(57)【要約】【課題】簡易な構成で、かつ、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに対する干渉を回避しながら、効率的なコグニティブ無線を行う。【解決手段】信号検出装置は、時間間隔Ｔ１、Ｔ２の２つの受信信号を検出する。電力比較部は、検出された２つの受信信号の受信電力を比較し、信号選択部は、受信電力の大きい受信信号を選択する。受信ウエイト計算部は、選択された受信信号の情報に基づいて、干渉除去を行うための重み付け値を算出する。受信信号ウエイト乗算部は、重み付け値と受信信号とを乗算し、送信信号ウエイト乗算部は、重み付け値と複数のアンテナ素子と同数に分岐した送信信号とを乗算する。送受信タイミング決定部は、電力比較部による比較結果に基づいて、通信品質がしきい値α以下になった場合に、通信品質がしきい値α以上となる他のＰｒｉｍａｒｙシステムに切り換える。【選択図】図１
2008311745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置において、
他システムからの干渉源となる第１のノードと前記第１のノードと通信を行う第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付け手段と、
前記重み付け手段による重み付けを用いて受信された受信信号の通信品質を判断する通信品質判断手段と、
前記通信品質判断手段により通信品質が所定のしきい値を超えないと判断された場合、前記第１のノードを他のノードに切り換え、該他のノードを新たな第１のノードとする切換手段と、
前記切換手段により切り換えられた前記第１のノードと、前記第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で得られる２つの受信信号の受信電力を測定する電力測定手段と、
前記電力測定手段により測定された受信電力のどちらが大きいか判断する判断手段と、
前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の時間間隔を、前記送信手段による送信タイミングとする送受信条件決定手段と
を具備することを特徴とする送受信装置。
【請求項２】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置において、
他システムのノードからの干渉波電力を測定する干渉波電力測定手段と、
前記干渉波電力測定手段により測定された干渉波電力が所定のしきい値を超えたか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により干渉波電力が所定のしきい値を超えたと判断された場合には、干渉波電力が前記所定のしきい値を超えない前記他システムの他のノードを第１のノードとして検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された第１のノードと、該第１のノードと通信する第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付け手段と、
前記第１のノードからの受信信号の時間間隔を前記送信手段による送信タイミングとし、前記第２のノードからの受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとする送受信条件決定手段と
を具備することを特徴とする送受信装置。
【請求項３】
前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる周波数で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の周波数を前記受信手段による受信周波数とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の周波数を、前記送信手段による送信周波数とすることを特徴とする請求項１記載の送受信装置。
【請求項４】
前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる周波数で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の周波数を前記受信手段による受信周波数とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の周波数を、前記送信手段による送信周波数とすることを特徴とする請求項２記載の送受信装置。
【請求項５】
前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる符号で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の符号を前記受信手段による符号とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の符号を、前記送信手段による符号とすることを特徴とする請求項１記載の送受信装置。
【請求項６】
前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる符号で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の符号を前記受信手段による符号とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の符号を、前記送信手段による符号とすることを特徴とする請求項２記載の送受信装置。
【請求項７】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置による通信方法において、
他システムからの干渉源となる第１のノードと前記第１のノードと通信を行う第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付けステップと、
前記重み付けを用いて受信された受信信号の通信品質を判断する通信品質判断ステップと、
前記通信品質が所定のしきい値を超えないと判断された場合、前記第１のノードを他のノードに切り換え、該他のノードを新たな第１のノードとする切換ステップと、
前記切り換えられた前記第１のノードと、前記第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で得られる２つの受信信号の受信電力を測定する電力測定ステップと、
前記測定された受信電力のどちらが大きいか判断する判断ステップと、
前記受信電力が大きいと判断された受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の時間間隔を、前記送信手段による送信タイミングとする送受信条件決定ステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置による通信方法において、
他システムのノードからの干渉波電力を測定する干渉波電力測定ステップと、
前記測定された干渉波電力が所定のしきい値を超えたか否かを判断する判断ステップと、
前記干渉波電力が所定のしきい値を超えたと判断された場合には、干渉波電力が前記所定のしきい値を超えない前記他システムの他のノードを第１のノードとして検索する検索ステップと、
前記検索された第１のノードと、該第１のノードと通信する第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付けステップと、
前記第１のノードからの受信信号の時間間隔を前記送信手段による送信タイミングとし、前記第２のノードからの受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとする送受信条件決定ステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数システムを同一周波数で運用する無線通信システムにおいて、新規システム（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム）において、優先システム（Ｐｒｉｍａｒｙシステム）におけるＴＤＤ（Time Division Duplex）システムの特徴を利用した干渉除去技術を用いることにより、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの通信効率を低下させることなく、システム全体を考えた場合に、面的な周波数利用効率を著しく向上させる送受信装置とその通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や、無線ＬＡＮなどの普及により、限られた周波数帯域において、できるだけ高速な伝送を行うための技術が検討されている。限られた帯域において高速伝送を実現する手段としては、近年、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が注目を集めている。ＭＩＭＯとは、送信側と受信側とに、それぞれアレーアンテナを用い、送信側においては、アンテナ毎に異なるデータを送信し、受信側においては、何らかの干渉除去技術・復号技術により、異なる信号を復元することで、単一アンテナ同士の送受信に比べ、同一周波数で著しく伝送速度を向上する技術である。既に、無線ＬＡＮシステムなどにおいて導入されている。
【０００３】
しかしながら、ＭＩＭＯ技術においては、送受信のアンテナ数が高速伝送のキーとなる。したがって、非常に高い周波数利用効率を実現するためには、かなりのアンテナ素子数を必要とする。小型の端末を考えた場合、アンテナ素子数の増加は、ハードウエア規模の増大になるため、望ましくない。
【０００４】
このＭＩＭＯ技術とは別の方法で、周波数の有効利用を図る手段として、コグニティブ（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ）無線技術が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。該コグニティブ無線技術とは、無線機が周囲の電波環境を認識し、適切な周波数帯域を選択して利用することにより、空いている周波数帯域を有効に活用する技術である。コグニティブ無線により、通常注目されていなかった周波数や、時間を有効に活用できるため、単位面積あたりの周波数を大幅に向上させることができる。
【０００５】
図１８は、コグニティブ無線技術の概要を説明するための概念図である。図１８において、１−１、１−２は、２つの優先システム（Ｐｒｉｍａｒｙシステム）であり、２−１〜２−６は、複数のコグニティブシステム（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム）である。また、３は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの通信可能領域である。４−１、４−２は、各々、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２のアンテナの指向性である。
【０００６】
コグニティブ無線では、元々、ある通信帯域を使用するＰｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２と、該Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が使用していない周波数、時間などを監視して、この情報を基に通信を行うＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６とが存在する。基本的には、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、優先的に与えられた通信帯域を使用することが可能であり、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、自分自身の通信によって、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２に干渉を与えることにより、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の効率を低下させることがあってはならない。また、通常、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の存在を認識することはできない。
【非特許文献１】S. Haykin, “Cognitive radio: Brain-empowered wireless communications”, vol.23, no.2, pp.201-220, Feb. 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コグニティブ無線では、通常、以下の手段で通信を行う。
（手順１）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が使用していない時間または周波数を検出する。
（手順２）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、自らが行う通信により、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機に干渉を与えないかどうかを確認する。
（手順３）Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、上記手順２で問題がないと判断した場合、上記手順１で検出した周波数もしくは時間により通信を行う。
【０００８】
以上が、コグニティブ無線における通信手順である。しかしながら、まず、上記手順１を行う際に問題が生じる。例えば、ＴＤＤを考えてみる。ＴＤＤシステムにおいては、局は、あるタイミングで受信し、その間は送信しない。一方、送信している間は、信号を受信しない。ハードウエアとしては、送信装置と受信装置との間に、時間分割スイッチ（ＴＤＤスイッチ）が配置される。したがって、例えば、ある時間に、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１からの干渉を検出しなかったとしても、その時間で送信を行うと、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−２へ干渉を与えることになる。
【０００９】
また、例え、「ある周波数」、あるいは「ある時間」において、信号が到来していないと、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の受信機が判断したとしても、時間的にその状態が変動する可能性や、隠れ端末の存在といった問題などにより、正しく信号を検出できない場合がある。したがって、コグニティブ無線では、非常に高い精度の信号検出が要求される。
【００１０】
これを改善する手段として、信号の周期定常性（Cyclostationary）を利用した検出方法が提案されている。これは、例えば、文献１（Cabric, D, et al., “Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios”, Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference, vol.1, pp.772 - 776, 7-10 Nov. 2004.）に開示されている。この方法では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の搬送波周波数、もしくはシンボルレートと変調方式が事前に分かっていれば、非常に低いＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）においても、信号検出が可能となる。しかしながら、この方法は、検出に非常に多くの時間と信号のサンプル数とを必要とするため、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の伝搬環境が変化する場合などの対応が困難となるといった問題が生じる。
【００１１】
次に、上記手順２でも問題が発生する。先に述べたように、原則として、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのことを認識することができない。例えば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が、ある周波数において、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１の送信機からの信号レベルが低いと判断し、この周波数が使えると判断したとしても、その周波数でそのまま送信を行うと、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−２に干渉を与える可能性がある。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が与える干渉は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機が判断することが最も確実な方法である。
【００１２】
しかしながら、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６の存在を認識することができない。よって、これを実現するために、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が発生するある信号をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６が定常的に観測し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の存在を把握する方法が考えられている。
【００１３】
これは、コグニティブ無線ではなくても、従来の無線システムにおけるキャリアセンスと同じ原理と考えることができる。キャリアセンスに関しては、例えば、文献２（守倉、久保田、”改訂版８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書”、第４章、インプレス社、２００５年）に開示されている。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６がＰｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の受信機に近づいた場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２から送信される信号を受信することで、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の存在を把握し、この信号電力の大きさに基づいて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム２−１〜２−６は、上記手順２を行うことができる。
【００１４】
しかしながら、コグニティブ無線を考えた場合、この精度は非常に高いものが求められる。したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２のあらゆる周波数でキャリアセンスを行うことが有効であるが、これを行うと、干渉検出（Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の通信信号検出）に非常に多くの時間を要するという問題が生じる。
【００１５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、かつ、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに対する干渉を回避しながら、効率的なコグニティブ無線を行うことができる送受信装置及びその通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置において、他システムからの干渉源となる第１のノードと前記第１のノードと通信を行う第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付け手段と、前記重み付け手段による重み付けを用いて受信された受信信号の通信品質を判断する通信品質判断手段と、前記通信品質判断手段により通信品質が所定のしきい値を超えないと判断された場合、前記第１のノードを他のノードに切り換え、該他のノードを新たな第１のノードとする切換手段と、前記切換手段により切り換えられた前記第１のノードと、前記第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で得られる２つの受信信号の受信電力を測定する電力測定手段と、前記電力測定手段により測定された受信電力のどちらが大きいか判断する判断手段と、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の時間間隔を、前記送信手段による送信タイミングとする送受信条件決定手段とを具備することを特徴とする送受信装置である。
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置において、他システムのノードからの干渉波電力を測定する干渉波電力測定手段と、前記干渉波電力測定手段により測定された干渉波電力が所定のしきい値を超えたか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により干渉波電力が所定のしきい値を超えたと判断された場合には、干渉波電力が前記所定のしきい値を超えない前記他システムの他のノードを第１のノードとして検索する検索手段と、前記検索手段により検索された第１のノードと、該第１のノードと通信する第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付け手段と、前記第１のノードからの受信信号の時間間隔を前記送信手段による送信タイミングとし、前記第２のノードからの受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとする送受信条件決定手段とを具備することを特徴とする送受信装置である。
【００１８】
本発明は、上記の発明において、前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる周波数で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の周波数を前記受信手段による受信周波数とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の周波数を、前記送信手段による送信周波数とすることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記の発明において、前記送受信条件決定手段は、前記第１のノードと前記第２のノードとが異なる符号で通信する場合、前記判断手段により、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の符号を前記受信手段による符号とし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の符号を、前記送信手段による符号とすることを特徴とする。
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置による通信方法において、他システムからの干渉源となる第１のノードと前記第１のノードと通信を行う第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付けステップと、前記重み付けを用いて受信された受信信号の通信品質を判断する通信品質判断ステップと、前記通信品質が所定のしきい値を超えないと判断された場合、前記第１のノードを他のノードに切り換え、該他のノードを新たな第１のノードとする切換ステップと、前記切り換えられた前記第１のノードと、前記第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で得られる２つの受信信号の受信電力を測定する電力測定ステップと、前記測定された受信電力のどちらが大きいか判断する判断ステップと、前記受信電力が大きいと判断された受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとし、前記受信電力が小さいと判断された受信信号の時間間隔を、前記送信手段による送信タイミングとする送受信条件決定ステップとを含むことを特徴とする通信方法である。
【００２１】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の送受信分岐手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される送信手段と、前記複数の送受信分岐手段の各々に接続される受信手段とを具備する送受信装置による通信方法において、他システムのノードからの干渉波電力を測定する干渉波電力測定ステップと、前記測定された干渉波電力が所定のしきい値を超えたか否かを判断する判断ステップと、前記干渉波電力が所定のしきい値を超えたと判断された場合には、干渉波電力が前記所定のしきい値を超えない前記他システムの他のノードを第１のノードとして検索する検索ステップと、前記検索された第１のノードと、該第１のノードと通信する第２のノードとから、前記受信手段により異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、前記送信手段及び前記受信手段による送受信信号への重み付けを行う重み付けステップと、前記第１のノードからの受信信号の時間間隔を前記送信手段による送信タイミングとし、前記第２のノードからの受信信号の時間間隔を前記受信手段による受信タイミングとする送受信条件決定ステップとを含むことを特徴とする通信方法である。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、異なる２つの時間間隔から得られる受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号の情報に基づいて、送信及び受信時の送受信信号への重み付け値を決定するとともに、通信品質が所定のしきい値を超えないと判断された場合、第１のノードを他のノードに切り換え、該他のノードを新たな第１のノードとし、該第１のノードと該第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で得られる２つの受信信号の受信電力を測定し、受信電力が大きいと判断された受信信号の時間間隔を受信手段による受信タイミングとし、受信電力が小さいと判断された受信信号の時間間隔を、送信手段による送信タイミングとする。したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに対する干渉を回避しながら、かつ、端末とアクセスポイント間と、Ｐｒｉｍａｒｙシステムとアクセスポイント間の通信の向きが同一方向となる場合であっても、効率的なコグニティブ無線を行うことができるという利点が得られる。
【００２３】
この発明によれば、他システムのノードからの干渉波電力が所定のしきい値を超えた場合には、干渉波電力が所定のしきい値を超えない他システムの他のノードを第１のノードとして検索し、該検索された第１のノードと、該第１のノードと通信する第２のノードとから、異なる２つの時間間隔で受信された受信信号のうち、受信電力の大きい受信信号に基づいて、送信手段及び受信手段による送受信信号への重み付けを行い、第１のノードからの受信信号の時間間隔を送信手段による送信タイミングとし、第２のノードからの受信信号の時間間隔を受信手段による受信タイミングとする。したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えることなく、かつ、端末に対し、複数のＰｒｉｍａｒｙシステムからの距離がほぼ同一で、ほぼ同じ受信レベルの干渉波となる場合であっても、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信を行うことができるという利点が得られる。
【００２４】
この発明によれば、第１のノードと第２のノードとが異なる周波数で通信する場合には、受信電力が大きいと判断された受信信号の周波数を受信手段による受信周波数とし、受信電力が小さいと判断された受信信号の周波数を、送信手段による送信周波数とする。したがって、周波数で分割する通信方式であっても、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えることなく、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信を行うことができるという利点が得られる。
【００２５】
この発明によれば、第１のノードと第２のノードとが異なる符号で通信する場合には、受信電力が大きいと判断された受信信号の符号を受信手段による符号とし、受信電力が小さいと判断された受信信号の符号を、送信手段による符号とする。したがって、符号で分割する通信方式であっても、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えることなく、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信を行うことができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２７】
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、アレーアンテナ送受信装置９は、基本構成としては、Ｎ個のアンテナ１０−１〜１０−Ｎと、各アンテナ１０−１〜１０−Ｎに接続される送受分離手段（スイッチ）１１−１〜１１−Ｎと、送信装置１２−１〜１２−Ｎと、受信装置１３−１〜１３−Ｎとからなる。これは、基本的なアレーアンテナ装置に相当する。また、本第１実施形態では、基本的にディジタル信号処理を想定しているので、メモリ１４が受信装置１３−１〜１３−Ｎの後に配置される。但し、後述する本発明の原理では、アナログ・ディジタル関係なく制御が可能となっており、ディジタル信号処理に限定されるものではない。
【００２８】
図１に示すように、本第１実施形態に係るＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムでは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５を有していることが特徴である。Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５は、Ｐｒｉｍａｒｙシステムが送信する時間間隔（Time Slot）Ｔ１及び時間間隔Ｔ２の信号を検出する機構を有する。本第１実施形態では、図１に示すように、信号検出装置１５−１、１５−２により実現することができる。また、本第１実施形態では、これらの信号電力を比較する電力比較部１５−３と、電力の高い方の信号を選択する信号選択部１５−４とを有する。これは、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２の信号のうち、受信電力の高い信号に対して制御を行うためである。
【００２９】
受信ウエイト計算部１５−５では、図１の信号選択部１５−４で選択された信号を用い、アレーアンテナに重み付けを行うウエイト（重み付け値）が決定される。該受信ウエイト計算部１５−５の動作の詳細については、後述する図７のフローチャートで説明する。受信ウエイト計算部１５−５で求まったウエイトの情報は、分岐手段１６により受信信号ウエイト乗算部１７と送信信号ウエイト乗算部１８とに供給される。受信信号ウエイト乗算部１７は、受信信号に上記ウエイトを乗算して出力信号として出力する。また、送信信号ウエイト乗算部１８は、送信信号に上記ウエイトを乗算して送信装置１２−１〜１２−Ｎに供給する。
【００３０】
送受信タイミング決定部１９は、干渉除去した受信ウエイトを用いた通信において、電力比較部１５−３による比較結果に基づいて、通信品質がしきい値α以下となったか否かを判断し、しきい値α以下になった場合に、他のＰｒｉｍａｒｙシステムの基地局（ノード）との送受信タイミングを決定し、該送受信タイミングで送受分離手段１１−１〜１１−Ｎを切り換え、通信品質がしきい値α以上となる他のＰｒｉｍａｒｙシステムの基地局（ノード）を探すようになっている。
【００３１】
図２は、本第１実施形態による受信ウエイト乗算部１７の構成を示すブロック図である。図２に示すように、受信ウエイト乗算部１７では、受信信号ｙ１〜ｙＮと受信信号の受信ウエイト計算部１５−５で求めたウエイトｗ１＊〜ｗＮ＊とを乗算器１７−１−１〜１７−１−Ｎにより乗算し、加算器１７−２により合成する。ここで、受信信号ｙ１〜ｙＮとは、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムが通信を開始した後の、Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの干渉波とＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信信号とが重畳された信号のことを意味する。
【００３２】
図３は、本第１実施形態による送信ウエイト乗算部１８の構成を示すブロック図である。送信側においても、受信ウエイト計算部１５−５で求めたウエイトｗ１＊〜ｗＮ＊を用いて送信を行う。送信信号Ｓは、まず、分岐手段１８−１によってアンテナ本数と同数のＮ個に分岐される。このＮ個に分岐された信号Ｓ，Ｓ，…，Ｓに対して、乗算器１８−２−１〜１８−２−Ｎにより、１番目からＮ番目のウエイトｗ１＊〜ｗＮ＊の値を乗算する。送信ウエイト乗算部１８では、合成は行わない。これは、アンテナ１０−１〜１０−Ｎにおいて、空間電力合成が可能であるため、空間上でアンテナ指向性が合成されるためである。
【００３３】
図４は、本第１実施形態における通信システム（ＴＤＤ）を説明するための概念図である。図４に示すように、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２とが１対存在する状況を想定し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２とは、それぞれ異なる時間間隔を用いて通信を行う。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２との間に、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が存在する環境を想定する。
【００３４】
Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１が送信している時間間隔Ｔ１では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２は、受信を行っている。反対に、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１が受信している時間間隔Ｔ２では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２は、送信を行っている。これは、一般的な通信形態の１つであり、ＴＤＤと呼ばれる。また、該送受信動作は、連続して一定間隔で通常繰り返し行われる。したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１が受信、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２が送信する時間間隔を「Ｔ１」、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１が送信、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２が受信する時間間隔を「Ｔ２」と定義しても差し支えない。
【００３５】
本第１実施形態では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１では、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの異なる時間間隔から得られる信号の中で、電力の大きい信号（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイント（ＡＰ：基地局）１０１−１に近い方のＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２の送信信号）を用いてウエイトを計算し、該ウエイトを送受信信号に乗算して通信を行う。すなわち、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイント１０１−１は、近くのＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２が受信中に（遠くのＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１の送信信号は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイント１０１−１が送信する信号に比べて十分に小さい）、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの端末１０１−２にのみ信号を送信し、近くのＰｒｉｍａｒｙシステム１０１−１が送信中に（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアクセスポイント１０１−１は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１０１−１が送信する信号の干渉を除去できる）、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの端末１０１−２からの信号を受信する。このため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は、アクセスポイント１０１−１で所定の制御を行うだけで、端末１０１−２側では、何らの制御を行うことなく、コグニティブ無線通信が実現できる。
【００３６】
また、本第１実施形態では、上述したＴＤＤ通信に加えて、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）を用いている。すなわち、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式を採用している。
【００３７】
図５は、本第１実施形態における通信システム（ＴＤＭＡ）を説明するための概念図である。本第１実施形態では、図５に示すように、複数のＰｒｉｍａｒｙシステムが存在する場合を想定している。図４に示す例に対応させると、１つのＰｒｉｍａｔｙシステム１００−１に対して、複数のＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）〜１００−２（＃４）が存在する場合に相当する。
【００３８】
Ｐｒｉｍａｔｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）とは、時間間隔ｔ１Ｄ、ｔ１Ｕで通信を行い、Ｐｒｉｍａｔｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃２）とは、時間間隔ｔ２Ｄ、ｔ２Ｕで通信を行い、Ｐｒｉｍａｔｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃３）とは、時間間隔ｔ３Ｄ、ｔ３Ｕで通信を行い、Ｐｒｉｍａｔｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃４）とは、時間間隔ｔ４Ｄ、ｔ４Ｕで通信を行う。
【００３９】
そして、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１、１０１、…は、例えば、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）との間におけるダウンリンクのタイミングｔ１Ｄとアップリンクのタイミングｔ１ｕとを用いて通信するものとする。
【００４０】
このとき、上述したダウンリンクのタイミングｔ１Ｄとアップリンクのタイミングｔ１ｕを用いた場合、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１内のアクセスポイントにとっては問題ないが、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１内の端末にとっては、ある条件下で問題が生じる。
【００４１】
図６は、上述したアクセスポイント１０１−１のみにアレーアンテナを用いた場合のコグニティブ無線における干渉除去の問題点を説明するための概念図である。問題点は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、大きく以下の２つに分類することができる。
【００４２】
（ａ）問題点１：端末１０１−２とアクセスポイント１０１−１間と、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃２）とアクセスポイント１０１−１間の通信の向きが同一方向となる場合。
【００４３】
アレーアンテナを用いた干渉除去は、指向性のヌルを干渉波の方向に向けることで実現できる。図６（ａ）の例では、その方向に端末１０１−２が位置する場合を示している。この場合、端末１０１−２からアクセスポイント１０１−１、もしくは、アクセスポイント１０１−１から端末１０１−２への通信が正しく行えないといった問題が生じる。
【００４４】
これは、伝搬チャネルの角度広がりが小さい場合を図示しているが、角度広がりが大きい場合には、ヌル方向に端末１０１−２が位置するということではなく、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃２）−アクセスポイント１０１−１間、端末１０１−２−アクセスポイント１０１−１間の伝搬チャネル応答が非常に近くなる場合も同様の問題が生じる。
【００４５】
（ｂ）問題点２：端末１０１−２に対し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）、１００−２（＃２）からの距離がほぼ同一で、ほぼ同じ受信レベルの干渉波となる場合。
【００４６】
この場合、端末１０１−２側で問題が生じる。端末１０１−２側は、アレーアンテナを用いた干渉除去が行えない。すなわち、図６（ｂ）に示すような場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）と１００−２（＃２）とからの干渉波が同程度となる場合が最悪ケースとなる。この場合、両者からの端末１０１−２に対する干渉レベルが端末１０１−２の許容値を超えた場合、端末１０１−２側での通信が困難となる。
【００４７】
この場合、アクセスポイント１０１−１と対象端末１０１−２にとって問題ないように、他のタイミング（例えば、図５のタイミングｔ２Ｄとｔ２Ｕ）を使うというように選択し直せば、問題なくＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の通信を継続できる。すなわち、複数のＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２（＃１）〜１００−２（＃４）の情報を用いれば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が通信できる確率を高めることができる。なお、この例では、複数のＰｒｉｍａｒｙ１００−１、１００−２（＃１）〜１００−２（＃４）が時間を分割して通信を行う形態を示したが、ＴＤＭＡだけではなく、周波数で分割するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）、符号で分割するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）も商用システムで用いることが提案されており、このようなシステムにおいても、本発明を適用することが可能である。
【００４８】
そこで、本第１実施形態では、送受信タイミング決定部１９により、干渉除去した受信ウエイトを用いた通信において、通信品質がしきい値α以下となった場合に、他のＰｒｉｍａｒｙシステムとの送受信タイミングを決定し、送受分離手段１１−１〜１１−Ｎを順次切り換え、通信品質がしきい値α以上となる他のＰｒｉｍａｒｙシステムを探し、そのＰｒｉｍａｒｙシステムで用いているタイミング（タイムスロット）を用いて通信すようにしている。
【００４９】
Ａ−１．基本動作
次に、図７は、本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の動作の説明するためのフローチャートである。まず、アクセスポイント１０１−１において、信号検出装置１５−１、１５−２を用いて、時間間隔Ｔ１、Ｔ２に到来する信号電力Ｐ（Ｔ１）、Ｐ（Ｔ２）を測定する（ステップＳ１）。この時点では、まだ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は、通信を開始していないため、到来する信号は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２の干渉波のみである。
【００５０】
また、時間間隔Ｔ１及びＴ２がどの程度の値であるかは、無線システムの基本パラメータであるため、一般的に開示されており、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が前もって、この値を知っておくことは容易である。ＴＤＤシステムの１区間の値は、例えば、ＰＨＳシステムでは６２５μｓｅｃである。この事実は、文献３（Personal Handy phones system ARIB standard (RCR STD-28), ver.2 Association of Radio Industries and Businesses, Tokyo, Dec. 1995.）などに開示されている。
【００５１】
次に、電力比較部１５−３で、信号電力Ｐ（Ｔ１）が信号電力Ｐ（Ｔ２）より大であるか否かを判定する（ステップＳ２）。信号電力Ｐ（Ｔ１）、Ｐ（Ｔ２）の大小関係は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の位置関係により決定される。例えば、図４に示す例では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２の近傍に存在するため、時間間隔Ｔ２に到来する電力が高くなる可能性が高い。
【００５２】
これは、受信電力が基本的に伝搬ロスに反比例するためであり、伝搬ロスは、送受信間の距離に比例することが知られているためである。したがって、本第１実施形態のように、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２から時間間隔Ｔ１及びＴ２に送信される信号を受信すれば、いずれか一方の受信電力が高くなり、干渉波の存在を比較的精度よく推定することができる。
【００５３】
このように非常に簡易な手法で、本第１実施形態では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２の通信信号の到来を検出することが可能となる。すなわち、本動作により先に述べた（手順１）に対する問題は解決する。また、両方の時間間隔で、受信電力が所定のしきい値以下となる場合には、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１とＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２とからの電波自身もかなり小さくなっていることから、この領域では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１がＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２よりも大きな電力で送信しない限り、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１からＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２への干渉もほとんど問題とならない。
【００５４】
そして、信号電力Ｐ（Ｔ１）、Ｐ（Ｔ２）の大小関係に応じて、信号電力が大きい方の信号を、信号選択部１５−４を用いて抽出する（ステップＳ３、Ｓ４）。すなわち、信号電力Ｐ（Ｔ１）の方が大きい場合には、信号電力Ｐ（Ｔ１）に到来する信号Ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜Ｍ）を抽出する（ステップＳ３）。一方、信号電力Ｐ（Ｔ２）の方が大きい場合には、信号電力Ｐ（Ｔ２）に到来する信号Ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜Ｍ）を抽出する（ステップＳ４）。
【００５５】
図４に示す例では、時間間隔Ｔ２の信号、すなわち、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２から到来する信号を抽出することになる。ここで、Ｘ（ｉ）は、次式（１）で与えられる。
【００５６】
【数１】
2008311745.tif 000003
【００５７】
ここで、ｉは、ｉ番目の時間軸上のサンプルを表しており、ｘｋ（ｉ）は、時間ｉにおけるｋ番目のアンテナの受信信号を表す。また、Ｔは転置を表す。ここでは、１本のアンテナ当り、取得したデータの個数をＭ個とする。したがって、抽出する信号は、Ｎ本のアンテナ分×Ｍ個のサンプルデータ、すなわち、ＮＭ個のデータということになる。
【００５８】
次に、信号選択部１５−４を用いて抽出された信号に対し、受信ウエイト計算部１５−５で、受信信号Ｘから次式（２）を用いて相関行列を計算する（ステップＳ５）。
【００５９】
【数２】
2008311745.tif 000004
【００６０】
ここで、Ｈは複素共役転置を表す。この相関行列は、まだ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が通信を開始していないため、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１または１００２からの干渉成分しか含まれていない。したがって、このような信号を除去するウエイトを形成できれば、干渉信号を完全に除去することができる。具体的には，電力最小化法が知られている。この事実は文献４（菊間、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版社、１９９８）などに開示されている。電力最小化法では、次式（３）に従ってウエイトが計算される（ステップＳ６）。
【００６１】
【数３】
2008311745.tif 000005
【００６２】
上記数式（３）から分かるように、電力最小化法では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２の相関行列だけの情報を用いる。また、実際には、数式（３）で求める以外に、計算量をさらに削減する手法として、ＲＬＳ（Recursive Least square）やＬＭＳ（Least Mean Square）などの方法で、逐次的にウエイトを求めることも可能である。
【００６３】
この干渉除去のウエイトを求める手法としては、電力最小化法の他に、数式（２）における固有値分解による方法がある。数式（２）を、次式（４）に示す固有値分解すれば、信号電力に相当する固有ベクトルｅｉ（ｉ＝１〜Ｋ）と雑音電力による固有ベクトルｅｉ（ｉ＝Ｋ＋１〜Ｎ）が得られる。相関行列と固有値、固有ベクトルには次式（４）の関係がある。
【００６４】
【数４】
2008311745.tif 000006
【００６５】
ここで、信号部分空間は、雑音部分空間に直交する。また、到来する信号をＫ波とすると、Ｋ＋１からＮまでの固有値に相当する固有ベクトルは、雑音部分空間に相当する固有ベクトルとなる。したがって、λＫ＋１，…，λＮのいずれかである最小固有値に相当する固有ベクトルの指向性は、信号方向にヌルを形成する。
【００６６】
よって、固有値分解で得られる最小固有値に対する固有ベクトルｅＮをウエイト（ベクトル）ｗとして用いることも可能である。また、最小固有値に相当する固有ベクトルを求める方法としては、直接、固有値分解を行うことでも可能であるが、相関行列の逆行列に対して、べき乗法などの逐次的な更新方法を求めることでも得ることができる。
【００６７】
次に、上記ウエイト情報を用いて、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は、通信を開始する。図１の分岐手段１６で、上記ウエイトｗを分岐し、受信ウエイト乗算部１７と送信ウエイト乗算部１８とに供給する。
【００６８】
受信ウエイト乗算部１７では、信号電力Ｐ（Ｔ１）と信号電力Ｐ（Ｔ２）の大小関係に基づいて、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２のいずれか一方において、受信ウエイト乗算の計算を行う。すなわち、受信ウエイト乗算部１７では、信号電力Ｐ（Ｔ１）が信号電力Ｐ（Ｔ２）より大であるか否かを判定し（ステップＳ７）、Ｐ（Ｔ１）＞Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ１を選択し（ステップＳ８）、Ｐ（Ｔ１）＜Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ２を選択し（ステップＳ９）、受信信号（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの端末から送信される信号＋Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの干渉）に対し、図２に示す構成により、先に受信ウエイト計算部１５−５で用いたウエイトを、次式（５）を用いて乗算し、出力信号Ｚを算出する（ステップＳ１０）。
【００６９】
【数５】
2008311745.tif 000007
【００７０】
このように、Ｐ（Ｔ１）＞Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ１で受信を行う一方、Ｐ（Ｔ１）＜Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ２で受信を行う。すなわち、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の受信は、受信電力が大きくなる時間間隔を用いて行われる。図４の例では、Ｐ（Ｔ２）＞Ｐ（Ｔ１）であるため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１における基地局は、時間間隔Ｔ２で受信し、時間間隔Ｔ１で送信する。反対に、端末側では、時間間隔Ｔ２で送信し、時間間隔Ｔ１で受信する。
【００７１】
一方、送信ウエイト乗算部１８では、信号電力Ｐ（Ｔ１）と信号電力Ｐ（Ｔ２）の大小関係に基づいて、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２のいずれか一方において、送信ウエイト乗算の計算を行う。すなわち、送信ウエイト乗算部１８では、信号電力Ｐ（Ｔ１）が信号電力Ｐ（Ｔ２）より大であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、Ｐ（Ｔ１）＞Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ２を選択し（ステップＳ１２）、Ｐ（Ｔ１）＜Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ１を選択し（ステップＳ１３）、Ｎ分岐された送信信号に対し、受信ウエイト計算部１５−５で求めたウエイトを、次式（６）を用いて乗算する（ステップＳ１４）。
【００７２】
【数６】
2008311745.tif 000008
【００７３】
このように、Ｐ（Ｔ１）＞Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ２で送信を行う一方、Ｐ（Ｔ１）＜Ｐ（Ｔ２）の場合には、時間間隔Ｔ１で送信を行う。すなわち、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の送信は、受信電力が小さくなる時間間隔を用いて行われる。なお、送信ウエイト乗算部１８では、前述したように合成処理を必要としない。
【００７４】
次に、本第１実施形態によるＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１での現象と効果を、図４を参照して説明する。まず、時間間隔Ｔ１においては、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の基地局側では、送信となり、端末側では、受信となる。基地局側においては、時間間隔Ｔ１において、従来のように、基地局から無指向性で送信すると、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２に干渉を与えてしまう。
【００７５】
しかしながら、本第１実施形態では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２の方向に指向性のヌルを形成するウエイトを用いて送信を行うことができるため、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２には、全く干渉を与えない。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１は、送信中であり、信号を受信しないので、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１への干渉は、ここでは考えなくてよい。
【００７６】
すなわち、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の通信開始による、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１からのＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２への干渉を回避することができるため、前述した（手順２）における問題点を解決することができる。一方、端末側に関しては、干渉量の小さい時間間隔Ｔ１で信号を受信することになるため、何ら端末側には制御を施さなくても、自動的にＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の端末側への干渉量を削減することが可能となる。端末では、小型化、簡易化が望ましいので、何も制御を行わずに干渉量を削減できる非常に重要な利点である。
【００７７】
次に、時間間隔Ｔ２においては、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１のアクセスポイント（基地局）１０１−１側では、受信となり、端末１０１−２側では、送信となる。アクセスポイント１０１−１では、予め干渉除去可能なウエイトを保持しているため、このウエイトを受信される信号に乗算すれば、完全に干渉波を除去することができ、良好な通信品質を保つことができる。
【００７８】
また、図４に示す例の場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２のサービスエリアがＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１のサービスエリアよりも大きいことを想定している。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の端末１０１−２の信号は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２の信号に比べて微弱なので、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１への干渉量は小さく、また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２は、送信中であるので、Ｐｒｉｍａｒｙ１００−２への干渉は考えなくてもよい。
【００７９】
Ａ−２．第１付加動作
次に、本第１実施形態において、上述した問題点１を解決するための第１付加動作について説明する。
図８は、本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の動作を説明するためのフローチャートである。
図９は、問題点１を解決する第２付加動作による効果を示す概念図である。
【００８０】
まず、Ｎ＝１とし、アクセスポイント１０１−１がＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｎ：Ｎ＝１）のタイミング（図５の例では、タイミングｔ１Ｕ、ｔ１Ｄ）を利用する（ステップＳ２０）。このＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）のタイミングを用いた際に、上述した動作により算出した、干渉除去した受信ウエイトを用いて、端末１０１−２からの信号を受信する。このとき、図６（ａ）に示した問題が生じていると通信品質は大きく劣化する。そこで、通信品質判定部１００は通信品質がしきい値αより小さいか否かを判定し（ステップＳ２２）、しきい値α以上である場合、すなわち所望する通信品質が得られている場合には、そのまま、上述した動作により算出した、干渉除去した受信ウエイトを用いて通信を行う（ステップＳ２３）。なお、しきい値αは、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が決定する通信品質をもとに一意に決定できる。
【００８１】
一方、通信品質がしきい値αより小さい場合には、他のＰｒｉｍａｒｙシステムを探すというフローを開始する。すなわち、まず、Ｎが最大値Ｍ（Ｐｒｉｍａｒｙシステムの最大数）より小さいか否かを判定し（ステップＳ２４）、ＮがＭより小さい場合、すなわち、全てのＰｒａｉｍａｒｙシステムを探していない場合には、Ｎ＝Ｎ＋１とし（ステップＳ２５）、異なるＰｒｉｍａｒｙシステムの端末１００−２（＃Ｎ：Ｎ＝２）を選択し、アクセスポイント１０１−１は、このＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｎ：Ｎ＝２）が送信する時間間隔Ｔ１と該Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｎ）と通信を行うＰｒｉｍａｒｙシステムが送信する時間間隔Ｔ２とにおける受信電力Ｐ（Ｔ１）、Ｐ（Ｔ２）を測定する（ステップＳ２６）。
【００８２】
次に、この２つ受信電力の大小関係に基づいて、アクセスポイント１０１−１が干渉除去すべきＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｎ）と、送信タイミング及び受信タイミングとを決定する。すなわち、受信電力Ｐ（Ｔｌ）が受信電力Ｐ（Ｔ２）より大であるか否かを判定し（ステップＳ２７）、受信電力Ｐ（Ｔｌ）の方が大である場合には、時間間隔Ｔ１に到来する干渉波を除去するウエイトを生成し（ステップＳ２８）、アクセスポイント１０１−１は、時間間隔Ｔ２を送信タイミング、時間間隔Ｔ１を受信タイミングとして決定する（ステップＳ２９）。この場合、端末１０１−２側では、時間間隔Ｔ１を送信タイミング、時間間隔Ｔ２を受信タイミングとする。
【００８３】
一方、受信電力Ｐ（Ｔ２）が受信電力Ｐ（Ｔｌ）以上である場合には、時間間隔Ｔ２に到来する干渉波を除去するウエイトを生成し（ステップＳ３０）、アクセスポイント１０１−１は、時間間隔Ｔ１を送信タイミング、時間間隔Ｔ２を受信タイミングとして決定する（ステップＳ３１）。この場合、端末１０１−２側では、時間間隔Ｔ１を受信タイミング、時間間隔Ｔ２を送信タイミングとする。
【００８４】
なお、アクセスポイント１０１−１は、送信でも受信でも同じ指向性を用いる。その後、ステップＳ２１に戻り、通信品質の判定を行い、以降、上述した動作を、所望する通信品質が得られるまで繰り返す。
【００８５】
上述した第１実施形態によれば、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの効率を全く低下させることなく、Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの干渉検出を容易に実現することができる。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えることなく、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の通信を開始することができる。すなわち、従来のコグニティブ無線における問題を解消することができる。また、上述した図８に示す動作により、図９に示すように、端末１０１−２にとって、アクセスポイント１０１−１に対して、Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの干渉と同じ方向とならないＰｒｉｍａｒｙシステム（図９に示す例では、端末１００−２（＃３））が自動的に選択されることになり、図６（ａ）の問題点１を解決することができる。
【００８６】
Ａ−３．第２付加動作
次に、本第１実施形態において、上述した問題点２を解決するための第２付加動作について説明する。
図１０は、本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の動作を説明するためのフローチャートである。
図１１は、問題点２を解決する第２付加動作による効果を示す概念図である。
【００８７】
上述した問題点２は、端末１０１−２側に到来する干渉波電力がしきい値を超えるか否かが問題となるので、図１０に示す動作では、まず、端末１０１−２が、自身に到来するＰｒｉｍａｒｙシステムからの干渉波電力を測定する（ステップＳ４０）。次に、この干渉波電力がしきい値βより小であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。そして、干渉波電力がしきい値βを超える場合には、次のステップに進み、超えない場合には、問題ないので通信を開始する（ステップＳ４５）。なお、しきい値βは、先のしきい値αと同様、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の端末１０１−２の性能で一意に決定できる値である。
【００８８】
そして、干渉波電力がしきい値βを超える場合には、端末１０１−２は、受信する干渉波電力がしきい値β以下となるＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）を検索する（ステップＳ４２）。そして端末１０１−２は、検索したＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）をアクセスポイント１０１−１に通知する。
【００８９】
次に、アクセスポイント１０１−１は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）（時間間隔Ｔ１’とする）と通信を行うＰｒｉｍａｒｙシステムからの信号（時間間隔Ｔ２’とする）を除去するウエイトを計算する（ステップＳ４３）。すなわち、アクセスポイント１０１−１は、このＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）が十分にアクセスポイント１０１−１からも遠いＰｒｉｍａｒｙシステムであると判断し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）と通信するＰｒｉｍａｒｙシステムに干渉除去を適用する。
【００９０】
最後に、アクセスポイント１０１−１は、時間間隔Ｔ１’を送信、時間間隔Ｔ２’を受信タイミングとして決定し（ステップＳ４４）、通信を開始する（ステップＳ４５）。アクセスポイント１０１−１にとって、時間間隔Ｔ２’は、干渉除去できるので問題なく動作できる。また、端末１０１−２では、時間間隔Ｔ２’が送信、時間間隔Ｔ１’が受信となるので、端末１０１−２に到達する干渉波は、干渉波電力がしきい値β以下のＰｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃Ｋ）からのものとなり、端末１０１−２側の上記問題点２を解決することができる。図１１に示す例では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃１）ではなく、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２（＃４）が選択されることになる。
【００９１】
なお、図８に示す第１付加動作と図１０に示す第２付加動作とは、両者を実行することにより、それぞれで解決できない問題点を補完することができる。例えば、第２付加動作を実行したことにより、問題点２は解決するが、問題点１が新たに発生する可能性もある。このような場合には、第２付加動作に加えて、第１付加動作を実行させることにより、問題点１と問題点２の両方を回避することが可能となる。
【００９２】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態では、ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムでＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）システムを用いていることが、第１実施形態とは異なる。
【００９３】
図１２は、本発明の第２実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。なお、図において、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図１２において、受信側には、メモリの後にＧＩ（Guard Interval）除去部２０−１〜２０−Ｆと、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）計算部２１−１〜２１−Ｆとが設けられている。一方、送信側には、ＯＦＤＭのサブキャリア数に送信信号の数を分割するＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部２２と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）計算部２３と、ＧＩ付加部２４とが設けられている。
【００９４】
ここで説明する受信機能と送信機能を有するＯＦＤＭシステムは、近年、無線ＬＡＮシステムなどで採用されており、広帯域伝送には欠かせない必須技術である。この事実は、例えば、前述した文献２などに記載されている。したがって、本第２実施形態がＯＦＤＭシステムで適用できることは非常に重要な意味を持つ。
【００９５】
ＯＤＦＭにおいて、前述した干渉除去を行う場合には、一般には、受信側におけるＦＦＴ後のサブキャリア毎の信号に対し、それぞれ重み付け値を算出して合成する方法が採られる。前述した第１実施形態で説明した方法で、これを実現しようとすると、Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの受信信号に対して、ＧＩ除去及びＩＦＦＴを行って、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの信号をサブキャリア単位に分割し、サブキャリア単位で前述した干渉除去のウエイトを求める必要がある。
【００９６】
しかしながら、Ｐｒｉｍａｒｙシステムは、必ずしもＯＦＤＭを用いているとは限らず、また、仮に、ＰｒｉｍａｒｙシステムがＯＦＤＭシステムだったとしても、サブキャリア数や、サブキャリアの帯域がＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムと同じとは限らない。また、サブキャリア数をＦとすると、サブキャリア毎にＰｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５でウエイトを求めるためには、図１で説明した場合のＦ倍の計算が必要となる。実際のシステムでは、Ｆの数は、数十から数百個あるので、サブキャリア毎にウエイトを計算する処理には膨大な計算量が必要になる。本第２実施形態では、この問題点を解決するため、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５は、図１の構成と全く同一とし、受信ウエイト乗算部１７ａが図１の構成と異なる。
【００９７】
図１３は、本第２実施形態による受信ウエイト乗算部１７ａの構成を示すブロック図である。図１３において、まず、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５で求めたウエイトｗ１＊〜ｗＮ＊を、各々、分岐手段１７ａ−１−１〜１７ａ−１−Ｎにより、サブキャリア数Ｆ個に単純に分割する。その後、乗算器１７ａ−２−１−１〜１７ａ−２−１−Ｎ、…、１７ａ−２−Ｆ−１〜１７ａ−２−Ｆ−Ｎにより、該分割したウエイトをサブキャリア毎に乗算する。すなわち、サブキャリア間で同一のウエイトが乗算されることになる。そして、乗算器１７ａ−２−１−１〜１７ａ−２−１−Ｎ、…、１７ａ−２−Ｆ−１〜１７ａ−２−Ｆ−Ｎの出力は、各々、対応する加算器１７ａ−３−１〜１７ａ−３−Ｆにより加算され、パラレル・シリアル変換部１７ａ−４に供給される。パラレル・シリアル変換部１７ａ−４では、上記加算器１７ａ−３−１〜１７ａ−３−Ｆからの加算結果（パラレル）をシリアルデータに変換し、出力信号として出力する。
【００９８】
Ｐｒｉｍａｒｙシステムにおいて、ＦＷＡ（Fixed wireless Access）や、携帯電話などの基地局を想定する場合、この基地局もしくは受信局は、ビルの屋上などに設置されるため，到来波の伝搬路の角度分布の広がりはかなり小さい（数度以内）ことが知られている。一方、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムを、無線ＬＡＮなどのように、低所にアンテナを配置し、かつ、狭いエリアのシステムという状況に適用した場合には、伝搬路の角度分布の広がりは、かなり大きい（数十度以上〜３６０度）ことが知られている。角度広がりが狭い伝搬環境は、電波がある特定の方向から到来していることと等価である。この場合、サブキャリア全体を平均して干渉除去のウエイトを求めても、サブキャリア毎に干渉除去のウエイトを求めても、大きな差は生じない。この性質を利用して、本第２実施形態では、サブキャリア間で同一のウエイトを乗算している。
【００９９】
この乗算器１７ａ−２−１〜１７ａ−２−Ｎ、…、１７ａ−Ｆ−１〜１７ａ−Ｆ−Ｎは、図１の構成に対し、付加される機能となるが、前述したＰｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５での計算量の増加に比べれば、その影響はかなり小さい。
【０１００】
なお、本第２実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の動作は、前述した第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【０１０１】
上述した第２実施形態によれば、ＯＦＤＭシステムにおいても、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの演算量を大きく増加させることなく、コグニティブ無線を実現することが可能となる。また、アクセスポイント１０１−１のみにアレーアンテナを用いた場合のコグニティブ無線における干渉除去の問題点も解決することが可能となる。
【０１０２】
Ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態では、Ｐｒｉｍａｒｙシステムにおいても、ＯＦＤＭシステムを用いていることが特徴である。但し、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのサブキャリア数とその帯域とは、必ずしも、Ｐｒｉｍａｒｙシステムのそれと一致する必要はない。前述した第１または第２実施形態では、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの伝搬環境が時々刻々と変化することを想定していない。
【０１０３】
しかしながら、例えば、図４において、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２が移動局であると仮定した場合には、Ｐｒｉｍａｒｙシステム間の伝搬環境は、時間とともに変化する。ここで、通信を開始すると、実際には、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの干渉とＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムの所望信号とが混合されるため、干渉電力と所望電力との差があまり生じない、もしくは、所望電力が干渉電力よりも大きな値を示す場合には、前述した第１または第２実施形態による簡易な干渉除去は困難となる。そこで、本第３実施形態では、時間変動により、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの伝搬環境が変化する場合であっても、安定したＰｒｉｍａｒｙシステムの干渉検出を実現するものである。
【０１０４】
図１４は、本発明の第３実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。なお、図において、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図１４に示すように、本第３実施形態による干渉検出方法では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信開始前と通信開始後において、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２到来の信号検出装置１５−１ａ、１５−２ａにおける動作が異なる。
【０１０５】
ここで、図１５は、図１４に示す信号検出装置１５−１ａの構成を示すブロック図である。なお、信号検出装置１５−２ａの構成については、信号検出装置１５−１ａと同様であるので説明を省略する。図１５において、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２到来の信号検出装置１５−１ａ、１５−２ａは、通信開始前に、ＧＩ除去部１５−１ａ−１−１〜１５−１ａ−１−ＮによるＧＩ除去、ＦＦＴ計算部１５−１ａ−２−１〜１５−１ａ−２−ＮによるＦＦＴ計算を行う。これは、通常のＯＦＤＭの復調と同じであるが、実際には、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムと同じく規則的な演算処理を利用するので、ブロック図では異なる場所に書いているが、ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムにおけるＧＩ除去とＦＦＴ計算部を流用してもよい。したがって、ＦＦＴの計算を繰り返し行っても、ハードウエアの規模は大きくはならない。
【０１０６】
サブキャリア抽出部１５−１ａ−３では、到来する全部のサブキャリアを抽出する。次に、サブキャリア平均処理部１５−１ａ−４で、サブキャリア毎の信号を平均化する。すなわち、全部のサブキャリアを検出し、サブキャリア毎の信号を相関行列とし、それらの信号を平均化する。この信号は、周波数方向で平均化を行ったことと等価になり、図１で説明した時間軸情報で平均化される相関行列とほぼ等価と言える。すなわち、この処理でも、図１と同じ干渉除去を行うことができる。すなわち、周波数方向で平均化された相関行列以外の計算は、図１と同じになる。すなわち、信号の選択、及び受信ウエイトの計算自体は図１と同じである。
【０１０７】
次に、通信開始後の処理について説明する。通信開始後においても、時間間隔Ｔ１もしくはＴ２到来の信号検出装置１５−１ａ、１５−２ａでは、ＧＩ除去部１５−１ａ−１−１〜１５−１ａ−１−ＮによるＧＩ除去、ＦＦＴ計算部１５−１ａ−２−１〜１５−１ａ−２−ＮによるＦＦＴ計算を、前述した処理と同様に行う。しかしながら、通信開始後には、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの信号がここに重畳されるため、前述した干渉除去が適切に動作しない場合がある。そこで、本第３実施形態では、サブキャリア抽出部１５−１ａ−３で抽出するサブキャリア情報を適切に利用することで、このような環境においても、簡易に、かつ、効果的に干渉除去可能な方法を提案している。
【０１０８】
図１６は、ＯＦＤＭシステムにおける、実際のサブキャリア配置（帯域βＨｚ）と実際の通信帯域（帯域αＨｚ）とガードバンド帯域（帯域γＨｚ）との関係を、ＰｒｉｍａｒｙシステムとＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムとの特性が同じ場合（図１６（ａ））と、異なる場合（図１６（ｂ））で示す概念図である。まず、図１６（ａ）の場合には、ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムとＰｒｉｍａｒｙシステムとの信号のスペクトラムは、見かけ上、全く同じになる。
【０１０９】
しかしながら、実際の通信帯域（帯域αＨｚ）と実際のサブキャリア配置（帯域βＨｚ）との関係において、ＦＦＴポイント数ＬとサブキャリアＦとの関係は、必ずＬ＞Ｆになるように設計される。すなわち、α＞βである。理想的には、Ｌポイントのサブキャリアを配置することが可能であるが、隣接チャネルへの干渉を避けるため、両端のサブキャリアの情報を０としているのである。この帯域は、ガードバンドと呼ばれ、図１６（ａ）、（ｂ）では、帯域をγＨｚとしている。
【０１１０】
上述した特徴を考えると、通信中においても、干渉波のみを抽出する環境を作ることができるということを意味する。元来、干渉除去のアンテナパターンは、形成できているので、変動を導出できればよい。まず、前述したガードバンド付近のサブキャリアの情報を利用することができる。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムにおいて、サブキャリア（１）や、（Ｆ）の情報を送らずに送信すれば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムからの信号は、このサブキャリアでは受信されない。この場合、サブキャリア（１）や（Ｆ）に注目すると、このサブキャリアの受信信号の情報により、時間間隔Ｔ１とＴ２の干渉レベルの比較と干渉除去との計算を行うことができる。これらは、予め通信開始に精度よく行っているので、通信開始後の干渉検出と干渉除去とは、その変動がチェックできればよいため、最初の精度は必要ない。
【０１１１】
本第３実施形態では、移動などの環境変動により、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの状況が変化した場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの干渉量をチェックし直す必要がある。通常、ＴＤＤシステムでは、ユーザ間の時間衝突を回避するため、ガードインターバル（無通信区間）が設けられる。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムで、この区間を設け、この区間に到来するＰｒｉｍａｒｙシステムの信号強度をチェックすれば、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの干渉量をチェックすることが可能である。該チェックは、毎回、受信のたびに行ってもよいが、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの数回〜数十回の受信時に１回程度の頻度で行うようにしてもよい。
【０１１２】
したがって、Ｐｒｉｍａｒｙシステム干渉除去部１５における信号検出装置１５−１ａ、１５−２ａでは、サブキャリア抽出部１５−１ａ−３、１５−２ａ−３において、複数のサブキャリアからサブキャリア（１）と（Ｆ）だけをピックアップする。その後は、この２つのサブキャリアの相関行列を平均化する。以後の処理は、通信開始前の処理と同じとなる。図１６（ｂ）の場合には、サブキャリア配置の帯域とガードバンドの帯域とが異なるため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムでは、例えば、サブキャリア（１）と（Ｆ）ので送信を、０として送信しなくても、図１６（ｂ）の通信帯域β２の端のキャリアは、干渉波だけが到来する。
【０１１３】
上述した方法以外でも、通信中に、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５で干渉波だけを受信する方法がある。ＯＦＤＭシステムでは、キャリア同期確保のために、常に、パイロットサブキャリアという信号を送信しつつけている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、５２サブキャリアのうち、４キャリアがこのキャリアに使用される。このサブキャリアの位置は、標準化などで予め分かっているので、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムにおいても認識しているものとして考えることができる。このサブキャリアをＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムでは、送信しないとして、通信中に、Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部１５で、このキャリアのみを注目して選択し、平均化を行えば、前述した方法と同様に干渉成分だけが得られる。
【０１１４】
また、サブキャリアに着目しないで、時間軸方向のデータに着目することも可能である。通常の通信システムでは、まず、基地局と端末とが互いに既知のプリアンブル信号を送る。その後、通常のデータが送信される。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムでは、このＰｒｉｍａｒｙシステムのプリアンブル区間では、送信しないようにすることも可能である。この場合、Ｐｒｉｍａｒｙシステムのプリアンブル区間だけは、Ｐｒｉｍａｒｙシステムから信号が到来し、後の区間では、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの区間の信号が到来する。この場合も、プリアンブル区間の信号を検出した後は、通信開始前の手順と全く同じ手順で干渉除去を求めるためのウエイトを得ることができる。
【０１１５】
なお、本第３実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の動作は、前述した第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【０１１６】
上述した第３実施形態によれば、ＰｒｉｍａｒｙシステムにＯＦＤＭシステムを用いても、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの演算量を大きく増加させることなく、コグニティブ無線を実現することが可能となる。また、アクセスポイント１０１−１のみにアレーアンテナを用いた場合のコグニティブ無線における干渉除去の問題点も解決することが可能となる。
【０１１７】
次に、上述した第１乃至第３実施形態による効果について説明する。前述した図４に示す構成を想定した環境で計算を行った。計算は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２として、基地局と複数の端末が通信する環境を想定した。Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２は、ＴＤＭＡ−ＴＤＤシステムで運用されている。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は、無線ＬＡＮ環境を想定し、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２のサービスエリア内を移動した際の通信品質を求めた。計算パラメータを表１に示す。
【０１１８】
【表１】
2008311745.tif 000009
【０１１９】
Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの５４Ｍｂｐｓの伝送を考慮した通信範囲を約２３ｍとなることから、この範囲内で、端末が移動することを想定している。また、ＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムのＳＮＲは、ゾーン端で２０ｄＢになるように設定している。伝搬ロスの式を表２に示す。
【０１２０】
【表２】
2008311745.tif 000010
【０１２１】
伝搬ロスは、例えば、文献５（S. Ichitsubo, et al., “2GHz-Band Propagation Loss Prediction in Urban areas; antenna heights ranging from ground to building roof”, IEICE Technical Report, AP96-15, May, 1996.）に開示されているパスロスモデルを用いた。本パスモデルでは、３０ｍ以下の任意のアンテナ高さに対するパスロスを与えることができる。Ｐｒｉｍａｒｙシステムの基地局のアンテナ高さを３０ｍとし、Ｐｒｉｍａｒｙシステムの移動局の高さを２ｍとした。また、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムのアンテナ高さを２０ｍとし、周波数を２．４ＧＨｚとした。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの基地局のアンテナ素子数は、最低限の素子数である２とした。Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの端末側では、干渉除去を行っていない。また、アンテナ素子数は１である。
【０１２２】
図１７は、本発明によるＰｒｉｍａｒｙシステムのノード数に対する通信可能な伝送容量（bits/s/Hz）を示す概念図である。図示するように、ノード数が１の場合には、ＡＰ側も端末側も干渉がない場合（理想値）よりも大きく特性が劣化してしまう。これは、ノード数が１の場合には、図６に述べたような問題点を解決できていないためである。これに対して、図からも明らかなように、ノード数を増やすと、容量が増大し、ノード数が３〜４でも、かなり理想に近い特性を得ることができることが確認できる。
【０１２３】
このように、本発明では、複数のシステムが存在する場合において、ＴＤＭＡ−ＴＤＤシステムのタイミングに着目し、基地局側に簡易な干渉除去行い、かつ、複数のＰｒｉｍａｒｙノードの中で、前述した問題を解消するノードを選択することで、端末側には何ら制御を行うことなく、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムは、良好な品質を保ちながら通信を行うことができる。すなわち、面的な周波数利用効率をシステム全体で向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態による受信ウエイト乗算部１７の構成を示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態による送信ウエイト乗算部１８の構成を示すブロック図である。
【図４】本第１実施形態における通信システム（ＴＤＤ）の構成を示す概念図である。
【図５】本第１実施形態における通信システム（ＴＤＭＡ）の構成を示す概念図である。
【図６】アクセスポイントのみにアレーアンテナを用いた場合のコグニティブ無線における干渉除去の問題点を説明するための概念図である。
【図７】本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の動作の説明するためのフローチャートである。
【図８】本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の第１付加動作の説明するためのフローチャートである。
【図９】本第１実施形態における第２付加動作による効果を示す概念図である。
【図１０】本第１実施形態によるアレーアンテナ送受信装置９の第２付加動作の説明するためのフローチャートである。
【図１１】本第１実施形態における第２付加動作による効果を示す概念図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本第２実施形態による受信ウエイト乗算部１７ａの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施形態によるアレーアンテナ送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】信号検出装置１５−１ａの構成を示すブロック図である。
【図１６】ＯＦＤＭシステムにおける、実際のサブキャリア配置（帯域βＨｚ）と実際の通信帯域（帯域αＨｚ）とガードバンド帯域（帯域γＨｚ）との関係を示す概念図である。
【図１７】本発明によるＰｒｉｍａｒｙシステムのノード数に対する通信可能な伝送容量を示す概念図である。
【図１８】コグニティブ無線技術の概要を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０−１〜１０−Ｎ  アンテナ（複数のアンテナ素子）
１１−１〜１１−Ｎ  送受分離手段（複数の送受信分岐手段）
１２−１〜１２−Ｎ  送信装置（送信手段）
１３−１〜１３−Ｎ  受信装置（受信手段）
１４  メモリ
１５  Ｐｒｉｍａｒｙシステム用干渉除去部
１５−１、１５−２  信号検出装置
１５−３  電力比較部（電力測定手段、干渉波電力測定手段）
１５−４  信号選択部
１５−５  受信ウエイト計算部（重み付け手段）
１６  分岐手段
１７  受信信号ウエイト乗算部（重み付け手段）
１８  送信信号ウエイト乗算部（重み付け手段）
１７−１−１〜１７−１−Ｎ  乗算器
１７−２  加算器
１８−１  分岐手段
１８−２−１〜１８−２−Ｎ  乗算器
１００−１、１００−２  Ｐｒｉｍａｒｙシステム
１０１  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム
１７ａ  受信信号ウエイト乗算部（重み付け手段）
２０−１〜２０−Ｆ  ＧＩ除去部
２１−１〜２１−Ｆ  ＦＦＴ計算部
２２  Ｓ／Ｐ変換部
２３  ＩＦＦＴ計算部
２４  ＧＩ付加部
１７ａ−１−１〜１７ａ−１−Ｎ  分岐手段
１７ａ−２−１−１〜１７ａ−２−Ｆ−Ｎ  乗算器
１７ａ−３−１〜１７ａ−３−Ｆ  加算器
１７ａ−４  パラレル・シリアル変換部
１５−１ａ、１５−２ａ  信号検出装置
２２−１〜２２−Ｆ  サブキャリア抽出部
１５−１ａ−１−１〜１５−１ａ−１−Ｎ  ＧＩ除去部
１５−１ａ−２−１〜１５−１ａ−２−Ｎ  ＦＦＴ計算部
１５−１ａ−３  サブキャリア抽出部
１５−１ａ−４  サブキャリア平均化処理部
１９  送受信タイミング決定部（判断手段、通信品質判断手段、切換手段、送受信条件決定手段、検索手段）
【図１】
2008311745.tif 000011
【図２】
2008311745.tif 000012
【図３】
2008311745.tif 000013
【図４】
2008311745.tif 000014
【図５】
2008311745.tif 000015
【図６】
2008311745.tif 000016
【図７】
2008311745.tif 000017
【図８】
2008311745.tif 000018
【図９】
2008311745.tif 000019
【図１０】
2008311745.tif 000020
【図１１】
2008311745.tif 000021
【図１２】
2008311745.tif 000022
【図１３】
2008311745.tif 000023
【図１４】
2008311745.tif 000024
【図１５】
2008311745.tif 000025
【図１６】
2008311745.tif 000026
【図１７】
2008311745.tif 000027
【図１８】
2008311745.tif 000028