CN102165835B - 用于确定信道占用的认知无线电设备和方法 - Google Patents

Abstract

检测器模块（100）可操作在认知无线电设备中并且能够确定信道占用。该检测器模块包括：传感器（110），用于在可变感测阈值上感测现任信号，其中该传感器生成第一占用指示，第一占用指示表明该信道是否包括具有的感测度量超过可变感测阈值的现任信号；地理定位单元（120），用于基于检测器模块的位置来生成第二占用指示；和决策单元（130），用于基于第一占用指示和第二占用指示二者来生成占用决定。

Description

用于确定信道占用的认知无线电设备和方法

这个申请要求享有于2009年9月29日提交的美国临时申请No. 61/100,844的利益。

本发明一般涉及无线通信设备，并且更特别地涉及认知设备和TV白空间（White space）频率的共享。

也被称为白空间设备的认知设备正在进行研制，以便利用由于模拟TV的终结以及在某一地理位置中使用的有限数量的TV频带而导致可用的白空间频率来提供无线宽带因特网接入。然而，在这样的频率上的传输可能影响现任（incumbent）服务，诸如电视台和其他的无线用户。

认知设备（例如，电视白空间设备）中的认知无线电设备使用两种不同的技术来确定信道是否被现任TV信号占用。第一种技术基于感测该信道，以确定该信号是否存在于预定电平上或高于预定电平。第二种技术包括地理定位（geo-location）装置和数据库，其中该认知设备的确切位置被用作数据库的输入，该数据库随后通知该设备：该信道是否被占用。

为了避免隐藏节点效应（即，节点在其他节点的范围之外），该信号需要在非常低的电平上进行感测，例如，如此非常低的电平是比可见图片所需的电平低30dB的用于先进电视系统委员会（ATSC）信号的-114dBm。在如此低的电平上进行感测可能导致误报率的增加。同样，时间和空间衰落能够引起感测遗漏真实信号（real signal）的检测。另一方面，该感测技术不是基于地理定位信息（该信息可能是不完整的），从而允许设备是不受限制的并且真正地是认知的。即，在对信道占用作出决定之前，不需要访问数据库。另外，该感测技术能够检测在地理定位数据库中没有被包括或被覆盖的信号。

该地理定位技术通常基于以发射功率、天线类型和高度以及理论传输模型为基础的对信号覆盖范围的预测。由于没有考虑地形信息，所以覆盖轮廓（coverage contour）可能是相当不准确的。而且，该设备将需要地理定位装置（例如，GPS）和数据库，这些地理定位装置和数据库对于该设备而言可能是内部的或外部的。使用可能是或有线的或无线的通信接口而使得对数据库的访问是容易的。GPS、数据库和通信接口给该认知无线电设备增加成本和复杂度。另外，使用这种技术的检测由于数据库中的错误或确定定位信息的错误而有时可能是不准确的。该地理定位技术的优点在于：占用决定以独立于信道特性的信息为基础，并因而能够在电视台的轮廓内、即在电视台的覆盖范围内极大地降低误报率。

如从上面的讨论中能够明白的，单独地应用该感测或地理定位技术没有提供可靠的用于检测信道占用的解决方案。因此，提供将消除上面讨论的技术的缺陷的解决方案将是有利的。

本发明的某些实施例包括用于利用认知无线电设备来确定信道占用的方法。该方法包括：在可变感测阈值上感测现任信号，其中该传感器生成第一占用指示，第一占用指示表明：该信道包括具有的感测度量高于可变感测阈值的现任信号；基于检测器模块的位置，生成第二占用指示；以及基于第一占用指示和第二占用指示二者，生成占用决定。

本发明的某些实施例进一步包括在认知无线电设备中可操作用于确定信道占用的检测器模块。该检测器包括：传感器，用于在可变感测阈值上感测现任信号，其中该传感器生成第一占用指示，第一占用指示表明该信道是否包括具有的感测度量高于可变感测阈值的现任信号；地理定位单元，用于基于该检测器模块的位置来生成第二占用指示；以及决策单元，用于基于第一占用指示和第二占用指示二者来生成占用决定。

在本说明书完结时在权利要求书中特别地指出并清楚地请求保护被认为是本发明的主题。从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述以及其他的特征和优点将是显然的。

图1是根据本发明的实施例构造的认知设备的框图。

图2是说明用于使用根据本发明的实施例实现的认知设备来确定信道占用的方法的流程图。

重要的是注意：利用本发明所披露的实施例仅是在此的创新教导的众多有益使用的示例。一般而言，在本申请的说明书中进行的陈述未必限制各种请求保护的发明之中的任何一种。而且，某些陈述可能适用于一些发明的特征，但是不适用于其他的特征。总之，除非另外指明，否则在不丧失一般性的情况下，单数元素可能是复数，并且反之亦然。在附图中，相同的数字在若干视图中指的是相同的部分。

图1显示根据本发明的实施例构造的认知无线电设备的信道可用性检测器模块100的非限制性且示例性框图。该检测器模块100包括：传感器110，用于在可变阈值上感测现任信号；以及地理定位单元120，其基于该检测器模块100的位置来确定该认知无线电设备是在TV频道的覆盖范围之内还是之外。该地理定位单元120可操作来访问数据库125，其中该数据库保持在该认知无线电设备的区域中的TV频道的列表。

该检测器模块100还包括决策单元130，该决策单元基于分别由传感器110和地理定位单元120生成的占用指示D_S(T)和D_G来确定信道是否被占用。在示例性实施例中，当D_G等于逻辑值“1”时，该检测器模块100位于TV频道的轮廓之内，并且该信道被占用。当D_G等于逻辑值“0”时，该检测器模块100在该轮廓之外，并且该信道是空闲的。类似地，当感测到的信号电平大于可变传感器阈值（T）时，D_S(T)等于逻辑值“1”，并因此该信道被占用。如果D_S(T)等于逻辑值“0”，则信号电平低于该可变传感器阈值T，并且该信道是空闲的。该可变传感器阈值初始地根据待检测的信号来设置。例如，为了检测ATSC信号，该阈值被设置为-114dBm的值。所指示的逻辑值“1”和“0”仅仅是为了便于理解而使用的示例。本领域的技术人员认识到，该值可以基于设计便利而被设计成任何值。

决策单元130基于D_S(T)和D_G的值来确定该信道是空闲的还是被占用的。特别地，当D_S(T)=0并且D_G=0时，输出的占用决定是：该信道是空闲的；当D_S(T)=1并且D_G=1时，该信道被占用。当D_S(T)和D_G的值是不同的时，没有关于信道占用的明确的决定。在这样的情况下，该决策单元130生成控制信号（CTRL）来改变该传感器110被设置成的可变传感器阈值。特别地，当D_S(T)=1并且D_G=0时，该可变阈值被增加一个值Δ₁，并且确定：如果D_S(T+Δ₁)=1，则该信道被占用；否则，该信道是空闲的。类似地，当D_S(T)=0并且D_G=1时，用于传感器110的可变阈值被减小一个值Δ₂，并且如果D_S(T-Δ₂)=1，则确定该信道被占用；否则，该信道是空闲的。在本发明的示例性实施例中，Δ₁和Δ₂的值可以根据地形和感测信息的可靠性来确定。例如，如果该地形是平坦的，则认为数据库信息是可靠的，因而该占用决定将主要基于占用指示而非感测指示。平坦的地形包括这样的地形，其对于信号传播几乎不包括障碍物。

应该注意，在此描述的检测器模块100能够被适配成仅仅通过适当地设置Δ₂和Δ₁的值、使用传感器110或地理定位单元120之一或其组合来检测信道的占用。特别地，当将Δ₁和Δ₂设置成0时，占用决定仅仅基于传感器110；如果Δ₁和Δ₂等于无穷（大）数（infinity number），即，比传感器阈值T的初始电平大至少一个数量级的值，则占用决定完全基于地理定位单元120；当Δ₂等于无穷（大）数时，该决定依赖于在该轮廓内的信号的检测，并且在该TV频道的轮廓之外利用传感器阈值等于T+Δ₁进行感测；当Δ₁等于无穷（大）数时，该决定依赖于在该轮廓之外的信号的检测，并且在该TV频道的轮廓之内利用传感器阈值等于T-Δ₂进行感测。

作为非限制性示例，如果T=-114dBm、Δ₁=2dBm并且Δ₂=2dBm，则该传感器将在该轮廓内利用-116dBm的能级来感测信号，并且在该轮廓之外利用-112dBm的能级来感测信号，以确定信道可用性。应该认识到，与在该轮廓之外的那些设备相比，对在该轮廓之内的设备提供额外的保护，同时仍允许在白空间频率可用的时候使用这些白空间频率。

图2显示描述根据本发明的实施例实现的用于确定在白空间频率中的信道占用的方法的非限制性且示例性流程图200。在S210，接收基于信道感测和地理定位信息的占用指示D_G和D_S(T)。根据本发明的示例性实施例，占用指示D_G和D_S(T)的值是“0”或“1”。在S220，确定D_S(T)是否等于“0”，即，确定该信号是否低于可变传感器阈值（T），而如果是这样的话，则执行（程序）利用S230继续，其中在S230，检查D_G是否等于0；否则，执行（程序）利用S240继续，其中在S240，检查D_G是否等于1。

如果步骤S230的结果是肯定回答（D_G=0），即，该认知设备在该TV频道的轮廓之外，并因而在S295，确定该信道是空闲的（因为该信号也低于感测阈值）。如果步骤S230的结果是否定回答（D_G=1），即，该认知设备在该TV频道的轮廓之内，则执行（程序）继续到S260，其中在S260，该可变传感器阈值T的值被减小一个值Δ₂。此后，在S270，确定该信道中的信号（如果有的话）的感测度量（例如，能级）是否低于新的阈值T-Δ₂，即，是否D_S(T-Δ₂)=0。如果S270的结果是肯定回答，则该信道是空闲的（S295）；否则，该信道被占用（S290）。

该执行（程序）到达S240，其中在S240，当信号的能级超过该传感器阈值的值时，检查信号是否在该TV频道的轮廓之中。如果步骤S240的结果是肯定回答（D_G=1），即，该认知设备在该TV频道的轮廓之内，则在S290确定该信道被占用。如果步骤S240的结果是否定回答（D_G=0），即，该认知设备在该TV频道的轮廓之外，则执行（程序）进行到S250，其中在S250，该可变阈值的值被增加一个值Δ₁。此后，在S280，确定该信道中的信号（如果有的话）的感测度量是否低于新的阈值T+Δ₁，即，是否D_S(T+Δ₁)=0。如果S280的结果是肯定回答，则该信道是空闲的（S295）；否则，该信道被占用（S290）。应该注意，步骤S220、S230和S240可以并行执行。

已参考特定的实施例描述了本发明，其中在该实施例中改变传感器阈值，以便作出有关该信道中的信号的存在的确定性决定。对于本领域的技术人员来说，其他的实施例将是显而易见的。例如，不修改传感器阈值（S250和S260），而能够修改感测时间的持续时间，以便作出有关信道占用的明确的决定。

以上详细的描述已阐述了本发明能够采用的多种形式中的一些形式。意图是：前面详细的描述应被理解为本发明能够采用的选择形式的例证，而不是对本发明的定义进行的限制。只有包括所有等价物在内的权利要求书才用于限定这个发明的范围。

最优选地，本发明的原理被实施为硬件、固件和软件的任何组合。此外，软件优选地被实施为有形地在程序存储单元或计算机可读介质上实施的应用程序。该应用程序可以被上传到包括任何适当架构的机器并由该机器来执行。优选地，该机器在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上进行实施。该计算机平台也可以包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以是能够由CPU执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分或其任何组合，无论是否明确地示出这样的计算机或处理器。此外，各种其他的外围单元可以被连接到该计算机平台，诸如附加的数据存储单元和打印单元。

Claims (15)

1.一种在认知无线电设备中可操作用于确定信道占用的检测器模块，包括：

传感器（110），用于在用于该传感器的可变感测阈值上感测现任信号，其中该传感器生成第一占用指示，第一占用指示表明信道是否包括具有的感测度量超过该可变感测阈值的现任信号；

地理定位单元（120），用于基于该检测器模块的位置来生成第二占用指示；和

决策单元（130），用于基于第一占用指示和第二占用指示来生成占用决定，

其中当第一占用指示和第二占用指示的值是不同的时候，该决策单元生成控制信号来改变该可变感测阈值。

2.权利要求1的检测器模块，其中当该认知无线电设备在该信道的覆盖范围之内时，第二占用指示表明该信道被占用，而如果该认知无线电设备在该信道的覆盖范围之外，则第二占用指示进一步表明该信道是空闲的，其中该信道至少是TV频道。

3.权利要求2的检测器模块，其中当第一占用指示和第二占用指示二者表明该信道被占用时，该信道被占用。

4.权利要求3的检测器模块，其中当第一占用指示和第二占用指示表明该信道是空闲的时，该信道是空闲的。

5.权利要求4的检测器模块，其中当第一占用指示表明该信道被占用而第二占用指示表明该信道是空闲的时，该可变感测阈值被增加第一增量值；该信道被感测，以生成新的第一占用指示，当检测到具有的感测度量超过该可变感测阈值的新值的现任信号时，新的第一占用指示表明该信道被占用；当新的第一占用指示表明该信道被占用时，该信道被占用；而当新的第一占用指示表明该信道是空闲的时，该信道是空闲的。

6.权利要求4的检测器模块，进一步包括：

当第一占用指示表明该信道是空闲的而第二占用指示表明该信道被占用时，将该可变感测阈值降低第二增量值；

感测该信道，以生成新的第一占用指示，当检测到具有的感测度量超过该可变感测阈值的新值的信号时，新的第一占用指示表明该信道被占用；

当新的第一占用指示表明该信道被占用时，确定该信道被占用；和

当新的第一占用指示表明该信道是空闲的时，确定该信道是空闲的。

7.权利要求6的检测器模块，其中第一增量值和第二增量值是可配置的。

8.权利要求7的检测器模块，其中第一增量值和第二增量值能够被配置成允许基于该传感器或该地理定位单元来检测信道占用。

9.一种用于利用认知无线电设备来确定信道占用的方法，包括：

在用于传感器的可变感测阈值上感测现任信号，其中该传感器生成第一占用指示，第一占用指示表明信道包括具有的感测度量超过该可变感测阈值的现任信号；

基于检测器模块的位置，生成第二占用指示；和

基于第一占用指示和第二占用指示二者，生成占用决定，

其中当第一占用指示和第二占用指示的值是不同的时候，生成控制信号来改变该可变感测阈值。

10.权利要求9的方法，其中当该认知无线电设备在信道的覆盖范围之内时，第二占用指示表明该信道被占用，而如果该认知无线电设备在信道的覆盖范围之外，则第二占用指示进一步表明该信道是空闲的，其中该信道至少是TV频道。

11.权利要求9的方法，其中生成占用决定进一步包括：当第一占用指示和第二占用指示表明该信道被占用时，确定该信道被占用。

12.权利要求11的方法，进一步包括：当第一占用指示和第二占用指示二者表明该信道是空闲的时，确定该信道是空闲的。

13.权利要求12的方法，进一步包括：

当第一占用指示表明该信道被占用而第二占用指示表明该信道是空闲的时，将该可变感测阈值增加第一增量值；

感测该信道，以生成新的第一占用指示，当检测到具有的感测度量超过该可变感测阈值的新值的现任信号时，新的第一占用指示表明该信道被占用；

当新的第一占用指示表明该信道被占用时，确定该信道被占用；和

当新的第一占用指示表明该信道是空闲的时，确定该信道是空闲的。

14.权利要求12的方法，进一步包括：

当第一占用指示表明该信道是空闲的而第二占用指示表明该信道被占用时，将该可变感测阈值降低第二增量值；

感测该信道，以生成新的第一占用指示，当检测到具有的感测度量超过该可变感测阈值的新值的信号时，新的第一占用指示表明该信道被占用；

当新的第一占用指示表明该信道被占用时，确定该信道被占用；和

当新的第一占用指示表明该信道是空闲的时，确定该信道是空闲的。

15.权利要求14的方法，其中第一增量值和第二增量值是可配置的。

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