[发明专利]频谱感知算法和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2006年9月29日提交的题为“Spectrum-SensingAlgorithms and Methods”的美国临时申请第60/827,597号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及感知无线电应用，更具体地，涉及频谱感知算法和其他决策方法。

背景技术

在美国和许多其他国家中，像FCC(美国联邦通信委员会)的管制机构经常调整无线电频谱的使用，以满足组织(例如，企业、地区和州政府)以及个人的通信需求。更具体地，FCC许可组织和个人商用或共用多个频谱段。这些许可可以授予这些组织和个人(“被许可者”)在特定的地理区域使用它们各自被许可的频谱段一定量时间的专有权。为了防止或减轻来自其他源的干扰，这些许可的频谱段被认为是必须的。然而，如果在特定区域处在特定时间没有使用特定的频谱段(“可用频谱”)，则另一装置将可以使用这种可用频谱进行通信。可用频谱的这种利用将促进更有效地使用无线电频谱或者其一部分。

感知无线电(CR)被看作是对无线电频谱的当前低使用率或使用不足的一种解决方案。这种技术通过使无线电的操作特性适合于环境的实时条件而将实现灵活、有效、和可靠地频谱应用。CR具有以智能的方式利用大量未使用频谱而不干扰在已被许可用于特定用途的频带中的其他相关装置的能力。可以通过无线电技术中快速和重要的改进(例如，软件无线电、频率捷变、功率控制等)来启动CR，以及可以通过利用中断技术(例如，宽带频谱感测、实时频谱分配和获取、以及实时测量分发)来表征CR。

因此，在工业中需要CR系统中的频谱感知算法和方法，来以有效和准确的方式找出未被占用的频谱段。这些频谱感知算法和方法的限制可包括原始频谱用户没有为CR用户提供任何频谱使用信息。

其他的限制可以包括原始频谱用户信号来自位于接收机附近或者在非常远的位置处的发射机。因此，频谱感知算法和方法将需要检测具有极低功率等级的原始信号，该功率等级甚至低于相关频谱用户之间的链路的灵敏度要求。此外，这些原始频谱用户信号或CR用户信号可具有足以超过CR接收机的动态范围的信号功率。接收信号的该宽的动态范围对保证检测精度以及检测可靠性将是非常具有挑战性的问题。当将阈值应用于该宽范围的信号电平事件(signal level case)时，将由于错误报警率而导致误检测事件。此外，这将提高错误报警率，以提供更好的检测灵敏度。因此，阈值选择会作为频谱感知算法和方法的一致性能的重要因素。

一旦解决了上述限制，则进一步的限制在于通过宽带频率范围检测或感知频谱所消耗的时间应该最小化。换句话说，应该通过频谱感知算法和方法来最小化感知时间，以提高总频谱效率。因此，在工业中需要CR系统中的频谱感知算法和方法，来以有效和准确的方式找出未被占用的频谱段。

发明内容

根据本发明的实施例，存在一种利用有限的频谱资源的感知无线电。该感知无线电包括与频率捷变操作相结合的一种或多种频谱感测算法或方法。该频谱感知算法或方法将利用小波变换来提供多分辨率感知特性。根据本发明实施例的频谱感知算法或方法可以包括三个阶段的过程：(i)粗扫描阶段，(ii)细扫描阶段，(iii)最终决策阶段。本发明的其他实施例可以包括三个阶段过程的一个或者几个的组合。根据本发明的实施例，对于决策阶段，可以对频谱估计结果应用双测试方法(即，频道功率测试和波峰数测试)，以与双模式阈值(例如，强模式阈值和弱模式阈值)相结合来决定频道使用状态。此外，可以根据本发明的其他实施例来利用模式特定平均选项，来最小化总感知时间。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种频谱感知方法。该方法可包括接收具有多个频道的输入频谱；执行输入频谱的多个频道的粗扫描，以确定一个或多个占用候选频道和空闲候选频道，其中，粗扫描与第一分辨率带宽和第一频率扫描增量(sweep increment)相关；执行占用候选频道和空闲候选频道的细扫描，以确定实际占用的频道和实际空闲的频道，其中，细扫描与第二分辨率带宽和第二频率扫描增量相关；以及保存实际占用的频道和实际空闲的频道的标志。