(57)【要約】  ＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｒｅｇｉｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）受信機は、複数のチャネルの１つにより無線ネットワークと通信する送受信機と、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ放送信号が検出されない場合、上記チャネルの一部を有するサポートされているチャネルのリストを生成するのに利用される信号検出手段とを有する。信号検出手段は、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）及びサイクリックスペクトルの関数としてスペクトル検知を実行する。
2010530174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線エンドポイントにおいて使用される方法であって、
複数のチャネルの１つを選択するステップと、
ダウン変換された信号を提供するため、前記選択されたチャネルにより受信した信号をダウン変換するステップと、
間引きされた信号を提供するため、前記ダウン変換された信号を間引くステップと、
前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記間引かれた信号におけるエネルギーピークを検出するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記検出するステップは、
前記間引かれた信号のパワースペクトル密度の関数として決定メトリックを決定するステップと、
前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記決定された決定メトリックと閾値とを比較するステップと、
を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記決定メトリックは、
【数１１】
2010530174.tif 000013
であるパラメータＴにより表される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記決定メトリックは、
【数１２】
2010530174.tif 000014
であるパラメータＴにより表される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記検出するステップは、
前記間引かれた信号のサイクリックスペクトルの関数として決定メトリックを決定するステップと、
前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記決定された決定メトリックと閾値とを比較するステップと、
を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記決定メトリックは、すべてのサイクリックスペクトルに対する周波数０における最大振幅である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記既存信号は、ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｄ）信号である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ダウン変換するステップはさらに、前記ダウン変換された信号を提供するため、ローパスフィルタリングするステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
既存信号が存在しない場合、前記選択されたチャネルが利用可能であることを示すため、利用可能チャネルリストをマーク付けするステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
選択されたチャネルからダウン変換された信号を提供するダウンコンバータと、
間引きされた信号を提供するため、前記ダウン変換された信号を間引く間引き手段と、
前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記間引かれた信号におけるエネルギーピークを検出するプロセッサと、
を有する装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、
（ａ）前記間引かれた信号のパワースペクトル密度の関数として決定メトリックを決定し、
（ｂ）前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記決定された決定メトリックと閾値とを比較する、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記決定メトリックは、
【数１３】
2010530174.tif 000015
であるパラメータＴにより表される、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記決定メトリックは、
【数１４】
2010530174.tif 000016
であるパラメータＴにより表される、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサは、
（ａ）前記間引かれた信号のサイクリックスペクトルの関数として決定メトリックを決定し、
（ｂ）前記選択されたチャネルにおける既存信号の存在を検出するため、前記決定された決定メトリックと閾値とを比較する、請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
前記決定メトリックは、すべてのサイクリックスペクトルに対する周波数０における最大振幅である、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記既存信号は、ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｄ）信号である、請求項１０記載の装置。
【請求項１７】
前記ダウン変換された信号を提供するローパスフィルタをさらに有する、請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
既存信号が存在しない場合、前記選択されたチャネルが利用可能であることを示すため、利用可能チャネルリストを格納するメモリをさらに有する、請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には地上放送、セルラー、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、衛星などの無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コグニティブ無線（ＣＲ）が、無線スペクトルの希薄性（ｓｐａｒｓｉｔｙ）の問題に対する実行可能な解決策を提供するためにｎｅｇｏｔｉａｔｅｄ又はｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃなスペクトル共有化を実現するため提案された（例えば、Ｊ．Ｍｉｔｏｌａ  ＩＩＩ，“Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｏ：Ａｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｇｅｎｔ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｒａｄｉｏ”，Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｒｏｙａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｗｅｄｅｎ，Ｍａｙ  ２０００）。ＣＲを適切に処理するため、スペクトル検知、すなわち、割り当てられたスペクトル帯においてライセンスされた信号を検出する機能を実行することが重要である。このため、スペクトル検知は、ＣＲの主要な技術の１つになっている。スペクトル検知の実行の最も困難な点は、極めて低いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）状態において信号を検知することである。
【０００３】
これについて、ＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｒｅｇｉｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが、ＩＥＥＥ８０２．２２規格グループにおいて検討されている。ＷＲＡＮシステムは、非干渉ベースによるテレビスペクトルの未使用のテレビ（ＴＶ）放送チャネルを利用して、主たる目的として都市や郊外エリアにサービス提供するブロードバンドアクセス技術のものと同様のパフォーマンスレベルに値しない地方及び遠隔エリア並びに人口密度の低いマーケットに対処することを意図する。さらに、ＷＲＡＮシステムはまた、スペクトルが利用可能な人工密度の高いエリアにサービス提供するためスケーリング可能であってもよい。ＷＲＡＮシステムの１つの目的はテレビ放送と干渉しないことであるため、重要な処理は、ＷＲＡＮによりサービス提供を受けるエリア（ＷＲＡＮエリア）に存在するライセンスを受けているテレビ信号を確実かつ正確に検知することである。例えば、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）放送信号の有無を検知するため、検出ミスの確率は、ＳＮＲが−２０．８ｄＢであるとき、誤ったアラームの確率が０．１である条件下では０．１を超えるべきでない。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の原理によると、装置は、受信信号をダウン変換し、ダウン変換された受信信号を間引き、間引かれた信号におけるエネルギーピークを検出することによって、スペクトル検知を実行する。
【０００５】
本発明の例示的な実施例では、本装置は、ＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｒｅｇｉｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）受信機である。ＷＲＡＮ受信機は、ダウン変換された信号を提供するため受信信号をダウン変換するダウンコンバータと、間引かれた信号を提供するため、ダウン変換された信号を間引く間引き手段と、間引かれた信号のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）の関数として既存のＡＴＳＣ  ＤＴＶ放送信号のためのスペクトル検知を実行する検出手段とを有する。
【０００６】
本発明の他の例示的な実施例では、本装置は、ＷＲＡＮ受信機である。ＷＲＡＮ受信機は、、ダウン変換された信号を提供するため受信信号をダウン変換するダウンコンバータと、間引かれた信号を提供するため、ダウン変換された信号を間引く間引き手段と、間引かれた信号のサイクリックスペクトルの関数として既存のＡＴＳＣ  ＤＴＶ放送信号のためのスペクトル検知を実行する検出手段とを有する。
【０００７】
上記及び詳細な説明を参照することから明らかなように、他の実施例及び特徴がまた可能であり、本発明の原理の範囲内となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、テレビ（ＴＶ）チャネルをリストしたテーブル１を示す。
【図２】図２は、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号のフォーマットを示す。
【図３】図３は、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号のフォーマットを示す。
【図４】図４は、従来のＡＴＳＣフィールド同期検出手段を示す。
【図５】図５は、本発明の原理による例示的なＷＲＡＮシステムを示す。
【図６】図６は、図５のＷＲＡＮシステムにおいて使用される本発明の原理による例示的なフローチャートを示す。
【図７】図７は、図５のＷＲＡＮシステムにおいて使用される本発明の原理による例示的なフローチャートを示す。
【図８】図８は、本発明の原理による例示的な信号検出手段を示す。
【図９】図９は、本発明の原理による例示的な信号検出手段を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のコンセプト以外の図面に示される要素は周知であり、詳細には説明されない。また、テレビ放送、受信機及びビデオ符号化に精通していることが前提とされ、ここでは詳細には説明されない。例えば、本発明のコンセプト以外のＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ  Ｌｉｎｅｓ）、ＳＥＣＡＭ（ＳＥｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｕｌｅｕｒ  Ａｖｅｃ  Ｍｅｍｏｉｒｅ）及びＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）などのテレビ規格に対する現在の提案されている勧告に精通していることが前提とされる。ＡＴＳＣ放送信号に関するさらなる情報は、ＡＴＳＣ規格であるＤｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ（Ａ／５３），Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  Ｃ（Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ  Ｎｏ．１及びＣｏｒｒｉｇｅｎｄｕｍ  Ｎｏ．１，Ｄｏｃ．Ａ／５３Ｃ）と、Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ：Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＴＳＣ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ（Ａ／５４）に見つけることができる。同様に、本発明のコンセプト以外の８−ＶＳＢ（ｅｉｇｈｔ−ｌｅｖｅｌ  Ｖｅｓｔｉｇａｌ  Ｓｉｄｅｂａｎｄ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）又はＣＯＦＤＭ（Ｃｏｄｅｄ  ＯＦＤＭ）などの伝送コンセプト、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フロントエンドなどの受信コンポーネント、又は低ノイズブロック、チューナ、復調手段、相関手段、リーク統合手段及び平方手段などの受信部が前提とされる。同様に、本発明のコンセプト以外のトランスポートビットストリームを生成するフォーマット化及び符号化方法（ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）−２システム規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ  １３８１８−１））は周知であり、ここでは説明されない。また、本発明のコンセプトは、ここでは説明されない従来のプログラミング技術を用いて実現されてもよいことに留意すべきである。最後に、図面の類似する数字は、類似の要素を表す。
【００１０】
図１のテーブル１において、米国のテレビスペクトルが示され、ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）及びＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バンドにおけるテレビチャネルのリストが提供される。各テレビチャネルについて、割り当てられた周波数バンドの対応する低エッジが示される。例えば、テレビチャネル２は５４ＭＨｚ（数百万ヘルツ）において開始され、テレビチャネル３７は６０８ＭＨｚにおいて開始され、テレビチャネル６８は７９４ＭＨｚにおいて開始されるなどである。当該技術において知られるように、各テレビチャネル又はバンドは６ＭＨｚの帯域幅を占有する。また、テレビチャネル２は５４〜６０ＭＨｚの周波数スペクトル（又はレンジ）をカバーし、テレビチャネル３７は６０８〜６１４ＭＨｚのバンドをカバーし、テレビチャネル６８は７９４〜８００ＭＨｚのバンドをカバーするなどである。ここでの説明では、テレビ放送信号は“ワイドバンド”信号である。上述されるように、ＷＲＡＮシステムは、テレビスペクトルの未使用のテレビ（ＴＶ）放送チャネルを利用する。これについて、ＷＲＡＮシステムは、ＷＲＡＮシステムにより実際に使用可能であるテレビスペクトルの部分を決定するため、これらのテレビチャネルの何れがＷＲＡＮエリアにおいて実際にアクティブである（又は既存（ｉｎｃｕｍｂｅｎｔ）である）か判断するため、“チャネル検知”を実行する。
【００１１】
本例では、各テレビチャネルは対応するＡＴＳＣ放送信号と関連付けされることが前提とされる。ここではＡＴＳＣ放送信号はまた、デジタルテレビ（ＤＴＶ）信号とも呼ばれる。図２及び３において、ＡＴＳＣ信号のフォーマットが示される。ＤＴＶデータは８−ＶＳＢ（Ｖｅｓｔｉｇｉａｌ  Ｓｉｄｅｂａｎｄ）を用いて変調され、データセグメントにより送信される。図２において、ＡＴＳＣデータセグメントが示される。ＡＴＳＣデータセグメントは、８３２シンボルから構成され、これはデータセグメント同期用の４つのシンボルと、８２８のデータシンボルからなる。図２から観察できるように、データセグメント同期は、各データセグメントの始めに挿入され、８−ＶＳＢシンボルに関して［５  −５  −５  ５］に対応するバイナリの１００１パターンを表す２レベル（バイナリ）４シンボルシーケンスである。複数のデータセグメント（３１３セグメント）は、トータルで２６０，４１６シンボル（８３２×３１３）を有するＡＴＳＣデータフィールドからなる。データフィールドの第１データセグメントは、フィールド同期セグメント呼ばれる。図３において、フィールド同期セグメントの構成が示される。ここでは、各シンボルは１ビットデータ（２レベル）を表す。フィールド同期セグメントにおいて、５１１ビットの擬似ランダムシーケンス（ＰＮ５１１）は、データセグメント同期の直後にある。ＰＮ５１１シーケンスの後、６３ビットの３つの同一の擬似ランダムシーケンス（ＰＮ６３）が連接され、第２のＰＮ６３シーケンスは１つおきに反転されたデータフィールドである。
【００１２】
データセグメント同期及びフィールド同期は、ＡＴＳＣ放送信号のシグネチャ信号を表す。例えば、受信信号におけるデータセグメント同期パターンの検出は、受信信号をＡＴＳＣ放送信号として特定するのに利用可能である。また、極めて低い信号対雑音比（ＳＮＲ）環境におけるＡＴＳＣ放送信号の検出精度を向上させるため、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号内に埋め込まれたデータセグメント同期シンボルとフィールド同期シンボルとが、誤ったアラーム確率を低下させながら検出確率を向上させるのに利用可能である。図４は、従来技術によるフィールド同期検出手段を示す。図４のフィールド同期検出手段は、ダウンコンバータ５５、整合フィルタ６０、要素６５及びピーク検出手段７０を有する。ダウンコンバータ５５は、受信信号５４をアナログ又はデジタルドメインのベースバンドにダウン変換する（この信号は、例えば、１０．７６２ＭＨｚのノミナルシンボルレートや２倍のシンボルレートなどにおいてデジタルサンプルとして存在する）。結果として得られるベースバンド信号５６は、整合フィルタ６０に印加される。これは、受信信号がＡＴＳＣ放送信号であるか特定するため、バイナリシーケンス、すなわち、上述したＰＮ５１１又はＰＮ５１１プラスＰＮ６３に整合される。例えば、Ｙ０を４シンボルセグメント同期シーケンスとして、Ｙ１をＰＮ５１１シーケンスとして、Ｙ２をＰＮ６３シーケンスとして、Ｙ３を６３のゼロ値のシンボルによるシーケンスとして示す。従って、シーケンスＺ＝［Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ２］をこれらのシーケンスの連結を表すものとして示す。Ｙ３（オールゼロのシーケンス）が使用される理由は、中間のＰＮ６３シーケンスが１フィールドおきに反転されるためである。明らかに、Ｚ＝［Ｙ０，Ｙ１］、Ｚ＝［Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２］又はＺ＝［Ｙ０，Ｙ１，Ｙ３，Ｙ３，Ｙ２］などの他の形態のシーケンスＺもまた、ＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号を検出するのに利用可能である。従って、整合フィルタ６０は、バイナリシーケンスＺに整合されたフィルタであり、すなわち、フィルタのインパルスレスポンスは、Ｚが［ｚ（１），ｚ（２），．．．，ｚ（ｎ）］として表される場合、［ｚ（ｎ），ｚ（ｎ−１），．．．，ｚ（１）］となる。ここで、サンプリングレートがシンボルレートの２倍である場合、Ｚシーケンスは、ゼロ値のシンボルがＺシーケンスのシンボル間の挿入される［ｚ（１），０，ｚ（２），０，ｚ（３），．．．，０，ｚ（ｎ）］として変更される。整合フィルタ６０に続いて、信号の大きさ（６５）が取得される（又はより容易に、平方された大きさがＩ２＋Ｑ２（ただし、Ｉ及びＱはそれぞれ、整合フィルタ６０からの信号の同相及び直交成分である）として取得される）。この大きさの値（６６）は、顕著なピークが存在するか決定するピーク検出手段７０に印加される。顕著なピークが存在する場合、ＡＴＳＣ放送信号が存在すると想定され、ピーク検出手段７０は、信号７１を介しＡＴＳＣ放送信号の存在を示す。
【００１３】
上述した検出アプローチに対して、既存の信号のためのスペクトル検知を実行するための他の方法が利用可能である。後述されるように、本発明の原理によると、受信信号のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）又は受信信号のサイクリックスペクトルが、既存の信号のスペクトル検知を実行するため利用可能である。
【００１４】
正弦波のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）関数は、例えば、
【数１】
2010530174.tif 000003
などのディラックのデルタ関数から構成される。
【００１５】
ディラックのデルタ関数は、信号がサイン関数を含むとき、信号のＰＳＤが高振幅ピークを有するように、デルタ関数のエネルギーが１点に集中するという性質を有する。さらに、同じ信号エネルギーを有する信号に対して、それらのＰＳＤについて有意なピークが存在するため、正弦波はより認識できるものである。従って、正弦を含む信号について、信号のＰＳＤにピークを検出することによって、スペクトル検知が実行可能である。
【００１６】
ｘ（ｔ）を周波数αと加法性白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）ｗ（ｔ）とによる有限の強さの正弦波成分の和とする。
【００１７】
【数２】
2010530174.tif 000004
また、ｗ（ｔ）はゼロの平均であり、ｗ（ｔ）の自己相関関数は、
【数３】
2010530174.tif 000005
であることが仮定される。従って、ｘ（ｔ）のＰＳＤは、
【数４】
2010530174.tif 000006
である。さらに、ｘ（ｔ）のサイクリックスペクトルは、
【数５】
2010530174.tif 000007
である（サイクリックスペクトルに関する背景情報のため、例えば、Ｗ．Ａ．Ｇａｒｄｎｅｒ，“Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  ｉｎ  Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｓｉｇｎａｌｓ”，ＩＥＥＥ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．２，ｐｐ．１４−３６，Ａｐｒｉｌ  １９９１を参照されたい）。
【００１８】
式（５）から、ノイズは、理想的にはサイクリック周波数α＝±２ｆ０となるとき、ｘ（ｔ）のサイクリックスペクトルに寄与しない。従って、本発明の原理によると、信号のサイクリックスペクトルのピークを検出することによりスペクトル検知を実行することは、スペクトル検知のためにＰＳＤを利用するものより良好になるかもしれない。
【００１９】
しかしながら、信号のＰＳＤ又はサイクリックスペクトルを利用することは、スペクトル成分の正確な測定を必要とする。上述されるように、ディラックのデルタ関数は、当該関数のエネルギーがある点に集中するという良好な性質を有している。しかしながら、この測定方法の周波数解像度（ＰＳＤに対する）又はサイクリック周波数解像度（サイクリックスペクトルに対する）は、特定の周波数又はサイクリック周波数におけるピークを決定するのに十分高いものである必要がある。高解像度の必要性は、主として送信機のオシレータと対応する受信機のオシレータとの間のミスマッチによる周波数オフセット問題から生じることに留意すべきである。周波数オフセットがない場合、デルタ関数のポジションは正確に判明し、これらの周波数におけるスペクトルを測定することは容易である。ＰＳＤの測定方法に関する情報は、Ｐ．Ｓｔｏｉｃａ  ａｎｄ  Ｒ．Ｍｏｓｓ，“Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌｓ”，Ｐｅａｒｓｏｎ  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ，２００５の第２章に記載され、サイクリックスペクトルの測定方法に関する情報は、Ｗ．Ａ．Ｇａｒｄｎｅｒ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３４，Ｎｏ．５，Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９８６に見つけられる。これらの方法は、一方が時間的なスムージングによるランダムな効果を減少されるためのものであり、他方がスペクトルのスムージングによるものである２つのカテゴリに分割できる。これらすべての方法について、周波数解像度を増加させる唯一の方法は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）のサイズを増大させることである。しかしながら、極めて大きなサイズのＤＦＴによってでさえ、周波数ミスマッチに影響を受けやすいため、デルタ関数を決定することはできないかもしれない。
【００２０】
この周波数決定問題を解決するため、本発明の原理によると、ＰＳＤと共にサイクリックスペクトルの測定のためのほぼ連続的な周波数スムージング方法が提供される。ｒ（ｔ）を受信バンドパス信号とする。キャリア周波数は信号帯域幅よりはるかに大きいため、受信したバンドパス信号ｒ（ｔ）は、エイリアシングなしにより低い中心周波数ｆＩＦに容易にダウン変換可能である。ここで、ｒｋ（ｔ）を中心周波数ｆＩＦ＋ｋｆΔ（ｆΔは数ヘルツに設定される）を有するダウン変換された信号とする。このとき、信号ｒ（ｔ）のＰＳＤは、
【数６】
2010530174.tif 000008
により与えられ、信号ｒ（ｔ）のサイクリックスペクトルは、
【数７】
2010530174.tif 000009
により与えられる。ただし、
【数８】
2010530174.tif 000010
は、スライディングＤＦＴのダウン変換出力であり、ＴＳはタイムサンプリングインクリメントであり、ＮはＤＦＴによりフーリエ変換されるデータセグメントΔｔにおけるタイムサンプルの個数である。従って、
Δｔ＝（Ｎ−１）ＴＳ
である。タイムサンプリングインクリメントＴＳは、ＲＦフロントエンドのアナログ・デジタルコンバータにより使用されるサンプリングインクリメントでなくてもよく、複雑さの問題や他の問題のため変更されてもよい。ここで、パラメータＴＳは、式（６）、（７）及び（８）を実行するのに利用される信号ｒｋ（ｔ）のタイムサンプリングインクリメントを表す。しかしながら、スムージングを実行するのに利用される周波数バンドにはより大きな自由度があり、ｆΔを制御することによって、極めて高い周波数解像度又はサイクリック周波数解像度を有することになる。実際の実現形態は、オシレータの精度とハードウェアの複雑さに関するハードウェア制約により制限されるかもしれないことに留意すべきである。
【００２１】
しかしながら、スペクトル検知は受信信号がある期間の周波数バンドの周囲にデルタ関数を有しているかしか関与する必要がないことが前提とされる場合、検出の複雑さは、信号の間引きによりさらに低下させることが可能である。従って、本発明の原理によると、装置は、受信信号をダウン変換することによってスペクトル検知を実行し、ダウン変換された受信信号を間引き、間引かれた信号におけるエネルギーピークを検出する。
【００２２】
図５を参照するに、本発明の原理を包含する例示的なＷＲＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｒｅｇｉｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム２００が示される。ＷＲＡＮシステム２００は、地理的エリア（ＷＲＡＮエリア）（図５には図示せず）にサービス提供する。一般に、ＷＲＡＮシステムは、１以上のＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ  Ｐｒｅｍｉｓｅ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）２５０と通信する少なくとも１つの基地局（ＢＳ）２０５を有する。これは、静止しているかもしれない。ＣＰＥ２５０とＢＳ２０５は共に、無線エンドポイントを表す。ＣＰＥ２５０は、プロセッサベースシステムであり、図５の破線のボックスにより示されるプロセッサ２９０とメモリ２９５により表されるような１以上のプロセッサと付属するメモリとを有する。これについて、コンピュータプログラム又はソフトウェアが、プロセッサ２９０により実行のため、メモリ２９５に格納される。これは、１以上の格納プログラム制御プロセッサを表し、これらのプロセッサは受信機能に専用とされる必要はなく、例えば、プロセッサ２９０はまた、ＣＰＥ２５０の他の機能を制御してもよい。メモリ２９５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの何れかの記憶装置を表し、ＣＰＥ２５０の内部及び／又は外部にあってもよく、必要に応じて揮発性及び／又は不揮発性とされる。アンテナ２１０と２５５を介したＢＳ２０５とＣＰＥ２５０との間の通信の物理レイヤは、例示的には送受信機２８５を介したＯＦＤＭベースものであり、矢印２１１により表される。ＷＲＡＮネットワークに入るため、ＣＰＥ２５０はまずＢＳ２０５と“関連付け”しようとする。この試行中、ＣＰＥ２５０は、送受信機２８５を介してＣＰＥ２５０の能力に関する情報を制御チャネル（図示せず）によりＢＳ２０５に送信する。報告される能力には、例えば、最小及び最大送信パワーや送受信のためのサポートされている又は利用可能なチャネルリストなどが含まれる。これについて、ＣＰＥ２５０は、何れのテレビチャネルがＷＲＡＮエリアにおいてアクティブでないか決定するため、本発明の原理による“チャネル検知”を実行する。その後、ＷＲＡＮ通信に使用するための結果として得られた利用可能チャネルリストは、ＢＳ２０５に提供される。ＢＳ２０５は、上述した報告された情報を利用して、ＣＰＥ２５０がＢＳ２０５と関連付けすることが可能であるか決定する。
【００２３】
図６を参照するに、本発明の原理によるチャネル検知を実行するのに使用される例示的なフローチャートが示される。図６のフローチャートは、すべてのチャネルに対して又はＣＰＥ２５０が使用する可能性があると選択したチャネルのみに対して実行可能である。好ましくは、チャネルの既存信号を検出するため、ＣＰＥ２５０は、検出期間中に当該チャネルにおける送信を中止すべきである。これについて、ＢＳ２０５は、制御メッセージ（図示せず）をＣＰＥ２５０に送信することによって停止インターバルをスケジューリングしてもよい。ステップ３０５において、ＣＰＥ２５０がチャネルを選択する。本例では、このチャネルは、図１のテーブル１に示されるテレビチャネルの１つであると仮定されるが、本発明のコンセプトはこれに限定されず、他の帯域幅を有する他のチャネルに適用される。ステップ３１０において、ＣＰＥ２５０は、既存信号の有無をチェックするため、選択されたチャネルをスキャンする。特に、ＣＰＥ２５０は、何れのライセンスされたチャネルがＷＲＡＮエリアにおいてアクティブでないか判断するため、本発明の原理に従ってパワースペクトル密度（ＰＳＤ）とサイクリックスペクトルの関数として“スペクトル検知”を実行する。ライセンスされた又は既存の信号の具体例は、ＤＶＢ−Ｔ信号、ＤＶＢ−Ｈ信号及びＡＴＳＣ−ＤＴＶ信号である。既存の信号が検出されなかった場合、ステップ３１５において、ＣＰＥ２５０は、利用可能チャネルリスト（周波数利用マップとも呼ばれる）上のＷＲＡＮシステムにより使用可能であるとして選択されたチャネルを示す。しかしながら、既存信号が検出された場合、ステップ３２０において、ＣＰＥ２５０は、ＷＲＡＮシステムにより使用可能でないとして選択されたチャネルをマーク付けする。ここで用いられる周波数利用マップは単に、図１のＷＲＡＮシステムにおいて利用可能又は利用不可として１以上のチャネルとその一部を特定する、図１のメモリ２９５などに格納されるデータ構造である。チャネルを利用可能又は利用不可とマーク付けすることは、何れかの方法により実行可能であることに留意すべきである。例えば、利用可能チャネルリストは、利用可能なチャネルのみをリストするようにしてもよく、これにより他のチャネルを利用不可として効果的に示すことができる。同様に、利用可能チャネルリストは、利用不可なチャネルのみを示すようにしてもよく、これにより、他のチャネルを利用可能として効果的に示すことができる。
【００２４】
図７において、図６のステップ３１０を実行するための例示的なフローチャートが示される。ステップ３５５において、ＣＰＥ２５０は、選択されたチャネルの受信信号ｒ（ｔ）をダウン変換し、ダウン変換された信号を提供する。ＣＰＥ２５０はまたダウン変換された信号のローパスフィルタリングを実行してもよいことに留意すべきである。ステップ３６０において、ＣＰＥ２５０は、ダウン変換された信号を間引きし、間引きされた信号を提供する。ステップ３６５において、ＣＰＥ２５０は、間引きされた信号についてスペクトル計算（以下でさらに説明される）を実行し、決定統計量又は決定メトリックＴを生成する。ステップ３７０において、ＣＰＥ２５０は、計算された決定メトリックＴと実験的に決定される閾値とを比較する。閾値を超える場合、ＡＴＳＣ放送信号が存在すると仮定される。そうでない場合、ＡＴＳＣ放送信号は存在しないと仮定される。
【００２５】
図７のフローチャートについて、ＰＳＤの使用とサイクリックスペクトルの使用の２つのスペクトル検知を実行するための具体例が提供される。
【００２６】
ＰＳＤアプローチに関して、送信信号のＰＳＤが周波数ｆ０においてデルタ関数を有していると仮定する。これについて、ステップ３５５において、ＣＰＥ２５０は、受信信号ｒ（ｔ）の周波数をダウン変換又はシフトして、中心周波数ｆＩＦ＋ｋｆΔを有するダウン変換された信号を提供し、これはさらにローパスフィルタリングされてもよい。ステップ３６０において、ＣＰＥ２５０は、式（６）及び（８）を利用して、決定メトリックＴを決定するのに使用するため、受信信号に係るＰＳＤを計算する。ステップ３６５において利用可能な決定メトリックの一例は、
【数９】
2010530174.tif 000011
である。ここで、決定メトリックＴは、推定されたＰＳＤのすべてのキャリアに対する最大振幅である。ステップ３６５で使用するための決定統計量Ｔの他の例は、
【数１０】
2010530174.tif 000012
である。最終的に、ステップ３７０において、ＣＰＥ２５０は、既存の信号があるか判断するため、決定メトリックＴと閾値とを比較する。
【００２７】
サイクリックスペクトルアプローチに関して、デルタ関数をそのＰＳＤの周波数ｆ０において有する送信信号は、サイクリック周波数±２ｆ０の周波数０においてデルタ関数を有する。これについて、ステップ３５５において、ＣＰＥ２５０はまず、狭いバンドパスフィルタにより受信信号ｒ（ｔ）をフィルタリングし、ピークを含む小さな周波数バンドをフィルタリングし、その後、受信信号ｒ（ｔ）の周波数をダウン変換又はシフトし、中心周波数ｆＩＦ＋ｋｆΔを有するダウン変換された信号を提供する。このダウン変換された信号はさらに、ローパスフィルタリングされてもよい。ステップ３６０において、ＣＰＥ２５０は、ｒｋ（ｔ−ｎＴＳ）を取得するため、ダウン変換された信号を間引くかダウンサンプリングする。ステップ３６５において、ＣＰＥ２５０は、式（７）及び（８）を利用して、決定メトリックＴを決定するのに利用するため、受信信号に係る異なるサイクリック周波数αに対してサイクリックスペクトルを計算する。ステップ３６５において利用可能な決定メトリックの一例は、決定統計量としてすべてのサイクリックスペクトルに対して周波数０における最大振幅を利用することである。最後に、ステップ３７０において、ＣＰＥ２５０は、既存信号が存在するか決定するため、決定メトリックＴと閾値とを比較する。
【００２８】
図８を参照するに、ＣＰＥ２５０において使用するための受信機４０５の一部が示される（送受信機２８５の一部としてなど）。本発明のコンセプトに関連する受信機４０５の部分のみが示される。図８に示される要素は、一般にＰＳＤアプローチの利用に関して示される図７のフローチャートの各ステップの説明に対応する。また、図８に示される要素は、ハードウェア、ソフトウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより実現可能である。これについて、受信機４０５は、プロセッサベースシステムであり、図８の破線のボックスにより示されるプロセッサ５９０とメモリ５９５により表されるような１以上のプロセッサと付属のメモリとを有する。プロセッサ５９０とメモリ５９５は、図５のプロセッサ２９０とメモリ２９５と同じ又は追加されてもよいことに留意すべきである。受信機４０５は、ダウンコンバータ５０５、ローパスフィルタ５１０、間引き手段５１５、受信信号に係るＰＳＤを計算するＰＳＤ要素５２０及び閾値比較手段５２５を有する。簡単化のため、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）要素、処理がデジタルドメインである場合のアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）及び追加的なフィルタリングなどのいくつかの要素は、図８に図示されない。本発明のコンセプト以外のこれらの要素は、当業者に容易に明らかであろう。さらに、当業者は、処理の一部が必要に応じて複雑な信号経路に関係することを認識するであろう。
【００２９】
上述したフローチャートに関して、選択された各チャネルについて、キャリア周波数ｆｃが現在選択されているチャネルの関数として選択される場合、受信信号は存在するかもしれない（図１を参照されたい）。ダウンコンバータ５０５は、受信信号ｒ（ｔ）をダウン変換し、ダウン変換された信号をローパスフィルタ５１０を介し間引き手段５１５に提供する。間引き手段５１５は、ダウン変換された信号を間引き、間引かれた信号をＰＳＤ要素５２０に提供する。ＰＳＤ要素５２０は、式（９）又は（１０）を用いて式（６）及び（８）に従って決定メトリックＴを計算する。閾値比較手段５２５は、既存信号が存在するか判断するため、決定メトリックＴと閾値とを比較し、受信機による利用のため、信号５２６を介し結果を提供する。
【００３０】
図９において、本発明の原理による受信機４０５の他の変形が示される。これは、上述されるような式（７）及び（８）に従って決定メトリックＴを計算するサイクリックスペクトル要素５４５の使用を除いて、図８の受信機４０５に類似する。本例では、閾値比較手段５２５は、既存信号が存在するか決定するため、決定メトリックＴと閾値とを比較し、受信機による利用のため、信号５２６を介し結果を提供する。
【００３１】
上述されるように、ＰＳＤ又はサイクリックスペクトルアプローチを利用して、低い信号対ノイズ比の環境においてＡＴＳＣ  ＤＴＶ信号の存在を高い信頼度で検出することが可能である。しかしながら、本発明のコンセプトはこれに限定されず、何れかの信号の存在を検出するため適用可能である。例えば、本発明のコンセプトは、ＤＶＢ−Ｔ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）などにおいて使用されるＯＦＤＭタイプ信号の検出に適用可能である。また、本発明のコンセプトが図５のＣＰＥ２５０に関して説明されたが、本発明はこれに限定されず、チャネル検知を実行可能なＢＳ２０５の受信機などに適用される。さらに、本発明のコンセプトは、ＷＲＡＮシステムに限定されず、チャネル又はスペクトル検知を実行する何れかの受信機に適用されてもよい。
【００３２】
上記説明は、本発明の原理しか示していないが、当業者は、ここには明示的には説明されないが、本発明の原理を実現し、その趣旨及び範囲内である他の多数の構成を創出することができるであろうことが理解される。例えば、個別の機能要素に関して示されたが、これらの機能要素は１以上の集積回路（ＩＣ）により実現されてもよい。同様に、個別の要素として示されたが、これらの要素（図５、８及び９のものなど）の何れか又はすべてが、図６及び７などに示されるステップの１以上に対応する付属のソフトウェアを実行するデジタル信号プロセッサなどの格納プログラムにより制御されるプロセッサにより実現されてもよい。さらに、本発明の原理は、衛星、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、セルラーなどの他のタイプの通信システムに適用可能である。従って、説明された実施例に対して多数の変更が可能であり、添付した請求項により規定されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の構成が創出されうることが理解されるべきである。
【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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【国際調査報告】
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