CN102474667A

CN102474667A - 用于电视频带设备的白空间频谱传感器

Info

Publication number: CN102474667A
Application number: CN2010800349309A
Authority: CN
Inventors: V·萨马拉索瑞亚; S·吴
Original assignee: WiLAN Inc
Current assignee: WI-LAN有限公司; Quarterhill Inc
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: WO2011020179A1; KR101444561B1; CN102474667B; US20110043710A1; JP2013502753A; EP2468003A1; EP2468003A4; KR20120041211A; US8373759B2; JP5542207B2

Abstract

电视频带设备具有产生与所监控的电视频道相关的DTV导频信号探测判决的DTV导频信号探测逻辑。无线麦克风探测逻辑产生与所监控的电视频道相关的无线麦克风探测判决。传感管理器接收DTV导频信号探测判决和无线麦克风探测判决，并分析至少一个相应的判决以确定所监控的电视频道是否是可用的白空间。

Description

用于电视频带设备的白空间频谱传感器

发明领域

本发明大体上涉及认知无线电，具体来讲是涉及确定VHF/UHFTV频带频谱内的空闲频带(白空间)的用于电视频带设备的有效频谱传感器。

发明背景

用于由非许可TV频带设备使用的未使用的TV频带频谱的开放产生了对可动态地识别VHF/UHF TV频带频谱内的白空间的电视频带设备的需要。

因此存在对具有用于识别VHF/UHF TV频带频谱内的白空间的有效传感器的电视频带设备的需要。

发明概述

因此本发明的目的是提供具有用于识别VHF/UHF TV频带频谱内的白空间的有效传感器的电视频带设备。

本发明因此提供了一种电视频带设备，其包括：DTV导频信号探测逻辑，其在从转换到中心在中频处的电视频道信号的电视频道信号频率得到的平滑功率频谱中搜索DTV导频信号，并产生与所监控的电视频道相关的DTV导频信号探测判决；无线麦克风探测逻辑，其在平滑功率频谱中搜索无线麦克风或窄带信号，并产生与所监控的电视频道相关的无线麦克风探测判决；以及传感管理器，其接收DTV导频信号探测判决和无线麦克风探测判决，并分析相应的判决的至少一个以确定所监控的电视频道是否是可用的白空间。

本发明还提供了电视频带白空间传感器，其包括：第一下变频器电路，其数字化无线电频率前端输出电视频道信号并将无线电频率前端输出电视频道信号下变频到中心在中频处的电视频道信号；快速傅立叶变换，其接收中心在中频处的电视频道信号并将它转换成复串行输出信号；频谱平滑滤波器，其对复串行输出信号取平均以在串行模式中计算平滑功率频谱；DTV导频信号探测逻辑，其接收平滑功率频谱，在平滑功率频谱内搜索DTV导频信号，并输出DTV导频信号探测判决；无线麦克风探测逻辑，其在平滑功率频谱中搜索无线麦克风或其它窄带信号，并输出无线麦克风探测判决；以及传感管理器，其从DTV导频信号探测逻辑和无线麦克风探测逻辑接收相应的探测判决，并分析相应的探测判决的至少一个以确定无线电频谱前端是否被调谐到白空间电视频道。

本发明还提供了检测电视频带中的白空间的方法，其包括：选择要检测的电视频道；扫描转换到中心在中频处的信号的电视频道信号频率以探测DTV导频信号；如果DTV导频信号被探测到，选择要检测的下一电视频道；否则，在预定时间段内重复地选择电视频道并扫描中心在中频处的信号以探测无线麦克风或其它窄带信号；以及如果在预定时间段期间的至少预定数量的时间没有探测到无线麦克风或其它窄带信号，将所选择的电视频道确认为白空间。

本发明又提供了检测电视频带中的白空间的方法，其包括：将无线电频率前端调谐到与电视频带中的电视频道相关的频率；将来自无线电频率前端的输出转换成中心在中频处的信号；扫描中心在中频处的信号以探测DTV导频信号；如果DTV导频信号被探测到，将无线电频率前端调谐到与电视频带中的另一电视频道相关的频率；否则，针对无线麦克风或其它窄带信号扫描中心在中频处的信号；以及在预定时间段内重复地将无线电频率前端调谐到与电视频道相关的频率，并扫描中心在中频处的信号以探测无线麦克风或其它窄带信号；以及如果探测到无线麦克风或其它窄带信号，将无线电频率前端调谐到与电视频带中的另一电视频道相关的频率。

附图简述

在这样大体上描述了本发明的性质后，现在将参考附图，其中：

图1是根据本发明的被提供有用于识别电视频带白空间的传感器的电视频带设备的示意图；

图2是由图1所示的传感器使用的检测过程的一个实施方案的概述的流程图；

图3是示出由图1所示的传感器使用的检测计划的一个实施方案的时序图的示意图；

图4是根据本发明的频谱平滑机构的一个实施方案的示意图；

图5是由图1所示的传感器使用的检测过程的一个实施方案的流程图；

图6是由图1所示的传感器使用的ATSC导频检测窗的示意图；

图7是由图1所示的传感器使用的无线麦克风或其它窄带信号检测窗的示意图；

图8是由图1所示的传感器使用来检测无线麦克风或其它窄带设备信号的过程的一个实施方案的流程图；以及

图9是由图1的传感管理器使用来确定由电视频带设备使用的白空间频道是否被探测到的决策过程的一个实施方案的流程图。

优选实施方案的详细描述

本发明提供了电视频带设备和白空间传感器，电视频带设备具有DTV场同步探测逻辑，其在从所监控的电视频道得到的基带信号中搜索DTV场同步序列，并产生与所监控的电视频道相关的DTV场同步探测判决；DTV导频信号探测逻辑，其在从中心在中频处的电视频道信号得到的平滑功率频谱中搜索DTV导频信号，并产生与所监控的电视频道相关的DTV导频信号探测判决；无线麦克风探测逻辑，其在从中心在中频处的电视频道信号得到的平滑功率频谱中搜索无线麦克风或窄带信号，并产生与所监控的电视频道相关的无线麦克风探测判决；以及传感管理器，其接收DTV场同步探测判决、DTV导频信号探测判决和无线麦克风探测判决，并分析相应的判决以确定所监控的电视频道是否是可用的白空间。

图1是根据本发明的被提供有TV白空间传感器的电视频带设备20的示意图。如本领域技术人员将理解的，电视频带设备20具有到其收发机和/或音频/视频(AV)部件的接口22，这些部件在本领域中是公知的，且没有被示出或描述。如本领域技术人员进一步理解的，图1所示和下文描述的传感器部件除了由电视频带设备20执行的白空间检测以外还可用于其它接收机和/或信号处理功能。本领域技术人员应进一步理解，根据先进电视制式委员会(ATSC)标准A/53(ATSCDigital Television Standard，Parts 1-6，007)的规定来执行下面描述的由电视频带设备20执行的白空间检测。然而，下面所述的方法可适合于其它国际电视标准，而不偏离本发明的范围。

电视频带设备20配备有电视频带天线24，其结构和功能在本领域中是公知的。天线24接收由数字电视(DTV)和/或无线麦克风(WM)发射机26发射的电视频带信号25。如本领域技术人员将充分理解的，由天线24接收的电视频带信号25被附加的高斯白噪声(AGWN)和所发射的信号的多路径复制损害。所接收的信号从天线24传递到至少一个无线电频率(RF)前端28，其设计成选择性地隔离在某一时间的一个电视频带频道与所接收的信号。在下文中简单地称为“RF前端28”的至少一个RF前端28输出从选定的频道信号得到的增益调节的模拟中频信号。

由RF前端28输出的模拟中频信号被传递到模数(A/D)转换器29，其以例如100MHz的采样率(大约8倍于ATSC符号率)对RF前端28进行采样，以将模拟中频转换成数字信号。数字信号被传递到数字下变频器和分样器30，其对数字信号进行降采样和分样，并输出在下文中简单地称为IF信号31的中心在中频(IF)处的信号。根据本发明的一个实施方案，IF信号31中心在5.381MHz处。IF信号31经由信号路径33a被同时传递到FFT 34以及下变频器和分样器38。FFT 38根据将在下面参考图4解释的参数来处理TF信号31，并将串行数据流输出到频谱平滑滤波器35，其也将在下面参考图4被描述。频谱平滑滤波器35的串行输出经由信号路径33b输出到DTV导频信号探测逻辑36，并经由信号路径33c输出到无线麦克风探测逻辑37。同时，下变频器和分样器38以本领域公知的方式输出基带信号39。基带信号39被传递到数字增益控制器40，其自动调节基带信号39的增益，并将增益调节的基带信号输出到平方根升余弦滤波器和均衡器(SRRC滤波器)41，其功能在本领域中是已知的。SRRC滤波器41的输出被传递到相关器42，其使SRRC滤波器输出与所存储的ATSC场同步模式43相关。来自相关器42的输出经由信号路径44被传递到DTV场同步探测逻辑45，其功能将在下面参考图5被解释。

来自DTV导频信号探测逻辑36、无线麦克风探测逻辑36和DTV场同步探测逻辑45的输出相应地传递到传感管理器46。传感管理器46维持频道检测矩阵48，并作出关于白空间TV频带频道的探测的所有最终判决，如将在下面参考图2、5、8和9描述的。

图2是由图1所示的电视频带设备20的传感器使用的检测过程的一个实施方案的流程图。传感管理器46通过将频道检测矩阵48设置或重置到预定的默认值来装入并初始化频道检测矩阵48(50)。频道检测矩阵48的内容和结构是设计选择的问题。然而，频道检测矩阵包含或被初始化成包含将检测白空间的频道的列表。该列表可包括在UHF/VHF电视频带中的所有49个已知的潜在白空间频道，或可不包括在给定区域中的已被许可用于DTV或WM使用的所有频道。根据本发明的一个实施方案，执行对在UHF/VHF电视频带中的本地许可频道的数据库的查询(未示出)，以初始化频道检测矩阵48中的待检测的频道的列表。在频道检测矩阵被装入并初始化之后，变量“频道-N”被设置为待检测的第一频道。可使用任何适当的算法来选择频道-N，例如以待检测的频道的递增的号数顺序的第一频道；以待检测的频道的递减的号数顺序的第一频道；最后被确认为白空间的频道；等等。在下面描述的实例中，频道-N首先被设置到以待检测的频道的递增的号数顺序的第一频道。

在频道检测矩阵48被装入之后，RF前端28由传感管理器46指示来选择频道-N(52)。传感管理器接着确定变量“频道-N-扫描”是否等于“1”(54)。当初始化频道检测矩阵48时，对待扫描的每个频道将变量频道-N-扫描设置到“1”。如果频道-N-扫描＝1，这是频道-N的第一次扫描，且DTV检测被执行(56)，如将在下面参考图5和6解释的。在所有随后的扫描中，只执行无线麦克风(WM)检测，其将在下面参考图7和8被解释。传感管理器46接着确定DTV信号是否被探测到(58)。如果DTV信号没有被探测到或频道-N-扫描不等于“1”，则WM检测被执行(60)，且在频道检测矩阵48中的频道-N的无线麦克风统计数字被更新(62)。传感管理器46接着确定频道-N-扫描是否等于变量M(64)。在一个实施方案中，变量M是29，给定待扫描的频道的扫描间隔和平均数量，29是可在30秒内执行的扫描的次数，联邦通信委员会(FCC)控制时间间隔以核实白空间。然而，M的值也可被动态地分配，取决于待扫描的频道的数量，和/或当待扫描的所有频道的第一次扫描完成时自从扫描过程开始以来的总消逝时间。

如果频道-N-扫描不等于M，传感管理器46使频道-N-扫描递增(66)。然而，如果频道-N-扫描等于M，频道-N的扫描是完整的，且传感管理器46作出关于当扫描频道-N时无线麦克风信号或其它窄带信号是否被确认的判决(68)，如将在下面参考图8和9描述的。在任一情况下，使用关于频道-N的信息来更新频道检测矩阵(70)。变量频道-N接着被设置为待检测的下一频道，或传感管理器46确定所有频道的检测已完成。传感管理器46随后检查频道检测矩阵以确定白空间频道是否已被确认(72)。如果确定DTV信号没有在该频道上探测到，以及在至少30秒的总消逝时间(FCC-08-260)之后没有无线麦克风或其它窄带信号被确认，则白空间频道被确认，如将在下面参考图9描述的，在该频道的所有M次扫描完成之后。如果在(72)确认了白空间频道，则扫描过程结束。否则，传感管理器46确定频道扫描是否完成(74)。如果频道扫描没有完成，传感管理器46指示RF前端28选择频道-N(52)，且上述过程重复，直到白空间频道被确认或在频道检测矩阵48中的所有频道的检测完成。

图3是示出由图1所示的电视频带设备20的传感器使用的检测计划的一个实施方案的时序图的示意图。如上所述，FCC规定，任何潜在的白空间频道必须被监控最少30秒，以确保没有无线麦克风或其它窄带信号存在于该频道上。如本领域技术人员将理解的，DTV广播公司所使用的频道正常总是在运行中。因此，DTV信号通常容易被探测到，并可最后在大约25ms——根据下面参考图4-9描述的根据本发明的实施方案完成电视频带频道的初始扫描所需的时间——内被识别。如上面参考图1解释的，DTV检测80和初始WM检测81并行地执行。因此，在频道检测矩阵48中的每个频道的初始扫描在大约25ms内完成。同一频道的随后扫描82-84如上面参考图2所述的在时间上间隔开，并被设想为探测WM或其它窄带信号85的至少一次出现，如果频道根据本发明在传感器的范围内由无线电视频带设备使用。

图4是图1所示的频谱平滑滤波器35的一个实施方案的示意图。当天线24(图1)在传感管理器46的指导下接收由RF前端28选择的电视频带频道时，模数转换器29以预定的速率f_s对所接收的信号进行采样。根据本发明的一个实施方案，f_s等于100MHz，或大约8倍于ATSC符号率，其由数字下变频器和分样器30下变频和分样到IF信号31，如上面参考图1解释的。IF信号31由FFT 34以预定的采样率采样。根据本发明的一个实施方案，FFT采样率是21.524MHz。FFT 34具有高达4096(4K)的可编程尺寸。在本发明的一个实施方案中，FFT 34被编程为具有4K仓。FFT 34将串行IF信号31转换成并行信号，其由快速傅立叶变换以本领域公知的方式处理并转换回到通过并行信号路径86a、86b输出到频谱平滑滤波器35的串行数据流。信号路径86a向保存每个仓值(a+jb)的乘法器函数87提供复串行FFT输出数据，其中“j”是虚分量，直到复共轭函数88处理复信号并输出复信号的共轭(a-jb)。乘法器函数88使复FFT输出信号乘以其复共轭(a+jb)(a-jb)，这对于FFT仓的第一半移除了虚分量并输出信号功率(PoW_n(k)，其中n＝1，2，...，2048)。信号功率值被输出到指数平均滤波器，其在本实施方案中包括接收串行Pow_n(k)值并使每个值乘以可编程常数1-η的乘法器函数89。在一个实施方案中，η被设置为0.95。同时，定时电路91以FFT对时钟时间n_c采样的速率，即，21.524MHz*n_c输出定时信号，其中n_c≥2。由定时电路91输出的定时信号被馈送到控制随机存取存储器(RAM)93的读和写操作的频谱平滑控制函数92。在一个实施方案中，由频谱平滑控制函数使用的RAM 93的深度是FFT仓尺寸(N_FFT/2)，即，4K/2＝2K。在IF信号31的采样之间，频谱平滑控制函数92从RAM 93读取与在以前的(k-1)FFT周期中的相同FFT仓n，即，P_n(k-1)相应的值，并将该值输出到乘法器函数95，其使从RAM 93得到的值P_n(k-1)乘以可编程常数94(η)。乘法器函数95的输出被传递到求和函数96，其使乘法器函数89和95的输出相加以产生平滑功率频谱98，P_n(k)。平滑功率频谱98的值P_n(k)也经由信号路径97路由到RAM 93，其中频谱平滑控制函数92使用它来盖写刚刚读取的RAM 93的值P_n(k-1)。在数学上表示，频谱平滑滤波器35将P_n(k)计算为：

P_n(k)＝η×P_n(k-1)+(1-η)×Pow_n(k) 方程1

其中n＝1，2，...N_FFT/2，以及k＝1，2，...，N_av

N_av是触发某些事件的可编程变量。如下面参考图5解释的，在一个实施方案中，N_av被设置为100。

图5是由图1所示的电视频带设备20的传感器使用的检测过程的一个实施方案的流程图。如上面参考图4解释的，IF信号31由FFT34接收(100)并处理(102)。由FFT 34输出的功率频谱由频谱平滑滤波器35取平均(104)，频谱平滑滤波器35输出平滑功率频谱P_n(k)。平滑功率频谱连续地输出到无线麦克风探测逻辑37(108和110)，并输出到DTV导频信号探测逻辑36(112)，但该输出没有被处理，直到预定数量的FFT周期被频谱平滑滤波器35取平均，如将在下面更详细解释的。因此，在每个FFT输出周期之后，确定由频谱平滑滤波器35取平均的FFT周期的当前数量N是否等于N_av-2(105)。如果否，确定由频谱平滑滤波器35取平均的FFT周期的当前数量N是否等于N_av，-1(106)。如果否，确定由频谱平滑滤波器35取平均的FFT周期的当前数量N是否大于或等于N_av(107)。如果这些条件没有一个为真，FFT周期输出的平均化由频谱平滑滤波器35继续，如上面参考图4解释的。当N≥N_av时，DTV导频信号探测逻辑36使用从频谱平滑滤波器95输出的第N个平均值1，...，N_FFT/2来计算在DTV导频信号检测窗-1和窗-2中的信号功率水平。

DTV导频信号检测窗-1(见图6中的202)是具有Δf₁的频率宽度和FFT指数[n₁，n₂]的窄窗。窗-1中心在6MHz DTV信号200中，DTV导频206(图6)位于6MHz DTV信号200中。在一个实施方案中，Δf₁是大约30KHz。DTV导频信号检测窗-2(见图6中的204)具有Δf₂的频率宽度和FFT指数[n₃，n₄]。DTV导频信号检测窗-2位于6MHz频道的DTV数据部分中。在一个实施方案中，Δf₂是大约1MHz。频率宽度和DTV导频信号检测窗-2的位置在很大程度上是设计选择的问题，虽然它必须不包括由导频信号占用的带宽。在窗-1中的所计算的功率(P_W1)是在FFT指数n₁和n₂之间的P_n的相应值的和。在窗-2中的所计算的功率(P_W2)是在FFT指数n₃和n₄之间的P_n的相应值的和。

再一次参考图5，在计算导频检测窗-1和窗-2中的功率水平(114)之后，通过首先依比例调整窗-2中的功率并接着使用下列方程计算窗-1和窗-2之间的功率差来计算相对功率差(ΔP)(116)：

P_{W 2} = P_{W 2} \times (\frac{Δ f_{1}}{Δ f_{2}})

和方程2

ΔP＝P_W1-P′_W2 方程3

功率差ΔP接着与可编程阈值比较(118)以确定导频信号是否被探测到。在一个实施方案中，可编程阈值被设置为0.5dB。如果ΔP大于阈值，则d_导频＝1被传递到传感管理器46以指示DTV导频已被探测到。如果ΔP小于阈值，则d_导频＝0被传递到传感管理器46以指示DTV导频未被探测到。传感管理器46更新频道矩阵48(120)，如上面参考图2所述的。

同时，IF信号31进一步被下变频和分样(124)、SRRC滤波(126)、并与场同步模式相关(128)，如上面参考图1所述的。在一个实施方案中，场同步模式43是DTV场同步模式的PN511部分。在另一实施方案中，场同步模式被扩展为包括在DTV场同步模式的PN511之后的三个PN63序列。DTV场同步探测逻辑45计算相关器输出y_abs[n]的绝对值(130)，对每个绝对值与以前的绝对值取平均(132)，并使用下列方程使平均值乘以可编程值(β)：

y_abs ^av[n]＝β×y_abs ^av[n-1]+(1-β)×y_abs[n]，其中β＝0.95 方程4

所计算的平均值接着乘以可编程阈值τ_FS(136)，且该乘积如下与在长度V的预定窗中找到的峰值比较(140)：

在一个实施方案中，阈值τ_FS＝7。预定窗V的长度是设计选择的问题，但该窗必须比被匹配的场同步序列长。在一个实施方案中，窗V是1,000个符号长。相应的判决d_FS1(场同步存在)和d_FS0(场同步不存在)(其中之一在每个窗V被处理之后输出)被传递到传感管理器46，其使用场同步探测判决来更新频道检测矩阵(120)，如果DTV导频探测判决和WM探测判决都指示所监控的频道是白空间，如将在下面参考图9更详细地解释的。

除了对DTV信号的导频检测和场同步检测以外，根据本发明的机构在频谱平滑滤波器35对预定数量的FFT周期取平均之后还同时执行对WM和其它窄带信号的检测。使用图7所示的滑动WM检测窗210来执行WM和窄带检测。为了说明起见，示出了滑动WM检测窗210a-210c的三个实例。滑动WM检测窗210具有可编程宽度W。在一个实施方案中，该宽度W是20个FFT仓(105.1kHz)。滑动WM检测窗210的最初位置是在位于6MHz频道的下边缘处的25kHz保护间隔212的上边缘处。在一个实施方案中，滑动WM检测窗位置重叠了高达W/2。滑动WM检测窗210越过6MHz频带移动到上部25kHz保护频道214的下边缘。预先计算相应于WM检测窗210的位置的频率。窗尺寸(以Hz为单位的W)和窗重叠用于计算每个WM检测窗位置的下边缘频率f₁和上边缘频率f₂。对于给定的窗位置，如下预先计算相应于f₁和f₂的FFT仓数量(n₁，n₂)：

W＝N_b×f_res 方程5

其中N_b＝窗W中的FFT仓的数量

以及

f_{res} = \frac{f_{s}}{N_{FFT}}

n_{1} = floor ((\frac{f_{s}}{N_{FFT}}) \times f_{1})

方程6

n_{2} = floor ((\frac{f_{s}}{N_{FFT}}) \times f_{2})

方程7

再一次参考图5，在频谱平滑滤波器35对在(105)确定的N_av-2个FFT周期取平均之后，平滑功率频谱输出从线性标度转换到分贝(dB)，如将在下面参考图8解释的，且最小和最大功率水平被找到(140)。最小和最大分贝水平接着用于定义预定数量的直方图单元，如也将在下面参考图8解释的。该过程接着返回到频谱平滑(104)。

当确定了频谱平滑滤波器35已计算了N_av-1个平均值(106)时，在(142)定义的直方图单元用于计算频率直方图(144)，如也将在下面参考图8解释的。在频率直方图被计算之后，该过程返回到频谱平滑函数104，且FFT输出的另一周期被处理。

当确定了频谱平滑滤波器35已计算了N_av个平均值(107)时，在(144)计算的直方图单元用于估计功率频谱噪声基底(146)，如将在下面参考图8解释的。无线麦克风探测逻辑37接着如下计算每个WM检测窗210中的功率水平：

P_{w 1} = (Σ_{n = n_{1}}^{n_{2}} \frac{P_{n}}{f_{res}}) \times f_{res} = Σ_{n = n_{1}}^{n_{2}} P_{n}

方程8

对于WM和其它窄带信号，比较所计算的功率水平与所估计的待检测的噪声基底(150)。WM探测逻辑37输出由传感管理器46分析(152)的判决矢量d_WM，如果频道检测矩阵48的更新指示DTV导频信号没有被探测到(120)，如在(154)确定的。如果探测到DTV导频信号，则取消WM检测(156)，且过程结束。否则，WM判决矢量由传感管理器46分析，如将在下面参考图9解释的，且传感管理器46更新频道检测矩阵48(158)。

图8是由图1所示的TV频带设备20的传感器使用来检测无线麦克风或其它窄带设备信号的过程的一个实施方案的流程图，如在概述中参考图5所述的。如上所述，平滑功率频谱值由WM判决逻辑37接收并如下从线性标度(x)转换成dB(y)：

y＝10×log10(x) 方程9

当WM探测逻辑37在由FFT指数(n_低，n_高)覆盖的频道带宽＝BW的平滑功率频谱中找到最低功率水平(P_min)和最高功率水平(P_max)之后，如下：

方程10

方程11

方程12

方程13

K个相等尺寸的直方图单元(V_k)接着如下被定义在(P_min，P_max)的范围内：

V_{k} = P_{\min} + (k - 1) \times (\frac{P_{\max} - P_{\min}}{K}),

k＝1，...，K

方程14

变量K是可编程的。在一个实施方案中，K等于64。

接着如下计算频率直方图：

h_k＝落在下列范围之间的功率频谱值的数量

V_k≤10×log10(P_n)＜V_k+1，对于k＝1，..，K-1

n_低≤n≤n_高

WM探测逻辑接着如下找到具有最高频率计数的直方图单元(228)：

k^{\max} = \begin{matrix} \max \\ k \end{matrix} (h_{k}, k = 1, . ., K - 1)

方程15

接着如下计算以dB为单位的所估计的噪声功率水平(N_p)(230)：

N_{p} = (\frac{V_{k^{\max}} + V_{k^{\max} + 1}}{2}) dB

方程16

接着如下将噪声功率水平(N_p)转换成线性标度(N₀)(瓦特/赫兹)(232)：

方程17

如下计算在每个滑动窗中的噪声功率(N_W)：

N_W＝N₀×W＝N₀×N_b×f_res 方程18

其中W是以Hz为单位的滑动窗。

接着如下计算噪声功率阈值(234)：

阈值＝N_W+δ 方程19

其中δ是可编程常数。

在一个实施方案中，δ等于0.1。接着使用方程8对每个滑动窗计算信号功率(PN，其中N等于滑动窗210的数量)，如上面参考图5描述的。循环计数器n被设置为1(238)，且确定窗n中的所计算的信号功率P_n是否大于所计算的噪声功率阈值(方程19)。如果是这样，WM判决矢量项d_n被设置为“1”(242)。如果否，d_n被设置为“0”(246)。在任一情况下，n递增1(244)，且确定n是否大于N。如果否，循环(240-248)被再次执行，直到对每个窗210产生WM判决d_n。

在产生所有的WM判决d_n之后，计算判决和矢量S_n以测试局部信号能量团簇，其指示无线麦克风或其它窄带信号的存在，如下：

无线麦克风探测逻辑37接着从传感管理器46获得循环计数器起始值n_s和循环计数器最终值n_s(252)。如果在邻频道中探测到强大的DTV信号，则可调节起始值和/或最终值以消除由可能在邻频道边缘附近探测到的信号能量团簇引起的错误探测，作为信号扩散到正被检测的频道的边缘中的结果。无线麦克风探测逻辑37还使无线麦克风判决矢量d_wm的所有出现归零。

无线麦克风探测逻辑37接着确定和_矢量(sum_vector)值S_ns是否大于可编程阈值S_t(254)。在本发明的一个实施方案中，S_t等于3。如果是这样，无线麦克风判决矢量d_wm被设置为等于1(256)。如果否，无线麦克风判决矢量d_wm被设置为等于0(258)。循环计数器起始值n_s接着递增1(262)，且确定循环计数器n_s是否大于循环计数器最终值n_s(264)。当测试了在n_s-N_s的范围内的所有和_矢量值时，将无线麦克风判决矢量d_wm传递到传感管理器46(246)，且该过程结束。

图9是由图1所示的传感管理器46使用来确定由电视频带设备20使用的白空间是否被探测到的决策过程的一个实施方案的流程图。传感管理器46从DTV导频信号探测逻辑36接收导频信号判决d_导频(300)，如在上面参考图5解释的。如果导频信号判决指示DTV导频信号被探测到(d_导频＝1)，则DTV信号被确认且正被扫描的频道(频道-N)从频道检测矩阵48移除(304)，或以其它方式被指示在使用中。应注意，根据本发明的另一实施方案，当探测到导频信号和场同步模式时，确认DTV信号。

在任一实施方案中，当DTV信号被确认时，传感管理器46取消WM判决过程或忽略来自WM判决逻辑37的输出判决。根据本发明的一个实施方案，传感管理器46使用在WM检测窗中的所计算的功率(见图5的140)来确定DTV信号的强度。传感管理器46接着为频道-n+1设置WM筛选矢量n_s并为邻频道设置N_s，这两个矢量分别定义相邻频道的WM检测频谱的下边缘和上边缘，如上面参考图6解释的，并存储那些值用于以后的使用。传感管理器46接着将频道-N设置为在频道检测矩阵中的待检测的下一频道(308)，除非所有频道检测完成。如果所有频道检测完成(310)，该过程结束。否则，传感管理器46等待下一导频信号判决(300)，且该过程重复。

如果传感管理器46确定导频信号未被探测到(300)，传感管理器46将循环计数器c设置为等于WM筛选变量n_s(默认值＝1)(312)，并将由频道-N-扫描变量标下标的判决矢量项(D_C-N-s)设置为零。传感管理器46接着通过检查从无线麦克风判决逻辑37传递的每个判决来开始分析WM判决矢量，以确定判决(d_wm(c))是否等于1(314)，即，局部能量图簇是否被探测到，如在上面参考图8所述的。如果是这样，传感管理器46将D_C-N-s设置为1(316)。在任一情况下，传感管理器46将循环计数器c递增1(318)，并确定循环计数器c是否大于N_s(320)，其具有最后一个WM检测窗的默认值。如果循环计数器c小于或等于N_s，检查循环(314-320)重复。否则，传感管理器46将变量频道-N-扫描递增1(322)，并确定频道-N-扫描是否大于(M)，其表示将对其上DTV信号没有被探测到的每个频道执行的扫描的数量。根据本发明的一个实施方案，M由传感管理器46基于在频道检测矩阵中的频道的数量来动态地计算，小于由DTV信号占用的频道的数量，如由传感管理器46在第一次扫描中确定的，假定规定的最小频道扫描时间是30秒。一般，M等于大约30。

如果传感管理器46确定频道-N已被扫描了必要的次数(324)，传感管理器46作出关于该频道是否是白空间的判决。在本发明的一个实施方案中，通过检查每个频道-N检测判决D_C-N-s来作出关于频道是否是白空间的判决。为了完成此，传感管理器46将计数器T初始化为零；将循环计数器c设置为等于M，其代表所完成的扫描的次数；并将二进制白空间判决(d_ws)设置为等于1。传感管理器46接着测试每个存储的频道-N检测判决，其分别如上所述在(316)以从M到1的降序被存储。如果频道-N检测判决D_C-N-s等于1(在第M次频道扫描期间检测的无线麦克风或其它窄带信号)，计数器T递增1(332)。否则，白空间判决d_ws被设置为等于0。在任一情况下，循环计数器c递增1(334)，且c被测试以确定频道-N检测判决的M的三分之一1/3(c＝M/3*2)是否被测试(336)。如果是这样，白空间判决d_ws被测试以确定它是否仍然等于1(338)。如果d_ws仍然等于1，频道-N检测判决的至少三分之一为正(等于1)，且频道-N被宣告由无线麦克风或其它窄带信号占用。因此，传感管理器46终止该频道的分析，并返回到频道-N被设置为要扫描的下一频道的地方(308)，或确定扫描完成。如果d_ws不等于1，循环计数器c被检查以确定所有频道-N检测判决是否已被测试(340)。如果否，循环328-340继续被执行，直到所有频道-N检测判决被测试。当c等于零时，T被测试以确定它是否等于M的至少一个(T≥M/2)(342)，即，无线麦克风或其它窄带信号在频道-N扫描的至少一半中被探测，而不考虑其中那些信号被探测的扫描的顺序。如果否，传感管理器46检查来自场同步探测逻辑45的场同步判决，并确定DTV场同步信号是否被探测到(d_FS＝1)(344)。如果否，频道-N频率和任何其它相关的参数由传感管理器46经由接口22(图1)传递到TV频带设备20的收发机，且该过程结束。如果是这样，传感管理器46更新频道检测矩阵48以指示频道-N不是白空间，并将频道-N设置为要检测的下一频道(308)，除非频道检测完成，且上述过程重复。

如本领域技术人员将理解的，图9所示的判决过程仅仅是示例性的，且使用根据本发明的测试方法来宣告白空间的其它同等有效的方法在本领域的普通技术人员的能力内。

上面描述的本发明的实施方案因此被规定为仅仅是根据本发明的电视频带设备20的示例，且不是可用于使用根据本发明的方法来宣告白空间的每个算法的完整描述。本发明的范围因此被规定仅由所附权利要求的范围限制。

Claims

1.一种电视频带设备，其包括：

DTV导频信号探测逻辑，其在从转换到中心在中频处的电视频道信号的电视频道信号频率得到的平滑功率频谱中搜索DTV导频信号，并产生与所述所监控的电视频道相关的DTV导频信号探测判决；

无线麦克风探测逻辑，其在所述平滑功率频谱中搜索无线麦克风或窄带信号，并产生与所述所监控的电视频道相关的无线麦克风探测判决；以及

传感管理器，其接收所述DTV导频信号探测判决和所述无线麦克风探测判决，并分析至少一个所述相应的判决以确定所述所监控的电视频道是否是可用的白空间。

2.如权利要求1所述的电视频带设备，其还包括：

DTV场同步探测逻辑，其在中心在所述中频处的所述电视信号的基带表示中搜索DTV场同步序列，并产生与所述所监控的电视频道相关的DTV场同步探测判决；以及

所述传感管理器，其分析所述DTV场同步探测判决以确定所述所监控的电视频道是否是可用的白空间，如果所述DTV导频信号探测判决和所述无线麦克风探测判决分别指示所述所监控的电视频道是可用的白空间。

3.如权利要求1所述的电视频带设备，其还包括：

由所述传感管理器控制的无线电频率前端，所述无线电频率前端选择与所述所监控的电视频道相关的信号，并输出增益控制的模拟电视频道信号；

模数转换器，其将所述模拟信号转换成数字信号；以及

数字下变频器，其转换中心在所述中频处的所述电视频道信号的所述数字表示。

4.如权利要求3所述的电视频带设备，其还包括：

下变频器和分样器，其接收中心在所述中频处的所述电视频道信号并将它转换成基带信号；

数字增益控制器，其自动控制所述基带信号的增益；

平方根升余弦滤波器和均衡器，其对所述基带信号进行滤波；

相关器，其使所述经滤波的基带信号与ATSC场同步模式相关，并将相关性数据输出到所述DTV场同步探测逻辑。

5.如权利要求3所述的电视频带设备，其还包括：

快速傅立叶变换，其接收中心在所述中频处的所述电视频道信号作为输入，并输出中心在所述中频处的所述电视频道信号的所述快速傅立叶变换作为串行数据流；以及

频谱平滑滤波器，其接收所述串行数据流，并将所述平滑功率频谱输出到所述DTV导频信号探测逻辑和所述无线麦克风探测逻辑。

6.如权利要求5所述的电视频带设备，其中所述频谱平滑滤波器包括：

计算在所述串行数据流中的每个快速傅立叶变换仓输出的复共轭的复共轭函数，以及使所述仓输出与所述复共轭相乘以计算所述仓的信号功率的乘法器；以及

指数平均滤波器，其使所述仓的所述信号功率的加权平均值与在前一FFT周期中的相同仓的所述信号功率的加权平均值相加，以计算所述平滑功率频谱。

7.如权利要求6所述的电视频带设备，其中所述指数平均滤波器包括：

使所述仓的所述信号功率乘以第一常数以计算第一加权平均值的乘法器函数；

使在所述前一FFT周期中的相同仓的所述信号功率的经调节的平均值乘以第二常数以计算第二加权平均值的乘法器函数；以及

使所述第一加权平均值与所述第二加权平均值相加以计算所述平滑功率频谱的加法器。

8.一种电视频带白空间传感器，其包括：

第一下变频器电路，其数字化无线电频率前端输出电视频道信号并将所述无线电频率前端输出电视频道信号下变频到中心在中频处的电视频道信号；

快速傅立叶变换，其接收中心在所述中频处的所述电视频道信号并将它转换成复串行输出信号；

频谱平滑滤波器，其对所述复串行输出信号取平均以在串行模式中计算平滑功率频谱；

DTV导频信号探测逻辑，其接收所述平滑功率频谱，在所述平滑功率频谱内搜索DTV导频信号，并输出DTV导频信号探测判决；

无线麦克风探测逻辑，其接收所述平滑功率频谱，在所述平滑功率频谱中搜索无线麦克风或其它窄带信号，并输出无线麦克风探测判决；以及

传感管理器，其从所述DTV导频信号探测逻辑和所述无线麦克风探测逻辑接收所述相应的探测判决，并分析所述相应的探测判决中的至少一个以确定所述无线电频谱前端是否被调谐到白空间电视频道。

9.如权利要求8所述的电视频带白空间传感器，其还包括：

下变频器和分样器，其将中心在所述中频处的所述电视频道信号转换成基带信号；

平方根升余弦滤波器和均衡器(SRRC)，其对所述基带信号进行滤波并输出经滤波的基带信号；

相关器，其使所述经滤波的基带信号与DTV场同步模式相关；

DTV场同步探测逻辑，其分析所述相关器的输出以探测DTV场同步，并将DTV场同步探测判决输出到所述传感管理器。

10.如权利要求9所述的电视频带白空间传感器，其中所述传感管理器还包括如果所述DTV导频探测判决和所述WM检测判决向所述传感管理器指示所述无线电频率前端被调谐到白空间电视频道则用于分析所述场同步探测判决的逻辑。

11.一种检测电视频带中的白空间的方法，其包括：

选择要检测的电视频道；

扫描转换到中心在中频处的信号的电视频道信号频率以探测DTV导频信号；

如果所述DTV导频信号被探测到，选择要检测的下一电视频道；

否则，在预定时间段内重复地选择所述电视频道并扫描中心在所述中频处的所述信号以探测无线麦克风或其它窄带信号；以及

如果在所述预定时间段期间的至少预定数量的时间没有探测到所述无线麦克风或其它窄带信号，将所述所选择的电视频道确认为白空间。

12.如权利要求11所述的方法，其还包括：

扫描从中心在所述中频处的所述信号得到的基带信号以探测DTV场同步模式；

如果所述DTV导频信号和所述无线麦克风或其它窄带信号都没有被探测到，则确定所述DTV场同步模式是否被探测到；以及

如果所述DTV场同步模式没有被探测到，则将所述所选择的电视频道确认为白空间。

13.如权利要求12所述的方法，其中选择要检测的所述电视频道由传感管理器控制，所述传感管理器选择所述电视频道并将频率参数传递到连接到天线的无线电频率前端。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述传感管理器维持待检测的电视频道的频道检测矩阵，且所述传感管理器在所述频道检测矩阵中维持每个频道被重复地选择以探测无线电麦克风或其它窄带信号的次数的记录。

15.如权利要求11所述的方法，其中扫描与所述电视频道相关的中心在所述中频处的所述信号以探测所述DTV导频信号包括：

使用由快速傅立叶变换和频谱平滑滤波器输出的平滑功率频谱来计算中心在ATSC电视信号的预期导频信号位置上的第一窗的功率水平，所述快速傅立叶变换接收中心在所述中频处的所述信号，所述频谱平滑滤波器接收所述快速傅立叶变换的输出并输出所述平滑功率频谱；

使用所述平滑功率频谱来计算不与所述第一窗重叠的第二窗的功率水平，所述第二窗在所述ATSC电视信号的被占用的带宽内；

按比例调节第二窗中的所述功率水平以使频谱宽度均衡，并计算在所述第一窗和所述第二窗之间的功率差，功率在所述第一和第二窗中在所述频谱宽度上被计算；

比较所述功率差与预定的阈值；以及如果所述功率差超过所述预定的阈值，则确认DTV导频信号被探测到。

16.如权利要求12所述的方法，其中扫描从中心在所述中频处的所述信号得到的所述基带信号以探测所述DTV场同步模式包括：

将所述基带信号传递到平方根升余弦滤波器和均衡器；

使所述平方根升余弦滤波器和均衡器的输出与ATSC DTV场同步模式相关；

计算所述相关器输出的绝对值；

使用可编程加权函数对所述绝对值与紧接着前一绝对值取平均；

使所述所平均的绝对值与可编程阈值相乘，同时在预定数量的所述绝对值的窗中搜索峰值；

比较所述峰值与所述乘法的乘积，如果所述峰值大于所述乘积，则确定DTV场同步被探测到。

17.如权利要求11所述的方法，其中扫描中心在所述中频处的所述信号以探测所述无线麦克风或其它窄带信号包括：

将由快速傅立叶变换和频谱平滑滤波器输出的平滑功率频谱从线性标度转换到分贝，所述快速傅立叶变换接收中心在所述中频处的所述信号，所述频谱平滑滤波器接收所述快速傅立叶变换的输出并输出所述平滑功率频谱；

在所述所转换的功率频谱中找到最小功率水平和最大功率水平；

使用所述最小功率水平和所述最大功率水平来定义多个直方图单元；

使用所述平滑功率频谱来计算多个无线麦克风检测窗的功率水平；

使用所述无线麦克风检测窗的功率水平来计算频率直方图；

使用所述频率直方图来估计所述平滑功率频谱的噪声功率频谱密度；

将所述所估计的噪声功率频谱密度转换到线性标度；

计算所述多个无线麦克风检测窗的每一个的噪声功率；

使用所述噪声功率来计算所述多个无线麦克风检测窗的每一个的噪声阈值；以及

比较所述多个无线麦克风检测窗的每一个的所述所计算的功率水平与所述所计算的噪声阈值，以确定无线麦克风或其它窄带信号是否在所述多个无线麦克风检测窗的任一个中探测到。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个无线麦克风检测窗在频率上重叠。

19.如权利要求17所述的方法，其还包括对所述多个无线麦克风检测窗的每个产生二进制无线麦克风判决。

20.如权利要求19所述的方法，其还包括通过确定预定数量的相邻无线麦克风判决是否是二进制1使用所述无线麦克风检测判决来搜索局部信号能量团簇。

21.如权利要求20所述的方法，确定是否在所述预定时间段期间的至少预定数量的时间探测到所述无线麦克风或其它窄带信号包括：

确定每当所述电视频道被检测到时至少一个局部信号能量团簇是否被探测到，以及如果是这样将相应的频道扫描判决设置为二进制1，否则将相应的频道扫描判决设置为二进制0；

确定预定数量的所述频道扫描判决是否是二进制1。

22.如权利要求21所述的方法，其中确定所述预定数量的所述频道扫描判决是否是二进制1包括确定所述频道扫描判决的至少50％是否是二进制1。

23.如权利要求22所述的方法，其还包括确定如果所述频道扫描判决的少于50％是二进制1则没有无线麦克风或其它窄带信号被探测到。

24.一种检测电视频带中的白空间的方法，其包括：

将无线电频率前端调谐到与所述电视频带中的电视频道相关的频率；

将来自所述无线电频率前端的输出转换成中心在中频处的信号；

扫描中心在所述中频处的所述信号以探测DTV导频信号；

如果DTV导频信号被探测到，将所述无线电频率前端调谐到与所述电视频带中的另一电视频道相关的频率；

否则，针对无线麦克风或其它窄带信号扫描中心在所述中频处的所述信号；以及在预定时间段内重复地将所述无线电频率前端调谐到与所述电视频道相关的所述频率，并扫描中心在所述中频处的所述信号以探测所述无线麦克风或其它窄带信号；以及

如果探测到无线麦克风或其它窄带信号，将所述无线电频率前端调谐到与所述电视频带中的另一电视频道相关的频率。

25.如权利要求24所述的检测电视频带中的白空间的方法，其还包括：

如果所述DTV导频信号和所述无线麦克风或其它窄带信号没有被探测到，则将中心在所述中频处的所述信号转换成基带信号，并扫描所述基带信号以探测DTV场同步模式；以及

如果所述DTV场同步模式没有被探测到，则将所述电视频道确认为白空间。