CN102598748A - 用于检测无线通信系统中未使用的tv频谱的设备及方法 - Google Patents

Abstract

提供TV空白空间频谱传感器及用于检测及管理该空白空间的方法。该传感器具有频谱检测器/分析器，该频谱检测器/分析器传感及分析在所关注频带中存在的无线信号、识别空白空间且将该空白空间指派至次要服务。为了减少空白空间的检测时间，该传感器使用群检测方法，借此同时传感多个频道。为了减少传感器成本，通过针对具有的能量高于阈值的信号在饱和下操作该传感器来减少传感器的动态范围。该传感器还具有频谱管理器/规划器，该频谱管理器/规划器能理解多个空中接口标准，基于各个标准要求保留正确的空白空间频谱量且将其提供至每个应用。由该传感器使用的特定架构导致对任何无线设备的可负担的添加。

Description

用于检测无线通信系统中未使用的TV频谱的设备及方法

相关申请

本申请涉及于2008年4月9日提交的、标题为“用于在无线通信中利用频谱资源的系统和方法”的共同申请美国专利申请第SN12/078,979，该申请在此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请总体上涉及空白空间的检测并将所检测的空白空间用于数据通信。

背景技术

许多国家设有各种管理机构以着眼于提供用于特定用途的频谱资源的集中式、严格控制的分配，而且在大多数情况下，特许使用部分频谱的权利。因此，这些管理机构具有分配频谱的未使用部分(从未被特许使用)或作为技术改变结果而重新分配可用的任何频谱的授权。在许多情况下，出于技术原因(诸如为避免干扰)，这些频率分配计划要求在经分配的频带之间的频谱的指定部分保持未使用。例如，美国联邦通信委员会(FCC)是在美国管辖频谱使用的管理机构以及加拿大无线电-电视电信委员会是其在加拿大的对应机构。

不同国家使用不同的TV广播标准，以及广播频道的不同频谱分配、不同频道参数等。例如，在美国，数字TV广播台当前使用VHF(特高频)频谱和/或在54MHz和698MHz之间的UHF(超高频)频谱的较低部分。

无线麦克风也在UHF和VHF频谱带的RF频率上传输。遗憾的是，存在无线麦克风使用的许多不同标准、频率计划和传输技术。例如，无线麦克风可使用UHF和VHF频率、频率调制(FM)、振幅调制(AM)或各种数字调制方案。一些型号在单一固定频率上操作，但较先进的型号在用户选择的频率上操作以避免干扰并允许同时使用若干麦克风。

存在从模拟TV转变至数字TV(DTV)的全球趋势；DTV提供更好的观看体验并提供个性化且互动式服务，同时达成对频谱的更有效率的使用。更重要地，到DTV的转变导致现在由模拟TV广播占用的频谱部分中的重要带宽变得空闲。这是因为在某个地理区域/区(已知为TV市场)中广播DTV信号的每个TV台将使用有限数目的频道，使得在转变至数字TV广播后，该区域中未分配至DTV广播的频谱将变得空闲。

模拟/数字TV转变打开对个人/家庭用户提供各种新专用服务的道路。在美国，FCC已命令在2009年中期以前所有全功率电视广播使用DTV的ATSC(先进电视系统委员会)标准。当前，频道2至51正被重新分配至DTV广播；当向DTV的转变结束时，在美国的210个TV市场中的每个将具有未由TV广播使用的15-40个频道。这些空闲频道被称为“空白空间”。有权使用空频谱促进低成本、高容量移动无线宽频网络(包括新兴室内网络)的市场。通过使用该局部可利用频谱，无线宽带业可以以低至每月10美元的收费(根据某些估计)将网络访问传递至每个家庭。

在2008年的11月14日，FCC批准了未特许的无线应用和设备对TV空闲空间频谱的使用。但着眼于防止对诸如TV广播及无线麦克风(在个别区中起作用)的“主要服务”的干扰，添加了一些条件，这些所谓的“次要服务”必须在这些条件下执行。因此，由在ATSC频谱中操作的任何“空白空间设备”(WSO)辐射的信号必须遵循FCC规定，使得已在该区中部署或将在该区中部署的主要服务或任何新兴服务的品质将不因为这些次要服务而降级。将术语“共存”(coexistence)和“并存”(collocation)用于当设计及使用任何闲置设备时必须考虑的要求。

为了遵守这些要求，FCC命令固定及便携式空白空间设备都包括几何定位及传感能力，且使用具有关于在每个TV市场中有作用的主要服务信息的数据库(本文中称为“空白空间(WS)数据库”)。WS数据库将包括TV频道分配及使用无线麦克风的主要集会地点(诸如体育场、剧院等)的位置。通过确保遵守FCC规则，数据库存取和传感能力将使新空白空间设备能够与次要服务共用未使用频谱，而不干扰在该区的主要服务。对于固定WS设备，最大传输功率应为1瓦特，以及EIPR(等效各向同性辐射功率)必须高达4瓦特。不具有几何定位能力和FCC数据库的使用权的任何便携式WS设备须在固定WSD的控制下操作，固定WSD将提供所需几何定位能力和对FCC数据库的使用。不具有几何定位能力及不受具有几何定位能力的WS设备的控制的便携式设备受限于50mw EIRP并受到额外要求的约束。

无线业界正考虑通过将关于技术融合的标准发展成舒适、易用且价格有吸引力的架构来使用空白空间。例如，2004形成的IEEE 802.22工作小组接收到开发用于无线局域网络(WRAN)的标准的命令。该技术的任务为在于提供到单个家庭住所、集合住宅、小办公室/家庭办公室、小企业等的乡村地区宽频服务。

为了考虑共存方面而有效使用空白空间，WS设备必须装备能检测空频道并予以利用的机构，这些机构当前被称作“空白空间频谱传感器”。或“空白空间嗅探器”或简单地称为“嗅探器”。频谱嗅探器对确保满足共存要求和矫正数据库更新的可能误差或延迟或对不具有几何定位能力的WSD非常重要。这些设备的任何可接受设计应仅对整个WSD添加小的附加成本，同时执行对空白空间的准确检测并仍允许实现由FCC指定的性能参数。例如：FCC定义高达-114dBm的敏感性，这比主要用户接收器的通常敏感度级别低至少20dB，以迎合对频谱的主要用户隐藏次要用户节点的可能性。该高敏感度要求和其他缺陷(诸如噪音不确定性及衰退)相结合对于频谱传感设计构成重大挑战。

设计频谱传感器的当前尝试可大致分为三个主要种类，即能量检测、匹配滤波和周期性稳定检测。然而，至今尚无方法或产品提供令人满意的对识别所关注区中的空白空间片段的问题的解决方案。因此，需要提供一种检测某区中经保留但未由主要服务使用的空白空间频谱而不影响现有服务的操作的廉价并有效率的方式。

发明内容

在如下概述中可进行一些简化及省略，该概述意欲强调并引入各种示例性实施例的一些方面但不限制本发明的范围。整个揭示内容提供足以允许本领域技术人员制造及使用本发明的概念的优选示例性实施例的详细描述。而且，下述意义应适用于以下识别的术语中每个术语的所有情况，除非另外清楚陈述的情况或根据出现术语的具体上下文清晰地陈述了不同意义的具体情况之外。

本发明的一个目的在于提供用于检测未使用TV频谱以用于次要用途的设备、系统和方法。本发明的另一目的在于提供执行对TV频谱的快速扫描同时处理高动态范围的经传感信号的节省成本高效的设备和系统。

本发明的另一目的在于提供一种空白空间频谱传感器，所述传感器是对无线设备的可负担添加，并快速检测所关注大小的空白空间片段。该传感器也可用于使用当前频谱占用信息更新任何频谱占用数据库(若可利用)。

因此，本发明提供一种用于允许自无线设备实施次要服务应用的空白空间频谱传感器，包括：频谱检测器/分析器，用于识别指定宽度的空白空间频谱片段；频谱管理器，用于基于所述次要服务应用的要求确立所述指定宽度并为所述次要服务应用保留所述空白空间频谱片段；和可配置接口，用于允许实现所述传感器和所述无线设备的集成。

本发明也针对一种用于允许在无线设备处实施次要服务应用的空白空间频谱传感器，包括：频谱传感器/分析器，用于分析指定宽度的频谱片段以确认该频谱片段未被占用；频谱管理器，用于基于所述次要服务应用的要求确立所述指定宽度并为所述次要服务应用保留所述频谱片段；以及可配置接口，用于允许实现所述传感器和所述无线设备的集成。

还描述一种频谱传感器/分析器，用于检测并分析在所分配至TV广播的频带B的频谱中存在的信号。概括而言，该频谱传感器/分析器包括：天线单元，用于获取存在于频带B中的无线信号；采样器，用于数字化由所述天线单元获取的信号以提供数字化样本；以及基频(BB)处理器，用于分析所述数字化样本并通过根据与各个TV广播有关的DTV标准检测在所述DTV广播中存在的已知信号序列来识别在所分配至TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

根据本发明的另一实施例，一种频谱检测器/分析器，用于检测及分析在所分配至TV广播的宽度为B的频谱上传感的信号，包括：天线单元，用于获取所分配至该TV广播的频谱上确立的n个子频带中存在的无线信号，子频带SB_k具有特定宽度B_k，其中k∈[1，n]且n≥1；降频转换单元，用于将在每个子频带SB_k中从所述天线单元接收的信号降频到宽度B_k的低频带上延伸的低频带信号；采样器，用于采样在每个子频带中的低频带信号用于从所述低频带信号提供数字化样本；以及基频处理器，用于分析从所述采样器接收的所述数字化样本并识别在所分配到TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

根据本发明的另一实施例，一种频谱传感器/分析器，用于检测及分析在分配至TV广播的宽度B的频谱上传感的信号，包括：天线单元，用于获取在分配至所述TV广播的频谱上存在的无线信号；采样器，用于采样由所述天线单元获取的信号以提供数字化样本，所述采样器经操作以对于比特定值更强的信号实现饱和状态；以及基频(BB)处理器，用于分析从所述采样器接收的所述数字化样本并通过检测所述采样器的饱和状态而识别在分配至所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

在本发明的另一实施例中，提供一种用于检测及分析在所分配至TV广播的频谱中存在的信号的方法。该方法包括：a)获取所分配至TV广播的频带中存在的无线信号；b)使用采样器采样在步骤a)中获取的所述信号以提供数字化样本，所述采样器在经选择以对于比指定值更强的信号实现饱和状态的操作点中操作，以及c)分析从所述采样器接收的所述数字化样本并通过检测所述采样器的饱和状态而识别在所述分配至所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

本发明的另一实施例是针对一种检测及分析在所分配至TV广播的宽度B的频谱中存在的信号的方法，包括：a)确立所述分配至TV广播的频谱的频带B上的n个子频带，子频带SB_k具有宽度B_k，其中k∈[1，n]且n≥1；b)获取在所述子频带SB_k中存在的无线信号；c)将在所述子频带SB_k中获取的信号降频转换为宽度B_k的低频带中的低频带信号；d)采样在每个子频带SB_k中的低频带信号用于提供所述低频带信号的数字化样本；e)分析从所述采样器接收的所述数字化样本以测量所述采样的低频带信号的能量；以及f)重复步骤c)至e)直到在所分配到TV广播的带宽中识别到未使用频谱片段。

本发明的再一实施例是针对一种用于检测及分析在所分配至TV广播的宽度B的频谱上传感的信号的方法，包括：a)获取所分配至TV广播的频谱中存在的任何无线信号；b)采样由天线单元获取的信号以从低频带信号提供数字化样本；以及c)分析从所述采样器接收的所述数字化样本；以及d)通过根据与所述TV广播有关的各个DTV标准检测在所述DTV广播中存在的已知信号序列，来识别在所分配至TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

有利地，根据本发明的设备和方法使得能够使用易用且价格有吸引力的系统架构快速扫描超过300MHz的整个TV频谱。根据本发明的设备可用作独立频谱检测器或可集成于任何无线设备中。

本发明的另一优势是使用可独立使用或可组合的多个方法及架构提供对所分配至主要服务的大频谱的快速扫描。本发明考虑由FCC规则及规定设定的共存及并存要求，用于确保在该区中已部署或将在该区部署的主要服务或任何新兴服务不会受到在所识别的空白空间中部署的次要服务的影响。

附图说明

接下来参考如下附图描述本发明，其中相同附图标记表示若干视图中的对应部件。

图1表示DTV广播频带；

图2示出根据本发明实施例的WS嗅探器的框图；

图3A表示ATSC传输频谱。

图3B表示在ATSC信号中提供的序列，其可在本发明的一些实施例中用于识别TV广播的存在

图4示出根据本发明实施例的图2的频谱检测器/分析器的框图。

图5表示使用图4的频谱检测器/分析器的扫描TV频谱的方法的实施，其中DTV频谱被分成两个子频带。

图6示出根据本发明另一实施例的图2的频谱检测器/分析器的框图。

图7表示使用图6的频谱检测器/分析器的扫描TV频谱的方法的另一实施，其中DTV频谱被分成多个子频带。

图8表示根据本发明另一实施例的ADC的操作原理。

图9A表示根据本发明的小波分解的实施例。

图9B表示根据本发明将通信频谱划分成频率及时间映射的实施例。

图10A和10B示出根据本发明实施例中识别空白空间片段的方法，其中图10A表示在存在具有频道占用信息的集中式数据库的情况下的方法，以及图10B表示在不存在具有频道占用信息的集中式数据库的情况下的方法。

图11示出根据本发明的另一实施例中用于群检测操作的流程图。

图12A和12B表示根据FCC规则的ATSC参数的概述。

具体实施方式

在本说明书中，术语“主要服务”用于DTV广播、无线麦克风及由法规授权(特许)使用频谱的指定部分的任何应用。术语“TV频道”指当前由DTV标准定义的频道。对于在本说明书中使用且无限制的说明性实施例，说明书参照如北美DTV标准指定的VHF及UHF频带内的频道。应注意，本发明同等地应用于其他DTV广播系统，诸如欧洲、日本及其他DTV系统。术语“频谱片段”用于频谱的一部分，及术语“空白空间频道”用于由某一空白空间设备用于各个次要服务的一个或多个频谱片段所形成的逻辑频道：其可包括频道或频道的组合(不管是否连续)。

如上所示，在某个地理区域/区中操作的每个TV台仅使用来自所分配至DTV的频谱的有限数量个频道，使得在各个区中频谱的一些部分(不管是否相邻)保持未使用：该局部可利用频谱称作“空白空间”。“指定区”或“位置”表示位于TV市场中的特定区，诸如，单个或集合住宅、小办公室/家庭办公室、小企业、多租户大楼、公共及私立校园等。

现在参考附图，图1A示出在自模拟TV广播转移至数字TV广播后美国数字电视广播频谱的五个频带。保留用于ATSC频道2-4的频带T1具有18MHz，其自54MHz延伸至72MHz。保留用于频道5-6的频带T2具有在76MHz至88MHz之间的12MHz，保留用于频道7-13的频带T3具有在174MHz至216MHz之间的42MHz。另外，携带频道14-36的频道T4占用138MHz(自470MHz延伸至608MHz)，以及保留用于频道38-51的频带T5具有84MHz(自614MHz至698MHz)。因此，这些49个ATSC频道覆盖294MHz(18+12+42+138+84)的频谱。

为了设计满足FCC规则及指示要求的空白空间传感器，传感器敏感度的阈值必须在TV频道中每个6MHz的整个宽度内是-114dBm，或在通常由麦克风占用的200kHz频道内是-107dBm。FCC建议将最小30秒用于该初始频道可用性扫描；若检测到TV广播，并且没有无线参数麦克风或其他低功率辅助设备在此30秒的时间间隔期间在所扫描频道中操作，则空白空间设备可开始在该频道中操作。空白空间设备也必须每60秒执行服务中监视。

在接收器敏感度、天线增益及传感与更新速率方面，这些FCC规范为传感器造成重要的挑战。当试图检测无线麦克风时遇到额外挑战：麦克风波形是模拟信号，可为AM、FM或经数字化调制。另外额外的挑战是自其他设备的带外发射及需要用于扫描频谱的处理时间。原则上，该时间应被设定为使用逐个扫描6MHz频道的方法或同时扫描多个频道的方法之间的折中。在第一种情况下考虑到存在四十九个待扫描的6MHz频道，处理时间相当长。

具体的挑战是设备的成本，应将该成本保持在非常低以便获得装备有嗅探器的空白空间设备的可接受成本。另一方面，归因于待扫描频谱的范围，RF调谐器的设计变得很复杂。又考虑到传感的信号的动态范围非常高，由嗅探器使用的模拟/数字转换器(ADC)变成问题。因此，检测低至-114dBm的信号的能力需要高达140dB的动态范围，其导致23比特ADC。该ADC极其昂贵并非常少见。

当前对于嗅探器提议的设计设想逐个扫描6MHz频道以检测TV信号、麦克风信号或任何其他信号的存在。这些当前提议的设备缓慢扫描所有49个TV频道；如上文所示，该设备需要具有140dB的动态范围的昂贵ADC。

图2示出根据本发明的嗅探器1的实施例。图2的实施例提供一种遵守FCC规则及指示的用于在特定位置处节约地扫描频谱且识别可用空白空间的高效且廉价设备。如图2所示，嗅探器1包括装备有传感天线13的频谱检测器/分析器10、频谱管理器11和可配置接口12。频谱检测器/分析器10的具体设计使其成为对任何无线设备的可负担且可靠添加，如将在稍后结合图4对其描述。

频谱检测器/分析器10的作用是(如名称表明的)扫描DTV频谱并检测空白空间的片段。结合图4至7更详细地描述该单元的架构和操作。接口12是可配置的，从而允许实现该嗅探器和不同技术及功能性的无线设备的集成。

基于由检测器10收集的频谱占用信息、频谱管理器(或频谱规划器)11识别用于所关注应用的正确频谱量。频谱管理器11也为各个应用保留频谱、决定使用其的方式，并经过双向无线链路7将关于所保留频谱的信息提供至空白空间数据库5。频谱管理器11的设计考虑在链路7上使用的各个无线接口所使用的标准，并为每个应用提供正确带宽量。

图2也表示用于存储及维护关于在各个区中频道占用的信息的空白空间数据库单元5。数据库单元5包括频谱占用登记档2、维护模块3、确认、授权及存取(AAA)模块4及用于与该区中的任何WSD通信的天线6。登记档2维护关于在该区中作用的所有DTV频道(且优选地，可组织可使用无线麦克风事件的所有主要集会地点的所有DTV频道)的信息。登记档也可收集及维护关于当前在作用中的次要用户的信息。该信息优选地识别各个次要用户、其占用的空白空间频谱，以及每个次要用户意欲占用频道的时间。登记档2可收集及存储由在各个区中执行传感的许多WSD提供的频道占用信息。如由维护模块3表示的，基于该收集的信息，数据库管理者可修改每个DTV台的保护周线(contour)。这是特别有益的的，因为最初基于理论传播模型来计算每个DTV台的传播周线，使得其不准确，且基于实地的实际测量结果来予以校正是有益的。例如，数据库管理者可是网络服务运营商。

虽然优选地按方便时间间隔实现由单元5提供的频道占用信息，但空白空间设备仍将需要装备嗅探器，用于确保自数据库接收的信息确实并准确。在实施例中，嗅探器也可具有使其能够校正由数据库提供的信息中任何差异的经添加特征。然而，需要严密监视并重复检验这些校正，使得仅在合理时进行对数据库的校正。该操作一般由确认、授权及存取模块4表示。如名称暗示的，模块4提供修改数据库的授权、使得仅某些实体将能够修改/更新频道占用数据。在存储于频道占用数据库2中的信息与自各个区中操作的空白空间设备接收的信息不同的情况下，管理者也将必须提供解决；然而，这在本发明的范围之外。

图3A表示ATSC信号的频谱及主要特性，以及图3B表示由ATSC信号使用的数据字段同步序列。如在图3A看出的，对ATSC信号分配6MHz频带(就NTSC信号而言)。然而，代替单色/色度/音频信号，通过三个峰值使DTV信号的频谱表现得几乎如同具有升高的噪音基底的展频信号，实际上是伪展频类型的信号。这是因为DTV信号实际上经随机化以便创造数字信号传输中常见的均匀分布噪音状频谱。这允许最大的频道效率，并使信号不干扰附近频道，使得可相互紧随地传输三个HDTV频道。波形的下侧的“尖峰”或“峰值”15称作ATSC导频，其提供数据流内的三个时序信号的一个。

信号是从各个扫描场化图像产生，其中仅传输改变或在视频帧之间的不同。该数字化数据然后经转换至自MPEG编码器创造的高速19.39百万比特/秒数据流，且经传送至取得该19.39Mbit信号的DTV电路，添加帧信息，并将数据随机化而予以“变平滑”。接下来，数据流经受Reed-Solomon编码(其将该流分解成207个字节的分组)，其进一步使用交织(Trellis)卷积编码将数据流分解成具有内建误差的四个2比特字。接着将一系列同步信号与数据流混合(区段同步、帧同步及ATSC导频)，且将所得信号施加至提供基频信号的8-VSB(8位残余边带)调制器。最后，接着将基频信号与载波信号混合而予以“增频转换”至所要频道或频率。经增频转换信号通常是5.38MHz宽，因此受限于6MHz频道分配的90％内。需要重申，本文针对NADTV标准描述本发明，但其可适合于任何DTV标准。

对于经编码数据(3比特/符号交织编码)的总计828个符号，所得MPEG输送分组中每个使用1个字节(4个符号)用于同步，187个字节用于数据(有效负载)及20个字节用于FEC。对于8-VSN，每个符号脉冲具有使用3个比特编码的8个电平(111或+7；110或+5；101或+3；100或+1；011或-1；010或-3；001或-5；000或-7)，如图3B中对于同步序列的实施例所表示。

图3B表示对于MPEG指定的VBS数据字段同步序列，其可根据本发明用以检测TV广播的存在。分组包括一系列伪随机噪音(PN)序列，用于实现接收器与所传播广播的同步。存在511个符号的第一PN序列17，接着是三个PN序列18，每个都是63个符号长度。这些PN63序列在可替换字段上反转。24个符号字段提供VSB模式，并保留104个符号。为了改进的数据传输，定义在12个预编码符号前的保留的符号中的最后10个。可按需要定义其他82个符号以用于每个将来的改进。

可以许多方式执行对经扫描的频带中的DTV信号的检测。根据本发明的一个实施例，DTV信号的存在通过识别PN序列来执行；可在噪音下检测PN序列，因为其具有将其与白噪音区分区分的重复模式。若在频谱的6MHz片段中识别到该序列，则其表示该频道由DTV广播占用。

在本发明的另一实施例中，对DTV频道的检测像基于在经扫描频谱中找到DTV导频信号15。所基于的导频15具有稳定振幅(正规化值1.25)，且始终存在于6MHz频谱中的相同位置，即在对于DTV频道的开始的相同频率处，如在图3A中看出的。例如，若用S_TV(t)表示DTV信号，则传输的信号t_TV(t)包含S_TV(t)及导频S_Pilot。用r(t)表示由嗅探器接收的信号包括αS_TV(t)+S_Pilot，其中α是用以考虑由通信频道引入的缺陷所包括的因数。例如，若所接收信号经窄频带滤波且经滤波信号被累计数目m次，则可检测该导频；m可以是例如1000。这是因为S_TV(t)选取8个值+7、+5、+3、+1、-1、-3、-5或-7(是8-电平信号)中的一个，使得通过累计这些电平的信号而产生的平均值变得靠近零，同时累计始终具有相同振幅(1.25)的导频导致可检测的电平。

根据本发明的再一实施例，为了将频道宣告为未被占用，臭探器首先寻找DTV频道中各个导频15；若无法检测到导频，则嗅探器寻找PN-511序列17，且若未检测到，则嗅探器进一步寻找PN-63序列18。若在各个6MHz频谱片段中未检测到PN序列17、18的导频，则频道可由次要设备自由使用。

检测无线麦克风(WM)的存在更加复杂，因为WM不使用导频信号或任何其他可辨识的序列，也不使用已知调制格式。此外，该频道可能紧邻广播频道也可能不紧邻广播频道。因此，多数无线麦克风(-70％)主要使用模拟FM调制以用于在88-108MHz的FM广播频带中操作(作为FCC部分15产品)。这些设备中的其他(约25％)通常用于在144-148MHz的无线电频道中操作，但可重新调谐至135-175MHz。频率146.535非常流行。其余百分之5主要使用约300MHz及400MHz的SAW设备，且倾向于较为昂贵。大多数无线麦克风占用最大200KHz的带宽，且信号能量跨越约40kHz的带宽(对于低频及高频语音内容频谱)。典型功率是5mw或更少。实际上，这些单元中的85％在小于50mW的功率下操作。最坏情况情境是当未调制信号(扬声器安静)时，这是由于可在此安静时间间隔期间发生的短期载波漂移。然而，即使FCC规则及指示将无线麦克风的带宽限制为200kHz，TV WBFM麦克风也可占用宽达300kHz的频带，且具有在VHF中限于50mW且在UHF中限于250mW的功率输出。此外，大多数无线麦克风具有约100m的范围，且信号能量跨越40KHz。

根据本发明实施例，可通过测量在频谱的任何200kHz片段中累计的能量来检测在频谱的某一部分中无线麦克风的存在。类似于对DTV节目的检测，使用50MHz的扫描场频率在整个DTV频道(6MHz)上按200kHz的小块执行对无线麦克风的检测。换而言之，接收的信号r(t)被滤波成200kHz的小块r′(t)，且接着经采样以获得样本{r′(k，Δt)}。将累计的样本的能量∑|r′(k，Δt)|²与阈值比较以接着识别麦克风的信号的存在。在本说明书中考虑的嗅探器检测阈值是-107dBm(在200kHz内)；小于-107dBm的累计的能量指示不存在麦克风信号，而高于107dBm的累计的能量指示存在麦克风信号。

显而易见，扫描整个DTV频带需要其有非常大的动态范围的模拟/数字转换器。如接下来所描述的，本发明提供用于解决该问题的解决方案。

图4是图2的频谱检测器及分析器10的实施例的框图。频谱检测器/分析器是被动设备，其基于特定信号特征(优选地使用小波)检测可用频谱。就检测DTV信号的存在而言，设备10能够检测通常在每个作用的DTV频道上传输的TV导频信号或/和PN-511及PN-63字段。基于这些三个已知序列的组合检测，嗅探器判定TV频道是否被占用。因此，若频谱分析器10未在经扫描频道中检测到导频15或序列17及18中任一者，则得出结论：各个6MHz频道是空闲的且可由各个次要系统使用。另一方面，若检测器/分析器10检测到导频15或序列17、18中的一个，则表示该频道由主要服务占用。应注意，甚至在存在提供频谱占用信息的空白空间数据库5的情况下，使用嗅探器来检测由数据库提供的信息是否确实正确也是好的做法。

图4的频谱检测器/分析器单元10包括VHF/UHF天线单元13、降频转换单元40、模拟/数字转换器(ADC)45(用于整形信号的滤波器)及基频处理器46。天线13可是设备天线，或可提供为在共振频率及大小两方面皆最佳化的独立天线。如接下来可看出的，图4说明两个天线13、13′，每个被优化用于某个共振频率。

如上文所示，扫描如此大的频谱部分需要有非常大范围(140dBm)的ADC，这使其昂贵且不适合作为对任何无线设备的添加。本发明提供解决该问题的若干解决方案。因此，根据本发明的模式，在若干子频带上连续执行频谱分析，且分析器适于使用相同ADC 4扫描这些子频带。此操作由降频转换单元40允许实现，降频转换单元40将自天线单元接收的信号降频转换至较窄带宽的低频带信号，使得在较窄频带中的信号的功率差将最可能小于在较宽频带中存在的信号的功率差。在通常情况下，频带B可被分成n个子频带，其中n≥1；在图4的实施例中，由TV广播占用的整个频带B被分为两个子频带(n＝2)，通过LSB设计的较低子频带及通过HSB设计的较高子频带，如图5中所展示。较低子频带覆盖54MHz与216MHz之间的频谱，其包括在162MHz上延伸的12个VHF TV频道。较高子频带覆盖470MHz与860MHz之间的频谱，其包括在228MHz上延伸的37个UHF TV频道。亦如上文所述，嗅探器可具备两个天线，每个天线用于一个子频带。

在图4的实施例中，降频转换单元40包括带通滤波器(BPF)41、线性放大器(LNA)42、调谐器43、低通滤波器(LPF)44及切换方块47。切换方块47包括开关47′及47″。当扫描较低子频带LSB时，自信号路径排除BPF41及调谐器43，使得ADC 45对54-216MHz子频带中的信号采样。当扫描较高子频带HSB时，BPF41及调谐器43包括于该信号路径中。在此情况下，将较高子频带中的信号降频转换至实际上类似于DTV频道1-12的频率的频率，使得可通过相同采样器的采样上部频带及下部频带中的两个信号。显而易见，通过将单个ADC用于LSB及HSB两者，显著地降低了采样器的成本。

以此方式，ADC 45采样最大228MHz频道上而非超过400MHz的整个TV频谱上的信号。用相同ADC 45采样在两个子频带中的信号使得可使用其有可接受动态范围的ADC 45。选择采样频率F_s(例如，在272MHz)，其高于较低频带及经降频转换的较高频带中的最高频率。以此方式，完全按照Nyquist-Shannon采样定理判定信号，并可以正确地恢复这些信号。

图5表示两个子频带-44MHz的调谐器频率及272MHz的采样频率。应注意，作为示例，将调谐器频率选择在44MHz；可同等地使用其他调谐器频率F_t，只要两个子频带不其有比228+F_t高的频率分量便可。

也应注意到，可将所关注频谱分成两个以上子频带，在该情况下，图4的实施例在ADC前将具有适当数目个分支。结合图6及7表示实施例，其中图6展示在三个频带上执行DTV频谱的扫描的实施例的框图，且图7展示针对该实施例选择频带的方式。

在图4的实施例中，BPF 41其有228MHz的基频带以使HSB中所有37个TV频道传送至LNA 42。共同用于HSB及LSB向信号的LPF 44具有272MHz的最大频率，使得LSB中所有信号及来自HSB的经降频转换被传送至ADC45。在滤波器44的输出端，ADC 45采样在最大228MHz频带上呈现的信号。通过用相同ADC 45采样在两个子频带中的信号，使得可使用具有可接受动态范围的ADC 45。选择采样频率F_s(例如在272MHz)，其高于在较低频带及经降频转换较高频带中的最高频率。以此方式，这些信号完全按照Nyquist-Shannon采样定理判定信号且可正确恢复。

在LPF 44的输出端的信号由模拟/数字转换器的采样。在该示例中，ADC 45具有2×272MHz的采样速率(Nyquist-Shannon)且按每样本8个比特操作。基频处理器4处理数据信号且将经处理样本提供至频谱管理器11。根据本发明实施例，BB 46通过在信号路径中包括或不包括调谐器及BPF(视所扫描的子频带而定)来控制子频带切换。

图6示出根据本发明的另一实施例的图2的频谱检测器/分析器的框图，其中DTV频带被分成三个子频带。图7表示如何划分频谱以使用图6的检测器/分析器10′扫描。

图6的频谱检测器/分析器单元10′通过将DTV频带分成如图7所示三个子频带SB1、SB2及SB3n-3)而进一步减小ADC的动态范围。在该实施例中，SB 1在54MHz与216MHz之间的162MHz上延伸，占用12个VHF TV频道。SB2在470MHz与608MHz之间的UHF频带的下部部分中的138MHz上延伸，占用23个DTV频道。SB3在614MHz与698MHz之间的UHF频带的上部部分中的84MHz上延伸，占用14个DTV频道。在该示例中，天线单元13装备有三个天线：第一天线13-1用于SB1，第二天线13-2用于SB2，且第三天线13-3用于SB3。降频转换单元60包括可调谐带通滤波器(BPF)41′，其经优化以在各个三个子频带中操作。开关47′一般表示当扫描各个子频带时切换天线13-1至13-3的方式。就图4实施例而言，单元10′也包括线性放大器(LNA)42、调谐器43、低通滤波器(LPF)44、ADC 45及基频处理器46。在该实施例中，使用相同ADC 45采样在所有三个子频带中检测到的信号。当扫描SBI时，针对该频带调整BPF 41′，且如由开关47″一般展示自信号路径排除调谐器43。ADC 45采样54-216MHz子频带SBI中的信号。当扫描子频带SB2及SB3时相应调谐BPF41′，且通过开关47″将调谐器43包括于信号路径中。在该情况下，子频带SB2及SB3中的信号经降频转换至实际上类似于SBI的频率的频率，使得可用相同采样器的采样在下部频带及上部频带中的所有信号。显而易见，通过使用该配置显著地减少采样器45的复杂性。

图8表示根据本发明的另一实施例的ADC的操作。如上文所述，FCC规则及规定要求在非常高的范围上传感信号以发现主要服务的存在(即，强DTV信号及弱无线麦克风信号)；该范围是约-118dBm。根据本发明，若比预选定电平的所有信号被截止(限幅)，则可能使用具有50dBm的动态范围的ADC。例如，若将截止电平选择在-70dBm(截止比-70dB强的信号)，则ADC需要操作于的范围显著减小到118dBm-70dBm＝48dBm。这可通过将ADC的操作点设定在约-94dBm且通过对于比-94dBm电平少或多25dBm以上是信号在饱和状态下操作ADC来获得。对于本领域技术人员显而易见地，也可使用其他截止电平，且通过示例，选择-70dBm电平；本说明书将针对该值使用一般术语“截止阈值(cut-off threshold)”。

ADC 45的该操作模式使得可减少处理时间，因为嗅探器可按良好概率快速检测某个频谱片段是否由另一服务使用。当在预设定的时间量上在所扫描频谱片段内的所接收信号的所有样本恒定且处于截止阈值时，BB处理器46判定ADC在饱和状态下工作，且得出结论：各个频道被占用。当所接收的信号的所有经传感的样本处于截止阈值下时，BB处理器46决定主要服务可能或可能不占用各个频谱片段，且开始应用其他传感方法，如稍后所述。

如上文所述，基于测量在频谱的各个部分中的能量，通过按6MHz的倍数扫描频谱以发现DTV广播，且接着按200Khz的小块扫描经识别为未由DTV使用的某个6MHz片段以检测任何在作用中的无线麦克风的存在来判定主要服务的存在或不存在。显而易见，以此方式扫描整个DTV频带可需要长的时间。为解决该问题，BB处理器46使用分组检测演算法及优选地是小波信号分析(另或者，熟知的FFT-快速傅里叶变换)以判定信号能量。使用小波信号分析加速了能量检测过程。小波信号分析的优势在于以下事实：可在时间及频率两方面调整小波(能量)的波形以配合到某一大小的频谱片段中，且接着可对照阈值测量且分析各个频谱片段中的信号的能量。可选择持续时间非常窄的波形，使得其可用以测量能量高带宽传输。

根据本发明的小波分析的范围为识别可由次要服务使用的其有极少或无可检测的信号活动的频谱的频率一时间片段(称作频率-时间“单元”)。如在图9A中看出，基频处理器46大体上包括小波分解单元8、小波系数计算器9及噪音减少单元14。小波分解单元8通过创造如图9B中表示的母小波及子小波来“分解”在频率-时间单元上的接收的信号。小波系数计算器9判定提供关于在所分析的时间-频率单元中的信号的能量的噪音的小波系数。接着将小波系数与能量阈值μ比较，具有低于阈值的系数的频道定义限制空间片段。频谱管理器11接收关于各个空白空间片段的时间及频率坐标的信息，且按需要处理该信息。

关于如在根据本发明实施例中使用的小波函数的基本背景信息提供于所识别的2008年4月10日申请的标题为“用于在无线通讯中利用频谱资源的系统和方法”(Wu等人)的共同申请专利申请案第12/078,979号中，该申请案以引用的方式被并入本文中。结合图9B提供关于小波操作的方式的简要描述。自称作“母”小波的单一数学函数(ψ(t))产生小波，“母”小波是在时间及频率两方面有限长度或快速衰减的振荡波形。用ψ_a，T(t)表示小波函数，且用ψ_a，T(ω)表示对应的频域表示，其中a表示小波波形的缩放参数，而T表示小波波形的偏移或平移参数，“子”小波是母小波的经缩放(按系数a)且经平移(按时间T)的副本。

选择在本发明中使用的小波函数ψ_a，T(t)，使得99％的小波能量集中在时域及频域两者的有限间隔内。此外，选择小波函数ψ_a，T(t)以便允许实现其集中中心的整数偏移(平移)，使得可产生邻近偏移波形ψ(t-τ)，以形成有限能量的信号空间的正交基础。缩放参数的改变影响脉冲形状；若在时域中扩大脉冲形状，则将自动在频域中缩小。另或者，若在时域中压缩脉冲形状，则将在频域(f轴)中膨胀。偏移参数τ表示小波波形的能量集中中心在时间上的偏移。因此，通过增加平移参数τ的值，小波沿着t轴在正方向上偏移；通过减小τ，小波沿着t轴在负方向上偏移。

如图9B所示，将所关注通信频谱(例如所分配至DTV的频谱)分成具有多个频率-时间单元71、72、73的频率及时间映射70。在频率及时间映射内的每个频率-时间单元构成至少“频道”。可操纵小波波形特性以处理不同粒度的频率-时间单元，且因此识别频率及时间映射70内的空白空间片段。如上示对缩放及平移参数的改变使得能够根据参数/所要时间-频率解析度来划分频率及时间映射70。

例如，通过将缩放参数设定至第一值且递增平移参数，提供多个具有带宽Δf₁及增加的时间间隔Δt₁的单元71。通过将缩放参数设定至第二值且递增平移参数，提供多个具有减小的带宽Δf₂及增加的时间间隔Δt₂的单元72。再另外，通过将缩放参数设定至第三值且递增平移参数，提供多个其有进一步减小的带宽Δf₃及进一步增加的时间间隔Δt₃的单元73。也如图7B所说明，通过使用小波函数，频率及时间映射70内的每个单元可根据另一频率及时间映射75而进一步分成频率及时间单元。例如，可基于另一小波函数Y(t)将右边单元72进一步分成频率及时间单元等。

在小波分解后，小波系数计算器9(参见图9A)计算数字化的信号的小波系数W_p，q，这些系数反映各个时间-频率单元中的信号能量：

w_n，k＝∫r(t)Ψα_p，q(t)

其中Ψ_n，k(t)是小波函数，而随着缩放参数α及平移参数τ的函数选择n及k整数在以上参考共同申请专利申请案中，如下定义p及q：α＝b^p以及τ＝qbp，其中b是正有理数(例如，1.2，2，2.1，3等)，且p及q是整数(例如，0，+/-1，+/-2，+/-3等)。

接着将所计算的小波系数w_p，q用以判定各个时间-频率单元中的信号能量，将对应于每个经检测信号的信号能量与能量阈值η比较，且若经检测能量低于下述阈值，则选择各个空白空间片段：

|ω_p，q|²≤μ

其中μ是表示能量电平的阈值的预定义的正数。预定能量电平μ可经预设定，或可经配置以取决于正扫描频谱、可接受干扰等级、信号等而变化。

图10A及10B示出根据本发明实施例的识别空白空间片段的方法，其中图10A表示在存在具有频道占用信息的集中式数据库的情况下的方法，及图10B表示在不存在具有频道占用信息的集中式数据库的情况下的方法。如在图10A中看出的，在存在数据库5的情况下，单元10识别数据库中的空闲频道CH_k，步骤60。嗅探器优选地使用等于DTV频道的宽度(在NA中为6MHz)的解析度来识别该大小或其倍数的空白空间片段。此外，当解析度是DTV频道的宽度时，由数据库5提供的信息较易于使用，可跳过在数据库中被识别为经占用的频道以减少处理时间。也应注意到，在所关注应用需要比由一个DTV频道提供的带宽大的带宽的情况下，嗅探器将选择数据库(未示出)中识别为空闲的若干连续频道。频谱检测器/分析器10接着扫描选定频道，且按两个阶段处理传感的信号，在每一阶段中使用不同解析度。在第一阶段中，通过使用挑选的时间频率单元执行经接收的信号的小波变换，嗅探器继续进行验证该(这些)频道是否确实是空闲，步骤61。例如，第一阶段的小波变换函数的频率变量可覆盖DTV频道的整个宽度(在北美，是6MHz)。若嗅探器识别出在选定频道中的DTV信号(决策区块62的分支“否”)，则其向数据库通知此事件且返回至步骤60以选择另一空闲频道。

另一方面，若嗅探器判定在CH_k中不存在DTV广播信号(决策区块62的分支“是”)，则在第二阶段期间进一步分析该频道以检测任何无线麦克风的存在，步骤64。若嗅探器确实确认CH_k空闲(步骤65)，则为所关注应用保留该频道，步骤66。若检测到麦克风信号的存在，则通知数据库管理者，且嗅探器针对数据库中识别为空闲的另一频道重复步骤60-65。应注意，若各个应用仅需要使用此频道的一部分，则仍可使用频道CH_k，在该情况下，步骤64使用基于各个应用(图中未示)所需的带宽大小而选择的时间-频率单元大小来相应地分析该频道。

如在图10B中看出的，当无数据库可利用时，在第一阶段期间，嗅探器扫描及分析所分配至DTV的频谱(步骤70)，优选地使用等于DTV频道的宽度(在NA中，是6MHz)的解析度以识别此大小或其倍数的空白空间片段。如在参考图10A描述的方法中，也可根据所关注应用的所需带宽来选择时间-频率单元的粒度。然而，符合DTV频道的大小的粒度是优选的，因为允许实现对各个频谱片段中的信号的更确定性处理，因为可通过寻找结合图3B描述的已知序列(导频、PN 511、PN-63)来识别DTV频道。然而，若选择另一粒度以用于信号处理，则可将ADC 45的饱和用于检测所关注频谱片段是否是空闲。

一旦发现6MHz片段，则第一处理阶段停止，步骤71，其中信号能量低于阈值μ，其指示此频谱片段不用于DVT传输。步骤71中识别的频道用CH_k表示。在第二阶段期间，嗅探器必须检查是否存在任何在CH_k中操作的无线麦克风，步骤72。现在，其必须以200kHz的解析度处理在第一阶段中识别的该频谱片段中的信号。优选地，在为50kHz的倍数的频率开始处理这些信号。若在步骤71中识别的CH_k结果是空闲(如由决策区块74的分支“是”展示)，则嗅探器为各个应用保留CH_k，步骤75。若归因于一个或多个无线麦克风的存在，在CH_k中未识别到具有所需带宽的空白空间片段(如由决策区块74的分支“否”展示)，则嗅探器的操作回复到步骤70。

根据本发明的另一模式，可使用由图9A上的单元14一般地说明的小波噪音减少程序来增强检测过程。根据该程序，着眼于判定具有某一可靠度的阈值μ，使用平均方差估计的任何已知方法估计频道噪音。若用s(t)表示传输的信号，用r(t)表示接收的信号，且用N(t)表示噪音，则在信号的小波变换后，小波系数是以下形式的向量：

$\left[\begin{array}{c}r\left(0\right)\\ r\left(\mathrm{\Δt}\right)\\ .\\ .\\ r(k,\mathrm{\Δt})\\ .\\ r(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}s\left(0\right)\\ s\left(\mathrm{\Δt}\right)\\ .\\ .\\ s(k,\mathrm{\Δt})\\ .\\ s(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}N\left(0\right)\\ N\left(\mathrm{\Δt}\right)\\ .\\ .\\ N(k,\mathrm{\Δt})\\ .\\ N(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]\→\mathrm{wT}\left[\begin{array}{c}r\left(0\right)\\ .\\ .\\ r(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]=\mathrm{wTa}\left[\begin{array}{c}s\left(0\right)\\ .\\ .\\ s(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]+\mathrm{wT}\left[\begin{array}{c}N\left(0\right)\\ .\\ .\\ N(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]$

其中wT表示小波变换，K是样本数目，M是样本的最大数目，Δt是两个连续的样板之间的距离(时间)，以及α考虑到由传输器与接收器之间的频道引入的缺陷。在小波变换后，所接收的基频信号变为：

$\left[\begin{array}{c}{r}^{\′}\left(0\right)\\ .\\ .\\ r^{\′}(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]=a\left[\begin{array}{c}{s}^{\′}\left(0\right)\\ .\\ .\\ s^{\′}(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{N}^{\′}\left(0\right)\\ .\\ .\\ N^{\′}(M,\mathrm{\Δt})\end{array}\right]$

若推断出对应的信号分量在统计上可忽略，则现在可通过由重设小波系数至零W_n，k＝0来减少经分解信号中的噪音。如上文所示，选择小波变换函数以将信号的能量集中在99％的各个时间-频率单元内。根据所传输信号s(t)的性质，若小波系数w(k)具有相对噪音标准偏差σ是明显的值，则表示频道在使用中。若在各个频谱片段中不存在信号，则所接收信号的小波系数w(k)非常小(靠近零)，在该情况下，w(k)将处于噪音电平，即与噪音基底的σ相当。

对于第二情况(w(k)＜＜σ)，使用噪音信息重设小波系数，且在所接收信号的小波系数重设后，使用具有新的小波系数u(k)的反向小波变换来重建信号。接着使用以上描述的检测方法(导频或PN检测等)来进一步处理经重建的信号。此噪音减少程序是有益的，因为其“清除”了信号的噪音，使得可执行较标准的检测。

以上结合图10A及10B描述的两阶段可是耗时的，尽管整个过程比重复平均化及滤波的常规方法快。可使用根据本发明的群检测程序(如图11所示)来加速该两阶段过程。对于群检测程序，嗅探器在第一阶段中处理一群DTV频道。这些频道优选地是连续的，且在数据库5中被识别为经占用的频道不包括于该群中，如步骤80中展示的。或者，嗅探器可仍然在该群中包括这些频道。用{r(k)}表示在ADC 45的输出端处的信号，其中k是样本数目。在{r(k)}的基频处理及小波分解后，用{xn(k)}表示某一频道(或单元)中的信号，其中n是频道数目。每个频道中的信号接着被低通滤波以将来自所有频道的信号对准于为零的原始频率(如步骤81中所示)，以按Nyquist速率得到每个频道的频道化数据，用{Yn(l，Δt)}表示该数据。

来自该群中的频道的频道化数据接着被重叠，以获得这些信号的总和：

Y(t)＝∑[y₁(t)+y₂(t)+y_k(t)+y_G(t)+N]。

此展示于步骤82中。可对重叠的信号执行噪音减少操作，如上文所述及在步骤83中所示。接着在噪音减少后计算经加总的信号的能量E，步骤83。即，BB处理器46结合图10A或10B描述的方法的第一阶段，如由步骤84所示。例如，BB处理器46试图识别信号中的导频PN序列，步骤84中所示。若所接收的信号的能量小于阈值(例如，E＜-70dBm)(决策区块85的分支“是”)，则信号可能仍存在于该群频道或频道中，且处理器执行图10A或图10B中展示的方法的阶段I，以检测在该频谱片段中任何无线麦克风的存在。

若信号的能量比阈值高，例如，是E≥-70dBm，决策区块的分支“否”；则意味该群的频道中的一个或多个可能被占用。在该情况下，对来自该群的尚未经处理的频道子群(例如，该群中的频道的一半)重复群检测程序，步骤86、87。接着，再次当执行阶段II时，在步骤82中判定各个子群中的频道化数据的总和，且重复该程序直至检测到空闲频道。

当信号的能量小于阈值时，执行沿着决策区块的分支“是”的操作。在此情况下，系统试图识别来自该群频道是否无任何无线麦克风信号，如由步骤88、89展示。为各个次要服务保留第一个该种频道，步骤90。若该群中无频道空闲，则对来自该群的一频道子群重复群检测程序，如由步骤86及87展示。

也可通过在时间上重叠来自多个频道的数据区段，使得在某个数目的加总后将导频加起来，而在连续加总中数据平均化为靠近零的值(由于数据是随机的)来执行检测DTV信号。在该情况下，存在DTV信号的频道中的导频及PN序列皆被相加，从而导致较易于相对于噪音检测出的电平。

可根据本发明使用检测无线麦克风的存在的其他方法；仅对使用以上方法中的任何者检测为未使用的TV频道执行该操作。例如，仍可使用小波分解，且选择具有最大小波系数的空白空间片段。这些频道中的信号被累计指定次数。接下来，对接收的信号执行2k FFT分解，且通过测量每个区间上的能量；将峰值与噪音基底比较使处理器46能够判定是否存在无线麦克风信号。

上述本发明的实施例仅是例示性的，且并非用于使用不可靠网络服务发送的数据单元的前瞻性重复传输的任何系统或方法的每个可能配置的完整描述。本发明的范围因此意欲仅受到随附权利要求的范围的限制。

Claims (28)

1.一种用于能够从无线设备实施次要服务应用的空白空间频谱传感器，包括：

频谱检测器/分析器，其用于识别指定宽度的空白空间频谱片段；

频谱管理器，其用于基于所述次要服务应用的要求确定所述指定宽度并为所述次要服务应用保留所述空白空间频谱片段；

可配置接口，其用于使所述传感器和所述无线设备能够集成。

2.一种用于能够在无线设备实施次要服务应用的空白空间频谱传感器，包括：

频谱检测器/分析器，其用于分析指定宽度的频谱片段以确定所述频谱片段未被占用；

频谱管理器，其用于基于所述次要服务应用的要求确定所述指定宽度并为所述次要服务应用保留所述频谱片段；以及

可配置接口，其用于使所述传感器和所述无线设备能够集成。

3.如权利要求2所述的传感器，其中所述频谱管理器使用关于为所述无线设备保留的所述频谱片段的信息更新空白空间数据库。

4.如权利要求2所述的传感器，其中所述频谱管理器从空白空间数据库获取关于所述频谱片段的信息，所述空白空间数据库维护用于所关注TV市场的频谱占用信息。

5.一种用于检测及分析在分配至TV广播的频带B的频谱中存在的信号的频谱传感器/分析器，包括：

天线单元，其用于获取存在于所述频带B中的无线信号；

采样器，其用于数字化由所述天线单元获取的信号以提供数字化样本；以及

基频(BB)处理器，其用于分析所述数字化样本及根据与所述各个TV广播有关的DTV标准检测在所述DTV广播中存在的已知信号序列，来识别在所分配至所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

6.如权利要求5所述的频谱检测器/分析器，其中所述已知信号序列是DTV导频。

7.如权利要求5所述的频谱检测器/分析器，其中所述已知信号序列是伪随机序列。

8.一种用于检测及分析在所分配至TV广播的宽度为B的频谱上传感的信号的频谱传感器/分析器，包括：

天线单元，其用于获取在所分配到所述TV广播的频谱上确立的n个子频带中存在的无线信号，子频带SB_k具有特定宽度B_k，其中k∈[1，n]且n≥1；

降频转换单元，其用于将在每个子频带SB_k中从所述天线单元接收的信号降频到宽度为B_k的低频带上延伸的低频带信号；

采样器，其用于采样在每个子频带中的所述低频带信号用于从所述低频带信号提供数字化样本；以及

基频处理器，其用于分析从所述采样器接收的所述数字化样本并识别在所分配到所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

9.如权利要求8所述的频谱传感器/分析器，其中所述基频处理器选择每个子频带SB_k的所述宽度B_k。

10.如权利要求8所述的频谱传感器/分析器，其中所述降频转换单元包含：

可调谐带通滤波器，其用于过滤出子频带SB_k之外的传感信号；

调谐器，其用于将在所述子频带SB_k中的信号降频转换至占用宽度B_k的低频带的低频带信号；以及

切换区块，其用于配置所述天线单元、所述带通滤波器和所述调谐器用于在子频带开关控制信号的控制下相应地处理所述子频带SB_k的所述信号。

11.如权利要求10所述的频谱传感器/分析器，其中所述调谐器的频率F_tuner是根据所述指定低频带的宽度选择的。

12.如权利要求10所述的频谱传感器/分析器，其中所述采样器的采样频率F_s经选择为高于任何所述子频带的最高频率。

13.如权利要求8所述的频谱传感器/分析器，其中所述基频处理器包括：

小波分解单元，其用于使用具有选定粒度的时间-频率单元的频率-时间映射将所述数字化样本分解成小波；

小波系数计算器，其用于将所述时间-频率单元的所述小波系数确定为在各个单元中的能量检测，并基于阈值识别所述未使用频谱片段。

14.一种用于检测及分析在所分配至TV广播的宽度B的频谱上传感的信号的频谱传感器/分析器，包括：

天线单元，其用于获取在所分配至所述TV广播的频谱上存在的无线信号；

采样器，其用于采样由所述天线单元获取的信号以提供数字化样本，所述采样器经操作以对于比特定值更强的信号实现饱和状态；以及

基频(BB)处理器，其用于分析从所述采样器接收的所述数字化样本并通过检测所述采样器的饱和状态而识别在所分配至所述TV广播的频带中的未使用频谱片段。

15.如权利要求14所述的频谱传感器/分析器，其中所述采样器的饱和点在-70dBm处选择，以实现从-118dBm至-70dBm的采样器动态范围。

16.一种用于检测及分析在所分配至TV广播的频谱中存在的信号的方法，包括：

a)获取所述分配至TV广播的频带中存在的无线信号；

b)使用采样器采样在步骤a)中获取的所述信号以提供数字化样本，所述采样器在经选择以对于比指定值更强的信号实现饱和状态的操作点中操作，以及

c)分析从所述采样器接收的所述数字化样本并通过检测所述采样器的饱和状态而识别在所分配至所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

17.如权利要求16所述的方法，其中步骤b)包括采样自-118dBm至-70dBm的信号，使得具有比-70dBm更大的强度的信号产生稳定输出。

18.一种检测及分析在所分配至TV广播的宽度B的频谱中存在的信号的方法，包括：

a)确立所分配至TV广播的频谱的频带B上的n个子频带，子频带SB_k具有宽度Bk，其中k∈[1，n]且n≥1；

b)获取在所述子频带SB_k中存在的无线信号；

c)将在所述子频带SB_k中获取的信号降频转换为宽度为B_k的低频带中的低频带信号；

d)采样在每个子频带SB_k中的所述低频带信号用于提供所述低频带信号的数字化样本；以及

e)分析从所述采样器接收的所述数字化样本以测量所述采样的低频带信号的能量；以及

f)重复步骤c)至e)直到在所分配到TV广播的带宽中识别到未使用频谱片段。

19.如权利要求18所述的方法，其中步骤c)包括：

带通滤波在各个子频带SB_k中传感的信号；

将在所述各个子频带SB_k的信号降频转换成低频带信号；以及

配置所述天线单元、所述带通滤波器和所述调谐器用于在子频带开关控制信号的控制下处理所述各个子频带SB_k的信号。

20.如权利要求18所述的方法，其中根据所述指定低频带的宽度判定用于降频转换所有子频带中所述信号的频率F_tuner。

21.如权利要求18所述的系统，其中使用经选择为高于在任何所述子频带中的最高频率的频率F_s执行步骤d)。

22.一种用于检测及分析在所分配至TV广播的宽度B的频谱上传感的信号的方法，包括：

a)获取所分配至TV广播的频谱中存在的任何无线信号；

b)采样由天线单元获取的信号以从低频带信号提供数字化样本；以及

c)分析从所述采样器接收的所述数字化样本；以及

d)通过根据与所述TV广播有关的各个DTV标准检测在所述DTV广播中存在的已知信号序列，来识别在所分配至所述TV广播的带宽中的未使用频谱片段。

23.如权利要求22所述的方法，其中使用小波信号分析执行步骤c)。

24.如权利要求22所述的方法，其中步骤c)包括：

使用具有选定粒度的时间-频率单元的频率-时间映射将所述数字化样本分解成小波；

将所述时间-频率单元的小波系数确定为在各个单元中的能量的测量；以及

基于预设的能量阈值识别所述未使用频谱片段。

25.如权利要求22所述的方法，进一步包括使用在步骤d)中获取的信息更新空白空间数据库。

26.如权利要求22所述的方法，其中步骤a)包括：

访问空白空间数据库，所述空白空间数据库维护关于所分配至TV广播的所述频谱中当前占用的信息；以及

获取在所分配至TV广播的所述频谱的部分中存在的无线信号，所述频谱的所述部分在所述空白空间数据库中被指示为空闲。

27.一种传感及分析在所分配至TV广播的频谱中存在的信号的方法，包括：

a)从空白空间数据库识别对于实施次要服务空闲的一群TV频道；

b)获取在所述TV频道群中存在的无线信号，同时将任何检测的信号降解转换为预选定频率f₀；

c)求和在b)获取的信号以获得数字化复合信号；

d)使用小波噪音减少程序以获得数字化复合信息；

e)分析所述复合信号以判定所述复合信号的能量是否高于阈值；以及

f)若所述复合信号的能量小于所述阈值，则分析所述复合信号以识别无线麦克风操作的存在；以及

g)若在步骤f)未检测到无线麦克风操作，则为所述次要服务保留所述TV频道群中的任何频道。

28.如权利要求27所述的方法，进一步包括，如果所述复合信号的所述能量小于所述阈值，则

将所述频道群分成第一子群和第二子群；以及

依次对于每个子群执行步骤c)-g)。

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