專利名稱：信號檢測裝置以及信號檢測方法
技術領域：
本發明涉及在多個無線系統共用同一頻帶的環境中的無線站的信號檢測裝置以及信號檢測方法。
背景技術：
在當前的無線通信中，為了避免互相干擾，多數情況下給每個無線通信系統分配專用的頻帶。但是，為了在無線通信中有效地充分利用有限的頻率，近年來正在研究在多個通信系統中利用同一頻帶的方法。作為允許在同一頻帶中多個無線系統共存的技術有認知無線技術。該技術認識無線環境，根據認識結果以及頻率共用的規則，設定中心頻率、信號帶寬、波束圖(beam pattern)等的發送參數，進行通信。尤其是，在多個無線系統共用頻率的環境中，為避免對主系統的干擾以及認知系統之間的干擾，同時提高頻率利用效率，需要在各認知無線機開始發送前盡可能正確地認識無線資源的使用狀況。作為認識信號的技術，主要有功率檢測、匹配濾波器檢測、特征檢測等。作為利用信號的接收電平的代表例，公知有被稱為CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，載波偵聽多點接入/沖突避免)方式的帶有沖突避免功能的載波感知多點接入方式。對此，例如非專利文獻1中所示出的。作為IEEE802. 11標準等的代表的無線LAN系統使用CSMA/CA方式，在進行數據的發送前測定接收電平，判斷可否發送數據。 另外，在專利文獻1和專利文獻2中，通過計算信號的周期穩定性的特征量來判斷信號是否存在，各無線站僅在檢測不到信號的情況下進行發送，由此來避免干擾。這種特征檢測是利用信號統計特性的技術，具有不需要帶寬或者幀格式等的事前信息和不需要時間以及頻率的同步等的優點。通過使用這些技術，即使在不同的無線通信系統共用同一頻帶的情況下，在通過檢測周圍使用的信號的存在而判斷為沒有發生干擾的情況下，無線站也能夠進行發送。在非專利文獻1所示的CSMA/CA方式中，由于僅根據接收功率來判定信號存在與否，因此不了解所檢出的信號是怎樣的信號。另外，基于匹配濾波器的信號檢測需要在接收機中設置作為檢測對象的信號的模板(template)，檢測對象信號的特征必須完全已知。因此，在這些特征未知的情況下，存在無線資源即使未使用也不能使用這樣的問題。另一方面，如非專利文獻2所示，在利用信號統計特征的特征檢測中，通過少量的事前信息能夠分別識別特征不同的信號，但是，隨著檢測對象信號種類的增加，存在信號檢測所需的運算負擔變得極重的問題。進而，在不同種類的信號的接收電平不同的情況下， 弱信號的特征埋沒于強信號的特征中，存在接收機對于弱信號的檢出率顯著降低這樣的問題。專利文獻1 日本特開2006-222665號公報專利文獻2 日本特開2008-061214號公報非專利文獻 1 =Part 11 =Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY)specification, ANSI/IEEE Std 802.11,1999Edition
非專利文獻 2 :Α· V. Dandawate and G. B. Giannakis, "Statistical tests for presence of eyelostationarity,” IEEE Trans.Signal Processing, vol.42, no. 9, Sept.1994非專利文獻3: IEEE 802. 22fforking Group of the LAN MAN Standards Committee, ‘‘ IEEE P802. 22/DO. IDraft Standards for Wireless Regional Area Network Part 22 Cognitive Wireless RAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specification :Policies and procedure for operaion in the TV bands", The Institute of Electrical and Electronics Engineers, May 2006.

發明內容
本發明的課題是實現能夠容易地檢測同一頻帶中的多個檢測對象信號。根據一個實施例的信號檢測裝置，具有檢測對象候選選擇部，其在有可能包含于接收信號中的多個檢測對象信號候選內選擇特定的檢測對象信號；候選信號用計算部，其對至少由上述特定的檢測對象信號的周期參數以及偏移參數指定的中心坐標處的周期自相關值進行計算；公共區域用計算部，其對屬于不同的檢測對象信號所共用的公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值進行計算；檢定統計量計算部，其計算上述特定的檢測對象信號的檢定統計量；以及信號判定部，其根據上述檢定統計量與閾值的比較結果，判定上述特定的檢測對象信號存在與否，上述檢定統計量計算部將屬于上述公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值，用作包含上述中心坐標的區域中與上述中心坐標不同的(L-I)個坐標處的周期自相關值，由此來計算上述檢定統計量。根據一個實施例，能夠容易地檢測同一頻帶中的多個檢測對象信號。


圖1表示共用同一頻帶的多個無線站進行通信的頻率共用環境的圖。
圖2是無線站的功能框圖。
圖3是用于說明波形特征量的一例的圖。
圖4是表示周期自相關值的計算例的圖。
圖5是表示按照檢測對象信號的每個候選計算L個周期自相關值的情況的圖。
圖6是詳細示出L個周期自相關值的圖。
圖7是用于說明發明原理的圖。
圖8是示出信號檢測裝置的詳情的圖。
圖9是表示關于信號未到來情況的概率密度函數與檢定統計量之間的關系的圖。
圖10是表示信號檢測裝置中的動作例的流程圖。
圖11是表示仿真結果的圖。
圖12是用于說明通過實施例的效果的圖。
標號說明11無線局21 天線22發送接收分離部23信號檢測裝置24發送控制部25數據調制部26信號生成部27數據解調部81檢測對象候選選擇部82檢測對象候選用的波形特征量計算部83公共區域用的波形特征量計算部84檢定統計量計算部85信號判定部
具體實施例方式從以下觀點說明實施例。1.系統2.無線站3.波形特征量4.發明原理5.信號檢測裝置6.動作例7.變形例8.實施例的效果8. 1運算負擔減輕的效果8. 2弱信號檢出率的改善效果[實施例1]<1.系統〉圖1表示多個無線站通信的頻率共用環境。無線站A、B、C可以屬于同一系統，也可以屬于不同的系統。不管是哪一種，各無線站都利用屬于相同頻帶的頻率進行無線通信。 例如，無線站A準備與對方無線站A’開始通信，此時其他的無線站B、C有可能分別正在與其他的無線站B’、C’進行通信。為避免共用同一頻帶的無線站彼此之間干擾，無線站A、A’ 必須使用其他無線站沒有正在使用的頻率。無線站A通過后述的信號檢測裝置判定是否存在其他無線站B、C的信號(檢測對象信號)，利用那些信號沒有使用的資源(時間、頻率、 場所等)來進行無線通信。這樣，根據通信狀況來動態控制資源的分配，從而能夠提高資源的利用效率。<2.無線站〉圖2表示本發明的實施例的無線站。無線站至少可以作為圖1的無線站A、A’使用。而且，圖2的無線站也可以作為無線站B、B’、C、C’使用。無線站可以為能夠進行無線通信的任何適當的通信裝置，例如，可以是用戶裝置、信息終端、智能電話機、個人數字計算機、便攜用個人計算機、便攜電話或者固定終端等。無線站具有天線21、發送接收分離部22、信號檢測裝置23、發送控制部M、數據調制部25、信號生成部沈以及數據解調部27。圖2中示出有無線站具有的各種功能要素中與本發明特別有關聯的功能要素。被輸入無線站的天線21的信號經由發送接收分離部22被輸入信號檢測裝置23。 如以下將要說明的那樣，信號檢測裝置23判斷接收信號中是否包含檢測對象信號。檢測對象信號存在一個或者多個。發送控制部M根據信號檢測部23的檢測結果決定可否發送信號，在發送良好的情況下，確定發送中使用的參數等(數據調制方式、信道編碼率、頻率資源塊、發送功率等)。將確定的參數通知給數據調制部25。從無線站發送的發送數據由數據調制部25進行調制，并由信號生成部沈變換為無線信號。實際上，不光數據調制，還要進行信道編碼和交織等的處理，這些對于本領域的技術人員來說是當然的。依照從發送控制部M通知的可否發送以及參數，生成的發送信號經由發送接收分離部22從天線21被發送，到達作為無線站的通信對象的對方無線站。在開始與對方無線站進行通信后，通過天線21接收到的信號由數據解調部27進行解調而得到來自對方無線站的接收數據(實際上，不僅進行數據解調，也進行信道解碼和解交織。)。<3.波形特征量>圖2所示的信號檢測裝置，在判定由天線21接收到的接收信號中是否包含有檢測對象信號時，針對檢測對象信號計算波形特征量。所謂波形特征量是表示信號波形所具有的統計特性的信息，通過二次周期自相關值得到的周期穩定性、或者信號振幅的方差值、頻率相關值等也可以用作波形特征量。以下說明波形特征量。信號波形由中心頻率、頻率帶寬、發送功率、調制方式、發送信息符號等各種參數決定。因此，在信號波形中包含上述那樣的參數的特征。例如，在上述專利文獻1和非專利文獻2的情況下，計算信號的周期自相關函數(CAF=Cyclic Autocorrelation Function) 的值，通過周期穩定性的特征量，檢測信號存在與否。在這種情況下，利用的是如下特性由于信號中使用的調制方式等，僅當某個固有的參數被用于周期自相關值的計算時，信號的周期自相關值的值變大。此外，在專利文獻2中，提出了針對利用同一調制方式的信號賦予不同的周期穩定性的特征量的方法。這些僅僅是一例，還可以從信號的相關值和統計值等各方面來表示信號波形的特征的特征量。圖3是作為信號的波形特征量的一例，用于說明由于濾波器的影響而產生的周期穩定性的特征量的圖。圖3的(1)表示使用理想的濾波器進行了頻帶限制的帶寬B[Hz]的信號的頻譜。在使用理想的濾波器的情況下，可以將頻譜形成為矩形。但是，實際上很難實現那樣的頻譜。當使用實際的濾波器進行頻帶限制時，得到了具有一定程度緩和的傾斜的頻譜。圖3的(2)表示利用普通的實際濾波器進行了頻帶限制的情況下的頻譜。如圖3 的O)中所示，與使用理想濾波器的情況相比，在利用實際的帶限濾波器的情況下，頻帶展寬了 P、Q’的量。在該展寬的頻帶內，右側展寬的用P表示的區域具有與左側的用P’表示的區域相同的信號成分，左側展寬的用Q’表示的區域具有與右側Q相同的信號成分這樣的性質。因此，圖3的O)的信號被偏移了頻率B[Hz]后得到的信號(3)中的P’的部分是與 (2)的P的部分相同的信號成分，(3)的Q’的部分是與O)的Q相同的信號成分。因此， (2)的波形與(3)的波形的相關值表現出較高的值。這樣，由濾波器進行了頻帶限制的信號在原始信號與原始信號被頻率偏移后得到的信號之間產生相關性(周期自相關)。該相關值可作為波形特征量使用。盡管圖示的例子中考察的是某信號與其在頻率方向上偏移后得到的信號之間的相關性時，但是同樣也可以考察在時間方向上進行偏移。因此，通常將表示周期性的量稱為“周期參數”，將要偏移的量稱為“偏移參數”。在本實施例中，利用這樣的相關值計算作為信號存在與否的判斷標準的檢定統計量(后述)，由此檢測在接收信號中是否包含某檢測對象信號。除了通過計算某信號與該信號在某方向上偏移后得到的信號之間的相關值而導出的周期穩定性以外，還存在可用作波形特征量的統計量。作為那樣的統計量，可以列舉出信號振幅的方差值，即二階累積量(Second Order Cumulant)等。大體而言，二階累積量相當于振幅可取的值的方差。例如，在OFDM方式的信號那樣的峰值功率與平均功率之比 (PAPR)非常高的信號、和基于單載波方式的信號那樣的恒包絡信號或者噪聲等中，二階累積量的值大不同。前者因為取各種振幅值所以方差大，后者的方差比較小。通過利用這樣的性質，也能夠檢測接收信號中是否包含OFDM信號。除了周期穩定性和二階累積量以外，信號的頻率相關特性等也同樣可以利用作為可用作波形特征量的統計量(關于這點，請參照非專利文獻幻。在頻率相關特性的情況下， 對OFDM等多載波信號具有的子載波頻率分量賦予信號功率的偏置。在具有本發明的控制裝置的無線站中計算接收信號的頻率相關值，能夠將其峰值或者峰值個數、多個峰值間的頻率間隔等檢測作為波形特征量。這樣，表示信號波形的統計特征的波形特征量可以基于信號的相關值，也可以基于方差等的統計值。但是，為便于說明，在以下說明的例子中，使用由二階周期自相關函數 (CAF)表述的波形特征量。<4.發明原理〉圖4表示各種周期參數(周期頻率)以及各種偏移參數(偏移量)中的周期自相關值(CAF)的計算例。在圖示的例子中，示出了在由周期參數及偏移參數指定的坐標(α， ν)中的周期自相關值(CAF)，但是在本實施例中，也可以擴展為多維的情況。周期自相關值(CAF)在特定的周期頻率及偏移量的情況下表示強的相關值，在其他的周期頻率以及偏移量的情況下僅表示低的誤差成分的值。如后所述，在判定接收信號中是否存在特定的檢測對象信號時，計算特定的檢測對象信號的檢定統計量，根據該檢定統計量是否超過閾值來判定特定的檢測對象信號存在與否。在計算檢定統計量時，需要計算各種周期自相關值(CAF)。具體說，需要計算包含特定的檢測對象信號的周期頻率以及偏移量(α。，ν0)中的周期自相關值的L個周期自相關值。因此，在檢測對象信號的候選數是N的情況下，需要計算NXL個周期自相關值。現有的方法是計算全部這NXL個周期自相關值，但是在本實施例中不需要計算全部。圖5示意性地示出針對6個檢測對象信號分別計算L個周期自相關值的情況。一個虛線框對應于與一個檢測對象信號有關的L個周期自相關值。圖中左上方表示針對一個檢測對象信號繪制L個周期自相關值。縱軸表示周期自相關值的絕對值，橫軸表示周期頻率。通過圖示的情況，可以看到，周期自相關值關于周期頻率連續變化，但是實際上L個計算值是離散地并排排列。偏移量固定在特定值(V1)處。W[s]表示在后述的公式中記載的濾波函數，在計算檢定統計量時，將其與周期自相關值相乘。圖6是詳細示出圖5的左上方所示的L個周期自相關值的圖。為了強調周期自相關值被離散地繪制，僅示出了 19個點(黑圓圈)，但實際上存在多個點。橫軸表示周期頻率，縱軸表示周期自相關值的絕對值，具體而言，F10, ν ( α 0+s/I0) =Σ (t = 0 K1-DX (t) · x(t+ν) ‘ exp(j2 3i (a0+s/I0))Itl表示觀測的周期數。如后述，在周期自相關值與上述的函數Fiav之間，下面的關系成立Rxa (v) = (l/I0)FIOjV(a)只要不存在混淆的可能，也將Rxa、Fra，ν稱為“周期自相關值”。周期頻率α取以下L個值。a0-((L-I)/2)/I0,...
α 0_2/10， a0_l/I0，
aO'
a0+l/I0， α 0+2/10，
a 0+( (L-I)/2)/I00在這L個值中，Citl是檢測對象信號的周期頻率，所以a = %處的周期自相關值表示較高的值(峰值)。α φ C^的區間中的周期自相關值僅表示較低的誤差成分。誤差成分主要是源于由α φ C^的其他的信號引起的干擾成分、無線傳輸環境中的衰落、接收機的熱噪聲等。圖中示出為“ΝΑ”的不存在峰值的區域中的誤差成分隨著在信號處理中觀測的樣本數Ic/變得非常大而接近于零，另一方面，該誤差成分的偏差隨著觀測的樣本數Itl 變得非常大而接近于正態分布。這種誤差成分的性質不依賴于各個檢測對象信號，而具有在所有不存在峰值的區域內公共的性質。本申請的發明人等著眼于這一點，在求取L個周期自相關值時，通過針對多個檢測對象信號將中心坐標(峰值)以外的(L-I)個周期自相關值公共化，由此來減輕信號檢測中的計算負擔。圖7表示針對多個檢測對象信號將中心坐標(a。，v0)以外的坐標處的(L_l)個周期自相關值公共化的情況。在圖示的例子的情況下，周期自相關值的計算次數是對于NA 區域中的(L-I)個坐標的(L-I)次、a = a Q的坐標處的1次、a = a i的坐標處的1次的合計，為(L+1)。在現有的方法的情況下，針對周期頻率是的檢測對象信號，計算L次周期自相關值，對于周期頻率是Ci1的檢測對象信號，計算L次周期自相關值，所以計算次數達到2L次。因為L通常在數十到數百的范圍內，所以通過本實施例能夠大大減少計算次數。但是，L的值不限于上述范圍。下面，示出后來的說明中要使用的公式。對于接收到的無線信號(接收信號)x(t) 的二次周期自相關函數(CAF)，用下式表示。
[式1]
權利要求
1.一種信號檢測裝置，其具有檢測對象候選選擇部，其在有可能包含于接收信號中的多個檢測對象信號候選內選擇特定的檢測對象信號；候選信號用計算部，其對至少由上述特定的檢測對象信號的周期參數以及偏移參數指定的中心坐標處的周期自相關值進行計算；公共區域用計算部，其對屬于不同的檢測對象信號所共用的公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值進行計算；檢定統計量計算部，其計算上述特定的檢測對象信號的檢定統計量；以及信號判定部，其根據上述檢定統計量與閾值的比較結果，判定上述特定的檢測對象信號存在與否，上述檢定統計量計算部將屬于上述公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值，用作包含上述中心坐標的區域中與上述中心坐標不同的(L-I)個坐標處的周期自相關值，由此來計算上述檢定統計量。
2.根據權利要求1所述的信號檢測裝置，其中，上述多個檢測對象信號的周期自相關值在上述公共區域以外的區域中表現出峰值。
3.根據權利要求1或2所述的信號檢測裝置，其中，利用具有該信號檢測裝置的接收機從發送機接收到的信息來表示上述公共區域。
4.根據權利要求1或2所述的信號檢測裝置，其中，在具有該信號檢測裝置的接收機進行通信的通信系統中已知上述公共區域。
5.一種無線站，其具有根據權利要求1-4中任一項所述的信號檢測裝置；和發送部，其在通過上述信號檢測裝置確認為上述特定的檢測對象信號不存在的情況下，對發送信號進行無線發送。
6.一種信號檢測方法，包括以下步驟計算屬于不同的檢測對象信號所共用的公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值；在有可能包含于接收信號中的多個檢測對象信號候選內選擇特定的檢測對象信號； 對至少由上述特定的檢測對象信號的周期參數以及偏移參數指定的中心坐標處的周期自相關值進行計算；計算上述特定的檢測對象信號的檢定統計量；和根據上述檢定統計量與閾值的比較結果，判定上述特定的檢測對象信號存在與否， 在計算上述檢定統計量時，將屬于上述公共區域的(L-I)個坐標的各自處的周期自相關值，用作包含上述中心坐標的區域中與上述中心坐標不同的(L-I)個坐標處的周期自相關值，由此來計算上述檢定統計量。
全文摘要
信號檢測裝置以及信號檢測方法。信號檢測裝置具有在多個檢測對象信號的候選內選擇特定的檢測對象信號的檢測對象候選選擇部；計算由特定的檢測對象信號的(α，ν)指定的中心坐標處的周期自相關值(CAF)的候選信號用計算部；計算屬于不同的檢測對象信號共用的公共區域的(L-1)個坐標各自處的CAF的公共區域用計算部；計算特定的檢測對象信號的檢定統計量的檢定統計量計算部；和根據檢定統計量與閾值的比較結果，判定特定的檢測對象信號存在與否的信號判定部。檢定統計量計算部將屬于公共區域的(L-1)個坐標各自處的CAF用作包含中心坐標的區域中與中心坐標不同的(L-1)個坐標處的周期CAF，由此計算檢定統計量。
文檔編號H04B17/00GK102571228SQ20111036185
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者三浦俊二, 原田浩樹, 藤井啟正 申請人:株式會社Ntt都科摩