Feasibility Study on Cognitive Radio based TV Spectrum Reuse using Leaky Coaxial Cable

摘要

近年世界の多くの国々でアナログテレビ放送からデジタルテレビ放送へのシステム移行が行われている．それに伴い，テレビ放送の周波数帯においてテレビ放送受信に影響を与えず周波数再利用を行うコグニティプ無線技術により，周波数利用効率を高める手法が注目を集めている．一方，漏洩同軸（LCX）ケーブルは，広帯域特性と微弱信号という特性があるため，テレビ放送の周波数帯におけるコグニティプ無線に適した性質を有する．しかし，LCXケーブルを用いてテレビ放送周波数帯で無線通信を行う場合における通信容量はこれまで知られていない．そこで，本研究では，テレビ放送周波数帯における，LCXケーブルを用いた通信システムのエルゴード容量を評価する．初めに，測定によって得られたデータに基づき，準最適電力割当を行った場合における通信容量を導出した．次に，周波数毎に通信路やテレビ放送信号による干渉の状態が異なることを補償する注水定理に基づく電力割当を行い通信容量を算出した．最後にLCXケーブルを用いた通信がテレビ放送受信に与える影響について，テレビ放送信号に関するプロテクション比（テレビ放送信号受信電力に対する雑音と干渉信号電力比）の観点から評価した．アナログテレビ放送の場合，VHF帯，UHF帯とも51dBのプロテクション比が必要となり，LCXケーブル通信ではこの要求を満足できない．一方，デジタルテレビ放送をUHF帯で使用した場合には，プロテクション比が20dBの時，20Mbpsの伝送レートを達成可能であるという結論が得られた．%While the transition to digital television is currently happening in most countries around the world, there has been increasing interest recently in enhancing the spectrum usage efficiency especially in TV bands via cognitive radio based access where the bandwidth is reused on a non-interfering basis. The wideband and weak signal characteristic of leaky coaxial cable (LCX) is attractive for cognitive radio systems, however, its capacity has never been assessed in this type of application. In this study, we evaluate the ergodic capacity performance of LCX for a cognitive radio based system coexisting with TV transmission. Based on measured data, the channel capacity was first computed by suboptimal constant power allocation. Then, water filling technique was used to compensate for the variations in the channel and the interference caused by the TV signal in occupied bands. Finally, the results showed that LCX can provide a capacity of about 20 Mb/s in a typical UHF channel within the 20 dB interference protection limit for digital television. However, the LCX system cannot satisfy the 51 dB interference protection limit for analog television in both VHF and UHF channels.