(57)【要約】      （修正有）【課題】コグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する。【解決手段】受信ＲＦチェーンに結合される複数のエレメントを含むアンテナアレイを使用してＲＦ信号に対する複数の周波数帯域が検知され、複数のエレメントは個々に制御可能である。各周波数帯域に対し、アンテナアレイを使用してＲＦ信号に対する複数の空間方向が検知される。特定の周波数帯域について特定の空間方向においてＲＦ信号が検知されない場合、コグニティブ無線においてＲＦ信号を送信するために利用可能な周波数帯域、利用可能な方向及び特定のタイムスロットとして特定の周波数帯域、特定の方向及び特定のタイムスロットが割り当てられ、当該ＲＦ信号はアンテナアレイに接続される送信チェーンによって送信される。【選択図】図１Ａ
2008172760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法であって、
受信ＲＦチェーンに結合される複数のエレメントを含むアンテナアレイを使用してＲＦ信号に対する複数の周波数帯域を検知するステップであって、前記複数のエレメントは個々に制御可能である、ステップと、
各周波数帯域に対し、前記受信ＲＦチェーンに結合される前記複数のエレメントを含む前記アンテナアレイを使用して前記ＲＦ信号に対する複数の空間方向を検知するステップと、
特定の前記周波数帯域について特定の前記空間方向において前記ＲＦ信号が検知されない場合、コグニティブ無線において前記ＲＦ信号を送信するために利用可能な周波数帯域及び利用可能な方向として前記特定の周波数帯域及び前記特定の方向を割り当てるステップであって、前記ＲＦ信号は前記アンテナアレイに接続される送信チェーンによって送信される、ステップと
を含む、コグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項２】
種々の時間間隔にわたり前記複数の空間方向を検知するステップをさらに含む、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項３】
前記複数の空間方向は、前記複数のエレメントによって受信される前記ＲＦ信号を互いに対して時間シフトさせることによって検知される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項４】
前記複数の空間方向は、前記複数のエレメントによって受信される前記ＲＦ信号を互いに対して位相シフトさせることによって検知される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項５】
前記空間方向の集合は互いに直交し、前記方法は、同時に且つ同じ周波数帯域で前記空間方向の集合を検知するステップをさらに含む、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項６】
前記空間方向の数は、前記エレメントの数に等しい、請求項５に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項７】
前記検知するステップ及び前記割り当てるステップは、複数の送受信機によって協調して実行される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項８】
前記検知の結果は、周波数領域において分散される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項９】
前記分散は媒体アクセス層を使用する、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１０】
前記利用可能な周波数帯域に対し送信ビームフォーミング行列及び受信ビームフォーミング行列を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１１】
前記行列は量子化される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１２】
前記受信ＲＦチェーンと送信ＲＦチェーンとの間のＲＦ不均衡を較正するステップをさらに含む、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１３】
前記検知するステップ及び前記送信するステップは、異なる持続時間で分離される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１４】
前記検知するステップ及び前記送信するステップは、異なる周波数帯域で同時に行われる、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１５】
前記受信ＲＦチェーンは行列ＲｘＢＦに従って動作し、前記送信ＲＦチェーンは行列ＴｘＢＦに従って動作し、前記行列はＭＩＭＯネットワークに対する等価チャネル行列として結合される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１６】
前記受信ＲＦチェーンは行列ＲｘＢＦに従って動作し、前記送信ＲＦチェーンは行列ＴｘＢＦに従って動作し、前記行列は、マルチユーザネットワークに対する等価チャネル行列として結合される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１７】
前記割り当てるステップは集中化された場所において実行される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１８】
複数の送信チェーンは、時間多重化を使用して同じ利用可能な周波数帯域で前記ＲＦ信号を送信する、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【請求項１９】
各周波数帯域はサブキャリアの集合を含み、前記検知するステップ及び前記割り当てるステップは前記複数の空間方向に対する各サブキャリアに対して実行される、請求項１に記載のコグニティブ無線ネットワークにおいて未使用周波数帯域を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にはコグニティブ無線（ＣＲ）通信システムにおけるスペクトル検知技法に関し、特にアンテナアレイを有するＣＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コグニティブ無線技法では、セカンダリユーザ（ＣＲ送受信機）は、送信パラメータ及び受信パラメータを、それらの信号がプライマリユーザ（ＰＵ送受信機）の信号と干渉しないように動的に変化させる。従来、コグニティブ無線では、無線周波数スペクトル利用、ユーザ挙動及びネットワーク状態が考慮される。コグニティブ無線は、ＩＥＥＥ８０２．１５標準規格、ＩＥＥＥ８０２．１９標準規格及びＩＥＥＥ８０２．２２標準規格において考慮されている。従来、コグニティブ無線技法は、周波数領域のみを周期的にスキャンして未使用周波数帯域（「スペクトルホール（spectrum hole）」）の位置を特定することによって１次元スペクトル検知を行う。次に、ＣＲに対して未使用周波数帯域を使用することにより、ＰＵの信号と干渉しない信号を送信することができる。
【０００３】
正確な結果を取得するために、ＣＲにより持続時間Ｔｓ（ｆ）が使用され、周波数帯域ｆにおけるスペクトルを検知する。検知を、ＰＵ信号の出力を直接測定することによって行うことができ（出力ベース検知）、又はＰＵによって送信された信号の統計を分析することによって行うことができる（インテリジェント検知）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スペクトル検知を、局所検知（local sensing：局所センシング）及び協調検知（cooperative sensing：協調センシング）として分類することができる。局所検知は、単一ＣＲによって実行される。協調検知は、結果を共用する複数のＣＲによって実行される。局所検知の性能は、シャドウイング及びフェージングのために準最適である可能性がある。したがって、「隠れ（hidden）」ＰＵが存在する可能性がある。これは、単一ＣＲが、干渉信号を受け取る可能性のあるすべてのＰＵの存在を検出することができないためである。さらに、多数の未使用周波数帯域の位置特定は、協調することによってよりよく実行される。
【０００５】
協調スペクトル検知では、関連するＣＲは局所検知結果を交換することができ、それによりコグニティブネットワークは、未使用周波数帯域、又はさらにはＰＵの位置の正確な推定値を得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態は、コグニティブ無線（ＣＲ）においてＲＦスペクトルに対する時空間スペクトル検知を提供する。ＣＲはアンテナアレイを備える。本明細書で定義するアンテナアレイは、複数のアンテナエレメントを含む。アンテナエレメントを、個々に制御することができる。アンテナアレイを使用して、ＲＦスペクトルを周波数領域、時間領域及び空間領域においてスキャンすることにより、未使用周波数帯域を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ＣＲネットワーク
図１Ａは、本発明の実施形態が動作する無線ネットワークを示す。タスクは、未使用周波数帯域（図４における「スペクトルホール」４０１）を検出することである。次に、未使用周波数帯域を、コグニティブ無線に対する利用可能な周波数帯域として割り当てることができる。
【０００８】
より詳細には、本発明では、アンテナアレイを備えるコグニティブ無線を使用して未使用周波数帯域を検出することが望まれる。本明細書で定義するアンテナアレイは、空間次元、時間次元及び周波数次元に対し個々に制御することができる複数のアンテナエレメントを含む。
【０００９】
ネットワークは、プライマリユーザ（ＰＵ）ネットワーク１０４及びＰＵ送受信機１０３と、セカンダリユーザ（ＣＲ）１０１〜１０２とを含む。ＰＵ及びＣＲは、それらの信号が互いに干渉することができるように位置する。図示するように、通信リンクは、直接伝播、すなわち見通し内（line-of-sight）（ＬＯＳ）接続の形態である必要はない。本発明の実施形態を、任意の散乱／フェージング環境に適用することができる。
【００１０】
図１Ａに示すように、２つのＣＲ（ＣＲ１  １０１及びＣＲ２  １０２）は、互いに通信することを望む。ＣＲ１はアクセスポイント（ＡＰ）であり、ＣＲ２は移動局（ＭＳ）である。本発明の実施形態により、他のタイプのＣＲ送受信機が互いに通信することができる、ということが理解されるべきである。
【００１１】
ＰＵは、使用済み周波数帯域ｆ１を介してＲＦ信号を送受信する。ＣＲは、未使用周波数帯域ｆ２を検出する。次に、ＰＵによって使用されていないこの周波数帯域は、セカンダリユーザに割り当てられる。周波数帯域ｆ２は、周波数帯域ｆ１に干渉すべきではない。
【００１２】
ＣＲ送受信機
図１Ｂは、本発明の一実施形態によるコグニティブ無線（ＣＲ）１５０を示す。ＣＲは、１つ又は複数の送信ＲＦチェーン１５６及び受信ＲＦチェーン１５８に直接か又はスイッチ１５４を介して接続されるアンテナアレイ１５２を含み、送信ＲＦチェーン１５６及び受信ＲＦチェーン１５８は、それぞれ送信ビームフォーミング行列（ＴｘＢＦ）１６１及び受信ビームフォーミング行列（ＲｘＢＦ）１６２に従って動作する送信ユニット１５７及び受信ユニット１５９にそれぞれ接続される。コントローラ１７０が、本明細書で説明するようなさまざまなコンポーネントのすべての動作を制御する。
【００１３】
アンテナアレイ１５２は、ＲＦチェーンを介して個々に制御する（１７０）ことができる複数のアンテナエレメント１５１を含む。ＲＦチェーンとアンテナアレイとの接続に応じて、エレメントは、送信若しくは受信することができるか、又はその両方が可能である。本明細書で説明する、アンテナエレメントによって送信される無線信号は、空間、時間及び周波数が変化する可能性がある。
【００１４】
ビームフォーミング行列１６１〜１６２を使用することにより、アンテナアレイを、特定の空間方向に「ステアリングする（steer）」ことができる。ステアリングは、個々のアンテナエレメント１５１においてＲＦ信号を空間領域において時間シフトするか又は周波数領域において位相シフトすることによって達成される。これはビームフォーミングと呼ばれる。
【００１５】
チャネルモデル
行列Ｈ（ＣＲ）ｋｊ（ｆ）は、周波数ｆにおけるＣＲｋからＣＲｊまでのＣＲチャネル状態情報（ＣＳＩ）行列を表す。ベクトルｈ（ｉｆｉ）ｋ＿ｎ（ｆ）は、周波数ｆにおいてＣＲｋにおいて検出された、指標ｎによる特定のＰＵからの第ｎの干渉チャネルベクトルを示す。１つのＰＵから複数の干渉信号が送信される場合、各信号は、１つの仮想ＰＵとしての役割を果たす。このため、チャネルベクトルｈ（ｉｆｉ）ｋ＿ｎ（ｆ）が依然として適用される。ここで、ＮＴ＿ｋ及びＮＲ＿ｋを、ＣＲｋにおけるアレイ１５２の送信アンテナエレメント及び受信アンテナエレメントの数として示し、ＮＴ＿ｋ＝ＮＲ＿ｋ＝Ｎｋ、∀ｋとする。
【００１６】
ＣＲでは、ＲＦチェーン１５８を介するスペクトル検知及びＲＦチェーン１５６を介するデータ送信を、時分割方式で行うことができる、すなわち、未使用周波数帯域を時間領域で選択的に検知することができるか、又は異なるＣＲにより周波数領域において協調方式で行うことができる。結果を、フォーマットして、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層を使用して周波数領域において分散させることができる。
【００１７】
ＮＳ＿ｋが、時分割検知シナリオでのＣＲｋにおけるアンテナエレメントの数を示すものとし、ＮＳ＿ｋ＝Ｎｋとする。ＮＳ＿ｋ≠Ｎｋが可能である、異なるＣＲによる検出については後述する。
【００１８】
したがって、行列Ｈ（ＣＲ）ｋｊ（ｆ）の次元はＮｊ×Ｎｋであり、ベクトルｈ（ｉｆｉ）ｋ＿ｎ（ｆ）の次元はＮｋ×１である。これらの設定により、周波数ｆにおいてＣＲｋによって検出されるＰＵからの第ｎの検知信号ベクトルは以下の通りである。
【００１９】
【数１】
2008172760.tif 000003
【００２０】
式中、ｘ（ｉｆｉ）ｎ（ｆ）は周波数ｆにおいて第ｎのＰＵによって送信される信号であり、ベクトルｖｋ（ｆ）はＣＲｋにおける付加雑音を表す。
【００２１】
周波数ｆにおけるＣＲ通信リンクを以下のように表すことができる。
【００２２】
【数２】
2008172760.tif 000004
【００２３】
式中、ｘｋ（ｆ）はＣＲｋからのＬｋ×１送信ベクトル（Ｌｋ≦ｍｉｎ（Ｎｋ，Ｎｊ））であり、Ｔｋ（ｆ）はＣＲｋにおけるＮｋ×Ｌｋ送信ビームフォーミング行列である。
【００２４】
受信機が、信号検出の前にＲｘＢＦ行列１６２を適用することが可能である。これを、以下のように表すことができる。
【００２５】
【数３】
2008172760.tif 000005
【００２６】
式中、Ｒｊ（ｆ）はＮｊ×ＬｊＲｘＢＦ行列１６２であり、（．）Ｈは行列共役転置を表し、Ｈ（ＣＲ）’ｋｊ＝Ｒｊ（ｆ）ＨＨ（ＣＲ）ｋｊであり、雑音ベクトルｖ’ｊ（ｆ）＝Ｒｊ（ｆ）Ｈｖｊ（ｆ）であり、ｓｋｊ（ｆ）がＬｊ×１等価受信ベクトルである。なお、式（３）は、変更チャネル行列及び雑音ベクトルの詳細以外は式（２）と概ね同様であることに留意されたい。ｘｋ（ｆ）において送信データを正しく回復するためには、Ｌｊ≧Ｌｋとなることが必要である。
【００２７】
ビームフォーミング
図２は、散乱／フェージングチャネルにおける送信ビームフォーミングＴｘＢＦ及び受信ビームフォーミングＲｘＢＦを示す。円２０１及び２０２は、それぞれ、信号が散乱する可能性のあるＣＲ１及びＣＲ２の周囲のエリアを表す。
【００２８】
２次元ビームフォーミングの場合、Ｌｋ＝Ｌｊ＝２である。周波数ｆでは、互いに直交するか又は干渉しない最強のクラスタ間経路を、経路２０３及び２０４によって示す。送信機及び／又は受信機は、これら２つの経路に対応するそれらのビームを形成するように選択することができ、ｔｋ＿ｉ（ｆ）及びｒｋ＿ｉ（ｆ）は、それぞれＣＲｋにおける第ｉの送信ビームフォーミングベクトル及び第ｉの受信ビームフォーミングベクトルを示す。
【００２９】
したがって、ＴｘＢＦ行列１６１及びＲｘＢＦ行列１６２を、以下のように表すことができる。
【００３０】
【数４】
2008172760.tif 000006
【００３１】
任意のタイプのビームフォーミングを使用することができるということが留意されるべきである。これは、複数のＣＲが同じ周波数ｆで動作し、ＴｘＢＦ及びＲｘＢＦが、各ＣＲにおいてマルチユーザ干渉及びマルチストリーム干渉の両方を軽減するために使用される、という場合を含む。
【００３２】
時空間周波数ＲＦスペクトル検知
従来技術では、１次元局所周波数検知は、空間方向を考慮しない。それは、ランダム方向受信アンテナアレイ又は固定ＲｘＢＦ行列を用いる検知と等価である。
【００３３】
本発明の実施形態によるＲＦスペクトル検知の時空間周波数検知では、アンテナアレイ１５２への入力に、調整可能なＮｋ×１ＲｘＢＦベクトルｂｋ（ｆ）が適用される。ベクトルｂｋ（ｆ）は、事前に確定された「スウィープルート（sweeping route）」を使用して異なる周波数帯域において時間の経過によって変化する。ベクトルｂｋ（ｆ）に割り当てられる値は、異なる適用に応じて異なってもよい。
【００３４】
図３Ａに示すように、高空間検知分解能が必要な場合、ベクトルｂｋ（ｆ）３１０を、方位角及び高度角（θ，φ）に従って特定の空間方向に向けることができる。図３Ｂは、等価アンテナパターンを示す。この例では、アンテナエレメントのすべてが全方向である。この場合において、ビームフォーミングベクトルｂを以下のように表すことができる。
【００３５】
【数５】
2008172760.tif 000007
【００３６】
式中、β（φ）はφに対応する関数であり、Δｋは隣接するアンテナエレメント間の間隔である。なお、式（５）におけるベクトルｂｋ（ｆ）を、アンテナアレイ及び各アンテナエレメントの任意のパターンに対する任意の空間設定を提供するように変更することができるということに留意されたい。
【００３７】
図３Ｂに示すように、等価アンテナパターンの主ローブ３０１が比較的狭いことにより、より多くの量子化空間方向が検知される可能性がある。ベクトルｂｋ（ｆ）の他の値により、主ローブが広くなる可能性もあり、それは、検知分解能がより低く、検知される量子化空間方向の数が低減することに対応する。
【００３８】
時空間周波数スペクトル検知では、ベクトルｂｋ（ｆ）を周期的に調整することにより、異なる空間方向において異なる周波数帯域が検知される。これら方向は、等価アンテナパターンの主ローブ３０１の異なる空間方向に対応する。たとえば、集合Ψｋ（ｆ）に、周波数帯域ｆにおいてＣＲｋで検知されるＰＵ信号を収集させる。次に、式（５）の指向性アンテナアレイ設定の下では、周波数ｆ及び方向（θ，φ）における検知出力を、以下の式によって表すことができる。
【００３９】
【数６】
2008172760.tif 000008
【００４０】
式中、ａｋ（ｆ，θ，φ）は時間変化値である。
【００４１】
持続時間Ｔｓ（ｆ）にわたって検知することにより、ＣＲは、出力ベース方法か又は他のインテリジェント方法のいずれかにより従来のスペクトル検知を行うことができる。言い換えれば時間変化変数ａｋ（ｆ，θ，φ）は、空間パラメータを考慮することなく従来のＣＲの観測値のように作用する。この場合もまた、空間検知は、ビームフォーミングベクトルｂ（ｆ）３１０か又は等価アンテナパターン３０１の値に基づく。
【００４２】
次に、図４に示すように、ＣＲは、現検知結果を収集することによって時間変化集合Γｋ（ｆ）に格納される利用可能な空間スペクトルホール（space-spectrum hole）４０１の「マップ」を形成する。図４は、３つの周波数帯域ｆ１、ｆ２及びｆ３に対する本発明による空間スペクトル検知の一例を示し、空間は垂直軸に沿い、周波数は水平軸上であり、時間は他の２つの軸に直交する。未使用周波数帯域は「ホール」４０１である。空間平面及び周波数平面における残りのエリア４０２は、恐らくはＣＲによって検知されるＰＵ信号によって使用される。図４では、３つの周波数帯域はすべて、部分的にいくつかのＰＵによって占有されている。
【００４３】
たとえば１つの全方向アンテナのみを使用することによって、従来技術において行われるように空間検知がない場合、ＣＲは、恐らくはいかなるスペクトルホールの位置も特定しない。また、たとえばエリア４０３において、従来技術におけるように固定方向アンテナを用いることより、検出されるスペクトルホールは少なくなる。したがって、本発明の実施形態による時空間周波数ＲＦスペクトル検知は、従来の１次元ＣＲ検知方法に比較してより多くの利用可能なスペクトルホールの位置を特定する。
【００４４】
より小さい周波数帯域にわたって検知することにより、追加のスペクトルホールの位置を特定することができる。これを、各検知段階においてＣＲに対して到達可能帯域幅全体のうちの一部分を検知し、その後異なる検知段階を使用して全周波数帯域の異なる部分で検知することにより、実現することができる。したがって、ＲＦスペクトルの時空間周波数検知により、検知時間が長くなる。周波数検知帯域幅を低減することにより、ハードウェア設計もまた簡略化することができる。
【００４５】
ＣＲｋにおいてＮｋ個のエレメント１５１のアンテナアレイ１５２を使用するＲＦスペクトルの時空間周波数検知の場合、ＣＲ１５０は、以下の式に従ってＮｋ個の直交ビームを同時に形成することができる。
【００４６】
【数７】
2008172760.tif 000009
【００４７】
ここで、２つのベクトル間の内積〈ｂｋ＿ｍ（ｆ），ｂｋ＿ｎ（ｆ）〉＝０，∀ｍ≠ｎであり、ビームフォーミング行列Ｂｋ（ｆ）はＮｋ×Ｎｋ直交行列である。次に、ＲｘＢＦ行列Ｂｋ（ｆ）１６２を、式（６）の形式でＮｋ個の検知統計値を導出するように直接適用することができる。これにより、検知に必要な時間がＮｋの因数（a factor of Nk）だけ低減する。
【００４８】
協調ＣＲは、検知結果を交換して未使用周波数帯域における通信を可能にすることができる。Γｋ（ｆ）≠φである場合、ＣＲｋは未使用周波数ｆを報告する。
【００４９】
ビームフォーミングによるＲＦスペクトルの時空間周波数検知
時空間周波数検知を、ＴｘＢＦ１６１及び／又はＲｘＢＦ１６２と結合することができる。上述したように、検知しない場合、送信機及び受信機は、最適なビームフォーミングステアリングベクトル／行列の位置を、すべてのあり得る空間方向にわたって現チャネル状態に従って特定することができる。
【００５０】
本発明による時空間周波数検知及びビームフォーミングの基本概念を、以下のように説明することができる。
【００５１】
ＣＲｋは周波数ｆでＣＲｊに送信し、すなわちΓｋ（ｆ）≠φ、Γｊ（ｆ）≠φである。したがって、ＴｘＢＦ１６１のベクトルＴｋ（ｆ）は、検出された未使用周波数帯域Γｋ（ｆ）内で選択される。さらに、ＣＲ受信機ｊは、ＰＵからいかなる干渉も観測すべきではない。そのため、式（３）のＲｘＢＦ１６２が直接適用され、Ｒｊ（ｆ）のＲｘＢＦベクトルはΓｊ（ｆ）の検出された未使用周波数帯域内で選択される。
【００５２】
【数８】
2008172760.tif 000010
【００５３】
である場合に、
【００５４】
【数９】
2008172760.tif 000011
【００５５】
である時、
【００５６】
【数１０】
2008172760.tif 000012
【００５７】
であるため、第ｎのＰＵは、ＣＲｋからの弱い干渉を観測するであろう。
【００５８】
ＣＲ受信機ｊにおいて、検知結果（「空間スペクトルホール」）は以下を意味する。
【００５９】
【数１１】
2008172760.tif 000013
【００６０】
このため、行列ＲｘＢＦ１６２に対してベクトルｂｊ＿ｎ（ｆ）Ｈが使用される場合、ＣＲｊにおいて観測される任意のＰＵからはほとんど干渉がない。したがって、ＣＲ及びＰＵは、互いに干渉することなく同じ周波数帯域ｆで動作することができる。これにより、ＣＲ及びＰＵネットワークのシステムレベル効率を大幅に向上させることができる。
【００６１】
式（３）によれば、行列ＴｘＢＦ及びＲｘＢＦを、ＭＩＭＯ及び／又はマルチユーザシステム等において、他の任意の送信機設計及び／又は受信機設計と結合することができ、式（３．３）は等価チャネルモデルを表す。
【００６２】
たとえば線形プレコーディング（linear precoding）を使用することにより、事前に確定された（量子化）ステアリングベクトルテーブルにわたるビームフォーミングの場合、空間検知は、ステアリングテーブルのベクトルにわたって実行される。次に、ＣＲは、サイズが低減した新たなステアリングテーブル、すなわち空間スペクトルホールのみに対応するステアリングベクトルを構成することができる。次に、この新たなテーブルを用いてビームフォーミングを行うことができる。これにより、ステアリングベクトルの位置を特定する複雑性を低減することができる。時空間周波数検知が元のステアリングテーブル内で行われない場合、更新されたテーブルは、結果としての空間スペクトルホールに対応するステアリングベクトルを含む。
【００６３】
変形
ここまで、ビームフォーミングを使用するアンテナアレイの電子「ステアリング」について説明した。しかしながら、アンテナアレイエレメントの方位角及び高度角（θ，φ）を物理的に調整することにより、異なる空間方向を検知することも可能であるということが理解されるべきである。
【００６４】
時空間周波数スペクトル検知を、協調検知まで拡張することができ、その場合、局所時空間周波数検知結果は、複数のＣＲによって結合される。検知を協調方式で実行することができるが、利用可能な周波数帯域及び方向の処理並びに割当ては集中化して実行することができる。
【００６５】
時空間周波数スペクトル検知は、上述したように、同じ周波数帯域においてＣＲ送信機又はＣＲ受信機におけるマルチユーザビームフォーミングの場合に適用可能である。
【００６６】
時空間周波数スペクトル検知は、シングルキャリア（ＳＣ）システム及び直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムの両方に適用可能である。ＳＣの場合、周波数帯域にわたる検知は、ＣＲのキャリア周波数を変更することによって達成される。ＯＦＤＭの場合、同じタスクを、検知段階中の広帯域ＯＦＤＭ信号の異なるサブキャリアにおけるキャリア検知とエネルギーの監視との組合せによって実行することができる。ＯＦＤＭでは、上記のビームフォーミング方式を各サブキャリアで行うことができる。
【００６７】
アンテナアレイを備える送信機ＣＲｋにおける時空間周波数スペクトル検知の場合、送信チェーン１５６のＲＦ応答と受信チェーン１５８のＲＦ応答との差は精度を低減する可能性がある。これは、チャネル行列が物理的な伝播チャネルのみでなくＲＦ応答も含むためである。これらＲＦ不均衡を低減するために、ＣＲネットワークにおけるピア局の支援によりハードウェア較正及び無線較正を行うことができる。これを、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）信号方式によって支援することができる。
【００６８】
スペクトル検知及びデータ送受信が異なるユーザ及び異なる周波数帯域によって行われる場合、時空間スペクトル検知を依然として但し検知精度を低下させて適用することができる。特に小規模のフェージングに対し、異なるアンテナアレイにもたらされるフェージングの特性が同一でない可能性があるため、空間検知結果は、データ送受信のために使用されるアンテナによってもたらされるものからずれる可能性がある。アンテナアレイのこれら２つのセットが実質的に同一の場所にある場合、且つ空間検知結果が主に、両アレイに対して同じである可能性のある局所散乱及び空間パラメータによって確定される場合、空間検知結果は依然として有効である。
【００６９】
ＮＳ＿ｋ≠Ｎｋである場合、時空間周波数スペクトル検知により、データ送受信を行う前に、次元Ｎｋ×１のステアリングベクトルｂ’ｋ（ｆ）に変換される場合、次元ＮＳ＿ｋ×１のステアリングベクトルｂｋ（ｆ）がもたらされる。この変換は、等価アンテナパターンの変化が最小であるように行われる。たとえば、ｂｋ（ｆ）が式（５）におけるように異なる方向（θ，φ）に向けられる場合、更新された未使用周波数帯域に対するｂ’ｋ（ｆ）は、同じ空間パラメータ（θ，φ）を有する式（５）の場合と同じ形式である。
【００７０】
本発明を、好ましい実施形態の例を用いて説明したが、本発明の精神及び範囲内でさまざまな他の適応及び変更を行うことができるということが理解されなければならない。したがって、本発明の真の精神及び範囲内にあるこうしたすべての変形及び変更を包含することが添付の特許請求の範囲の目的である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１Ａ】本発明の実施形態を使用するコグニティブ無線ネットワークの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態によるコグニティブ無線のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるコグニティブビームフォーミングの概略図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるビームフォーミングベクトルのグラフである。
【図３Ｂ】図３Ａのベクトルに対応するアンテナアレイのエネルギーパターンの図である。
【図４】本発明の一実施形態による時空間周波数検知のグラフである。
【図１Ａ】
2008172760.tif 000014
【図１Ｂ】
2008172760.tif 000015
【図２】
2008172760.tif 000016
【図３Ａ】
2008172760.tif 000017
【図３Ｂ】
2008172760.tif 000018
【図４】
2008172760.tif 000019
【外国語明細書】
2008172760.tif 000020
2008172760.tif 000021
2008172760.tif 000022
2008172760.tif 000023
2008172760.tif 000024
2008172760.tif 000025
2008172760.tif 000026
2008172760.tif 000027
2008172760.tif 000028
2008172760.tif 000029
2008172760.tif 000030
2008172760.tif 000031
2008172760.tif 000032
2008172760.tif 000033
2008172760.tif 000034
2008172760.tif 000035
2008172760.tif 000036
2008172760.tif 000037
2008172760.tif 000038
2008172760.tif 000039
2008172760.tif 000040
2008172760.tif 000041
2008172760.tif 000042
2008172760.tif 000043
2008172760.tif 000044
2008172760.tif 000045