专利名称：使用随机霍夫变换来检测具有周期性发射图案的无线电系统的方法和设备的制作方法
本申请要求2004年2月2日提交的美国临时申请序列号60/541,207的利益，其中该申请的教导在此引入作为参考。
在无线电网络遭遇到诸如雷达(例如初级发射器，primaryemitter)之类的其他设备或是在其附近发射能量(并且由此使用了共享无线电资源)的其它无线电网络(例如次级发射器)的时候，可期望对这些其他设备的无线电资源使用图案的进行表征。对使用图案的这种表征导致了对无线电网络发射和/或接收信号的时机的识别。一般来说，无线网络只有在它们检测到没有雷达的情况下才被允许进行操作。如果无线电网络检测到运作的雷达信号，那么所述无线电网络必须撤出那个频带。
目前，霍夫变换已被用于检测此类其他设备。举个例子，霍夫变换被用于检测雷达脉冲以供创建了周期性图案的任何类型的无线电信号使用。宽度重复表示的是所使用的雷达的类型。在图像处理文献中已经对霍夫变换进行了研究，以便将其用于检测二进制图像中的线条、圆形和椭圆形之类的图案。在对具有很多重叠图案以及随机噪声的数据中的图案的检测中，证实了霍夫变换是非常有效的。在存在非正常值(outlier)的情况下，与通常使用的最小平方估计相比，霍夫变换对噪声而言更坚固。
图1A和1B描述的是用于在图像空间(图1A)以及参数空间(图1B)中检测直线的霍夫变换。图像空间是用(x，y)表示的，而参数空间则是用(斜率，截距)、也就是(m，c)表示的。对图1A的图像空间中的每一个点(例如p和q)而言，如所示，在图1B的参数空间中产生一条线。参数空间可以被视为是二维直方图。参数空间中的峰值(r)则与图像空间中的某一条线是对应的。由于在图像空间中，共线点的集合足以产生参数空间中的峰值，因此霍夫变换是坚固的。然而，该变换也存在一个缺点，那就是参数空间需要在检测设备中具有大量的计算机存储器，以便检测直线(也就是说，在给出了具有两个点的一维测度集合的情况下，在参数空间中将会产生斜率的一个直方图)。
本发明提供的解决方案减轻了已知方法和系统对于存储器的需求。这种解决方案是使用称为随机霍夫变换(RHT)的特定霍夫变换来检测环绕在圆柱体上的螺旋线的参数。应用于直线检测的RHT将会导致随机拣选点对(pair of point)，并且将会导致计算和累加某个参数(例如斜率)。当在峰值中达到足够的置信度的时候，该处理将会停止，由此减少存储器和处理时间。
在一个方面中，用于识别无线电网络时机的方法包括了几个步骤。其中一个步骤是在第一时段中进行侦听。另一个步骤是检测第一忙碌时隙。几个附加步骤则包括在第二个时段中进行侦听；检测第二忙碌时隙；在第三个时段中进行侦听；以及检测第三个忙碌时隙。别的步骤则是辨别作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列。其他的步骤包括对该序列执行随机霍夫变换；以及基于所述随机霍夫变换来产生一个直方图；识别直方图中的峰值；确定这些峰值是否对应于已知的雷达；以及识别发射时机。
在一个实施例中，该方法包括至少在一个第四时段中进行侦听，并且检测至少一个第四忙碌时隙。
在另一个实施例中，确定步骤将会确定所述峰值是否在有限带宽中与已知的雷达相对应。
在另一个方面中，一种用于识别无线电网络中的时机的设备包括；信源；用于执行计算的处理器，其中该处理器包括用于执行随机霍夫变换的装置、用于根据随机霍夫变换来产生直方图的装置、用于识别直方图中的峰值的装置、以及用于识别发射时机的装置；存储器；以及至少一个侦听设备。
在一个实施例中，该设备包括介质访问控制、物理层、以及至少一个发射机。
在另一个实施例中，侦听设备是一种IEEE802.11槽机构(slotmechanmism)。
本发明提供了很多优点，并且从下文的描述、附图以及权利要求书中可以清楚了解这些优点。
图1A描述的是用于在图像空间中检测直线的霍夫变换；图1B描述的是用于在参数空间中检测直线的霍夫变换；图2描述的是用于检测和表征设备的无线电资源使用图案的方法；
图3描述的是由上文的RHT等式1给出的螺旋线图形，其中ω＝1；图4描述的是用于Lp1的ω的直方图；图5描述的是用于Lp2的ω的直方图；以及图6描述的是用于检测和表征设备的无线电资源使用图案的设备；图7描述的是测量结果在时间上的自相关的图形。
图2是描绘用于在无线电网络中识别发射和/或接收时机的方法的不同步骤的框图。在步骤201中，无线电网络设备会在一个时段中进行侦听，以便检测第一忙碌时隙。该处理可以用本领域中已知的任何类型的侦听设备来完成。在步骤202中，无线电网络设备会查询是否检测到第一忙碌时隙。如果没有的话，那么无线电网络设备会在一个附加时段中就第一忙碌时隙进行侦听，由此返回到了步骤201。如果无线电网络设备检测到了第一忙碌时隙，那么在步骤203中，该设备会在第二时段中进行侦听。在步骤204中，无线电网络设备将会查询是否检测到第二忙碌时隙。如果没有的话，那么它会在一个附加时段中就第二忙碌时隙进行侦听。如果无线电网络设备检测到第二忙碌时隙，那么在步骤205中，该设备会在第三时段中进行侦听。只有在无线电网络设备检测到第三忙碌时隙、通过步骤206中的查询确认的时候，用于产生经过修改的霍夫变换的处理才会开始执行。此外，在步骤205.1以及206.1中，无线电网络设备可以执行关于第四忙碌时隙的侦听和查询，此外也可以在步骤201～206之外对任意数量的忙碌时隙进行侦听和查询。
一旦无线电网络设备在步骤201～206中检测到三个忙碌时隙，那么它必须在步骤207中辨别出作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列。例如，与忙碌时隙三和二之间的空闲时隙数量相比，用于分离第二与第一忙碌时隙的空闲时隙数量应该与之相等，或者其间的差值应该受限于(也就是小于)一个小的数值。如果它不能辨别作为时间函数的被检测忙碌时隙序列，那么它会开始重复执行步骤201～206。如果无线电网络设备辨别出作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列，那么在下文所述的步骤208.1～208.2中，其中将会借助软件、算法和/或处理器来执行随机霍夫变换。
本发明使用了一个1-D到3-D的变换(与光栅扫描相似)，然后则应用霍夫变换来检测对应于脉冲列(pulse train)的直线。此外，在这里还引入了关于固有噪声电平(noise floor)的计算。依照本方法，在步骤208.1中，首先将会借助一个变换步骤而将1-D信号变换成3-D螺旋形信号。接着，在步骤208.2中，其中将会借助一个转换步骤而将RHT应用于3-D螺旋形信号。
本方法可以包括产生一条螺旋线，所述螺旋线可以用以下的参数等式来表示X(t)＝sin(ωt)Y(t)＝cos(ωt).........(1)Z(t)＝t这条螺旋线是圆柱形的(与更为常见的椭圆形相反)并具有单位半径。
新的螺旋线可以基于参数ω来产生，其中在ω减小的时候，所述螺旋线将会更缓慢地缠绕在圆柱体上。在图3中，蓝色的螺旋线上的点自身形成了一条螺旋线，并且该螺旋线的ω值小于1。在给出了螺旋线上的两个点P0(x0，y0，z0)以及P1(x1，y1，z1)的情况下，参数ω可以用以下等式给出ω=(atan(y1x1)-atan(y0x0)z1-z0)···(2)]]>如果这两个点P0和P1处于螺旋线的一个旋转(twirl)内，那么ω的结果是1。由螺旋线的一个旋转所给出的线段长度是l=2*π*1+(1ω)2···(3)]]>在图2中的步骤209中，其中借助了某种算法或是任何其他已知的直方图产生机制来产生一个基于步骤609.1和609.2中执行的随机霍夫变换的直方图。作为直方图生成的实例，在步骤610中，借助矢量Lp来代表单个脉冲的雷达脉冲列的位置(到达时间)，所述单个脉冲是以一个时段上50个脉冲的速率重复的。图4中的ω直方图则是对于Lp1＝[9，59，109，159，209，259，309，359]获取的。
在步骤210中，无线电网络会在步骤209所产生的直方图中识别峰值。而图4中的峰值30则代表了信号序列中的脉冲重复频率。
对图4所描述的情况而言，ω＝0.116。然而，图5描述了这样一种情况，其中在以一个时段上40和50个脉冲的速率重复的脉冲上复用了两个脉冲列，并且这两个脉冲列是用Lp2＝[9，20，59，60，100，109，140，159，180，209，220，259，260，300，309，340，359]表示的。峰值40和41代表了与上述序列中大小为40和50的速率相对应的信号序列中的脉冲重复频率。应该指出的是，ω＝1对应的是处于一个旋转内的螺旋线上的点。作为模型的人工产物，它是可以忽略的。
一旦在步骤210中识别了峰值，那么在步骤211中，无线电网络可以确定所述峰值是否对应于某个已知雷达。其中举例来说，该处理可以通过对所识别的峰值与存储器中保存的峰值数据进行比较来实现。如果这些峰值不与已知的雷达相对应，那么无线电网络将会重复执行步骤207～211。如果这些峰值对应于某个已知雷达，那么在步骤212中，无线电网络将会了解到与所述雷达相关的周期和使用情况，并且可以识别出发射和/或接收信号的时机。在步骤213中，无线电网络将会基于步骤212中的时机识别处理来执行发射和/或接收操作。
本方法可以与那些用于检测周期性干扰的备选方法相关联，其中举例来说，所述方法是以测量结果在时间上的自相关为基础的。图7显示了两个矢量Lp1和Lp2的自相关函数。可以看出的是，与霍夫变换相似，该方法同样对周期进行检测。不同备选方案所得到的结果可用于相互帮助选择判定阈值。这两种方法的组合则可以提高检测几率。
图6描述的是一个用于检测和表征设备的无线电资源使用图案的设备。设备607可以包括至少一个天线或其他侦听设备605，发射机606、处理器601以及存储器608。源604可以是比如接收系统、计算机、笔记本计算机、PDA、蜂窝电话之类的设备，也可以是其他的接收设备或系统。举例来说，源604可以借助无线广域网、无线城域网、无线局域网、陆地广播系统(无线电广播、TV)、卫星网络、蜂窝电话或无线电话网络、有线网络、内部通信总线、内部连接以及这些和其他类型网络的某些部分或是其组合而在一个或多个网络连接上提供信息。
举个例子，如果设备607是在802.11WLAN内工作的，那么源604将会包含介质访问控制(MAC)层602以及物理层(PHY)603。处理器601则会指示侦听设备605进行第一时段的侦听。当处理器601检测到第一忙碌时隙的时候，它会指示侦听设备605进行第二时段的侦听。当处理器602检测到第二忙碌时隙的时候，它会指示侦听设备605执行第三时段的侦听。一旦检测到第三忙碌时隙，那么处理器601会将忙碌时隙与存储器608中的序列相比较，从而辨别出一个作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列。其中举例来说，处理器601与存储器608之间的连接可以表示总线、通信网络、电路、电路卡或其他设备的一个或多个内部连接，此外也可以表示这些和其他通信介质的某些部分或是其组合。
然后，处理器601会像先前所描述的那样使用软件、算法或是其他计算装置来对该序列执行随机霍夫变换。接着，处理器601将会基于随机霍夫变换来产生一个直方图，并且将会识别这个直方图中的峰值。之后，处理器601会将这些峰值与存储器608中保存的峰值数据相比较，以便确定这些峰值是否与已知的雷达相对应。随后，处理器601将会基于当前已知的雷达的已知状态来识别发射时机。而源604则会使用MAC602以及PHY603来确定何时使用发射机606来执行发射操作。
处理器601可以是任何装置，例如算术、通用或专用计算系统，此外它也可以是某种硬件结构，例如膝上型计算机、台式计算机、服务器、手持计算机、专用逻辑电路或集成电路。另外，处理器601还可以是可编程阵列逻辑(PAL)、专用集成电路(ASIC)等装置，这些装置可以是经过编程而包含了软件指令的硬件，其中所述软件指令则会响应于已知输入而提供一个已知输出。这里描述的部件还可以作为分立的硬件部件来实现，其中所述分立的硬件部件能够使用编码逻辑操作或是通过运行硬件可执行代码来实施所显示的操作。
上文中的表述和实例仅仅是示范性的，并且这些表述和实例并没有限制下列权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于在无线电网络中识别时机的方法，包括在第一时段中进行侦听；检测第一忙碌时隙；在第二时段中进行侦听；检测第二忙碌时隙；在第三时段中进行侦听；检测第三忙碌时隙；辨别一个作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列；对这个序列执行随机霍夫变换；基于随机霍夫变换来产生一个直方图；识别该直方图中的峰值；确定这些峰值是否与已知雷达相对应；以及识别发射时机。
2.权利要求1的方法，其中该方法还包括至少在第四时段中进行侦听，并且至少检测一个第四忙碌时隙。
3.权利要求1的方法，其中确定步骤确定在有限带宽中这些峰值是否与已知的雷达相对应。
4.一种用于在无线电网络中识别时机的设备(607)，包括a)一个源(604)；b)用于执行计算的处理器(601)，所述处理器包括用于执行随机霍夫变换的装置，用于根据随机霍夫变换来产生直方图的装置，用于识别直方图中的峰值的装置，以及用于识别发射时机的装置，c)存储器(608)，以及d)至少一个侦听设备(605)。
5.权利要求4的设备(607)，其中该设备还包括介质访问控制(602)，物理层(603)，以及至少一个发射机(606)。
6.权利要求4的设备，其中侦听设备(607)是一个IEEE 802.11槽机构。
全文摘要
本发明包括一种用于在无线电网络中识别发射时机的方法和设备。所述方法和设备会在第一、第二和第三时段中进行侦听，以便检测第一、第二和第三忙碌时隙。处理器则辨别一个作为时间函数的第一、第二和第三忙碌时隙序列，对该序列执行随机霍夫变换，基于随机霍夫变换来产生一个直方图，识别该直方图中的峰值，确定这些峰值是否与已知的雷达相对应，并且识别发射时机。
文档编号H04W16/14GK1914945SQ200580003819
公开日2007年2月14日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年2月2日
发明者K·查拉帕利, S·曼戈尔德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司