DE102007046595A1

DE102007046595A1 - Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums #

Info

Publication number: DE102007046595A1
Application number: DE102007046595A
Authority: DE
Inventors: Youngsik Hur; Chang-Ho Lee; Jeongsuk Lee; Kihong Kim; Haksun Doonsan Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-11-20
Also published as: CN101155423B; FR2906657B1; CN101155423A; FI20075665L; FI20075665A0; US20080080604A1; FR2906657A1; DE102007046595A8; GB0719063D0; KR20080029917A; US7860197B2; GB2442571A; KR100978652B1; GB2442571B

Abstract

Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums können zur Verwendung in CRs (CR = cognitive radio, kognitiver Funk) und anderen Anwendungen vorgesehen werden. Die Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums können das Empfangen eines Eingangsspektrums mit einer Mehrzahl von Kanälen, das Durchführen eines groben Abtastvorgangs der Mehrzahl von Kanälen des Eingangsspektrums, um einen oder mehrere Kandidaten für belegte Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle zu bestimmen, wobei das grobe Abtasten einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement einer Wobbelfrequenz zugeordnet ist, das Durchführen eines feinen Abtastens der Kandidaten für belegte Kanäle und der Kandidaten für freie Kanäle, um tatsächlich belegte Kanäle und tatsächlich freie Kanäle zu bestimmen, wobei das Feinabtasten einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement einer Wobbelfrequenz zugeordnet ist, und das Speichern einer Angabe tatsächlich belegter Kanäle und tatsächlich freier Kanäle umfassen.

Description

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der provisorischen U.S.-Anmeldung Nr. 60/827,597, angemeldet am 29. September 2006, mit dem Titel "Spectrum-Sensing Algorithms and Methods", beansprucht, die durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft CR-(cognitive radio) Anwendungen, und insbesondere Algorithmen zum Abfühlen eines Spektrums und andere Entscheidungsverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den Vereinigten Staaten und einer Reihe anderer Länder wird häufig die Verwendung des Funkspektrums von einer Genehmigungsbehörde wie der FCC(Federal Communications Commission) reguliert und vergeben, um die Kommunikationserfordernisse von Instanzen wie beispielsweise Firmen und lokalen und staatlichen Behörden sowie Einzelpersonen zu erfüllen. Genauer lizenziert die FCC eine Anzahl von Segmenten des Spektrums an Instanzen oder Einzelpersonen für kommerzielle oder öffentliche Nutzung. Diese Instanzen oder Einzelpersonen ("Lizenznehmer") können ein ausschließliches Recht zur Nutzung ihres jeweils lizenzierten Segments des Spektrums für einen bestimmten geographischen Bereich für eine bestimmte Zeitdauer haben. Derartige lizenzierte Segmente des Spektrums werden als notwendig erachtet, um Interferenzen aus anderen Quellen zu verhindern oder abzuschwächen. Wenn jedoch bestimmte Segmente des Spektrums an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit nicht genutzt werden ("das verfügbare Spektrum"), sollten andere Vorrichtungen in der Lage sein, ein derartiges verfügbares Spektrum für Kommunikation zu nutzen. Eine solche Nutzung des verfügbaren Spektrums würde eine effizientere Nutzung des Funkspektrums oder von Bereichen davon ermöglichen.
CRs werden als Lösung für die gegenwärtig geringe Nutzung oder die Unternutzung des Funkspektrums betrachtet. Es handelt sich um eine Technologie, welche eine flexible, effiziente und zuverlässige Nutzung des Spektrums durch Anpassen der Betriebseigenschaften des Funks an die Echtzeitbedingungen der Umgebung ermöglicht. CRs weisen das Potential auf, den großen Bereich des ungenutzten Spektrums auf intelligente Weise zu nutzen, wobei andere aktive Geräte in Frequenzbändern, die bereits für spezifische Nutzungen lizenziert wurden, nicht gestört werden. CRs wurden durch die schnellen und wesentlichen Fortschritte in der Funktechnologie möglich (zum Beispiel SDRs(SDR = Software Defined Radio), Frequenzagilität, Leistungssteuerung etc.) und können durch die Nutzung von eingreifenden Techniken, wie beispielsweise Abfühlen des Breitbandspektrums, Spektrumzuordnung und -erfassung in Echtzeit sowie die Ausbreitung von Messungen in Echtzeit, charakterisiert werden.
Somit besteht in der Industrie ein Erfordernis nach Algorithmen und Verfahren in dem CR-System zum Abfühlen des Spektrums, um ungenutzte Bereiche des Spektrums auf effiziente und genaue Weise zu lokalisieren. Einschränkungen derartiger Algorithmen und Verfahren können die primären Nutzer des Spektrums umfassen, die den CR-Nutzern keine Information über Spektrumnutzung zur Verfügung stellen.
Weitere Einschränkungen können die Signale primärer Nutzer des Spektrums umfassen, die von Sendern kommen, die in der Nähe zu den CR-Empfängern oder an sehr weit entfernten Orten lokalisiert sind. Somit kann es erforderlich sein, dass Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums primäre Signale mit sehr geringen Pegeln selbst unterhalb der Sensitivitätsanforderungen der Verbindung zwischen den aktiven Nutzern des Spektrums detektieren. Des Weiteren können diese primären Signale der Nutzer des Spektrums oder ein CR-Nutzer-Signal ausreichend Signalstärke aufweisen, um über den dynamischen Bereich des CR-Empfängers hinauszugehen. Dieser breite dynamische Bereich von empfangenen Signalen kann eine Herausforderung für das Gewährleisten der Detektionssensitivität wie auch der Detektionszuverlässigkeit sein. Wenn ein Schwellenwert auf diesen Fall eines breiten Bereichs eines Signalpegels angewendet wird, können dadurch fehlerhafte Detektionen um den Preis der Fehlalarmrate ausgelöst werden. Andernfalls kann es die Fehlalarmrate erhöhen, wenn eine bessere Detektionssensitivität vorgesehen wird. Somit kann die Auswahl des Schwellenwerts ein wesentlicher Faktor für eine gleichförmige Leistung der Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums sein.
Nachdem die oben stehenden Einschränkungen angeführt wurden, ist eine weitere Einschränkung, dass die Zeit, die zum Detektieren oder Abfühlen des Spektrums über eine Breitband-Frequenzspanne gebraucht wird, minimiert werden sollte. Anders formuliert sollte die Abfühlzeit minimiert werden, um die Effizienz über das gesamte Spektrum durch die Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums zu verbessern. Somit besteht in der Industrie ein Erfordernis nach Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums in dem CR-System, um nicht belegte Segmente des Spektrums auf effiziente und genaue Weise zu lokalisieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein CR zur Nutzung von Ressourcen des begrenzten Frequenzspektrums vorgesehen. Das CR kann ein(en) oder mehrere Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums in Verbindung mit einem frequenzagilen Betrieb aufweisen. Die Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums können Wavelet-Transformationen anwenden, um das Merkmal des Multi-Auflösungsabfühlens vorzusehen. Algorithmen und Verfahren zum Abfühlen des Spektrums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können einen Drei-Schritt-Vorgang aufweisen: (i) einen Schritt des groben Abtastens, (ii) einen Schritt des feinen Abtastens, und (iii) einen Schritt der endgültigen Entscheidung. Andere Ausführungsformen der Erfindung können alternative oder weniger Kombinationen des Drei-Schritt-Vorgangs aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können für den Entscheidungsschritt Doppeltestverfahren (zum Beispiel Test der Kanalstärke und Test der Peakzahl) auf Schätzergebnisse für das Spektrum angewendet werden, um über den Nutzungsstatus des Kanals in Verbindung mit Dualmodus-Schwellenwerten (zum Beispiel Schwellenwerte für den starken Modus und den schwachen Modus) zu entscheiden. Des Weiteren können in Verbindung mit anderen Ausführungsformen der Erfindung modusspezifische Optionen zur Mittelwertbildung verfügbar sein, um die Gesamtabfühlzeit zu minimieren.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Abfühlen des Spektrums vorgesehen. Das Verfahren kann umfassen: Empfangen eines Eingangsspektrums mit einer Mehrzahl von Kanälen, Durchführen eines groben Abtastvorgangs der Mehrzahl von Kanälen des Eingangsspektrums, um einen oder mehrere Kandidaten für belegte Kanäle und für freie Kanäle zu bestimmen, wobei das grobe Abtasten einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist, Durchführen eines feinen Abtastvorgangs der Kandidaten für belegte Kanäle und für freie Kanäle, um tatsächlich belegte Kanäle und tatsächlich freie Kanäle zu bestimmen, wobei das feine Abtasten einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist, und Abspeichern einer Angabe der tatsächlich belegten und der tatsächlich freien Kanäle.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Abfühlen des Spektrums vorgesehen. Das Verfahren kann umfassen: Vorsehen eines Eingangsfunkfrequenz-(RF = radio frequency; Funkfrequenz) Spektrums mit einer Mehrzahl von Kanälen, und Analysieren der Mehrzahl von Kanälen des RF-Eingangsspektrums unter Verwendung eines Schritts des groben Abtastens, um einen oder mehrere Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle zu bestimmen, wobei der Schritt des groben Abtastens einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist. Das Verfahren kann ebenfalls umfassen: Analysieren des einen oder der mehreren Kandidaten für starke Kanäle, für schwache Kanäle und freie Kanäle unter Verwendung eines Schritts des feinen Abtastens, um tatsächlich belegte Kanäle und tatsächlich freie Kanäle zu bestimmen, wobei der Schritt des feinen Abtastens einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist, und Abspeichern einer Angabe der tatsächlich belegten und der tatsächlich freien Kanäle.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein System zum Abfühlen des Spektrums vorgesehen. Das System kann aufweisen ein Funkfrequenz-(RF = radio frequency) Eingangsspektrum mit einer Mehrzahl von Kanälen, erste Mittel zum Bestimmen eines oder mehrerer Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle aus dem RF-Eingangsspektrum, wobei das erste Mittel einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist, und zweite Mittel zum Bestimmen tatsächlich belegter Kanäle und tatsächlich freier Kanäle basierend auf dem einen oder mehreren Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle, wobei das zweite Mittel einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und in denen:
1A beispielhafte Wavelet-Wellenformen w₁(t) und w₂(t) mit unterschiedlichen Pulsbreiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
1B die 1A entsprechenden Spektren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ein Blockdiagramm einer MRSS-Frontend-Implementierung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3A ein beispielhaftes Eingangs-RF-Signalspektrum gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3B die Spektrumsdetektion in grober Weise gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3C die Spektrumsdetektion in genauer Weise gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Verfahrens des Abfühlens des Spektrums und der Entscheidung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5 ein Ablaufdiagramm des groben Abtastvorgangs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 ein beispielhaftes Ergebnis eines groben MRSS gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des feinen Abtastvorgangs und des Verfahrens der endgültigen Entscheidung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
8A–8D ein detaillierteres Ablaufdiagramm des feinen Abtastvorgangs und des Verfahrens der endgültigen Entscheidung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellen;
9 ein beispielhaftes Ergebnis des feinen MRSS gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindungen können nämlich in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollten nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt erachtet werden. Es werden durchgängig gleiche Bezugsziffern verwendet, um gleiche Elemente zu kennzeichnen.
Ausführungsformen der Erfindung können Algorithmen und Verfahren vorsehen, die in CRs verwendet werden, um begrenzte Ressourcen eines Spektrums auszunutzen. CRs können ein ausgehandeltes und opportunistisches Teilen des Spektrums über einen breiten Frequenzbereich ermöglichen, der eine Mehrzahl mobiler Kommunikationsprotokolle und -standards abdeckt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das CR in der Lage sein, die Nutzung eines Segments des Funkspektrums intelligent zu erkennen und jedes zeitweilig ungenutzte Segment des Spektrums schnell zu nutzen, ohne die Kommunikation zwischen anderen autorisierten Nutzern zu stören. Die Verwendung derartiger CRs kann ermöglichen, dass eine Vielheit heterogener kabelloser Netzwerke nebeneinander koexistiert. Diese kabellosen Netzwerke können zellulare Netzwerke, WPANs(WPAN = wireless personal area network), WLANs(WLAN = wireless local area network) und WMANs(WMAN = wireless metro area network) sein. Diese drahtlosen Netzwerke können ebenfalls mit Fernsehnetzwerken koexistieren. Andere Arten von Netzwerken können gemäß anderen Ausführungsformen ebenfalls verfügbar sein.
1. Abtasten des Spektrums mit Multi-Auflösung(MRSS = Multi-Resolution Spectrum Scanning)
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Modul zum Abtasten eines Spektrums eine CRs Wavelet-Transformationen anwenden, um das Merkmal des Abtastens des Spektrums mit Multi-Auflösung vorzusehen, was im Folgenden als MRSS bezeichnet wird. Die Verwendung von MRSS für das Modul zum Abfühlen des Spektrums eines CRs kann eine flexible Detektionsauflösung ermöglichen, ohne dass notwendigerweise eine Zunahme des Hardware-Aufwandes erforderlich ist.
Während der Durchführung eines MRSS kann eine Wavelet-Transformation auf ein gegebenes zeitvariantes Signal angewendet werden, um eine Korrelation zwischen dem gegebenen zeitvarianten Signal und einer Basisfunktion (zum Beispiel einem Wavelet-Puls) für die Wavelet-Transformation zu bestimmen. Diese Korrelation kann als der Wavelet-Transformationskoeffizient bekannt sein, welcher anfänglich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf analoge Weise bestimmt werden kann. Der Wavelet-Puls, der als Basisfunktion für die Wavelet-Transformation dient, die beim MRSS genutzt wird, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung variiert werden. Zum Beispiel können die Bandbreite, Trägerfrequenz und/oder Periode der Wavelet-Pulse für die Wavelet-Transformation variiert werden. Durch Anpassen der Wavelet-Pulsbreite und/oder der Trägerfrequenz können die Inhalte des Spektrums, die über den Wavelet-Transformationskoeffizienten für das gegebene zeitvariante Signal geliefert werden, mit einer skalierbaren Auflösung oder Multi-Auflösung dargestellt werden. Durch Ändern der Wavelet-Pulsbreite und der Trägerfrequenz der Wavelet-Pulse, nachdem diese während eines bestimmten Intervalls gehalten wurden, kann nämlich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Wavelet-Transformation eine Analyse der spektralen Inhalte des zeitvarianten Signals liefern.
a. Wavelet-Pulsauswahl
Wie oben beschrieben, kann eine Wavelet-Transformation, einschließlich einer Fourier-Transformation, auf ein zeitvariantes Signal angewendet werden in Verbindung mit einer Basisfunktion, die verwendet werden kann, um eine spektrale Darstellung des Signals, das in der Zeitdomäne vorgesehen wird, abzuleiten. Die Korrelation (zum Beispiel ein Wavelet-Transformationskoeffizient) eines zeitvarianten Signals und einer Basisfunktion, zum Beispiel einer sinusförmigen Basisfunktion, bei einer gegebenen Frequenz kann nämlich eine spektrale Komponente bei der Frequenz vorsehen.
Der als Basisfunktion der Wavelet-Transformation verwendete Wavelet-Puls kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung variiert werden. Insbesondere können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bestimmte Arten von Basisfunktionen für Wavelet-Pulse eine Auflösungsbandbreite als zusätzliche Gestaltungsfreiheit aufweisen. Durch Anpassen der Breite eines Wavelet-Pulses und der Trägerfrequenz können die spektralen Inhalte, die durch die Wavelet-Transformationskorrelation geliefert werden, mit einer skalierbaren Auflösung oder Multi-Auflösung dargestellt werden. In 1A sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zwei Beispiele für Wavelet-Wellenformen w₁(t) und w₂(t) mit unterschiedlichen Pulsbreiten dargestellt. In 1B sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die entsprechenden Spektren zu 1A dargestellt, die unterschiedliche Auflösungsbandbreiten aufweisen.
b. Blockdiagramm für MRSS-Implementierung
In 2 ist ein Blockdiagramm für ein beispielhaftes MRSS-Frontend 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das MRSS-Frontend 200 einen analogen Wavelet-Wellenformgenerator 204, analoge Multiplizierer 206a, 206b, analoge Integratoren 208a, 208b und einen Taktgeber 209 aufweisen. Der Taktgeber 209 kann Taktsignale liefern, die von dem Wavelet-Generator 204, den analogen Integratoren 208a, 208b und/oder den S/H-(S/H = sample and hold) Schaltungen 228a, 228b verwendet werden.
Weiter unter Bezugnahme auf 2 kann der Wavelet-Generator 204 eine Kette von Wavelet-Pulsen w(t) 218 erzeugen, die mit sinusförmigen I- und Q-Trägern cos(2πf_kt) 220a und sin(2πf_kt) 220b mit einer gegebenen Frequenz eines Lokaloszillators 214 (LO) moduliert werden, um eine Kette modulierter Wavelet-Pulse w_I,k(t) 222a, W_Q,k(t) 222b zu bilden. Mit den sinusförmigen I- und Q-Trägern 220a, 220b kann das Signal der I-Komponente 220a gleich groß wie das Signal der Q-Komponente 220b, aber um 90 Grad phasenversetzt sein. Als Teil der Wavelet-Transformation kann die Kette modulierter Wavelet-Pulse w_I,k(t) 222a, W_Q,k(t) 222b dann mit dem zeitvarianten Eingangssignal r(t) 216 von entsprechenden analogen Multiplizierern 206a, 206b multipliziert werden, um analoge Eingangssignale y_I,k(t) 224a und y_Q,k(t) 224b in die entsprechenden analogen Integratoren 208a, 208b umzuformen. Der analoge Integrator 208 liefert den Ausgang aus analogen Wavelet-Transformation-Korrelationswerten z_I,k(t) 226a und z_Q,k(t) 226b.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können diese analogen Korrelationswerte z_I,k(t) 226a und z_Q,k(t) 226b unter Verwendung von Wavelet-Pulsen w(t) 218 mit einer gegebenen Spektrumsbreite – das heißt, der Spektrum-Abfühlauflösung – berechnet werden. Die Frequenz des Lokaloszillators 214 der sinusförmigen I- und Q-Träger 220a und 220b kann dann mit einem bestimmten Inkrement gewobbelt werden. Dementsprechend können die Signal-Leistungsgrößen und die Frequenzwerte in dem zeitvarianten Eingangssignal r(t) 216 in den analogen Korrelationswerten z_I,k(t) 226a and z_Q,k(t) 226b über einen Bereich des Spektrums von Interesse detektiert werden.
Genauer kann durch Anwenden eines engen Wavelet-Pulses w(t) 218 und eines großen Abstimmschrittes der Frequenz des LO 214 ein MRSS-Frontend 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine sehr breite Spanne des Spektrums auf schnelle und grobe Weise untersuchen. Im Gegensatz dazu kann ein sehr präzises Absuchen des Spektrums mit einem breiten Wavelet-Puls w(t) 218 und der empfindlichen oder kleinen Anpassung der Frequenz des LO 214 durchgeführt werden. Unter Verwendung dieses skalierbaren Merkmals, das auf die modulierten Wavelet-Pulse w_I,k(t) 222a, w_Q,k(t) 222b, die die Wavelet-Transformation aufweisen, angewendet werden kann, kann ohne zusätzlichen digitalen Hardware-Aufwand Multi-Auflösung erzielt werden.
Die analogen Korrelationswerte 226a (Z_I,k(t)), 226b (Z_Q,k(t)), die an den Ausgängen der analogen Integratoren 208a, 208b bestimmt werden, können Analog/Digital- Wandlern (ADCs) 210a, 210b zur Verfügung gestellt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können S/H-(S/H = sample and hold) Schaltungen 228a, 228b für Haltespannungen analoger Korrelationswerte z_I,k(t) 226a und z_Q,k(t) 226b vorgesehen werden, um es den ADCs 210a, 210b zu ermöglichen, die analogen Korrelationswerte z_I,k(t) 226a und z_Q,k(t) 226b genau zu digitalisieren. Die digitalisierten Korrelationswerte 230a, 230b können an das Signalnachverarbeitungsmodul 212 zum Verarbeiten und Entscheiden über den Nutzungsstatus des Spektrums geliefert werden.
3A–3C stellen eine skalierbare Auflösungssteuerung in der Frequenzdomäne mit der Verwendung von Wavelet-Pulsen dar. In 3A ist ein beispielhaftes RF-Eingangssignal-Spektrum gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In 3B ist eine beispielhafte Detektion des Spektrums auf spärliche oder grobe Weise gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Genauer stellt in 3B das MRSS-Simulationsergebnis eine Form des Breitbandspektrums mit stumpfen Peaks für drei Eingangssignale dar. In 3C ist die beispielhafte Detektion des Spektrums auf präzise oder feine Weise gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Insbesondere sind in 3C drei scharfe Peaks für jedes Signal dargestellt, was eine bessere Detektionsleistung hinsichtlich der Abfühlauflösung anzeigt.
Der in 3B dargestellte spärliche oder grobe MRSS-Vorgang kann eine kürzere Abfühlzeit erfordern als das in 3C dargestellte präzise oder feine MRSS-Verfahren. Somit kann das gesamte MRSS-Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dazu dienen, ein Breitbandspektrum auf schnelle und spärliche Weise und, falls erforderlich, auf präzise Weise ohne Zunahme des Hardware-Aufwandes zu untersuchen.
2. Verfahren des Abfühlens des Spektrums und der Entscheidung
Um die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Abfühlens des Spektrums zu verbessern, kann ein Drei-Schritt-Vorgang zum Abfühlen des Spektrums und zum Entscheiden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. In 4 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Vorgangs zum Abfühlen des Spektrums und zum Entscheiden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 4 kann der grobe Abtastvorgang gestartet werden (Block 402). Mit dem Schritt des groben Abtastens kann die Kanalleistung für ein Breitband-Spektrum abgeschätzt werden und jede Kanaleinheit als Kandidat für einen von drei Kanälen klassifiziert werden – ein freier Kanal, ein Kanal mit starkem Signal oder ein Kanal mit schwachem Signal (Block 404). Der Vorgang des feinen Abtastens kann dann gestartet werden (Block 406), und die sich ergebenden Kandidaten für Kanäle können in einem Vorgang des feinen Abtastens auf präzise Weise abgetastet werden (Block 408). Bei diesem Vorgang des feinen Abtastens aus Block 408 kann für jeden Kanal ein Doppeltest (zum Beispiel Test der Kanalstärke und Test der Peakzahl) durchgeführt werden. Besteht jeder Kanal die beiden Tests, kann in dem Schritt der Entscheidung für jeden Kanal das Endergebnis des Nutzungsstatus des Spektrums als "frei" oder "belegt" bekannt gegeben werden (Block 410).
A. Schritt des groben Abtastens
Mit einem Vorgang des groben Abtastens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein RF-Eingangsspektrum über eine breite Spanne mit einer MRSS mit grober Auflösung untersucht werden. Das sich für jeden Kanal ergebende grobe MRSS-Ergebnis kann mit den beiden Schwellenwerten verglichen werden, um den entsprechenden Kanalindex in drei Kategorien zu klassifizieren – Kandidat für freien Kanal und Kandidaten für Kanäle mit starkem, schwachem Signalempfang. In 5 ist ein Ablaufdiagramm für einen Vorgang des groben Abtastens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 5 kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der MRSS-Vorgang gestartet werden (Block 502). Dann kann das RF-Eingangsspektrum über eine breite Spanne mit Auflösungsparametern für grobe MRSS (vorgesehen in Block 506) abgetastet werden, um für jede Kanaleinheit K Werte für die Leistungsbewertung, P_CH,k, zu liefern (Block 504). Diese Parameter für grobe MRSS können die Wavelet-Bandbreite Bw_c, das Inkrement der Wobbelfrequenz Fsw_c, die Bandbreite Bt des primären Zielsignals, die Startfrequenz Fstart, die Stoppfrequenz Fstop und die Anzahl der Mittlungen Navg, welche die Anzahl an Wiederholungen des groben MRSS-Abtastvorgangs bestimmt, umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können entsprechend der untenstehenden Gleichungen (1) und (2) die Wavelet-Bandbreite Bw_c und das Inkrement der Wobbelfrequenz Fsw_c auf die Bandbreite Bt des primären Zielsignals bezogen werden. Bw_c = (Bt/2) Gleichung (1) Fsw_c = Bt Gleichung (2)
Um die Wirkung des Rauschens auf die Werte für die Leistungsabschätzung P_CH,k zu senken, kann der Vorgang des groben MRSS-Abtastens aus Block 504 N_avg Male wiederholt werden, und die sich ergebenden Werte für die Leistungsabschätzung P_CH,k können für jeden Kanal K gemittelt werden (Block 508). Somit kann der grobe MRSS-Abtastvorgang aus Block 504 N_avg Male wiederholt werden, wobei sich der Wiederholungszähler Itr jedes Mal erhöht (Block 512), bis der Wiederholungszähler die Höchstgrenze von Navg erreicht (Block 510).
Es wird darauf hingewiesen, dass mit dem Anstieg der Anzahl von Mittlungen N_avg der gemittelte Wert für die Leistungsabschätzung P_CH,k für den k-ten Kanal zu einem bestimmten Wert hin konvergieren kann, der gegenüber dem Effekt des Eingangsrauschens im Wesentlichen unempfindlich ist. Jedoch kann durch den Vorgang des Mittelns die Abfühlzeit erhöht werden, die für den groben Spektrum-Abfühlvorgang gebraucht wird. Somit kann die Anzahl von Mittlungen N_avg so gewählt werden, dass sie sowohl Rauschunempfindlichkeit vorsieht als auch die gewünschte Zeit des groben Abtastens des Spektrums minimiert oder auf andere Weise erzielt.
Nachdem die gemittelten Werte für die Leistungsabschätzung P_CH,k für die Kanäle K bestimmt wurden, können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die gemittelten Werte für die Leistungsabschätzung P_CH,k optional in Dezibel (dB) gewandelt werden (Block 512). Die gemittelten Werte für die Leistungsabschätzung P_CH,k können dann wenigstens einem Zwei-Schwellenwerttest unterzogen werden, um die Kanäle K als Kandidaten für belegte (zum Beispiel schwache, starke) oder freie Kanäle zu klassifizieren, wie untenstehend unter Bezugnahme auf Blöcke 514 und 520 beschrieben wird.
Üblicherweise kann der Zwei-Schwellenwerttest gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, da die Signale der primären Nutzer des Spektrums einen breiten Bereich von Leistungspegeln aufweisen können. Ein einziger Schwellenwert, der auf den breiten Bereich von Signalpegelstärken angewendet wird, kann aufgrund von fehlerhaften Detektionen und Fehlalarmraten unzureichend sein. Zum Beispiel wird es zu wenige Kanäle K geben, die nicht als belegt detektiert werden, wenn der einzige Schwellenwert zu hoch festgelegt wird. Andererseits gibt es zu viele Kanäle K, die als belegt detektiert werden, wenn der einzige Schwellenwert zu niedrig festgelegt wird.
Unter Bezugnahme auf 5 können, um den gewünschten dynamischen Bereich für den groben Abfühlvorgang des Spektrums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorzusehen, wie in Blöcken 514 und 520 dargestellt, Dualmodus-Schwellenwertpegel auf die gemittelten Werte für die Kanalleistung P_CH,k angewendet werden. Durch Vergleichen dieser Kanal-Leistungswerte P_CH,k unter Verwendung eines Dualmodus-Schwellenwerttests – eines Tests mit starkem Schwellenwert TH_S für den starken Modus (Block 514) und eines Tests mit schwachem Schwellenwert TH_W für den schwachen Modus (Block 520) – kann jeder Kanal als Kandidat für einen "freien" oder belegten (zum Beispiel starker oder schwacher) Kanal klassifiziert werden. Insbesondere, wenn der Kanal-Leistungswert P_CH,k für einen bestimmten Kanal K weder den Test mit starkem Schwellenwert TH_S (Block 514) noch den Test mit schwachem Schwellenwert TH_W (Block 520) besteht, wird der Kanal K als Kandidat für einen "freien" Kanal mit Empfang in Stärke des Rauschens klassifiziert und dem Index der Kandidaten für freie Kanäle hinzugefügt (Block 524). Wenn der Kanal-Leistungswert P_CH,k für einen bestimmten Kanal K den Test mit starkem Schwellenwert TH_S (Block 514) besteht, wird der Kanal K als Kandidat für einen "belegten" Kanal mit "starkem" Signalempfang klassifiziert und zu dem Index der Kandidaten für starke Kanäle hinzugefügt (Block 518). Wenn der Kanal-Leistungswert P_CH,k für einen bestimmten Kanal K den Test mit starkem Schwellenwert TH_S (Block 514) nicht besteht, aber den Test mit schwachem Schwellenwert TH_W (Block 520) besteht, wird der Kanal K als Kandidat für einen belegten Kanal mit "starkem" Signalempfang klassifiziert und zu dem Index der Kandidaten für schwache Kanäle hinzugefügt (Block 518). In 6 sind der starke Schwellenwert TH_S und der schwache Schwellenwert TH_W dargestellt, wie sie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auf eine beispielhafte Mehrzahl von Kanälen K angewendet werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die beiden Schwellenwerte – der starke Schwellenwert TH_S aus Block 514 und der schwache Schwellenwert TH_W aus Block 520 – basierend auf bestimmten Schwellenwert-Parameterwerten, die in Block 516 gemäß den untenstehenden Gleichungen (3) und (4) gegeben werden, bestimmt werden. TH_S = N_global_db + (D/U)_dB + CNRdb_min Gleichung (3) TH_W = N_global_db + CNRdb_min Gleichung (4)
In der oben stehenden Gleichung (3) kann (D/U)_dB das Verhältnis der erwünschten und unerwünschten Signalleistungspegel der primären Signalempfangsereignisse darstellen. CNRdb_min in Gleichung (3) und (4) kann das Träger-Rausch-Verhältnis für den Signalempfang des Sensitivitätsfalls der Spektrum-Abfühltechnik sein. Der Referenzpegel für das globale Rauschen N_global_db in Gleichung (3) und (4) kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das Minimum der mit grober MRSS abgetasteten P_CH,k-Werte sein.
Wenn ein Referenz-Schätzwert für lokales Rauschen als Schwellenwertpegelauswahl verwendet wird, kann es sein, dass dieser nicht auf verschiedene Signalempfangsfälle mit einem breiten Bereich von Signalstärkepegeln angewendet werden kann. Um die Zuverlässigkeit dieses Referenzpegel des Rauschens zu verbessern, kann der Referenzpegel für das globale Rauschen N_global_db aus den Rauschpegel-Schätzwerten gewählt werden, die über ein sehr breites Bandspektrum abgetastet wurden, das ausreichend ist, um wenigstens einen freien Kanal zu finden. Des Weiteren kann dieser N_global_db ebenfalls als Referenz für den Kanalleistungstest in dem folgenden feinen Abtastvorgang verwendet werden.
Immer noch unter Bezugnahme auf 5 kann, nachdem ein grober Abtastvorgang mit dem RF-Eingangsspektrum durchgeführt wurde, die Indexliste, die die Kanäle in drei Kategorien Iv, Is und Iw klassifiziert, jeweils entsprechend "freien", "starken" und "schwachen" Kanälen K, an den Vorgang des Feinabtastens und des Testens für die endgültige Entscheidung über den Nutzungszustand jedes Kanals K übergeben werden (Block 526).
B. Schritt des feinen Abtastens
Die in Blöcken 524, 518 und 522 aus 5 erzeugten Indexlisten der Kandidaten für Kanäle Iv, Is, und Iw können in einem feinen Abtastvorgang mittels Untersuchungsmethoden und -kriterien entsprechend jeder Kanalkategorie präzise untersucht werden. In 7 ist ein Ablaufdiagramm für den feinen Abtastvorgang gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Wie in 7 dargestellt, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung jeder Index der Kandidaten für starke, schwache oder freie Kanäle Iv, Is, Iw jeweils für einen Bin-Test für freie Kandidaten (Block 704), einen Bin-Test für starke Kandidaten (Block 702) und einen Bin-Test für schwache Kandidaten (Block 706) vorgesehen werden.
Wenn ein Kanal K aus dem Index der Kandidaten für freie Kanäle Iv als freier Kanal bestätigt wird (Block 718), dann kann der Kanal K als ein freier Kanal deklariert werden (Block 720). Wenn andererseits der Kanal K auf dem Index der Kandidaten für freie Kanäle Iv nicht als freier Kanal bestätigt wird (Block 718), dann kann der Kanal K zusätzlich einem Bin-Test für schwache Kandidaten unterzogen werden (Block 706).
Gleichermaßen kann, wenn ein Kanal K aus dem Index der Kandidaten für starke Kanäle Is als starker Kanal bestätigt wird (Block 708), der Kanal K dann als ein starker Kanal (Block 710) und/oder als belegt (Block 712) deklariert werden. Wenn andererseits ein Kanal K auf dem Index der Kandidaten für starke Kanäle Is nicht als starker Kanal bestätigt wird (Block 708), dann kann der Kanal K zusätzlich einem Bin-Test für schwache Kandidaten unterzogen werden (Block 706).
Wenn gleichermaßen ein Kanal K, entweder aus dem Index der Kandidaten für schwache Kanäle Iw oder den Blöcken 708, 718 als schwacher Kanal bestätigt wird (Block 714), dann kann der Kanal K als ein schwacher Kanal (Block 716) und/oder als belegt (Block 712) deklariert werden. Wenn andererseits der Kanal K auf dem Index der Kandidaten für schwache Kanäle Iw nicht als schwacher Kanal bestätigt wird (Block 714), dann kann der Kanal K als nicht belegter Kanal (das heißt, freier Kanal) deklariert werden (Block 720).
Die in 7 eingeführten Bin-Test für freie Kandidaten (Block 704), Bin-Test für starke Kandidaten (Block 702) und Bin-Test für schwache Kandidaten (Block 706) werden nun genauer im Hinblick auf 8A–D und 9 beschrieben.
B.1 Bin-Test für freie Kanäle
Unter Bezugnahme auf 8A–8D kann, um die Kandidaten für freie Kanäle zu untersuchen, jedes Kanalspektrum, das in dem Index der Kandidaten für freie Kanäle Iv gelistet ist, mit in Block 971 bereitgestellten MRSS-Parametern für feine Auflösung in Block 970 fein abgetastet werden. Durch das Feinabtasten in Block 970 kann eine Mehrzahl diskreter Leistungswerte p_K,m erzeugt werden, wobei p_K,m der m-te diskrete Leistungswert ist, der für den K-ten Kanal mit Bedingungen für feines Abtasten abgetastet wurde. In 9 sind Beispiele für diskrete Leistungswerte p_K,m dargestellt, die durch Abtasten mit Bedingungen für feines Abtasten erhalten werden.
Die feinen MRSS-Parameter, die in Block 971 bereitgestellt werden, können die Wavelet-Wobbelfrequenz Fw_f, das Inkrement der Wobbelfrequenz Fsw_f und die Bandbreite Bt des primären Zielsignals umfassen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können gemäß den untenstehenden Gleichungen (5) und (6) die Wavelet-Bandbreite Bw_f und das Inkrement der Wobbelfrequenz Fsw_f auf die Bandbreite Bt des primären Zielsignals bezogen werden. Bw_f = (1/20)·Bt ~ (1/10)·Bt Gleichung (5) Fsw_f = Bw_f Gleichung (6)
Um für die feinen MRSS-Ergebnisse (das heißt, die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K, der in dem Index der Kandidaten für freie Kanäle Iv gelistet ist) den Kanalleistungstest durchzuführen, kann die gemittelte Kanalleistung P_CH,K berechnet werden, indem die diskreten Leistungswerte P_CH,K für jeden Kanal K gemäß Gleichung (7) gemittelt werden, wobei M die Gesamtanzahl der fein abgetasteten Peaks pro Kanal ist (Block 954).
Diese gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal K aus dem Index der Kandidaten für freie Kanäle Iv kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung optional in Dezibel (dB) gewandelt werden (Block 974). Bei Block 976 kann die gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal K mit einem Schwellenwert Pthrs verglichen werden, welcher die Referenz für globales Rauschen N_global_db (bereitgestellt in Block 977) aus dem groben Abtastschritt sein kann. Wenn die gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal K kleiner ist als die Referenz für globales Rauschen N_global_db, dann kann der entsprechende Kanal an den Schritt der endgültigen Entscheidung übergeben werden und als freier Kanal aufgezeichnet werden (Block 986). Andernfalls kann der Kanalindex dem Index der schwachen Kanäle, Iw, hinzugefügt werden, um weiter auf schwachen Signalempfang untersucht zu werden, wie genauer unter Bezugnahme auf Block 950 und die nachfolgenden Blöcke beschrieben wird.
B.2 Bin-Test für starke Kanäle
Unter Bezugnahme auf 8A–8D kann, um die Kandidaten für starke Kanäle zu untersuchen, jedes in dem Index für Kandidaten für starke Kanäle Is gelistete Kanalspektrum mit MRSS-Parametern für feine Auflösung, bereitgestellt in Block 904, wie unter Bezugnahme auf die obenstehenden Gleichungen (5) und (6) beschrieben abgetastet werden (Block 902). Um den Kanalleistungstest für die feinen MRSS-Ergebnisse durchzuführen (das heißt, die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K, der in dem Index für starke Kandidaten Is gelistet ist), kann die gemittelte Kanalleistung P_CH,K berechnet werden, indem die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K gemäß Gleichung (7) gemittelt werden (Block 906).
Diese gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal auf dem Index der Kandidaten für starke Kanäle "Is" kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung optional in Dezibel (dB) gewandelt werden (Block 908). Die gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal auf dem Index der Kandidaten für starke Kanäle Is kann dann mit einem Schwellenwert Pthrs, wie beispielsweise einem Schwellenwert für den starken Modus TH_S aus dem Schritt des groben Abtastens (Block 910), verglichen werden. Ist die gemittelte Kanalleistung P_CH,K größer als der Schwellenwert für den starken Modus TH_S (Block 910), wird der entsprechende Kanal zu dem Test des Peak-Zählens (Block 914) zur weiteren Untersuchung für den starken Signalempfang übermittelt.
Andernfalls kann der Kanalindex dem Index für schwache Kanäle Iw zur weiteren Untersuchung des schwachen Signalempfangs (Block 950) hinzugefügt werden.
Wenn der Test der starken Signalleistung in Block 910 durchlaufen ist, dann werden in Block 914 die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K, der in dem Index für starke Kandidaten Is gelistet ist, mit einem gegebenen Schwellenwert Pthrs verglichen, der wenigstens zum Teil aus Block 912 erhalten wird. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann dieser Schwellenwert Pthrs ein gemittelter oder Median-Wert PM_K des Maximums und des Minimums der diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K sein, wie in 9 dargestellt ist. Die Anzahl an Peaks mit einem Leistungswert, der größer ist als dieser Schwellenwert Pthrs, kann dann in Blöcken 916, 918 gezählt werden. Genauer gesagt, wenn in Block 914 ein diskreter Leistungswert p_K,m größer ist als der Schwellenwert Pthrs, kann die Peakzahl erhöht werden (Block 918). Andernfalls bleibt die Peakzahl gleich und wird nicht erhöht (Block 916). Dieser Peakzählvorgang, der zu Blöcken 914–918 beschrieben ist, kann dann wiederholt werden, wobei ein Wiederholungszähler i erhöht wird (Block 921), bis die Gesamtanzahl B_s diskreter Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K untersucht wurde (Block 920). Die sich ergebende endgültige Peakzahl für jeden Kanal K kann dann mit einem gegebenen Peakzahl-Schwellenwert N_{peak_}s bei Block 922 verglichen werden. Ist die Peakzahl höher als N_{peak_}s (Block 922), besteht dieser Kanal ebenfalls den Peakzähltest. In dieser Situation kann der entsprechende Kanalindex zum Schritt der endgültigen Entscheidung übergeben werden und als Kanal mit starkem Signalempfang aufgezeichnet werden (Block 982). Andernfalls wird, wenn dieser Kanal K den Peakzähltest (Block 922) nicht besteht, dieser Kanal dem Index für schwache Kanäle, Iw, zur weiteren Untersuchung auf schwachen Signalempfang hinzugefügt (Block 950). Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch den starken Kanaltest der potentielle Fehlalarm für das Alias aufgrund des angrenzenden starken Signalspektrums verhindert werden.
B.3 Bin-Test für schwache Kanäle
Weiter unter Bezugnahme auf 8A–8D kann die Indexliste der Kandidaten für schwache Kanäle Iw drei Teile aufweisen: der Teil des Kanalindex, der (i) in dem Schritt des groben Abtastens als Kandidat für einen schwachen Kanal kategorisiert wurde, der (ii) nach Durchfallen durch den Kanalleistungstest aus dem freien Kanaltest übergeben wurde (Block 976), und der (iii) aus dem Test auf starke Kanäle nach Durchfallen durch den Kanalleistungstest oder den Peakzähltest (Block 922) übergeben wurde. Um diese Kandidaten für schwache Kanäle zu untersuchen, wird jedes Kanalspektrum, das in dem Kandidatenkanalindex Iw gelistet ist, mit MRSS-Parametern für feine Auflösung, die in Block 953 bereitgestellt wurden, abgetastet, wie gleichermaßen unter Bezug auf Gleichungen (5) und (6) (Block 952) beschrieben wurde.
Um den Kanalleistungstest für die feinen MRSS-Ergebnisse (das heißt, die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K auf dem Index der Kandidaten für schwache Kanäle Iw) durchzuführen, wird die gemittelte Kanalleistung, P_CH,K, berechnet, indem die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal gemäß Gleichung (7) gemittelt werden. Diese gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal K auf dem Index der Kandidaten für schwache Kanäle Iw kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung optional in Dezibel (dB) gewandelt werden (Block 956). Bei Block 958 kann die gemittelte Kanalleistung P_CH,K für jeden Kanal K mit einem Schwellenwert Pthrs, welcher der Schwachmodus-Schwellenwert TH_W (bereitgestellt in Block 960) aus dem Schritt des groben Abtastens sein kann, verglichen werden. Ist die gemittelte Kanalleistung P_CH,K höher als der Schwachmodus-Schwellenwert TH_W (Block 958), kann der entsprechende Kanal K dem Peakzähltest (Block 960) zur weiteren Untersuchung auf schwachen Kanalempfang übermittelt werden. Andernfalls wird dieser Teil des Kanalindex zum Schritt der endgültigen Entscheidung übermittelt und als freier Kanal (Block 986) aufgezeichnet. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch den Test auf schwache Kanäle der potentielle Fehlalarm aufgrund des Alias von dem angrenzenden starken Signalspektrum oder aufgrund der Kanalleistungsabschätzung aus dem Abtasten mit grober Auflösung verhindert werden.
Ist bei Block 958 der Leistungstest auf schwache Kanäle bestanden, können bei Block 960 die diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K, der in dem Index für schwache Kandidaten Iw gelistet ist, mit einem gegebenen Schwellenwert Pthrs verglichen werden, der wenigstens zum Teil aus Block 960 erhalten wurde. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann dieser Schwellenwert Pthrs ein gemittelter oder Median-Wert PM_K des Maximums und des Minimums der diskreten Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K sein, wie anschaulich in 9 dargestellt ist. Die Anzahl an Peaks mit einem Leistungswert, der größer ist als dieser Schwellenwert Pthrs, kann dann in Blöcken 962, 964 gezählt werden. Insbesondere wenn ein diskreter Leistungswert p_K,m größer ist als der Schwellenwert Pthrs in Block 960, kann die Peakzahl erhöht werden (Block 964). Andernfalls bleibt die Peakzahl gleich und wird nicht erhöht (Block 962). Dieser Peakzählvorgang, der in Blöcken 960–964 beschrieben wurde, kann dann wiederholt werden, wobei ein Wiederholungszähler i erhöht wird (Block 967), bis die Gesamtanzahl B_w diskreter Leistungswerte p_K,m für jeden Kanal K untersucht wurde (Block 966). Die sich ergebende endgültige Peakzahl für jeden Kanal K kann dann mit einem gegebenen Peakzahl-Schwellenwert N_{peak_}w verglichen werden. Ist die Peakzahl höher als N_{peak_}w (Block 968), besteht dieser Kanal ebenfalls den Peakzähltest. In dieser Situation kann der entsprechende Kanalindex zum Schritt der endgültigen Entscheidung übergeben werden und als Kanal mit schwachem Signalempfang aufgezeichnet werden (Block 984). Andernfalls wird, wenn der Kanal K den Peakzähltest (Block 968) nicht besteht, dieser Kanal zum Schritt der endgültigen Entscheidung übergeben und als freier Kanal aufgezeichnet (Block 986).
Es wird darauf hingewiesen, dass, um die Wirkung des Rauschens auf die p_K,m-Werte zu mindern, der Vorgang des Mittelns auf die Schritte des feinen Abtastens in Block 902, 952, 970 angewendet wird. Dementsprechend kann das feine MRSS-Abtasten in Blöcken 902, 952, 970 N_s, N_w oder N_v Male jeweils für die Fälle eines starken, schwachen oder freien Kanals wiederholt werden. Das Signalspektrum auf der Liste von Kandidaten für starke Kanäle kann verglichen mit dem Signalspektrum auf der Liste von Kandidaten für freie oder schwache Kanäle ein relativ größeres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR = signal-to-noise ratio) aufweisen. Somit kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein kleinerer Wert N_s verglichen mit N_w oder N_v ausreichend sein. Durch Wählen verschiedener Kombinationen aus N_s, N_w und N_v kann die für den Schritt des feinen Abfühlens benötigte Zeit optimiert werden, um die Gesamtzeit zum Abfühlen des Spektrums einzusparen.
C. Schritt des endgültigen Entscheidens
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Kanallisten, die den Test auf starke und schwache Kanäle bestanden (Blöcke 982 und 984) haben, zusammengefasst werden, um die endgültige Liste belegter Kanäle (zum Beispiel tatsächlich belegter Kanäle) zu ergeben (Block 988). Die Liste belegter Kanäle (Block 988) kann dann der MAC-(medium access control) Einheit übergeben werden (Block 990), um Interferenzen mit den primären Nutzern des Spektrums sowie mit CR-Nutzern zu vermeiden. Gleichermaßen kann die Liste freier Kanäle aus den Testergebnissen auf freie und schwache Kanäle zusammengefasst werden, um die endgültige Liste freier Kanäle (zum Beispiel tatsächlich freier Kanäle) zu ergeben (Block 986). Die entsprechende Kanalliste (Block 986) kann dann der MAC-(medium access control) Einheit übermittelt werden, um diese Kanäle zur Verwendung als mögliche CR-Verbindung zuzuweisen.
Viele Änderungen und andere Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindungen werden dem Durchschnittsfachmann nach Studium der vorstehenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungsfiguren offensichtlich werden. Somit wird darauf hingewiesen, dass die Erfindungen nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sind und dass Änderungen und andere Ausführungsformen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet werden, werden diese nur auf allgemeine und beschreibende Weise verwendet und dienen nicht zur Einschränkung.

Claims

Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums, welches umfasst: Empfangen eines Eingangsspektrums mit einer Mehrzahl von Kanälen; Durchführen eines groben Abtastvorgangs der Mehrzahl von Kanälen des Eingangsspektrums, um einen oder mehrere Kandidaten für belegte Kanäle und für freie Kanäle zu bestimmen, wobei das grobe Abtasten einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement einer Wobbelfrequenz zugeordnet ist; Durchführen eines feinen Abtastvorgangs der Kandidaten für belegte Kanäle und für freie Kanäle, um tatsächlich belegte Kanäle und tatsächlich freie Kanäle zu bestimmen, wobei das feine Abtasten einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist; und Abspeichern einer Angabe der tatsächlich belegten und der tatsächlich freien Kanäle.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflösungsbandbreite größer ist als die zweite Auflösungsbandbreite und wobei das erste Inkrement der Wobbelfrequenz größer ist als das zweite Inkrement der Wobbelfrequenz.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflösungsbandbreite gleich zu oder größer als etwa die Hälfte der Kanalbandbreite ist, die grob abzutasten ist, und wobei das erste Inkrement der Wobbelfrequenz gleich zu oder größer als eine Kanalbandbreite ist, die grob abzutasten ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Auflösungsbandbreite gleich zu oder kleiner ist als etwa die Hälfte der Kanalbandbreite, die fein abzutasten ist, und wobei das zweite Inkrement der Wobbelfrequenz gleich zu oder kleiner ist als etwa die Hälfte der Kanalbandbreite, die fein abzutasten ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen des groben Abtastens das Abschätzen einer groben Kanalleistung für jeden Kanal der Mehrzahl von Kanälen basierend auf der ersten Auflösungsbandbreite und dem ersten Inkrement der Wobbelfrequenz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen des groben Abtastens das Mitteln einer Anzahl der geschätzten groben Kanalleistungen für jeden Kanal umfasst, um für jeden Kanal einen gemittelten Kanalleistungswert zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen des groben Abtastens das Vergleichen der gemittelten Kanalleistungswerte für jeden Kanal mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert umfasst, um die Kandidaten für belegte Kanäle und die Kandidaten für freie Kanäle zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen des feinen Abtastens das Bestimmen eines diskreten Leistungswerts für einen oder mehrere fein abgetastete Peaks eines Spektrums entsprechend den jeweiligen Kandidaten für belegte Kanäle oder den Kandidaten für freie Kanäle umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der diskrete Leistungswert für einen oder mehrere fein abgetastete Peaks entsprechend der Anzahl fein abgetasteter Peaks gemittelt wird, um eine gemittelte feine Kanalleistung entsprechend den jeweiligen Kandidaten für belegte Kanäle oder Kandidaten für freie Kanäle zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemittelte feine Kanalleistung für einen Kandidaten für freie Kanäle mit einem Referenzpegel für das Rauschen verglichen wird, um zu bestimmen, dass der Kandidat für freie Kanäle tatsächlich ein freier Kanal ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemittelte feine Kanalleistung für einen Kandidaten für belegte Kanäle mit einem ersten Schwellenwertpegel verglichen wird, um wenigstens teilweise einen tatsächlich belegten Kanal zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die gemittelte feine Kanalleistung für die Kandidaten für belegte Kanäle den ersten Schwellenwertpegel erfüllt, die fein abgetasteten Peaks in dem Kandidaten für einen belegten Kanal, die einen zweiten Schwellenwertpegel erfüllen, gezählt werden, um den tatsächlich belegten Kanal zu bestimmen.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums, welches umfasst: Vorsehen eines Eingangsfunkfrequenz-(RF = radio frequency; Funkfrequenz) Spektrums mit einer Mehrzahl von Kanälen; Analysieren der Mehrzahl von Kanälen des Eingangs-RF-Spektrums unter Verwendung eines Schritts des groben Abtastens, um einen oder mehrere Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle zu bestimmen, wobei der Schritt des groben Abtastens einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement einer Wobbelfrequenz zugeordnet ist; Analysieren des einen oder der mehreren Kandidaten für starke Kanäle, für schwache Kanäle und freie Kanäle unter Verwendung eines Schritts des feinen Abtastens, um tatsächlich belegte Kanäle und tatsächlich freie Kanäle zu bestimmen, wobei der Schritt des feinen Abtastens einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist; und Abspeichern einer Angabe der tatsächlich belegten und der tatsächlich freien Kanäle.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflösungsbandbreite größer ist als die zweite Auflösungsbandbreite, und wobei das erste Inkrement der Wobbelfrequenz größer ist als das zweite Inkrement der Wobbelfrequenz.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des groben Abtastens das Abschätzen einer groben Kanalleistung für jeden Kanal der Mehrzahl von Kanälen des RF-Eingangsspektrums basierend auf der ersten Auflösungsbandbreite und dem ersten Inkrement der Wobbelfrequenz umfasst.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschätzte grobe Kanalleistung für jeden Kanal mit den Dualmodus-Schwellenwerten, welche einen ersten Schwellenwert und einen zweiten Schwellenwert umfassen, verglichen wird.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die abgeschätzte grobe Kanalleistung für einen Kanal den ersten Schwellenwert überschreitet, der entsprechende Kanal als Kandidat für einen starken Kanal bestimmt wird, wenn die abgeschätzte grobe Kanalleistung für einen Kanal unter dem zweiten Schwellenwert liegt, der entsprechende Kanal als Kandidat für einen freien Kanal bestimmt wird, und wenn die abgeschätzte grobe Kanalleistung für einen Kanal zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert liegt, der entsprechende Kanal als Kandidat für einen schwachen Kanal bestimmt wird.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des feinen Abtastens das Abschätzen einer feinen Kanalleistung für jeden des einen oder der mehreren Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle basierend auf der zweiten Auflösungsbandbreite und dem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz umfasst.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Signal für einen starken oder schwachen Kandidaten, das in dem Schritt des feinen Abtastens analysiert wurde, die feine Kanalleistung des jeweiligen Signals für einen starken oder schwachen Kandidaten und eine Anzahl von Peaks, die einem Spektrum des entsprechenden Signals für einen starken oder schwachen Kandidaten zugeordnet sind, bewertet werden, um ein Signal eines tatsächlich belegten Kanals oder eines tatsächlich freien Kandidaten zu bestimmen.
Verfahren zum Abfühlen eines Spektrums gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des feinen Abtastens einen Bin-Test für starke Kandidaten für Kandidaten für starke Kanäle, einen Bin-Test für schwache Kandidaten für Kandidaten für schwache Kanäle und einen Bin-Test für freie Kandidaten für Kandidaten für freie Kanäle umfasst und wobei, wenn ein Kandidat für einen starken Kanal nicht durch den Bin-Test für starke Kandidaten als ein tatsächlich belegtes Signal bestimmt wird, der Kandidat für einen starken Kanal weiter dem Bin-Test für schwache Kandidaten unterzogen wird, und wobei, wenn ein Kandidat für einen freien Kanal durch den Bin-Test für freie Kandidaten nicht als ein tatsächlich freies Signal bestimmt wird, der Kandidat für einen freien Kanal weiter dem Bin-Test für schwache Kandidatentest unterzogen wird.
System zum Abfühlen eines Spektrums, welches umfasst: ein Funkfrequenz-(RF = radio frequency) Eingangsspektrum mit einer Mehrzahl von Kanälen; erste Mittel zum Bestimmen eines oder mehrerer Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle aus dem RF-Eingangsspektrum, wobei das erste Mittel einer ersten Auflösungsbandbreite und einem ersten Inkrement einer Wobbelfrequenz zugeordnet ist; und zweite Mittel zum Bestimmen tatsächlich belegter Kanäle und tatsächlich freier Kanäle basierend auf den Kandidaten für starke Kanäle, Kandidaten für schwache Kanäle und Kandidaten für freie Kanäle, wobei das zweite Mittel einer zweiten Auflösungsbandbreite und einem zweiten Inkrement der Wobbelfrequenz zugeordnet ist.