CN105991201A - 频谱感知侦测器及其频谱感知侦测方法 - Google Patents
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Abstract
一种频谱感知侦测器及频谱感知侦测方法。频谱感知侦测器接收无线电信号，并根据无线电信号产生多个数字信号。频谱感知侦测器根据数字信号计算多个信号自相关数值及多个信号互相关数值，并根据信号自相关数值及信号互相关数值计算信号变数值。频谱感知侦测器于决定信号变数值大于信号阈值后，判断无线电信号包含使用者无线电信号。
Description
技术领域
本发明系关于一种频谱感知侦测器及其频谱感知方法；更具体而言，本发明的频谱感知侦测器及其频谱感知方法系将无线电信号进行多分支处理，并据以计算多个信号自相关数值以及互相关数值，俾后续判断无线电信号是否具使用者无线电信号。
背景技术
于感知无线电系统(Cognitive Radio System,CRS)中，频谱感知(Spectrum Sensing)技术主要系用以感测网络中的频谱使用状态，俾后续判断频谱的使用方式。具体而言，当使用者装置欲于感知无线电系统中进行通讯时，须先确认传输频段内是否有其他使用者装置正在进行通讯，以避免对正在传输频段内通讯的使用者装置产生干扰。而于习知技术中，主要系透过自相关信号侦测器或互相关信号侦测器进行确认。
详言之，自相关信号侦测器于传输频段接收无线电信号后，直接以单一信号处理路径对无线电信号进行放大、模拟数字转换、自相关信号运算处理以及取样平均，并于获得取样平均值后与信号阈值进行比对。若取样平均值大于信号阈值，则判断无线电信号中具有其他使用者装置的信号；反之，则判断无线电信号中无其他使用者装置的信号。
另一方面，互相关信号侦测器则系于传输频段接收无线电信号后，以双信号处理路径分别对无线电信号进行放大、模拟数字转换、互相关信号运算处理以及取样平均，并同样于获得取样平均值后与信号阈值进行比对。若取样平均值大于信号阈值，则判断无线电信号中具有其他使用者装置的信号；反之，则判断无线电信号中无其他使用者装置的信号。
惟前述自相关侦测器的技术，由于其仅具单一信号处理路径，因此信号处理时产生的杂讯对于后续的判断结果具有直接的影响，使得侦测器的准确度因杂讯大幅降低。而互相关侦测器利用双信号处理路径的方式虽可避免单一杂讯的直接影响，并略为提升侦测器的准确度，惟其双信号处理路径仅能产生单一信号互相关数值，则所能提升的准确度及效率亦相对有限。
因此，如何同时显著地提升频谱感知侦测器的准确度以及硬体的使用效率，以精准地判读频带使用状况，避免对其他使用者的通讯造成干扰，乃业界共同努力的目标。
发明内容
本发明的主要目的系提供一种频谱感知侦测器，包含接收单元、信号转换单元、数字信号处理单元、信号数值处理单元以及信号变数处理单元。接收单元用以接收无线电信号。信号转换单元将无线电信号转换成多个数字信号，其中，数字信号包含至少三个数字信号。数字信号处理单元计算各数字信号的多个信号自相关数值，并计算各数字信号与相异数字信号的多个信号互相关数值。信号数值处理单元根据信号自相关数值与信号互相关数值计算信号变数值。信号变数处理单元根据信号变数值大于信号阈值的判断结果，决定无线电信号包含使用者无线电信号。
为达上述目的，本发明又揭露一种频谱感知侦测方法，包含：(a)令频谱感知侦测器接收无线电信号；(b)令频谱感知侦测器将无线电信号转换成多个数字信号；(c)令频谱感知侦测器计算数字信号多个信号自相关数值；(d)令频谱感知侦测器计算各数字信号与相异数字信号多个信号互相关数值；(e)令频谱感知侦测器根据信号自相关数值及信号互相关数值计算信号变数值；(f)令频谱感知侦测器判断信号变数值大于信号阈值；以及(g)令频谱感知侦测器根据步骤(f)的结果，判断无线电信号包含使用者无线电信号。
在参阅图式及随后描述的实施方式后，此技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施态样。
附图说明
图1系本发明第一实施例的频谱感知侦测器的示意图；
图2系本发明第二实施例的频谱感知侦测器的示意图；
图3系本发明第三实施例的频谱感知侦测器的示意图；
图4系本发明第四实施例的频谱感知侦测器的示意图；
图5系本发明第五实施例的频谱感知侦测方法的流程图；
图6系本发明第六实施例的频谱感知侦测方法的流程图；
图7系本发明第七实施例的频谱感知侦测方法的流程图；以及
图8系本发明第八实施例的频谱感知侦测方法的流程图。
附图标记说明
1、2、3、4 频谱感知侦测器
11、31 接收单元
12、32 功率放大元件
13、33 信号转换单元
15、35 数字信号处理单元
17、37 信号数值处理单元
19、39 信号变数处理单元
131、331 功率分配元件
133 滤波元件
333a 第一滤波元件
333b 第二滤波元件
135 模拟数字转换元件
335a 第一模拟数字转换元件
335b 第二模拟数字转换元件
R、S 无线电信号
r1、r2、r3 次无线电信号
s1 第一次无线电信号
s2 第二次无线电信号
w1、w2、w3 频带信号
d1 第一频带信号
d2 第二频带信号
A、B、C 数字信号
X 第一数字信号
Y 第二数字信号
aa、bb、cc 信号自相关数值
ab、ac、bc、xy 信号互相关数值
xx 第一信号自相关数值
yy 第二信号自相关数值
V、Z 信号变数值
TH1、TH2 信号阈值
具体实施方式
以下将透过实施方式来解释本发明的内容。须说明者，本发明的实施例并非用以限制本发明须在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，有关实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明，且本案所请求的范围，以权利要求为准。除此之外，于以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示，且以下图式中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。
请参考图1，其为本发明第一实施例的一频谱感知侦测器1的示意图。其中，频谱感知侦测器1包含一接收单元11、一信号转换单元13、一数字信号处理单元15、一信号数值处理单元17以及一信号变数处理单元19。元件间的互动将于下文中予以进一步阐述。
首先，接收单元11自无线电系统环境中接收一无线电信号R。接着，信号转换单元13将无线电信号R转换成多个数字信号A、B、C，并将数字信号A、B、C传送至数字信号处理单元15，而数字信号处理单元15便据以计算数字信号A、B、C的信号自相关数值以及信号互相关数值。
详细来说，数字信号处理单元15针对数字信号A、B、C各自的数值，计算数字信号A、B、C各自的信号自相关数值aa、bb、cc。其中，信号自相关数值aa系数字信号A的自相关数值，信号自相关数值bb系数字信号B的自相关数值，信号自相关数值cc系数字信号C的自相关数值。
另一方面，数字信号处理单元15分别针对各数字信号A、B、C与相异数字信号的数值，计算数字信号A、B、C与相异信号的信号互相关数值ab、ac、bc。其中，信号互相关数值ab代表数字信号A、B的互相关数值，信号互相关数值ac代表数字信号A、C的互相关数值，信号互相关数值bc代表数字信号B、C的互相关数值。
接着，信号数值处理单元17便根据信号自相关数值aa、bb、cc以及信号互相关数值ab、ac、bc计算一信号变数值Z。最后，信号变数处理单元19判断信号变数值Z是否大于一信号阈值TH1，若信号变数值Z大于信号阈值TH1，则判断无线电信号R包含一使用者无线电信号(未绘示)。反之，则判断无线电信号R未包含其他使用者无线电信号。
须特别说明，于第一实施例中，本领域技术人员应可理解，数字信号的自相关数值以及互相关数值可根据信号取样方式以及网络环境不同，分为纯量、向量或矩阵等不同实施态样。而由于本发主要系着重数值的产生方式以及处理过程，因此，于此不再赘述相关数值的计算方式。
再者，信号变数值Z的计算方式可为自相关数值以及互相关数值的总合取实部，或可为自相关数值以及互相关数值的总合取实部后的均数，而信号阈值TH1则可根据信号变数值Z的计算方式进行相应的数值大小调整。惟其并非用以限制本发明的技术，本领域技术人员应可根据前揭内容轻易思及其他信号变数值计算及信号阈值调整的处理态样。
另须强调，为便于理解本发明的技术，于第一实施例中，信号转换单元13将无线电信号R转换成三个数字信号A、B、C，惟其并非用以限制数字信号的数量上限，本领域技术人员应可根据前述技术揭露，轻易理解三个以上数字信号的转换及使用。
请参考图2，其系本发明第二实施例的一频谱感知侦测器2的示意图。其中，第二实施例与第一实施例的架构相似，因此符号相同的元件功能亦同，于此不再赘述。而第二实施例与第一实施例的差异在于，第二实施例的频谱感知侦测器2更包含一功率放大元件12，信号转换单元13更包含一功率分配元件131、多个滤波元件133以及多个模拟数字转换元件135。元件间的互动将于下文中予以进一步阐述。
详言之，功率放大元件12主要系用以将无线电信号R的功率放大，以利后续进行相关操作。另外，当信号转换单元13接收功率放大后的无线电信号R后，功率分配元件131主要系用以将单一无线电信号R分配为多个次无线电信号。同样地，于第二实施例中，功率分配元件131主要系用以将单一无线电信号R分配为三个次无线电信号r1、r2、r3。
接着，滤波元件133分别用以将次无线电信号r1、r2、r3过滤出所需的多个频带信号w1、w2、w3，随后，模拟数字转换元件135便可分别将频带信号w1、w2、w3转换成数字信号A、B、C，俾后续相关数值计算以及无线电信号的判断。
请参考图3，其为本发明第三实施例的一频谱感知侦测器3的示意图。其中，频谱感知侦测器3包含一接收单元31、一信号转换单元33、一数字信号处理单元35、一信号数值处理单元37以及一信号变数处理单元39。元件间的互动将于下文中予以进一步阐述。
首先，接收单元31自无线电系统环境中接收一无线电信号S。接着，信号转换单元33将无线电信号S转换成一第一数字信号X以及一第二数字信号Y，并将第一数字信号X以及第二数字信号Y传送至数字信号处理单元35，而数字信号处理单元35便据以计算第一数字信号X以及第二数字信号Y的信号自相关数值以及信号互相关数值。
详细来说，数字信号处理单元35分别针对第一数字信号X以及第二数字信号Y计算一第一信号自相关数值xx以及一第二信号自相关数值yy。另一方面，数字信号处理单元35针对第一数字信号X以及第二数字信号Y计算一信号互相关数值xy。
接着，信号数值处理单元37便根据第一信号自相关数值xx、第二信号自相关数值yy以及信号互相关数值xy计算一信号变数值V。最后，信号变数处理单元39判断信号变数值V是否大于一信号阈值TH2，若信号变数值V大于信号阈值TH2，则判断无线电信号S包含一使用者无线电信号(未绘示)。反之，则判断无线电信号S未包含其他使用者无线电信号。
请参考图4，其系本发明第四实施例的一频谱感知侦测器4的示意图。其中，第四实施例与第三实施例的架构相似，因此符号相同的元件功能亦同，于此不再赘述。而第四实施例与第三实施例的差异在于，第四实施例的频谱感知侦测器4更包含一功率放大元件32，信号转换单元33更包含一功率分配元件331、一第一滤波元件333a、一第二滤波元件333b、一第一模拟数字转换元件335a以及一第二模拟数字转换元件335b。元件间的互动将于下文中予以进一步阐述。
详言之，功率放大元件32主要系用以将无线电信号S的功率放大，以利后续进行相关操作。另外，当信号转换单元33接收功率放大后的无线电信号S后，功率分配元件331主要系用以将单一无线电信号S分配为一第一次无线电信号s1以及一第二次无线电信号s2。
接着，第一滤波元件333a以及第二滤波元件333b分别用以将第一次无线电信号s1以及第二次无线电信号s2过滤出所需的一第一频带信号d1以及一第二频带信号d2，随后，第一模拟数字转换元件335a以及第二模拟数字转换元件335b便可分别将第一频带信号d1以及第二频带信号d2转换成第一数字信号X以及第二数字信号Y，俾后续相关数值计算以及无线电信号的判断。
本发明的一第五实施例系为一频谱感知侦测方法，其流程图请参考图5。第五实施例的方法系用于一频谱感知侦测器(例如前述实施例的频谱感知侦测器1)。第五实施例的详细步骤如下所述。
首先，执行步骤501，令频谱感知侦测器接收一无线电信号。执行步骤502，令频谱感知侦测器将无线电信号转换成多个数字信号。类似地，第五实施例中，数字信号包含至少三个数字信号。执行步骤503，令频谱感知侦测器计算各个数字信号的信号自相关数值。执行步骤504，令频谱感知侦测器计算各个数字信号与相异数字信号的多个信号互相关数值。
接着，执行步骤505，令频谱感知侦测器根据多个信号自相关数值以及多个信号互相关数值计算一信号变数值。执行步骤506，令频谱感知侦测器判断信号变数值是否大于一信号阈值。若是，则执行步骤507，令频谱感知侦测器判断无线电信号包含一使用者无线电信号。若否，则执行步骤508，令频谱感知侦测器判断无线电信号不包含使用者无线电信号。
本发明的一第六实施例系为一频谱感知侦测方法，其流程图请参考图6。第六实施例的方法系用于一频谱感知侦测器(例如前述实施例的频谱感知侦测器2)。第六实施例的详细步骤如下所述。
首先，执行步骤601，令频谱感知侦测器接收一无线电信号。执行步骤602，令频谱感知侦测器将无线电信号的功率放大。执行步骤603，令频谱感知侦测器将无线电信号分配为多个次无线电信号。执行步骤604，令频谱感知侦测器将多个次无线电信号过滤出多个频带信号。执行步骤605，令频谱感知侦测器将多个频带信号转换成多个数字信号。
类似地，第六实施例中，数字信号包含至少三个数字信号。接着，执行步骤606，令频谱感知侦测器计算各个数字信号的信号自相关数值。执行步骤607，令频谱感知侦测器计算各个数字信号与相异数字信号的多个信号互相关数值。
接着，执行步骤608，令频谱感知侦测器根据多个信号自相关数值以及多个信号互相关数值计算一信号变数值。执行步骤609，令频谱感知侦测器判断信号变数值是否大于一信号阈值。若是，则执行步骤610，令频谱感知侦测器判断无线电信号包含一使用者无线电信号。若否，则执行步骤611，令频谱感知侦测器判断无线电信号不包含使用者无线电信号。
本发明的一第七实施例系为一频谱感知侦测方法，其流程图请参考图7。第七实施例的方法系用于一频谱感知侦测器(例如前述实施例的频谱感知侦测器3)。第七实施例的详细步骤如下所述。
首先，执行步骤701，令频谱感知侦测器接收一无线电信号。执行步骤702，令频谱感知侦测器将无线电信号转换成一第一数字信号以及一第二数字信号。执行步骤703，令频谱感知侦测器计算第一数字信号的一第一信号自相关数值以及第二数字信号的一第二信号自相关数值。执行步骤704，令频谱感知侦测器计算第一数字信号与第二数字信号的一信号互相关数值。
接着，执行步骤705，令频谱感知侦测器根据第一信号自相关数值、第二信号自相关数值以及信号互相关数值计算一信号变数值。执行步骤706，令频谱感知侦测器判断信号变数值是否大于一信号阈值。若是，则执行步骤707，令频谱感知侦测器判断无线电信号包含一使用者无线电信号。若否，则执行步骤708，令频谱感知侦测器判断无线电信号不包含使用者无线电信号。
本发明的一第八实施例系为一频谱感知侦测方法，其流程图请参考图8。第八实施例的方法系用于一频谱感知侦测器(例如前述实施例的频谱感知侦测器4)。第八实施例的详细步骤如下所述。
首先，执行步骤801，令频谱感知侦测器接收一无线电信号。执行步骤802，令频谱感知侦测器将无线电信号的功率放大。执行步骤803，令频谱感知侦测器将无线电信号分配为一第一次无线电信号以及一第二次无线电信号。执行步骤804，令频谱感知侦测器分别将第一次无线电信号以及第二次无线电信号过滤出一第一频带信号以及一第二频带信号。
接着，执行步骤805，令频谱感知侦测器分别将第一频带信号以及第二频带信号转换成一第一数字信号以及一第二数字信号。执行步骤806，令频谱感知侦测器计算第一数字信号的一第一信号自相关数值以及第二数字信号的一第二信号自相关数值。执行步骤807，令频谱感知侦测器计算第一数字信号与第二数字信号的一信号互相关数值。
接着，执行步骤808，令频谱感知侦测器根据第一信号自相关数值、第二信号自相关数值以及信号互相关数值计算一信号变数值。执行步骤809，令频谱感知侦测器判断信号变数值是否大于一信号阈值。若是，则执行步骤810，令频谱感知侦测器判断无线电信号包含一使用者无线电信号。若否，则执行步骤811，令频谱感知侦测器判断无线电信号不包含使用者无线电信号。
综合上述，本发明的频谱感知侦测器及频谱感知侦测方法主要系将无线电信号进行多分支及数字化处理，并同时计算数字信号的信号自相关数值以及各个数字信号与相异信号的信号互相关数值，接着，再据以计算信号变数值，以利判断无线电信号是否含有使用者无线电信号。如此一来，透过数字信号的自相关数值以及互相关数值的同时利用，便可提升频谱感知侦测器的准确度，同时加强硬体架构的使用效率。
惟上述实施例仅为例示性说明本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技艺的人士可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求为准。
Claims (14)
1.一种频谱感知侦测器，包含：
一接收单元，用以接收一无线电信号；
一信号转换单元，用以将该无线电信号转换成多个数字信号，其中，该等数字信号包含至少三个数字信号；
一数字信号处理单元，用以：
计算该等数字信号的多个信号自相关数值；
计算各该数字信号与相异数字信号的多个信号互相关数值；
一信号数值处理单元，用以根据该等信号自相关数值以及该等信号互相关数值计算一信号变数值；以及
一信号变数处理单元，用以：
判断该信号变数值大于一信号阈值；
根据该信号变数值大于该信号阈值的结果，判断该无线电信号包含一使用者无线电信号。
2.如权利要求1所述的频谱感知侦测器，其特征在于，更包含：
一功率放大元件，用以将该无线电信号的功率放大。
3.如权利要求1所述的频谱感知侦测器，其特征在于，该信号转换单元包含：
一功率分配元件，用以将该无线电信号分配为多个次无线电信号；
多个滤波元件，用以将该等次无线电信号过滤出多个频带信号；
多个模拟数字转换元件，用以将该等频带信号转换成该等数字信号。
4.如权利要求1所述的频谱感知侦测器，其特征在于，该信号变数值系为该等信号自相关数值以及该等信号互相关数值的总和的实部。
5.一种用于频谱感知侦测器的频谱感知侦测方法，包含：
(a)令该频谱感知侦测器接收一无线电信号；
(b)令该频谱感知侦测器将该无线电信号转换成多个数字信号，其中，该等数字信号包含至少三个数字信号；
(c)令该频谱感知侦测器计算该等数字信号的多个信号自相关数值；
(d)令该频谱感知侦测器计算各该数字信号与相异数字信号的多个信号互相关数值；
(e)令该频谱感知侦测器根据该等信号自相关数值以及该等信号互相关数值计算一信号变数值；
(f)令该频谱感知侦测器判断该信号变数值大于一信号阈值；
(g)令该频谱感知侦测器根据步骤(f)的结果，判断该无线电信号包含一使用者无线电信号。
6.如权利要求5所述的频谱感知侦测方法，其特征在于，步骤(a)后更包含：
(a1)令该频谱感知侦测器将该无线电信号的功率放大。
7.如权利要求5所述的频谱感知侦测方法，其特征在于，步骤(b)更包含以下步骤：
(b1)令该频谱感知侦测器将该无线电信号分配为多个次无线电信号；
(b2)令该频谱感知侦测器将该等次无线电信号过滤出多个频带信号；
(b3)令该频谱感知侦测器将该等频带信号转换成该等数字信号。
8.如权利要求5所述的频谱感知侦测方法，其特征在于，该信号变数值系为该等信号自相关数值以及该等信号互相关数值的总和的实部。
9.一种频谱感知侦测器，包含：
一接收单元，用以接收一无线电信号；
一信号转换单元，用以将该无线电信号转换成一第一数字信号以及一第二数字信号；
一数字信号处理单元，用以：
分别计算该第一数字信号以及该第二数字信号的一第一信号自相关数值以及一第二信号自相关数值；
计算该第一数字信号与该第二数字信号的一信号互相关数值；
一信号数值处理单元，用以根据该第一信号自相关数值、该第二信号自相关数值以及该信号互相关数值计算一信号变数值；以及
一信号变数处理单元，用以：
判断该信号变数值大于一信号阈值；
根据该信号变数值大于该信号阈值的结果，判断该无线电信号包含一使用者无线电信号。
10.如权利要求9所述的频谱感知侦测器，其特征在于，更包含：
一功率放大元件，用以将该无线电信号的功率放大。
11.如权利要求9所述的频谱感知侦测器，其特征在于，该信号转换单元包含：
一功率分配元件，用以将该无线电信号分配为一第一次无线电信号以及一第二次无线电信号；
一第一滤波元件，用以将该第一次无线电信号过滤出一第一频带信号；
一第一模拟数字转换元件，用以将该第一频带信号转换成该第一数字信号；
一第二滤波元件，用以将该第二次无线电信号过滤出一第二频带信号；
一第二模拟数字转换元件，用以将该第二频带信号转换成该第二数字信号。
12.一种用于频谱感知侦测器的频谱感知侦测方法，包含：
(a)令该频谱感知侦测器接收一无线电信号；
(b)令该频谱感知侦测器将该无线电信号转换成一第一数字信号以及一第二数字信号；
(c)令该频谱感知侦测器分别计算该第一数字信号以及该第二数字信号的一第一信号自相关数值以及一第二信号自相关数值；
(d)令该频谱感知侦测器计算该第一数字信号与该第二数字信号的一信号互相关数值；
(e)令该频谱感知侦测器根据该第一信号自相关数值、该第二信号自相关数值以及该信号互相关数值计算一信号变数值；
(f)令该频谱感知侦测器判断该信号变数值大于一信号阈值；
(g)令该频谱感知侦测器根据步骤(f)的结果，判断该无线电信号包含一使用者无线电信号。
13.如权利要求12所述的频谱感知侦测方法，其特征在于，步骤(a)后更包含：
(a1)令该频谱感知侦测器将该无线电信号的功率放大。
14.如权利要求12所述的频谱感知侦测方法，其特征在于，步骤(b)更包含以下步骤：
(b1)令该频谱感知侦测器将该无线电信号分配为一第一次无线电信号以及一第二次无线电信号；
(b2)令该频谱感知侦测器分别将该第一次无线电信号以及该第二次无线电信号滤出一第一频带信号以及一第二频带信号；
(b3)令该频谱感知侦测器分别将该第一频带信号以及该第二频带信号等频带信号转换成该第一数字信号以及该第二数字信号。
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