CN101953196A - 用于在认知无线电环境中感测频谱的方法、装置和计算机程序 - Google Patents

Abstract

为了寻找在其上认知无线电可以发送借机性发射的频率间隙，利用较低分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或没有信号级的带宽分片。利用较高分辨率搜索识别出的带宽分片并且在较高分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片，并且从最低信号级到最高信号级进行排序。以该排序顺序对选定的候选频率分片执行频谱检测算法，直到判定候选频率分片其中之一具有足够自由的频谱。发射继而在判定的候选频率分片上借机进行发送。继续搜索，检测到间歇信号并且利用较低分辨率搜索关于间歇信号的频带以确定关于该检测到的间歇信号的频带是否是识别出的带宽分片。

Description

用于在认知无线电环境中感测频谱的方法、装置和计算机程序

技术领域

本教导总体上涉及无线网络和在这种网络中操作的设备，尤其涉及感测在该网络中使用的频谱，从而诸如避免干扰或是另行管理频谱使用。

背景技术

认知无线电中需要频谱感测来寻找无线电频谱中的空隙，该空隙随后可以以借机性(opportunistic)的方式来使用。传统上，是在不同无线电系统之间将无线电频谱以将特定频带严格地分派给特定系统的方式来进行划分。将来，至少会在某些频带中将这种严格分派改变成更加灵活的频谱利用。主要用户是那些操作在更正式的网络中的用户，诸如层级式网络(例如，WLAN或蜂窝，诸如GSM、GERAN、UTRAN和E-UTRAN)和ad hoc网络(例如，WiFi)。次要用户是那些操作在正式网络结构外的用户。由于密集区域中移动终端可用的基本上所有的频谱被分派给了某些正式网络或其他网络，因此次要用户要以借机性的方式寻找并且利用现有网络频谱的一部分。因此，次要用户面临两个相关的障碍：其必须不能干扰到主要用户，以及其必须以某种方式找到那些当前任何正式网络都不使用的频谱部分。出于后一原因，次要用户通常被认为是认知用户；他们必须能够觉察到频谱而不是简单地利用由控制小区用户的某些接入节点分派的无线电资源。

因此，次要用户/认知无线电利用或开发用于其自身发射的、正式网络控制外的频谱的自由区域。当考虑到时间、频率和空间时，“自由”是指主要用户/正式网络没有正在使用所述的频谱区域。备选地，可以存在专用于操作在某些规则或策略集下的若干无线电系统的频带。在任何情况下，共同要素是必须将无线电频谱以某种方式进行感测以便认知无线电/次要用户定位自由频谱带。这种感测至少必须要考虑时间、频率和空间。

认知无线电必须能够检测主要用户并且避免对其造成干扰。由于认知无线电是无线应用，因此认知无线电具有有限的功率供应，所以频谱感测中着重考虑的是最小化功率使用。这与操作在正式网络中的真实移动终端可以作为同样感测频谱质量的认知无线电并不矛盾，但是频谱感测任务还可以由完全操作在那些网络的正式结构外但借机性地使用自由无线电资源的认知无线电来承担。

理论上，频谱感测任务可以在各种认知用户之间共享以便在单独移动用户处获得功率消耗上的节约，以减少要由那些单独用户发射的数据量，从而相对于用单独终端测量网络中正在使用的整个频谱促进了在每个单独用户中对更简单的感测技术的使用。关于协作的一个实际问题是对协作节点进行的选择、控制和作为结果的处理表示占用了附加带宽的控制信令开销，因为需要对协作节点进行独立地控制。因此，就移动终端所进行的频谱感测而言，通过更高效地分配带宽所得到的潜在频率节约被使得那些移动终端感测该频谱的一部分所需的协作所抵消，或者不止是抵消。当某人试图将多样性并入频谱感测以便避免隐藏的节点问题时，这种情况尤其明显。与认知网络中协作频谱感测有关的教导更具体地可以参见2007年12月11日提交的名为“Method and Apparatus to Select Collaborating Users in Spectrum Sensing”的序列号为12/001,623的共有美国专利申请。

作为在此发展阶段非常前瞻性的技术，在频谱感测领域没有大量的现有技术。这里描述了三种现有技术。第一个提议是由L.Luu和B.Daneshrad在名为“An Adaptive Weaver Architecture Radio With Spectrum Sensing Capabilities to Relax RF Component Requirements”[IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATION，VOL.25，No.3，2007年4月]的论文中提出的，其中包含了粗略频谱感测方法的自适应Weaver接收器架构。其使用了可变LO-频率来增强图像遏止。然而，可以看到只利用简单的功率检测来进行了很少的频率扫描(sweep)以测量信号在图像频率处的水平，因此不能进行完整的宽带频谱感测操作。

第二篇论文为J.Laskar等人的名为“Reconfigurable RFICs and Modules for Cognitive Radio”[SIFR，2006]，其中呈现了一种感测方法，其基于利用小波变换的粗略检测，然后基于使用模拟自相关的精细检测。原则上其可以适于至少具有某些属性的认知无线电应用的频谱感测任务。虽然呈现了少量细节，但是难于找到针对特定认知无线电问题的切实可行的解决方案。例如，此论文没有以任何方式给出被测信号的时间分割。

第三种方法由J.Yang的名为“Addressing the dynamic range problem in cognitive radios”[伯克利无线研究中心(BWRC)summer retreat，2007年5月31日，发布于ICC会议中，2007年7月]给出，其提出了利用低分辨率、高速模拟数字转换器ADC和相关器从宽带频谱中搜索频率上的最高幅度峰值。此提议继而在同样使用了高速、低分辨率ADC的第二数字转换之前取消了来自原始信号的结果。发明人认识到，第二ADC的动态范围在此提议中显著缩小了，虽然宽带信号可能仍然要被完全转换。

本领域需要一种方式来找到可能在不同的时间位于宽带频谱中任何位置处的那些具有低功率需求和高置信度的自由区域。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，存在一种方法，包括：利用第一(较低)分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片，以及利用第二(较高)分辨率搜索识别出的带宽分片，以及在第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片。此方法进一步包括：在至少一个选定的候选频率分片上执行频谱检测算法并且判定其具有足够自由的频谱，继而在判定的候选频率分片中进行发射。

根据本发明的另一实施方式，存在一种装置包括：粗略功率检测器、精细功率检测器、频谱检测器、处理器和发射器。粗略功率检测器配置为利用第一(较低)分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片。精细功率检测器配置为利用第二(较高)分辨率搜索识别出的带宽分片并且在第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片。频谱检测器配置为在至少一个选定的候选频率分片上执行频谱检测算法。处理器配置为判定至少一个选定的候选频率分片具有足够自由的频谱。以及发射器配置为在判定的候选频率分片中进行发射。

根据本发明的另一实施方式，存在计算机可读存储器，其包含有数字数据处理器可执行的机器可读指令的程序，用于执行针对搜索发射可用频带的频谱的操作。在此实施方式中，该操作包括：利用第一(较低)分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片，以及利用第二(较高)分辨率搜索识别出的带宽分片并且在第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片，随后在至少一个选定候选频率分片上执行频谱检测算法并判定其具有足够自由的频谱。

根据本发明的另一实施方式，存在一种设备包括：第一搜索装置，其用于利用第一(较低)分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片；第二搜索装置，其用于利用第二(较高)分辨率搜索识别出的带宽分片并且在第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片；检测装置，其用于检测至少一个选定的候选频率分片的频谱；处理装置，其用于判定至少一个选定的候选频率分片具有足够自由的频谱；以及发射装置，其用于在判定的候选频率分片中进行发射。在特定的实施方式中，第一搜索装置是粗略检测电路304；第二搜索装置是精细检测电路306；检测装置是运行频谱检测算法的嵌入频谱感测块308；以及发射装置是发射器10D。

下面将更具体地描述本发明的这些和其他方面。

附图说明

结合附图阅读，可使这些教导的前述和其他方面在下面的详细描述中更加明了。

图1A示出了作为认知无线电对进行通信的两对终端，以及图1B示出了无需利用接入节点就能进行通信的两个认知终端，其中示意性示出了一个终端的高级细节；

图2是根据本发明的实施方式的相对于图1B示出了附加细节的认知终端的高级块图；

图3类似于图2，只是基本上示出了根据本发明的实施方式的认知终端的更多细节；

图4是根据本发明的实施方式的详述了处理步骤的处理流程图。

具体实施方式

在一个实施方式中，发明人对上文所表述的问题的解决方案是将频谱感测操作分为三个主要部分：粗略宽带频谱感测；缩窄频带并对缩窄的频带进行功率分析来寻找候选频带；以及最后分析选定的候选频带以用于自由频谱。在此实施方式中，还存在低功率包络检测器，其恒定地操作在后台中以检测那些以长间隔出现的信号。当有必要检测那些不频繁出现的信号时，此包络检测器继而给出触发频谱感测的信息。

本教导详述了感测周围无线电频谱的细节以及如何从那里寻找自由间隙。如上文所指出的，移动应用中(除了基本功能外)的重要的要求是功率消耗。这些教导存在于频谱感测和以功率有效的方式寻找自由间隙的上下文中，并且还存在于适于移动终端的方法中。本发明人已经确定了移动终端的显著瓶颈在于模拟数字A/D转换。在速度、分辨率以及功率之间的工程权衡的结合点处，将不允许利用当前或可预见的适用于小型(手持)移动设备的技术来实现纯粹的数字解决方案。这并不是说这些教导仅限于手持移动设备，而是说这些教导对手持移动设备尤其有效。

在进一步对本发明的各种实施方式和多个方面进行描述之前，图1A-图1B示出了认知无线电及其环境的某些通用信息。图1A示出了各自形成其自身认知网络的两对认知无线电。注意，其中没有涉及接入节点；终端1和终端2使用他们发现的自由频谱彼此借机进行直接通信，并且终端3和终端4利用他们发现的自由频谱进行同样的通信。认知无线电对中的每一个在其自身的网络中具有相同的排序。像蓝牙设备一样，相同排序排除了他们之间的主从关系，虽然不同认知无线电中的每一个可以参考一些公共的时序参考以用于他们之间的同步操作。另外，两个认知网络中的每个认知无线电都是相同排序的，所以都竞争相同的自由频谱。四个认知无线电中的每一个都负责以以下方式来使用自由频率：不对可能正在同一地理区域中操作的主用户产生干扰，这是引起频率感测任务自身的一个原则。

图1B示出了图1A中与另一认知终端(终端2)通信的一个认知终端10的示例性高级块图。还示出了封闭的网络接入节点12，使得这些图明确指出认知无线电是基于借机性操作的而不是根据ad-hoc或层级式网络协议操作的。认知无线电可以与访问节点12进行通信，但是对于借机性认知网络通信，其没有被分派无线电资源或经定义的竞争时间，在该竞争时间期间可以通过接入节点竞争资源。认知无线电终端10包括：数据处理器(DP)10A、存储了程序(PROG)10C的存储器(MEM)10B，以及耦合至一个或多个天线10F(示出了一个)的适当射频(RF)收发器10D，用于通过一个或多个无线链路20与其他认知无线电终端2进行双向无线通信。作为本发明的其他实施方式，认知无线电10还可以包括：耦合至DP 10A或是其一部分的专用集成电路ASIC和/或现场可编程门阵列FPGA 10E。应当理解，终端2也可以具有与终端10所示那样的相似的硬件，但对于详细的终端10的操作而言，终端2不必以相同的方式来感测用于链路20的频谱。

术语“连接”、“耦合”或者其变体指的是两个或多个元件之间的任何连接或耦合，直接或间接，以及可以包括“连接”或“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。元件之间的耦合或连接可以是物理上的、逻辑上的或者其组合。如这里所采用的，作为非限制性示例，两个元件可以通过使用一个或多个电线、电缆和印刷电气连接以及通过使用电磁能(诸如，具有射频范围、微波范围和光(包括可见和不可见)范围中波长的电磁能，作为非限制性示例)而被认为是“连接”或“耦合”在一起。

PROG 10C被设想为包括程序指令，该程序指令在被DP 10A执行的时候，使得认知无线电终端10能够根据本发明的示例性实施方式来进行操作，如上所述。DP 10A中固有的是本地时钟，其使得能够在多个终端之间进行同步，这在一些认知无线电架构中是非常重要的。在适当的时候，PROG 10可以以软件、固件和/或硬件来实现。通常，本发明的示例性实施方式可以由存储在MEM 10B中并且可以由终端10的DP 10A的计算机软件来实现，或由终端10中的硬件(例如，ASIC 10E或其他固件电路)来实现，或由软件和/或固件与硬件的组合(例如，FPGA 10E)来实现。

通常，终端10的各种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式计算机(例如，膝上计算机)、具有无线通信能力的图像捕获设备(诸如，数字照相机)、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设备以及包括这种功能和传感器网络的组合的便携式单元或终端。

MEM 10B可以是适于本地技术环境的任何类型并且可以利用任何适当的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光存储器设备和系统、固定存储器和可移除存储器。DP 10A可以是适于本地技术环境的任何类型并且可以包括一个或多个通用计算机、专用计算机(例如，ASIC/FPGA 10E)、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，作为非限制性示例。

现在详述上文总体上陈述的本发明的某些方面。重新回到本发明的一个实施方式中，可以将频谱感测操作分为三个主要部分。第一，粗略宽带频谱感测，继而缩窄频带并进行较精细的频带功率分析。最后将选定的候选频带馈送至频谱检测算法并认真进行分析。除了这些，低功率包络检测器时常在背景中检测以长时间间隔出现的信号，继而当有必要检测这些不频繁出现的信号时给出触发频谱感测的信息。下文更加详细地给出了频谱感测的步骤，但应当注意低功率包络检测操作可以贯穿下文所述的所有三个阶段或只是其中某些阶段而连续操作。射频RF包络检测器可以用于控制第一阶段和第二阶段(粗略和精细频谱感测分支)的RF增益来缩小A/D转换的动态范围。此信息还可以用于辅助频谱洞(spectrum hole)搜索过程。

第一阶段是宽带频谱上的粗略感测。通常这被认为是利用低分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片。宽带粗略频谱感测可以利用与数字信号分析(例如，利用快速傅里叶变换FFT或等同的离散傅里叶变换DFT)相结合的高速低分辨率模拟数字转换器ADC来完成。这给出了研究中的完整频谱的快照，并且低分辨率保存了移动设备中的电池能量。宽带宽上的较高分辨率会是非常耗电的。

术语宽带频谱不暗指(也不排除)其上认知无线电CR能够进行接收的整个频带，而是一个考虑到在下面其他阶段中识别、选择和判定的宽带频谱的其他部分的相对术语。事实上，该术语可能是其上CR能够进行接收的整个频带或可能小一些。例如，可以与其他CR共同操作来判定宽带的范围(例如将带宽限制为仅是哪些CR能够接收的频率，其中一个CR比另外一个具有更少的频率能力)，这可以基于其操作区域中的信号活动的知识由单独CR自主判定(例如，由于过去的经验，或者由于其接收到信息表明在给特定地理区域中的那些带宽对于找到自由频率而言通常是无价值的，其排除了特定频率，例如城市中的UTRAN频率)。

类似地，术语较高和较低分辨率是彼此相对的而不是绝对的。分辨率在宽带搜索中给出了某个粒度，并且分辨率在较窄频带搜索中给出了不同的粒度。只要宽带搜索的粒度小于较窄频带搜索的粒度，那么宽带搜索具有较低分辨率。

仍在低分辨率宽带搜索中，可以在根据频率仓的实施方式中增强粗略功率测量。频率仓仅仅指的是从在ADC的采样频率fs确定的宽带频谱的分片。例如，对于整个宽带频谱，可以将第一频率仓定义为从0Hz到fs；将第二频率仓定义为从fs到2*fs；可以将第三频率仓定义为从2*fs到3*fs，等等。注意，通过频率仓进行处理仅仅是用于并行化宽带处理的简便方法；所有频率仓整体跨宽带频谱，因此不存在宽带或单独仓的缩窄。由于ADC处频率采样而导致的频率折叠，通过频率仓进行处理是重要的。对频率仓进行分析来寻找那些具有最小信号级或没有信号级的频率仓(再次，相对于其他频率仓是最小的)例如可以利用FFT块来执行。注意，由于频率仓跨宽带频谱，因此每频率仓的FFT仅仅是上文更广泛陈述的低分辨率宽带频谱搜索的实现。然而，注意在某些情况下(例如，足够高的ADC采样速度)可以省略频率仓处理从而有利于串行地采样宽带频谱。

在信号处理的这个阶段，具有所谓的宽带频谱带宽分片(为了避免与术语频率仓混淆，尽管这两个术语表示相同的概念)，并且对于每个带宽分片，已知在该分片内具有较低的颗粒度和信号级。可以根据被认为在查找频谱洞方面最成功的方式，以不同方式来定义信号级；其可以是信号活动量，其可以是信号强度，但最合适的是组合；具有较高强度的信号可以根据该强度进行加权以便最小化高斯噪声信号对频谱感测过程的影响。将带宽分片中的加权信号求和以得到净(net)结果。此净结果便是针对该带宽分片的“信号级”。在此粗略宽带处理阶段，由于目标是寻找自由频谱，因此通过消除具有较高信号级的那些宽带分片的一些来限制宽带的程度。所以进入到下一阶段，我们只具有那些被识别为具有低信号级或者没有信号级的带宽分片，并且并且我们不会将进一步的处理和电池功率花费在进一步检查具有较高信号级的分片方面。

频谱感测处理的第二阶段是对没有信号级或低信号级的那些识别出的带宽分片的逐渐搜索。更具体地，利用高于粗略搜索宽带频谱所使用的分辨率搜索识别出的带宽分片，并且在较高分辨率搜索之后将候选频率分片选择为那些具有最小信号级的带宽分片。这种较高分辨率搜索可以通过多种方式来完成，包括(但不限于)：

缩窄滤波器带宽；

调谐本地振荡器LO-频率；

增加ADC分辨率并减少带宽；

改变ADC采样速率；

调谐FFT参数；

利用模拟手段来消除RF干扰；

利用数字手段来消除RF干扰。

所有这些搜索技术可以通过将图3所示的特定块配置成不同的操作模式来实现。应当指出，某些搜索技术(例如，特别是缩窄滤波器带宽和调谐LO频率)还会缩窄存在于第一粗略感测阶段结束处的带宽分片范围中的感兴趣频带。候选频率分片不需要具有与他们从中得到的频率分片一样的带宽，这是因为在某些实现中，较高信号级会靠近带宽分片的边沿，并且缩窄该分片以消除那些较高信号级会极大地减少跨越较窄分片的净信号级。这是感测频谱相当有效的方法，所以特定实现在高分辨率处理阶段缩窄了识别出的带宽分片的范围。第二阶段可以使用任一上述示例性搜索技术或其组合。

进一步地，在第二阶段，选择最有希望的候选频率分片。正如在第一粗略感测阶段中那样，通过消除那些具有较高信号级的分片来减少在第二阶段结束处考虑中的整个带宽。候选频率分片以从最低(或者从零)到最高的信号级的升序来进行选择和排序。无论在第二阶段处理期间是否缩窄了每个分片的范围，与在第二阶段中开始进行较高分辨率处理的选定带宽分片的数量相比，这些候选频率分片接下来在数量上降低。当足够缩窄时，将这些候选频率分片称作候选信道可能比较方便。

继而在第二处理阶段的结束处是候选频率分片(信道)从最低信号级到最高信号级的排序顺序。第三处理阶段很简单：以优先级排序的顺序在分片上执行频谱检测算法，直到找到一个判定为具有足够自由频谱的分片。本领域中已知有若干频谱检测算法，并且随着认知无线电概念变得更加贴近实际发展，该算法必然要有所发展，这些教导不限于以软件、硬件、固件或某些组合实现的某种特定算法。例如，一种已知的算法是周期平稳特征检测。这是相当消耗功率的功能，因此对于手持终端应用该排序顺序非常重要；可见多个候选分片的并行处理是非常消耗功率的。一旦从频谱检测阶段判定出候选频率分片其中之一是合适的(即，其具有足够自由的频谱)，则认知终端在判定的候选频率分片中进行发射。

对于判定什么是足够自由的频谱而言，准确的截止点在哪里是由CR进行判定的。在认知无线电发展的早期阶段，阈值可能比后期阶段高很多，在该后期阶段，设置了一般原则并且对精细调谐进行了改进，这将使得CR能够利用自由频率的越来越小的部分。无论怎样定义，方便的是CR已经在其本地存储器中存储了被认为足够用于自由频率的阈值。然后，判定基于的是将所存储的阈值与针对每个候选分片的第三阶段频谱检测算法的数据轮流进行比较，这是另一低功率操作。所存储的阈值可以是固定值或者可以是不同参数(例如，候选分片的大小、CR中剩余电池电量等)的函数。

现在展示各种实施方式的细节，图2和图3示出了本发明示例性实施方式的细节的不同级别。图2是更高级别的示意图，图3是更细节的示意图。首先考虑图2，其示出了上文指出的四个主要功能：在第三阶段处理期间在后台中运行的包络检测器202；利用低粒度搜索宽带频谱并且消除那些具有较高信号级的带宽分片的粗略功率检测器204；搜索由粗略功率检测器204识别(未消除)的带宽分片的精细功率检测器206；以及实现频谱检测算法的频谱感测块208。图2中另外还有控制块210，其设置了每个其他块的可调谐参数并且还在这些块之间传送其他所需的信息(例如，从粗略功率检测器204到精细功率检测器206的识别出的分片)。在一个实施方式中，控制块210是图1B的DP 10A。整个图2(通常除了天线10F以及可能的预滤波)通常是ASIC 200，其包括控制块210的另一实施方式。图2是功能图，因此没有必要表示实现那些功能的电路之间的物理轮廓。例如，常见的是在ASIC上保留空间以使得一个块的电路插入在另一个块的电路之间，并且在多个功能块之间共享单独电路设备。

图3描绘了比图2更详细的示例性实施方式，并且示出了四个主要功能部分：包络检测器302、粗略功率检测器304、精细功率检测器306和CR频谱感测块308。控制器在粗略功率检测器304中示为310和310’。根据频带将来自一个或多个天线10F的传入信号馈送给一个链或若干独立的链(图3中为两个链)。两个或多个链基本上是相同的只是操作在不同的频带上，所以这里仅对一个链进行具体描述。接收到的信号在带通滤波器312进行滤波，并且在低噪声放大器314进行放大。在将信号分支到图3中的两条路径之后，顶部部分包含粗略功率304和包络检测302，而底部部分包含精细功率检测306和频谱感测块308。为了提高此示例性实施方式的清楚程度，仅在图3中示出了主要组件。

在粗略功率检测器304，信号在可变增益放大器316再次被放大并且在混频器318处下变频至基带，该混频器使用由压控振荡器320驱动的锁相环路322的输出。粗略功率检测器304将宽带信号混频至基带，对其进行滤波并执行FFT。大多数粗略阶段304的块在某些属性中是可调谐的，然而未在图中明确指出以防止模糊更相关的特征。在VCO 320的采样速率由控制器310控制来匹配相关频率。基带信号在ADC 324处转换成数字，通过低通滤波器326，然后采样被抽取器228抽取为每个间隔具有适当数量，并且然后被转换到定标器330。定标器通过FFT块传送采样，该FFT块将信号从时域转换至频域，并且在FTT分析器/功率检测器336进行信号级的低分辨率分析。这通过粗略功率检测器304在两个或多个分支之间针对各个带宽分片进行重复，并且控制器310或310’丢弃那些具有较高信号级的分片并保留那些具有较低(或0)信号级的分片以用于在精细功率检测器306中进行处理。除了FFT/DFT之外还已知其他技术用于检测基带处理中的频率频谱，诸如并行滤波器组(parallel filter bank)。这些以及其他替代技术可以很容易地应用于基带处理的以上示例性实施方式，而不脱离这些教导，整个射频架构可以是直接转换、低中频、外差或任何本领域已知的若干其他RF架构。

在混频器318之后，路径在I和Q分支之间进行划分。通过调谐VGA 316和定标器330来完成对信号级的主要控制。可以从ADC 324、功率计234和FFT 332收集用于调谐的信息。由于将最有希望的频带的信息传送到了精细功率检测器306，将控制从FFT分析器336引导到精细功率阶段306的VCO 346来对此进行表示。包络检测器302被示出为在混频器318之后对信号进行测量，但包络检测器输入也可以位于另一合适的电路节点处。

在精细功率检测器306中，将可调谐的带通滤波器312调谐以允许在粗略功率检测器308识别的分片之一中的信号通过。其他识别出的分片通过精细功率检测器306的其他分支或串行地沿相同分支通过。VCO 346、PLL 348和混频器342与参考粗略功率检测器304进行描述的那些元件相类似。可变增益放大器350、可调谐带阻滤波器352、ADC 354和可调谐带通滤波器356可配置用于完成在此阶段306的精细功率检测，并且可以动态操作以通过滤波、调整经由VCO的信号频率、使用较高的采样速率和/或减少分片的带宽来提高经由ADC的分辨率、调谐FFT参数和/或消除信号路径ADC 354划分的任一边上的RF干扰来缩窄带宽分片。

在频带滤波器312和放大器314之后，精细功率检测器306包含可调谐的带阻滤波器340。该带阻滤波器对于减少ADC 354的动态范围要求非常重要。例如，可以调谐该带阻滤波器来过滤掉最大的附近阻挡信号。存在若干备选来实现此滤波器，但是图3所呈现的示例性实现不用于限制本发明。继而，信号被混频(342)为基带，被划分为I和Q分支，并在ADC 354之前被滤波(344)。正好在ADC之前存在附加带阻滤波器352，这具有与之前降低ADC动态范围要求相同的目的。然而，根据设计者可获得的选择，其物理实现可以完全不同于带阻滤波器340的实现。在ADC 354之后，带通滤波器356选择用于频谱感测块308的适当带宽。类似于粗略阶段304，可以将定标器364置于抽取器360之后，但在这种情况下还内插了混频器362。在这种较高分辨率处理之后，精细功率检测器阶段306的最终输出是那些显示最小信号强度的候选频率分片。将他们输出到CR频谱感测块308，其以排序顺序串行地分析最有希望(最低信号强度)的候选分片直到找到被判定为具有足够自由频谱的那个。那时，可以从CR 10进行借机性传输。除了天线10F之外，图3还可以具体实现为ASIC或FPGA 300。

在某些情况下，将有可能将粗略和精细频谱感测处理对准到不同的时隙中(时间周期)。在那些情况下，图3中所示的许多块可以被共享，在此情况中，如果需要，可以将那些共享的块配置成模式之间的不同操作条件。

期望利用当前技术，大多数的信号处理功能可以利用专用硬件元件来完成并利用软件进行控制。然而这不用于限制本发明，其不依赖于特定的硬件/软件/固件实现。

上述频谱感测技术完成了具有潜在低功率消耗的频谱检测。该技术适于宽带检测和移动终端。这种解决方案可以有效地执行减少A/D转换的分辨率的RF预处理功能，并且允许针对时间和带宽上的信号级来优化功率消耗。

图4是从单个用户的角度来看的流程图，其示出了本发明的一个可能的实施方式。在块402，执行了利用第一或较低分辨率的宽带搜索，并且其输出是识别出的、具有低信号级或没有信号级的带宽分片。当图4的整个过程正在进行(至少到块410的判定)时，在后台中还有块404，其中间歇信号(intermittent signal)由包络检测器进行检测。将这些间歇信号发送到块402，其中，该间歇信号被关于该一个或多个间歇信号的频带框住，并且确定该频带是否被识别为具有最低信号级或没有信号级。在块406是精细功率搜索，其中利用第二或较高分辨率搜索识别出的频带以在此精细搜索之后选择具有最小信号级的候选频率分片。块406A给出了这如何可以完成的某些可能性，所有这些都在上文进行了描述。从块406的第二分辨率/精细搜索输出的选定候选频带在块408处以从最小信号级到最大信号级的顺序进行排序，以及在块410以其排序顺序对分片的候选频带执行频谱检测算法，直到判定其中之一具有足够自由的频谱。根据在块410的判定，在块412的发射器继而在经判定的候选频率分片中借机发射。

通常，各种实施方式可以通过硬件或专用电路、软件(嵌入在计算机可读介质上的计算机可读指令)、逻辑或其任何组合来实现。例如，诸如队列生成器的某些方面可以通过硬件来实现，而其他方面可以通过可由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实现，然而本发明并不限于以上所述。虽然本发明的各个方面可以通过框图、流程图或使用某些其他诸如图4的图形表示来示出和描述，但是应当理解这里所述的这些块、装置、系统、技术或方法可以通过作为非限制性示例的硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备或者其中某些组合来实现。

本发明的实施方式可以通过各种组件来实践，诸如集成电路模块。集成电路IC的设计大体上是高度自动化过程。复杂且强大的软件工具可用于将逻辑层设计转换成准备好蚀刻的半导体电路设计，并且形成在半导体基底上。图3可以表示这种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公司提供的程序使用良好建立的设计规则以及预存储的设计模块库自动布线并且将组件置于半导体芯片上。一旦半导体电路的设计完成，可以将以标准化电气格式(例如，Opus、GDSII等)的最终设计发到用于制备的半导体制备设备或“工厂”。

当结合附图阅读时，鉴于前文的描述各种修改和适应性调整对于相关领域的技术人员而言是容易理解的。然而，对本发明教导的任何及所有修改仍将会落入本发明的非限制实施方式的范围内。

虽然是在特定实施方式的上下文中进行的描述，但本领域技术人员应当理解可以对这些教导进行若干修改和各种变化。因此，虽然本发明关于其中的一个或多个实施方式进行了特定展示和描述，但本领域技术人员应当理解其中可以进行某些修改或改变而不脱离上文阐述的本发明的范围和精神或者随后权利要求书的范围。

Claims (30)

1.一种方法，包括：

利用第一分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片；

利用高于所述第一分辨率的第二分辨率搜索识别出的带宽分片，并且在所述第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片；

对至少一个选定的候选频率分片执行频谱检测算法，并且判定其具有足够自由的频谱；以及

在所述经判定的候选频率分片中进行发射。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片之后，以从最低信号级到最高信号级的优先级对所述候选频率分片进行排序；以及

并且其中，所述频谱检测算法是以排序顺序针对已排序的候选频率分片执行的，直到判定所述候选频率分片其中之一具有足够自由的频谱。

3.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片包括缩窄至少一个所述识别出的带宽分片的频率范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其中发射包括在所述经判定的候选频率分片中借机发射。

5.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片包括如下集合中的至少两个：缩窄滤波器带宽；调谐本地振荡器频率；提高模拟数字转换器分辨率，而减少所述识别出的带宽分片其中之一的带宽；改变模拟数字转换器的采样速率；调谐快速傅里叶变换参数；以及消除射频干扰。

6.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述第一分辨率搜索所述宽带频谱要比利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片快。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用射频包络检测器来控制宽带频谱搜索以及识别出的带宽分片搜索的射频增益，以减小所述搜索中进行的模拟数字转换的动态范围。

8.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述第一分辨率搜索宽带频谱是在跨越所述宽带频谱的多个频率仓上并行地执行的。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

利用包络检测器检测间歇信号，并且以第一分辨率来搜索关于任何检测到的间歇信号的频带，以确定关于检测到的间歇信号的频带是否为识别出的带宽分片。

10.根据权利要求1所述的方法，其由手持移动终端来执行。

11.一种装置，包括：

粗略功率检测器，其配置为利用第一分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片；

精细功率检测器，其配置为利用高于所述第一分辨率的第二分辨率搜索识别出的带宽分片，并且在所述第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片；

频谱检测器，其配置为对至少一个选定的候选频率分片执行频谱检测算法；

处理器，其配置为判定至少一个所述选定的候选频率分片具有足够自由的频谱；以及

发射器，其配置为在所述经判定的候选频率分片中进行发射。

12.根据权利要求11所述的装置，其中：

所述处理器配置为以从最低信号级到最高信号级的优先级对所述候选频率分片进行排序；

所述频谱检测器配置为以排序顺序针对已排序的候选频率分片来执行频谱检测算法，直到所述处理器判定所述候选频率分片其中之一具有足够自由的频谱。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述精细功率检测器配置为缩窄至少一个所述识别出的带宽分片的频率范围，而搜索所述识别出的带宽分片。

14.根据权利要求11所述的装置，其中所述发射器配置为在所述经判定的候选频率分片中借机发射。

15.根据权利要求11所述的装置，其中所述精细功率检测器配置为利用所述第二分辨率并通过如下集合中的至少两个来搜索所述识别出的带宽分片：缩窄滤波器带宽；调谐本地振荡器频率；提高模拟数字转换器分辨率，而减少所述识别出的带宽分片其中之一的带宽；改变模拟数字转换器的采样速率；调谐快速傅里叶变换参数；以及消除射频干扰。

16.根据权利要求11所述的装置，其中所述粗略功率检测器配置为利用所述第一分辨率搜索所述宽带频谱要比所述精细功率检测器利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片快。

17.根据权利要求11所述的装置，进一步包括射频包络检测器，其配置为通过控制所述粗略功率检测器和所述精细功率检测器的射频增益来减少所述粗略功率检测器和所述精细功率检测器中完成的模拟数字转换的动态范围。

18.根据权利要求11所述的装置，其中所述粗略功率检测器包括对所述宽带频谱的频率仓并行地执行第一分辨率搜索的电路。

19.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

包络检测器，配置为检测间歇信号；以及

其中所述粗略功率检测器配置为利用所述第一分辨率搜索关于检测到的间歇信号的频带，以确定关于检测到的间歇信号的频带是否为识别出的带宽分片。

20.根据权利要求11所述的装置，所述装置包括手持移动终端。

21.根据权利要求11所述的装置，所述装置包括集成电路。

22.一种计算机可读存储器，其包含有数字数据处理器可执行的机器可读指令的程序，用于执行针对在频谱中搜索可用于发射的频带的动作，所述动作包括：

利用第一分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或者没有信号级的带宽分片；

利用高于所述第一分辨率的第二分辨率搜索识别出的带宽分片，并且在所述第二分辨率搜索之后将那些具有最小信号级的带宽分片选定作为候选频率分片；以及

对至少一个选定的候选频率分片执行频谱检测算法，并且判定其具有足够自由的频谱。

23.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，进一步包括：

在利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片之后，以从最低信号级到最高信号级的优先级对所述候选频率分片进行排序；以及

其中，以排序顺序针对已排序的候选频率分片执行所述频谱检测算法，直到判定所述候选频率分片其中之一具有足够自由的频谱。

24.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，其中利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片包括缩窄至少一个所述识别出的带宽分片的频率范围。

25.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，进一步包括在所述经判定的候选频率分片中借机发射。

26.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，其中利用所述第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片包括如下集合中的至少两个：缩窄滤波器带宽；调谐本地振荡器频率；提高模拟数字转换器分辨率，而减少所述识别出的带宽分片其中之一的带宽；改变模拟数字转换器的采样速率；调谐快速傅里叶变换参数；以及消除射频干扰。

27.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，进一步包括利用射频包络检测器来控制宽带频谱搜索以及识别出的带宽分片搜索的射频增益，以减小所述搜索中进行的模拟数字转换的动态范围。

28.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，其中利用所述第一分辨率搜索宽带频谱是在跨越所述宽带频谱的多个频率仓上并行地执行的。

29.根据权利要求22所述的计算机可读存储器，进一步包括：

利用包络检测器检测间歇信号，并且以第二分辨率来搜索关于任何检测到的间歇信号的频带，以确定关于检测到的间歇信号的频带是否为识别出的带宽分片。

30.一种设备，包括：

第一搜索装置，用于利用第一分辨率搜索宽带频谱以识别具有低信号级或没有信号级的带宽分片；

第二搜索装置，用于利用高于所述第一分辨率的第二分辨率搜索所述识别出的带宽分片，并且在所述第二分辨率搜索之后将那些具有最低信号级的带宽分片选定作为候选频率分片；

检测装置，用于检测至少一个选定的候选频率分片的频谱；

处理装置，用于判定至少一个所述选定的候选频率分片具有足够自由的频谱；以及

发射装置，用于在所述经判定的候选频率分片中进行发射。

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