CN101998587B - 直接接收机检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接接收机检测方法，包括：主接收机与主发射机建立通信链路后，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号，以通知所述主接收机所使用的授权接收频率；接收到所述信号的从发射机根据所述信号确定频谱空洞。本发明还涉及一种直接接收机检测系统，包括：配备有信号发射装置的主接收机和从发射机。本发明采用主、从用户之间信息交互的形式，由主接收机将授权接收频率信息通知给从用户，使得从用户能够确定出依赖于主接收机的频谱空洞，这种方式可以有效的解决隐蔽站问题等由于从用户频谱检测不准确而造成的对主接收机的干扰。

Description

直接接收机检测方法及系统

技术领域

本发明涉及认知无线电中的频谱检测技术，尤其涉及一种直接接收机检测方法及系统。

背景技术

目前，认知无线电中的干扰可以分为两种，一种是从用户(Secondary User)使用主用户(Primary User)的授权频段带来的直接的干扰；另一种是由于从用户频谱检测的不准确，造成从用户使用不应该使用的频段，从而对主用户造成干扰，此类干扰典型的场景是隐蔽站问题(Hidden Terminal Problem)。下面对隐蔽站问题进行简单介绍。

图1所示为典型的隐蔽站问题的场景，这也是认知无线电系统中一类难解决的干扰问题。只依靠传统的发射机检测(TransmitterDetection)，从用户C检测不到主发射机(Primary Transmitter)A向主接收机(Primary Receiver)B通信使用的频率f₁。也就是说，f₁将被C作为频谱空洞使用。然而主接收机B处于C的发射信号范围内，C对f₁的使用将对B造成干扰。在B更接近C时，这种干扰甚至可能导致A、B之间通信的失败。产生隐蔽站的原因主要有两种，一种是由于路径损耗造成主发射机的信号强度到达从用户处时已经小于从用户的频谱空洞判决门限；另一种是由于遮挡等原因造成的主发射机信号强度的减小。

目前对此类干扰问题的解决方案主要有两大类：第一，对发射机检测进行完善和改造，第二，接收机检测。

第一大类是对发射机检测进行完善和改造。下面介绍两种方法：第一种，频谱机会检测方案：增大从用户发射机检测的检测范围，减少隐蔽站问题出现的概率；第二种，双向信号下的频谱分配：发射机发射通知信号告诉从用户其授权频段是否可被使用。

首先介绍一下频谱机会检测方案。如图2所示，为现有的频谱机会检测方案示意图。图2中，Rp是主用户的通信半径，r_tx是从用户的检测半径。如果按照r_tx进行传统的发射机检测，那么主接收机PRx1就是一个隐蔽站问题。从用户A将其授权接收频率作为频谱空洞使用会对PRx1产生干扰。将从用户的检测半径增大至Rp+rtx，则从用户能够检测到PRx1对应的发射机PTx1正在工作，其频率是不能够作为频谱空洞的。这样就解决了隐蔽站问题以及相应的干扰。

但是，该方案有着明显的不足。第一，如果隐蔽站问题是由遮挡造成的，那么即使增大了从用户的检测范围也不能够检测到主发射机PTx1的存在，隐蔽站问题仍然存在。第二，该方案增大了暴露站问题出现的概率。从用户按照r_tx进行检测的情况下，只有PRx3是暴露站问题，而按照Rp+r_tx进行检测时，PRx4也成为了暴露站。也就是说，从用户原本只将PRx3的授权频率浪费了，而是用了频谱机会检测方案的情况下将PRx3和PRx4的授权频率都浪费了。虽然隐蔽站问题有所减轻，但是暴露站问题随着从用户检测范围的增大而加剧。

下面介绍双向信号下的频谱分配方案。主系统基站发射两种信号来告知从用户是否可用自己的授权频段。这两种信号是否定信号和授权信号。但是由于遮挡等原因从用户不一定能够收到正确的否定信号，这时如果从用户使用主基站的频段则会对主用户接收机造成干扰，也就是隐蔽站问题。于是提出利用转发站的方式来解决隐蔽站问题。

如图3所示，为现有的双向信号下的频谱分配方案示意图。转发站S配给主基站1，用于转发主基站1的否定信号。转发站S在主基站1和2之间移动，则转发站会将主基站1的否定信号有效传送给从用户。由于隐蔽站问题是由于路径损耗和遮挡等原因造成的，所以通过以上分析可以看出该方案能够解决隐蔽站的产生原因，进而解决隐蔽站问题。

该方案的不足主要有两点。第一，该方案相当于变相的增大了从用户的检测范围，其弊端与频谱机会检测方案相同--仍然不能够彻底解决隐蔽站问题并增大了暴露站问题的产生概率。第二，该方案需要给每个基站配备转发站并且需要转发站向基站周围的各个方向游动才能够有效地实施该方案。这一改动的成本很大且实现效果并不非常明显，因为主用户通常不知道从用户的具体位置，也就是说转发站S移动的方向并不能提前预知。

目前解决隐蔽站等干扰问题的第二大类解决方案是进行接收机检测。由于干扰的受害者是主接收机，所以从用户在发射时按照主接收机的频率使用情况确定频谱空洞就能够根本上解决隐蔽站问题。现有的接收机检测主要有两种：本振泄露检测和基于干扰温度的检测。

首先介绍一下本振泄露检测方案。主用户接收机工作时，接收的高频信号经过本地振荡器后，会产生特定频率的信号，一些信号不可避免的从天线泄露出去。该方法就是通过检测有无泄露信号来判断主用户是否在工作。应用中，将小的、低成本的传感器安置在接收端，当传感器检测到本振泄漏功率时，会以特定的功率通过一个特殊的控制信道告知用户。该算法的检测范围比较小，为了保证可靠性需要的检测时间会比较长。

该方案只能检测20m以内的主接收机，这使得受益的主接收机的数量并不高。此外，大量传感器的布置会带来网络拓扑结构的问题。而且传感器如告知从用户接收机的授权频率的方案并没有被提出。

接下来介绍一下基于干扰温度的检测。干扰温度是美国联邦通信委员会(FCC)提出的一个新概念。它是感知从用户在检测出频带内已有通信的基础上预测的自己的传输将对主用户接收机产生的干扰。干扰温度的准确测量需要感知用户从用户对主用户系统进行准确的定位。只要感知用户从用户造成的干扰温度不超过干扰温度限，感知用户从用户通过调整自己的参数(如发射功率、调制方式等)就可以使用这个频段中的频谱空洞。

但是该方法不能保证对主用户系统的有力保护，特别是接收到主发射机信号强度低的主接收机就很容易受到从用户的干扰。这种接收机检测实现的最大困难在于如何有效的测量干扰温度。由于主接收机通常都是被动的，从用户无法知道主接收机的具体位置所以不能够有效估计出会对邻近主接收机造成多大干扰。而且有效的干扰温度测量要求从用户测量其对所有可能主接收机造成的干扰，目前还没有实际可行的方法解决这一问题。

综上所述，现有的发射机检测不能够彻底解决隐蔽站等干扰问题，而接收机检测方案还处于研究阶段，没有成熟的可行方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种直接接收机检测方法及系统，使得主用户将自己的频率信息告知给从用户，克服现有发射机检测和接收机检测中的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种直接接收机检测方法，包括：

主接收机与主发射机建立通信链路后，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号，以通知所述主接收机所使用的授权接收频率；

接收到所述信号的从发射机根据所述信号确定频谱空洞。

进一步的，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号的操作具体为：

所述主接收机根据映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率；

所述主接收机通过自身配备的信号发射装置以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

进一步的，所述映射频段的选取基于以下因素的一种或多种：

选取带宽满足覆盖从用户认知频段的映射频段；

选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段，所述非授权频段与相邻授权频段使用相同或不同的映射函数进行映射；

选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的映射频段，所述多个系统的映射频段使用不同的映射函数；

选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为映射频段；

根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为映射频段。

进一步的，所述从发射机根据信号确定频谱空洞的操作具体为：所述从发射机进行发射机检测，并根据接收到的所述单频信号判断所述映射频率是否正在使用，是则根据所述映射频率进行映射函数的逆运算，获得所述授权接收频率，否则将所述映射频率归入频谱空洞。

进一步的，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号之前，根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度确定所述主接收机的最小发射功率。

进一步的，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号的操作具体为：

所述主接收机接收到从发射机发射的检测请求后，将包含所述授权接收频率的信息进行编码，并通过自身配备的信号发射装置以从频率池中争用的频率向所述从发射机发送编码信号。

进一步的，所述频率池的选取基于以下因素的一种或多种：

选取带宽满足覆盖从用户认知频段的频率池；

选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段作为频率池；

选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的频段构成频率池；

选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为频率池；

根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为频率池。

进一步的，所述从发射机根据所述信号确定频谱空洞的操作具体为：所述从发射机对接收到的编码信号进行解码，并根据解码得到的所述授权接收频率确定频谱空洞。

进一步的，在所述主接收机接收到从发射机发射的检测请求之前，还包括：从发射机通过从所述频率池选择的频率或控制信道向周围的主用户发射检测请求。

为实现上述目的，本发明提供一种直接接收机检测系统，包括：

配备有信号发射装置的主接收机，用于与主发射机建立通信链路后，通过所述信号发射装置向周围从用户发射信号，以通知所述主接收机所使用的授权接收频率；

从发射机，用于根据接收到的所述信号确定频谱空洞。

进一步的，所述主接收机包括：

通信链路建立模块，用于与主发射机建立通信链路；

映射频率计算模块，用于根据映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率；

第一信号发射装置，用于以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

进一步的，所述从发射机包括：

发射机检测模块，用于进行发射机检测；

第一频谱空洞确定模块，用于根据接收到的所述单频信号判断所述映射频率是否正在使用，是则根据所述映射频率进行映射函数的逆运算，获得所述授权接收频率，否则将所述映射频率归入频谱空洞。

进一步的，所述主接收机还包括：

功率确定模块，用于在所述信号发射装置向周围从用户发射信号之前，根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度确定所述主接收机的最小发射功率。

进一步的，所述主接收机包括：

通信链路建立模块，用于与主发射机建立通信链路；

检测请求接收模块，用于接收从发射机发射的检测请求；

编码模块，用于将包含所述授权接收频率的信息进行编码；

第二信号发射装置，用于以从频率池中争用的频率向所述从发射机发送编码信号。

进一步的，所述从发射机包括：

解码模块，用于对接收到的所述编码信号进行解码，得到所述授权接收频率；

第二频谱空洞确定模块，用于根据解码得到的所述授权接收频率确定频谱空洞。

进一步的，所述从发射机还包括：

检测请求发送模块，用于通过从所述频率池选择的频率或控制信道向周围的主用户发射检测请求。

基于上述技术方案，本发明采用主、从用户之间信息交互的形式，由主接收机将授权接收频率信息通知给从用户，使得从用户能够确定出依赖于主接收机的频谱空洞，这种方式可以有效的解决隐蔽站问题等由于从用户频谱检测不准确而造成的对主接收机的干扰。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为典型的隐蔽站问题的场景示意图。

图2为现有的频谱机会检测方案示意图。

图3为现有的双向信号下的频谱分配方案示意图。

图4为本发明直接接收机检测方案的场景示意图。

图5为本发明直接接收机检测方法的一实施例的流程示意图。

图6为本发明直接接收机检测方法的另一实施例的流程示意图。

图7为本发明直接接收机检测方法的映射式实施例的流程示意图。

图8为本发明直接接收机检测方法的映射式实施例中映射频段的选取示意图。

图9为本发明直接接收机检测方法的频率争用式实施例的流程示意图。

图10为本发明直接接收机检测系统的一实施例的结构示意图。

图11为本发明直接接收机检测系统的另一实施例的结构示意图。

图12为本发明直接接收机检测系统的又一实施例的结构示意图。

图13为本发明直接接收机检测系统的再一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

针对于现有的发射机检测和接收机检测的问题，本发明提出一种直接接收机检测方案，所谓“直接”是指主接收机将自己的授权频率通知给从用户。本发明采用主接收机向从用户发射信号的方法来实现直接接收机检测。主、从用户之间可以通过各种信息交互的形式由主接收机将自己使用的授权接收频率通知从用户。但本发明并未规定主接收机向从用户通知授权接收频率的形式。在后面的几个实施例中，主接收机可以通过编码的方式将表示授权接收频率的信息作为信号内容传送给从用户，也可以通过映射频率等间接的方式将授权接收频率传递给从用户。

图4所示为本发明直接接收机检测方案的场景示意图。在这个场景中，主发射机A的作用范围通过粗实线表示，主接收机B的作用范围通过虚线表示，从用户C的认知范围通过细实线表示。主接收机B使用授权接收频率f₁来接收主发射机A的信号，从用户C如果也使用频率f₁，则会对主接收机B造成干扰，因此需要由主接收机B通过另一频率f₂通知从用户C该主接收机B所使用的授权接收频率，这样从用户C可以以此确定频谱空洞，从而使用不会影响到接收机C工作的频率。

本发明直接接收机检测方法的一实施例的流程示意图如图5所示。在本实施例中包括以下步骤：

步骤1000、主接收机与主发射机建立通信链路；

步骤2000、主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号，以通知所述主接收机所使用的授权接收频率；

步骤3000、接收到该信号的从发射机根据该信号确定频谱空洞。

下面通过一个从主发射机发起呼叫到从发射机与从接收机建立链路的流程实施例对直接接收机检测方法进行说明，参见图6。本实施例包括：

步骤100，主发射机向主接收机发起呼叫。

步骤101，主接收机应答该呼叫，从而建立起与主发射机的通信链路。

步骤102，主接收机向周围从用户发射信号通知其使用的授权接收频率。通过本身没有发射功能的主接收机配备信号发射装置，能够使从用户感知主接收机的接收频率，并作为向从用户发射信号的装置。

步骤103，从发射机根据接收到的信号确定频谱空洞，如果从发射机能够确定主接收机的授权接收频率，则可以确定该授权接收频率不能作为频谱空洞使用。

步骤104，从发射机使用频谱空洞中的某一频率向从接收机发起呼叫。

步骤105，从接收机应答从发射机的呼叫，从而建立与从发射机之间的通信链路，该通信链路由于使用了非授权接收频率，因此不会对主接收机的工作造成干扰。

本发明中主接收机向从用户发射的信号定义为“信号”(Semaphore)；主发射机向主接收机发射的频率定义为“授权接收频率”；主接收机向从用户发射信号的频率定义为“映射频率”。

直接接收机检测可以概括为主、从用户之间对主接收机授权接收频率信息的交互。因此有两点需要首先考虑，即信息交互的形式和实现信息交互所使用的频率。考虑到频谱检测中的发射机检测技术是相对成熟的，因此可以采用一种映射式直接接收机检测方案，将接收机检测转化为发射机检测，通过从用户对发射机进行检测间接得知主接收机的授权接收频率。

用于信息传递的频率选择是直接接收机检测实现的必要条件。很明显地，主接收机不能够使用其授权接收频率作为其向从用户通信的发射频率，需要选取另外的频率。使用非授权频段不能够保证与使用授权频段一样的通信质量。因此本实施例需要将某非授权频段授权给认知无线电系统，专用于主接收机发射信号时使用的频率。认知用户需要检测的整个频段通过映射函数映射至该授权频段上。主接收机选取映射频段内的频率向外发送单频信号，从用户检测映射频率并根据检测结果确定频谱空洞情况。具体实施过程步骤如图7所示，包括：

步骤200，主发射机向主接收机发起呼叫。

步骤201，主接收机应答该呼叫，从而建立起与主发射机的通信链路。

步骤202a，主接收机根据其系统特征规定的映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率；

步骤202b，主接收机按照映射频率进行发射信号功率控制；

步骤202，主接收机通过自身配备的信号发射装置以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

步骤203，从发射机进行发射机检测，检测到映射频率的使用情况，进行映射函数的逆运算得到主接收机的授权接收频率使用情况；如果这些频率正在被使用，从发射机进行映射函数的逆运算得到主接收机的接收频率；如果它们没有被使用，则将其归入频谱空洞。

步骤204，从发射机使用频谱空洞中的频率向从接收机发起呼叫。

步骤205，从接收机应答从发射机的呼叫，从而建立与从发射机之间的通信链路。

在本实施例中，步骤202a中的映射函数描述如下：

假设主接收机的授权接收频率为f，f映射至映射频段的映射频率设为f′。映射函数表达式为

f′＝Φ(g，f，B₀，S_f，B_R，R_f，)    (1)

其中，Φ为映射函数关系。B₀和S_f分别是从用户频谱检测的带宽和能够检测的最小频率值。B_R和R_f分别是映射频段的带宽和映射频段的最小频率值。由上述内容可知，映射频段是经过授权的专用于映射式频谱检测的频段。取定B₀，S_f，B_R，R_f后，设定映射算子来确定f′与f的映射关系：

映射函数和映射频段的选取不是唯一的，不同的频段根据其主系统的业务带宽、使用情况分别使用不同的映射函数将授权频段映射至映射频段。

在主接收机能够使用的前提下，低频信号由于其较好的传播特性，可以作为该频段的首选。但映射频段选取过程也需要综合用户的需求进行，综合考虑选取的频率作为映射频段的增益。国际标准和各国家及地区的当地情况也可以作为映射频段衡量的重要方面，因为无线电频段划分标准，尤其是非授权频段的使用情况在各个国家甚至是地区都是有差别的。映射频段选取的选取可以基于以下因素的一种或多种：

(1)选取带宽满足覆盖从用户认知频段的映射频段。覆盖以频点为单位。例如，中国分配的WCDMA总带宽为30M，WCDMA系统每个频点占5M带宽。假设单频信号的传输带宽为1kHz，则只需要6kHz带宽的频段来映射WCDMA的授权频段。映射频段也不要求是连续的频段，只要频段带宽大于能够满足覆盖的最小带宽就能够满足映射式直接接收机检测的需求。

(2)选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段，所述非授权频段与相邻授权频段使用相同或不同的映射函数进行映射；

(3)选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的映射频段，所述多个系统的映射频段使用不同的映射函数；

(4)选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为映射频段；

(5)根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为映射频段。对于主、从用户已经确定的某一频段，可以将主、从系统均确认的频谱空洞作为映射频段。主用户将授权频段映射至该频段上，从用户在知晓映射函数的基础上反推出主用户的授权频率，确定频谱空洞。

本发明直接接收机检测方法的映射式实施例中映射频段的选取示意图如图8所示。在图8中，ξ(f)、ζ(f)、ψ(f)、ζ(f)分别表示不同的映射函数。除了带宽的选择，图中映射频段的选取给出了结合了上面(2)、(3)和(4)的三方面因素的例子。

在本实施例中，还需要对步骤202b中的信号发射功率控制进行说明。直接接收机检测方案的重要假设是：收不到主接收机信号的从用户使用主接收机的频率不会对主接收机造成干扰。该假设成立的条件是主接收机进行合理的功率控制，使得主接收机发射的信号到达从用户时的强度大于从用户频谱空洞判决门限。主接收机的最小发射功率可以根据从用户使用主接收机的工作频率并以最大功率发射信息时到达主接收机的信号强度计算。由于映射频率属于低频，所以其传播特性可以采用公式2计算。

$P_{t\min }=\frac{P_2{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2{d}^m{f}^n}{G_t{G}_r{c}^{n}L}---\left(2\right)$

公式2中的参数说明参见下表：

P2	从用户频谱空洞判决门限
		d	主接收机发射信号覆盖半径
f	主接收机向从用户发射信号所使用的频率
		Gt	发射天线增益
Gr	接收天线增益
		c	光速
L	系统损耗因子，与传输无关
		m、n	损耗系数，由具体环境决定

参数列表中只有主接收机发射信号覆盖半径d是未知的。由于主接收机与从用户处于同一通信链路上，因此公式2中的未知参数d可通过从用户信号功率计算。ITU提供了一种适用于450M到6GHz的城区NLOS环境的路径损耗公式。由于从用户发射时使用的为主接收机的授权接收频率，从用户频率传播特性采用该模型进行近似求解，例如公式(3)。

$d={10}^{\frac{P_{t\max }-P_1-161.4+7.11\mathrm{gW}-7.5\mathrm{lgh}+(24.37-3.7{(h/h_{\mathrm{BS}})}^2)\lg h_{\mathrm{BS}}-20\lg f_c+(3.2{\left(\lg \left(11.75h_{\mathrm{UE}}\right)\right)}^2-4.97)}{43.42-3.1\lg h_{\mathrm{BS}}}+3},10m<d<5000m---\left(3\right)$

在公式(3)中参数说明参见下表：

Ptmax	从用户最大发射功率
		P1	P1∈[0，主接收机干扰容忍度上限]，由主接

	收机决定
		fc	从用户发射信号所使用的主接收机的授权频率
hBS	从用户天线高度
		hUE	主接收机天线高度
W	街道宽度
		h	建筑物平均高度

应该说明的是，上述公式是为了对直接接收机检测方法中的信号发射功率控制进行说明而列举的例子，对于本发明来说，其他根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度可以确定所述主接收机的最小发射功率的现有技术均可以应用于本发明，而均应被本发明的保护范围所覆盖。

使用从用户最大发射功率来计算主接收机的发射信号半径在一定程度上减小了频谱利用率。因为使用较小功率的从用户即使处于半径以内，只要对主接收机的干扰小于主接收机的容忍度就可以使用主接收机的授权频率。

需要补充的是，由于实际通信环境中的时延扩展以及多普勒频移等原因，无线电波的损耗要大于单纯的路径损耗，因此主接收机的实际发射功率应在P_tmin上叠加修正值。根据主接收机对噪声的容忍度、实际通信环境等方面考虑，主接收机的发射功率修正值由主系统确定。从公式2中也可以得出，较低的主接收机发射频率在传播中的损耗较低，主接收机的功率控制容易实现。也就是说，主接收机使用较低功率就能够实现发射信号的覆盖，达到接收机检测的目的，降低干扰。

在另一实施例中，主、从用户进行信息交互和实现信息交互所使用的频率还可以采用其他的形式。例如采用频分的方式区分从用户认知范围内的多个主用户接收机。应用的前提假设仍是将一个非授权频段授权给认知系统，专用于直接接收机检测。本实施例中将该频段定义为“频率池”，频率池的选取方法与前一实施例中的映射频段选取方法相同，即基于下列一种或多种因素：

(1)选取带宽满足覆盖从用户认知频段的频率池；

(2)选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段作为频率池；

(3)选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的频段构成频率池；

(4)选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为频率池；

(5)根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为频率池。

从用户在开始认知的过程中用频率池中的某一频率向周围发射请求信号告知周围用户它开始认知过程，此时能够接收到该信号的用户即为从用户感知范围内的用户。接着，这些用户都向该从用户发射信号，由于这些信号都可被从用户解调且这些主用户之间无需进行通信，故他们可以被看成是处在同一个简易系统当中。这个简易系统只提供给主用户发射同一种公共信息的功能，而提供给从用户发射请求信号并接收主用户的信息的功能。主用户所使用的频率为前述频率池中频率，方式为争用。可以为频率池内的频率使用设定一个时间阈值，即使某用户争用到了一个频率，在经过这段时间后必须进行释放。这样在下一个时长内其它用户还可以使用该频率。

以下列举频率池中的频率被等概率使用的情况下主用户如何选择频率的简单例子加以说明。

假设有n(n＜1000)个主系统接收机在从用户C的认知范围内，频率池中有1000个频点可用。则接收机之间选择相同的频率的概率为：

$P_n=1-\frac{C_{1000}^n\&CenterDot;A_n^n}{{1000}^n}(n<1000)---\left(4\right)$

解得 $P_n=1-\frac{1000!}{{1000}^n\&CenterDot;(1000-n)!}(n<1000).$

可得，P_n为增函数，随着n的增大而增大。当n＝20时，P_n＝0.1906这个概率已经不能被系统忽略。在这种情况下，多个用户可以进行多次(次数根据系统具体情况等来确定)随机抽取频率进行发射，由于它们发射信号的时长很短，所以这种方法是可行的。这样可使n个主用户多次发射均使用相同频率的概率大大降低，而对C的认知过程的影响程度会减小。假设次数为m，则n个接收机m次都选择相同频率的概率为：

P_mn＝P_n ^m(n≤1000)    (5)

当m＝3，n＝20时，P_mn＝0.008。也就是说，20个接收机将信息有效发送的概率为0.992，明显提高了从用户能够接收到主系统接收机信息的概率。如图9所示，为本发明直接接收机检测方法的频率争用式实施例的流程示意图。在本实施例中，具体流程包括：

步骤300，主发射机向主接收机发起呼叫。

步骤301，主接收机应答该呼叫，从而建立起与主发射机的通信链路。

步骤302，从发射机向周围主接收机发起检测请求。

步骤303a，主接收机收到从发射机发射的检测请求后，将包含授权接收频率的信息进行编码，在特定时隙争用频率池中的频率，通过信号发射装置向从用户发射编码信号。

步骤303b，接收机在下一个特定时隙争用频率池中的频率向从用户发射编码信号。

步骤304，从发射机接收到主接收机的信号后，根据信号内容确定频谱空洞；

步骤305，从发射机使用频谱空洞中的频率向从接收机发起呼叫。

步骤306，从接收机应答从发射机的呼叫，从而建立与从发射机之间的通信链路。

在本实施例中，步骤303a和303b中在发射编码信号时，也可以采用上一实施例中的发射功率控制算法。在步骤303a中，主接收机向从用户发射的信号是经过编码的信号。主从用户之间的同步问题是通过从用户发起呼叫以及主接收机应答来实现的。发起呼叫可以使用控制信道，也可以使用频率池中的频率。

信号的编码方式由主、从系统共同决定，只要能够被从系统解调之后得知主接收机的授权接收频率的编码方式均可被采用。例如可采用简单的8421码表示所用频率。假设主接收机的授权接收频率为1234Hz，则可编为0001001000110100.或者可以将12kHz编为00000000000100100010.最后四位代表k，将900MHz编为00001001000000000011，最后四位代表M，等等。

为减少主接收机的碰撞概率，步骤303b之后还可以进行多次与步骤303b相同的步骤，具体数目按照从用户周围的主用户数确定。

需要指出的是，主接收机发射的编码信号除了包括表示授权接收频率的信息，还可以包括更多内容，比如主用户的发射频率、位置信息、业务时长等。编码程度依据系统发展而定。信号承载信息量的大小决定了从用户频谱检测的复杂度。承载的信息越多，从用户判决的依据越多，越容易进行频谱检测和频谱空洞的使用。例如，从用户可以参照频率信息决定哪些频率是频谱空洞，可以根据业务时长决定下一次检测的时间，根据主接收机的干扰容忍度进行功率控制等。

本发明从用户对主接收机的干扰的根源出发，分析主、从用户的通信过程，在对现有发射机检测和接收机检测的研究基础上，分析其不足，并通过上面的几个实施例实现了简单有效的接收机检测，即将主接收机将授权接收频率告知从用户，从用户根据被告知的信息确定发射所使用的频谱空洞。从上述实施例能够看出，本发明能够有效的实现接收机检测，解决隐蔽站问题等由于从用户频谱检测不准确造成的对主接收机的干扰。

如图10所示，为本发明直接接收机检测系统的一实施例的结构示意图。在本实施例中，该系统包括：配备有信号发射装置的主接收机1和从发射机2。其主接收机1用于与主发射机建立通信链路后，通过所述信号发射装置向周围从用户发射信号，以通知所述主接收机所使用的授权接收频率。从发射机2用于根据接收到的所述信号确定频谱空洞。

主接收机可以包括以下模块：通信链路建立模块11、映射频率计算模块12和第一信号发射装置13。其中通信链路建立模块11用于与主发射机建立通信链路。映射频率计算模块12用于根据映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率。第一信号发射装置13用于以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

从发射机可以包括以下模块：发射机检测模块21和第一频谱空洞确定模块22。其中发射机检测模块21用于进行发射机检测。第一频谱空洞确定模块22用于根据接收到的所述单频信号判断所述映射频率是否正在使用，是则根据所述映射频率进行映射函数的逆运算，获得所述授权接收频率，否则将所述映射频率归入频谱空洞。

如图11所示，为本发明直接接收机检测系统的另一实施例的结构示意图。与上一实施例相比，本实施例在主接收机1中加入了功率确定模块14，用于在所述信号发射装置向周围从用户发射信号之前，根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度确定所述主接收机的最小发射功率。

如图12所示，为本发明直接接收机检测系统的又一实施例的结构示意图。在本实施例中，该系统包括：通信链路建立模块11、检测请求接收模块15、编码模块16和第二信号发射装置17。其中通信链路建立模块11用于与主发射机建立通信链路。检测请求接收模块15用于接收从发射机发射的检测请求。编码模块16用于将包含所述授权接收频率的信息进行编码。第二信号发射装置17用于以从频率池中争用的频率向所述从发射机发送编码信号。

如图13所示，为本发明直接接收机检测系统的再一实施例的结构示意图。与上一实施例相比，本实施例在从发射机2中加入了检测请求发送模块25，用于通过从所述频率池选择的频率或控制信道向周围的主用户发射检测请求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1.一种直接接收机检测方法，包括：

主接收机与主发射机建立通信链路后，所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号，以向所述从用户通知所述主接收机对所述主发射机所使用的授权接收频率；

接收到所述信号的从发射机根据所述信号确定依赖于所述主接收机的频谱空洞，并使用频谱空洞中的某一频率向从接收机发起呼叫；

其中，所述直接接收机检测方法实现的假设是：收不到主接收机信号的所述从用户使用所述主接收机的频率不会对所述主接收机造成干扰，该假设成立的条件是所述主接收机进行合理的功率控制，使得所述主接收机发射的信号到达所述从用户时的强度大于从用户频谱空洞判决门限。

2.根据权利要求1所述的直接接收机检测方法，其中所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号的操作具体为：

所述主接收机根据映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率；

所述主接收机通过自身配备的信号发射装置以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

3.根据权利要求2所述的直接接收机检测方法，其中所述映射频段的选取基于以下因素的一种或多种：

选取带宽满足覆盖从用户认知频段的映射频段；

选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段，所述非授权频段与相邻授权频段使用相同或不同的映射函数进行映射；

选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的映射频段，所述多个系统的映射频段使用不同的映射函数；

选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为映射频段；

根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为映射频段。

4.根据权利要求2所述的直接接收机检测方法，其中所述从发射机根据所述信号确定频谱空洞的操作具体为：

所述从发射机进行发射机检测，并根据接收到的所述单频信号判断所述映射频率是否正在使用，是则根据所述映射频率进行映射函数的逆运算，获得所述授权接收频率，否则将所述映射频率归入频谱空洞。

5.根据权利要求1-4任一所述的直接接收机检测方法，其中所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号之前，根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度确定所述主接收机的最小发射功率。

6.根据权利要求1所述的直接接收机检测方法，其中所述主接收机通过自身配备的信号发射装置向周围从用户发射信号的操作具体为：

所述主接收机接收到从发射机发射的检测请求后，将包含所述授权接收频率的信息进行编码，并通过自身配备的信号发射装置以从频率池中争用的频率向所述从发射机发送编码信号。

7.根据权利要求6所述的直接接收机检测方法，其中所述频率池的选取基于以下因素的一种或多种：

选取带宽满足覆盖从用户认知频段的频率池；

选取从用户可使用的非授权频段和相邻授权频段作为频率池；

选取满足总授权频段带宽以及频点带宽的多个系统的频段构成频率池；

选取满足总带宽要求的多个不连续频段作为频率池；

根据确定的主系统和从系统选取频谱空洞作为频率池。

8.根据权利要求6所述的直接接收机检测方法，其中所述从发射机根据所述信号确定频谱空洞的操作具体为：

所述从发射机对接收到的编码信号进行解码，并根据解码得到的所述授权接收频率确定频谱空洞。

9.根据权利要求6所述的直接接收机检测方法，其中在所述主接收机接收到从发射机发射的检测请求之前，还包括：

从发射机通过从所述频率池选择的频率或控制信道向周围的主用户发射检测请求。

10.一种直接接收机检测系统，包括：

配备有信号发射装置的主接收机，用于与主发射机建立通信链路后，通过所述信号发射装置向周围从用户发射信号，以向所述从用户通知所述主接收机对所述主发射机所使用的授权接收频率；

从发射机，用于根据接收到的所述信号确定依赖于所述主接收机的频谱空洞，并使用频谱空洞中的某一频率向从接收机发起呼叫；

其中，所述直接接收机检测系统实现的假设是：收不到主接收机信号的所述从用户使用所述主接收机的频率不会对所述主接收机造成干扰，该假设成立的条件是所述主接收机进行合理的功率控制，使得所述主接收机发射的信号到达所述从用户时的强度大于从用户频谱空洞判决门限。

11.根据权利要求10所述的直接接收机检测系统，其中所述主接收机包括：

通信链路建立模块，用于与主发射机建立通信链路；

映射频率计算模块，用于根据映射函数将所述授权接收频率映射到映射频段，得到对应的映射频率；

第一信号发射装置，用于以所述映射频率向周围从用户发送单频信号。

12.根据权利要求11所述的直接接收机检测系统，其中从发射机包括：

发射机检测模块，用于进行发射机检测；

第一频谱空洞确定模块，用于根据接收到的所述单频信号判断所述映射频率是否正在使用，是则根据所述映射频率进行映射函数的逆运算，获得所述授权接收频率，否则将所述映射频率归入频谱空洞。

13.根据权利要求10-12任一所述的直接接收机检测系统，其中所述主接收机还包括：

功率确定模块，用于在所述信号发射装置向周围从用户发射信号之前，根据从用户以最大发射功率使用主接收机的工作频率发射信号时到达主接收机的信号强度确定所述主接收机的最小发射功率。

14.根据权利要求10所述的直接接收机检测系统，其中所述主接收机包括：

通信链路建立模块，用于与主发射机建立通信链路；

检测请求接收模块，用于接收从发射机发射的检测请求；

编码模块，用于将包含所述授权接收频率的信息进行编码；

第二信号发射装置，用于以从频率池中争用的频率向所述从发射机发送编码信号。

15.根据权利要求14所述的直接接收机检测系统，其中所述从发射机包括：

解码模块，用于对接收到的所述编码信号进行解码，得到所述授权接收频率；

第二频谱空洞确定模块，用于根据解码得到的所述授权接收频率确定频谱空洞。

16.根据权利要求14所述的直接接收机检测系统，其中所述从发射机还包括：

检测请求发送模块，用于通过从所述频率池选择的频率或控制信道向周围的主用户发射检测请求。