專利名稱：檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在針對(duì)射頻信號(hào)的接收器中檢測(cè)給定頻率范圍的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線電(cognitive radio)是近來(lái)備受關(guān)注的新領(lǐng)域。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，射頻頻譜的某些部分并沒有被最好地利用。部署頻帶而使用的服務(wù)不能使用(如美國(guó)的TV頻率)，或者服務(wù)在地理上非常集中或僅可在一天的特定部分使用。頻譜監(jiān)管機(jī)構(gòu)(regulator)正尋求能夠更有效使用頻譜的更自由的分配策略，g卩，允許不同用戶共享頻譜的機(jī)制。這種探索的首先結(jié)果之一是已經(jīng)在美國(guó)占主導(dǎo)的、2002年2月由FCC提出的超寬頻帶(UWB)。未經(jīng)許可的UWB裝置被允許在嚴(yán)格的發(fā)射功率限制下工作在3到10GHz的頻帶中。
"竊取(steal)"未用頻譜的無(wú)線電裝置必須是智能的，以檢測(cè)頻帶中的活動(dòng)性(activity)，并且在該頻譜被主要用戶(primary user)使用的情況下放棄(backoff)。在歐洲占主導(dǎo)的UWB需要檢測(cè)與回避(DetectAndAvoid，DAA)技術(shù)，即，檢測(cè)任何主要用戶并且回避與該用戶在頻域中的任何交疊。因此，UWB無(wú)線電是針對(duì)商業(yè)應(yīng)用的在用的第一認(rèn)知無(wú)線電。
對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電來(lái)講非常重要的是其檢測(cè)頻帶是否在用的能力。
檢查頻譜占用率的最直接方式是測(cè)量頻帶的能含量(energycontent)。在不存在任何信號(hào)的情況下，將僅測(cè)量到噪聲功率。對(duì)于存在信號(hào)的情況來(lái)說(shuō)，測(cè)得的功率是信號(hào)功率與噪聲功率的疊加。
當(dāng)前工業(yè)方面的研究焦點(diǎn)在于檢測(cè)WiMAX信號(hào)。WiMAX工作在作為分配給UWB的頻譜的一部分的3.5 GHz頻帶內(nèi)。WiMAX基于OFDM信號(hào)并且需要真正高于0 dB的信噪比。對(duì)于WiMAX來(lái)說(shuō)檢測(cè)機(jī)制看起來(lái)是可行的。
然而，像UMTS/WCDMA這樣的高級(jí)系統(tǒng)基于其中信號(hào)可能湮沒 (buried)在噪聲中的擴(kuò)展頻譜。WCDMA接收器與擴(kuò)頻信號(hào)同步化并且與 已知擴(kuò)頻碼相關(guān)聯(lián)。由于解擴(kuò)(de-spreading)，獲得了將信號(hào)提升高于噪聲 基底(noise floor)的處理增益。
應(yīng)當(dāng)明白，對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電來(lái)說(shuō)，難于檢測(cè)湮沒在噪聲中的信號(hào)。 簡(jiǎn)單的功率檢測(cè)是不夠的，因?yàn)槠鋬H示出了噪聲功率而沒有考慮擴(kuò)頻信 號(hào)的存在。為了檢測(cè)擴(kuò)頻信號(hào)，需要解擴(kuò)，這主要是需求一種擴(kuò)展頻譜 接收器。應(yīng)當(dāng)清楚，實(shí)現(xiàn)UWB的低成本應(yīng)用不能負(fù)擔(dān)只用于WCDMA 檢測(cè)的附加WCDMA接收器的成本。
另一缺點(diǎn)是為檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)而造成的延遲。擴(kuò)頻越大，獲取期 間的信噪比就越低，獲取過(guò)程耗時(shí)也就越長(zhǎng)。對(duì)于需要從頻帶向頻帶跳 躍的捷變性(agility)的認(rèn)知無(wú)線電來(lái)說(shuō)，需要快速的檢測(cè)方法。
在 Hill et al: " Techniques for detecting & characterizing covert communication signals" , European Conference on Security and Detection, 28-30, April 1997, Conference Publication No. 437 pp 57-60， IEE中，提到 了在直接序列擴(kuò)展頻譜中，二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制載波的頻譜表現(xiàn) 出了以載波頻率為中心的相位和量值對(duì)稱，并且下邊帶和上邊帶彼此復(fù) 共軛，從而可以利用這個(gè)事實(shí)，通過(guò)使來(lái)自當(dāng)前寬帶信號(hào)的上邊帶和下 邊帶的頻譜分量相關(guān)聯(lián)而批露湮沒在噪聲中的BPSK信號(hào)的存在。在以 相關(guān)中心頻率為中心的窗口上計(jì)算出的相關(guān)函數(shù)的峰值在該相關(guān)中心頻 率等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)的載波頻率時(shí)出現(xiàn)，而對(duì)于該相關(guān)中心頻率的其它 值來(lái)說(shuō)，該窗口上的頻率樣本之間的相關(guān)性較低。然而，這個(gè)過(guò)程計(jì)算 上較密集并且耗時(shí)，由此不適于這里所討論的低成本應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種檢測(cè)給定頻率范圍內(nèi)的擴(kuò)展頻 譜信號(hào)的方法，該方法在被用于低成本認(rèn)知無(wú)線電方面簡(jiǎn)單且足夠快。 根據(jù)本發(fā)明，采用一種在針對(duì)射頻信號(hào)的接收器中檢測(cè)給定頻率范圍內(nèi)的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目的，該方法包括以下步驟接收所述頻率范圍內(nèi)的信號(hào)；針對(duì)所述頻率范圍內(nèi)的測(cè)量頻率，根據(jù)接收到的信號(hào)確定指示信號(hào)；以及將確定的指示信號(hào)用作存在具有與所述測(cè)
量頻率相等的載波頻率的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。
所述目的的實(shí)現(xiàn)在于，所述確定指示信號(hào)的步驟還包括以下步驟-通過(guò)將接收到的信號(hào)與具有所述測(cè)量頻率的本機(jī)生成振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻來(lái)提供同相信號(hào)和正交信號(hào)；對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的至
少一個(gè)進(jìn)行相移以提供兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；生成所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的和信號(hào)和所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)之間的差信號(hào)；將所述和信號(hào)乘以所述差信號(hào)以提供相乘信號(hào)；以及對(duì)所述相乘信號(hào)進(jìn)行低通濾波以提供所述指示信號(hào)。
如同上述Hill等人的論文中所公幵的方法一樣，這種方法利用了以下事實(shí)在射頻載波上調(diào)制的諸如BPSK信號(hào)的真實(shí)信號(hào)表現(xiàn)出了彼此復(fù)共軛的下邊帶和上邊帶。然而，這種已知方法對(duì)于任何測(cè)量頻率來(lái)說(shuō)都必須執(zhí)行計(jì)算上較密集的操作，即，確定低于測(cè)量頻率的頻帶中的頻率分量和高于測(cè)量頻率的頻帶中的頻率分量并使這些頻率分量相關(guān)聯(lián)，與其相對(duì)的是，這里提出的方法僅執(zhí)行幾個(gè)簡(jiǎn)單操作。對(duì)于與其上調(diào)制了擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻率不同的測(cè)量頻率來(lái)說(shuō)，所確定的指示信號(hào)基本上僅包含噪聲。然而，當(dāng)測(cè)量頻率等于其上調(diào)制了擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻譜時(shí)，如如下示出的，和信號(hào)與差信號(hào)都表示高于測(cè)量頻率的頻帶和低于測(cè)量頻率的頻帶(即，彼此復(fù)共軛的上邊帶和下邊帶)中的一個(gè)頻帶中的頻率分量，并且在這種情況下和信號(hào)與差信號(hào)的乘積提供了這樣的信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)行低通濾波后表示該頻率下存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)。
當(dāng)所述相移步驟包括以下步驟時(shí)，獲得了更加簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閮H
需要對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行相移對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的第一信
號(hào)進(jìn)行相移以提供相移信號(hào)，作為所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的一個(gè)；以及將所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的另一信號(hào)用作所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的另一個(gè)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相移步驟包括以下步驟將所述正交信號(hào)相移90度以提供所述相移信號(hào)作為同相信號(hào)。
所述方法還可以包括以下步驟將所述測(cè)量頻率選擇成一個(gè)特定頻 率，該特定頻率是擴(kuò)展頻譜信號(hào)的可能載波頻率；以及將確定的指示信 號(hào)用作在這個(gè)特定頻率處是否存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。這使得能夠檢 測(cè)另一用戶是否已經(jīng)使用了特定頻率。
另選的是，所述方法還可以包括以下步驟在包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)的
多個(gè)可能載波頻率的頻帶上對(duì)所述測(cè)量頻率進(jìn)行掃頻；以及將確定的指
示信號(hào)用作所述頻帶中存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻率的指示。這使得能夠檢 測(cè)頻帶中哪些頻率被使用而哪些未使用，從而認(rèn)知無(wú)線電可以回避已經(jīng) 使用的那些頻率。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還可以包括以下步驟在所述確定步 驟之前按比特率來(lái)提供預(yù)旋轉(zhuǎn)。這樣，所述方法還可以檢測(cè)應(yīng)用偏移
-QPSK或pi/2 BPSK的信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法的步驟是在超寬頻帶接收器中執(zhí)行的。 如上所述，本發(fā)明還涉及一種針對(duì)射頻信號(hào)的接收器，該接收器被 設(shè)置成在給定頻率范圍內(nèi)檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在，所述接收器包括 用于接收所述頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的裝置；用于針對(duì)所述頻率范圍的測(cè)量 頻率，根據(jù)接收到的信號(hào)確定指示信號(hào)的確定電路；以及控制電路，其 被設(shè)置成將確定的指示信號(hào)用作存在具有等于所述測(cè)量頻率的載波頻率 的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。其中，所述確定電路包括混頻器，其被設(shè)置 成通過(guò)將接收到的信號(hào)與具有所述測(cè)量頻率的本機(jī)生成振蕩器信號(hào)進(jìn)行 混頻來(lái)提供同相信號(hào)和正交信號(hào)；相移裝置，其被設(shè)置成對(duì)所述同相信 號(hào)和所述正交信號(hào)中的至少一個(gè)進(jìn)行相移以提供兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；加 法器，其被設(shè)置成生成所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的和信號(hào)和所述兩個(gè)相位 對(duì)準(zhǔn)信號(hào)之間的差信號(hào)；乘法電路，其被設(shè)置成將所述和信號(hào)乘以所述 差信號(hào)以提供相乘信號(hào)；以及低通濾波器，其被設(shè)置成對(duì)所述相乘信號(hào) 進(jìn)行濾波以提供所述指示信號(hào)，因而，實(shí)現(xiàn)了一種可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)擴(kuò)展 頻譜信號(hào)的存在的接收器。
針對(duì)本方法的與上述相對(duì)應(yīng)的實(shí)施方式也適用于這種接收器。


下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中 圖1示出了可以使用本發(fā)明的情況的示例； 圖2示出了檢測(cè)器電路的圖3例示了針對(duì)在RF載波上調(diào)制的BPSK信號(hào)，下頻帶為上頻帶的 復(fù)共軛；
圖4示出了將包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)在內(nèi)的接收信號(hào)與比該擴(kuò)展頻譜信 號(hào)的載波頻率低得多的頻率進(jìn)行混頻的結(jié)果；
圖5示出了將包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)在內(nèi)的接收信號(hào)與比該擴(kuò)展頻譜信 號(hào)的載波頻率略低的頻率進(jìn)行混頻的結(jié)果；
圖6示出了將包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)在內(nèi)的接收信號(hào)與大致等于該擴(kuò)展 頻譜信號(hào)的載波頻率的頻率進(jìn)行混頻的結(jié)果；
圖7示出了檢測(cè)器電路的另選實(shí)施方式的圖；而
圖8示出了用于確定擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了可以使用本發(fā)明的情況的示例。無(wú)線電發(fā)射器1被設(shè)置 成從天線2例如向?qū)?yīng)的接收器3發(fā)射擴(kuò)展頻譜信號(hào)，該接收器3被設(shè) 置成經(jīng)由天線4接收這種信號(hào)。該擴(kuò)展頻譜信號(hào)被調(diào)制在給定頻帶內(nèi)的 給定載波頻率上或多個(gè)載波頻率中的一個(gè)載波頻率上。例如，發(fā)射器1 和接收器3可以分別為UMTS/WCDMA(通用移動(dòng)電話系統(tǒng)/寬帶碼分多 址)移動(dòng)電話系統(tǒng)的基站和移動(dòng)臺(tái)。由于信號(hào)的擴(kuò)展頻譜特征，它們可能 或多或少地湮沒在噪聲中。WCDMA接收器3與擴(kuò)頻信號(hào)同步化并且與 已知擴(kuò)頻碼相關(guān)聯(lián)。由于解擴(kuò)，獲得了將信號(hào)提升高于噪聲基底的處理 增益。這個(gè)系統(tǒng)可以被視為給定載波頻率或給定頻帶的主要用戶。
另一無(wú)線電裝置10被設(shè)計(jì)成在還可以被其它用戶使用的頻率或頻 帶上發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，如在包括發(fā)射器1和接收器3的系統(tǒng)所使用的頻 率或頻帶上發(fā)射無(wú)線電信號(hào)。然而，無(wú)線電裝置10被設(shè)計(jì)成只有在某一
10頻率未被其主要用戶使用時(shí)才使用該頻率。因而，無(wú)線電裝置10是所謂 的認(rèn)知無(wú)線電，例如，其可以是超寬頻帶(UWB)無(wú)線電。
這種"竊取"未用頻譜的無(wú)線電裝置必須是智能的，以檢測(cè)頻帶中 的活動(dòng)性，并且在該頻譜被主要用戶使用的情況下放棄。在歐洲占主導(dǎo)
的UWB需要檢測(cè)與回避(DAA)技術(shù)，即，該裝置必須檢測(cè)任何主要用戶 并且回避與該用戶在頻域中的任何交疊。
因此，除了發(fā)射器11與天線12以外，無(wú)線電裝置10還包括檢測(cè) 器13，其可以檢測(cè)給定頻率是否已經(jīng)被主要用戶使用，或者檢測(cè)某一頻 帶中哪些頻率已被使用而哪些未被使用；以及控制電路24，其可以控制
發(fā)射器ll使用未被主要用戶使用的頻率，或者換句話說(shuō)，不使用已經(jīng)被 主要用戶使用的頻率。
可以根據(jù)要檢測(cè)的信號(hào)類型而按不同方式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器13。檢查頻譜 占用率的最直接方式是測(cè)量頻帶的能含量。在不存在任何信號(hào)的情況下， 僅測(cè)量到噪聲功率。對(duì)于存在信號(hào)的情況來(lái)說(shuō)，測(cè)得的功率是信號(hào)功率 和噪聲功率的疊加。 '
然而，對(duì)于基于擴(kuò)展頻譜的像UMTS/WCDMA那樣的高級(jí)系統(tǒng)而 言，信號(hào)可能會(huì)湮沒在噪聲中，而且應(yīng)當(dāng)明白，對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電來(lái)說(shuō)， 難于檢測(cè)湮沒在噪聲中的信號(hào)。簡(jiǎn)單的功率檢測(cè)是不夠的，因?yàn)槠鋬H示 出了噪聲功率而沒有考慮擴(kuò)頻信號(hào)的存在。
通常來(lái)說(shuō)，擴(kuò)頻信號(hào)需要解擴(kuò)頻以便進(jìn)行檢測(cè)，這實(shí)質(zhì)上需要擴(kuò)展 頻譜接收器。應(yīng)當(dāng)清楚，實(shí)現(xiàn)UWB的低成本應(yīng)用不能負(fù)擔(dān)只用于 WCDMA檢測(cè)的附加WCDMA接收器的成本。
而且，在擴(kuò)展頻譜接收器中，造成了用于檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的延遲。 擴(kuò)頻越大，獲取期間的信噪比就越低，并且獲取過(guò)程的耗時(shí)就越長(zhǎng)。對(duì) 于需要從頻帶向頻帶跳躍的捷變性的認(rèn)知無(wú)線電來(lái)說(shuō)，需要一種快速的 檢測(cè)方法。
圖2示出了可以如何實(shí)現(xiàn)滿足這些需求的檢測(cè)器13的示例。 這個(gè)檢測(cè)器基于以下事實(shí)根據(jù)信號(hào)理論已知的是，調(diào)制在射頻(RP) 載波上的諸如二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)信號(hào)的真實(shí)信號(hào)具有環(huán)繞該載波對(duì)
ii稱的振幅響應(yīng)，而其相位響應(yīng)是反對(duì)稱的。因此，高于該載波的信號(hào)分 量與低于該載波的信號(hào)分量之間存在相關(guān)性。高于該載波和低于該載波 的噪聲并不相關(guān)。可以利用這個(gè)現(xiàn)象來(lái)設(shè)計(jì)一種其中低于RF載波的信號(hào)
頻率分量與高于該RF載波的信號(hào)頻率分量相關(guān)聯(lián)的電路。所使用的電路 與應(yīng)用于鏡像抑制混頻器(image rejection mixer)中的構(gòu)造具有相似之處。 提取上頻帶和下頻帶并將其相乘。如果存在真實(shí)信號(hào)，則乘法器的輸出 處會(huì)出現(xiàn)DC分量。
檢測(cè)器釆用以真實(shí)信號(hào)調(diào)制的RF載波的頻譜中的對(duì)稱特性。真實(shí)信 號(hào)s(t)具有傅里葉變換Sr(co)+jSi(co)，其實(shí)部Sr(co)是對(duì)稱的，即，Sr(。)= S,.(-co);而其虛部Si(co)是反對(duì)稱的，即，Si(co)--Si(-co)。這個(gè)特性導(dǎo)致針
對(duì)振幅響應(yīng)lS(co)l的對(duì)稱行為和針對(duì)相位響應(yīng)cp(①)的反對(duì)稱行為。
當(dāng)BPSK信號(hào)(或任何其它一維信號(hào))是調(diào)制在具有RF頻率Q)e的載
波上時(shí)，該信號(hào)的傅里葉變換具有下頻帶(低于載波頻率O)e的頻率)是上
頻帶的復(fù)共軛的特定性質(zhì)。圖3中對(duì)此進(jìn)行了例示。因此，上頻帶與下
頻帶之間存在清楚的相關(guān)性。在該檢測(cè)器中，下頻帶與上頻帶是關(guān)聯(lián)的， 由此將信號(hào)提升至噪聲以外。信道中的噪聲將不具有這些對(duì)稱性貭因而 不被提升。通過(guò)應(yīng)用上述方法，對(duì)于信號(hào)來(lái)說(shuō)，將發(fā)生頻率分量的相干 累積，而噪聲分量未被同相相加。
圖2所示電路的第一部分類似于鏡像抑制(IR)混頻器。然而，與鏡像 抑制混頻器相反的是，在這種情況下，鏡像為期望分量。作為較低頻帶 的鏡像用來(lái)與上頻帶相關(guān)聯(lián)。為此，將應(yīng)當(dāng)檢查是否存在擴(kuò)展頻譜信號(hào) 的頻率降頻轉(zhuǎn)換成基帶，這類似于零差(零IF)混頻器的功能。
將天線12處接收到的信號(hào)輸入至檢測(cè)器13。在圖2中，這個(gè)信號(hào) 被標(biāo)記為"A"。為了獲得降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)的同相形式和正交形式，將輸入 信號(hào)饋送至兩個(gè)混頻器14和15。在混頻器14中，將輸入信號(hào)與cos(coot)
進(jìn)行混頻以提供降頻轉(zhuǎn)換同相信號(hào)"B" (I分支)，其中，Q)Q是與應(yīng)當(dāng)檢
查是否存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻率相對(duì)應(yīng)的本機(jī)振蕩器16的頻率。類似的 是，在混頻器15中，將輸入信號(hào)與sin(①ot)進(jìn)行混頻以提供降頻轉(zhuǎn)換正交 信號(hào)"C" (Q分支)。為了說(shuō)明這些混頻器的功能，首先在圖4中例示了當(dāng)調(diào)制在載波頻 率COe上的擴(kuò)展頻譜信號(hào)與比該載波頻率CDe低得多的頻率Q)()混頻時(shí)，這 些信號(hào)看上去會(huì)是什么樣子。如圖3中所示，信號(hào)"A"例示了環(huán)繞擴(kuò)展 頻譜信號(hào)的載波頻率COe的上頻帶和下頻帶。在混頻器14和15的每一個(gè) 中，使入向信號(hào)的副本的頻率從載波頻率COe起下移COo的量。從該圖可以 看出，混頻器還將入向信號(hào)的副本的頻率從載波頻率COe起上移CO()的量。 然而，這些上移鏡像不是這里所關(guān)注的。而且，圖4例示了針對(duì)(0的負(fù) 值出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)鏡像集。因?yàn)?br> eiwt + f'加 eiQ;t _ ',<w《
cos(a>t)=- 且sin(<wt)=-
2 2i
所以對(duì)于負(fù)頻率來(lái)說(shuō)將出現(xiàn)降頻轉(zhuǎn)換同相信號(hào)"B"的對(duì)稱鏡像，而針對(duì)
降頻轉(zhuǎn)換正交信號(hào)"C"，對(duì)于負(fù)頻率來(lái)說(shuō)將出現(xiàn)反對(duì)稱鏡像。
類似的是，圖5例示了當(dāng)將頻率coo增加至僅略低于其上調(diào)制有擴(kuò)展 頻譜信號(hào)的載波頻率coj寸，信號(hào)"B"和"C"看上去會(huì)是什么樣子。在 該情況下，環(huán)繞載波頻率&的上頻帶和下頻帶的副本(co的正值和負(fù)值) 被下移至接近但仍不同于基帶的頻率。在圖5中，因?yàn)樯鲜錾弦歧R像在 該圖之外，所以未示出它們。
如果混頻頻率①。，即，本機(jī)振蕩器16的頻率被進(jìn)一步增加至等于擴(kuò)
展頻譜信號(hào)所調(diào)制到的載波頻率C0c:，則將環(huán)繞載波頻率C0e的頻帶的副本
下移至基帶，并且信號(hào)的下移副本的上頻帶和下頻帶(對(duì)應(yīng)于圖3)會(huì)交疊， 如圖6中針對(duì)信號(hào)"B"和"C"所示。應(yīng)注意到，在圖6中，虛線所示 下頻帶被示為具有與上頻帶的尺寸稍微不同的尺寸。這完全出于繪制目 的，以使頻帶可以彼此區(qū)別開。
下面返回至圖2，降頻轉(zhuǎn)換正交信號(hào)"C"被饋送通過(guò)卯度相移器 17。在信號(hào)理論中，這對(duì)應(yīng)于Hilbert變換。結(jié)果，針對(duì)正頻率的分量獲 得了+90度相移，而針對(duì)負(fù)頻率的分量獲得了-90度相移。應(yīng)注意到，由 于進(jìn)行了 90度相移，所以相移器17的輸出信號(hào)"D"此時(shí)為同相信號(hào)。 圖4、 5以及6例示了上述三種情況下的相移信號(hào)"D"。在圖4和5中， 相移信號(hào)"D"中的所示上頻帶和下頻帶的副本類似于同相信號(hào)"B"中
13的情況，而在圖6中，由于環(huán)繞CO二0的頻帶交疊，信號(hào)"d"與信號(hào)"b" 差別很大。
接下來(lái)，將降頻轉(zhuǎn)換同相信號(hào)"b"和降頻轉(zhuǎn)換且相移信號(hào)"d"在 加法器18中相加，并且在加法器19中彼此相減。從圖4和5可以看出，
因?yàn)檎{(diào)制在載波頻率COe上的信號(hào)的上頻帶和下頻帶的相移信號(hào)"d"的
副本類似于同相信號(hào)"b"的情況，所以加法器18的輸出信號(hào)"E"(即， 信號(hào)"b" +信號(hào)"d")將包含相同頻帶，只是振幅翻番，而在加法器19 的輸出信號(hào)"F"(即，信號(hào)"b"-信號(hào)"d")中，這些頻帶將被抵消掉。 然而，從圖6看出，如果混頻頻率coo， g卩，本機(jī)振蕩器16的頻率被 選擇成等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制在的載波頻率叫，則將提取調(diào)制在載波
頻率叫上的信號(hào)的上頻帶和下頻帶，這是因?yàn)?，在加法?8的輸出信號(hào)
"E" (g卩，信號(hào)"b" +信號(hào)"d")中，下頻帶的副本將被抵消掉使得該 信號(hào)包含上頻帶Sp(co)或時(shí)域中的Sp(t)的副本，同時(shí)在加法器19的輸出 信號(hào)"F"(即，信號(hào)"b"畫信號(hào)"d")中，上頻帶的副本將被抵消掉使
得該信號(hào)包含下頻帶Sn((0)或時(shí)域中的S力)的副本。因而，在這種情況下， 上頻譜部分Sp(CO)和下頻譜部分Sn(O))的信號(hào)明確地可獲，并且如從上述
獲知，它們是彼此的復(fù)共軛Sn(-co)=Sp*(co)。
接著，將信號(hào)"E"和"F"在乘法器20中相乘。時(shí)域中的相乘對(duì)應(yīng) 于頻域中的巻積。因此，在圖6的情況下，將混頻頻率coo選擇為等于其
上擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制在的載波頻率COe，將信號(hào)"E"和"F"(即，Sp(t) 和SJt))相乘得到了
(D(Q)= J^(co)A(Q-co)血二化(co)S;(co-Q)血。
在dc下，q=0，這樣就得到了
(D(O) = pX(— = J]，卩* ，
這是信號(hào)的功率。因此，通過(guò)在低通濾波器21中對(duì)乘法器20的輸出進(jìn)
行低通濾波，當(dāng)將混頻頻率CO()選擇成等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制在的載波
頻率coe時(shí)，與擴(kuò)頻信號(hào)的功率成比例的dc項(xiàng)(相關(guān)輸出)保留下來(lái)。對(duì) 于噪聲來(lái)說(shuō)，缺乏復(fù)共軛關(guān)系且dc項(xiàng)為零。對(duì)于圖4和5的情況亦是 如此，g口，存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)，但載波頻率不同于混頻頻率coo。因此可
14以看出，當(dāng)混頻頻率。o被選擇成等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制的載波頻率時(shí) COc出現(xiàn)DC項(xiàng)，而當(dāng)?shù)扔诨祛l頻率COq的載波頻率上沒有調(diào)制擴(kuò)展頻譜信
號(hào)時(shí)不存在DC項(xiàng)。因而，實(shí)現(xiàn)了對(duì)存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示，而不需
要明確的解擴(kuò)。
輸出中反映了初始信號(hào)中的任何固定的相位旋轉(zhuǎn)cp(即，如果僅考慮 輸出的實(shí)部，則觀察到cos(2cp)關(guān)系)。因此，在低通濾波之后，有利的是，
考慮復(fù)域下的輸出信號(hào)。
而且，如果本機(jī)振蕩器頻率COo與載波頻率CDe相差A(yù)CO，則針對(duì)ACO
會(huì)出現(xiàn)相關(guān)輸出而在DC出并未出現(xiàn)。低通濾波器21應(yīng)當(dāng)適應(yīng)這種相移。 通常來(lái)說(shuō)，擴(kuò)展頻譜信號(hào)(如WCDMA)在頻譜上具有固定的載波分配，這 樣，檢測(cè)器會(huì)非常清楚可以將信號(hào)放置在哪里。不必非常準(zhǔn)確地知道RF 載波頻率。
因而，圖2的電路可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)給定頻率上是否存在擴(kuò)展頻譜信 號(hào)，或者換句話說(shuō)，這個(gè)頻率是否已經(jīng)被另一用戶使用。將振蕩器16調(diào) 諧至這個(gè)頻率，于是低通濾波器的輸出便直接表示了這個(gè)頻率上是否存 在擴(kuò)展頻譜信號(hào)。還可以通過(guò)在某一頻帶上對(duì)本機(jī)振蕩器頻率COo進(jìn)行掃 頻，而在該頻帶上掃描被湮沒的擴(kuò)展頻譜信號(hào)。接著，針對(duì)擴(kuò)展頻譜信 號(hào)所調(diào)制在的每一個(gè)頻率，在低通濾波器21的輸出信號(hào)中出現(xiàn)峰值，控 制電路24隨后可以使用這個(gè)信號(hào)來(lái)控制發(fā)射器11回避這些頻率。
如上所述，上頻帶與下頻帶之間的共軛關(guān)系對(duì)于一維信號(hào)(真實(shí)信號(hào) 或以固定相位旋轉(zhuǎn)的信號(hào))是成立的。許多擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)應(yīng)用了復(fù)合調(diào)制 (針對(duì)I和Q)。然而，導(dǎo)頻和/或同步信道使用一維調(diào)制。例如，在WCDMA 中，主要同步信道(P-SCH)是一維信號(hào)，因?yàn)镮分支和Q分支上的擴(kuò)頻碼 是相同的。為了該系統(tǒng)能夠運(yùn)行，要檢測(cè)的信號(hào)需要是一維的(可以應(yīng)對(duì) 固定相位旋轉(zhuǎn))。假若在檢測(cè)之前應(yīng)用了按比特率的預(yù)旋轉(zhuǎn)，那么還可以 檢測(cè)應(yīng)用了偏移-QPSK或pi/2 BPSK的信號(hào)。因?yàn)榻邮掌魑幢绘i定至擴(kuò) 頻信號(hào)，所以僅可以采取粗略的比特率。這將導(dǎo)致檢測(cè)器的輸出處的拍 步頁(yè)(beat frequency)。
因而，本發(fā)明提供了一種不需要解擴(kuò)的擴(kuò)展頻譜信號(hào)簡(jiǎn)單檢測(cè)。因此不需要獲取時(shí)間較長(zhǎng)的復(fù)雜接收器?？梢詷?gòu)建可準(zhǔn)確地檢測(cè)擴(kuò)頻信號(hào)
的存在的低成本認(rèn)知無(wú)線電(包括工作在3-10 GHz頻帶中的UWB無(wú)線電)。
在圖2的電路中，降頻轉(zhuǎn)換正交信號(hào)"C"被相移成同相信號(hào)，接著 對(duì)同相信號(hào)執(zhí)行以下信號(hào)處理。應(yīng)注意到，相反的是，可以將降頻轉(zhuǎn)換 同相信號(hào)"B"相移成正交信號(hào)，接著對(duì)正交信號(hào)執(zhí)行以下信號(hào)處理。更 一般地可以這么說(shuō)，為了能夠?qū)蓚€(gè)混頻器14和15所輸出的信號(hào)進(jìn)行 相加和相減，這些信號(hào)需要在復(fù)域相位對(duì)準(zhǔn)。如上所述，這例如可以通 過(guò)將正交信號(hào)"C"旋轉(zhuǎn)90度以將其映射至同相信號(hào)"B"或者通過(guò)將同 相信號(hào)"B"旋轉(zhuǎn)90度以將其映射至正交信號(hào)"C"來(lái)完成。將信號(hào)旋轉(zhuǎn) +90度還是旋轉(zhuǎn)-90度沒有本質(zhì)上的差別，而僅僅是改變符號(hào)的問題。而 且，因?yàn)椴盍?0度的信號(hào)"B"和"C"僅需要對(duì)準(zhǔn)，所以還可以將它們 中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)+45度而將另一個(gè)旋轉(zhuǎn)-45度，或者更一般地，將它們中的 一個(gè)旋轉(zhuǎn)X度，而將另一個(gè)旋轉(zhuǎn)X-90度(或X+90度)，使得它們的相位 旋轉(zhuǎn)差了+90度或-90度。例如，圖7示出了除信號(hào)"B"和"C"的相移 以外，其余部分都與圖2類似的電路。在這個(gè)電路中，將同相信號(hào)"B" 在相移器28中相移了-45度，以提供第一相移信號(hào)"D,，而將正交信號(hào) "C"在相移器27中相移了+45度，以提供第二相移信號(hào)"D2"。接著如 針對(duì)圖2所述，在加法器18和19中將這些相移信號(hào)進(jìn)行相加和相減。 然而，應(yīng)注意到，將信號(hào)中的一個(gè)相移90度實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單，因?yàn)閮H需 要一個(gè)相移器。
圖8示出了流程圖100，該流程圖例示了如何利用圖2的檢測(cè)器電 路來(lái)實(shí)現(xiàn)確定給定載波頻率上的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在的方法的示例。在 步驟101中，在天線12處接收到信號(hào)"A"，接著分別通過(guò)將接收到的信 號(hào)與cos(co。t)和sin(co。t)混頻而在步驟102和103中將這個(gè)信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換成 同相信號(hào)"B"和正交信號(hào)"C"，其中，0)。是與應(yīng)當(dāng)檢查擴(kuò)展頻譜信號(hào) 的存在的頻率相對(duì)應(yīng)的、本機(jī)振蕩器16的頻率。接著在步驟104中，將 降頻轉(zhuǎn)換正交信號(hào)"C"相移90度，以獲得如上面結(jié)合圖2所述的相移(此 時(shí)為同相)信號(hào)"D"。如上所述，還可以以不同方式來(lái)執(zhí)行信號(hào)"B"和"C"中的一個(gè)或兩個(gè)的相移，只要這些信號(hào)在復(fù)域中相位對(duì)準(zhǔn)即可。
在步驟105中，將降頻轉(zhuǎn)換同相信號(hào)"B"和降頻轉(zhuǎn)換且相移的信號(hào)
"D"在加法器18中相加以獲得和信號(hào)"E"，類似的是，在步驟106中， 將這兩個(gè)信號(hào)在加法器19中彼此相減，以獲得差信號(hào)"F"。如上所述，
如果本機(jī)振蕩器頻率COo等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制在的載波頻率COe，則和
信號(hào)"E"將提供調(diào)制擴(kuò)展頻譜信號(hào)的上頻帶的基帶形式，而差信號(hào)"F"
對(duì)應(yīng)地將提供調(diào)制擴(kuò)展頻譜信號(hào)的下頻帶的基帶形式。如果本機(jī)振蕩器
頻率CO()不等于這種載波頻率，就不是這種情況。因而，上頻帶和下頻帶 僅在CO()等于這種載波頻率時(shí)才被提取。
在步驟107中，信號(hào)"E"和"F"接著在乘法器20中相乘，然后在 步驟108中對(duì)相乘的結(jié)果進(jìn)行低通濾波。如上所述，時(shí)域中的相乘對(duì)應(yīng)
于頻域中的巻積。因此，當(dāng)混頻頻率(O()等于擴(kuò)展頻譜信號(hào)所調(diào)制在的載
波頻率C0e時(shí)，即，當(dāng)信號(hào)"E"和"F"表示調(diào)制擴(kuò)展頻譜信號(hào)的上頻帶 和下頻帶時(shí)，因?yàn)檎{(diào)制擴(kuò)展頻譜信號(hào)的上頻帶與下頻帶之間的復(fù)共軛關(guān) 系，低通濾波器21的輸出處將出現(xiàn)DC值。對(duì)于其它頻率來(lái)說(shuō)，信號(hào)"E" 和"F"并不關(guān)聯(lián)，并且除了特定噪聲電平之外，低通濾波器的輸出處沒 有出現(xiàn)任何信號(hào)。因而，如果在低通濾波器的輸出處測(cè)量到了DC信號(hào)， 則表示對(duì)應(yīng)頻率上存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)，或者換句話說(shuō)，這個(gè)頻率已經(jīng)被 另一用戶占用。因此，在步驟109中，將這個(gè)信號(hào)用作存在擴(kuò)展頻譜信 號(hào)的指示符，并且可以將該信號(hào)供應(yīng)至控制電路24，控制電路24隨后指 令發(fā)射器11回避己經(jīng)被另一用戶使用的頻率。
盡管已經(jīng)描述并示出了本發(fā)明的不同實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于此， 而是還可以在下列權(quán)利要求書中所限定的主旨的范圍內(nèi)，按其它方式具 體實(shí)施。
權(quán)利要求
1、一種在針對(duì)射頻信號(hào)的接收器(10)中在給定頻率范圍內(nèi)檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在的方法，該方法包括以下步驟·接收(101)所述頻率范圍的信號(hào)；·針對(duì)所述頻率范圍內(nèi)的測(cè)量頻率(ω0)，根據(jù)接收到的信號(hào)確定指示信號(hào)；以及·將所確定的指示信號(hào)用作(109)存在具有與所述測(cè)量頻率(ω0)相等的載波頻率(ωc)的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示，其特征在于，確定指示信號(hào)的步驟還包括以下步驟·通過(guò)將接收到的信號(hào)與具有所述測(cè)量頻率(ω0)的本機(jī)生成振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻來(lái)提供(102、103)同相信號(hào)(B)和正交信號(hào)(C)；·對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的至少一個(gè)進(jìn)行相移(104)以提供兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)(B、D；D1、D2)；·生成(105、106)所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的和信號(hào)(E)和所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)之間的差信號(hào)(F)；·將所述和信號(hào)乘以(107)所述差信號(hào)以提供相乘信號(hào)；以及·對(duì)所述相乘信號(hào)進(jìn)行低通濾波(108)，以提供所述指示信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相移步驟(104)包括以下步驟 對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的第一信號(hào)進(jìn)行相移以提供相 移信號(hào)(D)，作為所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的一個(gè)；和 將所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的另一信號(hào)用作所述兩個(gè)相位 對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的另一個(gè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，相移步驟(104)包括以下步驟使所述正交信號(hào)(C)相移90度以提供所述相移信號(hào)(D)作為同相信5。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟 將所述測(cè)量頻率(①())選擇成一個(gè)特定頻率，該特定頻率是擴(kuò)展頻譜信號(hào)的可能載波頻率，以及 將所確定的指示信號(hào)用作在這個(gè)特定頻率處是否存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法 還包括以下步驟 在包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)的多個(gè)可能載波頻率的頻帶上對(duì)所述測(cè)量頻率(C0c)進(jìn)行掃頻；以及 將所確定的指示信號(hào)用作所述頻帶中存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻率的指示。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟在確定步驟之前按比特率提供預(yù)旋轉(zhuǎn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法的步驟是在超寬頻帶接收器中執(zhí)行的。
8、 一種針對(duì)射頻信號(hào)的接收器(IO)，該接收器被設(shè)置成在給定頻率范圍內(nèi)檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在，該接收器包括 用于接收所述頻率范圍的信號(hào)的裝置(12);'確定電路(13)，其用于針對(duì)所述頻率范圍內(nèi)的測(cè)量頻率(Q)o)，根據(jù)接收到的信號(hào)確定指示信號(hào)；以及 控制電路(24)，其被設(shè)置成將所確定的指示信號(hào)用作存在具有與所述測(cè)量頻率(CO())相等的載波頻率(COe)的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示， 其特征在于，所述確定電路(13)包括*混頻器(14、 15)，其被設(shè)置成通過(guò)將接收到的信號(hào)與具有所述測(cè) 量頻率(CO())的本機(jī)生成振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻來(lái)提供同相信號(hào)(B)和 正交信號(hào)(C); 相移裝置(17; 27、 28)，其被設(shè)置成對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交 信號(hào)中的至少一個(gè)進(jìn)行相移以提供兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)(B、 D; D,、D2);-加法器(18、 19)，其被設(shè)置成生成所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的和衛(wèi) 號(hào)(E)和所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)之間的差信號(hào)(F): 乘法電路(20)，其被設(shè)置成將所述和信號(hào)乘以所述差信號(hào)以提供 相乘信號(hào)；以及 低通濾波器(21)，其被設(shè)置成對(duì)所述相乘信號(hào)進(jìn)行濾波以提供所 述指示信號(hào)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收器，其特征在于，所述相移裝置被設(shè)置成 在相移器(17)中對(duì)所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的第一信號(hào)進(jìn) 行相移以提供相移信號(hào)(D)，作為所述兩個(gè)相位對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的一 個(gè)；以及 將所述同相信號(hào)和所述正交信號(hào)中的另一信號(hào)用作所述兩個(gè)相位 對(duì)準(zhǔn)信號(hào)中的另一個(gè)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的接收器，其特征在于，所述相移器(17) 被設(shè)置成使所述正交信號(hào)(C)相移90度以提供所述相移信號(hào)(D)作為同相信號(hào)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的接收器，其特征在于，該接收器還被設(shè)置成 將所述測(cè)量頻率(COQ)選擇成一個(gè)特定頻率，該特定頻率是擴(kuò)展頻譜信號(hào)的可能載波頻率；以及 將所確定的指示信號(hào)用作在這個(gè)特定頻率處是否存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的接收器，其特征在于，該接收器還被設(shè)置成 在包括擴(kuò)展頻譜信號(hào)的多個(gè)可能載波頻率的頻帶上對(duì)所述測(cè)量頻率(CO。)進(jìn)行掃頻；以及 將所確定的指示信號(hào)用作所述頻帶中存在擴(kuò)展頻譜信號(hào)的頻率的指示。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8到12中任一項(xiàng)所述的接收器，其特征在于，該接收器還被設(shè)置成在確定步驟之前按比特率提供預(yù)旋轉(zhuǎn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8到13中任一項(xiàng)所述的接收器，其特征在于，該 接收器是超寬頻帶接收器。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在。在接收器(10)中通過(guò)以下步驟來(lái)檢測(cè)給定頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在接收信號(hào)；針對(duì)測(cè)量頻率(ω₀)確定指示信號(hào)；以及將該指示信號(hào)用作存在具有與所述測(cè)量頻率(ω₀)相等的載波頻率(ω_c)的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的指示。通過(guò)將接收到的信號(hào)與具有所述測(cè)量頻率(ω₀)的振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻來(lái)提供同相信號(hào)(B)和正交信號(hào)(C)；對(duì)這些信號(hào)中的至少一個(gè)進(jìn)行相移；生成和信號(hào)(E)跟差信號(hào)(F)以及將該和信號(hào)乘以該差信號(hào)并進(jìn)行低通濾波。這樣，就提供了一種在給定頻率范圍內(nèi)檢測(cè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的存在的方法和電路，其在被用于低成本認(rèn)知無(wú)線電方面較簡(jiǎn)單且足夠快。
文檔編號(hào)H04B1/69GK101689881SQ200880022627
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
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