针对认知无线电的自调节频谱感测的方法、装置和计算机程序的制作方法

专利名称：针对认知无线电的自调节频谱感测的方法、装置和计算机程序的制作方法
技术领域：
这里的教导总体上涉及无线网络以及在这种网络中操作的设备，并且具体地， 涉及感测在认知无线电网络中使用的频谱。
背景技术：
认知无线电系统以机会性方式来使用频谱。认知无线电系统将搜索未充分使用 的频谱信道，以便以灵活的方式使用它们。认知无线电必须要避免干扰在相同频谱带上 操作的其他无线电系统(主要订户或者主要用户)。通过频谱感测来发现未充分使用的频
率信道。频谱感测通常是连续的任务如果主要用户出现在信道中，则必须持续地监测 在认知无线电网络中使用的频率信道。由此，当感知无线电节点是移动的、电池操作的 设备时，优化频谱感测的功率效率是必要的。在认知无线电网络中的每个频谱感测节点 中执行相同的频谱感测功能不是功率有效的。降低单个节点负载的一种方式是协作地执 行频谱感测，诸如上文参考的美国专利申请中所描述的。针对认知使用而被监测的频谱 带被分为频率信道。每个节点在不同的感测时刻感测不同的频率信道。频谱感测结果继 而在协作的节点间共享。由此，并非每个节点都必须感测所有的频率信道，而是在频率 域中将任务在相同认知无线电网络中的节点之间划分。如果节点多于频率信道，则某些 节点将同时在相同的频率信道中执行频谱感测。这是期望的，因为这允许在面对传播和 衰减时的分集增益，并且有助于避免所谓的隐藏节点问题，在该问题中，由于阴影或衰 落之类的信道传播效应，无法通过使用单个终端检测到主要用户。如同在引用的专利申请中所描述的，协作频谱感测可以通过伪随机时间-频率 码来实现。在感测时刻，频谱感测在协作的节点处同时执行。一个节点在特定感测时 刻所感测的频率信道是由存储在该节点的存储器中的伪随机码生成的。节点将按照该码 所确定的伪随机顺序在不同的频率信道处执行感测。使用此方案，可以避免隐藏节点问 题，因为不同的节点有效地在不同的时刻感测不同的频率信道。而且，无需集中式控制 来协调协作式频谱感测。然而，在某些用户情境中，通过使用在此描述的本发明的实施 方式，可以降低该专利申请中描述的频谱感测策略的功耗和网络负载。
而且，在频谱感测领域中，用于协作式频谱感测的审查(censoring)已在以下 论文中描述J.Lunden，V.Koivunen, A.Huttunen 和 H.V.Poor 的名为 “CENSORING FOR COLLABORATIVESPECTRUM SENSING IN COGNITIVE RADIOS”，Proc ofthe4IstAsilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, PacificGrove, CA, USA, 2007年11月4日-7日。在此审查方法中，仅在协作节点间传输有关的信息。当检测结 果(也即，统计值)大于预定的审查阈值时，将其向其他用户发送。如果检测结果小于审 查阈值，则不发送结果。审查阈值由通信速率约束来设置，通信速率约束在虚(null)假 设下(即，不存在信号时)确定发送检测结果的概率。通信速率约束可以设置得非常低， 继而在实践中，只有在检测到信号时才向协作的用户传输检测结果。当没有检测到信号 时，以通信速率约束所定义的低概率来发送测试统计值。备选地可以存在两个或者更多 审查区域。例如，可以存在两个审查阈值，从而发送非常低和非常高的测试统计值。在本领域中，需要进一步改善认知无线电在其操作的频谱感测阶段期间的功率节省，优选地以同时降低网络负载的方式。

发明内容
根据本发明的一个实施方式，一种方法，包括确定频谱的频率信道；根据本 地存储的个体信道与至少两个类别之一的关联，为确定的频率信道确定选定的类别；根 据选定的类别，确定感测确定的频率信道的时间；以及在确定的时间感测确定的频率信 道。根据本发明的另一实施方式，一种装置，包括处理器、存储器和接收器，其一 起被配置用于确定频谱的频率信道；根据存储器中存储的个体信道与至少两个类别之 一的关联，为确定的频率信道确定选定的类别；根据选定的类别，确定感测确定的频率 信道的时间；以及在确定的时间感测确定的频率信道。根据本发明的另一实施方式，一种计算机可读存储器，包含数字数据处理器可 执行的机器可读指令的程序，用以执行涉及选择感测频谱信道的时间的动作。在此实施 方式中，动作包括确定频谱的频率信道；根据本地存储的个体信道与至少两个类别之 一的关联，为确定的频率信道确定选定的类别；根据选定的类别，确定感测确定的频率 信道的时间；以及在确定的时间感测确定的频率信道。根据本发明的另一实施方式，一种设备，包括处理装置、存储装置和接收装 置。这些装置一起用于确定频谱的频率信道；根据存储装置中存储的个体信道与至少 两个类别之一的关联，为确定的频率信道确定选定的类别；根据选定的类别，确定感测 确定的频率信道的时间；以及在确定的时间感测确定的频率信道以及传输感测的结果。 在特定实施方式中，处理装置是数字数据处理器，存储装置是存储有程序的计算机可读 存储器，并且接收装置是用于通过认知无线电系统进行通信的无线收发器。根据本发明的另一实施方式，一种方法，包括确定在认知无线电网络中操作 的认知无线电节点的密度；至少部分地基于确定的节点密度，选择待感测的信道和感测 信道的时间中的至少一个；以及根据该选择来感测认知无线电频谱的部分。在特定实施 方式中，确定的密度用来确定感测认知无线电频谱的频率信道的时间，继而在确定的时 间感测频率信道，并且只要感测结果超过了审查阈值便传输感测结果。下文将详述用于 估计节点密度的各种示例性方式。节点密度教导可以与这里的任何其他教导结合，诸如 信道类别、与类别相关联的定时器、何时感测和传输结果、来自一个信道类别的结果比 来自不同信道类别的结果更早和/或更频繁地发送(例如，对于“使用中”信道，针对个体信道的、超过审查阈值的感测结果在每个时间间隔发送，而对于“后备”信道，针对 信道分组的、超过审查阈值的结果仅在多个时间间隔之后发送)等等。除该方法之外， 本发明的同一方面还可以具体化为装置和/或存储在存储器上的计算机程序。本发明的这些以及其他方面将在下文具体详述。


当结合附图来阅读下文的详细描述时，这些教导的上述以及其他方面将更为明白。图IA-图IB示出了终端的星座，其中终端的不同子集以不同的时间间隔感测频 谱的不同部分，如并入的美国专利申请序列号12/001,623中所详述。图2是根据本发明实施方式的、用于在个体感测节点中自调节其协作检测的部 分的过程流程图。图3是根据本发明实施方式的、用于个体检测节点调节其定时器值的过程流程 图。图4是适于用来实践本发明的示例性实施方式的各种电子设备的简化框图。
具体实施例方式如上所述，发明人已经确定在某些用例情境中，可以有机会改善在并入的参 考文件中记载的协作式感测方法的功率节省方面，以及降低网络负载。一个这样的用例 是当系统中存在大量认知无线电(通称节点)时。当节点密度高时，无需每个节点在每 个感测时刻进行感测。一个节点将从其他节点接收到足量信息，并且由此随后执行不必 要的频谱感测将浪费功率。在可与上一用例独立或结合的另一用例情境中，认知无线电 系统将不必要使用被监测的所有频率信道。继而，没有必要始终跟踪在总体认知系统中 较少使用或者未被使用的那些信道。根据本发明的一个方面是以个体节点为基础、并且 优选地在每个节点中自治地动态管理频谱感测的负载，从而与为其他节点进行决策并以 信令通知其结果的某些主节点或控制节点相比降低信令开销。以此方式，本发明的实施 方式有助于提高协作式频谱感测系统的总功率效率，以及降低由报告在那些用例情境中 什么将至少在某些情况下包括不必要测量结果而引起的网络负载。将此方面与上文提到 的审查方案相结合，可以用来降低网络负载，甚至降低得比仅使用审查时更多。在详述本发明的具体方面之前，参考图IA-图IB概括引用的申请。协作方案 被实现，因此移动终端/节点可以选择频率和协作伙伴，而不具有针对每个个体协作节 点的特定的、集中式的控制消息。优选地，出于分集目的，至少针对在认知系统中使用 的信道，不同位置的两个或者更多节点同时感测相同的信道，并且通常并非系统中的所 有移动终端都总是需要恰当的频谱感测。执行频谱感测的协作用户以伪随机方式选择，使得针对总体频谱(频谱信道)的 每个信道的协作用户的子集被形成，并且总是在特定的时间段之后改变。在所考虑区域 中(例如，小区中)的无线系统中存在N个认知用户，其中N最小是大于1的整数。在 引用的申请中，基于操作频带AF、参与频谱感测的认知用户的总数N以及测量所需的时 间粒度，来针对特定信道和时隙选择协作用户的数目M (小于N的正整数)。
图IA和图IB示出了出于感测目的在第一时间间隔(t)和第二时间间隔(T+t)的 每个中的移动终端分组。如上，在网络中存在N个认知用户，对于图IA-图IB例如N =8。使用伪随机序列生成器，针对特定时隙的特定信道，指定执行频谱感测的N个 认知用户101-108。由此，N = 8个认知用户101-108中的每一个将以伪随机的方式在 所有认知用户已知的预定时间处在所有感兴趣的信道A-C中改变其正在观测的信道。 因此，伪随机序列可被认为是时间-频率码，其中用户在每个时隙中跳到频谱的另一部 分。信道A-C的净组合被指定为由N个认知用户的组合来感测(例如，信道A由N个认 知用户的协作子集Ma感测，信道B由N个认知用户的协作子集Mb感测，以此类推)。 特定的伪随机序列或其生成器应当是每个认知用户已知的。来自所感测信道的观测数据可由用户使用诸如周期稳态特征检测、能量检测或 者似然率测试等频谱感测算法来分析。其可以备选地由匹配的滤波器来感测，该滤波器 具有与期望存在于正在感测信道上的已知波形相匹配的滤波器参数。可以使用这些中的 任何一种来生成针对所感测频谱的测试统计，通常称为频谱感测结果或者分析结果。分 析结果可以向融合中心发送，融合中心分析针对该信道和时隙的协作用户以及针对其他 认知用户的其他信道和时隙的组合结果，并且做出关于正在使用哪些信道以及哪些信道 为空并可由认知无线电使用的决策。或者，认知用户可以向其他认知用户发送分析结 果，认知用户可以合并来自其他认知用户的信息，其然后可以形成是否存在可用的未使 用频谱的决策。由本发明的频谱感测情境协作分析的信道A、B、C并非必须形成连续的频带， 而是在需要的情况下，待感测的频谱的不同部分可以在频率上是分散的。因此从个体终端的角度看，并入的申请使终端在第一时间间隔中从指定的频 谱中伪随机地选择第一信道；通过在第一时间间隔期间感测第一信道来确定第一分析结 果；传输第一分析结果；在第二时间间隔中从指定的频谱中伪随机地选择第二信道；通 过在第二时间间隔期间感测第二信道来确定第二分析结果；以及传输第二分析结果。该 伪随机选择通过多个这样的终端同时完成，使得所有K个信道在每个时间间隔中得以覆 盖，这通常将延伸到仅两个时间间隔之上和继续直到确定不再需要频谱感测。可以这样 来伪随机地选择第一信道和第二信道为指定频谱中的一系列信道编制索引，并且执行 通过使用种子数和伪随机序列生成器(例如，通过以伪随机顺序设置索引)来伪随机地选 择针对第一时间间隔和第二时间间隔的索引之一的算法。现在将详述本发明的实施方式。如上所述，频谱感测任务针对频率被划分到信 道中，并且节点协作地执行频谱感测。不同的节点感测不同的频率信道，并且与其他节 点共享信息。一个节点正在感测的频率信道通过存储在节点存储器中的频率跳转序列来 确定，诸如伪随机序列生成器，其针对每个节点和每个时间间隔选择与频率信道之一相 关联的索引。根据本发明的一个方面，对频率信道进行分类，使得在每个类别中频谱感 测利用不同的时间周期完成。信道对于认知无线电网络越关键，频谱感测的执行就越频 繁。根据多少个节点在协作进行频谱感测，频谱感测的时间周期在每个节点中设置。参 与的节点越多，个体节点必须的测量越不频繁(统计地)。作为示例，给出三个类别以说明此方面
类别1:认知无线电网络中的使用中的信道，将在每个感测时刻被测量。类别2:后备信道，以某种频繁程度进行测量。每第L个感测时刻执行测量。类别3:既非使用中也非后备的信道，对其不频繁地进行测量。每第J个跳频序 列执行测量。在上面的构想中，后备信道表示如果使用中的信道之一变得不可用，例如， 在使用中信道上检测到来自蜂窝系统的主要用户，则将该后备信道纳入使用。在最不频 繁测量的类别3中，存在已经检测到主要用户或者已经测量到高干扰水平的信道。而 且，如果未充分使用的信道多于认知无线电操作(使用中信道)或后备所需要的信道，则 也可以将它们设为此类别。类别还确定以什么频度向其他用户传输频谱感测结果。下面是报告频率可以如 何与不同的类别相关联的示例类别1:如果检测到主要用户，则立即发送感测结果(不等待完全跳转序列，参 见图2)。类别2:如果检测到主要用户，立即发送感测结果。类别3 在测量完全频率跳转序列之后发送结果。一旦新节点出现在认知无线电网络，其将接收关于哪些信道在使用中以及哪些 是后备信道的信息。节点将在其本地存储器中列出哪些频率信道属于哪个类别。继而， 节点将从认知无线电网络中的其他节点接收频谱感测信息。基于其接收的信息，其将确 定在每个类别中需要以什么频度进行感测。当认知无线电网络中的节点密度高时，即在地理上有限的区域中存在网络中的 很多节点时，可以较不频繁地进行频谱感测(从任何个体节点的角度看)。继而，一个节 点无需在每个感测周期中进行感测。反之，一个节点可以从其他节点接收感测结果，而 自己不进行任何感测，并且节省功率。在此的一个实现中，存在与每个信道类别相关的 定时器，其指示在那些信道上将以什么频度来执行频谱感测。定时器基于认知无线电网 络中的节点密度以及基于与该特定定时器相关联的类别来设置。节点密度可以使用信息 源(从其他节点接收到多少结果)、根据功率控制信息以及根据接收的分组所经历的最大 跳数来估计。在实践中，可以在每个节点中使用多个定时器来实现自调节协作，这些定时器 将指示将要执行频谱感测任务的时间。在每个节点中，针对每个信道类别可以存在不同 的定时器。备选地，可能存在一个或多个类别不具有与之相关的定时器，并且可以存在 一个或多个类别具有与之相关的定时器。名义上，频谱感测将在认知无线电网络的每个 帧/信标间隔中执行一次。个体节点确定其将感测哪个频率信道(例如，给出信道索引 的伪随机序列生成器)。根据本发明的实施方式，在节点跳到确定的频率信道以执行其感 测之前，其首先找到该频率信道的类别，并且检查针对选定信道类别的定时器是否已经 到期。如果定时器已经到期，则节点将执行感测。如果定时器尚未到期，则节点将不会 在该感测时刻(例如，帧或者信标间隔)进行感测。这在图2中详述，其是从个体节点的角度，该节点自治地确定其频率信道和定 时，与认知无线电网络中的其他节点无关。在框202，节点确定其频率信道，诸如通过 关于信道列表跳转的伪随机生成器。该列表的每个信道与信道类别之一相关联。最简单地，节点显式地将信道与信道类别1或者类别2相关联，因为那些信道在认知无线电网络 中被例行地感测和报告，并且未与类别1或类别2明显相关联的所有其他信道默认为类别 3。注意，尽管类别1和类别2信道被例行感测，但是那些不同类别的不同定时器可以指 定在不同的周期感测。下面详述节点如何确定信道1和2类别的某些选项。跳转序列简 单地是节点按照它在信道列表中跳转的序列，如上所述，该序列可以是伪随机的。在框204，节点检查来自其本地存储器中存储的信道-类别列表的类别，并且确 定在框202选定的信道的类别，继而检查该类别的定时器。如果在框206，与确定的类别 相关联的定时器已经到期，则在框208，节点跳转到在框202确定的频率信道，并且在此 感测频谱。在框210，其执行某些检测算法(例如，周期稳态特征检测或者上文提到的 其他算法)来确定测试统计。该测试统计的值在关于感测时刻处所感测信道中是否实际 上存在信号的假设测试中使用。例如，可以针对审查阈值来评估测试统计值，继而根据 审查方案(例如，仅发送[统计上]指示信号存在的结果)向其他认知用户(或者中央/ 融合节点)传输此算法的结果。审查方案本身也是功率节省特征，因为其将减少任何认 知无线电的传输为仅传输那些相关的测试统计结果。如果在框212，对感测频谱的框210 分析超过了某预定阈值，则在框214节点检查类别，并且在框216向其他节点发送框210 的结果。如果是框214之外的类别3信道，或者如果在框212未超过阈值，则按照框220 不发送结果。当节点接收到其他节点发送的测试统计时，其将测试统计加在一起并且执 行其自己的假设测试，在此基础上可以确定是否存在信号。由此，具有审查的性能几乎 与没有审查的性能一样好，但是潜在地将网络负载大量地降低为传送频谱感测结果的开 销。还要注意，如果在框206用于适当信道类别的定时器没有到期，则在框222节点 等待感测间隔(例如，一个时隙或三个类别定时器中最短的一个，在一个实施方式中是 用于类别1信道的定时器)，但是由于相应的信道类别定时器没有到期而不感测该信道。 反之，它是被动节点，仅在框218接收其他节点的报告。其他节点执行图2的相同功能，因此个体节点在框218从那些其他的感测和报告 节点接收结果，并且将那些接收的结果分类为信道类别1(使用中)、类别2(后备)或类 别3(其他)。对于类别1和类别2，在框230，节点使用其从其他节点接收的感测结果来 设置定时器。定时器还可以基于可以通过多种不同方式获取的节点密度估计来设置。这 在下文详述。一旦节点具有针对那些信道中每一个的结果，在框228节点将仅发送超过 审查阈值的针对类别3信道(列表中的每个频率信道)的结果。这与类别1和类别2信 道不同，类别1和类别2是根据审查方案而被例行报告。这是因为，类别3信道被定义 为对于认知无线电系统的操作并不关键，因此可以较不频繁地被报告，由此节省传输开 销。到达认知无线电系统操作于其中的小区或者蜂窝区域中的新节点将早于类别3信道 得到类别1和类别2信道的信息，因为类别1信道和类别2信道被较为频繁地报告。如图2所示，在每个频率跳转序列之后设置定时器值。频率跳转序列的长度产 生自信道的数目如果有100个信道，则一个频率跳转序列跨过100个时间间隔，因为这 是一次测量每一个信道所要用的时间。变形在下文详述，但是不论怎么定义，频率跳转 序列是重复的，并且一旦给定感测时间间隔，其至少与一次测量每个信道所需的时间一 样长。定时器值也可以修改，使得在每个类别中定时器在每个感测时刻之后设置，或者在需要的情况下定时器可以针对类别1-2以及类别3不同地设置。例如，在类别1和类 别2中，可以在每个感测时刻之后设置定时器。在类别3中，可以在每个频率跳转序列 之后设置定时器。从整体认知无线电网络的角度考虑特定的示例。假设存在N = 200个节点和K =50个信道。存在属于类别1的K1 = 2个信道。存在属于类别2的K2 = 3个信道。 并且存在属于类别3的K3 = 45个信道。假设协作用户的目标数目T为对于类别1信 道T1 =4(每个时间帧中每个信道2个感测节点)，对于类别2信道T2 = 2，以及对于类 别3信道T3 = 1。指定每个节点以便在每个帧感测一个信道。它们将根据定时器值来 执行感测。从一个节点的角度看，其操作的示例性实现如下。如在框202处，由频率跳转 序列来确定频率信道。节点检查信道属于哪个类别。继而，根据信道类别，操作为类别1:总是进行测量，并且如果在框212处结果超过阈值便发送(例如，立即 发送结果)。类别2:每第二个帧进行测量，并且如果在框212处结果超过阈值便发送。类别3:在相同的频率跳转序列期间测量所有类别3信道。按照框228，在每 (例如)第4个频率跳转序列之后发送结果(并且在4个跳转序列的其他3个期间不做测量)。在类别3中，可以假设不同的节点平均地在不同的跳转序列期间进行测量，因 为每个节点独立地设置其定时器值。在上面的实施方式中，因为信道数目等于完全频率 跳转序列中的感测时间间隔的数目，所以将在等于存储在认知无线电节点处的信道_类 别关联列表中的信道数目的感测时间间隔数目(或其倍数，如上文示例中，类别3结果每 四个跳转序列仅发送一次)之后，发送类别3结果(超过审查阈值的)。在备选实施方 式中，完全频率跳转序列中的感测时间间隔的数目可以大于信道数目，诸如在完全跳转 序列中一个或多个信道出现不止一次的情况。例如，在一个频率跳转序列中，特定的类 别3信道可被感测两次，而所有其他类别3信道仅被感测一次。这允许感测特定信道的 速率的某些附加灵活性，而无需将信道改变至类别1或类别2。广义来说，单个认知无线 电感测节点利用不同的感测速率(每个跳转间隔的不同频率)来感测相同信道类别中的每 个不同的信道。从认知无线电网络的角度看，信息传输的极端情况是类别1 如果在所有信道中检测到主要用户，K1*T1 = 2*4 = 8个节点将发送检测结果。 这在使用的信道中几乎不会发生。如果未在任何信道中检测到主要用户，则审查定义多少节点将进行传输，例如 K1*T1*1/1000(实践中，在小网络中为零)。类别2 如果在所有信道中检测到主要用户，则K2*T2 = 3*2 = 6个节点将发送检测结 果。这在后备信道中几乎不会发生。如果未在任何信道中检测到主要用户，则审查定义多少节点将进行传输，例如 K2*T2*1/1000。
类别3 如果在所有信道中检测到主要用户，K3*T3 = 45*1 = 45个节点将在每个频率跳 转序列之后发送检测结果。如果未在任何信道中检测到主要用户，则审查定义多少节点将进行传输，例如 Κ3*Τ3*1/1000。类别3结果在频率跳转序列已经经过之后发送，也即，不是在每个感测时刻之 后发送。这降低了传输开销。在此示例中，频率跳转序列是50个感测周期长。在实践中，情况将几乎总是在上文针对不同类别而提到的两种极端情况之间结
束ο定时器值也可以取决于节点的密度，如图3详述。认知无线电网络中的节点越 多，一个节点需要测量的频度越低。节点密度可以通过多种不同方式来估计，其中的某 些在框302概括。节点可以根据其从其他节点接收到多少检测结果，来估计参与协作感 测的节点的数目。或者，节点可以根据功率控制信息以及根据洪水(flooding)中的跳数 来估计在地理上有限的区域中存在多少节点，如下详述。或者，节点可以向其他节点发 送其计算的定时器值连同检测结果。节点将从认知无线电系统中的其他节点接收类似的 定时器值，这将给予其节点密度的指示。节点密度估计可以是这些示例中某些或全部的 组合。当新节点出现在认知无线电网络中时，在加入协作感测体系之前，预计它将花费 一段时间来估计节点密度以设置定时器的初始值。或者，加入节点可以向其邻居之一询 问初始定时器值。在最简单的情况中，可以直接根据接收到的检测结果数目来估计节点密度。当 一个节点正在监控主要使用中的信道时，情况将会如此。继而，在每个频率跳转序列之 后，正在进行感测的每个节点将传输结果。由此，接收的检测结果的数目是每个信道中 有多少节点参与协作的直接参考。作为一个简单示例，假设节点具有用于类别3信道的定时器值C = 5。这意味 着，节点将在每第五个频率跳转序列测量类别3中的信道。进一步假设，目标是每个信 道从T=2个节点接收结果。节点继而计算从该类别的信道平均接收到了多少结果。假 设节点已经每个信道接收X= 10个结果。继而节点将增加用于该信道的定时器值。例 如可以根据C = C(1+G*(X_T)/T) = 5 (1+0.3* (10-2)/2) =11来增加，其中C将总是取 整为最近的整数。由此，节点用于类别3信道的定时器值从5增加到11。在下一频率 跳转序列期间，该节点继而需要每11个频率跳转序列测量该类别中的信道。常量G = 0.3确定定时器值以多快的速度反映协作情况该值越小，节点适应情况越慢。参数值T 和G对于每个类别是不同的。备选地，定时器值可以通过使用十进制数c以及使用c = c(l+G*(X_T)/T)来计算。继而，将定时器值设为最接近的整数C = INT (C)。十进制 数值将在计算C的新值时使用。定时器值的设置还可以将其他协作节点的定时器值(如 果可获得的话)考虑在内，以便由于节点具有彼此类似的定时器值而使系统更加稳定。对于节点正在监测没有业务的信道的情况，当应用审查方案时，节点也将不会 从其他节点接收检测结果。在审查中，每个节点已经确定有多少个节点在其他节点没有 检测到信号的情况下向它们发送检测结果。该值可以非常低，以避免控制信令，它是最 小值，例如1/1000。两种感兴趣的不同操作情境是认知无线电网络继而具有非常少的节点或者非常多的节点。如果认知无线电具有少量节点个体节点不从空信道接收结果。不存在信息传 输来加重认知无线电网络的负担。每个节点将监测这些信道。如果认知无线电网络具有很多节点(例如，足球场里的认知系统)每个节点从 空信道接收某些检测结果，并且数目由审查方案来限定。由此，可以基于接收到的结果 来估计节点密度。个体节点可以如上增加其定时器值，并且此后较不频繁地感测。另一选项是根据来自主要使用中的信道的接收结果的数目，来设置用于所有 信道的定时器值。可以假设，存在感测所有频带的近似相同数量的节点。如上简述，还可以使用在设备功率控制和洪水中生成的信息来估计节点密度。 每个节点存在预定义数目的最近邻居。继而缩放传输功率，以便将最近邻居的数目保持 在某个界限之内，这是本领域中针对扩频通信已知的。功率信息给出了对节点间距离的 一定粗略估计。例如，在自由空间中，当传输功率增加6dB时，传播距离加倍。如果给 定通过空中接口发送的功率控制调节，这种简单的关系可以用来估计距离。洪水消息包括与以下有关的信息跳数、分组/消息在源和目的地之间传递所 经过的节点的数目(例如，在具有中继的网络中)。使用这些数字，任何节点可以粗略地 估计在网络中有多少节点。通过跳数，个体节点可以估计网络的半径，并且根据功率信 息，可以估计节点之间的距离。然而，仅仅通过此方法，节点不知道网络中处于节点最 近邻居之外的节点的密度。此外，根据功率控制信息和跳数，任何个体节点可以确定网 络的地理大小。协作节点的位置必须使其近似在相同的主要用户网络之内。通过上文详细描述可见，本发明的实施方式给出了一种低复杂性、自调节的方 法，用以在无需集中式控制的情况下控制协作频谱感测。这种实施方式还提高了频谱感 测的功率效率，因为可以避免不必要的测量；并且还降低了协作频谱感测中需要的(平 均)信令开销，因为可以较不频繁地向其他节点发送感测结果。现在参考图4，以示出适于用来实践本发明示例性实施方式的各种示例性电子设 备的简化框图。在图4a中，(层级式)无线网络401适于在示例性UE410与节点B412(e 节点B/基站/中央节点)之间通信。备选地，示例性UE 410无需与网络410有任何联 系，并且简单地使用其最大努力来避免在空中接口上与该网络401的主要用户的冲突， 以及避免与网络401本身的空中接口冲突。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RNC414或者不同无线通信系统中具有各种名称的其他无 线电控制器功能。示例性UE 410包括数据处理器(DP)410A ；存储器(MEM)410B， 其存储程序(PROGMIOC;以及适当的射频(RF)收发器410D(例如，接收器和发射 器)，其耦合至一个或多个天线410E(示出了一个)用于与其他认知无线电双向无线通 信，并且在某些实施方式中，还通过一个或多个无线链路420与节点B 412通信。术语“连接”、“耦合”或其任何变形表示两个或者更多元件之间的直接或者 间接的连接或者耦合，并且可以涵盖在“连接”或者“耦合”在一起的两个元件之间存 在一个或多个中间元件的情况。元件之间的耦合或者连接可以是物理的、逻辑的或者其 组合。如在此所使用的，通过使用一个或多个电线、电缆和印刷电子连接以及通过使用 电磁能，可以认为两个元件被“连接”或者“耦合”在一起，其中作为非限制性示例， 电磁能诸如具有射频区域、微波区域和光(可见光和不可见光二者)区域内的波长的电磁能。节点B 412也包括DP412A; MEM 412B，其存储PROG 412C ；以及耦合至 一个或多个天线412E的适当RF收发器412D。节点B 12可以经由数据路径430 (例如， Iub 或 Sl 接口)耦合至服务或其他 GW/MME/RNC 414。GW/MME/RNC 414 包括DP 414A ；存储PROG414C的MEM 414B ；以及用于通过数据链路430与节点B 412通信的 适当调制解调器和/或收发器(未示出)。PROG 410C、412C和414C的至少一个假设为包括如下程序指令，当由关联的 DP执行时，其使得电子设备按照上文详述的本发明示例性实施方式来进行操作。DP 410A、412A和414A内部具有时钟，以允许各个装置间的同步以便在适当的时间间隔和 需要的时隙中发射和接收。PROG 410C、412C、414C可以适当地具体化在软件、固件和/或硬件中。一般 地，本发明的示例性实施方式可以通过存储在UE 410的MEM 4IOB中并由DP 4IOA可执 行的计算机软件以及认知无线电网络中的其他UE的其他MEM和DP的类似计算机软件 来实现，或者通过硬件实现，或者通过所示任何或全部设备中的软件和/或固件和硬件 的组合来实现。例如，序列生成器可以是存储在MEM中的PROG;而定时器可以是跟 踪DP410A的振荡器的软件。一般地，UE 410的各种示例性实施方式可以包括但不限于移动终端/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计算机 (例如，膝上型计算机)、具有无线通信能力的图像捕获设备(如数码相机)、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、允许无线因特网接入和 浏览的因特网装置以及包含这些功能和感测器网络的组合的便携单元或者终端。MEM410B、412B和414B可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以 使用任何适当数据存储技术来实施，例如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系 统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可拆卸存储器。DP410A、412A和414A可 以是适合于本地技术环境的任何类型，作为非限制性的示例可以包括以下一个或多个 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。一般而言，可以用硬件或者专用电路、软件(具体化在计算机可读介质上的计 算机可读指令)、逻辑或者其任何组合实施各种实施方式。例如，诸如序列生成器和/ 或定时器的一些方面可以用硬件实现，而其它方面可以用可以由如控制器、微处理器或 者其它计算设备执行的固件或软件来实现，不过本发明并不限于此。尽管本发明的各种 方面可以图示和描述为框图、流程图或者使用一些其它图形表示来图示和描述，诸如图2 和图3，但是可以理解这里描述的这些框、装置、系统、技术或者方法可以用作为非限制 例子的硬件、软件、固件、专用电路或者逻辑、通用硬件或者控制器或者其他计算设备 或者其某些组合来实现。本发明的实施方式可以在诸如集成电路模块的各种组件中付诸实践。集成电路 的设计基本上是高度自动化过程。复杂而强大的软件工具可用于将逻辑级设计转换成准 备好将要在半导体衬底上蚀刻和形成的半导体电路设计。图3可以代表这种IC的特定电 路功能。
诸如由加利福尼亚州Mountain View的Synopsys公司和加利福尼亚州San Jose的 Cadence Design提供的那些软件使用建立好的设计规则以及预存设计模块库在半导体芯片 上自动地对导体进行布线和对部件进行定位。一旦已经完成用于半导体电路的设计，可 以将标准化电子格式(例如Opus、GDSII等)的所得设计发送到半导体制作设施或者“加 工厂”进行制造。 当结合附图来阅读以上描述时，各种修改和适应对于本领域技术人员而言可以 明显。然而，对本发明教导的任何和所有修改仍将落入本发明非限制实施方式的范围 内。尽管已经在特定实施方式的上下文中进行了描述，但是对本领域技术人员明显 的是，可以对这些教导进行多种修改和各种改变。由此，尽管已经关于其一个或多个实 施方式特别地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离上文记载 的发明范围和精神以及权利要求书的范围的情况下，可以进行某些修改或者改变。
1权利要求
1.一种方法，包括确定频谱的频率信道；根据本地存储的个体信道与至少两个类别之一的关联，为确定的频率信道确定选定 的类别；根据所述选定的类别，确定感测所述确定的频率信道的时间；以及在确定的时间感测所述确定的频率信道。
2.如权利要求1所述的方法，还包括接收关于哪些信道在使用中以及哪些信道为 后备的信息；以及本地存储使用中的信道与所述至少两个类别中一个的关联，以及后备 信道与所述至少两个类别中另一个的关联；以及此后根据本地存储的关联来确定所述确 定的频率信道是使用中、后备还是其他。
3.如权利要求2所述的方法，其中对于所述选定的类别是“使用中”的情况，所述 确定的时间较早，以及对于所述选定的类别是“后备”的情况，所述确定的时间较晚， 以及对于所述选定的类别是“其他”的情况，所述确定的时间晚于“后备”类别。
4.如权利要求1所述的方法，其中根据所述选定的类别确定感测所述确定的频率信道 的时间包括在与所述选定的类别相关联的定时器到期时进行感测。
5.如权利要求4所述的方法，其中对于所述选定的类别是“使用中”的情况，相关 联的定时器在每个感测时刻之时到期；以及对于所述选定的类别是“后备”的情况，相 关联的定时器在等于个体信道数目的多个感测时刻之后到期。
6.如权利要求1所述的方法，还包括传输所述感测的结果，其中对于所述选定的类别是所述至少两个类别的第一个的情 况，传输在第一时间，以及对于所述选定的类别是所述至少两个类别的第二个的情况， 传输在晚于所述第一时间的第二时间。
7.如权利要求6所述的方法，其中传输所述感测的结果包括仅传输超过审查阈值 的那些感测结果。
8.如权利要求1所述的方法，还包括确定认知无线电网络中的节点密度，并且其中，根据所述选定的类别以及根据确定的节点密度，来确定感测所述确定的 频率信道的所述时间。
9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述节点密度包括根据从所述认知无线电 网络中的其他节点接收到多少频谱感测结果，来估计所述节点密度。
10.如权利要求9所述的方法，其中通过针对所述选定的类别的所有信道对已接收频 谱感测结果求平均，来估计针对所述选定的类别的所述节点密度。
11.如权利要求8所述的方法，还包括接收功率控制信息，并且其中确定所述节 点密度包括根据接收的功率控制信息以及根据跳数来估计针对地理区域的所述节点密 度。
12.如权利要求8所述的方法，还包括传输与所述至少两个类别的每一个相关联的 定时器的定时器值，以及从其他节点接收与所述至少两个类别的每一个相关联的其他节 点的定时器的定时器值，并且其中确定所述节点密度包括根据接收的定时器值来估计所述节点密度。
13.—种装置，包括处理器、存储器和接收器，它们被配置用于确定频谱的频率信道；根据所述存储器中存储的个体信道与至少两个类别之一的关联，为确定的频率信道 确定选定的类别；根据所述选定的类别，确定感测所述确定的频率信道的时间；以及在 确定的时间感测所述确定的频率信道。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述接收器被配置用于接收关于哪些信道在使 用中以及哪些信道为后备的信息；并且所述存储器被配置用于存储使用中的信道与所述 至少两个类别中一个的关联，以及存储后备信道与所述至少两个类别中另一个的关联； 并且所述处理器被配置用于此后根据本地存储的关联来确定所述确定的频率信道是使用 中、后备还是其他。
15.如权利要求14所述的装置，其中对于所述选定的类别是“使用中”的情况，所 述确定的时间较早，以及对于所述选定的类别是“后备”的情况，所述确定的时间较晚，以及对于所述选定的类别是“其他”的情 况，所述确定的时间晚于“后备”类别。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述处理器被配置用于通过在与所述选定的 类别相关联的定时器到期时进行感测，根据所述选定的类别，来确定所述装置将感测所 述确定的频率信道的时间。
17.如权利要求16所述的装置，其中对于所述选定的类别是“使用中”的情况，相 关联的定时器在每个感测时刻之时到期；以及对于所述选定的类别是“后备”的情况， 相关联的定时器在等于个体信道数目的多个感测时刻之后到期。
18.如权利要求13所述的装置，还包括发射器，并且其中所述装置被配置为对于 所述选定的类别是所述至少两个类别的第一个的情况，则在第一时间传输所述感测的结 果，以及对于所述选定的类别是所述至少两个类别的第二个的情况，则在晚于所述第一 时间的第二时间传输所述感测的结果。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述装置被配置用于比较所述感测的结果与审查 阈值，以及仅传输超过所述审查阈值的那些感测结果。
20.如权利要求13所述的装置，还被配置用于确定认知无线电网络中的节点密度，并且其中，所述装置被配置用于根据所述选定的类别以及根据确定的节点密度来确 定感测所述确定的频率信道的所述时间。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述装置被配置用于通过根据所述接收器从所述 认知无线电网络中的其他节点接收到多少频谱感测结果来估计所述节点密度，从而确定 所述节点密度。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述装置被配置用于通过针对所述选定的类别的 所有信道对已接收频谱感测结果求平均，来估计针对所述选定的类别的所述节点密度。
23.如权利要求20所述的装置，其中所述接收器还被配置用于接收功率控制信息，并且其中所述装置被配置用于通过根据接收的功率控制信息以及根据确定的跳数来估计针对地理区域的所述节点密度，从而确定所述节点密度。
24.如权利要求20所述的装置，还包括发射器，其中所述发射器被配置用于传输与所 述至少两个类别的每一个相关联的定时器的定时器值，并且所述接收器被配置用于从其 他节点接收与所述至少两个类别的每一个相关联的其他节点的定时器的定时器值，并且其中所述装置被配置用于通过根据接收的定时器值来估计所述节点密度，从而 确定所述节点密度。
25.一种计算机可读存储器，包含数字数据处理器可执行的机器可读指令的程序，用 以执行涉及选择感测频谱信道的时间的动作，所述动作包括确定频谱的频率信道；根据本地存储的个体信道与至少两个类别之一的关联，为确定的频率信道确定选定 的类别；根据所述选定的类别，确定感测所述确定的频率信道的时间；以及在确定的时间感测所述确定的频率信道。
26.如权利要求25所述的计算机可读存储器，其中根据所述选定的类别确定感测所述 确定的频率信道的时间包括在与所述选定的类别相关联的定时器到期时进行感测。
27.—种设备，包括处理装置、存储装置和接收装置，被布置用于确定频谱的 频率信道；根据存储在所述存储装置中的个体信道与至少两个类别之一的关联，为确定 的频率信道确定选定的类别；根据所述选定的类别，确定感测所述确定的频率信道的时 间；以及在确定的时间感测所述确定的频率信道。
28.—种方法，包括确定在认知无线电网络中操作的认知无线电节点的密度；至少部分地基于确定的节点密度，选择待感测的信道和感测信道的时间中的至少一 个；以及根据所述选择来感测认知无线电频谱的部分。
全文摘要
一种认知无线电，确定频谱的频率信道，根据本地存储的个体信道与至少两个类别(例如，使用中和后备，其他为第三类别)之一的关联，为确定的频率信道确定选定的类别。根据选定的类别，确定感测确定的频率信道的时间。继而在确定的时间感测确定的频率信道，并且可以传输感测的结果。定时器可以与每个类别相关联，并且基于认知节点的密度来调节。使用中类别的定时器最短，其他类别的定时器最长，后备类别的定时器在最短与最长之间。
文档编号H04W72/08GK102017766SQ200980116144
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年4月3日
发明者A·宇蒂南, J·朱内尔, J·皮拉雅 申请人:诺基亚公司