专利名称：Fm无线麦克风信号的频谱感测的方法和装置的制作方法
技术领域：
本原理涉及FM无线麦克风信号和系统的频谱感测。
背景技术：
提出认知无线电(Cognitive Radio)来实现协议(negotiated)或条件 (opportunistic)频谱共享以提高频谱效率。近来，联邦通信委员会(FCC)已经批准在某些规则下在受许可服务未使用的频率的广播电视频谱(该未使用的TV频谱经常称为“白色空间”)的未许可无线电传送器的操作。主要规定是将需要白色空间设备在与-IHdBm—样低的等级感测TV信号(数字和模拟)、无线麦克风(WM)信号以及基于间歇的TV频带中操作的其他服务的信号。因此频谱感测是用于在TV白色空间中展现认知无线电的重要使能技术。注意假设感测设备的噪声指数是IOdB在正常温度下6MHz TV信道的噪声功率是大约-96dBm。由此，在信噪功率比(SNR)方面FCC设置的感测要求是大约-18dB，这导致相当困难的任务。强干扰下的FM无线麦克风信号的频谱感测是非常挑战的任务。为了解决该问题， 在此开发利用FM信号的重要属性的简单频谱感测方法，即如果频率偏移比其载波频率小得多并且相关延迟小，其自相关函数可以近似为正弦函数。计算机仿真演示当强相邻信道干扰存在并且信号功率如联邦通信委员会(FCC)在他们的报告中对所谓的白色空间设备设置的与-IHdBm —样低时，该提出的频谱传感器可以可靠地检测目标信号。已经在姊妹申请(PCT/US10/000961)中提出ATSC/NTSC信号的频谱感测的统一框架。在此描述的原理将针对无线麦克风信号的感测。在美国，无线麦克风是TV频带的低功率二次许可信号并且在联邦法令(CFR)第47条第74部分(47CFR74)中由FCC无线电广播法规来规定。对于无线麦克风使用有四条主要规定(1)允许无线麦克风在未使用的 47CFR74中列出的VHF或UHF TV频带中操作。(2)频率选择将从较高或较低频带极限偏置 25kHz或者是其整数倍。(3)可以结合可分配频率内的一个或多个相邻25kHz段，以形成其最大带宽将不超过200kHz的信道。(4)在VHF频带的最大传送器功率是50mW并且在UHF 频带是250mW。在其他国家，由不同机构规定无线麦克风操作，但是技术特性一般类似美国的技术特性。虽然在市场上的多种FM设备中也使用诸如数字或者混合模拟/数字调制之类的其他类型的调制，多数无线麦克风设备使用模拟频率调制(FM)。盲频谱感测方法，例如基于特征值的算法无论其调制类型可以应用于感测无线麦克风信号。另一方法寻找频率域中的频谱峰值。无线麦克风信号的带宽小于200kHz，比TV频带(6MHz)的要小得多。结果，无线麦克风信号的功率很集中，而噪声功率在整个6MHz频带上均勻分布。因此，频谱峰值通常在无线麦克风信号的频谱中出现。然而，当存在强相邻信道干扰时，两种方法产生高误报警率。在存在相邻信道干扰的情况下，感测无线麦克风信号的问题很难。依据FCC的相邻信道干扰测试模型中的相邻信道边缘，无线麦克风信号的中心频率可以仅仅是50kHz。 从较低相邻信道中的TV信号泄露的干扰严重地影响该频率带周围的信号。由此，相邻信道干扰可以完全遮蔽无线麦克风信号。在本发明中，描述使用FM调制的无线麦克风信号的频谱感测方法。提出的方法甚至在强相邻信道干扰的情况下可以确定基于FM的无线麦克风信号的存在。下面描述频谱感测方法，之后用误报警的对应概率(Pfa)设置的感测阈值。提出的频谱传感器的感测性能由计算机仿真估计并且还被描述，之后是结论。
发明内容
通过本原理解决现有技术的这些和其他不利和缺点，本原理关注基于FM的无线麦克风信号的频谱感测方法和装置。根据本原理的一个方面，提供一种用于频谱感测的方法。该方法包括以下步骤对接收信号生成自相关函数，使用匹配滤波器滤波自相关的输出，通过找到匹配滤波器输出的最大值生成判定统计，以及通过使用判定统计确定占用的频谱空间。根据本原理的另一方面，提供一种频谱感测装置。该装置包括处理电路，用于对接收信号生成自相关函数；匹配滤波器，用于滤波自相关输出；判定电路，用于通过找到匹配滤波器输出的最大值生成判定统计；以及检测单元，用于使用所述判定统计确定占用频谱空间。根据本原理的另一方面，提供另一种执行频谱感测方法。该方法包括以下步骤对接收信号生成自相关函数，使用自相关输出计算较高阶统计，通过找到所述较高阶统计的最大值生成判定统计，以及使用所述判定统计确定占用频谱空间。根据本原理的另一方面，提供另一装置。该装置包括处理电路，用于对接收信号生成自相关函数；计算电路，用于使用自相关输出计算较高阶统计；判定电路，用于通过找到匹配滤波器输出的最大值生成判定统计；以及检测单元，用于使用所述判定统计来确定占用频谱空间。依据要结合附图阅读的以下示例性实施例的详细描述，本原理的这些和其他方面、特征和优点将变得明显。
图1示出无线麦克风信号的仿真模型。图2示出没有干扰的情况下并且5ms感测时间的无线麦克风信号的感测性能。图3示出没有不同级SNR干扰的情况下并且5ms感测时间的无线麦克风信号的接收器操作特性(ROC)曲线族。图4示出具有干扰和IOOms感测时间的无线麦克风信号的感测性能。图5示出具有不同级SNR的干扰和IOOms感测时间的无线麦克风信号的ROC曲线族。
图6示出例示本发明原理的第一示例性方法的步骤。图7示出例示本发明原理的第一示例性装置。图8示出例示本发明原理的第二示例性方法的步骤。图9示出例示本发明原理的第二示例性装置。
具体实施例方式在此描述FM无线麦克风信号的频谱感测办法。FM信号的自相关函数频率调制是模拟调制方案。正弦载波的频率根据基带信号变化。FM信号x(t)可以描述为
(1)其中，θ是在(0，2 π )上均勻分布的随机相位并且m(t)是传送的语音信号。其是零平均值并且其幅度是|m(t) I ^ 1。参数Α。和f。分别是载波幅度和载波频率。常数Af 是FM调制器的频率偏移，代表FM信号的瞬时频率相对于载波频率f。的最大偏离。此外， 可以示出FM信号x(t)的自相关函数给定为R, (J) = E[x(t + r)i-(OJ :々E
m(u)du
'j
(2)其中第一期望值是在θ和m(t)上，而第二期望值是在m(t)上。余弦函数内的整数项具有2π Af τ的最大值。若干现有无线麦克风仿真模型使用建议的最大频率偏移 32. 6kHz。载波频率f。是MHz量级。例如，使得f。= 3. 26MHz，其是Δ f最大值的100倍。 对于时期τ < lOys，载波频率引起的相位变化是65.2π (32.6个周期)，而在τ = IOys整数项贡献最大值仅大约0.6π。因此，当f。>> Af并且相关延迟τ小时，载波频率支配相位变化并且可以忽略整数项的贡献。基于上面的观察，假定f。>> Δ ·并且τ 小，具有^(T);4-cos{2^rr)
2(3)没有干扰情况下的频谱感测算法假设接收到的模拟信号是r⑴，r(t) =x (t) +w (t)(4)其中w(t)是加性白高斯噪声(AWGN)。模拟信号r (t)由模数转换器(ADC)以采样频率fs采样，即r[n] =r(n/fs)。自相关函数计算为
—(5)其中凡是用于计算RJm]的样本数量。注意在(5)中给出的估计自相关函数由相同数量的滞后积(lag product)的平均计算。这意味着不是所有可用的信号样品都被用于计算估计自相关函数。通过这样做，样品自相关函数RJm]对于不同相关延迟m具有相同方
5差。还将简化阈值设置的公式化。注意估计自相关函数的准确性不被影响，这是因为凡比最大的相关延迟大得多。由于FM信号x(t)和噪声w(t) 二者是零平均值并且它们是独立的，因此接收信号r [η]的自相关函数由这两个信号的自相关函数的总和组成，
权利要求
1.一种频谱感测的方法，包括 对接收信号生成自相关函数；使用匹配滤波器滤波所述自相关输出；通过找到匹配滤波器输出的最大值生成判定统计；以及通过使用所述判定统计指示占用的频谱空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，自相关函数用包括正弦信号的函数近似。
3.一种用于频谱感测的装置，包括处理电路，用于对接收信号生成自相关函数； 匹配滤波器，用于滤波所述自相关输出；判定电路，用于通过找到匹配滤波器输出的最大值生成判定统计；以及检测单元，用于使用所述判定统计指示占用的频谱空间。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，用包括正弦信号的函数近似自相关函数。
5.一种频谱感测的方法，包括 对接收信号生成自相关函数；使用所述自相关输出计算较高阶统计；通过找到所述较高阶统计的最大值生成判定统计；以及通过使用所述判定统计指示占用的频谱空间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过累计自相关函数乘积形成较高阶统计。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，通过包括正弦信号的函数近似较高阶统计。
8.一种用于频谱感测的装置，包括处理电路，用于对接收信号生成自相关函数； 计算电路，用于使用所述自相关输出计算较高阶统计； 判定电路，用于通过找到所述较高阶统计的最大值生成判定统计；以及检测单元，用于使用所述判定统计指示占用的频谱空间。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，计算电路通过累计自相关函数乘积计算较高阶统计。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，计算电路用包括正弦信号的函数近似较高阶统计。
全文摘要
提供FM无线麦克风信号的频谱感测的方法和装置。假如频率偏移比载波频率小得多并且相关延迟小，则开发的频谱感测算法使用FM信号的自相关函数是正弦函数的性质。基于该性质，通过计算接收信号的自相关函数和正弦函数的匹配滤波来设计FM信号的简单频谱感测算法。通过该途径提供的频谱传感器在强相邻信道干扰存在并且信号功率与-114dBm一样低时可以可靠地检测目标信号。
文档编号H04B17/00GK102439880SQ201080022263
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月22日
发明者陈厚昕, 高文 申请人:汤姆森特许公司