在频谱感测中选择协作用户的方法和装置的制作方法

专利名称：在频谱感测中选择协作用户的方法和装置的制作方法
技术领域：
在此的教导总体上涉及无线网络和在这样的网络中操作的设备，并且具体地涉及 感测在网络中使用的频谱，以便避免干扰或以其它方式管理频谱使用。这些教导可适用于 分层网络以及ad hoc (特定)无线网络。
背景技术：
在认知无线电装置(cognitive radios)中需要频谱感测，以便在无线电频谱中找 到随后可以以机会主义方式使用的空时隙。认知无线电装置必须能够以低功率水平检测主 要用户并且避免对其造成干扰。通常，假设使用在网络内作为也感测频谱质量的认知无线 电装置来操作的实际移动终端。频谱感测任务可以通过利用用户之间的协作来加以增强。 使很多用户同时分析频谱的相同部分可以在合并结果时导致对低电平信号的增强的检测 概率。类似地，使每个单独用户在给定时刻感测较小的频谱部分将允许使用更简单且更强 大有效的频谱感测技术，因为每个单独用户仅需要感测整个频谱的一部分，但是如果正确 地管理了信息，则每个用户也受益于其它用户的频谱测量。通过使用用户之间的协作，我们 还可以避免所谓的隐藏节点问题(其中，由于诸如阴影或衰落这样的信道传播效应，通过 使用单个终端无法检测到主要用户)。当处于不同位置的多个终端被用于频谱感测时，可以 缓解传播效应。所以频率感测任务在理论上可以在各种用户之间分担，以便节省单独移动用户处 的功率消耗，从而减少那些单独用户要传送的数据量，并且因此相比于使单独终端来测量 网络上正在使用的整个频谱而言，促进了每个单独用户中对更简单的感测技术的使用。利 用协作的一个实践问题在于协作节点的选择、控制和结果处理代表了占用附加带宽的控 制信令开销，因为协作节点需要独立地受控。因而，通过使那些移动终端感测部分频谱所需 要的协作，弥补(常常不止是弥补)了在移动终端进行频谱感测的情况下由于更有效地分 配带宽而获得的潜在频谱节省。当尝试将分集并入频谱感测以便避免以上隐藏节点问题 时，这尤其成立。就发明人所知并没有太多的现有技术系统。要考虑的第一现有技术是传感器网 络，其中传感器的通信是基于随机通信来操作的。在该第一方法中，传感器网络在频谱感测 阶段没有协作。可能相关的第二现有技术方法是跳频系统，其中基于事先同意的方案来利 用频率。为了避免干扰，跳频系统通常将某种伪随机性施加到由单独移动终端使用的跳频 模式中。这些跳频方案用于确定用于业务通行的时间和频率间隙，并且就发明人所知，其并 不用于频谱感测目的。跳频通信系统通常寻求避免很多用户同时在同一频带上，以便避免 冲突，而对于感测有利之处在于通过使多个用户同时感测同一频带，具有分集增益和性能 改善。通常，感测系统将被设计成以受控方式导致冲突，并且因此频谱感测系统本质上不同 于基于跳频的通信系统。本领域所需要的是一种信令开销低但仍同时从不同位置测量同一频谱以便给予 分集优势的用于感测无线电频谱的方式。任何合理方法的实际约束在于可以测量该频谱质量的各个移动终端具有有限的电源，并且频谱感测应当不干扰在同一网络中传送的用户 数据，其中，对于该网络正在感测频谱，并且发送测量报告用于编辑以及对该同一无线电频 谱的更有效的部署。

发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，其包括在第一时间间隔从指定频 谱中伪随机地选择第一频带，通过在所述第一时间间隔期间感测所述第一频带来确定第一 分析结果，传送所述第一分析结果，在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二 频带，通过在所述第二时间间隔期间感测所述第二频带来确定第二分析结果，以及传送所 述第二分析结果。在整个系统(其中，多个设备同时执行该相同方法以便覆盖整个指定频 谱)中，当在不同物理位置处的设备中的至少两个设备正在同时感测同一频带时获得了分 集，这通常发生在整个频谱的每个频带。时间间隔可以是整个时隙或其一部分，并且在特定 实施例中，在所述时隙的第一部分中执行频谱感测，并且在所述时隙的第二部分中执行通 信(诸如发送/接收用户数据或控制信令，或者传送分析结果)。在特定实施例中，在有限 数目的频带上完成伪随机地选择频带并感测它们。而且在特定实施例中，所述感测不需要 完全跨越由通信协议(例如，2G/3G/3.9G/WLAN)规定的时间间隔，但是以上的第一时间间 隔可以是帧或时隙的一部分或者其它这样的网络定义的传输时间间隔。然后，用户设备可 以在其余的网络定义的传输时间间隔中正常地通信(例如，发送上行链路数据、发送确认， 等等)。例如，该划分本身还可以是网络定义的，从而使得网络定义的传输时间间隔包括感 测时间间隔，诸如以上第一间隔，以及通信间隔和确认间隔(例如，TTI或帧或时隙的子时 隙)。根据本发明的另一实施例，提供了一种设备，其包括耦合到存储器、接收机和发射 机的处理器。所述处理器适于在第一时间间隔从指定频谱中伪随机地选择第一频带，以及 在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二频带。所述接收机适于在所述第一时 间间隔期间感测所述第一频带以及在所述第二时间间隔期间感测所述第二频带。所述处理 器适于为所感测的第一频带确定第一分析结果，以及为所述第二频带确定第二分析结果。 所述发射机适于传送所述第一分析结果和传送所述第二分析结果。根据本发明的另一实施例，提供了一种体现机器可读指令的程序的计算机可读存 储器，所述机器可读指令的程序可由数字数据处理器执行，以便实现针对确定用于感测频 谱带的时间和频率参数的动作。在该实施例中，所述动作包括在第一时间间隔从指定频谱 中伪随机地选择第一频带，通过在所述第一时间间隔期间感测所述第一频带来确定第一分 析结果，在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二频带，以及通过在所述第二 时间间隔期间感测所述第二频带来确定第二分析结果。根据本发明的另一实施例，提供了一种方法，包括从N个认知用户接收对于第一 时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第一分析结果。此外，从所述N个认知用户接收对于 第二时间间隔针对跨越所述指定频谱的频带的第二分析结果。在该实施例中，对于第一时 间间隔针对所述频带中的第一频带的分析结果与对于第二时间间隔针对所述频带中的所 述第一频带的分析结果来自所述N个认知用户的不同子集。进一步地在该方法中，根据所 接收到的分析结果来确定未充分利用所述指定频谱的一部分，并且使传输在所确定的未充分利用部分上发送。 根据本发明的另一实施例，提供了一种设备，包括接收机，所述接收机适于从N 个认知用户接收对于第一时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第一分析结果，以及从所述 N个认知用户接收对于第二时间间隔针对跨越所述指定频谱的频带的第二分析结果，其中 对于第一时间间隔针对所述频带中的第一频带的分析结果与对于第二时间间隔针对所述 频带中的所述第一频带的分析结果来自所述N个认知用户的不同子集。所述设备进一步包 括处理器，所述处理器耦合到所述接收机并且被配置以便根据所接收到的第一和第二分 析结果来至少确定是否未充分利用所述指定频谱的一部分，在这种情况下，所述认知用户 可以使用未充分利用部分。 下面更详细地描述本发明的这些和其它方面。


当结合所附的附图阅读时，使得在下面的具体实施方式
中的这些教导的前述和其 它方面更显而易见。图IA-图IB图示了终端的星座图，其中，终端的不同子集在不同的时间间隔处感 测频谱的不同部分。图2是描绘了用于不同频带和不同时隙的图IA-图IB的子分组化的表格。图3是根据本发明实施例的过程流程图。图4是适合在实施本发明的示例性实施例中使用的各种电子设备的简化框图。
具体实施例方式关于以上明确表示的问题，有益的是实现一种协作方案，其中，终端可以在没有 用于每个单独协作节点的特定、集中式控制消息的情况下选择频率和协作伙伴。这有助 于避免在有控制信令情况下消耗过量的系统容量。另外，应当以获得分集增益的方式来 选择在频谱感测任务中进行协作的移动用户，即，感测频谱的相同部分的用户间的移位 (displacement)对信号应当足够大，以便对不同的认知用户经历充分不同的通信信道。信 道相关性在用户当中应当是小的，以便获得分集增益。如可以看出的，当在网络中存在若干 个认知用户时，在没有高控制信令开销的情况下设计用于最优协调的协作认证用户的感测 策略是苛刻的任务。上述跳频被描述为一种在不同时间将移动用户分布在频谱的不同部分 当中的现有技术。跳频的随机性通常通过在彼此通信的两个设备中具有共同协定的种子来 布置，基于此来选择实际的通信频率。发明人已经确定不是系统中的所有移动终端总是必须需要合适的频谱感测。这里 使用的术语“协作用户”表示这样的用户的任何单独子集，其中，这些用户同时感测相同频 带并且将那些感测到的结果报告给中央节点或在它们当中出于频谱感测目的而充当协调 者的另一移动用户。例如，如果没有中央节点或充当协调者的移动用户，则报告结果还可以 或者替代地可被发送到每个其它协作用户。本发明的实施例涉及以伪随机方式来选择协作 用户，从而使得用于整个频谱(频谱带)的每个子集频带的协作用户的子集被形成并且总 是在特定时间段之后被改变。所述时间段在下面的描述中被称为时隙，并且时隙并不仅限 于那样的网络，即所述网络的协议规定了时隙并且应用于为感测而指定的任何通用时间间隔，其有利地还是用于网络中的业务和控制信令的时间间隔。指定N作为在所考虑的区域内(例如，在小区内)的无线系统中正在感测频谱的 认知用户的总数。N当然是最小大于1的整数。理想地，存在那些N个用户的子集，其中，所 述子集的用户在地理上彼此移位，将同时感测频谱的相同部分，以便利用信道感测的分集。 M表示协作用户的数目，它是系统中感测频谱的总计N个用户的子集，协作用户正在同时感 测频谱的相同部分。在实施例中，基于操作频带AF和从事频谱感测的认知用户的总数目 N以及测量所需要的时间粒度，选择对于特定频带和时隙的协作用户的数目M。对M和时间 粒度的选择可以由中央节点(例如，常规移动电话网络的节点B/基站或无线局域网的接入 点)或由(例如ad hoc网络中的)用户中的一个用户来实现。这些决定导致对于每个用户 的伪随机时频代码的设计和分配。这些代码确定在每个时刻每个用户正在感测哪个频带。可以先验地设计在不同数目的测量节点(M)的情况下各个节点的操作。期望设计 这样的代码，即，使得N个认知用户中的至少两个用户在同一时隙期间感测频谱的相同部 分；也就是，在任何给定时隙，对于每个频带存在至少M = 2个协作用户。结果，由于由不 同位置处的不同用户来感测频谱的相同部分，因此在频谱感测中获得了分集增益。感测频 谱的特定部分的用户的子集基于伪随机时频代码而从一个时隙改变到另一时隙，并且用于 任何频带的协作用户的数目M可以因时隙不同而改变。因此，存在同时感测频谱的不同部 分的不同的用户子集。用户子集以及由它们感测的频谱带在特定时间段之后改变，即，以伪 随机方式从一个时隙改变到另一个时隙。感测频谱的特定部分的用户所经历的信道可以不 同，并且由于用户的不同位置而表现出低相关性或无相关性。此外，这些信道可以与在先前 时隙中感测频谱的相同部分的子集的其它成员所经历的信道具有低相关性或无相关性。由 于伪随机数序列缺少任何明确的模式，因此感测频谱的用户终端(例如，在其各自位置中 的用户)的星座图以伪随机方式从一个时隙改变到另一个时隙。因此，可以有效地缓解传 播效应。对特定频谱带的频谱感测任务由所考虑的整个区域中的用户分担。由于这些子集 和感测星座图在不同的时隙中将有所不同，因此，对给定频带的协作伙伴的不良选择(例 如，经历相同信道的协作用户)对频谱感测结果将不具有根本影响。使用伪随机序列发生器以及例如根据时间而导出的适当种子号，每个认知用户确 定它应当感测的频谱带，并且因此确定它们所属的协作伙伴的子集。以这种方式，用于协调 各个终端的控制信令开销相比于对各个终端的分层控制要明显减少。如可以看出的，各个 终端可以不具有也在同一时隙中感测频谱的相同部分的其它终端的知识。在实施例中，每 个用户知道伪随机序列或用于生成该序列的方法(例如，通过把用于根据种子来生成序列 的算法存储在每个用户终端的本地存储器中)，所述序列确定了各个终端在每个时隙中要 感测频谱的哪个部分(即，其特有的跳频模式)。所有终端存储相同的算法，并且(在任何 给定时间)使用对它们将感测的频带的顺序进行了设置的种子。任何中央节点也知道该种 子和算法，并且可以事先计算N个认知终端中的每个单独的终端针对每个时隙将感测和报 告什么频带。因而，不需要对频谱感测任务的集中式协调。对于由中央节点或由用户中的一个用户来协调的情况，每个用户仅需要知道其自 己的跳频模式。该频谱感测策略的设计简化成设计伪随机代码和向认知无线电用户分配 代码。各个终端的感测(即，观察到的数据)的分析结果可以被计算判定统计(例如，似然 比)或者(例如，通过将似然比与预定门限相比较而获得的)二元判定，其被发送到作为网络的一部分的中央单元，或者在分层网络的情况下被报告给协调终端，或者在ad hoc网络 的情况下可以将其与其它认知用户共享。然后，可以基于所接收到的感测结果，由中央单元 或用户中的一个用户来进行关于在不同频带中自由频谱的可用性的判定。图IA和图IB的示意图示出了本发明的实施例，它们图示了分别在第一时间间隔 ⑴和第二时间间隔(T+t)中用于感测目的的移动台的分组。这些间隔可以是连续的而不 介入其它时隙，或者可以间隔某个先前指定的空间，所述先前指定的空间优选地也被测量 为介入的时间间隔的间隔数目，其中，在所述介入的时间间隔期间没有采取频谱感测。如上 所述，在网络中存在N个认知用户，例如对于图IA-图1B，N = 8。与什么时间间隔被用于感测目的无关，在实施例中，移动台并不传送每个频谱感 测结果。例如，如果频谱感测的结果是某个测试统计值，那么移动台可以评估该值，并且确 定是否将它传送给其它认知用户或根据情况传送到中央节点。在进行感测的移动台确定 该测试统计值没有什么信息的情况下，不需要通过传送它而占用带宽。该评估(是否传送 该测试统计或其它感测结果)可以是将所确定的测试统计与某个预定的固定门限或某个 动态可控门限的简单比较。进一步关于进行频谱感测的时间间隔而言，任何特定移动台感 测不同频带所处的不同时间间隔在持续时间上不必相同；可以在短时间内获得一个感测结 果，而另一个可能需要较长的感测持续时间。如果分析结果在特定时刻将由各种认知用户 传送，那么对于任何单独的认知用户来说，由于在不同的情况下感测和分析具有不同的持 续时间，因此在完成感测(和任何分析)之后，在可变时间处传送分析结果。假设利用频谱感测算法所分析的频谱被划分成具有已知带宽的频谱带。要分析的 整个频谱的宽度被表示为AF。频谱可以例如被划分成具有相等宽度Af的带，但是这些 带也不一定具有相等的宽度，只要每个终端事先知道要求它感测和报告的那些带。然后，将 要独立地进行分析的频谱带的数目K是K= AF/Af。由于K是整数，因此在特定情形下 可能需要对分数进行某个舍入操作。在实施例中，这些K个频带被标索引，并且在图IA-图 IB中被表示为带A、带B和带C。这些带互不包括，并且一起跨越了在网络的小区/区域中 使用的整个操作带宽。假设每个认知终端了解频谱带边界及其索引，并且N = 8个单独的 认知终端被指定为101至108，这对图IA和图IB都是一样的。N个认知用户被指定在用于各种频谱带的协作子集中执行频谱感测任务。在每个 带中协作工作的用户数M可以例如通过将认知用户的数目N等分到所有的带来确定M = N/ K。在每个带中的协作用户的数目M可以变化，并且通过序列发生器，通常将至少在大多数 时隙上这么实现方法。可以由Ma个用户在特定时隙中分析带A，可以由Mb个用户在该同一 特定时隙中分析带B，等等。在给定时隙中对于每个带至少应当存在Mmin= 2个用户，以便 充分获得频谱感测算法的分集增益。使用伪随机序列发生器，执行频谱感测的N个认知用户101-108被指定在特定时 隙用于特定频谱带。因而，N = 8个认知用户101-108中的每个用户将在所有认知用户已 知的预定时间处以伪随机方式改变它正在观察的频带来通过感兴趣的所有带A-C。因此，可 以认为伪随机序列是时频代码，其中，用户在每个时隙中跳到频带的另一部分。带A-C的净 组合(net combination)被指定由N个认知用户的组合来感测(例如，由N个认知用户的 协作子集Ma来感测带A，由N个认知用户的协作子集Mb来感测带B，等等)。每个认知用户 应当已知特定的伪随机序列或其发生器。
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图2以表格的形式示出了以下内容的细目分类用户101-108中的哪些用户在第 一时隙(t)中感测哪些频谱带A-C，以及哪些用户在第二时隙(T+t)中报告哪个频谱。对 于第一时隙(t)，存在感测带AWMa = 3个协作用户(102、105、107)，存在感测带Mb = 3个协作用户(101、104、108)，以及存在感测带(的1 = 2个协作用户(103、106)。在特定 时间Ts之后，被称为第二时隙(T+t)，以伪随机方式来改变测量这些带的用户。现在，由Ma =3个协作用户(101、107、108)来感测带A，由Mb = 2个协作用户(102、106)来感测带B， 以及由Mc = 3个协作用户(103、104、105)来感测带C，用户如在图IA-图IB中所示分别处 在不同位置。因而，每个带由协作用户的不同组M在特定时隙进行测量。有利的方面是感测各个带的N个认知用户的子集M因时隙不同而改变，并且对 于给定的带，数目M可以因时隙不同而变化。注意到，在图IA-图IB和图2中，带A由协作 用户103和106在第一时隙以及由协作用户103、104和105在第二时隙进行感测。而用户 103覆盖了这两个感测时隙(t)和(T+t)，这是可随时间发生的随机序列发生器的结果，并 且不被视为是有害的，因为在不同时隙中感测相同频谱带A、B或C的协作用户的总的集合 因时隙不同而不同。注意到，对于带B和C，没有共同的协作用户在时隙(t)和(T+t)上感 测相同的带。这说明了随机性，并且考虑到当各个用户存储了序列发生器算法时需要最小 的信令开销，这被视为是特别有利的。图3是从单个用户的视角来看的流程图，其图示了本发明的一个可能的实施例。 如根据以上显而易见的，如图3所示的对先前指定的频带标索引并且对每个感测时隙伪随 机地生成索引号仅是一种实现方式；具有稍微多一点控制信令开销的其它实现也是可能 的。任何单独的用户将在持续时间为Ts的每个预定时隙之后改变它正在感测的带(虽然 如上所述由于随机性而对图IA-图IB和图2中带C的用户103那样允许偶尔的例外)。具体地，在框301，用户终端在其本地存储器中存储频谱带及其索引的列表。例如， 这可以在系统信息或某种其它广播信息中提供，或者用户终端可以在甚至进入主题小区/ 区域之前对其先验已知，诸如在网络使用的无线协议中所公布的。在框302，用户终端变为 认知用户，并且使用伪随机代码序列来以伪随机方式对频带的索引进行排序。存在可以实 现此的很多方式。例如，中央节点可以向终端发送消息，该消息向终端给予种子并且引导其 在特定时间开始进行感测测量；可能存在一种这样的协议，即，通过该协议，对用户终端的 IMSI (国际移动订户身份)或其一部分(例如，最后几个数字)或其它标识符(例如，无线 电网络临时标识符)的某个操作生成了一种结果，该结果告诉终端它是否将出于感测和报 告目的而感测网络带。这样的操作可以在广播信道上给出，所以相同的用户并不总是具有 该附加的感测和报告任务。伪随机代码序列可以取决于IMSI或其一部分，其中，一些结果 产生索引(并且因此该用户是协作用户且要进行感测和报告)，而其它结果不产生索引(其 指示用户在该小区/区域中不是协作用户)。对于分层网络来说，最低的信令开销被视为 是使用户存储取决于种子的算法，以及在网络登录时网络将种子发送给各个用户。这表明 接收种子的用户被指定为协作用户。然而，这些或各种其它实现被用于生成伪随机代码序列，在框302处的结果是不 同频带的索引处于伪随机顺序。在框303，用户确定需要新的带索引来用于出于感测目的的 下一时隙(其可以与最后感测的时隙相连或者按照时隙周期t的某个整数倍q而间隔T = qt)。终端访问其本地存储器以便确定根据框302的伪随机顺序的下一索引，在框304处，参考也在301处被存储在其存储器中的带到索引列表(band-to-index list)，并且在框305 处，在该频带中感测达预定时间。对于该时隙，用户是对于它所感测的频带的协作用户。在 框306处，终端分析所感测到的测量结果(以及如上所述还可以将所分析的结果与门限进 行比较，以便确定要报告的频谱的二元状态，诸如被使用与可用的)，并且在框307处，将该 分析结果传送到中央节点或起到中央节点作用的另一用户终端，或者传送到所有其它用户 终端。在框306处，可以由用户使用诸如循环平稳特征(cyclostationary feature)检 测、能量检测或似然测试比这样的频谱感测算法来分析从所感测的频谱带观察到的数据。 它可以替代地由匹配滤波器来感测，其中，所述匹配滤波器使其滤波器参数匹配于预期在 所感测的频带上出现的已知波形。这些中的任何一个均可以用于为所感测的频谱生成测试 统计。在框307处，分析结果可以被发送到融合中心(fusion center)，该融合中心为该带 和时隙的协作用户分析组合结果以及为其它协作用户的其它带和时隙分析组合结果，并且 判定正在使用哪些带以及哪些带为空并且可以由认知无线电装置使用。可选地，认知用户 可以在框307将分析结果发送到其它认知用户，然后可以将来自其它认知用户的信息进行 合并，以便形成是否存在未使用的频谱可用的判定。各个认知用户向融合中心或类似节点 发送的结果可以意味着例如由认知用户确定的二元判定或由特定频谱感测算法计算的测 试统计(仅举几个例子)。感测频谱是出于在总计N个认知用户上更有效地使用整个频谱的目的，并且因此 最大带宽增益是在频谱中找到“洞(holes) ”，那些带当前没有被N个认知终端中的任何一 个或任何其它的源使用，从而将它们投入使用。为此，根据本发明的特定实施例的频谱感测 不需要是特别举出的信道质量测量，诸如误块率BLER或误比特率BER，而是可以简单感测 在所指定的时隙期间在指定频谱带内是否存在业务。然后，本地存储在终端的存储器中的 频谱感测算法使用诸如通过循环平稳特征检测或能量检测或匹配滤波器这样的技术来分 析所感测的频谱，以便确定测试统计，诸如，关于所感测到的能量是业务还是仅是噪声的似 然比。该测试统计可以直接报告给中央节点或其它认知终端，或者为了进一步节省信令开 销，对于在该时隙所感测的频谱带，可以由N个认知终端中各个认知终端来仅报告二元判 定(例如，被使用/未使用)。这些中的任何一个均可被视为分析结果。所以通过以上例子所给出的本发明的实施例，如图IA-图IB所示，由于感测频谱 的特定部分的用户(协作用户的子集M的成员)的星座图以伪随机方式从一个时隙周期性 地改变到另一时隙，因此有效地缓解了诸如衰落和阴影这样的传播效应。当发生感测的位 置改变时，用户在感测频谱时所经历的信道有所改变。因而，很有可能信道是不同的或者具 有低相关性。用于任何第K个带的感测星座图从一个时隙改变到另一时隙。因此，不一定 需要M个协作用户的位置信息来找到好的星座图并避免坏的星座图。报告可以像对所感测 的频谱带的分析的二元判定以及它所应用的带的索引一样稀少。在特定实施例中，甚至不 需要报告索引，因为节点B/中央节点可以确定它知道报告终端在用于伪随机地布置带索 引的算法中所使用的IMSI或RNTI。对于更稳健的报告，该技术仍然不需要进行报告的终端 向其测量感测报告中添加位置信息。本发明的实施例使得能够按照非集中式方式来确定在 特定时隙期间哪些用户要协作感测特定的频谱带，因而消除或减少了对于在用户之间传送 关于感测策略的信息的需要。关于设计用于多个认知无线电装置的感测策略的复杂任务被
11改变成关于设计确定跳频模式的伪随机代码以及将这些代码分配给认知用户的更简单的 任务。低复杂性终端仅需要知道其自己的跳频模式并且将感测结果转发到中央单元或其它 用户。通过本发明的频谱感测方案而被协作地进行分析的带A、B、C不一定形成连续带， 而是如果需要的话，可以在频率上分散要感测的频谱的不同部分。注意到，本发明的特定实现方式要求在每个终端处的伪随机序列发生器，但是这 可以体现在软件中并且是相当直接且不是存储加强型工作。需要以某种方式同步所有认知 用户的操作，从而使得频谱感测带同时发生改变，这不被看作是主要的不足，因为几乎所有 的无线系统都依赖于用于同步通信的其它方面的某种公共报时信号(time tick)，甚至是 对业务使用基于竞争的频谱分配的ad hoc网络也如此。所以从各个终端的视角来看，在本发明的实施例中，终端在第一时间间隔从指定 频谱中伪随机地选择第一频带，通过在第一时间间隔期间感测第一频带来确定第一分析结 果，传送第一分析结果，在第二时间间隔从该指定频谱中伪随机地选择第二频带，通过在第 二时间间隔期间感测第二频带来确定第二分析结果，以及传送第二分析结果。该伪随机选 择是通过多个这样的终端来同时完成的，从而使得在每个时间间隔中覆盖所有K个带，这 通常可扩展到仅两个时间间隔之外，并且继续直到确定可以不再需要频谱感测。多个终端 中的每个终端在每个时间间隔伪随机地选择频带，并且如果对于每个带和每个时间间隔来 说，存在由彼此处于不同位置处的至少两个终端(协作子集)所发送的分析结果，则实现了 分集。在每个连续时间间隔中，相比于先前的时间间隔，感测和传送对任何特定带的分析结 果的终端的子集是不同的。移动台/终端可以响应于接收到将它指定为协作用户的指令来 完成该操作，并且可以从第一和第二感测结果被传送到的同一节点接收该指令，并且还可 以与用于序列发生器的种子号一起接收该指令。可以通过对在指定频谱中的一系列频带 标索引，以及执行使用种子号和伪随机序列发生器为第一和第二时间间隔伪随机地选择索 引之一的算法(例如，通过以伪随机顺序来部署所述索引)，来伪随机地选择第一和第二频 带。在实施例中，第一和第二频带独立于执行该方法的移动台被授权用来传送用户数据的 频带。并且从中央节点或协作终端的视角来看，在本发明的实施例中，节点/终端从N个 认知用户接收对于第一时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第一分析结果，并且还从N个 认知用户接收对于第二时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第二分析结果，其中，对于第 一时间间隔针对所述频带中的第一频带的分析结果与对于第二时间间隔针对所述频带的 所述第一频带的分析结果来自所述N个认知用户的不同子集。分析结果可以是测试统计， 并且然后，节点根据它从N个认知用户接收到的测试统计(其跨越指定频谱上的频带)来 确定指定频谱的一部分未被使用或者未充分利用，并且响应于该确定，使得在所确定的未 使用或未充分利用部分上发送传输。接收测试统计的节点可以自己进行该传输，或者可以 告知N个认知节点中的一个或多个认知节点未使用的频谱可用于使用，例如，中央节点 (诸如节点B或接入点)还包括调度功能，并且中央节点调度N个认知节点之一在该未使 用的频谱上进行传送或接收。在该例中，未使用的频谱被包括在称为未充分利用的频谱内。 频谱感测在第一和第二时间间隔之外无限期地继续，或者直到认知用户被告知停止频谱感 测。为了确保上述分集，对于第一和第二时间间隔这二者中的每个频带，中央节点/协作终端从N个认知用户中的至少两个不同的认知用户接收分析结果。其发送的指令可以进一步 包括由N个认知用户随序列发生器一起使用的种子号，并且中央节点/协作终端可以根据 系统中的N个认知用户而将数目M具体确定为M是大约等于N/K的整数(例如，从N/K舍 入)，其中K是在指定频谱中的频带的数目，并且M是在N个认知用户中针对K个频带之一 而从其接收到第一和第二分析结果的认知用户数目。现在参照图4，图4用于图示适于在实施本发明的示例性实施例中使用的各种电 子设备的简化框图。在图4中，(分层)无线网络401被用于UE 410与节点B 412(e节点 B/基站/中央节点)之间的通信。网络401可以包括网关GW/服务移动性管理实体MME/ 无线电网络控制器RNC 414或者在不同无线通信系统中的各种术语已知的其它无线电控 制器功能。UE410包括数据处理器(DP)410A、存储了程序(PROG)410C的存储器(MEM)410B， 以及耦合到一个或多个天线410E (示出了一个)用于通过一个或多个无线链路420与节点 B 412进行双向无线通信的适当的射频(RF)收发信机410D。术语“连接”、“耦合”或其任何变体意指在两个或更多元件之间的任何连接或者耦 合(直接的或间接的)，并且可以涵盖在“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间存在一个 或更多中间元件。在元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。作为非限制 性例子，在此采用的两个元件可以被认为是通过使用一个或多个导线、线缆或印刷电连接 以及通过使用电磁能量(诸如具有在射频区域、微波区域和光(可见和不可见这二者)区 域中的波长的电磁能量)而“连接”或“耦合”在一起。节点B 412也包括DP 412A、存储了 PROG 412C的MEM 412B，以及耦合到一个或 多个天线412E的适当的RF收发信机412D。节点B 12可以经由数据路径430 (例如，Iub 或Sl接口)耦合到服务或其它GW/MME/RNC 414。GW/MME/RNC 414包括DP 414A、存储了 PR0G414C的MEM 414B，以及用于通过数据链路430与节点B 412通信的适当的调制解调器 和/或收发信机(未示出)。假设PROG 410C、412C和414C中的至少一个包括程序指令，所述程序指令当由相 关联的DP执行时，使得电子设备能够根据如上所述的本发明的示例性实施例来操作。在DP 410A、412A和414A中固有的是时钟，其使得在用于所要求的适当时间间隔和时隙中进行传 送和接收的各种装置当中实现同步。PROG 410C、412C、414C可以根据情况体现在软件、固件和/或硬件中。通常，本发 明的示例性实施例可以通过存储在MEM 410B并且可由UE 410的DP 410A执行的计算机软 件来实现，并且对于其它MEM 412B以及节点B 412的DP 412A也类似，或者通过硬件或在 所示出的任一或所有设备中通过软件和/或固件和硬件的组合来实现。例如，序列发生器 可以是存储在MEM中的PR0G。通常，UE 410的各种实施例可以包括但不限于移动终端/站台、蜂窝电话、具有 无线通信能力的个人数字助理(PDA)、具有无线通信能力的便携式计算机(例如，膝上型计 算机)、具有无线通信能力的诸如数字照相机的图像捕获设备、具有无线通信能力的游戏设 备、具有无线通信能力的音乐存储和回放装置、允许无线因特网访问和浏览的因特网装置， 以及并入了这样的功能和传感器网络的组合的便携式单元或终端。MEM 410B.412B和414B可以具有适于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任 何适当的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器和可装卸存储器。DP 410A、412A和414A可以具有适于本地技术环境 的任何类型，并且作为非限制性例子，可以包括以下中的一个或多个通用计算机、专用计 算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器。通常，可以在硬件或专用电路、软件(体现在计算机可读介质上的计算机可读指 令)、逻辑或其任何组合中实现各种实施例。例如，诸如序列发生器的一些方面可以在硬件 中实现，而其它方面可以在可由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实 现，但是本发明不限于此。尽管本发明的各种方面可以被图示和描述为框图、流程图或使用 诸如图3的某种其它图示表示，但是众所周知，在此描述的这些框块、装置、系统、技术或方 法可以在作为非限制性例子的硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或者 其它计算设备或其某种组合中实现。本发明的实施例可以在诸如集成电路模块的各种组件中实施。集成电路IC的设 计大体上是高度自动化的工艺。复杂和强大的软件工具可用于将逻辑级设计转换成易于蚀 刻和在半导体基板上成形的半导体电路设计。图3可以表示这样的IC的特定电路功能。诸如由 Mountain View，California 的 Synopsys 公司禾口 San Jose，California 的 Cadence Design所提供的程序自动地对导体布线并且使用成熟的设计规则以及预存储的 设计模块库来将组件定位在半导体芯片上。一旦完成了对半导体电路的设计，就可以按照 标准化电子格式(例如，0pUS、GDSII等)将所得到的设计传送到半导体制备设施或用于制 备的“制造厂(fab)”。当结合附图阅读时，鉴于前述描述，各种修改和调整对相关领域技术人员将变得 显而易见。然而，对本发明的教导的任何和所有修改将仍落在本发明的非限制性实施例的 范围之内。尽管在特定实施例的背景下进行了描述，但是对本领域技术人员将显而易见的 是，可以想到对这些教导的多种修改和各种改变。因此，尽管已经相对于本发明的一个或 多个实施例特别示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不背离如上所述 本发明的范围和精神或随后的权利要求的范围的情况下，可以在其中进行特定的修改或改变。
1权利要求
一种方法，其包括在第一时间间隔从指定频谱中伪随机地选择第一频带；通过在所述第一时间间隔期间感测所述第一频带来确定第一分析结果；传送所述第一分析结果；在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二频带；通过在所述第二时间间隔期间感测所述第二频带来确定第二分析结果；以及传送所述第二分析结果。
2.根据权利要求1所述的方法，响应于接收到将移动台指定为协作用户的指令，由所 述移动台自动地执行所述方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指令是从第一和第二分析结果被传送到的 相同节点接收的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述指定频谱中伪随机地选择第一和第二频 带包括对所述指定频谱中的一系列频带标索引，以及执行算法，所述算法为第一和第二时 间间隔伪随机地选择所述索引之一。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述算法通过种子号和伪随机序列发生器来伪 随机地选择所述索引之一。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述种子号是随指令一起被接收的，所述指令将 执行所述方法的移动台指定为协作用户。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，感测第一和第二频带包括使用循环平稳特征检 测算法或能量检测算法或似然比测试或与已知波形相匹配的滤波器来确定测试统计。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，独立于执行所述方法的移动台被授权用来传送 用户数据的频带，伪随机地选择第一和第二频带。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从多个终端接收对于所述第一时间间隔针对跨越所述指定频谱的多个频带的分析结 果；以及从所述多个终端接收对于所述第二时间间隔针对所述多个频带的分析结果； 其中，对于所述频带中的每个频带，所接收到的对于所述第一时间间隔的分析结果与 所接收到的对于所述第二时间间隔的分析结果来自所述多个终端的不同子集。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一时间间隔包括网络定义的传输时间间 隔的第一部分，并且所述传输时间间隔进一步包括作为通信部分或确认部分之一的第二部 分。
11.一种设备，其包括处理器，所述处理器耦合到存储器，并且适于在第一时间间隔从指定频谱中伪随机地 选择第一频带，以及在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二频带；接收机，所述接收机耦合到所述处理器，并且适于在所述第一时间间隔期间感测所述 第一频带，以及在所述第二时间间隔期间感测所述第二频带；所述处理器进一步适于根据所感测的第一频带确定第一分析结果，以及根据所感测 的第二频带确定第二分析结果；以及发射机，所述发射机耦合到所述处理器，并且适于传送所述第一分析结果和传送所述第二分析结果。
12.根据权利要求11所述的设备，其包括移动台，其中所述处理器适于响应于在所述 接收机处接收到将所述移动台指定为协作用户的指令，自动地在所述第一时间间隔伪随机 地选择所述第一频带，以及在所述第二时间间隔伪随机地选择所述第二频带。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述指令是从所述发射机将第一和第二分析 结果传送到的相同节点接收的。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述处理器适于通过以下操作来从所述指定 频谱中伪随机地选择第一和第二频带对所述指定频谱中的一系列频带标索引，以及执行 在所述存储器中存储的算法，所述算法为第一和第二时间间隔伪随机地选择所述索引之ο
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述算法通过种子号和伪随机序列发生器来 伪随机地选择所述索引之一。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述种子号是随指令一起在所述接收机处接 收的，所述指令将所述设备指定为协作用户。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述处理器适于通过执行循环平稳特征检测 算法或能量检测算法或似然比测试或与已知波形相匹配的滤波器以确定测试统计，从而确 定第一和第二分析结果。
18.根据权利要求11所述的设备，其中，独立于所述设备被授权用来传送用户数据的 频带而伪随机地选择第一和第二频带。
19.根据权利要求11所述的设备，其中所述接收机进一步适于从多个终端接收对于所述第一时间间隔针对跨越所述指定频 谱的多个频带的分析结果，以及从所述多个终端接收对于所述第二时间间隔针对所述多个 频带的分析结果，其中，对于所述频带中的每个频带，所接收到的对于所述第一时间间隔的 分析结果与所接收到的对于所述第二时间间隔的分析结果来自所述多个终端的不同子集； 并且所述处理器进一步适于根据所确定的分析结果并且根据所接收到的分析结果，确定 所述频带中的任何一个频带是否是未使用的。
20.根据权利要求11所述的设备，其中，所述发射机适于在网络定义的第一传输时间 间隔的感测部分中传送所述第一分析结果，以及在所述第一传输时间间隔的另一部分中传 送通信和确认之一，并且适于在网络定义的第二传输时间间隔的感测部分中传送所述第 二分析结果，以及在所述第二传输时间间隔的另一部分中传送通信和确认之一。
21.—种体现了机器可读指令的程序的计算机可读存储器，所述机器可读指令的程序 可由数字数据处理器执行，以便实现针对为感测频谱带确定时间和频率参数的动作，所述 动作包括在第一时间间隔从指定频谱中伪随机地选择第一频带；通过在所述第一时间间隔期间感测所述第一频带来确定第一分析结果；在第二时间间隔从所述指定频谱中伪随机地选择第二频带；以及通过在所述第二时间间隔期间感测所述第二频带来确定第二分析结果。
22.一种方法，其包括从N个认知用户接收对于第一时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第一分析结果；从所述N个认知用户接收对于第二时间间隔针对跨越所述指定频谱的频带的第二分 析结果；以及根据所接收到的第一和第二分析结果，确定所述指定频谱的一部分未充分利用，并且 促使在所确定的未充分利用部分上发送传输；其中，对于所述第一时间间隔针对所述频带中的第一频带的分析结果与对于所述第二 时间间隔针对所述频带中的所述第一频带的分析结果来自所述N个认知用户的不同子集。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，对于在第一和第二时间间隔这二者中的每个 频带，从所述N个认知用户中的至少两个不同的认知用户接收到分析结果。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述指令进一步包括用于由所述N个认知用 户与序列发生器一起使用的种子号。
25.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括在接收所述第一分析结果之前，根据 认知用户的数目N，将数目M确定为M大约等于N/K，其中K是在所述指定频谱中的整数个 频带，并且M是所述N个认知用户中针对K个频带之一而从其接收到第一和第二分析结果 的认知用户的数目。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，促使在所确定的未充分利用部分上发送传输 包括以下之一在所述指定频谱的未充分利用部分上将数据发送到所述N个认知用户之 一，以及调度所述N个认知用户之一在所述指定频谱的未充分利用部分上进行传送。
27.一种设备，其包括接收机，所述接收机适于从N个认知用户接收对于第一时间间隔针对跨越指定频谱的频带的第一分析结果；从所述N个认知用户接收对于第二时间间隔针对跨越所述指定频谱的频带的第二分 析结果；以及处理器，所述处理器耦合到所述接收机，并且被配置以便根据所接收到的第一和第二 分析结果，至少确定所述指定频谱的一部分是否是未充分利用的；其中，对于所述第一时间间隔针对所述频带中的第一频带的分析结果与对于所述第二 时间间隔针对所述频带中的所述第一频带的分析结果来自所述N个认知用户的不同子集。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述接收机适于对于在第一和第二时间间隔 这二者中的每个频带，从所述N个认知用户中的至少两个不同的认知用户接收分析结果。
29.根据权利要求27所述的设备，其中，所述处理器耦合到存储器并且被配置以便根 据N个认知用户，将数目M确定为M大约等于N/K，其中K是在所述指定频谱中的整数个频 带，并且M是所述N个认知用户中针对K个频带之一而从其接收到第一和第二分析结果的 认知用户的数目。
30.根据权利要求29所述的设备，其进一步包括发射机，所述发射机耦合到所述处理 器并且适于在所述指定频谱中被确定为未充分利用的部分上进行传送；或者将调度信息发送到所述N个认知用户之一，以便在所述指定频谱中被确定为未充分利 用的部分上进行传送。
全文摘要
在第一时间间隔TI，从指定频谱中伪随机地选择第一频带FB，以及通过在第一TI期间感测第一FB来确定第一分析结果，并且然后传送第一分析结果。在第二TI，从所述指定频谱中伪随机地选择第二FB，以及通过在第二TI期间感测第二FB来确定第二分析结果，并且然后传送第二分析结果。在多个设备这么做的情况下，感测整个频谱，每个带由在每个TI处发生改变的设备的子集来感测，并且因此通过协作频谱感测来搜索任何未使用或未充分利用的频谱，这避免了诸如衰落这样的传播问题。此外，中央节点可以确保各种协作用户在不同的TI报告不同的FB，从而使得对于在每个后续报告TI中的至少一个带来说，进行报告的用户的子集是改变的。可以在相同的网络定义的传输时间间隔的不同部分中实现感测和通信。
文档编号H04W16/14GK101926189SQ200880125657
公开日2010年12月22日 申请日期2008年12月2日 优先权日2007年12月11日
发明者A·胡图宁, N·基乌科宁, V·科伊武宁 申请人:诺基亚公司