專利名稱：用于檢測無線通信系統(tǒng)中未使用的tv頻譜的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總體上涉及空白空間的檢測并將所檢測的空白空間用于數(shù)據(jù)通信。
背景技術(shù)：
許多國家設(shè)有各種管理機構(gòu)以著眼于提供用于特定用途的頻譜資源的集中式、嚴格控制的分配，而且在大多數(shù)情況下，特許使用部分頻譜的權(quán)利。因此，這些管理機構(gòu)具有分配頻譜的未使用部分(從未被特許使用)或作為技術(shù)改變結(jié)果而重新分配可用的任何頻譜的授權(quán)。在許多情況下，出于技術(shù)原因(諸如為避免干擾)，這些頻率分配計劃要求在經(jīng)分配的頻帶之間的頻譜的指定部分保持未使用。例如，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)是在美國管轄頻譜使用的管理機構(gòu)以及加拿大無線電-電視電信委員會是其在加拿大的對應(yīng)機構(gòu)。不同國家使用不同的TV廣播標準，以及廣播頻道的不同頻譜分配、不同頻道參數(shù)等。例如，在美國，數(shù)字TV廣播臺當前使用VHF(特高頻)頻譜和/或在54MHz和698MHz 之間的UHF(超高頻)頻譜的較低部分。無線麥克風也在UHF和VHF頻譜帶的RF頻率上傳輸。遺憾的是，存在無線麥克風使用的許多不同標準、頻率計劃和傳輸技術(shù)。例如，無線麥克風可使用UHF和VHF頻率、頻率調(diào)制(FM)、振幅調(diào)制(AM)或各種數(shù)字調(diào)制方案。一些型號在單一固定頻率上操作，但較先進的型號在用戶選擇的頻率上操作以避免干擾并允許同時使用若干麥克風。存在從模擬TV轉(zhuǎn)變至數(shù)字TV (DTV)的全球趨勢；DTV提供更好的觀看體驗并提供個性化且互動式服務(wù)，同時達成對頻譜的更有效率的使用。更重要地，到DTV的轉(zhuǎn)變導致現(xiàn)在由模擬TV廣播占用的頻譜部分中的重要帶寬變得空閑。這是因為在某個地理區(qū)域/區(qū) (已知為TV市場)中廣播DTV信號的每個TV臺將使用有限數(shù)目的頻道，使得在轉(zhuǎn)變至數(shù)字 TV廣播后，該區(qū)域中未分配至DTV廣播的頻譜將變得空閑。模擬/數(shù)字TV轉(zhuǎn)變打開對個人/家庭用戶提供各種新專用服務(wù)的道路。在美國， FCC已命令在2009年中期以前所有全功率電視廣播使用DTV的ATSC(先進電視系統(tǒng)委員會)標準。當前，頻道2至51正被重新分配至DTV廣播；當向DTV的轉(zhuǎn)變結(jié)束時，在美國的 210個TV市場中的每個將具有未由TV廣播使用的15-40個頻道。這些空閑頻道被稱為“空白空間”。有權(quán)使用空頻譜促進低成本、高容量移動無線寬頻網(wǎng)絡(luò)(包括新興室內(nèi)網(wǎng)絡(luò))的市場。通過使用該局部可利用頻譜，無線寬帶業(yè)可以以低至每月10美元的收費(根據(jù)某些估計)將網(wǎng)絡(luò)訪問傳遞至每個家庭。在2008年的11月14日，F(xiàn)CC批準了未特許的無線應(yīng)用和設(shè)備對TV空閑空間頻譜的使用。但著眼于防止對諸如TV廣播及無線麥克風(在個別區(qū)中起作用)的“主要服務(wù)” 的干擾，添加了一些條件，這些所謂的“次要服務(wù)”必須在這些條件下執(zhí)行。因此，由在ATSC 頻譜中操作的任何“空白空間設(shè)備”(WSO)輻射的信號必須遵循FCC規(guī)定，使得已在該區(qū)中部署或?qū)⒃谠搮^(qū)中部署的主要服務(wù)或任何新興服務(wù)的品質(zhì)將不因為這些次要服務(wù)而降級。 將術(shù)語“共存”(coexistence)和“并存”(collocation)用于當設(shè)計及使用任何閑置設(shè)備時必須考慮的要求。為了遵守這些要求，F(xiàn)CC命令固定及便攜式空白空間設(shè)備都包括幾何定位及傳感能力，且使用具有關(guān)于在每個TV市場中有作用的主要服務(wù)信息的數(shù)據(jù)庫(本文中稱為“空白空間(WQ數(shù)據(jù)庫”)。WS數(shù)據(jù)庫將包括TV頻道分配及使用無線麥克風的主要集會地點 (諸如體育場、劇院等)的位置。通過確保遵守FCC規(guī)則，數(shù)據(jù)庫存取和傳感能力將使新空白空間設(shè)備能夠與次要服務(wù)共用未使用頻譜，而不干擾在該區(qū)的主要服務(wù)。對于固定WS設(shè)備，最大傳輸功率應(yīng)為1瓦特，以及Eira(等效各向同性輻射功率)必須高達4瓦特。不具有幾何定位能力和FCC數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)的任何便攜式WS設(shè)備須在固定WSD的控制下操作， 固定WSD將提供所需幾何定位能力和對FCC數(shù)據(jù)庫的使用。不具有幾何定位能力及不受具有幾何定位能力的WS設(shè)備的控制的便攜式設(shè)備受限于50mw EIRP并受到額外要求的約束。無線業(yè)界正考慮通過將關(guān)于技術(shù)融合的標準發(fā)展成舒適、易用且價格有吸引力的架構(gòu)來使用空白空間。例如，2004形成的IEEE 802. 22工作小組接收到開發(fā)用于無線局域網(wǎng)絡(luò)(WRAN)的標準的命令。該技術(shù)的任務(wù)為在于提供到單個家庭住所、集合住宅、小辦公室/家庭辦公室、小企業(yè)等的鄉(xiāng)村地區(qū)寬頻服務(wù)。為了考慮共存方面而有效使用空白空間，WS設(shè)備必須裝備能檢測空頻道并予以利用的機構(gòu)，這些機構(gòu)當前被稱作“空白空間頻譜傳感器”。或“空白空間嗅探器”或簡單地稱為“嗅探器”。頻譜嗅探器對確保滿足共存要求和矯正數(shù)據(jù)庫更新的可能誤差或延遲或?qū)Σ痪哂袔缀味ㄎ荒芰Φ腤SD非常重要。這些設(shè)備的任何可接受設(shè)計應(yīng)僅對整個WSD添加小的附加成本，同時執(zhí)行對空白空間的準確檢測并仍允許實現(xiàn)由FCC指定的性能參數(shù)。例如 FCC定義高達-lHcffim的敏感性，這比主要用戶接收器的通常敏感度級別低至少20dB，以迎合對頻譜的主要用戶隱藏次要用戶節(jié)點的可能性。該高敏感度要求和其他缺陷(諸如噪音不確定性及衰退)相結(jié)合對于頻譜傳感設(shè)計構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。設(shè)計頻譜傳感器的當前嘗試可大致分為三個主要種類，即能量檢測、匹配濾波和周期性穩(wěn)定檢測。然而，至今尚無方法或產(chǎn)品提供令人滿意的對識別所關(guān)注區(qū)中的空白空間片段的問題的解決方案。因此，需要提供一種檢測某區(qū)中經(jīng)保留但未由主要服務(wù)使用的空白空間頻譜而不影響現(xiàn)有服務(wù)的操作的廉價并有效率的方式。

發(fā)明內(nèi)容
在如下概述中可進行一些簡化及省略，該概述意欲強調(diào)并引入各種示例性實施例的一些方面但不限制本發(fā)明的范圍。整個揭示內(nèi)容提供足以允許本領(lǐng)域技術(shù)人員制造及使用本發(fā)明的概念的優(yōu)選示例性實施例的詳細描述。而且，下述意義應(yīng)適用于以下識別的術(shù)語中每個術(shù)語的所有情況，除非另外清楚陳述的情況或根據(jù)出現(xiàn)術(shù)語的具體上下文清晰地陳述了不同意義的具體情況之外。本發(fā)明的一個目的在于提供用于檢測未使用TV頻譜以用于次要用途的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的在于提供執(zhí)行對TV頻譜的快速掃描同時處理高動態(tài)范圍的經(jīng)傳感信號的節(jié)省成本高效的設(shè)備和系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種空白空間頻譜傳感器，所述傳感器是對無線設(shè)備的可負擔添加，并快速檢測所關(guān)注大小的空白空間片段。該傳感器也可用于使用當前頻譜占用信息更新任何頻譜占用數(shù)據(jù)庫(若可利用)。因此，本發(fā)明提供一種用于允許自無線設(shè)備實施次要服務(wù)應(yīng)用的空白空間頻譜傳感器，包括頻譜檢測器/分析器，用于識別指定寬度的空白空間頻譜片段；頻譜管理器，用于基于所述次要服務(wù)應(yīng)用的要求確立所述指定寬度并為所述次要服務(wù)應(yīng)用保留所述空白空間頻譜片段；和可配置接口，用于允許實現(xiàn)所述傳感器和所述無線設(shè)備的集成。本發(fā)明也針對一種用于允許在無線設(shè)備處實施次要服務(wù)應(yīng)用的空白空間頻譜傳感器，包括頻譜傳感器/分析器，用于分析指定寬度的頻譜片段以確認該頻譜片段未被占用；頻譜管理器，用于基于所述次要服務(wù)應(yīng)用的要求確立所述指定寬度并為所述次要服務(wù)應(yīng)用保留所述頻譜片段；以及可配置接口，用于允許實現(xiàn)所述傳感器和所述無線設(shè)備的集成。還描述一種頻譜傳感器/分析器，用于檢測并分析在所分配至TV廣播的頻帶B的頻譜中存在的信號。概括而言，該頻譜傳感器/分析器包括天線單元，用于獲取存在于頻帶B中的無線信號；采樣器，用于數(shù)字化由所述天線單元獲取的信號以提供數(shù)字化樣本；以及基頻(BB)處理器，用于分析所述數(shù)字化樣本并通過根據(jù)與各個TV廣播有關(guān)的DTV標準檢測在所述DTV廣播中存在的已知信號序列來識別在所分配至TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種頻譜檢測器/分析器，用于檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度為B的頻譜上傳感的信號，包括天線單元，用于獲取所分配至該TV廣播的頻譜上確立的η個子頻帶中存在的無線信號，子頻帶具有特定寬度 ，其中k e [1， η]且η > 1 ；降頻轉(zhuǎn)換單元，用于將在每個子頻帶中從所述天線單元接收的信號降頻到寬度 的低頻帶上延伸的低頻帶信號；采樣器，用于采樣在每個子頻帶中的低頻帶信號用于從所述低頻帶信號提供數(shù)字化樣本；以及基頻處理器，用于分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并識別在所分配到TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種頻譜傳感器/分析器，用于檢測及分析在分配至 TV廣播的寬度B的頻譜上傳感的信號，包括天線單元，用于獲取在分配至所述TV廣播的頻譜上存在的無線信號；采樣器，用于采樣由所述天線單元獲取的信號以提供數(shù)字化樣本， 所述采樣器經(jīng)操作以對于比特定值更強的信號實現(xiàn)飽和狀態(tài)；以及基頻(BB)處理器，用于分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并通過檢測所述采樣器的飽和狀態(tài)而識別在分配至所述TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的頻譜中存在的信號的方法。該方法包括a)獲取所分配至TV廣播的頻帶中存在的無線信號；b) 使用采樣器采樣在步驟a)中獲取的所述信號以提供數(shù)字化樣本，所述采樣器在經(jīng)選擇以對于比指定值更強的信號實現(xiàn)飽和狀態(tài)的操作點中操作，以及c)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并通過檢測所述采樣器的飽和狀態(tài)而識別在所述分配至所述TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。
本發(fā)明的另一實施例是針對一種檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度B的頻譜中存在的信號的方法，包括a)確立所述分配至TV廣播的頻譜的頻帶B上的η個子頻帶，子頻帶SBk具有寬度 ，其中ke [l，n]且η彡l;b)獲取在所述子頻帶S 中存在的無線信號；c)將在所述子頻帶SBk中獲取的信號降頻轉(zhuǎn)換為寬度 的低頻帶中的低頻帶信號；d)采樣在每個子頻帶中的低頻帶信號用于提供所述低頻帶信號的數(shù)字化樣本；e)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本以測量所述采樣的低頻帶信號的能量；以及f)重復步驟c)至e)直到在所分配到TV廣播的帶寬中識別到未使用頻譜片段。本發(fā)明的再一實施例是針對一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度B的頻譜上傳感的信號的方法，包括a)獲取所分配至TV廣播的頻譜中存在的任何無線信號；b)采樣由天線單元獲取的信號以從低頻帶信號提供數(shù)字化樣本；以及C)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本；以及d)通過根據(jù)與所述TV廣播有關(guān)的各個DTV標準檢測在所述DTV廣播中存在的已知信號序列，來識別在所分配至TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。有利地，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法使得能夠使用易用且價格有吸引力的系統(tǒng)架構(gòu)快速掃描超過300MHz的整個TV頻譜。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可用作獨立頻譜檢測器或可集成于任何無線設(shè)備中。本發(fā)明的另一優(yōu)勢是使用可獨立使用或可組合的多個方法及架構(gòu)提供對所分配至主要服務(wù)的大頻譜的快速掃描。本發(fā)明考慮由FCC規(guī)則及規(guī)定設(shè)定的共存及并存要求，用于確保在該區(qū)中已部署或?qū)⒃谠搮^(qū)部署的主要服務(wù)或任何新興服務(wù)不會受到在所識別的空白空間中部署的次要服務(wù)的影響。


接下來參考如下附圖描述本發(fā)明，其中相同附圖標記表示若干視圖中的對應(yīng)部件。圖1表示DTV廣播頻帶；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的WS嗅探器的框圖；圖3A表示ATSC傳輸頻譜。圖;3B表示在ATSC信號中提供的序列，其可在本發(fā)明的一些實施例中用于識別TV廣播的存在圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2的頻譜檢測器/分析器的框圖。圖5表示使用圖4的頻譜檢測器/分析器的掃描TV頻譜的方法的實施，其中DTV頻譜被分成兩個子頻帶。圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖2的頻譜檢測器/分析器的框圖。圖7表示使用圖6的頻譜檢測器/分析器的掃描TV頻譜的方法的另一實施，其中DTV頻譜被分成多個子頻帶。圖8表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的ADC的操作原理。圖9A表示根據(jù)本發(fā)明的小波分解的實施例。圖9B表示根據(jù)本發(fā)明將通信頻譜劃分成頻率及時間映射的實施例。圖IOA和IOB示出根據(jù)本發(fā)明實施例中識別空白空間片段的方法，其中圖IOA表示在存在具有頻道占用信息的集中式數(shù)據(jù)庫的情況下的方法，以及圖IOB表示在不存在具有頻道占用信息的集中式數(shù)據(jù)庫的情況下的方法。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中用于群檢測操作的流程圖。圖12A和12B表示根據(jù)FCC規(guī)則的ATSC參數(shù)的概述。
具體實施例方式在本說明書中，術(shù)語“主要服務(wù)”用于DTV廣播、無線麥克風及由法規(guī)授權(quán)(特許)使用頻譜的指定部分的任何應(yīng)用。術(shù)語“TV頻道”指當前由DTV標準定義的頻道。對于在本說明書中使用且無限制的說明性實施例，說明書參照如北美DTV標準指定的VHF及UHF頻帶內(nèi)的頻道。應(yīng)注意，本發(fā)明同等地應(yīng)用于其他DTV廣播系統(tǒng)，諸如歐洲、日本及其他DTV系統(tǒng)。術(shù)語“頻譜片段”用于頻譜的一部分，及術(shù)語“空白空間頻道”用于由某一空白空間設(shè)備用于各個次要服務(wù)的一個或多個頻譜片段所形成的邏輯頻道其可包括頻道或頻道的組合(不管是否連續(xù))。如上所示，在某個地理區(qū)域/區(qū)中操作的每個TV臺僅使用來自所分配至DTV的頻譜的有限數(shù)量個頻道，使得在各個區(qū)中頻譜的一些部分(不管是否相鄰)保持未使用該局部可利用頻譜稱作“空白空間”?！爸付▍^(qū)”或“位置”表示位于TV市場中的特定區(qū)，諸如，單個或集合住宅、小辦公室/家庭辦公室、小企業(yè)、多租戶大樓、公共及私立校園等?，F(xiàn)在參考附圖，圖IA示出在自模擬TV廣播轉(zhuǎn)移至數(shù)字TV廣播后美國數(shù)字電視廣播頻譜的五個頻帶。保留用于ATSC頻道2-4的頻帶Tl具有18MHz，其自54MHz延伸至72MHz。保留用于頻道5-6的頻帶T2具有在76MHz至88MHz之間的12MHz，保留用于頻道7-13的頻帶T3具有在174MHz至216MHz之間的42MHz。另外，攜帶頻道14-36的頻道T4占用138MHz (自470MHz延伸至608MHz)，以及保留用于頻道38-51的頻帶T5具有84MHz (自614MHz 至 698MHz)。因此，這些 49 個 ATSC 頻道覆蓋 ^4MHz (18+12+42+138+84)的頻譜。為了設(shè)計滿足FCC規(guī)則及指示要求的空白空間傳感器，傳感器敏感度的閾值必須在TV頻道中每個6MHz的整個寬度內(nèi)是-114dBm,或在通常由麥克風占用的200kHz頻道內(nèi)是-107dBm。FCC建議將最小30秒用于該初始頻道可用性掃描；若檢測到TV廣播，并且沒有無線參數(shù)麥克風或其他低功率輔助設(shè)備在此30秒的時間間隔期間在所掃描頻道中操作，則空白空間設(shè)備可開始在該頻道中操作。空白空間設(shè)備也必須每60秒執(zhí)行服務(wù)中監(jiān)視。在接收器敏感度、天線增益及傳感與更新速率方面，這些FCC規(guī)范為傳感器造成重要的挑戰(zhàn)。當試圖檢測無線麥克風時遇到額外挑戰(zhàn)麥克風波形是模擬信號，可為AM、FM或經(jīng)數(shù)字化調(diào)制。另外額外的挑戰(zhàn)是自其他設(shè)備的帶外發(fā)射及需要用于掃描頻譜的處理時間。原則上，該時間應(yīng)被設(shè)定為使用逐個掃描6MHz頻道的方法或同時掃描多個頻道的方法之間的折中。在第一種情況下考慮到存在四十九個待掃描的6MHz頻道，處理時間相當長。具體的挑戰(zhàn)是設(shè)備的成本，應(yīng)將該成本保持在非常低以便獲得裝備有嗅探器的空白空間設(shè)備的可接受成本。另一方面，歸因于待掃描頻譜的范圍，RF調(diào)諧器的設(shè)計變得很復雜。又考慮到傳感的信號的動態(tài)范圍非常高，由嗅探器使用的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)變成問題。因此，檢測低至-114dBm的信號的能力需要高達140dB的動態(tài)范圍，其導致23比特ADC。該ADC極其昂貴并非常少見。當前對于嗅探器提議的設(shè)計設(shè)想逐個掃描6MHz頻道以檢測TV信號、麥克風信號或任何其他信號的存在。這些當前提議的設(shè)備緩慢掃描所有49個TV頻道；如上文所示，該設(shè)備需要具有HOdB的動態(tài)范圍的昂貴ADC。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的嗅探器1的實施例。圖2的實施例提供一種遵守FCC規(guī)則及指示的用于在特定位置處節(jié)約地掃描頻譜且識別可用空白空間的高效且廉價設(shè)備。如圖2所示，嗅探器1包括裝備有傳感天線13的頻譜檢測器/分析器10、頻譜管理器11和可配置接口 12。頻譜檢測器/分析器10的具體設(shè)計使其成為對任何無線設(shè)備的可負擔且可靠添加，如將在稍后結(jié)合圖4對其描述。頻譜檢測器/分析器10的作用是(如名稱表明的)掃描DTV頻譜并檢測空白空間的片段。結(jié)合圖4至7更詳細地描述該單元的架構(gòu)和操作。接口 12是可配置的，從而允許實現(xiàn)該嗅探器和不同技術(shù)及功能性的無線設(shè)備的集成?；谟蓹z測器10收集的頻譜占用信息、頻譜管理器(或頻譜規(guī)劃器)11識別用于所關(guān)注應(yīng)用的正確頻譜量。頻譜管理器11也為各個應(yīng)用保留頻譜、決定使用其的方式，并經(jīng)過雙向無線鏈路7將關(guān)于所保留頻譜的信息提供至空白空間數(shù)據(jù)庫5。頻譜管理器11的設(shè)計考慮在鏈路7上使用的各個無線接口所使用的標準，并為每個應(yīng)用提供正確帶寬量。圖2也表示用于存儲及維護關(guān)于在各個區(qū)中頻道占用的信息的空白空間數(shù)據(jù)庫單元5。數(shù)據(jù)庫單元5包括頻譜占用登記檔2、維護模塊3、確認、授權(quán)及存取(AAA)模塊4及用于與該區(qū)中的任何WSD通信的天線6。登記檔2維護關(guān)于在該區(qū)中作用的所有DTV頻道(且優(yōu)選地，可組織可使用無線麥克風事件的所有主要集會地點的所有DTV頻道)的信息。登記檔也可收集及維護關(guān)于當前在作用中的次要用戶的信息。該信息優(yōu)選地識別各個次要用戶、其占用的空白空間頻譜，以及每個次要用戶意欲占用頻道的時間。登記檔2可收集及存儲由在各個區(qū)中執(zhí)行傳感的許多WSD提供的頻道占用信息。如由維護模塊3表示的，基于該收集的信息，數(shù)據(jù)庫管理者可修改每個DTV臺的保護周線(contour)。這是特別有益的的，因為最初基于理論傳播模型來計算每個DTV臺的傳播周線，使得其不準確，且基于實地的實際測量結(jié)果來予以校正是有益的。例如，數(shù)據(jù)庫管理者可是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運營商。雖然優(yōu)選地按方便時間間隔實現(xiàn)由單元5提供的頻道占用信息，但空白空間設(shè)備仍將需要裝備嗅探器，用于確保自數(shù)據(jù)庫接收的信息確實并準確。在實施例中，嗅探器也可具有使其能夠校正由數(shù)據(jù)庫提供的信息中任何差異的經(jīng)添加特征。然而，需要嚴密監(jiān)視并重復檢驗這些校正，使得僅在合理時進行對數(shù)據(jù)庫的校正。該操作一般由確認、授權(quán)及存取模塊4表示。如名稱暗示的，模塊4提供修改數(shù)據(jù)庫的授權(quán)、使得僅某些實體將能夠修改/更新頻道占用數(shù)據(jù)。在存儲于頻道占用數(shù)據(jù)庫2中的信息與自各個區(qū)中操作的空白空間設(shè)備接收的信息不同的情況下，管理者也將必須提供解決；然而，這在本發(fā)明的范圍之外。圖3A表示ATSC信號的頻譜及主要特性，以及圖表示由ATSC信號使用的數(shù)據(jù)字段同步序列。如在圖3A看出的，對ATSC信號分配6MHz頻帶(就NTSC信號而言)。然而，代替單色/色度/音頻信號，通過三個峰值使DTV信號的頻譜表現(xiàn)得幾乎如同具有升高的噪音基底的展頻信號，實際上是偽展頻類型的信號。這是因為DTV信號實際上經(jīng)隨機化以便創(chuàng)造數(shù)字信號傳輸中常見的均勻分布噪音狀頻譜。這允許最大的頻道效率，并使信號不干擾附近頻道，使得可相互緊隨地傳輸三個HDTV頻道。波形的下側(cè)的“尖峰”或“峰值” 15稱作ATSC導頻，其提供數(shù)據(jù)流內(nèi)的三個時序信號的一個。信號是從各個掃描場化圖像產(chǎn)生，其中僅傳輸改變或在視頻幀之間的不同。該數(shù)字化數(shù)據(jù)然后經(jīng)轉(zhuǎn)換至自MPEG編碼器創(chuàng)造的高速19. 39百萬比特/秒數(shù)據(jù)流，且經(jīng)傳送至取得該19. 39Mbit信號的DTV電路，添加幀信息，并將數(shù)據(jù)隨機化而予以“變平滑”。接下來，數(shù)據(jù)流經(jīng)受Reed-Solomon編碼(其將該流分解成207個字節(jié)的分組)，其進一步使用交織(Trellis)卷積編碼將數(shù)據(jù)流分解成具有內(nèi)建誤差的四個2比特字。接著將一系列同步信號與數(shù)據(jù)流混合(區(qū)段同步、幀同步及ATSC導頻)，且將所得信號施加至提供基頻信號的8-VSB(8位殘余邊帶)調(diào)制器。最后，接著將基頻信號與載波信號混合而予以“增頻轉(zhuǎn)換”至所要頻道或頻率。經(jīng)增頻轉(zhuǎn)換信號通常是5. 38MHz寬，因此受限于6MHz頻道分配的90 %內(nèi)。需要重申，本文針對NADTV標準描述本發(fā)明，但其可適合于任何DTV標準。對于經(jīng)編碼數(shù)據(jù)(3比特/符號交織編碼)的總計擬8個符號，所得MPEG輸送分組中每個使用1個字節(jié)G個符號)用于同步，187個字節(jié)用于數(shù)據(jù)(有效負載)及20個字節(jié)用于FEC。對于8-VSN，每個符號脈沖具有使用3個比特編碼的8個電平(111或+7;110或+5 ；101 或+3 ；100 或+1 ；011 或-1 ；010 或-3 ；001 或-5 ；000 或-7)，如圖中對于同步序列的實施例所表示。圖;3B表示對于MPEG指定的VBS數(shù)據(jù)字段同步序列，其可根據(jù)本發(fā)明用以檢測TV廣播的存在。分組包括一系列偽隨機噪音(PN)序列，用于實現(xiàn)接收器與所傳播廣播的同步。存在511個符號的第一 PN序列17，接著是三個PN序列18，每個都是63個符號長度。這些PN63序列在可替換字段上反轉(zhuǎn)。M個符號字段提供VSB模式，并保留104個符號。為了改進的數(shù)據(jù)傳輸，定義在12個預編碼符號前的保留的符號中的最后10個?？砂葱枰x其他82個符號以用于每個將來的改進。可以許多方式執(zhí)行對經(jīng)掃描的頻帶中的DTV信號的檢測。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，DTV信號的存在通過識別PN序列來執(zhí)行；可在噪音下檢測PN序列，因為其具有將其與白噪音區(qū)分區(qū)分的重復模式。若在頻譜的6MHz片段中識別到該序列，則其表示該頻道由DTV廣播占用。在本發(fā)明的另一實施例中，對DTV頻道的檢測像基于在經(jīng)掃描頻譜中找到DTV導頻信號15。所基于的導頻15具有穩(wěn)定振幅(正規(guī)化值1. 25)，且始終存在于6MHz頻譜中的相同位置，即在對于DTV頻道的開始的相同頻率處，如在圖3A中看出的。例如，若用STV(t)表示DTV信號，則傳輸?shù)男盘杢TV(t)包含STV(t)及導頻^iltrt。用r(t)表示由嗅探器接收的信號包括aSTV(t)+SPil。t，其中α是用以考慮由通信頻道引入的缺陷所包括的因數(shù)。例如，若所接收信號經(jīng)窄頻帶濾波且經(jīng)濾波信號被累計數(shù)目m次，則可檢測該導頻；m可以是例如1000。這是因為STV(t)選取8個值+7、+5、+3、+1、-1、-3、-5或-7(是8-電平信號)中的一個，使得通過累計這些電平的信號而產(chǎn)生的平均值變得靠近零，同時累計始終具有相同振幅(1.25)的導頻導致可檢測的電平。根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，為了將頻道宣告為未被占用，臭探器首先尋找DTV頻道中各個導頻15 ；若無法檢測到導頻，則嗅探器尋找PN-511序列17，且若未檢測到，則嗅探器進一步尋找PN-63序列18。若在各個6MHz頻譜片段中未檢測到PN序列17、18的導頻，則頻道可由次要設(shè)備自由使用。檢測無線麥克風(WM)的存在更加復雜，因為WM不使用導頻信號或任何其他可辨識的序列，也不使用已知調(diào)制格式。此外，該頻道可能緊鄰廣播頻道也可能不緊鄰廣播頻道。因此，多數(shù)無線麥克風(-70%)主要使用模擬FM調(diào)制以用于在88-lOSMHz的FM廣播頻帶中操作(作為FCC部分15產(chǎn)品)。這些設(shè)備中的其他(約25%)通常用于在144-148MHZ的無線電頻道中操作，但可重新調(diào)諧至135-175MHZ。頻率146. 535非常流行。其余百分之5主要使用約300MHz及400MHz的SAW設(shè)備，且傾向于較為昂貴。大多數(shù)無線麥克風占用最大200KHZ的帶寬，且信號能量跨越約40kHz的帶寬(對于低頻及高頻語音內(nèi)容頻譜)。典型功率是5mw或更少。實際上，這些單元中的85%在小于50mW的功率下操作。最壞情況情境是當未調(diào)制信號(揚聲器安靜)時，這是由于可在此安靜時間間隔期間發(fā)生的短期載波漂移。然而，即使FCC規(guī)則及指示將無線麥克風的帶寬限制為200kHz，TV WBFM麥克風也可占用寬達300kHz的頻帶，且具有在VHF中限于50mW且在UHF中限于250mW的功率輸出。此外，大多數(shù)無線麥克風具有約IOOm的范圍，且信號能量跨越40KHz。根據(jù)本發(fā)明實施例，可通過測量在頻譜的任何200kHz片段中累計的能量來檢測在頻譜的某一部分中無線麥克風的存在。類似于對DTV節(jié)目的檢測，使用50MHz的掃描場頻率在整個DTV頻道(6MHz)上按200kHz的小塊執(zhí)行對無線麥克風的檢測。換而言之，接收的信號r(t)被濾波成200kHz的小塊r' (t)，且接著經(jīng)采樣以獲得樣本{r' (k，At)}。將累計的樣本的能量Σ |r' (k，At) 12與閾值比較以接著識別麥克風的信號的存在。在本說明書中考慮的嗅探器檢測閾值是_107dBm(在200kHz內(nèi))；小于_107dBm的累計的能量指示不存在麥克風信號，而高于107dBm的累計的能量指示存在麥克風信號。顯而易見，掃描整個DTV頻帶需要其有非常大的動態(tài)范圍的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。如接下來所描述的，本發(fā)明提供用于解決該問題的解決方案。圖4是圖2的頻譜檢測器及分析器10的實施例的框圖。頻譜檢測器/分析器是被動設(shè)備，其基于特定信號特征(優(yōu)選地使用小波)檢測可用頻譜。就檢測DTV信號的存在而言，設(shè)備10能夠檢測通常在每個作用的DTV頻道上傳輸?shù)腡V導頻信號或/和PN-511及PN-63字段?；谶@些三個已知序列的組合檢測，嗅探器判定TV頻道是否被占用。因此，若頻譜分析器10未在經(jīng)掃描頻道中檢測到導頻15或序列17及18中任一者，則得出結(jié)論各個6MHz頻道是空閑的且可由各個次要系統(tǒng)使用。另一方面，若檢測器/分析器10檢測到導頻15或序列17、18中的一個，則表示該頻道由主要服務(wù)占用。應(yīng)注意，甚至在存在提供頻譜占用信息的空白空間數(shù)據(jù)庫5的情況下，使用嗅探器來檢測由數(shù)據(jù)庫提供的信息是否確實正確也是好的做法。圖4的頻譜檢測器/分析器單元10包括VHF/UHF天線單元13、降頻轉(zhuǎn)換單元40、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 45 (用于整形信號的濾波器)及基頻處理器46。天線13可是設(shè)備天線，或可提供為在共振頻率及大小兩方面皆最佳化的獨立天線。如接下來可看出的，圖4說明兩個天線13、13'，每個被優(yōu)化用于某個共振頻率。如上文所示，掃描如此大的頻譜部分需要有非常大范圍(HOdBm)的ADC，這使其昂貴且不適合作為對任何無線設(shè)備的添加。本發(fā)明提供解決該問題的若干解決方案。因此，根據(jù)本發(fā)明的模式，在若干子頻帶上連續(xù)執(zhí)行頻譜分析，且分析器適于使用相同ADC 4掃描這些子頻帶。此操作由降頻轉(zhuǎn)換單元40允許實現(xiàn)，降頻轉(zhuǎn)換單元40將自天線單元接收的信號降頻轉(zhuǎn)換至較窄帶寬的低頻帶信號，使得在較窄頻帶中的信號的功率差將最可能小于在較寬頻帶中存在的信號的功率差。在通常情況下，頻帶B可被分成η個子頻帶，其中η彡1 ；在圖4的實施例中，由TV廣播占用的整個頻帶B被分為兩個子頻帶(n = 2)，通過LSB設(shè)計的較低子頻帶及通過HSB設(shè)計的較高子頻帶，如圖5中所展示。較低子頻帶覆蓋54MHz與216MHz之間的頻譜，其包括在162MHz上延伸的12個VHF TV頻道。較高子頻帶覆蓋470MHz與860MHz之間的頻譜，其包括在228MHz上延伸的37個UHF TV頻道。亦如上文所述，嗅探器可具備兩個天線，每個天線用于一個子頻帶。在圖4的實施例中，降頻轉(zhuǎn)換單元40包括帶通濾波器(BPF)41、線性放大器(LNA)42、調(diào)諧器43、低通濾波器(LPF)44及切換方塊47。切換方塊47包括開關(guān)47 ‘及47"。當掃描較低子頻帶LSB時，自信號路徑排除BPF41及調(diào)諧器43，使得ADC 45對54-216MHZ子頻帶中的信號采樣。當掃描較高子頻帶HSB時，BPF41及調(diào)諧器43包括于該信號路徑中。在此情況下，將較高子頻帶中的信號降頻轉(zhuǎn)換至實際上類似于DTV頻道1-12的頻率的頻率，使得可通過相同采樣器的采樣上部頻帶及下部頻帶中的兩個信號。顯而易見，通過將單個ADC用于LSB及HSB兩者，顯著地降低了采樣器的成本。以此方式，ADC 45采樣最大228MHz頻道上而非超過400MHz的整個TV頻譜上的信號。用相同ADC 45采樣在兩個子頻帶中的信號使得可使用其有可接受動態(tài)范圍的ADC45。選擇采樣頻率Fs(例如，在272MHz)，其高于較低頻帶及經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換的較高頻帶中的最高頻率。以此方式，完全按照Nyquist-amrmon采樣定理判定信號，并可以正確地恢復這些信號。圖5表示兩個子頻帶-44MHz的調(diào)諧器頻率及272MHz的采樣頻率。應(yīng)注意，作為示例，將調(diào)諧器頻率選擇在44MHz ；可同等地使用其他調(diào)諧器頻率Ft，只要兩個子頻帶不其有比高的頻率分量便可。也應(yīng)注意到，可將所關(guān)注頻譜分成兩個以上子頻帶，在該情況下，圖4的實施例在ADC前將具有適當數(shù)目個分支。結(jié)合圖6及7表示實施例，其中圖6展示在三個頻帶上執(zhí)行DTV頻譜的掃描的實施例的框圖，且圖7展示針對該實施例選擇頻帶的方式。在圖4的實施例中，BPF 41其有228MHz的基頻帶以使HSB中所有37個TV頻道傳送至LNA 42。共同用于HSB及LSB向信號的LPF 44具有272MHz的最大頻率，使得LSB中所有信號及來自HSB的經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換被傳送至ADC45。在濾波器44的輸出端，ADC 45采樣在最大228MHz頻帶上呈現(xiàn)的信號。通過用相同ADC 45采樣在兩個子頻帶中的信號，使得可使用具有可接受動態(tài)范圍的ADC 45。選擇采樣頻率Fs (例如在272MHz)，其高于在較低頻帶及經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換較高頻帶中的最高頻率。以此方式，這些信號完全按照Nyquist-amrmon采樣定理判定信號且可正確恢復。在LPF 44的輸出端的信號由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣。在該示例中，ADC 45具有2X272MHZ的采樣速率(Nyquist-Sharmon)且按每樣本8個比特操作。基頻處理器4處理數(shù)據(jù)信號且將經(jīng)處理樣本提供至頻譜管理器11。根據(jù)本發(fā)明實施例，BB 46通過在信號路徑中包括或不包括調(diào)諧器及BPF(視所掃描的子頻帶而定)來控制子頻帶切換。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的圖2的頻譜檢測器/分析器的框圖，其中DTV頻帶被分成三個子頻帶。圖7表示如何劃分頻譜以使用圖6的檢測器/分析器10'掃描。圖6的頻譜檢測器/分析器單元10'通過將DTV頻帶分成如圖7所示三個子頻帶SBl、SB2及SB3n-3)而進一步減小ADC的動態(tài)范圍。在該實施例中，SB 1在54MHz與216MHz之間的162MHz上延伸，占用12個VHF TV頻道。SB2在470MHz與608MHz之間的UHF頻帶的下部部分中的138MHz上延伸，占用23個DTV頻道。SB3在614MHz與698MHz之間的UHF頻帶的上部部分中的84MHz上延伸，占用14個DTV頻道。在該示例中，天線單元13裝備有三個天線第一天線13-1用于SB1，第二天線13-2用于SB2，且第三天線13_3用于SB3。降頻轉(zhuǎn)換單元60包括可調(diào)諧帶通濾波器(BPF) 41'，其經(jīng)優(yōu)化以在各個三個子頻帶中操作。開關(guān)47' —般表示當掃描各個子頻帶時切換天線13-1至13-3的方式。就圖4實施例而言，單元10'也包括線性放大器(LNA)42、調(diào)諧器43、低通濾波器(LPF)44、ADC 45及基頻處理器46。在該實施例中，使用相同ADC 45采樣在所有三個子頻帶中檢測到的信號。當掃描SBI時，針對該頻帶調(diào)整BPF 41'，且如由開關(guān)47" —般展示自信號路徑排除調(diào)諧器43。ADC 45采樣M-216MHZ子頻帶SBI中的信號。當掃描子頻帶SB2及SB3時相應(yīng)調(diào)諧BPF41'，且通過開關(guān)47〃將調(diào)諧器43包括于信號路徑中。在該情況下，子頻帶SB2及SB3中的信號經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換至實際上類似于SBI的頻率的頻率，使得可用相同采樣器的采樣在下部頻帶及上部頻帶中的所有信號。顯而易見，通過使用該配置顯著地減少采樣器45的復雜性。圖8表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的ADC的操作。如上文所述，F(xiàn)CC規(guī)則及規(guī)定要求在非常高的范圍上傳感信號以發(fā)現(xiàn)主要服務(wù)的存在(即，強DTV信號及弱無線麥克風信號)；該范圍是約-llScffim。根據(jù)本發(fā)明，若比預選定電平的所有信號被截止(限幅)，則可能使用具有50dBm的動態(tài)范圍的ADC。例如，若將截止電平選擇在_70dBm(截止比_70dB強的信號)，則ADC需要操作于的范圍顯著減小到118dBm-70dBm = 48dBm。這可通過將ADC的操作點設(shè)定在約-94daii且通過對于比-94dBm電平少或多25dBm以上是信號在飽和狀態(tài)下操作ADC來獲得。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見地，也可使用其他截止電平，且通過示例，選擇-70dBm電平；本說明書將針對該值使用一般術(shù)語“截止閾值(cut-off threshold) ”。ADC 45的該操作模式使得可減少處理時間，因為嗅探器可按良好概率快速檢測某個頻譜片段是否由另一服務(wù)使用。當在預設(shè)定的時間量上在所掃描頻譜片段內(nèi)的所接收信號的所有樣本恒定且處于截止閾值時，BB處理器46判定ADC在飽和狀態(tài)下工作，且得出結(jié)論各個頻道被占用。當所接收的信號的所有經(jīng)傳感的樣本處于截止閾值下時，BB處理器46決定主要服務(wù)可能或可能不占用各個頻譜片段，且開始應(yīng)用其他傳感方法，如稍后所述。如上文所述，基于測量在頻譜的各個部分中的能量，通過按6MHz的倍數(shù)掃描頻譜以發(fā)現(xiàn)DTV廣播，且接著按200Khz的小塊掃描經(jīng)識別為未由DTV使用的某個6MHz片段以檢測任何在作用中的無線麥克風的存在來判定主要服務(wù)的存在或不存在。顯而易見，以此方式掃描整個DTV頻帶可需要長的時間。為解決該問題，BB處理器46使用分組檢測演算法及優(yōu)選地是小波信號分析(另或者，熟知的FFT-快速傅里葉變換)以判定信號能量。使用小波信號分析加速了能量檢測過程。小波信號分析的優(yōu)勢在于以下事實可在時間及頻率兩方面調(diào)整小波(能量)的波形以配合到某一大小的頻譜片段中，且接著可對照閾值測量且分析各個頻譜片段中的信號的能量。可選擇持續(xù)時間非常窄的波形，使得其可用以測量能量高帶寬傳輸。根據(jù)本發(fā)明的小波分析的范圍為識別可由次要服務(wù)使用的其有極少或無可檢測的信號活動的頻譜的頻率一時間片段(稱作頻率-時間“單元”)。如在圖9A中看出，基頻處理器46大體上包括小波分解單元8、小波系數(shù)計算器9及噪音減少單元14。小波分解單元8通過創(chuàng)造如圖9B中表示的母小波及子小波來“分解”在頻率-時間單元上的接收的信號。小波系數(shù)計算器9判定提供關(guān)于在所分析的時間-頻率單元中的信號的能量的噪音的小波系數(shù)。接著將小波系數(shù)與能量閾值P比較，具有低于閾值的系數(shù)的頻道定義限制空間片段。頻譜管理器11接收關(guān)于各個空白空間片段的時間及頻率坐標的信息，且按需要處理iMin 息。關(guān)于如在根據(jù)本發(fā)明實施例中使用的小波函數(shù)的基本背景信息提供于所識別的2008年4月10日申請的標題為“用于在無線通訊中利用頻譜資源的系統(tǒng)和方法”O(jiān)Vu等人)的共同申請專利申請案第12/078，979號中，該申請案以引用的方式被并入本文中。結(jié)合圖9B提供關(guān)于小波操作的方式的簡要描述。自稱作“母”小波的單一數(shù)學函數(shù)(Ψα))產(chǎn)生小波，“母”小波是在時間及頻率兩方面有限長度或快速衰減的振蕩波形。用Va,T(t)表示小波函數(shù)，且用Ψ3,τ(ω)表示對應(yīng)的頻域表示，其中a表示小波波形的縮放參數(shù)，而T表示小波波形的偏移或平移參數(shù)，“子”小波是母小波的經(jīng)縮放(按系數(shù)a)且經(jīng)平移(按時間T)的副本。選擇在本發(fā)明中使用的小波函數(shù)Va, T(t)，使得99%的小波能量集中在時域及頻域兩者的有限間隔內(nèi)。此外，選擇小波函數(shù)Ψ3,τα)以便允許實現(xiàn)其集中中心的整數(shù)偏移(平移)，使得可產(chǎn)生鄰近偏移波形ψ (t-τ )，以形成有限能量的信號空間的正交基礎(chǔ)?？s放參數(shù)的改變影響脈沖形狀；若在時域中擴大脈沖形狀，則將自動在頻域中縮小。另或者，若在時域中壓縮脈沖形狀，則將在頻域(f軸)中膨脹。偏移參數(shù)τ表示小波波形的能量集中中心在時間上的偏移。因此，通過增加平移參數(shù)τ的值，小波沿著t軸在正方向上偏移；通過減小τ，小波沿著t軸在負方向上偏移。如圖9B所示，將所關(guān)注通信頻譜(例如所分配至DTV的頻譜)分成具有多個頻率-時間單元71、72、73的頻率及時間映射70。在頻率及時間映射內(nèi)的每個頻率-時間單元構(gòu)成至少“頻道”?？刹倏v小波波形特性以處理不同粒度的頻率-時間單元，且因此識別頻率及時間映射70內(nèi)的空白空間片段。如上示對縮放及平移參數(shù)的改變使得能夠根據(jù)參數(shù)/所要時間-頻率解析度來劃分頻率及時間映射70。例如，通過將縮放參數(shù)設(shè)定至第一值且遞增平移參數(shù)，提供多個具有帶寬Af1及增加的時間間隔At1的單元71。通過將縮放參數(shù)設(shè)定至第二值且遞增平移參數(shù)，提供多個具有減小的帶寬Af2及增加的時間間隔At2的單元72。再另外，通過將縮放參數(shù)設(shè)定至第三值且遞增平移參數(shù)，提供多個其有進一步減小的帶寬Af3及進一步增加的時間間隔At3的單元73。也如圖7Β所說明，通過使用小波函數(shù)，頻率及時間映射70內(nèi)的每個單元可根據(jù)另一頻率及時間映射75而進一步分成頻率及時間單元。例如，可基于另一小波函數(shù)Y(t)將右邊單元72進一步分成頻率及時間單元等。在小波分解后，小波系數(shù)計算器9 (參見圖9A)計算數(shù)字化的信號的小波系數(shù)Wm,這些系數(shù)反映各個時間-頻率單元中的信號能量Wnjk = / γ( )Ψ ap>q(t)其中Wn,k(t)是小波函數(shù)，而隨著縮放參數(shù)α及平移參數(shù)τ的函數(shù)選擇η及k整數(shù)在以上參考共同申請專利申請案中，如下定義P及=bp以及τ =qbp，其中b是正有理數(shù)(例如，1. 2，2，2. 1，3等)，且ρ及q是整數(shù)(例如，0，+/_1，+/_2，+/_3等)。接著將所計算的小波系數(shù)Wp,,用以判定各個時間-頻率單元中的信號能量，將對應(yīng)于每個經(jīng)檢測信號的信號能量與能量閾值η比較，且若經(jīng)檢測能量低于下述閾值，則選擇各個空白空間片段ωη,Ι2 ^ μ
其中μ是表示能量電平的閾值的預定義的正數(shù)。預定能量電平μ可經(jīng)預設(shè)定，或可經(jīng)配置以取決于正掃描頻譜、可接受干擾等級、信號等而變化。圖IOA及IOB示出根據(jù)本發(fā)明實施例的識別空白空間片段的方法，其中圖IOA表示在存在具有頻道占用信息的集中式數(shù)據(jù)庫的情況下的方法，及圖IOB表示在不存在具有頻道占用信息的集中式數(shù)據(jù)庫的情況下的方法。如在圖IOA中看出的，在存在數(shù)據(jù)庫5的情況下，單元10識別數(shù)據(jù)庫中的空閑頻道CHk，步驟60。嗅探器優(yōu)選地使用等于DTV頻道的寬度(在NA中為6MHz)的解析度來識別該大小或其倍數(shù)的空白空間片段。此外，當解析度是DTV頻道的寬度時，由數(shù)據(jù)庫5提供的信息較易于使用，可跳過在數(shù)據(jù)庫中被識別為經(jīng)占用的頻道以減少處理時間。也應(yīng)注意到，在所關(guān)注應(yīng)用需要比由一個DTV頻道提供的帶寬大的帶寬的情況下，嗅探器將選擇數(shù)據(jù)庫(未示出)中識別為空閑的若干連續(xù)頻道。頻譜檢測器/分析器10接著掃描選定頻道，且按兩個階段處理傳感的信號，在每一階段中使用不同解析度。在第一階段中，通過使用挑選的時間頻率單元執(zhí)行經(jīng)接收的信號的小波變換，嗅探器繼續(xù)進行驗證該(這些)頻道是否確實是空閑，步驟61。例如，第一階段的小波變換函數(shù)的頻率變量可覆蓋DTV頻道的整個寬度(在北美，是6MHz)。若嗅探器識別出在選定頻道中的DTV信號(決策區(qū)塊62的分支“否”)，則其向數(shù)據(jù)庫通知此事件且返回至步驟60以選擇另一空閑頻道。另一方面，若嗅探器判定在CHk中不存在DTV廣播信號(決策區(qū)塊62的分支“是”)，則在第二階段期間進一步分析該頻道以檢測任何無線麥克風的存在，步驟64。若嗅探器確實確認CHk空閑(步驟65)，則為所關(guān)注應(yīng)用保留該頻道，步驟66。若檢測到麥克風信號的存在，則通知數(shù)據(jù)庫管理者，且嗅探器針對數(shù)據(jù)庫中識別為空閑的另一頻道重復步驟60-65。應(yīng)注意，若各個應(yīng)用僅需要使用此頻道的一部分，則仍可使用頻道CHk，在該情況下，步驟64使用基于各個應(yīng)用(圖中未示)所需的帶寬大小而選擇的時間-頻率單元大小來相應(yīng)地分析該頻道。如在圖IOB中看出的，當無數(shù)據(jù)庫可利用時，在第一階段期間，嗅探器掃描及分析所分配至DTV的頻譜(步驟70)，優(yōu)選地使用等于DTV頻道的寬度(在NA中，是6MHz)的解析度以識別此大小或其倍數(shù)的空白空間片段。如在參考圖IOA描述的方法中，也可根據(jù)所關(guān)注應(yīng)用的所需帶寬來選擇時間-頻率單元的粒度。然而，符合DTV頻道的大小的粒度是優(yōu)選的，因為允許實現(xiàn)對各個頻譜片段中的信號的更確定性處理，因為可通過尋找結(jié)合圖3B描述的已知序列(導頻、PN 51UPN-63)來識別DTV頻道。然而，若選擇另一粒度以用于信號處理，則可將ADC 45的飽和用于檢測所關(guān)注頻譜片段是否是空閑。一旦發(fā)現(xiàn)6MHz片段，則第一處理階段停止，步驟71，其中信號能量低于閾值μ，其指示此頻譜片段不用于DVT傳輸。步驟71中識別的頻道用CHk表示。在第二階段期間，嗅探器必須檢查是否存在任何在CHk中操作的無線麥克風，步驟72?，F(xiàn)在，其必須以200kHz的解析度處理在第一階段中識別的該頻譜片段中的信號。優(yōu)選地，在為50kHz的倍數(shù)的頻率開始處理這些信號。若在步驟71中識別的CHk結(jié)果是空閑(如由決策區(qū)塊74的分支“是”展示)，則嗅探器為各個應(yīng)用保留CHk，步驟75。若歸因于一個或多個無線麥克風的存在，在CHk中未識別到具有所需帶寬的空白空間片段(如由決策區(qū)塊74的分支“否”展示)，則嗅探器的操作回復到步驟70。根據(jù)本發(fā)明的另一模式，可使用由圖9A上的單元14 一般地說明的小波噪音減少程序來增強檢測過程。根據(jù)該程序，著眼于判定具有某一可靠度的閾值μ，使用平均方差估計的任何已知方法估計頻道噪音。若用s(t)表示傳輸?shù)男盘?，用r(t)表示接收的信號，且用N(t)表示噪音，則在信號的小波變換后，小波系數(shù)是以下形式的向量
權(quán)利要求
1.一種用于能夠從無線設(shè)備實施次要服務(wù)應(yīng)用的空白空間頻譜傳感器，包括 頻譜檢測器/分析器，其用于識別指定寬度的空白空間頻譜片段；頻譜管理器，其用于基于所述次要服務(wù)應(yīng)用的要求確定所述指定寬度并為所述次要服務(wù)應(yīng)用保留所述空白空間頻譜片段；可配置接口，其用于使所述傳感器和所述無線設(shè)備能夠集成。
2.一種用于能夠在無線設(shè)備實施次要服務(wù)應(yīng)用的空白空間頻譜傳感器，包括頻譜檢測器/分析器，其用于分析指定寬度的頻譜片段以確定所述頻譜片段未被占用；頻譜管理器，其用于基于所述次要服務(wù)應(yīng)用的要求確定所述指定寬度并為所述次要服務(wù)應(yīng)用保留所述頻譜片段；以及可配置接口，其用于使所述傳感器和所述無線設(shè)備能夠集成。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述頻譜管理器使用關(guān)于為所述無線設(shè)備保留的所述頻譜片段的信息更新空白空間數(shù)據(jù)庫。
4.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述頻譜管理器從空白空間數(shù)據(jù)庫獲取關(guān)于所述頻譜片段的信息，所述空白空間數(shù)據(jù)庫維護用于所關(guān)注TV市場的頻譜占用信息。
5.一種用于檢測及分析在分配至TV廣播的頻帶B的頻譜中存在的信號的頻譜傳感器 /分析器，包括天線單元，其用于獲取存在于所述頻帶B中的無線信號； 采樣器，其用于數(shù)字化由所述天線單元獲取的信號以提供數(shù)字化樣本；以及基頻(BB)處理器，其用于分析所述數(shù)字化樣本及根據(jù)與所述各個TV廣播有關(guān)的DTV 標準檢測在所述DTV廣播中存在的已知信號序列，來識別在所分配至所述TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。
6.如權(quán)利要求5所述的頻譜檢測器/分析器，其中所述已知信號序列是DTV導頻。
7.如權(quán)利要求5所述的頻譜檢測器/分析器，其中所述已知信號序列是偽隨機序列。
8.一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度為B的頻譜上傳感的信號的頻譜傳感器/分析器，包括天線單元，其用于獲取在所分配到所述TV廣播的頻譜上確立的η個子頻帶中存在的無線信號，子頻帶S^t具有特定寬度&，其中k e [l，n]且η彡1 ；降頻轉(zhuǎn)換單元，其用于將在每個子頻帶SBk中從所述天線單元接收的信號降頻到寬度為Bk的低頻帶上延伸的低頻帶信號；采樣器，其用于采樣在每個子頻帶中的所述低頻帶信號用于從所述低頻帶信號提供數(shù)字化樣本；以及基頻處理器，其用于分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并識別在所分配到所述 TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。
9.如權(quán)利要求8所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述基頻處理器選擇每個子頻帶SBk 的所述寬度 。
10.如權(quán)利要求8所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述降頻轉(zhuǎn)換單元包含 可調(diào)諧帶通濾波器，其用于過濾出子頻帶s 2外的傳感信號；調(diào)諧器，其用于將在所述子頻帶s 中的信號降頻轉(zhuǎn)換至占用寬度 的低頻帶的低頻帶信號；以及切換區(qū)塊，其用于配置所述天線單元、所述帶通濾波器和所述調(diào)諧器用于在子頻帶開關(guān)控制信號的控制下相應(yīng)地處理所述子頻帶的所述信號。
11.如權(quán)利要求10所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述調(diào)諧器的頻率FtmCT是根據(jù)所述指定低頻帶的寬度選擇的。
12.如權(quán)利要求10所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述采樣器的采樣頻率Fs經(jīng)選擇為高于任何所述子頻帶的最高頻率。
13.如權(quán)利要求8所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述基頻處理器包括小波分解單元，其用于使用具有選定粒度的時間-頻率單元的頻率-時間映射將所述數(shù)字化樣本分解成小波；小波系數(shù)計算器，其用于將所述時間-頻率單元的所述小波系數(shù)確定為在各個單元中的能量檢測，并基于閾值識別所述未使用頻譜片段。
14.一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度B的頻譜上傳感的信號的頻譜傳感器/分析器，包括天線單元，其用于獲取在所分配至所述TV廣播的頻譜上存在的無線信號；采樣器，其用于采樣由所述天線單元獲取的信號以提供數(shù)字化樣本，所述采樣器經(jīng)操作以對于比特定值更強的信號實現(xiàn)飽和狀態(tài)；以及基頻(BB)處理器，其用于分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并通過檢測所述采樣器的飽和狀態(tài)而識別在所分配至所述TV廣播的頻帶中的未使用頻譜片段。
15.如權(quán)利要求14所述的頻譜傳感器/分析器，其中所述采樣器的飽和點在-70daii處選擇，以實現(xiàn)從-IlSdBm至-70dBm的采樣器動態(tài)范圍。
16.一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的頻譜中存在的信號的方法，包括a)獲取所述分配至TV廣播的頻帶中存在的無線信號；b)使用采樣器采樣在步驟a)中獲取的所述信號以提供數(shù)字化樣本，所述采樣器在經(jīng)選擇以對于比指定值更強的信號實現(xiàn)飽和狀態(tài)的操作點中操作，以及c)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本并通過檢測所述采樣器的飽和狀態(tài)而識別在所分配至所述TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟b)包括采樣自-llScffim至-70daii的信號，使得具有比_70dBm更大的強度的信號產(chǎn)生穩(wěn)定輸出。
18.—種檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度B的頻譜中存在的信號的方法，包括a)確立所分配至TV廣播的頻譜的頻帶B上的η個子頻帶，子頻帶具有寬度Bk，其中 k e [1，η]且 η 彡 1 ；b)獲取在所述子頻帶中存在的無線信號；c)將在所述子頻帶中獲取的信號降頻轉(zhuǎn)換為寬度為 的低頻帶中的低頻帶信號；d)采樣在每個子頻帶SBk中的所述低頻帶信號用于提供所述低頻帶信號的數(shù)字化樣本；以及e)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本以測量所述采樣的低頻帶信號的能量；以及f)重復步驟c)至e)直到在所分配到TV廣播的帶寬中識別到未使用頻譜片段。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟c)包括 帶通濾波在各個子頻帶中傳感的信號；將在所述各個子頻帶的信號降頻轉(zhuǎn)換成低頻帶信號；以及配置所述天線單元、所述帶通濾波器和所述調(diào)諧器用于在子頻帶開關(guān)控制信號的控制下處理所述各個子頻帶SBk的信號。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中根據(jù)所述指定低頻帶的寬度判定用于降頻轉(zhuǎn)換所有子頻帶中所述信號的頻率FtunCT。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中使用經(jīng)選擇為高于在任何所述子頻帶中的最高頻率的頻率Fs執(zhí)行步驟d)。
22.一種用于檢測及分析在所分配至TV廣播的寬度B的頻譜上傳感的信號的方法，包括a)獲取所分配至TV廣播的頻譜中存在的任何無線信號；b)采樣由天線單元獲取的信號以從低頻帶信號提供數(shù)字化樣本；以及c)分析從所述采樣器接收的所述數(shù)字化樣本；以及d)通過根據(jù)與所述TV廣播有關(guān)的各個DTV標準檢測在所述DTV廣播中存在的已知信號序列，來識別在所分配至所述TV廣播的帶寬中的未使用頻譜片段。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中使用小波信號分析執(zhí)行步驟c)。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟c)包括使用具有選定粒度的時間-頻率單元的頻率-時間映射將所述數(shù)字化樣本分解成小波；將所述時間-頻率單元的小波系數(shù)確定為在各個單元中的能量的測量；以及基于預設(shè)的能量閾值識別所述未使用頻譜片段。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括使用在步驟d)中獲取的信息更新空白空間數(shù)據(jù)庫。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟a)包括訪問空白空間數(shù)據(jù)庫，所述空白空間數(shù)據(jù)庫維護關(guān)于所分配至TV廣播的所述頻譜中當前占用的信息；以及獲取在所分配至TV廣播的所述頻譜的部分中存在的無線信號，所述頻譜的所述部分在所述空白空間數(shù)據(jù)庫中被指示為空閑。
27.—種傳感及分析在所分配至TV廣播的頻譜中存在的信號的方法，包括a)從空白空間數(shù)據(jù)庫識別對于實施次要服務(wù)空閑的一群TV頻道；b)獲取在所述TV頻道群中存在的無線信號，同時將任何檢測的信號降解轉(zhuǎn)換為預選定頻率f0 ；c)求和在b)獲取的信號以獲得數(shù)字化復合信號；d)使用小波噪音減少程序以獲得數(shù)字化復合信息；e)分析所述復合信號以判定所述復合信號的能量是否高于閾值；以及f)若所述復合信號的能量小于所述閾值，則分析所述復合信號以識別無線麥克風操作的存在；以及g)若在步驟f)未檢測到無線麥克風操作，則為所述次要服務(wù)保留所述TV頻道群中的任何頻道。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步包括，如果所述復合信號的所述能量小于所述閾值，則將所述頻道群分成第一子群和第二子群；以及依次對于每個子群執(zhí)行步驟c)-g)。
全文摘要
提供TV空白空間頻譜傳感器及用于檢測及管理該空白空間的方法。該傳感器具有頻譜檢測器/分析器，該頻譜檢測器/分析器傳感及分析在所關(guān)注頻帶中存在的無線信號、識別空白空間且將該空白空間指派至次要服務(wù)。為了減少空白空間的檢測時間，該傳感器使用群檢測方法，借此同時傳感多個頻道。為了減少傳感器成本，通過針對具有的能量高于閾值的信號在飽和下操作該傳感器來減少傳感器的動態(tài)范圍。該傳感器還具有頻譜管理器/規(guī)劃器，該頻譜管理器/規(guī)劃器能理解多個空中接口標準，基于各個標準要求保留正確的空白空間頻譜量且將其提供至每個應(yīng)用。由該傳感器使用的特定架構(gòu)導致對任何無線設(shè)備的可負擔的添加。
文檔編號H04W24/00GK102598748SQ201080022674
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者J·葉, S·吳 申請人:Wi-Lan有限公司