CN101155423A

CN101155423A - 频谱感知算法和方法

Info

Publication number: CN101155423A
Application number: CNA2007101514248A
Authority: CN
Inventors: 许荣植; 李彰浩; 李贞奭; 金起弘; 金学善
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: FI20075665L; KR20080029917A; US7860197B2; CN101155423B; FI20075665A0; FR2906657B1; DE102007046595A1; DE102007046595A8; GB2442571A; FR2906657A1; KR100978652B1; GB2442571B; US20080080604A1; GB0719063D0

Abstract

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。

Description

频谱感知算法和方法

相关申请

本申请要求于2006年9月29日提交的题为“Spectrum-SensingAlgorithms and Methods”的美国临时申请第60/827,597号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及感知无线电应用，更具体地，涉及频谱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)的管制机构经常调整无线电频谱的使用，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谱段。这些许可可以授予这些组织和个人(“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，这些许可的频谱段被认为是必须的。然而，如果在特定区域处在特定时间没有使用特定的频谱段(“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)被看作是对无线电频谱的当前低使用率或使用不足的一种解决方案。这种技术通过使无线电的操作特性适合于环境的实时条件而将实现灵活、有效、和可靠地频谱应用。CR具有以智能的方式利用大量未使用频谱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。可以通过无线电技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技术(例如，宽带频谱感测、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系统中的频谱感知算法和方法，来以有效和准确的方式找出未被占用的频谱段。这些频谱感知算法和方法的限制可包括原始频谱用户没有为CR用户提供任何频谱使用信息。

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机。因此，频谱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接收机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检测或感知频谱所消耗的时间应该最小化。换句话说，应该通过频谱感知算法和方法来最小化感知时间，以提高总频谱效率。因此，在工业中需要CR系统中的频谱感知算法和方法，来以有效和准确的方式找出未被占用的频谱段。

发明内容

根据本发明的实施例，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。该频谱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。根据本发明实施例的频谱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)最终决策阶段。本发明的其他实施例可以包括三个阶段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双测试方法(即，频道功率测试和波峰数测试)，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，可以根据本发明的其他实施例来利用模式特定平均选项，来最小化总感知时间。

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。

根据本发明的另一示例性实施例，提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)频谱，以及使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。该方法还将包括使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，细扫描阶段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频道的标志。

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。

附图说明

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冲宽度的示例性小波波形w₁(t)和w₂(t)；

图1B示出了根据本发明示例性实施例的图1A的相应频谱；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3B示出了根据本发明示例性实施例的稀疏方式的频谱检测；

图3C示出了根据本发明示例性实施例的精确方式的频谱检测；

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示出了根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程的示例性流程图；

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程的更详细的流程图；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提供在感知无线电中用来开发有限的频谱资源的频谱感知算法和方法。感知无线电将允许协议频谱(negotiated spectrum)和/或伺机频谱(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谱中频段的使用，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彼此共存。这些无线网络可包括蜂窝网络、无线个人局域网(PAN)、无线局域网(LAN)、和无线城域网(MAN)。这些无线网络还可以与电视网共存。在本发明的其他实施例中可以利用其他类型的网络。

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模块可利用小波变化，这可以被称作多分辨率频谱扫描。

用于感知无线电的频谱感知模块的MRSS的使用将允许得到灵活的检测分辨率而无需要求增加硬件负担。

在MRSS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，其最初可以以模拟形式来确定。根据本发明的实施例，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冲的带宽、载频、和/或时间周期。通过调整小波脉冲的宽度和/或载频，可以以可缩放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，通过在将小波脉冲宽度和小波脉冲的载频保持在一定时间间隔中之后改变它们，小波变换可以提供时变信号的频谱内容的分析。

a.小波脉冲选择

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。

根据本发明的实施例，可以改变用作小波变换的基函数的小波脉冲。具体地，根据本发明的示例性实施例，用于小波脉冲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)。通过调整小波脉冲的宽度和载频，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w₁(t)和w₂(t)的两个实例。图1B示出了根据本发明示例性实施例的具有不同分辨率带宽的图1A的相应频谱。

b.MRSS装置的方框图

图2示出了根据本发明实施例的MRSS前端(front-end)装置200的方框图。根据本发明的实施例，MRSS前端装置200可以包括模拟小波波形发生器204、模拟乘法器206a、206b、模拟积分器208a、208b、和定时时钟209。定时时钟209可提供由小波发生器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可生成一连串小波脉冲w(t)218，其通过具有给定本地振荡器214(LO)频率的I-正弦载波和Q-正弦载波cos(2πf_kt)220a和sin(2πf_kt)220b进行调制，以形成一连串调制后的小波脉冲w_I，k(t)222a、w_Q，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，可以通过对应的模拟乘法器206a、206b将一连串调制后的小波脉冲w_I，k(t)222a、w_Q，k(t)222b乘以时变输入信号r(t)216，以形成输入到对应的模拟积分器208a、208b的模拟输入信号y_I，k(t)224a和y_Q，k(t)224b。模拟积分器208提供小波变换模拟相关值z_I，k(t)226a和z_Q，k(t)226b的输出。

根据本发明的示例性实施例，可以使用具有给定谱宽(即，频谱感知分辨率)的小波脉冲w(t)218来计算这些模拟相关值z_I，k(t)226a和z_Q，K(t)226b。然后，可以以特定增量扫描I-正弦载波和Q-正弦载波220a、220b的本地振荡器214频率。因此，可在跨越感兴趣的频谱范围内的模拟相关值z_I，k(t)226a和z_Q，k(t)226b中检测时变输入信号r(t)216中的信号功率的幅值和频率值。

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，可以通过宽小波脉冲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_I，k(t)222a、w_Q，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。

在模拟积分器208a、208b的输出端处确定的模拟相关值226a(z_I，k(t))和226b(z_Q，k(t))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z_I，k(t)226a和z_Q，k(t)226b的电压，以使ADC 210a、210b适当地将模拟相关值z_I，k(t)226a和z_Q，k(t)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模块212。

图3A至图3C示出了使用小波脉冲的频域中的可缩放分辨率控制。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行的示例性频谱检测。更具体地，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示出了根据本发明实施例的以精确或细方式进行的示例性频谱检查。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示出的精确或细MRSS过程相比，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过程可以可操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.频谱感知和决策程序

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谱感知和决策过程的示例性流程图。

参照图4，可以启动粗扫描过程(方框402)。粗扫描阶段可以估计宽带频谱的频道功率，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，可以对每个频道执行双测试(例如，频道功率测试和波峰数测试)。如果每个频道都通过了两个测试，则决策阶段可以公告每个频道的“空闲”或“占用”的频谱使用状态的最终结果(方框410)。

A.粗扫描阶段

根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(channelindex)划分为三种类型-空闲候选频道和强、弱信号接收候选频道。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P_CH，k(方框504)。这些粗MRSS参数可包括小波带宽Bw_c、频率扫描增量Fsw_c、目标原始信号的带宽Bt、开始频率Fstart、停止频率Fstop、以及确定粗MRSS扫描的重复次数的平均数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_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P_CH，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P_CH，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)，直至循环计数器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P_CH，k将收敛到可以基本消除输入噪声影响的特定值。然而，平均处理会增加粗频谱感知过程所耗费的感知时间。因此，可以选择平均数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。

根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P_CH，k之后，可以选择性地将平均功率估计值P_CH，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P_CH，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，因此可以利用根据本发明实施例的双阈值测试。实际上，由于误检测事件和误报警率，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，为了提供根据本发明实施例的粗频谱感知过程的期望动态范围，如方框514和520所示，双模式阈值等级将被应用于平均频道功率值P_CH，k。通过使用双模式阈值测试(用于强模式的强阈值TH_S测试(方框514)和用于弱模式的弱阈值TH_W测试(方框520))来比较这些频道功率值P_CH，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P_CH，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P_CH，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，并被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P_CH，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将被划分为具有“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，可以根据下列公式(3)和(4)依据由方框516提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_global_db+(D/U)_dB+CNRdb_min 公式(3)

TH_W＝N_global_db+CNRdb_min 公式(4)

在上述公式(3)中，(D/U)_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可以是频谱感知技术的灵敏度事件(case)的信号接收的载噪比。根据本发明的示例性实施例，公式(3)和公式(4)中的全局噪声参数等级N_global_db可以是扫描的P_CH，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试的基准。

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.细扫描阶段

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程的流程图。

如图7所示，根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中的每一个都可以被提供给各空闲库(vacant-bin)候选测试(方框704)、强库(strong-bin)候选测试(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，如果确认空闲候选频道索引Iv上的频道K为非空闲频道(方框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(方框712)。另一方面，如果确认强候选频道索引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(方框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.1.空闲库频道测试

参照图8A至图8D，为了检查空闲频道候选，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p_K，m，其中，p_K，m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p_K，m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，可以根据下列公式(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。

Bw_f＝(1/20)·Bt～(1/20)·Bt 公式(5)

Fsw_f＝Bw_f 公式(6)

为了对细MRSS结果(即，在空闲候选频道索引Iv中列出的每个频道K的离散功率值p_K，m)执行频道功率测试，可以根据公式(7)通过平均每个频道K的离散功率值p_K，m来计算平均频道功率P_CH，K，其中，M是每个频道的细扫描峰值的总数(方框954)。

P_{CH, K} = (\frac{1}{M}) Σ_{m = 1}^{M} p_{K, m}

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P_CH，K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P_CH，K与阈值Pthrs进行比较，该阈值可以是来自粗扫描阶段的全局噪声基准N_global_db(由方框977提供)。如果平均频道功率P_CH，K小于全局噪声基准N_global_db，则对应的频道将被传送到最终决策阶段并被记录为空闲频道(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.强库频道测试

参照图8A至图8D，如对应上述公式(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p_K，m)执行频道功率测试，可以根据公式(7)通过平均每个频道K的离散功率值p_K，m来计算平均频道功率P_CH，K(方框906)。

根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P_CH，K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P_CH，K与来自粗扫描阶段的阈值Pthrs(例如，强模式阈值TH_S)进行比较(方框910)。如果平均频道功率P_CH，K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p_K，m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p_K，m的最大和最小值的平均值或中值PM_K。然后，可以在方框916、918中对具有大于该阈值Pthrs的功率值的波峰数进行计数。具体地，如果在方框914中离散功率值p_K，m大于阈值Pthrs，则将增加波峰计数值(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p_K，m(方框920)。然后，在方框922中，将得到的每个频道K的最终波峰数与给定的波峰数阈值N_peak_s进行比较。当波峰数大于N_peak_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段，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)。根据本发明的示例性实施例，该强频道测量可以防止由于相邻强信号频谱造成的伪信号(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。与根据公式(5)和(6)描述的相似，为了检查这些弱频道候选，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谱(方框952)。

为了对细MRSS结果(即，弱候选频道索引Iw中的每个频道K的离散功率值p_K，m)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p_K，m来计算平均频道功率P_CH，K。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P_CH，K转换为分贝(dB)(方框956)。在方框958中，可以将每个频道K的平均频道功率P_CH，K与来自粗扫描阶段的阈值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P_CH，K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)以进一步检查弱信号接收。否则，该频道索引号将被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信号频谱的伪信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报警。

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p_K，m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_K，m的最大和最小值的平均值或中值PM_K。然后，可以在方框962、964中对具有大于该阈值Pthrs的功率值的波峰数进行计数。具体地，如果在方框960中离散功率值p_K，m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，直至已经检查了每个频道K的全部数量B_w的离散功率值p_K，m(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N_peak_w进行比较。当峰数大于N_peak_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p_K，m值的影响，对方框902、952、970中的细扫描阶段应用平均处理。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_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_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，可以优化细扫描阶段所耗费的频谱感知时间，以节省总频谱感知时间。

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，以提供占用频道(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)，以避免对原始频谱用户以及CR用户的干扰。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)将被报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，所论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，本发明不限于公开的特定实施例，并且变更例和其他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。

Claims

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粗频道功率。

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行平均，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候选频道。

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谱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行平均，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数，以确定所述实际占用频道。

13.一种频谱感知方法，包括：

提供具有多个频道的输入射频(RF)频谱；

使用粗扫描阶段分析所述输入RF频谱的所述多个频道，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、和空闲候选频道，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

保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频谱的所述多个频道中的每个频道的粗频道功率。

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粗频道功率大于所述第一阈值，则各个所述频道被确定为强候选频道；

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粗频道功率介于所述第一阈值与所述第二阈值之间，则各个所述频道被确定为弱候选频道。

18.根据权利要求13所述的频谱感知方法，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候选频道、弱候选频道、和空闲候选频道中的每一个的细频道功率。

19.根据权利要求18所述的频谱感知方法，其中，对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谱相关的多个波峰，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、用于弱候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执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执行所述弱库候选测试。

21.一种频谱感知系统，包括：

输入射频(RF)频谱，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。