JP2007520145A - Method and apparatus using a randomized Hough transform for detecting radio systems with periodic radiation patterns - Google Patents
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Abstract
本発明は、ラジオネットワークにおける送信機会を識別する方法及び装置を含む。この方法及び装置は、第1、第2及び第3の時間期間を監視して第1、第2及び第3のビジースロットを検出する。プロセッサは、第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンスを時間の関数として認識し、このシーケンスにランダム化ハフ変換(Randomized Hough Transform)を行い、このランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生し、このヒストグラムのピークを識別し、このピークが既知のレーダに対応するかどうかを判定し、送信機会を識別する。
The present invention includes a method and apparatus for identifying transmission opportunities in a radio network. The method and apparatus monitors the first, second and third time periods to detect the first, second and third busy slots. The processor recognizes the sequence of the first, second and third busy slots as a function of time, performs a randomized Hough Transform on the sequence, and generates a histogram based on the randomized Hough transform Then, the peak of this histogram is identified, it is determined whether this peak corresponds to a known radar, and a transmission opportunity is identified.
Description
本願は、2004年2月2日に出願された米国仮出願通し番号60/541,207の利益を請求するものであり、ここで言及することによりその内容が編入されるものである。 This application claims the benefit of US Provisional Application Serial No. 60 / 541,207, filed February 2, 2004, the contents of which are incorporated herein by reference.
ラジオネットワークが、その近傍においてエネルギを放射し(かつこれに伴いい共有のラジオリソースを用いる)レーダ(例えば主たる放射源)又は他のラジオネットワーク(例えば副次的放射源)などの他の装置と直面するとき、これら他の装置のラジオリソース使用パターンを特徴付けることが望ましい。このような使用パターンの特徴づけは、ラジオネットワークが信号を送信及び/又は受信する機会の識別を導く。一般に無線ネットワークは、レーダを検出しない場合にのみ動作が許容されている。ラジオネットワークが稼働中のレーダ信号を検出した場合、ラジオネットワークは、その周波数帯域幅を空けなければならない。 A radio network that radiates energy in the vicinity (and thus uses shared radio resources) and other devices such as radar (eg, primary source) or other radio networks (eg, secondary sources) When facing, it is desirable to characterize the radio resource usage patterns of these other devices. Such usage pattern characterization leads to identification of opportunities for the radio network to transmit and / or receive signals. In general, the wireless network is allowed to operate only when radar is not detected. If a radio network detects a working radar signal, the radio network must free up its frequency bandwidth.
ハフ変換(Hough Transform)は、かかる他の装置の検出に使われてきたものである。一例として、ハフ変換は、周期的パターンを形成するいずれかのタイプのラジオ信号に供するレーダパルスを検出するために用いられる。当該幅の繰り返しは、どんなタイプのレーダが用いられているかを示す。ハフ変換は、2値画像における線や円、楕円などのパターンの検出のための画像処理の文献において研究されている。多数の重ね合わせパターンやランダムノイズを用いたデータ中のパターン検出におけるハフ変換の有効性が証明されている。異常値の存在下で、ハフ変換は、一般に使用される最小二乗推定よりもノイズに対して強力である。 The Hough Transform has been used to detect such other devices. As an example, the Hough transform is used to detect radar pulses that are subjected to any type of radio signal that forms a periodic pattern. The repetition of the width indicates what type of radar is being used. The Hough transform is studied in the literature of image processing for detecting patterns such as lines, circles, and ellipses in a binary image. The effectiveness of the Hough transform has been proved in pattern detection in data using a large number of overlapping patterns and random noise. In the presence of outliers, the Hough transform is more robust against noise than the commonly used least squares estimation.
図1A及び図1Bは、画像空間(図1A)及びパラメータ空間(図1B)における直線の検出のためのハフ変換を描いたものである。画像空間は、(x,y)によって表されるが、パラメータ空間は、(勾配,交点)すなわち(m,c)によって表される。図1Aの画像空間における各ポイント(例えばp及びq)に対して、図示のような図1Bのパラメータ空間において線が発生される。パラメータ空間は、2次元ヒストグラムとして認識可能である。パラメータ空間におけるピーク(r)は、画像空間の線に対応する。ハフ変換が強力なのは、画像空間において、同一線上のポイントの集まりがパラメータ空間におけるピークを導くのに十分であるからである。 1A and 1B depict Hough transforms for detecting straight lines in image space (FIG. 1A) and parameter space (FIG. 1B). The image space is represented by (x, y), while the parameter space is represented by (gradient, intersection) or (m, c). For each point (eg, p and q) in the image space of FIG. 1A, a line is generated in the parameter space of FIG. 1B as shown. The parameter space can be recognized as a two-dimensional histogram. The peak (r) in the parameter space corresponds to a line in the image space. The Hough transform is powerful because in image space, a set of collinear points is sufficient to guide a peak in parameter space.
しかしながら、パラメータ空間は直線を検出するための検出装置において多量のコンピュータメモリを必要とするという短所がある(すなわち、2つのポイントによる1次元測定値の集まりがパラメータ空間における勾配のヒストグラムをもたらす場合)。 However, the parameter space has the disadvantage that it requires a large amount of computer memory in the detection device for detecting straight lines (ie when a collection of one-dimensional measurements by two points results in a histogram of the gradient in the parameter space). .
本発明により提供される方策は、既知の方法及び装置のメモリ条件を緩和するものである。かかる方策は、ランダム化ハフ変換(RHT;Randomized Hough Transform)として知られている特定のハフ変換を用い、円筒の周りを巻き付く螺旋のパラメータを検出するものである。直線検出に適用されるようなRHTは、ポイント対をランダムに選び、パラメータ(例えば勾配)を計算し累算する。当該ピークの十分な信頼度に達したとき、プロセスは停止するので、メモリ及び処理時間の双方が削減される。 The strategy provided by the present invention relaxes the memory requirements of known methods and devices. Such a strategy uses a specific Hough transform known as the Randomized Hough Transform (RHT) to detect the parameters of the spiral that wraps around the cylinder. RHT, as applied to straight line detection, randomly selects a point pair and calculates and accumulates parameters (eg, slope). When sufficient reliability of the peak is reached, the process stops, so both memory and processing time are reduced.
一態様において、ラジオネットワークにおける機会を識別する方法は、幾つかのステップを含む。1つのステップは、第1の時間期間を監視(リスニング)することである。もう1つのステップは、第1のビジースロットを検出することである。幾つかの追加ステップは、第2の時間期間を監視すること、第2のビジースロットを検出すること、第3の時間期間を監視すること、及び第3のビジースロットを検出することを含む。もう1つのステップは、時間の関数として第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンスを認識することである。その他のステップは、当該シーケンスに対してランダム化ハフ変換を行うこと、当該ランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生すること、当該ヒストグラムにおけるピークを識別すること、当該ピークが既知のレーダと対応するかどうかを判定すること及び送信の時機を識別することを含む。 In one aspect, a method for identifying an opportunity in a radio network includes several steps. One step is to monitor (listen) the first time period. Another step is to detect the first busy slot. Some additional steps include monitoring a second time period, detecting a second busy slot, monitoring a third time period, and detecting a third busy slot. Another step is recognizing the sequence of first, second and third busy slots as a function of time. Other steps include performing a randomized Hough transform on the sequence, generating a histogram based on the randomized Hough transform, identifying a peak in the histogram, and corresponding the peak to a known radar Determining whether and when to transmit.
一実施例において、当該方法は、少なくとも第4の時間期間を監視すること及び少なくとも第4のビジースロットを検出することを含む。 In one embodiment, the method includes monitoring at least a fourth time period and detecting at least a fourth busy slot.
他の実施例において、当該判定ステップは、当該ピークが限定された帯域幅において既知のレーダに対応しているかどうかを判定する。 In another embodiment, the determining step determines whether the peak corresponds to a known radar in a limited bandwidth.
他の態様において、ラジオネットワークにおける時機を識別する装置は、ソースと、計算を行うものであってランダム化ハフ変換を行う手段、当該ランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生する手段、当該ヒストグラムにおけるピークを識別する手段及び送信の時機を識別する手段を含むプロセッサと、メモリと、少なくとも1つの監視(リスニング)装置とを含む。 In another aspect, an apparatus for identifying timing in a radio network includes a source, means for performing calculation and performing randomized Hough transform, means for generating a histogram based on the randomized Hough transform, A processor including means for identifying a peak and means for identifying a transmission timing; a memory; and at least one monitoring device.
一実施例においては、この装置は、媒体アクセス制御と、物理レイヤと、少なくとも1つの送信機とを含む。 In one embodiment, the apparatus includes medium access control, a physical layer, and at least one transmitter.
他の実施例においては、当該監視装置は、IEEE802.11スロットメカニズムである。 In another embodiment, the monitoring device is an IEEE 802.11 slot mechanism.
本発明は、次の説明、図面及び請求項から明らかとなる数多くの利点を提供する。 The present invention provides numerous advantages that will be apparent from the following description, drawings and claims.
図2は、ラジオネットワークにおける送信及び/又は受信の時機又は機会を識別する方法の種々のステップを表すブロック図である。ステップ201において、ラジオネットワーク装置は、第1のビジースロットを検出するために或る時間期間につき監視又は受信(リッスン)状態となる。この分野において知られるいずれのタイプの監視(リスニング)装置もこれを遂行することができる。このラジオネットワーク装置は、ステップ202において、第1のビジースロットが検出されるかどうかを照会(問い合わせ)する。検出されない場合、ラジオネットワーク装置は、第1のビジースロットのための付加的時間期間を監視(リッスン)し、ステップ201に戻る。ラジオネットワーク装置が第1のビジースロットを検出する場合、ステップ203において第2の時間期間を監視する。ラジオネットワーク装置は、ステップ204において第2のビジースロットが検出されるかどうかを照会する。検出されない場合、第2のビジースロットのために追加の時間期間を監視する。ラジオネットワーク装置が第2のビジースロットを検出した場合、ステップ205において第3の時間期間を監視する。ラジオネットワーク装置が、ステップ206において確認される第3のビジースロットを検出したときにだけ、改変型ハフ変換を発生する処理が開始することとなる。また、ステップ205.1及び206.1においては、ラジオネットワーク装置は、第4のビジースロット又はステップ201〜206を凌ぐ幾つかのビジースロットに関して監視しかつ照会することができる。
FIG. 2 is a block diagram representing various steps of a method for identifying a transmission or / or reception opportunity or opportunity in a radio network. In
ラジオネットワーク装置がステップ201〜206において3つのビジースロットを検出すると、ステップ207において、時間の関数として第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンス(列)を認識しなければならない。例えば、第1のビジースロットから第2のビジースロットを分離するアイドルスロットの数は、ビジースロット3と2との間のアイドルスロットの数と比較すると、同じか、又はそれらの差が少数を越えない(すなわち少数よりも少ない)ものとするべきである。時間の関数として当該検出されたビジースロットのシーケンスを認識することができない場合は、ステップ201〜206の反復を開始する。ラジオネットワーク装置が第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンスを時間の関数として認識した場合、ソフトウェア、アルゴリズム及び/又はプロセッサは、以下に説明するようにステップ208.1〜208.2においてランダム化ハフ変換を行う。
If the radio network device detects three busy slots in steps 201-206, in
本発明は、1次元から3次元の変換(ラスタースキャンのようなもの)を使い、パルス列に対応する直線を検出するのにハフ変換を適用する。さらに、ノイズフロアの計算が導入される。当該方法によれば、ステップ208.1において先ず、変換ステップは、1次元信号を3次元螺旋信号に変換する。次にステップ208.1において、変換ステップがRHTを3次元螺旋信号に適用する。 The present invention applies a Hough transform to detect a straight line corresponding to a pulse train using a one-dimensional to three-dimensional transform (such as a raster scan). In addition, a noise floor calculation is introduced. According to the method, first in step 208.1, the converting step converts the one-dimensional signal into a three-dimensional spiral signal. Next, in step 208.1, the transformation step applies RHT to the three-dimensional helical signal.
当該方法は、次のパラメータの式によって表すことのできる螺旋を発生することを含むことができる。
X(t)=sin(ωt)
Y(t)=cos(ωt) …(1)
Z(t)=t
この螺旋は、(より一般的な楕円形とは対照的に)円筒状のものであり、単位半径を有する。
The method can include generating a helix that can be represented by the following parameter equation:
X (t) = sin (ωt)
Y (t) = cos (ωt) (1)
Z (t) = t
This helix is cylindrical (as opposed to the more common ellipse) and has a unit radius.
パラメータωに基づいて、ωの減少にともないより緩慢に当該円筒体の周りを巻き付く形の新しい螺旋が発生可能である。図3において、青い螺旋上のポイントが自ら螺旋を形成し、ωの値は1よりも小さい。当該螺旋上の2つのポイントP0(x0,y0,z0)及びP1(x1,y1,z1)の場合、パラメータωを次の式によって示すことができる。
2つのポイントP0及びP1が螺旋の1巻きの内部にあると、ωは、1となる。螺旋の1巻きにより与えられる線分の長さは、
である。
Based on the parameter ω, a new helix can be generated that wraps around the cylinder more slowly as ω decreases. In FIG. 3, the points on the blue spiral form a spiral themselves, and the value of ω is smaller than 1. For two points P 0 (x 0 , y 0 , z 0 ) and P 1 (x 1 , y 1 , z 1 ) on the spiral, the parameter ω can be expressed by the following equation:
If the two points P 0 and P 1 are inside one turn of the spiral, ω is 1. The length of the line segment given by one turn of the spiral is
It is.
図2のステップ209において、メカニズムを発生するアルゴリズム又は他の知られたヒストグラムは、ステップ609.1及び609.2において行われるランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生する。ステップ610におけるヒストグラム発生の例として、ベクトルLpにより或る時間期間において50パルスのレートで繰り返す単一パルスのレーダパルス列の位置(到着時間)を表す。Lp1=[9,59,109,159,209,259,309,359]に対して、図4のωヒストグラムが得られる。
In
ステップ210において、ラジオネットワークは、ステップ209において発生されたヒストグラムのピークを識別する。図4のピーク30は、当該信号シーケンスにおけるパルス繰り返し周波数を表す。
In
図4に描かれた例では、ω=0.116である。一方、図5は、或る時間期間において40及び50パルスのレートで反復するパルスで乗算され、Lp2=[9,20,59,60,100,109,140,159,180,209,220,259,260,300,309,340,359]によって表される2つのパルス列がある状況を描いたものである。ピーク40及び41は、当該シーケンスにおいて40及び50のレートに対応する信号シーケンスにおけるパルス繰り返し周波数を表す。なお、ω=1は1巻き内の当該螺旋上のポイントに対応する。これは、当該モデルのアーチファクトとして無視することができる。
In the example depicted in FIG. 4, ω = 0.116. On the other hand, FIG. 5 is multiplied by pulses repeating at a rate of 40 and 50 pulses over a period of time, and L p2 = [9, 20, 59, 60, 100, 109, 140, 159, 180, 209, 220. , 259, 260, 300, 309, 340, 359], there are two pulse trains.
ステップ210においてピークが識別されると、ラジオネットワークは、ステップ211において当該ピークが既知のレーダに対応するかどうかを判定する。これは、例えば当該識別されたピークをメモリに記憶されたピークデータと比較することによって行うことができる。当該ピークが既知のレーダに対応しない場合、ラジオネットワークは、ステップ207〜211を繰り返す。当該ピークが既知のレーダに対応する場合には、ラジオネットワークは当該レーダに関係した期間及び使用を知り、ステップ212において送信及び/又は受信の時機を識別することができる。ラジオネットワークは、ステップ212の当該時機識別に基づいてステップ213で送信及び/又は受信を行う。
If a peak is identified in
当該方法は、例えば時間に関する測定結果の自己相関に基づいた検出周期性干渉の代替的態様に関連付けることも可能である。図7は、2つのベクトルLp1及びLp2の自己相関関数を示している。ハフ変換に類似のこの方法は、その周期を検出する。別の代替例の結果は、決定閾値の選択を相互にアシストするために用いることもできる。両方の方法の組み合わせによって、検出確率を向上させることができる。 The method can also be associated with alternative aspects of detected periodic interference, eg based on autocorrelation of measurement results with respect to time. FIG. 7 shows the autocorrelation function of two vectors L p1 and L p2 . This method, similar to the Hough transform, detects the period. Another alternative result can also be used to assist each other in selecting a decision threshold. The combination of both methods can improve the detection probability.
図6は、装置のラジオリソース使用パターンを検出し特徴づけるための装置を描いたものである。装置607は、少なくとも1つのアンテナ又は他のリスニング(監視又は受信)装置605と、送信器606と、プロセッサ601と、メモリ608とを含むことができる。ソース604は、受信システム、コンピュータ、ノートブックコンピュータ、PDA、セルフォン又は他の受信デバイス若しくはシステムの如き装置とすることができる。ソース604は、例えば、無線ワイドエリアネットワークや無線メトロポリタンエリアネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク、地上波放送システム(ラジオ,TV)、衛星ネットワーク、セルフォン、又は無線電話ネットワーク、有線ネットワーク、内部通信バス、内部接続の他、これらの部分若しくは組み合わせ及び他のタイプのネットワークを介して1つ以上のネットワーク接続により情報を提供することができる。
FIG. 6 depicts a device for detecting and characterizing a device's radio resource usage pattern. The
一例として、装置607が802.11WLANに準じて動作する場合、ソース604は、媒体アクセス制御(MAC)レイヤ602及び物理レイヤ(PHY)603を含みうる。プロセッサ601は、第1の時間期間を監視するようにリスニング装置605を導くことになる。プロセッサ601が第1のビジースロットを検出したときには、第2の時間期間を監視するようにリスニング装置605を導く。プロセッサ602が第2のビジースロットを検出すると、第3の時間期間を監視するようにリスニング装置605を導く。第3のビジースロットを検出すると、プロセッサ601は、第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンスを、当該ビジースロットをメモリ608に記憶されたシーケンスと比較することによって時間の関数として認識する。プロセッサ601とメモリ608との間の接続は、例えば、バス、通信ネットワーク、回路の1以上の内部接続、回路カード若しくは他の装置の他、これらの部分及び組み合わせ並びに他の通信媒体とすることができる。
As an example, if the
プロセッサ601は、ここで、ソフトウェア、アルゴリズム又は他の計算手段を用いて前述したように当該シーケンスにランダム化ハフ変換を行う。プロセッサ601は、その後に当該ランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生し、当該ヒストグラムのピークを識別する。そしてプロセッサ601は、当該ピークをメモリ608に記憶されたピークデータと比較にすることによって既知のレーダに当該ピークが対応するか否かを判定する。プロセッサ601は、ここで認識されたレーダの既知の振る舞いに基づいて送信時機を識別する。ソース604は、MAC602及びPHY603を使い送信器606を用いていつ送信するかを判定する。
The
プロセッサ601は、アルゴリズムや、汎用若しくは特定用途の計算システムなどの手段とすることもでき、或いはラップトップコンピュータや、デスクトップコンピュータ、サーバ、手持ち式コンピュータ、専用論理回路又は集積回路などのハードウェア構成とすることもできる。プロセッサ601はまた、プログラマブルアレイロジック(PAL)としたり、特定用途向け集積回路(ASIC)などとしたりすることができ、これらは、既知の入力に応じて既知の出力を提供するソフトウェア命令を含むようにプログラムされたハードウェアとすることができる。ここで示した要素はまた、符号化論理演算を用いて示される動作を行うように動作可能な個別のハードウェア要素として、或いはハードウェア実行可能コードを実行することによって実現可能である。
The
これまでの表現や例は、例証するためのものであって、付記した請求項の範囲を限定する意図はない。 The previous expressions and examples are for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the appended claims.
Claims (6)
第1の時間期間を監視すること、
第1のビジースロットを検出すること、
第2の時間期間を監視すること、
第2のビジースロットを検出すること、
第3の時間期間を監視すること、
第3のビジースロットを検出すること、
第1、第2及び第3のビジースロットのシーケンスを時間の関数として認識すること、
前記シーケンスにランダム化ハフ変換を行うこと、
前記ランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生すること、
前記ヒストグラムにおけるピークを識別すること、
前記ピークが既知のレーダに対応するかどうかを判定すること、及び
送信機会を識別すること、
を含む方法。 A method for identifying opportunities in a radio network,
Monitoring the first time period;
Detecting the first busy slot;
Monitoring the second time period;
Detecting a second busy slot;
Monitoring a third time period;
Detecting a third busy slot;
Recognizing a sequence of first, second and third busy slots as a function of time;
Performing a randomized Hough transform on the sequence;
Generating a histogram based on the randomized Hough transform;
Identifying peaks in the histogram;
Determining whether the peak corresponds to a known radar, and identifying a transmission opportunity;
Including methods.
a)ソース、
b)計算を行うものであってランダム化ハフ変換を行う手段と前記ランダム化ハフ変換に基づいてヒストグラムを発生する手段と前記ヒストグラムにおけるピークを識別する手段と送信機会を識別する手段とを有するプロセッサ、
c)メモリ、及び
d)少なくとも1つのリスニング装置
を有する装置。 A device for identifying opportunities in a radio network,
a) source,
b) a processor for performing calculation and performing randomized Hough transform; means for generating a histogram based on the randomized Hough transform; means for identifying a peak in the histogram; and means for identifying a transmission opportunity ,
c) a memory; and d) a device having at least one listening device.
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