CN102804884A - 频谱感测 - Google Patents
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Abstract
一种通信装置，其包括：至少一个用户数据通信块，所述用户数据通信块被配置以便传输用户数据，所述用户数据通信块包括两个或更多的逻辑子块，所述逻辑子块被配置以便在不同的协议层上处理用户数据，其中，所述子块中的至少一个子块被配置以便实施频谱感测。
Description
技术领域
本发明总体上涉及频谱感测。本发明特别但不排他性地涉及认知无线电系统中的频谱感测。
背景技术
频谱感测是用于标识未使用或未充分利用的无线电资源的技术。例如，当前正在开发的宽带频谱传感器。
需要频谱感测的一种技术是认知无线电。
对频谱感测技术的开发主要着重于算法级别。
Danijela Cabric、Artem Tkachenko、Robert W.Brodersen的“Experimental Study of Spectrum Sensing based on Energy Detectionand Network Cooperation”(The 2nd Annual International WirelessInternet Conference(WICON)，TAPAS Workshop，August，2006)讨论了在频谱感测中的能量检测器的可行性。
此外，已经提出了协作式或分布式频谱感测解决方案。Anu Huttunen、Juha Pihlaja、Visa Koivunen、Jari Junell和Kari
的“Collaborative distributed spectrum sensing for cognitive radio”(Wireless World Research Forum Meeting 21，Stockholm，Sweden，13-15Oct.2008)讨论了一个这样的解决方案。
发明内容
根据本发明的第一示例方面，提供了一种通信装置，其包括：
至少一个用户数据通信块，所述用户数据通信块被配置以便传输用户数据，所述用户数据通信块包括两个或更多的逻辑子块，所述逻辑子块被配置以便在不同的协议层上处理用户数据，其中，所述子块中的至少一个子块被配置以便实施频谱感测。
在实施例中，所述通信装置进一步包括至少一个专用频谱传感器，所述专用频谱传感器被配置以便实施频谱感测。
在实施例中，所述通信装置进一步包括控制块，所述控制块被配置以便控制由所述子块所实施的频谱感测。
在实施例中，所述控制块被配置以便：
从在所述通信装置中可用的源当中选择频谱感测数据的一个或多个源，所述源至少包括所述用户数据通信块；以及
请求所选择的源来实施频谱感测并且将感测数据提供给所述控制块。
在实施例中，所述控制块被配置以便从所选择的源中并行地或依序地请求感测数据。
在实施例中，所述控制块被配置以便组合由所选择的源提供的感测数据，从而获得感测结果。
在实施例中，所述用户数据通信块的所述至少一个子块被配置以便响应于请求而提供感测数据。
在实施例中，所述子块被配置以便通过检测一个或多个网络条件来实施频谱感测。
在实施例中，所述通信装置包括认知无线电装置。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种方法，其包括：
允许在通信装置的用户数据通信块的逻辑子块中对不同协议层上的用户数据进行传输和处理；以及
至少在所述子块之一中实施频谱感测。
根据本发明的第三示例方面，提供了一种在装置中可执行的计算机程序，所述计算机程序包括：
用于允许在通信装置的用户数据通信块的逻辑子块中对不同协议层上的用户数据进行传输和处理的程序代码；以及
用于至少在所述子块之一中实施频谱感测的程序代码。
所述计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质上。所述存储介质可以是数字数据储存器，诸如数据光盘或磁盘、光储存器、磁储存器、全息储存器、相变储存器(PCM)或光电子磁储存器。存储介质可以形成在设备中，而没有除了储存存储器之外的其它基本功能，或者其可以被形成为具有其它功能的设备的一部分，包括但不限于：计算机的存储器、芯片集，以及电子设备的子配件。
下文在本发明的详细描述中以及在其所附的从属权利要求中说明了本发明的各种示例实施例。参照本发明的所选方面说明了这些实施例。本领域的技术人员会理解，本发明的任何实施例可以与相同方面内的其它实施例相组合。此外，任何实施例也可以单独或与其它实施例相组合地应用于其它方面。
附图说明
将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明，在附图中：
图1图示了专用频谱传感器；
图2图示了用户数据无线电装置的一般级别框图；
图3图示了根据实施例的用户数据无线电装置的框图；
图4图示了根据实施例的实现方式的框图；
图5A图示了根据另一实施例的实现方式的框图；
图5B图示了根据又一实施例的实现方式的框图；
图6图示了示例方法的流程图；以及
图7示出了按照特定实施例的装置的框图。
具体实施方式
移动设备具有至少一个并且常常是多个用于传输用户数据的无线电装置。需要多个用户数据无线电装置例如用于使得能够在一个设备中使用不同的通信技术。可能的通信技术包括例如WLAN、蓝牙、GSM/GPRS、CDMA和WCDMA技术。在本发明的实施例中，那些用户数据无线电装置用于频谱感测，以便补充由专用频谱传感器完成的感测。在另一个实施例中，根本不一定需要专用频谱传感器。如此，人们可以实现对设备中现存的硬件和软件资源的更有效的利用。
在实施例中，出于认知无线电的目的而使用借助于用户数据无线电装置的感测。认知无线电是一种无线通信形式，其中，无线电装置基于周围无线电网络条件来更改它们使用的无线电资源。具有本地低利用率的无线电资源被标识并且被拿来使用。也就是说，收发器可以检测哪些通信信道在使用中而哪些通信信道没有被使用，并且在避开被占用的信道的同时使用空闲信道。如此，相比于对信道的静态分配，可以实现更好的频谱效率。
在IEEE Journal on Selected Areas in Communications，VOL.23，NO.2，pp.201-220February 2005，Cognitive Radio：Brain-EmpoweredWireless Communications中，Simon Haykin提供了认知无线电的以下定义：“认知无线电是一种智能无线通信系统，该智能无线通信系统意识到其周围的环境(即，外部世界)，并且通过构建理解(understanding-by-building)方法从环境中学习，并通过实时地对某些操作参数(例如发射功率、载波频率和调制策略)进行相应的改变来使其内部状态适应于在传入RF激励方面的统计变化，考虑两个主要目标：在任何时间以及任何地点所需要的高可靠性通信；对无线电频谱的高效利用。”
在认知无线电中，频谱感测是用于标识周围无线电网络条件的功能。频谱感测可用于检测主要用户和找到未占用或未充分利用的频谱。而且，频谱感测可用于测量感兴趣频带的利用程度以及动态。
应当注意，本发明的各种实施例并不限于认知无线电，而是也可以与其它技术相结合地使用。
图1图示了专用频谱传感器10。该传感器包括天线15、射频(RF)块14、基带(BB)块13、L2/L3协议层块，以及频谱感测控制块11。需要注意，块11-14是描绘不同协议层的逻辑块，即，这些块不一定是分离的物理组件。
RF块14可以包括或者操作为在所选无线电带上检测RF能量的存在的传感器。基带块13可以处理所检测到的能量并且检测特定无线电技术的存在。L2/L3协议块12实施OSI层2和3协议处理。L2/L3协议块可以进一步对所检测到的无线电技术的消息进行解码，并且检测例如网络和/或通信实体的身份。然而，常规地，专用频谱传感器通常并不解码由传感器检测到的内容，并且因此不能够检测例如网络的身份。频谱感测控制块11例如通过定义感测到什么频带以及判定是否使用了所有级别的检测(例如，有时仅检测在特定频带上的能量就够了)，从而在上部(at top)管理频谱感测过程。频谱感测控制块接收对于与当前无线电频谱使用有关的信息的请求，并且最终输出所请求的信息。
图2图示了包括天线25、RF块24、基带块23和L2/L3协议块22的用户数据无线电装置20的一般级别框图。RF块实施对用户数据通信的射频处理，基带块实施对用户数据通信的基带处理，并且L2/L3块实施对用户数据通信的OSI层2和3协议处理。
图1的传感器10和图2的用户数据无线电装置20之间的不同在于：用户数据无线电装置通常专用于特定的无线电技术以及相关联的频带，并且用户数据无线电装置20的目的是传达用户通信。然而，传感器10可以覆盖更宽的频谱范围，并且传感器10的目的在于：检测在可能覆盖多个不同无线电技术的多个不同无线电频带上的业务。
出于本发明的某些实施例的目的，用户数据无线电装置可被定义为使得能够按照特定通信技术进行无线电数据传输所需要的逻辑处理块的组合。这些处理块的主要目的是在OSI模型的物理层与应用层(或其它上层)之间传输(发送和接收)数据。所述处理块的精确实现方式和功能性以及数目可以根据相关联的通信技术而变化。
在实施例中，图2的用户数据无线电装置用于频谱感测目的。例如，通过在与用户数据无线电装置相关联的网络中执行无线电接入过程，可以检测或测试无线电网络的存在。即，测试以正常方式对网络的接入是否成功。但是，这可能造成对资源的不必要的使用，因为对网络的接入可能实际上是不需要的。这种类型的测试也可能造成不想要的无线电传输。
图3图示了根据实施例的用户数据无线电装置30的框图。在此，图2的常规用户数据无线电装置已经被修改成使得用户数据无线电装置能够补充或取代由专用频谱传感器(例如，图1的传感器10)所进行的频谱感测。
用户数据无线电装置30的结构类似于图2的用户数据无线电装置20的结构。附图之间的不同之处在于：图3的RF块34、基带块33和L2/L3块分别包括接口36-38来实现与频谱感测设备的交互，例如，用于从每个块32-34提供信息(感测数据)来用于频谱感测的目的。
在实施例中，块32-34中的功能性被修改成支持频谱感测模式或仅接收感测模式(receive-only sensing mode)，其通过新的接口36-38来控制。结果是，用户数据无线电装置的块可以通过新的接口36-38来提供感测数据，诸如与以下内容有关的信息：特定频带上的能量、所使用的无线电技术，以及分别从RF、BB和L2/L3块检测到的网络/节点身份。而且，与网络条件有关的其它信息也可以作为感测数据来从块32-34进行传送。相对于为了检测网络的存在而实施网络接入而言，通过使用这样的仅接收模式可以节省资源，因为不需要实施向网络的不必要的传输。在这样的仅接收模式中，仅使用了全部用户数据无线电装置实现的相关部分而不是使用全部实现来达到感测目的。
例如，旧有的蜂窝实现(例如，GSM/GPRS、WCDMA)可以被修改，从而使得接收器检测和解码来自网络的广播消息，而无需开始全协议堆栈并且无需连接到网络。如果用户数据无线电装置是WLAN无线电装置，则该无线电装置可以被设置以便对信标消息进行解码而无需向网络进行认证，以便标识出网络(从而得到该网络的SSID(服务集合标识符))。
应当注意，图3的用户数据无线电装置的主要目的保留了对用户数据的传输，即，实现无线电通信。除了该主要目的之外，该用户数据无线电装置还被修改成提供感测数据。
图4图示了根据实施例的实现方式的框图。该实现方式包括专用频谱传感器10(类似于图1的频谱传感器)以及出于频谱感测目的而修改的两个用户数据无线电装置30a和30b(类似于图3的用户数据无线电装置)。这些用户数据无线电装置可以是例如根据不同技术来操作的无线电装置。一个可以是例如GSM无线电装置，并且另一个可以是WLAN无线电装置。频谱感测控制块41现在正在控制专用频谱传感器10以及由用户数据无线电装置30a和30b所实施的频谱感测。频谱感测控制块41根据需要而请求来自用户数据无线电装置和/或频谱传感器的块的信息(感测数据)，并且将所得到的结果进行组合以便获得感测结果。
图5A图示了根据另一实施例的实现方式的框图。该图中示出的结构包括1-n个专用频谱传感器10a、10n以及1-n个用户数据无线电装置30a、30n。频谱传感器10a和10n分别包括L2/L3、基带以及RF块12a-14a和12n-14n。用户数据无线电装置30a和30n分别包括L2/L3、基带以及RF块32a-34a和32n-34n。在原理上，该实现方式类似于图4的实现方式。
频谱感测控制块41访问频谱传感器10a、10n以及用户数据无线电装置30a、30n中的接口，用于获得感测数据。频谱感测块根据需要而请求来自传感器和/或用户数据无线电装置的数据，并且将数据进行组合以便获得整体感测结果。
图4和图5中的频谱传感器和经修改的用户数据无线电装置的数目可以变化。例如，所有的用户数据无线电装置(在用于传输用户数据的设备中按照别的方式而需要的用户数据无线电装置)可以被修改用于感测目的，或者可以仅修改那些无线电装置中的一些。例如，为了增强感测性能，仅修改一个或两个用户数据无线电装置可能就足够了。而且，频谱传感器的数目也可以变化。例如，传感器的数目可以取决于可用传感器类型的数目以及设备的预期操作环境。
图5B图示了根据又一实施例的实现方式的框图。该结构类似于图5A的结构，但是现在不存在专用频谱传感器。该实现方式包括由频谱感测控制块41控制的1-n个用户数据无线电装置30a、30n。现在，从用户数据无线电装置获得了出于频谱感测目的所需要的所有数据。
在图4、图5A和图5B中示出的实现方式示出了频谱感测控制块，该频谱感测控制块协调了由专用频谱传感器和/或经修改的用户数据无线电装置所进行的频谱感测。至少在一些实现中，这样的解决方案很可能是有益的。但是必须注意到，这样的控制块并不是强制的。并不采用集中式控制块，而是每个需要频谱感测结果的元件可被配置以便直接联系充当频谱传感器的经修改的用户数据无线电装置的各个块(例如，块32a-34a和32n-34n)。此外，可能的是，对于每个经修改的用户数据无线电装置存在单独的控制块(例如，用于块32a-34a的一个控制块以及用于块32n-34n的另一个控制块)。
图6图示了可在图4和图5的频谱感测块41中实施的示例方法的流程图。
在阶段601中，在频谱感测控制器处接收对于感测结果的请求。所述控制器请求来自一个或多个专用频谱传感器的感测数据(阶段602)，以及来自一个或多个经修改的用户数据无线电装置的感测数据(阶段603)。可以并行地或依序地(或者可以使用其组合)从不同的源请求感测数据。频谱感测控制器判定：什么级别的感测是必要的、什么传感器和/或经修改的无线电装置被用于感测，以及应当并行地完成多少感测。频谱感测控制器还可以选择用户数据无线电装置的哪些协议级别应当提供感测数据。频谱感测控制器命令频谱传感器和/或经修改的用户数据无线电装置来根据需要实施感测。
在阶段604中，控制器将从(一个或多个)传感器以及(一个或多个)用户数据无线电装置获得的感测数据进行组合以便获得整体感测结果。然后，在阶段605中，将感测结果输出到请求该结果的实体。
与上述类似，可以通过请求了频谱感测结果的实体来执行在图6的频谱感测控制中所进行的任务或那些任务的一部分。
图7呈现了可在其中应用本发明的各种实施例的装置700的示例框图。这可以是用户设备或装置，诸如移动终端或其它通信设备。
装置700的一般结构包括：通信接口模块750、耦合到通信接口模块750的处理器710，以及耦合到处理器710的存储器720。该装置进一步包括：在存储器720中存储的且可操作以便加载到处理器710中并在其中执行的软件730。软件730可以包括一个或多个软件模块，并且可以具有计算机程序产品的形式。装置700进一步包括：耦合到处理器710的用户接口控制器760。还另外存在耦合到处理器710的传感器模块770。
通信接口模块750实现了结合本发明的各种实施例所讨论的用户数据无线电装置的至少一部分。通信接口模块750可以是例如无线电接口模块，诸如WLAN、蓝牙、GSM/GPRS、CDMA、WCDMA或LTE(长期演进)无线电模块。通信接口模块750可以集成到装置700中，或者集成到可插入装置700的适当插槽或端口中的适配器、卡等中。通信接口模块750可以支持一种无线电接口技术或多种技术。图7示出了一个通信接口模块750，但是装置700可以包括多个通信接口模块750。
处理器710可以是例如中央处理单元(CPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元等。图7示出了一个处理器710，但是装置700可以包括多个处理器。
存储器720可以是例如非易失性或易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、随机访问存储器(RAM)、闪速存储器、数据盘、光储存器、磁储存器、智能卡等。装置700可以包括多个存储器。存储器720可以被构造为装置700的一部分，或者其可以由用户插入到装置700的插槽、端口等中。存储器720可以服务于存储数据的单一目的，或者其可以被构造为服务于其它目的(诸如处理数据)的装置的一部分。
用户接口控制器760可以包括：用于(例如经由键盘、在装置700的显示器上示出的图形用户接口、语音识别电路或附件设备(诸如头戴式受话器))接收来自装置700的用户的输入以及用于(例如经由图形用户接口或扬声器)向用户提供输出的电路。
本领域技术人员理解，除了图7中示出的元件之外，装置700还可以包括：诸如扩音器、显示器的其它元件；以及附加电路，诸如输入/输出(I/O)电路、存储器芯片、专用集成电路(ASIC)、用于特定目的的处理电路，诸如源编码/解码电路、信道编码/解码电路、加密/解密电路等。另外，装置700可以包括一次性的(disposable)或可充电的电池(未示出)，用于在外部电源不可用的情况下向装置700供电。
借助于本发明的特定实施例所获得的益处是：可以在没有过多硬件的情况下获得在宽频范围上操作的频谱感测布置。在根据某些实施例的设备中的专用频谱传感器并不一定必须覆盖在该设备中存在的用户数据无线电装置的频率。专用频谱传感器以及经修改的用户数据无线电装置在频谱分析中的并行操作可以更快地提供对频谱条件的洞悉。实现相同的功能性而不使用现有用户数据无线电装置来对由专用传感器实施的频谱感测进行补充，这很可能要求更多的专用频谱传感器和/或在更宽频带上操作的频谱传感器，并且因此很可能消耗更多的功率。
特定用户数据无线电装置的无线电硬件和软件被优化用于其特定的无线电网络技术。然而，专用、通用频谱传感器通常并不专用于特定的网络技术。出于该原因，例如，通过使用经修改的用户数据无线电装置而不是使用专用频谱传感器，可以更为功率高效地实现找出周围网络的网络身份。
通过并行地使用(一个或多个)专用传感器以及(一个或多个)经修改的用户数据无线电装置，可以实现对用于不同技术的同一信道的并行处理。例如，可以同时(借助于用户数据无线电装置)检测无线电技术A(可能是主要用户)的网络身份以及(借助于频谱传感器)检测在使用中的无线电技术B(可能是辅助用户)的技术。而且，当同时执行利用专用频谱传感器的感测以及利用用户数据无线电装置的感测时，也增加了并行感测多个频带的可能性。
已经呈现了各种实施例。应当理解，在该文档中，措辞“包括”、“含有”和“包含”分别被用作开放式表达，而不具有任何有意的排他性。
前述描述已经借助于本发明的特定实现方式和实施例的非限制性例子提供了由发明人当前预期的用于执行本发明的最佳模式的充分和富含信息的描述。然而，对于本领域技术人员清楚的是，本发明不限于以上呈现的实施例的细节，而是可以在不背离本发明的特征的情况下在使用等同装置的其它实施例中或按照实施例的不同组合来实现本发明。
此外，该发明的以上公开的实施例的一些特征可以在不对应使用其它特征的情况下被用来获利。如此，前述描述应当被认为仅是对本发明的原理的说明，而不是对其进行限制。因此，本发明的范围仅由所附的专利权利要求来限制。
Claims (20)
1.一种通信装置，其包括：
至少一个用户数据通信块，所述用户数据通信块被配置以便传输用户数据，所述用户数据通信块包括两个或更多的逻辑子块，所述逻辑子块被配置以便在不同的协议层上处理用户数据，
其中，所述子块中的至少一个子块被配置以便实施频谱感测。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其进一步包括：
至少一个专用频谱传感器，所述专用频谱传感器被配置以便实施频谱感测。
3.根据权利要求1或2所述的通信装置，其进一步包括：
控制块，所述控制块被配置以便控制由所述子块实施的频谱感测。
4.根据权利要求3所述的通信装置，其中，所述控制块被配置以便：
从在所述通信装置中可用的源当中选择频谱感测数据的一个或多个源，所述源至少包括所述用户数据通信块；以及
请求所选择的源来实施频谱感测并且将感测数据提供给所述控制块。
5.根据权利要求4所述的通信装置，其中，所述控制块被配置以便：
并行地或依序地请求来自所选择的源的感测数据。
6.根据权利要求4-5中任何一项所述的通信装置，其中，所述控制块被配置以便：组合由所选择的源提供的感测数据以便获得感测结果。
7.根据权利要求1-5中任何一项所述的通信装置，其中，所述用户数据通信块的所述至少一个子块被配置以便响应于请求而提供感测数据。
8.根据权利要求1-7中任何一项所述的通信装置，其中，所述子块被配置以便通过检测一个或多个网络条件来实施频谱感测。
9.根据权利要求1-8中任何一项所述的通信装置，其中，所述装置包括认知无线电装置。
10.一种方法，其包括：
允许在通信装置的用户数据通信块的逻辑子块中进行对不同协议层上的用户数据的传输和处理；以及
至少在所述子块之一中实施频谱感测。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
至少在一个专用频谱传感器中实施频谱感测。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其进一步包括：
从在所述通信装置中可用的源当中选择频谱感测数据的一个或多个源，所述源至少包括所述用户数据通信块；以及
请求所选择的源来实施频谱感测并且提供感测数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
并行地或依序地请求来自所选择的源的感测数据。
14.根据权利要求12-13中任何一项所述的方法，其进一步包括：
组合由所选择的源提供的感测数据以便获得感测结果。
15.根据权利要求10-14中任何一项所述的方法，其进一步包括：
在所述子块处接收对于进行感测的请求；以及
响应于所述请求而提供感测数据。
16.根据权利要求10-15中任何一项所述的方法，其进一步包括：
通过检测一个或多个网络条件来在所述子块中实施频谱感测。
17.根据权利要求10-16中任何一项所述的方法，其进一步包括：
为了认知无线电的目的而使用至少在所述子块之一中实施的频谱感测的结果。
18.根据权利要求10-17中任何一项所述的方法，其进一步包括：
使用至少在所述子块之一中实施的频谱感测的结果，以便对由一个或多个专用频谱传感器所实施的频谱感测进行补充。
19.一种在装置中可执行的计算机程序，所述计算机程序包括：
用于在通信装置的用户数据通信块的逻辑子块中传输和处理在不同协议层上的用户数据的程序代码；以及
用于至少在所述子块之一中实施频谱感测的程序代码。
20.根据权利要求19所述的计算机程序，其进一步包括：
用于从在所述通信装置中可用的源当中选择频谱感测数据的一个或多个源的程序代码，所述源至少包括所述用户数据通信块；以及
用于请求所选择的源来实施频谱感测并且提供感测数据的程序代码。
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