用于粗感測模塊的系統、方法及裝置的制作方法

專利名稱：用于粗感測模塊的系統、方法及裝置的制作方法
技術領域：
總的來說，本發明涉及無線通信，更具體地，涉及用于確定射頻(RF)頻譜使用的系統、方法及裝置。
背景技術：
在美國和許多其它國家，如FCC(聯邦通信委員會)的管理團體經常管理并分配射頻頻譜的使用，以實現諸如商業、地方、國家政府的實體以及個人的通信需要。更具體地，FFC為商業或公共事業的實體和個人(“被許可方”)許可許多頻譜段。這些被許可方可具有專有權，以在特定時間量在具體地區利用他們各自被許可的頻譜段。這種許可的頻譜段認為是必須的，以防止或消除與其它源的干擾。然而，如果在特定的時間特定的位置沒有使用特定的頻譜段(“可用頻譜”)，則另一個裝置可以利用這種可用頻譜來進行通信。這種可用頻譜的利用有助于射頻頻譜或其部分更加有效地使用。
先前披露的用于確定可用頻譜的頻譜感測技術已經遇到阻力，這是因為至少兩個原因(1)它們不能在復雜信號格式下起作用或(2)它們要求過高的硬件性能和/或計算功耗。例如，已經披露了一種頻譜感測技術，其中，非相干能量檢測器執行窄帶輸入信號的傅立葉變換(FFT)的計算。FFT提供窄帶輸入信號的頻譜分量，該頻譜分量隨后與預定閾值電平(threshold level)進行比較以檢測有意義的信號接收。然而，未知和改變的噪聲電平會對這個預定閾值電平產生強烈的影響。此外，能量檢測器不能區分調制信號、噪聲和干擾信號之間的差別。因此，其不能在諸如擴展頻譜信號、頻率跳變、以及多載波調制的復雜信號格式下起作用。
作為另一實例，已經披露了循環平穩特征檢測技術，如采用調制信號的循環特征、正弦載波、周期性脈沖序列、重復跳頻圖案、循環字首(cyclic prefix)等的頻譜感測技術。計算頻譜相關功能，以檢測諸如調制類型、符號率、以及干擾存在的信號特點。由于檢測范圍和頻率分辨率是折中的，所以數字系統升級是唯一改善寬帶輸入信號頻譜的檢測分辨率的方法。然而，這種數字系統升級要求過高的硬件性能和計算功耗。此外，靈活或可擴展的(scalable)檢測分辨率在硬件不改變的情況下不可用。
因此，工業上需要一種粗感測模塊，其允許確定頻譜使用，同時使硬件和功耗需求最小化。

發明內容
根據本發明的實施例，提供一種粗感測模塊，其用于檢查可能干擾的射頻(RF)輸入。因此，該存感測模塊可提供頻譜占有率的初始確定。例如，該粗感測模塊可通過包括IS-95、WCDMA、EDGE、GSM、Wi-Fi、Wi-MAX、Zigbee、藍牙、數字TV(ATSC、DVB)等的多種通用和新興無線標準來檢測與通信相關的頻譜占有率。
粗感測模塊可集成為認知無線電的一部分，盡管其它實施例可在其它無線設備和系統中使用粗感測模塊。如本文所描述的，粗感測模塊可實現已知的多分辨率頻譜感測(MRSS)的多分辨率感測特征，盡管也可使用其它可選方式。
根據本發明的實施例，提供了一種射頻(RF)頻譜感測系統。該系統包括小波波形發生器，用于提供多個小波脈沖；乘法器，用于結合小波脈沖和輸入信號，以形成相關信號；積分器，用于接收所生成的相關信號，其中，積分器通過對相關信號進行積分來確定相關值；以及頻譜識別模塊，與積分器進行通信，至少部分地基于相關值來確定可用的頻譜段。
根據本發明的一個方面，可調制多個小波脈沖。經過調制的小波脈沖可由正弦載波信號和包絡信號形成，其中，包絡信號至少部分地確定小波脈沖的寬度和形狀。根據本發明的另一方面，與小波脈沖相關的載波頻率、寬度、形狀中的至少一個可被重新配置。此外，放大輸入信號的放大器還包括激勵放大器。根據本發明的又一方面，相關值被數字化。根據本發明的再一方面，頻譜識別模塊至少部分地基于頻譜使用數據庫(spectrum usage database)來確定可用的頻譜，其中，頻譜使用數據庫包括與一個或多個已知信號類型相關的信息。
根據本發明的另一實施例，提供了一種確定射頻(RF)頻譜使用的方法。該方法包括生成多個小波脈沖；結合小波脈沖和輸入信號以形成相關信號；通過對相關信號進行積分來計算相關值；以及至少部分地基于相關值來確定可用頻譜段。
根據本發明的一個方面，生成多個小波脈沖可包括生成從至少一個Gaussian小波脈沖和Hanning小波脈沖中選取的多個Gaussian小波脈沖。根據本發明的另一方面，生成多個小波脈沖可包括生成多個調制小波脈沖，其中，多個調制小波脈沖包括正弦載波信號和包絡信號。根據本發明的另一方面，包絡信號至少部分地確定小波脈沖的寬度和形狀。此外，該方法還包括重新配置與小波脈沖相關的載波頻率、寬度以及形狀中的至少一個。根據本發明的另一方面，結合小波脈沖和輸入信號可包括將小波脈沖乘以輸入信號。根據本發明的另一方面，結合小波脈沖和輸入信號可包括結合小波脈沖與通過激勵放大器放大的輸入信號。
根據本發明的又一方面，該方法還可包括數字化相關值，其中，確定可用頻譜可包括至少部分地基于經過數字化的相關值來確定可用頻譜段。根據本發明的另一方面，確定可用頻譜段可包括至少部分地基于相關值和頻譜使用數據庫來確定可用頻譜，其中，頻譜使用數據庫包括與一個或多個已知信號類型相關的信息。頻譜使用數據庫可基于從遠程站傳送的信息來更新。
根據本發明的又一實施例，提供了一種射頻(RF)頻譜感測裝置。該裝置包括天線，用于接收輸入信號；小波發生器，提供多個小波脈沖；乘法器，用于結合所接收的輸入信號和小波脈沖，以形成相關信號；以及積分器，用于對相關信號進行積分，以獲得相關值。
根據本發明的一個方面，小波發生器可包括本機振蕩器和包絡信號發生器，其中，包絡信號可確定小波脈沖的寬度和形狀。根據本發明的另一方面，小波發生器可用于形成I-Q調制小波脈沖。根據本發明的又一方面，大于一個或多個閾值的相關值可用于提供頻譜占有率的指示。


現在，將參照附圖用一般術語描述本發明，其中，附圖不需要按比例繪制，在附圖中圖l示出了根據本發明實施例的示例性認知無線電系統的功能性框圖；圖2示出了圖1中認知無線電系統的示例性流程圖；圖3示出了根據本發明實施例的小波脈沖寬度和小波脈沖頻率之間的折中；圖4A示出了根據本發明實施例的示例性多分辨率頻譜感測(MRSS)實施(implementation)的框圖；圖4B示出了根據本發明實施例的可擴展的分辨率控制的實例；圖5A示出了兩調信號(two-tone signal)的波形，以及圖5B示出了根據本發明實施例的將通過MRSS實施進行檢測的對應頻譜；圖6示出了根據本發明實施例的小波脈沖鏈的波形；
圖7A示出了I-Q正弦載波的I分量波形，以及圖7B示出了根據本發明實施例的I-Q正弦載波的Q分量波形；圖8A示出了根據本發明實施例的利用I-Q正弦載波的I分量從小波發生器獲得的調制小波脈沖；圖8B示出了根據本發明實施例的利用I-Q正弦載波的Q分量從小波發生器獲得的調制小波脈沖；圖9A示出了根據本發明實施例的具有I-Q正弦載波的I分量的輸入信號的相關輸出信號波形；圖9B示出了根據本發明實施例的具有I-Q正弦載波的Q分量的輸入信號的相關輸出信號波形；圖10A示出了根據本發明實施例的在給定間隔內對于具有I-Q正弦載波的I分量的相關值，通過積分器和模數轉換器所獲得的采樣值；圖10B示出了根據本發明實施例的在給定間隔內對于具有I-Q正弦載波的Q分量的相關值，通過積分器和模數轉換器所獲得的采樣值；圖11示出了根據本發明實施例的由MAC模塊中的頻譜識別模塊所檢測到的示例性頻譜形狀；圖12至圖17示出了根據本發明實施例的由MRSS實施所檢測到的各種信號格式的仿真；圖18示出了根據本發明實施例的粗感測模塊的示例性電路圖；
圖19示出了根據本發明實施例的使用AAC功能的示例性細感測技術的功能性框圖；圖20A示出了根據本發明實施例的前導碼所跟隨的示例性數據OFDM符號；圖20B示出了根據本發明實施例的將利用AAC實施檢測的輸入IEEE802.11a信號的頻譜；圖21A示出了輸入IEEE802.11a信號，以及圖21B示出了根據本發明實施例的經過延遲的IEEE802.11a信號；圖22示出了根據本發明實施例的原始輸入信號和經過延遲的信號之間的相關波形；圖23示出了根據本發明實施例的通過積分器生成的波形；以及圖24示出了根據本發明實施例的頻率敏捷式無線電前端的示例性結構。
具體實施例方式
以下，將參照附圖更加全面地描述本發明，在附圖中示出一些但不是所有的實施例。當然，這些發明可以許多不同的形式實施，并不限于本文所描述的實施例，相反，提供這些實施例使得本公開滿足可應用的法律要求。通篇中相同的標號表示相同的元件。
本發明的實施例涉及用于采用有限頻譜源的認知無線電系統、方法及裝置。認知無線電可允許超過覆蓋多個移動通信協議和標準的寬頻范圍的協議/或機會頻譜共享。根據本發明，認知無線電的實施例能夠智能地檢測無線電頻譜中頻段的使用以及迅速地利用任何臨時不用的頻譜段，而不干擾其它授權用戶之間的通信。這些認知無線電的使用允許多機種無線網絡(例如，使用不同的通信協議、頻率等)彼此共存。這些無線網絡可包括蜂窩網絡、無線個域網(PAN)、無線局域網(LAN)、以及無線城域網(MAN)。這些無線網絡還可與包括數字TV網絡的電視網絡共存。對本領域的技術人員來說，根據本發明可利用其它類型的網絡。
A.認知無線電的系統概述圖1示出了根據本發明實施例的示例性認知無線電系統的功能性框圖。具體地，圖1示出了認知無線電100，其包括天線116、發射/接收轉換器114、無線電前端108、模擬寬帶頻譜感測模塊102、模數轉換器118、信號處理模塊126、以及媒體訪問控制(MAC)模塊124。
在結合圖2的流程圖描述的圖1的認知無線電系統運行期間，可通過天線116接收射頻(RF)輸入信號。在本發明的示例性實施例中，天線116可為超過可能從幾兆赫茲(MHz)至幾吉赫茲(GHz)范圍的寬頻范圍仍可操作的寬帶天線。由天線116接收的輸入信號可被傳送，或通過發射/接收轉換器114提供給模擬寬帶頻譜感測模塊102(塊202)。頻譜感測模塊可包括粗感測模塊104和細感測模塊106中的一個或兩個。如它們的名字所表示的，粗感測模塊104可檢測可疑頻譜段(例如，可能利用的頻譜段)的出現或存在，而細感測模塊106可詳核或分析所檢測的可疑頻譜段，以確定其中利用的具體信號類型和/或調制方案。
重新參照圖2，粗感測模塊104可首先確定所接收的輸入信號的頻譜占有率(塊204)。頻譜占有率信息可通過模數(A/D)轉換器118從模擬形式轉換為數字形式，在本發明的示例性實施例中，模數轉換器118可為低速A/D轉換器(ADC)。由A/D轉換器118提供的數字頻譜占有率信息可由媒體訪問控制(MAC)模塊124中的頻譜識別模塊120來接收。頻譜識別模塊120可對數字頻譜占有率信息執行一種或多種計算，以識別一個或多個頻譜段當前是否正在使用或是否被別人占用。頻譜識別模塊120可以硬件、軟件、或它們的結合來實施。
在一些情況下，基于所識別的頻譜段，MAC模塊124可請求更加精確地搜索頻譜占有率(塊206)。在這種情況下，細感測模塊106可用于識別在頻譜占有率的至少一部分中所利用的具體信號類型和/或調制方案(塊208)。然后，可通過A/D轉換器118數字化識別信號類型和/或調制方案的信息，然后將其提供給頻譜識別模塊120。關于信號類型和/或調制方案的信息必須確定在所檢測的可疑頻譜段內的干擾的影響。
根據本發明的實施例，頻譜識別模塊120可將來自粗感測模塊104和/或細感測模塊106的信息與頻譜使用數據庫進行比較(塊210)，以確定可用的(例如，沒被占用的或安全的)頻譜槽(spectrumslot)(塊212)。頻譜使用數據庫可包括關于已知信號類型、調制方案、以及相關頻率的信息。類似地，頻譜使用數據庫可包括一個或多個用于確定來自粗感測模塊104和/或細感測模塊106的信息是否表示一個或多個占用頻譜的閾值。根據本發明的示例性實施例，可基于從外部源接收的信息來更新頻譜使用數據庫，外部源包括周期廣播形式基站或其它遠程站、可移動信息存儲(例如，可移動芯片、存儲器等)、互聯網存儲庫。可選地，可基于內部的或基于可包括試驗和誤差、測試結構、統計計算等的適應學習技術來更新頻譜使用數據庫。
由頻譜識別模塊120確定的感測結果可報告給MAC模塊124的控制器(例如，頻譜分配模塊)，并請求特定頻譜使用的許可(塊214)。根據控制器的批準，MAC模塊124的重新配置塊可將重新配置信息通過信號處理模塊126提供給無線電前端108(塊218)。在本發明的示例性實施例中，無線電前端108可被重新配置成在不同的頻率下運行(“頻率敏捷式”)，其中，特定頻率或多個頻率可取決于由認知無線電100選擇的通信所用的頻譜段。與頻率敏捷前端108相結合，使用適應調制和干擾消除技術，處理模塊126(在示例性實施例中可為物理層信號處理塊)可增強認知無線電100的性能。
在不背離本發明的情況下，對認知無線電100可作出許多修改。在可選實施例中，天線116可包括至少兩個天線。第一天線可用于無線電前端108，以及第二天線可用于頻譜感測模塊102。根據示例性實施例，至少兩個天線的使用可去除無線電前端108和頻譜感測模塊102之間的發射/接收轉換器114的必要性。然而，在本發明的另一實施例中，在無線電前端108的發射機110和接收機112之間仍然需要發射/接收轉換器114。此外，即使在無線電前端108和信號處理模塊126沒有運行或處于待機狀態的情況下，頻譜感測模塊102、A/D轉換器118、MAC模塊124仍可維持運行。這樣可減小認知無線電100的功耗，同時仍然允許認知無線電100確定頻譜占有率。
已經大體上描述了認知無線電100，下面將更加詳細地描述認知無線電100的部件的運行。
B.頻譜感測部件仍然參照圖1，根據本發明的示例性實施例，頻譜感測模塊102可包括粗感測模塊104和細感測模塊106。然而，如果需要，本發明的其它實施例可只利用頻譜感測模塊102或粗感測模塊104中的一個。此外，盡管示出頻譜感測模塊102作為示例性認知無線電100的部件，但是這種頻譜感測模塊102可配備在不同的裝置中，以及用作用于確定可選應用中可用頻譜的有效方法。這些可選應用可包括無線個域網(PAN)、無線局域網(LAN)、無線電話、蜂窩式電話、數字電視、移動電視、以及全球定位系統。
現在，參照圖1中的頻譜感測模塊102，頻譜感測模塊102可包括粗感測模塊104和細感測模塊106，它們可被同時使用，以通過MAC模塊124增強頻譜檢測性能的精確度。此外，根據本發明的實施例，頻譜感測模塊102可在可提供若干特征的模擬域(analogdomain)中實施。例如，在模擬域中實施的這種頻譜感測模塊102可提供寬帶頻率范圍的快速檢測、低功耗、以及低硬件復雜度。下面，將更加詳細地描述頻譜感測模塊102的粗感測模塊104和細感測模塊106。
1.粗感測模塊根據本發明的示例性實施例，粗感測模塊104可利用提供所知的多分辨率頻譜感測(MRSS)的多分辨率感測特征的小波變換。通過粗感測模塊104的MRSS的使用可允許靈活的檢測分辨率，而不要求增加硬件負荷。
通過MRSS，可將小波變換應用于給定時間變量的信號，以確定給定的時間變量信號和作為小波變換基礎(例如，小波脈沖)的功能之間的相關性。根據本發明的實施例，所確定的相關性可為已知的小波變換系數，其可以模擬的形式確定。根據本發明的實施例，上述作為通過MRSS所應用的小波轉換基礎的小波脈沖可能通過MAC模塊124被改變或配置。具體地，用于小波轉換的小波脈沖可在帶寬、載波頻率、和/或周期上進行改變。通過改變小波脈沖帶寬、載波頻率、和/或周期，通過給定信號的小波轉換系數提供的光譜含量可用可擴展的分辨率或多分辨率表示。例如，根據本發明的示例性實施例，通過在特定間隔內維持小波脈沖寬度和/或載波頻率之后改變它們，小波變換系數可提供對時間變量信號的光譜含量的分析。類似地，根據本發明的示例性實施例，可配置小波脈沖的形狀。
a.小波脈沖選擇現在，將更加詳細地描述在MRSS中使用的合適的小波脈沖的選擇，尤其是小波脈沖的寬度和載波頻率。圖3示出了當選擇合適的小波脈沖時可能考慮的小波脈沖寬度(Wt)302和小波脈沖頻率(Wf)304(例如，本文中也稱為“分辨率帶寬”)之間的折中。換句話說，隨著小波脈沖寬度302增加，小波脈沖頻率304通常減小。如圖3所示，小波脈沖寬度302可與小波脈沖頻率304成反比。
根據本發明的實施例，可將不確定性不等式(uncertaintyinequality)應用于小波脈沖寬度(Wt)302和分辨率帶寬(Wf)304的選擇。通常，不確定性不等式提供用于特定類型小波脈沖的小波脈沖寬度(Wt)302和分辨率帶寬(Wf)304的界限。在小波脈沖寬度(Wt)302和分辨率帶寬(Wf)304的乘積可能大于或等于0.5(即，Wt×Wf≥0.5)的情況下，可使用不確定性不等式。在小波脈沖為Gaussian小波脈沖的情況下，可達到相等。因此，根據不確定性不等式，對于Gaussian小波脈沖，小波脈沖寬度(Wt)302和分辨率帶寬(Wf)304可被選作使用在小波變換中，使得它們的乘積等于0.5。
盡管在上面描述了示例性實施例的Gaussian小波脈沖，但是也可利用其它形狀的小波脈沖，包括Hanning、Haar、Daubechies、Symlets、Coifets、Bior Spline、Reverse Bior、Meyer、DMeyer、Mexicanhat、Morlet、Complex Gaussian、Shannon、Frequency B-Spline、以及Complex Morlet wavelet families。
b.MRSS實施的框4A示出了包括粗感測模塊104的示例性多分辨率頻譜感測(MRSS)實施的框圖。具體地，粗感測模塊可接收來自天線116的時間變量RF輸入信號x(t)。根據本發明的示例性實施例，在提供給粗感測模塊104之前，該RF輸入信號x(t)可通過放大器402放大。例如，放大器402可為激勵驅動器，其可用于提供超過寬頻率范圍的一致增益。
參照圖4A的粗感測模塊104，粗感測模塊104可由模擬小波波形發生器404、模擬乘法器406、模擬積分器408、以及定時鐘410組成。定時鐘410可提供小波發生器404和模擬積分器408所使用的定時信號。根據本發明的示例性實施例，可在模擬積分器408的輸出處提供模擬相關值，其又可提供給可為低速的模數轉換器(ADC)118。在ADC118的輸出端的數字化的相關值可提供給媒介訪問控制(MAC)模塊124。
仍然參照圖4A，粗感測模塊104的小波發生器404可用于生成小波脈沖v(t)鏈，其被調制以形成調制的小波脈沖w(t)鏈。例如，小波脈沖v(t)鏈可用具有給定本機振蕩器(LO)頻率的I和Q正弦載波FLO(t)進行調制。通過I和Q正弦載波FLO(t)，I分量信號可與Q分量信號幅度相同但存在90度的相位差。隨后，可通過模擬乘法器406將由小波發生器404輸出的調制的小波脈沖w(t)鏈乘以時間變量輸入信號x(t)或與其結合，以形成輸出至模擬積分器408的模擬相關輸出信號z(t)。模擬積分器408確定并輸出模擬相關值y(t)。
在模擬積分器408的輸出處的這些模擬相關值y(t)與具有基于上述脈寬和分辨率帶寬的給定光譜寬度的小波脈沖v(t)相關聯。重新參照圖4中的粗感測模塊104，使用I和Q正弦載波FLO(t)對小波脈沖v(t)進行調制，以形成調制的小波脈沖w(t)。隨后可掃描或調節I和Q正弦載波FLO(t)的本機振蕩器(LO)頻率。通過掃描I和Q正弦載波FLO(t)，可在超出光譜范圍(具體地，超出所關心的光譜范圍)的模擬相關值y(t)中檢測時間變量輸入信號x(t)內的信號能量幅度和頻率值，從而提供可擴展的分辨率。
例如，通過應用窄小波脈沖v(t)和LO頻率FLO(t)的大調諧步長，根據本發明實施例的MRSS實施可以快速和稀疏的方式檢查非常寬的頻譜范圍。相反，利用寬小波脈沖v(t)和LO頻率FLO(t)的精調可實現非常精確的頻譜搜索。此外，根據本發明的示例性實施例，由于窗信號(window signal)(例如，調制的小波脈沖w(t))的帶通濾波效應，該MRSS實施可不要求任何用于圖像載波抑制(image reiection)的有源濾波器。類似地，可使這種MRSS實施的硬件負荷(包括高功耗數字硬件負荷)最小化。圖4B示出了使用小波脈沖W(ω)在頻率域中的這種可擴展的分辨率控制的實例。具體地，圖4B示出了輸入信號X(ω)可與具有變化的分辨率帶寬的小波脈沖W(ω)相乘，以實現各種輸出相關值Y(ω)的可擴展的分辨率控制。
重新參照圖4A，一旦由模擬積分器408生成模擬相關值y(t)，則可通過模數轉換器118數字化相關值y(t)的幅度并提供給MAC模塊124。更具體地，可通過模數轉換器118數字化與小波波形的I和Q分量中的每一個相關的合成模擬相關值y(t)，并且它們的幅度由MAC模塊124記錄。根據本發明的實施例，如果幅度大于特定的閾值電平，則感測方案或利用MAC模塊124中的頻譜識別模塊120可確定有意義的干擾接收(例如，具體檢測到的頻譜占有率)。
c.MRSS實施的仿真現在將根據幾個計算機仿真描述根據本發明實施例的多分辨率頻譜感測(MRSS)實施。具體地，使用兩調(two-tone)信號x(t)執行計算機仿真，其中，在相同幅度但在不同的頻率下設置每個音調(tone)。具有不同頻率和相位的兩個音調信號可表示為x(t)＝A1cos(ω1t+θ1)+A2cos(ω2t+θ2)。圖5A示出了兩調信號x(t)的波形，以及圖5B示出了根據本發明實施例的將通過MRSS實施進行檢測的對應頻譜。
根據示例性仿真的MRSS實施，用于該示例性仿真的MRSS實施的Hanning窗函數(例如，Wt×Wf＝0.513)被選擇作為小波窗函數，其中，小波窗函數限制小波脈沖v(t)的小波脈沖寬度Wt和分辨率帶寬Wf的選擇。Hanning窗函數使用在該仿真中，因為其根據實際實施的相對簡單性。上述Wt*Wf＝0.513的不確定性不等式可從用于下面示出的Hanning小波脈沖的小波脈沖寬度(Wt)302和小波脈沖頻率(Wf)304的計算中得到Wt2=1E∫-∞∞t2v2(t)dt]]>Wf2=12πE∫-∞∞ω2|V(jω)|2dω]]>=1E∫-π/ωpπ/ωpt2[1+cos(ωpt)]2dt]]>=12πE∫-∞∞ω2|ωp2ω(ωp2-ω2)sin(ωπωp)|2dω]]>=2π2-156ωp2]]>=ωp23]]>圖6示出了示例性小波脈沖v(t)鏈的波形。因此，在本發明的示例性實施例中，可通過調制具有由小波脈沖v(t)鏈組成的窗信號的I和Q正弦載波FLO(t)通過小波發生器404獲得調制脈沖w(t)鏈。具體地，可通過w(t)＝v(t)·fLO(t)獲得調制脈沖w(t)，其中，v(t)＝1+mcos(ωpt+θp)以及fLO(t)=Σk=1kcos(kωLOt+Φ),]]>Φ＝0或90°。圖7A示出了I-Q正弦載波FLO(t)的I分量的波形，以及圖7B示出了I-Q正弦載波FLO(t)的Q分量的波形。圖8A示出了利用I-Q正弦載波FLO(t)的I分量從小波發生器404中獲得的調制小波脈沖w(t)。類似地，圖8B示出了利用I-Q正弦載波FLO(t)的Q分量從小波發生器404中獲得的調制小波脈沖w(t)。
然后，如圖9A和圖9B所示，通過模擬乘法器406將每個調制脈沖w(t)乘以時間變量信號x(t)，以生成合成模擬相關輸出信號z(t)。具體地，圖9A示出了對于具有I-Q正弦載波FLO(t)的I分量的輸入信號x(t)的相關輸出信號z(t)的波形，以及圖9B示出了對于具有I-Q正弦載波FLO(t)的Q分量的輸入信號x(t)的相關輸出信號z(t)的波形。然后，通過模擬積分器408對圖9A和圖9B中的合成波形進行積分，以獲得對于具有小波波形w(t)的I分量和Q分量的輸入信號x(t)的相關值y(t)。
然后，相關值y(t)通過模擬積分器408被積分，以及通過模數轉換器118被采樣。圖10A示出了在給定的間隔內對于這些具有小波波形w(t)的I分量的相關值y(t)，由模數轉換器118提供的采樣值yI。圖10B示出了在給定的間隔內對于具有小波波形w(t)的Q分量的相關值y(t)，通過模擬積分器408和模數轉換器118所獲得的采樣值yQ。然后，如根據本發明示例性實施例的|y|=yI2(t)+yQ2(t)]]>中所示，MAC模塊124或其頻譜識別模塊120通過對這些值(yI和yQ)取平方根來計算這些采樣值的大小。在圖11中示出由MAC模塊124中的頻譜識別模塊120所檢測的頻譜形狀。如圖11所示，所檢測到的頻譜形狀與圖5B中所示的期望頻譜很好的匹配，從而表示較好的檢測和期望頻譜的識別。
圖12至圖17示出了根據本發明實施例的通過示例性MRSS實施所檢測的各種信號格式的仿真。這些信號格式可包括GSM、EDGE、無線麥克風(FM)、ATDC(VSB)、3G蜂窩-WCDMA、IEEE802.11a-WLAN(OFDM)。具體地，圖12A示出了GSM信號的頻譜，以及圖12B示出了對應的檢測信號頻譜。類似地，圖13A示出了EDGE信號的頻譜，以及圖13B示出了對應的檢測信號頻譜。圖14A示出了無線麥克風(FM)信號的頻譜，以及圖14B示出了對應的檢測信號頻譜。圖15A示出了ATDC(VSB)信號的頻譜，以及圖15B示出了對應的檢測信號頻譜。圖16A示出了3G蜂窩(WCDMA)信號的頻譜，以及圖16B示出了對應的檢測信號頻譜。圖17A示出了IEEE802.11a-WLAN(OFDM)信號的頻譜，以及圖17B示出了對應的檢測信號頻譜。本領域的技術人員應該理解，根據本發明實施例的實施，可根據MRSS實施檢測其它信號格式。
d.粗感測塊的電路圖在圖18中示出了圖4中所示的粗感測模塊104的示例性電路圖。更具體地，圖18示出了小波發生器454、乘法器456a和456b、以及積分器458a和458b。小波發生器454可由小波脈沖發生器460、本機振蕩器(LO)462、移相器464(例如，90°移相器)、以及乘法器466a和466b組成。小波脈沖發生器460可提供確定小波脈沖v(t)的寬度和/或形狀的包絡信號。使用乘法器466a，將小波脈沖v(t)乘以由LO462提供的LO頻率的1分量，以生成I分量調制小波脈沖w(t)。類似地，使用乘法器466b，將小波脈沖v(t)乘以由移相器464移相90°的LO頻率的Q分量，以生成Q分量調制小波脈沖w(t)。
然后，通過各自的乘法器456a和456b將調制小波脈沖w(t)的各個I分量和Q分量相乘，以生成各自的相關輸出信號zI(t)和zQ(t)。然后，通過各自的積分器458a和458b對相關輸出信號zI(t)和zQ(t)進行積分，以生成各自的相關值yI(t)和yQ(t)。雖然圖18示出了具體的實施例，但是本領域的技術人員應該理解，可以對圖18中的電路圖作出許多變化。
2.細感測模塊根據本發明的示例性實施例，圖1中的細感測模塊106可用于識別每個可疑調制格式或幀結構所特有的輸入信號的周期特征。這些周期特征可包括正弦載波、周期性脈沖序列、循環字首、以及前導碼。更具體地，細感測模塊106可實現用于識別輸入信號的這些周期特征的一個或多個相關函數。所識別的輸入信號可具有在包括IS-95、WCDMA、EDGE、GSM、Wi-Fi、Wi-MAX、Zigbee、藍牙、數字TV(ATSC、DVB)等的通用和新興無線標準中所采用的各種復雜信號格式。
根據本發明的實施例，細感測模塊106所實施的相關函數可為模擬自相關(AAC)函數。AAC函數可得到兩個信號之間的相似性(即，相關性)量。換句話說，相同波形之間的相關性產生最大值。然而，因為數據調制波形具有隨機特征(因為基礎的原始信號包括隨機值)，所以可忽略周期信號波形和數據調制信號波形之間的相關性。相反，給定信號的周期特征(例如，調制格式或幀結構)具有較高的相關性，其可被AAC函數利用作為特定信號類型的標記(signature)。在細感測模塊106中由AAC函數所識別的特定信號類型可提供給信號處理模塊126，用于消除干擾影響。
a.AAC實施的框19示出了根據本發明實施例的利用AAC函數的示例性細感測模塊106的功能性框圖。具體地，細感測模塊106可包括模擬延遲模塊502、模擬乘法器504、模擬積分器506、以及比較器508。根據本發明的實施例，在細感測模塊106的輸出處提供的模擬相關值可通過可為低速的模數轉換器118被數字化。
現在，參照圖19的細感測模塊106，來自天線116的輸入RF信號x(t)通過模擬延遲模塊502被延遲特定延遲值Td。對于每種周期信號格式，由模擬延遲模塊502提供的延遲值Td可以是預定和唯一的。例如，IEEE802.11a-WLAN(OFDM)信號可與第一延遲值Td1相關聯，而3G蜂窩(WCDMA)信號可與不同于第一延遲值Td1的第二延遲值Td2相關聯。
可利用模擬乘法器504通過將兩個信號(原始輸入信號x(t)和延遲信號x(t-Td))相乘或結合，來執行原始輸入信號x(t)和延遲信號x(t-Td)之間的模擬相關，以形成相關信號。然后，通過模擬積分器506對相關信號進行積分，以生成相關值。根據本發明的示例性實施例，模擬積分器506可為滑動窗(sliding-window)積分器。當來自積分器506的相關值大于如由比較器508所確定的特定閾值時，原始輸入信號的特定信號類型可被MAC模塊124的頻譜識別模塊120所識別。根據本發明的實施例，可為每種信號類型預定閾值。這些信號類型可包括IS-95、WCDMA、EDGE、GSM、Wi-Fi、Wi-MAX、Zigbee、藍牙、數字TV(ATSC、DVB)等。
因為圖19中的示例性AAC實施處理模擬域中的所有信號，所以不僅可允許實時操作而且實現低功耗。通過應用延遲Td并由此對輸入信號取相關，可實現盲檢測，而不需要任何已知的參考信號。這種盲檢測可顯著地減小用于參考信號恢復的硬件負擔和/或功耗。此外，根據本發明的實施例，當連同上述MRSS實施一起提供時，圖19中的AAC實施可增強頻譜感測性能。具體地，一旦MRSS實施檢測可疑干擾信號的接收時，AAC實施可檢查信號并基于其標記來識別其特定信號類型。
b.AAC實施的仿真根據本發明的實施例，圖19的AAC實施可對多種信號類型進行仿真。作為實例，IEEE802.11a-OFDM(正交分頻復用)信號可經常在幀結構的開頭具有同步前導碼(synchronization preamble)。為了簡單，如圖20A所示，只有一個示例性數據OFDM符號522可跟有示例性前導碼(preamble)551。圖20B示出了根據本發明實施例的將通過AAC實施所檢測的IEEE802.11a信號的頻譜。
圖21A示出了輸入IEEE802.11a信號x(t)，以及圖21B示出了延遲的IEEE802.11a信號x(t-Td)。圖22示出了如在乘法器504的輸出端所提供的原始輸入信號x(t)和延遲信號x(t-Td)之間的相關性的波形。圖22中所示的合成相關波形可具有前導碼551的連續正值554。如圖23所示的積分器506的結果可具有位于IEEE802.11a幀結構內的前導碼551的峰值602、604。同時，調制數據符號552的相關性具有隨機值556，其在被模擬積分器506積分之后被忽略。通過利用比較器508比較預定閾值Vth與圖23所示的合成波形，圖19中的示例性AAC實施可確定IEEE802.11a-OFDM信號的接收。
可以對圖19中描述的AAC實施進行許多修改。在可選實施例中，在通過比較器508執行與閾值Vth的比較之前，積分器506的輸出可被模數轉換器118數字化。當在一個實施例中粗感測模塊104和細感測模塊106之間可共享模數轉換器118時，在其它實施例中可為粗感測模塊104和細感測模塊106分別提供單獨的模數轉換器。類似地，細感測模塊106的乘法器504和積分器506可與粗感測模塊104中的乘法器406和積分器408相同或不同。對本領域的技術人員來說可作出許多其它改變。
c.信號處理塊重新參照圖1，根據本發明的示例性實施例，披露了可為物理層塊的信號處理模塊126。信號處理模塊126可提供基帶處理，該基帶處理包括一種或多種調制和解調方案的處理。此外，或許基于任何所識別的干擾信號，信號處理模塊126還可提供干擾消除。此外，或許至少部分地基于可用頻譜，信號處理模塊126可用于重新配置包括發射機110和/或接收機112的無線電前端。例如，信號處理塊可調節用于發射機110的發射功率控制或調諧用于接收機112的濾波器，以在特定的頻率范圍內運行。本領域的技術人員可容易理解，如果需要或者期望，可通過信號處理模塊126提供其它基帶處理。
d.頻率敏捷性無線電前端圖24示出了根據本發明實施例的頻率敏捷式無線電前端108的示例性結構。具體地，無線電前端108的接收部分可包括一個或多個可調濾波器702、寬帶接收機704、以及一個或多個低通濾波器706。根據本發明的示例性實施例，可調濾波器702可包括小波發生器和乘法器。如果需要，寬帶接收機704可包括一個或多個頻率級和一個或多個下變頻器。此外，無線電前端108的發射部分可包括一個或多個低通濾波器708、寬帶發射機710、以及一個或多個功率放大器712。如果需要，寬帶發射機710還可包括一個或多個頻率級和一個或多個下變頻器。此外，寬帶接收機704和發射機710可與可調信號發生器714進行通信。本領域的技術人員應該理解，在不背離本發明實施例的情況下，無線電前端108的部件可進行改變。
如前面參照圖1和圖2所述，MAC模塊124處理來自頻譜感測模塊102的數字化數據(例如，通過ADC)，以為安全的(例如，未占用的或無干擾的)認知無線電100鏈分配可用頻譜。此外，MAC模塊124將重新配置控制信號提供給無線電前端108，用于分配頻率中的最優無線電連接。然后，無線電前端108根據其頻率敏捷性操作將運行RF頻率改變為對應頻率值。更具體地，可調濾波器702和可調信號發生器714的一個或兩個可改變它們的運行頻率，以選擇對應頻率域內的信號。同時，基于MAC模塊124控制信息，PHY信號處理模塊126可利用適應調制和干擾消除技術增強連接性能。
對于具有在前面的描述和相關附圖中所呈現的技術優點的這些發明，本領域的技術人員可想到本文闡述的實施例的許多修改和其它實施例。因此，應該理解，本發明不用于限制所披露的特定實施例，所以，各種修改和其它實施例應該在所附權利要求的范圍內。雖然本文使用了具體的術語，但是它們僅是一般和描述性的，而不是用于限制的目的。
權利要求
1.一種射頻(RF)頻譜感測系統，包括小波波形發生器，用于提供多個小波脈沖；乘法器，將所述小波脈沖和輸入信號結合，以形成相關信號；積分器，接收所述相關信號，其中，所述積分器通過對所述相關信號進行積分來確定相關值；以及頻譜識別模塊，與所述積分器進行通信，至少部分地基于所述相關值來確定可用頻譜段。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，調制所述多個小波脈沖。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述調制的多個小波脈沖包括正弦載波信號和包絡信號，其中，所述包絡信號至少部分地確定所述小波脈沖的寬度和形狀。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，重新配置與所述小波脈沖相關的載波頻率、寬度、形狀中的至少一個。
5.根據權利要求1所述的系統，還包括激勵放大器，其中，放大器放大所述輸入信號。
6.根據權利要求1所述的系統，所述相關值被數字化。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述頻譜識別模塊至少部分地基于頻譜使用數據庫來確定所述可用頻譜，其中，所述頻譜使用數據庫包括與一個或多個已知信號類型相關的信息。
8.一種射頻(RF)頻譜使用的確定方法，包括生成多個小波脈沖；將所述小波脈沖和輸入信號結合，以形成相關信號；通過對所述相關信號進行積分來計算相關值；以及至少部分地基于所述相關值來確定可用頻譜段。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，生成多個小波脈沖包括生成從多個Gaussian小波脈沖和多個Hanning小波脈沖中的至少一個中選取的多個小波脈沖。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，生成多個小波脈沖包括生成多個調制小波脈沖，其中，所述多個調制小波脈沖包括正弦載波信號和包絡信號。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述包絡信號至少部分地確定所述小波脈沖的寬度和形狀。
12.根據權利要求8所述的方法，還包括重新配置與所述小波脈沖相關的載波頻率、寬度以及形狀中的至少一個。
13.根據權利要求8所述的方法，其中，將所述小波脈沖和輸入信號結合包括將所述小波脈沖乘以所述輸入信號。
14.根據權利要求8所述的方法，其中，將所述小波脈沖和輸入信號結合包括將所述小波脈沖和通過激勵放大器放大的所述輸入信號結合。
15.根據權利要求8所述的方法，還包括數字化所述相關值，其中，確定所述可用頻譜包括至少部分地基于數字化的所述相關值來確定所述可用頻譜段。
16.根據權利要求8所述的方法，其中，確定可用頻譜段包括至少部分地基于所述相關值和頻譜數據數據庫來確定所述可用頻譜，其中，所述頻譜使用數據庫包括與一個或多個已知信號類型相關的信息。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，基于從遠程站傳送的信息來更新所述頻譜使用數據庫。
18.一種射頻(RF)頻譜感測裝置，包括天線，用于接收輸入信號；小波發生器，提供多個小波脈沖；乘法器，用于將所述輸入信號和所述小波脈沖結合，以形成相關信號；以及積分器，用于對所述相關信號進行積分，以計算相關值。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述小波發生器包括本機振蕩器和用于生成包絡信號的發生器。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述包絡信號確定所述小波脈沖的寬度和形狀。
21.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述小波發生器用于形成I-Q調制小波脈沖。
22.根據權利要求18所述的裝置，其中，大于一個或多個閾值的所述相關值用于提供頻譜占有率的指示。
全文摘要
本發明提供了用于粗感測模塊的系統、方法及方法，粗感測模塊用于提供頻譜占有率的初始確定。粗感測模塊可包括提供多個小波脈沖的小波波形發生器、以及將小波脈沖與輸入信號結合以形成相關信號的乘法器。粗感測模塊還可包括積分器，從乘法器接收所生成的相關信號，其中，積分器通過對相關信號進行積分來確定相關值；以及頻譜識別模塊，與積分器進行通信，其至少部分地基于相關值來確定可用頻譜段。此外，頻譜識別模塊可通過利用來自頻譜使用數據庫的信息來確定可用頻譜段，其中，頻譜使用數據庫包括與一個或多個已知信號類型相關的信息。
文檔編號H04B7/26GK1953356SQ20061015284
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月20日 優先權日2005年10月21日
發明者禹王命, 李彰浩, 李貞碩, 金學善 申請人:三星電機株式會社