频谱感知算法和方法

专利名称：频谱感知算法和方法
技术领域：
本发明涉及感知无线电应用，更具体地，涉及频i普感知算法和 其他决策方法。
背景技术：
在美国和许多其他国家中，像FCC (美国联邦通信委员会)的 管制4几构经常调整无线电频谱的4吏用，以满足组织(例如，企业、 地区和州政府)以及个人的通信需求。更具体地，FCC许可组织和 个人商用或共用多个频语,殳。这些许可可以4更予这些组织和个人 ("被许可者")在特定的地理区域使用它们各自被许可的频谱段一 定量时间的专有权。为了防止或减轻来自其他源的干扰，这些许可 的频镨l殳被认为是必须的。然而，如果在特定区域处在特定时间没 有使用特定的频i普段("可用频谱，，)，则另一装置将可以使用这种 可用频谱进行通信。可用频谱的这种利用将促进更有效地使用无线 电频谱或者其一部分。
感知无线电(CR);波看作是对无线电频i普的当前低使用率或佳: 用不足的一种解决方案。这种技术通过使无线电的4喿作特性适合于 环境的实时条件而将实现灵活、有效、和可靠地频i普应用。CR具 有以智能的方式利用大量未使用频i普而不干扰在已被许可用于特 定用途的频带中的其他相关装置的能力。可以通过无线电才支术中快 速和重要的改进(例如，软件无线电、频率捷变、功率控制等)来 启动CR,以及可以通过利用中断4支术(例如，宽带频:潜感测、实 时频谱分配和获取、以及实时测量分发)来表征CR。因此，在工业中需要CR系统中的频i普感知算法和方法，来以 有效和准确的方式找出未被占用的频语段。这些频谱感知算法和方法的限制可包括原始频i普用户没有为CR用户l是供^f壬何频"i普使用信 自、其他的限制可以包括原始频谱用户信号来自位于接收机附近 或者在非常远的位置处的发射才几。因此，频i普感知算法和方法将需 要检测具有极低功率等级的原始信号，该功率等级甚至低于相关频 谱用户之间的链路的灵敏度要求。此外，这些原始频谱用户信号或 CR用户信号可具有足以超过CR 4妻收才几的动态范围的信号功率。 接收信号的该宽的动态范围对保证检测精度以及检测可靠性将是 非常具有挑战性的问题。当将阈值应用于该宽范围的信号电平事件 (signal level case)时，将由于错误报警率而导致误检测事件。此 外，这将提高错误报警率，以提供更好的检测灵敏度。因此，阈值 选择会作为频谱感知算法和方法的 一致性能的重要因素。一旦解决了上述限制，则进一 步的限制在于通过宽带频率范围 才企测或感知频i普所消库毛的时间应该最小化。4奐句i舌i兌，应该通过频 谱感知算法和方法来最小化感知时间，以冲是高总频i普效率。因此， 在工业中需要CR系统中的频i普感知算法和方法，来以有效和准确 的方式找出未被占用的频谱段。 发明内容才艮据本发明的实施例，存在一种利用有限的频谱资源的感知无 线电。该感知无线电包括与频率捷变操作相结合的 一种或多种频谱 感测算法或方法。该频语感知算法或方法将利用小波变换来提供多 分辨率感知特性。4艮据本发明实施例的频-潜感知算法或方法可以包括三个阶段的过程(i )粗扫描阶段，(ii )细扫描阶段，(iii)最 终决策阶,殳。本发明的其他实施例可以包4舌三个阶—度过程的一个或 者几个的组合。根据本发明的实施例，对于决策阶段，可以对频谱 估计结果应用^又测i式方法(即，频道功率测i式和波峰lt测i式)，以 与双模式阈值(例如，强模式阈值和弱模式阈值)相结合来决定频 道使用状态。此外，可以才艮据本发明的其他实施例来利用才莫式特定 平均选项，来最小〗匕总感知时间。根据本发明的示例性实施例，提供了一种频谱感知方法。该方 法可包括接收具有多个频道的输入频语；执行输入频谱的多个频道 的粗扫描，以确定一个或多个占用候选频道和空闲候选频道，其中， 沣且扫描与第一分辨率带宽和第一频率扫描增量(sweep increment) 相关；执行占用候选频道和空闲候选频道的细扫描，以确定实际占 用的频道和实际空闲的频道，其中，细扫描与第二分辨率带宽和第 二频率扫描增量相关；以及保存实际占用的频道和实际空闲的频道 的标志。才艮据本发明的另 一示例性实施例，l是供了 一种频道感知方法。 该方法可包括提供具有多个频道的输入射频(RF)频i普，以及4吏用 粗扫描阶段分析输入RF频谱的多个频道，以确定一个或多个强候 选频道、弱候选频道、和空闲候选频道，其中，粗扫描阶段与第一 分辨率带宽和第一频率扫描增量相关。该方法还将包括4吏用细扫描 阶段分析一个或多个强候选频道、弱候选频道、和空闲候选频道， 以确定实际占用的频道和实际空闲的频道，其中，细扫描阶革殳与第
二分辨率带宽和第二频率扫描增量相关；以及保存实际占用的频道禾口实际空闲步贞道的才示志。根据本发明的另 一示例性实施例，提供了 一种频谱感知系统。该系统可包括输入射频(RF)频谱，其具有多个频道；第一装置， 用于根据输入RF频谱确定一个或多个强候选频道、弱候选频道、 和空闲候选频道，其中，第一装置与第一分辨率带宽和第一频率扫 描增量相关；以及第二装置，用于基于一个或多个强候选频道、弱 候选频道、和空闲候选频道来确定实际占用的频道和实际空闲的频 道，其中，第二装置与第二分辨率带宽和第二频率扫描增量相关。


已经概括地描述了本发明，现在将参照附图而且附图不必按比 例绘出，其中图1A示出了根据本发明示例性实施例的具有不同脉沖宽度的 示例性小波波形w(t)和w2(t);图IB示出了4艮据本发明示例性实施例的图1A的相应频:潜； 图2示出了根据本发明示例性实施例的MRSS前端(front-end )装置的方框图；图3A示出了根据本发明示例性实施例的示例性输入RF信号 频谱；图3C示出了才艮据本发明示例性实施例的4青确方式的频譜-才金测；
图4示出了根据本发明示例性实施例的频谱感知和决策过程的示例性流程图；图5示出了4艮据本发明示例性实施例的粗扫描过程的流程图； 图6示出了根据本发明示例性实施例的粗MRSS的示例性结果；图7示出了根据本发明示例性实施例的细扫描过程和最终决策 过禾呈的示例性流-呈图；图8A 图8D示出了根据本发明示例性实施例的细扫描过程和 最终决策过禾呈的更详细的流程图；以及图9示出了根据本发明实施例的细MRSS的示例性结果。
具体实施方式
在下文中将参照附图更充分地描述本发明的实施例，其中，示 出了本发明的一些而不是全部实施例。实际上，本发明可以以多种不同形式实现，并且不应被理解为限于本文中阐述的实施例；相反， 提供这些实施例以使本公开将满足可适用的法律要求。通篇中，相 同的标号表示相同的元件。本发明的实施例可以4是供在感知无线电中用来开发有限的频 i普资源的频i普感知算法和方法。感知无线电爿夺允许忉、i义频"i普 (negotiated spectrum)和/或伺机步贞语(opportunistic spectrum)共 享跨越覆盖多个移动通信协议和标准的宽频范围。在根据本发明的 实施例中，感知无线电将能够智能地检测在无线电频傳中频段的使 用，并且能够快速地利用任意暂时未使用的频谱段而不干扰其他授 权用户之间的通信。使用这些感知无线电将允许各种不同的无线网 络^波此共存。这些无线网络可包括虫奪窝网络、无线个人局域网(PAN)、无线局域网(LAN)、和无线J成域网(MAN)。这些无线 网络还可以与电一见网共存。在本发明的其他实施例中可以利用其他 类型的网纟各。1. 多分辨率频谱扫描(MRSS)根据本发明的实施例，在提供多分辨率频谱感知特性过程中， 感知无线电的频谱感知才莫块可利用小波变化，这可以;故称作多分辨 率频i普扫描。用于感知无线电的频i普感知才莫块的MRSS的使用将允许得到 灵活的冲企测分辨率而无需要求增加硬件负担。在MRS S操作期间，可以将小波变换应用到给定的时变信号， 以确定给定的时变信号与小波变换的基函数(例如，小波脉冲)之 间的关系。根据本发明的实施例，可以将这种关系看作是小波变换 系数，其最初可以以才莫拟形式来确定。才艮据本发明的实施例，可以 改变作为由MRSS使用的小波变换的基函数的小波脉冲。例如，可 以改变用于小波变换的小波脉沖的带宽、载频、和/或时间周期。通 过调整小波S永沖的宽度和/或载频，可以以可缩方文分辨率或多分辨率 来表示通过用于给定时变信号的小波变换系数所提供的频谱内容。 实际上，根据本发明的实施例，通过在将小波脉沖宽度和小波脉沖 的载频保持在一定时间间隔中之后改变它们，小波变换可以^是供时 变信号的频谱内容的分析。a. 小波脉冲选4奪如上所述，包括傅立叶变换的小波变换可以被应用于时变信 号，并且可以将基函数用于获得提供到时域中的信号的频谱表示。
实际上，时变信号与给定频率的基函数(可能是正弦基函数)之间 的关系(例如，小波变换系数)可以规定该频率的频谱分量。才艮据本发明的实施例，可以改变用作小波变换的基函数的小波 脉沖。具体地，根据本发明的示例性实施例，用于小波脉沖的一些 类型的基函数可具有分辨带宽，作为额外的设计自由度(freedom-of-design )。通过调整小波力永冲的宽度和载频，可以以缩 放分辨率或多分辨率来表示由小波变换关系提供的频谱内容。图1A 示出了根据本发明示例性实施例的具有不同脉冲宽度的小波波形 w,0)和w2(0的两个实例。图IB示出了才艮据本发明示例性实施例的 具有不同分辨率带宽的图1A的相应频i普。b. MRSS装置的方框2示出了才艮据本发明实施例的MRSS前端(front-end )装置 200的方框图。才艮据本发明的实施例，MRSS前端装置200可以包 括才莫拟小波波形发生器204、纟莫拟乘法器206a、 206b、纟莫拟积分器 208a、 208b、和定时时钟209。定时时钟209可才是供由小波发生器 204、模拟积分器208a、 208b、和/或采样和保持(S/H )电路228a、 228b使用的定时信号。仍然参照图2 ，小波发生器204可生成一连串d、波脉沖218 ， 其通过具有纟合定本地纟展荡器214 ( LO )频率的I-正弦载波和Q-正弦 载波cos口tt/^ 220a和w'"f27r/^) 220b进行调制，以形成一连串调制 后的小波月永沖wt,k(t) 222a、 WQ,k(t) 222b。对于I-正弦载波和Q-正弦 载波220a和220b， I-分量信号220a与Q-分量信号220b的幅值可 以相等但相位相差90度。然后，作为小波变换的一部分，可以通 过对应的才莫拟乘法器206a、 206b将一连串调制后的小波脉冲Wl，k(t) 222a、 WQ,k(t) 222b乘以时变输入信号r(t) 216，以形成输入到对应的 才莫4以禾口、分器208a、 208b的才莫4以车#入4言号_yuW 224a牙口224b。
模拟积分器208提供小波变换模拟相关值"乂t) 226a和zg乂(t) 226b的输出。根据本发明的示例性实施例，可以使用具有给定语宽(即，频 语感知分辨率)的小波脉沖w(t) 218来计算这些才莫拟相关值 226a和226b。然后，可以以特定增量扫4苗I-正弦载波和Q画 正弦载波220a、 220b的本地振荡器214频率。因此，可在^,越感 兴趣的频i普范围内的才莫拟相关^f直226a和226b中才企测时 变丰IT入信号r(t)216中的信号功率的幅zf直和频率^直。更具体地，通过应用窄小波脉冲w(t) 218和LO 214频率的大 调谐步长，根据本发明实施例的MRSS前端装置200可以以快速和 稀疏的方式来检查非常宽的频谱范围。相反，可以通过宽小波脉沖 w(t) 218和LO 214频率的精密或小调整来实现非常精确的频谱搜 索。使用可应用于包含小波变换的调制后的小波脉冲w!,k(t) 222a、 WQ，k(t)222b的该可缩放特性，可以实现多分辨率，而没有任何附加 的数字硬件负担。在才莫拟、积分器208a、 208b的#T出端处确定的才莫拟4目关值226a (zuO))和226b ( 2e乂 ))可以被提供给模/数转换器(ADC ) 210a、 210b。根据本发明的示例性实施例，可以设置采样保持(S/H)电 路228a、 228b ，以保持模拟相关值226a和226b的电压， 以<吏ADC 210a、 210b适当地将才莫拟相关值226a和ze,々)226b 数字化。数字化的相关值230a、 230b可被提供给用于处理和决策 频谱使用状态的后信号处理才莫块212。图3A至图3C示出了〗吏用小波月永沖的频j或中的可缩》丈分辨率 控制。图3A示出了根据本发明示例性实施例的示例性输入RF信 号频谱。图3B示出了根据本发明示例性实施例的以稀疏或粗方式 进4亍的示例性频i普4企测。更具体;也，在图3B中，MRSS仿真结果
示出了具有三个输入信号的钝波峰的宽带频谱形状。图3C示出了才艮据本发明实施例的以精确或细方式进行的示例性频讀4企查。具体地，在图3C中，示出了每个信号的三个尖锐波峰，用于表示对于 感知分辨率的较好的检测性能。与由图3C示出的4青确或细MRSS过,呈相比，由图3B示出的 稀疏或粗MRSS过程经历更短的感知时间。因此，根据本发明实施 例的全部MRSS过程可以可"t喿作地以快速和稀疏的方式(如果需 要，可以精确的方式)来检查宽带频谱，而不增加任何硬件负担。2. 频i普感知和决策程序根据本发明的实施例，为了改善频谱感知的精度和可靠性，可 以利用三个阶段的频谱感知和决策过程。图4示出了根据本发明实 施例的频i普感知和决策过程的示例性流程图。参照图4,可以启动^L扫描过程(方框402 )。粗扫描阶^殳可以 估计宽带频i普的频道功率，并将每个单元频道(unit channel)都划 分到三种候选频道(空闲频道、强信号频道、或弱信号频道)中的 一种中(方框404)。然后，可以启动细扫描过程(方框406)，以 及可以在细扫描过程中以精确的方式扫描得到的候选频道(方框 408 )。在方框408的这种细扫描过程中，可以对每个频道4丸4亍双测 试(例如，频道功率测试和波峰H测试)。如果每个频道都通过了 两个测试，则决策阶,殳可以z^告每个频道的"空闲，，或"占用"的 频谱使用状态的最终结果(方框410)。A. 4且扫描阶l殳才艮据本发明示例性实施例的粗扫描过程可以通过粗分辨率 MRSS来检查跨越宽范围的输入RF频谱。将得到的每个频道的粗MRSS结果与两个阈值进行比较，以将对应的频道索引(channel index )划分为三种类型一空闲4美选频道和强、弱信号4妄收候选频道。 图5示出了根据本发明示例性实施例的粗扫描过程的流程图。参照图5，根据本发明的示例性实施例，可以启动MRSS过程 (方框502)。然后，可以利用粗分辨率MRSS参数(由方框506 提供)来扫描跨越宽范围的输入RF频谱，来提供每个单元频道K 的功率估计值PCH,k (方框504 )。这些粗MRSS参数可包括小波带 宽Bw一c、频率扫描增量Fsw_c、目标原始信号的带宽Bt、开始频 率Fstart、 4亭止频率Fstop、以及确定4且MRSS扫描的重复次lt的平 均数Navg。根据本发明的实施例，根据下列公式(1)和(2)，小 波带宽Bw—c、频率扫描增量Fsw一c可与目标原始信号的带宽Bt有 关。Bw_c=(Bt/2) 公式(1 )Fsw_c=Bt 公式(2)为了减少噪声对功率估计值PcH，k的影响，可以重复方框504 的粗MRSS扫描N—avg次，并且所得到的方框504的功率估计值 PcH,k将被平均到每个频道K (方框508 )。因此，将通过每次都增加 迭代计数器(iteration counter ) Itr来使方框504的粗MRSS扫描重 复N—avg次(方框528 ),直至循环计lt器Itr达到限定的N—avg (方 框510 )。应当理解，随着平均数N—avg的增加，第k频道的平均功率估 计值PcH,k将收敛到可以基本消除输入噪声影响的特定值。然而，平 均处理会增加并且频-潜感知过程所库毛费的感知时间。因此，可以选裤， 平均数N—avg，以消除噪声以及最小化或达到所期望的粗频谱感知 时间。
才艮据本发明的示例性实施例，在已经确定了频道K的平均功率 估计值PcH，k之后，可以选择性地将平均功率估计值PcH，k转换为分贝(dB)(方框512)。然后，如下面参照方框514和520描述的，将对平均功率估计值PcH,k进行至少两个阈值测试，以将频道K分为占用(例如，弱、强)或空闲候选频道。通常，由于原始频谱用户信号可具有宽范围的功率等级，因此 可以利用才艮据本发明实施例的双阈值测试。实际上，由于误冲企测事 件和误报警率，所以对宽范围信号电平功率应用单个阈值不能满足 需要。例如，如果单个阈值被设置的过高，则将有很少的频道K将 不被检测为被占用。另一方面，如果将单个阈值设置得过低，则将 有太多的频道K将被检测为被占用。参照图5，为了才是供4艮据本发明实施例的4且频谱感知过程的期 望动态范围，如方框514和520所示，双才莫式阈值等级将^皮应用于 平均频道功率值PcH,k。通过使用双模式阈值测试(用于强模式的强 阈值TH一S测试(方框514 )和用于弱才莫式的弱阈值TH—W测试(方 框520 ))来比较这些频道功率值PcH,k，可以将每个频道K都分为 "空闲"或占用(例如，强、弱)候选频道。具体地，如果特定频 道K的频道功率值Pch,k不满足强阈值TH—S测试(方框514 )和弱 阈值TH—W测试(方框520 )，则频道K将被划分为具有噪声等级 功率接收的"空闲"候选频道，并被添加到空闲候选频道索引(方 框524 )。如果特定频道K的频道功率值PCH,k满足强阈值TH_S测 试(方框514),则频道K将被划分为具有"强"信号接收的占用 候选频道，并净皮添加到强候选频道索引(方框518)。如果特定频道 K的频道功率值PCH，k不满足强阈值TH—S测试(方框514 )但满足 弱阈值TH_W测试(方框520),则频道K将^皮划分为具有"弱" 信号接收的占用频道，并被添加到弱候选频道索引(方框518)。图 6示出了根据本发明示例性实施例的应用于多个实例频道K时的强 阈值TH—S和弱阈值TH_W。根据本发明的示例性实施例，可以才艮据下列7>式(3)和(4) 依据由方框516才是供的特定阈值参数值来确定这两个阈值等级一方 框514的强阈值TH_S和方框520的弱阈值TH_W。TH—S = N一global—db + (D/U)_dB + CNRdb_min 公式(3 )TH—W = N—global_db + CNRdb—min 7>式(4)在上述公式(3)中，(D/U)一dB可以是原始信号接收事件的期 望和不期望的信号功率等级的比率。公式(3)和公式(4)中的 CNRdb—min可以是频镨感知技术的灵敏度事件(case)的信号接收 的载噪比。4艮据本发明的示例性实施例，7>式(3)和7>式(4)中 的全局噪声参数等级N—global—db可以是扫描的PCH,k值的粗MRSS 的最小值。当将本地噪声基准估计值用作阈值等级选择时，可以不将其应 用于具有宽范围信号功率等级的各个信号接收事件。为了改善该噪 声基准等级的可靠性，可以从足以遇到至少 一个空闲频道的非常宽 带频谱所扫描的噪声等级估计值中选择全局噪声参考等级 N_global—db。此外，该N_global—db也被用作随后细扫描过程中频 道功率测-汰的基准。仍然参照图5,在对输入RF频谱执行粗扫描过程之后，被分 为分别对应于"空闲"、"强"、和"弱，，频道K的三类Iv、 Is、和 Iw的频道索引列表将被传送到用于最终决定每个频道K的使用状 态的细扫描和测试过程(方框526 )。 B. 细扫描阶,殳在细扫描过程中可以通过对应于每个频道类别的检查方法和标准来精确检查在图5的方框524、 518、和522中生成的候选频道 索引列表Iv、 Is、和Iw。图7示出了根据本发明实施例的细扫描过 -呈的流程图。如图7所示，才艮据本发明的示例性实施例，强、弱、或空闲候 选频道索引Iv、 Is、和Iw中的每一个都可以#1提供给各空闲库 (vacant-bin) ^f夷选测^式(方冲匡704)、强库(strong-bin) 4夷选测i式 (方框702 )、和弱库(weak-bin )候选测试(方框706 )。如果确认空闲候选频道索引Iv上的频道K为空闲频道(方框 718)，则将声明频道K为空闲频道(方框720)。另一方面，如果 确i人空闲4矣选频道索引Iv上的频道K为非空闲频道(方冲匡718), 则可以额外对频道K进行弱库候选测试(方框706 )。同样，如果确认强候选频道索引Is上的频道K为强频道(方 框708)，则将声明频道K为强频道(方框710)和/或被占用(方 才匡712)。另一方面，如果确iU虽4'芙选频道索引Is上的频道K不是 强频道(方框708 )，则可以额外对频道K进行弱库候选测试(方 框706 )。相似地，如果确认来自弱候选频道索引Iw或方框708、 718的 频道K为弱频道(方框714)，则可以声明频道K为弱频道(方框 716)和/或被占用(方框712)。另一方面，如果确认频道K不是弱 频道(方才医714)，则可以声明其为非占用频道(即，空闲频道)(方 框720 )。
现在，将结合图8A至图8D以及图9更详细地论述在图7中 所介绍的空闲库候选测试(方框704 )、强库候选测试(方框702 )、 和弱库候选测试(方框706 )。B.l.空闲库频道测i式参照图8A至图8D,为了才企查空闲频道候选，可以在方框970 中利用由方框971提供的细分辨率MRSS参数来精细扫描在空闲候 选频道索引Iv中列出的每个频道频谱。方框970中的细扫描可以生 成多个离散功率值化w，其中，p^为利用细扫描条件对第K个频 道进行扫描的第m个离散功率值。图10示出了利用细扫描条件通 过扫描获得的离散功率值pKw的实例。由方框971提供的细MRSS参数可包括小波扫描频率Fw—f、 频率扫描增量Fsw—f、和目标原始信号的带宽Bt。根据本发明的示 例性实施例，可以才艮据下列7>式(5)和(6)， -使小波带宽Bw—f 和频率扫描增量Fsw—f可与目标原始信号的带宽Bt相关。<formula>formula see original document page 20</formula> 公式(5 )<formula>formula see original document page 20</formula> 公式(6)为了对细MRSS结果(即，在空闲4，芙选频道索引Iv中列出的 每个频道K的离散功率值)冲丸行频道功率测试，可以才艮据7>式 (7)通过平均每个频道K的离散功率值p/^来计算平均频道功率 Pc//./c，其中，M是每个频道的细扫描峰值的总数(方框954)。<formula>formula see original document page 20</formula> 公式(7 )
根据本发明的示例性实施例，可选地，空闲候选频道索引Iv中的每个频道K的该平均频道功率尸c/^将被转换为分贝(dB )(方 框974 )。在方框976中，可以将每个频道K的平均频道功率Pc//, 与阈值Pthrs进4于比较，该阈值可以是来自4且扫描阶l殳的全局噪声 基准N_global—db (由方框977提供)。如果平均频道功率尸cw.《小 于全局。喿声基准N—global—db，则对应的频道^^皮传送到最纟冬决策 阶4殳并一皮记录为空闲频道(方框986 )。否则，如参照方框950和后 续方框详细描述的，频道索引将被添加到弱频道索引Iw，用于进一 步检查弱信号接收。B.2.强库步贞道测i式参照图8A至图8D,如对应上述7>式(5 )和(6 )描述的，为 了检查强频道候选，可以利用由方框904提供的细分辨率MRSS参 数来扫描在强候选频道索引列表Is中列出的每个频道频谱(方框 902 )。为了对细MRSS结果(即，在强候选频道索引Is中列出的每 个频道K的离散功率值)才丸行频道功率测试，可以根据7>式(7 )通过平均每个频道K的离散功率值/ y^来计算平均频道功率尸c/z,/c(方框906 )。冲艮据本发明的示例性实施例，可选地，将强候选频道索引"Is" 中的每个频道K的该平均频道功率尸c/^转换为分贝(dB)(方框 908 )。然后，可以将强候选频道索引Is中的每个频道K的平均频 道功率pc/^与来自粗扫描阶段的阈值Pthrs (例如，强模式阔值 TH—S )进行比较(方框910 )。如果平均频道功率Pc/^大于强模式 阈值TH_S (方框910 ),则将对应的频道传送到波峰数测试(方框 914)以进一步检查强信号接收。否则，可以将频道索引添加到弱 频道索引Iw (方框950)以进一步检查弱信号接收。当在方框910中通过了强频道功率测试时，则在方框914中， 可以将强候选频道索引Is中列出的每个频道K的离散功率值 与至少部分从方框912中获得的给定阈值Pthrs进行比较。如图9 所示，根据本发明的示例性实施例，该阈值Pthrs可以是每个频道 K的离散功率值/7^的最大和最小值的平均值或中值尸M《。然后， 可以在方框916、 918中对具有大于该阈值Pthrs的功率值的波峰凄t 进行计数。具体地，如果在方框914中离散功率值p^^大于阈值 Pthrs，则将增力口波峰计数值(方框918)。否则，波峰数将保持不变， 且不增加(方框916)。然后，可以通过增加迭代计数器i(方框921 ) 来重复在方框914到918中描述的波峰计数处理，直至检查了每个 频道K的全部数量B_s的离散功率值(方框920 )。然后，在方 框922中，将得到的每个频道K的最终波峰lt与给定的波峰数阈值 Npeak—s进行比较。当波峰数大于Npeak—S (方框922)时，该频道也 通过了波峰数测试。在这种情况下，对应的频道索引将被传送到最 终决策阶4史，并被记录为强信号接收频道(方框982)。另一方面， 如果该频道K没有通过波峰数测试(922 )，则将该频道索引添加到 弱频道索引Iw,用于进一步检查弱信号接收(方框950)。根据本 发明的示例'l"生实施例，该强频道测量可以防止由于相邻强4言号频i普 造成的伪信号(alias)的潜在误报警。B.3.弱库频道测量仍然参照图8A至图8D，弱候选频道索引列表Iw将包括三个 部分(i )在粗扫描阶段被分类为弱候选频道的频道索引号，(ii )通过使频道功率测试失败的(方框976)而从空闲频道测试 传送的频道索引号，以及(iii)通过使频道功率测试或波峰数测试 失败(方框922)而从强频道测试传送的频道索引号。与才艮据公式(5)和(6)描述的相似，为了冲企查这些弱频道候选，利用由方框 953提供的细分辨率MRSS参数来扫描在候选频道索引Iw中列出 的每个频道频i普(方框952 )。为了只于细MRSS结果(即，弱4美选频道索引Iw中的每个频道 K的离散功率值)执行频道功率测试，可以根据公式(7 )通过 平均每个频道的离散功率值来计算平均频道功率Pw力根据本 发明的示例性实施例，可选地，将弱候选频道索引Iw中的每个频 道K的该平均频道功率尸cz/,转换为分贝(dB)(方框956)。在方 框958中，可以爿夺每个频道K的平均频道功率尸cw,K与来自4且扫描 阶段的阈值Pthrs进行比较，其中，该阈值可以是弱模式阈值TH_W (由方框960提供)。如果平均频道功率尸c/^大于弱模式阈值 TH—W (方框958 )，则对应的频道K将被传送到波峰数测试(方框 960 )以进一步4企查弱信号接收。否则，该频道索引号将^皮传送到 最终决策阶段并被记录为空闲频道(方框986 )。根据本发明的示例 性实施例，该弱频道测试可以防止由于相邻强4言号频:潜的伪〗言号或 者由于来自粗分辨率扫描的频道功率估计造成的潜在误^R警。当在方框958中通过了弱频道功率测试时，则在方框960中， 将弱候选频道索引Iw中列出的每个频道K的离散功率值/ ^与至 少部分从方框960中获得的给定阈值Pthrs进行比较。如图9所示， 根据本发明的示例性实施例，该阈值Pthrs可以是每个频道K的离 散功率值p^的最大和最小值的平均值或中值尸A^。然后，可以在 方框962、 964中对具有大于该阈值Pthrs的功率值的波峰lt进4亍计 数。具体地，如果在方框960中离散功率值/ y^大于阈值Pthrs，则 增加波峰计数值(方框964)。否则，波峰数将保持不变，且不增加 (方框962)。然后，将通过增加迭代计数器i (方框967)来重复 在方框960到964中描述的该波峰数处理，直至已经才企查了每个频 道K的全部数量B—w的离散功率值(方框966 )。然后，将得 到的每个频道K的最终波峰数与给定的峰数阈值Npeak—w进行比较。
当峰数大于Npeak_w(方框968 )时，该频道也就通过了波峰数测试。在这种情况下，对应的频道索引将被传送到最终决策阶段，并被记录为弱信号接收频道(方框984)。另一方面，如果该频道K没有 通过波峰数测试(方框968 ),则将该频道索引传送到最终决策阶段 并将其记录为空闲频道(方框986)。应当理解，为了减小噪声对/^,w值的影响，对方框902、 952、 970中的细扫描阶^殳应用平均处理。因此，对于强、弱、和空闲频 道情况，将分别重复方框902、 952、 970中的细扫描阶段N一s、 N_w、 或N—v次。与空闲或弱候选频道列表中的信号频谱相比，强候选频 道列表中的信号频谱将具有相对较大的信噪比(SNR)。因此，根 据本发明的示例性实施例，与N_w或N一v相比，较小的N—s就足 够。通过选择N—s、 N—w、和N—v的各种组合，可以优4匕细扫4苗阶 ^殳所冲毛费的频i普感知时间，以节省总频i普感知时间。C. 最终决策阶段根据本发明的示例性实施例，可以合并通过强频道和弱频道测 试(方框982和984)的频道列表，以4是供占用频道(例如，实际 占用的频道)的最终列表(方框988 )。然后，占用的频道列表(方 框988 )可以被报告给介质访问控制(MAC )单元(方框990 ),以 避免对原始频:潜用户以及CR用户的干护G。同样，可以合并来自空 闲和弱频道测试结果的空闲频道列表，以提供空闲频道(例如，实 际空闲的频道)的最终列表(方框986)。对应的频道列表(方框 986 )将一皮净艮告给介质控制访问单元，以向用户分配这些频道作为 潜在CR链接。本领域技术人员应当理解，所i仑述的本发明的一些变更例和其 他实施例应当具有上面描述和附图中示出的教导意义。因此，应当 理解，本发明不限于7>开的特定实施例，并且变更例和其〗也实施例 也将包括在所附权利要求的范围内。尽管文中使用了特定术语，但 它们只是普通的和描述性的，并不构成对本发明的限定。
权利要求
1.一种频谱感知方法，包括接收具有多个频道的输入频谱；执行所述输入频谱的所述多个频道的粗扫描，以确定一个或多个占用候选频道和空闲候选频道，其中，所述粗扫描与第一分辨率带宽和第一频率扫描增量相关；执行所述占用候选频道和所述空闲候选频道的细扫描，以确定实际占用频道和实际空闲频道，其中，所述细扫描与第二分辨率带宽和第二频率扫描增量相关；以及保存所述实际占用频道和所述实际空闲频道的标志。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一分辨率带宽大于 所述第二分辨率带宽，以及其中，所述第一频率扫描增量大于 所述第二频率扫描增量。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一分辨率带宽等于 或大于将被粗扫描的频道带宽的大约一半，以及其中，所述第 一频率扫描增量等于或大于将被粗扫描的频道带宽。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二频率分辨率带宽 等于或小于将被细扫描的频道带宽的大约一半，以及其中，所 述第二频率扫描增量等于或小于将被细扫描的频道带宽的大约一半。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述粗扫描包括根据 所述第一分辨率带宽和所述第一频率扫描增量来估计所述多 个频道中的每个频道的4且频道功率。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，执行所述粗扫描包括对每 个频道的多个估计粗频道功率进4于平均，以生成每个频道的平 均频道功率值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，执行所述粗扫描包括将每 个频道的所述平均频道功率值与第一阈值和第二阈值进行比 较，以确定所述占用候选频道和所述空闲4美选频道。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述细扫描包括确定 对应于各个所述占用候选频道或空闲候选频道的频i普的 一个 或多个细扫描波峰的离散功率值。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，根据多个细扫描波峰对一 个或多个细扫描波峰的所述离散功率值进4亍平均，以生成对应 于各个所述占用候选频道或空闲候选频道的平均细频道功率。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，将空闲候选频道的所述平 均细频道功率与噪声基准等级进行比较，以确定所述空闲候选 频道是实际空闲频道。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中，将占用候选频道的所述平 均细频道功率与第 一 阈值等级进行比较，以至少部分地确定实 际占用频道。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，如果所述占用候选频道 的所述平均细频道功率满足所述第一阈值等级，则对满足第二 阈值等级的所述占用候选频道中的所述细扫描波峰进行计凄欠， 以确定所述实际占用频道。
13. —种频i普感知方法，包4舌才是供具有多个频道的输入射频(RF)频-潜；爿使用粗扫描阶革殳分析所述输入RF频i普的所述多个频道， 以确定一个或多个强候选频道、弱候选频道、和空闲候选频道， 其中，所述粗扫描阶段与第 一分辨率带宽和第 一频率扫描增量 相关；使用细扫描阶段分析所述一个或多个强候选频道、弱候 选频道、和空闲4美选频道，以确定实际占用频道和实际空闲频 道，其中，所述细扫描阶段与第二分辨率带宽和第二频率扫描 增量相关；以及寸呆存所述实际占用频道和所述实际空闲频道的标志。
14. 根据权利要求13所述的频谱感知方法，其中，所述第一分辨 率带宽大于所述第二分辨率带宽，以及其中，所述第一频率扫 描增量大于所述第二频率扫描增量。
15. 根据权利要求13所述的频谱感知方法，其中，所述粗扫描阶 段包括根据所述第一分辨率带宽和所述第一频率扫描增量来 估计所述输入RF频i普的所述多个频道中的每个频道的4且频道 功率。
16. 根据权利要求15所述的频谱感知方法，其中，将每个频道的 所估计的粗频道功率与包括第 一阈值和第二阈值的双模式阈 值进行比较。
17. 根据权利要求16所述的频谱感知方法，其中如果频道的所估计的^L频道功率大于所述第一阀i"直，则 各个所述频道纟皮确定为强4夷选频道；4如果频道的所估计的粗频道功率小于所述第二阈值，则各个所述频道被确定为空闲候选频道；以及如果频道的所估计的^L频道功率介于所述第一阈j直与所 述第二阈^f直之间，则各个所述频道^皮确定为弱^f，美选频道。
18. 才艮据一又利要求13所述的频i普感知方法，其中，所述细扫描阶 段包括根据所述第二分辨率带宽和所述第二频率扫描增量来 估计所述一个或多个强4美选频道、弱〗美选频道、和空闲〗'美选频 道中的每一个的细频道功率。
19. 冲艮才居4又利要求18所述的频i普感知方法，其中，乂于于由所述细 扫描阶段分析的强候选信号或弱候选信号，估计各个所述强候 选信号或弱候选信号的所述细频道功率以及与各个所述强候 选信号或弱候选信号的频语相关的多个波峰，来确定实际占用 频道和实际空闲候选信号。
20. 根据权利要求18所述的频谱感知方法，其中，所述细扫描阶 段包括用于强候选频道的强库候选测试、用于弱-陵选频道的弱 库候选测试、以及用于空闲候选频道的空闲库候选测试，其中， 如果通过所述强库候选测试未将强候选频道确定为实际占用 信号，则对所述强候选频道进一步纟丸行所述弱库候选测试，以 及其中，如果通过所述未占用库候选测试未将未占用候选频道 确定为实际未占用信号，则对所述未占用候选频道进一步才丸行 所述弱库候选测试。
21. —种频-潜感4口系乡克，包括车叙入射频(RF)频i普，具有多个频道； 第一装置，用于从所述输入RF确定一个或多个强候选频 道、弱候选频道、和空闲候选频道，其中，所述第一装置与第 一分辨率带宽和第一频率扫描增量相关；以及第二装置，用于根据所述一个或多个强候选频道、弱候 选频道、和空闲候选频道来确定实际占用频道和实际空闲频 道，其中，所述第二装置与第二分辨率带宽和第二频率扫描增 量相关。
全文摘要
提供了一种可以在感知无线电和其他应用中使用的频谱感知算法和方法。该频谱感知算法和方法可包括接收具有多个频道的输入频谱；执行输入频谱的多个频道的粗扫描，以确定一个或多个占用候选频道和空闲候选频道，其中，粗扫描与第一分辨率宽频带和第一频率扫描增量相关；执行占用候选频道和空闲候选频道的细扫描，以确定实际占用的频道和实际空闲频道，其中，细扫描与第二分辨率宽频带和第二频率扫描增量相关；以及保存实际占用的频道和实际空闲频道的标志。
文档编号H04W16/14GK101155423SQ20071015142
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月29日
发明者李彰浩, 李贞奭, 许荣植, 金学善, 金起弘 申请人:三星电机株式会社