专利名称：分布式谱感测的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于在某个频带中检测所关心的信号或另一类型事件的设备、系 统、方法和计算机程序。
背景技术：
当前的(频)谱分配模型导致得到许可(领有执照)的(第一级)谱在空间与时 间上的利用率不足，例如在VHF-UHF频带中就是这样的情况。这导致了对于灵活的谱使用 模型的日益增长的兴趣。一种这样的模型提供已被许可用于主无线系统的谱的二次(辅 助)使用。该二次使用由次要认知无线系统启用。该次要认知无线系统的操作不应对主系 统用户造成有害的干扰。如果次要认知无线系统操作在没有用于主用户传输的频谱部分 上，那么这个要求能够得到满足。为了确定这些部分，监控该谱，以监视主用户活动。这通 过谱感测来完成。能量检测可以用于借助于单个传感单元来确定在所关心的指定谱区域中是否存 在具有已知带宽的信号。也考虑了利用信号特征和更高阶统计属性的更先进的检测技术。 在认知无线系统中，许多这样的传感单元是可利用的，并且通过组合来自多个传感单元的 信息能够改善检测性能。迄今已提议了两种用于组合来自多个传感单元的信息的方案。一方面，每一个传 感单元能够做出硬检测判定，并将其二进制结果(1/0)发送到中央单元，在该中央单元中 所接收的比特进行组合。用于组合这些比特的常用规则是多数(裁定)规则，其中如果大 多数接收到的比特是1，则作出信号存在的最终判定。这种方案的优点是信令的数量是低 的。但是，作出硬检测判定导致隐含信号信息的丢失，其中该信息不能在中央单元上得到进 一步利用。这转而影响最终的检测性能。另一方面，每一个传感单元可以向中央单元仅仅发送原始观察值或某种其他形式 的观察值。虽然这种方案能够产生更好的检测性能，但是其涉及的信令数量却是无法接受 地大。A. Ghasemi 禾口 E. S. Sousa 发表于 2006 年 9 月 IEEE VTC Fall 第 1-6 页上的 "Impact of user collaboration on the performance of sensing—based opportunistic spectrum access”披露了 或能量值或1比特硬判定从各个传感器发送给中央融合单元 (fusion unit)，并且在中央融合单元中进行组合，以实施谱感测。
发明内容
本发明的目的是缓解至少一些上述的问题。这个目的能够利用根据权利要求1的设备、根据权利要求8的系统、根据权利要求 13的方法以及根据权利要求15的计算机程序来实现。因此，在本发明的第一方面中，提出一种设备。该设备包括传感单元，被配置成感 测信号；第一计算单元，被配置成基于感测到的信号或从中得出的信号分量的多个采样来计算值；第二计算单元，被配置成基于由第一计算单元计算的值来计算量度；和通信单元， 被配置成传送由第二计算单元计算的量度。该设备可以用于在认知无线系统和其他系统中 检测某些所关心的信号，或在传感器网络和其他网络中检测某些事件。该设备可以实现比 先前提议的设备更好的检测性能，而不需要多得多的信令开销。在本发明的第二方面中，第一计算单元被配置成根据感测到的信号或信号分量的 采样的平方和来计算该值。第二方面可以与第一方面进行组合。在本发明的第三方面中，第二计算单元被配置成根据该值的条件概率来计算该量 度。第三方面可以与第一或第二方面进行组合。在本发明的第四方面中，该量度是取决于与不同假设相关联的该值的条件概率的 函数。第四方面可以与任一前述方面进行组合。在本发明的第五方面中，该量度是对数似然比或似然比。第五方面可以与任一前 述方面进行组合。在本发明的第六方面中，传感单元被配置成收集在观测时间上感测到的信号或信 号分量的采样。第六方面可以与任一前述方面进行组合。在本发明的第七方面中，传感单元被配置成感测无线电信号或生理信号。第七方 面可以与任一前述方面进行组合。在本发明的第八方面中，提出一种系统。该系统包括多个根据任一前述方面的设 备以及中央单元，其中该中央单元被配置成接收由这些设备传送的量度、组合这些量度并 根据组合的量度来判定多个假设中的哪一个假设是真的。该系统可以用于在认知无线网络 中检测某些所关心的信号或在传感器网络中检测某些事件。该系统可以提供比先前提议的 系统更好的检测性能，而不需要多得多的信令开销。在本发明的第九方面中，中央单元被配置成通过将这些量度相加或相乘来组合这 些量度。第九方面可以与第八方面进行结合。在本发明的第十方面中，中央单元被配置成借助于阈值规则来作出判定。第十方 面可以与第八或第九方面进行组合。在本发明的第十一方面中，多个设备是认知无线网络或传感器网络的一部分。第 十一方面可以与第八到第十方面之中的任一方面进行组合。在本发明的第十二方面中，该系统被配置成确定在某一频带中是否存在所关心的 信号或检测某个事件。第十二方面可以与第八到第十一方面之中的任一方面进行组合。在本发明的第十三方面中，提出一种方法。该方法包括感测信号；基于所感测到 的信号或从中得到的信号分量的多个采样，计算值；根据在第一计算步骤中计算的值，计算 量度；和传送在第二计算步骤中计算的量度。在本发明的第十四方面中，该方法还包括从多个设备接收量度；组合这些量度； 和基于所组合的量度来判定多个假设中的哪一个假设是真的。第十四方面可以与第十三 方面进行组合。在本发明的第十五方面中，提出一种计算机程序。该计算机程序包括程序代码装 置，用于当在计算机上执行该计算机程序时使得计算机执行根据第十三或第十四方面的方 法的步骤。所提议的方法和计算机程序可以用于在认知无线系统和其他系统中检测某些所关心的信号，或在传感器网络和其他网络中检测某些事件。它们可以实现比先前提议的方 法和计算机程序更好的检测性能，而不需要多得多的信令开销。更多的有益修改在从属权利要求中进行定义。
本发明的这些和其他方面从下文参考附图所描述的实施例中将是显然的，并且本 发明的这些和其他方面将利用下文中参考附图所描述的实施例来阐述，其中图1显示说明根据第一实施例的示例性系统的布置的示意性框图；图2显示说明根据第二实施例的示例性系统的布置的示意性框图；图3显示说明根据第三实施例的示例性系统的布置的示意性框图；图4显示说明根据第一到第三实施例的示例性检测过程(程序)的步骤的流程 图；图5显示第一到第三实施例的基于软件的实施的示例；和图6显示说明与先前提议的检测过程的性能相比、根据第一到第三实施例的示例 性检测过程的性能的图表。
具体实施例方式图1显示说明根据第一实施例的示例性系统100的布置的示意性框图。该系统100 能够包括发射机105、分布在区域上的第一到第M设备110_1到110_M以及中央单元140。 每一个设备110_1到110_M可以包括天线、传感单元、第一计算单元、第二计算单元以及通 信单元。也就是说，第i个设备110」能够包括天线115_i、传感接收机或单元120」、第一 计算单元125_i、第二计算单元(130_i)以及通信单元135_i。例如，第一设备110_1可以 包括天线115_1、传感单元120_1、第一计算单元125_1、第二计算单元(130_1)以及通信单 元135_1，并且第M个设备110_M可以包括天线115_M、传感单元120_M、第一计算单元125_ M、第二计算单元(130_M)以及通信单元135_M。设备110」能够具有不同于上面所讨论的结构。例如，它能够只包括具有第一计 算单元125」和第二计算单元130」二者的功能的单个通信单元，或者包括某种类型的能 够执行该设备110」的所有组件的功能的处理单元。一般来说，每一个设备110_1到110_ M可以是具有与中央单元进行通信的能力的传感接收机，例如传感无线电设备，或者能够执 行下述功能的另一类型的设备。该系统100可以是次要认知无线系统的一部分。这样的次要认知无线系统允许已 被许可用于主无线系统的频谱的二次使用，而不会对主系统用户引起有害的干扰。这可以 通过操作在未被用于主用户传输的频谱部分上来实现。为了确定这些部分，可以通过谱感 测来检测主用户信号。即，可以确定在某个频带中是否存在所关心的信号。主用户信号检测的问题可以被认为是二进制假设测试问题-确定两个假设之中 的哪一个假设是真的，即，所关心的信号存在(利用H1表示的假设)或者只有噪声存在(利 用H2表示的假设)是真的。如在下文中更详细描述的，信号存在可以由该系统100的M个 设备110_1到110_11来检测。所关心的信号能够由发射机105发射，并且可以是例如射频(RF)信号，诸如VHF频带或UHF频带中的信号。例如，能够发射微波信号。每一个设备110_1到110_M可以接 收或感测由发射机105发射的信号。S卩，每一个传感单元120_1到120_M能够分别地接收 或感测在天线115_1到115_M之中相应的一个天线上接收的发射信号。进一步，每一个传 感单元120_1到120_M可以对感测到的信号进行采样。这可以在天线115_1到115_M的各 自前端接收天线之后通过采样模拟信号来完成。然后，在观测时间上可以收集感测到的信 号的采样。这能够通过在传感单元120_1到120_M上以奈奎斯特频率或更高频率对感测到 的信号进行采样来实现。即，过采样是有可能的。所收集的接收到或感测到的信号的采样 被表示为rik，其中下标i表示第i个传感单元120_i，并且下标k表示采样索引。在两个假设H1和Htl的情况下在第i个传感单元120」上采样的感测信号分别地 可以随后被写成
权利要求
1.一种设备(110」)，包括传感单元(120」)，被配置成感测信号；第一计算单元(125」)，被配置成根据所述感测信号或从中得到的信号分量的多个采 样来计算值；第二计算单元(130」)，被配置成根据所述第一计算单元(125」)计算的所述值来计算量度；和通信单元(135」)，被配置成传送由所述第二计算单元(130_i)计算的所述量度。
2.根据权利要求1的设备，其中所述第一计算单元(125_i)被配置成根据所述感测信 号或信号分量的采样的平方和来计算所述值。
3.根据权利要求1的设备，其中所述第二计算单元(130_i)被配置成根据所述值的条 件概率来计算所述量度。
4.根据权利要求1的设备，其中所述量度是取决于与不同的假设相关的所述值的条件 概率的函数。
5.根据权利要求1的设备，其中所述量度是对数似然比或似然比。
6.根据权利要求1的设备，其中所述传感单元被配置成在观测时间上收集所述感测信 号或信号分量的采样。
7.根据权利要求1的设备，其中所述传感单元被配置成感测无线电信号或生理信号。
8.一种系统，包括多个根据任一前述权利要求的设备(110_1，...，110_M;210_1，210_2，210_3 ；310_1， 310_2)；禾口中央单元(140 ；240 ；340)，被配置成接收由所述设备传送的量度、组合所述量度、并根 据所述组合的量度来判定多个假设中的哪一个是真的。
9.根据权利要求8的系统，其中所述中央单元被配置成通过将所述量度相加或相乘来 组合所述量度。
10.根据权利要求8的系统，其中所述中央单元被配置成借助于阈值规则来作出所述 判定。
11.根据权利要求8的系统，其中所述多个设备是认知无线网络或传感器网络的一部分。
12.根据权利要求8的系统，其中所述系统被配置成确定在某个频带中是否存在所关 心的信号或检测某个事件。
13.一种方法，包括 感测(S405)信号；根据所述感测信号或从中得到的信号分量的多个采样，计算(S410)值； 根据在所述第一计算步骤(S410)中计算的所述值，计算(S4M)量度；和 传送(S420)在所述第二计算步骤(S4M)中计算的所述量度。
14.根据权利要求13的方法，还包括从多个设备(110_1，. . .，110_M ;210_1，210_2，210_3 ;310_1，310_2)接收(S425)量度；组合(S430)所述量度；和根据所述组合的量度，判定(S435，S440，S445)多个假设中的哪一个是真的。
15. 一种计算机程序，包括程序代码装置，用于当在计算机上执行所述计算机程序时使 计算机执行根据权利要求13或14的方法的步骤。
全文摘要
总之，本发明涉及用于谱感测的设备、系统、方法和计算机程序。提议用于通过使用能与中央单元通信的多个传感设备来检测所关心的信号或事件的检测过程。这些传感设备可以计算软检测量度，并将这个信息传送给中央单元，在该中央单元中可以使用该信息，以便使用某种指定规则来作出最终检测判定。该提议的方案的信令开销能够具有与硬信令方案的信令开销相同的数量级。但是，该提议的方法可以实现更好的检测性能。
文档编号H04W74/02GK102113394SQ200980109462
公开日2011年6月29日 申请日期2009年3月12日 优先权日2008年3月18日
发明者A·V·潘达里潘德, H·杨, J·P·M·G·林纳茨 申请人:Nxp有限公司, 皇家飞利浦电子股份有限公司