的としているので、「検出及び回避（Detect and Avoid）」方法として記載されている。ＯＦＤＭシグナリングはこのようなダイナミックな検出及び回避の生成に適切であり、それは、送信機（ＩＦＦＴを用いる）におけるスペクトル成形用及び受信機（ＦＦＴを用いる）におけるスペクトル分析用の適切なハードウェアが既に入手可能であるからである。更に、所望のヌル帯域の左端および右端において１対以上のヌルトーン（３０−４０ｄＢの深いノッチを生じる）を用いるアクティブ干渉相殺（ＡＩＣ）のための信号処理が最近開示されている。
【０００５】
現在の技術の主な欠点は、ローカル犠牲受信機の周波数帯域を先験的に知ることは通常できない点にある。従って、ＵＷＢ送信機はローカル犠牲受信機の不所望信号（干渉＋雑音）フロアを増大し、基地局から離れた弱い信号の正しい受信を妨げる。ローカル受信機の発見は、関連する送信機が送信を開始する場合にのみ可能であるが、このことは受信機がＵＷＢ送信により阻止されたままである場合には起こりそうもない。従って、ローカル犠牲送信機の始動はＵＷＢ送信に十分な持続時間のサイレンス期間が生起するまで阻止され得る。犠牲サービスの始動を容易にするために規則的なサイレンス期間をＵＷＢ信号のメディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）に挿入することが提案されている。しかし、当初見積りは、１Ｈｚ以上の周波数を有する約５０ｍｓの連続するサイレンス期間になり、これらのサイレンス期間の長さ及び周波数はＵＷＢデバイスにとって非常に重荷になることを示した。この動作方法は同時接続を十分に低いレイテンシで維持するチャンスを実際上無効にする。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、ＭＡＣリソースの時間領域における直接割り当てを用いることなく、周波数領域技術を用いて犠牲サービスのために適切なサイレンス期間を保証するものである。代表的な実施例では、送信サブキャリアのサブセットをヌルにし、ヌルの位置を静止させないで、犠牲サービスが位置するかもしれない送信帯域内の一組の可能な位置を系統的にスイープさせる。このようにすると、犠牲受信機からみれば、ノッチが犠牲サービスと周波数領域で同一チャネルになる際の規則的な反復インターバルに対応する規則的な予測可能持続時間の間ＵＷＢ送信機と関連する干渉が除去されることになる。
【０００７】
本発明は、添付図面と関連する以下の説明から更によく理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図３のブロック図に基づくＯＦＤＭ送信機について考察する。図３の送信機は、図１の送信機とは、スイープノッチ処理ブロック３０１がコンステレーションマッピングブロック１０９とＩＦＦＴブロック１１１との間に結合されている点が相違する。スイープノッチ処理ブロック３０１の動作を先ず説明する。スイープノッチ処理ブロック３０１の１つの実現例は図１１と関連して後に説明される。
【０００９】
模範的な例として、図４に示すように４つの連続するサブキャリアを除去して４×４．１２５＝１６．５ＭＨｚのヌルゾーンを生成する。
【００１０】
最初に、最も左の４つのトーンが、送信機内の対応するＩＦＦＴ位置にヌル値を挿入することによって除去される。この状態が所定の期間維持される。次のタイムスロットにおいて、ノッチの位置が１つのサブキャリア位置だけシフトされる。このシフトが図５に示されている。
【００１１】
ノッチのシフト間の時間インターバルの一例は２０ｍｓである。これは、２つのサブキャリアの除去により保護できるサービスを６０ｍｓの期間に亘って保護できる。１２８サブキャリアのサイクルに拡張するものと仮定すると、保護インターバル間の期間は１２８×２０ｍｓ＝２．５６秒になる。これは、デバイスのパワーオン後にユーザは数秒間サービスを取得し接続を確立することができることになるので、初めて始動する犠牲サービスからみると満足できる。アップリンク通信が保護を受けるデバイスから開始したら、犠牲サービスのダウンリンク信号の既知の位置を保護するために、スイープされたノッチを固定のノッチと置き換えることができる。この保護は既知のデュプレックススペーシングに基づく又は保護を受けるサービスにより使用されることが知られている限定セットの可能なデュプレックススペーシングに基づくものとすることができる。
【００１２】
第２の模範的実施例は、アクティブ干渉相殺技術を使用する場合に関連する。（H. Yamaguchi、「Active interference cancellation technique for MB-OFDM cognitive radio」、Microwave Conference, 2004, 34th European Volume 2, Oct.13, pp.1105-1108参照）。
【００１３】
上記の引用文献には、典型的にはヌルにすべき領域の端に位置するアクティブ干渉相殺トーンを使用して深いノッチを生成できることが示されている。完全な数学的基礎を再現しなければ、本質的な表記法は次の通りである。
【００１４】
アップサンプルされた周波数領域ベクトルＹは、次の行列積から計算できる。
Ｙ[512,1]＝Ｐ[512,128]・Ｘ[128,1]
ヌルにすべきＹのセグメントはｄlとして定義される。
ｄl[ｎu,1]＝Ｐ2[ｎu,128]・Ｘ1[128,1]
ここで、Ｘ1[128,1]はゼロにセットされた長さｎnull−ｎaicの連続セグメントを有する送信ＯＦＤＭトーンのベクトルである。ｎu＝４(ｎnull−ｎaic−１)＋１；ｎaicはＡＩＣトーンの数である。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
上記の式において、Ｐ１及びＰ２は周波数領域アップサンプリングを実行するために使用される変換カーネルＰの部分行列であり、ｈは挿入すべきアクティブ干渉相殺値のベクトルであり、Ｘ１は送信すべき情報シンボルのベクトルであるがアクティブ干渉相殺ベクトルｈが挿入されてゼロと置き換えられる位置を有する。行列Ｗ２の値は任意の所定の所望ノッチに対して固定され、予め計算できる。
【００１７】
「ヌリング行列」Ｗ２は一般にｎaicの有意行を有するのみであることが知られており、ｎaicは使用されるアクティブ干渉相殺トーンの数（代表的には２）である。この点を考慮すると、使用する各アクティブ干渉相殺トーンに対する１対のベクトル内積は行列乗算ｈ＝−Ｗ２Ｘ１と置き換えることができる。
【００１８】
所定のノッチは行列Ｗ２の対応する周期的シフトにより任意の所望の位置に移動させることができる点に注意されたい。本発明との関連では、これは、アクティブ干渉相殺ノッチを簡単な操作、即ち少なくとも１位置の周期的シフトで移動させることができるため、有用である。従って、ノッチ位置の規則的な周期的シフトを極めて簡単に達成できる。
【００１９】
図１１は、周期的にシフトされるＡＩＣノッチを上述したように生成する図３のスイープノッチ処理ブロックのブロック図を示す。制御回路１１０１は図１の種々のブロックの動作を制御する。
【００２０】
本例のＩＦＦＴのサイズは１２８であるものと仮定する。ＩＦＦＴに備えて、［128,1］の大きさの情報シンボルの行列が変換回路１１０３で形成される。次にブロック１１０５がヌルにすべきサブキャリアに対してそれらの値の代わりにゼロを挿入する処理を実行し、「ノッチされたＯＦＤＭシンボル」Ｘ１を形成する。同時に、所望のノッチ幅（ここでは５サブキャリアであるものとする）を考慮して選択されるヌリング行列Ｗ２をルックアップテーブル１１０７から読み出す。ヌリング行列は狭帯域ノッチの現在の所望位置に基づいて回路１１０９で周期的に回転される。ノッチされたＯＦＤＭシンボル及び回転されたヌリング行列がマルチプライヤ１１１１で乗算されて干渉相殺ベクトルｈが得られる。ブロック１１１３において、干渉相殺ベクトルｈの値がノッチされたＯＦＤＭシンボルのゼロ値と置き換えられ、ＡＩＣ  ＯＦＤＭシンボルＸ1’が生成される。このときＡＩＣ  ＯＦＤＭシンボルはその後のＩＦＦＴ処理のための準備が整う。
【００２１】
周期的にシフトされるＡＩＣノッチのためのＭＡＴＬＡＢ（登録商標）コードの例は以下の通りである。
【００２２】
％ Test AIC for OFDM showing cyclic shift of notch location (ノッチ位置の周期的シフトを示すＯＦＤＭ用のテストＡＩＣ)
％ 128 random QPSK symbols are transmitted using OFDM.(１２８ランダムＱＰＳＫシンボルをＯＦＤＭを用いて送信する。)
％ A null region is created by writing zeros in the required IFFT locations. (所要のＩＦＦＴ位置にゼロを書き込むことによりヌル領域を生成する。)
％ A MMSE solution is found to the set of complex tone values to replace the missing setoff minimum energy in the desired null band. (消失セットを所望のヌル帯域内の最小エネルギーに対して取り替えるために複素トーン値のセットに対してＭＭＳＥ解を求める。)
％ The resulting PSD for 1000such OFDM symbols is plotted. (１０００個のこのようなＯＦＤＭシンボルに対して得られるＰＳＤをプロットする。)
Clear；すべてクローズ
【００２３】
nr＝24:28;% null region range of sub-carriers (サブキャリアのヌル領域レンジ)
unr＝(nr-1)＊4+1;% null region indices at 4x oversampling (４×オーバサンプリングにおけるヌル領域インデックス)
unr1＝unr(2):unr(end-1);% this is the region for zero energy sub-carriers (これはゼロエネルギーサブキャリアのための領域である)。
【００２４】
P=zeros(length(nur1),128);% transform kernel for 4x oversampling (4×オーバサンプリングに対する変換カーネル)
for k=0:127
for 1=unr1
P(1+1-unr1(1),k+1)=sum(exp(j*2*pi*(0:127)*(k-(1-1)/4)/128));
end
end
fprintf(1,‘done calculating P＼n’)
P1=P(:,nr); % smaller transform kernel (小変換カーネル)
W1=inv(P1’*P1)*P1’;％ pre-calculation of Moore-Penrose pseudo inverse(ムーア−ペンロース擬似逆行列の事前計算)
W2=W1*P
for shift=1:5
stream=[];
for sim=1:1000
a=(rand(1,128)>0.5)*2-1+j*(rand(1,128)>0.5)*2-1);% vector of 128 QPSK sub-carriers(１２８のＱＰＳＫサブキャリアのベクトル)
a(nr)=0;% this region is hereby nulled (これによりこの領域はヌルになる)
ｈ＝-W2*a’;% calculation of required nulling tone set (所要のヌリングトーンセットの計算)
b=[a(1:nr(1)-1)h.’a(nr(end)+1:128);% insertion of tone set(トーンセットの挿入)
end
figure(shift)
pwelch(stream, 1024);% evaluate spectrum (スペクトル評価)
nr=nr+5;% shift notch location by 5 places(ノッチ位置を５位置だけシフト)
W2=[W2(:,128-5+1:end)W2(:,1:128-5)];% corresponding cyclic shift of W2(W2の対応する周期的シフト)
end
【００２５】
最後の“end”の前の最後の２行はノッチの「シフト」に関連する。シフトはグラフィック出力で明瞭にするために５つのＩＦＦＴビンにセットされている。犠牲サービスに対する干渉保護の期間を長くするために、一般性の損失なしに、このシフトを現実世界のシナリオで用いる単一ＩＦＦＴにセットすることができる。
【００２６】
図５−１０は、上記のコードの実行結果を示す５つの図である。これらは一連の５つの位置にノッチを有する場合の平均パワースペクトル密度を示す。ノッチは約４０ｄＢの深さを有し、ノッチの品質はノッチを所望位置へ移動させるのに使用する周期的シフト動作により影響されない点に注意されたい。
【００２７】
上述した送信機は受信信号のスイープノッチ特性に気づかない慣例の受信機とともに使用することができる。また、受信機は、所定のキャリア又は一連のキャリアに対するしきい値レベルより低いエネルギーが「ゼロ出力」になるように構成することができる。このようにすると、雑音が送信情報に間違われることはない。
【００２８】
本発明は、帯域内犠牲サービスを保護するために、例えば検出及び回避方法を用いる超広帯域無線トランシーバに有用であり、一般に認知無線ソリューションに有用である。スイープノッチは非常に観察可能な減少であるので、本発明のアプリケーションは高度に検出可能である点に注意されたい。
【００２９】
本発明は本発明の精神又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態に具体化できる。上記の説明はあらゆる点で単なる例示であり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、上記の説明ではなく添付の特許請求の範囲により特定され、その意味及び等価範囲に入るすべての変更が本発明の範囲に包含される点に注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】既知のＵＷＢ伝送システムのブロック図である。
【図２】図１のシステムにおけるＯＦＤＭサブキャリアのマッピングを示す図である。
【図３】本発明のスイープノッチＵＷＢ伝送システムのブロック図である。
【図４】図４のシステムにおけるＯＦＤＭサブキャリアの特定の時間におけるマッピングを示す図である。
【図５】図３のシステムにおけるＯＦＤＭサブキャリアの時間の経過に伴うマッピングを示す図である。
【図６】第１の時間インターバル中の図３の送信機のパワースペクトル密度をプロットした図である。
【図７】第２の時間インターバル中の図３の送信機のパワースペクトル密度をプロットした図である。
【図８】第３の時間インターバル中の図３の送信機のパワースペクトル密度をプロットした図である。
【図９】第４の時間インターバル中の図３の送信機のパワースペクトル密度をプロットした図である。
【図１０】第５の時間インターバル中の図３の送信機のパワースペクトル密度をプロットした図である。
【図１１】図３のスイープノッチ処理ブロックのブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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