JP2011521507A - 無線通信においてスペクトル資源を利用するシステムおよび方法 - Google Patents

無線通信においてスペクトル資源を利用するシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

無線通信システムは、ウェーブレット解析器およびウェーブレット信号発生器を備える。ウェーブレット解析器は、通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の無線信号を解析するように動作し、それにより、ウェーブレット解析器は、周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを確定するようになっている。ウェーブレット信号発生器は、周波数および時間マップ内の解析された無線信号に基づいて周波数および時間マップの確定された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号を生成するように動作する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、一般に、無線通信に関し、より詳細には、無線通信スペクトラムの送信資源を利用するシステムおよび方法に関する。
電気通信の進化する世界は、データ情報の確実な送受信を可能にするための種々の技術的進歩を絶えず提供している。より多くのデータについての必要性が、ビデオ電話機能、ＭＰ３ダウンローディング、ビデオダウンローディング、および他のこうしたコンテンツなどのマルチメディアデータサービスの誘惑的な魅力と共に増加するように、通信帯域幅、通信リンクの信頼性、および通信リンク資源管理の増大についての必要性も増加する。無線通信をサポートする任意の地理的領域内では、有限でかつ制限された通信スペクトラム資源が複数のユーザ間で共有されるため、これらの確立された必要性は、特に、無線通信領域に当てはまる。
一般に、無線通信システムは、とりわけ、データ圧縮、データ変調技法、プロトコル、および送信帯域幅を利用する／共有するための、アクセス技術を使用する。携帯電話、ＴＶチャネル、ＷｉＦｉデバイス、ブルートゥースデバイスなどのような複数のユーザ端末が、一般的な送信資源を共有することを可能にする、無線通信分野における多数の多重化技法が存在する。こうした共有される一般的な資源は、とりわけ、送信帯域幅、あるいは、無線周波数スペクトラムの１つまたは複数の部分を含む可能性がある。
アクセス技術は、種々のユーザの間での無線通信スペクトラムの共有を容易にしようと試みて、送信時間、送信周波数、送信時間と送信周波数の両方を割当てることによって、または、ユニークな符合（たとえば、擬似ランダムバイナリシーケンス）の適用などの他の技法を利用することによって、種々のユーザに通信チャネルを提供する。既存のアクセス技術の一部の例は、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符合分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、および直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）である。
ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＯＦＤＭなどのアクセス技術を採用する現在の無線通信技術によって使用されるＲＦチャネルは、通常、予め設計される。すなわち、チャネルは、周波数で、時間で、周波数と時間で、または周波数と符合で規定される。原理上、一般に、ユーザは、スペクトラムの一部分を共有し、通信が終了すると、それを解放する。たとえば、ＧＳＭは、２００ｋＨｚチャネル内に９以上の同時呼（２００ｋＨｚについて割当てられた９以上の時間スロット）を収容し、ＣＤＭＡは、割当てられた帯域幅の（６４のウォルシュ符合が割当てられる）１．２５ＭＨｚ当たり約５０の呼を収容し、一方、３ＧＰＰ／ＵＭＴＳは、５ＭＨｚスペクトラム内に１２８の呼を同時に収容する可能性がある。図１Ａ〜１Ｅは、これらの知られているアクセス技法の一部を示す。
図１Ａは、ＦＤＭＡを採用するシステムにおけるスペクトル資源割当てを示し、スペクトラムは、それぞれが、通信チャネル（すなわち、ｎ１〜ｎ６）を表す小さな排反周波数帯域（すなわち、ｂ１〜ｂ６）に分割される。ＦＤＭＡでは、各チャネルは、全時間について周波数帯域を使用する。ＦＤＭＡを使用する可能性があるシステムは、たとえば、ＴＶおよび音楽放送システムである。図１Ｂに示すように、ＦＤＭＡシステムは、隣接チャネルの干渉を回避するためにガードバンドを使用する。ＦＤＭＡと対照的に、図１Ｂはまた、ＯＦＤＭシステムにおけるスペクトラムの割当てを示す。ＯＦＤＭは、情報を搬送するために、多くの副搬送波／トーンを使用する。各ユーザに関連するデータ情報は、複数の副搬送波／トーン上でエンコードされる。これらの副搬送波／トーンは、互いに直交するため、隣接チャネルの干渉は受けない。しかし、オーバラップする副搬送波／トーンは、周波数割当ての観点からスペクトラム利用の増加を容易にする。ＯＦＤＭを使用するシステムは、たとえば、８０２．１１、８０２．１６ｘ、ＷｉＭＡＸ、８０２．２０、Ｗｉｂｒｏ（韓国）３ＧＰＰ ＬＴＥ、ＵＭＢ、ＤＶＢ−Ｔ、およびＤＶＢ−Ｈである。図１Ｃは、ＴＤＭＡを採用するシステムにおけるスペクトル資源割当てを示し、各チャネル（すなわち、ｎ１〜ｎ６）は、ある量の時間（すなわち、ｔ１〜ｔ６）について全スペクトラムを利用した。図１Ｄは、周波数多重と時間多重の両方を採用するシステムにおけるスペクトル資源割当てを示し、各チャネル（たとえば、ｎ１）は、ある量の時間（たとえば、ｔ１）についてある周波数帯域（たとえば、ｆ１）を割当てられる。こうしたスペクトラム割当て方法の採用は、周波数および時間マップ（または計画）を矩形に分割することを含む。ＧＳＭシステムは、図１Ｄに示すような周波数多重と時間多重の両方を利用するシステムの中にある。図１Ｅは、ＣＤＭＡを採用するシステムにおけるスペクトル資源割当てを示し、各チャネル（すなわち、ｃ１〜ｃ６）は、ユニークな符合を有する。示すように、全てのチャネル（たとえば、ｃ１〜ｃ６）は、全周波数スペクトラム（すなわちＦ）、全送信時間（すなわちＴ）を使用し、それぞれの個々のチャネルは、パワーのある部分（すなわち、Ｐ１〜Ｐ６）を割当てられる。
これらのアクセス技術によって使用されるデータ情報搬送波形（すなわち、搬送波信号）はまた、チャネル内干渉を回避する／低減するために隣接チャネルを完全に分離したままに保つことを考慮して、予め設計される。たとえば、ＧＳＭは、ガウスに似た波形を使用し、Ｗ−ＣＤＭＡは、平方根２乗余弦(root raised cosine)（ＲＲＣ）を使用し、ＯＦＤＭは、矩形パルスを使用する。したがって、チャネルの完全性を維持しながら、効率的なスペクトラム利用を可能にするデータ情報搬送波形を提供することが強く望まれている。
少なくとも１つの態様によれば、通信スペクトラム内の送信帯域幅を利用する新規なシステムおよび方法が提供される。
これらのまたは他の態様によれば、ウェーブレット信号発生および解析は、無線通信スペクトルの効率的な使用を容易にするために使用される。通信スペクトラムは、規制されていても規制されていなくても、複数の周波数−時間セルを有する周波数および時間マップに分割されてもよい。周波数および時間マップ内の各周波数−時間セルは、通信のために利用される可能性がある少なくとも１つのチャネルを構成する。ウェーブレット信号解析を使用して、周波数−時間セルの各セル内の信号エネルギーは、信号活性がほとんどないかまたは全く検出できない周波数−時間セルを識別するために測定される。こうした周波数−時間セルを識別することによって、通信システムは、１つまたは複数の指定されたユーザによって占有される１つまたは複数の周波数−時間セルが、通信スペクトラムの他のユーザによって共有されることが可能である、通信スペクトル内のインスタンスを利用してもよい。こうして識別された周波数−時間セルは、周波数−時間セル内で通信非活性期間中に信号を送受信する機会を提供する。これは、周波数−時間セルが、１つまたは複数の指定されたユーザによって利用されていない期間中に、他のユーザがスペクトラム資源（すなわち、識別された周波数−時間セル）を利用することを可能にする。
種々の通信関連因子（たとえば、周波数−時間セルの中心周波数、周波数帯域、および時間スロット、データ情報帯域幅など）に応じて、通信デバイスは、これらの利用可能なチャネル内で送信するために、適切な波形特性を有するウェーブレット搬送波信号を選択する／生成する。
利用可能なチャネルが検出されると、ウェーブレット搬送波信号を使用して信号送信する前に、コントロールチャネル（すなわち、ランデブーチャネル）が使用されて、ハンドシェーキングオペレーションが実施され、それにより、利用可能なチャネルに関連する送信情報（すなわち、時間スロット継続期間、帯域幅、送信周波数など）が、レシピエント通信デバイス（たとえば、ＰＤＡ、携帯電話）に伝達される。各レシピエントは、その後、変調されたウェーブレット搬送波波形を介してデータ情報を受信してもよい。したがって、通信スペクトラム資源は、全ての利用可能なセル、したがって、指定されたチャネルの利用を動的に最大にするために、絶えず検知され、利用される。
一態様によれば、無線通信システムは、ウェーブレット解析器およびウェーブレット信号発生器を備える。ウェーブレット解析器は、通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の無線信号を解析するように動作し、それにより、ウェーブレット解析器は、周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを識別するように構成される。ウェーブレット信号発生器は、周波数および時間マップ内の解析された無線信号に基づいて周波数および時間マップの識別された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号を生成するように動作する。
別の態様によれば、無線通信システムは、受信機部分および送信機部分を備える。受信機部分は、通信スペクトラム内の周波数および時間マップに関連する無線信号を受信するように動作し、それにより、ウェーブレット解析を使用して、受信機部分は、周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを識別するために、前記無線信号を解析するようになっている。送信機部分は、受信機部分に結合され、周波数および時間マップの識別された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号をデータで変調するように動作する。
なお別の態様によれば、無線送信用のウェーブレット信号発生器は、受信された無線信号をデジタル化された信号に変換するように動作するアナログ−デジタル変換器を備える。ウェーブレット信号発生器は、また、通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを確定するために、デジタル化された信号にウェーブレット変換を実施するように動作するデジタル信号プロセッサデバイスを備える。デジタル信号プロセッサデバイスは、その後、通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の確定された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号を生成する。
別の態様によれば、無線通信システムは、ウェーブレット解析器およびウェーブレット信号発生器を備える。ウェーブレット解析器は、通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の無線信号を解析するように動作し、ウェーブレット解析器は、周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを確定するようになっている。ウェーブレット信号発生器は、選択されたマザーウェーブレットからドーターウェーブレットを生成するようになっており、ウェーブレット信号発生器は、確定された１つまたは複数の利用可能なセル内でデータ情報を送信するために、１つまたは複数のドーターウェーブレットを生成する。システムは、さらに、周波数および時間マップ内の各セルに関連するマザーウェーブレットを格納するように動作するメモリを備えてもよい。
別の態様によれば、無線通信スペクトラムを利用する方法が提供される。方法は、無線通信スペクトラム内の周波数および時間マップに関連する無線信号を受信すること、ウェーブレット解析を使用して、受信された無線信号について信号強度を確定することを含む。信号強度は、周波数および時間マップ内の少なくとも１つのセルについて確定され、少なくとも１つのセルは、その後、閾値が確定された信号強度を越えることに基づいて、無線送信のために割当てられる。
別の態様によれば、無縁通信スペクトラムを利用する方法が提供される。方法は、無縁通信スペクトラムに関連する複数の周波数および時間セルを割当てることを含み、複数の周波数および時間セルはそれぞれ、時間および周波数がスケーラブルである。複数の周波数および時間セルのそれぞれのセル内の無線信号強度は、ウェーブレット解析を使用して測定される。複数の周波数および時間セルの１つまたは複数のセルは、測定された無線信号強度に基づいて識別される。１つまたは複数のウェーブレット信号は、その後、複数の周波数および時間セルの識別された１つまたは複数のセル内で送信される。
別の態様によれば、無縁通信スペクトラムを利用する別の方法が提供される。方法は、少なくとも１つの無線信号を検出するために、複数のセルを有する周波数および時間マップを走査することを含み、複数のセルはそれぞれ、時間および周波数がスケーラブルである。ウェーブレット信号は、（１）少なくとも１つの無線信号が、複数のセルの任意のセル内で検出されない場合、または、（２）ウェーブレット解析を使用して、複数のセルの任意のセル内の検出された少なくとも１つの無線信号が、閾値未満の信号強度を含む場合、複数のセルの任意のセル内で無線送信するために生成される。
１つまたは複数の例示的な実施形態は、ここで、添付図面を参照してより完全に述べられるであろう。
通信スペクトラム資源を割当てるのに使用される、知られているアクセス技術の例を示す図である。 通信スペクトラム資源を割当てるのに使用される、知られているアクセス技術の例を示す図である。 通信スペクトラム資源を割当てるのに使用される、知られているアクセス技術の例を示す図である。 通信スペクトラム資源を割当てるのに使用される、知られているアクセス技術の例を示す図である。 通信スペクトラム資源を割当てるのに使用される、知られているアクセス技術の例を示す図である。 一態様による周波数および時間マップの実施例を示す図である。 図１Ｆの周波数および時間マップに関連する別の周波数および時間マップの実施例を示す図である。 一態様によるウェーブレット発生器を示す図である。 考えられる無線送信用の利用可能なセル資源を示す周波数および時間マップのなお別の実施例を示す図である。 無線周波数スペクトラム内の通信資源の占有を示す図である。 一態様による通信システムのシステムブロック図である。 一態様による通信受信機のシステムブロック図である。 別の態様による通信システムのシステムブロック図である。 一態様によるウェーブレット発生デバイスのブロック図である。 一態様による無線通信システム内でスペクトル資源を利用するフロー図である。 意図される受信機に、無線通信システム内の１つまたは複数の利用可能なスペクトル資源を知らせるハンドシェイキングプロトコルに関連するフロー図である。
以下の説明では、１つまたは複数の態様は、無線通信スペクトラム内の送信資源を管理し制御する手段を確立するためにウェーブレット解析を利用する。したがって、通信スペクトラムは、利用可能なスペクトル資源を確定する（すなわち、周波数スパンおよび／または時間スロットの割当て）ために解析される。変調された搬送波ウェーブレット波形または信号は、その後、これらの確定されたスペクトル資源（たとえば、利用可能な帯域幅、利用可能な時間スロットなど）の特性に従って生成される。しかし、本明細書で述べる種々の態様および実施形態は種々の無線実施態様を指すが、これらの方法およびシステムは、有線送信にも適用可能であることが理解されるであろう。
本明細書で述べる種々の実施形態によれば、スペクトラムおよびチャネルについての一般的に受容される定義は、それぞれ、周波数および時間「スペクトラム」と周波数および時間「チャネル」の両方を指してもよい
そのため、通信システムで利用可能な「周波数−時間」資源を最適化するために、データ情報は、ウェーブレットと呼ばれる特定の波形によって搬送される。
ウェーブレットは、所与の関数または連続時間信号を異なる周波数成分に分割する数学的関数によって表現される。ウェーブレットは、時間と周波数の両方において有限長のまたは高速減衰の振動波形である、マザーウェーブレットと呼ばれる単一の数学的関数（Ψ（ｔ））から生成される。マザーウェーブレットはまた、エネルギー制限された信号空間について直交基底を形成するその整数平行移動および２進伸張などのいくつかの特別な特性を含む。ドーターウェーブレットは、マザーウェーブレットのスケーリングされたコピー（α）および平行移動されたコピー（τ）である。ウェーブレット変換は、（ユーザデータに固有である）不連続性および急峻な変化を有する関数を表現する従来のフーリエ変換に比べて利点を有する。さらに、ウェーブレット変換は、フーリエ変換が、通常、提供することができない、有限信号、非周期信号、および／または、非定常信号を正確に分解し、再構成する手段を提供する。電気通信において、搬送波信号を生成するためのウェーブレットの使用は、とりわけ、十分に局在化されたエネルギー分布を提供するため、搬送波信号エネルギーの約９９％が時間領域と周波数領域の両方の有限間隔内に集中する。送信される搬送波信号におけるこうしたエネルギー局在化は、通信スペクトラムを共有する隣り合う搬送波信号間の同一チャネル干渉を低減するメカニズムを提供する。
図１Ｆは、ウェーブレットに関連して使用される周波数および時間マップ（または計画）１００の実施例を示す。周波数および時間マップ１００は、複数の周波数および時間セル１０２を含み、それにより、複数の周波数および時間セル１０２はそれぞれ、搬送波信号送信および／または受信（すなわち通信）用のチャネルとして割当てられる可能性がある無線通信スペクトラムの一部分を示す。ウェーブレット関数のスケーリングおよび平行移動のパラメータは、周波数および時間マップ１００が、可変時間−周波数解像度に従って分割されることを可能にする。たとえば、スケーリングパラメータを第１の値に設定し、平行移動パラメータを増分することによって、Δｆ１の帯域幅およびΔｔ１の時間スロット間隔を有する複数のセル１０４が提供される。スケーリングパラメータを第２の値に設定し、平行移動パラメータを増分することによって、Δｆ２の減少した帯域幅およびΔｔ２の増加した時間スロット間隔を有する複数のセル１０６が提供される。したがって、スケーリングパラメータを第３の値に設定し、平行移動パラメータを増分することは、Δｆ３のさらに減少した帯域幅およびΔｔ３のさらに増加した時間スロット間隔を有する複数のセル１０８を提供する。
図１Ｆに示すように、ウェーブレットは、時間と周波数の両方において無線通信スペクトルをスケーラブルに分割する機会を提供する。ウェーブレット関数を使用して、周波数および時間マップ１００内の各セルは、別の周波数および時間マップに従って周波数および時間セルにさらに分割されてもよい。たとえば、右側セル１０６は、別のウェーブレット関数Ｙ（ｔ）に基づいて周波数および時間セルにさらに分割されてもよい。右側セル１０６のさらなる周波数および時間セル１１０への分割の実施例は、図１Ｇに示される。
図１Ｇはまた、マザーウェーブレット方程式Ψα，τ（ｔ）１１２およびその対応する周波数領域表現Ψα，τ（ω）１１４を示す。ウェーブレット方程式Ψα，τ（ｔ）１１２を参照して、αは、ウェーブレット波形のスケーリングパラメータを表し、一方、τは、ウェーブレット波形のシフトまたは平行移動パラメータを表す。スケーリングパラメータは、エネルギー保存によってパルス形状に影響を及ぼすことになり、それにより、パルス形状は、時間領域で伸張する場合、周波数領域で収縮することになる。あるいは、パルス形状は、時間領域で圧縮される場合、周波数領域で拡張することになる。
たとえば、αの値の正の増加は、ウェーブレット波形を時間領域で圧縮する。述べるように、エネルギー保存の原理により、時間におけるウェーブレット波形の圧縮は、周波数帯域幅の増加になる。逆に、αの値の減少は、周波数帯域幅を減少させながら、ウェーブレット波形を時間領域で伸張する。これは、図１Ｆに示され、α（すなわち、スケーリングパラメータ）の値を減少させ、ウェーブレット波形を時間領域で伸張することは、Δｔ（たとえば、Δｔ１と比較されたΔｔ２）を増加させながら、Δｆ（たとえば、Δｆ１と比較されたΔｆ２）の値を減少させる作用を有する。
シフトパラメータτは、時間におけるウェーブレット波形のエネルギー集中の中心のシフトを表す。そのため、図１Ｆに示すように、値τを増加させることによって、ウェーブレットは、Ｔ軸に沿って正の方向（すなわち、ｔ１の方向）にシフトする。たとえば、Δｆ１の帯域幅およびΔｔ１の時間スロット間隔を提供する所与のαの値の場合、τを増加させることは、セル１０４にわたってウェーブレットを増分的にシフトさせる（すなわち、Ｔ１からＴ１'へＴ１''へなど）。別の実施例に基づくと、Δｆ２の帯域幅およびΔｔ２の時間スロット間隔を提供する所与のαの値の場合、τを増加させることは、セル１０６にわたってウェーブレットを増分的にシフトさせる（すなわち、Ｔ２からＴ２'へＴ２''へなど）。したがって、ウェーブレットのシフトパラメータおよびスケーリングパラメータは共に、時間と周波数の両方において、ウェーブレット波形の解像度を動的に調整する能力を提供する。相応して、ウェーブレット波形特性は、異なる周波数−時間セル、したがって、周波数および時間マップ１００内のチャネルを収容するように操作されてもよい。
マザーウェーブレット波形は、∫Ψα，τ（ｔ）ｄｔ＝０であるような、いくつかの特性を含むように選択される。マザーウェーブレット波形はまた、時間と周波数の両方において十分に局在化されるため、ウェーブレットエネルギーの約９９％が時間領域と周波数領域の両方の有限間隔内に集中する。さらに、マザーウェーブレット波形は、その集中中心の整数シフトまたは平行移動が可能であるため、シフトされた隣接波形（すなわち、Ψ（ｔ−τ））は、直交基底を形成するように生成されてもよい。
マザーウェーブレット方程式Ψα，τ（ｔ）１１２およびその対応する周波数領域表現Ψα，τ（ω）１１４を参照して、ａ＝ｐｎでかつτ＝ｋｐｎであり、式中「ｐ」が正の有理数（たとえば、１．２、２、２．１、３など）であり、「ｋ」および「ｎ」が整数（たとえば、０、＋／−１、＋／−２、＋／−３など）である場合、
Figure 2011521507
 方程式１．１
である、方程式１．１の周波数領域表現は、
Figure 2011521507
 方程式１．２
として与えられる。
方程式１．１および１．２の数学的表現は、スケーリングパラメータ（ｐ，ｎ）およびシフトパラメータ（ｋ）に異なる値を適用することによって、異なるドーターウェーブレット信号を生成するマザーウェーブレット信号の基底を形成する。そのため、各ドーターウェーブレットは、周波数および時間マップの各セル内で送信するために生成される。
図２は、一態様によるウェーブレット発生器２００を示す。ウェーブレット発生器２００は、２０４に示され、また、方程式１．１および１．２に関して上述したウェーブレット方程式Ψｎ，ｋ（ｔ）によって与えられる伝達関数を有する処理デバイス２０２を含んでもよい。ウェーブレット方程式Ψｎ，ｋ（ｔ）の対応する周波数領域表現は、２０６に示すようにウェーブレット方程式Ψα，τ（ω）によって与えられる。処理デバイス２０２は、この伝達関数を、たとえば、デジタルフィルタまたはアナログフィルタの形態で実施してもよい。処理デバイス２０２内で、ウェーブレットパラメータ２０８は、特定の帯域幅および時間スロット間隔を有する通信スペクトラムの特定の部分（たとえば、周波数および時間セル）内で動作するようにカスタマイズされるドーターウェーブレット波形の生成を可能にする。動作時、入力データ信号Ｓｎ，ｋなどの入力信号２１０は、ウェーブレット処理デバイス２０２に適用される。ウェーブレット処理デバイス２０２は、その後、入力信号２１０を特定のドーターウェーブレット波形と結合して、Ｓ（ｔ）などの変調された搬送波ウェーブレット２１２を生成する。変調されたウェーブレットＳ（ｔ）の対応する周波数領域表現は、２１４に示すようにウェーブレット方程式Ｓ（ω）で与えられる。
変調されたウェーブレットＳ（ｔ）は、限定はしないが、通信スペクトラムの一部分内の１つまたは複数の周波数および時間セルの利用可能性、入力データ信号についての帯域幅またはデータレート要件、入力データ信号のパケットサイズ、符合化／変調粒度の考慮、および（たとえば、リアルタイム画像などの遅れが重要なデータまたはバーストタイプデータに基づく）データサービスタイプに関連する要件などの多くの因子に基づいて、通信スペクトラムの特定の部分（たとえば、周波数および時間セル）内で送信するために生成される。ウェーブレットパラメータ（すなわち、ｎ、ｋ、およびｐ）の値を設定することは、これらのまた他の因子が、変調されたウェーブレットＳ（ｔ）の生成中に考慮されることを可能にする。２０４に示すウェーブレット方程式Ψｎ，ｋ（ｔ）は、スケーリングを提供するためのｐおよびｎパラメータならびに異なる時間間隔において波形シフトするかまたは波形再配置するためのｋパラメータを含む。
たとえば、図３を参照すると、周波数および時間マップ３００は、考えられる搬送波信号送信について、いくつかの利用可能な周波数および時間セル３０２〜３１０を含む。異なる因子に基づいて、ユーザは、利用可能な周波数および時間セル３０２〜３１０の任意の１つまたは複数のセル内でデータを送信しようと決めてもよい。たとえば、データが高いデータレートおよび大きなパケットサイズを含む場合、送信資源として、高い帯域幅の近傍セル３０２および３０４または３０６および３０８を割当てることが賢明である可能性がある。あるいは、データレートが低いデータを有する低い帯域幅のアプリケーションの場合、セル３１０などの低い帯域幅および広い時間スロット間隔を有するセルが利用されてもよい。示すように、ウェーブレット波形の形状はまた、周波数および時間セルの特性に基づいて変わる。セル３１０では、セル３０２〜３０８に比べて、帯域幅が減少し、時間スロット間隔が増加する。したがって、セル３１０内で動作する波形３１４は、セル３０２〜３０８内で動作する波形３１６〜３２２に比べてそれぞれ伸張が増加する。波形３１４を伸張することによって、セル３１０の低い帯域幅要件に対処するために、その周波数コンテンツが低減される。
図４は、無線スペクトル内の通信資源の考えられる利用可能性を示す。先に述べたように、ウェーブレットが使用されて、高い帯域幅／短い時間間隔のセルから低い帯域幅／長い時間間隔のセルの範囲にある、異なる周波数および時間セル内で動作することが可能なよく規定された搬送波信号が生成されうる。ウェーブレットを使用して、セルの時間および周波数パラメータは、異なる解像度に対処するために変わってもよい。たとえば、周波数領域の解像度を増加させることによって、時間領域の解像度が減少する。逆に、周波数領域の解像度を減少させることは、時間領域の解像度増加をもたらす。この柔軟性を念頭に置いて、ウェーブレット搬送波信号は、無線スペクトラムの任意の利用可能な部分内で生成されることができ、それにより、利用可能性が、多数の因子に基づいて決定される。
図４に示すように、マルチパス伝播作用によって、無線信号は、エネルギーレベルが低下する。たとえば、４０２によって規定される無線スペクトラムのある部分は、スペクトラムのこの部分内で動作する信号４０４が、マルチパスフェージングなどの伝播作用の結果としてある閾値４０６より下がるときに、おそらく利用可能になる。同様に、４１０によって規定される無線スペクトラムの別の部分は、信号が、同様に、マルチパスフェージングの結果として閾値４１４より下がるときに、おそらく利用可能になる。提供される実施例では、マザーウェーブレットを使用して、適切な搬送波信号が、フェージングの結果として生成される利用可能な時間スロットと帯域幅の両方に基づいて、送信のために生成されてもよい。フェージングの結果として利用可能になる無線スペクトラムの占有領域を使用することに加えて、とりわけ、低い利用レベル（たとえば、電話の会話における沈黙）によって生じる、空いたスペクトル資源４１６はまた、生成されたウェーブレット波形を使用した信号送信のために利用可能である。一般に、ウェーブレット信号発生および解析は、無線スペクトラムの占有部分と非占有部分の両方の部分内での信号送信を可能にすることによって、無線通信スペクトラムの利用の増加を容易にする。
通信スペクトラムの１つまたは複数の部分の利用可能性は、無線通信スペクトラムの特定の部分において検出可能な無線信号が無いこと、または、特定のスペクトル部分における検出可能な無線信号のエネルギーがある所定の閾値レベル未満であることに依存する。この閾値レベルは、動作中の通信システムに対して異なる基準に従って設定されてもよい。たとえば、マイクロ波通信リンクは、携帯無線システムと異なるエネルギーレベルで無線信号を送信してもよい。そのため、各システムについての閾値エネルギーレベルは、相応して異なってもよい。一般に、無線通信スペクトラムのある部分内で、閾値エネルギー（またはパワー）レベルは、成功裏に無線信号を復調し無線信号からのデータ情報を回復する受信機の手に負えずに、検出される無線信号が低下してしまうレベルに設定されてもよい。
無線通信スペクトラムの１つまたは複数の部分は、情報伝達のために無線通信スペクトラムを利用するのに使用される任意の割当てられたスペクトル資源を含んでもよい。これらの割当てられたスペクトル資源は、周波数間隔、時間スロット、空間的に利用可能な領域（たとえば、見通し通信）、および一般に、データ情報をレシピエントに送出することを容易にする通信スペクトラムの任意の特性を含んでもよい。たとえば、無線通信スペクトラムの１つまたは複数の部分は、制限無しで、無線通信スペクトラムに関連する全周波数範囲、無線通信スペクトラム内の周波数範囲、無線通信スペクトラム内の周波数チャネル、無線通信スペクトラム内の周波数チャネルの任意の部分、無線通信スペクトラム内の周波数チャネルに関連する時間スロット、無線通信スペクトラム内の周波数チャネルの一部分に関連する時間スロット、無線通信スペクトラムの周波数および時間マップに関連する周波数および時間セル、ならびに、無線通信スペクトラムに関連する周波数および時間セルの一部分を含んでもよい。
図５は、一態様による通信システム５００のシステムブロック図である。通信システム５００は、受信機部分５０２および送信機部分５０４を備え、それにより、送信機部分５０４および受信機部分５０２は共に、アンテナスイッチ５０８を介してアンテナユニット５０６に結合される。
受信機部分５０２は、無線通信スペクトラムの異なる部分（たとえば、周波数チャネル）を占有する無線信号エネルギーのマグニチュードを確定するために、通信スペクトラムを監視するかまたは走査する。無線信号エネルギー（またはパワー）活性を検出することによって、受信機部分５０２は、無線信号送信に利用可能な通信スペクトラムの１つまたは複数の部分を識別する。受信機部分５０２が、通信スペクトラムの利用可能な１つまたは複数の部分を識別すると、送信機部分は、相応して、通信スペクトラムのこれらの識別された１つまたは複数の部分で送信するために、データ変調されたウェーブレット波形を生成する。
受信機部分５０２は、オプションのバンドパスフィルタ５１０、低雑音増幅器５１２、ウェーブレットスペクトラム解析器５１４、および波形選択器ユニット５１６を含む。バンドパスフィルタ５１０は、スイッチ５０８を介してアンテナユニット５０６に結合し、それにより、アンテナユニットは、受信された無線信号を、オプションのフィルタリング用のバンドパスフィルタ５１０に結合する。低雑音増幅器５１２は、バンドパスフィルタ５１０とウェーブレットスペクトラム解析器５１４の両方に結合される。バンドパスフィルタ５１０からのフィルタリングされた信号は、ウェーブレットスペクトラム解析器５１４に送出される前に、低雑音増幅器５１２によって受信され増幅される。ウェーブレットスペクトラム解析器５１４は、低雑音増幅器５１２および波形選択器ユニット５１６に結合される。ウェーブレット解析を使用して、低雑音増幅器５１２から受信された増幅信号は、ウェーブレットスペクトラム解析器５１４によって処理されて、それぞれの信号エネルギーまたはパワーレベルが確定される。
波形選択器ユニット５１６にて、ウェーブレットスペクトラム解析器５１４によって確定された信号エネルギーまたはパワーレベルはそれぞれ、閾値エネルギーまたはパワーレベルと比較される。閾値以下の計算されたエネルギーまたはパワーレベルを含む信号が、無線通信スペクトラム内のその位置（すなわち、周波数ロケーション）および帯域幅を識別するために選択される。これらの位置および対応する帯域幅は、利用のために利用可能な無線通信スペクトラムの領域を規定する。
送信機部分５０４内のウェーブレット波形発生器５２４は、波形選択器ユニット５１６からの選択された信号に関連するそれぞれの識別された位置および帯域幅を、ｐ、ｎ、およびｋパラメータの形態で受信する。ウェーブレット波形発生器５２４は、その後、選択された信号の識別された位置および帯域幅に基づいて無線スペクトラムの利用可能な領域内で送信するためにウェーブレット波形（すなわち、ドーターウェーブレット）を生成する。
送信機部分５０４は、エラー訂正ユニット５２０、変調器ユニット５２２、ウェーブレット波形発生器５２４、デジタル−アナログ変換器５２６、パワー増幅器５２８、およびオプションのバンドパスフィルタ５３０を含む。送信のために指定されたデータ情報は、エラー訂正ユニット５２０によってエンコードされてもよい。エラー訂正ユニット５２０において、送信媒体（たとえば、空気）の結果として起こる可能性があるビットエラーを識別し訂正するために、情報データは、冗長ビットでエンコードされる。多くの異なるエラー訂正技法が使用されてもよい。たとえば、パリティビットの包含などの単一エラー検出法が使用されうる。あるいは、リードソロモンエンコーダまたはターボエンコーダなどのより複雑なエラー検出および訂正技法が利用されてもよい。エラー訂正ユニット５２０は、変調器ユニット５２２に結合される。変調器ユニット５２２において、異なる変調技法を使用して、エンコードされたデータ情報は、ウェーブレット波形発生器５２４によって生成された波形上で直接変調されてもよい。あるいは、変調器ユニット５２２は、エンコードされたデータ情報を、副搬送波信号上で変調する。副搬送波変調信号は、その後、ウェーブレット波形発生器５２４によって生成される搬送波波形に適用される。たとえば、変調器５２２は、２位相偏移キー（ＢＰＳＫ）変調、位相偏移キー（ＰＳＫ）変調、４位相偏移キー（ＱＰＳＫ）変調、周波数偏移キー（ＦＳＫ）変調、直交振幅（ＱＡＭ）変調、ＱＡＭ−１６変調、または、任意の他の変調原理を提供してもよい。変調技法は、エラー訂正エンコーディングの場合と同様に、システムの複雑さ、必要とされる信号対雑音比、エラー確率受容などのようないくつかの因子に基づいて選択される。変調器ユニット５２２は、ウェーブレット波形発生器５２４に結合され、それにより、波形選択器ユニット５１６の出力に基づいて、ウェーブレット波形発生器５２４は、変調データ情報を選択された波形と結合させる。一実施形態によれば、ウェーブレット波形発生器５２４は、図２に示し、または、本明細書で述べるようなウェーブレット波形発生器を含んでもよい。ウェーブレット波形発生器５２４から出力される変調されたウェーブレット波形は、その後、デジタル−アナログ（ＤＡＣ）５２６に適用されてもよい。ＤＡＣ５２６は、ウェーブレット波形発生器５２４がデジタル化された出力を生成するときに、送信機部分５０６内に組込まれてもよい。これは、ウェーブレット波形発生器５２４が、デジタルフィルタなどのデジタルデバイスを使用して実施されるときに起こる可能性がある。ＤＡＣ５２６は、ウェーブレット波形発生器５２４がアナログベースのフィルタなどのアナログデバイスを使用して実施される場合に省略されてもよい。ＤＡＣ５２６は、パワー増幅器５２８に結合され、それにより、ＤＡＣ５２６から出力されるアナログ変調されたウェーブレット波形は、増幅のためにパワー増幅器５２８によって受信される。増幅されると、波形変調されたウェーブレットは、スイッチ５０８を介してアンテナユニット５０６に結合される前に、オプションのバンドパスフィルタ５３０によってフィルタリングされる。アンテナユニット５０６において、増幅されかつ変調されたウェーブレット波形（またはウェーブレット信号）は、利用するために利用可能な無線通信スペクトラムの識別された領域のうちの１つの領域内で送信される。
図６は、一態様による通信受信機６００のシステムブロック図を示す。受信機６００は、限定はしないが、システム５００（図５）などの通信システムによって生成された無線信号を受信するように動作する。受信機６００は、アンテナユニット６０２、オプションのバンドパスフィルタ６０４、低雑音増幅器６０６、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）６０８、ＲＡＫＥ受信機６１０、復調器ユニット６１２、およびエラー訂正ユニット６１４を備える。アンテナ６０２が、バンドパスフィルタ６０４によって任意選択でフィルタリングされる無線信号を受信すると、無線信号は、低雑音増幅器６０６によって増幅される。低雑音増幅器６０６は、ＲＡＫＥ受信機６１０の入力に結合される。受信された無線信号の信号フェージングは、無線信号が複数のパスを通じて受信機６００に到達することの結果として起こる可能性がある。ＲＡＫＥ受信機６１０は、復調する前に、受信された信号エネルギーを最大にするように、受信されたマルチパス無線信号を結合する。ＲＡＫＥ受信機６１０の出力は、復調のために復調器ユニット６１２に結合される。復調器ユニット６１２は、たとえば、２位相偏移キー（ＢＰＳＫ）復調、位相偏移キー（ＰＳＫ）復調、４位相偏移キー（ＱＰＳＫ）復調、周波数偏移キー（ＦＳＫ）復調、直交振幅（ＱＡＭ）復調、ＱＡＭ−１６復調、または、無線信号から情報データ（すなわち、データビットまたはデータシンボル）を回復するのに使用される任意の他の復調またはデマッピング技法を提供してもよい。復調器がデータ情報を回復すると、エラー訂正ユニット６１４は、送信パス（すなわち、空気）を通じてデータ情報に起こった可能性があるビットエラーを検出し訂正するために、データ情報を復号する。エラー訂正ユニット６１４は、単一エラー検出能力、または、エラー検出能力とエラー訂正能力の両方を含んでもよい。受信機６００はＲＡＫＥ受信機６１０を備えるが、任意の他の受信機構成が、特定の無線アプリケーションに基づいて利用されてもよい。ＲＡＫＥ受信機６１０の１つのアプリケーションは、符合分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）携帯電話システムまたは一般にマルチパス信号フェージングをより受け易いシステムにおいてである。
図７は、別の態様による通信システム７００のシステムブロック図である。システム７００のコンポーネントおよび動作は、通信システム５００（図５）に関連して示し述べたものと同一である。しかし、システム７００は、無線スペクトラムのライセンス契約がない６０ＧＨｚ部分内で動作するようになっている５ＧＨｚＷｉＦｉシステムアプリケーションを示す。システム５００（図５）と比較して、システム７００は、さらなるアップコンバージョンユニット７０２およびダウンコンバージョンユニット７０４を含む。
ダウンコンバージョンユニット７０４において、フィルタ５１０および増幅器５１２から受信された、任意選択でフィルタリングされ増幅された信号は、ミキサなどのコンバータ７０８を使用して、スペクトラムの６０ＧＨｚ領域から５ＧＨｚの領域の中間周波数へダウンコンバートされる。５ＧＨｚＷｉＦｉ受信機デバイス７１０は、先に述べたように、後続の信号エネルギー確定およびウェーブレット波形選択のために、受信されたＷｉＦｉ信号をウェーブレットスペクトラム解析器５１４および波形選択器５１６に結合する前に、ダウンコンバートされた信号を受信し処理する。
アップコンバージョンユニット７０２において、ＤＡＣ５２６から受信されたデータ変調されたウェーブレット波形は、５ＧＨｚＷｉＦｉ送信機デバイス７１２を使用して中間周波数にアップコンバートされる。生成された５ＧＨｚＷｉＦｉ信号は、ミキサなどのコンバータ７１４を使用してスペクトラムの６０ＧＨｚ領域にさらにアップコンバートされる。変調されたウェーブレット波形が５ＧＨｚＷｉＦｉ信号に変換され、６０ＧＨｚ領域にアップコンバートされると、ウェーブレット信号は、増幅器５２８、フィルタ５３０、およびアンテナユニット５０６を介して、それぞれ、増幅され、任意選択でフィルタリングされ、無線送信される。
システム７００（図７)またはシステム５００（図５)は、受信機６００（図６）に関連して使用されてもよい。システム７００または５００は、無線スペクトラムの利用可能な部分を識別し、受信機６００などの受信機に、無線スペクトラムのこれらの識別された部分内でデータ変調されたウェーブレット波形を送信するように動作する。受信機はまた、無線信号送信のために利用可能になる無線スペクトラムの識別された部分を通知される必要があるため、システム７００またはシステム５００と受信機６００との間のハンドシェーキングオペレーションが、一定の周波数コントロールチャネルを通じて起こる。したがって、コントロールチャネルは、とりわけ、無線スペクトラムの識別された部分の周波数および時間スロットに相当する情報を含む。このハンドシェーキングは、図１０に関連してより詳細に述べられる。
システム５００（図５)およびシステム７００（図７)は共に、ウェーブレット解析およびウェーブレット発生コンポーントを含む。これらの実施例（すなわち、図５および７）では、ウェーブレット解析は、受信機に関連して実施され、無線信号を検出するために無線通信スペクトラムが監視されるかまたは走査される。受信された無線信号を受信し解析することに基づいて、対応するウェーブレット信号が、送信機に関連して生成され、ウェーブレット解析の結果として位置特定された確定されたスペクトル資源を介して、データ情報が意図されるレシピエントに送信される。
図８は、一態様によるウェーブレット発生デバイス８００のブロック図である。ウェーブレット発生デバイス８００は、ウェーブレット解析とウェーブレット信号発生の両方を行う統合デバイスである。したがって、ウェーブレット発生デバイス８００は、ウェーブレット特性を利用することによって通信スペクトラム資源を利用するために、任意の既存の通信システム（たとえば、送受信機、リピータなど）内に統合されうるか、または、それに結合されうる。ウェーブレット発生デバイス８００は、ウェーブレット解析器８０２およびウェーブレット発生器８０４を備える。ウェーブレット解析器８０２は、指定された無線通信スペクトラム内の全ての検出可能な無線信号の信号エネルギーを確定する。たとえば、携帯電話システムでは、指定された無線スペクトラムは、携帯電話システムがそれを通じて動作する周波数帯域に相当してもよい。マイクロ波通信システムの場合、指定された無線スペクトラムは、マイクロ波通信システムがそれを通じて動作するマイクロ波周波数帯域に相当してもよい。解析器８０２は、信号エネルギーが低いかまたは全く無い指定された通信スペクトラムの１つまたは複数の領域を検出する場合、相応して、検出可能な信号エネルギーを全く示さない、低い信号エネルギーの１つまたは複数の領域の周波数位置および帯域幅を識別する。ウェーブレット発生器８０４は、解析器８０２が低い信号エネルギーまたは検出可能な信号が無いことを検出することに基づいて、これらの領域内で送信するために、変調されたウェーブレット波形を生成する。
ウェーブレット解析器８０２は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８０６、ウェーブレット係数計算器８０８、および波形選択器８１０を備える。ＡＤＣ８０６の入力は、無線信号を検出するように動作する任意の受信機デバイスに結合されてもよい。ＡＤＣ８０６において、受信された信号は、ウェーブレット係数計算器８０８および選択器８１０によって処理される前に、デジタル形式に変換される。デジタル化された信号は、ＡＤＣ８０６からウェーブレット係数計算器８０８に結合され、デジタル化された受信信号のウェーブレット係数（すなわち、ｗｎ，ｋ）は、
ｗｎ，ｋ＝∫ｒ（ｔ）Ψｎ，ｋ（ｔ）ｄｔ 方程式１．３
を使用して計算される。式中、ｒ（ｔ）は受信信号であり、Ψｎ，ｋ（ｔ）はウェーブレット関数である。
計算されたウェーブレット係数（すなわち、ｗｎ，ｋ）は、その後、それぞれの所与の信号について、計算されたウェーブレット係数の自乗絶対値（すなわち、値｜ｗｎ，ｋ｜２）を計算することによって信号エネルギーを確定するために使用される。波形選択器８１０において、それぞれの検出された信号に相当する確定された信号エネルギーは、閾値エネルギー（すなわち、σ）と比較される。
｜ｗｎ，ｋ｜２） ≦η 方程式１．４
式中、ηは、予め規定された正数である。
それぞれの検出された信号に相当する確定された信号エネルギーが、閾値η以下である場合、対応するウェーブレット波形が、選択されるかまたは生成される。各ウェーブレット波形は、閾値η未満かまたはほぼ閾値ηである信号のウェーブレット係数（すなわち、ｗｎ，ｋ）に基づいて生成されるかまたは選択される。
波形選択器８１０は、データ変調および無線送信のために、選択されたウェーブレット波形（すなわち、適切なドーターウェーブレット）をウェーブレット発生器８０４に結合してもよい。あるいは、波形選択器８１０は、適切なｎ、ｋ、ｐ値をウェーブレット発生器８０４に結合してもよい。ｎ、ｋ、ｐ値を受信すると、ウェーブレット発生器８０４は、次に、マザーウェーブレットからドーターウェーブレット波形を生成してもよい。ウェーブレット発生器８０４は、変調された情報データを受信し、この変調されたデータをドーターウェーブレット波形と結合する。ウェーブレット発生器８０４は、次に、変調されたデータ情報を搬送するドーターウェーブレット波形を、１つまたは複数の意図されるレシピエントに無線信号を送信するように動作する任意の送信機デバイスに結合する。デバイス８００は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８０６、ウェーブレット係数計算器８０８、波形選択器８１０、およびウェーブレット発生器８０４などのいくつかのモジュールを有するものとして示され述べられた。しかし、これらのモジュールの１つまたは複数は、単一モジュールに統合され、通信デバイスの単一チップまたは部品内に実装されうる。あるいは、これらのモジュールは、ソフトウェアまたはファームウェアとして実装されてもよい。こうした実施形態では、ソフトウェアまたはファームウェアコードは、コンパイルされ、通信システムの関連するハードウェア（すなわち、チップ、回路板など）内にロードされてもよい。
先に述べたように、ウェーブレット解析器８０２は、受信された信号のウェーブレット係数を確定するために利用されるデジタルフィルタ（図示せず）として実装されてもよい。デジタルフィルタ技法はまた、適切なドーターウェーブレット信号の生成時に採用されてもよい。したがって、デジタルフィルタ回路（図示せず）は、ウェーブレット発生器８０４内で使用されてもよい。こうした実施態様では、変調されたデータは、通信スペクトラムの利用可能な領域（すなわち、識別された資源）内で送信するため、変調された搬送波ウェーブレット信号を生成するために、デジタルフィルタに適用される。あるいは、異なるドーターウェーブレット波形が、選択器８１０またはウェーブレット発生器８０４内のメモリまたは記憶デバイスにプレロードされてもよい。この実施態様では、計算されたウェーブレット係数および通信スペクトル内のその後確定された利用可能な領域に基づいて、１つまたは複数の記憶されたドーターウェーブレット信号がアクセスされる。
図９は、無線通信システム内でスペクトル資源を利用するための一般的なフロー図である。ステップ９０２にて、通信スペクトラムの１つまたは複数の部分が、無線信号を検出するために、走査されるかまたが監視される。通信スペクトラムがそれにわたって延在する帯域幅は、無線通信システムアプリケーションに依存する。たとえば、種々のアプリケーションによれば、無線通信システムは、携帯電話システム（たとえば、ＧＳＭ、ＣＤＭＡなど）、ＷｉＦｉシステム、マイクロ波システム、ミリ波無線システム、衛星通信システムなどを含んでもよい。これらの実施例はそれぞれ、異なるチャネルおよび周波数スペクトラム占有要件を有する。したがって、受信機によって検出される周波数の範囲は、システムアプリケーションに依存することになる。
無線信号が検出される場合（ステップ９０４）、ウェーブレット解析技法を使用して、検出された無線信号の信号エネルギーが確定される（ステップ９０６）。先に述べたように、信号エネルギーは、検出された無線信号に関連するウェーブレット係数を計算することによって確定されてもよい。信号エネルギーが所定の閾値未満である場合（ステップ９０８）、検出された無線信号の周波数に関連するスペクトル部分および占有帯域幅が、信号送信のために割当てられる（ステップ９１０）。あるいは、無線信号が検出されない場合（ステップ９０４）、非占有周波数に関連するスペクトル部分およびその対応する帯域幅が、信号送信のために割当てられる（ステップ９１０）。
スペクトルのある部分を割当てるとき、２つ以上の隣接する割当てられるスペクトル部分を信号送信のために割当てることが望ましい場合がある。スペクトラムの１つの部分を割当てるかまたは複数の部分を割当てるかは、無線システムのアプリケーションに依存する。たとえば、より広い帯域幅を必要とする広帯域システムの場合、広帯域で送信される信号の帯域幅要件に対処するために、２つ以上の隣接する割当てられるスペクトル部分が割当てられてもよい。
ステップ９１２にて、ウェーブレット信号または波形が、割当てられたスペクトル部分内で送信するために、生成されるかまたは選択される（ステップ９１０）。ステップ９１４にて、変調されたデータ（たとえば、ＱＡＭ−１６）は、生成されたウェーブレットと結合されて、変調された搬送波ウェーブレット波形が形成される。変調された搬送波ウェーブレットは、次に、通信スペクトラムの割当てられた部分内で送信される。
先に述べたように、搬送波ウェーブレットは、検出されたスペクトル資源の帯域幅および時間スロットの利用可能性に基づいて生成される。ウェーブレット信号のエネルギー集中およびスケーラブル（すなわち、時間および周波数）特性は、資源利用可能性の差を助長する。たとえば、スペクトル資源は、ある範囲の利用可能な帯域幅および時間スロット間隔を含む可能性がある。これは、図１Ｆに示される。
ステップ９１０にて、スペクトル部分が信号送信のために割当てられると、ハンドシェーキングオペレーションが、送信機と意図される受信機デバイスとの間で起こる。このハンドシェーキングオペレーションは、図１０のフロー図１０００に示される。たとえば、送信機において、スペクトラムの割当てられた部分に関連する、周波数、帯域幅、時間スロット、およびウェーブレット情報が確定されると、意図される受信機デバイスはまた、データ情報を回復するために、（たとえば、一定周波数コントロールチャネルを介して）この情報を通知される必要がある。したがって、ステップ１００２にて、送信機と受信機デバイスとの間のコントロール情報の交換のための無線コントロールチャネルが、ステップ９１０におけるスペクトル割当てに続いて確立される。ステップ１００４にて、送信機は、無線コントロールチャネルを介して、割当てられたスペクトル部分に関連する、搬送波周波数、帯域幅、時間スロット、ウェーブレット特性、および他のコントロール情報を受信機に送出する。ステップ１００６にて、受信機は、確立されたコントロールチャネルを介して、搬送波周波数、帯域幅、時間スロット、ウェーブレット特性、および他のコントロール情報を受信する。受信機は、次に、受信されたコントロール情報（すなわち、周波数、帯域幅、時間スロット、ウェーブレット特性）を利用して、割当てられたスペクトル部分内で送信される無線信号を検出する（ステップ１００８）。
ウェーブレット解析およびウェーブレット信号発生の使用は、本明細書で述べるように、通信スペクトラムの利用可能な部分を検出し利用する手段を提供する。ウェーブレットのスケーラビリティおよび他の特性は、とりわけ、通信スペクトルの利用の増加を容易にする種々のシステムおよび方法を生み出すために利用されてきた。
実施形態が述べられたが、添付特許請求項によって規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、変形および変更が行われてもよいことを当業者は理解するであろう。

Claims (39)

  1. 無線通信システムであって、
    通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の無線信号を解析するように動作するウェーブレット解析器であって、前記周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを識別するように構成される、ウェーブレット解析器と、
    前記解析された無線信号に基づいて前記周波数および時間マップの前記識別された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号を生成するように動作するウェーブレット信号発生器とを備えるシステム。
  2. 前記１つまたは複数のウェーブレット信号をデータで変調するように動作する変調器と、
    前記１つまたは複数のウェーブレット信号をアナログ形式で放射するように動作するアンテナとを含む送信機をさらに備える請求項1に記載のシステム。
  3. 前記ウェーブレット信号発生器は、前記ウェーブレット信号をデジタル形式で生成し、デジタル−アナログ変換器は、前記変調された１つまたは複数のウェーブレット信号を、前記デジタル形式からアナログ形式へ変換するように動作し、増幅器は、アナログ形成である前記１つまたは複数のウェーブレット信号を増幅するように動作する請求項２に記載のシステム。
  4. アナログ形式の前記１つまたは複数のウェーブレット信号をフィルタリングするように動作するバンドパスフィルタをさらに備える請求項２または３に記載のシステム。
  5. 前記パワー増幅器によって増幅する前に、アナログ形式の前記１つまたは複数のウェーブレット信号を、中間マイクロ波周波数からミリ波搬送波周波数に偏移させるように動作するアップコンバータをさらに備える請求項２から４のいずれか１項に記載のシステム。
  6. 前記データは、２位相偏移キー（ＢＰＳＫ）データ、位相偏移キー（ＰＳＫ）データ、４位相偏移キー（ＱＰＳＫ）データ、および／または直交振幅（ＱＡＭ）データを含む請求項２から４のいずれか１項に記載のシステム。
  7. 前記１つまたは複数のウェーブレット信号の変調の前に、前記データをエンコードするように動作するエラー訂正ユニットをさらに備える請求項２から６のいずれか１項に記載のシステム。
  8. 前記無線信号を受信するように動作するアンテナと、
    前記フィルタリングされた無線信号を増幅するように動作する増幅器とを含む受信機をさらに備える請求項２から７のいずれか１項に記載のシステム。
  9. 前記受信された無線信号をフィルタリングするように動作するバンドパスフィルタをさらに備える請求項８に記載のシステム。
  10. 前記増幅された無線信号を、ミリ波搬送波周波数から中間マイクロ波周波数へ偏移させるように動作するダウンコンバータをさらに備える請求項８または９に記載のシステム。
  11. 無線通信システムであって、
    通信スペクトラム内の周波数および時間マップに関連する無線信号を受信するように動作する受信機部分であって、ウェーブレット解析を使用して、前記周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを識別するために、前記無線信号を解析するように構成される、受信機部分と、
    前記受信機部分に結合され、前記周波数および時間マップの前記識別された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号をデータで変調するように構成される送信機部分とを備えるシステム。
  12. 前記受信機部分は、前記無線信号を解析するように動作するウェーブレット解析器を備える請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記送信機部分は、前記解析された無線信号に基づいて、１つまたは複数の変調されたウェーブレット信号を生成するように動作するウェーブレット発生器を備える請求項１２に記載のシステム。
  14. 無線送信用のウェーブレット信号発生器であって、
    受信された無線信号をデジタル化された信号に変換するように動作するアナログ−デジタル変換器と、
    通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを識別するために、前記デジタル化された信号にウェーブレット変換を実施するように動作するデジタル信号プロセッサデバイスであって、前記通信スペクトラムの前記周波数および時間マップ内の前記識別された１つまたは複数の利用可能なセル内で送信するために、１つまたは複数のウェーブレット信号を生成する、デジタル信号プロセッサデバイスとを備えるデバイス。
  15. 前記デジタル信号プロセッサは、
    前記デジタル化された信号のそれぞれについてウェーブレット係数を計算するように動作する第１のモジュールと、
    前記ウェーブレット係数に基づいて、前記デジタル化された信号のそれぞれについてマグニチュード値を計算するように動作する第２のモジュールであって、前記デジタル化された信号のそれぞれについての前記マグニチュード値は、前記通信スペクトラムの前記１つまたは複数の利用可能な部分を確定するために、閾値と比較される、第２のモジュールと、
    前記通信スペクトラムの前記確定された１つまたは複数の利用可能な部分内で送信するために、前記１つまたは複数のウェーブレット信号を選択するように動作する第３のモジュールであって、選択すると、データ情報を前記１つまたは複数のウェーブレット信号と結合する、第３のモジュールとを備える請求項１４に記載のデバイス。
  16. 前記デジタル信号プロセッサは、前記第１のモジュール、前記第２のモジュール、および前記第３のモジュールの機能を実施するようにプログラムされるプログラマブルデバイスを備える請求項１５に記載のデバイス。
  17. 無線通信スペクトラムを利用する方法であって、
    前記無線通信スペクトラム内の周波数および時間マップに関連する１つまたは複数の無線信号を受信すること、
    ウェーブレット解析を使用して、前記受信された無線信号について信号強度を確定することであって、前記信号強度は、前記周波数および時間マップ内の少なくとも１つのセルについて確定される、確定すること、および、
    閾値が前記確定された信号強度を越えることに基づいて、前記少なくとも１つのセルを無線送信のために割当てることを含む方法。
  18. 前記割当てられた少なくとも１つのセル内でウェーブレット搬送波信号を無線送信することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
  19. 送信機と受信機との間でコントロール情報を交換することをさらに含み、前記ウェーブレット搬送波信号を前記送信機から前記受信機へ送信する前に、前記送信機は、ランデブーチャネルを介して前記受信機に前記コントロール情報を送出する請求項１８に記載の方法。
  20. 前記コントロール情報は、送信中心周波数情報、送信時間スロット情報、および、前記ウェーブレット搬送波信号を無線送信する前の前記ウェーブレット搬送波に関連する情報を含む請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ウェーブレット搬送波信号は、スケーリングおよび偏移パラメータに基づいて生成される請求項１８に記載の方法。
  22. 前記スケーリングパラメータは、前記ウェーブレット信号を時間的に伸張させ、前記時間的な伸張に基づいて前記ウェーブレット信号周波数帯域を減少させる請求項２１に記載の方法。
  23. 前記スケーリングパラメータは、前記ウェーブレット信号を時間的に圧縮し、前記時間的な圧縮に基づいて前記ウェーブレット信号周波数帯域を増加させる請求項２２に記載の方法。
  24. 前記偏移パラメータは、前記周波数および時間マップ内の複数のセルのうちの１つのセルに前記ウェーブレット信号を再配置する請求項２１に記載の方法。
  25. 前記信号強度は、
    前記受信された無線信号に相当する複数のウェーブレット係数を確定すること、および、
    前記確定された複数のウェーブレット係数から平均エネルギーを確定することによって確定される請求項１７から２４のいずれか１項に記載の方法。
  26. 前記平均エネルギーは、前記確定された複数のウェーブレット係数のそれぞれについて自乗絶対値を平均することによって確定される請求項２５に記載の方法。
  27. 前記少なくとも１つのセルは、有限周波数帯域および有限時間スロットを含む請求項１７から２６のいずれか１項に記載の方法。
  28. 複数の隣接するセルは、前記閾値が、前記複数の隣接するセルの前記確定された信号強度を越えることに基づいて前記周波数および時間マップ内で割当てられる請求項１７から２７のいずれか１項に記載の方法。
  29. 無縁通信スペクトラムを利用する方法であって、
    前記無縁通信スペクトラムに関連する複数の周波数および時間セルを割当てることであって、前記複数の周波数および時間セルはそれぞれ、時間および周波数がスケーラブルである、割当てること、
    ウェーブレット解析を使用して、前記複数の周波数および時間セルはそれぞれのセル内の無線信号強度を測定すること、
    前記測定された無線信号強度に基づいて前記複数の周波数および時間セルの１つまたは複数のセルを識別すること、および、
    前記複数の周波数および時間セルの前記識別された１つまたは複数のセル内で１つまたは複数のウェーブレット信号を送信することを含む方法。
  30. 前記複数の周波数および時間セルはそれぞれ、前記無線通信スペクトラム内に無線チャネルを含む請求項２９に記載の方法。
  31. 前記信号強度は、
    受信された無線信号について前記複数の周波数および時間セルのそれぞれを監視すること、
    前記受信された無線信号に相当する複数のウェーブレット係数を確定すること、
    前記確定された複数のウェーブレット係数に基づいて平均エネルギーを確定すること、および、
    閾値が前記確定された平均エネルギーを超えることに基づいて、前記複数の周波数および時間セルの１つまたは複数のセルを確定することによって検出される請求項２９または３０に記載の方法。
  32. 前記複数の周波数および時間セルは、無線信号が無いことに基づいて識別される請求項２９から３１のいずれか１項に記載の方法。
  33. 無縁通信スペクトラムを利用する方法であって、
    少なくとも１つの無線信号を検出するために、複数のセルを有する周波数および時間マップを走査することであって、前記複数のセルはそれぞれ、時間および周波数がスケーラブルである、走査すること、および、
    前記少なくとも１つの無線信号が、前記複数のセルの任意のセル内で検出されない場合、または、
    ウェーブレット解析を使用して、前記複数のセルの前記任意のセル内の前記検出された少なくとも１つの無線信号が、閾値未満の信号強度を含む場合、
    前記複数のセルの任意のセル内で無線送信するために、ウェーブレット信号を生成することを含む方法。
  34. 前記複数のセルは、
    第１の帯域幅および第１の時間間隔を含む少なくとも１つの第１の周波数および時間セルを走査すること、および、
    第２の帯域幅および第２の時間間隔を含む少なくとも１つの第２の周波数および時間セルを走査することによって走査され、前記第２の時間間隔は前記第１の時間間隔の倍数であり、前記第２の帯域幅は前記第１の帯域幅の分数である請求項３３に記載の方法。
  35. 前記少なくとも１つの第１および第２の周波数および時間セルはそれぞれ、前記無線通信スペクトル内にチャネルを含む請求項３３または３４に記載の方法。
  36. 前記ウェーブレット解析は、
    前記検出された少なくとも１つの無線信号に相当する複数のウェーブレット係数を確定すること、
    前記確定された複数のウェーブレット係数に基づいて平均エネルギーを計算することによって、前記信号強度を確定することによって実施される請求項３３から３５のいずれか１項に記載の方法。
  37. 前記平均エネルギーは、前記確定された複数のウェーブレット係数のそれぞれについて自乗絶対値を平均することによって計算される請求項３６に記載の方法。
  38. 無線通信システムであって、
    通信スペクトラムの周波数および時間マップ内の無線信号を解析するように動作するウェーブレット解析器であって、前記周波数および時間マップ内の１つまたは複数の利用可能なセルを確定するように構成される、ウェーブレット解析器と、
    選択されたマザーウェーブレットからドーターウェーブレットを生成するウェーブレット信号発生器であって、前記確定された１つまたは複数の利用可能なセル内でデータ情報を送信するために、１つまたは複数のドーターウェーブレットを生成する、ウェーブレット信号発生器とを備えるシステム。
  39. 前記周波数および時間マップ内の各セルに関連するマザーウェーブレットを格納するように動作するメモリをさらに備える請求項３８に記載のシステム。
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