CN101622806A - 使用循环平稳性来感测信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线区域网WRAN接收机，包括：收发机，用于通过多个信道之一与无线网络进行通信；以及高级电视业务顾问委员会ATSC信号检测器，用于形成所支持的信道列表，所述所支持的信道列表包括所述多个信道中未检测到ATSC信号的那些信道。ATSC信号检测器计算接收信号的至少一个循环平稳性特征，以确定接收信号是否是现有ATSC广播信号。

Description

使用循环平稳性来感测信号的装置和方法

技术领域

本发明总体涉及通信系统，更具体地，涉及无线系统，例如，地面广播、蜂窝、无线保真(Wi-Fi)、卫星等。

背景技术

在IEEE 802.22标准组中，正在研究无线区域网(WRAN)系统。WRAN系统意在无干扰的基础上利用电视(TV)频谱上未使用的电视广播信道，采用与服务于城市和近郊地区的宽带接入技术的性能水平类似的性能水平，将农村和偏远地区以及低人口密度的服务水平较低市场作为主要目标来对待。此外，WRAN系统还能够调整为服务于频谱可用的人口密度更大的地区。由于WRAN系统的一个目的是不与TV广播发生干扰，因而关键过程是健壮而精确地感测在WRAN所服务的区域(WRAN区域)中存在的经许可的TV信号。

在美国，TV频谱目前包括ATSC(高级电视业务顾问委员会)广播信号，与NTSC(国家电视制式委员会)广播信号并存。ATSC广播信号也被称作数字TV(DTV)信号。目前，NTSC传输将在2009年停止，那时，TV频谱将仅包括ATSC广播信号。

由于如上所述，WRAN系统的一个目的是不与存在于特定WRAN区域内的那些TV信号发生干扰，因而在WRAN系统中重要的是能够检测ATSC广播。一种公知的检测ATSC信号的方法是寻找作为ATSC信号一部分的小导频信号。这样的检测器较为简易并包括锁相环，该锁相环具有用于提取ATSC导频信号的极窄带滤波器。在WRAN系统中，该方法提供了一种简单的方式，通过仅检查ATSC检测器是否提供了提取出的ATSC导频信号来检查广播信道当前是否在使用。不幸的是，该方法可能不精确，特别是在非常低的信噪比(SNR)环境下。实际上，如果频带中存在在导频载波位置处具有频谱分量的干扰信号，则可能发生对ATSC信号的误检测。

发明内容

已经观察到，如果现有的广播信号具有循环平稳特性，则检测器可以使用这些循环平稳特性，在非常低信噪比(SNR)的环境下执行信号或频谱的感测。因此，根据本发明的原理，一种装置包括：收发机，用于通过多个信道之一与无线网络进行通信；以及检测器，用于在所述信道之一上检测现有信号(incumbent signal)，其中，所述检测是根据所述现有信号的至少一个周期性特性来执行的。

在本发明的示意性实施例中，所述收发机是无线区域网(WRAN)收发机，并且所述信号检测器对接收信号的至少一个循环平稳性特征进行计算，以确定接收信号是否是现有ATSC广播信号。示意性地，所述循环平稳性特征是信号的符号速率或信号的载波频率。

考虑到以上论述，通过阅读详细描述显而易见，还可能有落入本发明原理内的其他实施例和特征。

附图说明

图1示出了表1，表1列出了电视(TV)信道；

图2和3示出了ATSC DTV信号的格式；

图4示出了现有技术的ATSC场同步检测器；

图5示出了用于理解本发明构思的信号模型；

图6示出了根据本发明原理的示意性WRAN系统；

图7示出了在图6的WRAN系统中使用的、根据本发明原理的示意性流程图；

图8示出了根据本发明原理的另一示意性流程图；以及

图9示出了根据本发明原理的示意性信号检测器。

具体实施方式

不同于本发明构思，附图中所示的元件是公知的，并且将不会详细描述。此外，假定熟悉电视广播、接收机和视频编码，并不在这里详细描述。例如，不同于本发明构思，假定熟悉当前和提出的对TV标准的建议以及联网技术，TV标准例如是NTSC(国家电视制式委员会)、PAL(逐行倒相)、SECAM(按顺序传送彩色与存储)、ATSC(高级电视业务顾问委员会)，联网技术例如是IEEE 802.16、802.11h等。关于ATSC广播信号的另外的信息可以在以下ATSC标准中找到：DigitalTelevision Standard(A/53)，Revision C，包括修正案No.1和勘误表No.1，Doc.A/53C；以及Recommended Practice：Guide to the Use of theATSC Digital Television Standard(A/54)。同样地，不同于本发明构思，假定以下内容：传输概念，例如八电平残留边带(8-VSB)、正交幅度调制(QAM)、正交频分复用(OFDM)或编码OFDM(COFDM)；以及接收机组件，例如射频(RF)前端；或者接收机部分，例如低噪声模块、调谐器、解调器、相关器、漏积分器(leak integrator)和平方器。类似地，不同于本发明构思，用于产生传输比特流的格式化和编码方法(如运动图像专家组(MPEG)-2系统标准(ISO/IEC 13818-1))是公知的，不在这里描述。还应当注意，可以使用传统(从而不在这里描述)的编程技术来实现本发明构思。最后，附图中的相似标号表示相似的元件。

美国的TV频谱在图1的表1中示出，表1提供了甚高频(VHF)和超高频(UHF)频带中的TV信道的列表。针对每个TV信道，示出了所分配的频带的相应下边缘。例如，TV信道2起始于54MHz(兆赫兹)，TV信道37起始于608MHz，TV信道68起始于794MHz等等。如本领域公知的，每个TV信道或频带占用6MHz带宽。由此，TV信道2覆盖频谱(或范围)54MHz至60MHz，TV信道37覆盖从608MHz至614MHz的频带，TV信道68覆盖从794MHz至800MHz的频带等等。在本说明书的上下文中，TV广播信号是“宽带”信号。如前所述，WRAN系统利用电视(TV)频谱中未使用的电视广播信道。在这一点上，WRAN系统执行“信道感测”，以确定这些TV信道中的哪些实际上在WRAN区域内有效(或“现有的”)，从而确定TV频谱中WRAN系统实际可用的部分。

在该示例中，假定每个TV信道与对应的ATSC广播信号相关联。ATSC广播信号这里也被称作数字TV(DTV)信号。ATSC信号的格式在图2和3中示出。DTV数据是使用8-VSB(残留边带)调制并以数据段传输的。ATSC数据段在图2中示出。ATSC数据段由832个符号组成：四个用于数据段同步的符号和828个数据符号。从图2中可以看出，数据段同步是在每个数据段的开始处插入的，并且是表示二进制1001模式的2电平(二进制)四符号序列，对应于按照8-VSB符号形式的[5-5-55]。多个数据段(313个数据段)包括ATSC数据场，ATSC数据场包括总共260,416个符号(832×313)。数据场中的第一数据段被称作场同步段。场同步段的结构在图3中示出，在图3中，每个符号表示1比特数据(2电平)。在场同步段中，511比特的伪随机序列(PN511)紧跟在数据段同步之后。在PN511序列之后有三个相同的63比特伪随机序列(PN63)连接在一起，其中第二个PN63序列每隔一个数据场反转。

数据段同步和场同步表示ATSC广播信号的签名信号。例如，接收信号中数据段同步模式的检测可以用于将接收信号识别为ATSC广播信号。由此，为了提高在非常低信噪比(SNR)的环境下检测ATSC广播信号的精度，可以利用嵌入ATSC DTV信号内的数据段同步符号和场同步符号来增大检测概率，同时减小错误警报概率。图4示出了现有技术的场同步检测器。图4的场同步检测器包括下变频器55、匹配滤波器60、元件65和峰值检测器70。下变频器55将接收信号54下变频至模拟或数字域中的基带(该信号作为数字采样而存在，例如，在10.762MHz的名义符号速率处或在该符号速率的两倍处)。将所产生的基带信号56应用到匹配滤波器60。匹配滤波器60与二进制序列相匹配，即上述PN511或者PN511加PN63，以识别接收信号是否是ATSC广播信号。例如，将Y0表示为4符号段同步序列，将Y1表示为PN511序列，将Y2表示为PN63序列，将Y3表示为具有63个零值符号的序列。然后，将序列Z＝[Y0，Y1，Y2，Y3，Y2]表示为这些序列的连接。使用Y3(全零序列)的原因是由于中间的PN63序列是每隔一场反转的。显而易见，序列Z的其他形式也可以用于检测ATSC DTV信号，如Z＝[Y0，Y1]、Z＝[Y0，Y1，Y2]或Z＝[Y0，Y1，Y3，Y3，Y2]等。因此，匹配滤波器60是与二进制序列Z相匹配的滤波器，即如果Z被表示为[z(1)，z(2)，...，z(n)]，则该滤波器的冲激响应是[z(n)，z(n-1)，...，Z(1)]。应当注意，如果采样速率是符号速率的两倍，则Z序列将被修改为[z(1)，0，z(2)，0，z(3)，...，0，z(n)]，其中，在Z序列中的符号之间插入零值符号。在匹配滤波器60之后，取信号的幅度(65)(或者更容易地，幅度平方取为I²+Q²，其中I和Q分别是来自匹配滤波器60的信号的同相分量和正交分量)。将该幅度值(66)应用到峰值检测器70，峰值检测器70确定是否存在显著的峰值。如果存在显著的峰值，则假定存在ATSC广播信号，并且峰值检测器70经由信号71指示ATSC广播信号的存在。

与上述基于签名的检测器方案不同，已经观察到，如果现有的广播信号具有循环平稳特性，则检测器可以使用这些循环平稳特性，在非常低信噪比(SNR)的环境下进一步改进检测器性能。因此，根据本发明原理，一种装置包括：收发机，用于通过多个信道之一与无线网络进行通信；以及检测器，用于在所述信道之一上检测现有信号，其中，所述检测是根据所述现有信号的至少一个周期性特性来执行的。

在描述本发明构思之前，回顾关于循环平稳性的一些数学原理(也见例如G.K.Yeung and W.A.Gardner“Search-Efficient Methods ofDetection of Cyclostationary Signals，”IEEE Transactions on SignalProcessing，Vol.44，No.5，May 1996)。复值时间序列x(t)的循环自相关定义如下：

$R_x^{\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}\underset{-T/2}{\overset{T/2}{\∫}}x(t+\mathrm{\τ}/2)x^{*}(t-\mathrm{\τ}/2)e^{-j2\mathrm{\π\αt}}\mathrm{dt},---\left(1\right)$

其可以解释为具有可能包含于x(t)的延迟积中的频率α的任何加性正弦波分量的傅立叶系数。R_x ^α(τ)也被称作针对给定谐波或循环频率α的循环自相关函数。谱相关函数(也被称作循环谱)可以通过对方程(1)的循环自相关进行傅立叶变换而得到。具体地，针对给定循环频率α，x(t)的循环谱是：

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=F\left\{R_x^{\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\τ}\right)\right\}=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}{R}_x^{\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\τ}\right)e^{-j2\mathrm{\πf\τ}}\mathrm{d\τ}---\left(2\right)$

这被称作循环维纳关系(例如见W.A.Gardner，Statistical SpectralAnalysis：A nonprobabilistic Theory.Englewood Cliffs，NJ：Prentice-Hall，1987)。在α＝0的退化情况下，方程(1)和(2)的左项分别变为传统自相关函数和功率谱密度。在信号分析中，方程(1)和(2)的测量构成了所谓的循环谱分析。该主题的全面的理论处理可见W.A.Gardner，“Measurement of Spectral Correlation，”IEEE Transactions onAcoustics，Speech，and Signal Processing，Vol.ASSP-34，No.5，October1986。为了计算循环自相关，将x(t)的时变有限平均循环自相关定义如下：

$R_x^{\mathrm{\α}}{(t,\mathrm{\τ})}_{\mathrm{\Δt}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{\∫}_{t-\mathrm{\Δt}/2}^{t+\mathrm{\Δt}/2}x(u+\mathrm{\τ}/2)x^{*}(u-\mathrm{\τ}/2)e^{-j2\mathrm{\π\αu}}\mathrm{du},& \left|\mathrm{\τ}\right|\≤\mathrm{\Δt}\\ 0,& \left|\mathrm{\τ}\right|>\mathrm{\Δt}\end{array}\right.---\left(3\right)$

对于最有用的信号和噪声模型，方程(3)针对足够长积分时间Δt得到了方程(1)中给出的循环自相关的可靠估计，即：

$\underset{\mathrm{\Δt}\→\∞}{\lim }{R}_x^{\mathrm{\α}}{(t,\mathrm{\τ})}_{\mathrm{\Δt}}=R_x^{\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\τ}\right)---\left(4\right)$

因此，作为逐点极限(对t和τ)，方程(4)仅是对方程(1)的限定。

有两种常用方法用于计算循环谱，这两种方法在极限意义上是等同的。

可以示出，循环谱可从由以下表达式描述的运算中得到：

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\underset{\mathrm{\Δf}\→0}{\lim }\underset{\mathrm{\Δt}\→\∞}{\lim }\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{\∫}_{-\mathrm{\Δt}/2}^{\mathrm{\Δt}/2}\mathrm{\Δf}{X}_{1/\mathrm{\Δf}}(t,f+\mathrm{\α}/2)X_{1/\mathrm{\Δf}}^{*}(t,f-\mathrm{\α}/2)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

其中X_1/Δf(t，v)是具有中心频率v和近似带宽Δf的、x(t)的窄带通分量的复包络。这有时被称作短时傅立叶变换，即：

$X_{1/\mathrm{\Δf}}(t,v)={\∫}_{t-1/2\mathrm{\Δf}}^{t+1/2\mathrm{\Δf}}x\left(u\right)e^{-j2\mathrm{\πvu}}\mathrm{du}.---\left(6\right)$

还可以示出，S_x ^α(f)由谱分量的谱平滑积的极限给出，即：

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\underset{\mathrm{\Δf}\→0}{\lim }\underset{\mathrm{\Δt}\→\∞}{\lim }\frac{1}{\mathrm{\Δf}}{\∫}_{f-\mathrm{\Δf}/2}^{f+\mathrm{\Δf}/2}\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{X}_{\mathrm{\Δt}}(t,v+\mathrm{\α}/2)X_{\mathrm{\Δt}}^{*}(t,v-\mathrm{\α}/2)\mathrm{dv}---\left(7\right)$

其中X_Δt(t，f)是由方程(6)中用Δt替换1/Δf而定义的。方程(5)和(7)的数字实现方式基于对FFT算法的使用，FFT算法用于计算方程(6)的滑动窗复傅立叶变换的离散时间对等物或离散频率对等物。关于离散频率对等物，离散频率平滑方法由下式给出：

${\tilde{S}}_{\mathrm{x\Δt}}^{\mathrm{\α}}{(t,f)}_{\mathrm{\Δf}}=\frac{1}{M}\underset{v=-(M-1)/2}{\overset{(M-1)/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{\tilde{X}}_{\mathrm{\Δt}}(t,f+\mathrm{\α}+v{F}_s){\tilde{X}}_{\mathrm{\Δt}}^{*}(t,f-\mathrm{\α}+v{F}_s)---\left(8\right)$

其中

${\tilde{X}}_{\mathrm{\Δt}}(t,f)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x(t-k{T}_s)e^{-j2\mathrm{\πf}(t-k{T}_s)}.---\left(9\right)$

方程(9)表示滑动离散傅立叶变换(DFT)的下变频输出；其中Δf＝MF_s是谱平滑区间的宽度；F_s＝1/NT_s是频率采样增量；T_s是时间采样增量；以及N是数据段Δt中时间采样的数目，其中Δt＝(N-1)Ts。

关于离散时间对等物，离散时间平均方法由下式给出：

${\tilde{S}}_{x1/\mathrm{\Δf}}^{\mathrm{\α}}{(t,f)}_{\mathrm{\Δt}}=\frac{1}{\mathrm{KM}}\underset{u=0}{\overset{\mathrm{KM}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{\tilde{X}}_{1/\mathrm{\Δf}}(t-u/\mathrm{K\Δf},f+\mathrm{\α}){\tilde{X}}_{1/\mathrm{\Δf}}^{*}(t-u/\mathrm{K\Δf},f-\mathrm{\α})---\left(10\right)$

其中，同样是滑动DFT的下变频输出；以及其中Δt＝([1+M-1/K]N-1)T_s是总数据段的长度；Δf＝1/(N-1)T_s是谱分辨率；以及N是长度为1/Δf的数据段的每一个中时间采样的数目。

现在参照图5，该图示出了用于推导带通信号x(t)的同相分量的信号模型。将带通信号x(t)应用到乘法器90，乘法器90将x(t)与2cos(2πf_ct)相乘。将得到的输出信号应用到低通滤波器95，低通滤波器95对来自乘法器90的信号进行滤波，并提供输出信号x_L(t)。然而，由于相位偏移θ，低通滤波器95的输出既包括同相分量又包括正交相位分量，即：

x_L(t)＝x_I(t)cosθ-x_Q(t)sinθ.    (11)

根据本发明原理，可以利用α＝1/T₀处的循环谱来进行谱感测。

现在参照图6，示出了结合本发明原理的示意性无线区域网(WRAN)系统200。WRAN系统200服务于地理区域(WRAN区域)(图6中未示出)。一般而言，WRAN系统200包括至少一个基站(BS)205，与一个或多个用户驻地设备(CPE)250通信。CPE 250可以是静止的。CPE 250和BS 205都表示无线端点。CPE 250是基于处理器的系统，包括：一个或多个处理器和相关联的存储器，如图6中以虚线框的形式示出的处理器290和存储器295所表示。在上下文中，计算机程序或软件被存储在存储器295中，以供处理器290来执行。处理器290表示一个或多个存储程序控制处理器，这些存储程序控制处理器不必专用于收发机功能，例如，处理器290还可以控制CPE 250的其他功能。存储器295表示任何存储设备，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等；可以位于CPE 250内部和/或外部；以及根据需要为易失性和/或非易失性。BS 205与CPE 250之间经由天线210和255的通信的物理层示意性地是基于OFDM的、经由收发机285并由箭头211表示。为了进入WRAN网络，CPE 250首先尝试与BS 205“相关联”。在该尝试期间，CPE 250通过收发机285，经由控制信道(图中未示出)向BS 205发送关于CPE 250的能力的信息。所报告的能力包括：例如，最小和最大发送功率、以及用于发送和接收的所支持的或可用的信道列表。关于这一点，CPE 250根据本发明原理执行“信道感测”，以确定在WRAN区域内哪些TV信道不是有效的。然后，向BS 205提供所得到的在WRAN通信中使用的可用信道列表。BS 205使用上述报告的信息来决定是否允许CPE 250与BS 205相关联。

现在转至图7，示出了根据本发明原理的、在执行信道感测的过程中使用的示意性流程图。图7的流程图可以由CPE 250在所有信道上或者仅在CPE 250已选为可能使用的那些信道上执行。优选地，为了在信道中检测现有信号，CPE 250在检测时间段期间应当停止该信道中的传输。关于这一点，BS 205可以通过向CPE 250发送控制消息(图中未示出)来调度安静区间。在步骤305中，CPE 250选择信道。在该示例中，假定该信道是图1的表1所示的TV信道之一，但本发明构思不限于此，其同样适用于具有其他带宽的其他信道。在步骤310中，CPE250扫描所选的信道，以检查现有信号的存在。具体地，CPE 250计算接收信号的至少一个循环平稳性特征，以确定接收信号是否是现有ATSC广播信号(以下进一步描述)。如果没有检测到现有信号，则在步骤315中，CPE 250在可用信道列表(也被称作频率使用图)上将所选的信道指示为可用于由WRAN系统使用。然而，如果检测到现有信号，则在步骤320中，CPE 250将所选的信道标记为不可用于由WRAN系统使用。如这里所使用的，频率使用图仅是存储于例如图6的存储器295中的数据结构，其将一个或多个信道及其部分识别为可用于或不可用于在图6的WRAN系统中使用。应当注意，可以采用许多方式来将信道标记为可用或不可用。例如，可用信道列表可以仅列出那些可用的信道，从而有效地将其他信道指示为不可用。类似地，可用信道列表可以仅指示出那些不可用的信道，从而有效地将其他信道指示为可用。

图7的执行步骤310的示意性流程图在图8中示出。在步骤355中，CPE 250对所选的信道上的信号进行下变频，以产生信号x[n]。CPE 250还可以对下变频后的信号进行低通滤波，以产生信号y[n]。在步骤365中，CPE 250计算y[n]的至少一个循环平稳性特征T(以下描述)。在步骤370中，CPE 250将计算得到的循环平稳性特征T与可以通过经验确定的阈值进行比较。如果计算得到的循环平稳性特征T大于该阈值，则假定存在ATSC广播信号。然而，如果计算得到的循环平稳性特征T小于或等于该阈值，则假定不存在ATSC广播信号。

如上所述，在步骤365中，CPE 250计算接收信号的循环平稳性特征T。在该示意性实施例中，CPE 250执行谱感测，以寻找作为ATSC广播信号的现有信号。如上所述，对于ATSC广播信号，利用α＝1/T₀处的循环谱来进行谱感测，其中T₀是ATSC信号的符号速率。在本发明的另一实施例中，循环谱可以是ATSC信号的载波频率。基本上有两种方式来从接收信号中提取循环平稳性特征。一种是计算循环自相关函数，另一种是计算循环谱。

为了通过计算循环自相关函数来提取循环平稳性特征，可以利用上述对W.A.Gardner，“Measurement of Spectral Correlation，”IEEETransactions on Acoustics，Speech，and Signal Processing，Vol.ASSP-34，No.5，October 1986的参考，即：

$R_y^{\mathrm{\α}}(t,\mathrm{\τ})=\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{\∫}_{t-\mathrm{\Δt}/2}^{t+\mathrm{\Δt}/2}x(u+\mathrm{\τ}/2)x^{*}(u-\mathrm{\τ}/2)e^{-j2\mathrm{\π\αu}}\mathrm{du},\left|\mathrm{\τ}\right|\≤\mathrm{\Δt}---\left(12\right)$

为了在τ轴上得到

的更多采样，可能需要对y[n]进行内插。应当注意，可能有其他方式来计算循环自相关函数(这里未描述)。关于方程(12)，由于利用α＝1/T₀处的循环谱来执行谱感测，因而可以假设循环自相关序列处于循环频率1/T₀-δ≤α≤1/T₀+δ中(α在该范围内是离散的)，并表示为

其中

${\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\left[n\right]=R_y^{\mathrm{\α}}(t,\mathrm{\τ}){|}_{\mathrm{\τ}=n{T}_s}$

并且T_s是采样间隔。还应当注意，如果存在频率偏移，则可能需要计算α＝1/T₀附近若干循环频率中的循环谱。

关于根据循环自相关函数来确定循环平稳性特征T，可以在图8的步骤365中使用的判决统计的一些示意性示例如下所示：

$1.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{0\≤n\≤L-1}{\max }\left|{\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n\left]\right|$

其为序列

的最大绝对值。

$2.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{i}{\max }\underset{n=0}{\overset{W-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n+i\left]\right|$

其为序列

的绝对值在长度为W的窗上的最大和。

$3.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\left|E\left({\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n\left]\right)\right|$

其为循环自相关序列在循环频率α上的最大均值。

$4.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\mathrm{Var}\left({\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n\left]\right)$

其为循环自相关序列在循环频率α上的最大方差。如上所述，一旦在图8的步骤365中确定了T值，就将所得到的T值与阈值进行比较(图8的步骤370)，以确定在所选的信道中是否存在现有信号。

现在，转为通过计算循环谱来提取循环平稳性特征，方程(8)或方程(10)可以用于该计算(以下重写为方程(13)和方程(15))：

${\tilde{S}}_{\mathrm{y\Δt}}^{1/T_0}{(t,f)}_{\mathrm{\Δf}}=\frac{1}{M}\underset{v=-(M-1)/2}{\overset{(M-1)/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\mathrm{\Δt}}{\tilde{Y}}_{\mathrm{\Δt}}(t,f+1/2T_0+v{F}_s){\tilde{Y}}_{\mathrm{\Δt}}^{*}(t,f-1/2T_0+v{F}_s)---\left(13\right)$

其中 ${\tilde{Y}}_{\mathrm{\Δt}}(t,f)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y(t-n{T}_s)e^{-j2\mathrm{\πf}(t-n{T}_s)}---\left(14\right)$

${\tilde{S}}_{y1/\mathrm{\Δf}}^{1/T_0}{(t,f)}_{\mathrm{\Δt}}=\frac{1}{\mathrm{KM}}\underset{u=0}{\overset{\mathrm{KM}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δf}{\tilde{Y}}_{1/\mathrm{\Δf}}(t-u/\mathrm{K\Δf},f+1/2T_0){\tilde{Y}}_{1/\mathrm{\Δf}}^{*}(t-u/\mathrm{K\Δf},f-1/{2T}_0)---\left(15\right)$

应当注意，可能有其他方式来计算循环谱(这里未描述)。如前所述，由于利用α＝1/T₀处的循环谱来进行谱感测，并且可能需要计算α＝1/T₀附近若干循环频率中的循环谱，因而可以假设有循环谱的离散采样

其中

${\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\left[m\right]={\tilde{S}}_{y1/\mathrm{\Δf}}^{\mathrm{\α}}{(t,f)}_{\mathrm{\Δt}}{|}_{f=m{F}_s}$

并且1/T₀-δ≤α≤1/T₀+δ(α在该范围内是离散的)。

关于通过计算循环谱来确定循环平稳性特征T，在图8的步骤365中可以使用与上述类似的判决统计，即：

$1.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{0\≤m\≤N-1}{\max }\left|{\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right|$

$2.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{i}{\max }\underset{m=0}{\overset{W-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m+i\left]\right|$

$3.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\left|E\left({\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right)\right|$

$4.T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\mathrm{Var}\left({\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right)$

如前所述，一旦在图8的步骤365中确定了T值，就将所得到的T值与阈值进行比较(图8的步骤370)，以确定在所选的信道中是否存在现有信号。

简要转至图9，示出了在CPE 250中使用的接收机405的示意性部分(例如，作为收发机285的一部分)。仅示出了接收机405中与本发明构思有关的部分。图9所示的元件总体上与图8流程图的步骤的描述相对应。由此，图9所示的元件可以以硬件、软件或者作为硬件与软件的结合而实现。在这一点上，接收机405是基于处理器的系统，包括：一个或多个处理器和相关联的存储器，如图9中以虚线框的形式示出的处理器590和存储器595所表示。应当注意，处理器590和存储器595可以是除图6的处理器290和存储器295外的处理器和存储器或与图6的处理器290和存储器295相同的处理器和存储器。接收机405包括乘法器505、低通滤波器510、用于计算至少一个循环平稳性特征的元件525、以及阈值比较器530。为了简单，一些元件未在图9中示出，例如，自动增益控制(AGC)元件、模数转换器(ADC)(如果在数字域进行处理)以及附加的滤波。与本发明构思不同，这些元件对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，本领域技术人员应认识到，一些处理在必要时可能涉及复信号路径。

在上述流程图的上下文中，对于每个所选的信道都可能存在接收信号504。乘法器505对接收信号r[n]进行下变频，其中，根据当前所选信道来选择载波频率f_c(例如，见图1)。低通滤波器510对下变频后的信号进行低通滤波，以产生基带信号y[n]。如上所述，元件525计算y[n]的至少一个循环平稳性特征T。阈值比较器530将T值与阈值进行比较以确定是否存在现有信号，并经由信号531提供结果。

如上所述，可以使用现有信号的循环平稳特性，在低信噪比的环境下以高置信度来检测ATSC DTV信号的存在。然而，本发明构思不限于此，还可以适用于检测任何具有循环平稳特性的信号。例如，本发明构思适用于检测OFDM类型的信号，例如用在DVB-T(地面数字视频广播)中的OFDM类型的信号。此外，本发明构思可以与用于检测信号存在的其他技术(例如能量检测等)相结合。还应当注意，尽管本发明构思是在图6的CPE 250的上下文中描述的，但本发明不限于此，还适用于例如可以执行信道感测的BS 205的接收机。此外，本发明构思不限于WRAN系统，还可以适用于任何执行信道感测或谱感测的接收机。

考虑到以上论述，前述仅示出了本发明原理，因此应当认识到，本领域技术人员能够设计出尽管未在这里显式描述、但实现本发明原理、且落入本发明精神和范围内的多种备选布置。例如，尽管未在单独的功能元件的上下文中示出，但这些功能元件可以在一个或多个集成电路(IC)中实现。类似地，尽管未示为单独的元件，但这些元件(例如，图9的元件)中的任何或全部元件都可以在执行(例如与如图7和8所示的步骤中的一个或多个相对应的)相关联软件的存储程序控制处理器(例如数字信号处理器)中实现。此外，本发明原理可以适用于其他类型的通信系统(例如，卫星、无线保真(Wi-Fi)、蜂窝等)。当然，本发明构思还可适用于静止的或移动的接收机。因此，应当理解，可以对示意性实施例作出多种修改，并且在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以设计出其他布置。

Claims (25)

1.一种在无线端点中使用的方法，所述方法包括：

选择多个信道之一；以及

根据表示现有信号的至少一个周期性特性，确定所选信道上的信号的循环平稳性特征，以在所选信道上检测所述现有信号的存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性特性是所述现有信号的符号速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述现有信号是高级电视业务顾问委员会ATSC信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性特性是所述现有信号的载波频率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括以下步骤：

将所述信号下变频为基带信号；

确定所述基带信号的循环平稳性特征；以及

将所确定的循环平稳性特征与阈值进行比较，以在所选信道上检测所述现有信号的存在。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，下变频步骤包括以下步骤：

将信号下变频为下变频的信号；以及

对所述下变频的信号进行低通滤波，以提供所述基带信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括以下步骤：

通过计算循环自相关函数来确定所述循环平稳性特征。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{0\≤n\≤L-1}{\max }\left|{\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n\left]\right|.$

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{i}{\max }\underset{n=0}{\overset{W-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n+i\left]\right|.$

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\left|E\left({\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right)\right[n\left]\right|.$

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\mathrm{Var}\left({\hat{R}}_y^{\mathrm{\α}}\right[n\left]\right).$

12.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括以下步骤：

通过计算循环谱来确定所述循环平稳性特征。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{0\≤m\≤N-1}{\max }\left|{\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right|.$

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\underset{0\≤m\≤N-1}{\max }\left|{\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right|.$

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\left|E\left({\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right)\right|.$

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述循环平稳性特征由参数T表示，其中

$T=\underset{\mathrm{\α}}{\max }\mathrm{Var}\left({\hat{S}}_y^{\mathrm{\α}}\right[m\left]\right).$

17.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

如果不存在现有信号，则标记可用信号列表以指示所选信道可用。

18.一种装置，包括：

下变频器，用于从所选信道提供基带信号；以及

处理器，用于根据表示现有信号的至少一个周期性特性，确定所述基带信号的循环平稳性特征，以在所选信道上检测所述现有信号的存在。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述周期性特性是所述现有信号的符号速率。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述现有信号是高级电视业务顾问委员会ATSC信号。

21.根据权利要求18所述的装置，其中，所述周期性特性是所述现有信号的载波频率。

22.根据权利要求18所述的装置，还包括：

低通滤波器，耦合至所述下变频器，其中，所述低通滤波器提供所述基带信号；

其中，所述处理器确定所述基带信号的循环平稳性特征，并将所确定的循环平稳性特征与阈值进行比较，以在所选信道上检测所述现有信号的存在。

23.根据权利要求18所述的装置，其中，所述处理器通过计算循环自相关函数来确定所述循环平稳性特征。

24.根据权利要求18所述的装置，其中，所述处理器通过计算循环谱来确定所述循环平稳性特征。

25.根据权利要求18所述的装置，还包括：

存储器，用于存储可用信道列表，以在不存在现有信号的情况下指示所选信道可用。

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