專(zhuān)利名稱(chēng)：使用偽噪聲幀首標(biāo)的數(shù)字多媒體廣播-地面系統(tǒng)頻譜感測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，并且更具體地涉及例如地面廣播、蜂窩、無(wú)線(xiàn)保真度(Wi-Fi)、衛(wèi)星等等的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)組中，正在研究無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)(WRAN)系統(tǒng)。WRAN系統(tǒng)意圖在不干擾的基礎(chǔ)上使用電視(TV)頻譜中未被使用的TV廣播信道，以便作為主要目標(biāo)向農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)以及低人口密度的服務(wù)水平低下的市場(chǎng)提供與服務(wù)城市和郊區(qū)區(qū)域的寬帶接入技術(shù)的性能水平相似的性能水平。另外，WRAN系統(tǒng)還能夠擴(kuò)展來(lái)服務(wù)其中頻譜可用的人口密集區(qū)域。由于WRAN系統(tǒng)的一個(gè)目標(biāo)是不與TV廣播干擾，因此關(guān)鍵例程是魯棒地并精確地感測(cè)在由WRAN服務(wù)的區(qū)域(WRAN區(qū)域)中存在的經(jīng)許可的TV信號(hào)。
在美國(guó)，TV頻譜目前包括與NTSC(國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))廣播信號(hào)并存的ATSC(高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì))廣播信號(hào)。ATSC廣播信號(hào)也被稱(chēng)為數(shù)字TV(DTV)信號(hào)。目前，NTSC傳輸將在2009年停止，并且到那時(shí)TV頻譜將只包括ATSC廣播信號(hào)。然而，在世界上的一些地區(qū)，取代基于ATSC的傳輸，可以使用基于DVB(數(shù)字視頻廣播)的傳輸。例如，可以使用DVB-T(地面)(例如，參見(jiàn)ETSI EN 300 744 V1.4.1(2001-01)，Digital videobroadcasting(DVB)；Framing structure，channel coding and modulation fordigital terrestrial television)來(lái)傳輸DTV信號(hào)。DVB-T使用多載波傳輸形式，即，DVB-T是基于OFDM(正交頻分復(fù)用)的。
除了DVB-T之外，在中國(guó)由NSPRC數(shù)字多媒體廣播-地面(DMB-T)標(biāo)準(zhǔn)(“Framing Structure，Channel Coding and Modulation for Digital TeleVisionTerrestrial Broadcasting System(數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的成幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制)”，NSPRC，2007年8月)規(guī)定DTV信號(hào)。在DMB-T系統(tǒng)中，采用時(shí)域同步OFDM(TDS-OFDM)技術(shù)。
如上所述，由于WRAN系統(tǒng)的一個(gè)目標(biāo)是不與在特定WRAN區(qū)域中存在的那些TV信號(hào)干擾，因此在WRAN系統(tǒng)中，重要的是能夠在非常低的信噪比(SNR)環(huán)境中檢測(cè)到DMB-T廣播(經(jīng)許可的信號(hào))。


發(fā)明內(nèi)容
DMB-T信號(hào)包括信號(hào)幀。信號(hào)幀包括幀首標(biāo)和幀主體。在DMB-T標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種幀首標(biāo)模式(模式)，并且每種模式的結(jié)構(gòu)不同。不同模式的幀首標(biāo)包括偽噪聲(PN)序列，其被作為保護(hù)間隔、而不是如在諸如上述的DVB-T之類(lèi)的典型OFDM傳輸中發(fā)現(xiàn)的循壞前綴(cyclic prefix)而插入的。盡管不同模式有不同結(jié)構(gòu)，并且依據(jù)本發(fā)明原理，接收機(jī)通過(guò)選擇多個(gè)信道之一、并且在所選擇的信道上搜索信號(hào)來(lái)執(zhí)行對(duì)于區(qū)域中可能的DMB-T信號(hào)的頻譜感測(cè)，所述信號(hào)是依據(jù)多個(gè)幀結(jié)構(gòu)之一被格式化的，每個(gè)幀結(jié)構(gòu)具有不同的幀首標(biāo)模式，所述幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列和含有數(shù)據(jù)的幀主體；其中，搜索步驟搜索每個(gè)幀首標(biāo)模式中的偽噪聲序列以便確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，接收機(jī)是無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)(WRAN)端點(diǎn)，接收機(jī)所搜索的信號(hào)的類(lèi)型是具有至少三個(gè)不同幀結(jié)構(gòu)的DMB-T信號(hào)。
考慮以上內(nèi)容，并且如通過(guò)閱讀詳細(xì)描述將明顯的，其他實(shí)施例和特征也是可能的，并且也落在本發(fā)明的原理之內(nèi)。



圖1和圖2示出了DMB-T幀和DMB-T幀首標(biāo)； 圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的原理的示例WRAN系統(tǒng)； 圖4-9示出了依據(jù)本發(fā)明的原理的、用于圖3的WRAN系統(tǒng)的示例流程圖；以及 圖10-14示出了這里描述的各種方法的頻譜感測(cè)性能曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施例方式 除了本發(fā)明構(gòu)思之外，圖中所示的元件是眾所周知的并且將不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。另外，假設(shè)熟悉電視廣播、接收機(jī)和視頻編碼，并且在這里不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。例如，除了本發(fā)明構(gòu)思之外，假設(shè)熟悉對(duì)于TV標(biāo)準(zhǔn)的目前和所提出的推薦，諸如NTSC(國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))、PAL(逐行倒相)、SECAM(順序傳輸與存儲(chǔ)彩色電視系統(tǒng))、ATSC(高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì))、中國(guó)數(shù)字電視系統(tǒng)(GB)20600-2006，以及聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，諸如IEEE 802.16，802.11h等?？梢栽诶鏓TSI EN 300 744 V1.4.1(2001-01)，Digital videobroadcasting(DVB)；Framing structure，channel coding and modulation fordigital terrestrial television中找到關(guān)于DVB-T廣播信號(hào)的進(jìn)一步信息。同樣，除了本發(fā)明構(gòu)思之外，假設(shè)熟悉諸如8級(jí)殘留邊帶(8-VSB)、正交幅度調(diào)制(QAM)、正交頻分復(fù)用(OFDM)或編碼的OFDM(COFDM)或者離散多音調(diào)(DMT)之類(lèi)的傳輸概念，以及諸如射頻(RF)前端之類(lèi)的接收機(jī)組件、或者諸如低噪聲塊、調(diào)諧器、解調(diào)器、相關(guān)器、泄漏積分器和矩形脈沖發(fā)生器(squarer)的之類(lèi)的接收器部分。類(lèi)似地，除了本發(fā)明構(gòu)思之外，用于生成傳輸比特流的格式化和編碼方法(諸如運(yùn)動(dòng)畫(huà)面專(zhuān)家組(MPEG)-2系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 13818-1))是眾所周知的，并且在此不對(duì)其進(jìn)行描述。還應(yīng)當(dāng)注意使用傳統(tǒng)編程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思，同樣，在此將不對(duì)其進(jìn)行描述。最后，在附圖中，類(lèi)似標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)類(lèi)似元素。
在目前提出的中國(guó)數(shù)字電視系統(tǒng)中，NSPRC數(shù)字多媒體廣播-地面(DMB-T)標(biāo)準(zhǔn)(“Framing Structure，Channel Coding and Modulation for DigitalTelevision Terrestrial Broadcasting System(數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的成幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制)”NSPRC，2007年8月)規(guī)定了支持單載波(SC)調(diào)制模式和正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制模式的接收機(jī)。在DMB-T系統(tǒng)中，采用時(shí)域同步OFDM(TDS-OFDM)技術(shù)。DMB-T信號(hào)包括分級(jí)的幀結(jié)構(gòu)，其中信號(hào)幀提供基本的構(gòu)造塊。圖1中示出了信號(hào)幀10。信號(hào)幀10包括幀首標(biāo)11和幀主體12。幀首標(biāo)11具有不同長(zhǎng)度的三個(gè)幀首標(biāo)模式。如可以從圖1觀察到的，這些長(zhǎng)度是420、595或945個(gè)碼元。幀主體12傳送3780個(gè)碼元，其中36個(gè)碼元是系統(tǒng)信息，3744個(gè)碼元是數(shù)據(jù)。幀首標(biāo)包括充當(dāng)導(dǎo)頻信號(hào)的偽噪聲(PN)序列，該偽噪聲(PN)序列也被用作保護(hù)間隔、而不用作如在諸如上述DVB-T的典型OFDM傳輸中發(fā)現(xiàn)的循環(huán)前綴。
圖2中示出了三個(gè)不同幀首標(biāo)模式。幀首標(biāo)模式1(11-1)包括前同步部分(21)、PN 255序列部分(22)和后同步部分(23)。前(21)和后(23)同步是PN 255序列(22)的循環(huán)擴(kuò)展。前同步的長(zhǎng)度是82個(gè)碼元，后同步的長(zhǎng)度是83個(gè)碼元。對(duì)于幀首標(biāo)模式1，一組225個(gè)信號(hào)幀形成超幀(未示出)，并且這225個(gè)幀使用由同一8階線(xiàn)性移位寄存器生成但是具有不同初始相位的PN序列。幀首標(biāo)模式2(11-2)包括PN 595序列，其是從10階最大長(zhǎng)度序列截?cái)嗟?。例如，幀首?biāo)模式2(11-2)由來(lái)自長(zhǎng)度為1023的PN序列的前595個(gè)碼元組成。對(duì)于幀首標(biāo)模式2，一組216個(gè)信號(hào)幀形成超幀。與幀首標(biāo)模式1不同，所有的幀首標(biāo)包括相同的PN 595序列。最后，幀首標(biāo)模式3(11-3)類(lèi)似于幀首標(biāo)模式1(11-1)的結(jié)構(gòu)。幀首標(biāo)模式3包括前同步(41)、PN 511序列(42)和后同步(43)。前(41)和后(43)同步是PN511序列(42)的循環(huán)擴(kuò)展。前同步的長(zhǎng)度是217個(gè)碼元，后同步的長(zhǎng)度是217個(gè)碼元。對(duì)于幀首標(biāo)模式3，一組200個(gè)信號(hào)幀形成超幀，并且這200個(gè)幀使用由同一9階線(xiàn)性移位寄存器生成的、具有不同初始相位的PN序列。
如前面注意的，WRAN系統(tǒng)使用頻譜中未被使用的廣播信道。在這點(diǎn)上，WRAN系統(tǒng)執(zhí)行信道感測(cè)或頻譜感測(cè)，以便確定這些廣播信道中的哪些在WRAN區(qū)域中是實(shí)際有效的(或“在職的”)，從而確定實(shí)際可由WRAN系統(tǒng)使用的頻譜部分。在該示例中，假設(shè)每個(gè)廣播信道可以與對(duì)應(yīng)的DMB-T廣播信號(hào)相關(guān)聯(lián)。盡管DMB-T信號(hào)可以依據(jù)多個(gè)幀首標(biāo)模式中的任何一個(gè)幀首標(biāo)模式傳輸，但是我們已經(jīng)觀察到，通過(guò)搜索在DMB-T信號(hào)的幀首標(biāo)中嵌入的PN序列，仍可以有效地檢測(cè)DMB-T信號(hào)的存在。具體地，并且依據(jù)本發(fā)明原理，接收機(jī)通過(guò)選擇多個(gè)信道之一、并且在所選擇的信道上搜索信號(hào)來(lái)執(zhí)行對(duì)于該區(qū)域中可能的DMB-T信號(hào)的頻譜感測(cè)，所述信號(hào)是依據(jù)多個(gè)幀結(jié)構(gòu)之一被格式化的，并且每個(gè)幀結(jié)構(gòu)具有不同的幀首標(biāo)模式，所述幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列和含有數(shù)據(jù)的幀主體；其中，搜索步驟在每個(gè)幀首標(biāo)模式中搜索偽噪聲序列，以便確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖3，示出了并入本發(fā)明原理的示例無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)(WRAN)系統(tǒng)100。WRAN系統(tǒng)100服務(wù)地理區(qū)域(WRAN區(qū)域)(圖3中未示出)。通常，WRAN系統(tǒng)包括至少一個(gè)基站(BS)105，其與一個(gè)或多個(gè)客戶(hù)端設(shè)備(customer premise equipment，CPE)150通信。后者可以是固定的。CPE 150和BS 105都表示無(wú)線(xiàn)端點(diǎn)。CPE 150是基于處理器的系統(tǒng)，并且包括一個(gè)或多個(gè)如由在圖3中以虛線(xiàn)框的形式示出的處理器190和存儲(chǔ)器195所表示的處理器和關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器。在該背景下，計(jì)算機(jī)程序或軟件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器195中以由處理器190執(zhí)行。后者表示一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)程序控制處理器，并且這些處理器不必專(zhuān)用于收發(fā)機(jī)功能，例如處理器190還可以控制CPE 150的其他功能。存儲(chǔ)器195表示任何存儲(chǔ)設(shè)備，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)等；可以在CPE 150內(nèi)部和/或外部；并且根據(jù)需要是易失性的和/或非易失性的。經(jīng)由天線(xiàn)110和155進(jìn)行的BS 105和CPE 150之間的通信的物理層示例性地經(jīng)由收發(fā)機(jī)185基于OFDM，并且由箭頭111表示。為了進(jìn)入WRAN網(wǎng)絡(luò)，CPE 150首先嘗試與BS 105“關(guān)聯(lián)”。在該嘗試期間，CPE 150經(jīng)由收發(fā)機(jī)185經(jīng)由控制信道(未示出)向BS 105傳送關(guān)于CPE 150的能力(capability)的信息。所報(bào)告的能力包括例如最小和最大傳輸功率、以及用于傳送和接收的所支持的或可用的信道列表。在這點(diǎn)上，CPE 150執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明原理的信道感測(cè)或頻譜感測(cè)，以便確定WRAN區(qū)域中哪些TV信道無(wú)效。作為結(jié)果的用于WRAN通信的可用信道列表然后被提供給BS105。后者使用上述所報(bào)告的信息來(lái)決定是否允許CPE 150與BS 105關(guān)聯(lián)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，示出了依據(jù)本發(fā)明原理的用于執(zhí)行信道感測(cè)的示例流程圖。圖4的流程圖可以由CPE 150在全部信道上或者僅在CPE 150已經(jīng)為可能使用所選擇的那些信道上執(zhí)行。優(yōu)選地，為了檢測(cè)信道中的在職信號(hào)(incumbent signal)，CPE 150應(yīng)在檢測(cè)周期期間停止那個(gè)信道中的傳輸。在這點(diǎn)上，BS 105可以通過(guò)向CPE 150發(fā)送控制消息(未示出)來(lái)安排靜默時(shí)間間隔(quiet interval)。在步驟205中，CPE 150(例如，經(jīng)由圖3的收發(fā)機(jī)185)選擇信道。在該示例中，假設(shè)信道是在WRAN區(qū)域中存在的多個(gè)廣播信道之一。在步驟210中，CPE 150掃描所選擇的信道以便檢查在職信號(hào)的存在。具體地，CPE 150通過(guò)搜索在可能的DMB-T信號(hào)的幀首標(biāo)中嵌入的PN序列來(lái)確定所接收的信號(hào)是否是一種類(lèi)型的信號(hào)(例如，DMB-T信號(hào))(在下面描述)。如果沒(méi)有檢測(cè)到在職信號(hào)，則在步驟215中，CPE 150在可用信道列表(也被稱(chēng)為頻率使用圖(frequency usage map))上將所選擇的信道指示為可由WRAN系統(tǒng)使用。然而，如果檢測(cè)到在職信號(hào)，則在步驟220中，CPE 150將所選擇的信道標(biāo)記為不可由WRAN系統(tǒng)使用。如這里所使用的，頻率使用圖簡(jiǎn)單地是在例如圖3的存儲(chǔ)器195中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將一個(gè)或多個(gè)信道或者一個(gè)或多個(gè)信道的部分標(biāo)識(shí)為可由或不可由圖3的WRAN系統(tǒng)使用。應(yīng)注意，將信道標(biāo)記為可用或不可用可以以多種方式進(jìn)行。例如，可用信道列表可以?xún)H僅列出那些可用信道，由此有效地將其他信道指示為不可用。類(lèi)似地，可用信道列表可以?xún)H僅指示那些不可用信道，由此有效地將其他信道指示為可用。
在通過(guò)搜索在幀首標(biāo)中嵌入的PN序列來(lái)執(zhí)行頻譜感測(cè)方面，首先描述幀首標(biāo)模式2。對(duì)于幀首標(biāo)模式2，所有幀首標(biāo)包含相同的PN 595序列。這樣，由于如之前注意到的，PN 595序列僅僅是整個(gè)PN序列的一部分，因此難以使用任何與PN序列相關(guān)的特性來(lái)執(zhí)行頻譜感測(cè)。結(jié)果，將兩個(gè)連續(xù)接收到的幀首標(biāo)中的PN 595的相關(guān)(correlation)用作執(zhí)行幀首標(biāo)模式2的頻譜感測(cè)的基本途徑。這在此被稱(chēng)為PN相關(guān)(PNC)方法。令 r[n]＝y(tǒng)[n]+ω[n]；(1) 其中，r[n]是不同的樣本索引n處的所接收的信號(hào)的樣本，y[n]是所傳輸?shù)男盘?hào)，ω[n]是加性高斯白噪聲(AWGN)。假設(shè)ω[n]是具有零均值和σω2的方差的復(fù)數(shù)圓對(duì)稱(chēng)高斯隨機(jī)變量。由于每個(gè)幀首標(biāo)包含相同的PN 595序列，因此可以預(yù)期兩個(gè)連續(xù)的幀首標(biāo)的相關(guān)將生成峰值幅度。遵循該途徑，對(duì)于幀首標(biāo)模式2的PNC方法定義以下判定統(tǒng)計(jì)量 其中 參數(shù)M2＝N+L2是幀首標(biāo)模式2的信號(hào)幀的長(zhǎng)度，其中L2是幀首標(biāo)的尺寸(595個(gè)碼元)，N是幀主體的尺寸(3780個(gè)碼元)；S2是被用來(lái)執(zhí)行頻譜感測(cè)的信號(hào)幀的數(shù)目。
應(yīng)注意到，在公式(2)中，由于缺少定時(shí)信息，因此嘗試M2個(gè)可能的初始幀采樣實(shí)例。所有嘗試中的最大幅度被用作判定統(tǒng)計(jì)量。公式(2)中定義的檢測(cè)器與具有理想(perfect)定時(shí)信息的檢測(cè)器相比是次優(yōu)的。然而，由具有理想定時(shí)信息的檢測(cè)器的性能來(lái)界定操作公式(2)中定義的檢測(cè)器的性能。這樣，這可以被用來(lái)導(dǎo)出關(guān)于這里描述的所有檢測(cè)器的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界。
在繼續(xù)描述依據(jù)本發(fā)明原理檢測(cè)其他幀首標(biāo)模式之前，現(xiàn)在提供錯(cuò)誤檢測(cè)概率的一般描述和導(dǎo)出。具體地，令t(n0)是使用n0作為初始幀樣本時(shí)間實(shí)例的檢測(cè)器的判定統(tǒng)計(jì)量，并且假設(shè)t(n0)是復(fù)數(shù)隨機(jī)變量。令

其中

是正確的初始幀樣本時(shí)間實(shí)例。因此，

是具有理想定時(shí)信息的檢測(cè)器的判定統(tǒng)計(jì)量?，F(xiàn)在，令

是缺少定時(shí)信息的檢測(cè)器的判定統(tǒng)計(jì)量。然后，在不使用特殊條件的情況下，使用對(duì)所有可能的初始幀樣本時(shí)間實(shí)例的窮盡搜索。因此，當(dāng)t(n0)被用作判定統(tǒng)計(jì)量并且定時(shí)信息不可用時(shí)，具有判定統(tǒng)計(jì)量

的檢測(cè)器是一般的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。由

的檢測(cè)性能界定

的檢測(cè)性能。在這點(diǎn)上，假設(shè)如下給出對(duì)于

的前提H1(信號(hào)加噪聲)和H0(僅噪聲)兩者的概率分布函數(shù) 其中，CN(μ，σ12)表示具有均值μ和方差σ2的復(fù)數(shù)高斯分布。因此，隨機(jī)變量

對(duì)于前提H0瑞利分布，并且對(duì)于前提H1萊斯分布。然后，對(duì)于錯(cuò)誤警報(bào)PFA的特定概率，由以下給出對(duì)應(yīng)閾值
并且，由以下給出錯(cuò)誤檢測(cè)概率的對(duì)應(yīng)概率
其中函數(shù) 是具有兩個(gè)自由度的偏心卡方(chi-squared)分布的右尾概率，并且
函數(shù) 是修改后的第一類(lèi)零階貝塞爾函數(shù)。然后，公式(6)中計(jì)算的錯(cuò)誤檢測(cè)概率是關(guān)于使用

作為判定統(tǒng)計(jì)量的檢測(cè)器的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的性能下邊界。
現(xiàn)在，令

其中

是正確的初始幀樣本時(shí)間實(shí)例。然后，根據(jù)中心極限定理，對(duì)于充分大的S2L2，對(duì)于前提H1(信號(hào)加噪聲)和H0(僅噪聲)兩者，

的概率分布函數(shù)將接近圓對(duì)稱(chēng)復(fù)數(shù)高斯分布 其中，參數(shù)σp2是所接收的信號(hào)幀首標(biāo)的平均能量。然后，通過(guò)將公式(9)的參數(shù)代入公式(5)和(6)，可以獲得對(duì)于幀首標(biāo)模式2的PNC檢測(cè)器的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到幀首標(biāo)模式1和3，并且簡(jiǎn)要參考圖2，對(duì)于這些幀首標(biāo)模式，幀首標(biāo)包括PN序列和其循環(huán)擴(kuò)展(cyclic extension)。因此，在幀首標(biāo)模式1中，幀首標(biāo)的前165個(gè)碼元是幀首標(biāo)的后165個(gè)碼元的重復(fù)。同樣，在幀首標(biāo)模式3中，幀首標(biāo)的前434個(gè)碼元是幀首標(biāo)的后434個(gè)碼元的重復(fù)。為了檢測(cè)幀首標(biāo)模式1和3，使用這兩個(gè)分量的相關(guān)來(lái)執(zhí)行頻譜感測(cè)。這在此被稱(chēng)為循環(huán)擴(kuò)展相關(guān)(CEC)方法。在這點(diǎn)上，定義以下用于CEC方法的判定統(tǒng)計(jì)量 其中 其中，C1＝165(C3＝434)是循環(huán)擴(kuò)展的碼元的數(shù)目，G1＝255(G3＝511)是幀首標(biāo)模式1(模式3)的PN序列的長(zhǎng)度。參數(shù)Mi＝N+Li是幀首標(biāo)模式i的信號(hào)幀的長(zhǎng)度，并且i＝1，3。
類(lèi)似地，關(guān)于錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界，令

其中

是正確的初始幀樣本時(shí)間實(shí)例。然后，根據(jù)中心極限定理，對(duì)于充分大的SiCi，對(duì)于前提H1和H0兩者，

的概率分布函數(shù)將接近復(fù)數(shù)高斯分布 再次，通過(guò)將公式(12)的參數(shù)代入公式(5)和(6)，可以獲得對(duì)于幀首標(biāo)模式1和3的CEC檢測(cè)器的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界。
考慮以上內(nèi)容，圖5中示出了用于執(zhí)行圖4的步驟210的示例流程圖。在步驟250中，CPE 150執(zhí)行幀首標(biāo)模式2的PNC測(cè)試。如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式2，則CPE 150在步驟255中執(zhí)行幀首標(biāo)模式1的CEC測(cè)試。同樣，如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式1，則CPE 150在步驟260中執(zhí)行幀首標(biāo)模式3的CEC測(cè)試。如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式3，則如上所述，沒(méi)有檢測(cè)到在職信號(hào)，并且執(zhí)行前進(jìn)到圖4的步驟215。然而，如果在步驟250、255或260中，檢測(cè)到相應(yīng)類(lèi)型的幀首標(biāo)，則如上所述執(zhí)行前進(jìn)到圖4的步驟220。應(yīng)注意，盡管以與之前描述相同的順序便利地示出圖5中所示的幀首標(biāo)檢查，但是這不是必須的，并且依據(jù)本發(fā)明原理，幀首標(biāo)檢查可以以任何順序執(zhí)行。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，示出了用于執(zhí)行圖5的步驟250的示例流程圖。在步驟270中，對(duì)于幀首標(biāo)模式2執(zhí)行之前描述的PNC方法。具體地，CPE 150如上所述地確定Tpnc，2的最大值(公式(2))，并且然后將Tpnc，2的值與閾值進(jìn)行比較(步驟275)，該閾值可以用實(shí)驗(yàn)方法確定。如果Tpnc，2的值大于該閾值，則假設(shè)存在DMB-T廣播信號(hào)。然而，如果Tpnc，2的值不大于該閾值，則假設(shè)不存在DMB-T廣播信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖7，示出了用于執(zhí)行圖5的步驟255的示例流程圖。在步驟280，對(duì)于幀首標(biāo)模式1執(zhí)行之前描述的CEC方法。具體地，CPE 150如上所述地確定Tcec，1的最大值(公式(10))，并且然后將Tcec，1的值與閾值進(jìn)行比較(步驟285)，該閾值可以用實(shí)驗(yàn)方法確定。如果Tcec，1的值大于該閾值，則假設(shè)存在DMB-T廣播信號(hào)。然而，如果Tcec，1的值不大于該閾值，則假設(shè)不存在DMB-T廣播信號(hào)。
現(xiàn)在繼續(xù)參考圖8，示出了用于執(zhí)行圖5的步驟260的示例流程圖。在步驟290，對(duì)于幀首標(biāo)模式3執(zhí)行之前描述的CEC方法。具體地，CPE 150如上所述地確定Tcec，3的最大值(公式(10))，并且然后將Tcec，3的值與閾值進(jìn)行比較(步驟295)，該閾值可以用實(shí)驗(yàn)方法確定。如果Tcec，3的值大于該閾值，則假設(shè)存在DMB-T廣播信號(hào)。然而，如果Tcec，3的值不大于該閾值，則假設(shè)不存在DMB-T廣播信號(hào)。
應(yīng)注意，幀首標(biāo)模式2的PN相關(guān)方法也可以應(yīng)用于幀首標(biāo)模式1和3，而不是上述CEC方法。對(duì)于幀首標(biāo)模式1和3，超幀中的信號(hào)幀首標(biāo)使用具有不同初始相位的、由相同的線(xiàn)性移位寄存器生成的PN序列。這些PN序列彼此是循環(huán)移位的。在之前提及的NSPRC(“Framing Structure，Channel Codingand Modulation for Digital Television Terrestrial Broadcasting System”，NSPRC，2007年8月)中列出了超幀的每個(gè)信號(hào)幀的PN序列的初始相位。在計(jì)算機(jī)驗(yàn)證之后，我們發(fā)現(xiàn)PN序列具有以下結(jié)構(gòu)。令第一信號(hào)幀中的PN序列是參考PN序列，并且Pi(l)是幀首標(biāo)模式i的相對(duì)于參考PN序列向右循環(huán)移位l個(gè)位置的PN序列。然后，對(duì)于幀首標(biāo)模式1，保持以下關(guān)系 其中，F(xiàn)1(l)是用于幀首標(biāo)模式1的第l個(gè)信號(hào)幀中的PN序列。以類(lèi)似方式，對(duì)于幀首標(biāo)模式3，保持以下關(guān)系 其中，F(xiàn)3(l)是用于幀首標(biāo)模式3的第l個(gè)信號(hào)幀中的PN序列。
盡管用于超幀的信號(hào)幀中的PN序列分別遵循對(duì)于幀首標(biāo)模式1和3在公式(13)和(14)中給出的規(guī)則，但是仍不易利用與PN序列相關(guān)聯(lián)的屬性和這些規(guī)則以使用幀首標(biāo)模式1和3中的PN序列的相關(guān)來(lái)執(zhí)行頻譜感測(cè)，這是因?yàn)槊總€(gè)其他信號(hào)幀中的PN序列不總是向右循環(huán)移位的或者向左循環(huán)移位的。然而，除了中間的兩個(gè)信號(hào)幀之外，每個(gè)其他信號(hào)幀的PN序列的循環(huán)移位要么是向右一個(gè)位置、要么是向左一個(gè)位置。因此，對(duì)于幀首標(biāo)模式1和幀首標(biāo)模式3定義與PNC方法相關(guān)聯(lián)的以下判定統(tǒng)計(jì)量
其中 應(yīng)注意，由于幀首標(biāo)模式1和3中的幀首標(biāo)的PN序列的循環(huán)擴(kuò)展，只要從幀首標(biāo)模式1(模式3)的前165(434)個(gè)碼元中提取了初始樣本，就可以獲得整個(gè)PN 255(PN 511)序列。因此，替代在Mi個(gè)可能的初始幀采樣時(shí)間實(shí)例上進(jìn)行搜索，只需要嘗試按照Ci-1均勻地間隔開(kāi)的

個(gè)點(diǎn)。在上面符號(hào)中，函數(shù)

是大于或等于b的最小整數(shù)。容易看到，這些點(diǎn)之一將落在幀首標(biāo)模式1(模式3)的前165(434)個(gè)碼元內(nèi)。對(duì)于多徑信道，該途徑不完全正確。然而，只要循環(huán)擴(kuò)展的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于無(wú)線(xiàn)信道的平方根(RMS)延遲傳播(spread)，性能就不會(huì)降級(jí)太多。
再次，關(guān)于錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界，令

其中

是正確的初始幀樣本時(shí)間實(shí)例。然后，根據(jù)中心極限定理，對(duì)于充分大的SiCi，對(duì)于前提H1和H0兩者，

的概率分布函數(shù)將接近圓對(duì)稱(chēng)復(fù)數(shù)高斯分布 然后，通過(guò)將公式(17)的參數(shù)代入公式(6)，可以獲得對(duì)于幀首標(biāo)模式1和幀首標(biāo)模式3的PNC檢測(cè)器的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界。
遵循被用于導(dǎo)出對(duì)于上面的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界的術(shù)語(yǔ)學(xué)，令t(n0)是使用n0作為初始幀樣本時(shí)間實(shí)例的檢測(cè)器的判定統(tǒng)計(jì)量。對(duì)于前提H0(其對(duì)應(yīng)于僅存在噪聲)，隨機(jī)變量t(n0)是圓對(duì)稱(chēng)高斯隨機(jī)變量。一段時(shí)間實(shí)例的隨機(jī)變量t(n0)是相同的，而不必獨(dú)立地分布(independently distributed)。因此，隨機(jī)變量

聯(lián)合瑞利分布。盡管對(duì)于具有任意協(xié)方差矩陣的、多于四個(gè)隨機(jī)變量的聯(lián)合瑞利分布仍是開(kāi)放的研究問(wèn)題，但是通過(guò)假設(shè)隨機(jī)變量t(n0)是獨(dú)立的可以確定良好的近似。因此，對(duì)于錯(cuò)誤警報(bào)的特定概率PFA，通過(guò)以下給出對(duì)應(yīng)閾值
其中，

是試探調(diào)節(jié)系數(shù)，其被人工添加以對(duì)待隨機(jī)變量之間的獨(dú)立性的近似，并且W是所嘗試的時(shí)間實(shí)例的數(shù)目。
考慮以上內(nèi)容，圖9中示出了用于執(zhí)行圖4的步驟210的示例流程圖，其中，將PNC方法用于所有的三個(gè)幀首標(biāo)模式。在步驟250中，CPE 150如上所述地執(zhí)行幀首標(biāo)模式2的PNC測(cè)試(并且也在圖6中示出)。如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式2，則CPE 150在步驟365中執(zhí)行幀首標(biāo)模式1的PNC測(cè)試，即，確定Tpnc，1的值(公式(15))，并且將其與閾值進(jìn)行比較以確定是否檢測(cè)到幀首標(biāo)模式1。同樣，如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式1，則CPE 150在步驟370中執(zhí)行幀首標(biāo)模式3的PNC測(cè)試，即，確定Tpnc，3的值(公式(15))，并且將其與閾值進(jìn)行比較以確定是否檢測(cè)到幀首標(biāo)模式3。如果未檢測(cè)到幀首標(biāo)模式3，則如上所述，沒(méi)有檢測(cè)到在職信號(hào)，并且執(zhí)行前進(jìn)到圖4的步驟215。然而，如果在步驟250、365或370中，檢測(cè)到相應(yīng)類(lèi)型的幀首標(biāo)，則如上所述執(zhí)行前進(jìn)到圖4的步驟220。再次應(yīng)注意，盡管以與之前描述相同的順序便利地示出圖9中所示的幀首標(biāo)檢查，但是這不是必須的，并且依據(jù)本發(fā)明原理，幀首標(biāo)檢查可以以任何順序執(zhí)行。
已經(jīng)經(jīng)由計(jì)算機(jī)仿真證明了這里描述的所提出的頻譜感測(cè)方法的性能。分別將錯(cuò)誤警報(bào)的概率和感測(cè)時(shí)間設(shè)置為0.01和50ms。所仿真的信道環(huán)境是其中平方根(RMS)延遲傳播等于1.241秒(9.37個(gè)樣本)的穩(wěn)態(tài)多徑瑞利信道和多徑瑞利衰落信道。這里，穩(wěn)態(tài)多徑瑞利衰落信道的每個(gè)路徑乘以恒定的路徑增益。因此，對(duì)于每單個(gè)路徑，其包絡(luò)是恒定的，并且由于這些路徑之和而出現(xiàn)瑞利衰落。對(duì)于多徑瑞利衰落信道，每單個(gè)路徑的包絡(luò)瑞利分布，并且通過(guò)Jakes衰落模型(例如，參見(jiàn)P.Dent，E.G.Bottomley，和T.Craft，“Jakes Fading Model Revisited”，Electronics Letters，Vol.29，No.13，pp.1162-1163，1993年6月)來(lái)生成每個(gè)路徑的信道增益。對(duì)于幀首標(biāo)模式2，如圖10所示，當(dāng)對(duì)于多徑瑞利衰落信道SNR是-18.8dB并且對(duì)于穩(wěn)態(tài)信道SNR是-19.8dB時(shí)，獲得等于0.1的錯(cuò)誤檢測(cè)的概率(PMD)。對(duì)于幀首標(biāo)模式1，如圖11(CEC方法)和12(PNC方法)所示，CEC方法和PNC方法的性能近似相同。當(dāng)對(duì)于多徑瑞利衰落信道SNR是-16dB并且對(duì)于穩(wěn)態(tài)信道SNR是-17.2dB時(shí)，獲得等于0.1的PMD。對(duì)于幀首標(biāo)模式3，如圖13(CEC方法)和14(PNC方法)所示，CEC方法優(yōu)于PNC方法。當(dāng)對(duì)于多徑瑞利衰落信道SNR是-18.5dB并且對(duì)于穩(wěn)態(tài)信道SNR是-18dB時(shí)，獲得等于0.1的PMD。在圖10-14所有中，穩(wěn)態(tài)信道的性能接近于理論上的下邊界，這指示下邊界可以被用作性能的良好預(yù)測(cè)。
如上所述，使用PN幀首標(biāo)執(zhí)行DMB-T系統(tǒng)的頻譜感測(cè)。仿真結(jié)果示出所提出的頻譜傳感器可以?xún)H使用50ms的感測(cè)時(shí)間在非常低的SNR環(huán)境下工作。此外，這里描述的錯(cuò)誤檢測(cè)概率的下邊界是頻譜感測(cè)性能的良好預(yù)測(cè)。
考慮以上內(nèi)容，上面僅例示了本發(fā)明的原理，并且因此將理解本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠開(kāi)發(fā)出多種替代布置，盡管所述各種替代布置未在這里明確示出，但是仍體現(xiàn)本發(fā)明的原理并且落在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。例如，盡管在分立功能元件的背景下進(jìn)行例示，但是這些功能元件可以體現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)集成電路(IC)中。此外，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于其他類(lèi)型的通信系統(tǒng)，例如，衛(wèi)星、無(wú)線(xiàn)保真度(Wi-Fi)、蜂窩等。實(shí)際上，本發(fā)明構(gòu)思還可應(yīng)用于固定的或移動(dòng)的接收機(jī)。因此，應(yīng)理解，在不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)示例實(shí)施例作出多種修改并且可以開(kāi)發(fā)出其他布置。
權(quán)利要求
1.一種用于接收機(jī)的方法，該方法包括
選擇多個(gè)信道之一；以及
在所選擇的信道上搜索信號(hào)，所述信號(hào)是依據(jù)多個(gè)幀結(jié)構(gòu)之一被格式化的，每個(gè)幀結(jié)構(gòu)具有不同的幀首標(biāo)模式，所述幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列和含有數(shù)據(jù)的幀主體；
其中，搜索步驟搜索每種幀首標(biāo)模式中的偽噪聲序列，以便確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述信號(hào)是數(shù)字多媒體廣播地面電視信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個(gè)幀結(jié)構(gòu)至少是三個(gè)，
其中，在第一幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括前同步部分、偽噪聲序列部分和后同步部分，其中前同步部分和后同步部分兩者都是偽噪聲序列部分的循環(huán)擴(kuò)展；
其中，在第二幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列部分；以及
其中，在第三幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括前同步部分、偽噪聲序列部分和后同步部分，其中前同步部分和后同步部分兩者都是偽噪聲序列部分的循環(huán)擴(kuò)展；并且第三幀結(jié)構(gòu)的前同步部分、后同步部分和偽噪聲序列部分不同于第一幀結(jié)構(gòu)的前同步部分、后同步部分和偽噪聲序列部分。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述搜索步驟包括
(a)通過(guò)執(zhí)行循環(huán)擴(kuò)展相關(guān)來(lái)搜索第一幀結(jié)構(gòu)和第三幀結(jié)構(gòu)；以及
(b)通過(guò)執(zhí)行偽噪聲相關(guān)來(lái)搜索第二幀結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，步驟(a)和(b)每個(gè)包括
確定判定統(tǒng)計(jì)量；以及
將該判定統(tǒng)計(jì)量與閾值進(jìn)行比較，以確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，
其中，對(duì)于第一幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
其中，對(duì)于第三幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
以及
其中，對(duì)于第二幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述搜索步驟包括
通過(guò)執(zhí)行偽噪聲相關(guān)來(lái)搜索每個(gè)幀結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述搜索步驟包括
確定判定統(tǒng)計(jì)量；以及
將該判定統(tǒng)計(jì)量與閾值進(jìn)行比較，以確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，
其中，對(duì)于第一幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
其中，對(duì)于第三幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
以及
其中，對(duì)于第二幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟
如果不存在在職信號(hào)，則標(biāo)記可用信道列表以指示所選擇的信道可用。
11.一種裝置，包括
收發(fā)機(jī)，用于選擇多個(gè)信道之一；以及
處理器，用于在所選擇的信道上搜索信號(hào)，所述信號(hào)是依據(jù)多個(gè)幀結(jié)構(gòu)之一被格式化的，每個(gè)幀結(jié)構(gòu)具有不同的幀首標(biāo)模式，所述幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列和含有數(shù)據(jù)的幀主體；
其中，所述處理器搜索每種幀首標(biāo)模式中的偽噪聲序列，以便確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述信號(hào)是數(shù)字多媒體廣播地面電視信號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述多個(gè)幀結(jié)構(gòu)至少是三個(gè)，
其中，在第一幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括前同步部分、偽噪聲序列部分和后同步部分，其中前同步部分和后同步部分兩者都是偽噪聲序列部分的循環(huán)擴(kuò)展；
其中，在第二幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括偽噪聲序列部分；以及
其中，在第三幀結(jié)構(gòu)中，幀首標(biāo)模式包括前同步部分、偽噪聲序列部分和后同步部分，其中前同步部分和后同步部分兩者都是偽噪聲序列部分的循環(huán)擴(kuò)展；并且第三幀結(jié)構(gòu)的前同步部分、后同步部分和偽噪聲序列部分不同于第一幀結(jié)構(gòu)的前同步部分、后同步部分和偽噪聲序列部分。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述處理器(a)通過(guò)執(zhí)行循環(huán)擴(kuò)展相關(guān)來(lái)搜索第一幀結(jié)構(gòu)和第三幀結(jié)構(gòu)；以及(b)通過(guò)執(zhí)行偽噪聲相關(guān)來(lái)搜索第二幀結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述處理器確定每個(gè)幀結(jié)構(gòu)的判定統(tǒng)計(jì)量，并且將該判定統(tǒng)計(jì)量與閾值進(jìn)行比較以確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，
其中，對(duì)于第一幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
其中，對(duì)于第三幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
以及
其中，對(duì)于第二幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述處理器通過(guò)執(zhí)行偽噪聲相關(guān)來(lái)搜索每個(gè)幀結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述處理器確定判定統(tǒng)計(jì)量；并且將該判定統(tǒng)計(jì)量與閾值進(jìn)行比較以確定在所選擇的信道上是否存在所述信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，
其中，對(duì)于第一幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
其中，對(duì)于第三幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
以及
其中，對(duì)于第二幀結(jié)構(gòu)，判定統(tǒng)計(jì)量是
20.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括
存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可用信道列表，以在處理器未檢測(cè)到信號(hào)的情況下指示所選擇的信道可用。
全文摘要
DMB-T信號(hào)包括信號(hào)幀。信號(hào)幀包括幀首標(biāo)和幀主體。在DMB-T中定義了三種幀首標(biāo)模式(模式)，并且每種模式的結(jié)構(gòu)不同。不同模式的幀首標(biāo)包括被作為保護(hù)間隔而插入的偽噪聲(PN)序列。無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)(WRAN)端點(diǎn)通過(guò)搜索在DMB-T信號(hào)的幀首標(biāo)中嵌入的PN序列來(lái)執(zhí)行對(duì)于區(qū)域中可能的DMB-T信號(hào)的頻譜感測(cè)。
文檔編號(hào)H04N5/44GK101809960SQ200880109222
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者陳厚欣, 高文 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司