(57)【要約】【課題】Ｐｒｉｍａｒｙシステムに新たな付加機能を一切設けなくても、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実現する。【解決手段】信号検出装置１５−１、１５−２は、周波数帯ｆ１、ｆ２の２つの受信信号を検出する。電力比較部１５−３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１５−４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１５−５は、選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、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１７は、分岐された重み付け値と受信信号とを乗算し、出力信号として出力する。受信周波数決定部１９−１は、上記受信電力の大きい受信信号に従って受信装置で受信すべき受信信号の周波数を決定する。【選択図】図１
2008306662.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アレーアンテナ送受信装置において、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯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、前記送信手段による送信及び前記受信手段による受信時の送受信信号への重み付け値を決定する重み付け決定手段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アレーアンテナ送受信装置において、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出された２つの受信信号の受信電力を比較する電力比較手段と、
前記電力比較手段による比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択する信号選択手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出する受信ウエイト計算手段と、
前記受信ウエイト計算手段によって算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算する受信信号ウエイト乗算手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定する受信信号周波数決定手段と、
送信信号に所定の重み付け値を乗算する送信信号ウエイト乗算手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定する送信信号周波数決定手段と
を具備することを特徴とする送受信装置。
【請求項３】
前記受信ウエイト計算手段は、受信信号の相関行列と、固有値分解により得られる最小固有ベクトルとを計算することにより、干渉除去を行うための重み付け値を算出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４】
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、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出された２つの受信信号の受信電力を比較する電力比較手段と、
前記電力比較手段による比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択する信号選択手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出する受信ウエイト計算手段と、
前記受信ウエイト計算手段によって算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算する受信信号ウエイト乗算手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定する受信信号周波数決定手段と、
前記分岐手段によって分岐された受信信号の情報に基づいて、送信信号に所定の重み付け値を乗算する送信信号ウエイト乗算手段と、
前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定する送信信号周波数決定手段と
を具備することを特徴とする送受信装置。
【請求項５】
前記送信信号ウエイト乗算手段は、
前記受信ウエイトをそのまま送信側に用いた場合に、どの方向に指向性のヌルができるかを推定する推定手段と、
指向性のヌルが形成される方向の角度情報に基づいて、送信周波数に対応する素子間隔とアレーアンテナの配置から決定される素子配置から決定される素子ごとの位相応答から決定される仮想チャネル応答ベクトルを生成する応答ベクトル生成手段と、
仮想チャネル応答ベクトルから相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記相関行列から電力最小化により送信側のウエイトを取得するウエイト取得手段と
を具備することを特徴とする請求項４記載の送受信装置。
【請求項６】
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、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯から得られる受信信号の受信電力を比較するステップと、
前記比較結果から受信電力の大きい受信信号の情報に基づいて、前記送信手段による送信及び前記受信手段による受信時の送受信信号への重み付け値を決定するステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
【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、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出するステップと、
前記検出された２つの受信信号の受信電力を比較するステップと、
前比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択するステップと、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出するステップと、
前記算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算するステップと、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定するステップと、
送信信号に所定の重み付け値を乗算するステップと、
前記選択された受信電力の大きい受信信号の情報に基づいて、送信すべき送信信号の周波数を決定するステップと
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、
前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出するステップと、
前記検出された２つの受信信号の受信電力を比較するステップと、
前記比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択するステップと、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出するステップと、
前記重み付け値と受信される受信信号とを乗算するステップ、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定するステップと、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、送信信号に所定の重み付け値を乗算するステップと、
前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定するステップと
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、従来システム（優先システム、Ｐｒｉｍａｒｙシステム）におけるＦＤＤ（Frequency 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及び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８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８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（Time Division Duplex）を考える。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、例えば、「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（D. Cabric, S. M. Mishra, and R. W. Brodersen, “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”、インプレス社、２００４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、結局、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２が自分の存在を知らせるための意図的な信号を発生させるとすると、通常の通信以外の機構を設ける必要があり、これは、ハードウエアの複雑化につながる。また、この信号を送信するための周波数及び時間を新たに設ける必要がある。これは、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１−１、１−２の通信利用効率を低下させる要因とな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、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに新たな付加機能を一切設けなくても、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実現する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アレーアンテナ送受信装置において、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯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、前記送信手段による送信及び前記受信手段による受信時の送受信信号への重み付け値を決定する重み付け決定手段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アレーアンテナ送受信装置において、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出された２つの受信信号の受信電力を比較する電力比較手段と、前記電力比較手段による比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択する信号選択手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出する受信ウエイト計算手段と、前記受信ウエイト計算手段によって算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算する受信信号ウエイト乗算手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定する受信信号周波数決定手段と、送信信号に所定の重み付け値を乗算する送信信号ウエイト乗算手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定する送信信号周波数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、前記受信ウエイト計算手段は、受信信号の相関行列と、固有値分解により得られる最小固有ベクトルとを計算することにより、干渉除去を行うための重み付け値を算出することを特徴とする。
【００１９】
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、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出された２つの受信信号の受信電力を比較する電力比較手段と、前記電力比較手段による比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択する信号選択手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号を分岐する分岐手段と、前記分岐手段によって分岐された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出する受信ウエイト計算手段と、前記受信ウエイト計算手段によって算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算する受信信号ウエイト乗算手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定する受信信号周波数決定手段と、前記分岐手段によって分岐された受信信号の情報に基づいて、送信信号に所定の重み付け値を乗算する送信信号ウエイト乗算手段と、前記信号選択手段によって選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定する送信信号周波数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。
【００２０】
本発明は、上記の発明において、前記送信信号ウエイト乗算手段は、前記受信ウエイトをそのまま送信側に用いた場合に、どの方向に指向性のヌルができるかを推定する推定手段と、指向性のヌルが形成される方向の角度情報に基づいて、送信周波数に対応する素子間隔とアレーアンテナの配置から決定される素子配置から決定される素子ごとの位相応答から決定される仮想チャネル応答ベクトルを生成する応答ベクトル生成手段と、仮想チャネル応答ベクトルから相関行列を生成する相関行列生成手段と、前記相関行列から電力最小化により送信側のウエイトを取得するウエイト取得手段とを具備することを特徴とする。
【００２１】
また、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、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯から得られる受信信号の受信電力を比較するステップと、前記比較結果から受信電力の大きい受信信号の情報に基づいて、前記送信手段による送信及び前記受信手段による受信時の送受信信号への重み付け値を決定するステップとを含むことを特徴とする通信方法である。
【００２２】
また、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、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出するステップと、前記検出された２つの受信信号の受信電力を比較するステップと、前比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択するステップと、前記選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出するステップと、前記算出された重み付け値と前記受信手段により受信される受信信号とを乗算するステップと、前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定するステップと、送信信号に所定の重み付け値を乗算するステップと、前記選択された受信電力の大きい受信信号の情報に基づいて、送信すべき送信信号の周波数を決定するステップとを含むことを特徴とする通信方法である。
【００２３】
また、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、前記受信手段により受信された、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出するステップと、前記検出された２つの受信信号の受信電力を比較するステップと、前記比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択するステップと、前記選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出するステップと、前記重み付け値と受信される受信信号とを乗算するステップ、前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記受信手段により受信すべき受信信号の周波数を決定するステップと、前記選択された受信信号の情報に基づいて、送信信号に所定の重み付け値を乗算するステップと、前記選択された受信信号の情報に基づいて、前記送信手段により送信すべき送信信号の周波数を決定する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】
【００２４】
この発明によれば、少なくとも異なる２つの周波数帯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。したがって、ＦＤＤ方式の特徴を利用した、アレーアンテナによる干渉除去をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムで行うことで、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに新たな付加機能を一切設けなくても、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実現することができるという利点が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出し、該検出された２つの受信信号の受信電力を比較し、該比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択し、該選択された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出し、該重み付け値と受信信号とを乗算し、選択された受信信号の情報に基づいて、受信すべき受信信号の周波数を決定し、送信信号に所定の重み付け値を乗算し、選択された受信信号の情報に基づいて、送信すべき送信信号の周波数を決定する。したがって、ＦＤＤ方式の特徴を利用した、アレーアンテナによる干渉除去をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムで行うことで、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに新たな付加機能を一切設けなくても、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実現することができるという利点が得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、信信号の相関行列と、固有値分解により得られる最小固有ベクトルとを計算することにより、干渉除去を行うための重み付け値を算出する。したがって、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という利点が得られる。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えることなく、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの通信を開始することができるという利点が得られる。
【００２７】
また、この発明によれば、前少なくとも異なる２つの周波数帯の２つの受信信号を検出し、該検出された２つの受信信号の受信電力を比較し、該比較結果で得られた、受信電力の大きい受信信号を選択し、選択された受信信号を分岐し、分岐された受信信号の情報に基づいて、受信信号の相関行列の作成と電力最小化とを行い、干渉除去を行うための重み付け値を算出して受信信号とを乗算し、選択された受信信号の情報に基づいて、受信すべき受信信号の周波数を決定し、分岐された受信信号の情報に基づいて、送信信号に所定の重み付け値を乗算するとともに、送信すべき送信信号の周波数を決定する。したがって、ＦＤＤ方式の特徴を利用した、アレーアンテナによる干渉除去をＳｅｃｏｎｄａｒｙシステムで行うことで、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに新たな付加機能を一切設けなくても、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実現することができるという利点が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、受信ウエイトをそのまま送信側に用いた場合に、どの方向に指向性のヌルができるかを推定し、指向性のヌルが形成される方向の角度情報に基づいて、仮想チャネル応答ベクトルを生成し、該仮想チャネル応答ベクトルから相関行列を生成し、該相関行列から電力最小化により送信側のウエイトを取得する。したがって、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムで、電力の強い信号を基に、送信側で、Ｐｒｉｍａｒｙシステムに干渉を与えない指向性を形成できるため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムの使用時も、Ｐｒｉｍａｒｙシステムを問題なく運用することができ、また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００からの干渉を全く受けることがない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】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
Ａ．１第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による通信装置（アクセスポイント）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（スイッチまたはサーキュレータ）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。
【００３１】
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周波数ｆ１及び周波数ｆ２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、周波数ｆ１及び周波数ｆ２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。
【００３２】
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３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、受信信号ウエイト乗算部１７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。受信周波数決定部１９−１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、大きい電力の受信信号の周波数を受信に用いるよう受信装置１３−１〜１３−Ｎを調整するようになっている。
【００３３】
次に、図２は、受信ウエイト乗算部１７の構成を示すブロック図である。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。
【００３４】
なお、図１、図２は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステムにおける基地局側（アクセスポイント：ＡＰ）側と端末側の両方に設けるものとする。但し、アクセスポイントＡＰと端末のアンテナ素子数は必ずしも同一である必要はない。
【００３５】
次に、本第１実施形態の動作について説明する。
図３は、本第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。また、図４は、本第１実施形態の動作原理の説明を補足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は、それぞれ異なる周波数を用いて通信を行う。このＰｒｉｍａｒｙシステムのサービスエリア内でＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が存在する環境を想定する。Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１が送信している周波数ｆ１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が受信している周波数ｆ２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、一般に、ＦＤＤと呼ばれる。
【００３６】
本第１実施形態において、図１に示すＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の受信機は、上記周波数ｆ１と周波数ｆ２の信号を受信できるが、実際に通信に用いるのは、いずれか一方の周波数であり、その１つの周波数帯を時分割で用いることにより、送受信を行うことを特徴としている（ＴＤＤ方式）。
【００３７】
まず、本第１実施形態では、図２に示すように、図１の周波数ｆ１の信号検出装置１５−１及び周波数ｆ２の信号検出装置１５−２を用いて、周波数ｆ１及びｆ２で到来する信号電力Ｐ（ｆ１）、Ｐ（ｆ２）を測定する（ステップＳａ１）。ここでは、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の干渉量のみである。また、周波数ｆ１及びｆ２の周波数差がどの程度であるかは、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認識しておくことは容易である。
【００３８】
また、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の位置関係により、信号電力Ｐ（ｆ１）、Ｐ（ｆ２）の大小関係が決定する。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の近くにいるため、周波数ｆ２の受信電力が高くなる可能性が高い。これらの受信電力は、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から周波数ｆ１及びｆ２で送信される信号を受信すれば、いずれかの受信電力は高くなり、受信電力の高い信号は、比較的精度よく推定できる。
【００３９】
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からの信号の到来を検出することが可能となる。すなわち、本第１実施形態により、前述した（手順１）に対する問題は解決する。また、両方の周波数ｆ１、ｆ２で、受信電力が所定のしきい値以下の電力となる場合には、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２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１００がＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２よりも大きな電力で送信しないかぎり、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１００からＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２ヘの干渉もほとんど問題とならない。
【００４０】
次に、信号電力Ｐ（ｆ１）、Ｐ（ｆ２）の大小関係を図１の電力比較部１５−３で比較し、電力が大きくなるほうの信号を、信号選択部１５−４を用いて抽出する（ステップＳａ３、Ｓａ４）。すなわち、信号電力Ｐ（ｆ１）の方が大きい場合には、信号電力Ｐ（ｆ１）に到来する信号Ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜Ｍ）を抽出する（ステップＳａ３）。一方、信号電力Ｐ（ｆ２）の方が大きい場合には、信号電力Ｐ（ｆ２）に到来する信号Ｘ（ｉ）、（ｉ＝１〜Ｍ）を抽出する（ステップＳａ４）。図４に示す例では、周波数ｆ２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、図２に示すＸ（ｉ）は、次式（１）で与えることができる。
【００４１】
【数１】
2008306662.tif 000003
【００４２】
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本のアンテナ当たり、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。
【００４３】
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Ｓａ５）。
【００４４】
【数２】
2008306662.tif 000004
【００４５】
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、１００−２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。該電力最小化法については、例えば、文献３（Compton, R. T., Jr., “The power-inversion adaptive array - Concept and performance”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-15, Nov. 1979, p.803-814.）などに開示されている。該電力最小化法では、次式（３）に従ってウエイトが計算される（ステップＳａ６）。
【００４６】
【数３】
2008306662.tif 000005
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【数４】
2008306662.tif 000006
【００５０】
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。
【００５１】
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。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得ることができる。
【００５２】
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に供給する。受信ウエイト乗算部１７では、信号電力Ｐ（ｆ１）と信号電力Ｐ（ｆ２）の大小関係に基づいて、周波数ｆ１もしくは周波数ｆ２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（ｆ１）が信号電力Ｐ（ｆ２）より大であるか否かを判定し（ステップＳａ７）、Ｐ（ｆ１）＞Ｐ（ｆ２）の場合には、周波数ｆ１を選択し（ステップＳａ８）、Ｐ（ｆ１）＜Ｐ（ｆ２）の場合には、周波数ｆ２を選択し（ステップＳａ９）、受信を行う。
【００５３】
すなわち、受信電力が大きくなる周波数を用いて受信を行う。受信周波数は、図１の受信周波数決定部１９−１で調整される。図４に示す例では、Ｐ（ｆ２）＞Ｐ（ｆ１）であるため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１における基地局１０１−１（アクセスポイントＡＰ）は、周波数ｆ２で受信する。受信ウエイト計算部１５−５では、受信信号（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１の通信相手からの所望信号＋Ｐｒｉｍａｒｙシステムからの干渉信号）に対し、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Ｓａ１０）。出力信号Ｚは、以下の式で与えられる。
【００５４】
【数５】
2008306662.tif 000007
【００５５】
次に、送信時の制御フローについて説明する。
送信時は、受信周波数と同じ周波数で送信を行う。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（ｆ１）が信号電力Ｐ（ｆ２）より大であるか否かを判定し（ステップＳａ１２）、Ｐ（ｆ１）＞Ｐ（ｆ２）の場合には、周波数ｆ２を選択し（ステップＳａ１３）、Ｐ（ｆ１）＜Ｐ（ｆ２）の場合には、周波数ｆ１を選択する（ステップＳａ１４）。
【００５６】
例えば、図４に示す例では、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２は、周波数ｆ２の信号を受信するので、周波数ｆ１で送信される信号は、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−２に干渉を全く与えない。また、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１の距離が遠いため、こちらに与える干渉も少ない。よって、本第１実施形態により、前述した（手順２）における問題も解消できる。送信時には、まず、図１に示す分岐手段１６によりアンテナ素子数分に信号を分岐する。その後、送信信号ウエイト乗算部１８で信号にウエイトを乗算する。送信信号ウエイト乗算に用いるウエイトは、受信時に得たウエイトではなく、予め固定の値を与える。例えば、無指向性で送信したい場合には、あるアンテナ素子に対するウエイトを１とし、他は０とする。
【００５７】
上述した第１実施形態によれば、従来技術の問題点を解決することが可能となる。すなわち、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２に干渉を与えず、また、受信時に効率的にＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２の信号を検出し、この信号を除去しながら通信を行うことができる。
【００５８】
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。
上述した第１実施形態では、送信時において、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１からＰｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２に対して干渉を安易に与えないために、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１にとって受信電力が高くなる周波数の信号を、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１は用いていた（図４では周波数ｆ２のみ）。しかし、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１が電力の低い周波数の信号（図４では周波数ｆ１）を使用していない。すなわち、周波数ｆ１と周波数ｆ２の両方を利用していないのは、周波数利用効率を考えると、十分に有効に活用しているとは言えない。本第２実施形態では、アクセスポイントＡＰ側では、送信時においても、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００−１、１００−２に対するヌル送信を実現することで、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１でも、周波数ｆ１と周波数ｆ２を用いて、ＦＤＤ方式による通信システムを運用することが可能となる。
【００５９】
図５は、本第２実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。図５には、アクセスポイントＡＰ側の構成を示しいるが、端末ＴＳ側に関しては、アレーアンテナを用いる必要がないだけで、同様の構成となる。なお、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。
【００６０】
本第２実施形態では、信号選択部１５−４で選択された信号を、分岐部１５−６に供給する。分岐部１５−６は、選択された信号を受信信号ウエイト計算部２０に供給するとともに、送信信号ウエイト計算部２１に供給する。受信ウエイト計算部２０は、前述した第１実施形態の受信ウエイト計算部１５−５と同様に、受信ウエイトの計算を行う。また、送信信号ウエイト計算部２１は、受信ウエイト計算部２０と同様に送信ウエイトの計算を行う。
【００６１】
図６は、本第２実施形態による送信ウエイト計算部１８の構成を示すブロック図である。送信側においても、送信ウエイト計算部２１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。送信ウエイト計算部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。
【００６２】
本第２実施形態では、上述したように、第１実施形態と同様に、受信ウエイトの計算、該受信ウエイトによる重み付けを行うとともに、新たに、送信ウエイトの計算、該送信ウエイトによる重み付けを行うことが特徴である。まず、図５に示す電力比較部１５−３で、周波数ｆ１の信号電力Ｐ（ｆ１）が周波数ｆ２の信号電力Ｐ（ｆ２）よりも大きくなると判定された場合には、周波数ｆ１の信号の信号を信号選択部１５−４で選択する。
【００６３】
一方、周波数ｆ１の信号電力Ｐ（ｆ１）が周波数ｆ２の信号電力Ｐ（ｆ２）よりも小さくなると判定された場合には、周波数ｆ１の信号の信号を信号選択部１５−４で選択する。すなわち、電力比較部１５−３で大きいと判断された周波数の信号を用いて受信ウエイトと送信ウエイトとの計算を行う。また、本第２実施形態では、電力が高くなると判断された周波数で受信を行い、電力が低くなると判断された周波数で送信を行う。この判定に関し、電力比較部１５−３を通じて、図５の送信周波数判定部１９−２と受信周波数判定部１９−１に周波数情報を供給する。
【００６４】
上記動作を経て、送信ウエイト計算部２１と受信ウエイト計算部２０でそれぞれ干渉波を除去するウエイトを計算する。受信ウエイトを求める方法、それ自体は、第１実施形態で説明した方法をそのまま適用できる。
【００６５】
次に、送信ウエイトを求める方法について説明する。本第２実施形態の構成では、受信周波数と送信周波数とが異なるため、受信ウエイトのように、干渉波を低減するウエイトをそのまま送信時には用いることができない。そこで、以下の方法を用いて、送信ウエイトを求める。
【００６６】
図７は、本第２実施形態による送信ウエイトの求め方を示すフローチャートである。まず、受信ウエイト計算部２０で求まったウエイトを送信ウエイト計算部２１にそのまま取得する（ステップＳｂ１）。第１実施形態のように、例えば、ＴＤＤ方式の通信システムのような、送受信で同じ周波数を用いる場合には、この受信ウエイトを送信側でもそのまま用いることができる。しかし、本第２実施形態では、送信周波数と受信周波数とで異なる周波数を用いることを想定するため（ＦＤＤ方式）、送信側のウエイトを別途生成する必要がある。
【００６７】
そこで、本第２実施形態では、まず、受信ウエイトをそのまま送信側に用いた場合に、どのような方向に指向性のヌルができるかを推定する（ステップＳｂ２）。ここで、次式（６）を用いて、各方向における、アンテナのレスポンスＦＴｘ（θ）を測定する（θ＝０〜３６０度）。
【００６８】
【数６】
2008306662.tif 000008
【００６９】
上記数式（６）において、ｄＴｘ／λは、送信アンテナの素子間隔で、送信と受信の周波数が異なる場合、この値が送信と受信で異なって見える。Ｎはアンテナの素子数である。ここで、あるしきい値を設け、該しきい値を満たす角度θをピックアップする。ここで、数式（６）は、直線アレーアンテナの場合を想定しているが、他のアンテナ形状でも問題ない。他のアンテナ形状の場合には、数式（６）における、Ｅｘｐ（・）の（・）の中が変化する。この事実は、例えば、文献４（菊間、“アレーアンテナによる適応信号処理”、１９９８、科学技術出版社）などに記載されている。
【００７０】
次に、推定した角度情報に基づいて、再度、送信ウエイトを形成するが、一般にＮ素子アレーアンテナは、Ｎ−１個の干渉波しか低減できないので、Ｎ−１個の角度情報を抽出する（ステップＳｂ３）。抽出する基準は、上記ステップＳｂ２で得られた角度情報で、ＦＴｘ（θ）が小さくなるものから順に値を選択する。
【００７１】
次に、ステップＳｂ３で得られた角度情報に基づいて、再度、仮想チャネル応答ベクトルを生成する（ステップＳｂ４）。ここで、チャネル応答を求める際に、振幅の値を考慮に入れる。ステップＳｂ１で求めたＦＴｘ（θ）は、電力最小化法で求めたウエイトを用いて算出した値であるため、干渉彼の電力が大きいほど、その値は小さくなる。よって、仮想チャネル応答ベクトルを生成する際に、その逆数である値を乗算しておけば、後で、送信ウエイトを考慮する際に、その影響を与えることができる。
【００７２】
仮想のチャネル応答ベクトルは、次式（７）で与えることができる。
【００７３】
【数７】
2008306662.tif 000009
【００７４】
ここで、ｈｉは、ｉ番目のアンテナ素子における仮想のチャネル応答であり、Ａｍは、振幅の重み付け、Ｈは、ｈをベクトル化したものである。
【００７５】
次に、第１実施形態で説明したように、受信ウエイト計算部１０で求めた処理と全く同様に、相関行列を求め（ステップＳｂ５）、電力最小化によりウエイトを取得する（ステップＳｂ６）。しかし、上述したステップＳｂ２〜Ｓｂ３による処理により、受信ウエイトと異なるウエイトが得られ、これを送信側の干渉除去用のウエイトとして用いることができる。
【００７６】
ＴＤＤ方式のシステムでは、送信周波数と受信周波数が同じであるため、受信側で得られる指向性と送信側で得られる指向性は一致させることができる。すなわち、受信で得られた干渉除去のためのウエイトはそのまま送信でも用いることができる。しかし、ＦＤＤの場合は、送信と受信周波数が異なるため、受信で得たウエイトを送信では用いることができない。そのため、本発明では、図６に示すように、干渉信号の到来方向を受信ウエイトを用いて求め（ステップＳｂ２）、また、その方向を元に、新たな送信側で想定されるチャネルを推定する（ステップＳｂ６）。
【００７７】
ここで、一般に、ｉ番目のアレーアンテナの素子に入射される位相は、直線アレーの場合、ｅｘｐ（ｊ×２π×ｄ／λ×（ｉ−１）×ｓｉｎ（θ））で与えることができる。ここで、ｄ／λは波長で正規化した素子間隔、θは信号の到来方向となる。もし、信号が複数到来する場合、ｋ番目のアンテナに到来する信号は各到来する信号の振幅を一定であると仮定すると、Σｅｘｐ（ｊ×２π×ｄ／λ×（ｋ−１）×ｓｉｎ（θｍ））となる。ここで、θｍは、ｍ番目の信号である。このように、信号の到来方向を推定できれば、ｉ番目の素子における信号の応答を推定することができる。前述の説明においては、この応答値を仮想チャネル応答と称している。具体的には、図６のステップＳｂによって与えられる信号ｈｉとなり、これはｉ番目の素子における仮想チャネル応答となる。
【００７８】
上述した第２実施形態によれば、まず、アクセスポイントＡＰは、電力の強い信号を基に、送信側で、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００に干渉を与えない指向性を形成できるため、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の使用時も、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００は、問題なく運用することができる。また、アクセスポイントＡＰは、受信時に干渉除去を行うので、Ｐｒｉｍａｒｙシステム１００からの干渉を全く受けない。
【００７９】
一方、端末側に関しては、干渉量の小さい周波数で信号を受信することになるため、端末ＴＳ側には、何ら制御を施さなくても、自動的にＳｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の端末ＴＳ側への干渉量を削減することが可能となる。端末ＴＳ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ことは、非常に重要な利点である。
【００８０】
上述した第１または第２実施形態によれば、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２の端末ＴＳ側では、何ら特別な制御を行うことなく、複数のシステムが存在する場合において、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙシステム１０１−１、１０１−２が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】
【００８１】
【図１】本発明の第１実施形態による通信装置（アクセスポイント）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実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本第１実施形態の動作原理の説明を補足するための概念図である。
【図５】本第２実施形態による通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図である。
【図６】本第２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７】本第２実施形態による送信ウエイトの求め方を示すフローチャートである。
【図８】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】
【００８２】
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（信号検出手段）
１５−３  電力比較部（電力比較手段）
１５−４  信号選択部（信号選択手段）
１５−５  受信ウエイト計算部（重み付け決定手段、受信ウエイト計算手段）
１５−６  分岐部
１６  分岐手段
１７  受信信号ウエイト乗算部
１７−１−１〜１７−１−Ｎ  乗算器
１７−２  加算器
１９−１  受信周波数決定部（受信信号周波数決定手段）
１９−２  送信信号周波数決定部（送信信号周波数決定手段）
２０  受信ウエイト計算部（受信信号ウエイト乗算手段）
２１  送信ウエイト計算部（送信信号ウエイト乗算手段）
１８  送信信号ウエイト乗算部（送信信号ウエイト乗算手段）
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
【図１】
2008306662.tif 000010
【図２】
2008306662.tif 000011
【図３】
2008306662.tif 000012
【図４】
2008306662.tif 000013
【図５】
2008306662.tif 000014
【図６】
2008306662.tif 000015
【図７】
2008306662.tif 000016
【図８】
2008306662.tif 000017